DE1966819C3

DE1966819C3 - Vorrichtung zur Bestimmung eines Lichtstromes

Info

Publication number: DE1966819C3
Application number: DE1966819A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro 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: DE1966819A1; GB1260401A; DE1966819B2; US3574443A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

An Vorrichtungen zur Bestimmung des Lichtstromes für photographischc Zwecke wird häufig die Anforderung gestellt, auf den Einfall des Lichtes schnell anzusprechen und einen Strom /u erzeugen, der der Lichtintensität proportional ist. Das ist /um Beispiel in

solchen Fällen der Fall, wo die Vorrichtung 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 Vorrichtung muß schnell ansprechen, weil sich das Blitzlicht mit seiner Intensität rapide in kürzester Zeit über einen weiten Bereich der Intensität ändert

An sich sind photovoltaische Zellen bekannt die sehr schnell auf den Einfall des Lichtes ansprechen. Doch ist bei den herkömmlichen Vorrichtungen zur Bestimmung des Lichtstromes die photovoltaische Zelle in Serie mit der Ausgangsimpedanz eines Amperemeters geschaltet (DT-AS 10 95 107, 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 photovoltaischen Zelle zu koppeln, um einen ausreichenden photoelektrischen Strom zu erhalten (US-PS 28 97 720). 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 soll erreicht werden, daß der erzeugte Lichtstrom über einen weiten Bereich der Intensität des Lichtes proportional ist, das auf die photovoltaische Zelle fällt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die Schaltung einer Ausführungsform,

F i g. 2 Diodenkennlinien.

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 Transistors 4 verbunden ist. Dabei fließt fast der gesamte Photostrom von der Pholozelle 3 über den Kollektor. Die gleiche Photozelle 3 ist ferner mit jedem Tor der Feldeffekttransistoren 7, 8, die einen Differenzverstärker bilden, verbunden.
Die Widerstände 9, 10 bilden einen Spannungsteiler,

« der eine Spannung auf das Tor des Transistors 8 gibt Der Widerstand 11 ist der Widerstand für die Transistoren 7, 8. Die Basen der einen weiteren Differenzverstärker bildenden Transistoren 12, 13 sind mit den Widerständen 14 bzw. 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 Strombegrenzung, und der Widerstand 18 erzeugt eine negative, rückgekoppelte Spannung an der Basis des Transistors 4.

An den Kollektor des Transistors 4 sind zwei Dioden 19, 20 angeschaltet, wobei die Diode 19 mit dem Ladekondensator 21 praktisch in Reihe liegt und zum Entladen des Kondensators 21 diesem ein Schalter 22

ti5 parallel geschaltet ist, wodurch der den Lichtstrom integrierende Stromkreis gebildet wird. Die einen weiteren Differenzverstärker bildenden Feldeffekttransistoren 23, 24 messen die Ladespannung des Ladekon-

densators 21, wodurch der Zeiger des Galvanometers 25 ausschlägt und die gemessene Photostrommenge anzeigt Der Widerstand 26 ist der Widerstand der Feldeffekttransistoren 23,24 und der Widerstand 27 legt die Charakteristik der Feldeffekttransistoren 23,24 fest Mit dem Ausgang der Feldeffekttransistoren 23, 24 ist jeweils ein Widerstand 28,29 verbunden. Die Differenz zwischen der durch den Drainstrom des Feldeffekttransistors 23 am Widerstand 28 erzeugten Spannung und der durch den Drainstrom des Feldeffekttransistors 24 ι ο am Widerstand 29 erzeugten Spannung ergibt an den beiden Enden des Galvanometers 25 eine Potentialdifferenz. Der Widerstand 30 dient zur Einstellung der Empfindlichkeit des Galvanometers 25.

Der Kondensator 32 und der veränderliche Widerstand 33 bilden einen Zeitsteuerstromkreis, wobei gleichzeitig mit dem Einschalten des Hauptschalters 2 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 gepolt, die Basisspannung des Transistors 4 auf Null reduziert und damit der Photostrom am Emitter des Transistors 4 ausgeschaltet, wodurch die Integrationszeit 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 Entladungsschalter 22 des Kondensators 21 zusammenwirkt.

Bei der oben beschriebenen Schaltung sind die Widerstände 9 und 10 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. Bei Vergrößerung des Photostroms der Photozelle 3 über die vorbestimmte Stromstärke hinaus fällt das Potential an dem Punkt a ab 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.

Wenn umgekehrt der Photostrom der Photozelle 3 geringer als die vorbestimmte Größe ist und das Potential 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 Rückkopplung Ax und die Änderung der Spannung an dem Punkt a bei negativer Rückkopplung Ay ist. so gilt

Ay = Ax-βAy,

60

Ay =

Ax

l+ft

Durch Vergrößerung von β kann also Δ ^unabhängig t>5 von Ax Null angenähert werden, d. h., unabhängig von einer Stromänderung in der Photozelle 3 kann die Snannuns 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 Λ5 und R_b der Widerstände 5 und 6 besteht die Beziehung

R*

1.

Wenn die in den Widerständen 5 und 6 fließenden Ströme mit /5 und k und die Spannung an beiden Enden mit V5, V_b bezeichnet wird, so gilt

R₅ I₅= V₅,

K₆ ' '6 — V₆-

Da die Spannung an den Punkten a und b stets gleich ist, also V₅= Vb, gilt

R₅- I₅ = R₆ I₆,

'6 ^{= Λ}'5 >

so daß, falls der Basisstrom unberücksichtigt bleibt, der Photostrom /5 mit einer (a+l)-fachen Verstärkung in den Kollektor des Transistors 4 fließt.

Anstatt der Widerstände 5 und 6 können zwei Dioden angeordnet werden. Wie durch die ausgezogene Linie in F i g. 2 gezeigt, vergrößert sich der durch eine Diode fließende Strom entsprechend der Vergrößerung der angelegten Spannung.

Wenn zwei parallelliegende Dioden die gleichen Kennlinien haben, so ist das Verhältnis der durch die Dioden fließenden Ströme 1:1, und der Emitterstrom des Transistors 4 in F i g. 1 würde zweimal so groß wie der Photostrom der Photozelle 3. Wenn z. B. der Photostrom 1 μΑ beträgt, würde der Emitterstrom 2 μΑ betragen.

Wenn andererseits die Kennlinien der Dioden hinsichtlich der durch sie fließenden Stromstärken bei derselben Anschlußspannung verschieden sind, kann der Emitterstrom des Transistors 4 mehr als das Zweifache des Photostroms betragen. Angenommen, eine Diode mit der in Fig.2 durch die ausgezogene Linie angegebenen Kennlinie wird an die Stelle des Widerstandes 5 und eine Diode mit der Kennlinie gemäß der strichlierten Linie in F i g. 2 wird an die Stelle des Widerstandes 6 gesetzt, dann steht, wenn der Photostrom, der der durch die den Widerstand 5 ersetzende Diode fließende Strom ist, 1 μΑ stark ist, an der betreffenden Diode, wie der F i g. 2 zu entnehmen ist, eine Spannung von 0,5 V an, und ein Strom von 32 μΑ fließt durch die den Widerstand 6 ersetzende Diode. Demnach beträgt der Emitterstrom des Transistors 4 33 μΑ.

Ob die Kennlinien der beiden Dioden nun gleich oder voneinander verschieden sind, die an den statt der Widerstände 5 und 6 verwendeten Dioden auftretende Spannungsänderung ist vernachlässigbar im Vergleich mit r^er Änderung des durch sie hindurchfließenden Stroms. Demgemäß wird das Potential am Emitter des Transistors 4 trotz der Änderung des Photostroms im wesentlichen konstant gehalten.

5 6

Wenn dagegen, wie im in I'i g. 1 dargestellten lall. kreises gerat, wenn sieh der l'hotostrom si

Widerstände 5, 6 verwendet werden, so andern sieh die verändert. Deshalb ermöglicht es die Verwendung

jeweiligen Spannungen an den Widerstanden 5, 6 Dioden an Stelle der Widerstände 5, 6. dall

proportional /um Photostrom, und es kann massieren. l.iehtmeßstromkreis der vorliegenden Erfindung line

dall die Kmitterspannung des Transistors 4 aus dem "> Ausgangssignale über einen weiten Bereich

Bereich für eine normale Arbeitsweise seines Strom- Lichtintensität erzeugt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung eines Lichtstroms, insbesondere von Blitzlichtquellen, mit einem Pholoelement, einer Spannungsquelle und einer Schaltung zur Erzeugung eines von Lichtintensität abhängigen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkopplungsschaltung zur Ausregelung von Potentialunterschieden zwischen den Anschlußklemmen des Photoelements (3) vorgesehen ist daß die Rückkopplungsschaltung einen Differenzverstärker (7, 8) enthält, daß die eine (b) der beiden hochohmigen Eingangsklemmen (a, b) des Differenzverstärkers (7, 8) über ein Vorspannelement (10) mit einer Anschlußklemme der Spannungsquelle (1) verbunden ist, daß die eine Anschlußklemme des Photoelements (3) mit dieser einen Einganesklemme φ}und die andere Anschlußklemme des Photoelements (3) mit der anderen Eingangsklemme (a) des Differenzverstärkers (7, 8) verbunden ist und daß die Rückkopplungsschallung Schaltelemente (4, 5, 12, 13, 17) zur negativen Rückkopplung des Ausgangssignals des Differenzverstärkers (7,8) auf die andere Eingangsklemme (a) des Differenzverstärkers (7,8) besitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schaltelementen ein erster Widerstand (5) enthalten ist, der an einem Ende mit der anderen Eingangsklemme (a) des Differenzverstärkers (7, 8) verbunden ist, sowie ein zweiter Widerstand (6), der an einem Ende mit der einen Eingangsklemme (b) des Differenzverstärkers (7, 8) und am anderen Ende mit dem freien Ende des ersten Widerstandes (5) verbunden ist, und daß der Wert des ersten Widerstandes (5) sehr viel größer als der des zweiten Widerstandes (β) gewählt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker aus einem Paar von Feldeffekttransistoren (7,8) besteht, deren Tore jeweils an die Anschlußklemmen des Photoelements (3) gelegt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen des Differenzverstärkeis (7, 8) mit jeweils einer Eingangsklemme eines zweiten Differenzverstärkers (12, 13) verbunden sind und dessen Ausgangssignal auf die andere Eingangsklemme (a)des ersten Differenzverstärkers (7,8) rückgekoppelt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente ein Paar Dioden aufweisen, die so zwischen den beiden Eingangsklemmen (a, b) des Differenzverstärkers (7,8) liegen, daß sie in Serie geschaltet und ihre freien Klemmen mit jeweils einer anderen der beiden Eingangsklemmen (a, ty des Differenzverstärkers (7,8) verbunden sind.