Photoelektrische Belichtungsvorrichtung Photoelektrische Zellen ändern ihre elektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit von dem auf sie auftreffenden Licht und werden häufig dazu verwendet, elektrische Instrumente in Belichtungsmessern oder in Mechanismen zu betätigen, die automatisch in Kameras die Linsen öffnen oder die Verschlussgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Beleuchtungsbedingungen einstellen. Photozellen können in Abhängigkeit von dem auftreffenden Licht eine Spannung abgeben, d. h. als voltaische Zellen ausgebildet sein, oder sie können ihre Leitfähigkeit in Abhängigkeit von dem auftreffenden Licht ändern, d. h. photoleitfähige Zellen sein. Der Widerstand einer Photoleitfähigkeitszelle ist eine invense Funktion des auftreffenden Lichtes bzw. der Beleuchtung.
Photozellen sind jedoch linear arbeitende Einrichtungen, d. h. die Änderung der elektrischen Eigenschaften ist praktisch eine lineare Funktion des auftreffenden Lichtes bzw. der Beleuchtung, insbesondere dann, wenn der Widerstand des äusseren Stromkreises klein ist. In Belichtungsmessern und andern photographischen Einrichtungen ist es jedoch erwünscht, eine logarithmisch-lineare Auslenkung in Abhängigkeit von dem auftreffenden Licht zu erlangen; erst wenn sich die auftreffende Lichtenergie verdoppelt, soll die Auslenkung des Instrumentes oder des Steuermechanismus einen linearen Schritt machen.
In der Vergangenheit war es üblich, die Eigenschaften des elektrischen Instrumentes so zu gestalten, dass eine logarithmisch-lineare Auslenkung bezogen auf den Eingangsstrom erzielt wird, so dass die Kombination aus dem elektrischen Instrument und der linear arbeitenden Photozelle die gewünschten logarithmischlinearen Eigenschaften zeigt. Bei einer derartigen Einrichtung kann eine Kompensation der Filmtransportgeschwindigkeit der Linsenöffnung oder der Ver schlussgeschwindigkeit nur mit relativ komplizierten mechanischen Anordnungen erzielt werden.
Eine andere, verbreitete Möglichkeit besteht darin, die Photozelle mit einem Nebenschluss-Strompfad zu überbrücken oder mit einem Schild teilweise abzudecken, wobei die Empfindlichkeit der Kombination aus Photozelle und dem Instrument bzw. der Steuereinrichtung herabgesetzt wird.
Logarithmisch arbeitende elektrische Instrumente sind sehr kompliziert, auch ist es schwierig, Dämp fungsmittel vorzusehen, insbesondere dann, wenn sie in einem grossen Beleuchtungsbereich arbeiten müssen, wie dies bei photographischen Geräten der Fall ist Um eine logarithmische Charakteristik zu erlangen, muss der magnetische Fluss des elektrischen Instrumentes logarithmisch mit der Auslenkung abnehmen. Die gewünschte Flussverteilung wird durch entsprechende Formung des Permanentmagneten und der anderen Magnetkreiselemente des Instrumentes erzielt, woraus zu ersehen ist, dass die logarithmische Kennlinie des magnetischen Flusses in der Praxis nur sehr schwer zu erlangen ist.
Mit zunehmender Auslenkung des Instrumentes muss der magnetische Fluss in einem grossen Bereich logarithmisch abnehmen, so dass relativ schnell relativ geringe Werte erforderlich sind. Die Dämpfung des Instrumentes ist eher eine Funktion des Quadrates des Flusses und wird gewöhnlich durch das Zusammenwirken des gleichbleibenden magnetischen Flusses und des Flusses erzielt, der in dem Instrument durch den Messstrom induziert wird.
Es ist somit zu ersehen, dass die magnetische Dämpfungswirkung sehr schnell mit zunehmender Auslenkung des Instrumentes abnimmt.
Das Dämpfungsproblem wird bei Mechanismen zur automatischen Kamerasteuerung oder ähnlichen Einrichtungen dadurch weiterhin erschwert, dass oft Abdeckorgane oder andere Steuerglieder mit relativ grosser Trägheit mit dem beweglichen System des elektrischen Instrumentes verbunden sind, was die Gesamtträgheit des Messsystems sehr stark vergrössert.
Gewöhnlich ist die Trägheit durch das Messsystem und den Zeiger gegeben, z. B. bei einem Belichtungsmesser, wobei der Zeiger auf einer Skala verläuft. Da auch die Gesamtgrösse des Messgeräts begrenzt ist, ist es praktisch nicht möglich, zusätzliche Dämpfungsmittel vorzusehen, z. B. einen metallischen Flügel, der mit einem Magneten zusammenwirkt.
Andererseits ist es relativ einfach, ein elektrisches Instrument mit einer linearen Auslenkung zu sohaffen, welches gute Dämpfungseigenschaften in dem gesamten Auslenkungsbereich zeigt.
Es ist daher ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine photoelektrische Einrichtung zu ermöglichen, bei welcher der Ausgangsstrom eine logarithmische Funktion des auftreffenden Lichtes ist, so dass die photoelektrische Einrichtung mit einem linear arbeitenden elektrxlsohen Instrument kombiniert werden kann und die Kombination insgesamt gesehen eine logarithmischlineare Auslenkung in Abhängigkeit von der Beleuchtung zeigt.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine photoelektrische Belichtungsvorrichtung mit einem stromabhängigen Anzeigegerät, dessen Auslenkung entsprechend dem von einer ersten Photozelle, die den auslenkenden Strom als Antwort auf den Grad der sie treffenden Beleuchtung liefert, zugeführten Strom ist und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigegerät eine lineare Auslenkung-Strom-Kennlinie hat und mit einem lichtempfindlichen Kreis verbunden ist, der eine mindestens angenähert logarithmische Strom Beleuchtung-Kennlinie hat, wobei der lichtempfindliche Kreis eine zweite Photozelle, und zwar eine Photoleitfähigkeitszelle, enthält und diese Zelle so angeordnet ist, dass sie der gleichen Beleuchtung wie die erste Photozelle ausgesetzt ist und so geschaltet ist, dass sie gleichzeitig gegen Umgebungseinflüsse, eingeschlossen Temperatur und Feuchtigkeit,
selbstkompensierend ist, wodurch die Auslenkung des Anzeigegerätes mindestens angenähert logarithmisch gegenüber der empfangenen Beleuchtung und praktisch unempfindlich gegenüber umgebenden Einflüssen ist.
Weitere Einzelheiten sollen anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden, wobei darstellen:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe photoelektrische Einrichtung in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine weitere photoelektrische Einrichtung in schematischer Darstellung;
Fig. 3 Ersatzschaltbild der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung;
Fig. 4 eine Ausführungsform, bei welcher die beiden Photozellen auf einer gemeinsamen Unterlage vorgesehen sind.
In Fig. 1 ist eine photovoltaische Zelle 1 mit einer photoleitfähigen Zelle bzw. einem Photowiderstand 2 in Serie verbunden, wobei die Endpunkte 3 und 4 dieser Serienverbindung mit einem Gerät verbunden ist, welches auf elektrische Ströme anspricht, beispielsweise mit einem Mikroampiremeter 5. Die photovoltaische Zelle kann wie üblich ausgebildet sein, d. h. eine Silizium- oder Selengrenzschicht aufweisen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Selengrenzschicht vorzuziehen ist. Die Photoleitfähigkeitszelle 2 kann ebenfalls wie üblich ausgebildet sein, d. h.
Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid enthalten, wobei Cadmiumsulfid der Vorzug zu geben ist. Das Mikroampe'remeter 5 besitzt eine lineare Auslenkungskennlinie; die Auslenkung des beweglichen Messsystemes in Abhängigkeit von dem Strome ist direkt proportional zu diesem Stromwert.
Die von der photovoltaischen Zelle 1 erzeugte Spannung ist proportional zu der auf sie auftreffenden und beispielsweise von einer Lichtquelle 7 ausgehenden Lichtmenge bzw. der durch diese hervorgerufenen Beleuchtung, so dass die Auslenkung des elektrischen Instrumentes 5 ebenfalls direkt proportional zu dem auftreffenden Licht wäre, wenn der Einfluss vonseiten der photoleitfähigen Zelle 2 nicht gegeben wäre.
Die Photoleitfähigkeitszelle 2 ist demselben Licht ausgesetzt wie die Zelle 1, wobei der Widerstand dieser Photoleitfähigkeltszelle eine inverse Funktion des auftreffenden Lichtes ist, so dass der durch das Instrument fliessende Strom I durch die Kombination der Kennlinien der beiden Zellen 1 und 2 gegeben ist. Um die Ausgangskennlinie der photovoltaischen Zelle 1 weiterhin zu modifizieren, ist ein Parallel- widerstand 6 an dieser Zelle vorgesehen.
Es ist bereits bekannt, dass die Ausgangskennlinie einer Photozelle dadurch beeinflusst werden kann, dass ein unveränderlicher Widerstand in dem Bela stungsstromkreis der Zelle vorgesehen wird. Es ist hiermit möglich, in einem sehr kleinen Bereich des auftreffenden Lichtes eine logarithmische Kennlinie zu erlangen. Ein Parallel-Widerstand versagt jedoch, wenn die logarithmische Charakteristik in einem sehr weiten Bereich vorhanden sein soll, d. h. beispielsweise in dem Bereich von 1 bis 10000 lux. Ein derartig weiter Betriebsbereich ist bei den heutigen photographischen Geräten erforderlich.
Um die Kennlinie der photoelektrischen Zelle 1 entsprechend zu beeinflussen, ist es erforderlich, die Belastung dieser Zelle invers zu dem auftreffenden Licht vorzusehen, wobei ein sehr hoher Widerstand bei geringen Beleuchtungsstärken und ein vergleichsweise niedriger Widerstand bei hohen Beleuchtungsstärken erforderlich ist. Die Photoleitfähigkeitszelle 2 stellt nun eine derartige von dem auftreffenden Licht abhängige, ver änderliche Belastung dar.
Obwohl die photoelektrischen Zellen 1 und 2 für sich gesehen insbesondere bei geringen Stromkreiswiderständen linear arbeitende Einrichtungen sind, kann durch eine entsprechende Auswahl von Zellen mit geeigneten Kennlinien eine Kombination gebildet werden, deren Ausgangsstrom I eine logarithmische Funktion des von der Quelle 7 stammenden und auf die Zellen auftreffenden Lichtes ist.
Da die Kennlinien photoelektrischer Zellen unabhängig von der Schaltung, in der sie betrieben werden, immer kleinen Schwingungen unterworfen sind, wäre es korrekter, von einem Kennlinienbereich zu reden. Für die Praxis der vorliegenden Erfindung bedeutet das, dass kleine Abweichungen von der angestrebten iogaritbmischen Kennlinie unvermeidlich sind, was durch die Formulierung, dass die Kennlinie mindestens angenähert logarithmisch sei, zum Ausdruck gebracht werden soll.
Da die elektrischen Eigenschaften des Mikro amperemeters 5 gegeben sind, d. h. dass der erforderliche Strom I für eine gegebene Auslenkung bekannt ist, kann die erforderliche Widerstandskennlinie einer photoleitfähigen Zelle 2 für irgendeine photovoltaische Zelle 1 auf die folgende Art und Weise bestimmt werden. Eine Widerstandsdekade oder ein anderer veränderlicher Widerstand wird anstelle der photoleitfähigen Zelle 2 eingeschaltet und der Widerstand verändert, wobei der erforderliche Widerstand festgelegt werden kann, der bei jeder gewünschten Beleuchtung in dem gesamten Betriebsbereich erforderlich ist. Die photoleitfähige Zelle 2 kann nun ausgewählt bzw. so hergestellt werden, dass sie bei den verschiedenen Beleuchtungswerten den gewünschten Widerstand darstellt.
Es hat sich herausgestellt, dass bei entsprechenden Eigenschaften der Photozellen 2 photometrische Instrumente geschaffen werden können, die in einem wesentlich weiteren Bereich, als dies bisher möglich war, gemäss einer logarithmischen Kennlinie arbeiten.
Nebenher und ohne Bezug auf die Erfindung sei noch erwähnt, dass durch eine entsprechende Auswahl der Photozellen und des Nebenschlusswiderstandes 6 praktisch jede beliebige Auslenkungskennlinie geschaffen werden kann, da der Ausgangsstrom I so gestaltet werden kann, dass er entweder eine logarithmische, eine lineare oder eine dazwischenliegende Funktion des auftreffenden Lichtes ist.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die beiden Photozellen nich in Serie, sondern parallel miteinander verbunden sind.
Gleiche Teile sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Aus Fig. 2 ist zu ersehen, dass die Photoleitfähigkeitszelle 2 einen Nebenschluss zu dem Messinstrument 5 darstellt, wobei parallel zu dieser Zelle 2 die Serienschaltung aus der Photozelle 1 und einer Batterie 8 liegt. Die Photozelle 1 und die Batterie 8 repräsentieren eine photovoltaische Zelle oder eine Photoleitfähigkeitszelle in Serienverbindung mit einer Batterie; in jedem Fall wird ein Ausgangsstrom I1, welcher eine Funktion des von der Quelle 7 ausgehenden Lichtes ist, abgegeben.
Der Strom I, der zu dem elektrischen Instrument 5 über die Leitungen 3 und 4 gelangt, ist eine Funktion der kombinierten Kennlinien der Photozellen 1 und 2, da die Photozelle 2 einen Teil des Stromes I, ableitet, so dass dieser Teil nicht zu dem Instrument gelangt, so dass dieses Instrument nur von dem Strom I durchflossen wird. Der Strom I ist somit durch die kombinierten Kennlinien der Photozellen 1 und 2 gegeben und kann durch entsprechende Auswahl der Photozellen sa gestaltet werden, dass er eine logarithmische Funktion des auftreffenden Lichtes darstellt.
In ähnlicher Weise, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist, können die Eigenschaften der Pho toleitfähigkeitszelle bzw, der die Kennlinie beeinflussenden Zelle 2 bestimmt werden. Zufolge der relativ komplexen Kennlinien von photovoltaischen Zellen sind empirische Methoden zur Bestimmung der Widerstandskennlinie der Zelle 2 vorzuziehen, wenn es sich bei der Zelle 1 um eine photovoltaische Zelle handelt.
Wenn die Zellen 1 und 2 Photoleitfähigkeitszellen sind, kann die Widerstandskennlinie der die Gesamtkennlinie beeinflussenden Zelle 2 durch die folgende Beziehung bestimmt werden: IR5R
R2 = E8-IR1-IR6
Fig. 3 zeigt den Ersatzstromkreis der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung und erleichtert das Verständnis der oben gegebenen Beziehung.
Ein wesentlicher Vorteil, der mit der Einrichtung der Fig. 2 erzielt werden kann, besteht in der Selbstkompensation der Photozellen 1 und 2. Photozellen werden durch die Bedingungen der Umgebung, wie beispielsweise Feuchtigkeit und Temperatur, beeinflusst. Ausserdem sind Photozellen, auf längere Zeit gesehen, einer Alterung unterworfen. Bei der Einrichtung der Fig. 2 kompensieren sich die durch Alterung oder durch Umgebungseirflüsse erzeugten Effekte, denen beide Zellen in gleicher Weise unterworfen sind. Wenn beispielsweise bei einer gegebenen, auftreffenden Lichtmenge der Widerstand der Zelle 1 zufolge einer Temperaturänderung abnehmen sollte, nimmt auch der Widerstand der Zelle 2 ab. Wenn der Widerstand der Zelle 1 abnimmt, nimmt der Strom Ij zu, was zur Folge hätte, dass das Instrument 5 einen falschen Wert anzeigen würde.
Da jedoch die Photozelle 2 durch die gleichen Umwelteinflüsse, die auf die Zelle 1 einwirken, beeinflusst wird, nimmt auch der Widerstand der Photozelle 2 ab, so dass ein zusätzlicher Strom I2 durch diese Zelle statt durch das Instrument 5 fliesst, so dass der durch das Instrument fliessende Gesamtstrom I auf dem dem auftreffenden Licht entsprechenden Wert verbleibt.
Bei der gegebenen Erklärung wurde angenommen, dass das auftreffende Licht keine Änderung erfährt; es ist jedoch ohne weiteres einzusehen, dass der Kompensationseffekt auch bei einer Änderung des Lichtes vorhanden ist.
Es hat sich herausgestellt, dass es zur Verbesserung des Kompensationseffektes vorteilhaft ist, beide Zellen auf die gleiche Unterlage aufzubringen.
Eine entsprechende Konstruktion ist in Fig. 4 gezeigt.
Aus Fig. 4 ist zu ersehen, dass beide Zellen 1 und 2 sich auf einer gemeinsamen Grundplatte oder Elektrode 9 befinden. Durch eine derartige Kon struktion wird erreicht, dass beide Zellen nahe beieinander liegen und somit nicht nur den gleichen Beleuchtungsbedingungen, sondern auch den gleichen physikalischen Umwelteinilüssen unterworfen sind.
Die gemeinsame Grundplatte 9 kann darüberhinaus als eine gemeinsame elektrische Verbindung zwischen den Zellen verwendet werden, was die Zahl der erforderlichen äusseren elektrischen Verbindungen in dem Stromkreis herabsetzt.
Wenn die Photozelle 1 der Einrichtung der Fig. 2 eine Photoleitfähigkeitszelle ist, ist der Ausgangs- strom in Abhängigkeit von dem Licht der Zellen Instrumenten-Kombination in einem weiten Bereich durch die Eigenschaften beziehungsweise Kennlinie des die Zellen umfassenden Stromkreises gegeben.
Der Widerstand des elektrischen Instrumentes wird gegenüber älteren Messeinrichtungen dieser Art weniger kritisch, bei denen der Widerstand eine Bestimmungsgrösse der Kennlinie des Gesamtinstrumentes war. Es kann somit ein Mikroamperemeter 5 verwendet werden, dessen Widerstand gross ist und dessen Wicklung eine grosse Zahl von Windungen aufweist, so dass in dem Anfangsgebiet des Betriebsbereiches eine erhöhte Empfindlichkeit erzielt wird.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Photoleitfähigkeitszelle, bzw. die die Kennlinie beein flussende Zelle 2, als veränderliche Nebenschlussimpedanz arbeitet, und dass die Empfindlichkeit für unterschiedliche Filmgeschwindigkeiten oder andere Veränderliche der Belichtung dadurch verändert werden kann, dass die Zelleniläche teilweise abgedeckt wird oder ein neutraler Dichtigkeitsfilter über dieser Zelle angebracht wird.
Da das elektrische Instrument 5 eine lineare Auslenkungskennlinie besitzt, kann es für grosse Genauigkeiten ausgebildet werden und so beschaffen sein, dass es neben der gewünschten Auslenkung auch günstige Dämpfungseigenschaften zeigt. Gleichzeitig wird die Einstellung der Veränderlichen eines photographischen Gerätes, wie beispielsweise Filmgeschwindigkeit, Linsenöffnung oder Verschluss geschwindigkeit, erleichtert. Eine derartige Einstellung dieser Grössen kann dadurch bei einem linear arbeitenden Instrument erreicht werden, dass die vorgesehene Skala des Instrumentes oder der Steuerbezugspunkt entsprechend eingestellt wird, wenn die Einrichtung direkt zur Steuerung verwendet wird.