DE1966819A1

DE1966819A1 - Einrichtung zur bestimmung eines lichtstromes

Info

Publication number: DE1966819A1
Application number: DE19691966819
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Nanba
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1968-02-14
Filing date: 1969-02-13
Publication date: 1974-07-11
Also published as: GB1260401A; DE1966819C3; DE1966819B2; US3574443A

Description

Minolta Camera Kabushiki Kaisha
2-30, Azuchimachi, Higashiku
Osaka (Japan)

Einrichtung zur Bestimmung eines Lichtstromes

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung eines Lichtstromes, insbesondere bei photographischen Blitzlichtaufnahmen, mit einem Photowandler, einer Stromquelle und einer den Photostrom verstärkenden Schaltung, mit der ein Ausgangsstrom als Funktion der Intensität des Lichtes erzeugt wird, das in den Photowandler einfällt. An Einrichtungen zur Bestimmung des Lichtstromes für photographische Zwecke wird häufig die Anforderung gestellt auf den Einfall des Lichtes schnell anzusprechen > und einen Strom zu erzeugen, der der Lichtintensität proportional ist. Das ist zum Beispiel in solchen Fällen der Fall, wo die Einrichtung für die Verwendung bei Blitzlichtbeleuchtung gedacht ist und die Lichtmenge in einer vorbestimmten Zeitperiode als die zeitliche Integration des photoelektrischen Stromes über dieser Zeitperiode zu messen hat. Die Einrichtung muß schnell ansprechen, weil sieh das Blitzlicht mit seiner

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Intensität rapide in kürzester Zeit über einen weiten Bereich der Intensität ändert. Hierzu braucht man eine den Photostrom verstärkende Schaltung, wie sie mit der Erfindung geschaffen worden ist.

An sich sind photovoltaische Zellen bekannt, die sehr schnell auf den Einfall des Lichtes ansprechen. Doch ist bei den herkömmlichen Einrichtungen zur Bestimmung des Lichtstromes die photovoltaische Zelle in Serie mit der Ausgangsimpedanz eines Amperemeters geschaltet (DT-OS 1 907 102, DT-AS 1 095 107, Fig. 4), was zur Folge hat, daß der Ausgangsstrom aus der Photozelle der Intensität des einfallenden Lichtes nur in einem engen Bereich proportional ist.

Auch ist es bekannt einen Verstärkerkreis' mit einer photovoltaisehen Zelle zu koppeln um einen ausreichenden photoelektrischen Strom zu erhalten (US-Patent 2 897 720). Aber dieser Schaltkreis erzeugt keinen Strom, der der Intensität des Lichtes, das in die Photozelle einfällt, proportional ist, weil der Verstärkungsfaktor des Verstärkers vom Eingangsstrom selbst abhängig ist. Mit der vorliegenden Erfindung wird auch noch erreicht, daß der erzeugte Lichtstrom über einen weiten Bereich der Intensität des Lichtes proportional ist, das auf die photovoltaische Zelle fällt.

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die verstärkende Schaltung ein Differentialverstärker ist, der ein Paar Eingangsklemmen mit einer hohen Impedanz hat, zwischen denen der Photowandler angeschlossen ist und daß Eückkopplungsglieder zur negativen Rückkopplung des Ausgangs des Differentialverstärkers an eine der Eingangsklemmen angelegt sind, so daß die Spannung über dem Photowandler annähernd gleich Null gehalten wird und der Ausgangsstrom von den Rückkopplungsgliedern geliefert wird.

Vorteilhafterweise besteht der Differentialverstärker aus einem Paar Feldeffekttransistoren, deren Tore jeweils an die Klemmen des Photowandlers angelegt sind. Die erfindungsgemäße Einrichtung wird zweckniäßigerweise ausgebildet mit ein Paar Widerständen zwischen den Eingangsklemmen des Differentialverstärkers, die in Serie zueinanderliegen, wobei die beiden Endklemmen der Serienschaltung jeweils an den Eingangsklemmen liegen und sobei die Widerstandswerte der Widerstände mit einem bestimmten Verhältnis gewählt sind, und der Ausgang des Differentialverstärkers auf den Verbindungspunkt der Widerstände rück- ( gekoppelt ist.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der erste der beiden Widerstände zwischen den Rückkopplungsgliedern und einer lingangsklemme des Differentialverstärkers liegt und der zweite Widerstand mit einer ersten Klemme an die andere Eingangsklemme des Verstärkers angeschlossen ist und mit einer zweiten

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Klemme an den Verbindungspunkt zwischen den Bückkopplungsgiiedern und der einen Eingangsklemme des Verstärkers angelegt ist, wobei die Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstandes so gewählt sind, daß der Verstärkungs faktor der Formel

folgt und IL, Ep die jeweiligen Widerstandswerte der Widerstände 5, 6 sind.

Bei einer Ausführungsform der Einrichtung finden anstelle der Widerstände ein Paar Dioden oder ein Paar entsprechende Halbleiter Verwendung, die so zwischen den beiden Eingangsklemmen des Verstärkers liegen, daß sie in Serie geschaltet sind und ihre Klemmen jeweils mit verschiedenen Ausgangsklemmen desVerstärkers verbunden sind. In beiden Fällen wird erreicht, daß der Strom aus dem Photowandler entsprechend dem Verhältnis der Widerstandswerte der verwendeten Elemente verstärkt wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es sind

Fig. 1 die Schaltung eines ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 die Schaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels und Fig. 3 ein Leistungsdiagramm des Verstärkerkreises.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Erfindung. Die Stromquelle 1 ist mit einem Hauptschalter 2 in Reihe geschaltet. In dem photoelektrischen Kreis ist die Photozelle

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mit einer hohen Ansprechcharakteristik, die das von dem Objekt reflektierte Licht oder das das Objekt beleuchtende Licht aufnimmt, in Reihe mit dem Widerstand 5, gescheitet, der mit dem Emitter des einen großen Verstärkungsfaktor besitzenden Transistors 4 verbunden ist. Dabei fließt fast der gesamte Photostrom von Photozelle 3 über den Kollektor. Die gleiche Photozelle 3 ist ferner mit jedem Tor der Feldeffekttransistoren 7, 8 der einen Differenzverstärkungskreis bildet, verbunden.

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. Jede Basis der den Differentialverstärkungskreis 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 Emitterwiderstand der Transistoren 12, 13. Der Widerstand 17 dient zur Verhinderung eines Überstroms und der Widerstand 18 erzeugt eine negative, rückgekoppelte Spannung an der Basis des Verstärkungstransistors 4.

Parallel zu dem Kollektor des Verstärkungstransistors 4 sind zwei Dioden 19,20 geschaltet, wobei die Diode 19 mit dem Ladekondensator 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 den Differenzverstärkungskreis bildenden Feldeffekttransistoren 23, 24 messen die Ladespannung des Ladekondensators 21, wodurch der Zeiger des

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Galvanometers 25 ausschlägt und die gemessene Photostrommenge anzeigt. Der V/iderstand 26 ist der Widerstand der Feldeffekttransistoren 23, 24,und 27 der Widerstand der die Charakteristik der Feldeffektransistoren 23, 24 festlegt. 28, 29 sind die mit dem Ausgang der Feldeffekttransistoren 23, 24 verbundenen Widerstände. Die Differenz zwischen der durch den Austrittsstrom (drain current) des Feldeffekttransistros 23 am Widerstand 28 erzeugten Spannung und der durch den Austrittsstrom des Feldeffekttransistors 24 am Widerstand 29 erzeugte Spannung ergibt an den beiden. Enden des Galvanometers 25 eine Potentialdifferenz. 30 ist der Widerstand zur'Einstellung der Empfindlichkeit des Galvanometers 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 Widerstands 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 aufgeladen, die Basisspannung des Transistors 4 auf null reduziert und damit der Photostrom am Emitter des Transistors 4 ausgeschaltet, wodurch die integrierte Zeit durch den Stronkreis 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 Entladungsschalter des Kondensaotrs 22 zusammenwirkt.

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Bei dem oben beschriebenen Kreis sind die Widerstände 9, 10 vorher derart bestimmt, daß die Punkte a und b in Fig. 1 gleiches Potential haben, wenn ein bestimmter Strom in der Photzelle 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 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.

Wenn umgekehrt der Photostrom der Photozelle 3 geringer als die vorbestimmte Größe ist und das Poatential am Punkt a ansteigt, so arbeitet die Spannung entgegengesetzt zu der zuvor beschriebenen Weise. Das Potential am Punkt a sinkt und der Ausgleich wird wieder hergestellt, so daß sowohl bei großem oder kleinem Photostrom bei vorliegendem Schaltkreis die Punkte a und b auf gleichem Potential liegen.

Wenn z.B. das Spannungsrückkopplungsverhältnis an dem Punkt ■a gleich ß die Änderung der Spannung an dem Punkt a durch die Änderung des Photostroms ohne Rückkoppelung χ und die Änderung der Spannung an dem Punkt a bei negativer Bückkopplung y ist, so gilt

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y = α χ

y = /■ χ

Durch Vergrößerung von kann also.^y unabhängig von ..:_. χ 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.

Zwischen den Widerstandswerten Rr- und R/- der Widerstände

Ob

5 und 6 besteht die Beziehung

Wenn die in dem Widerstand 5 und 6 fließenden Ströme mit Ic und Ig und die Spannung an beiden Enden mit Vc, Vg bezeichnet wird, so gilt

Da die Spannung an den Punkten a und b stets gleich ist, also V₅ -V₆,

1₅ - E₆.

Η _m

h ^b

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so daß, falls der Basisstrom unberücksichtigt bleibt, der Photostrom Ip- mit einer (Λ+ 1) -fachen Verstärkung in den Kollektor fließt.

In dem Schaltbild in Fig. 2 ist eine Einrichtung zur Steuerung der Belichtung einer Photokamera dargestellt, worin der Differentialverstärker ebenfalls mit 7, 8 bezeichnet ist. Der Photolichtkreis, bestehend aus dem Photowandler P, zwei Dioden, dem Ladekondensator C und dem Kurζschlußsehalter ist aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 übernommen worden. Der Differsntialverstärker 7, 8 betätigt hier einen Magneten Mg für den Verschluß, wenn die zum Logarithmus des Zeitintegrals des durch die Photozelle P erzeugten Photostromes proportionale Leistung des Kondensators C den vorbestimmten Wert erreicht hat.

Ferner kann man diese Erfindung für eine Einrichtung zur Steuerung eines Elektronenblitzes anwenden und sie zum Halten des Blitzes verwenden, bis die Leistung des' Kondensators den vorbestimmten Wert erreicht hat.

Anstatt der Widerstände 5 und 6 können zwei Dioden angeordnet werden. Wie durch die ausgezogene Linie in Fig. gezeigt, vergrößert sich der durch die Diode fließende Strom entsprechend der Vergrößerung- der angelegten Spannung. Wenn der Stromkreis konstant ist, so daß die Potentiale der Punkte a und b bei einem gewissen Photostrom gleich sind, und wenn sich die Charakteristiken der Dioden nicht ändern,

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ist das Verhältnis der Ströme an der Diode 1 : 1 und der Emitterstrom des Transistors 4 zweimal so groß wie der Photostrom. Wenn die Spannung an dem Punkt der Diode, der benachbart dem Punkt b ist, und wobei die Diode an die Stelle des Widerstandes 6 tritt, kleiner wird als die Spannung an dem Punkt b, hat die Stromcharakteristik der Diode 6 den Verlauf der gestrichelten Linie in Fig. 3, wobei das Verhältnis zwischen den Strömen, die durch die" Diode anstelle der Widerstände 5 und 6 fließen, konstant ist gegenüber der Stromänderung an der Diode anstelle des Widerstandes 5, "d. h. gegenüber der Spannungsänderung an der Emitterelektrode des Transistors 4. Daher kann der Photostrom durch die Diodai anstelle der Widerstände 5, verstärkt werden und außerdem ist der Stromänderungsbereich gegenüber dem Spannungsänderungsbereich im Falle der Verwendung von Dioden größer, so daß der Meßbereich erweitert werden kann.

Bei dem vorbeschriebenen Kreis ist es möglich, anstelle der als Batterie wirkenden photovoltaisehen Zelle einen Photowiderstand zu verwenden, der durch Lichteinfall leitend wird. In diesem Fall ist es nötig, eine bestimmte Spannung an der letztgenannten Zelle anzulegen, so daß, wenn das eine Ende der Zelle mit dem Punkt a verbunden und das andere mit Erde, der photoelektrische Strom wie bei der Photozelle 3 verstärkt werden kann.

Patentansprüche:

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Claims

PatentansOrüche

(Jy Einrichtung zur Bestimmung eines Lichtstromes ■insbesondere "bei photographischen Blitzlichtaufnahmen, mit einem.Photowandler, einer Stromquelle und einer den Photostrom verstärkenden Schaltung, mit der ein Ausgangsstrom als Funktion der Intensität des Lichtes erzeugt wird, das in den Photowandler einfällt, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkende Schaltung ein Differentialverstärker (7, 8) ist, der ein Paar Eingangskiemmen (a, b) mit einer hohen Impedanz hat, zwischen denen der Photowandler angeschlossen ist, und daß Rückkopplungsglieder (4, 18) zur negativen Rückkopplung des Ausgangs des Differentialverstärkers an eine (a) der Eingangsklemmen angelegt sind, so daß die Spannung über dem Photowandler (3) annähernd gleich null gehalten wird und der Ausgangsstrom von den Rückkopplungsgliedern geliefert wird.
2. Einrichtung nach Anspruchs, dadurch

g e k e η η· ζ e i c h η e t, daß der Differentialverstärker aus einem Paar Feldeffekttransistoren (7, 8) besteht, deren Tore jeweils an die Klemmen des Photowandlers (3) angelegt sind. ^ .
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein Paar Widerstände (5, 6), zwischen den Eingangskiemmen des Differen-^ tialverstärkers (7, 8), die in Serie zueinanderliegen, wobei die beiden Endklemmen der Serienschaltung jeweils an

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den Eingangsklemmen liegen und wobei die Widerstandswerte der Widerstände mit einen bestimmten Verhältnis gewählt sind, und der Ausgang des Differentialverstärkers auf den Verbindungspunkt der Widerstände rückge- koppelt ist..

•
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (5) der beiden Widerstände zwischen den Eückkopplungsgliedern (4, 18) und einer Eingangsklemme des Differentialverstärkers (7, δ) liegt und daß der zweite Widerstand (6) mit einer ersten Klemme an die andere Eingangskiemme des Verstärkers (7, 8) angeschlossen ist und mit einer zweiten Klemme an dem Verbindungspunkt zwischen den Rückkopplungsgliedern (4, 18) und der einen Eingangsklemme des Verstärkers (7, 8) angelegt ist, wobei die Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstandes (5, 6) so gewählt sind, daß der Verstärkungsfaktor der Formel

^R1 = -^ , j »1
■ ~2 " '

folgt und (R^, H2) die jeweiligen Widerstandswerte der Widerstände (5, 6) sind.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, ge, kennzeichnet durch ein Paar Dioden oder entsprechende Halbleiter, die so zwischen den beiden Eingangskleminen des Verstärkers (7, 8) liegen, daß sie in Serie geschaltet sind und ihre Klemmen jeweils mit verschiedenen Ausgangsklemmen des Verstärkers verbunden sind.

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ORIGINAL INSPECTED