快门速度测试仪

光电二极管 + 运放 + 单片机

By Oceani Cheng on May 28, 2023

Background Music: 雨.西湖 by JINBAO

轻轻洒洒的雨点。2022年9月1日,早上在门口的阿涛菜馆吃了一顿早午饭,大块的东坡肉。 9月2日,出门坐4路车沿着虎跑路开出西湖区,再坐地铁到西溪湿地南。天阴沉沉的,进门之后吃肯德基的时候天上就飘起了小雨。 花了300块钱租了手摇船,船夫撑着橹带我们在公园里纵横迷宫的水路之间静谧的穿行。 船的一大好处就是除了哗啦啦的轻微水声,其它一点多余的声音都没有。我们雇的船夫撑船,连水声都没有。 我和糖糖带了SONY的A7R4和徕卡的M-E,沉寂的水道两旁长着黄绿的竹子和各种植物,雨时而大时而小,大的时候必须得回船舱,小的时候可以坐在外面拍照。 可以趁着雨小,上岛游玩。岛上有路和仿古的建筑,成片的荷花塘,吊着的酒旗招牌,毛毛细雨应该不至于把相机打坏。我们拍了好多照片。 江南烟雨莫过于此吧。

进入正题!!

DIY一个快门速度测试仪

过两天要陪着糖糖去日本耍,糖糖去做实验,而我的一大目的就是去海淘相机。由于是胶片相机,自动曝光的准度无法现场查看,因此带一个快门速度检测仪深有必要。 找了一圈,网上商用的皆不如意。因此我决定自己做一个。

1. 原理

1.1 想法1:straight-forwards的想法,trivial

一开始想的其实很简单,在镜头前面放一个发光设备,在胶片曝光的地方放一个光敏的接收设备。只要打开电源,发光设备开始持续发光,单片机开始记录光敏设备的输出信号(此时由于快门闭合挡住了光,检测不到输出信号)。然后,按快门,比如设定是1/200秒,咔嚓,快门开启1/200秒。这时光敏设备会收到一段1/200秒的光信号,于是将之转化为一段1/200秒的电信号,单片机读出电信号并且计算时长,看看是不是1/200s就行了.

因为一般的胶片电子相机的快门都做到1/4000s甚至1/8000s了(最快的是美能达A-9的1/12000s),因此光敏设备的反应必须足够快(算一下,大概得小100µs),也就是带宽足够高,得10kHz以上。一般光敏电阻被光照之后,其电阻完成变化的时间是5~30ms,太慢了。而光电二极管电阻完成变化的时间是10ns左右,绰绰有余。因此选择光电(或者叫光敏)二极管。

光敏二极管的核心部分也是一个PN结。光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时,反向电流很小(一般小于0.1µA),称为暗电流。当有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子-空穴对(光生载流子)。它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流明显变大,光的强度越大,反向电流也越大。

但光敏二极管的电流比较微弱,需要用运放进行放大,然后将运放输出的信号输入单片机。单片机需要有足够高的采样率,也是10kHz以上,最好50kHz。

系统大概是这样:首先发光设备可以利用环境光或者手电筒,反正不用和这个系统有关联。其次,光敏二极管和单片机、显示屏、电池一起放在电路板上,光敏二极管连接到单片机的ADC输入端,单片机输出端输出到显示屏;用电池给这仨供电。 采购名单:

  1. 光敏二极管(TSL2561或BPW34)
  2. 单片机(选STM32,简单便宜,功能够用。STM32F103C8T6)

1.2 想法2: 用声音

每次把相机后盖打开来还是太复杂了。如果用声音呢?相机的机械快门动作通常会发出可听的“咔嚓”声。利用单片机精确测量这段时间,可以间接测量快门速度。然而这个想法的缺点在于,快门声可能并不能准确反映快门

1.3 想法3: