DE2417856C3 - Schaltungsanordnung zur Messung der Helligkeit und der Entfernung eines Objekts - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Messung der Helligkeit und der Entfernung eines ObjektsInfo
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- G—PHYSICS
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung der Helligkeit und der Entfernung eines unter
anderem mit Infrarot-Wechsellicht beleuchteten Objekts.
In der US-PS 36 78 826 ist bereits eine Belichtungs-Meßschaitung
mit einem Fotoelement und einem mit diesem in Reihe geschalteten Fotowiderstand beschrieben,
dessen Ausgangssignale der Menge des auf ihn auffallenden Lichtes entsprechen. Diese Schaltung
erlaubt jedoch nur eine Helligkeitsmessung und keine Entfernungsmessung.
In der DE-OS 23 17 785 wird ferner eine Schaltungsanordnung
zur fotometrischen Darstellung von Lichtintensitätswerten vorgeschlagen, die einen Operationsverstärker
verwendet, zwischen dessen Eingangsklemmen ein Fotoelement geschaltet ist. Auch diese
Schaltung eignet sich nur zur Helligkeitsmessung.
Aus der DE-OS 21 26 178 ist eine Anordnung zur Entfernungseinstellung eines optischen Systems bekannt,
bei der zwei nebeneinanderliegende Fotoelemente über einen total reflektierenden Spiegel mit dem vom
Objekt reflektierten Licht bestrahlt werden. Der total reflektierende Spiegel ist mit der Aufnahmeoptik
gekoppelt. Liegt keine exakte Enlfernungseinstellung der Optik vor, wird das vom total reflektierenden
Spiegel empfangene Lichtbündel derart auf die beiden Fotoelemente geworfen, daß die auf diese Fotoelemente
auffallende Intensität des Lichts unterschiedlich groß ist und demzufolge die beiden Fotoelemente unterschiedliche
Ausgangssignale erzeugen. Die exakte Entfernungseinstellung des optischen Systems ist dann
erreicht, wenn der total reflektierende Spiegel so verstellt ist, daß die Intensität des auf die beiden
Fotoelemente auffallenden Lichts gleichmäßig ist und demzufolge die beiden Fotoelemente gleiche Ausgangssignale
erzeugen. Die Verstellung des total reflektieren- &>
den Spiegels ist mit der Bewegung des optischen Systems gekuppelt. Diese bekannte Anordnung ermöglicht
zwar eine Entfernungsmessung und eine Entfernungseinstellung des optischen Systems, jedoch kann
keine Belichtungsmessung ausgeführt werden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die
neben einer in einem großen Bereich linearen Anzeige der Objekthelligkeit auch eine Entfernungsmessung
ermöglicht
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs gelöst.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigen
F i g. 1 eine Serienschaltung eines Fotoelements mit einem Fotowiderstand,
Fig.2 die Fotostrom-Charakteristik der Schaltung
nach Fig. 1,
Fig.3 das Prinzipschaltbild der gesamten Schaltungsanordnung
zur Messung der Helligkeit und der Entfernung eines Objekts, und
F ig. 4 und 5 die praktische Anordnung der Fotoelemente und Fotowiderstände.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltung sind eine
Batterie 1, ein Fotoelement 2, das beispielsweise eine Fotodiode aus Silizium sein kann, ein Fotowiderstand 3,
der beispielsweise aus CdS oder CdSe bestehen kann, sowie ein Amperemeter 4 vorgesehen, das parallel zu
dem Fotowiderstand angeschlossen ist
Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Schaltung näher erläutert. Wenn eine bestimmte Lichtintensität
vorhanden ist, hat der Fotowiderstand 3 einen Widerstand, der der auffallenden Lichtintensität entspricht
während das Fotoelement 2 eine Spannung erzeugt, die der auffallenden Lichtintensität entspricht
Wenn die auffallende Lichtintensität Ei beträgt, ändert
sich der Stromwert des Amperemeters 4 linear mit der Lichtintensität wie durch den Kurventeil a-b in Fig. 2
dargestellt ist In Fig.2 ist der Fotostrom in Abhängigkeit von der Lichtintensität in einer doppelt
logarithmischen Darstellung eingetragen. Bei einer Lichtintensität E,a hat der Fotowiderstand 3 den
Widerstand Rp0. Wenn ein Widerstand mit diesem
Widerstandswert als Arbeitswiderstand des Fotoelements 2 angeschlossen ist, erreicht der Fotostrom eine
Sättigung oberhalb der Lichtintensität E,„ die durch die
Kurve 1 dargestellt ist, so daß die Ausgangscharakteristik nicht linear würde. Wenn jedoch die Lichtintensität
den Betrag Ei1 überschreitet, wird der Widerstand des
Fotowiderstands 3 entsprechend der auffallenden Lichtintensität verringert, so daß die Ausgangscharakteristik
nicht entsprechend der der Kurve 1, sondern entsprechend der Kurve 2 geändert wird. Deshalb
ergibt sich eine lineare Ausgangscharakteristik b-c. Wenn der Widerstand des Widerstands 3 im Bereich £>a
— £ja noch kleiner wird, ändert sich der Fotostrom
ebenfalls linear, wie durch die Kurve c-</dargestellt ist.
Obwohl Fig. 2 den Fall nicht zeigt, wenn die Lichtintensität größer als Ej1 ist, wird auch dann die
Ausgangscharakteristik aus dem oben genannten Grund nicht gesättigt, so daß sich ebenfalls ein linearer Verlauf
ergibt.
F i g. 3 zeigt ein Gesamtschaltbild der Anordnung zur Messung der Helligkeit und der Entfernung eines
Objektes mit Operationsverstärkern 68, 69. Die Fotoelemente 5,6 sind zwischen den invertierenden und
den nicht invertierenden Eingängen der Operationsverstärker 68, 69 angeschlossen, während die Fotowiderstände
7, 8 an die Rückkopplungsschaltung der Verstärker 68, 69 angeschlossen sind. Beispielsweise
finden Silizium-Fotodioden Verwendung, um das Infrarotlicht nachzuweisen, das von dem Objekt
reflektiert wird, während Fotowiderstände aus CdS benutzt werden, um die Objekthelligkeit nachzuweisen.
Das Ausgangssignal der Operationsverstärker wird in einen Ausgang 1, bei dem die Gleichstromkomponenten
durch Kondensatoren 11, 12 abgeblockt sind, und in einen Ausgang 2 unterteilt, welcher die Gleichstromkomponente
enthält, so daß eine Entfernungsinformation Ober den Ausgang 1 erhalten wird. Eine Information
über die Objekthelligkeit wird dagegen über den Ausgang 2 erhalten. Deshalb kann mit der Schaltungsanordnung
nach F i g. 3 eine automatische Entfernungseinstellung und eine automatische Belichtungssteuerung
etc. einer Kamera erfolgen.
Wie bereits in Verbindung mit F i g. 2 erläutert wurde, in der der Logarithmus des Fotostroms in Abhängigkeit
von dem Logarithmus der auffallenden Lichtintensität aufgetragen ist, wird bei der beschriebenen Schaltungsanordnung
der lineare Bereich wesentlich vergrößert, indem der Fotowiderstand als Arbeitswiderstand eines
Fotoelements Verwendung findet
F i g. 4a, 4b und 5 zeigen in schematischen Darstellungen
eine Optik, die in Verbindung mit der beschriebenen Schaltungsanordnung Anwendung Finden kann. F i g. 4a
zeigt die Anordnung der beiden Fotowiderstände in derselben Ebene, während F i g. 5 eine Anordnung zeigt,
bei der ein Strahlenteiler Verwendung findet und die Fotoelemente und Fotowiderstände rechtwinklig zueinander
versetzt sind.
In Fig.4a ist ein Linsensystem 67 vor den in Fig.4b
bezeichneten Fotoelementen 5, 6 und Fotowiderständen 7, 8 vorgesehen, die gegeneinander elektrisch
isoliert sind. Y ist ein Objekt und P ein Infrarotpunkt,
der von einem nicht dargestellten Projektor auf das Objekt projiziert wird. Y' ist eine Abbildung des
Objekts Y in der Ebene der Fotoelemente und der Fotowiderstände. P' ist eine Abbildung des Infrarotpunkts
P.
Wie aus der Vorderansicht in Fig.4b ersichtlich ist,
besteht der kreisförmige und in zwei Teile unterteilte zentrale Bereich aus den beiden Fotoelementen 5,6, die
von entsprechend unterteilten Fotowiderständen 7, 8 i'mgeben sind. Diese voneinander isolierten Bauelemenf
sind in einer solchen Größe vorgesehen, daß auf beide t . ausreichende Lichtmenge auffällt
Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Strahlenteiler BS zwischen dem Linsensystem 67
und den Fotoelementen 5,6 und den Fotowiderständen 7,8 angeordnet, um zwei entsprechende Strahlengänge
hervorzurufen. Die Abbildungen liegen in gleicher Entfernung zu dem Strahlenteiler BS.
Wenn von dem Objekt reflektiertes Licht auf die fotoelektronischen Bauelemente 5 bis 8 auffällt, tritt ein
Fotostrom zwischen den Ausgangsanschlüssen auf, welcher der auffallenden Lichtintensität entspricht.
Dieser Fotostrom ändert sich in Abhängigkeit von der Lichtintensität, wie in F i g. 2 dargestellt ist. Das auf das
Objekt projizierte Infrarotlicht wird von diesem reflektiert und gelangt durch das Linsensystem 67 in
F i g. 4a auf die fotoelektronischen Bauelemente 5 bis 8. Da die Fotowiderstände 7, 8 nicht auf Infrarotlicht
ansprechen, wird dessen Intensität durch die Fotoelemente 5, 6 nachgewiesen. Deshalb entspricht die
Stromstärke zwischen den Ausgangsanschlüssen der Menge des sichtbaren Lichts und der Menge des
Infrarotlichts. Dieser Strom gelangt durch die Kondensatoren 11, 12 zum Abblocken der Gleichstromkomponenten
hindurch.
Wenn das einzustellende Linsensystem nicht fokussiert ist, so ist die intensität des auf die Fotoelemente 5,
6 auffallenden Infrarotlichts, wie aus der DT-OS 21 26 178 ersichtlich ist, unterschiedlich.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Schaltungsanordnung zur Messung der Helligkeit und der Entfernung eines unter anderem mit Infrarot-WechselHcht beleuchteten Objekts, gekennzeichnet durch zwei auf sichtbares und Infrarotlicht ansprechende Fotoelemente (5 bzw. 6), deren lichtempfindliche Oberflächen aneinander angrenzende Teilbereiche einer Bildebene des Objekts einnehmen, zwei jeweils durch einen nur auf sichtbares Licht ansprechenden Fotowiderstand (7 bzw. 8) rückgekoppelte Operationsverstärker (68 bzw. 69), zwischen deren Eingangsklemmen jeweils eines der Fotoelemente (5 bzw. 6) angeschlossen ist und deren Ausgänge über Kondensatoren (U, 12) an ein erstes Ausgangsklemmenpaar (1) gelegt sind, an dem ein die Entfernung repräsentierendes Signal abgreifbar ist, sowie direkt an ein zweites Ausgangsklenimenpaar (2), an dem ein die Objekthelligkeit repräsentierendes Signal abgreifbar ist.<5
Applications Claiming Priority (1)
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JP4099973A JPS49129582A (de) | 1973-04-11 | 1973-04-11 |
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1974
- 1974-04-11 DE DE19742417856 patent/DE2417856C3/de not_active Expired
Also Published As
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