Três gerações de célula fotoelétrica alimentaram fotômetros portáteis e embutidos em câmeras, e cada uma falha de modo diferente. Um fotômetro é tão honesto quanto sua célula, e a distância entre selenium, sulfeto de cádmio e silício não é trivia antiquária: ela decide se a agulha pode ser confiada num interior escuro, sob luz tungstênio, ou logo após a célula ter ficado um minuto apontada para o céu. Errar aqui faz o erro pousar no negativo como sombras deslocadas. Aponte um fotômetro de silício não corrigido para um ambiente iluminado a tungstênio ao fotografar com Tri-X e ele lê o infravermelho que o filme não consegue registrar, recomenda uma exposição mais rápida e derruba o detalhe de sombra da zona III em direção à zona II. A célula, não o fotógrafo, tomou essa decisão.

Selenium: Autossuficiente, Calibrado para o Olho, Cego no Escuro

A célula de Selenium foi a primeira célula prática para fotômetros de exposição, apresentada por Rhamstine e Weston no início dos anos 1930 pela Weston Electrical Instrument Corporation; a série Weston Master tornou-se sua forma canônica. É um sanduíche fotovoltaico: uma placa-base de ferro, uma camada de Selenium e um eletrodo de ouro semitransparente ultrafino por cima. A luz que atravessa o ouro gera uma corrente entre o ouro e o ferro, lida diretamente por um galvanômetro sem bateria no circuito. A corrente de saída é proporcional à luz incidente, razão pela qual um Weston Master de cinquenta anos ainda funciona num corpo totalmente mecânico.

Espectralmente, o Selenium se comporta bem. Sua resposta atinge o pico no verde, em torno de 560 a 570 nm, inclinando-se levemente para o vermelho em relação à função de luminosidade fotópica, cujo pico está em 555 nm. Essa correspondência próxima é o motivo pelo qual o Selenium ignora o infravermelho e produzia as leituras “tolerantes” à luz do dia pelas quais esses fotômetros eram conhecidos; o artigo de 1949 no J. Sci. Instrum. sobre filtros de correção espectral para Selenium confirmou que a resposta se aproximava suficientemente da fotópica para que apenas uma filtragem modesta de vidro fosse necessária.

A falha está na sensibilidade. No Weston Master III, a faixa de brilho vai de 25 a 1600, caindo para uma faixa baixa de 0,2 a 50, mas abaixo de uma leitura de agulha de cerca de 10, as divisões da escala se aglomeram e se tornam ilegíveis. Esse é o limite prático: um fotômetro de Selenium consegue, no limite, lidar com luz de interior doméstico e não registra de forma alguma à luz de vela ou de luar. O envelhecimento agrava o problema. O eletrodo de ouro fino e a vedação se degradam ao longo das décadas, e a célula sofre fadiga induzida pela luz, de modo que células antigas de Selenium derivam para baixo, lendo menos. Um fotômetro que recomenda meio stop a mais de exposição do que seus vizinhos costuma ser uma célula de Selenium cansada, não uma calibração a se confiar.

Sulfeto de Cádmio: Sensível o Bastante para TTL, mas com Memória

Uma célula de sulfeto de cádmio (CdS) é um fotoresistor: sua resistência diminui conforme a luz aumenta, portanto precisa de bateria para acionar o circuito de ponte. O benefício é uma sensibilidade muito além do Selenium e tamanho suficientemente pequeno para caber dentro de uma câmera. Por isso a Asahi Pentax Spotmatic de 1964 — entre as primeiras câmeras de produção com medição through-the-lens, após a Topcon RE Super de 1963 — usou células CdS duplas atrás do prisma, e por isso o CdS substituiu o Selenium em trabalhos TTL e de luz disponível ao longo da década.

O CdS tem um bandgap próximo de 2,42 eV, conferindo um pico espectral em torno de 515 nm e resposta útil de aproximadamente 515 a 730 nm, bem compatível com o olho. Mas carrega dois defeitos. O primeiro é a velocidade: o tempo máximo de resposta espectral é de cerca de 100 ms e, além disso, há um efeito de memória. A resistência depende do histórico recente de luz da célula; após uma transição de brilhante para escuro, pode levar de 30 segundos a alguns minutos para ler a escuridão corretamente, e os tipos de alta sensibilidade derivam por horas. Meça uma rua iluminada pelo sol, entre numa porta e leia imediatamente, e a célula ainda meio que se lembra do sol, reportando excesso de luz e subexpondo as sombras em um stop ou mais até se estabilizar. Guardar o fotômetro exposto à luz antes de usar, em vez de tampado numa bolsa escura, reduz o atraso.

Alguns fotômetros usavam seleneto de cádmio (CdSe) em vez disso, com pico mais afastado para o vermelho, entre 690 e 730 nm, e resposta mais rápida de 10 ms para maior alcance em pouca luz, mas a resistência do CdSe é muito mais sensível à temperatura do que a do CdS, de modo que o ganho veio ao custo de instabilidade no frio ou no calor.

O segundo defeito do CdS é sua fonte de alimentação. Os circuitos de ponte foram calibrados para os 1,35 V planos e constantes de uma célula de mercúrio PX625 ou PX13, e muitos não tinham regulação de tensão. Coloque uma alcalina de 1,5 V nesse soquete e a leitura muda em aproximadamente meio stop a um stop inteiro. A venda de baterias de mercúrio foi proibida em 1996 por razões de toxicidade, portanto qualquer fotômetro CdS herdado que usa a PX625 agora funciona com um substituto: use uma célula zinc-air de 1,35 V ou um adaptador, não uma alcalina simples, ou a precisão da célula estará perdida antes mesmo que o efeito de memória tenha vez.

Silício: Rápido, Linear e Ávido por Infravermelho

O fotodiodo de silício é fotovoltaico, mas gera tensão muito menor do que o Selenium, portanto depende de um amplificador e de bateria. Em contrapartida, responde em microssegundos, não apresenta efeito de memória mensurável e permanece linear em uma faixa muito ampla. A velocidade é decisiva para flash: um disparo de flash dura uma fração de milissegundo, e uma célula CdS com seu atraso de 100 ms simplesmente não consegue integrá-lo, enquanto uma célula de silício registra o disparo inteiro. A Gossen incorporou a célula silicon-blue ao Profisix e ao Luna-Pro SBC em 1977, e o Lunasix F / Luna-Pro F de 1981 adicionou medição de flash justamente graças a esse tempo de resposta. O silício havia substituído o CdS na maioria dos fotômetros até o final dos anos 1980.

Sua fraqueza é espectral. O silício puro responde de cerca de 200 nm no ultravioleta até aproximadamente 1100 nm, com pico de responsividade profundamente no infravermelho próximo, comumente em torno de 850 a 980 nm e aproximadamente 0,4 a 0,7 A/W, bem fora do que o filme pancromático registra como luminância. Sem correção, ele superestima qualquer fonte rica em infravermelho, sendo o tungstênio o pior de todos. A solução é um filtro de correção de cor integral que corta o infravermelho e remodela a resposta em direção ao fotópico, e o resultado é comercializado como célula silicon-blue (SBC) ou SPD. Resolve o mesmo problema de correspondência fotópica que a literatura sobre filtros de Selenium abordava, mas pelo caminho oposto: onde o Selenium precisava de um toque de filtragem para adicionar correção, o silício precisa de filtragem agressiva para subtrair seu apetite por infravermelho. Um fotômetro de silício é tão preciso quanto esse filtro.

Escolhendo pelo Modo de Falha

Combine a célula com o trabalho e a falha que ela não consegue evitar. Para uma paisagem à luz do dia, o Selenium ou uma célula silicon-blue ambos leem com honestidade; o Selenium não precisa de bateria e ignora o infravermelho por natureza. Para um interior de baixa luz disponível, recorra ao CdS ou ao silício pela sensibilidade, mas dê ao CdS seus 30 segundos a alguns minutos para esquecer a cena mais brilhante que você acabou de deixar. Para flash, somente o silício serve; Selenium e CdS são ambos lentos demais para capturar o disparo. Para um fotômetro herdado ou envelhecido, desconfie primeiro do Selenium por deriva para baixo, e verifique qual bateria uma unidade CdS exige antes de acreditar em uma única leitura. Sob tungstênio, confie no filtro do SBC em vez de uma célula de silício nua ou você subexporá as sombras pelo stop que o infravermelho inventou. Saber qual célula fica atrás da agulha explica a maior parte do desacordo entre dois fotômetros apontados para a mesma cena.