DE2167102C2

DE2167102C2 - Vorrichtung zum Regeln der Lichtmenge

Info

Publication number: DE2167102C2
Application number: DE2167102A
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: 1980-12-11
Also published as: DE2106387C3; DE2106387B2; DE2106387A1; DE2167103C2; DE2167102B1; US3670184A

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,
is Fig.3 im Diagramm die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung der F i g. 2 und dem Widerstand des ibtoleitenden Elements, Fig.4 im Diagramm die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung der Schaltung nach F i g. 2 und der Versorgungsspannung,

F ι g. 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 F i g. 2 und 5 verwendet wird, die die Beziehung zwischen der Spannung zwischen dem Gate und der Quelle gegen den Dsainstrom Id und die Lastkennlinie eines zwischen die Quelle und den Erdungspunki geschalteten Widerstands betreffen,
F i g. 7 im Diagramm die Kennlinien der Schaltungsanordnungen der Fi g. 2 und 5, die die Beziehungen von Ausgangsspannung gegen Umgebungstemperatur betreffen,

F i g. 8 eine Verstärkerschaltungsanordnung gemäß jo einer Ausführungsform der Erfindung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes,

Fig.9 im Diagramm die Beziehung von Ausgingsspannung der Schaltung der Fig.8 gegen den Widerstand eines lichtaufnehmender Elements,
Fig. 10 ein Diagramm einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Versiärkerschaltungsanordnung zum Einstellen der Menge des eintretenden Lichtes,

Fig. 11 ein Diagramm noch einer anderen erfin-4-, dungsgemäßen 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 die Umgebungstemperatur,

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

ν, 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 Verstärkerschaltungsanord-Mi nungen 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 h"i 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 77? ι und dem F.mitter des

Transistors 7% ist ein geeignetes Rückkopplungselement dazwischengeschaltet, zum Beispiel ein Widerstand JI₁ um so aus der ganzen Schaltungsanordnung eine vom Exponentialfunktionstyp zu machen.

Wenn bei einer solchen Schaltungsanordnung eine i Fotozelle, zum Beispiel ein fntoleitendes Element 21c, wie es in F i g. 1 beschrieben ist, mit einer relativ geringen Menge von einfallendem Licht versorgt wird, hat das Elemen» 21c einen relativ hohen Widerstand, so daß die Ausgangsspannung E_x vom Emitter des iu Transistors Tfc durch eine Schleife 60, die den Widersiand 61 enthält, negativ zuirilickgekoppelt wird, ohne daß sie wesentlich zu einer Schleife 20c, die das fotoleitende Element 21c tnthält, negativ zurückgekoppelt wird. Andererseits bewirken zunehmende Mengen ι ί von einfallendem Licht, die dem fo»Gleitenden Element 21 c zugeführt werden, daß dessen Widerstand entsprechend abnimmt, was eine negative Rückkopplung einer größeren Ausgangsspannung E_1x- durch die negative Rückkopplungsschleife 20c, die das Element 21centhält, 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 QtS 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 16</ nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, bei der eine negative Rückkopplungsschleife 70 vorgesehen ist, die Widerstände 71 i^id 72 an der geerdeten Seite eines Widerstandes 2Zd 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 Verstärkerschaltungsano.-dnung 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 umi zu ermöglichen, daß der Widerstand 71 zwischen dem Emitter des Transistors TRi und dei Verbindungsstelle der in Reihe geschalteten Widerstände 22d 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 t>o angelegt ist, daß ihre Ausgangsspannung wenig durch Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflußt wird. Zwischen der Quelle S 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, -;.·ίη 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 TRi verbunden, Das temperaiurempfindliche Element 83 und der Widerstand 84 können in dem Verbindungspunkt ausgetauscht werden.

Wird in der Schaltungsanordnung der Fig. !! der Widerstand des temperaturempfindlichen Elementes 83 mit R,h und die Widerstandswerte der Widerstände 8? und 84 mit Λ« t>^zw· Λμ bezeichnet, so kann eine Spannung E_u entsprechend der Referenzspannungsquelle Esa der früher angegebenen Gleichung (4) folgendermaßen ausgedrückt werden:

= 0

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

1 +

+ Kleinen größeren Wert annimmt, wodurch eine Abnahme in der Summe der Spannungen EaE und £> in de: Gleichung (4) positiv kompensiert wird. Die oben genannte erhöhte Umgebungstemperati'r hat auch eine Abnahme des Gesamtwiderstands der Parallelschaltung zur Folge, die aus der Schaltung des variabler. Widerstands 81 und der Schaltung gebildet wird, die der, Widerstand 82, das temperaturempfindliche Element C: und den Widerstand 84 in Reihe geschaltet entruiit. Dementsprechend kann die Temperaturkompen ttioi. auch durch den veränderten Widerstand des Quelienkreises des FET bewirkt werden.

Zur vollständigen Temperaturkompensation -.'"»Uten je größer der Drainstrom Idssbei der Vorspannung Null ist, umso kleiner die Änderungen im Widerstand des Que'ienkreises des FET sein, die von den Änderungen der Umgebungstemperatur herrühren. Weiter sollte bei einem FET mit einem großen Wert von /nssdsr variable Widerstand 81 in seinem Widerstandswert so viol wie möglich verringert werden, um die Spannung /·,,, 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 Quellenkieises 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 loss hat, als der in der Schaltungsanordnung der F i g. 5 verwendete.

Wenn zum Beispiel ein temperaturempfindiiches Element 83 mit einem Widerstand von 2,5 kOhni 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 /dss-Wert von 2 bis 5 mA reicht, verwendet werden, dann wurde eine gute Temperaturkompensation erreicht, bei der die Ausgangsspannung E₁₁. 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 Verstiirkerschaltungsanordnung 16e der Fig. Π zum Einstellen der Menge des einfallenden Lichtes, das durch einen Film aufgenommen wird, in einer integrierten Schaltung gebildet wird, darf der /,«._s des FKT, 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 erfindutigsgemäßen Ausführungsform einer Verstärkerschaltungsanordnung 16/¹ZiIm Steuern der Menge des einfallenden Lichtes, das von einem Film aufgenommen wird, wobei zur Kompensation der Änderungen in der Spannung der Spannungsversorgung 23f ein Widerstand 91 zwischen dem positiven Anschluß der Spannungsquelle 23fund 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 77?, führen, so daß die Änderungen in der Ausgangsspannung E_of infolge der Änderungen der Versorgungsspainung stärker verringert werden können, wie es durch die Kurve der Fig. 14 gezeigt ist, als in irgendeiner anderen der oben beschriebenen Sehalmngsanordnungcn.

Wenn in diesem Falle anstelle des Widerstandes 91 ein ähnlicher Widerstand 92 /wischen den positiven Anschluß der Spannungsquelle 23^und das Gate G des FET geschaltet wird, wird offensichtlich das gleiche ϋο',ώΐι! erhalten. Es ist auch möglich, beide WiderMän-Jc 9! L::;d 92 zu verwenden.

Fig !5 zeigt eire Verstärkerschaltungsanordnung lt>£ .such nui-li ci'u:r weiteren Ausführungsform der Erfindung, die aus einer Kombination der Schaltungsanordi.ijngen der F i g. 8 (oder zulässigerweise 10) und 11 bestel-.t, um die Menge des einfallenden Lichtes, die von einen Film aufgenommen wird, zu steuern, welche so ..ng. !-.-gt ist, daß sie bewirkt, daß die Ausgangsspannung Δ\ ν h näherun^ueise mit einer Exponentialfunktion :n bezug auf weite Änderungen in der Menge des ■-•infailcnden Lichtes ändert, und die auch Änderungen in ier jirigebung.Mcüipcratur wirkungsvoll kompensiert.

i ; _fc'. 16 steih eine Verstärkerschaitungsanordnung Ι6Λ gemäß noch einer anderen A^-^führungsform der ¹ finding dar. die aus einei Kombination der '■cl^it'.ingsanorcinuniren der F i g. 8 (oder zulässigerwei- -.'. !'.Mund 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 Ausgiingsspannung E„h 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. 17 zeigt eine Verstärkerschaitungsanordnung ' 16/nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die eine Kombination der Schaltungsanordnungen der F i g. 11 und 13 umfaßt, um die Menge des einfallenden Lichtes, das von einem Film aufgenommen wird, zu .leuern, welche so angelegt ist, daß die Änderungen in der Ausgangsspannung F.,, infolge von Änderungen nicht nur der Umgebung, emperatur, sondern auch der Spannung einer Spannüngsquelle 23, beschränkt.

Fig. 18 zeigt eine Verstärkerschaltunesanordnune 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 E_nj 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 Verstärkerschaitungsanordnung der Fig. 18 stets eine äußerst ideale Steuerung der Lichtmenge, der ein Film ausgesetzt ist, unter irgendwelchen Umgebungsbedingungen ermöglicht.

Die Teile der Fig.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 fotoleitcrden Elementes als Fotozelle. Jedoch ergibt sich dasselbe Resultat, wenn dafür eine Se- oder Si-Fotozelle oder ein Fototransistor eingesetzt wird. Weiter kann der transistor Fk₂ weggelassen werden, außer wenn die Betätigung einer Blende eine große Leistung erfordert. Im Gegensatz dazu kann zusätzlich zu de.η 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 Zeichnun»en

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 phoicieitenden Element, das in einer Gegenkonnlungsscfileife Hegt, 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 (23/) und das Gate des FeJrieifekt-Transistors (FET) und/oder die Basis des zweiten Transistors (TR 1) geschaltet ist.