DE2114525A1

DE2114525A1 - Elektronischer Verschluß

Info

Publication number: DE2114525A1
Application number: DE19712114525
Authority: DE
Inventors: Asao Tokio Watanabe
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1970-04-06
Filing date: 1971-03-25
Publication date: 1971-10-28
Also published as: NL7104608A; DE2114525C3; US3703130A; GB1340930A; DE2114525B2; JPS5211223B1; NL155101B; FR2093431A5

Description

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Nippon Kogaku K.K. . ^Case

Tokyo, Japan

Elektronischer Verschluß

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Verschluß .

In der Regel wird bei einer Kamera mit einem elektronischen Verschluß, bei der die Lichtmessung durch das Objektiv erfolgt, die Lichtintensität eines zu fotografierenden Objekts durch ein hinter dem Kamera-Objektiv angeordnetes fotoelektronisches Bauelement in ein elektrisches Signal umgewandelt. Um mit Hilfe eines auf diese Weise erhaltenen elektrischen Signals die Belichtungszeit automatisch zu steuern, muß die unmittelbar vor dem Hochklappen eines Spiegels gemessene Lichtmenge zeitweilig gespeichert werden, so daß die Belichtungszeit aufgrund dieser gespeicherten Information genau gesteuert werden kann. Bei einem bekannten Verfahren wird zu diesem Zweck ein durch ein fotoelektronisches Bauelement erzeugtes elektrisches Signal, das proportional zum Logarithmus der Lichtintensität ist, in einem Speicherelement, z. B. einem Kondensator, gespeichert, so daß ein Verschluß-Steuersignal) das exponentiell proportional zu der gespeicherten Spannung

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ist, e abgeleitet werden kanu, wenn der Verschluß be— tätigt wird. Überdies sind verschiedene andere Verfahren bekannt. Gemäß diesen Verfahren werden Kondensatoren als Spei eher elemente verwendet, so daß die Schaltungen einen hohen Isolationswiderstand haben müssen, um die Ladung der Kondensatoren zu erhalten. Der elektronische Verschluß muß eine Verschlußzeit, welche automatisch bestimmt wird, anzeigen. Zu diesem Zweck wird allgemein ein mit einem Zeiger versehenes Amperemeter verwendet. Solche mechanischen Anzeiger unterliegen jedoch Alterungs- und Ermüdungserscheinungen.

Es ist daher Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen elektronischen Verschluß anzugeben, welcher die bisherigen Verschlußausführungen anhaftenden Schwierigkeiten überwindet, einfach aufgebaut und einzustellen ist und keiner Temperatur- und Alterungseinflüsse unterliegt.

Das erfindungsgemäß Neue des elektronischen Verschlusses besteht im wesentlichen darin, daß eine Spannung, die logarithmisch proportional zu einem durch ein fotoelektronisches Bauelement erzeugten Strom ist, in ein Binär-System eingespeichert und angezeigt wird. Ein Verschluß-Steuerstrom , der exponentiell proportional zu dem. eingespeicherten Wert ist, kann abgeleitet werden, um die Verschlußzeiten zu steuern.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der einzigen Figur als ßlockdiagramm dargestellten Schaltbeispiels näher erläutert.

Gemäß Fig. 1 ist ein Anschluß eines fotoelektronischen bzw. lichtempfindlichen Bauelements P geerdet, während der andere Anschluß mit einem stationären Kontakt b eines Umschalters S₁ verbunden ist, der einen weiteren stationären Kontakt a aufweist. Ein Integrationskondensator C wird von einem Schalter S₅ überbrückt, wobei die eine Seite dieser Parallelschaltung mit dem stationären Kontakt a und die andere Seite mit einer Steuereinheit F für einen den Verschluß in Gang setzenden und anhaltenden Magneten, einem Ausgangsanschluß B eines Operationsverstärkers OP₁ und einem nachfolgend noch genauer beschriebenen Verknüpfungsglied GD verbunden ist. Der positive Eingangsanschluß (+) des Operationsverstärkers OP-. ist geerdet, während der negative Eingangsanschluß (-) mit dem Verbindungspunkt A zwischen dem Umschalter S₁ und einer Mode D verbunden ist. Der positive Eingangsanschluß (+) eines anderen Operationsverstärkers OPp ist geerdet, während der negative Eingangsanschluß (-) über einen Widerstand E₁ mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers OP₂ verbunden ist, so daß eine Rückkopplungsschleife gebildet ist. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers OPp ist mit dem Verbindungspunkt G zwischen dem Widerstand R₁ und der Diode D verbunden. Der negative Eingangsanschluß (-) des Operations-

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Verstärkers OPp ist außerdem bei H über Widerstände R., Ro, R_ß und Ή~ an einen Binär-Zähler CU und über einen Kontakt Sp an eine Einrichtung zum Einstellen der Blendenöffnung und der Filmempfindlichkeit angeschlossene Der erste Eingangsanschluß des Verknüpfungsgliedes GT liegt an einem "Impulsgenerator PG1, der zweite Eingangsanschluß B¹ ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers OP₁ verbunden, und der dritte Eingangsanschluß liegt über einem Schalter S^ am positiven Pol (+) einer Betriebsspannungsquelle. Der Ausgangsanschluß des Verknüpfungsgliedes GT ist mit dem Zähler OU verbunden. Der Zähler ist über einen Schalter S* an einen anderen Impulsgenerator PG₂ angeschlossen, und sein Ausgängsanschluß ist mit einem Entschlüssler DEC verbunden, dem ein Anzeigegerät IND nachgeschaltet ist. Der Zähler CU besteht aus vier Flip-Flops ⁰A* ^GB* ⁰C ¹^ ^CD* ^deren "gesetzte" oder "ungesetzte" Zustände Bits darstellen und die mit den Widerständen R., R_B, R_G bzw. R~ verbunden sind. Der Schalter S* ist mit einem nicht gezeigten Verschlußknopf betriebsmäßig gekoppelt, und der Kontakt S,- kann unmittelbar dann geöffnet werden,· wenn der Verschlußmechanismus betätigt wird.

Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Der bewegliche Kontakt des Schalters S₁ liegt auf dem stationären Kontakt b. Der zur Intensität des auf die Fotozelle P fallenden Lichts proportionale Strom i fließt zum Verbindungspunkt A, an welchem der negative Eingangsanschluß (-)

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des Operationsverstärkers OP₁ angeschlossen ist. Wenn der Operationsverstärker OP₁ einen genügend hohen Eingangswiderstand besitzt, fließt der Strom i in die Diode D, so daß der Spannungsabfall e an der Diode D proportional zu einem Logarithmus des Stroms i ist. Der Spannungsabfall e kann wie folgt ausgedrückt werden

e = - Eo'log (i/lo) . ..„ (1)

wobei Eo und Io die Konstanten der Diode D sind und der Spannungsabfall e zwischen den Verbindungspunkten A (= Bezugspunkt) und G gemessen wird.

Der die vier Flip-Flops enthaltende Binär-Zähler OU zählt die Impulse vom Verknüpfungsglied GrT und speichert sie. Die periodischen Impulse vom Impulsgenerator PG₁ werden an das Verknüpfungsglied GT angelegt, das die Übertragung der periodischen Impulse vom Impulsgenerator PG₁ zum Impulszähler OU unterbricht, wenn entweder eines oder beide der an den Eingangsanschlüssen IH und B¹ anstehenden Eingangssignale auf einem hohen Pegel liegen (diese Bedingung wird im folgenden als "H-Pegel" bezeichnet), da diese beiden Eingangssignale IH und B¹ das Verknüpfungsglied entaktivieren, wenn entweder eines oder beide dieser Signale sich auf dem Η-Pegel befinden. Wenn die Intensität des vom Objekt kommenden Lichts gemessen wird, wird der Schalter S. geschlossen, so daß der Zähler CU von den Impulsen vom

1 0 9 8 4 A / 1 0 4 5

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Impulsgenerator PG₂ periodisch rückgestellt werden kann. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Folgefrequenz des Impulsgenerators PG₁ bei weitem höher als diejenige des Impulsgenerators PGp sein muß. Wenn der Zähler GU rückgestellt wird, werden alle Bits (G. bis G^) auf Null rückgestellt, so daß keine Spannung an den Widerständen R. bis

R-p. liegt. Demgemäß fließt auch kein Strom vom Zähler CU zum Verbindungspunkt H. Der die Einstellung der Blendenöffnung oder der Filmempfindlichkeit darstellende konstante Strom io liegt jedoch, am Verbindungspunkt H an, da der Schalter Sp geschlossen ist, wenn die Lichtintensität vom Objekt gemessen wird. Daher ist das Potential am Ausgangsanschluß G des Operationsverstärkers OP₂ gegeben durch

^eGl - - ^Rio

Der Absolutbetrag der Gleichung (2) wird kleiner als derjenige für die Größe e in der Gleichung (1) gemacht, so daß das Potential an der Verbindungsstelle A positiv sein kann. Demzufolge ist das Potential am Ausgangsanschluß B des Operationsverstärkers OP₁ negativ und ebenfalls das Potential an B. Darüber hinaus wird der Schalter S^ geöffnet, um das Eingangssignal am Eingangsanschluß IH des Verknüpfungsgliedes GT zu unterbrechen, wodurch das Verknüpfungsglied in die Lage versetzt wird, Impulse vom Impulsgenerator PG₁ zum Zähler GU zu übertragen.

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Bekanntlich haben die Bits (C. "bis C_D) des Zählers CU die Stellenwerte 1, 2, 4 bzw. 8, so daß die Widerstände R. bis B- die Widerstandswerte R. = R₁, Rg = R-j/2, R_n = R.,/4 und R_n = R-,/8 haben können. Das heißt, daß die Widerstandswerte der Widerstände R. bis R₀ gleich dem Bezugswert R^ geteilt durch die Stellenwerte der zugehörigen Bits sind. Es wird angenommen, daß der Strom i.. vom Bit C. zum Verbindungspunkt H fließt, wenn das Bit

A.

G. sich auf dem ^MH-Pegel" befindet. Dann fließen die Ströme 2i.._f 4i-, und 8i.. von den Bits C_ß, G„ und C_D, die sich auf dem Η-Pegel befinden, zur Verbindungsstelle H. Entsprechend dem Inhalt des Zählers CU kann ein Strom,

der gleich O, 1, 2, oder 15 χ i entsprechend den

Verschluß ze it en 1,2, 4 , » 1000 und gegebenenfalls anderen Verschluß ze it en zum Punkt H fließen. Wegen des in die Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers OP₂ eingesetzten Widerstandes R ist das Potential e„ an der Verbindungsstelle G des Operationsverstärkers OPp gegeben durch

e_G2 = - (C_A + 2C_B + 4C_C + 8 C_D) · i., -R (3)

^eG^{= e}G1 ^{+ e}G2

wobei C. bis C^ abhängig davon, ob die Flip-Flops in dem Zähler CU gesetzt oder rückgestellt sind, 1 oder O sind.

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Wenn das Potential e„ am Punkt G kleiner als e in G-leiellung (1) ist, so wird das Potential am Punkt A negativ, während das Ausgangspotential des Operationsverstärkers OP₁ an dem Ausgangsanschluß B und demgemäß an B¹ positiv wird. Das Verknüpfungsglied GT wird gesperrt, so daß der ZählVorgang des Zählers GU unterbrochen wird. Das Zählergebnis kann im. Zähler CU gespeichert werden, bis Rückstellimpulse an den Zähler angelegt werden.

Die oben beschriebene Betriebsweise kann immer dann wiederholt werden, wenn Rückstell- bzw. Rücksetz-Impulse vom Impulsgenerator PGp angelegt werden. Nach dem Niederdrücken des Verschlußauslösers wird der Schalter S. geöffnet, so daß der Inhalt des Zählers GU aufrechterhalten werden kann. Selbstverständlich muß die ImpulsfοIgefrequenz des Impulsgenerators PG₁ so gewählt werden, daß der Zählvorgang vor dem Beginn der Aufklappbewegung des Spiegels nach dem Niederdrücken des Verschlußknopfes bzw. -auslösers beendet ist. Die Impulsfolgefrequenz des Impulsgenerators PGp muß ausreichend geringer als diejenige des Impulsgenerators PG₁, jjedoch ausreichend schnell sein, um die in der Praxis gebräuchliche Geschwindigkeit bei der Lichtintensitatsmessung nicht zu verzögern. Nach dem Niederdrücken des Auslöseknopfes wird der Kontakt S^ zunächst geöffnet und das Zählergebnis im Zähler GU erhalten. Nach der Beendigung des Zählvorgangs wird der Kontakt S, geschlossen, so daß das

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Verknüpfungsglied GT die Übertragung der Impulse selbst dann unterbricht, wenn das Potential an B¹ zusammenbricht, wodurch das Zählergebnis im Zähler GU festgehalten wird.

Nach Abschluß des Zählvorgangs wird der Kontaktarm des Schalters S₁ auf den stationären Kontakt a umgeschaltet, während der Kontakt Sp geöffnet wird, so daß kein Strom zum Punkt H fließen kann. Gleichzeitig mit dem Öffnen des Verschlusses wird der Kontakt S-, geöffnet, und der Strom i^f .fließt vom Ausgangsanschluß ß des Operationsverstärkers OP₁ über den Integrationskondensator C zur Diode D, wobei der Kondensator 0 aufgeladen wird. Dabei wird der Operationsverstärker OP₁ im ungesättigten Bereich betrieben, so daß das Potential am Punkt A gleich Null ist. Dieses Nullpotential liegt auch am positiven Eingangsanschluß (+) des Operationsverstärkers OP₁. Der Kontakt Sp wird geöffnet, und die Gleichung (4) wird zu

e_öl = 0 ..o ο (5)

so daß das Potential am Ausgangsanschluß G des Operationsverstärkers OP₂ Null und somit zu e_ß2 eier Gleichung (3) wird»

Wenn der Fehler in der Mengenbildung bei der Beendigung des Zählvorgänge vernachlässigt werden kann, so kann die Diodenspannung e in Gleichung (1) gleich e„ am Punkt G werden, so daß die Gleichung gilt:

^eQ-\ + °n.o - " ^{ßQ L}°S (i/lo) oo ο (6)

VtC

1 0 9 8 4 4 / 1 D I₁ 5

Wenn der Verschluß betätigt wird, wird e„* entsprechend Gleichung (5) zu Null, und der Strom i¹ fließt durch die Diode D, so daß gilt:

e_G2 = - Eo log (i'/lo) · (7).

Setzt man

i· = i/k (8)

so ergibt sich aus den Gleichungen (6), (7) und (8)

e_G1 = Eo log (i/klo) - Eo log (i/lo) = - Eo log k .._c

Aus Gleichung (2) wird der Strom io wie folgt gewählt io = Eo/R log k (10),

so daß das Verhältnis des VerschlußSteuerstroms zu dem sich aus der Lichtmessung ergebenden Strom Gleichung (8) entspricht.

Nach Gleichung (7) gilt

i« = Io χ 10"^eG2/Eo (11).

Substituiert man Gleichung (11) in Gleichung (3), so ergibt sich

(G. + 20_Ώ + 4C_r + 8G₁₁) i· = Io χ 10 ^{A B C D} - I₁ · R/Eo .. (12)

Wenn der Verschluß gesteuert wird, wird der Strom i^f durch den Kondensator G integriert, so daß das Potential e„ am Punkte B¹, das gleich demjenigen an Ausgangsanschluß B ist, in Bezug auf die Zeit wie folgt ausgedrückt werden kann:

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= i· t/C ο (13).

Die Einheit F zum Steuern des Magneten, welcher den Verschlußmechanismus auslöst und entaktiviert, ist mit der Verbindungsstelle B" in der Weise verbunden, daß der Ver schluß geschlossen wird, wenn das Potential e. auf B" einen vorgegebenen Pegel e„ erreicht. Die dazu erforder liche Zeit kann wie folgt ausgedrückt werden:

i« . fo = e_Bo .0 c (H)

so daß eine Steuerung der Verschlußzeit möglich wird.

Setzt man Gleichung (14) in Gleichung (12) ein, so ergibt sich:

to . I!i_!/1O(^CA ^{+ 2C}B ^{+ 40}C ^{+ 80}D^ X₁ R/Eo .... (15). Io ^Ί

Setzt man

1.,3/Eo = log 2 ο (16),

so ergibt sich

⁶Bo . C
to =^3 /₂(°Α^{+ 20}B^{+ 40}O ^{+ 8} V

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Daher können die Verschlußzeiteh in den Reihen von Mehrfachzahlen in Abhängigkeit von den Setz- und Rücksetzzuständen der Bits oder Flip-Flops C. bis C^ im Zähler CU bestimmt werden,, Is ist darauf hinzuweisen, daß Eo eine Konstante bleibt, die auf die Temperatur bezogen ist, wobei Eo linear als Funktion der Temperatur bestimmt ist (Eo = 2,303 kT/q, wobei k = die Boltzmann Konstante, T = die absolute Temperatur, q — die Elektronenladung sind), so daß Eo leicht korrigiert werden kann. Die Zustände der Bits bzw. Flop-Flops C. bis C_D des Zählers.CU können vom Entschlüssler DEC in Kodes umgewandt werden, um die Verschlußzeiten durch das Anzeigegerät zur Anzeige zu bringen. Es kann jedes geeignete Anzeigegerät Verwendung finden, jedoch ist

es bei Verwendung in einer Kamera zweckmäßig, eine Fotoemissionsdiode oder ein monolithisches Anzeigegerät zu verwenden. Die Verschlußzeiten können ziffernmäßig, auf Skalenteilungen oder als Symbole angezeigt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zur Verhinderung des Flackerns in .der Anzeige das Zählergebnis nicht zeitweilig gespeichert. Dagegen wird die Zeit zum Rücksetzen des Zählers CU länger als die Zeit gemacht, die der Zähler zum Zählen benötigt, so daß den in der Piaxis auftretenden Problemen begegnet wird. Die Zahl der Bits im Zähler CU kann vergrößert werden, um einen höheren Grad an Meßgenauigkeit zu erzielen. Die Fotozelle P kann durch einen geeigneten Fotowiderstand zusammen mit einer zugehörigen Spannungsquelle ersetzt werden.

1 O 9 8 k k I 1 O A 5

Kurz gesagt, gelingt es mit der Erfindung, die Schaltung, die zur Aufrechterhaltung der Ladung einer extrem guten Isolation bedarf, zu eliminieren. Der erfindungsgemäße elektronische Verschluß ist einfach aufgebaut und leicht einzustellen, sowie frei von Temperatur- und AlTerungseinflüssen.

Claims

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Patentansprüche

;1J Elektronischer Verschluß,

dadurch gekennzeichnet, daß der zur Lichtintensität eines zu fotografierenden Objektes proportionale Strom eines fotoelektronischen Bauelementes in eine erste Spannung umgewandelt v/ird, deren Größe proportional zu einem Logarithmus des Stroms ist; daß die erste Spannung mit einer zweiten Spannung, die über einen Konektürstrom zur Einstellung der Filmempfindlichkeit und einen in Abhängigkeit von einer in einem Binärzähler (CU) gezählten Zahl von Impulsen geänderten Strom eingegeben ist, verglichen wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Zählimpuls des Zählers beendet wird, wenn die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung einen vorgegebenen Wert erreicht hat, daß ein zu einer den Zählwert des Zählers darstellenden Spannung exponentiell proportionaler Strom bei geöffnetem Verschluß integriert wird und daß der Verschluß geschlossen v/ird, sobald das Integrationsergebnis einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
2. Elektronischer Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ₅ daß eine Vorrichtung (PG ) zürn Rücksetzen des Zählers (CU) zu einer vorgegebenen Zeit vorgesehen ist und daß zwischen der Rücksetzvorrichtung und dem Zähler ein Schalter (S_ά) eingeschaltet ist, der die Rücksetzvorrichtung- in Abhängigkeit von der VerschlußbetUtigung abtrennte '

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3. Elektronischer Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (IND) zum Anzeigen des Zählerinhaltes vorgesehen ist»

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