DE2504590A1 - Opto-elektrische wandlerstufe fuer belichtungsmess- und/oder -steueranordnungen - Google Patents

Description

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HELMUTSCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-INC.

Asahi Kogaku Kogyo K. K. y-as-178

4. 2. 1975

Opto-elektrische Wandlerstufe für Belichtungsmeß- und/oder

Die Erfindung betrifft eine opto-elektrische Wandlerstufe für Belichtungsmeß- und/oder -Steueranordnungen in photographischeh Kameras mit einem photoelektronischen Halbleiterbauelement zur Messung der¹ Objekthelligkeit, ferner mit einem hochohmigen Pufferverstärker zur Impedanzwandlung der opto-elektrisch umgewandelten Signalspannung,Üblicherweise werden in derartigen opto-elektrischen Wandlerstufen photoelektronische Bauelemente verwendet, die als passive Zweipole wirken. Wenn sie an eine konstante Speisespannung angeschaltet sind, ändert sich ihr Widerstand in Abhängigkeit von der auf ihrer wirksamen Oberfläche herrschenden Beleuchtungsstärke. Die die Objekthelligkeit kennzeichnende Signalspannung wird als Spannungsabfall an einem Widerstand abgegriffen, der mit dem photoelektronischen Bauelement in Reihe geschaltet ist. Selbstverständlich können in diesem Stromzweig an Stelle eines einzigen auch mehrere photoelektronische Bauelemente verwendet werden, die zueinander parallel oder miteinander in Reihe geschaltet sind. Es kann auch ein photoelektronisches Bauelement mit einem ohmschen Widerstand geeigneter Größe parallelgeschaltet sein«

Opto-elektrische Wandlerstufen dLeser Art benötigen also eine Spannungsquelle zur Erzeugung einer die Objekthelligkeit kenn-

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D-707 SCHWÄBISCH CMOND GEMEINSAME KONTEN: D-8 MÜNCHEN Telefon: (07171) 56 90 DeutsAe Bank München 70/37369 (BLZ 700 700 10) Telefon: (0 89) 77 89 H. SCHROETER Telegramme: SArwn« Schwübis* Gmünd 02/00 535 (BLZ 613 700 86) K.LEHMANN Telegramme: SAroepe Boduga»e49 Telex: 7248868 pagdd Pwtsdieckkonto MünAen 167941-804 Upawskyun&c 10 Telex: 5212248 p«we d

zeichnenden Signaispannung. Infolge des Leistungsverbräuchs in dem oder den Widerständen des Meßstromkreises wird der Wirkungsgrad der opto-elektronischen Umwandlung verschlechtert» Es ist dementsprechend vergleichsweise schwierige sehr niedrige Helligkeitswerte zu messen. Außerdem kann die Genauigkeit derjenigen Schaltungsstufe, in der die einzelnen Belichtungsparameter miteinander verknüpft werden oder der Zeitgeberstufe zur Steuerung der Öffnungszeit des Kameraverschlusses beeinträchtigt werden, da die der Objekthelligkeit entsprechende Signalspannung von der Größe der Speisespannung abhängt und damit schwankt, wenn diese sich ändert .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine opto-elektrische Wandlerstufe zu schaffen, die sich zur Messung eines sehr großen Helligkeitsbereiches eignet und die insbesondere im Gebiet sehr niedriger Objekthelligkeit zuverlässig arbeitet. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Das photoelektronische Halbleiterbauelement zur Messung der Objekthelligkeit arbeitet also als aktives Schaltelement. Es kann beispielsweise von einer Photodiode gebildet.sein, die bekanntlich als Photoelemente wirken, wenn sie nicht durch eine Gleichspannung in Sperrichtung vorgespannt sind. Da die Leerlaufspannung des Photoelementes voraussetzungsgemäß dem Logarithmus der Objekthelligkeit proportional ist, kann sie gemäß einer Weiterbildung der Erfindung im Steuerkreis des hochohmigen Pufferverstärkers unmittelbar mit einer Vorspannung überlagert werden, die der Differenz zweier Teilspannungen entspricht, welche dem Logarithmus der Filmempfindlichkeit bzw. der Objekthelligkeit proportional sind. Die Ausgangsspannung des Pufferverstärkers entspricht dann der Differenz bzw, Summe von Teilspannungen, die je für sich einen der die Belichtungszeit bestimmenden Belichtungsparameter in logarithmischem Maßstab kennzeichnen. Eine solche Summen-bzw,

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Differenzspannung ist direkt dem sogenannten APEX-Wert der Belichtungszeit proportional und kann daher zur Belichtungszeitsteuerung dienen, nachdem sie durch einen Delogarithmiervorgang in eine entsprechende Exponentialfunktion umgewandelt worden ist.

Im folgenden sei die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Fig. 1 zeigt die Schaltung einer photoelektrischen Wandlerstufe, die Bestandteil einer Schaltungsanordnung zur automatischen Belichtungssteuerung in einer einäugigen Spiegelreflexkamera ist,

Fig. 2 zeigt die opto-elektrische Umwandlungskennlinie der in der Schaltung nach Fig. 1 verwendeten Photodiode zur Messung der Objekthelligkeit.

Das in der Schaltung nach Fig. 1 zur Messung der Objekthelligkeit verwendete photoelektronische Halbleiterbauelement ist eine Photodiode 1, deren Anode mit der Ausgangski emme einer aus zwei veränderbaren Widerständen 2 und 3 bestehenden Verknüpfungsschaltung verbunden ist. Die beiden veränderbaren Widerstände 2 und 3 dienen zur Berücksichtigung der vorgewählten Arbeitsblende und der Filmempfindlichkeit. Sie sind vorzugsweise mechanisch mit den betreffenden kameraseitigen Einstellorganen gekuppelt.Die Kathode der Photodiode 1 ist über einen im Ruhezustand geschlossenen Speicherschalter 5 mit der gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors 4 verbunden. Die beiden veränderbaren Widerstände 2 und 3 sind zueinander parallel geschaltet.Sie sind als Potentiometer ausgebildet. Eine Batterie 6 zur Speisung der Verknüpfungsschaltung ist mit den beiden Endpunkten der veränderbaren Widerstände 2 und 3 verbunden. Die von dem Schleifer des veränderbaren Widerstands 2 gebildete Ausgangsklemme ist mit der genannten Photodiode verbunden. Der Schleifer des veränderbaren Widerstands 3 steht mit dem Massepotential in Verbindung, das von dem ne-

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gativen Pol einer Speisespannungsquelle 7 gebildet wird. Die gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 4 ist über eine aus einem Speicherkondensator 8 und einem Schalter 9 bestehende Reihenschaltung mit dem Massepotential verbunden. Der Schalter 9 steht in Betätigungszusammenhang mit dem Auslösemechanismus des Kameraverschluss es und wird synchron mit dem öffnen des Filmfensters aufgetrennt. Der Verbindungspunkt zwischen dem Speicherkondensator 8 und dem Schalter 9 ist mit einer Delogarithmierschaltung verbunden. Diese Delogarithmierschaltung besteht aus der Parallelschaltung einer Diode 10 mit logarithmischer Kennlinie und eines Kondensators 11. Die andere Anschlußklemme der Delogarith-

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mierschaltung über eine eine Spannungsstabilisierungsschaltung 12 mit dem positiven Pol der Speisebatterie 7 verbunden.

Die drain- und source-Elektrode des Feldeffekttransistors 4 sind mit dem Kollektor bzw. der Basis eines Transistors 13 verbunden. In den EmitterStromkreis dieses Transistors 13 ist ein Strommesser 15 eingefügt, der mit. einem veränderbaren Widerstand 14 zur Einstellung der Filmempfindlichkeit in Reihe geschaltet ist. Der Strommesser 15 dient als Anzeigevorrichtung. Der Emitter des Transistors 13 steht ferner mit einer elektromagnetischen Vorrichtung 16 in Verbindung, die in bekannter Weise über eine Trigger-Stufe ansteuerbar ist und die ihrerseits das zweite Verschlußglied (z.B. den zweiten Vorhang eines Schlitzverschlusses) steuert, durch dessen Ablauf die Belichtungszeit beendet wird.

Fig. 2 zeigt die Kennlinie der Photodiode 1. Auf der Ordinatenachse ist die Leerlaufspannung aufgetragen. Auf der Abszissenachse ist - in logarithmischem Maßstab - die auf der wirksamen Oberfläche herrschende Beleuchtungsstärke aufgetragen. Die Photodiode 1 ist von handelsüblicher Art. Es kann sich beispielsweise um eine OMRON EE-D-Photodiode handeln.

Im folgenden sei die Wirkungsweise der als Ausführungsbei-

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spiel der Erfindung dienenden opto-elektrischen Wandlerstufe erläutert: Zunächst werden die veränderbaren Widerstände 2 und 3 entsprechend dem Wert der vorgewählten Arbeitsblende bzw. der Filmempfindlichkeit eingestellt, so daß diese Belichtungsparameter durch die Schleiferstellungen bzw. die entsprechenden Teilspannungen gekennzeichnet sind. An dem Schleifer des veränderbaren Widerstandes 2, der gleichzeitig die Ausgangskiemme der Verknüpfungsschaltung darstellt, tritt als Ausgangsspannung die Differenz der beiden Teilspannungen auf. Diese Ausgangsspannung liegt an der Photodiode 1 an. Wenn die wirksame Oberfläche der Photodiode 1 den Objektstrahlen ausgesetzt ist, erzeugt sie an ihren beiden Ausgangsklemmen eine Signalspannung, die gemäß der in Fig. 2 gezeigten graphischen Darstellung von der Objekthelligkeit abhängt. Falls sowohl der Speicherschalter 5 als auch der mit dem Verschlußmechanismus gekuppelte Schalter 9 geschlossen.sind, wird der Speicherkondensator 8 durch die an der Kathode der Photodiode 1 auftretende Spannung aufgeladen. Wegen des sehr hochohmi- ■-,.-_ gen Eingangswiderstandes im Steuerstromkreis des Feldeffekttransistors 4 wird der Speicherkondensator 8 auf eine Spannung aufgeladen, die der Summe der Ausgangsspannung der aus den beiden veränderbaren Widerständen 2 und 3 bestehenden Verknüpfungsschalter und der Leerlaufspannung der Photodiode 1 entspricht. ,

Die Leerlaufspannung der Photodiode 1 ist wegen des pn-Überganges dem Logarithmus der auf ihrer wirksamen Oberfläche herrschenden Beleuchtungsstärke proportional. Die Ladespannung für den Speicherkondensätor 8 besteht des-

der
halb aus arithmetischen Summe dieser dem Logarithmus der Objekthelligkeit proportionalen Spannung und der Ausgangsspannung der aus den beiden veränderbaren Widerständen 2 und 3 bestehenden Verknüpfungsschaltung. Bei der Betätigung des Verschlußauslösers wird der Speicherschalter. 5 vor der Unterbrechung des zu der Photodiode 1 führenden bildseitigen Strahlenganges aufgetrennt. Ferner wird der Schalter 9 synchron mit dem öffnen des Kameraverschlusses

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geöffnet. Das öffnen des Schalters 9 hat zur Folge, daß der in der Delogarithmierstufe vorgesehene Kondensator 11, der über die Spannungsstabilisierungsschaltung 12 auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen war, sich über die Diode 10 entlädt. Dieser Entladung entspricht ein zeitlicher Anstieg des Potentials an den Anschlußklemmen des Speicherkondensators 8. Diese Potentialänderung wird über den aus dem Feldeffekttransistor 4 und dem Transistor 13 bestehenden Pufferverstärker zu der in dem Schaltungsblock 16 enthaltenen Trigger-Stufe weitergegeben. Sobald die Potentialänderung den Trigger-Pegel der Trigger-Stufe erreicht, wird der in dem Schaltungsblock 16 enthaltene Elektromagnet stromlos. Dadurch wird das zweite Verschlußglied des Kameraverschlusses, das durch den Elektromagneten arretiert war, ausgelöst und die Belichtungszeit beendet.

Vor der Verschlußauslösung, d.h. solange wie der Speicherschalter 5 geschlossen ist, kann die Ladespannung des Speicherkondensators 8, die das Ergebnis der Verknüpfung der Belichtungsparameter darstellt, auf dem Anzeigeinstrument 15, das über den genannten Pufferverstärker mit dem Speicherkondensator 8 verbunden ist, abgelesen werden. Falls die Anordnung ausschließlich als Belichtungsmesser dienen soll, können der Speicherkondensator 8, die aus den Elementen 10 und 11 bestehende Delogarithmis*stufe sowie die Schaltungsstufe 16 zur Steuerung des KameraverSchlusses entfallen.

Das bei der erfindungsgemäßen opto-elektrischen Wandlerstufe verwendete photoelektronische Bauelement zur Messung der Objekthelligkeit ist - wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht - ein aktives Photoelement. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Leerlaufspannung dieses Photoelementes die die Objekthelligkeit kennzeichende Signalspannung bildet. Sobald die Schaltung während einer Helligkeitsmessung eingeschwungen ist, wobei dieser Einschwingvorgang im wesentlichen durch den Speicherkondensator bestimmt wird, ist das Photoelement unbelastet, d.h. es braucht weder elek-

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trische Energie abzugeben, noch nimmt es solche auf. Dies erlaubt Lichtmessungen mit Umwandlungsschaltungen von sehr hohem Wirkungsgrad und bei außerordentlich niedriger Beleuchtungsstärke.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete opto-elektrische Wandlerstufe besitzt daher eine hohe Ansprechempfindlichkeit sowie eine über einen sehr hohen Helligkeitsbereich linear verlaufende Umwandlungskennlinie. Sie eignet sich deshalb insbesondere in Verbindung mit elektrischen KameraverSchlüssen für Hochgeschwindigkeitsphotographie, Mikrophotographie und Telephotographie.

Wenn die Photodiode mit umgekehrter Polung in den Steuerkreis des Pufferverstärkers eingefügt ist, arbeitet die Schaltung ebenfalls als opto-elektrische Wandlerstufe,man erhält jedoch nicht die gleiche hohe Genauigkeit wie bei der dargestellten Polarität.

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Claims (3)

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   .J Opto-elektrische Wandlerstufe für Belichtungsmeß- und/oder -Steueranordnungen in photographischen Kameras mit einem photoelektronischen Halbleiterbauelement zur Messung der Objekthelligkeit, ferner mit einem hochohmigen Pufferverstärker zur Impedanzwandlung der opto-elektrisch umgewandelten Signalspannung, dadurch gekennzeichnet, daß das photoelektronische Halbleiterbauelement (1) ein aktives Photoelement ist, dessen Leerlaufspannung (Uq) sich in Abhängigkeit von der auf seiner wirksamen Oberfläche herrschenden Beleuchtungsstärke (B) in logarithmischem Maßstab ändert (Fig. 2), und das mit beliebiger Polarität unmittelbar in den Steuerstromkreis des genannten Pufferverstärkers (4, 13) mit hochohmigem Eingang eingefügt ist, so daß die helligkeitsabhängige Komponente der Ausgangsinformation der opto-elektronischen Wandlerstufe der Leerlaufspannung des photoelektronischen Halbleiterbauelementes entspricht und damit dem Logarithmus der Objekthelligkeit proportional ist.
2. 2. Wandlerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leerlaufspannung (U_Q) des photoelektronischen Halbleiterbauelementes (1) im Steuerstromkreis des hochohmigen Pufferverstärkers (4, 13) eine Vorspannung überlagert ist, die der Differenz zweier Teilspannungen entspricht, die den Logarithmen der Filmempfindlichkeit bzw. der vorgewählten Arbeitsblende proportional sind.
3. 3. Wandlerstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannung mittels zweier, vorzugsweise mit den entsprechenden kameraseitigen Einstellorganen mechanisch gekuppelter, Potentiometer (2, 3) erzeugt werden, die eine von einer von den übrigen elektrischen Potentialen der Schaltung galvanisch unabhän-

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   gigen Spannungsquelle (6) gespeiste Brückenschaltung bilden und zwischen deren Schleiferkontakten die Differenzspannung abgegriffen wird.

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   ■Ό .

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