DE1963085C3 - Belichtungsregler für photographische Apparate - Google Patents
Belichtungsregler für photographische ApparateInfo
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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 aufüeffenden Lichtmenge und der
Ausgangsspannung erreicht werden kann, die als x>
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 ies 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 Operationsverstär- 4n
kers 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 ><> 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 '■■
Filmempfindlichkeii, 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.
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 daß 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;
Fig.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 Vcrstärkiingsgrad, einem
unendlich großen Eingangswiderstand und dem Ausgangswiderstand Null. Damit das Photoclement 10
jedoch einen Strom erzeugt, ist die Eingangsschaltung
des Verstärkers 12 so aufgebaut, daß der scheinbare Eingangswiderstand in Beziehung zu dem Photoelement 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, der 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 einsr Szene zeigt Aus Fig.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 Ausgung.sspanmingen Vo bis Volv repräsentieren.
Hei dieser Anordnung kann die Regelvorrichtung leicht
auf die jeweilige Filmempfindlichkeit eingestellt werden.
Um eine Regelung eines Belichtungsparameters zu ermöglichen, umfaßt die Regelvorrichtung ein Ver
glejchsnetzwerk, das auf vorgewählte 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 51 und 52 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 Ausgan£>t,ignal mit einem
vorbestimmten Signalpegel zugeführt wir-L Sobald der gewählte Signalpegel erreicht wird, wird die Wicklung
44 abgeschaltet um eine Betätigung einer Belichtungsregelvorrichtung zu bewirken. Eine elektromechanische
21) Verbindung zwischen einem schematisch angedeuteten
Verschluß 46 und der Wicklung 44 ist in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie 48 angedeutet Die sparinungsempfindliche 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 526, einem Kollektor 52c, und einem Emitter 52e
i"> umfaßt. Der Kollektor 52r ist über einen Vorspannwiderstand 56 und eine Leitung 54 mit der an die
Batterie angeschlossenen Leitung 38 verbunden. Der Emitter 52e ist an den Bezugsspannungspurikt 30 über
einen Vorspannwiderstand 58 angeschlossen. Die
normalerweise leitfähige Stufe der Schaltung 50 umfaßt
einer. Transistor Q 2 mit einer Basis 606, einem Kollektor 60c und 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 606des
Transistors Q2 ist über eine Leitung 62 an den
Kollektor 52c des Transistors Q1 angeschlossen, und
der Emitter 6Oe des Transistors Q2 ist über einen Vorspannwiderstand 58 mit den Bezugsspannungspunkt
in 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
Γι ist der an dem Widerstand 58 erscheinenden Spannung
zuzüglich der an der Basis-Emitter-Verbindung des Transistors Q1 erscheinenden Spannung gleichwertig.
Die Triggerschakung 50 arbeitet, wenn die Schalter
51 und 52 gleichzeitig geschlossen sind. Durch das Öffnen des Schalters 53 wird die Lichtfühlschaltung in
Tätigkeit gesetzt. Beim Schließen des Schalters 5 ί wird die Wicklung 44 des Elektromagneten eingeschaltet,
wobei der Transistor Q leitfähig wird, da seiner Basis 606 über die Leitung 54 und den Widerstand 56 ein
Signal zugeführt worden ist. Der Transistor Q2 bleibt weiterhin leitfähig, so daß die Wicklung 44 eingeschaltet
bleiben kann, bis der Basis 526 des Transistors Q I eine Triggerspannung zugeführt wird. Wenn der Transistor
Ql durch diese Triggerung leitfähig wird, geht die Spannung an der Basis 606 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 1? verbunden. Wenn die sich in der Ausgangsleitung 22 aufbauende
Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht, durch den die Basis-Emitter-Verbindungsstelle des Transistors
Q1 in der Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, wird der
Transistor Q1 leitfähig und schaltet.
Die gemeinsame Emitterverbindung zwischen den Transistoren Qi und Ql in Kombination mit dem
Widerstand 58 bildet eine Rückkopplung, durch die die Empfindlichkeit der Triggerschaltung 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 Fig. 1 durch die Begrenzungslinie 64 bezeichnet. Die Verstärkerstufe
64 umfaßt allgemein zwei Paare von jeweils zu einer Schaltung nach D a r I i η g t ο π vereinigten
Transistoren Q 3 und Q 4 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
Q3 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 Ql angeschlossen ist. Mit der Basis des Transistors Ql
verbundene Dioden DX und Dl arbeiten als Temperaturkompensatoren
für den als Stromquelle wirkenden Transistor Ql, der in erster Linie einen hohen
gemeinsamen IJmcruruckungsiakior iietert, um die
Tätigkeit der Differentialverstärkungstransistoren Q 3 und Q 6 zu unterstützen. Ein Widerstand Λ 1 in der
Kollektorleitung des Transistors Q 3 und ein Widerstand Rl in der Kollektorleitung des Transistors Q5
wirken als Belastungswiderstände, die mit der Eingangsleitung 38 verbunden sind, welche an die Batterie
angeschlossen ist. Auf ähnliche Weise sind Widerstände R 3 und RA 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 F i g. 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 Kollcktorleitung 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 QS und Q9 angeschlossen. Das mit Hilfe der beschriebenen
Emitterfolgeschaltung erzeugte Ausgangssignal ist dadurch gekennzeichnet, daß es gegenüber der Bezugsspannungsleitung
30 eine sehr hohe Spannung aufweist.
ι Dieses Signal wird dann in der nächsten Stufe verarbeitet. Es zeigt sich, daß der Widerstand an dem
Emitter des Transistors Q10 relativ gering ist und daß
man das diesem Emitter zugeführte Signal als ein von einer Spannungsquelle kommendes Signal betrachten
in kann. Dieses letztere Signal wird der letzten Verstärkerstufe
zugeführt, die jenseits der Begrenzungslinie 74 in Fig. I innerhalb des gestrichelten Dreiecks 12 dargestellt
ist. Diese insgesamt mit 80 bezeichnete Stufe wird üblicherweise als Pegelübersetzungs- und Ausgangsstu-
> fe bezeichnet.
In der vorangehenden Verstärkerstufe 74 wirkt der in
der Leitung 82 liegende Widerstand R1 als Widerstand
für eine Verstärkung in der Stufe 80. Da das
Ausgangssignal der Stufe 74 als ein von einer
."i Spannungsquelle kommendes Signal betrachtet wird,
bewirkt die Verstärkerschaltung eine Umsetzung des Pegels dieser Spannung in der Weise, daß ein konstanter
Strom veranlaßt wird, durch den Widerstand Rl zu fließen. Der konstante Strom wird einem Stromerzeu-
.') gungsnetzwerk entnommen, das einen Widerstand /?9,
eine Diode D3 und einen Transistor Qii umfaßt.
Dieses Netzwerk dient dazu, den Vorspannungspegel der Verstärkeranordnung einzustellen, und es leitet das
verstärkte Signal unverändert weiter. Das Signal des
i'· Pegelumsetzungsnetiwerks erscheint in einer Leitung
84 und wird der Basis eines Eingangstransistors Q ti zugeführt, um schließlich zwei Transistoren Q13 und
Q14 zugeführt zu werden. Die letzteren Transistoren
bewirken eine Gegentaktverstärkung des in der
>■' beschriebenen Weise verarbeiteten Signals. Ein in der
Leitung 78 liegender Widerstand RS bildet bei dieser Verstärkeranordnung einen Rückkopplungswidei stand.
Das Ausgangssignal der letzten Verstärkerstufe 80 erscheint in der Leitung 22, um dem Rückkopplungsweg
■"> 20 und der spannungsempfindlichen Triggerschaltung
50 zugeführt zu werden.
Bei einem typischen Operationsverstärker muß an den Eingangsklemmen ein schwacher Vorspannstrom
vorhanden sein, um ein genaueres Arbeiten und einen
'> hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Ein solcher
Vorspannstrom wird der Eingangsseite des Verstärkers über einen Spannungsteiler 90 zugeführt, der zwischen
der Leitung 38 und der Eingangsklemme 16 in Reihe geschaltete Widerstände Ä10 und Λ 11 aufweist, die
'·" durch eine Leitung 92 verbunden sind, deren zwisuxen
den Widerständen liegender Punkt 94 mit einer einen Widerstand R12 enthaltenden Speiseleitung 96 verbunden
ist Die Leitung 96 ist ihrerseits an die Eingangsklemme 14 angeschlossen. Die Widerstands-
">i werte der bei dem Spannungsteiler 90 verwendeten
Widerstände sind so gewählt, daß dem Verstärker 12 ein schwacher Schwellpegel-Vorspannstrom zugeführt
wird, der eine Erweiterung des Lichtempfindlichkeitsbereiches der Belichtungsregelvorrichtung bewirkt Da es
■-" vorkommen kann, daß das Photoelement 10 sehr
niedrige Lichtpegel nachweisen muß, ermöglicht es der mittels des Teiles 90 zugeführte Vorspannstrom, daß im
wesentlichen der gesamte durch die Photozelle erzeugte Signalstrom der Rückkopplungsleitung 18 zugeführt
wird. Ohne die Zuführung des Vorspannstroms durch den Teiler 90 würden solche Signale mit einem sehr
niedrigen Pegel nicht der Rückkopplung, sondern dem 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 F-"ig.4 ähnelt. Der Anstieg dieser Kennlinie kann zur
Anpassung an den Belichtungsparameter variiert
werden, der mit Hilfe der Fühlvorrichtung geregelt werden soll. Wenn man geeignete Ausgangsspannungspegcl
wählt, können Lichtwerte zum Regeln eines Belichtungsparameters ermittelt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1
Patentanspruch:
Belichtungsregler für photographische Apparate mit einem 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 Schwellwertschaltung (Q\ Qt) 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 Spannungs- is
tellers (26) der Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers zur Einstellung von die Belichtung
beeinflussenden Faktoren, z. B. Filmempfindlichkeit geändert wird.
20
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