Фотоэкспонометр, экспоно́метр () — фотометрическое устройство для инструментального измерения яркости или освещённости снимаемых объектов при вычислении корректной фотографической экспозиции. Большинство экспонометров позволяют определить как экспозиционное число, так и оба экспозиционных параметра, а также контраст снимаемой сцены, немаловажный в профессиональной киносъёмке. До конца 1950-х годов чаще всего использовалось название экспози́метр. Все экспонометры, предназначенные для измерения экспозиции в плёночной фотографии и кинематографе, пригодны для измерения экспозиции в цифровой фотографии, поскольку условные значения светочувствительности цифровых фотоаппаратов выбраны в соответствии с сенситометрическими параметрами желатиносеребряных светочувствительных материалов.
В современных камерах экспонометр составляет основу экспозиционной автоматики, устанавливающей экспопараметры без участия человека. В телевизионных и видеокамерах экспозиционные параметры регулируются на основе оценки постоянной составляющей видеосигнала, а цепи, измеряющие её, выполняют функцию экспонометра.
Историческая справка
В первые десятилетия после изобретения фотографии правильная экспозиция определялась на основании опыта фотографов или тестовой съёмки. Отсутствие каких-либо понятий о сенситометрии не позволяло количественно измерять зависимость почернения дагеротипных пластин от интенсивности освещения. Кроме того, непрерывное совершенствование процесса и рост светочувствительности препятствовали созданию каких-либо общепринятых инструкций. Однако уже в те годы осуществлялись попытки измерения фотохимического действия света. Первый сенситометрический прибор для дагеротипии создан в 1843 году Левандовским.
Появление более предсказуемого мокрого коллодионного фотопроцесса дало возможность составить правила экспонирования и сконструировать первые табличные экспонометры. Они представляли собой таблицу, в которой описаны условия съёмки и соответствующие им параметры. Дело усложнялось отсутствием каких-либо стандартов светочувствительности из-за необходимости самостоятельного изготовления светочувствительного слоя фотопластинок фотографами. Таблицы предназначались для коллодионных пластин, сенсибилизированных определённым образом, и не были универсальными.
Распространение сухих желатиносеребряных фотопластинок промышленного изготовления совпало по времени с развитием сенситометрии, начавшей изучать и количественно описывать светочувствительность фотоматериалов. Это позволило создать универсальные таблицы, пригодные для любых фотопластинок, светочувствительность которых известна. Постепенно получили популярность табличные калькуляторы с поворотными шкалами, облегчающие вычисление параметров съёмки. Такие устройства назывались «автоматическими таблицами» или «автофотометрами». Ещё одно название таких поворотных таблиц — «позиграф».
Первые фотометры
Первыми устройствами для инструментального измерения экспозиции стали актинографы, основанные на оценке потемнения фотобумаги с «дневным проявлением» по мере её засветки. Такие фотобумаги (альбуминовые, целлоидиновые и аристотипные) до начала XX века повсеместно использовались для фотопечати, и проявлялись под действием экспонирующего солнечного света. В прибор заряжался диск такой бумаги, и по времени, в течение которого он приобретал тон, сходный с соседним эталонным полем, вычислялась правильная экспозиция. Большинство актинографов тех лет выглядели как карманные часы с круглым отверстием в центре. Наиболее известным устройством этого класса был актинограф или «экспометр» Ваткинса, получивший распространение на Западе. В Российской империи более популярным был «позиметр» Винна.
Однако, фотобумага требовала длительного экспонирования в течение 20—30 минут, замедляя приготовления к съёмке. Более оперативное измерение обеспечивали приборы, основанные на визуальной оценке яркости объектов съёмки через оптический клин с переменной прозрачностью. Такие устройства, получившие название оптических фотометров, требовали определения наиболее плотного участка синего или серого светофильтра, за которым глаз ещё различает объект съёмки. Основной недостаток этого типа приборов — субъективность получаемых результатов, поскольку чувствительность глаза зависит от общей окружающей освещённости.
Более совершенным способом оказалось сравнение яркости объекта съёмки с калиброванным источником света, например лампой накаливания. Яркость лампы уравнивалась с яркостью объекта подбором плотности клинового нейтрального светофильтра, установленного в специальной подвижной оправе, которая сопрягалась с соответствующей шкалой. Точность такого измерения выше, поскольку нижняя граница видимости более субъективна, чем сравнение достаточно большой яркости. Необходимость источника питания для лампы исключала возможность использования этого метода при натурных съёмках. Он нашёл применение в фотостудиях и позднее использовался в некоторых типах компактных экспонометров, например «SEI Photometer». Принцип уравнивания яркости эталонной лампы использован в сквозном визире некоторых модификаций киносъёмочного аппарата «Arriflex 35-II».
Фотоэлектрические экспонометры
Точность измерения, не зависящую от субъективных факторов, удалось получить только с появлением фотоэлектрических экспонометров. Их действие основано на измерении величины электродвижущей силы, получаемой в результате фотоэлектрического эффекта. В современных фотографии и кинематографе используются только фотоэлектрические экспонометры. Первые приборы этого типа предназначались для киносъёмки и были созданы в начале 1930-х годов. Самым первым экспонометром считается «Электрофот» (), созданный в 1928 году американской компанией Rhamstine. В качестве светочувствительного сенсора в приборе использовался один из первых фоторезисторов, так называемый «элемент Грипенберга».
Необходимость использования громоздкой батареи делала его малопригодным для измерений вне помещения. Решением проблемы стало изобретение в конце 1920-х годов магнитного сплава альнико, позволившего создать чувствительные гальванометры, способные измерять слабый фототок селеновых фотоэлементов. Одним из первых селеновых безбатарейных экспонометров стал «Weston» модели 617, выпущенный компанией Weston Electrical Instruments в августе 1932 года. Отсутствие батарей позволило уменьшить прибор до карманных размеров. В СССР первый фотоэлектрический экспонометр с селеновым фотоэлементом «НКАП-149» был создан ГОИ к началу 1940-х годов. Три последующих десятилетия все фотоэлектрические экспонометры строились по принципу непосредственного измерения фототока. Из-за низкой удельной чувствительности селеновые фотоэлементы были громоздкими и не позволяли измерять небольшие яркости с достаточной точностью.
Появление в 1960-х годах сернисто-кадмиевых фоторезисторов, требующих маломощных источников питания, дало возможность вернуться к принципу «Электрофота». Высокая удельная чувствительность фоторезисторов позволила получить компактный датчик и резко повысить точность измерения, как при дневном освещении, так и в помещении и даже ночью. Поэтому фоторезисторные экспонометры очень быстро вытеснили селеновые, фотоэлемент которых с течением времени деградирует и приходит в негодность. Первым советским фотоаппаратом со встроенным экспонометром на основе фоторезистора стал дальномерный «Сокол». Благодаря небольшим размерам полупроводниковых сенсоров оказалась доступна их установка даже в оптический тракт зеркального видоискателя, получив таким образом TTL-экспонометр.
Первые фоторезисторные экспонометры строились на основе сернистокадмиевого (CdS) фотосопротивления, обладающего хорошей светочувствительностью, но большой инерционностью, особенно при низких освещённостях. Кремниевые фотодиоды лишены этого недостатка, но их спектральная чувствительность, максимум которой лежит в инфракрасной области, вынуждает устанавливать дополнительный светофильтр для приведения в соответствие с характеристиками фотоматериалов и фотоматриц. Необходимость усиления очень слабых изменений проводимости такого фотодиода увеличивает потребление электроэнергии, снижая уровень автономности. Наиболее совершенным типом сенсора считаются практически безынерционные арсенидо-фосфидо-галлиевые фотодиоды со спектральной чувствительностью, близкой к человеческому зрению.
Встроенные экспонометры
Впервые встроенный экспонометр использован компанией Zeiss Ikon в двухобъективной «зеркалке» Contaflex в 1935 году. Однако, съёмка на чёрно-белые негативные фотоматериалы с большой фотографической широтой в те годы позволяла во многих случаях обходиться без экспонометра, полагаясь на простейшие правила или профессиональный опыт. Поэтому до войны всего два фотоаппарата оснащались фотоэлектрическим экспонометром: Contax III и Super Ikonta II. Распространение цветной фотографии, и особенно обращаемых фотоматериалов, требующих точного экспонирования, заставило пересмотреть эти принципы и с начала 1960-х годов встроенный или приставной фотоэлектрический экспонометр стал обязательным атрибутом как фотоаппаратов, так и кинокамер. Прибор стали сопрягать с органами управления, обеспечивая полуавтоматическое управление экспозицией.
С середины 1970-х годов встроенные экспонометры практически всех однообъективных зеркальных фотоаппаратов и кинокамер со сквозным визиром рассчитывались на заобъективное измерение. Особенности TTL-экспонометров позволили реализовать параллельное измерение отдельных частей снимаемого изображения с последующей автоматической компенсацией ошибок при измерении контрастных сюжетов. Современные TTL-экспонометры позволяют осуществлять как точечный замер, так и оценочный, основанный на сравнении экспозиции отдельных частей будущего снимка и программной обработкой полученных результатов на основе статистического анализа.
С этого времени внешние экспонометры продолжали использоваться только в профессиональной фотографии для более точных измерений по падающему или отражённому свету. В любительской практике отдельные приборы были вытеснены более удобными, встроенными в камеру. Развитие цифровых технологий позволило ещё больше повысить точность экспонометров, отказавшись от обработки аналогового сигнала сенсора. Постепенно все экспонометры стали выполняться по такому принципу с выводом результатов на жидкокристаллический дисплей. Одновременно получили распространение флэшметры, предназначенные в основном для измерения света студийных фотовспышек, заменивших лампы непрерывного света в рекламной и постановочной фотографии.
Цифровые экспонометры кроме величины яркости и освещённости могут измерять и другие фотометрические величины, например, цветовую температуру освещения. Такие приборы называются измерителями цветовой температуры или в кинематографическом обиходе — цветомерами. Наиболее совершенные приборы позволяют количественно оценивать спектральный состав съёмочного освещения. В 2014 году компания Seconic начала выпуск прибора C-700, определяющего кроме экспозиции и цветовой температуры, детальную картину распределения спектра любых источников света.
Все современные зеркальные фотоаппараты и кинокамеры со сквозным визиром оснащаются встроенными фотоэлектрическими TTL-экспонометрами с полупроводниковым сенсором. Экспонометр цифровой аппаратуры других классов получает данные непосредственно со светочувствительной матрицы. Встроенные сопряжённые экспонометры составляют основу автоматики управления экспозицией, которая устанавливает один или оба экспозиционных параметра в соответствии с результатами измерения. Внешние экспонометры используются только в профессиональной фотографии и кинематографе, и в настоящий момент выполняются, как универсальные многофункциональные устройства (мультиметры), пригодные не только для определения экспозиции, но и для измерения основных фотометрических величин.