DE2243824A1 - Schaltanordnung fuer belichtungsmesser mit logarithmiertem ausgangssignal - Google Patents

Description

• Zu diesem Zweok wurde bereits in den deutschen Auslegeschriften 1 027 902 und 1 772 911 sowie in der österreichischen Patentschrift 253 251 vorgeschlagen, Belichtungsmesser mit Fotowiderständen auszurüsten, die Signale liefern, die dem Logarithmus der Beleuchtungsstärke des zu fotografierenden Gegenstandes proportional sind.
• Des weiteren ist bekannt, in einem Belichtungsmesser die Logarithmierung des Kurzsohlußstromes eines Fotoelementes durch Verlegen einer Halbleiter-Diode in den RuckfUhrzweig eines OP-Verstärkers vorzunehmen, da Halbleiter-Dioden aufgrund ihrer physikalischen Funktion einen sehr guten linearen Verlauf der Strom/Spannungs-Kennlinie im sogenannten halblogarithmischen Maßstab besitzen.
• Nachteilig wirkt sich hierbei jedoch die starke Temperaturabhängigkeit der Halbleiter-Dioden aus, die beispielsweise bei einer Si-Diode eine Stromänderung von mehr als 3 Zehnerpotenzen ergibt, wenn bei festgehaltener Spannung eine Temperaturänderung von +60% auf -200 C eintritt. Das bedeutet, daß die auftretenden Spannungsdifferenzen größer sein können als 4in vom Fotoelement erzeugten Signale, was weiterhin zur Folge hat, daß die vom Fotoelement gemachte Aussage dber die Objekthelligkeit verfälscht wird, womit die erhaltenen Ergebnisse fur die Bestimmung von Belichtungswerten unbrauchbar sind.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Logarithmierung des Stromes eines Fotoelementes ohne die Verwendung einer.Logarithmierdiode zu erreichen, um die bestehendenMängel der bekannten Anordnungen zu beseitigen.
• Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schaltanordnung für logarithmisohe Belichtungsmesser foto- Schaltanordnung fur Belichtungsmesser mit logarithmiertem Ausgangasignal Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltanordnung, insbesondere für Belichtungsmesser fotografischer Geräte, zur Messung der Helligkeit fotografisoher Objekte, bei der sich ein von einem Fotoelement eingeprägter, der vom zu fotografierenden ObJekt ausgehenden Beleuchtungsstärke proportionaler Strom in ein Signal wandelt, welches sich proportional mit dem Logarithmus der Beleuchtungsstärke ändert.
• Bei der Belichtung in einer fotografischen Kliere wird laut DIN 19010 nach der Formel CR K² t = B . 10-S/10 in sec belichtet, wobei -2 B - die mittlere Leuohtdichte in cdu des Objekts, CR = eine Konstante, K = die Blendenzahl und t = die Belichtungszeit in sec und S 3 die Filmempfindlichkeit in DIN darstellen.
• Für die einfache Verarbeitung der Parameter obiger Formel werden vorteilhafterweise Analogrechner verwendet, di. als Sumderer bzw. Subtrahierer geschaltet sind. Di. zu verarbeiten den Parameter müssen jedoch vor der Summenbildung wegen der angegebenen Formel logarithmiert werden.
• grafisoher Gerätes bei welcher das entstehende elekerische Ausgangesignal proportional dem Logarithmus der vom Objekt ausgehenden Beleuchtungsstärke ist, Elemente enthält, die den von einer Fotodiode durch Beaufschlagung mit Licht erzeugten Strom in Schwingungen wandeln, deren Frequenz dem Strom proportional und deren Amplitude konstant ist, daß ein diesen Elementen nachgeschalteter Frequenzdiskriminator die entstandenen Schwingungen umformt, so daß sein Ausgangssignal innerhalb des gewiluschten Arbeitsbereiches proportional dem Logarithmus der Frequenz ist.
• Für die Erzeugung der Schwingungen ist es erforderlich, daß die Elemente der Schaltanordnung einen mit der Zeit aufladbaren Kondensator einschließen, dem ein Schalter parallel geschaltet ist, welcher den Kondensator zur Schlagartigen Entladung kurzschließt. Die Frequenz muß nicht streng linear mit dem Fotostrom ansteigen, da Abweichungen im Frequenzdiskriminator kompensiert werden können.
• Des weiteren erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Sohalter durch einen mit dem Kondensator verbundenon 5chwollwert schalter zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Kippschwingung steuerbar ist.
• Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß der Schalter aus einem MOS (Metal Oxide Semiconductor) Feldeffekttransistort in der Folge MOS-Fet genannt, besteht.
• Des weiteren schließt die Erfindung die Möglichkeit ein, als Schalter eine (hochohmige) Kapazitätsdiode zu verwenden.
• Ferner wird vorgeschlagen, eine Doppelbasis-Diode, vorzugsweise einen Unijunction-Transistor,als Schalter einzusetzen0 Um einen Rechtverlauf des Signals mit dem Tsstvorhkltnis 1t1 zu erzielen, wird empfohlen, den schwingungserseugenden Elemengen einen bistabilen Nultivibrator (Flip-Flop) naohzuschalten.
• Weiterhin ist vorgesehen, daß der Frequenzdiskriminator aus mehreren elektrischen Zweigen besteht, deren frequenzabhängige Glieder sich wie 1sntn s... (geometrische Reihe) verhalten, und daß der Frequenzdiskriminator weiter die durch diese frequenzabhängigen Glieder erzeugten frequenzabhängigen Ströme summiert und das entstandene Summensignal gleichrichtet.
• In weiterer Ausbildung der Erfindung wird angeregt, daß die elektrischen Zweige des Frequenzdiskriminators vorzugsweise aus RC-Gliedern bestehen.
• Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn zur Verstärkung des vom Frequenzdiskriuinators erhaltenen Signals ein Operationsverstärker vorgesehen ist, der zusätzlich mit einer Einweg-Gleichrichtung versehen sein kann.
• Ferner schlägt die Erfindung vor, daß zur Vollweg-Gleichrichtung der von den RC-Gliedern erzeugten Signale ein zweiter Operationsverstärker angeordnet ist.
• Die Erfindung ist nachstehend an mehreren AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 das Schaltschema eines logarithmischen Belichtungsmessers mit einem von einem Schwellwertschalter gesteuerten MOS-Fet als aktivem Element der Schwingungserzeugung, Fig. 2 das Schaltschema des schwingungserzeugenden Teils eines logarithmischen Belichtungsmessers mit einer Kapazitätadiode, Fig. 3 das Schaltschema eines logarithmischen Belichtungsmessers mit einem Unijunction-Transistor als aktivem Element der Sohwingungserzeugung und Vollweg-Gleichrichtung.
• In Fig. 1 ist das Schaltschema eines logarithmischen Belichtungsmessers dargestellt, für dessen Stromkreis eine Stromquelle 1 die Betriebsspannung liefert.
• Wird nun eine Fotodiode 2 mit einer gegebenen konstanten Beleuchtung beaufschlagt, so fließt von -ihr ein Strom I zu einen Kondensator 3 und lädt diesen auf. Dabei wächst die Spannung des Kondensators 3 nach der Formel U = ### Ein HOS-Fet 5 sowie ein Schwellwertschalter 4 beeinflussen den Ledevorgang des Kondensators 3 wegen ihrer Hochoh@igkeit zunächst nicht. Erst nachdem die Spannung des Eondensstors 3 den Schwellwert des Schwellwertschalters 4 erreicht hat, kippt-dieser aus dem "0"-Zustand, in welohem er sich während des Kondensatoraufladevorganges befindet, in den L"-Zustand Durch diesen Schaltvorgang wird der MOS-Fet 5 leitend e Sein Widerstand sinkt und verursacht die rasche und vollständige Entladung des Kondensators 3. Am Ende der Entladung kehren der NOS-Fet in den Sperr- und der Sohwellwertsohalter 4 in den wO"-Zustand zurück, womit die erneute aufladung des Kondensators 3 eingeleitet wird.
• Da durch äußerst kurze Übergangszeiten sehr hohe Schaltg.-schwindigkeiten erzielt werden, entstehen Kippschwingungen, deren zeitlicher Anstieg und damit ihre Frequenz vom Strom der Fotodiode 2 abhängt. Die Frequenz der vom Sohwellvertschalter 4 und dem MOS-Fet 5 erzeugten Schwingungen ist proportional dem von der Fotodiode 2 ausgehenden Strom.
• Der Schwellwertschalter 4 ist mit einer Hysterese versehen, deren Größe ebenfalls in die erzeugte Frequenz eing.ht.
• Um einen Rechteokverlaut des Signals mit einem Tastverhältnis (Impulsdauer/Pausendauer) von 1:1 zu erzielen> folgt dem Schwellwertschalter 4 ein bistabiler Multivibrator (Flip-Flop) 6. @@ Ausgang des Flip-Flop 6 steht die halbe Frequenz zur Verfügung. Diese wird Uber einen Basiaviderstand 7 mittels Transistoren 8 und 9 an Kondensatoren 10; 11 und 12 gelegt, die mit Widerständen 13; 14 und 15 die RC-Zweige eines Frequenzdiskriminators bilden. Die Viderstände 13-15 sind mit gleichen Widerstandawerten versehen.
• Diese riohten sich zweckmäßigerweise nach einem di. Verstärkung eines Operationsverstärkers 16 bestimmenden Widerstand 17, der in einem Rückführzweig des dem Frequenz diskriminator 10-15 nachfolgenden Operationsverstärkers 16 angeordnet ist.
• Die Werte der Kondensatoren 10-12 werden dem Frequenzbereich angepaßt und verhalten sich Je nach dem zu verarbeitenden Frequenzumfang sowie nach Genauigkeitsanforderungen wie 1:5:5²:... bis 1:30:30²:... (geometrisch. Reihe). Bei einem gewUntohten größeren Frequenzbereich werden mehr als drei RC-Zweige benutzt.
• Die Ströme, die durch die Zweige des Frequenzdiskriminators 10-15 fließen, werden von Operationsverstärker 16 addiert und von Dioden 18 und 19 zu einer gleichgerichteten Ausgangsspannung umgeformt (Einweg-Gleichriohtung).
• Im interessierenden Frequenzbereich wird damit erreicht, daß die Ausgangsspannung Mit der gevUnschten Genauigkeit proportional ist dem Logarithmus eines von einer Fotodiode erzeugten Stromes und damit auch dem Logarithmus der die Fotodiode 2 beaufschlagenden Beleuchtung.
• In Fig 2 ist das Schaltschema des schwingungserzeugenden Teils eines logarithmischen Belichtungsmessers in einem weiteren Ausfhrungsbeispial dargestellt.
• In dieser wie in allen weiteren Darstellungen sind die I3auelemente, die denen der Fig. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• Wie in Fig. 1 wird der Stromkreis des Belichtungsmessers von der Stromquelle 1 bestromt. Bei Beaufschlagung mit Licht erzeugt die Fotodiode 2 einen Strom, der den Kondensator 3 so lange auflädt, bis der Schwellwert des mit einer Hysterese versehenen Schwellwertschalters 4 erreicht ist, der dann aus seinem On-Zustand in den "Ln-Zustand kippt. Durch diesen Schaltv,organg wird eine (hochohmige) Kapazitätsdiode 20, deren Serienwiderstand im Bereich von 0 Volt hoch- und im Durchlaßbereich niederohmig ist* leitend und verur.sacht damit die schnelle und vollständige Entladung des Kondensators 3.
• Der weitere Logarithmierablauf erfolgt wie in Fig. 1 beschrieben.
• In Fig. 3 wird der Stromkreis des Belichtungsmessers durch die Stromquelle 1 bestromt. Der von der Fotodiode 2 bei Beaufschlagung mit Licht erzeugte Strom lädt den Kondensator 3 bis zum Erreichen der kritischen Spannung eines Unijunction-Transistors 21 auf. Ist diese erreicht, wird dessen Emitter-Basis 2-Diode leitend und der Emitter-Basis 2-Widerstand des Unijunction-Transistors 21 sinkt, womit die Entladung des Kondensators 3 durch den Unijunction-Transistor 21 erfolgt.
• An die Entladungszeit des Kondensators 3 bestimmendeWiderständen 22 und 23 werden die erzeugten Schwingungen einem Flip-Flop 6 zugeführt, welches für den Rechteckverlauf der Anodenspannung mi dem genauen Tastverhältnis von 1s1 sorgt.
• Am Ausgang des Flip-Flop 6 steht auch hierzu wie in Fig. 1, die halbe Frequenz zur Verfügung, die Uber den Arbeitswiderstand 7 mittels Transistoren 8 und 9 an die Kondensatoren 10; 11 und 12 gelegt wird, die zusammen mit Widerständen 24-29 die RC-Zweige eines Frequenzdiskriminators bilden.
• Hierbei sind jeweils die Widerstände 24-26 und 27-29 unter sich mit den gleichen Widerstandswerten versehen. Zweckmäßigerweise haben dio Widerstände 24-26 doppelt so hohe Widerstandswerte wie die Widerstände 27-29.
• Zum Zwecke iner Vollweg-Gleichrichtung ist dem Operationsverstärker 16 und dem in seinem RUckfhrzweig angeordneten Widerstand 17 ein weiterer Operationaverstärker 30 mit einem Widerstand 31 sowie ein zwischen beide Operationsverstärker 16 und 30 geschalteter Widerstand 32 zugeordnet.
• Dabei betragen die Widerstandawerte der Widerstände 17; 31 und 32 nur ein Drittel der Widerstände 24-26.
• Vom Frequenzdiskriminator 10-12 und 24-29 ankommende Signale werden von beiden Operationsverstärkern 16 und 30 addiert und von den Dioden 18 und 19 zu einer gleichgerichteten Ausgangsapannung umgeformt.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Schaltanordnung, insbesondere für-logarithmische Belichtungsmesser fotografischer'Geräte, bei welcher das entstehende elektrische Ausgangssignal proportional dem Logarithmus der vom Objekt ausgehenden Beleuchtungsstärke ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltanordnung Elemente enthält, die den von einer Fotodiode (2) durch Beaufschlagung mit Licht ereugten Strom in Schwingungen wandeln, deren Frequenz dem Strom proportional und deren Amplitude konstant ist, daß ein diesen Elementen nachgeschalteter Frequenzdiskriminator (10-15) die entstandenen Schwingungen umformt, so daß sein Ausgangssignal innerhalb des gewünschten Arbeitsbereiches proportional dem Logarithmus der Frequenz ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß die Elemente der Schaltanordnung einen mit der Zeit aufladbaren Kondensator (3) einschließen, dem ein Schalter (5) parallel geschaltet ist, welcher den Kondensator (3) zur schlagartigen Entladung kurzschließt.

3. Schaltanordnung nach den AnsprEchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (5) durch einen mit dem Kondensator (3) verbundenen Schwellwertschalter (4) zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Kippschwingung steuerbar ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet* daß der Schalter (5) aus einem MOS-Fet (Metal Oxide Semiconductor Feldeffekttransistor) besteht0

5. Schaltanordnung nach Anspruch 39 dadurch gakennzeichmet5 daß als Schalter (5) eine Kapazitätsdiode (20) verwendbar ist.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (5) eine Doppelbasis-Diode, vorzugsweise ein Unijunction-Transistor (21), ist.

7. Schaltanordnung naGh den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den schwingungserzeugenden Elementen (3-5; 20; 21) zwecks Erzielen eines Rechteckverlaufs des Signals mit d-tn Tastverhältnis 1:1 ein bistabiler Multivibrator (6) nachgeschaltet ist.

8. Schaltanordnul*z nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freq1.erzdiskriminator (io-i5) aus mehreren elektrischel. Zweigen besteht, deren frequenzabhängige Glieder sich wie 1:n:n2:... (geometrische Reihe) verhalten, und daß der Frequenzdiskriminator (t«0-15) weiter die durch diese frequenzabhängigen Glieder erzeugten frequenzabhängigen Ströme summiert und das entstandene Summensignal gleichrichtet.

9. Schaltanordnung nach den AnsprUchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Zweige des Frequenzdiskriminators vorzugsweise aus RC-Gliedern (10-15) bestehen.

10. Schaltanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß is zur Verstärkung des vom Frequenzdiskriminator (10-15) erhaltenen Signals ein Operationsverstärker (16) vorgesehen ist, der zusätzlich mit einer Einweg-Gleichrichtung versehen sein kann.

11. Schaltanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Voliweg-Gleichrichtung der von den RC-Gliedern (10-12 und 24-29) erzeugten Signale ein zweiter Operationsverstärker (30) angeordnet list.