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Belichtungssteuersystem Die Erfindung betrifft ein Belichtungssteuersystem
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Für die Entwicklung genauerer und verläßlicherer -Belichtungssteuersysteme
für photographische Kameras wurde bisher ein erheblicher Forschungsaufwand betrieben.
In neuester Zeit wurden elektronische Schaltvorrichtungen in einem breiteren Umfange
bei Belichtungssteuersystemen von Kameras verwendet. Auf der anderen Seite wurden
erhebliche Fortschritte im Bereiche der digitalen Steuertechnik im Falle einer Anwendung
auf elektronische Tischrechner erzielt, welche mit der Entwicklung von Fabrikationstechniken
für Festkörperschaltunqen wie integrierten Schaltungen und LSI-Schaltungen möglich
wurden. Dies gestattete den Einbau einer großen Zahl von digitalen Steuerschaltungen
in einem kleinen Bereich und auf kleinem Raum. Diese digitalen Techniken können
für den Bau von Belichtungssteuersystemen verwendet werden, um einen Bau von leichten
Hochleistungskameras zu ermöglichen, die einen
Digitalrechneraufbau
haben. In diesem Falle sollte jedoch die Möglichkeit zur Umwandlung von analoger
Information in die entsprechende digitale Information in dem Belichtungssteuersystem
durchgeführt werden, da ein großer Anteil der verschiedenen Eingangs- und Ausgangssteuerbereiche
in der Kamera auf die Verarbeitung analoger Informationen ausgerichtet sind, auch
wenn die Verwendung von Festkörperschaltungsvorrichtungen in den Belichtungssteuersystem
insofern bevorzugt ist, als es sich um die Konstruktion von Hochleistungskameras
handelt.
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Verschiedene Bauarten von Analog-Digital-Umwandlern (welche im folgenden
abgekürzt als A-D-Umwandler bezeichnet werden) wurden bisher vorgeschlagen, welche
sich alle für eine A-D-Umwandlung mit großer Leistungsfähigkeit und hoher Geschwindigkeit
eigneten. Die herkömmlichen A-D-Umwandler sind jedoch zu groß und zu teuer, als
daß man sie in Kameras einbauen könnte, bei denen eine Beschränkung sowohl hinsichtlich
des zur Verfügung stehenden Raumes, als auch hinsichtlich der Kosten besteht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Belichtungssteuersystem mit einem A-D-Umwandler zu schaffen, dessen tatsächliche
Größe derart minimiert ist, daß er in eine Kamera eingebaut werden kann, wobei er
gleichzeitig in der Lage sein soll, die Analog-Digital-Umwandlung mit einer hohen
Genauigkeit und mit einer großen Geschwindigkeit durchzuführen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.
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Mit der Erfindung wird somit ein A-D-Umwandler geschaffen, der bezüglich
seiner Größe einen Einbau in eine Kamera ermöglicht und der trotzdem die Analog-Digital-Umwandlung
mit einer großen Genauigkeit und einer hohen Geschwindigkeit durchführt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Belichtungssteuersystem
von einer Bauart geschaffen, bei der die Information, welche die Objekthelligkeit
des zu fotografierenden Gegenstands wiedergibt, mittels eines Analogrechners ermittelt'und
in eine digitale Information umgeformt wird, welche dazu dient, einen Belichtungswert
für diese Objekthelligkeit zu erhalten.
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Das A-D-Umwandlersystem ist hierbei dadurch gekennzeichnet, daß
die
folgenden Bauelemente in Kombination Verwendung finden: Ein Diital-Analog-Umwandler
(der im folgenden als D-A-Umwandler bezeichnet wird) für die Umwandlung eines digitalen
Eingangssignals in ein analoges Ausgangssignal; ein reversibles Zählwerk, dessen
einer Ausgansanschluß mit dem Eingangsanschluß des D-A-Umwandlers verbunden ist;
und eine Spannungskomparatorschaltung, welche ein paar von Eingangsanschlüssen aufweist,
welche mit entsprechenden Ausgangsanschlüssen des Analogrechners und des D-A-Umwandlers
verbunden sind, und der des weiteren ein paar von Ausgangsanschlüssen aufweist,
welche mit entsprechenden Gattern verbunden sind, wobei das Öffnen der jeweiligen
Gatter davon abhängt, welche der Eingangsspannungen der Komparatorschaltung höher
ist. Des weiteren ist ein Taktgeber vorgesehen, der über die Gatter mit den beiden
Eingangsanschlüssen des Zählwerks verbunden ist, um die Anzahl der durch die beiden
Gatter hindurchgelassenen Taktschritte derart zu zählen, daß die durch das eine
Gatter einkommenden Taktschritte in dem Zählwerk addiert werden, während die über
das andere Gatter einkommenden Taktschritte subtrahiert werden. Im Ansprechen auf
einen eintretenden Taktimpuls erzeugt der Zähler ein Ausgangssignal an dem mit dem
D-A-Umwandler verbundenen Ausgangsanschluß, welches bewirkt, daß das Ausgangsspannungsniveau
des D-A-Umwandlers um einen Schritt ab- oder zunimmt. Wenn die Spannungen von dem
Analogrechner und dem D-A-Umwandler in der Komparatorschaltung abgeglichen sind,
liefert das reversible Zählwerk ein digitales Signal, das für die Steuerung der
Verschlußzeit in der Kamera verwendet wird.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit darin zU sehen, daß
ein Belichtungssteuersystem geschaffen wird, welches zur Steuerung der Belichtungszeit
einer Kamera dient und mit einem A-D-Umwandler-Bestandteil versehen ist, auf welches
sich die Erfindung bezieht. Im Ansprechen auf die in Form einer Spannung vorliegende
Information, welche dem Logarithmus der photoelektrisch
ermittelten
Objekthelligkeit direkt proportional ist, schafft das A-D-Umwandlungssystem ein
digitales Signal, das zur Berechnung und zur Einstellung des Belichtungsintervalles
für die Objekthelligkeit verwendet werden kann.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich.
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Fig. l-zeigt in schematischer Darstellung ein elektrisches Schaltbild
des erfindungsgemäß mit einem A-D-Umwandlungssystem versehenen Belichtungssteuersystems
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung verschiedener Wellenformen des D-A-Umwandlungssystems
von Fig. 1 zur Erläuterung des grundsätzlichen Betriebes von dem A-D-Umwandlungssystem.
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Eine Ausführungsform des Belichtungssteuersystems, welches einen
erfindungsgemäßen A-D-Umwandlungsbereich aufweist und sich für die Verwendung in
einer einäugigen Spiegelreflexkamera eignet, bei der die Lichtmessung durch das
Objektiv erfolgt, ist in Fig. 1 dargestellt. Das von dem zu photographierenden Objekt
kommende Licht tritt durch ein Objektiv 1 hindurch. Es fällt nach einer Reflexion
an einem Spiegel 2 auf einen Sensor 3, welcher eine ausreichend schnelle Ansprechzeit
aufweist, wie beispielsweise auf ein blauempfindliches Si-Photoelement (silicon
blue cell). Die hierdurch erzeugte Spannung ist der Objekthelligkeit direkt proportional.
Der Sensor 3 ist zwischen den Eingangsanschlüssen eines Rechenverstärkers 4 geschaltet.
Zwischen dem Rückkopplungseingang und dem Ausgang des Rechenverstärkers 4 ist eine
logarithmische Rückkopplungsdiode 5 geschaltet. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers
4 ist über einen Widerstand 6 geerdet. Ein von dem aus den Bauelementen 4 und 5
gebildeten logarithmischen Umformer erzeugtes Ausgangssignal wird einem Spannungskomparator
7 zugeführt. Der Spannungskomparator 7 enthält ein Paar von Eingangsanschlüssen
a und b sowie ein Paar von Ausgangsanschlüssen
c und c. Der Komparator
7 ist so konstruiert, daß im Falle einer positiven bzw. einer negativen Differenz
zwischen den Niveaus der Eingangsspannungen zu dem Niveau der Eingangsspaflnung
an dem Anschluß b das Ausgangssignal an dem Ausgangsanschluß c bzw. c erscheint.
Das Ausgangssignal an dem Anschluß c oder c öffnet ein Gatter 8 oder 9, welches
die Taktschritte eines Taktgebers 10 an die mit den Symbolen (+ oder -) bezeichneten
Eingangsanschlüsse des reversiblen Zählwerks 11 leit=a, Mit einem der Ausgangsanschlüsse
des reversiblen Zählwerks 11 ist ein Eingangsanschluß des D-A-Umwandlers 12 verbunden,
der auf ein digitales Eingangssignal von dem Zählwerk 11 anspricht, um ein analoges
Ausgangssignal zu liefern, das zu dem Eingangsanschluß b des Spannungskomparators
rückgekoppelt wird. Ein digitales Ausgangssignal an dem anderen Ausgangsanschluß
des reversiblen Zählwerks 11 wird einem mit CC bezeichneten Abschnitt des Systems
zugeführt, welcher den Zeitabschnitt steuert, in dem ein Kameraverschlußsteuermechanismus
betätigt wird. Der Systemabschnitt CC enthält ein Gatter GC. Ein Eingangsanschluß
des Gatters GC1 ist mit dem Ausgangsanschluß des reversiblen Zählwerks 11 verbunden.
Der andere Eingangsanschluß des Gatters GC1 ist mit einer Signalquelle verbunden,
die dazu dient, ein Signal zu liefern, wenn der Abieich der Eingangsspannungsniveaus
in dem Komparator 7 bewirkt ist. Der Abschnitt CC des Systems enthält des weiteren
ein Speicherzählwerk M mit drei Ziffern Mg, M1, M2 und M3 welchesmit dem Gatter
GG1 verbunden ist, so daß nach einem Öffnen des Gatters die digitalen Ausgangssignale
des reversiblen Zählwerks 11 gespeichert werden. Des weiteren enthält der Abschnitt
CC ein Anzeigegerät D für die Wiedergbe der in dem Speicherzählwerk M gespeicherten
digitalen Information, sowie einen Taktgeber O zur Erzeugung von Taktschritten mit
einer Bezugsfrequenzl der mittels eines Startschalters SW mit einer Verschlußzeitzählerschaltung
SC verbunden ist, welche dazu dient, die Zahl der von dem Taktgeber 0 kommenden
Impulse zu zählen. Weitere Bauelemente des Abschnittes CC sind eine Matrixschaltung
MT,
die mit der Verschlußzeitzählerschaltung SC verbunden ist und dazu dient1 die von
der Zählerschaltung SC kommenden Eingangssignale in digitale Ausgangssignale umzuwandeln,
eine Koinzedenz - Triggerschaltung A, die zwischen der Matrixschaltung MT und dem
Speicherzählwerk M geschaltet ist und dazu dient, die von der Schaltung MT und dem
Zähler M kommenden Ausgangssignale auf eine Koinzedenz zu überprüfen und ein entsprechendes
Ausgangssignal zu liefern, sowie ein Gatter GC2, das von den UND-Ausgangssignalen
der Koinzedenzermittlungsschaltung A geöffnet wird und der vorgenannten Signalquelle,
sowie schließlich eine Verschlußbetätigungsschaltung MC für die Betätigung des Kameraverschlußmechanismus
im Ansprechen auf das von dem Gatter GC2 kommenden Ausgangssignal.
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Der grundsätzliche Betrieb des in Fig. 1 dargestellten A-D-Umwandlungssystems
läßt sich am besten unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschreiben. In Fig. 2 stellt dn
Kurve A ein Bespiel einer zeitlichen Änderung der Spannung dar die an dem Ausgangsanschluß
des Verstärkers 4 anliegt. Die Kurve B hat einen treppenförmigen Verlauf. Sie stellt
die Ausgangssignale des D-A-Umwandlers 12 dar, welche von den in den Kurven C und
C' dargestellten Impulsen gesteuert sind.
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Im folgenden soll der Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Belichtungssteuersystems
betrachtet werden. Wenn die Kamera auf das zu fotografierende Objekt gerichtet ist,
tritt das von dem Objekt kommende Licht durch das Objektiv 1 hindurch. Das Licht
wird an dem Spiegel 2 reflektiert und fällt anschließend auf den Sensor 3 auf. Hierdurch
wird ein photoelektrisches Signal erzeugt, das zwischen die beiden Eingangsanschlüsse
des logarithmischen Umformers 4 und 5 angelegt wird, in welchem das Niveau des photoelektrischen
Signals logarithmisch komprimiert wird, so daß parallel zu dem Widerstand 6 ein
Ausgangssignal entsteht, das dem Logarithmus der photoelektrisch gemessenen Objekthelligkeit
proportional ist. Die Ausgangs spannung Vi wird an den Eingangsanschluß a des Komparators
7 angelegt, in welchem der Wert
der Ausgangs spannung Vi mit dem
Wert einer Ausgangsspannung Vd des D-A-Umwandlers 12 verglichen wird, welche an
den anderen Eingangsanschluß des Komparators 7 angelegt ist. Wenn zu dem Zeitpunkt
t1 die Ausgangsspannung Vi größer ist als die Ausgangsspannung Vdw erscheint das
Ausgangssignal des Komparators 7 an dem Anschluß c, so daß das Gatter 9 geöffnet
wird und einlEmpuls von dem Taktgeber 10 zu dem Anschluß (+) des reversiblen Zählwerks
11 leitet. Dieser Im puls wird zur Gesamtzahl der Impulse in dem Zählwerk 11 addiert.
Nach dem Eintreffen des Impulses an dem Anschluß (+) erzeugt das Zählwerk 11 ein
digitales Ausgangssignal, welches bewirkt, daß der Wert der Ausgangsspannung Vd
des D-A-Umwandlers 12 um einen Schritt anwächst, wie dies in Fig. 2 mit der Kurve
B dargestellt ist. Es sei angenommen, daß die Ausgangsspannung Vi sich zeitlich
entsprechend der Kurve A ändert. Die Ausgangs spannung Vd bleibt damit von dem Zeitpunkt
tl bis zu dem Zeitpunkt t5 kliner als die Spannungen Vi, so daß die Impulse aufeinanderfolgend
zu dem Anschluß (+) geleitet werden, wie dies von der Kurve C wiedergegeben wird,
sodaß ein stufenweises Anwachsen in der Spannung Vd erfolgt. An dem darauffolgenden
nächsten Zeitpunkt t6 ergibt sich die umgekehrte Situation, da Vi< Vd ist. Dies
bewirkt, daß das Ausgangssignal des Komparators 7 in diesem Falle an dem Anschluß
c erscheint. Hierdurch wird das Gatter 9 geschlossen und das Gatter 8 geöffnet,
so daß ein Impuls des Taktgebers 10 an den Anschluß (-) des Zählwerks 11 gelangt.
Dieser Impuls wird von dem Zählwerk 11 subtrahiert, so daß das Ausgangssignal des
D-A-Umwandlers 12 um einen Schritt erniedrigt wird. Zu dem Zeitpunkt t7 ist die
Spannung Vi größer als die Spannung Vd, so daß abermals ein Impuls an den Anschluß
c angelegt wird, was zu einer Zunahme der Spannung Vd des D-A-Umwandlers 12 um einen
Schritt führt. Insgesamt wird somit die zeitliche Änderung des analogen Spannungsniveaus
Vi, welches dem Logarithmus der Objekthelligkeit direkt proportional ist, durch
die schrittweise Änderung der Ausgangsspannung des D-A-Umwandlers 12 simuliert.
Man
erkennt somit, daß das A-D-Umwandlungssystem der vorliegenden
Erfindung eine analoge Information in eine digitale Information mit einer hohen
Genauigkeit und einer großen Geschwindigkeit umformen kann.
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Wenn die Werte der Ausgangsspannungen des logarithmischen Umformers
4 und 5 und des D-A-Umwandlers 12 abgeglichen werden zwecks Vervollständigung der
Umformung des analog ermittelten Niveaus der Objekthelligkeit in ein digitales Signalniveau,
wird ein Belichtungsstartsignal an das Gatter GC1 angelegt, welches das digitale
Ausgangs signal des Zählwerks 11 der Speicherzähl werkschaltung M zuführt. Sobald
die Speicherung des digitalen Ausgangssignals in der Speicherzählwerkschaltung M
beendet ist, was gleichzeitig von der Anzeigevorrichtung D wiedergegeben wird, erfolgt
ein Nachobenverschwenken des Spiegels 2 und der vordere Verschlußüorhang wird augenblicklich
in seine Offenstellung gebracht, so daß die Belichtung auf einem photographischen
Film begonnen wird. Gleichzeitig gelangt eine Reihe von Taktschritten einer Bezugsfrequenz
von dem Taktgeber O über den geschlossenen Schalter SW zu der Verschlußzeitzählerschaltung
SC. Wenn die Zählerschaltung SC die Impulse in dieser Reihe zu zählen beginnt, wird
das Ausgangssignal der Zählerschaltung SC von der Matrixschaltung MT in ein digitales
Ausgangs signal umgewandelt und zu der Koinzedenz - Detektorschaltung A geleitet.
Wenn das Niveau des digitalen Ausgangssignals von der Matrixschaltung MT das Niveau-
des digitalen Ausgangssignals erreicht hat, welches in der Speicherzählwerkschaltung
M gespeichert ist, erzeugt die Koinzedenz - Detektorschaltung A einen Impuls, welcher
das Gatter GC2 öffnet. Dies setzt die Verschlußantriebsschaltung MC in Betrieb,
so daß das Intervall, welches die Belichtungsdauer festlegt, beendet wird. Die für
die digitale Bestimmung des photoelektrisch ermittelten Niveaus der Objekthelligkeit
notwendige Zeitdauer hängt von der Frequenz der verwendeten Taktschritte ab.
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Wenn ein Taktgeber gewählt wird, der Taktschritte mit einem Impulsintervall
von einigen Millisekunden erzeugt, erhält man eine
hohe Arbeitsgeschwindigkeit
für das erfindungsgemäße A-D-Umwandlungssystem. Darüberhinaus steuert das mit dem
A-D-Umwandlungssystem versehen Belichtungszeitsteuersystem digital das Belichtungsintervall,
so daß sich eine bemerkenswerte Verbesserung der Belichtungszeitsteuerung ergibt.
Ein zusätzlicher auf der vereinfachten Konstruktion des A-D-Umwandlungssystems beruhender
Vorteil beruht in der Möglichkeit, das Belichtungszeitsteuersystem erheblich zu
vereinfachen.