DE2651540B2 - Photographische Belichtungssteuerungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine photographische Belichtungssteuerungsvorrichtung mit einer elektrischen Schaltung, die einen photometrischen Schaltungsteil zum Erzeugen eines die herrschende Szenenhelligkeit darstellenden Photostroms sowie einen signalverarbeitenden Schaltungsteil besitzt, der als Zeitbildner einen integrierenden Kondensator sowie eine einen Bezugsstrom erzeugende Quelle besitzt.

Eine Vorrichtung der oben genannten Art ist bereits bekannt (vgl. DE-OS 24 22 230). Bei derartigen Vorrichtungen muß Vorsorge dafür getroffen werden, daß es auch bei sehr niedrigen Szenenhelligkeitswerten, wenn der vom photometrischen Schaltungsteil erzeugte Photostrom außergewöhnlich niedrig ist, mit Sicherheit zu einer ausreichenden Aufladung des Zeitbildnerkondensators kommt, damit sichergestellt ist, daß auch bei sehr geringen Szenenhelligkeiten oder bei Dunkelheit, wenn die Kamera beispielsweise versehentlich betätigt wird und der Verschluß geöffnet wird, dieser nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer wieder geschlossen wird. Zu diesem Zweck wird bei der bekannten Vorrichtung der von einer unabhängigen Konstantstromquelle gelieferte Bezugsstrom dem Photostrom überlagert. Dadurch kommt es, auch wenn der Verschluß bei völlig fehlender Szenenhelligkeit geöffnet wird, nach Ablauf einer vorbestimmten längsten Belichtungsdauer durch den Einfluß des Bezugsstromes zum Schließen des Verschlusses.

Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung, daß die Aufladung des integrierenden Kondensators, und damit die Zeitbildung, bei normalen Helligkeitsverhältnissen wegen der Überlagerung von Photostrom und Bezugsstrom nicht ausschließlich in Abhängigkeit von Photostrom erfolgen kann. Durch den Einfluß des Bezugs-Stroms treten bei der bekannten Vorrichtung daher Ungenauigkeiten bei der Zeitbildung unter normalen Helligkeitsverhältnissen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei der durch den Einfluß des Bezugsstroms ein sicheres Schließen des geöffneten Verschlusses auch bei Unterschreiten eines vorbestimmten Szenenhelligkeitswertes gewährleistet ist, bei der jedoch beim Arbeiten unter normalen Helligkeitsverhältnissen keinerlei Ungenauigkeiten in der Zeitbildung durch den Einfluß des Bezugsstroms auftreten können.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der signalverarbeitende Schaltungsteil eine Diode besitzt, zu deren einem Anschluß der Photostrom und der Bezugsstrom und zu deren anderem, mit dem Kondensator verbundenen Anschluß der Photostrom zugeführt werden, um die Diode durch einen hindurchfließenden Strom, der gleich dem Bezugsstrom abzüglich dem

μ Photostrom ist, in Durchlaßrichtung vorzuspannen, wenn der Bezugsstrom den Photostrom übersteigt, und um die Diode in Sperrichtung vorzuspannen und das Hindurchfließen eines Stroms zu verhindern, wenn der Photostrom den Bezugsstrom übersteigt, so daß in diesem letztgenannten Fall das Laden des Kondensators lediglich durch den Photostrom erfolgt. Dadurch wird auf einfachste Weise erreicht, daß der Zeitbildnerkondensator entweder nur vom Photostrom allein geladen wird, wenn die Diode bei Überschreiten eines bestimmten Helligkeitswerts in den Sperrzustand gelangt, oder bei Unterschreiten des bestimmten Helligkeitswerts in Abhängigkeit vom Bezugsstrom geladen wird, wenn die Diode leitend wird. Die Zeitbildung erfolgt daher bei normalen Szenenhelligkeitsverhältnissen in gewünschter Weise unbeeinflußt vom Bezugsstrom lediglich in Abhängigkeit vom Signal des photometrischen Schaltungsteils.

Ein normalerweise offener Schalter kann zwischen Masse und demjenigen Anschluß der Diode angeordnet sein, der mit dem Differenzstrom gekoppelt ist. Wenn der Schalter geschlossen wird, wird dieser Anschluß der Diode nach Masse kurzgeschlossen, und es wird lediglich der Photostrom im Kondensator integriert. Dadurch wird, falls es gewünscht wird, auch bei unterhalb des erwähnten vorbestimmten Normalwerts liegenden Szenenhelligkeiten eine der tatsächlich herrschenden Szenenhelligkeit entsprechende, ausgedehnte Belichtungszeit erhalten, wenn die Bedienungsperson beispielsweise spezielle photographische Aufnahmen unter Verwendung eines Stativs zu machen wünscht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Darstellung der elektrischen Schaltung

μ eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

F i g. 2 eine Diagrammdarstellung zum Verdeutlichen der Funktionsweise der Schaltung gemäß Fig. 1.

Die hier aufzuzeigende Belichtungssteuerungsvor-.i-'chlung erzeugt ein Zeitsignal, das zum Steuern des Verschlusses bei Kameras, Printern oder anderen Geräten vorteilhaft anwendbar ist, bei dentm eine in Abhängigkeit von der Lichtintensität erfolgende Verschlußsteuerung erforderlich ist. Wie bei der nachfolgenden Erläuterung ohne weiteres erkennbar wird, können zu der Schaltung der hier aufgezeigter Vorrichtung auch andere" Funktionen hinzugefügt werden, beispielsweise eine Überwachungseinrichtung für den Beleuchtungsstärkepegel und/oder eine Steuerung der Belichtungsöffnung. Die bei der hier aufzuzeigenden Vorrichtung vorgesehene Belichlungssteuerschaltung weist einen photometrischen Schaltungsteil, der einen mit der Szenenhelligkeit in Bezug stehenden Strom erzeugt, sowie einen Verstärkerteil auf, der den Strom auf einen brauchbaren Pegelwert anhebt und mehrere Ströme als Ausgangssignal erzeugt. Außerdem sind ein signalverarbeitender Schaltungsteii, der ein Zeitsignal erzeugt, sowie eine Triggerschaftung vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 weist der photometrische Schaltungsteil ein photoelektrisches Bauteil, beim Ausführungsbeispiel eine Silizium-Photodiode 10, auf die an einer Kamera so angebracht sein kann, daß sie den Beleuchtungsstärkenpegel des Szenenlichts im Blickfeld der Kamera ermittelt. Der Ausgang der Photodiode 10 ist mit einem Eingang 11 eines Stromverstärkers 12 verbunden, der den Kurzschlußstrom der Photodiode 10 mißt. Ju

Es ist allgemein bekannt, eine Photodiode mit einem Verstärker so zu koppeln, daß die Ausgangscharakteristik der Photodiode 10 als linear angesehen werden kann, so daß sie für Lichtmeßzwecke brauchbar ist. Die Photodiode 10 ist in üblicher Weise mit einem Operationsverstärker gekoppelt, der von seinem Ausgang zum Eingang eine Rückkopplung aufweist, so daß an der Photodiode 10 eine »Nullvorspannung« anliegt, d. h., daß kein Spannungsabfall an der Photodiode 10 stattfindet, wenn das System im Gleichgewicht ist. Derartige Systeme messen den Kurzschlußstrom der Photodiode und sind als Strom-Spannungs-Wandler zu bezeichnen (siehe beispielsweise US-PS 30 53 985).

Beim vorliegenden Beispiel wird der Kurzschlußstrom der Photodiode unmittelbar für die Belichtungssteuerung verwendet. Um den Kurzschlußstrom der Photodiode 10 zu verarbeiten, kann als Stromverstärker 12 ein beliebiger integrierter Schaltkreis vorgesehen sein, der so mit der Photodiode 10 zusammenwirkt, daß diese eine Nullvorspannung hat, während der Schaltkreis im Gleichgewichtszustand ist. In Betracht kommen hierfür vorzugsweise Verstärker mit unsymmetrischem Eingang, denen eine einzige Versorgungsspannu.ig V_K zugeordnet ist. Die Erfindung beschränkt sich jedoch in keiner Weise auf die Verwendung eines Verstärkers mit unsymmetrischem Eingang. Der Stromverstärker 12 weist vorzugsweise die Verstärkung 1 auf, se daß sein Ausgangsstrom dem Kurzschlußstrom der Photodiode 10 gleich ist.

Um Ströme zu erzeugen, die für die Nullvorspannung der Photodiode 10 sowie dazu benutzt werden, um in dem signalverarbeitenden Schaltungsteil einen Zeitbildnerstrom bereitzustellen, wird der Ausgangsstrom des Stromverstärkers 12 zur Basis 19 eines Mehrkollektor-PNP-Transistors 20 zugeführt. Dessen Emitter 21 ist mit b5 der Versorgungsspannung V_1x verbunden und jeder seiner drei Kollektoren 22,23 und 24 führt den gleichen Prozentsatz des gesamten durch den Transistor fließenden Emitterstroms. Zwei der Kollektoren, nämlich die Kollektoren 23 und 24, sind mit der Kathode der Photodiode 10 rückgekoppelt und bilden für den Stromverstärker 12 und die Photodiode eine Rückkopplung, die dem Doppelten des Ausgangsslroms des Stromverstärkers 12 entspricht. Der Stromverstärker 12 ist so ausgebildet, daß der in den Kollektoren 23 und 24 fließende Strom zwischen dem Stromverstärker 12 und der Photodiode 10 gleich aufgeteilt wird, wenn die Schaltung im Gleichgewichtszustand ist. Während dieses Gleichgewichtszustands hat die Photodiode 10 Nullvorgang. Während Zeiträumen, in denen kein Gleichgewicht vorhanden ist, beispielsweise wenn die Stärke des die Photodiode 10 beaufschlagenden Lichts zunimmt, versucht die Photodiode 10 einen Kurzschlußstrom zu erzeugen, eier höher ist als der Strom am Ausgang des Stromverstärkers 12. Daher beginnt die Photodiode 10 »photozellenartig« zu arbeiten, d. h. eine Vorwärtsspannung darzustellen. Bei dieser Betriebsweise wird die Kathode der Photodiode 10 leicht negativ. An der Photodiode 10 liegt eine höhere Spannung als am Stromverstärker 12, wodurch bewirkt wird, daß die Stromverteilung zwischen dem Stromverstärker 12 und der Photodiode 10 verändert wird. Die Ströme in den Kollektoren 23, 24 haben sich nicht verändert und stellen den doppelten Wert des Ausgangsstroms des Stromverstärkers 12 dar. Daher erscheint am Eingang 11 des Stromverstärkers 12 ein resultierender Strom, der eine Erhöhung des Ausgangsstroms des Stromverstärkers 12 hervorruft. Der resultierende Ausgangs-Strom des Stromverstärkers 12 wirkt als Vorspannung des Transistors 20 in der Weise, daß der Wert des in den Kollektoren 23, 24 fließenden Stroms erhöht wird, bis die Stromaufteilung zwischen der Photodiode 10 und dem Stromverstärker 12 wieder ausgeglichen ist, d. h., bis die Schaltung wieder im Gleichgewichtszustand ist.

Der im Kollektor 22 fließende Strom ist als Ausgangssignal des photometrischen Schaltungsteils zu betrachten, welches Ausgangssignal dem Verstärkerteil der Schaltung zugeführt wird. Um den Strom im Kollektor 22 auf einen brauchbaren »Arbeitspegel« anzuheben, ist der Kollektor 22 mit einem Verstärker 25 gekoppelt, der als üblicher Stromverstärker ausgebildet sein kann, der der Versorgungsspannung V_1x zugeordnet ist. Der Strom am Ausgang des Verstärkers 25 wird zur Basis 28 eines zweiten Mehrkollektor-PNP-Transistors 29 geführt. Dessen Emitter 30 ist mit der Versorgungsspannung Vcc verbunden. Seine Kollektoren 32, 34 führen je den gleichen Teil des im Emitterzweigs fließenden Stroms. Der im Emitter-Kollektor-Zweig des Transistors 29 fließende Strom ist eine von den Verstärkerteil abhängige Funktion des Kurzschluß-Stroms der Photodiode 10 und wird nachfolgend daher als Photostrom /λ bezeichnet. Es ist also ersichtlich, daß der Verstärkerteil zwei gleiche Photoströme zur Weiterverarbeitung durch den signalverarbeitenden Teil der Schaltung abgibt.

Der signalverarbeitende Teil der Schaltung kuppelt, kurz ausgedrückt, eine Bezugsstromquelle und eine Quelle für den Photostrom in der Weise mit einer Diode, daß die Diode nur dann einen als Differenzstrom bezeichneten Strom führt, wenn der Photostrom geringer ist als der Bezugsstrom, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Differenzstrom mit einem zusätzlichen Photostrom summiert wird und sodann einer integrierenden Schaltung zugeführt wird. Wenn daher der Photostrom geringer ist als der Bezugsstrom, wird ein Strom integriert, der dem Bezugsstrom gleich

ist. Wenn jedoch der Photostrom größer ist als der Bezugsstrom, wird der Photostrom integriert. Die Quelle für den Photostrom wird durch den Kollektor 34 des Transistors 29 dargestellt, der beim Ausführungsbeispiel mit einem sogenannten »Stromspiegel« verbunden ist, der zwei NPN-Transistoren 36 und 37 besitzt, die Basis-zu-Basis miteinander verbunden sind und von denen beim Transistor 36 der Kollektor mit der Basis verbunden ist. Da die Basen und Emitter der Transistoren 36,37 unmittelbar miteinander verbunden sind, versucht der Transistor 37 einen Kollektorstrom zu ziehen, der identisch ist mit dem des Transistors 36, d. h. identisch ist mit dem Photostrom IX. Daher wird ein vom Kollektor 34 durch den Kollektor des Transistors 36 fließender Photostrom im Kollektorzweig des Transistors 37 wiedergespiegelt. Die Quelle für den Bezugsstrom bildet ein »Stromspiegel« der aus PNP-Transistoren 51, 52 besteht, die mit einer Konstant-Strom- und Spannungsquelle 53 üblicher Bauart gekoppelt sind. Der von dieser Konstant-Strom- und Spannungsquelle 53 erzeugte, konstante Strom wird dem Kollektor des Transistors 51 zugeführt und wird im Kollektorzweig des Transistors 52 wiedergespiegelt, um als Bezugsstrom Ir_€i (siehe F i g. 1) zu dienen. Der Bezugsstrom Ir_ci weist einen einer vorbestimmten Szenenhelligkeit zugehörigen Pegel auf und bestimmt einen »Übergangspunkt« der Zeitbildnerschaltung, d. h., bestimmt den Punkt im Betriebsablauf, bei dem die Belichtungszeit von einem variablen Wert auf eine konstante Belichtungszeit übergeht. Um einen glatten Übergang zwischen veränderlicher Belichtungszeit und konstanter Belichtungszeit zu bekommen, sind die Kollektoren der Transistoren 37 und 52 mit der Ai.Dde einer Diode 48 verbunden, die als elektronischer Schalter dient. Die Diode 48 läßt einen Strom durch, der gleich der Differenz zwischen dem Bezugsstrom und dem Photostrom ist, wenn die Größe des Bezugsstroms größer ist als diejenige des Photostroms.

Die Diode 48 sperrt den Stromfluß, wenn der Bezugsstrom geringer ist als der Photostrom. Die Kathode der Diode 48 ist mit einem Sammelpunkt 54 verbunden, mit dem auch der Kollektor 32 des Transistors 29 in Verbindung ist. Der Sammelpunkt 54 ist mit einem Kondensator 55 verbunden, der mit seinem anderen Anschluß auf Masse liegt. Der Kondensator 55 und damit der Sammelpunkt 54 sind über einen normalerweise geschlossenen Schalter 52 nach Masse kurzgeschlossen. Ein Zeitbildungszyklus wird durch öffnen des Schalters S₂ eingeleitet. Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Polarität der Bauteile, beispielsweise der Diode 48, der aus PNP- und NPN-Transistoren aufgebauten Stromspiegel und der übrigen erforderlichen Teile umgekehrt werden könnte, wobei gleiche Ergebnisse erzielbar wären. In solchem Falle kann der Kondensator 55 anfänglich geladen sein und kann sich beim öffnen des Schalters S₂ entladen.

Der Sammelpunkt 54 ist mit einem Anschluß einer Triggerschaltung 57 verbunden. Ein zweiter Eingang der Triggerschaltung 57 ist mit einer Bezugsspannung versehen, die dem Schwellenwert der Triggerschaltung zugeordnet ist. Die Bezugsspannung wird von der Konsiant-Strom- und Spannungsquelle 53 erzeugt. Die Triggerschaltung 57 kann als üblicher Differentialkomparator hoher Verstärkung mit unsymmetrischem Ausgang ausgebildet sein. Die Triggcrschaltung 57 dient dazu, um die Spannung am Sammelpunkt 54 mit der fest eingestellten Bezugsspannung zu vergleichen. Wenn die Spannung am Sammelpunkt 54 die Bezugsspannung übersteigt, wird der Ausgang der Triggerschaltung 57 in den nichtleitenden Zustand geschaltet, wodurch der durch eine Spule 58 fließende Strom unterbrochen wird.

Die Erzeugung des Zeitsignals wird zunächst am Beispiel eines Betriebszustands betrachtet, bei dem eine normale Szenenhelligkeit vorherrscht und die relative Größe des Photostroms größer ist als die des Bezugsstroms. In diesem Falle erreicht der Transistor 37 den Zustand der Sättigung und erhält vom Transistor 52

ίο nicht genügend Betriebsstrom. Wenn der Transistor 37 gesättigt ist, wird die Spannung an der Anode der Diode 48 gegen das Massepotential hin abgesenkt, und die Diode 48 wird in Sperrichtung vorgespannt. Die in Sperrichtung vorgespannte Diode 48 ermöglicht keinen Stromfluß zum Sammelpunkt 54, und das Laden des Kondensators 55 geschieht lediglich aufgrund des Photostroms vom Kollektor 32, nachdem der Schalter S₂ geöffnet wurde. Es ergibt sich eine Belichtungszeit, die kürzer ist als die Höchstbelichtungsdauer. Wenn andererseits die Szenenhelligkeit geringer ist und einen Normalwert unterschreitet, dann übersteigt die relative Größe des Bezugsstroms diejenige des Photostroms. In diesem Falle wird die Diode 48 in Durchlaßrichtung vorgespannt und läßt einen Strom zum Sammelpunkt 54 durch, der gleich der Differenz zwischen dem Bezugsstrom und dem Photostrom ist. Der Photostrom vom Kollektor 32 erscheint außerdem am Sammelpunkt 54. Nach öffnen des Schalters S₂ ist daher der den Kondensator 55 ladende Strom gleich Ι^ι—Ιλ + Ιλ,

d. h. der den Kondensator 55 ladende Strom ist gleich dem Bezugsstrom. Wie bereits oben erwähnt, hat der Bezugsstrom eine Größe, die einem vorbestimmten Szenenhelligkeitswert zugeordnet ist, und zwar dem Helligkeitswert, der der längsten Belichtungszeit entsprechen soll. Die Ladung des Kondensators 55 steht daher mit der längsten Belichtungszeit in Beziehung.

Falls eine Beschränkung auf diese längste Belichtungszeit nicht erwünscht ist, beispielsweise, wenn die Kemra auf einem Stativ angeordnet ist, wird durch einen Schalter S3, der zwischen der Anode der Diode 48 und Masse gelegen ist, die Anode der Diode 48 auf Massepotential gelegt und das Laden des Kondensators erfolgt in diesem Falle lediglich aufgrund des Photostroms vom Kollektor 32. Die sich ergebende Belichtungszeit ist nunmehr von längerer Dauer und hängt von der Szenenhelligkeit ab.

F i g. 2 zeigt eine Diagrammdarstellung der Belichtungszeiten, die sich über einen Bereich verschiedener Szenenlichtstärken ergeben. Beim Betrieb der Schaltung mit geöffnetem Schalter S3 folgt das Zeitsignal der ausgezogen gezeichneten Kurve bei sich ändernden Szenenlichtstärken. Bei einem vorbestimmten Pegelwert der Szenenlichtstärke, beispielsweise bei einer Leuchtdichte an der Photodiode K) von etwa 1076 Apostilb (100 Foot-Lambert), wird das Zeitsignal konstant bei einer Belichtungszeit (die etwa Vw see beträgt), die etwa der Belichtungszeil entspricht, bei der die Kamera noch während der gesamten Dauer des Belichtungsvorgangs von Hand ruhig gehalten werder

<>o kann. Wird die Schaltung bei geschlossenem Schalter S-. betrieben, dann wird das Zeitsignal nicht konstant sondern setzt sich in gestrichelt gezeichnetem Verlaul geradlinig fort, wobei sich Belichtungszeiten ergeben die über die Zeitdauer hinaus reichen, während derer

*5 die Kamera noch von Hand ruhig gehalten werder kann. Bei Betrieb der Kamera in dem Bereich dei gestrichelt gezeichneten Kurve sollte ein Stativ benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Photographische Belichtungssteuerungsvorrichtung mit einer elektrischen Schaltung, die einen photometrischen Schaltungsteil zum Erzeugen eines die herrschende Szenenhelligkeit darstellenden Photostroms sowie einen signalverarbeitenden Schaltungsteil besitzt, der als Zeitbildner einen integrierenden Kondensator sowie eine einen Bezugsstrom erzeugende Quelle besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der signalverarbeitende Schaltungsteil eine Diode (48) besitzt, zu deren einem Anschluß der Photostrom (λ) und der Bezugsstrom (In_er) und zu deren anderem, mit dem Kondensator (55) verbundenen Anschluß (54) der Photostrom (Ιλ) zugeführt werden, um die Diode (48) durch einen hindurchfließendeii Strom, der gleich dem Bezugsstrom (her) abzüglich dem Photostrom (Ιλ) ist, in Durchlaßrichtung vorzuspannen, wenn der Bezugsstrom (7_Re/) den Photostrom (Ιλ) übersteigt, und um die Diode (48) in Sperrichtung vorzuspannen und das Hindurchfließen eines Stroms zu verhindern, wenn der Photostrom (Ιλ) den Bezugsstrom (I^d übersteigt, so daß in diesem letztgenannten Fall das Laden des Kondensators (55) lediglich durch den Photostrom (Ιλ) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der signalverarbeitende Schaltungsteil einen zwischen den Ausgang des photometrischen Schaltungsteils und die Diode (48) geschalteten ersten Stromspiegel (36,37) und einen zwischen die Quelle (53) für den Bezugsstrom (7«_e/) und die Diode (48) geschalteten zweiten Stromspiegel (51, 52) besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Kondensator (55) gekoppelte Triggerschaltung (57) zur Steuerung eines photographischen Verschlusses (58) vorgesehen ist.