Drei Generationen fotoelektrischer Zellen haben Hand- und Kamerabelichtungsmesser angetrieben, und jede scheitert auf ihre eigene Weise. Ein Belichtungsmesser ist nur so ehrlich wie seine Zelle, und der Unterschied zwischen Selenium, Cadmiumsulfid und Silizium ist keine antiquarische Spitzfindigkeit: Er entscheidet darüber, ob der Zeiger in einem dunklen Innenraum, unter Kunstlicht oder kurz nachdem die Zelle eine Minute auf den Himmel gezeigt hat, noch verlässlich ist. Liegt man falsch, landet der Fehler als falsch positionierte Schatten im Negativ. Richte einen unkorrigierten Siliziumbelichtungsmesser auf einen mit Glühlampenlicht beleuchteten Raum bei Tri-X, und er liest das Infrarot, das der Film nicht sieht, empfiehlt eine kürzere Belichtungszeit und zieht die Schattenzeichnung der Zone III hinunter in Richtung Zone II. Die Zelle, nicht der Fotograf, hat diese Entscheidung getroffen.

Selenium: Selbstversorgend, augenähnlich, blind im Dunkeln

Die Selenium-Zelle war die erste praktisch einsetzbare Belichtungsmesszelle, eingeführt von Rhamstine und Weston in den frühen 1930er-Jahren über die Weston Electrical Instrument Corporation; die Weston Master-Serie wurde zu ihrer kanonischen Form. Es handelt sich um einen photovoltaischen Aufbau: eine Eisengrundplatte, eine Schicht Selenium und darüber eine hauchdünne, halbtransparente Goldelektrode. Licht, das durch das Gold fällt, treibt einen Strom zwischen Gold und Eisen, der direkt von einem Galvanometer abgelesen wird – ohne Batterie im Stromkreis. Der Ausgangsstrom ist proportional zum einfallenden Licht, weshalb ein fünfzig Jahre alter Weston Master noch immer in einem rein mechanischen Gehäuse funktioniert.

Spektral verhält sich Selenium gut. Die Empfindlichkeit liegt im Grünen zwischen 560 und 570 nm, leicht rot verschoben gegenüber der photopischen Helligkeitsfunktion des Auges, die bei 555 nm liegt. Diese enge Übereinstimmung ist der Grund, warum Selenium Infrarot ignoriert und die als „gutmütig” bekannten Tageslichtmessungen lieferte; der Aufsatz von 1949 in den J. Sci. Instrum. über Selenium-Spektralkorrekturfilter bestätigte, dass die Empfindlichkeit der photopischen Kurve so nahestand, dass nur eine geringe Glasfilterung nötig war.

Das Problem liegt in der Empfindlichkeit. Am Weston Master III reicht der helle Bereich von 25 bis 1600, der niedrige Bereich von 0,2 bis 50 – doch unterhalb eines Zeigerausschlags von etwa 10 rücken die Skalenstriche so dicht zusammen, dass sie unlesbar werden. Das ist die praktische Untergrenze: Ein Selenium-Belichtungsmesser bewältigt Raumlicht gerade noch und kann Kerzenlicht oder Mondlicht überhaupt nicht registrieren. Alterung verschärft das Problem. Die dünne Goldelektrode und die Abdichtung degradieren im Laufe von Jahrzehnten, und die Zelle leidet unter lichtinduzierter Ermüdung, sodass alte Selenium-Zellen nach unten driften, also zu niedrig messen. Ein Belichtungsmesser, der eine halbe Blendenstufe mehr Belichtung empfiehlt als seine Nachbarn, hat meist eine müde Selenium-Zelle – kein Anlass, dieser Abweichung zu vertrauen.

Cadmiumsulfid: Empfindlich genug für TTL, aber mit einem Gedächtnis

Eine Cadmiumsulfid-Zelle (CdS) ist ein Fotowiderstand: Ihr Widerstand sinkt mit zunehmendem Licht, weshalb sie eine Batterie zum Betrieb der Brückenschaltung benötigt. Der Gewinn ist eine Empfindlichkeit weit jenseits von Selenium, und sie ist klein genug, um in einer Kamera zu sitzen. Deshalb verwendete die Asahi Pentax Spotmatic von 1964 – eine der ersten Serienkameras mit Innenmessung (TTL), nach der Topcon RE Super von 1963 – zwei CdS-Zellen hinter dem Prisma, und deshalb verdrängte CdS Selenium für TTL-Messung und Verfügbarkeitslicht im Laufe des Jahrzehnts.

CdS hat eine Bandlücke nahe 2,42 eV, was einen spektralen Empfindlichkeitsgipfel um 515 nm und eine nutzbare Empfindlichkeit von etwa 515 bis 730 nm ergibt – dem Auge gut angepasst. Die Zelle hat jedoch zwei Schwächen. Die erste ist die Reaktionsgeschwindigkeit: Die maximale spektrale Ansprechzeit beträgt etwa 100 ms, und darüber hinaus gibt es einen Gedächtniseffekt. Der Widerstand hängt von der jüngsten Lichtgeschichte der Zelle ab; nach einem Übergang von Hell zu Dunkel kann es 30 Sekunden bis einige Minuten dauern, bis die Dunkelheit korrekt gemessen wird, und hochempfindliche Typen driften stundenlang. Misst man eine sonnenbeschienene Straße, tritt in einen Hauseingang und liest sofort ab, erinnert sich die Zelle noch halb an die Sonne, meldet zu viel Licht und unterbelichtet die Schatten um eine Blendenstufe oder mehr, bis sie sich einpendelt. Den Belichtungsmesser vor dem Einsatz im Hellen aufzubewahren statt mit Kappe in einer dunklen Tasche, verkürzt die Eingewöhnungszeit.

Manche Belichtungsmesser verwendeten stattdessen Cadmiumselenid (CdSe), mit einem Empfindlichkeitsgipfel weiter im Roten bei 690 bis 730 nm und einer schnelleren Ansprechzeit von 10 ms für besonders schwaches Licht. Allerdings ist der Widerstand von CdSe weitaus temperaturempfindlicher als der von CdS, sodass der Gewinn auf Kosten der Stabilität bei Kälte oder Hitze geht.

Die zweite Schwäche von CdS ist die Stromversorgung. Die Brückenschaltungen waren auf die flache, konstante Spannung von 1,35 V der PX625- oder PX13-Quecksilberzellen kalibriert, und viele verfügten über keine Spannungsregelung. Steckt man eine 1,5-V-Alkalibatterie in diese Fassung, verschiebt sich der Messwert um etwa eine halbe bis eine ganze Blendenstufe. Der Verkauf von Quecksilberbatterien wurde 1996 aus Toxizitätsgründen verboten, sodass jeder geerbte CdS-Belichtungsmesser mit PX625-Fassung nun mit einem Ersatz betrieben wird: eine 1,35-V-Zink-Luft-Zelle oder ein Adapter – nicht eine Alkalibatterie pur – sonst ist die Messgenauigkeit dahin, noch bevor der Gedächtniseffekt überhaupt zum Tragen kommt.

Silizium: Schnell, linear und hungrig nach Infrarot

Die Siliziumfotodiode ist photovoltaisch, erzeugt aber weit weniger Spannung als Selenium und ist daher auf einen Verstärker und eine Batterie angewiesen. Im Gegenzug antwortet sie in Mikrosekunden, hat keinen messbaren Gedächtniseffekt und bleibt über einen sehr weiten Bereich linear. Die Geschwindigkeit ist entscheidend bei Blitz: Ein Blitzimpuls dauert einen Bruchteil einer Millisekunde, und eine CdS-Zelle mit ihrer 100-ms-Verzögerung kann ihn physisch nicht integrieren, während eine Siliziumzelle den gesamten Impuls erfasst. Gossen baute 1977 die Silizium-Blau-Zelle in den Profisix und Luna-Pro SBC ein, und der Lunasix F / Luna-Pro F von 1981 fügte Blitzmessung genau wegen dieser Reaktionszeit hinzu. Bis Ende der 1980er-Jahre hatte Silizium CdS in den meisten Belichtungsmessern verdrängt.

Die Schwäche liegt im Spektrum. Blankes Silizium spricht von etwa 200 nm im Ultraviolett bis zu rund 1100 nm an, mit einem Empfindlichkeitsgipfel tief im nahen Infrarot, üblicherweise um 850 bis 980 nm mit etwa 0,4 bis 0,7 A/W – weit außerhalb dessen, was panchromatischer Film als Helligkeit aufzeichnet. Unkompensiert übermisst es jede infrarotreiche Lichtquelle, Glühlampen am stärksten von allen. Die Lösung ist ein integrierter Farbkorrekturfilter, der das Infrarot abschneidet und die Empfindlichkeit in Richtung des photopischen Bereichs formt; das Ergebnis wird als Silizium-Blau-Zelle (SBC) oder SPD vertrieben. Er löst dasselbe photopische Anpassungsproblem, das die Selenium-Filterliteratur ansprach, aber mit umgekehrten Mitteln: Während Selenium nur eine leichte Filterung brauchte, um Korrekturen hinzuzufügen, benötigt Silizium eine aggressive Filterung, um seinen Infrarot-Appetit wegzunehmen. Ein Siliziumbelichtungsmesser ist nur so genau wie dieser Filter.

Die passende Wahl nach Versagensart

Passe die Zelle der Aufgabe und dem Fehler an, den sie nicht vermeiden kann. Für eine Tageslichtlandschaft messen Selenium wie auch Silizium-Blau-Zellen zuverlässig; Selenium benötigt keine Batterie und ignoriert Infrarot von Natur aus. Für ein schwach beleuchtetes Verfügbarkeitslicht-Interieur greife zu CdS oder Silizium für die nötige Empfindlichkeit, aber gib der CdS-Zelle 30 Sekunden bis einige Minuten, um die hellere Szene zu vergessen, aus der du gerade gekommen bist. Für Blitz ist nur Silizium geeignet; Selenium und CdS sind beide zu langsam, um den Impuls zu erfassen. Bei einem geerbten oder gealterten Belichtungsmesser misstraue zuerst Selenium wegen des Abwärtsdriftens, und prüfe, welche Batterie eine CdS-Einheit erwartet, bevor du einer einzelnen Messung vertraust. Bei Glühlampenlicht vertraue dem Filter der SBC mehr als einer blanken Siliziumzelle, sonst unterwirfst du die Schatten um die Blendenstufe, die das Infrarot erfunden hat. Wer weiß, welche Zelle hinter dem Zeiger sitzt, kann die meisten Meinungsverschiedenheiten zwischen zwei auf dieselbe Szene gerichteten Belichtungsmessern erklären.