DE2335088C3 - Schaltungsanordnung zur automatischen Belichtungszeitsteuerung für photographische Kameras, insbesondere für einäugige Spiegelreflexkameras - Google Patents

Description

Abgleich des Logarithmierguedes zur Erzeugung der

der Objekthelligkeit proportionalen Signalspannung gegebc sein soll, das infolge des üblichen sehr

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung 60 großen zu berücksichtigenden Helligkeitsbereiches zur automatischen Belichtungszeitsteuerung für einen entsprechend großen Aussteuerbereich besitzen photographische Kameras, insbesondere für ein- muß. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichäugige Spiegelreflexkameras, mit einer Schaltungs- nenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkstufe zur Erzeugung von Signalspannungen, die den male gelöst.

Logarithmen der die Belichtungszeit bestimmenden 6_S Es wurde bereits erwähnt, daß die Größe der Aus-Belichtungsparameter (Objekthelligkeit, Blendenzahl gangssignale von Operationsverstärkern praktisch nur und Filmempfindlichkeit) proportional sind, mit Puf- noch von der äußeren Beschallung abhängt, so daß ferstufen zur Impedanzwandlung und Stabilisierung die Gegenmaßnahmen zur Eliminierung der Auswir-

klingen von Spannung- und Temperaturabhängigkeit auf die äußeren Schaltelemente beschränkt werden können. Da die Signalspannungen, die die logarithmierten Werte von Arbeitst\:ende und Fi'mempfindlichkeit repräsentieren, nach ihrer Verstärkung in je einer Pufferstufe an einen invertierenden bzw. einen nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers der Verknüpfüngsstufe angelegt werden (sie besitzen in der logarithmierten Belichtungsformel nämlich unterschiedliche Vorzeichen), heben sich die durch äußere Einflüsse bedingten Spannungsschwarikungen an den entsprechenden Logarithmiergliedern gegenseitig auf. Die Speicher- und Delogarithmierstufe arbeitet äußerst stabil, da in ihr der den zeitbestimmenden Ausgangsstrom liefernde Feldeffektransistor in die Rückkopplungsschleife eines Operationsverstärkers einbezogen ist. Der Speicherkondensator ist unmittelbar mit der Steuerstrecke des den zeitbestimmenden Ausgangsstrom liefernden Feldeffekttransistors verbunden. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die in dem Speicherkondensator gespeicherte Steuerspannung während der eigentlichen Zeitsteuerung, d. h. während der Aufladung eines zeitbestimmenden Kondensators, nicht mehr delogarithmiert zu werden braucht. Besonders vorteilhaft ist die Einfügung einer als Vorspannungsquelle dienenden weiteren Diode in Reihe mit der zur Delogarithmierung dienenden Diode in dem source-Stromkreis des Feldeffekttransistors. Die an dieser weiteren Diode erzeugte Vorspannung wird voraussetzungsgemäß von den Signalspannungen vernachlässigbar wenig beeinflußt. Sie dient zur Justierung der automatisch gesteuerten Belichtungszeit und kompensiert temperatur- oder spannungsbedingte Schwankungen der in der Lichtmeßsture vorgesehenen Halbleiterbauelemente.

Gemäß einer Weiterbildung der Erlindung ist in der Lichtmeßstufe ebenfalls eine mit einem vergleichsweise großen Durchlaßstrom beaufschlagte als Vorspannungsquelle dienende Diode vorgesehen. Diese dient einerseits dazu, einen hinreichend großen Justierbereich für die entsprechende Diode in der Delogarithmierstufe »frei« zu halten, andererseits verbessert sie die Ansteuerung der Pufferstufe für die die Objekthelligkeit repräsentierende Signalspannung, bei sehr kleinen Werten der Objekthelligkeit. Temperatur- und Spannungsabhängigkeit der beiden als Vorspannungsquellen dienenden Dioden in der Lichtmeßstufe einerseits und in der Delogarithmierstufe andererseits gleichen einander aus.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Schaltung besitzt ein photoelektronisches Bauelement 2 zur Messung der Objekthelligkeit, das beispielsweise als Photodiode oder als CdS-Photowiderstand gebildet ist. Es erzeugt einen Photostrom bzw. es nimmt einen Widerstandswert an, der sicli proportional mit der auf seiner wirksamen Oberfläche herrschenden Beleuchtungsstärke ändert. Dementsprechend ist auch der die als Logarithmierglicd dienende Diode 3 durchfließende Strom I_L dieser Beleuchtungsstärke und damit der Objekthelligkeit proportional. Infolge der logarithmischen Strom-Spannungskennlinie der Diode 3 ist die von dem Strom I_L erzeugte Klemmenspannung der Diode 3 dem Logarithmus der Objekthelligkeit proportional.

Die Kathode der Diode 3 ist mit einer Diode 4 und einem Widerstand 1 verbunden. Der Widerstand 1 ist so gewählt, daß der die Diode 4 durchfließende Ruheström Z₁ groß ist im Vergleich zu dem Photostrom I_L, der durch die Diode 3 fließt. Die Klemmenspannung der Diode 4 ist daher im wesentlichen konstant und bildet eine von der übjekthelligkeit unabhängige Vorspannung.

Veränderbare Widerstände 7 und 8 dienen zur Erzeugung von Signalspannungen, die der Filmempfindlichkeit S bzw. der vorgewählten Arbeitsblende A proportional sind. Sie können mit den kameraseitigen Einstellorganen für diese Belichtungsparameter mechanisch gekuppelt sein. Elektrisch sind sie mit logarithmierenden Dioden S bzw. 6 in Reihe geschaltet.

Die an den Anoden dieser Dioden auftretenden Signalspannungen kennzeichnen daher die genannten Belichtungsparameter in einem logarithmischen Maßstab.

Wenn die Logarithmierung so gewählt ist, daß man Logarithmen zur Basis 2 erhält, sind die Signalspannungen den logarithmischen Werten der Belichtungsparameter im APEX-System proportional. Dies ist bekanntlich ein System logarithmischer Werte der Belichtungsparaineter, das den Sinn hat, die Belichtungsformel zu vereinfachen, da an die Stelle der multiplikativen Verknüpfung der Belichtungsparameter die additive bzw. subtraktive Verknüpfung ihrer Logarithmen tritt.

Die Belichtungsformel hat im APEX-System folgende Gestalt:

Ty = By 4" Sy — Ay,

wobei die der Leuchtdichte B des Objektes, der Blendenzahl A, der Filmempfindlichkeit S und der Belichtungszeit T zugeordneten APEX-Werte mit B_v, Ay, Sy bzw. Ty bezeichnet sind.

Wenn die Klemmenspannung der Diode 3, die dem Wert By proportional ist, mit V_n und die Spannung an der Anode der Diode 4 mit Vp bezeichnet wird, ist die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11

^vb + ^vp (Vp konstant).

Die weiteren Operationsverstärker 9 und 10 dienen als Pufferstufen, d. h. zur Impedanzwandlung und Stabilisierung der Signalspannungen V_A bzw. V_s, die den APEX-Werten Ay bzw. Sy der vorgewählten Arbeitsblende bzw. der Filmempfindlichkeit proportional sind, wobei der Proportionalitätsfaktor jeweils

So gleich groß gewählt ist.

Ein Operationsverstärker 16 bildet zusammen mit seinen Eingangswiderständen 12, 13, 14 und den Gegenkopplungswiderstand 15 die Verknüpfungsstufe zur additiven bzw. subtrak*iven Verknüpfung der durch ihre APEX-Werte repräsentierten Belichtungsparameter. Die Signalspannung V_A, die dem APEX-Wert Ay der Blendenzahl A proportional ist, wird einem invertierenden Eingang, die Signalspannung V_s und die Summenspannung V_B + V_P wer-

den einem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 16 zugeführt. Auf diese Weise wird die Temperatur- und Spannungsabhängigkeit der Diode 5 additiv und die Abhängigkeit der Diode 6 subtraktiv wirksam, so daß die durch Schwankungen der Umgebungstemperatur oder der Speisespannung verursachten Änderungen ihrer Signalspannungen an dem Ausgang des Operationsverstärkers 16 einander kompensieren.

An dem Ausgang der Verknüpfungsstufe erscheint der Diode 23 und der Klemmenspannung U₀ der als Ausgangssignal die Spannung Diode 24 so groß ist wie die Spannung K₇-, die dem

_T, , _T, , ,, _T/ Logarithmus des Kehrwertes der Belichtungszeit T

V_T-V_B+ V_P+ Vs ν_λ. proportional ist.

Diese Ausgangsspannung K₇- ist (bis auf die kon- 5 Dementsprechend befriedigt der durch den Feldstante, d. h. signalunabhängige Teilspannung V_P) dem effckttransistor 22 fließende Strom I₇ folgende Glei-APEX-Wert T_v der Belichtungszeit T proportional. chung:

Ein Operationsverstärker 17, an dessen nichtinver- _ / q Vt

tierendem Eingang die Spannung V_T anliegt, bildet h ~ '0 I ^exP _{fc T}

zusammen mit einem Feldeffekttransistor 22 und 10
einer Diode 23 eine Delogarithmierstufe zur Um- Diese Gleichung kennzeichnet die angestrebte De-

wandlung der Spannung V_T in einen Strom I_T, der logarithmierung der Spannung Vj, die durch Sumder Belichtungszeit T umgekehrt proportional ist. Die _men- bzw. Differenzbildung der die Belichtungspara-Diode 23 entspricht in ihren Kennwerten der loga- meter in logarithmischem Maßstab kennzeichnenden rithmierenden Diode 3 in der Lichtmeßstufe. Hier- 15 Signalspannungen erzeugt wurde. Damit ist der von durch werden Temperaturabhängigkeiten u. dgl. der der Spannung K₇- mit Hilfe der aus dem Opurationsbeiden Halbleiterbauelemente eliminiert. Die gate- verstärker 17, dem Feldeffekttransistor 22 und der Elektrode des Feldeffekttransistors ist mit dem Aus- Diode 23 bestehender. Delogarithmierstufe erzeugte gang des Operationsverstärkers 17 verbunden. Seine Strom I₇ der Belichtungszeit T umgekehrt proporsource-Elektrode führt zu dem invertierenden Ein- ao tional.
gang des Operationsverstärkers 17. Ein Speicherkon- Es gilt

densator 19 ist der Steuerstrecke des Feldeffekttransi- _y _ γ ^y _j_ γ _ y ₌ y + υ ^

stors 22 unmittelbar parallel geschaltet. In die Ver- τ β ρ s »>

bindung zwischen dem Ausgang des Operationsver- worin V_P und U₀ konstante Vorspannungen bestärkers 17 und der gate-Elektrode des Feldeffekt- 25 deuten.

transistors 22 ist ein Speicherschalter 18 eingefügt, £)_a die Spannungen K_B, V_P, V_s, V_A, U_d und U₀

der in bekannter Weise derart mit dem Auslöse- sämtlich durch Dioden erzeugt werden, ändern sie mechanismus des Kameraverschlusses gekuppelt ist, _sj_ch entsprechend der Temperaturabhängigkeit dieser daß er vor der Unterbrechung des zu dem photo- Dioden. Wenn alle Dioden die gleiche Temperaturelektronischen Bauelement 2 zur Messung der Objekt- ₃₀ abhängigkeit besitzen, ist die obengenannte Gleichung helligkeit führenden Strahlenganges geöffnet wird. immer erfüllt. Der Einfluß von Schwankungen der

Die Beziehung zwischen der Klemmenspannung U_d Speisespannung ist durch die paarweise Anordnung der Diode 23 und dem Diodenstrom I_d ist (für hin- der Dioden kompensiert, da die Dioden 5 und 6 bzw. reichend große Werte von U_d) durch folgende Glei- die Dioden 4 und 24 jeweils Paare bilden,
chungen gegeben: 35 Das öffnen eines dem zeitbestimmenden Kondensator 21 parallelgeschalleten Schalters 20, das synchron mit dem Öffnen des Kameraverschlusses erfolgt, bestimmt den Startzeitpunkt für die Aufladung des Kondensators 21. Die Öffnungszeit des Kameraworin I₀ den Sperrsättigungsstrom der Diode, q die ₄₀ Verschlusses wird beendet, sobald die aus einem Ope-Elementarladung, k die Boltzmann-Konstante und T rationsverstärker 28, einer Referenzspannungsdiode die absolute Temperatur bedeuten. Hieraus ergibt 26 und einem Widerstand 27 gebildete Trigger-Stufe sich für die Diodenspannung anspricht und den Auslösemagneten 30 über der

Transistor 29 ausschaltet.

jy _ ^T j_n Id^ ₄₅ pig Belichtungszeit Γ hängt vom Absolutwert des

^d q I₀ Ladestroms I_T, der Kapazität des zeitbestimmenden

Kondensators 21 und der Ansprechspannung dei

Die mit der Diode 23 in Reihe geschaltete Diode Trigger-Stufe ab. Fehler in der Belichtungszeit, die 24 wird über den veränderbaren Widerstand 25 mit durch Kapazitätstoleranzen des Kondensators 21 einem Strom I₂ beaufschlagt. Wenn dieser Strom I₂ 50 oder der Schaltspannung der Zenerdiode 26, die du groß ist im Vergleich zu dem Strom /_r, der der Be- Ansprechschwelle der Trigger-Stufe bestimmt, ver lichtungszeit T umgekehrt proportional ist, wird die ursacht werden, können durch eine geeignete Justie-Klemmenspannung U₀ der Diode 24 rung des veränderbaren Widerstands 25 in bezug au

den Widerstand 1 beseitigt werden. Durch dies< kT I +1 kT I ^5S J^ust*^erunS kann ^eme geeignete Differenz zwischei

Q₀ = In -^ rs In —. den Spannungen V_P und U₀ eingestellt werden, di<

9 h q h Ungenauigkeiten der Belichtungszeit berichtigt, Auct

Abweichungen in den Widerstandswerten der mit dei

Wegen der Bedingung I_T > I₂ ist diese Span- entsprechenden kameraseitigen Einstellorganen ge nung U₀ praktisch konstant und hängt vernachlässig- 60 kuppelten veränderbaren Widerstände 7 und 8 zu; bar wenig von Änderungen des Stroms I_T ab. Der elektrischen Nachbildung der Filmempfindlichkei Operationsverstärker 17 steuert den Feldeffekttransi- bzw. der vorgewählten Arbeitsblende können au stör 22 so, daß die Summe der Klemmenspannung U_d diese Weise mühelos justiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 dieser Signalspanmingen, ferner mit einer Schaltungs-Patentansprüche: stufe zur Verknüpfung der Signalspanmingen entsprechend der Belichtungsformel durch Summen-

1. Schaltungsanordnung zur automatischen Be- bzw. Differenzbildung der logarithmischen Werte solichtungszeitsteuerung für photographische Käme- 5 wie mit einer Schaltungsstufe zur Speicherung und ras, insbesondere für einäugige Spiegelreflex- Delogarithmierung des Ausgangssignals dieser V_erkameras, mit einer Schaltungsstufe zur Erzeugung knüpfungsstufe.

von Signalspannungen, die den Logarithmen der Bei bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art

die Belichtungszeit bestimmenden Belichtungs- sind die einzelnen Schaltungsstufen unterschiedlich parameter (Objekthelligkeit, Blendenzahl und io ausgebildet und umfassen jeweils eine Vielzahl von Filmempfindlichkeit) proportional sind, mit Puf- aktiven und passiven Halbleiterbauelementen. Alle ferstufen zur Impedaozwandlung und Stabilisie- diese Halbleiterbauelemente sind temperaturabhänrung dieser Signalspannungen, ferner mit einer gig, ferner ändern sich ihre Klemmen- bzw. Aus-Schaltungsstufe zur Verknüpfung der Signalspan- gangsspannungen bei Schwankungen der Speisespannungen entsprechend der Belichtuugsformel durcü 15 nung. Diese Änderungen sind nicht linear. Es stellt Summen- bzw. Differenzbildung der logarithmi- dementsprechend ein schwieriges Problem dar, die sehen Werte sowie mit einer Schaltungsstufe zur Einflüsse von Spannungsschwankungen und Schwan-Speicherung und Delogarithmierung des Aus- kungen der Umgebungstemperatur auf die Genauiggangssignals dieser Verknüpfungsstufe, da- keit der Belichtungszeitsteuerung soweit wie möglich durch gekennzeichnet, daß die Grund- ao zu reduzieren. Gegenmaßnahmen gegen temperaturbausteine der genannten Schaltungs-und der Puf- und spannungsbedingte Beeinflussung der Belichferstufen in an sich bekannter Weise als Opera- tungssteuerung sind deshalb so schwierig, weil der tionsverstärker (9,10,11,16,17) ausgebildet sind, Temperaturbereich, innerhalb dessen photographische daß die Schalrungsstufe zur Speicherung und De- Kameras verwendet werden, außerordentlich groß ist. logarithmierung einer aus einem mit seinem nicht- 25 Er erstreckt sich von etwa -20 bis etwa +5O⁰C. invertierenden Eingang (-) an den Ausgang der Die Speisespannungsquelle (z.B. eine Trockenbat-Verknüpfungsstufe (16) angeschlossenen Opera- terie) für elektronisch gesteuerte Kameraverschlüsse tionsverstärker (17) und einem Feldeffekttransi- muß mit Rücksicht auf den kompakten Aufbau stör (22) bestehende Rückkopplungsschleife um- modemer Kameras leicht und klein sein. Schon aus faßt, in der die gate-Elektrode des Feldeffekttran- 30 diesem Grunde ist die von ihr abgegebene Speisesistors (22) mit dem Ausgang und seine source- spannung sowohl belastungsabhängig als auch zeitlich Elektrode einerseits mit dem invertierenden Ein- wenig konstant.

gang(—) des Operationsverstärkers (17) und an- Es ist allgemein bekannt, daß der unerwünschte

dererseits über eine Diode (23) mit logarithmischer Einfluß von Nichtlinearitäten, Exemplarstreuungen Kennlinie und eine weitere Diode (24) zur Vor- 35 und Temperaturabhängigkeiten bei Verstärkerschalspannungserzeugung mit dem Bezugspotential tungen durch Gegenkopplung reduziert werden kann. (Masse) verbunden ist, wobei die weitere Diode Diese Erkenntnis führte zur Entwicklung von Opera-(24) über einen einstellbaren Widerstand (25) mit tionsverstärkern, deren Ausgangssignde infolge ihrer einem Ruhestrom (I₂) beaufschlagt ist, der groß sehr hohen Eigenverstärkung und einer extrem großen ist im Vergleich zu dem Ausgangsstrom (7_r) der 40 Gegenkopplung nur noch von der äußeren Beschal-Schaltungsstufe zur Speicherung und Delogarith- tung abhängt. Die Spannungs- und Temperaturabhänmierung, und daß ein Speicherkondensator (19) gigkeit derartiger Operationsverstärker ist vernachunmittelbar zwischen gate- und source-Eiektrode lässigbar gering. Hauptanwendungsgebiet von Operades Feldeffekttransistors geschaltet ist. tionsverstärkern sind Analogrechner. Er. sind jedoch

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- 45 auch Schaltungen für photographische Kameras oder durch gekennzeichnet, daß in der Schaltungsstufe Kopiergeräte bekanntgeworden, die sich die spezifizur Messung der Objekthelligkeit in Reihe mit sehen Vorteile der Operationsverstärker zunutze einer Diode (3) zur Logarithmierung eine Diode (4) machen (DT-AS 19 57 640, DT-OS 20 46 8 87).
geschaltet ist, die in ihren Kennwerten der ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nannten weiteren Diode (24) entspricht und die 50 Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gatebenso wie diese über einen Widerstand (1.) mit tung zu schaffen, deren Abhängigkeit von Temperaeinem Ruhestrom (L₁) beaufschlagt wird, der groß tür- und Speisespannungsschwankungen besonders ist im Vergleich zu dem von der Objektheilig- niedrig ist, insbesondere soll die Stabilität der Schalkeit (B) abhängigen Photostrom (/ _L). tungsstufe zur Speicherung und Delogarithmierung

55 gegen derartige Schwankungen verbessert werden, wobei ferner eine Möglich' Mt für den individuellen