DE2539032B2 - Elektronische blitzlichtvorrichtung mit piezoelektrischer zuendung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektronische Blitzlichtvorrichtung, deren Blitzröhre mittels eines piezoelektrischen Kristalls zündbar ist, der für die Abgabe piezoelektrischer Energie mit zwei Kontaktstücken der Blitzlichtvorrichtung gekoppelt ist, von denen das eine Kontaktstück unmittelbar mit einer Triggerelektrode der Blitzröhre und das andere Kontaktstück mit einer Hauptelektrode der Blitzröhre verbunden sind.

Blitzlichtvorrichtungen dieser Art sind bereits bekannt und beispielsweise in der US-Patentschrift 37 82 258 beschrieben. Dadurch, daß bei derartigen Vorrichtungen der mittels des piezoelektrischen Kristalls erzeugte Signalimpuls unmittelbar der Trigger- 30 _c elektrode der elektronischen Blitzröhre zugeführt wird, ' ergibt sich in vorteilhafter Weise eine bemerkenswerte Vereinfachung der Triggerschaltung der Blitzlichtvorrichtung. Dieser Vorteil muß jedoch mit dem schwerwiegenden Nachteil der ungenügenden Betriebssicherheit erkauft werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß trotz der verhältnismäßig hohen Amplituden der piezoelektrisch erzeugten Signalimpulse (es kann sich um Amplitudenwerte von einigen 1000 Volt handeln) bei direkter Zufuhr der Impulse zur Triggerelekirode der Blitzröhre diese nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit gezündet wird. Vermutlich hängt die fehlende Zuverlässigkeit beim Zündvorgang mit der verhältnismäßig kurzen, in der Größenordnung von ungefähr 5 Mikrosekunden oder weniger liegenden Dauer der piezoelektrischen Impulse zusammen, die wegen ihrer Kürze den Widerstand zwischen den Hauptelektroden innerhalb der Blitzröhre nicht in ausreichendem Maße verringern. Dadurch kann der Blitzkondensator sich nicht über die Blitzröhre entladen, so daß kein Lichtblitz erzeugt wird.

Um die für die meisten Anwendungszwecke. insbesondere für photographische Anwendungszwecke, untragbare Unzuverlässigkeit dieser Blitzlichtvorrichtungen zu vermeiden, ist es ferner bekannt (auch dies ist in der erwähnten US-Patentschrift 37 82 258 aufgzeigt), das Ausgangssigna! des piezoelektrischen Kristalls nicht unmittelbar der Triggerelektrode der Blitzröhre, sondern der Steuerelektrode eines Thyristors zuzuführen. Bei solchen Ausführungsformen weis! die Triggerschaltung außerdem einen Triggerkondensator auf, der auf mehrere 100 Volt aufgeladen werden kann und zu einem mit der Triggerelektrodc verbundenen Transformator parallel geschaltet ist, dessen Primärseite in Reihe mit dem erwähnten Thyristor geschaltet ist. Bei derart aufwendiger Auslegung der Triggerschaltung ist das Problem der fehlenden Zuverlässigkeit, das bei den bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art, bei denen das piezoelektrische Signal unmittelbar der Triggerelektrode zugeführt wird, zwar aus der Welt geschafft, da der piezoelektrisch erzeugte Impuls hierbei nur dazu dient, um den Thyristor einzuschalten, so daß die Triggerschaltung leitend wird. Eine solche Lösung des besagten Problems ist jedoch mit dem großen Nachteil behaftet, daß die Schaltung sehr kompliziert und wegen des erforderlichen Aufwands zu teuer wird. Dem eigentlichen Ziel, das mit der Anwendung eines piezoelektrischen Generators für den vorliegenden Zweck angestrebt werden soll, nämlich mittels eines piezoelektrischen Generators eine große Anzahl von elektronischen Bauteilen in Wegfall kommen zu lassen, steht diese Lösung also diametral entgegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Blitzlichtvorrichtung der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei der mit einem Mindestmaß von Schaltungsaufwand die notwendige Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit erreicht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der elektrisehen Schaltung eines Ausführungsbeispiels der Blitzlichtvorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig.2 eine Diagrammdarstellung des zeitlichen Verlaufs piezoelektrisch erzeugter Spannungen.

Da elektronische Blitzlichtvorrichtungen in mehreren Ausführungen an sich bekannt sind, richtet sich die vorliegende Beschreibung in der Haupüache auf solche Elemente einer Blitzlichtvorrichtung, die unmittelbar zur Erfindung gehören oder mit dieser in einem engeren Zusammenhang stehen. Es versteht sich, daß Vorrichtungsteile, die nicht eigens dargestellt oder beschrieben sind, in beliebiger, dem Fachmann geläufiger Art und Weise ausgebildet sein können.

In Fig. 1 ist schematisiert eine Kamera 10 angedeutet, die einen Blitzlichtzündmechanismus in Form eines piezoelektrischen Generators 28 aufweist, der einen piezoelektrischen Kristall besitzt, der durch einen nicht dargestellten, zugeordneten Hammer beaufschlagbar ist. Der Generator 28 ist elektrisch mit einem Paar im Abstand voneinander angeordneten Kontaktstücken 37a, 376 verbunden, deren Enden in einer Fassung angeordnet sind, die innerhalb der oberen Wandung der Kamera ausgebildet ist und der Aufnahme einer elektrischen Blitzleuchte dient, die eine elektronische Blitzröhre 43, die in F i g. 1 schematisch dargestellt ist, aufweist. Die Blitzröhre 43 ist innerhalb eines Gehäuses in optischer Zuordnung zu einem Blitzlicht-Austrittsfenster angeordnet. Von der Unterseite des Gehäuses erstreckt sich ein Befestigungsfuß nach abwärts, der so ausgebildet ist, daß er in der Fassung der Kamera 10 passend aufgenommen werden kann. Der Befestigungsfuß weist zwei elektrisch leitende Kontaktstreifen 48a und 48b auf, die in gegenseitigem Abstand voneinander angeordnet sind und mit den zugeordneten Kontaktstücken 37a bzw. 37£> in Kontaktberührung kommen, um die Blitzleuchte elektrisch mit dem piezoelektrischen Generator 28 zu koppeln.

Um die Blitzröhre 43 in Abhängigkeit von einem durch den niezoelektrisch.en Generator 28 erzeugten, an den Kontaktstücken 37a, 37i> erscheinenden BlitzlichtZündsignal zu zünden, weist die Blitzleuchte eine als Ganzes mit 50 bezeichnete, elektronische innere Schaltung auf, die in Fi g. 1 dargestellt ist und die zum Verständnis der Erfindung nachfolgend anhand der

I«

ν irhnung näher erläutert wird,
ι Im eine geeignete Spannung zum Zünden der Γ öhre 43 ^zu erhalten, ist ein als Ganzes mit 52 ü ichneter Spannungswandler vorgesehen, der dazu At die verhältnismäßig niedrige Spannung einer t rie 54 ⁱⁿ einen Spannungswert umzuwandeln, der •_cj,_end hoch ist, um einen Blitzkondensator 56 In "Τ⁶)] vlichem Maße aufzuladen. Der Spannungswand-52' weist einen Transformator 58 auf, dessen clkundärwicklung eine Hochspannungswicklung 60 und

Niederspannungswicklung 62 besitzt. Außerdem ist ^Transistor 64 vorgesehen, dessen Emitterelektrode fii" mit einer Primärwicklung 65 des Transformators 58 bunden ist, dessen Basiselektrode 64b in Reihe mit !!er Niederspannungswicklung 62 geschaltet ist und H ssen Kollektorelektrode 64c mit einem gemeinsamen M sseleiter 66 verbunden ist. Ein Rückkoppelkondensa-67 ist mit der Emitterelektrode 64a des Transistors 6^ und mit der Niederspannungswicklung 62 in der dargestellten Weise verbunden und ist zum Zwecke der Rückkopplung des Basisstroms zur Emitterelektrode 64a vorgesehen.

Um den Blitzkondensator 56 aufzuladen, wird ein normalerweise offener Schalter 51 geschlossen. Dies kann selbsttätig bewirkt werden, indem beispielsweise , _r Spalter 51 am unteren Ende der Blitzleuchte so angeordnet wird, daß er mit einer Wandung der Kamera 10 in Berührung kommen und durch diese geschlossen werden kann, wenn die Blitzleuchte in die Fassung ingesteckt wird. Bei solcher Anordnung öffnet der Schalter 51 selbsttätig, wenn die Blitzleuchte von der Kamera abgenommen wird, so daß eine unnötige Stromentnahme aus der Batterie vermieden wird, wenn die Blitzlichtvorrichtung nicht in Benutzung ist. Wenn der Schalter S1 geschlossen wird, fließt Strom aus der Batterie 54 durch die Primärwicklung 65. Anfänglich ist der Teil der Batteriespannung, der an der Primärwicklung 65 erscheint, verhältnismäßig klein, und es fließt lediglich ein schwacher Strom in der durch Pfeile A angedeuteten Richtung durch die beiden sekundären Wicklungen. Während dies stattfindet, wird ein Teil des durch die Niederspannungswicklung 62 fließenden Stroms über den Rückkoppelkor.densator 67 zur Emitterelektrode 64a rückgekoppelt. Wenn dies geschieht, wird der Transistor 64 sehr schnell in den Sättigu'ngszustand gesteuert, und die Spannung an der Primärwicklung 65 nähert sich einem gleichbleibenden Wert, der in etwa dem Wert der Batteriespannung entspricht. Um diesen Zustand zu erhalten, muß der durch die Primärwicklung 65 erzeugte Kraftfluß linear zunehmen oder, in anderen V/orten gesagt, es muß ein Batteriestrom fortlaufend zunehmender Stärke aus der Batterie 54 entnommen werden. Da der Batteriestrom aufgrund des Widerstandes des Transistors 64 und der Primärwicklung 65 einen begrenzten Höchstwert hat, ergibt sich ein fortlaufend zunehmender Batteriestrom lediglich für eine kurze Zeitspanne, während der der Rückkoppelkondensator 67 mit der in der Zeichnung angedeuteten Polarität aufgeladen wird, und es wird an der Hochspannungswicklung 60 ein Hochspiinnungsim- φ puls erzeugt, der bewirkt, daß eine Steuerdiode leitend wird und daü der Blitzkondensator 56 geladen man die Wirkungsweise des Spannungswandlers 52 vollständig verstehen, zwei Zustände in Betracht

Wenn der Batteriestrom nicht weiter zunimmt, bleibt der durch die Primärwicklung 65 erzeugte Kraftfluß konstant, was zur Folge hat, daß die Spannung, die an den sekundären Windungen des Transformators induziert wird, auf Null abfällt. Nunmehr mü^csen, will gezogen werden, die sich ergeben, wenn die an den sekundären Windungen des Transformators 58 induzierte Spannung auf Null absinkt. Zunächst wird aufgrund der Reihenschaltung von Steuerdiode 69 und Hochspannungswicklung 60 die Steuerdiode nichtleitend, und der Blitzkondensator 56 wird nicht geladen. Zweitens entlädt sich der Rückkoppelkondensator 67 über den Transistor 64, wodurch bewirkt wird, daß Basisstrom in Richtung des Pfeils A durch die sekundäre Niederspannungswicklung 62 fließt. Wenn dies eintritt, erfolgt über den Rückkoppelkondensator 67 wiederum ein Rückkoppelvorgang, so daß sich das Arbeitsspiel wiederholt. Als Endergebnis ergibt sich eine Reihe von sich wiederholenden positiven Impulsen an der Hochspannungswicklung 60, so daß die Steuerdiode 69 wiederholt leitend wird und ein Aufladen des Blitzkondensators 56 stattfindet. Die Frequenz, mit der sich die erzeugten Spannungsimpulse wiederholen, läßt sich nach Wunsch durch die Wahl der Eigenschaften der Bauteile des Spannungswandlers 52 festlegen. Die Schnelligkeit, mit der der Blitzkondensator 56 geladen wird, steht im umgekehrten Verhältnis zu seinem Kapazitätswert.

Ein auf Spannung ansprechender Indikator, beim Ausführungsbeispiel eine Neon-Glimmlampe 70, ist mit einem Widerstand 71 in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung aus Glimmlampe 70 und Widerstand 71 ist zum Blitzkondensator 56 parallel geschaltet. Die Funktionsparameter der Glimmlampe 70 und des Widerstands 71 sind so ausgewählt, daß die Glimmlampe 70, die durch ein Beobachtungsfenster, das an der Hinterseite der Blitzleuchte angeordnet und nicht dargestellt ist, sichtbar ist, zu glimmen beginnt, sobald der Blitzkondensator 56 auf einen Spannungswert aufgeladen ist, der dazu ausreicht, um die Blitzröhre 43 einwandfrei zu zünden. Dadurch wird dem Kamerabenutzer angezeigt, daß die Blitzlichtvorrichtung zündbereit ist. ,.

Als Sicherheitseinrichtung, die dazu dient, die verhältnismäßig hohe Spannung, auf die der Blitzkondensator 56 aufladen wird, bei solchen Gelegenheiten abfließen zu lassen, bei denen der Benutzer es fur notwendig hält, das Gehäuse der Blitzleuchte zu offnen, ist ein Lastwiderstand 77 vorgesehen, der mit einem normalerweise offenen Schalter 52 in Reihe geschaltet ist wobei diese Reihenschaltung parallel zum Bhtzkondensator 56 geschaltet ist. Der Schalter 52 kann beispielsweise ein federnd nachgiebiges, streifenförmiges Kontaktstück 72 aufweisen, dessen eines Ende mn dem Lastwiderstand 72 verbunden ist und dessen anderes Ende durch ein starres Fingerglied, das nicht dargestellt ist, außer Kontaktberührung mit dem Blitzkondensator 56 gehalten wird. Hierbei ist das nicht dargestellte Fingerglied im Innern des Gehäuses angebracht. Wenn das Gehäuse geöffnet wird, verändert sich die Lage dieses Fingergliedes relativ zu tieni federnd nachgiebigen, streifenförmigen Kontaktstück in der Weise, daß dieses Kontaktstück aufgrund seiner Elastizität mit dem Blitzkondensator 56 in Kontaktberührung kommt, um diesen über den Lastwiderstand zum Masseleiter 68 zu entladen.

Die Blitzröhre 43 beginnt, zu leiten, wenn eine Tri^erelektrode 43a ein Spannungssignal zugeführt wird"Dies geschieht, wenn der piezoelektrische Kristall durch die Einwirkung des Hammers deformiert wird. Dieses Spannungssignal bewirkt, daß ein Teil des

Xenongases innerhalb der Blitzröhre ionisiert wird, was zur Folge hat, daß der innere Röhrenwiderstand zwischen den Hauptelektroden der Blitzröhre 43 sehr stark verringert wird. Wenn dies eintritt, entlädt sich der Blitzkondensator 56 schlagartig über die Blitzröhre 43. Das Ergebnis ist ein kurzer Blitz mit einer Leuchtdauer in der Größenordnung von Millisekunden und mit einer hohen Lichtintensität.

Bei der hier zu beschreibenden Blitzlichtvorrichtung weist die innere Schaltung 50 eine wirkungsmäßig mit den Kontaktstücken 37a und 37b des piezoelektrischen Generators 28 und mit der Triggerelektrode 43a gekoppelte Einrichtung auf, die in Zusammenwirkung mit dem piezoelektrischen Kristall als verbesserte Triggereinrichtung oder -schaltung für eine mit erhöhter Betriebssicherheit erfolgende Blitzzündung wirkt. Es wurde gefunden, daß durch eine elektrische Induktivität 74 die zwischen die Triggerelektrode 43a und den Masseleiter geschaltet ist, d. h. parallel zum Kristall des Generators 28 geschaltet ist, sich eine verbesserte Triggerung der Blitzröhre 43 ergibt. Wie sich gezeigt hat, wird, wenn die Induktivität 74 in der dargestellten Weise angeordnet ist, eine zuverlässigere Zündung der Blitzröhre 43 erreicht, so daß einwandfreies Zünden der Blitzröhre mit einem auf eine geringere Spannung aufgeladenen Blitzkondensator 56 erfolgen kann, als dies möglich wäre, wenn die Induktivität nicht angewendet würde. Außerdem ergibt sich dadurch die Möglichkeit, die Triggerschaltung weniger kompliziert und aufwendig auszulegen, als dies bei bekannten Triggerschaltungen der Fall ist, wenn diese ähnlich zuverlässig arbeiten sollen. Insbesondere hat sich gezeigt, daß, wenn eine Blitzröhre der von der Firma Elevam Corp. erzeugten Art und ein piezoelektrischer Kristall der Art verwendet werden, wie er von der Firma General Electric Corp. vertrieben wird, eine Induktivität von ungefähr 10 Millihenry die besten Ergebnisse liefert. Bei dieser Kombination wird, wie sich gezeigt hat, an der Triggerelektrode 43a ein Signal erzeugt, wie es in F i g. 2 mit durchgezogener Linie eingezeichnet und mit 76 bezeichnet ist. Durch ein solches Signal 76 wird, wie sich gezeigt hat, die Blitzröhre 43 zuverlässig betätigt, selbst wenn der Blitzkondensator 56 beispielsweise lediglich auf etwa 240 Volt aufgeladen ist. Andererseits hat sich gezeigt, daß ein auf 240 Volt aufgeladener Blitzkondensator 56 nicht für eine zuverlässige Zündung der Blitzröhre 43 ausreicht, wenn die Induktivität 74 weggelassen wird, sondern daß ohne Vorhandensein der Induktivität 74, wo an der Triggerelektrode 43a ein Signal der Art erhalten wird, wie es in Fig.2 mit gestrichelter Linie eingezeichnet und mit 40 bezeichnet ist, eine annehmbare Lichtabgabe der Blitzröhre 43 nur bei ungefähr 5% der Auslösefälle auftritt. Um den gleichen Grad an Zuverlässigkeit mit fehlender Induktivität 74 zu bekommen, hat es sich als notwendig erwiesen, den Blitzkondensator 56 auf mindestens etwa 265 Volt aufzuladen.

Daß es möglich ist, die Blitzröhre 43 mit einem auf eine geringe Spannung aufgeladenen Blitzkondensator zu zünden, ist aus mehreren Gründen wichtig. Einer der Gründe ist, daß die Blitzfolgezeit, d.h. die Zeit, die verstreicht, um den Blitzkondensator nach einer vorausgegangenen Blitzzündung wieder aufzuladen, kürzer wird. Dadurch wird entsprechend die Zeit, die zwischen dem Tätigen zweier aufeinanderfolgender Blitzlichtaufnahmen verstreichen muß, in vorteilhafter Weise kürzer.

Ein weiterer Grund besteht darin, daß die Lebensdauer der Batterie verlängert wird. Die Batteriespannung bleibt über eine bestimmte Betriebszeitdauer in etwa konstant und beginnt dann fortschreitend abzufallen, wenn die Batterie über diese Zeitdauer hinaus benutzt wird. Konstruktiv ist ein gewisser Spannungsabfall der Batterie als zulässig eingeplant, weil mittels des Spannungswandlers eine höhere Spannung erzeugt werden kann, als sie für das Laden des Blitzkondensators an sich nötig ist. Das einwandfreie Aufladen, des Blitzkondensators kann jedoch nur innerhalb eines bestimmten Bereichs der Batteriespannung stattfinden. Ist dieser Bereich der noch zulässigen Batteriespannung unterschritten, so ist es nicht mehr möglich, den Zündkondensator einwandfrei aufzuladen. Bei der durch das Vorhandensein der Induktivität 74 vorliegend aufgezeigten Verbesserung ist ein zusätzlicher Abfall der Batteriespannung noch tragbar, so daß also eine Verlängerung der nutzbaren Batterielebensdauer erreicht ist.

Für den Fachmann ist es klar, daß die Ersatzschaltung eines piezoelektrischen Kristalls durch eine äquivalente elektrische Schaltung darstellbar ist, in der induktive, kapazitive und ohmsche Eigenschaften in verschiedenen gegenseitigen Proportionen angeordnet sind, je nach Art des Kristalls, der Art und Weise, in der der Kristall geschnitten ist, und je nachdem, welche wirksamen Abmessungen der Kristall besitzt. Eine solche Ersatzschaltung kann natürliche Frequenzen im Bereich von einigen tausend Hertz bis mehreren Megahertz besitzen. Obgleich die Ersatzschaltung für den beim vorliegenden Ausführungsbeispiel gewählten Kristall nicht bekannt ist, hat sich gezeigt, daß verbesserte Ergebnisse mit einer Induktivität zwischen ungefähr 5 und 20 Millihenry erzielt werden, wobei die allerbesten Ergebnisse sich bei einer Induktivität von 10 Millihenry zeigen. Bei Anwendung der Induktivität 74 kombiniert sich die Reaktanz der Induktivität 74 mit den Reaktanzen des Kristalls und der Blitzröhre in der Weise, daß die Resonanzfrequenz der Triggerschaltung so modifiziert wird, daß sich das in Fig.2 gezeigte Signal 76 für die Triggerung der Blitzröhre ergibt. Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß der Frequenzgehalt oder da; Frequenzspektrum des Signals 76 von dem Frequenzspektrum des Signals 40 abweicht, was darauf beruht daß die Resonanzfrequenz der Triggerschaltung verän den wurde. Betrachtet man die Einhüllenden dei Kurven der Signale 40 und 76, so sieht man, daß da: Signal 76 in seinem Anfangsbereich eine geringere Totalenergie besitzt, daß jedoch der mittlere unc hintere Teil der Einhüllenden des Signals 76 einei höheren Gesamtenergiepegel angibt, als dies bei de Einhüllenden des Signals 40 der Fall ist, bei dem es siel um ein auf bekannte Weise piezoelektrisch erzeugte Signal zur Triggerung einer Blitzröhre handelt. Zwar is letztlich nicht ganz genau geklärt, woraus sich dii verbesserten Resultate bezüglich der Zündung voi Blitzröhren ergeben, nach einer Theorie, die entwickel wurde, scheint es jedoch so zu sein, daß das in der hie to aufgezeigten Weise verbesserte Signal 76 einei Energiepegelverlauf besitzt, der sich dazu eignet, da Xenongas über eine längere Zeitspanne hinweg zi ionisieren, als dies bei dem in üblicher Weise erzeugte Signa! 40 der Fall ist, bei dem ein größerer Teil de h5 Energie in einem kurzen Anfangsabschnitt des Signal konzentriert ist. Diese bei dem Signal 76 erreicht gleichmäßigere Energieverteilung bewirkt, daß d£ Xenongas eine vollständigere Ionisation erfährt, we

aufweisenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Es • ■ -:-l :_a/4„_Pv, daß demgegenüber die verschie-

zur Folge hat, daß die Blitzröhre mit einem eine aufweisenden Ausführungsbeispieis Des>uii icuu,. ^„

geringere Aufladung besitzenden Blitzkondensator versteht sich jedoch, daß demgegenüber die verschie-

gezündet werden kann. densten Abwandlungen und Weiterbildungen vorge-

Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten, eine nommen werden können, ohne den Rahmen der

verbesserte elektronische Blitzlicht-Triggerschaltung 5 Erfindung zu verlassen.

Claims (1)

Patentanspruch:

1. Elektronische BlitzIichtvorrichtun:^T 'Wen Blitzröhre mittels eines piezoelektriscr Kristalls zündbar ist, der für die Abgabe piezoelektrischer Energie mit zwei Kontaktstücken der Blitzlichtvorrichtung gekoppelt ist, von denen das eine Kontaktstück unmittelbar mit einer Triggerelektrode der Blitzröhre und das andere Kontaktstück mit einer Hauptelektrode der Blitzröhre verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktivität (74) zu diesen Kontaktstücken (48a, 4Sb) der Blitzlichtvorrichtung parallel geschaltet ist.