DE2106387B2

DE2106387B2 - Vorrichtung zum Regeln der auf eine lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichtmenge

Info

Publication number: DE2106387B2
Application number: DE2106387A
Authority: DE
Inventors: Gijun Fuchu Tokio Idei; Saburo Urawa Saitama Numata
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1970-02-13
Filing date: 1971-02-11
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2106387C3; DE2106387A1; DE2167102C2; DE2167103C2; DE2167102B1; US3670184A

Description

transistors der in den Schaltungsanordnungen der F i g. 2 und 5 verwendet wird, die die Beziehung zwischen der Spannung zwischen dem Gate und der Quelle gegen den Drainstrom Id und die Lastkennlinie eines zwischen die Quelle und den Erdungspunkt geschalteten Widerstands betreffen,

F i g. 7 im Diagramm die Kennlinien der Schaltungsanordnungen der F i g. 2 und 5, die die Beziehungen von Ausgangsspannung gegen Umgebungstemperatur betreffen,

Fig.8 eine Verstärkerschaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum Einsteilen der Menge des eintretenden Lichtes,

Fig.9 im Diagramm die Beziehung von Ausgangsspannung der Schaltung der Fig.8 gegen den Widerstand eines lichtaufnehmenden Elements,

Fig. 10 ein Diagramm einer anderen Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes,

F i g. 11 ein Diagramm noch einer anderen Ausführungsform einer VerstärkerschaltungsanoHnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes,

Fig. 12 im Diagramm die Beziehung von Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung nach F i g. i 1 gegen die Umgebungstemperatur,

Fig. 13 ein Diagramm einer weiteren Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes,

Fig. 14 im Diagramm das Verhältnis der Ausgangsspannung von der Schaltungsanordnung der Fig. 13 gegen die Spannung der Antriebsspannungsquelle,

Fig. 15 bis 18 zeigen andere Ausführungsformen von Verstärkerschaltungsanordnungen zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes.

Fig.8 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des einfallenden Lichtes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die so angelegt ist, daß sie bewirkt, daß sich die Ausgangsspannung angenähert in einer Exponentialfunktion mit der Menge des einfallenden Lichtes ändert. Zwischen der Basis des Transistors TR\ und dem Emitter des Transistors 77?2 ist ein geeignetes Rückkopplungselement dazwischengeschaltet, zum Beispiel ein Widerstand 61, um so aus der ganzen Schaltungsanordnung eine vom Exponentialfunktionstyp ?u machen.

Wenn bei einer solchen Schaltungsanordnung eine Fotozelle, zum Beispiel ein fotoleitendes Element 21c, wie es in Fig.8 beschrieben ist, mit einer relativ geringen Menge von einfallendem Licht versorgt wird, hat das Element 21c einen relativ hohen Widerstand, so daß die Ausgangsspannung E_x vom Emitter des Transistors TRt durch eine Schleife 60, die den Widerstand 61 enthält, negativ zurückgekoppelt wird, ohne daß sie werentlich zu einer Schleife 20c, die das fotoleitende Element 21 centhält, negativ zurückgekoppelt wird. Andererseits bewirken zunehmende Mengen von einfallendem Licht, die dem fotoleitenden Element 21c zugeführt werden, daß dessen Widerstand entsprechend abnimmt, was eine negative Rückkopplung einer größeren Ausgangsspannung E₀₁ durs-h die negative Rückkopplungsschleife 20c, die das Element 21 centhält, zur Folge hat Demgemäß ändert sich die Ausgangsspannung E_x vom Emitter des Transistors TW₂ näherungsweise in einer Exponentialfunktion, wie sie in F i g. 9 durch die gestrichelte Kurve 65 dargestellt ist, die sich einer idealen durchgezogenen Kurve 64 nähert, entsprechend dem sici ändernden Widerstand des fotoleitenden Elementes 21c Wenn daher die Öffnungsfläche der Blende 17 der F i g. 1 durch eine Antriebseinrichtung 25 gesteuert wird, die dazu mit dem Emitter des Transistors 77?2 verbunden ist, dann kann ständig die Menge des Lichtes, die durch den Film aufgenommen wird, unter Berücksichtigung der sich ändernden Menge des einfallenden Lichtes in einem kleineren Fehlerbereich gesteuert werden, als es mit der Schaltungsanordnung der F i g. 2 und 5 möglich ist
Fig. 10 stellt ein Diagramm einer Verstärkerschaltungsanordnung 16c/ nach einer anderen Ausführurgsform der Erfindung dar. bei der eine negative Rückkopplungsschleife 70 vorgesehen ist die Widerstände 71 und 72 an der geerdeten Seite eines Widerstandes 22c/ im Gatekreis des FET einschließt wodurch ein fotoleitendes Element 21c/ eine negative Rückkopplung zum Beispiel auch durch eine Siliziumfotodiode oder eine Siliziumfotozelle mit einer konstanten Stromcharakteristik ausführen kann. Offenbar wirkt eine soloiie Verstärkerschaltungsarordnung wie eine vom Exponentialfunktionstyp im »vesentlichen in der gleichen Weise wie die der F i g. 8 und hat den Vorteil, die Änderungen in den Betriebsbedingungen des FET minimal zu machen und zu ermöglichen, dcß der Widerstand 71 zwischen dem Emitter des Transistors 77?2 u;.d der Verbindungsstelle der in Reihe geschalteten Widerstände 22c/ und 72 einen relativ niedrigen Widerstand hat und weiter daß die Fotozelle, die aus einer Siliziumfotodiode oder einer Siliziumfotozelle gebildet ist eine konstante Stromcharakteristik hat

F i g. 11 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16e nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung der Menge des einfallenden Lichtes, die von einem Film aufgenommen wird, welche so angelegt ist, daß ihre Ausgangsspannung wenig durch Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflußt wird. Zwischen der Quelle Sdes FET und dem Erdpunkt sind parallel eine Schaltung, die aus einem variablen Widerstand oder zulässigerweise einem haitifesten Widerstand 81 besteht und eine Schaltung vorgesehen, die einen Widerstand 82, ein temperaturempfindliches Element 83 und einen Widerstand 84 in Reihe geschaltet enthält. Die Verbindungsstelle des Widerstands 82 und des temperaturempfindlichen Elementes 83 ist mit der Basis des Transistors TR\ verbunden. Pas temperaturempfindliche Element 83 und der Widerstand 84 können in dem Verbindungspunkt ausgetauscht werden.

Wird in der Schaltungsanordnung der Fig. 11 der Widerstand des temperaturempfindlichen Elementes 83 mit R,h und die Widerstandswerte der Widerstände 82 und 84 mit R»2 bzw. Rm bezeichnet so kann eine Spannung E_!e entsprechend der Referenzspannungsquelle Esa der frühe; angegebenen Gleichung (4) folge.itJermaßen ausgedrückt werden:

S* = (l

Bei einem Ansteigen der Umgebungstemperatur nimmt der Widerstand R,hdes temperaturempfindlichen Elements Ri ab, so daß der Term

V ⁺ A₁*

einen größeren Wert annimmt wodurch eine Abnahme in der Summe der Spannungen Ebe und £> in der Gleichung (4) positiv kompensiert wird. Die obengenannte erhöhte Umgebungstemperatur hat auch eine

Abnahme des Gesamtwiderstands der Parallelschaltung zur Folge, die aus der Schaltung des variablen Widerstands 81 und der Schaltung gebildet v/ird, die den Widerstand 82, das temperaturempfindliche Element 83 und den Widerstand 84 in Reihe geschaltet enthält. Dementsprechend kann die Temperaturkompensation mich durch den veränderten Widerstand des Quellenkreises des FET bewirkt werden.

Zur vollständigen Temperaturkompensation sollten ie größer der Drainstrom /dss bei der Vorspannung Null in ist, um so kleiner die Änderungen im Widerstand des Quellenkreises des FET sein, die von den Änderungen der Umgebungstemperatur herrühren. Weiter sollte bei einem FET mit einem großen Wert von /o.s.s'der variable Widerstand 81 in seinem Widerstandswert soviel wie r, möglich verringert werden, um die Spannung E,_r konstantzuhalten. Dies rührt von der Notwendigkeit her, einen Einfluß von dem veränderten Widerstand des icinjiciaiuicnipfiiiuiicndti Elementes S3 infoige der Änderungen der Umgebungstemperatur minimal zu _>u halten, wodurch automatisch Änderungen im Widerstand des Quellenkreises des FET, die durch diese Änderungen bedingt sind, verringert werden. Wenn daher die Widerstandswerte der Widerstände 82 und 84 geeignet ausgewählt sind, wird ein einziger variabler _>> Widerstand 81 ausreichen, um die Temperaturkompensation durch einen FET zu ermöglichen, der einen größeren Wert von /«.« hat, als der in der Schaltungsanordnung der F i g. 5 verwendete.

Wenn zum Beispiel ein temperaturempfindliches jo Element 83 mit einem Widerstand von 2,5 kOhm bei 25°C. ein Widerstand 82 mit einem Widerstand von 60 Ohm. ein Widerstand 84 mit einem Widerstand von 1.8 kOhm und ein FET. dessen /0.55-Wert von 2 bis 5 niA reicht, verwendet werden, dann wurde eine gute j-, Temperaturkompensation erreicht, bei der die Ausgangsspannung Eoe so kleine Änderungen wie ± 10 mV bei Umgebungstemperaturen zwischen —20° und + 50⁼ C zeigte, wie es in F i g. 12 dargestellt ist.

Wenn die Verstärkerschaltungsanordnung 16c der Fig. 11 zum Einstellen der Menge des einfallenden Lichtes, das durch einen Film aufgenommen wird, in einer integrierten Schaltung gebildet wird, darf der I_DSS des FET, der in dieser Schaltungsanordnung enthalten ist. einen breiteren Variationsbereich haben, was die 4; Herstellung dieser Schaltungsanordnung mit einer besseren Ausbeute ermöglicht.

Fig. 13 zeigt ein Diagramm einer weiteren Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung 16/" zum Steuern der Menge des einfallenden Lichtes, das von einem Film aufgenommen wird, wobei zur Kompensation der Änderungen in der Spannung der Spannungsversorgung 23/ ein Widerstand 91 zwischen dem positiven Anschluß der Spannungsquelle 23/" und die Basis des Transistors TR] geschaltet ist.

Bei einer solchen Schaltung wird ein Anstieg in der Spannung der Versorgung 23/über den Widerstand 91 zu einem Anwachsen des Basisstromes und zu einem Abnehmen der Kollektqrspannung dieses Transistors TRt führen, so daß die Änderungen in der Ausgangs- _ω spannung E_or infolge der Änderungen der Versorgungsspannung stärker verringert werden können, wie es durch die Kurve der Fig. 14 gezeigt ist, als in irgendeiner anderen der oben beschriebenen Schaltungsanordnungen.

Wenn in diesem Falle anstelle des Widerstandes 91 ein ähnlicher Widerstand 92 zwischen den positiven Anschluß der Spannungsquelle 23fund das Gate (7 des FET geschaltet wird, wird offensichtlich das gleiche Resultat erhalten. Es ist auch möglich, beide Widerstände 91 und 92 zu verwenden.

Fig. 15 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung \6g nach noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der F i g. 8 (oder zulässigerweise 10) und 11 besteht, um die Menge des einfallenden Lichtes, die von einem Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so angelegt ist, daß sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung L„f sich näherungsweise mit einer Exponentialfunktion in bezug auf weite Änderungen in der Menge des einfallenden Lichtes ändert, und die auch Änderungen in der Umgebungstemperatur wirkungsvoll kompensiert.

Fig. 16 stellt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16Λ gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, die aus einer Kombination der .Schaltungsanordnungen der F i g. 8 (oder zulässigerweise iüjund i3 gebildet ist, um die Menge des einlallenden Lichtes, die durch einen Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so angelegt ist, daß sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung E₀/, sich in einer idealen Exponentialfunktion in bezug auf breite Änderungen in der Menge des einfallenden Lichtes ändert, und daß sie auch Änderungen in der Ausgangsspannung E_Oh unterdrückt, die von Änderungen in der Spannung einer Spannungsversorgung 23Λ herrühren.

Fig. I. zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16/nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die eine Kombination der Schaltungsanordnungen der Fig. 11 und 13 umfaßt, um die Menge des einfallenden Lichtes, das von einem Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so angelegt ist, daß die Änderungen in der Ausgangsspannung E_n, infolge von Änderungen nicht nur der Umgebungstemperatur, sondern auch der Spannung einer Spannungsquelle 23/beschränkt.

Fig. 18 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung \6j. die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der Fig. 10. 11 und 13 zusammengesetzt ist, um die Menge des einfallenden Lichtes, das durch einen Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so angelegt ist, daß sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung E_OJ sich näherungsweise mit einer Exponentialfunktion in bezug auf weite Änderungen in der Menge des einfallenden Lichtes ändert, und daß sie auch eine Kompensation von Änderungen nicht nur der Umgebungstemperatur, sondern auch der Spannung einer Spannungsquelle 23/ bewirkt. Es wird aus der früheren Beschreibung deutlich, daß die Verstärkerschaltungsanordnung der Fig. 18 stets eine äußerst ideale Steuerung der Lichtmenge, der ein Film ausgesetzt ist, unter irgendwelchen Umgebungsbedingungen ermöglicht.

Die Teile der F i g. 2, 5, 8, 10,11, 13 und 15 bis 18, die die gleichen sind wie die der Fig. 1, sind mit denselben Bezugszeichen benannt, und ihre Beschreibung ist weggelassen. Die vorangehenden Ausführungsformen betreffen die Verwendung eines fotoleitenden Elementes als Fotozelle. Jedoch ergibt sich dasselbe Resultat, wenn dafür eine Se- oder Si-Fotozelle oder ein Fototransistor eingesetzt wird. Weiter kann der Transistor TR2 weggelassen werden, außer wenn die Betätigung einer Blende eine große Leistung erfordert. Im Gegensatz dazu kann zusätzlich zu dem Transistor 77?2 ein anderer Transistor vorgesehen werden, wenn diese Betätigung eine große Leistung erfordert Der FET kann nicht nur vom Sperrschichttyp sein, sondern auch vom Typ mit isoliertem Gate, vorausgesetzt, daß er eine hohe Eingangsimpedanz hat

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Regeln der auf eine lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichtmenge mit einem als Sourcefolger betriebenen Feldeffekt-Transistor, zwischen dessen Gate und Masse wenigstens ein Gatewiderstand Hegt und zwischen dessen Source und Masse ein Sourcewiderstand geschaltet ist, mit einem zweiten Transistor, dessen Basis mit der Source des Feldeffekt-Transistors verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand an einer Energiequelle liegt, mit einem eine konstante Spannung liefernden Element, das zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und Masse liegt, mit einer Verstärkerstufe, die wenigstens einen Transistor enthält, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist und den Eingang der Verstärkerstufe bildet, mit einem photoleiveaden Element, das in einer Gegenkopplungsschleife liegt, die vom Ausgang der Verstärkerstufe zum Gate des Feldeffekt-Transistors führt, und mit einer elektrischen Last als Stellglied, die mit dem Ausgang der Verstärkerstufe verbunden ist und der Änderung des Widerstandes des photoleitenden Elementes aufgrund der Änderung der Intensität des auftreffenden Lichtes entsprechend gestellt wird, gekennzeichnet durch einen ohmschen Rückkopplungswiderstand (61), der in einer Gegenkopplungsschleife (60) liegt, die vom Ausgang der Verstärken ^L'ife zur Basis des zweiten Transistors (TRi) führt.

2. Vorrichtung zum Regeln der auf eine lichtempfindliche Einrichtung feilenden Lichtmenge mit einem als Sourcefolger betriebenen Feldeffekt-Transistor, zwischen dessen Gate und Masse wenigstens ein Gatewiderstand liegt und zwischen dessen Source und Masse ein Sourcewiderstand geschaltet ist, mit einem zweiten Transistor, dessen Basis mit der Source des Feldeffekt-Transistors verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand an einer Energiequelle liegt, mit einem eine konstante Spannung liefernden Element, das zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und Masse liegt, mit einer Verstärkerstufe, die wenigstens einen Transistor enthält, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist und den Eingang der Verstärkerstufe bildet, mit einem photoleitenden Element, das in einer Gegenkopplungsschleife liegt, die vom Ausgang der Verstärkerstufe zum Gate des Feldeffekt-Transistors führt, und mit einer elektrischen Last als Stellglied, die mit dem Ausgang der Verstärkerstufe verbunden ist und der Änderung des Widerstandes des photoleitenden Elementes aufgrund der Änderung der Intensität des auftreffenden Lichtes entsprechend gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gatewiderstand des Feldeffekt-Transistors aus wenigstens zwei einzelnen in Reihe geschalteten Widerständen (22c/, 72) besteht, und daß ein ohmscher Rückkopplungswiderstand (71) in einer Rückkopplungsschleife (70) liegt, die vom Ausgang der Verstärkerstufe zum Verbindungspunkt der wenigstens zwei in Reihe geschalteten den Gatewiderstand bildenden Einzelwiderstände (22t/, 72) führt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der auf eine lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichtmenge mit einem als Sourcefolger betriebenen Feldeffekt-Transistor, zwischen dessen Gate und Masse wenigstens ein Gatewiderstand liegt und zwischen dessen Source und Masse ein Sourcewiderstand geschaltet ist, mit einem zweiten Transistor, dessen Basis mit der Source des Feldeffelct-Transistors verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand an einer Energiequelle liegt, mit einem eine konstante Spannung liefernden Element, das zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und Masse liegt, mit einer Verstärkerstufe, die wenigstens einen Transistor enthält, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist und den Eingang der Verstärkerstufe bildet, mit einem photoleitenden Element, das in einer Gegenkopplungsschleife liegt, die vom Ausgang der Verstärkerstufe zum Gate des Feldeffekt-Transistors führt, und mit einer elektrischen Last als Stellglied, die mit dem Ausgang der Verstärkerstufe verbunden ist und der Änderung des Widerstandes des photoleitenden Elements aufgrund der Änderung der Intensität des auftreffenden Lichtes entsprechend gestellt wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine derartige Regeleinrichtung so auszubilden, daß die auf die lichtempfindliche Einrichtung fallende Lichtmenge unabhängig von der Intensität des einfallenden Lichtes im wesentlichen konstant bleibt.

Dies kann nach einer ersten Lösung dadurch erreicht werden, daß ein ohmscher Rückkopplungswiderstand vorgesehen wird, der in einer Gegenkopplungsschleife liegt, die vom Ausgang der Verstärkerstufe zur Basis des zweiten Transistors führt.

Nach einer weiteren Lösung kann die Aufgabe auch dadurch gelöst werden, daß der Gatewiderstand des Feldeffekt-Transistors aus wenigstens zwei einzelnen in Reihe geschalteten Widerständen besteht, und daß ein ohmscher Rückkopplungswiderstand in einer Rückkopplungsschleife liegt, die vom Ausgang der Verstärkerstufe zum Verbindungspunkt der wenigstens zwei in Reihe geschalteten den Gatewiderstand bildenden Einzelwiderstände führt.

Durch die Anordnung eines Rückkopplungswiderstandes in einer der oben angegebenen Schaltungen wird bewirkt, daß sich die Ausgangsspannung annähernd in einer Exponentialfunktion mit der Menge des einfallenden Lichtes ändert, wodurch die angestrebte Regelcharakteristik erreicht wird.

Im folgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Beispiel anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. I ein Blockdiagramm, das eine prinzipielle Vorrichtung zum Einstellen der Blende einer Kamera zeigt,

Fig.2 die konkrete Verstärkerschaltungsanordnung mit einem fotoleitenden Element nach dem Stand der Technik zum Einstellen der Blende,

Fig. 3 im Diagramm die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung der F i g. 2 und dem Widerstand des fotoleitenden Elements, Fig.4 im Diagramm die Beziehung zwischen der

Ausgangsspannung der Schaltung nach F i g. 2 und der Versorgungsspannung,

Fig.5 eine andere Verstärkerschaltungsanordnung nach dem Stand der Technik zum Einstellen der Blende, F i g. 6 im Diagramm die Kennlinien eines Feldeffekt-