DE1764663U - Anordnung zur selbsttaetigen lichtabhaengigen regelung mittels fotoleitern. - Google Patents

Description

• S A B A Schwarzwälder Apparate-Bau-Anstalt August Schwer Söhne G. m. b. H. Villingen-Schwarzwald Anordnung zur selbsttätigen lichtabhängigen Regelung mittels Fotoleitern. In der Elektrotechnik sind seit längerer Zeit die verschiedensten Fotoleiter bekannt ; insbesondere sind in neuerer Zeit hochempfindliche und hoch belastbare Fotoleiter aus Cadmiumsulfid, z. B. in Gestalt der Valvo-Type ORP 30 bekannt geworden. Diese Sotoleiter, deren Widerstandswert sich unter dem Einfluß des Lichtes um mehrere Zehnerpotenzen ändern kann, sind ohne großen schaltungsmäßigen Aufwand zur unmittelbaren Steuerung von Relais geeignet und werden daher als sogenannte fotoelektrische Schalter verwendet. Die genannten Fotoleiter besitzen jeweils eine ganz bestimmte Charakteristik, d. h. eine ganz bestimmte Abhängigkeit ihrer Widerstandswerte von der auf sie einwirkenden Beleuchtungsstärke. Hierbei spielt u. U. noch das Spektrum der Lichtquelle eine entscheidende Rolle. Infolgedessen er-

  geben sich nicht unerhebliche Schwierigkeiten, wenn man

  über den bisher üblichen Verwendungsbereich für reine

  er

  dieseFotoleiter

  Schaltaufgaben hinaus zur lichta hängigen Regelung heran-

  ziehen und eine optimale Regelung erreichen will. Das

  gilt vor allem dann, wenn der Fotoleiter zur Feinregelung in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke verschieden starker bzw. sich stark ändernder Lichtquellen dienen soll.
• Die Neuerung zielt darauf ab, den vorgenannten Schwierigkeiten auf einfache Weise zu begegnen und eine Anordnung zur selbsttätigen lichtabhängigen Regelung mittels Fotoleitern, wie der Steuerung von Verstärkern und insbesondere der lichtabhängigen Feinregelung von Fernsehgeräten zu schaffen. Sie besteht darin, daß zusätzliche, auf den Fotoleiter einwirkende elektrische und/oder optische Mittel vorgesehen sind, die die Charakteristik des Fotoleiters an die jeweils vorliegenden Regelverhältnisse, wie große oder kleine Helligkeitswerte dgl*, anpassen Zur rein elektrischen Beeinflussung des Fotoleiters im Sinne der Erzielung optimaler Regelungen kann man so vorgehen, daß in Reihe und/oder parallel zum Fotoleiter Festwiderstände geschaltet sind, die so bemessen sind, daß sie die durch die im jeweiligen Regelfall auftretenden Helligkeitsänderungen bewirkten Widerstandsänderungen des Fotoleiters in den günstigsten Arbeitsbereich seiner Charakteristik legen.
• Nach der weiteren Neuerung werden zur Anpassung an große Helligkeitswerte eine homogene, lichtabsorbierende Blende und zur Anpassung an geringe Helligkeitswerte optische Sammler, wie Sammellinsen oder Hohlspiegel vorgesehen.
• In jedem Falle ergibt sich ein überaus einfacher Schaltungsaufbau, so daß man ohne zusätzliche Verstärker, wie Röhren, Transistoren u. dgl. auskommen kann.
• Die Neuerung ermöglicht die Verwendung von Fotoleitern für Regelungen und insbesondere für feinstufige Regelungen in verschiedenen Arbeitsbereichen, für die bislang eine Anwendungsmöglichkeit nicht gegeben war. Eine Besonderheit besteht noch darin, daß man bei verschiedenfarbigem Licht die Ansprechempfindlichkeit des Fotoleiters auf einen bestimmten Spektralbereich in einfacher Weise durch Vorschaltung entsprechend gewählter Farbfilter abstimmen kann. Das kann z. B. für die lichtempfindliche Steuerung irgendwelcher Arbeitsvorgänge in Abhängigkeit von dem Glühzustand von Arbeitsgut in industriellen Ofen wichtig sein. Eine bevorzugte Anwendung der soeben erwähnten Weiterbildung der Neuerung liegt bei der lichtabhängigen Regelung des Kontrastes bzw. der Lichthelligkeit in Fernsehgeräten vor, da hierbei die Ansprechempfindlichkeit des Fotoleiters an die Farbempfindlichkeit des menschlichen Auges angeglichen werden kann.
• Eine besonders einfache Schaltungsanordnung bei Anwendung delneuerung zur Regelung des Kontrastes und der Bildhelligkeit in Fernsehempfangsgeräten besteht darin, daß der elektrisch und/oder optisch beeinflußte Fotoleiter als veränderlicher Vorwiderstand im Schirmgitterkreis der Videoverstärker-Endröhre angeordnet ist und der feinstufige, der Physiologie des menschlichen Auges entsprechenden Anpassung des Bildkontrastes an die Helligkeitswerte am Aufstellungsort dient.
• Nachstehend werden das Wesen der Neuerung sowie ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert.
• In diesen zeigen die Figg. 1 bis 3 graphische Darstellungen der Charakteristiken der Fotoleiter und Fig. 4 eine vorzugsweise Schaltanordnung bei einem Fernsehempfangsgerät.
• Fig. 1 zeigt die Charakteristik eines Fotoleiters, wie sie von den Herstellerfirmen in den Typenblättern angegeben wird, und zwar ist mit der ausgezogen gezeichneten Kurve die relative Ansprechempfindlichkeit H eines Fotoleiters in Prozenten seiner maximalen Ansprechempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge (der auf den Fotoleiter einwirkenden Strahlung dargestellt. Man erkennt, daß solch ein Fotoleiter an sich in einem weiten Wellenlängenbereich günstig arbeitet. Je nach den vorliegenden Regelaufgaben soll aber der Fotoleiter in einem ganz bestimmten Teilbereich optimal arbeiten und in den Nachbarbereichen unwirksam sein. Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel soll der Arbeitsbereich im Bereich der Lichtempfindlichkeit des menschlichen Auges liegen. In Fig. 1 ist die Spektralcharakteristik des menschlichen Auges durch die strichpunktiert gezeichnete Kurve 2 dargestellt. Wie oben bereits erwähnt, kann die Anpassung der Ansprechempfindlichkeit des Fotoleiters an die Physiologie des menschlichen Auges durch Vorschaltung entsprechender Farbfilter erreicht werden, die beispielsweise den Gelb-Grün-Bereich durchlassen, jedoch den Durchgang einerseits der ultravioletten Strahlung, andererseits der infraroten Strahlung sperren.
• In den Figg. 2 und 3 sind nun graphisch die Verhältnisse aufgezeichnet, die sich beispielsweise bei der Einordnung des Fotoleiters gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ergeben. Dort sind zu einem Fotoleiter F ein Widerstand Rp

  parallel und ein Widerstand R in Serie geschaltet. Weite-

  S

  re Einzelheiten der Schaltung werden weiter unten bei der

  Beschreibung der Anordnung nach Fig. 4 erläutert. Den Dar-

  stellungen nach den Figg. 2 und 3 sind ein Fotoleiter

  ORP 30, ein Parallelwiderstand Rp = 100 KOhm und ein Serien-

  p

  widerstand Rs = 10 KOhm zugrundegelegt. Unter dem Einfluß

  s

  der sich ändernden Beleuchtungsstärke E (in Lux) ergeben sich bei dem gewählten Beispiel Widerstandswerte Rv (in KOhm) als Funktion von E, wie sie in Fig. 2 in doppelt-logarithmi schem Maßstab eingezeichnet sind. Hierbei gibt die abfallende Gerade 3 die Widerstandsabnahme in Abhängigkeit von der auf den Fotoleiter einwirkenden Lichtleistung so an, wie sie normalerweise vorhanden ist und den Datenblättern der Herstellerfirmen zu entnehmen ist. Wie oben bereits gesagt, wird diese Chrakteristik im allgemeinen nicht dem gewünschten Regelbereich entsprechen, wie er beispielsweise bei einer in Abhängigkeit von der Lichthelligkeit in Wohnräumen durch Fotoleiter gesteuerten Regelanordnung vorliegt. In hellen Räumen liegen nämlich die Helligkeitswerte zwischen 100 und 1 000 Lux, während der Haupteinstellbereich für, Kilo-Ohm-Werte des Fotoleiters nur zwischen 1 bis 10 Lux liegt.
• Neuerungsgemäß werden für derart hohe Helligkeitswerte vor den Fotoleiter homogene lichtabsorbierende Blenden geschaltet, welche die auf den Fotoleiter einwirkende Lichtleistung auf einen Bruchteil herabsetzen. In der graphischen Darstellung nach Fig. 2 sind die sich hierdurch ergebenden Kurven eingezeichnet und zwar für eine Herabsetzung der Lichtleistung auf 1/10 entsprechend-10 dB in Kurve 3 und für eine Herabsetzung auf 1/100 entsprechend-20 dB in Kurve 32. Diese Kurven stellen Parallelen zur ursprünglichen Kurve 3 dar, die jeweils um den Faktor 10, im logarithmischen Maßstab um eine Dezimale nach rechts verschoben sind. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß bei Anwendung der neuerungsgemäßen Anordnung auf eine von der Wohnzimmerhelligkeit abhängige Regelung zweckmäßig eine Absorptionsblende verwendet wird, die die Lichtleistung auf etwa 1/100 entsprechend-20 dB herabsetzt.
• Bei Anwendung der Neuerung auf Regelungen, die von geringen Helligkeitswerten abhängig sein sollen, kann man, um das hier noch einmal zu erwähnen, den Arbeitsbereich des Fotoleiters in umgekehrter Richtung verlegen, indem man den Fotoleiter der Einwirkung von Sammellinsen oder Hohlspiegeln aussetzt.
• Wird hierbei z. B. eine Verstärkung der Lichtleistung auf das 10-fache entsprechend + 10 dB erzielt, dann liegen die Widerstandswerte auf einer Kurve 3', die gegenüber der Geraden 3 um eine Dezimale nach links verschoben ist.
• Bei der Schaltung nach Fig. 4 ergeben sich die in Fig. 2 gezeichneten Widerstandskennlinien 4, 41 s und 4', deren Verlauf durch die Grenzbedingungen für den Fotoleiter bestimmt wird. Bei Dunkelheit, d. h. also ohne irgendwelche Lichteinwirkung, besitzt der Fotoleiter einen Widerstandswert von vielen Megohm, so daß dann der Parallelwiderstand

  Rp = 100 KOhm allein maßgebend ist und bei dem gewählten

  - f

  Ausführungsbeispiel ein Gesamtwiderstand R von 110 KOhm

  vorhanden ist. Dagegen ist bei sehr starker Lichteinwir-

  kung der Widerstand des Fotoleiters verschwindend klein, so daß der Parallelwiderstand R praktisch kurzgeschlossen ist. In diesem Falle ist daher nur noch der Serienwider-

  stand Rs = 10 KOhm maßgebend, und der Gesamtwiderstand R

  s

  beträgt infolgedessen etwa 10 KOhm. Die Widerstandskennlinien 4', 4, 41 und 42 verlaufen demnach zwischen den Grenzwerten 10 und 110 KOhm. Man erkennt, daß für das Beispiel einer zwischen 10 und 1 000 Lux schwankenden Wohnzimmerbeleuchtung die mit einer Absorptionsblende von ca-20 dB erzielte Kennlinie 42 dem hier erforderlichen Regelbereich entspricht.
• Noch deutlicher sind die Regelverhältnisse aus Fig. 3 zu ersehen, in der für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 die am Schirmgitter der als Videoendröhre dienenden Penthode sich einstellenden Arbeitsspannungen aufgezeichnet sind.
• Der Fotoleiter B allein, ohne Hinzufügung der Festwider-

  stände Rp und R, würde Spannungen nach den Kurven"5"

  ergeben. Bei diesen gelten analog wie bei Fig. 2 die Kurve

  .

  5 ohne Index für den Fotoleiter ohne Beeinflussung der auf

  ihn einwirkenden Lichtleistung, die Kurve 51 für eine auf

  1/10 herabgesetzte Lichtleistung entsprechend-10 dB und

  die Kurve 52 für eine auf 1/100 herabgesetzte Lichtleistung entsprechend-20 dB. Ebenso gilt für geringe Lichtleistungen, bei denen durch optische Sammler eine beispielsweise 10-fache Verstärkung der vorhandenen Lichtleistung entsprechend + 10 Áb vorgenommen wird, die Kurve 5'. Für die gesamte Schaltung nach Fig. 4 erhält man dann den unter dem

  Einfluß der Widerstände Rp und Rs sich einstellenden je-

  p s

  weiligen Spannungsverlauf am Schirmgitter der Verstärkerröhre 7 gemäß den mit den Ziffern 6', 6, 61 und 62 bezeichneten Kurven. Zum Schluß sei noch das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Neuerung beschrieben. Hier handelt es sich darum, eine bekannte Schaltung der Videoendstufe von Fernsehempfangsgeräten derart zu gestalten, daß in Abhängigkeit von der wechselnden Zimmerhelligkeit und entsprechend der Physiologie des menschlichen Auges eine selbsttätige Kontrastregelung erfolgt.
• Die bekannte Schaltung weist eine Verstänerröhre 7 auf, der gitterseitig bei 8 das zu verstärkende Videosignal zu-

  geführt wird. Der Einstellung des Arbeitspunktes der Röhre

  dient der Kathodenwiderstand 9. Anodenseitig wird bei 10 das verstärkte Videosignal den Ablenkeinheiten der nicht dargestellten Bildröhre zugeführt. Schirmgitterseitig ist ein Potentiometer 11 angeschlossen, das zusammen mit einem Festwiderstand 12 einer Spannungsregelung dient, die die bekannte von Hand betätigte"Kontrastregelung"darstellt.
• Gemäß der Neuerung ist in die Gleichspannungszuleitung ein Fotoleiter F eingeschaltet, zu dem ein Widerstand Rs in Serie und ein Widerstand Rp parallel geschaltet sind.
• Bei dieser Schaltung ergibt sich in Abhängigkeit von der Raumhelligkeit zusätzlich zu der von Hand eingestellten Regelung eine selbsttätige feinstufige Regelung. Wie anhand der Figg. 1 bis 3 eingehend erläutert, ändern sich unter dem Einfluß des mit einer geeigneten Absorptionsblende E ausgerüsteten Fotoleiters im Zusammenwirken mit den Wider-

  ständen Rp und Rs die Schirmgitterspannungen V im Sinne

  P s

  einer geeigneten Verstärkung der Röhre 7. Eine weitere Handeinstellung des Bildkontrastes ist somit bei Änderungen der Lichtverhältnisse am Aufstellungsort des Fernsehgerätes nicht mehr erforderlich. Wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt, das natürlich abgewandelt werden kann, sind nur wenige zusätzliche und ohne Schwierigkeiten einbaufähige Schaltelemente erforderlich.

Claims (1)

1. S c hut z ans p r ü ehe 10 Anordnung zur selbsttätigen lichtabhängigen Regelung mittels Fotoleitern, wie der Steuerung von Verstärkern und insbesondere der lichtabhängigen Feinregelung der Bildwiedergabe von Fernsehgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche, auf den Fotoleiter einwirkende elektrische und/oder optische Mittel vorgesehen sind, die die Charakteristik des Fotoleiters an die jeweils vorliegenden Regelverhältnisse, wie große oder kleine Helligkeitswerte u. dgl., anpassen.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe und/oder parallel zum Fotoleiter (F) Festwiderstände (Rp, Rs) geschaltet sind, die so bemessen sind, daß sie durch die im jeweiligen Regelfall auftretenden Helligkeitänderungen bewirkten Widerstandsänderungen des Fotoleiters (F) in den günstigsten Arbeitsbereich seiner Charakteristik legen.

   3. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an große Helligkeitswerte eine homogene, lichtabsorbierende Blende vorgesehen ist.

   4. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an kleine Helligkeitswerte optische Sammler, wie Sammellinsen oder Hohlspiegel vorgesehen sind. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, daß zur Abstimmung der Ansprechempfindlichkeit des Fo- toleiters auf einen bestimmten Spektralbereich verschieden- farbigem Licht, insbesondere zur Angleichung an die Farb- empfindlichkeit des menschlichen Auges, dem Fotoleiter entsprechend gewählte Farbfilter vorgeschaltet sind.

   6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5 zur Regelung des Kontrastes und der Bildhelligkeit bei Fernsehempfangsgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch und/oder optisch beeinflußte Fotoleiter (F) als veränderlicher Vorwiderstand im Schirmgitterkreis der Videoverstärker-Endröhre (7) angeordnet ist und der feinstufigen, der Physiologie des menschlichen Auges entsprechenden Anpassung des Bildkontrastes an die Helligkeitswerte am Aufstellungsort dient.