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Belichtungsstewrung, insbesondere für Kameras (Ausscheidungsanmeldung
nach Patent ....... Patentanmeldung P 22 57 776.0-51) Die Erfindung bezieht sich
auf eine Belichtungssteuerung, insbesondere für Kameras mit einem lichtempfindlichen
Element zur Umwandlung einer aufgestrahlten Lichtmenge in eine elektrische Grö-Be.
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Bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera mit einem elektromagnetisch
gesteuerten Verschluß ist es bekannt, ein Lichtmeßelement in einem Lichtpfad des
optischen Suchers anzuordnen. 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 erwunscht, die Lichtmessung unmittelbar vor dem Uochspringen
des
Spiegels zu speichern und die Verschlußgeschwindigkeit entsprechend
dem gespeicherten Wert zu bestimmen.
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Ein sucher zu speichernder Meßwert muß darüberhinaus an verschiedene
Parameter der jeweiligen Messung anpaßbar sein, insbesondere an die Charakteristiken
des lichtmessenden Elements und des photoempfindlichen Elements, für das gemessen
werden soll, sowie an veränderliche Parameter der Belichtungseinrichtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speicherung für einen
für die verschiedenen Messungen korrekten, für die jeweils herrschenden Bedingungen
ein exaktes Ergebnis liefernden Meßwert einer Meßschaltung in einer Belichtungssteuerung
zu schaffen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das lichtempfindliche
Element zwischen die zwei Eingangsklemmen eines Differenzverstärkers zur Verstärkung
seines Photostroms entsprechend dem Verhältnis zweier Impedanzen, die zwischen eine
Stromquelle und die Eingangsklemmen des Differenzverstärkers geschaltet sind, geschaltet
ist und daß das Ausgangs signal des Differenzverstärkers auf eine seiner Eingangsklemmen
negativ rückgekoppelt ist, und daß der Differenzverstärker einen das die gemessene
Lichtmenge anzeigende Ausgangs signal speichernden Speicher aufweist. Mit dieser
Schaltung kann ein exakter Meßwert ermitelt und für einf gewisse Zeit, in der bis
zur Durchführung der Belichtung keine Messung mehr möglich ist, gespeichert werden.
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Kurz dargestellt, ist die Erfindung bevorzugt verwirklicht bei einem
Belichtungssteuerungssystem für einäugige Spiegelreflexkameras mit einer Lichtmeßeinrichtung
zum Umwandeln des durch den Öffnunsstop. der zu einer vorbestimmten .worden' . Stellung
voreingestellt/ist empfangenen Lichts in eine eine trisches Signal, wobei das elektrische
Signal durch eine Verstärkung 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 wird.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung
ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigen:
Fig.
1 den Schaltplan einer Grundschaltung zur Erläuterung des Prinzips, auf dem die
Erfindung aufbaut; Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der
Menge des einfallenden Lichts und dem Photostrom in der Silicium-Photodiode; Fig.
3 einen Schaltplan einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belichtungssteuerungsschaltung;
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 Teils der Ausführungsform
nach Fig. 6; und Fig. 8 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Im folgenden wird der Betrieb einer Belichtungssteuerung anhandder
Schaltung nach Fig. 1 erläutert. Ein Differenzverstärker enthält Widerstände R11,
R12wR13 R14, R15, R16 und R17 und Feldeffekttransistoren Q11 1 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 Feldeffekttransistoren
Q11 und Q12 ist eine Photodiode D11 mit solcher Polarität eingeschaltet, 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 Abflußpotontial
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 Gattor des Transistors Q12 rückgekoppelt. Diese
Rückkopplungs .spannung 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 1 Charakteristik
der Photodiode D11 beschrieben. Wird die Photodiode einer Vorspannung in Sperrichtung
ausgesetzt, so steigt die öhe des Photostroms I in bezug zu einer gegebenen Lichtmenge
an und somit steigt die ersichtliche Empfindlichkeit 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 Phptostrom zu erhalten. In Fig. 2 ist die Beziehung zwischen der
Lichtmenge und dem Photostrom in diesom Zustand durch eine Kurve F11 dargestellt.
Der Effekt des Dunkelstroms erscheint an einem Punkt P1 auf der Kurve F11 und es
ist keine weitere Änderung im Photostrom festzustellen.
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Unter der Lichtmenge L01 kann also keine Licht änderung mehr gemessen
werden.
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Liegt keine Vorspannung an der Photodiode an, so kann ab einem Punkt
P2, der einer Lichtmenge L02 gemaß der Kurve F12 in Fig. 2 entsprichtlkeine Änderung
im Photostrom festgestellt werden. Wird also die Photodiode ohne Vorspannung betrieben,
so vergrößert sioh, der photoempfindliche Bereich; der Diode im
Vorgloich
zu dem der mit einer Vorspannung betriebenen Diode vom Punkt entsprechend der Lichtmenge
L01 zum Punkt entaprechend der Lichtmenge L02. Im allgemeinen ist es also für die
Verstärkung eines Photostroms notwendig, eine Vorspannung an dio Photodiode anzulegen,
um den Stromwert in die Verntärkungszone von Halbleiter-Bauelementen anzuheben;
Jedoch ist gemäß dor Erfindung eine gegenseitige Kompensation. an den gegenüberliegenden
Seiten der Diode zu erwarten, so daß es möglich ist, die Vorspannungim wesentlichen
Null sein zu lassen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter bezug
auf Fig. 3 erläutert. Die dargestellte Schaltung wird von einer (nicht gezeigten)
Stromquelle mit einer Spannung Vcc versorgt. Bevor eino Aufnahme gemacht wird, wird
ein Schalter S1 in eine Stellung a gebracht, ein Schalter S2 in oine 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 Stroms komponente, die nicht
den Photostrom enthält, durch die Photodiode mit i0 bezeichnet. Dann gilt: i1 =
i2 + i3 (1) i3 = -ip + i0 (2) Es seien weiterhin die Gatterspannungen von Feldeffekttransistoren
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 (3) Weiterhin haben die Spannungen
V1 und V2 die folgende Beziehung zur 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
-R33i3 = R31 i1 (7) Da hierbei keine Potentialdifferenz zwischen den entgegengesetzten
Klemmen der Diode herrscht, gilt: i0 = i3 + ip = 0 (8) Aus den Gleichungen (1) und
(7) ergibt sich: i2 = (1 + R31/R33) i1 (9)
aus den Gleichungen (7)
und (9) = - (1 + R33/R31) i3 (10) tt. . 1 Aus den Gleichungen (8) und (10) ergibt
sich: , % -= (1 + R33/R31) ip (11) 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 Rückkopplungs v erbindung kann die
Klemmenspannung eines Speicherkondensators C31, 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 031 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 Wider-.
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stand R31 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 Dunkelstrom 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: , , 1 I2 = (1 + R33/R31) idunkel (12) Da die Transistoren
Q311 und Q312 einen mit konstantem Strom betriebenen Differenzverstärker bilden,
ist dio Summe des kollektorstroms I1 des Transistors Q311 und des Kollektor stroms
I2 des Transistors Q312 stets konstant. Der Strom It, der während der Zeitspanne
von der Vollendung der Messung der Lichtmenge bis zur Rückkehr des reflektierenden
Spiegols durch den Kollektor dos Transistors Q311 fließt, betrUgt also (1 + R33/R31)
(ip - idunkel) was die Differenz zwischen dem Strom (1 + R33/R31) ip dor 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 S4 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 zeitintegrierender Kondensator C32 wird nun allmählich gelad Wird die Potontialdifferenz
zwischen den entgegengesetzten,K1emmen des Kondensators C32 mit Vc2 und die Ladezeit
mit t bezeichnet, so ergibt sich die folgende Beziehung; VC2 = (1+R33/R31) # (ip
- idunkel) # (t/C32), Erreicht die Spannung VC2 einen gegebenen Wert, so wird ein
Transiotor
in einem Zoitgeber-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 öffnen des Verschlusses
bewegt, in die Stellung h, so daß die Aufladung des Kondensators beginnt. Zu dieser
Zeit operrt der Transistor Q41, da das Gatterpotential dieses Transistors höher
ist als sein Quellenpotential, und der Transistor Q42ist gesperrt, während der Transistor
Q 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 C12 zunimmt, verringert sich das Gatterpotential und schließlich
schaltet der Transistor auf Durchlaß. Der Transistor Q42 wird dadurch leitend und
der Transistor Q43 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 Licht menge während
des Betriebs der Kamera, die Betriebsweise 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 R1, der mit einer Klemme mit einer Diode Q1
und mit der anderen Klemme mit Erde verbunden ist. p-Kanal-Sperrschicht-Feldeffokttransistoren
F1 und F2 bilden einen mit konstantem Strom betriebenen Differenzverstärker mit
einer Konstantstromschaltung,
die pnp Transitoren Q2 und Q3 enthält,
von denen der Transistor Q2 zwischen der elektrischen Stromquelle und der gemeinsamen
Quelle der Feldeffekttransistoren F1 und F e liegt. 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 WärT meeffekts
gesorgt. Eine Silicium-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 R2 ein
variabler Widerstand sein, der mit dem Blenden-Einstellmechanismus verbunden ist.
Widerstände R4 und R5 sind mit joweils einer Klemme mit dem Abfluß D1 des Tranaistors
F1 bzw. dem Abfluß D2 des Transistors F2 verbunden und mit der anderen Klemme an
entgegengesetzte Klemmen eines veränderlichen Widerstands 116 angeschlossen.
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Der veränderliche Widerstand 116 dient dem Justieren einer Unbalance
zwischen den Transistoren F1 und F2 sowie einer Unbalance zwischen den Widerständen
R4 und R5; er hat einen zentralen Abgriff, der mit Erde verbunden ist. 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-Transistoren Q6 und Q7 stellen
ebenfalls einen Konstantstrom-Differenzverstärker dar.
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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 Q6 ist unmittelbar mit der Stromquelle verbunden
und der Kollektor des npn-Transistors A7 ist mit einem Widerstand R8 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 pn die Stromquelle angesci
ossen. Die Anordnung der npn-Transistoren Q8 und Q9 kann als eine Art von "Darlington"-Schaltung
betrachtet werden, die die Ausgangsspannung des npn-Transistors Q7 bei hoher Eingangsimpedanz
bekommt und sie verstärkt. Mit dem npn-Transistor Q9 sind ein Kollektorwiderstand
R9 und ein Emitterwiderstand R1o verbunden, die die Aus-' gangsspannung 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 i Stromquelle
und das Gatter des Transistors F3 geschaltet, um Verluststrom aufgrund der Selbstentladung
des Kondensators C1 auszugleichen. Der Kondensator C3 ermöglicht die Ladungsspeischerung
für eine verlängerte Zeit. Weiterhin ist ein mit konstantem Strom betriebener Differenzverstärker
mit einer Schaltung vorgesehen, die den Feldeffekttransistor F3 und einen weiteren
Feldeffekttransistor F4, pnp-Transistoren Q10 und 4122 eine Diode Q11 und Widerstände
R11, R12 und R13 umfaßt, wobei dio Gatterspannung des Transistors F4 von den Widerständen
R13, R14, R16 und R17 bestimmt wird. Die Diode Q11 dent der Kempensaton des Wärmeeffekts
am npn-Transistor Q14. Die Aus gangsspannung des Konstantstrom-Differenzverstärkers
mit den Feldeffekttransistoren F3 und i'4 wird am Abfluß des Transistors F4 abgenommen
und der Basis eines npn-Transistors Q14 zugeführt.
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Ein pnp-Transistor Q13 ermöglicht einen konstanten Stromfluß hindurch
aufgrund der Existenz des pnp-Transistors Q12 und des Widerstands R13. Der konstante
Strom ist gleioii der Summe des Kollektorstroms des npn-Transistors Q14 und des
Basisstroms des
npn-Transistors 415. Bei dieser Schaltung stoigt
im Dunkelzustand 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 Kolloktorstrom des Transistors Q15 unter einen
lIoll-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 Kollektor w - - - - - - - (Kehrwert der strom 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 S2 mit dem Gatter G2 des Transistors F2 verbunden, wodurch sich
eine negative Rückkopplungsschaltung ergibt. Das Kontaktstück der Stellung 2 des
Schalters S2 ist mit dom Kontaktstück der Stellung 1 eines Auswahlschalters S3 verbunden,
der dem Einstellen der "Automatik" dient, bei der die Belichtungszeit automatisch
bestimmt wird, sowie der Sinstellung "manuell", bei der die Belichtungszeit nach
Wunsch von Hand eingestellt wird. Der Schalter 53 ist mit einer Klemme eines zeitintegrierenden
Kondensators C2 verbunden, dessen andere Klemme an der Stromquelle hangt. Parallel
zum Kondensator C2 ist ein Triggerschalter 54 geschaltet, Das Kontaktstück der Stellung
2 des Schalters S3 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 Transistoren Q17 und Q15 ist ein negativer Rückkopplungswiderstand
R19 geschaltet.
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Eino pogelverschiobende Diode Q16 ist zwischen den Emitter des Transistors
415 und Borde 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" otwa 10 Sekunden nach
seiner Öffnung zu schließen, selbst wenn dio Lichtmenge nicht genügt, um den Verschluß
zu schließen. Die Auogangsspannung 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
R22 geschaltet und zwischen die Quelle des Transistors F5 und Erde ist zur Justierung
des Triggerpegels ein veränderlicher Widerstand R23 gelogt. Das Ausgangssignal doo
Transistors F5 wird über einen Abfluß-Widerstand R24 abgegriffen. Die npn-Transistoren
Q18 und Q19 bilden zusammen mit Widerstsinden R25, R26, R27 und R28, mit einem Elektromagnet
Ry und mit einer Diode Q20 einen Schmitt-Trigger, der die Stromversorgung des Elektromagnets
Ry oder der Kollektorbelastung des npn-Transistors Q19 entsprechend dem Ausgangssignal
des Feldeffekttransistors F5 steuert. Die DiodeQ20 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 betFåtigt.
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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 Nieder
drücken des Verschlußauslöseknopfs in der Stellung 1 stehen. Der Schalter'S3 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 Filmempfind-
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lichkeitsknopfs 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 photoompfindlichen Element gemessen. Hat
die Kamera eine voreingestellte Blende, eine sog. Springblende, so wird das Licht
mit voller Blendenöffnung gemessen, die sich jedoch umnittelbar vor der Betätigung
des Schalters auf eine vorgegebende Stellung verkleinert. Im ersteren Fall muß also
der Widerstand R3 zum Bestimmen des Verstärkungsfaktors des Photostroms festgelegt
sein., da sich der Photostrom proportional mit der Blendenöffnung andert. Im letzteren
Fall muß jedoch der Widerstand R3 entsprechend dem voreingestellten Wert der Blende
eingestellt werden, so daß der Strom proportional 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 Abflußpotential des Transistors F2 erniedrigt sich. Dies
bringt den Kollektor des
npn-Transistors Q7 auf positives Potential,
den Kollektor des npn-Transistors Q9' und das Gatter des Feldeffekttransistors F3
auf negatives Potential, den Abfluß des Foldeffekttransistors Prl und die Dasis
des npn-Transistors Q14 auf negatives Potential, don Kollektor des npn-Transistors
Q14 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 Gatters G2 aufgrund der
negativen Rückkopplung ergibt. Im Fall, daß die bei offener Schleife betraclltete
Verstiirkung des Rückkopplungsverstärkers hoch ist, kann angenommen werden, daß
die Eingangsspannung zwiochon den Transistoren F1 und F2 im wesentlichen Null ist.
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Dor durch den Widerstand 1<2 und die Rückkopplungsschliefe 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 R2, 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, Wie aus der
Gleichung (12) ersichtlich ist, ist eine Justierung netsprechend der Filmempfindlichkeit
durch Einstellen des Widerstands R2 zur Änderung der Stromverstärkung möglich.
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Nun wird im Anzeiger A eine Belichtungszeit angezeigt.
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'die entsprechend der Filmempfindlichkeit, der Blendenöffnung der
Lichtmenge bestimmt ist. Wird nun der Verschlußauslöseknopf
weitergedrückt,
so kommt , der Schalter S1 in die -Schaltstellung 2 und weiterhin werden die Schalter
S2 und 54 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, dor Schalter Q betätigt werden muß, bevor die
Blende während der Verschlußauslöselösung in die vorgegehene Stellung springt. Die
Schalter S2 und 54 können in dieser Reihenfolge betätigt werden, nachdem der Schalter
S1 betätigt worden ist. Die Spoicherfunktion beginnt, wenn der Schalter in die Schaltstellung
2 gebracht worden ist und wenn der Schalter 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 S4 wird in seine offene Stelung 2 gebracht, wenn der Verschluß
geöffnet ist.
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Hierauf wird der zoitintegrierende Kondensator C2 durch den dor gespeicherten
Ladung entsprechenden Strom geladen. Erreicht die Spannung im zeitintegrierenden
Kondensator einen gegebenen Pegel, so wird der Feldeffekttransistor F5 leitend und
ein Strom1 fließt hindurch, so daß das Basispotential des npn-Transistors Q18 ansteigt.
Hierdurch. wird der Transistor Q18 leitend und dor npn-Transistor Q19 sperrend und
unterbricht den Strom durch den Elektromagnet Ry, so daß der Verschluß schließt.
Die Belichtungszeit entspricht der Zeit von der Betätigung des Schalters 5 bis zur
Unterbrechung des durch den Elektromagnet fließenden Stroms.
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Dios kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: t = #######
= ######### (13) wobei t = Belichtungszeit, VT z Triggerspannung und I = Kollektorstrom
des npn-Transistors Q15, der als "zeitintegrierender Strom" bezeichnet werden kann.
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Wie aus dor Gleichung ersichtlich ist, kann die Bolichtungszeit durch
den zeitintegrierenden Strom I bestimmt werden.
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wenn der Wort C2 . VT konstant ist. Der dem Kondensator C2 und dor
Silizium-Photodiode phD innenwohnende Fehler kann durch die Justierung der Triggerspannung
VT behoben werden. Die Justierung der Triggorspannung erfolgt durch den variablen
Widerstand R23, dor 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 C2 = 1 µF
und die Triggerspannung = 3V, so daß der Wert C2 L 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 = 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 zeitintegrierende
Strom I 1 3 . 10-6'.
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1000 = 3mA ist, um die Verschlußgeschwindigkeit von 1/1000 Sekunde
zu ergeben. Aus der Gleichung (12) ergibt sich hierbei, daß dor Wert R3/R2 = 1000.
Beträgt also der Widerstandswert des Filmempfindlichkeits-Widerstands R2 100 Ohm,
so ist der Widerstandswert,des Widerstands R3100 k#. Bei gleich'er Licht-,
mongo
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 dio Hälfte reduziert. Der zeitintegrierende Strom 1 wird damit halbiert und
man erhält eine Belichtungszeit von 1/200 sec zur Erzielung einer korrekte Belichtung.
Für einen Film oinor 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 manueller Blendeneinstellung wird das zur Silizium-Photodiode phD
hereinkommende liiclit auf dio hälfte reduziert, wenn die Blende von F - 1,4 auf
F = 2 verkleinert wird. Der Photostrom In wird damit 1,5 µA. Bei oinom Film dor
Empfindlichkeit 100 ASA ist der Wert R3/R2 w 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 Blendeneinstellung
so gekoppelt, daß der Widerstandswert des Widerstands R3 entsprechend dem voreingestellten
Blendanwert justiert wird. Wird beispielsweise eine Blende F 2 zur Bildaufnahme
voreingestellt, so wird der Widerstandswert des Widerstands 113 auf 50 k Q 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
Ip reduziert, so daß sich die Belichtungszeit 1/OO zum erzielen einer richtigen
Belichtung ergibt. Bei der gleichen Blendenöffnung und der gleichen Filmempfindlichkeit
verdoppolt sich der Photostrom, wenn sich die Lichtmenge von L1 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 Belichtungssteuerung
möglich.
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Es sei nun eine manuelle Belichtungssteuerung beschrieben, bei der
die Belichtungszeit von IIand 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
..iw Ilandbotrieb 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 # C2 # ### (14) Die Aufeinanderfolge der Schalterbetätigungen
ist die Gleiche wie im Fall der automatischen Belichtungssteuerung, und dor 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 S5 in seine Stellung 2 kommt,
bevor der Schalter S4 in seine Stellung2 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 ver-, ,#blotbt. Wird der
Verschlußauslöseknopf losgelassen, so kehrt der zu zu der Schalter S5 in seine Stellung
1 zurück, der zeitintogriorende 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 Verschlußauslöseknopf niedergedrückt wird, daß mit der Speicherung
unmittelbar vor da Elochapringen deo Spiegels begonnen wird und die Speicherung
otwa 1() Solcundon lang aufrechterhalten wird. Wird ein Tantal-Festelektrolyt-Kondensator
mit geringem Lockstrom als Speicher kondensator C1 verwendet, und wird die eine
Klemme des Kondensators mit dem Feldeffekttransistor F3, verbunden, der eine hohe
Eingangsimpadanz hat, so stellt die Änderung 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, dio ladespannung
etwa 10 Sekunden lang aufrechtzuerhalten. Allgemein hat ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor
etwa einen Leckstrom von 10-10 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 Leckatrom des Kondensators auszugleichen.
Zu diesem Zweck ist der Kondensator C3 in Reihe mit dem Speicherkondensator 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 R dem npn-Transistor
Q17 und dem Anzeiger A wird im folgenden beschrieben. Es sei die Spannung zwischen
der Basis und dem Emitter jedes der Transistoren Q15 und Q17 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: # = die Ladung
eines Elektrons, T = absolute Temperatur, K = Boltzmann'sche Konstante, I0 = Dunkelstrom
der Transistoren Q15 und Q17, und R19 = Emitterwiderstand des Transistors Q17.
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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 weiten Ausdruck, SO ist der Emitterstrom
I des Transistors Q19 gleich der, logarithmischen Kompression des Emitterstromes
IE1 des Transistors Q15.
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Der Emitterstrom des Transistors Q15 ist gleich dem Kollektor strom
dieses Transistors, nämlich dem zeitintegrierenden Strom
;;I, und
der Emitterstrom IE2 ist gleich dem Strom im Anzeiger A, daß der zeitintegrierende
Strom I am Anzeiger A in Form einer logarithmischen Kompression aufgrund des Effekt3
des Emitterwiderstandes R19 der Transistoren Q17 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 , schließen, Um diesen unerwünschten
Effekt zu vermeiden, ist der , Widerstand R18 zwischen den Kollektor des Transistors
Q15 und Erde geschaltet. Wird der Verschlußauslöseknopf gedrückt, so schließt sich
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
dio Lichtmenge zu gering, so kann der Kollektorstrom des Transistors Q15 ," als
praktisch Null angenommen werden, wenn der Widerstand 218 fehlt. Da der Widerstand
RtU jedoch in der Schaltung liegt, kann der zeitintegrierende Kondensator C2 mit
einer Zeitkonstan-# ten entsprechend R18 C2 geladen werden, selbst wenn der zeitintegrierende
Strom Null ist. Der Verschluß wird also. nach oinor 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 Öffnungszeit des Verschlusses sein.
Im Fall einer Kamera .r 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 Q14 und Q15 den npn-Transistor Q13, die Widerstände R2, R16
und R17 und die Diodon Q1 und Q16 enthaltenden Schaltung, die Stromverstärkungsfaktoren
der npn-Transistoren Q14 und Q15 mit hfe1 bzw. hfe2 bezeichnet, ferner die Basisströme
mit iB1 bzw. i32, die Emitterwiderstände mit HE1 bzw. RE2, die Eingangsimpedanzen
mit hie1 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:
Die Verstärkung der gesamten Schaltung VG1 # VG2 kann durch die folgende Gleichung
wiedergegeben werden:
Der Wert des Widerstandes RE1 kann durch den Emitterstrom ; dos Transistors Q14
mit der Gleichung ausgedrückt werden: RE1 = 26/IE(mA) # Da der Strom IE dem Kollektorstrom
1c des Transistors Q13 im wesentlichen gleich ist und dieser Strom auf einem im
wesentlichen konstanten Wert gehalten wird, kann auch der Emitterwiderstand des
Transistors Q14 als im wesentlichen konstant ausgesehen 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
worden, wenn der Stromverstärkungs faktor 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 folwenden
wird nur der einzige Unterschied zwischen diesen beiden Schaltungen beschrieben.
Nach Fig. 8 ist dor Widerstand i6 zwischen den Abfluß des Feldeffekttransistors
F1 und den W Widerstand R4 geschaltet, um zu verhindern, daß die Spannung, die aufgrund
einer kleinen Difforenz zwischen Cm der Feldeffekttransistoren F1 und F2 erzeugt
wird, wenn die Gatterspannungen der Transistoren F1 und F2 vermindert werden, in
dor ganzen Schaltung positiv rückgekoppelt wird und damit eine Schwingung verursacht.
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Der Speicherkondensator ,C1 ist zwischen dio 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 seinem Emitter 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 Konstantstromquelle darstellt, indem er mit seiner Basis und seinam 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 Q12 ist ein Transistor
Q13 geschaltet. Das Gatter des Feldeffekttransistors F4 ist mit dem Verbindungspunkt
der Widerstände R11 und R12 verbunden. Eine zwischen die Basis und den Kollektor
des Transistors Q14 und Erde eingeschalteter Widerstand R13 dient der Bestimmung
des konstanten Stroms durch die Transistoren Q10 und Q14. Der Kollektor des Transistors
Q15 ist mir dem Gatter des Feldeffekttransistors F2 verbunden und unmittelbar zur
Eingangsstufe rückgekoppelt. Der Emitter des Transistors Q15 ist mit den Basen eines
Transistors Q16 sowie von npn-Transistoren Q17 und Q18 verbunden.
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Der Kollektor des Transistors Q17 ist mit dem Schaltstück der Schaltstellung
1 eines Wahlschalters 53 verbunden, der der Wahl zwischen "Automatik", bei der sich~die
Belititungszeit automatisch ergbt, und "manuell", bei der die Belichtungszeit manuell
nach Wunsch eingestellt wird, dient. Der Schalter S3 ist mit einer Klemme eines
zeitintegrierenden Kondensators C2 verbunden, dessen andere Klemme an der Stromquelle
hängt. Ein Triggerschalter S4 ist dem Kondensator C2 parallelgeschaltet und das
seiner Schaltstellung 2 entsprechende Kontaktstück schließt an die mittleren Anzapfungen
N 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 Q18 ist mit dem Gatter eines Transistors
Q19 und eines Feldeffekttransistors F5 verbunden, so daß also der Transistor Q19
mit einem Strom gleich dem Kollektorstrom des npn-Transistors Q15 versorgt wird.
Zwischen die Quelle des Feldeffekttransistors F5 5und die Stromquelle ist ein Transistor
Q20 geschaltet, der aufgr.ßd eines Widerstandes R15 eine konstante Xlemmenspannung
aufweist. Der Feldeffektransistor F5
stellt Untorschiedo zwischen
der Klommenspannung-dt Transistors Q19 und der konstanten Klemmenspannung dos Transistors
Q20 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 veranderlichon Widerstand R17 zum Justieren
des Maximalausschlages des Amperemeters A hängt. Der veränderliche Widerstand 1l17
ist ferner mit einem weiteren veranderlichen Widerstand R18 verbunden.
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Ein Widerstand R22 ist als Quellenwiderstand einen Feld-> effekttransistors
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 It24 dieses Feldeffekttransistors
abgenommen.
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npn-Transistoren Q21 und Q22, Widerstände R25, R26, R27 und H28,
ein Elektromagnet Ry und eine Diode Q23 stellen einen Schmitt-Trigger dar, der den
Strom durch den Elektromagnet Ry steuert, welcher die Kollektorbelastung des npn-Transistors
Q22 entsprechend der Ausgangsspannung des Feldeffckttransistors F6 darstellt. Die
Diode Q23 soll verhindern, daß der npn-Transistor Q22 während Stoßvorgängen, die
beim Schalten des Schmitt-Triggers erzeugt werden, beschädigt wird. Ein Schalter
S6 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 Verschluß0auslöseknopf
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 C verwendet wird, der zwischen die Gatter
der Feldeffekttransisioren F3 und F4 eingesetzt ist, wobei diese Gatter die Eingangsklemmen
einer Differenzverstärkerschaltung von hoher Eingangsimpedanz darstellen, ist die
an den Kondensator Cl 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 Transistoren
Q19 und Q20, der Feldeffekttransistor Fr, die Widerstände S14 und ii15 die veränderlichen
Widerstände R17 und R18, der Amperemeter A und der npn-Transistor Q18 gehören.
-
Die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q18
ist der Klemmenspannung des Transistors Q16 gleich, so daß im Kollektor des Transistors
Q18 und über diesen im Transistor Q19 ein Strom gleich dem Kollektorstrom des Transistors
Q15 fließt. Die mit VBe1 bezeichnete Spannung am Transistor Q19 kann durch die folgende
Gleichung dargestellt werden:
wobei: k = Boltzmann'sche konstante; T = absolute Temperatur;
E
= Ladung eines Elektrons; I = Strom durch den Transistor Q19i Io = Dunkelstrom.
-
Da im Transistor Q20 ein Strom I2 fließt, der von der Stromquellenspannung
und dem Widerstand R15 bestimmt wird, kann die am Transistor Q20 aufgrund des Stroms
I2 auftretende Klemmenspannung VBE2 auch durch die folgende Gleichung angegeben
werden:
Da die Spannung VGS zwischen dem Gatter und der Quelle des Feldeffekttransistors
F5 = VBE1 - VBE2, kann die Spannung durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
Aus der Gleichung (22) kann der Abflußstrom IDS des Feldeffekttransistors F5 folgendermaßen
geschrieben werden:
wobei gmo die gegenseitige Leitfähigkeit des Feldeffekttransistors F5 und a und
b Konstante sind.
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Der Strom im Transistor Q19 ist im wesentlichen gleich dem Kollektorstrom
des npn-Transistors Q15' so daß der Abflußstrom des Feldeffekttransistors F5 gleich
einer logarithmischen Kompression des Kollektorstroms des npn-Transistors Q15' von
dem ein gegebener Strom subtrahiert ist, ist.
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Bei dieser dritten beschriebenen Ausführungsform ist nur ein derartiger
Transistor in die logarithmische Wompressionsschaltung eingesetzt, es sei jedoch
bemerkt, daß in Reihe mit ihm auch
andere Impedanzelemente oder
eine Mehrzahl von Dioden eingesetzt werden können, um das Kompressionsverhältnis
nach Wunsch zu bestimmen.
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Dor Amperemeter A kann dio Belichtungszeit sehr genau über einen
gegebenen Bereich anzeigen, indem der veränderliche Widorstand R18 so 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. -Im folgenden wird ein Teil des in der Schaltung onthaltenen
Verstärkers im einzelnen beschrieben. Werden in der Schaltung mit den Feldeffekttransistoren
F3 und F4, den npn-Transistoren Q11 und Q15, dem pnp-Transistor Q10, den Transistoren
Q12, Q13 und Q14, den Widerständen R2, R11, R12 und R13 und dem Kondensator C1 die
gegenseitige Impedanz der Feldoffekttransistoren 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,
80 kann die,' Verstärkung A der Schaltung folgendermaßen angegeben werden:
Aus der Gleichung (24) ergibt sich, daß sich selbst bei einer großen Änderung des
Kollektorstroms des pnp-Transistors Q15 keine wesentliche Änderung 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 folgendermaßen
angegeben werden:
(25) wobei V0 = die Ausgangsspannung des Transistors Q15.
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I sei der Ausgangsstrom des Transistors Q15. Wird nun angenommen,
daß gm = 1m#, hfe = 100 und i0 = 1 µA bis 10 µA, so beträgt der Wert von V1 10-5
bis 1ß-4V. Dor 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
Null, wie im angegebenen Fall, so ist der Leckstrom vernachliissigbar klein. Damit
ist verständlich, daß die gespeicherte Spannung für eine Dauer aufrechterhalten
werden kann, wie sie für den Betrieb eines Selbstauslösers orforderlich ist.
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Da der zeitintegrierende Kondensator C2 von dem dem Photostrom proportionalen
Ausgangsstrom geladen wird, ändert sich die Ladespannung linear in bezug zur Ladezeit,
so daß es möglich ist, den Triggerpegel nach Wunsch zurBetimmung 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 dio 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 Maßbereich im Vergleich
zu oinor Anordnung, bei
dor das fotoempfindliche Blomont unter Vorspannung verwendet wird, erheblich vergrößert
worden 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, oinon der Lichtmenge proportionalen Photostrom zu erhalten, inindem einfach
Widerstände an die gegenüberliegenden Klemmen des photoempfindlichen Elements geschaltet
werden und eine Schal- -tung zum Verstärken der Ausgangsspannung am Verbindungspunkt
goachaffen wird, wobei die Ausgangsspannung zu diesen Widerständen rückgekoppelt
wird, um den Strom durch die Widerstände zu steuern. Die Schaltung kann entweder
spannungsverstärkend ); odor 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 Linrichtung zum Komprimieren
von Strom. Außerdem übt der zeitinte-Glicrcnde Kondensator seine Funktion sowohl
bei der automa-. tischen Belichtungssteuerung als auch bei der manuellen Belichtungssteuerung
aus, so daß die Komponentenzahl vermindert und eine Abweichung beim Belichtungswcrt
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 Verstsirlcers mit der negativen Rückkopplung bestimmenden Widerstände entsprechend
der Blendenöffnung oder der Filmempfindlichkeit justiert, so daß eine Belichtungssteuerung
möglich ist, indem das Licht mit voll geöffneter Blende # messen wird. Wird anstelle
des entsprechend der. Blendenöf£-nung
eingestellten Widerstandes
ein fester Widerstand verwendet,, so ist es möglich, das Licht mit auf eine bestimmte
Stellung eingostellter 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 Ändern der Triggerspannung. Die Justierung ist also sehr
leicht und dio richtige Belichtungszeit ist erzielbar. Nach einer Weiterbildung
der Erfindung ist ein zusatzlicher Kondensator in Reihe mit dem Speicherkondensator
geschaltet, der den durch das Lecken im Speichorkondensator 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 Ausgangsstrom-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
dos Lockens im Speicherkondensator auf einen im wesentlichen vernachlässigbaren
Wert zu reduzieren und damit die Speicher-Spannung 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 i?all, daß sich der Basisstrom des zweiten Transistors
in einem weiten Bereich ändert, die vom ersten und vom zweiten Transistor erhaltene
Spannungsverstärkung im wesentiiohon
konstant gehalten werden
kann. Somit ist os möglich, die Abweichung dor Ausgangssignal-Eingangssignal-Beziehung
von einer linearen Abhängigkeit zu verkleinern. Außerdem ist os nach der Erfindung
leicht möglich, auf elektrischem Wege eine' Ball-Belichtung zu erzielen, indem ein
mit dem Verschlußauslösoknopf der Kamera gekoppelter Schalter vorgesehen ist.
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Boi der erfindungsgemäßen Belichtungssteuerung wird die Triggerschaltung
direkt vom Strom der Ausgangsschalt,ung betriebon, so daß ein korrekter Triggerstrom
gleich dem Ausgangsstrom erhalten werden kann, unabhangig 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
Ausgangs-.
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schaltung betrieben wird, ist es möglich, eine korrekte Anzeigt auf
einem Anzeiger zu erhalten1 wobei der Anzeigerstrom gleich dem Ausgangsstrom 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 logarithmisehe 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 Belichtungswort
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 Offenbarung und den Ansprüchen in dieser Anmeldung
ein weites Anwendungsfeld auch außer dem Kamerabereich, beispielsweise als Fotosensor
in der Faksimiletechnik und bei Vervielfältigern oder als Dunkelschalter bei einem
Stroboskop,