DE2167102B1

DE2167102B1 - Vorrichtung zum Regeln der Lichtmenge

Info

Publication number: DE2167102B1
Application number: DE2167102A
Authority: DE
Inventors: Gijun Idei; Saburo 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: 1980-04-17
Also published as: DE2167103C2; DE2106387A1; DE2106387B2; US3670184A; DE2106387C3; DE2167102C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der auf eine lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichtmenge mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen.

Die Untersuchungen der Erfinder zeigen, daß die folgenden drei Punkte als die Hauptbedingungen angegeben werden können, die von solchen Vorrichtungen verlangt werden.

1. Die in eine Kamera eintretende Lichtmenge und die Öffnungsfläche der Blende sollten in einer solchen Beziehung zueinander stehen, daß, wenn kleine Lichtmengen eingeleitet werden, diese Öffnungsfläche auf einen entsprechend großen Wert verändert wird und umgekehrt.

Daher sollte sich die Ausgangsspannung dieser Vorrichtung näherungsweise nach einer Exponentialfunktion entsprechend den Änderungen in der Menge des einfallenden Lichtes ändern.

2. Auch wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, sollte die Ausgangsspannung dadurch sehr wenig beeinflußt werden.

3. Auch wenn sich die Versorgungsspannung ändert, sollte die Ausgangsspannung sehr wenig dadurch beeinflußt werden. Diese Bedingung ist besonders wichtig, da die Spannungsversorgung für den Antrieb einer Kamera im allgemeinen aus einem Trockenelement besteht.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkerschaltungsanordnung zum Steuern der Lichtmenge, die durch eine Kameralinse aufgenommen wird, zu schaffen, die es ermöglicht, daß der Film stets eine im wesentlichen konstante Lichtmenge empfängt, der er ausgesetzt ist, egal wie die Menge des einfallenden Lichtes sich ändert.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

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

F i g. 1 ein Blockdiagramm, das eine prinzipielle ίο Vorrichtung zum Einstellen der Blende einer Kamera zeigt,

F i g. 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 Feldeffekttransistors der in den Schaltungsanordnungen der Fig.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 Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes,

F i g. 9 im Diagramm die Beziehung von Ausgangsspannung der Schaltung der Fig.8 gegen den Widerstand eines lichtaufnehmenden Elements,
Fig. 10 ein Diagramm einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes,

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

Fig. 12 im Diagramm die Beziehung von Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung nach F i g. 11 gegen so die Umgebungstemperatur,

F i g. 13 ein Diagramm einer weiteren erfindungsgemäßen 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, die

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

F i g. 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 TR₂ ist ein geeignetes Rückkopplungselement dazwischengeschaltet, zum Beispiel ein Widerstand 61, um so aus der ganzen Schaltungsanordnung eine vom Exponentialfunktionstyp zu machen.

Wenn bei einer solchen Schaltungsanordnung eine Fotozelle, zum Beispiel ein fotoleitendes Element 21c, wie es in F i g. 1 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_oc vom Emitter des Transistors TR₂ durch eine Schleife 60, die den Widerstand 61 enthält, negativ zurückgekoppelt wird, ohne daß sie wesentlich zu einer Schleife 20c, die das fotoleitende Element 21c enthält, 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 E_oc durch die negative Rückkopplungsschleife 20c, die das Element 21 centhält, zur Folge hat. Demgemäß ändert sich die Ausgangsspannung E₀C vom Emitter des Transistors TR₂ näherungsweise in einer Exponentialfunktion, wie sie durch die gestrichelte Kurve 65, die sich einer idealen durchgezogenen Kurve 64 nähert, entsprechend dem sich 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 TR2 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 Ausführungsform 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 FETs 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 solche Verstärkerschaltungsanordnung wie eine vom Exponentialfunktionstyp im wesentlichen 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, daß der Widerstand 71 zwischen dem Emitter des Transistors TRi und 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 5 des FET und dem Erdpunkt sind parallel eine Schaltung, die aus einem variablen Widerstand oder zulässigerweise einem halbfesten 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. Das temperaturempfindliche Element 83 und der Widerstand 84 können in dem Verbindungspunkt ausgetauscht werden.

Wird in der Schaltungsanordnung der F i g. 11 der Widerstand des temperaturempfindlichen Elementes 83 mit R_th und die Widerstandswerte der Widerstände 82 und 84 mit /?S2 bzw. Ru bezeichnet, so kann eine Spannung E_se entsprechend der Referenzspannungsquelle Esa der früher angegebenen Gleichung (4) folgendermaßen ausgedrückt werden:

^{{Ebe + Ef)} ~ ^Egs

Bei einem Ansteigen der Umgebungstemperatur nimmt der Widerstand R_th des temperaturempfindlichen Elements 83 ab, so daß der Term

1 +

•84

einen größeren Wert annimmt, wodurch eine Abnahme in der Summe der Spannungen Ebe und Ef in der Gleichung (4) positiv kompensiert wird. Die oben genannte erhöhte Umgebungstemperatur hat auch eine Abnahme des Gesamtwiderstands der Parallelschaltung zur Folge, die aus der Schaltung des variablen Widerstands 81 und der Schaltung gebildet wird, die den Widerstand 82, das temperaturempfindliche Element 83 und den Widerstand 84 in Reihe geschaltet enthält.

Dementsprechend kann die Temperaturkompensation auch durch den veränderten Widerstand des Quellenkreises des FET bewirkt werden.

Zur vollständigen Temperaturkompensation sollten je größer der Drainstrom Iossbei der Vorspannung Null

ist, umso 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 Idss der variable Widerstand 81 in seinem Widerstandswert so viel wie möglich verringert werden, um die Spannung E_se konstant zu halten. Dies rührt von der Notwendigkeit her, einen Einfluß von dem veränderten Widerstand des temperaturempfindlichen Elementes 83 infolge der Änderungen der Umgebungstemperatur minimal zu 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 Idss hat, als der in der Schaltungsanordnung der F i g. 5 verwendete.
Wenn zum Beispiel ein temperaturempfindliches 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 Idss-Wert von 2 bis 5 mA reicht, verwendet werden, dann wurde eine gute Temperaturkompensation erreicht, bei der die Ausgangsspannung E_oe 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 16e der Fig. 11 zum Einstellen der Menge des einfallenden Lichtes, das durch einen Film aufgenommen wird, in einer integrierten Schaltung gebildet wird, darf der Idss des FET, der in dieser Schaltungsanordnung enthalten ist, einen breiteren Variationsbereich haben, was die Herstellung dieser Schaltungsanordnung mit einer besseren Ausbeute ermöglicht.

Fig. 13 zeigt ein Diagramm einer weiteren erfindungsgemäßen 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 Kollektorspannung dieses Transistors TR\ führen, so daß die Änderungen in der Ausgangsspannung E_of 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 23/und das Gate G 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 \Gg nach noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der Fig.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 Eog 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 16A gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der F i g. 8 (oder zulässigerweise 10) und 13 gebildet ist, um die Menge des einfallenden Lichtes, die durch einen Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so angelegt ist, daß sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung E_oh 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 23A herrühren.

Fig. 17 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung

ι ο 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_o\ infolge von Änderungen nicht nur der Umgebungstemperatur, sondern auch der Spannung einer Spannungsquelle 23,-beschränkt.

Fig. 18 zeigt eine Verstärkerschaltungsanordnung 16/ die aus einer Kombination der Schaltungsanordnungen der F i g. 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 E₀J 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 23j bewirkt. Es wird aus der früheren Beschreibung deutlich, daß die Verstärkerschaltungsanordnung der F i g. 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 F i g. 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 77?2 weggelassen werden, außer wenn die Betätigung einer Blende eine große Leistung erfordert Im Gegensatz dazu kann zusätzlich zu dem Transistor TRt 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

Patentanspruch:

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 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 Verstärkungsstufe, 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, gekennzeichnet durch wenigstens einen weiteren Widerstand (91, 92), der zwischen die Energiequelle (23f) und das Gate des Feldeffekt-Transistors (FET) und/oder die Basis des zweiten Transistors (TR 1) geschaltet ist.