DE1963085B2 - Belichtungsregler für photographische Apparate - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Belichtungsregler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Die Verwendung eines Operationsverstärkers für derartige Belichtungsregler ergibt den Vorteil, daß eine sehr gute Linearität zwischen der auf das Photoelement auftreffenden Lichtmenge und der Ausgangsspannung erreicht werden kann, die als Triggerspannung zur Schaltung eines elektromechanischen Verschlusses benutzt werden kann. Bei dem bekannten Belichtungsregler wird das Ansprechverhalten der Schwellwertschaltung über ein Potentiometer beeinflußt, welches eine Einstellung des Kathodenpotentials des als Schwellwertschalter eingesetzten Thyratrons bewirkt. Durch Einstellung dieses Potentiometers können irgendwelche die Belichtung beeinflussenden Faktoren berücksichtigt werden, und entsprechend könnten bei Benutzung einer dem Opera'ionsverstärkers nachgeschalteten Triggerschaltung die Triggerauslösespannung so eingestellt werden, daß unterschiedliche Belichtungsparameter berücksichtigt werden könnten. Die Verschiebung der Triggerspannung ist jedoch schaltungstechnisch ungünstig, weil insbesondere im Hinblick auf die Nichtlinearität der Kurve der Arbeitspunkt (Triggerauslösespannung) fest eingestellt bleiben sollte. Aus diesem Grunde hat man bisher bei Belichtungsreglern für photographische Apparate die Filmempfindlichkeit dadurch in die Regelschaltung ^r>o eingegeben, daß Lichtschwächungsmittel in Gestalt eines Graukeiles oder einer Blende vor der Photozelle angebracht wurden, oder man hat über Stellwiderstände in den Photozellenkreis eingegriffen. All diese Maßnahmen bedeuten eine Beschneidung des Arbeitsbereichs >> der Photozelle, d. h. es ergibt sich eine Empfindlichkeitseinbuße bzw. Bereichseinbuße bei Einstellung auf höhere Filmempfindlichkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Faktoren, die die Belichtung beeinflussen, insbesondere die h" Filmempfindlichkeit, ohne Eingriff in die Triggerschaltung und ohne Beeinträchtigung der Empfindlichkeit der Lichtfühlerschaltung auf einfache Weise einzustellen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im ■ > Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich bei Verwendung eines für die Linearisierung vorgesehenen Operationsverstärkers durch Eingriff in den Rückkopplungszweig auf besonders elegante Weise die gestellte Aufgabe lösen läßt Dadurch, daß über den Spannungsteiler der Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers geändert wird, kann bei konstantem Triggerpegel der Schwellwertschaltung und ohne Eingriff auf den Photozellenkreis eine Berücksichtigung unterschiedlicher, die Belichtung beeinflussender Faktoren berücksichtigt werden. Hierunter fallen in erster Linie die Einstellung der Filmempfindlichkeit, jedoch kann auf diese Weise auch eine gewisse Trimmeinstellung vorgenommen werden, um eine Anpassung an extreme Aufnahmeverhältnisse zu ermöglichen.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der Empfindlichkeitsbereich der Photozelle ungeschwächt zur Verfügung steht, so daS sich ein genaues Ansprechen auch bei sehr niedrigen Umgebungshelligkeiten ergibt. Es wird aber auch erreicht, daß das Ansprechverhalten bei sich schnell ändernden Beleuchtungsverhältnissen, beispielsweise bei Blitzbetrieb nicht geändert wird, so daß der Operationsverstärker ständig ein Ausgangssignal liefert, welches dem richtigen Belichtungswert zum Zwecke der Einstellung von Belichtungszeit und/oder Blende entspricht

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Belichtungsregelschaltung nach der Erfindung mit Lichtfühlschaltung, Operationsverstärker und Triggerschaltung;

F i g. 2 ein Diagramm, welches den Ausgangsstrom des Photoelementes in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke für unterschiedliche Ausgangswiderstände des Photoelementes darstellt;

F i g. 3 eine graphische Darstellung, die in Abhängigkeit von der Zeit die am Zeitgeberkondensator sich aufbauende Spannung für unterschiedliche Beleuchtungsstärken darstellt;

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit welche die Änderungen der Ansprechgeschwindigkeit zeigt, die bei Einstellung auf unterschiedliche Filmempfindlichkeiten erlangt werden.

F i g. 1 zeigt die Regelschaltung, die dazu dient, irgendeinen von mehreren Belichtungsparametern zu regeln. Grundsätzlich umfaßt die Regelschaltung ein Photoelement 10, dessen Ausgangssignal dem Eingang eines Operationsverstärkers 12 zugeführt wird. Das Photoelement 10 erzeugt ein Ausgangssignal, das dem Eingang des Differentialverstärkers 12 an dessen Eingangsklemmen 14 und 16 zugeführt wird.

In F i g. 2 sind die Ausgangssignalcharakteristiken eines Photoelementes dargestellt, das einen Strom erzeugt. Wenn der Außenwiderstand verkleinert wird, beginnt die Stromkennlinie eine Form anzunehmen, bei der sie in linearer Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke verläuft. Beispielsweise läßt F i g. 2 erkennen, daß man bei einem äußeren Belastungswiderstand von etwa 200 Ohm die Stromkennlinie als linear betrachten kann. Oberhalb dieses Widerstands wird jedoch die Ausgangssignalkurve der Zelle wieder nichtlinear. Die Schaltung ermöglicht es, ein Photoelement mit einem solchen äußeren Widerstand zu betreiben, daß sie gemäß F i g. 2 ein lineares Ausgangssignal liefert.

Der Operationsverstärker arbeitet im Idealfall mit einem unendlich großen Verstärkungsgrad, einem unendlich großen Eingangswiderstand und dem Ausgangswiderstand Null. Damit das Photoelement 10

jedoch einen Strom erzeugt, ist die Eingangsschaltung des Verstärkers 12 so aufgebaut, daß der scheinbare Eingangswiderstand in Beziehung zu dem Photoelemeut 10 im wesentlichen gleich Null ist Daher ist der durch das Photoelement erzeugte Strom nur durch den eigenen inneren Widerstand des Photoelements begrenzt Zu dem genannten Zweck ist eine Rückkopplung mit Leitungen 18 und 20 vorgesehen, die einen Eingang 14 des Verstärkers 12 mit dem Ausgang 22 verbindet In diesen Rückkopplungszweig ist ein Kondensator 24 eingeschaltet, uer durch einen Nebenschluß 26 überbrückt ist, in der ein Ruhekontakt 53 liegt

Bei dieser Rückkopplung bewirkt jede Differenzspannung, die durch das Photoelement 10 an die Eingänge 14 und 16 angelegt wird, daß in der Rückkopplungsleitung 20 bzw. am Ausgang des Kondensators 24 ein Strom von entgegengesetzter Polarität fließt Infolgedessen erzeugt der Rückkopplungsweg ein im wesentlichen augenblicklich auftretendes Rückkopplungssignal von entgegengesetzter Polarität, das dazu dient, jedem Spannungsdifferenzsignal entgegenzuwirken, das durch das Element 10 den Eingängen 14 und 16 zugeführt wird. Die Umkehrung der Polarität an dem Kondensator 24 bewirkt daß in der bevorzugten Weise ein Strom von dem Photoelement 10 aus nicht durch den Eingang des Verstärkers 12, sondern durch den Rückkopplungszweig fließt

Das verstärkte Ausgangssignal wird zuerst mittels eines Spannungsteilers 26 geeicht dessen Abgriff 28 mit der Rückkopplungsleitung 20 verbunden ist. Nach der Eichung wird das Signal einer spannungsempfindlichen Triggerschaltung zugeführt um mit einer Bezugspegelspannung verglichen zu werden, die einen richtigen Belichtungswert repräsentiert

Wenn der Kondensator 24 durch den Ausgangsstrom des Photoelementes 10 aufgeladen wird, erscheint eine entsprechende Ausgangsspannung Vo am Ausgang des Verstärkers 12 und wird dem Spannungsteiler 26 zugeführt. Hierbei steht das Ausgangssignal in der Leitung 22 in Beziehung zu einem Bezugsspannungspunkt 30. Nimmt man an, daß das Photoelement 10 auf eine Szene gerichtet ist, die einen konstanten Lichtpegel liefert, wird der Kondensator 24 mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit aufgeladen, die die Belichtungvorrichtung passierende Lichtmenge repräsentiert.

In Fig.3 ist eine Kurvenschar dargestellt, die den Aufbau der Ladung des Kondensators 24 für verschiedene konstante Lichtpegel einer Szene zeigt. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß sich die Aufladungsgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Lichtpegeln ändert, und daß die höheren Aufladungsgeschwindigkeiten bei den höheren Lichtpegeln auftreten. Dieser Aufbau einer Spannung ist erneut in Fig.4 in Form einer Schaulinie Vc dargestellt, die den Aufbau der Ladung bei einem gegebenen Lichtpegel einer Szene repräsentiert. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Schaulinien in F i g. 4 so gezeichnet, daß sie für positive Spannungen gelten. Eine solche Polarität ergibt sich natürlich nur dann, wenn das Ausgangssignal des Photoelements 10 negativ ist. Wenn man den Spannungsteiler 26 zwischen dem Bezugsspannungspunkt 30 und dem Ausgang 22 anordnet, variiert die Spannung, die sich am Ausgang des Verstärkers aufbaut, entsprechend der Stellung des Abgriffs 28. Die Wirkung des Spannungsteilers bei verschiedenen Stellungen des Abgriffs 28 sind in F i g. 4 durch die gestrichelten Schaulinien veranschaulicht, die die Ausgangsspannungen Vo bis Vd^ repräsentieren. Bei dieser Anordnung kann die Regelvorrichtung leicht auf die jeweilige Filmempfindlichkeit eingestellt werden.

Um eine Regelung eines Belichtungsparameters zu ermöglichen, umfaßt die Regelvorrichtung ein Vergiexhsnetzwerk, das auf voi gewählte Pegel des Ausgangssignals der Fühl- und Verstärkungsschaltung anspricht Zu diesem Zweck wird eine spannungsempfindliche Triggerschaltung verwendet Zum Speisen dieser Triggerschaltung sowie des Verstärkers dient

ίο eine Batterie 32 und 34. Die Mittelanzapfung, die mit einer Batterieanschlußleitung 36 verbunden ist bildet den Bezugsspannungspunkt 30. Die äußeren Leitungen der Batterie sind in F i g. 1 mit 38 und 40 bezeichnet Elektrische Energie wird der Schaltung zugeführt, wenn beide Schalter S1 und S 2 geschlossen sind. In F i g. 1 ist ein diese Schalter verbindendes mechanisches Gestänge 42 schematisch angedeutet

Die Schaltung ist so ausgebildet daß sie einen Strom ständig einer Wicklung 44 eines Elektromagneten zuführt bis der Schaltung ein Ausgangssignal mit einem vorbestimmten Signalpegel zugeführt wird. Sobald der gewählte Signalpegel erreicht wird, wird die Wicklung 44 abgeschaltet, um eine Betätigung einer Belichtungsregelvorrichtung zu bewirken. Eine elektromechanische Verbindung zwischen einem schematisch angedeuteten Verschluß 46 und der Wicklung 44 ist in F i g. 1 durch eine gestrichelte Linie 48 angedeutet. Die spannungsempfindliche Schaltvorrichtung zum Betätigen der Wicklung 44 ist in Form einer insgesamt mit 50

jo bezeichneten transistorisierten Schmittschen Triggerschaltung ausgebildet. Die Schaltung 50 besitzt einen Eingang, der sich normalerweise im nicht leitfähigen Zustand befindet und einen Transistor Q1 mit einer Basis 52Zj, einem Kollektor 52c, und einem Emitter 52e

J3 umfaßt. Der Kollektor 52c ist über einen Vorspannwiderstand 56 und eine Leitung 54 mit der an die Batterie angeschlossenen Leitung 38 verbunden. Der Emitter 52e ist an den Bezugsspannungspunkt 30 über einen Vorspannwiderstand 58 angeschlossen. Die normalerweise leitfähige Stufe der Schaltung 50 umfaßt einen Transistor Ql mit einer Basis 6Oi, einem Kollektor 60cund einem Emitter 6Oe. Der Kollektor 60c ist mit der Leitung 38 über die Wicklung 44 des Elektromagneten verbunden und wird eingeschaltet,

-ι > wenn der Transistor Q 2 leitfähig wird. Die Basis 60i> des Transistors Q 2 ist über eine Leitung 62 an den Kollektor 52c des Transistors Q 1 angeschlossen, und der Emitter 6Oe des Transistors Q 2 ist über einen Vorspannwiderstand 58 mit den Bezugsspannungspunkt

Vi 30 verbunden. Bei der beschriebenen Anordnung ist ein gemeinsamer Emitterwiderstand vorhanden, dessen Widerstandswert so gewählt ist, daß er die Schwellspannung festlegt, bei der die Schaltung 50 getriggert werden soll. Die Schwellspannung der Triggerschaltung

5> ist der an dem Widerstand 58 erscheinenden Spannung zuzüglich der an der Basis-Emitter-Verbindung des Transistors Q 1 erscheinenden Spannung gleichwertig.

Die Triggerschaltung 50 arbeitet, wenn die Schalter 51 und 52 gleichzeitig geschlossen sind. Durch das öffnen des Schalters S3 wird die Lichtfühlschaltung in Tätigkeit gesetzt. Beim Schließen des Schalters S1 wird die Wicklung 44 des Elektromagneten eingeschaltet, wcSei der Transistor Q leitfähig wird, da seiner Basis 60£> über die Leitung 54 und den Widerstand 56 ein Signal zugeführt worden ist. Der Transistor Q 2 bleibt weiterhin leitfähig, so daß die Wicklung 44 eingeschaltet bleiben kann, bis der Basis 52b des Transistors Q 1 eine Triggerspannung zugeführt wird. Wenn der Transistor

Q\ durch diese Triggerung leitfähig wird, geht die Spannung an der Basis 6Oi des Transistors Q 2 bis unter den Triggerpegel zurück, so daß der Wicklung 44 kein Strom mehr zugeführt wird. Das Abschalten der Wicklung 44 dient dazu, die Tätigkeit der mechanischen Regelvorrichtung 46 zu begrenzen. Der Transistor Q1 ist mit dem Ausgang 22 des Verstärkers 12 verbunden. Wenn die sich in der Ausgangsleitung 22 aufbauende Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht, durch den die Basis-Emitter-Verbindungsstelle des Transistors Q 1 in der Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, wird der Transistor Q 1 leitfähig und schaltet.

Die gemeinsame Emitterverbindung zwischen den Transistoren Q1 und ζ) 2 in Kombination mit dem Widerstand 58 bildet eine Rückkopplung, durch die die Empfindlichkeit der Triggerschaitung verbessert wird.

Im folgenden wird näher auf die Schaltung des Verstärkers 12 eingegangen. Bei diesem Verstärker handelt es sich um einen Operationsverstärker, dessen Ausgangssignal gegenüber der Eingangsklemme 14 umgekehrt wird. Die erste Verstärkerstufe ist in F i g. 1 durch die Begrenzungslinie 64 bezeichnet. Die Verstärkerstufe 64 umfaßt allgemein zwei Paare von jeweils zu einer Schaltung nach Darling ton vereinigten Transistoren Q 3 und QA und zwei entgegengesetzt geschaltete Transistoren Q 5 und Q 6. Diese gekoppelten Transistorenpaare sind so geschaltet, daß sie einen Differentialverstärker bilden. Die Basis des Transistors Q 3 ist mit der Verstärkereingangsklemme 14 verbunden, während die Basis des Transistors Q 5 des entgegengesetzt angeordneten Transistorpaares über eine Leitung 66 an die Bezugsspannungsleitung 30 und damit auch an den Verstärkereingang 16 angeschlossen ist. Die Emitter der Transistoren Q 4 und Q 6 sind gemeinsam mit einer Leitung 68 verbunden, die ihrerseits an eine mit einem konstanten Strom arbeitende Anordnung mit einem Transistor Q 7 angeschlossen ist. Mit der Basis des Transistors Q7 verbundene Dioden D 1 und D 2 arbeiten als Temperaturkompensatoren für den als Stromquelle wirkenden Transistor ζ>7, der in erster Linie einen hohen gemeinsamen Unterdrückungsfaktor liefert, um die Tätigkeit der Differentialverstärkungstransistoren Q 3 und Qb zu unterstützen. Ein Widerstand R 1 in der Kollektorleitung des Transistors Q3 und ein Widerstand R 2 in der Kollektorleitung des Transistors Q 5 wirken als Belastungswiderstände, die mit der Eingangsleitung 38 verbunden sind, welche an die Batterie angeschlossen ist. Auf ähnliche Weise sind Widerstände R3 und A4 an die Leitung 40 angeschlossen. Die Differentialverstärkerstufe 64 arbeitet mit einem hohen Verstärkungsgrad bezüglich des über die Eingänge 14 und 15 zugeführten Eingangssignals und läßt ein sekundäres Differentialausgangssignal in Ausgangsleitungen 70 und 72 erscheinen. Dieses Differentialausgangssignal wird der nächsten Stufe des Verstärkers zugeführt, die in Fig. 1 durch gestrichelte Linien 74 abgegrenzt ist Die Stufe 74 ist als eine Sekundärdifferentialverstärker- und Emitterfolgeschaltung zu bezeichnen. Sie umfaßt zwei Transistoren QS und Q 9, deren Basiselektroden mit der Eingangsleitung 70 bzw. der Eingangsleitung 72 verbunden sind. Bei dieser Schaltung bewirken die Transistoren QS und Q 9 eine zusätzliche Spannungsverstärkung des schon vorverstärkten Signals. In der Kollektorleitung des Transistors Q 9 liegt ein Belastungswiderstand R 5, und ein weiterer Widerstand R 6 ist zwischen der Bezugsspannungsleitung 30 und den beiden Emittern der Transistoren Q S und Q9 angeschlossen. Das mit Hilfe der beschriebene Emitterfolgeschaltung erzeugte Ausgangssignal is dadurch gekennzeichnet, daß es gegenüber der Bezugs Spannungsleitung 30 eine sehr hohe Spannung aufweis Dieses Signal wird dann in der nächsten Stuf verarbeitet. Es zeigt sich, daß der Widerstand an den Emitter des Transistors Q10 relativ gering ist und dal man das diesem Emitter zugeführte Signal als ein voi einer Spannungsquelle kommendes Signal betrachte: kann. Dieses letztere Signal wird der letzten Verstärker stufe zugeführt, die jenseits der Begrenzungslinie 74 ii F i g. 1 innerhalb des gestrichelten Dreiecks 12 darge stellt ist. Diese insgesamt mit 80 bezeichnete Stufe win üblicherweise als Pegelüberselzungs- und Ausgangsstu fe bezeichnet.

in der vorangehenden Verstärkerstufe 74 wirkt der ii der Leitung82 liegende Widerstand Rl als Widerstam für eine Verstärkung in der Stufe 80. Da da Ausgangssignal der Stufe 74 als ein von eine Spannungsquelle kommendes Signal betrachtet wire bewirkt die Verstärkerschaltung eine Umsetzung de Pegels dieser Spannung in der Weise, daß ein konstante Strom veranlaßt wird, durch den Widerstand R7 z\ fließen. Der konstante Strom wird einem Stromerzeu gungsnetzwerk entnommen, das einen Widerstand R ί eine Diode D3 und einen Transistor QW umfaß! Dieses Netzwerk dient dazu, den Vorspannungspege der Verstärkeranordnung einzustellen, und es leitet da verstärkte Signal unverändert weiter. Das Signal de Pegelumsetzungsnetzwerks erscheint in einer Leitunj 84 und wird der Basis eines Eingangstransistors Q Y. zugeführt, um schließlich zwei Transistoren Q\3 um Q14 zugeführt zu werden. Die letzteren Transistorei bewirken eine Gegentaktverstärkung des in de beschriebenen Weise verarbeiteten Signals. Ein in de Leitung 78 liegender Widerstand R 8 bildet bei diese Verstärkeranordnung einen Rückkopplungswiderstanc Das Ausgangssignal der letzten Verstärkerstufe Si erscheint in der Leitung 22, um dem Rückkopplungswej 20 und der spannungsempfindlichen Triggerschaltunj 50 zugeführt zu werden.

Bei einem typischen Operationsverstärker muß ai den Eingangsklemmen ein schwacher Vorspannstron vorhanden sein, um ein genaueres Arbeiten und einei hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Ein solche Vorspannstrom wird der Eingangsseite des Verstärker: über einen Spannungsteiler 90 zugeführt, der zwischei der Leitung 38 und der Eingangsklemme 16 in Reihi geschaltete Widerstände R 10 und R it aufweist, du durch eine Leitung S2 verbunden sind, deren zwischei den Widerständen liegender Punkt 94 mit einer einei Widerstand R 12 enthaltenden Speiseleitung 96 verbun den ist. Die Leitung 96 ist ihrerseits an di( Eingangsklemme 14 angeschlossen. Die Widerstands werte der bei dem Spannungsteiler 90 verwendetei Widerstände sind so gewählt, daß dem Verstärker 12 eh schwacher Schwellpegel-Vorspannstrom zugeführ wird, der eine Erweiterung des Lichtempfindlichkeitsbe reiches der Belichtungsregelvorrichtung bewirkt Da ei vorkommen kann, daß das Photoelement 10 sehi niedrige Lichtpegel nachweisen muß, ermöglicht es dei mittels des Teiles 90 zugeführte Vorspannstrom, daß in wesentlichen der gesamte durch die Photozelle erzeugt! Signalstrom der Rückkopplungsleitung 18 zugeführ wird. Ohne die Zuführung des Vorspannstroms durd den Teiler 90 würden solche Signale mit einem sehi niedrigen Pegel nicht der Rückkopplung, sondern den Verstärker zugeführt werden.

Das Ausgangssignal des Photoelementes 10 wird mit Hilfe der Schaltung so verarbeitet, daß man eine lineare Ausgangssignalkennlinie erhält, die den Schaulinien in Fig.4 ähnelt. Der Anstieg dieser Kennlinie kann zur Anpassung an den Belichtungsparameter variiert

werden, der mit Hilfe der Fühl vorrichtung geregelt werden soll. Wenn man geeignete Ausgangsspannungspegel wählt, können Lichtwerte zum Regeln eines Belichtungsparameters ermittelt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Beliclitungsregler für photographische Apparate mit eiriem Photoelement, das über einen eine Linearisierung seines Ausgangsstromes bewirkenden rückgekoppelten Operationsverstärker an eine Schwellwertschaltung angeschaltet ist, die einen photographischen Parameter steuert, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang (22) des Operationsverstärkers (80) und die Schwellwertschakung (Qi Q₂) einerseits und einen Bezugsspannungspunkt (30) andererseits ein Spannungsteiler (26) geschaltet ist, dessen Abgriff (28) an den Rückkopplungszweig (20) angeschlossen ist, so daß durch Verstellung des Abgriffs (28) des Spannungsteuere (26) der Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers zur Einstellung von die Belichtung beeinflussenden Faktoren, z. B. Filmempfindhchkeit geändert wird.

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