DE2217659A1

DE2217659A1 - Schaltungsanordnung fuer belichtungsmessgeraete

Info

Publication number: DE2217659A1
Application number: DE2217659A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Krause
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-04-12
Filing date: 1972-04-12
Publication date: 1973-10-18
Also published as: DE2217659C3; US3873827A; JPS5721643B2; BE798152A; DE2217659B2; NL7217228A; JPS4918079A

Description

Schaltungsanordnung für Belichtungs-Meßgeräte

Die vorliegende Erfindung "betrifft eine Schaltungsanordnung für Belichtungsmeßgeräte, beispielsweise als Belichtungsmesser oder Belichtungsautomatik für Kameras mit einem die Lichtverhältnisse erfassenden Fotodetektor.

Mit einer derartigen Schaltung ist es möglich, die ^rfür die herrschenden Lichtverhältnisse erforderliche Belichtungszeit zu messen und anzuzeigen oder die erforderliche Belichtungszeit bzw. die erforderliche BlSirlensteilung direkt automatisch einzustellen. Der die Lichtverhältnisse erfassende !Fotodetektor kann dabei in einem Strahlengang angeordnet v/erden, welcher vom Hauptstrahlengang der Kamera völlig getrennt ist.

Pur die Auslegung einer derartigen Schaltung ist wesentlich, daß einerseits die für den Fotodetektor zur Verfugung stehenden Beleuchtungsstärken sehr klein sind (beispielsweise etwa 10™ Lux und daß andererseits Temperatureinflüsse keine unzulässigen Meßfehler ergeben dürfen.

tfird der Fotodetektor als Fotodiode betrieben, so liegen die Nutzsignalströme bei den in Betracht kommenden Beleuchtungsstärken in der Größenordnung von pA„ Andererseits liegt aber der Dunkelstrom beispielsweise bei einer Temperatur von 60° C und einer Sperrspannung von 1 V schon in der Größenordnung von nA. Aus diesem Grunde ist eine direkte Auswertung des Dioden-

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stroms bei Sperrspannungsbetrieb ausgeschlossen. Auch mit Schaltungsanordnungen zur Kompensation des Dunkelstroms ist bei derartig großen Stromverhältnissen das Problem nicht lösbar.

Wird der Fotodetektor als Fotoelement betrieben, so ist zu beachten, daß schon bei sehr kleinen Vorspannungen in Flußrichtung nennenswerte Flußströme fließen. Dieser Flußstrom subtrahiert sich von dem durch die Photonen ausgelösten Photostrom und verfälscht daher die Messung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für Belichtungs-Meßgeräte anzugeben, bei der Lichtmessungen mit Fotodioden auch schon bei kleinen Beleuchtungsstärken möglich sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Belichtungsmeßgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Lichtweg vor dem Fotodetektor ein variabler Lichtschirm angeordnet ist und daß der Fotodetektor an den Eingang eines Verstärkers mit Hochpaßcharakteristik oder Bandpaßcharakteristik angeschlossen ist und daß sich bei Beginn der Messung die Transparenz des variablen Lichtschirmes von einem ersten Betrag auf einen zweiten Betrag ändert und daß die Übergangszeit von dem ersten Betrag auf den zweiten Betrag kürzer als die Meßzeit ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung für Belichtungsmeßgeräte,

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Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung.

Bei dem Beliehtungsmeßgerät nach Fig. 1 gelangt der Lichtstrahl über einen elektronisch steuerbaren Lichtschirm 2 auf die Fotodiode 6. Der Lichtschirm 2 kann z.B. eine Anordnung mit einem Flüssigkristall sein. Über den Schalter 5 wird eine Spannung an die Elektroden 3,4 des variablen Lichtschirmes 2.gelegt. Hierdurch wird die Transparenz des Lichtschirmes vergrößert. Der Fotostrom der Fotodiode gelangt auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 7.

Das Gegenkopplungsnetzwerk mit den Widerständen 8,9 und 11 sov/ie dem Kondensator 10 bewirkt, daß der Übertragungsfaktor des Operationsverstärkers 7 für niedrige Frequenzen wesentlich kleiner als für hohe Frequenzen ist. Der Widerstand i.st der Arbeitswiderstand des Operationsverstärkers 7. Am Ausgang des Operationsverstärkers 7 ist eine Diode 13 angeschlossen, die nur dann leitet, wenn die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers positiver als die Spannung am Speicherkondensator 14 ist. Die Spannung am Speicherkondensator 14 gelangt nach einer Leistungsverstärkung im Feldeffekttransistor 15 zum Instrument 16, auf dessen Skala die Beleuchtungsstärke abgelesen wird. Mit dem Schalter 17 wird vor der nächsten Messung der Speicherkondensator 14 entladen. Am Anschluß 18 liegt die positive und am Anschluß die negative Betriebsspannung in bezug auf Masse'.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist die folgende. Der Dunkelstrom der Fotodiode und gegebenenfalls auch der Fotostrom von dem Licht, das noch durch den variablen Lichtschirm 2 gelangt, wenn der Lichtschirm im

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Zustande geringer Transparenz ist, wird wegen der starken Gegenkopplung praktisch nicht verstärkt. Der Spannungsübertragungsfaktor beträgt ungefähr eins. Der Sprung des Fotodiodenstromes der entsteht,-wenn die Transparenz des variablen Lichtschirmes 2 plötzlich vergrößert wird, wird aber wesentlich mehr verstärkt. Wegen der Querglieder 10 und 11 im Gegenkopplungszweig ist nämlich die Verstärkung für höhere Frequenzen wesentlich größer als für tiefe Frequenzen. Bei einer praktisch ausgeführten Schaltung ist der Spannungsübertragungsfaktor ungefähr 10 000-fach für hohe Frequenzen. Die Grenzfrequenz des so gebildeten. Hochpaßverstärkers beträgt ungefähr

^₁ = 1 (D

2 TC . 10 T₁

Dabei ist T₁ die längste Belichtungsmeßzeit. Für Handbelichtungsmesser liegt T₁ bei 0,1 s. Bei Belichtungsautomaten in Fotoapparaten kann T₁ bis zu 50 s betragen.

Der Spitzenwert des am Ausgang des Operationsverstärkers auftre/tenden Spannungssprunges wird im Speicherkondensator gespeichert. Gegebenenfalls kann in Reihe zur Diode 13 noch ein Widerstand eingefügt werden, der eine Mittelwertsbildung beim Aufladen des Speicherkondensators 14 bewirkt, und damit den störenden Einfluß des Rauschens vermindert. Das gleiche Ergebnis wird auch erzielt, wenn der Verstärker eine Bandpaßcharakteristik besitzt. Hierzu wird der Verstärkungsfaktor, z.B. durch einen Kondensator zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers, für die hohen Frequenzen herabgesetzt. Diese obere Grenzfrequenz beträgt ungefähr

(2)

2 ΊΧ . 0,1 T₂ 309842/1057

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Datei ist Tp die kürzeste Meßzeit.

Das erfindungsgemäße Belichtungsmeßgerät "besitzt also den Vorteil, daß der Dunkelstrom der Fotodiode und der Eingangsstrom des Verstärkers nicht stören, daß aber das Nutzsignal und damit die Beleuchtungsstärke fehlerfrei erfaßt wird, auch wenn das Nutzsignal viel kleiner als die genannten Störströme ist. Bei den bekannten Belichtungsmeßgeräten muß Unter diesen Bedingungen das Störsignal kompensiert werden. Da aber insbesondere der Dunkelstrom stark temperaturabhängig ist, ist das nur bei verhältnismäßig großen Beleuchtungsstärken erfolgreich. Nachteilig ist auch, daß zur Einstellung der Kompensation ein Abgleichvorgang erforderlich ist. All diese Nachteile und Beschränkungen entfallen bei der erfindungsgemäßen Anordnung.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 wird ein mechanisch bewegter Lichtschirm 20 verwendet. Zu Beginn der Meßzeit wird dieser Lichtschirm 20 in Richtung des Pfeiles um den Drehpunkt 21 aus dem Lichtweg herausgedreht. Die hierzu notwendige Zeit beträgt ungefähr 1ms. Der Integrationskondensator 22 ist aufgrund des Dunkelstromes der Diode 6 und des Verstärkers auf einen unbekannten Spannungswert aufgeladen. Trifft nan nach dem Wegdrehen des Lichtschirmes 20 das Licht auf die Fotodiode 6, dann ändert sich die Spannung des Integrationskondensators 22 linear mit der Zeit. Die Anstiegsgesciiwindigkeit ist proportional zur Beüßuchtungsstärke. Bei geringen Beleuchtungsstärken ist der gesamte Spannungsanstieg während der Meßzeit.viel kleiner als die oben genannte unbekannte Störspannung. Der Verstärker 7 mit dem Gegenkopplungsnetswerk 8,9,10,11 hat nun wieder die Eigenschaft, daß er einen großen Übertragungsfaktor für die sioh ändernde Komponente

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der Spannung hat, daß aber der Übertragungsfaktor für die zeitlich konstante Störspannung um mehrere Zehnerpotenzen kleiner ist. Hierdurch gelingt es das Nutzsignal vom Störsignal au trennen.

Überschreitet am Ausgang des Verstärkers 7 das verstärkte Nutzsignal die Schwellspannung der Diode 23, dann gelangt das Ausgangssignal auf den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 7. Jetzt setzt eine positive Rückopplung ein, wodurch die Ausgangsspannung des Verstärkers 7 in sehr
kurzer Zeit nahezu auf den Wert der positiven Betriebsspannung springt. Die Spule des Zugmagneten 25 wird dadurch
stromlos. Der Anker des Zugmagneten fällt ab, wodurch
schließlich die Blende des Fotoapparates geschlossen und
damit die Belichtungszeit des Fotoapparates beendet wird.

Außer für die direkte Belichtungszeitsteuerung von Fotoapparaten kann die Anordnung nach Fig. 2, bei sinngemäßer Abv^andlung, auch für anzeigende Belichtungsmeßgeräte verwendet werden. Hierzu wird bei Beginn der Messung ein
Start-Stopp-Oszillator gestartet. Die Schwingungen des Oszillators werden mit einem elektronischen Zähler gezählt. Nach einer von der Stärke der Beleuchtung abhängigen Zeit springt auch hier die Ausgangsspannung des Verstärkers 7
auf einen positiven Wert. Mit dieser positiven Spannung
wird dann der Oszillator gestoppt. Das Zählergebnis ist
proportional zur notwendigen Belichtungszeit bzw. umgekehrt proportional zur Beleuchtungsstärke. Die beschriebenen
Anordnungen können kombiniert werden. Der Signalsprung
kann z.B. ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 2 integriert werden. Es wird aber kein Schwellwertschalter verwendet. Dafür wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 7 noch

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einer vorgegebenen Zeit nach Beginn der Messung in einen Speicherkondensator übertragen» Der Speicher kann z.S. wie in der Anordnung nach Pig. 1 aufgebaut werden. Die Diode 13 wird jedoch durch einen elektronischen Schalter •ersetzt.

Eine "logarithmische Anzeige der Beleuchtungsstärke kann _ durch Einfügen eines nichtlinearen Verstärkers in den Signalweg nach dem Verstärker 7 erhalten werden.

12 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

V Schaltungsanordnung für Belichtungsmeßgeräte, beispieleweise ale Belichtungsmesser oder Belichtungsautomatik für Kameras mit einem die Lichtverhältnisse erfassenden Fotodetektor, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtweg vor dem Fotodetektor ein variabler Lichtschirm angeordnet ist und daß der Fotodetektor an den Eingang eines Verstärkers mit Hochpaßcharakteristik oder Bandpaßcharakteristik angeschlossen ist und daß sich bei Beginn der Messung die Transparenz des variablen Lichtschirmes von einem ersten Betrag auf einen zweiten Betrag ändert und daß die Übergangszeit von dem ersten Betrag auf den zweiten Betrag kürzer als die Meßzeit ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transparenz am Beginn der Messung vergrößert wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszeit kürzer als 10 $> der längsten Meßzeit ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert des Signalsprunges in einem Speicher gespeichert wird.
5. Belichtungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalsprung integriert wird und daß der Betrag des Integrals nach einer vorgegegebenen Zeit in einem Speicher festgehalten wird.
6. Belichtungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalsprung integriert wird und daß wenn das Integral einen vorgegebenen Betrag überschreitet die Belichtungszeit beendet wird.

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7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalsprung integriert wird und daß bei Beginn der Messung ein Zähler die Perioden eines periodischen Signals zu zählen "beginnt und daß wenn das Integral des SignalSprunges einen vorgegebenen Wert überschreitet die Zählung beendet wird.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Lichtschirm elektronisch gesteuert wird.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch g e .kennzeichnet, daß der variable Lichtschirm ein.Flüssigkeitskristall ist.
10.Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotodetektor eine mit Sperrspannung betriebene Fotodiode oder ein Fototransistor ist.
11.Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß eines Fotoapparates zugleich der variable Lichtschirm ist.
12.Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Strahlengang herausklappbare Spiegel einer Spiegelreflexkamera der variable Lichtschirm ist.

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