DE1907102C3

DE1907102C3 - Device for measuring the time integral of a luminous flux

Info

Publication number: DE1907102C3
Application number: DE19691907102
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Dipl.-Ing. Toyokawa Aichi Nanba (Japan)
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1968-02-14
Filing date: 1969-02-13
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE1907102A1; DE1907102B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Zeitintegrals eines Lichtstromes, insbesondere des Lichtstroms einer Blitzlichtquelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for measuring the time integral of a luminous flux, in particular the Luminous flux of a flash light source according to the preamble of claim 1.

Der Gegenstand der Erfindung, der als Belichtungsmesser zum Bestimmen der richtigen Belichtung des Photographierobjcktes verwendbar ist, dient der Aufgabe, eine dem Logarithmus des Zeitintegrals des Lichtstroms proportionale Spannung zu erhalten.The object of the invention, which is used as a light meter for determining the correct exposure of the The object to be photographed is used, the task of which is the logarithm of the time integral of the Luminous flux proportional voltage to get.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.According to the invention, this object is achieved by those mentioned in the characterizing part of claim 1 Measures resolved.

Mit einer bekannten Vorrichtung (DE-AS 11 46 669) der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe nicht gelöst. Vielmehr liefert hier das Meßinstrument eine der auf den photoelektrischen Wandler gefallenen Lichtmenge proportionale Anzeige, wenn auch in der Schaltung des bekannten Gerätes eine Photodiode in Reihe mit einem Ladekondensator liegt.With a known device (DE-AS 11 46 669) of the type mentioned above, this task is not solved. Rather, here the measuring instrument delivers one of the light quantities that have fallen on the photoelectric converter proportional display, even if in the circuit of the known device a photodiode in Series with a charging capacitor.

Auch mit einer anderen bekannten Schaltung (CH-PS 11 386), bei der die Kondensatorspannung am Steucrgittcr einer Elektrometerröhre anliegt, wobei ferner der Kondensator so bemessen wird, daß er mit seinem Isolalionswidcrstand eine Zeitkonstante von mehreren Sekunden besitzt und bei der die Ladespannung, mit der der Kondensator aufgeladen wird, bei gegebenen Lichtströmen möglichst groß gemacht wird, wird nicht mehr als das Zeitintegral des Photowandlerstromes meßbar. Das Gleiche ist bei einer Vorrichtung nach einem älteren Vorschlag (DE-OS 15 97 347) der Fall, die in ihrer Integrationsschaltung ebenfalls nur eine Diode in Reihe mit dem Photowandler und parallel zum Kondensator enthält. Dort erfolgt eine kontinuierlicheAlso with another known circuit (CH-PS 11 386), in which the capacitor voltage is applied to the control grid of an electrometer tube, whereby the capacitor is dimensioned so that it has a time constant of several seconds with its insulation resistance and the charging voltage with which the capacitor is charged, is made as large as possible for a given luminous flux, is no longer measurable than the time integral of the photoconductor current. The same is the case with a device according to an older proposal (DE-OS 15 97 347) , which also contains only one diode in its integration circuit in series with the photo converter and in parallel with the capacitor. There is a continuous

ίο Beleuchtung des photoelektrischen Elementes, und die Spannung am Kondensator ist ein Maß für den Logarithmus der momentanen Beleuchtungsstärke.ίο lighting of the photoelectric element, and the The voltage across the capacitor is a measure of the logarithm of the instantaneous illuminance.

Wenn, wie bei den bekannten Geräten, die einzige vorhandene Diode in Serie mit dem photoelektrischen Wandler und der Stromquelle und parallel zu dem Kondensator geschaltet ist, wird der Lichtstrom völlig im Kondensator aufgeladen, was zur Folge hat, daß die Ladespannung des Kondensators nur der Zeitintegration des Lichtstromes proportional ist, nicht aber, wie bei der Vorrichtung nach der Erfindung, dem Logarithmus der Zeitintegration. Das ist damit zu erklären, daß der wesentliche Teil des Lichtstromes nach Aufladungsbeginn durch die parallel geschaltete Diode fließt und nur ein kleiner Teil davon durch die Serienschaltung der anderen Diode mit dem Kondensator. Mit diesem kleinen Teil wird der Kondensator aufgeladen.If, as with the known devices, the only existing diode in series with the photoelectric Converter and the power source and connected in parallel to the capacitor, the luminous flux is completely charged in the capacitor, which has the consequence that the charging voltage of the capacitor is only time integration the luminous flux is proportional, but not, as in the device according to the invention, the logarithm the time integration. This can be explained by the fact that the essential part of the luminous flux flows through the diode connected in parallel after the start of charging and only a small part of it through the series connection of the other diode with the capacitor. With this small part of the capacitor is charged.

Bei den bekannten Vorrichtungen macht sich der Umstand bemerkbar, daß der Logarithmus der Photostrommenge sich nach dem Exponentialgesetz ändert und der Integralkondensator auf eine sehr hohe Spannung aufgeladen wird, wenn die Ladespannung der Photostrommenge proportional ist. Infolgedessen muß eine Stromquelle hoher Spannung vorhanden sein, und die Teile der Vorrichtung müssen entsprechendIn the known devices, the fact that the logarithm of the amount of photocurrent becomes noticeable changes according to the exponential law and the integral capacitor changes to a very high one Voltage is charged when the charging voltage is proportional to the amount of photocurrent. As a result, must a source of high voltage power must be present and the parts of the apparatus must be adapted accordingly

J5 bemessen sein; die Vorrichtung wird entweder groß oder kompliziert. Wird keine Hochspannung verwendet, dann wird der Meßbereich eingeengt. Solche Schwierigkeiten stellen sich bei der Vorrichtung nach der Erfindung nicht ein.J5 be sized; the device becomes either large or complex. If high voltage is not used, then the measuring range is narrowed. Such difficulties arise after the device of the invention is not a.

4i) Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.4i) Developments of the invention are the subject of Subclaims.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es sind
F i g. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels,An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. There are
F i g. 1 the circuit diagram of an embodiment,

Fig. 2 die graphische Darstellung der elektrischen Spannungscharakteristik einer der Dioden,2 shows the graphic representation of the electrical voltage characteristic of one of the diodes,

Fig.3 ein Ausschnitt aus Fig. 1, vergrößert dargestellt, und3 shows a detail from FIG. 1, shown enlarged, and

F i g. 4 die graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen Strom und Spannung in einem Kondensator bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.F i g. 4 is a graph showing the relationship between current and voltage in a capacitor in the embodiment of the invention.

F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform. Die Stromquelle 1 ist mit einem Hauptschalter 2 in Reihe geschaltet. In dem photoelektrischen Kreis ist die Photozelle 3 mit einer hohen Ansprechcharakteristik, die das von dem Objekt reflektierte Licht oder das das Objekt beleuchtende Licht aufnimmt, in Reihe mit dem Widerstand 5 geschaltet, der mit dem Emitter des einen großen Verstärkungsfaktor besitzenden Transistor 4F i g. 1 shows a preferred embodiment. The power source 1 is in series with a main switch 2 switched. In the photoelectric circuit there is the photocell 3 with a high response characteristic, which receives the light reflected from the object or the light illuminating the object, in series with the Resistor 5 connected, which is connected to the emitter of the transistor 4, which has a large gain factor

bo verbunden ist. Dabei fließt fast der gesamte Photostrom von Photozelle 3 über den Kollektor. Die gleiche Photozelle 3 ist ferner mit jedem Tor der einen Differenzverstärkungskreis bildenden Feldeffekttransistoren 7,8 verbunden.bo is connected. Almost all of the photocurrent flows from photocell 3 via the collector. The same photocell 3 is also with each goal of the one Differential amplification circuit forming field effect transistors 7,8 connected.

b5 Die Widerstände 9, 10 sind Spannungsteiler, die Spannung auf das Tor des Transistors 8 geben. Der Widerstand 11 ist der Widerstand für die Transistoren 7, 8. lede Basis der ebenfalls einen Differenzverstärkun^s-b5 The resistors 9, 10 are voltage dividers that Apply voltage to the gate of transistor 8. The resistor 11 is the resistor for the transistors 7, 8. The basis of the also a differential amplification

kreis bildenden Transistoren 12, 13 ist mit den Widerständen 14, 15 verbunden, wobei letztere wiederum mit dem Ausgang der Feldeffekttransistoren 7, 8 verbunden sind. Der Widerstand 16 ist der gemeinsame Emitterwiderstand deT Transistoren 12,13. Der Widerstand 17 dient der Strombegrenzung, und der Widerstand 18 erzeugt eine negative, rückgekoppelte Spannung an der Basis des Transistors 4.circle-forming transistors 12, 13 is connected to the resistors 14, 15, the latter are in turn connected to the output of the field effect transistors 7, 8. Resistance 16 is the common emitter resistance deT transistors 12,13. The resistor 17 is used to limit the current, and the resistor 18 generates a negative feedback Voltage at the base of transistor 4.

Parallel zu dem Kollektor des Transistors 4 sind zwei Dioden 19, 20 geschaltet, wobei die Diode 19 mit dem Ladekondensalor 21 praktisch in Reihe liegt und zum Entladen des Kondensators 21 diesem ein Schalter 22 parallel geschaltet ist, wodurch der die Lichtmenge integrierende Stromkreis gebildet wird. Die einen Differenzverstärkungskreis bildenden Feldeffekttransistoren 23, 24 messen die Ladespannung des Ladekondensators 21, wodurch der Zeiger des Galvanometers 25 ausschlägt und die gemessene Photostrommenge anzeigt.In parallel with the collector of the transistor 4, two diodes 19, 20 are connected, the diode 19 with the Charging capacitor 21 is practically in series and a switch 22 is used to discharge the capacitor 21 is connected in parallel, whereby the circuit integrating the amount of light is formed. The one Field effect transistors 23, 24 forming the differential amplification circuit measure the charging voltage of the charging capacitor 21, whereby the pointer of the galvanometer 25 deflects and the measured amount of photocurrent indicates.

Der Widerstand 26 ist der Widerstand der Feldeffekttransistoren 23, 24 und 27 der Widerstand der die Charakteristik der Feldeffekttransistoren 23,24 festlegt. 28,29 sind mit dem Ausgang der Feldeffekttransistoren 23,24 verbundene Widerstände. Die Differenz zwischen der durch den Austrittsstrom des Feldeffekttransistors 23 am Widerstand 28 erzeugten Spannung und der durch den Austrittsstrom des Feldeffekttransistors 24 am Widerstand 29 erzeugten Spannung ergibt an den beiden Enden des Galvanometers 25 eine Potentia Idifferenz. 30 ist der Widerstand zur Einstellung der Empfindlichkeit des Galvanometers 25.The resistor 26 is the resistance of the field effect transistors 23, 24 and 27 the resistance of the Specifies the characteristics of the field effect transistors 23,24. 28,29 are connected to the output of the field effect transistors 23.24 connected resistances. The difference between that caused by the leakage current of the field effect transistor 23 at the resistor 28 and the voltage generated by the leakage current of the field effect transistor 24 The voltage generated at the resistor 29 results in a potential difference at the two ends of the galvanometer 25. 30 is the resistance for adjusting the sensitivity of the galvanometer 25.

Der Kondensator 32 und der veränderliche Widerstand 33 bilden einen Zeitsteuerstromkreis, wobei gleichzeitig mit dem Einschalten der Hauptschalter das Aufladen des Kondensators 32 beginnt. Nach einer vorgebbaren Zeit, die von dem beliebig wählbaren Wert des veränderlichen Widerstandes 33 und der Kapazität des Kondensators 32 abhängig ist, wird die Spannung an der Basis des Transistors 34 vermindert, die mit dem Emitter des Transistors 34 verbundene Diode 31 in Flußrichtung gepolt, die Basisspannung des Transistors 4 auf Null reduziert und damit der Photostrom am Emitter des Transistors 4 ausgeschaltet, wodurch die integrierte Zeit durch den Stromkreis gesteuert ist. 35 ist der Emitterwiderstand des Transistors 34 und 36 der Auslöser des Blitzlichtes 37, der mit dem Schalter 2 der Stromquelle 1 und dem Entladungsschaiterdes Kondensators 22 zusammenwirkt.The capacitor 32 and the variable resistor 33 form a timing control circuit, wherein At the same time as the main switch is switched on, the charging of the capacitor 32 begins. After a predeterminable time that depends on the freely selectable value of the variable resistor 33 and the capacitance of the capacitor 32 is dependent, the voltage at the base of the transistor 34 is reduced, which with the Emitter of the transistor 34 connected diode 31 polarized in the forward direction, the base voltage of the transistor 4 reduced to zero and thus switched off the photocurrent at the emitter of transistor 4, whereby the integrated time is controlled by the circuit. 35 is the emitter resistance of transistor 34 and 36 of the Trigger of the flashlight 37, which is connected to the switch 2 of the power source 1 and the discharge switch of the capacitor 22 cooperates.

Bei dem oben beschriebenen Kreis sind die Widerstände 9, l'i) vorher derart bestimmt, daß die Punkte a und b in F i g. 1 gleiches Potential haben, wenn ein bestimmter Strom in der Photozelle 3 fließt, und daß bei Vergrößerung des Photostroms der Photozelle 3 über die vorbestimmte Stromstärke hinaus das Potential an dem Punkt a abfällt und desgleichen das Torpotential des Feldeffekttransistors 7. Folglich fällt die Spannung am Widerstand 14 und die am Widerstand 15 steigt, so daß der Strom am Kollektor des Transistors 13 vergrößert wird und die Spannung am Widerstand 18 ansteigt, wodurch das Potential am Punkt a angehoben und das verringerte Potential wieder seine Ausgangshöhe erreicht.In the circle described above, the resistors 9, l'i) are previously determined in such a way that the points a and b in FIG. 1 have the same potential when a certain current flows in the photocell 3, and that when the photocurrent of the photocell 3 increases beyond the predetermined current strength, the potential at point a drops and so does the gate potential of the field effect transistor 7. As a result, the voltage across the resistor drops 14 and that at resistor 15 increases, so that the current at the collector of transistor 13 is increased and the voltage at resistor 18 increases, whereby the potential at point a is raised and the reduced potential reaches its initial level again.

Wenn umgekehrt der Photostrom der Photozelle 3 geringer als die vorbestimmte Größe ist und das Potential am Punkt α ansteigt, so arbeitet die Spannung entgegengesetzt zu der zuvor beschriebenen Weise. Das Potential am Punkt ;i sinkt und der Ausgleich wird wieder hergestellt, so daß sowohl bei großem oder kleinen Photostrom bei vorliegendem Schaltkreis die Punkte a und b auf gleichem Potential liegen.Conversely, if the photocurrent of the photocell 3 is less than the predetermined size and the potential at point α rises, the voltage works opposite to the manner described above. The potential at point; i drops and the balance is restored, so that points a and b are at the same potential in the present circuit with both high and low photocurrent.

Wenn z. B. das SpannungsrückkopplungsverhältnisIf z. B. the voltage feedback ratio

ίο an dem Punkt a gleich ß, die Änderung der Spannung anίο at point a equals ß, the change in voltage

dtm Punkt a durch die Änderung des Photostroms ohne Rückkopplung Ax und die Änderung der Spannung an dem Punkt a bei negativer Rückkopplung Ay'xsi, so gilldtm point a by the change in the photocurrent without feedback Ax and the change in voltage at point a with negative feedback Ay'xsi, so gill

Ay = Ax- fiAy,Ay = Ax- fiAy,

Iy =Iy =

IxIx

1+ß1 + ß

Durch Vergrößerung von β kann also 4y unabhängig von Ax Null angenähert werden, d. h. unabhängig von einer Stromänderung in der Photozelle 3 kann die Spannung an beiden Enden der Photozelle 3 fast Null gemacht werden. Daher wird bei Anwendung des vorbeschriebenen Rückkoppelkreises eine Linearität der Beleuchtungsstärke zum Photostrom hergestellt.By increasing β , 4y can therefore be approached to zero independently of Ax , that is to say, regardless of a change in current in photocell 3, the voltage at both ends of photocell 3 can be made almost zero. Therefore, when using the feedback circuit described above, a linearity of the illuminance relative to the photocurrent is established.

Anstatt der Widerstände 5 und 6 können zwei Dioden angeordnet werden. Gegenüber der Verwendung von Widerständen, kann, hierdurch der Photostrom verstärkt werden, und außerdem ist der Stromänderungsbereich größer und der Meßbereich entsprechend erweitert. Dies ist in F i g. 2 der Zeichnung dargestellt.Instead of the resistors 5 and 6, two diodes can be arranged. Compared to using Resistors, the photocurrent can thereby be increased, and also the range of current change larger and the measuring range expanded accordingly. This is in FIG. 2 of the drawing.

Man kann auch anstelle der als Batterie wirkenden photovoltaischen Zelle einen Photowiderstand verwenden, der durch Lichteinfall leitend wird. In diesem Fall ist es nötig, eine bestimmte Spannung an dem Photowiderstand anzulegen, so daß, wenn das eine Ende dieses Widerstands mit dem Punkt a verbunden wird und das andere mit Erde, der photoelektrische Strom wie bei der Photozelle 3 verstärkt werden kann.You can also use a photoresistor instead of the photovoltaic cell acting as a battery, which becomes conductive through the incidence of light. In this case it is necessary to apply a certain voltage to the photoresistor so that when one end of this resistor is connected to point a and that others with earth, the photoelectric current can be amplified as with the photocell 3.

In F i g. 3 ist der Lichtmengenintegralkreis mit den Dioden 19, 20 und dem Kondensator 21 nochmals dargestellt.In Fig. 3 is the light quantity integral circle with the Diodes 19, 20 and the capacitor 21 are shown again.

Fig.4 ist eine graphische Darstellung, aus der hervorgeht, daß die Spannung V21 des Kondensators 21 dem Exponenten der Lichtmenge Q_y proportional ist, wenn der über die Zeit integrierte photoelektrische Strom (?, entsprechend der Kondensatorkapazität groß genug ist. Diese Spannung V21 des Kondensators ist auch die Torspannung des Feldeffekttransistors 23, so daß ein der Spannung V21 entsprechender Strom in das Galvanometer 25 fließt, dessen Ausschlagscharakteristik so ist, daß es die Größe von Q_v in gleichmäßigen Intervallen zeigt.4 is a graph showing that the voltage V21 of the capacitor 21 is proportional to the exponent of the amount of light Q _y when the time-integrated photoelectric current (?, Corresponding to the capacitor capacitance is large enough. This voltage V21 des The capacitor is also the gate voltage of the field effect transistor 23, so that a current corresponding to the voltage V21 flows into the galvanometer 25, the deflection characteristic of which is such that it shows the magnitude of Q _v at regular intervals.

Dadurch kann die Skala des Galvanometers 25 gleichmäßig zur Angabe des Belichtungswertes oder des Aperturwertes unterteilt sein und die Skala kann auch den Intervallen der Abstufung der Filmempfindlichkeit entsprechen, so daß eine Skala für jede Filmempfindlichkeit erhalten wird.This allows the scale of the galvanometer 25 to indicate the exposure value or evenly the aperture value and the scale can also be divided into the intervals of gradation of the film speed so that a scale is obtained for each film speed.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring the time integral of a luminous flux, in particular the luminous flux a flash light source, with a photoelectric converter, one on the converter on the one hand and a measuring device on the other hand connected integration circuit, which has a capacitor and a Contains switch for discharging the capacitor and with a power source for charging the Capacitor, characterized in that the integration circuit has a first diode (20) contains, at whose terminals one of a second diode (19) and the capacitor (21) existing series circuit is connected that the converter (3) with a terminal of the first diode (20) on the one hand and connected to a terminal of the voltage source on the other hand is, and that the other terminal of the first diode (20) on the other terminal the voltage source (1) is connected

2. Device according to claim 1, characterized in that a switching element (4) for controlling the flow of current between the photoelectric converter (3) and the integration circuit (19, 20, 21) is provided, which is connected to a circuit (31, 32, 33 , 34, 35) is connected to control the integration time.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the two terminals of the Capacitor (21) each having an input of a two field effect transistors (23, 24) containing Differential amplifier are connected, at the output of which the measuring device (25) is connected.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the circuit (31, 32, 33, 34, 35) for controlling the integration time contains a /? C-circuit (32, 33) which is used to set a time constant.