Журнал Радио 11 номер 1971 год.

Журнал Радио 11 номер 1971 год. ВИЗУАЛЬНЫЙ ФОТОМЕТР НА ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СВЕТОДИОДАХ Канд. техн. наук Б. МИНИН Радиолюбительская общественность знает Б. А. Минина как страстного энтузиаста применения электроники в народном хозяйстве. Несмотря на большую научную работу (Минину недавно было присвоено звание кандидата технических наук) он находит время и для радиолюбительского творчества, являясь постоянным участником Всесоюзных выставок творчества радиолюбителей-конструкторов ДОСААФ. Оригинальные конструкции Бориса Минина неоднократно отмечались призами всесоюзных выставок и признаны изобретениями.


В этом номере мы публикуем описание экспоната XXIII выставки—фотоэкспонометра с использованием полупроводникового светодиода. Эта работа также признана изобретением и отмечена дипломом I степени на радиолюбительской выставке.

Техническое качество фотографических и киносъемочных работ во многом зависит от точности определения величины выдержки и размера отверстия диафрагмы фотоаппарата в зависимости от яркости объекта съемки и светочувствительности примененного фотоматериала. Приборы, служащие для определения выдержки и диафрагмы, получили названия фотоэкспонометров. Как правило, оптическая система фотоэкспонометров формирует широкий угол восприятия, приближающийся к углу восприятия фотоаппарата. При пользовании таким экспонометром в точке съемки определяется средняя яркость объектов в пределах кадра, то есть средняя яркость всех попавших в поле зрения объектов с учетом их площадей, обращенных к экспонометру (рис. 1).

Во многих случаях этого условия достаточно для правильной экспозиции. Однако при выполнении ответственных работ, требующих достаточной точности экспонометрии объектов съемки, приходится определять яркость отдельных элементов (частей, долей) кадра. Для этого обычный интегральный экспонометр (с широким углом восприятия) подносят вплотную к объекту, если это возможно, или применяют специальные фотоэкспонометры с очень узким углом восприятия, позволяющие измерить яркость на расстоянии (см. рис. 2). Такие экспонометры, называемые часто точечными или дифференциальными яркомерами, особенно нужны при съемках объектов на резко контрастном фоне, например, портретов против света или на фоне леса, съемки в ущельях и т. п. В этих условиях обычные интегральные экспонометры дают очень большую ошибку, которая зависит от соотношения площадей и относительных яркостей элементов фона и объекта съемки. Даже при попадании в поле восприятия экспонометров неба с облаками эта ошибка может превысить допустимую в несколько раз. Поэтому и в так называемых «обычных» условиях съемки поэлементное определение экспозиции нужно считать более точным.

По принципу действия все фотоэкспонометры можно разделить на три группы: оптические, фотоэлектрические и визуальные фотометры.

Оптические экспонометры не имеют «опорных» (эталонных) источников света. Точность работы таких экспонометров во многом определяется субъективными данными оператора, что препятствует их широкому применению.

Фотоэлектрические экспонометры в простейшем случае состоят из фото-приемника (или датчика) и подключенного к нему высокочувствительного гальванометра (в фотоэкспонометре «Ленинград» и т.п.) или исполнительного механизма автоматики (в фотоавтоматах). Более сложные фотоэлектрические экспонометры дополняются точными оптическими системами и высокочувствительными усилителями. Экспонометры этого типа позволяют получить очень высокую точность установки выдержки и диафрагмы, однако большинство таких устройств, если они выполнены как точечные яркомеры, конструктивно сложны и очень дороги. Область применения точечных фотоэлектрических экспонометров ограничивается поэтому рамками профессиональной кинематографии и фотографии.

Более простые типы экспонометров могут выполняться на основе визуальных фотометров. Визуальные фотометры имеют эталонные источники света и отсчет по ним, по сути дела, не зависит от адаптации глаз, внешнего освещения и т. п. В простейшем случае визуальный фотометр — это полупрозрачный экран Э (рис. 3), разделенный приблизительно пополам непрозрачной перегородкой. Каждая половина экрана освещена источниками света и1 и и2. При одинаковой яркости источников и одинаковых расстояниях r1, r2 от них до экрана освещенность обеих половин экрана Э1 и Э2 оказывается одинаковой. При определении яркости какого-либо источника можно так подобрать расстояния r1 и r2 или так изменить яркость другого, образцового источника (источника с известной яркостью), что яркость обоих участков экрана (создающих вместе так называемое «поле сравнения») будет одинаковой, и это визуально может быть отмечено оператором. Яркость источника определяется, исходя из известных расстояний r1 и r2 и яркости эталонного источника света. Как отмечается авторами специальных исследований, точность сравнения обычных визуальных фотометров составляет около 10%, а при специальной конфигурации экрана — до единиц процентов — точность для кинофоторабот явно излишняя.

К настоящему времени известно довольно много конструкций фотоэкспонометров, выполненных на основе визуальных фотометров. Таковы, например, «Свинджер-20» (США), «Фильмограф» (Франция), SET (Англия) и другие. В статье Г. В. Пайковой «Визуальные экспонометры в фотоаппаратостроении» (Оптико-механическая промышленность, 1970, ╧ 1) описана конструкция интегрального фотоэкспонометра — фотометра с лампой накаливания в качестве образцового источника света. Изменение яркости достигается здесь путем перемещения лампы (приближения пли удаления ее от экрана). В статье указывается, что диапазон измеряемых яркостей при этом оказывается равным 50—10000 пт, энергии источников питания (применены элементы РЦ-53) хватает на 2500 замеров (эксплуатация в течение полугода), погрешность — около 20%. Отмечается также, что достаточная точность работы может быть обеспечена с величин яркости около 1 нт. Несомненным достоинством конструкции Г. В. Панковой является простота, отсутствие гальванометра, устойчивость к механическим и световым перегрузкам, фактическое отсутствие необходимости в контроле э. д. с. источника питания. Если говорить о недостатках экспонометров с лампой накаливания, то прежде всего следует отметить высокую зависимость спектра излучения такого экспонометра от напряжения питания лампы, то есть принципиальную невозможность регулирования яркости эталонного участка путем изменения тока лампы. Лампа при всех режимах работы экспонометра остается включенной на полный накал, это, естественно, снижает экономичность конструкции и требует применения источников питания большой емкости. Недостатком конструкции является и сложность реализации механизма перемещения лампы в камере с достаточно хорошей светозащитой.

От этих недостатков можно избавиться, применив фосфид-галлиевые (GaP) или карбид-кремниевые (SiC) светодиоды — электролюминесцентные источники света, получившие в последнее время большое распространение как у нас в стране, так и за рубежом. Принцип работы светодиодов описан в литературе достаточно хорошо (см. например, книгу Дергач В. П. и Корсунского В. П. «Электролюминесцентные устройства», «Наукова думка», Киев, 1968). Обычные напряжения работы GaP светодиодов — (2-3) в, SiC — (3-4) в; токи — от долей до десятков милиампер, при этом яркость меняется от долей до нескольких сотен нит (рис. 4), спектр излучения светодиодов — и это очень важно — во всем диапазоне токов для большинства диодов практически не меняется.

В настоящее время наша промышленность выпускает светодиоды с красным и зеленым — GaP (АЛ-102) и желто-зеленым свечением — SiC (КЛ-102) в корпусном и бескорпуспом исполнении. Их характеристики приведены на рис. 5.

Применение светодиодов позволяет по-новому выполнить конструкцию фотометра. Прежде всего оказывается возможным яркость света образцового участка поля экрана регулировать не перемещением лампы, а изменением тока питания диода. При этом для получения диапазона изменения яркости от 1 до 500 нт нужно изменить ток менее, чем в 30 раз. Для такой регулировки тока достаточно иметь один потенциометр.

Кроме того, близкая к квадратичной, зависимость яркости от тока позволяет выбрать простой закон изменения сопротивления потенциометра при требуемой логарифмической характеристике изменения яркости от угла поворота его движка.

Второй особенностью экспонометров на светодиодах является не совсем обычное выполнение фотометра. В «классическом» варианте такого экспонометра на светодиоде экран в явном виде отсутствует. При наблюдении через окуляр 5 (рис. 6) яркость изображения объекта съемки 1 сравнивается с яркостью свечения установленного в плоскости фокусировки изображения светодиода 6 или световода, к которому прикреплен диод. Световод нужен только тогда, когда применяется светодиод в корпусном исполнении. Объектив 2 может и отсутствовать, тогда сравнение производят непосредственно с видимым объектом. Для упрощения сравнения яркостей спектр света от объекта корректируют (приближают к спектру излучения светодиода) с помощью фильтра 4. Спектр пропускания фильтра должен приблизительно соответствовать спектру излучения диода. На рис. 7 показана схема установленного в окне видоискателя 5 фотоаппарата экспонометра со светодиодом. Как видно из рисунка, экспонометр состоит из светодиода 3 в бленде 2 со световодом 4, светофильтра 2, источника питания 10, потенциометра 7, кнопки включения 6 и калькулятора 8. В каждом конкретном случае конструктивное выполнение экспонометра зависит от типа используемого аппарата и творческих возможностей радиолюбителя.

Принципиальная схема экспонометра, встроенного в фотоаппарат «Зоркий-4», приведена на рис. 8. Все узлы экспонометра, за исключением калькулятора, размещены в корпусе фотоаппарата. Калькулятор представляет собой устройство для пересчета значений измеряемых яркостей в значения выдержки и диафрагмы в зависимости от чувствительности фотоматериала. Он выполнен в виде кольца из мягкой жести, плотно насаженного на внешний диаметр ручки установки режима работы фотовспышки (рис. 9). На кольцо наклеена полоска бумаги, на которую нанесены значения чувствительности фотопленки и размеров диафрагмы (рис. 10). Расстояния между нанесенными на бумагу цифрами должны соответствовать средним расстояниям между значениями выдержек на шкале установки выдержек фотоаппарата. Светодиод АЛ-102 вместе с приклеенным к нижней части его корпуса светофильтром размещен непосредственно в окне видоискателя. Светофильтр изготовлен из прозрачной фотопленки. В центре пленки имеется окружность, закрашенная зеленой тушью, остальная поверхность пленки покрыта черной тушью. Размеры окружности, закрашенной зеленой тушью, должны соответствовать размерам светящейся поверхности светодиода.

Для кнопки в верхней крышке фотоаппарата просверлено отверстие диаметром 1,5—2 мм, в которое вставлен укороченный болт, приклеенный с внутренней стороны крышки к кусочку обычной фотопленки. На обратную сторону фотопленки приклеена небольшая шайба. Сами контакты кнопки укреплены под текстолитовой прокладкой у окна видоискателя. Здесь же размещен один из трех элементов РЦ-53. Два других элемента и резистор R1 установлены в нижней части фильмового канала фотоаппарата и закрыты светонепроницаемой бумагой. Провода, соединяющие эти детали с остальными элементами экспонометра, должны быть черными.

Ось переключателя потенциометра R2—R14 совмещена с осью ручки установки режима фотовспышки. Переключатель выполнен в виде сегмента из текстолита, на который наклеено 14 контактов из алюминиевой фольги. Подвижный контакт переключателя может быть выполнен из листовой жести. Сами резисторы потенциометра R2— R14 размещены на отдельной текстолитовой пластинке, размещенной в правой части корпуса фотоаппарата (рис. 11). Сопротивления резисторов подбирают таким образом, чтобы подключение каждого следующего резистора снижало ток в цепи светодиода в √2 раз.

Монтаж экспонометра выполнен гибким проводом ЛЭШО 7X0,07. Собранный экспонометр необходимо отградуировать. Градуировку производят с помощью любого промышленного экспонометра. Для этого, направив объектив фотоаппарата на любой объект, равномерно освещенный в пределах всего кадра, по промышленному экспонометру для данного значения чувствительности фотоматериала определяют значения диафрагмы и выдержки. Далее, нажав на кнопку экспонометра Кн1 и вращая кольцо калькулятора вместе с ручкой установки режима фотовспышки, находят такое его положение, при котором яркость свечения светодиода и яркость закрашенной зеленой тушью окружности светофильтра одинаковы. Далее, придерживая ручку установки режима, вращают только кольцо калькулятора так, чтобы найденные с помощью промышленного экспонометра значения выдержки и диафрагмы совместились, и в заключение против значения чувствительности, при котором производилась градуировка, на кольце ручки установки режима работы фотовспышки ставят точку. При работе с экспонометром поступают следующим образом. Нажав на кнопку, устанавливают кольцо калькулятора так, чтобы значение чувствительности используемого фотоматериала находилось точно против найденной в процессе регулировки точки. Далее, вращая ручку потенциометра R2— R14 вместе с кольцом калькулятора, добиваются выравнивания яркости свечения диода и фильтра. Затем по шкале выдержек аппарата и шкале диафрагм калькулятора выбирают наиболее подходящую пару «выдержка — диафрагма».

Выбор той или иной пары определяется самим фотографирующим и полностью зависит от его опыта. Следует заметить, что наиболее удобно пользоваться шкалой выдержек до 1/15 сек, при меньших значениях выдержек подбор пары «выдержка — диафрагма» затруднителен, а при некоторых значениях выдержки и чувствительности фотоматериала вообще невозможен. Но это уже трудности самого процесса фотографии.

Если экспонометр встроен в зеркальную фотокамеру, и поле сравнения установлено на уровне матового стекла, диафрагма вводится автоматически (поскольку она одинакова и для фотопленки и для поля сравнения), а калькулятор конструируется только для ввода соотношения «чувствительность — выдержка» (если не удается совместить ось потенциометра или переключателя сопротивлений с осью переключателя скоростей затвора и камеры).

Сравниваемая яркость при использовании корректирующего фильтра обычно в 5—10 раз меньше, но и тогда яркости светодиода оказывается явно достаточно. При встраивании фотометров в зеркальные фотокамеры или при использовании их в ручных (автономных) экспонометрах с дополнительным нейтральным фильтром удается поднять верхнюю границу измеряемых яркостей в 20— 60 раз. Встроенный в фотоаппарат «Зенит-В» экспонометр на светодиоде GaP АЛ-102Б обеспечивает диапазон выдержки (при чувствительности пленки 16 единиц ГОСТ): от 1 минуты до секунды; диапазон измеряемых яркостей от 0,2 до 120 000 нт, что для обычных условий съемки более чем достаточно, (для сравнения, новый экспонометр «Ленинград-4» имеет пределы измеряемых яркостей от 4,5 до 50000 нт.) Угол восприятия экспонометра, встроенного в камеру «Зенит-В», всего 1,2°, то есть не хуже, чем у лучших фотоэлектрических яркомеров с усилением.

Экономичность экспонометра такова, что три элемента РЦ-53 емкостью 0,2 а•ч позволяют получить расчетное количество замеров несколько десятков тысяч, при этом расход заряда на одно измерение составляет около 10-5 а•ч, то есть практически элементы питания можно менять раз в несколько лет.

Работа с экспонометром на светодиодах, несмотря на кажущуюся сложность фиксирования равенства яркости обоих участков поля сравнения, очень проста и фактически требует приобретения самых элементарных навыков.

Отдельно надо сказать о точности работы подобных экспонометров. Несомненно, она не может не зависеть от цвета измеряемого объекта. Вопрос упрощается тем, что, во-первых, спектр излучения светодиодов довольно широк, то есть не представляет одну или несколько узких спектральных линий, а во-вторых, как показывают эксперименты, несмотря на кажущийся высокий цветовой контраст обычных для нас объектов съемки, на деле он оказывается много меньше диапазона их абсолютных яркостей, то есть ошибка обычно не превышает допустимую. Время одного цикла установки выдержки обычно составляет 1—2 сек.

Еще не проведены в достаточном количестве фотометрические работы, позволяющие оценить ошибку при пользовании экспонометрами на светодиодах. Очевидно, она окажется разной для разных районов земного шара и может быть даже для разных характеристик фотоматериала. Пути уменьшения этих ошибок просты. Например, замечено, что избежать разницы в показаниях экспонометра на улице и в комнате, можно, применяя светодиоды с зеленым или еще лучше с «белым», но не с красным свечением («белое» излучение получается у небольшой части изготавливаемых светодиодов). Наконец, можно применять простые фильтры, корректирующие механические устройства в калькуляторе или в крайнем случае — использовать поправочные коэффициенты.

Для оценки качества работы экспонометров на светодиодах проведена сравнительная экспонометрия при пользовании экспонометрами на красном и зеленом светодиодах и экспонометром «Ленинтрад-2». Сравнение результатов показывает, что неточность работы экспонометра на светодиодах не превышает ошибки обычных экспонометров.

Сейчас на основе светодиодов автором сделаны первые экземпляры экспонометров. Кроме описанного выше устройства, вмонтированного в аппарат «Зорький-4», такие экспонометры встроены в фотоаппараты «Чай-ка-2» и «Зенит-В». Здесь следует добавить, что встраивание не потребовало фактически ни увеличения размеров, ни заметного увеличения веса аппаратов. В первом приближении представляется, что такие доработки возможны и в любых других фотоаппаратах (а также кинокамерах-«полуавтоматах» и «четверть автоматах»).

Простыми легкими и еще более экономичными оказываются автономные экспонометры на основе визуальных фотометров. Сделана также приставка к реле для фотопечати (выбрана модель типа «Новинка»), которая значительно упрощает работу, и главное — повышает качество фотопечати.

Издательство ДОСААФ предлагает следующие и плакаты:

«В помощь радиолюбителю». Вып. 34, 35, 36 и 37.
Медведев Л. А. «Основы устройства радиолокационной станции». 120 стр., цена 19 коп.
«Основы радиотехники» (компл. из 5 плакатов), цена 1 р. 50 к.
«Основы телевидения» (компл. из 3 плакатов), цена 90 коп.
Эти издания можно заказать в магазине «Книга — почтой» по адресу: Москва, Е-203, 15 Парковая ул., 16, корп. 1. Перечисленные, книги и плакаты магазин высылает наложенным платежом без предварительной оплаты их стоимости.
Издательство ДОСААФ

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 11 номер 1971 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.