세 세대의 광전지가 핸드헬드 및 카메라 내장 노출계를 구동해 왔으며, 각각은 서로 다른 방식으로 실패한다. 노출계는 셀만큼만 정직하고, selenium과 황화카드뮴과 실리콘 사이의 격차는 단순한 골동품 지식이 아니다. 어두운 실내에서, 텅스텐 조명 아래에서, 혹은 하늘을 향해 일 분간 겨눈 직후에 바늘을 믿을 수 있느냐를 결정하는 문제다. 판단을 잘못하면 그 오류는 섀도우가 잘못된 위치에 놓인 채 네거티브에 새겨진다. 보정되지 않은 실리콘 노출계를 Tri-X로 촬영하는 텅스텐 조명 공간에 겨누면, 필름이 휘도로 인식하지 못하는 적외선을 읽어 더 빠른 노출을 권하고, 존 III 섀도우 디테일을 존 II 쪽으로 끌어내린다. 그 결정을 내린 것은 촬영자가 아니라 셀이다.

Selenium: 자가 전원, 눈과의 매칭, 어둠에서의 맹점

selenium 셀은 최초의 실용적인 노출계 셀이었다. 1930년대 초 Rhamstine과 Weston이 Weston Electrical Instrument Corporation을 통해 소개했으며, Weston Master 시리즈가 그 전형적인 형태가 됐다. 구조는 광기전력 샌드위치다. 철제 베이스 플레이트, selenium 층, 그리고 그 위에 극도로 얇은 반투명 금 전극이 올라간다. 금을 통과한 빛이 금과 철 사이에 전류를 유도하고, 이 전류는 회로에 배터리 없이 전류계로 직접 읽힌다. 출력 전류가 입사광에 비례하므로, 50년 된 Weston도 완전 기계식 바디에서 여전히 작동한다.

분광 특성 면에서 selenium은 준수하다. 응답 피크가 560~570 nm의 녹색 영역에 있어, 555 nm에서 피크를 보이는 명소시 광도 함수보다 약간 적색 쪽으로 기울어진다. 이 근접한 일치 덕분에 selenium은 적외선을 무시하며, 이 노출계들이 명성을 얻었던 “관용적인” 주광 측광값을 제공했다. selenium 분광 보정 필터에 관한 1949년 J. Sci. Instrum. 논문은 응답이 명소시에 충분히 근접해 약간의 유리 필터링만으로도 충분함을 확인했다.

한계는 감도다. Weston Master III의 밝음 범위는 251600이고, 저조도 범위는 0.250까지 내려가지만, 바늘 눈금이 약 10 이하가 되면 눈금 간격이 붙어 읽기 어려워진다. 이것이 실질적인 하한이다. selenium 노출계는 가정용 실내 조명을 간신히 처리하고, 촛불이나 달빛은 전혀 감지하지 못한다. 노화가 이를 심화시킨다. 얇은 금 전극과 밀봉재가 수십 년에 걸쳐 열화되고, 셀은 빛에 의한 피로를 겪으면서 아래쪽으로 표류해 낮게 읽는다. 주변 노출계들보다 반 스톱 더 많은 노출을 권하는 노출계는 대개 지친 selenium 셀이지, 믿어야 할 교정값이 아니다.

황화카드뮴: TTL에 충분한 감도, 그러나 메모리를 지닌

황화카드뮴(CdS) 셀은 광저항체로, 빛이 늘어남에 따라 저항이 떨어지므로 브리지 회로를 구동하기 위해 배터리가 필요하다. 그 대신 selenium을 훨씬 초월하는 감도를 제공하고, 카메라 내부에 들어갈 만큼 작다. 1964년 Asahi Pentax Spotmatic이 — 1963년 Topcon RE Super에 이어 TTL 측광을 탑재한 초기 양산 카메라 중 하나 — 프리즘 뒤에 CdS 셀 두 개를 사용한 것도, 그리고 CdS가 그 10년간 TTL 및 가용 조도 촬영에서 selenium을 대체한 것도 그 때문이다.

CdS의 밴드갭은 약 2.42 eV이며, 약 515 nm에서 분광 피크를 보이고 대략 515~730 nm에 걸쳐 눈과 밀접하게 일치하는 응답을 갖는다. 하지만 두 가지 결함이 있다. 첫 번째는 속도다. 최대 분광 응답 시간은 약 100 ms이며, 여기에 더해 메모리 효과가 존재한다. 저항은 셀의 최근 조도 이력에 의존하며, 밝음에서 어두움으로 전환된 뒤 어둠을 정확히 읽기까지 30초에서 몇 분이 걸릴 수 있고, 고감도 유형은 몇 시간씩 표류하기도 한다. 햇빛 비치는 거리를 측광하고 나서 바로 현관 안으로 들어가 즉시 측광하면, 셀은 아직 태양의 기억을 반쯤 간직한 채 너무 많은 빛을 보고받아, 셀이 안정될 때까지 섀도우를 한 스톱 이상 노출 부족시킨다. 사용 전에 노출계를 빛이 차단된 어두운 가방 안에 두지 않고 빛에 노출시켜 보관하면 이 지연을 줄일 수 있다.

황화카드뮴 대신 황화카드뮴 셀레나이드(CdSe)를 사용한 노출계도 있었다. 690~730 nm의 더 적색 영역에서 피크를 보이며 응답 속도도 10 ms로 빨라 저조도 영역을 더 넓게 커버하지만, CdSe의 저항은 CdS보다 온도에 훨씬 민감하므로 그 이득은 냉기나 열기에서의 안정성 희생을 대가로 한다.

두 번째 CdS 결함은 전원이다. 브리지 회로들은 PX625 또는 PX13 수은 전지의 평탄하고 일정한 1.35 V에 맞춰 교정됐으며, 많은 노출계에는 전압 레귤레이터가 없었다. 그 소켓에 1.5 V 알카라인을 꽂으면 측광값이 대략 반 스톱에서 한 스톱까지 이동한다. 수은 전지 판매는 독성을 이유로 1996년에 금지됐으므로, PX625를 사용하는 물려받은 CdS 노출계는 이제 대체품으로 운영 중이다. 1.35 V 아연-공기 전지나 어댑터를 사용하고, 알카라인을 그냥 넣지 말아야 한다. 그렇지 않으면 메모리 효과가 끼어들기도 전에 셀의 정확도가 사라진다.

실리콘: 빠르고, 선형적이며, 적외선에 굶주린

실리콘 포토다이오드는 광기전력 방식이지만 selenium보다 훨씬 낮은 전압을 발생시키므로 증폭기와 배터리가 필요하다. 대신 마이크로초 단위로 반응하고, 측정 가능한 메모리 효과가 없으며, 매우 넓은 범위에 걸쳐 선형성을 유지한다. 플래시에서는 그 속도가 결정적이다. 플래시 발광은 수 밀리초의 몇 분의 일 만에 끝나는데, 100 ms의 지연을 가진 CdS 셀은 물리적으로 이를 적분할 수 없는 반면, 실리콘 셀은 전체 발광을 포착한다. Gossen은 1977년 Profisix와 Luna-Pro SBC에 실리콘-블루 셀을 탑재했고, 1981년 Lunasix F / Luna-Pro F는 바로 그 응답 속도를 바탕으로 플래시 측광 기능을 추가했다. 실리콘은 1980년대 말까지 대부분의 노출계에서 CdS를 대체했다.

약점은 분광 특성이다. 보정되지 않은 실리콘은 자외선 영역의 약 200 nm부터 약 1100 nm까지 반응하며, 피크 감도는 근적외선 깊숙한 곳, 일반적으로 850980 nm 부근에서 0.40.7 A/W로, 팬크로매틱 필름이 휘도로 기록하는 범위를 훨씬 벗어난다. 보정 없이는 적외선이 풍부한 광원을 과도하게 읽으며, 텅스텐이 가장 심하다. 해결책은 적외선을 차단하고 응답을 명소시 쪽으로 재형성하는 일체형 색 보정 필터이며, 그 결과물이 실리콘-블루 셀(SBC) 또는 SPD로 판매된다. selenium 필터 문헌이 다루던 것과 같은 명소시 매칭 문제를 해결하지만, 방법은 정반대다. selenium이 보정을 추가하기 위해 약간의 필터링이 필요했다면, 실리콘은 적외선 욕구를 제거하기 위해 강력한 필터링이 필요하다. 실리콘 노출계의 정확도는 그 필터에 달려 있다.

실패 방식으로 선택하기

셀을 용도와 그것이 피할 수 없는 실패에 맞춰 선택하라. 주광 풍경 촬영에서는 selenium이나 실리콘-블루 셀 모두 정직한 측광값을 제공한다. selenium은 배터리가 필요 없고 본래 적외선을 무시한다. 어두운 가용 조도 실내 촬영에서는 감도를 위해 CdS나 실리콘을 쓰되, CdS에게는 방금 벗어난 밝은 장면을 잊을 30초에서 몇 분을 허용하라. 플래시에서는 실리콘만이 가능하다. selenium과 CdS는 모두 발광을 포착하기엔 너무 느리다. 물려받거나 노화된 노출계라면 아래쪽 표류에 대해 selenium을 먼저 의심하고, CdS 기기가 기대하는 배터리 규격을 확인한 뒤 단 하나의 측광값도 믿어라. 텅스텐 아래에서는 적외선이 만들어낸 한 스톱의 노출 부족을 피하려면 보정되지 않은 실리콘 셀보다 SBC의 필터를 믿어라. 바늘 뒤에 어떤 셀이 있는지 알면, 같은 장면을 겨눈 두 노출계 사이의 불일치 대부분을 설명할 수 있다.