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Anzeigesystem für einen Analog-Digitalwandler Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Anzeigesystem für einen Analog-Digitalwandler, insbesondere
auf ein solches, welches die Anzeige durch einen einer Anzeigevorrichtung digitaler
Größe entsprechenden Stromverbrauch als Reaktion auf eine analoge Größe anzeigt,
indem aus einer Anzahl von Anzeigemitteln, die digitale Anzeige vornehmen, ausgewählt
wird.
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Bislang sind verschiedene Anzeigesysteme für einen Analog-Digitalwandler
bekannt geworden, von denen das bekannteste dergestalt ist, daß ein Gatter aus einer
Gatterschaltung im Verhältnis zu einer analogen Eingangsspannung betätigt wird und
es durch Zählen der Impulse einer bestimmten Frequenz, die durch das Gatter, während
es geöffnet ist, passiert, digitalisiert wird.
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Daher ist für die Dauer von dem Augenblick an, in welchem der Eingang
vorliegt, bis zu seiner Umwandlung in digitale Formeine bestimmte Zeit zum Zählen
der Impulse erforderlich, wodurch eine Zeitverzögerung entsprechend dieser bestimmten
Zählzeit verursacht wird. Folgleich ist es nötig, eine Abtastschaltung vorzusehen
für solch eine analoge Größe, die sich von einem Augenblick zum andern ändert.
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Zum Stand der Technik gehört ferner ein Anzeigesystem für einen Analog-Digitalwandler,
in welchem eine Anzahl von Schaltkreisen jeweils an ihre einzelnen Anzeigemittel
parallel geschaltet sind, um eine solche Zeitverzögerung auszuschließen. Jedes der
Anzeigemittel wird in digitaler Form angezeigt. Weiter ist es bekannt, daß ein solches
Anzeigesystem für einen Analog-Digitalwandler verwendet wird zur Anzeige einer Verschlußgeschwindigkeit
in einem elektrischen Steuerstromkreis für automatische Belichtung bei einer Fotokamera.
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Jedoch werden nach diesem System die Betätigung und deren Anzeige
wirksam, wobei jedem der Schaltkreise, die untereinander parallel geschaltet sind
und in denen das Spannungsverhältnis für ihre einzelnen Schaltvorgänge richtig gewählt
ist, gleichzeitig elektrische Energie zugeführt wird. Energie wird folglich nicht
nur dem Schaltkreis des Anzeigemittels, das der analogen Größe, die ermittelt und
angezeigt werden soll, entspricht, zugeführt, sondern auch ständig allen anderen
Schaltkreisen. Dieses System ist daher insoweit nachteilig, als damit insgesamt
eine beträchtliche Menge des zugeführten Stroms nutzlos verbraucht wird, weil der
Strom in gleicher Weise zu den Ausgangsseiten der Schaltkreise, gleichzeitig aber
auch über die Kreise des Anzeigegerätes, die gerade nicht anzeigen, fließt. Daher
wird, wenn dieses System in einer Vorrichtung wie z.B. einer Fotokamera verwendet
wird, welche elektrische Zellen von geringer Kapazität als Energiequelle hat, der
Verbrauch der Stromquelle extrem beschleunigt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Anzeigesystem für einen
Analog-Digitalwandler zu schaffen, das geeignet ist, in irgendeiner solchen Vorrichtung
mit elektrischen Zellen geringer Kapazität als Energiequelle wie einer Fotokamera
verwendet zu werden und das einen geringen Stromverbrauch hat.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Anzeigesystem für einen
Analog-Digitalwandler zu schaffen, das mit einer Anzahl von Anzeigemitteln und einer
Anzahl von jeweils mit den Anzeigemitteln verbundenen Schaltkreisen versehen ist
und in dem der für die Anzeige erforderliche Stromverbrauch den Anforderungen des
für die Betätigung nur eines Anzeigemittels erforderlichen Stromverbrauchs ausreichend
genügt.
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Ferner soll ein Anzeigesystem für einen Analog-Digitalwandler geschaffen
werden, das als eine automatische Belichtungssteuervorrichtung in einer Fotokamera
verwendet wird zur Anzeige einer analogen Spannung entsprechend der Helligkeit eines
Objekts als digitale Verschlußgeschwindigkeit bei geringem Stromverbrauch.
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Zur Lösung dieser-Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß ein Anzeigesystem
vorgeschlagen, welches eine Anzahl zur Stromquelle in Reihe geschalteter Widerstände,
einen Eingangsanschluß, an den die analoge Eingangsspannung proportional zur analogen
Größe angelegt wird, und eine Anzahl von Differentialschaltkreisen aufweist mit
je einem ersten und einem zweiten Transistor, wobei jeweils die Basis des zweiten
Transistors
zur Bestimmung der unterschiedlichen Umkehrschaltspannungen
an den Verbindungspunkt zwischen zwei benachbarten Widerständen angeschlossen ist,
während die Basen der ersten Transistoren an den Eingangsanschluß angeschlossen
sind; ferner ist jeweils der Kollektor des ersten Transistors eines Differentialschaltkreises
mit den Emittern beider Transistoren der jeweils folgenden Stufe höheren Potentials
verbunden und eine Anzahl von Anzeigemitteln vorgesehen, die jeweils an die Ausgangsanschlüsse
der zweiten Transistoren angeschlossen sind. Hingegen ist der Kollektor des ersten
Transistors des Differentialschaltkreises der Endstufe an ein Anzeigemittel angeschlossen.
Vorzugsweise ist außerdem ein Konstantstromkreis vorgesehen, der an die Emitter
der beiden Transistoren des Differentialschaltkreises der ersten Stufe angeschlossen
ist. Der Konstantstromkreis kann einen Transistor enthalten, dessen Kollektor an
die Emitter der Transistoren des Differentialschaltkreises der ersten Stufe und
dessen Basis und Emitter an die Basis bzw. den Emitter eines weiteren Transistors
angeschlossen sind, wobei der Kollektor und der Emitter dieses weiteren Transistors
über einen Vorspannungswiderstand und die Stromquelle miteinander verbunden und
sein Kollektor und seine Basis miteinander kurzgeschlossen sind.
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Bei einer fotografischen Kamera ist vorzugsweise der Eingangsanschluß
mit einem das Objektlicht empfangenden Element über einen veränderlichen Widerstand
verbunden, der mit dem das
Objektlicht empfangenden Element in Reihe
geschaltet ist und durch den eine der Filmempfindlichkeit und der Blendenöffnung
entsprechende Impedanz bestimmt wird. Dabei wird dem Eingangsanschluß eine dem logarithmischen
Wert der Beleuchtungsstärke auf der Lichtaufnahmefläche des lichtempfangenden Elements
proportionale Spannung angelegt, und eine der analogen Eingangsspannung entsprechende
Verschlußgeschwindigkeit wird in digitaler Weise durch Fotodioden angezeigt, die
jeweils an die einzelnen Ausgangsanschlüsse der zweiten Transistoren in den betreffenden
Differentialschaltkreisen angeschlossen sind, bzw. durch eine Fotodiode, die an
den Ausgangsanschluß des ersten Transistors des Differentialschaltkreises der Endstufe
angeschlossen ist. Das das Objektlicht empfangende Element kann auch aus zwei Fotowiderständen
unterschiedlicher Empfindlichkeit bestehen, wobei mit dem Fotowiderstand von hoher
Empfindlichkeit ein Einstellwiderstand in Reihe geschaltet und diese Reihenschaltung
zu dem Fotowiderstand von geringer Empfindlichkeit parallel geschaltet ist, während
der veränderliche Widerstand zu diesen in Reihe geschaltet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der anhängenden Zeichnung.
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Fig. 1 zeigt einen Schaltplan einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 zeigt den Schaltplan eines Stromkreisbeispiels an einer Fotokamera zur Erzeugung
einer der Helligkeit eines Gegenstandes entsprechenden analogen Spannung mittels
eines Fotowiderstandes, Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in welchem die Beziehung zwischen
den logarithmischen Werten der Beleuchtungsintensität an einer Lichtaufnahmefläche
des Fotowiderstandes, die von dem obigen Stromkreis erzeugt werden, und der analogen
Ausgangsspannung davon dargestellt ist, Fig. 4 zeigt den Schaltplan eines Ausführungsbeispiels
eines der Stromkreises in einer Fotokamera zur Erzeugung einer/Helligkeit eines
Gegenstandes entsprechenden analogen Spannung mittels eines lichtempfangenden Elements,
welches aus zwei Fotowiderständen besteht, und Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in welchemdie
Beziehung zwischen den logarithmischen Werten der Beleuchtungsintensität an zwei
Lichtaufnahmeflächen eines lichtempfangenden Elements, die von dem obigen Stromkreis
erzeugt werden, und ihrer analogen Ausgangsspannung dargestellt ist.
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Eine Analog-Digital-Wandlerschaltunggemäß der vorliegenden Erfindung
ist in Fig. 1 dargestellt. In dieser bilden zwei Transistoren Ti und T2 koordiniert
einen Differentialschaltkreis 9,
der aus einem Differentialverstärkerstromkreis
besteht.
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Zwei Transistoren T3 und T4 bilden in gleicher Weise einen weiteren
Differentialschaltkreis 8; auf gleiche Weise bilden Transistoren T5 und T6 einen
dritten Differentialschaltkreis 7 usw., so daß der Reihe nach gleiche Differentialschaltkreise
6, 4, 3, 2 und 1 gebildet werden.
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Um das jeweilige Potential für die Umkehrschaltspannung der einzelnen
Differentialschaltkreise 9 bis 1 zu bestimmen, wird an die Basis der Transistoren
T2, T4, T6 .... T18 der Differentialschaltkreise 9 bis 1 eine entsprechende Spannung
angelegt und diese Basen der Transistoren sind bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils
an die einzelnen Verbindungspunkte zwischen je zwei benachbarten Widerständen R1
bis R10 angeschlossen, die alle in Bezug auf die Stromquelle E in Reihe geschaltet
sind, d.h. die Basis des Transistors T2 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den
beiden Widerständen R1 und R2 verbunden und die Basis des Transistors T4 mit dem
Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R2 und R3; alle anderen Basen
sind jeweils in der gleichen Weise angeschlossen, als letzte die Basis des Transistors
T18, die mit dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R9 und R10 verbunden
ist.
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Andererseits ist jede der Fotodioden D1 bis D9 jeweils mit den Kollektoren
der Transistoren T2, T4, T6 .... T18 als Anzeigeglied verbunden. Im Gegensatz dazu
sind die Basen der Transistoren T1, T3, T5 .... T17, die jeweils die anderen
Transistoren
der betreffenden Differentialschaltkreise 9 bis 1 sind, parallel über je einen der
Widerstände-R11 bis R19 an einen Anschluß a geschaltet, an den eine analoge Spannung
Vin angelegt wird.
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Diese Widerstände R11 bis R19 sind vorgesehen, um ihre jeweilige Eingangsimpedanz
zu erhöhen. Jeder Kollektor der Transistoren T1, T3, T5 .... T15 ist mit den betreffenden
Emittern beider Transistoren des Differentialschaltkreises der jeweils folgenden
Stufe gemeinsam verbunden, d.h. der Kollektor des Transistors T1 im Differentialschaltkreis
9 ist mit den betreffenden Emittern der beiden Transistoren T3 und T4 in dem Differentialschaltkreis
8 verbunden und der Kollektor des Transistors T3 in diesem Differentialschaltkreis
ist mit den Emittern der beiden Transistoren T5 und T6 in dem Differentialschaltkreis
7-verbunden. Auf diese Weise sind der Reihe nach alle weiteren Transistoren verbunden
bis zuletzt der Kollektor des Transistors T15 im Differentialschaltkreis 2 mit den
beiden Emittern der zwei Transistoren T17 und T18 im Differentialschaltkreis 1 verbunden
ist.
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Zusätzlich ist ausnahmsweise eine Fotodiode D10 als Anzeigeglied mit
dem Kollektor des Transistors T17 in dem Endstufendifferentialschaltkreis 1 verbunden.
an diesem Transistor T17 liegt die gemeinsame analoge Spannung Vin an.
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An die Emitter der beiden Transistoren T1 und T2 im Differentialschaltkreis
9 ist der Kollektor eines Transistors TO
angeschlossen, der ein
Transistor für einen konstanten Strom ist und dessen Basis und Emitter jeweils mit
der Basis bzw.
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dem Emitter eines weiteren Transistors T19 verbunden sind.
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Der Kollektor des Transistors T19 ist mit einem Widerstand R20 für
seine Vorspannung verbunden, wobei Kollektor und Basis kurzgeschlossen sind.
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Die Funktion des Analog-Digital-Systems mit der vorbeschriebenen Schaltung
wird im Folgenden erläutert. Angenommen, daß die Eingangsspannung Vin einer analogen
Größe am Eingangsanschluß a anliegt und daß Vin<V1 erfüllt ist, so wird, weil
das Basispotential des Transistors T2 höher ist als das Basispotential des Transistors
T1 im Differentialschaltkreis 9 der Transistor T2 leitend, um dadurch die Fotodiode
D1 zum Aufleuchten zu bringen infolge des Transistors TO, durch den ein konstanter
Strom i fließt. Die Fotodioden D2 bis D10 werden nicht zum Aufleuchten gebracht,
weil der Transistor T1 nicht-leitend bleibt.
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Wenn im Folgenden die Eingangsspannung Vin einen höheren Wert als
oben erreicht und V1<Vin<V2 erfüllt ist, wird der Transistor T1 im Differentialschaltkreis
9 umgeschaltet, so daß er leitend wird, während der Transistor T2 seinerseits in
einen nicht-leitenden Zustand gebracht wird, so daß die Fotodiode D1 zum Erlöschen
gebracht wird. Außerdem wird in dem Differentialschaltkreis 8, da das Basispotential
des Transistors T4 höher ist als das Basispotential des Transistors T3, der Transistor
T3 nicht-leitend gehalten und der Transistor T4 wird leitend, so daß die Fotodiode
D2 zum Aufleuchten gebracht
wird durch den konstanten Strom i,
der durch die Transistoren T4 und T1, die jetzt leitend sind, fließt.
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Auf gleiche Weise wird in dem Differentialschaltkreis 8, sobald V2<Vin<V3
erfüllt ist, der Transistor T4 nichtleitend, so daß die Fotodiode D2 erlischt, und
der Transistor T3 wird leitend. Ferner wird in dem Differentialschaltkreis 7 der
Transistor T6 leitend, wodurch die Fotodiode D3 aufleuchtet, aber der Transistor
T5 bleibt nicht-leitend.
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Entsprechend wird in Abhängigkeit von der ansteigenden Eingangsspannung
Vin sobald V3<Vin<V1 ist, die Fotodiode D4 allein, sobald V4<Vin<V5
ist, die Fotodiode D5 allein, sobald V5<Vin<V6 ist, die Fotodiode D6 allein,
sobald V6<Vin<V7 ist, die Fotodiode D7 allein, sobald V7<Vin<V8 ist,
die Fotodiode D8 allein, sobald V8<Vin<V9 ist, die Fotodiode D9 allein, sobald
V9<Vin ist, die Fotodiode D10 allein zum Aufleuchten gebracht, wobei jeweils
alle anderen Fotodioden gelöscht sind.
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Folglich kann jede Spannung, die einer analogen Größe entspricht,
innerhalb des gesamten Bereichs der Eingangsspannung Vin in digitaler Form durch
die Fotodioden D1 bis 1O angezeigt werden.
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In dem Fall jedoch, daß eine analoge Eingangsspannung Vin gleich einer
der Umkehrschaltspannungen V1 bis V9 wird, z.B. wenn Vin = V6 wird, fließt ein gleichgroßer
Strom von i/2 durch beide Transistoren Til und T12, so daß der Transistor T12 die
Fotodiode D6 zum Aufleuchten bringt und die Fotodiode D7 durch einen Strom i/2,
der durch den Transistor T11 über den Transistor T14 fließt, zum Aufleuchten gebracht
wird. D.h. immer dann, wenn die analoge EingangsspannungVin mit einer Umkehrschaltspannung
der gestaffelten Schalt- bzw. Spannungsstufen übereinstimmt, werden zwei Fotodioden
gleichzeitig zum Aufleuchten gebracht, wobei aber die Helligkeit dieser beiden Fotodioden
in diesem Fall schwach ist im Vergleich mit dem Fall, in den nur eine Fotodiode
aufleuchtet, so daß keine Unklarheit der digitalen Anzeige auftritt; andererseits
wird aber der Zwischenpunkt zwischen beiden digitalen Größen sehr wirkungsvoll gezeigt.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, die zur digitalen Anzeige eines
Fotometers einer Kamera verwendet und deren analoge Eingangsspannung als Funktion
einer Helligkeit mittels der oben beschriebenen Analog-Digitalwandlerschaltung dargestellt
wird.
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Die Faktoren zur Bestimmung einer Belichtung bei einer Kamera umfassen
nicht nur die Helligkeit eines Objekts, sondern auch die Filmempfindlichkeit (ASA-Norm),
die Verschlußgeschwindigkeit,
den Blendenöffnungswert und ähnliches.
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Daher kann die Anzeige für die Bestimmung einer Belichtung durch jeden
dieser genannten Faktoren vorgenommen werden; aber im allgemeinen wird in der Praxis
die Anzeige des Blendenöffnungswertes oder der Verschlußgeschwindigkeit benutzt.
Bei einer Kamera, die mit einem elektrischen Verschluß ausgerüstet ist, der die
Verschlußgeschwindigkeit mittels einer elektrischen Zeitverzögerung steuert und
durch den entweder die EE-Steuerung der Verschlußgeschwindigkeit mit einer vorgezogenen
Blendenöffnung oder eine Programm-EE-Steuerung erfolgt, die gleichzeitig Blendenöffnung
und Verschlußgeschwindigkeit steuert, ist es erwünscht, daß die gesteuerte Verschlußgeschwindigkeit
zuvor feststellbar ist.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform,bei der ein Fotowiderstand Rcds
und ein veränderlicher Widerstand Rx in Reihe geschaltet sind. Fig. 3 stellt die
Charakteristiken dieser Schaltung dar, die die Beziehung zwischen den logarithmischen
Werten der Beleuchtungsintensität L und der Ausgangsspannung Vin zeigt.
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Die Ordinate in Fig. 3 gibt die Ausgangsspannung Vin an und die Abszisse
die logarithmischen Werte log L der Beleuchtungsintensität L. Die Impedanz des veränderlichen
Widerstandes Rx ist in diesem Ausführungsbeispiel durch den veränderlichen Widerstand
Rx bestimmt, der in Wechselbeziehung mit der Filmempfindlichkeit und der Irisöffnung
steht. Die analoge Spannung kann davon abgegriffen werden als Funktion der Verschlußgeschwindigkeit,
so daß ihre Charakteristik keinen linearen Verlauf
hat, wie in
Fig. 3 zu sehen. Dies hat zur Folge, daß die Schaltpotentiale der in Fig. 1 gezeigten
Differentialschaltkreise nicht mit gleichem Abstand gewählt werden können und daß
der Bereich der Beleuchtungsintensität verringert ist.
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Dennoch kann eine solche Kamera in der Praxis zufriedenstellend verwendet
werden als Kamera der Mittelklasse, wobei diese Ausgangsspannung am Punkt a gemäß
Fig. 1 angelegt wird.
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In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das ein lichtempfangendes
Element aufweist, welches zwei Fotowiderstände (Rcds1 und Rcds2)> bestehend aus
zwei Kadmiumsulfidzellen verwendet, deren Empfindlichkeiten sich voneinander unterscheiden.
In Reihe mit dem Fotowiderstand Rcds1 von hoher Empfindlichkeit ist ein Einstellwiderstand
R21 derart geschaltet, daß die Reihenschaltung parallel zu dem Fotowiderstand Rcds2
von geringer Empfindlichkeit geschaltet ist. In Reihe mit dieser Serienschaltung
und dem Fotowiderstand Rcds2 ist ein veränderlicher Widerstand R'x geschaltet.
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Wenn die Empfindlichkeiten beider Photowiderstände Rcds1 und Rcds2
und die Impedanz des Widerstands R21 richtig in der Weise gewählt werden, daß die
Impedanz R'x des veränderlichen Widerstands R'x auf einem konstanten Wert gehalten
wird, ergeben die Charakteristiken der Beziehung zwischen dem logarithmischen Wert
der Beleuchtungsintensität an der lichtaufnehmenden
Fläche des
lichtempfangenden Elements und der Ausgangsspannung Vin' eine gerade Linie wie in
Fig. 5 gezeigt. Diese gerade Linie zeigt die analoge Ausgangsspannung bezogen auf
den logarithmischen Wert der Beleuchtungsintensität. In diesem Beispiel steht die
Impedanz des Widerstandes R'x in gleicher Weise in Wechselbeziehung zu der Filmempfindlichkeit
und der Einstellung der Irisöffnung wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2.
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Folglich können bei der Verwendung eines solchen lichtempfangenden
Elements die Umkehrschaltspannungscharakteristiken der Differentialschaltkreise
durch gleichen Abstand voneinander festgelegt werden und der erfaßbare Bereich der
Beleuchtungsstärke kann erweitert werden, wodurch die Kamera für den praktischen
Gebrauch zu einer solchen der Spitzenklasse wird.
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Die Beschreibung der obigen Ausführungsbeispiele der Erfindung bezieht
sich auf solche Ausführungsbeispiele, durch die jede Verschlußgeschwindigkeit, die
entsprechend der Helligkeit eines Gegenstandes gesteuert wird, in digitaler Weise
der Bedienungsperson angezeigt wird, indem eine Steuervorrichtung verwendet wird,
die automatisch die Verschlußgeschwindigkeit steuert durch manuelle Einstellung
der Irisöffnung einer photographischen Kamera als eine daran angelegte analoge Spannung,
oder die automatisch Irisöffaung und Verschlußgeschwindigkeit mittels vorbestimmten
Programms steuert.
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Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf die oben beschriebenen
Beispiele beschränkt, vielmehr ist es mit ihr möglich, verschiedene analoge physikalische
Größen in analoge Spannungen proportional ihren individuellen physikalischen Größen
umzuwandeln und diese analogen Spannungen in digitaler Weise anzuzeigen. Daher sind
im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Abwandlungen möglich, ohne daß
dabei vom Erfindungsgedanken abgewichen wird.
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Patentansprüche: