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Belichtungssteuerung, insbesondere für Kameras Die Erfindung bezieht
sich auf eine Belichtungssteuerung für eine Kamera od.dgl., bei der die Lichtmenge
gemessen wird, um die Verschlußöffnungszeit entsprechend der gemessenen lichtmenge
zu bestimmen.
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Bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera mit einem elektromagnetisch
gesteuerten Verschluß ist es bekannt, ein Licht meßelement in einem Lichtpfad des
optischen Suchers anzuordnen.
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Da jedoch der das durch das Objektiv getretene Licht zum optischen
Sucher reflektierende Spiegel unmittelbar vor der Verschlußbetätigung angehoben
wird, wird das auf das lichtmessende Element fallende Licht bei einer solchen Anordnung
unterbrochen, so daß es unmöglich -ist, eine exakte Belichtung zu erhalten. Es ist
deshalb bereits vorgeschlagen worden, die Lichtmes'sung unmittelbar vor dem Hochspringen
des Spiegels zu speichern und die Verschlußgeschwindigkeit entsprechend dem gespeicherten
Wert zu bestimmen. Als lichtmessendes Element wird im allgemeinen Cadmiumsulfid
(CdS) verwendet, da es sehr empfindlich ist'und
eine kompakte Bauweise
erlaubt. CdS hat jedoch eine erhält nismäßig lange Ansprechzeit; wenn ein Bild nach
einerplötzlichen Bewegung der Kamera von einem hellen Objekt zu einem verhältnismäßig
dunklen Objekt aufgenommen werden soll und der Verschluß sofort betätigt wird, kann
deshalb kein richtiger Belichtungswert erhalten werden.
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Es ist auch bekannt, als lichtmessendes Element eine Silizium-Photodiode
zu verwenden, die auf sichtbares Licht anspricht. Die Siliztum-Photodiode weist
eine erheblich verbesserte Ansprechzeit im Vergleich zu CdS auf und hat vorteilhafte
Eigenschaften hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Kompaktheit, sie ist jedoch
nachteiligerweise weniger empfindlich als CdS und ihreßberelch ist durch ihren spezifischen
Dunkelstrom begrenzt, da sie wegen eines relativen Ansteigens des Dunkelstroms bei
zunehmend dunklem Meßobjekt keine lineare Licht-Strom-Charakteristik mehr hat.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungssteuerung
für Kameras zu schaffen, die die beschriebenen Nachteile nicht aufweist und eine
korrekte Steuerung der Verschlußgeschwindigkeit bei vergrößertem Bereich der Lichtmenge
schafft.
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Gemäß der Erfindung wird zum Erhalten einer schnellen Reaktion als
lichtmessendes Element eine Siliziu-Photodiode verwendet. Das Liniaritätsproblem
wird durch das Vorsehen eines mit konstantem Strom betriebenen Differentialverstärkers
gelöst, der den Effekt des Dunkelstroms ausschaltet und selbst in einem Bereich
von gegenüber der Meßmöglichkeit vom CdS verminderter Helligkeit eine Meßmöglichkeit
ergibt.
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Außerdem ist es- im Rahmen der Erfindung möglich, die Belichtungszeit
in Sucher zu erkennen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Silizium-Photodiode
zwischen zwei Singangsklemmen des Differentialverstärkers geschaltet und das Ausgangssignal
einer den Differentialverstärker enthaltenden Verstärkerschaltung wird in der Art
einer negativen Rück-Ropplung-zu einer der Eingangsklemmen zurückgespeist, so daß
die Silizium-Photodiode im wesentlichen unter Null-Vorbelastung arbeitet und der
Photostrom durch das' Verhältnis von Widerständen verstärkt wird, die zwischen die
elektrische Speisung bzw. zwei Eingangsklemmen eingeschältet sind; der verstärkte
Strom dient der Aufladung eines Zeitgeberkondensators zur Bestimmung der Verschluß-Öffnungszeit.
, Kurz dargestellt, ist die Erfindung bevorzugt verwirklicht bei einem Belichtungssteuerungssystem
für einäugige Spiegelreflexkameras mit einer Lichtmeßeinrichtung zum Umwandeln des
durch den Öffnungsstopp, der zu einer vcrbestimmten I Stellung voreingestellt worden
ist, empfangenen Lichts in ein elektrisches Signal, wobei das elektrische Signal
durch eine Verstärkungs- und Steuereinrichtung verstärkt wird. Das elektrische Signal
ist ein Photostrom. Sodann wird der Ausgangsstrom des Verstärkerabschnitts gespeichert
und dann die Belichtungszeit mit Hilfe des gespeicherten Ausgangsstroms gesteuert.
Eine negative Rückkopplung liegt im Verstärkerabschnitt, wodurch der Belichtungssteuerungsbereich
vergrößert usird.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht
und zwar zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan zur Erläuterung des Prinzips
der erfindungsgemäßen Belichtungssteuerung; Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung
der Beziehung zwischen der Menge des einfallenden lichtes und dem Photostrom in
der Sili,zium-Photodiode; Fig. 3 einen Schaltplan einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Belichtungss touerungsschaltung; Fig. 4 einen Schaltplan einer Vergleichsschaltung;
Fig. 5 ein Zeit-Diagramm der Vorgänge beim Photografieren; Fig. 6 einen Schaltplan
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig. 7 einen Schaltplan des wesentlichen
Teiles der Ausführungsform nach Fig. 6; und Fig. 8 einen Schaltplan einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung.
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Im folgenden wird der Betrieb der Belichtungsateuerung anhand des
Ausführungsbeispiels der Schaltung nach Fig. 1 erläutert. Ein Differenzverstärker
enthält Widerstände R11, R12, R13, R14, R15, R16 und H17 und Feldeffekttransistoren
Qil und Q12* Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird von einem negativen
Rückkopplungsverstärker A11 verstärkt und in Form eines Ausgangssignals des Verstärkers
A11 über den Widerstand R17 zum Gatter des Feldeffekttransistors Q12 zurückgespeist.
Zwischen die Gatter der Feldeffektttansistoren Qil und Q12 ist eine Photodiode D11
mit solcher Polarität einem schaltet, daß der Transistor Q12 positives Potential
erhält, wenn Licht auf die Diode D11 geworfen wird. Ist also die Photodiode D11
beleuchtet, so kann ein Photostrom darin fließen,
wodurch das Gatter
des Transistors Q12 eine positive Spannung erhält, die sein Abflußpotential erniedrigt.
Dieses Ausgangssignal wird vom Verstärker A11 verstärkt und dient der Steuerung
des Kameraverschlusses. Ein Teil des Ausgangssignals des Verstärkers A11 wird über
den Widerstand R17 zum Gatter des Transisiors Q12 rückgekoppelt. Diese Rückkopplungsspannung
wird in einer Polarität entgegengesetzt derjenigen der von der Photodiode D11 erzeugten
Spannung angelegt, so daß keine merkliche Veränderung der Gatterspannung des Transistors
Q12 auftritt.
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Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Charakteristik
der Photodiode D11 beschrieben. Wird die Photodiode einer Vorspannung in Sperrichtung
ausgesetzt, so steigt die Höhe des Photostroms I in bezug zu einer gegebenen Lichtmenge
an und somit steigt die ersichtliche Empindlichkeit der Photodiode; dies geht jedoch
gewöhnlich mit einer Erhöhung des Dunkelstroms Hand in Hand. In relativ dunklem
Zustand ist es also aufgrund des Dunkelstromeffekts kaum möglich, einen der Lichtmenge
proportionalen Photostrom zu erhalten. In Fig. 2 ist die Beziehung zwischen der
Lichtmenge und dem Photostrom in diesem Zustand durch eine Kurve F11 dargestellt.
Der Effekt des Dunkelstroms erscheint an einem Punkt P1 auf der Kurve F und es ist
keine weitere änderung im Photostrom festzustellen.
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Unter der Lichtmenge I01 kann also keine Lichtanderung mehr gemessen
werden.
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Liegt keine Vorspannung an der Photodiode an, so kann ab einem Punkt
P2, der einer Lichtmenge 102 gemaß der Kurve F12 in Fig. 2 entspricht keine änderung
im Photostrom festgestellt werden. Wird also die Photodiode ohne Vorspannung betrieben,
so vergrößert sich der photoempfindliche Bereich der Diode im
Vergleich
zu dem der mit einer Vorspannung betriebenen Diode vom Punkt entsprechend der Lichtmenge
L01 zum Punkt entsprechend der Lichtmenge L02. Im allgemeinen ist es also für die
Verstärkung eines Photostroms notwendig, eine Vorspannung an die Photodiode anzulegen,
um den Stromwert in die Verst'ärkungszone von Halbleiter-Bauelementen anzuheben;
jedoch ist gemäß der Erfindung eine gegenseitige Kompensation an den gegenüberliegenden
Seiten der Diode zu erwarten, so daß es möglich ist, die Vorspannung im wesentlichen
Null sein zu lassen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter bezug
auf Fig. 5 erläutert. Die dargestellte Schaltung wird von einer (nicht gezeigten)
Stromquelle mit einer Spannung Vcc versorgt. Bevor eine Aufnahme gemacht wird, wird
ein Schalter 9 in eine Stellung a gebracht, ein Schalter S2 in eine Stellung c,
ein Schalter S3 in eine Stellung e und ein Schalter S4 in eine Stellung g. Sodann
wird ein (nicht dargesteller) Verschlußauslöseknopf gedrückt. Durch diesen Vorgang
bewegt sich der Öffnungsstopp der Kamera in eine gegebene Stellung, so daß eine
gegebene Lichtmenge durch das Kamera objektiv hindurchtreten kann. Eine Photodiode
empfängt mindestens einen Teil des Lichts und erzeugt einen Photostrom entsprechend!
der Lichtmenge. Es sei der Photostrom mit i und die Stromkomponente, die nicht den
Photostrom enthält, durch die Photo-, diode mit io bezeichnet. Dann gilt: ii = i2
+i (1) 3 i3 = - p + o (2) Es seien weiterhin die Gatterspannungen voeldeffekttransistoren
Q31 und Q32 mit V2 bzw. V1 bezeichnet und die
Verstärkung von drei
Stufen von Differenzverstärkern, die die Feldeffekttransistoren Q31 und Q32 sowie
Transistoren Q35, Q36, Q37 und Q38 enthalten, mit dem Zeichen A bezeichnet; dann
hat die Ausgangsspannung V3 des Transistors Q38 die folgende Beziehung zu den Spannungen
V1, V2 und zur Verstärkung A: (V1 - V2) A = V3 Weiterhin haben die Spannungen V1
und V2 die folgende Beziehung zur Speisespannung Vcc: V1 = Vcc - R31 . i1 (4) V2
= Vcc + R33 i3 (5) Aus den Gleichungen (3), (4) und (5) kann die folgende Gleichung
erhalten werden: (R33 i3. +R31 i1) A = - V3 (6) Da bei den Ausführungsformen die
Verstärkung A der drei Stufen von Differenzverstärkern ausreichend hoch gewählt
ist, kann die folgende Beziehung erhalten werden: - R33 i3 = R31 ii (7) Da hierbei
keine Potentialdifferenz zwischen den entgegengesetzten Klemmen der Diode herrscht,
gilt: io = i3 + ip = 0 (8) Aus den Gleichungen (1) und (7) ergibt sich: i2 = (1
+ R31/R33) i1 (9)
aus den Gleichungen (7) und (9) ergibt sich: i2
= - (1 + R33/R31) i3 (10) Aus den Gleichungen (8) und (10) ergibt sich: i2 = (1
+ R33/R31) ip (1t) Aus der Gleichung (11) ist ersichtlich, daß durch einen Transistor
Q311 ein dem Strom ip durch die Photodiode proportionaler Strom fließt. Das Ausgangssignal
des Verstärkers wird über den Transistor Q311 zur Eingangsklemme negativ rückgekoppelt.
Aufgrund der negativen Rückkopplungsverbindung kann die Klemmenspannung eines Speicherkondensators
C31, zu der mit dem Gatter des Transistors Q39 verbunden ist, auf einem gegebenen
Wert entsprechend der Lichtmenge gehalten werden.
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Es wird also, bevor der reflektierende Spiegel der Kamera hochspringt,
die Lichtmessung abgeschlossen und in einem Kondensator C31 wird eine elektrische
Ladung entsprechend dem gemessenen Licht gespeichert. Sodann werden die Schalter
S2 und S3 so betätigt, daß sie die Kontakte b, d, bzw. f schließen, wobei der Schalter
S4 in der den Kontakt g schließenden Stellung verbleibt. Sodann wird der Strom,
der in seiner Höhe im wesentlichen gleich dem Strom ist, der durch den Widerstand
1,31 geflossen ist, über den Schalter S4 zum Transistor Q311 geleitet.
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Wenn der reflektierende Spiegel der Kamera aufspringt, wird der Lichtstrom
zur Photodiode unterbrochen, so daß durch diese nur mehr der Dunkelstrons fließt.
Wird der hierbei durch die Photodiode fließende Strom mit idunkel bezeichnet, so
kann
der durch einen Transistor Q312 fließende Strom durch folgende
Gleichung ausgedrückt werden: I2 = (1 + R33/u3l) idunkel (12) Da die Transistoren
Q311 1 und Q312 einen mit konstantem Strom betriebenen Differenzverstärker bilden,
ist die Summe des Kollektorstroms I1 des tranzistors Q311 und des Kollektorstroms
I2 des Transistors Q312 stets konstant, Der Strom I1, der während der Zeitspanne
von der Vollendung der Messung der Lichtmenge bis zur Rückkehr des reflektierenden
Spiegels durch den Kollektor- des Transistors Q311 fließt, beträgt also (1 + R33/R31)
(ip - idunkel) was die Diferenz zwischen dem Strom (1 + R33/R31) ip der proportional
der Lichtmenge unmittelbar vor der Aufnahme ist, und dem Dunkelstrom ist. Wenn der
Spiegel aufwärts springt, wird gleichzeitig der Verschluß geöffnet und weiterhin
gleichzeitig der Schalter S3 betätigt, der von der Stellung g zur Stellung h umschaltet,
so daß der Strom durch den Schalter S4 und den Transistor Q312 unterbrochen wird.
Ein zeitintegrieren-; der Kondensator C32 wird nun allmählich geladen. Wird die
Potentialdifferenz zwischen den entgegengesetzten Klemmen des Kondensators C32 mit
Vc2 und die Ladezeit mit t bezeichnet 1 so ergibt sich die folgende Beziehung: VC2
= (1+R33/R31) # (ip-idunkel) # (t/C32) Erreicht die Spannung V02 einen gegebenen
Wert9 so wird ein
Transistor in einem Zeitgeber-Komparator abgeschaltet
und dadurch die Schließbewegung des Verschlusses eingeleitet.
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Der Komparator kann die Schaltung nach Fig. 4 aufweisen.
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Im Betrieb der Schaltung bewegt sich der in Fig. 3 gezeigte Schalter
S4, wenn der erste Vorhang des Verschlußmechanismus sich zum Offnen des Verschlusses
bewegt, in die Stellung h, so daß die Aufladung des Kondensators C2 beginnt. Zu
dieser Zeit sperrt der Transistor Q411 da das Gatterpotential dieses Transistors
höher ist als sein Quellenpotential, und der Transistor Q3 ist gesperrt, während
der Transistor Q33 auf Durchlaß steht und einen Stromfluß durch einen Elektromagnet
L ermöglicht. Der Verschluß wird dadurch in seiner geöffneten Stellung gehalten.
Während die ladespannung des Kondensators C2 zunimmt, verringert sich das Gatterpotential
und schließlich schaltet.der Transistor auf Durchlaß. Der Transistor Q32 wird dadurch
leitend und der Transistor Q33 wird sperrend, so daß der Stromfluß durch den Elektromagnet
beendet wird. Hierdurch wird der Verschluß geschlossen.
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Fig. 5 zeigt in Diagrammform eine Änderung der Lichtmenge während
des Betriebs der Kamera, die Betriebsweise der Schalter S1, S2' S3 und S4, die Stromänderungen
in den Transistoren Q311 und 4312 und Anderungen in der Spannung Vc2 am zeitintegrierenden
Kondensator, mit der Zeit als Parameter.
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Fig. 6 zeigt einen elektrischen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, mit einem Widerstand R11 der mit einer Klemme mit einer Diode Q1
und mit der anderen Klemme mit Erde verbunden ist. p-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekt
transistoren F1 und F2 bilden einen mit konstantem Strom betriebenen Differenzverstärker
mit einer Konstantstromschaltung,
die pnp-Transistoren Q2 und Q3
enthalt, die zwischen der elektrischen Stromquelle und einer gemeinsamen Quelle
liegen. Die gemeinsame Verstärkung des Verstärkers ist niedrig genug im Vergleich
zur Differenzverstärkung, und es ist für eine ausreichende Kompensation von Änderungen
in der Speisespannung gesorgt. Durch den Differenzverstärker ist auch für eine Kompensation
des Wärmeeffekts gesorgt. Eine Silizium-Photodiode phD ist zwischen das Gatter G1
des Transistors F1 und das Gatter G2 des Transistors F2 eingesetzt, wobei die positive
Klemme mit dem Gatter G2 und die negative Klemme mit dem Gatter G1 verbunden ist.
Wird das Licht bei einer in einer gegebenen Stellung festgelegten Objektivöffnung
(Blende) der Kamera gemessen, so kann der Widerstand R2 ein fester Widerstand sein;
wird jedoch das Licht bei voll geöffneter Blende gemessen, so muß der Widerstand
112 ein variabler Widerstand sein, der mit dem Blenden-Einstellmechanismus verbunden
ist. Widerstände R4 und R5 sind mit jeweils einer Klemme mit dem Abfluß D1 des Transistors
F1 bzw. dem Abfluß D2 des Transistors F2 verbunden und mit der anderen Klemme an
entgegengesetzte Klemmen eines veränderlichen Widerstands 116 angeschlossen. Der
veränderliche Widerstand R6 dient dem Justieren einer Unbalance zwischen den Transitoren
F und F2 sowie einer Unbalance zwischen den Widerständen 114 und R5; er hat einen
zentralen Abgriff, der mit Erde verbunden ist.
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In der gezeichneten Anordnung sind eine Diode Q4 sowie npn-Transistoren
Q5, Q6 und Q7 vorgesehen. Die Basen der npn-Transistoren Q6 und Q7 sind mit den
Abflüssen D1 bzw. D2 verbunden und der gemeinsame Emitter ist mit der Konstantstromschaltung
verbunden, zu der die Diode Q4 und der npn-Transistor Q5 gehören. Die npn-Tr-ansistoren
Q6 und Q7 stellen ebenfalls einen Konstantstrom-Differenzversärker dar. Ein Widerstand
R7 dient zur Bestimmung des durch die Konstantstromschaltung geleiteten Stroms für
den Differenzverstärker mit den Transistoren F1 und F2 und für den Differenzverstärker
mit den npn-Transistoren
Q6 und Q7. Der Kollektor des npn-Transistors
k ist unmittelbar mit der Stromquelle verbunden und der Kollektor des npn-Transistors
Q7 ist mit einem Widerstand 118 und mit der Basis eines npn-Transistors Q8 verbunden.
Der Emitter des npn-Transistors Q8 ist an die Basis eines npn-Transistors Q9 und
der Kollektor an die Stromquelle angeschlossen. Die Anordnung der npn-Transistoren
Q8 und Q9 kann als eine Art von "Darlingtontl-Schaltung betrachtet werden, die die
Ausgangsspannung des npn-Transistors Q7 bei hoher Eingangsimpedanz bekommt und sie
verstärkt. Mit dem npn-Transistor Q9 sind ein Kolektorwiderstand 119 und ein Emitterwiderstand
R10 verbunden1 die die Ausgangsspannung dieses Transistors aufnehmen und sie über
den Schalter S1 einem Speicherkondensator C1 sowie zum Gatter eines Transistors
F3 speisen. Ein Kondensator C3 ist zwischen die Stromquelle und das Gatter des Transistors
F3 geschaltet, um Verluststrom aufgrund der Selbstentladung des Kondensators C1
auszugleichen. Der Kondensator C3 ermöglicht die Ladungsspeicherung für eine verlangerte
Zeit. Weiterhin ist ein mit konstantem Strom betriebener Differenzverstärker mit
einer Schaltung vorgesehen, die den Feldeffekttransistor F3 und einen weiteren Fedelffekttransistors
F4, pnp-Transistoren Q10 und Q12, eine Diode Q11 und Widerstände Rl1, R12 und R13
umfaßt, wobei die Gatterspannung des Transistors F4 von den Widerständen R13, R14.
1116 und R17 bestimmt wird. Die Diode Q11 dent der Kompensaton des Wärmeeffekts
am npn-Transistor Q14 Die Ausgangsspannung des Konstantstrom-Differenzverstarkers
mit den Feldeffekttransistoren F3 und F4 wird am Abfluß des Transistors F4 abgenommen
und der Basis eines npn-Transistors Q14 zugeführt; Ein pnp-Transistor A13 ermöglicht
einen konstanten Stromfluß hindurch aufgrund der Existenz des pnp-Transistors Q12
und des Widerstands 1113. Der konstante Strom ist gleich der Summe des Kollektorstroms
des npn-Transistors Q14 und des Basisstroms des
npn-Transistors
Q15. Bei dieser Schaltung steigt im Duldçelzustand das Basispotential des npn-Transistors
Q14 an, so daß das Kollektorpotential des Transistors Q14 und infolgedessen das
Basispotential des npn-Transistors Q15 abnehmen. Infolgedessen sinkt der Kollektorstrom
des Transistors Q15 unter einen Hell-Wert und es wird ein umgekehrtes Ergebnis erhalten.
Der Kollektorstrom des Transistors Q15 ist proportional der Lichtmenge. Aus der
Beziehung zwischen dem licht und dem Kollektorstrom ist zu entnehmen, daß die Verschlußgeschwindigkeit
(Belichtungszeit) sich bei Helligkeit erhöht und bei Dunkelheit erniedrigt. Der
Kollektor des npn-Transistors Q15 ist über die Stellung 1 des Schalters 52 mit dem
Gatter G2 des Transistors F2 verbunden, wodurch sich eine negative Rückkopplungsschaltung
ergibt. Das Kontaktstück der Stellung 2 des Schalters S2 ist mit dem Kontaktstück
der Stellung 1 eines Auswahlschalters 53 verbunden, der dem Einstellen der "Automatik"
dient, bei der die Belichtungszeit automatisch bestimmt wird, sowie der Einstellung
"manuell", bei der die Belichtungszeit nach Wunsch von Hand eingestellt wird. Der
Schalter S7 ist mit einer Klemme eines zeitintegrierenden Kondensators C2 verbunden,
dessen andere Klemme an der Stromquelle hängt. Parallel zum Kondensator C2 ist ein
Triggerschalter S4 geschaltet9 Das Kontaktstück der Stellung 2 des Schalters 53
ist mit einer Mittelanzapfung M eines manuell verstellbaren variablen Widerstands
R20 zur manuellen Wahl der Belichtungszeit verbunden. Ein Widerstand R21 und ein
Schalter S5, der mit dem Verschlußauslöseknopf gekoppelt ist, dienen der Ball-Belichtung.
Ein~npn-Transistor Q17 ermöglicht eine Anzeige an einer Anzeigeeinrichtung; die
Basis dieses Transistors ist mit der Basis des npn-Transistors Q15 verbunden. Zwischen
den Emittern von Transistoren Q17 und Q19 ist ein negativer Rückkopplungswiderstand
1119 geschaltet.
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Eine pegelverschiebende Diode Q16 ist zwischen den Emitter des Transistors
Q15 und Erde gelegt und ein Anzeiger A liegt zwischen dem Kollektor des Transistors
Q17 und'der Stromquelle. Ein Widerstand R 18 liegt zwischen dem Kollektor des npn-Transistors
Q15 und Erde, um den Verschluß in der Stellung "Automatik!' etwa 10 Sekunden nach
seiner Öffnung zu schließen, selbst wenn die Lichtmenge nicht genügt, um den Verschluß
zu schließen. Die Ausgangsspannung des zeitintegrierenden Kondensators C2 ist an
das Gatter eines Feldeffekttransistors F5 gelegt.
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Als Quellenwiderstand für den Feldeffekttransistor F5 ist ein Widerstand
X22 geschaltet und zwischen die Quelle des Transistors F5 und Erde ist zur Justierung
des Triggerpegels ein veränderlicher Widerstand R23 gelegt. Das Ausgangssignal des
Transistors F5 wird über einen Abfluß-Widerstand R24 abgegriffen. Die npn-Transistoren
Q18 und Q19 bilden zusammen mit Widerstanden 1125, R2U, R27 und 1128, mit einem
Elektromagnet Ry und mit einer Diode Q20 einen Schmitt-Trigger, der die Strom versorgung
des Elektromagnets Ry oder der Kollektorbelastung des npn-Transistors Q19 entsprechend
dem Ausgangssignal des Feldeffekttransistors F5 steuert. Die Diode 20 soll verhindern,
daß der npn-Transistor durch während des Schaltens des Schmitt-Triggers auftretende
Impulserscheinungen Beschädigungen erleidet. Ein Schalter S6 wird mit dem Verschlußauslöseknopf
zum Schließen der Verbindung mit der Stromquelle betätigt.
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Es sei nun der typische Vorgang beim Aufnehmen eines Bildes mit der
zweiten Ausführungsform beschrieben.
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Es sei auf den Fall bezug genommen, daß die Belichtungszeit automatisch
entsprechend der vom aufzunehmenden Gegenstand abgegebenen Lichtmenge, der Filmempfindlichkeit
und der Blende
bestimmt werden soll und alle Schalter vor dem Niederdrücken
des Verschlußauslöseknopfs in der Stellung 1 stehen. Der Schalter " befindet sich
unabhängig von der Stellung des Verschlußauslöseknopfs immer in der Stellung 1.
Da der Schalter S5 bei der automatischen Belichtung keine Funktion ausübt, wird
er nicht weiter beschrieben. Vor dem Aufnehmen des Bilds wird eine Justierung entsprechend
der Filmempfindlichkeit durchgeführt, indem der Widerstand R2 mit Hilfe eines Filmempfindlichkeitsknopfs
an der Kamera eingestellt wird. Anschließend wird die Blende festgelegt. Bei einer
Kamera mit einer manuell verstellbaren Blende wird das durch diese Blende tretende
Licht vom photoempfindlichen Element gemessen. Hat die Kamera eine voreingestellte
Blende, eine sog. Springblende, so wird das Licht mit voller Blendenöffnung gemessen,
die sich jedoch unmittelbar vor der Betätigung des Schalters auf eine vorgegebene
Stellung verkleinert. Im ersteren Fall muß also der Widerstand 113 zum Bestimmen
des Verstärkungsfaktors des Photostroms festgelegt sein«, da sich der Photostrom
proportional mit der Blendenöffnung ändert. Im letzteren Fall muß jedoch der Widerstand
R3 entsprechend dem voreingestellten Wert der Blende eingestellt werden, so daß
der Strom przoportional diesem voreingestellten Wert ist.
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Nach der Bestimmung der Blende wird der Verschlußauslöseknopf-gedrückt.
Hierbei wird zunächst der Schalter S6 so betätigt, daß er die geschlossene Stellung
2 einnimmt, die Stromquelle angeschlossen wird und die Messung beginnt. Es fließt
der der Lichtmenge entsprechende Photostrom Ip durch die Silizium-Photodiode phD
und weiter durch den Widerstand 113.
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Durch diesen Strom wird das Gatter G2 des Transistors F2 auf positives
Potential gebracht und das Abfluß potential des Transistors F2 erniedrigt sich.
Dies bringt den Kollektor des
npn-Transistors Q7 auf positives
Potential, den Kollektor des npn-Transistors Qg und das Gatter des Feldeffekttransistors
F2 auf negatives Potential, den Abfluß des Foldeffekttransistors F4 und die Basis
des npn-Transistors Q14 auf negatives Potential, den Kollektor des npn-Transistors
414 und die Basis des npn-Transistors Q15 auf positives Potential und den Kollektor
des npn-Transistors Q15 auf negatives Potential. Das Kollektorpotential des Transistors
Q15 wird über den Schalter S2 an das Gatter G2 des Feldeffekttransistors F2 gelegt,
so daß sich keine nennenswerte linderung im Potential des Gattern G2 aufgrund der
negativen Rückkopplung ergibt. Im Fall, daß die bei offener Schleife betrachtete
Verstärkung des Rückkopplungsverstärkers hoch ist, kann angenommen werden, daß die
Eingangsspannung zwischen den Transistoren F1 und F2 im wesentlichen Null ist.
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Der durch den Widerstand R2 und die Rückkopplungsschlelfe fließende
Strom I kann deshalb durch die folgende Gleichung dargestellt werden: I=## #Ip (12)
Ist der Widerstandswert des Widerstands R3 groß im Vergleich zu dem aufgrund der
Filmempfindlichkeit justierten Widerstand 112, so wird der Photostrom verstärkt
und sodann in den Kollektor des npn-Transistors Q15 eingespeist. Hierbei erscheint
eine Spannung entsprechend der Lichtmenge am Speicherkondensator C1.
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Wie aus der Gleichung (12) ersichtlich ist, ist eine Justierung entsprechend
der Filmempfindlichkeit durch Einstellen des Widerstands 112 zur Änderung der Stromverstärkung
möglich.
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Nun wird im Anzeiger A eine Belichtungszeit angezeigt, die entsprechend
der Filmempfindlichkeit, der Blendenöffnung und der Lichtmenge bestimmt ist. Wird
nun der Verschlußauslöseknopf
weitergedrückt, so bleibt der Schalter
S1 in der Schaltstellung 2 und weiterhin werden die Schalter S2 und S4 in ihre Schaltstellungen
2 gebracht, unmittelbar bevor der Kameraspiegel hochspringt. Es ist zu beachten,
daß im Falle einer Kamera, bei der die Lichtmessung mit voll geöffneter Blende erfolgt,
der Schalter S1 betätigt werden muß, bevor die Blende während der Verschlußauslöselösung
in die vorgegebene Stellung springt. Die Schalter S2 und S4 können in dieser Reihenfolge
betätigt werden, nachdem der Schalter S1 betätigt worden ist. Die Speicherfunktion
beginnt, wenn der Schalter in die Schaltstellung 2 gebracht worden ist und wenn
der Schaltet S2 in die Schaltstellung 2 gebracht worden ist, woraufhin ein Strom,
der der im Speicherkondensator C1 gespeicherten Spannung entspricht, von der Stromquelle
durch den Schalter 54 zum Kollektor des npn-Transistors Q15 fließt. Hat die Spannung
der gespeicherten Ladung den richtigen Wert, so ist der Strom gleich demjenigen,
der durch die negative Rückkopplungsschleife zum Kollektor des npn-Transistors Q15
während der Lichtmengenmessung geflossen ist. Der Triggerschalter 54 wird in seine
offene Stelung 2 gebracht, wenn der Verschluß geöffnet ist.
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Hierauf wird der zeitintegrierende Kondensator C2 durch den der gespeicherteWLadung
entsprechenden Strom geladen. Erreicht die Spannung im zeitintegrierenden Kondensator
einen gegebenen Pegel, so wird der Feldeffekttransistor F5 leitend und ein Strom
fließt hindurch, so daß das Basispotential des npn-Transistors Q18 ansteigt. Hierdurch
wird der Transistor Q18 leitend und der npn-Transistor Q19 sperrend und unterbricht
den Strom durch den Elektromagnet Ry, so daß der Verschluß schließt. Die Beliohtungs
zeit entspricht der Zeit von der Betätigung des Schalters 54 bis zur Unterbrechung
des durch den Elektromagnet fließenden Stroms.
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Dies kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: t=#######
= ########## (13) wobei t , Belichtungszeit, VT = Triggerspannung und 1 s Kollektorstrom
des npn-Transistors 415 der als zeitintegrierender Strom" bezeichnet werden kann.
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Wie aus der Gleichung ersichtlich ist, kann die Belichtungszeit durch
den zeitintegrierenden Strom I bestimmt werden, wenn der Wert C2 VT konstant ist.
Der dem Kondensator C2 und der Silizium-Photodiode phD innenwohnende Fehler kann
durch die Justierung der Triggerspannung VT behoben werden. Die Justierung der Triggerspannung
erfolgt durch den variablen Widerstand R23m der die Spannung zwischen dem Gatter
und der Quellenelektrode des Feldeffekttransistors F5 verändert.
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Im folgenden sei ein typisches Beispiel zur Bestimmung der Belichtungszeit
aufgrund der Gleichung (13) beschrieben.
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Es sei die Kapazität des zeitintegrierenden Kondensators =1µF und
die Triggerspannung = 3V, so daß der Wert C2 * VT = 3*10-6 Coulomb. Hat der Film
eine Empfindlichkeit von 100 ASA, so kann angenommen werden, daß bei einer Lichtmenge
L1 bei einer Blende F 3 1,4 und einer Belichtungszeit von 1/1000 Sekunde eine richtige
Belichtung erhalten wird. Es wird weiter angenommen, daß der Photostrom in diesem
Fall 3 µA beträgt. Aus der Gleichun (13) ergibt sich, daß der zeitintergierende
Strom I = 3*10-6 1000 = 3mA ist, um die Verschlußgeschwindigkeit von 1/1000 Sekunde
zu ergeben. Aus der Gleichung (12) ergibt sich hierbei, daß der Wert R3/R2 = 1000.
Beträgt also der Widerstandswert des Filmempfindlichkeits-Widerstands R2 100 Ohm,
so ist der Widerstandswert des Widerstands R3 1 MR. Bei gleicher Lichtmenge
L1
wird für einen Film mit einer Empfindlichkeit von 200 ASA der Widerstandswert des
Widerstands R2 zu 200 Ohm gewählt, so daß sich der Photostrom-Verstärkungsfaktor
auf die Hälfte reduziert. Der zeitintegrierende Strom T wird damit verdoppelt und
man erhält eine Belichtungszeit von 1/500 sec zur Erzielung einer korrekten Belichtung.
Für einen Film einer Empfindlichkeit von 50 ASA wird der Widerstand R2 auf 50 Ohm
eingestellt, um ein gleiches Ergebnis zu erzielen.
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Es sei nun die Wirkung der Blendeneinstellung bebeschrieben. Bei
einer Kamera mit manuelier Blendeneinstellung wird das zur Silizium-Photodiode phD
hereinkommende Licht auf die Hälfte reduziert, wenn die Blende von F = 1,4 auf F
- 2 verkleinert wird. Der Photostrom Ip wird damit 1,5 µA. Bei einem Film der Empfindlichkeit
100 ASA ist der Wert R3/R = 1000, der zeitintegrierende Strom I wird 1,5 µA und
die Belichtungszett wird 1/500 Sekunde. Wird das Licht mit voll geöffneter Blende
gemessen, so ist der Widerstand R3 mit der Blendeneinst1lung 80 gekoppelt, daß der
Widerstandswert des Widerstands R3 entsprechend dem voreingestellten Blendenwert
justiert wird. Wird beispielsweise eine-Blende F = 2 zur Bildaufnahme voreingestellt,
so wird der Widerstandswert des Widerstands R3 auf 500 kJl verringert, was die Hälfte
des Widerstandswerts für eine voreingestellte Blende von F = 1,4 ist.
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Der zeitintegrierende Strom wird entsprechend für den gleichen-Photostrom
tp reduziert, so daß sich die Belichtungszeit 1/500 zum Erzielen einer richtigen
Belichtung ergibt. Bei der gleiche Blendenöffnung und der gleichen Filmempfindlichkeit
verdoppelt sich der Photostrom, wenn sich die Lichtmenge von 11 auf 2 . L1 erhöht,
wodurch sich die Belichtungszeit auf die Hälfte erniedrigt und wiederum eine korrekte
Belichtung erzielt wird.
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In der beschriebenen Weise ist also eine automatische Belichtungasteuerung
möglich.
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Es sei nun eine manuelle Belichtungssteuerung beschrieben, bei der
die Belichtungszeit von Hand über einen Verschlußsteuerungsknopf gegeben wird. Hierfür
kommt der Schalter S3 in seine Stellung 2. Während der Handbedienung arbeitet die
Rückkopplungs-.Verstärkerschaltung nur zur Anzeige der Belichtungszeit am Anzeiger.
Die Belichtungszeit ergibt sich aus dem Produkt des veränderlichen Widerstands R20
und der Kapakität des zeitintegrierenden Kondensators C2. Die Belichtungszeit im
Handbetrieb kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden, in der die Spannung
der Stromquelle mit Vcc bezeichnet ist: VT = VCC (1 - e - ######) = VCC * ######
es ist also: t = R20 . G2 . (14) Vee Die Aufeinanderfolge der Schalterbetätigungen
ist die Gleiche wie im Fall der automatischen Belichtungssteuerung, und der zeitintegrierende
Kondensator C2 wird über den Widerstand R20 geladen. Aus dieser Beschreibung ergibt
sich, daß der zeitintegrierende Kondensator C2 sowohl in der automatischen als auch
in der manuellen Belichtungssteuerung in Funktion ist.
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Im folgenden sei die Ball- oder Langzeitbelichtung beschrieben, bei
der der Verschluß so lang geöffnet ist, als der Verschlußauslöseknopf niedergedrückt
ist. Der Betrieb ist hierbei im wesentlichen der gleiche wie bei der manuellen Belichtungssteuerung
mit der Ausnahme, daß der Schalter S in seine Stellung 2 kommt, bevor der Schalter
54 in seine Stellung 2 gekommen ist, so daß der zeitintegrierende Kondensator C2
nicht geladen wird, selbst wenn dann der Schalter S4 betätigt wird,
und
deshalb der Verschluß in seiner geöffneten Stellung verbleibt. Wird der Verschlußauslöseknopf
losgelassen, so kehrt der Schalter S5 in seine Stellung 1 zurück, der zeitintegrierende
Kondensator C2 wird über den Widerstand R21 geladen und, wenn die Ladespannung die
Triggerspannung VT erreicht, wird der Verschluß geschlossen.
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Bei Verwendung eines Selbstauslösers ist es notwendig, da der Spiegel
hochspringt, wenn der VerschluBauslöseknopf niedergedrückt wird, daß mit der Speicherung
unmittelbar vor dem Hochspringen des Spiegels begonnen wird und die Speicherung
etwa 10 Sekunden lang aufrechterhalten wird. Wird ein Tantal-Festelektrolyt-Kondensator
mit geringem Leckstrom als Speicherkondensator C1 verwendet,Xund wird die eine Klemme
des Kondensators mit dem Feldeffekttransistor F3 verbunden, der eine hohe Eingangsimpedanz
hat, so stellt die linderung der Ladespannung im normalen Betrieb, bei dem die Speicherzeit
sehr kurz ist, kein Problem dar. Aufgrund des Leckstroms im Kondensator und im Feldeffekttransistor
ist es jedoch sehr schwierig, die Ladespannung etwa 10 Sekunden lang aufrechtzuerhalten.
Allgemein hat ein Sperrachicht-Feldeffekttransistor etwa einen Leckstrom von 10-1°
bis 10-12A, was ausreichend niedrig ist im Vergleich zum Leckstrom des Tantal-Festelektrolyt-Kondensators,
der im Bereich von 10-6 bis 10-8A liegt. Es kann also genügen, nur den leckstrom
des Kondensators auszugleichen. Zu diesem Zweck ist der Kondensator C3 in Reihe
mit dem Speioherkondensator C1 geschaltet, wodurch der Kondensator C1 zusätzlich
über den Kondensator C3 aus der Stromquelle geladen wird und so die Spannungserniedrigung
im Kondensator C1 aufgrund des darin fließenden Leckstroms ausgeglichen wird, Es
ist also möglich, die gespeicherte Spannung für eine verlängerte Zeit aufrechtzuerhalten.
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Der Betrieb der Anzeigeschaltung mit dem Widerstand R18, dem npn-Transistor
Q19 und dem Anzeiger A wird im folgenden beschrieben. Es sei die Spannung zwischen
der Basis und dem Emitter jedes der Transistoren Q15 und A17 mit VBE1 bzw VBE2 bezeichnet
und der Emitterstrom mit IE1 bzw. IE2; dann ergibt sich die folgende Beziehung zwischen
den Werten VBE1, VBE2, IE1 und IE2 : IE1 = I0 exp (#; VBE1/KT) (15) IE2 = I0 exp
(#; VBE2/KT) (16) VBE1 = VBE2 + IE2 * R19 (17) wobei: 8 a die Ladung eines Elektrons,
T w absolute Temperatur, K 3 Boltzmanns'sche Konstante, 10 = Dunkelstrom der Transistoren
Q15 und Q17, und R19= Emitterwiderstand des Transistors Q19.
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Aus den Gleichungen (15), (16) und (17) kann die folgende Gleichung
erhalten werden: ln IE1 = ## *R19 IE2 + ln IE2 (18) Ist in Gleichung (18) der erste
Ausdruck des rechten Teiles groß im Verhältnis zum zweiten Ausdruok, so ist der
Emitterstrom I des Transistors Q19 gleich der logarithmischen Kompression des Emitterstromes
IE1 des Transistors Q15 Der Emitterstrom des Transistors Q15 ist gleich dem Kollektor
strom dieses Transistors, nämlich dem zeitintegrierenden Strom
I,
und der Emitterstrom 1E2 ist gleich dem Strom im Anzeiger A, so daß der zeitintegrierende
Strom I am Anzeiger A in Form einer logarithmischen Kompression aufgrund des Effekts
des Emitterwiderstandes R19 der Transistoren Q19 angezeigt wird.
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Ist der zeitintegrierende Strom I Null oder so klein, daß der den
zeitintegrierenden Kondensator C2 nicht aufladen kann, etwa im Fall daß der Schalterauslöseknopf
niedergedrückt wird, während der Objektivdeckel auf die Linse gesteckt ist, oder
bei zu geringem Licht, kann der Verschluß möglicherweise für sehr lange Zeit in
der offenen Stellung bleiben oder sich lange nicht schließe. Um diesen unerwünschten
Effekt zu vermeiden, ist der Winderstand R18 zwischen den Kollektor des Transistors
Q15 und Erde geschaltet. Wird der Vexschlußauslöseknopf gedrückt, so schließt sioh
der die leistung anschaltende Schalter S6, woraufhin sich der Schalter S1 öffnet
und der Schalter S2 aus der Stellung 1 in die Stellung 2 umgeschaltet wird. Ist
die Licht menge zu gering, so kann der Kollektorstrom des Transistors Q15 als praktisch
Null angenommen werden, wenn der Widerstand R18 fehlt. Da der Widerstand R18 jedoch
in der Schaltung liegt, kann der zeitintegrierende Kondensator C2 mit einer Zeitkonstanten
entsprechend R18 C2 geladen werden, selbst wenn der zeitintegrierende Strom Null
ist. Der Verschluß wird also nach einer gegebenen Zeit wieder geschlossen. Es ist
freilich zu beachten, daß die Zeitkonstante R18 . C2 bei geringer Lichtmenge einen
Fehler in der Belichtungszeit erzeugen kann, diese Zeitkonstante sollte also ausreichend
hoch im Vergleich zur maximalen Offnungszeit des Verschlusses sein. Im Fall einer
Kamera mit einer maximalen Verschluß-Öffnungszeit von einer Sekunde kann diese Zeitkonstante
etwa 10 Sekunden betragen.
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Fig. 7 zeigt einen wesentlichen Teil der Schaltung nach Fig. 6. Unter
Bezugnahme auf diese Figur wird ein Teil des in der Schaltung nach Fig. 6 verwendeten
Verstärkers im einzelnen
beschrieben. Es seien in der die npn-Transistoren
14 und Q15 den pnp-Transistor Q13, die Widerstände 112, R16 und R17 und die Dioden
Q1 und Q16 enthaltenden Schaltung, die Stromverstärkungfaktoren der npn-Transistoren
Q14 und Q15 mit hfe1 bzw. hfe2 bezeichnet, ferner die Basisströme mit iB1 bzw. iB2,
die Emitterwiderstände mit RE1 bzw. RE2, die Eingangsimpedanzen mit hiel bzw. hie2,
die Spannungsverstärkungen mit VG1 bzw. VG2 und der Kollektorstrom des pnp-Transistors
Q13 mit Ic Dann können die Spannungsverstärkungen VG1 und VG2 folgendermaßen angegeben
werden: VG1 = ############# = ############# = ### * hfe2 VG2 = ########### = ########
= ### Die Verstärkung der gesamten Schaltung VG1 VG2 kann durch die folgende Gleichung
wiedergegeben werden: VG1 * VG2 = ######## * ### = hfe2 * ### (19) Der Wert des
Widerstandes RB1 kann durch den Emitterstrom des Transistors Q14 mit der Gleichung
ausgedrückt werden: RE1 = 26/IE(ma) #; Da der Strom 1E dem Kollektorstrom IC des
Transistors Q13 im wesentlichen gleich ist und dieser Strom auf einem im wesentlichen
konstanten Wert gehalten wird, kann auch der Emitterwiderstand des Transistors14
als im wesentlichen konstant angesehen werden. Wie aus der Gleichung (19) ersichtlicht
ist,
kann also die gesamte Verstärkung der Schaltung als im wesentlichen konstant unabhängig
vom Kollektorstrom des Transistors Q15 betrachtet werden, wenn der Stromverstärkungsfaktor
hfe2 im wesentlichen konstant und vom Strom unabhängig ist.
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Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
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Die Schaltung gleicht im wesentlichen der nach Fig. 6, im folgenden
wird. nur der einzige Unterschied zwischen diesen beiden Schaltungen beschrieben.
Nach Fig. 8 ist der Widerstand R16 zwischen den Abfluß des Feldeffekttransistors
F1 und den Widerstand R4 geschaltet, um zu verhindern, daß die.Spannung, di-e aufgrund
einer kleinen Differenz zwischen Gm der Feldeffekttransistoren F1 und F2 ereugt
wird, wenn die Gatterspannungen der Transistoren F1 und F2 vermindert werden, in
der ganzen Schaltung positiv rückgekoppelt wird und damit eine Schwingung verursacht.
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Der Speicherkondensator C1 ist zwischen die Gatter der Feldeffekttransistoren
F3 und F4 eingesetzt und die gemeinsame Quelle dieser beiden Transistoren ist mit
dem Kollektor eines pnp-Transistors Q10 verbunden, der eine Konstantstromquelle
darstellt, indem er an seiner Basis und an-seinemEmltter mit den entsprechenden
Klemmen eines pnp-Transistors Q14 verbunden ist.
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Der Kollektor eines npn-Transistors Q11 der zusammen mit einem npn-Transistor
Q12 eine Konstantstromqúelle darstellt, indem er mit seiner Basis und seinem Emitter
mit den entsprechenden Klemmen des Transistors Q12 verbunden ist, schließt an den
Abfluß des Feldeffekttransistors F3 und an die
Basis des npn-Transistors
Q15 an. Zwischen den Abfluß des Transistors F4 und den Transistor Q13 3 ist eine
Diode Q13 geschaltet.
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Das Gatter des Feldeffekttransistors F4 ist mit dem Verbindungspunkt
der Widerstände R11 und R12 verbunden. Ein zwischen die Basis und den Kollektor
des Transistors Q14 und Erde eingeachalteter Widerstand R13 dient der Bestimmung
des konstanten Stroms durch die Transistoren Q10 und Q14. Der Kollektor des Transistors
415 ist mit dem Gatter des Feldeffekttransistors F2 verbunden und unmittelbar zur
Lingangsstufe rückgekoppelt. Der Emitter des Transistors Xt5 ist mit den Basen einer
Diode Q16 sowie von npn-Transistoren Q17 und Q18 verbunden. Der Kollektor des Transistors
Q17 ist mit dem Schaltstück der Schaltstellung 1 eines Wahlschalters S3 verbunden,
der der Wahl zwischen "Automatik", bei der sich die Belichtungszeit automatisch
ergibt, und manuell bei der die Belichtungszeit manuell nach Wunsch eingestellt
wird, dient. Der Schalter 53 ist mit einer Klemme eines zeitintegrierenden Kondensators
C2 verbunden, dessen andere Klemme an der Stromquelle hangt. Ein Triggerschalter
54 ist dem Kondensator c2 parallelgeschaltet und das seiner Schaltstellang 2 entsprechende
Kontaktstück schließt an die mittleren Anzapfungen M eines veränderlichen Widerstandes
R20 zur manuellen Einstellung der Belichtungszeit an. Ein Widerstand R21 und ein
Schalter, der mit einem Verschlußauslöseknopf verbunden ist (nicht dargestellt),
dienen der Ball-Belichtung.
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Der Kollektor des npn-Transistors 018 ist nt dem Gatter einer Diode
Q19 und eines Feldeffekttransistors F5 verbunden, so daß also die Diode Q19 mit
einem Strom gleich dem Kollektorstrom des npn-Transistors Q15 versorgt wird. Zwischen
die Quelle des Feldeffekttransistors F5 und die Stromquelle ist eine Diode 420 geschaltet,
die aufgrund eines Widerstandes R15 eine konstante Klemmenspannung aufweist. Der
Felffekttransistor F5
stellt Unterschiede zwischen der Klemmenspannung
der Diode Q19 und der konstanten Klemmenspannung des Transistors 820 fest-und erzeugt
einen Ausgangsstrom entsprechend der Differenz.
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Der Abfluß des Transistors F5 ist mit einer Klemme eines Amperemeters
A verbunden, dessen andere Klemme an einem veränderlichen Widerstand R17 zum Justieren
des Itaximalausschlages des Ampereineters A hängt. Der veränderliche Widerstand
R17 ist ferner mit einem weiteren veränderlichen Widerstand R18 verbunden.
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Ein Widerstand R22 ist als Quellenwiderstand eines Feldeffekttransistors
F6 geschaltet, während zwischen die Quelle des Transistors F6 und Erde ein veränderlicher
Widerstand R23 zur Einstellung des Triggerpegels geschaltet ist. Das Ausgangssignal
des Transistors F6 wird von einem Abflußwiderstand R24 dieses Feldeffekttransistors
abgenommen.
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npn-Transistoren Q21 und Q22, Widerstände R25, R26, R27 und R28,
ein Elektromagnet Ry und eine Diode Q23 stellen einen Schmitt-Trigger dar, der den
Strom durch den Elektromagnet Ry steuer-t, welcher die Kollektorbelastung des npn-Transistors
Q22 entsprechend der Ausgangsspannung des Feldeffekttransistors F6 darstellt. Die
Diode Q23 soll verhindern, daß der npn-Transistor Q22 während Stoßvorgangen, die
beim Schalten des Schmitt-Triggers erzeugt werden, beschädigt wird. Sin-Schalter
stellt die Verbindung zur Stromquelle her und wird vom Schalterauslöseknopf der
Kamera betätigt.
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Im folgenden wird die typische Betriebsweise der beschriebenen Schaltung
erläutert. Die Vorgänge bei der automatischen Belichtungssteuerung und bei der manuellen
Belichtungssteuerung sind dieselben wie bei der Ausführungsform nach Fig.
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6, so daß sie nicht weiter beschrieben zu werden brauchen.
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Da der reflektierende Spiegel hochspringt, sobald der Verschlußauslösenkopf
niedergedrückt wird, muß, wenn eine Selbstauslösung verwendet wird, mit dem Speichern
begonnen werden, bevor der Spiegel hochspringt, und die Speicherung etwa 10 Sekunden
lang aufrechterhalten werden. Wenn ein Tantal-Festelektrolyt-Kondensator mit sehr
niedrigem Leckstrom als Speicherkondensator C1 verwendet wird, der zwischen die
Gatter der Feldeffekttransistoren F3 und F4 eingesetzt ist, wobei diese Gatter die
Lingangsklemmen einer Differenzverstärkerschaltung von hoher Eingangsimpedanz darstellen,
ist die an den Kondensator C1 angelegte Spannung im wesentlichen Null, wie später
noch beschrieben werden wird, so daß der Leckstrom des Kondensators vernachlässigbar
ist. Es ist also möglich, die gespeicherte Spannung während des Betriebs des Selbstauslösers
aufrechtzuerhalten.
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Im folgenden wird die Anzeigeschaltung beschrieben, zu der die Dioden
Q19 und Q20, der Feldeffekttransistor F6, die Widerstände R14 und R15, die veränderlichen
Widerstände R17 und R18, der Amperemeter A und der npn-Transistor Q18 gehören.
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Die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q18
ist der Klemmenspannung der Diode Q16 gleich, so daß im Kollektor des Transistors
Q18 und über diesen in der Diode Q19 ein Strom gleich dem Kollektorstrom des Transistors
Q15 fließt. Die mit VBel bezeichnete Spannung an der Diode Q19 kann durch die folgende
Gleichung dargestellt werden: VBe1 = ## ln ## (20) wobei: k = Boltzmann'sche Konstante;
T = absolute Temperatur;
= = Ladung eines Elektrons; I1 = Strom
durch die Diode Q19; 10 = Dunkelstrom.
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Da in der Diode Q20 ein Strom.12 fließt, der von der Stromquellenspannung
und dem Widerstand R15 bestimmt wird, kann die an der Diode Q20 aufgrund des Stroms
I2 auftretende Klemmenspannung VBE2 auch durch die folgende Gleichung angegeben
werden: VBE2 = ## ln ## (21) Da die Spannung VGS zwischen dem Gatter und der Quelle
des Feldeffekttransistors F5 = VBE1 - VBE2, kann die Spannung durch die folgende
Gleichung dargestellt werden: VGS = VBE1 - VBE2 = ## ln ## (22) Aus der Gleichung
(22) kann der Abflußstrom IDS des Feldeffekttransistors F5 folgendermaßen geschrieben
werden: IDS = gmo VGS = gmo ## ln ## = a ln I1 - b (23) wobei gmo die gegenseitige
Leitfähigkeit des Feldeffekttransistors und a und b Konstante sind.
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Der Strom in der Diode Q19 ist im wesentlichen gleich dem Kollektorstrom
des npn-Transistors Q15 90 daß der Abflußstrom des Feldeffekttransistors F5 gleich
einer logarithmischen Kompression des Kollektorstroms des npn-Transistors Q15, von
denl ein gegebener Strom subtrahiert ist, ist.
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Bei dieser dritten beschriebenen Ausführungsform ist nur eine Diode
in die logarithmische Kompressionsschaltüng eingesetzt, es sei jedoch bemerkt, daß
in Reihe mit der Diode auch
andere Impedanzelemente oder eine Mehrzahl
von Dioden eingesetzt werden können, um das Kompressionsverhältnis nach Wunsch zu
bestimmen.
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Der Amperemeter A kann die Belichtungszeit sehr genau über einen
gegebenen Bereich anzeigen, indem der veränderliche Widerstand R18 90 eingestellt
ist, daß er den der Konstanten b in der Gleichung (23) entsprechenden Strom entfallen
läßt, und der veränderliche Widerstand R17 SO eingestellt wird, daß er die Konstante
a geeignet bestimmt.
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Im folgenden wird ein Teil des in der Schaltung enthaltenen Verstärkers
im einzelnen beschrieben, Werden in der Schaltung mit den Feldeffekttransistoren-
F3 und F4, den npn-Transistoren Q11 und Q15, dem pnp-Transisbr Q10, den Dioden Q12,
Q13 und Q14 , den Widerständen R2, R11, R12 und R13 und dem Kondensator C1 die gegenseitige
Impedanz der Feldeffekttransistoren F3 und F4 mit gm, die Eingangsimpedanz einschließlich
des Abflusses des Transistors F3 und der Basis des npn-Transistors Q15 mit hie und
der Stromverstärkungsfaktor des Transistors Q15 mit hfe bezeichnet, so kann die
Verstärkung A der Schaltung folgendermaßen angegeben werden: A = gm * hie * #####
=gm R1 * hfe (24) Aus der Gleichung (24) ergibt sich, daß sich selbst bei einer
großen Änderung des Kollektorstroms des npn-Transistors Q15 keine wesentliche Anderung
der Verstärkung ergibt, wenn man annimmt, daß der Stromverstärkungsfaktor hfe des
npn-Transistors Q15 weniger stromabhängig ist.
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Weiterhin kann die Spannung V1 am Speicherkondensator C1 folgendermaßen
angegeben werden:
= ## = ######### = ###### (25) wobei V0 = die
Ausgangsspannung des Transistors Qis.
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I sei der Ausgangsstrom des Transistors Q15. Wird nun angenommen,
daß gm = 1mV, hfe = 100 und 1 = 1 µA bis 10 µA, so beträgt der Wert von V1 10-5
bis 10-@V. Der Wert V1 ist also vernachlässigbar. Allgemein steigt, wenn eine Spannung
an einen Kondensator angelegt und dann weggnommen wird, der Leckstrom des Kondensators
proportional mit der anliegenden Spannung. Ist diese anliegende Spannung im wesentlichen
Iflill, wie im angegebenen Fall, so ist der Leckstrom vernachlässigbar klein. Damit
ist verständlich, daß die gespeicherte Spannung für eine Dauer aufrechterhalten
werden kann, wie sie für den Betrieb eines Selbstauslösers erforderlich ist.
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Da der zeitintegrierende Kondensator C2 von dem dem Photostrom proportionalen
Ausgangsstrom gelanden wird, ändert sich die Ladespannung linear in bezug zur ladezeit,
so daß es möglich ist, den Triggerpegel nach Wunsch zur Bestimmung der Belichtungszeit
zu bestimmen.
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Obwohl bei üblichen Belichtungssteuerungen eine korrekte Belichtungszeit
nur in dem Bereich zu erhalten ist, in dem der Photostrom proportional der Lichtmenge
ist, ermöglicht es die erfindungsgemäße Schaltung, auch bei einer schlechten Beleuchtung
eine korrekte-Belichtungszeit zu erhalten, bei der der Dunkelstrom nicht vernachlässigt
werden kann, indem dieser Dunkelstrom vom Photostrom subtrahiert wird. Außerdem
ist nach der Erfindung die Spannung am photoempfindlichen Element im wesentlichen
Null, so daß der Meßbereich im Vergleich
zu einer Anordnung, bei
der das fotoempfindliche Element unter Vorspannung verwendet wird, erheblich vergrößert
werden kann.
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Bei bekannten Anordnungen wurden besondere Maßnahmen ergriffen, um
eine logarithmische Kompression oder Expansion des Stroms durchzuführen, damit die
Belichtungszeit der Lichtmenge entspricht. Demgegenüber ist es nach der Erfindung
möglich, einen der Lichtmenge proportionalen Photostrom zu erhalten, indem einfach
Widerstände an die gegenüberliegenden Klemmen des photoempfindlichen Elements geschaltet
werden und eine Schaltung zum Verstärken der Ausgangsspannung am Verbindungspunkt
geschaffen wird, wobei die Ausgangsspannung zu diesen Widerständen rückgekoppelt
wird, um den Strom durch die Widerstände zu steuern. Die Schaltung kann entweder
spannungsverstärkend oder stromverstärkend sein, wodurch dieselben Ergebnisse erzielbar
sind. Mit der erfindungsgemäßen Belichtungssteuerschaltung kann die Lichtmenge gleich
logarithmisch komprimiert werden, so daß sich eine einfache Anzeige der Belichtungszeit
ergibt. Weiterhin schafft die Erfindung eine wirksame Einrichtung zum Komprimieren
von Strom. Außerdem übt der zeitintegrierende Kondensator seine Funktion sowohl
bei der automatischen Belichtungssteuerung als auch bei der manuellen Belichtungssteuerung
aus, so daß die Komponentenzahl vermindert und eine Abweichung beim Belichtungswert
zwischen der automatischen Steuerung und der manuellen Steuerung vermindert wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die den Rückkopplungsgrad
des Verstärkers mit der negativen Rückkopplung bestimmenden Widerstände entsprechend
der Blendenöffnung oder der Filmempfindlichkeit justiert, so daß eine Belichungssteuerung
möglich ist, indem das Licht mit voll geöffneter Blende gemessen wird. Wird anstelle
des entsprechend der Blendenffnung
eingestellten Widerstandes
ein fester Widerstand verwendet, so ist es möglich, das Licht mit auf eine bes.timmte-Stellung
eingestellter Blende zu messen.
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Nach der Erfindung ist es außerdem möglich, alle Belichtungszeitfehler
auszuschalten, die sich aus Herstellungsabweichungen in der Kapazität des zeitintegrierenden
Kondensators oder der Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Elementes ergeben können,
und zwar einfach durch Andern der Triggerspannung. Die Justierung ist also sehr
leicht und die richtige Belichtungszeit ist erzielbar. Nach einer Weiterbildung
der Erfindung ist ein zusätzlicher Kondensator in Reihe mit dem Speicherkondensator
geschaltet, der den durch das lecken im Speicherkondensator verursachten Spannungsabfall
ausgleicht.
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Es ist also möglich, die Speicherspannung für eine ausreichend lange
Zeit aufrechtzuerhalten und so eine korrekte Belichtungszeit zu erzielen.- Außerdem
wird im Ausgangastrom-Speicherabschnitt nach der Erfindung der Speicherkondensator
zwischen die Steuerklemmen des Differenzverstärkers mit der hohen Eingangsimpedanz
geschaltet, um die Potentialdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Klemmen des
Speicherkondensators zu verringern. Es ist damit möglich, den Spannungsabfall aufgrund
des Leckens im Speicherkondensator auf einen im wesentlichen vernachlässigbaren
Wert zu reduzieren und damit die Speicherspannung für eine lange Zeit aufrechtzuerhalten.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Konstantstromquelle
mit dem Verbindungspunkt zwischen einem ersten Transistor und einem zweiten Transistor
verbunden, so daß selbst im Fall, daß sich der Basisstrom des zweiten Transistors
in einem weiten Bereich ändert, die vom ersten und vom zweiten Transistor erhaltene
Spannungsverstärkung im wesentiichen
konstant gehalten werden
kann. Somit ist es möglich, die Abweichung der Ausgangssignal-Eingangssignal-Bezishung
von einer linearen Abhangigkeit zu verkleinern. Außerdem ist es nach der Erfindung
leicht möglich, auf elektrischem Wege eine Ball-Belichtung zu erzielen, indem ein
mit dem Verschlußauslöseknopf der Kamera gekoppelter Schalter vorgesehen ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Belichtungssteuerung wird die Triggerschaltung
direkt vom Strom der Ausgangsschaltung betrieben, so daß ein korrekter Triggerstrom
gleich dem Ausgangsstrom erhalten werden kann, unabhängig von irgendwelchen Änderungen
der Temperatur und der Speisespannung. Außerdem ist es möglich, eine Steuerung über
einen weiten Strombereich durchzuführen. Da die Anzeigeschaltung vom Strom in der
Ausgangsschaltung betrieben wird, ist es möglich, eine korrekte Anzeige auf einem
Anzeiger zu erhalten, wobei der Anzeigerstrom gleich dem Ausgangs strom unabhängig
von der Außentemperatur und der Speisespannung ist. Somit ist es möglich, eine Anzeige
zu erhalten, die im wesentlichen frei von den Einflüssen äußerer Bedingungen ist.
Außerdem kann eine korrekte Anzeige über einen weiten Bereich sichergestellt werden.
Die Anzeigeschaltung kann außerdem als Teil der Belichtungssteuerungsschaltung verwendet
werden, die eine logarithmische Kompression oder Expansion vorsieht.
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Bei einer bekannten Anordnung kann die Belichtungszeit nur durch
Speichern des Ausgangssignals der Lichtmeßschaltung gesteuert werden. Demgegenüber
wird nach der Erfindung die Belichtungszeit unmittelbar durch die Lichtmeßschaltung
gesteuert.
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Die Belichtungssteuerungsschaltung nach der Erfindung ist deshalb
nicht auf die Anwendung an einer Kamera beschränkt, bei der der Belichtungswert
durch Messen des Lichts, das durch das Kameraobjektiv getreten ist, bestimmt wird.
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-Außerdem ändert sich nach der Erfindung, selbst wenn sich der Differenzausgang
stark ändert, die Verstärkung der Schaltung selbst kaum; so daß es möglich ist,
die Abweichung der Eingang-Ausgang-Beziehung von der Linearität zu verringern.
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Obwohl der Gegenstand der Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen
wie einer Belichtungssteuerung für Kameras beschrieben worden ist, haben die Prinzipien
und Schaltungen entsprechend der Offenbarmg und den Ansprüchen in dieser Anmeldung
ein weites Anwendungsfeld auch außer dem Kamerabereich, beispielsweise als Fotosensor
in der Faksimiletechnik und bei Vervielfältigern oder als Dunkel schalter bei einem
Stroboskop.