DE2709331A1 - Schaltungsanordnung zur digitalen verarbeitung einer belichtungssteuerungsinformation - Google Patents

Schaltungsanordnung zur digitalen verarbeitung einer belichtungssteuerungsinformation

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DE2709331A1
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Shigehisa Iwata
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B7/00Control of exposure by setting shutters, diaphragms or filters, separately or conjointly
    • G03B7/08Control effected solely on the basis of the response, to the intensity of the light received by the camera, of a built-in light-sensitive device
    • G03B7/091Digital circuits
    • G03B7/093Digital circuits for control of exposure time

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER
PATENTANWÄLTE
DR-ING. RICHARD GLAWE, MÖNCHEN DIPL-ING. KLAUS DELFS. HAMBURG DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL. MÜNCHEN DIPL-CHEM DR ULRICH MENGDEHL. HAMBURG
8 MÜNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (069) 22 65 4« TELEX 52 25 OS
MÜNCHEN A 67
2 HAMBURG 13 POSTFACH2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE 58 TEL. (040) 4 10 20 08 TELEX 21 29 21
Nippon Electric Company, Limited Minato-ku, Tokio / Japan
Schaltungsanordnung zur digitalen Verarbeitung einer Belichtungssteuerungsinformation
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur digitalen Verarbeitung einer Belichtungssteuerungsinformation für Kameras und insbesondere eine Schaltungsanordnung zur digitalen Verarbeitung der Objekthelligkeitsoder Luminanzniveauinformation.
Es ist allgemein bekannt, daß zwischen den Belichtungssteuerungsinformationen, wie der Verschlußzeit oder der Belichtungszeit T, dem Öffnungswinkel oder der Blende A,
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der Filmempfindlichkeit S und der Objektshelligkeit B, die folgende Beziehung besteht:
B = K.A/(T.S) (1)
wobei K eine Konstante ist. Um durch eine auf der obigen Gleichung basierende Berechnung eine optimale Belichtung zu erhalten, werden die entsprechenden gegebenen Informationen logarithmisch so zusammengedrückt, daß sie bequem als exponentielle Informationen behandelt werden können. Dies geschieht insbesondere deshalb, weil die Objektshelligkeit B sich in einem großen Bereich mit einem Verhältnis von 10 oder mehr zwischen dem Maximum und dem Minimum verändert. Das logarithmische Zusammendrücken der Belichtungsinformationen ermöglicht eine Berechnung allein durch Addition und Subtraktion, so daß es möglich ist, für eine derartige Berechnung eine elektrische Schaltung von sehr einfachem Aufbau zu verwenden. Die auf diese Art erhaltene Belichtungssteuerungsinformation wird schließlich logarithmisch gedehnt, um sie als tatsächliche Steuerungsinformation zu verwenden. Das logarithmische Zusammendrücken der Objektshelligkeitsinformation wurde bisher auf einer analogen Basis mittels einer Diodenanordnung mit einer logarithmischen Kennlinie durchgeführt. Dadurch wird wohl der Schaltungsaufbau sehr einfach, aber gleichzeitig ergeben sich ernsthafte Mangel dadurch, daß die Diodenkennlinie über einen weiten Benutzungs-
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bereich der Diode kompensiert oder ausgeglichen werden mui3 und daß damit das Problem der thermischen Stabilität auftritt, und zwar auf Grund der Temperaturkennlinie des Diodenelements.
Weiterhin muß zur Digitalisierung einer elektronischen Verschlußschaltung die zur Digitalisierung der Lichtmenge verwendete Analogdigitalwandlerschaltung eine Diode aufweisen, die in der Anfangsstufe zum logarithmischen Zusammendrücken der analogen Menge vorgesehen ist. Dies rührt daher, weil sich die Objektshelligkeitsinformation, wie oben ausgeführt wurde, in einem so großen Bereich verändert, daß jede direkte Digitalwandlung einer solchen Information übermäßige Zeit beansprucht und damit die verlängerte Wartezeit für den Verschlußvorgang die Gefahr mit sich bringt, daß die Verschlußgelegenheit verstreicht. Andererseits besteht der größte Vorteil der Digitalisierung darin, daß die Genauigkeitserfordernisse für die Stabilität gegenüber Änderungen in Temperatur und Quellenspannung sowie für Bauteilkenndaten herabgesetzt werden können. Dieser Vorteil der Digitalisierung geht zur Hälfte dann verloren, wenn eine Diodenanordnung, die selbst genaue Bedingungen für die thermische Stabilität und für die Betriebskenndaten erfüllen muß, in der Schaltung für die Analogdigitalwandlung der gemessenen Lichtmenge für das logarithmische Zusammendrücken verwendet wird.
Die Erfindung hat demnach die Aufgabe, eine neue und verbesserte Schaltungsanordnung zur digitalen Verarbeitung einer
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Belichtungssteuerungsinformation zu schaffen, die keine Diodenanordnung für das logarithmische Zusammendrücken der Objektshelligkeitsinformation verwendet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltung zur digitalen Verarbeitung einer Belichtungssteuerungsinformation zu schaffen, in der die Objektshelligkeitsinformation direkt in eine logarithmisch zusammengedrückte digitale Menge umgewandelt wird.
Im allgemeinen werden die photographischen Parameter, wie die Blende A, die Filmempfindlichkeit S und die Verschlußzeit T auf der Kamera grundsätzlich als eine Exponentialfunktion mit der Basis 2 dargestellt. Damit kann jeder Informationswert X in der Form X = 2 V ausgedrückt werden, wobei einer Feineinteilung jeder Parameter einen exponentiellen Zwischenraum von z.B. 1/3 aufweist und damit sich der Exponent X„ = J/3 ergibt, wobei J eine ganze Zahl ist. Die Objektshelligkeitsinformation sollte deshalb auch zur Umwandlung in eine logarithmisch zusammengedrückte digitale Menge mit der gleichen ganzzahligen Basis wie bei den anderen Parametern ausgedrückt werden. Damit sollte sich die Beziehung der Objektshelligkeitsinformation B zur entsprechenden logarithmisch zusammengedrückten Information By ergeben zu B = Bq*2^, wobei Bq einen bestimmten Aniangswert der Objektshelligkeitsinformation darstellt und der Exponential-
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wert By wie folgt ausgedrückt werden kann:
B7 = J/3K = J1 + J2/3K (2)
wobei K eine positive ganze Zahl und J* und J2 jeweils eine ganze Zahl sind. Es folgt daraus, daß die Objektshelligkeitsinformation dadurch als eine logarithmisch zusammengedrückte Information digital erhalten werden kann, indem Bv nach der Formel (2) in Abhängigkeit von der Objektshelligkeit oder dem Luminanzniveau des zu photographierenden Objekts bestimmt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsschaltung wird die Information nach der obigen Formel (2) erhalten. Dabei weist die Schaltung auf:
eine Vergleichsschaltung mit zwei Eingangsklemmen, eine vom Ausgangssignal der Vergleichsschaltung gesteuerte lorschaltung, die ein Impulssignal einer vorbestimmten Frequenz hindurchläßt,
eine modulo-N-Zählerschaltung, die ein Ubertragsignal erzeugt, deren Eingang jeweils nach N-Eingangsimpulsen auf Null zurückgesetzt wird und die die Ausgangsimpulse der Torschaltung zählt,
eine modulo-M-Zählerschaltung, die nach dem Empfang von jedem "Übertrag"-Ausgangssignal der modulo-N-Zählerschaltung ein Steuersignal erzeugt,
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eine modulo-L-Zählerschaltung, die nach dem Empfang von jedem "übertrag"-Ausgangssignal der modulo-M-Zählerschaltung ein Steuersignal erzeugt,
einen Kondensator, dessen Klemmenspannung einem der beiden Eingänge der Vergleichsschaltung zugeführt wird, eine Konstantstromquelle, die den Kondensator auflädt und deren Stromwert durch das Steuersignal der modulo-M-Zählerschaltung verändert wird, und
eine Spannungserzeugungsschaltung zur Erzeugung einer Objektshelligkeitsinformationsspannung in Abhängigkeit von der Objektshelligkeit, die dem anderen Eingang der Vergleichsschaltung die Informationsspannung zuführt, wobei der Wert der Spannung durch das Steuersignal der modulo-L-Zählerschaltung verändert wird.
Bei dieser Anordnung zählt jede Zählerschaltung die ihr zugeführten Eingangsimpulse während dem Zeitintervall, das vom Betriebsbeginn des gesamten Systems bis zum Zeitpunkt läuft, an dem die Klemmenspannung des Kondensators die Ausgangsspannung der Spannungserzeugungsschaltung zur Erzeugung der Objektshelligkeitsinformationsspannung überschreitet. Darüber hinaus ist die modulo-N-Zählerschaltung der ersten Stufe so gestaltet, daß sie jeweils dann ein Ubertragssignal erzeugt, wenn die Anzahl der zugeführten Eingangsimpulse die Zahl 2 χ (3K) erreicht. Dies bedeutet, daß die modulo-N-Zählerschaltung als eine Zählerschaltung mit modulo 2 χ (3Κ)
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ausgebildet ist. Der Kondensator wird jedesmal dann entladen, wenn die Zählerschaltung der ersten Stufe ein Ubertragausgangssignal erzeugt, während die Konstantstromschaltung durch eine Aufeinanderfolge von solchen Übertragsausgangssignalen so gesteuert wird, daß ihr Konstantstromwert stufenweise auf das 2 , 2 , 2 , ..., 2nfache des Anfangswertes erhöht wird. Andererseits wird der Ausgangsspannungswert der Spannungserzeugungsschaltung so durch das Ubertragsausgangssignal der modulo-M-Zählerschaltung der zweiten Stufe gesteuert, daß er auf das 1/21, 1/22, 1/23, ..., 1/2nfache des Anfangswertes vermindert wird.
Insbesondere entspricht bei der beschriebenen Ausführungsform, wenn der Inhalt der modulo-N-Zählerschaltung auf einem Wert von (3K + J2) gehalten wird, nachdem das Ubertragssignal J1-mal wiederholt wurde, die Information J1 einer Informationsmenge von 2 1 und damit die Information (3K + J2) einer Informationsmenge von 2 1·(3Κ +Jp). Zur Standardisierung wird der Mengenwert 2 1·(3Κ + J2) geteilt durch 3K und es ergibt sich ein Quotient 21·(1 + J2/3K), unter der Annahme, daß O^ J2'-3K ist. Eine Näherung wird erhalten durch
2J2/3K = 1 + J2/3K. Da diese Näherung innerhalb eines Fehlerbereichs von 6 % liegt, ist die Informationsmenge in der modulo-N-Zählerschaltung annähernd gleich 2 1·2 2/3Κ. Damit stellt der Inhalt des Zählerschaltungssystems eine logarithmisch zusammengedrückte Eingangsinformation mit ausreichend
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hoher Genauigkeit von 6 % dar, wie aus der Formel (2) zu entnehmen ist.
Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine logarithmisch zusammengedrückte Digitalmenge erhalten werden kann, ohne daß ein Element mit einer logarithmischen oder einer exponentiellen Kennlinie verwendet wird. Der Verzicht auf ein derartiges Element beseitigt nicht nur das schwierige Problem der Steuerung von dessen Analogkenndaten über einen weiten Bereich oder das Problem, wie mit Kenndatenänderungen auf Grund von Temperaturänderungen zu verfahren ist, sondern ermöglicht auch die volle Inanspruchnahme der Vorteile der Digitalisierung von elektronischen KamerabelichtungsSteuerungen.
Die Erfindung sieht demnach eine Schaltungsanordnung für eine voll digitalisierte automatische Belichtungssteuerung vor, bei der die eingelesene Helligkeitsinformation direkt in eine digitale Menge logarithmisch zusammengedrückt wird, und zwar ohne die Hilfe eines Diodenelementes mit logarithmischer Kennlinie. Damit kann man alle Vorteile der Digitalisierung ausschöpfen und es ergeben sich weitere Vorteile, wie die erhöhte Stabilität gegen Temperatur- und Spannungsänderungen.
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Ausführungsformen der Erfindung sind anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform der Konstantstromschaltung nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Ausführungsform der Spannungserzeugungsschaltung zur Erzeugung der Helligkeitsinformationsspannung nach Fig. 1 und
Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform der digitalen logarithmischen Dehnungsschaltung zur Erzeugung eines Belichtungssteuerungssignales.
In Fig. 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 eine Konstantstromschaltung. Ein Kondensator, der über die eine Klemme an Erde und über die andere Klemme mit der Konstantstromschaltung 1 verbunden ist, wird durch die Ausgangsspannung 4 der Konstantstromschaltung aufgeladen. Demnach weist die Klemmenspannung des Kondensators 6 eine Sägezahnform auf und sie wird dem einen von zwei Eingängen, d.h. dem invertierenden Eingang 29 eines Komparators 3 zugeführt. Die beiden Klemmen des Kondensators 6 sind entsprechend mit dem Kollektor und
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dem Emitter eines Transistors 7 verbunden. An die Basis des Transistors 7 wird ein Ausgangssignal einer ODER-Schaltung angelegt, das den Transistor 7 in den leitenden oder nicht leitenden Zustand bringt und damit das Auf- und Entladen des Kondensators 6 steuert.
Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine Spannungserzeugungsschaltung zur Erzeugung einer Helligkeitsinformationsspannung bezeichnet, die einen Cadmiumsulfid(CdS)-Lichtmeßfühler 31 verwendet. Die Ausgangsspannung 5 dieser Schaltung 2 wird dem nicht invertierenden Eingang 30 des Komparators 3 zugeführt, dessen Ausgangsspannung 8 dem einen der beiden Eingänge einer UND-Schaltung 9 zugeführt wird. Dem anderen Eingang der UND-Schaltung 9 wird ein Impulssignal 28 mit einer vorbestimmten Frequenz zugeführt.
Die Ausgangsimpulse von der UND-Schaltung 9 werden über einen Binärzähler 10, einen Ternärzähler 11 und über einen weiteren Binärzähler 33 einem Quarternärzähler 12 zugeführt. Die Binärzähler 10 und 33 und der Ternärzähler 11 bilden zusammen einen modulo-(2x3x2)-Zähler, der dem oben erwähnten modulo-N-Zähler mit K = 2 entspricht. Der Wert K = 2 wird deshalb genommen, da er bei Kameras im allgemeinen als ausreichend angesehen wird. Der Ausgang des Binärzählers 33 wird dem ODER-Gatter 34 als einer von zwei Eingängen zugeführt und der Kondensator 6 wird jedesmal dann entladen,
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wenn der Binärzähler 33 ein Ubertragsausgangssignal erzeugt.
Der üuarternärzähler 12, der der oben erwähnten modulo-M-Zählerschaltung entspricht, erzeugt nach Empfang eines Übertragsausgangssignales von dem vorhergehenden Binärzähler 33 nacheinander ein Ausgangssignal an seinen Ausgangsklemmen 18, 19, 20 und 21. Dies bedeutet, daß der Uuarternärzähler entsprechend seinem Inhalt, nämlich "0", "1", "2" oder "3", ein Steuersignal an der Klemme 18, 19, 20 oder 21 erzeugt. Das Steuersignal wird der KonstantStromschaltung 1 zugeführt und steuert den Konstantstromwert.
Mit dem Bezugszeichen 13 ist ein Quinärzähler gekennzeichnet, der nach dem Empfang des Übertragsausgangssignales des Quarternärzählers 12 in Betrieb gesetzt wird und der oben erwähnten modulo-L-Zählerschaltung entspricht. Der Quinärzähler 13 erzeugt nach Empfang des Ubertragsausgangssignales des Quarternärzählers 12 nacheinander an den Ausgangsklemmen 22, 23» 24, 25 und 26 ein Ausgangssignal. Dies bedeutet, daß der Quinärzähler 13 entsprechend seinem Inhalt, nämlich "0", "1", "2", "3" oder "4", an seiner Ausgangsklemme 22, 23, 24, 25 oder 26 ein Steuersignal erzeugt und dieses der Spannungserzeugungsschaltung 2 zugeführt wird, um deren Ausgangsspannung zu steuern.
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Mit dem Bezugszeichen 32 ist eine Systemeingangsklemme für das Rücksetzsignal gekennzeichnet, die mit den entsprechenden Rücksetzklemmen der Zählerschaltungen 10, 11, 33, 12 und 13 t'nd auch mit der anderen Eingangsklemme des ODER-Gatters 34 verbunden ist.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Konstantstromschaltung 1, bei der die Ausgangsklemme 4 der Schaltung mit dem Kollektor eines PNP-Transistors 35 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors und der des anderen PNP-Transistors 36 sind beide mit einer Spannungsquelle verbunden. Die Basis des Transistors 35 und die Basis und der Kollektor des Transistors sind miteinander und mit den Widerständen R1, R2, R, und R. verbunden, die wiederum an ihren anderen Enden mit den entsprechenden Ausgangsklemmen 18, 19, 20 und 21 des Quarternär-Zählers 12 verbunden sind und entsprechende Widerstandswerte aufweisen, z.B. 8 k.-';, 4 k..': , 2 k ^) und 1 kT:. Bei dieser Anordnung bestehen zwischen den Konstantstromwerten I0, I1, I2 und I,, die jeweils dem Inhalt des Quarternärzählers 12 von 11O", "1", "2" und "3" entsprechen, die folgenden Beziehungen:
I1 = 2I0, I2 = 4I0 und I3 = 8I0
oder in allgemeiner Form:
Im = 2mI0 (m = 0, 1, 2, 3) (3)
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Spannungserzeugungsschal tung 2 nach Fig. 1, bei der die Widerstände R5, R^, Ry, Rg und Rq an ihrem einen Ende mit den entsprechenden Ausgangsklemmen 22, 23» 24, 25 und 26 des Quinärzählers 13 und am anderen Ende mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden sind, der wiederum mit der Basis eines PNP-Transistors 37 und mit der Basis und dem Kollektor eines weiteren PNP-Transistors 38 verbunden ist. Die Emitter der beiden Transistoren 37 und 38 sind mit einer Spannungsquelle verbunden. Der Kollektor des Transistors 37 dient als Ausgangsklemme 5 der Spannungserzeugungsschaltung 2 und ist über das CdS-Lichtmeßfühlerelement 31 geerdet. Die Widerstände Rc, R^, R7, Rg und Rq weisen entsprechende Widerstandswerte auf, die mit 1 kfL, 16 kT., 256 k_'l, 4,096 kfl und 65,536 kil ausgewählt wurden.
Bei dieser Anordnung bestehen zwischen den Stromwerten bis ICdSdie dem CdS-Lichtmeßfühler 31 zugeführt werden, wenn der Inhalt des Quinärzählers 13 gleich "0", "1", "2", "3" oder "4" ist, die folgenden Beziehungen:
1CdSI "
ICdS2 = 1CdSO^2
ICdS3 = 1CdSO/212 und
τ 1CdS4 -
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oder in allgemeiner Form:
1CdSt= W2^ << « O, 1. 2, 3. 4)
Danach ergibt sich die Ausgangsspannung der Spannungserzeugungsschal tung 2 zu:
VCdSi
Im nachfolgenden wird nun die Arbeitsweise des Schaltungssystems nach Fig. 1 beschrieben.
Wenn die Spannung am Kondensator 6 größer wird als die Klemmenspannung 5 der Spannungserzeugungsschaltung 2, so wird das Ausgangssignal des Komparators 3 umgekehrt und das UND-Gatter 9 geschlossen, so daß kein Impulssignal mehr hindurchtreten kann. Dies bedeutet, daß, wenn die Kondensatorspannung 6 niedriger als die Eingangsspannung 30 am Komparator 3 ist, das UND-Gatter 9 offengehalten wird, so daß Impulssignale dem Zählerschaltungssystem zugeführt werden können.
Es wird nun das Rücksetzsignal 32 ausgelöst und die Lichtmessung begonnen. Weiterhin wird angenommen, daß der Ausgang 8 des Komparators 3 umgekehrt wird, wenn der Quarternärzäh-
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ler 12 den Inhalt m und der erste und zweite Zähler 10 und den Inhalt J2 aufweist. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Inhalt des Quinärzählers 13 gleich 11O" ist, beträgt die Anzahl der bereits dem Zählersystem zugeführten Eingangsimpulse (6 + J?) + 6m, wobei m den Inhalt des Zählers 12 darstellt, und der Wert eines Konstantstromausgangssignales der Konstantstromschaltung 1 ergibt sich nach der Formel (3)· Daraus ergibt sich, daß der Kondensator 6 jedesmal dann, wenn der Binärzähler 33 ein Übertragssignal erzeugt, über den Transistor 7 auf 0 Volt entladen und dann wieder neu mit dem Ausgangsstrom der Konstantstromschaltung 1, der sich durch die Formel (3) ergibt, aufgeladen wird. Da der Inhalt des Quarternärzählers 12 gleich m und der Inhalt des ersten, zweiten und dritten Zählers 10, 11 und 33 gleich (6 + Jp) ist, ergibt sich:
LdoU 0 m 2
wobei T0 die Dauer des Impulssignales darstellt. Mit Gleichung (3) ergibt sich damit aus Gleichung (6):
6 + J2 = (CVCdS0)/(2m T0-I0) (7)
Aus dieser Gleichung (7) ist ersichtlich, daß der Inhalt (6 + J2) der Zähler 10, 11 und 33 entsprechend dem Inhalt m
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des Quartemärzählers 12 mit 2m gewichtet ist, im Vergleich zur Anzahl der Impulse (C«VCdS0)/(T0«I0), die gezählt worden wäre, wenn der Konstantstromwert der Konstantstromschaltung nicht mit dem Übertragssignal des Zählers 33 verändert worden wäre.
Nun wird angenommen, daß der Ausgang 8 des Komparators 3 umgekehrt wird, wenn der Inhalt des Zählers 13 gleich i , der Inhalt des Zählers 12 gleich m und der Inhalt der Zähler 10 und 11 gleich J2 ist. In diesem Fall beträgt die Gesamtzahl der vom Zählersystem gezählten Eingangsimpulse (6 + Jp) + 6m + (6 χ 4)i und es ergibt sich aus den Gleichungen (A) und (5) die Ausgangsspannung VCdS/ der Spannungserzeugungsschaltung 2 zu:
VCdSC = 7^2
Andererseits hat die Spannung am Kondensator 6 einen Wert nach Gleichung (6) und die Spannung VCdS ist gleich der Spannung nach Gleichung (8). Damit ergibt sich die folgende Beziehung:
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Aus dieser Beziehung (9) ist zu ersehen, daß der Inhalt (6 + J0) der Zähler 10, 11 und 33 in Abhängigkeit von den Inhalten m und { der Zähler 12 und 13 mit 2m«2 gewichtet ist, im Vergleich zur Anzahl der Impulse, die gezählt worden wären, wenn der Konstantstromwert der Konstantstromschaltung und der Spannungswert der Spannungserzeugungsschaltung 2 nicht durch das Übertragssignal des Zählers 33 verändert worden wären.
Zur Normierung der Gleichung (9) werden beide Seiten durch 6 geteilt und wie folgt verändert:
(CVcdSG)/(6.T0.I0) = 2*.2.(1 + J2ZS)
= 2(m + 4ij.2J2/6 (10)
Die linke Seite dieser Gleichung (10) stellt die Information dar, die zur Objektshelligkeitsinformation B umgekehrt proportional ist, d.h. die Information 1/B, und die Zählerinhalte Jp, m und i stellen die Werte der exponentiellen oder logarithmischen Zusammendrückung der Information 1/B dar, da in der Gleichung (2) für den Exponentialwert By der Helligkeitsinformation B der Faktor (-J1) dem Faktor (m + 4 ΐ ) und der Faktor (-Jp) dem Faktor Jp in Gleichung (10) entspricht.
Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Information 1/B den größten V/ert mit 2^3+4x4^x25/6, was etwa 106 ergibt
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und für den praktischen Gebrauch ausreichend ist. Weitere Werte können leicht dadurch realisiert werden, daß die Anzahl der verwendeten Zählerstufen erhöht wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform ergibt sich weiterhin die maximale Anzahl der Impulse mit 4·Α·2·3*2 + 3·2·3·2 + 1·3·2 + 2·2 + 1 = 239. Damit kann die Lichtmessung in einer sehr begrenzten Zeitdauer durchgeführt werden. Z.B. kann bei einem Taktsignal von 20 kHz für die Impulszählung die Lichtmessung innerhalb von 12 msec durchgeführt werden, d.h. in einer für den praktischen Gebrauch ausreichenden Schnelligkeit.
Pig. 4 zeigt eine Schaltung zur logarithmischen Dehnung, die eine Belichtungszeit entsprechend den Reziprokwert 1/B der Helligkeitsinformation B, wie er in der Schaltung nacr Fig. 1 logarithmisch zusaaunengedrückt wird, bestimmt. Mit dem Bezugszeichen 39 ist eine Eingangsklemme gekennzeichnet, an die ein Signal mit einer Bezugsfrequenz f. angelegt wird und das dann einer Reihenschaltung einer Anzahl (vier) von 1/2 Frequenzteilern 40, 41, 42 und 43 zugeführt wird. UND-Schaltungen 52, 53t 54, 55 und 56 sind jeweils über eine Eingangsklemme mit einer entsprechenden Ausgangsklemme 22 bis 26 des Binärzählers 13 verbunden. Einer UND-Schaltung 52 wird an anderen Eingang das Signal fA zugeführt, während die übrigen UND-Schaltungen 53 bis 56 jeweils über ihren anderen Eingang
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mit dem Ausgang der entsprechenden Frequenzteiler 40 bis 43 verbunden sind. Die Ausgänge der UND-Schaltungen 52 bis 56 sind mit den entsprechenden Eingängen einer ODER-Schaltung verbunden. Bei dieser Anordnung werden die Ausgänge der Frequenzteiler 40 bis 43 entsprechend dem Inhalt C des Quinärzählers 13 durch die entsprechenden Torschaltungen ausgewählt, um ein Ausgangssignal f~ an der Ausgangsklemme 50 des ODER-Gatters 57 zu erzeugen.
Die Ausgangsklemme 50 des ODER-Gatters 57 ist mit dem Eingangsende einer Reihenschaltung von drei 1/2-Frequenzteilern 44, 45 und 46 verbunden. UND-Schaltungen 58, 59, 60 und 61 sind über ihren einen Eingang mit den Ausgängen 18 bis 21 der Quarternärzählers 12 verbunden. Einer der UND-Schaltungen, 58, wird am anderen Eingang das Signal f Q f'vom Ausgang 50 des ODER-Gatters 57 zugeführt, während den übrigen UND-Schaltungen 59, 60 und 61 über den anderen Eingang die entsprechenden Ausgänge der 1/2-Frequeiizteiler 44 bis 46 zugeführt werden. Die Ausgänge dieser UND-Schaltungen 58 bis 61 sind mit einem ODER-Gatter 62 verbunden. Die Ausgänge der 1/2-Frequenzteiler 44 bis 46 werden durch die entsprechend damit verbundenen UND-Gatter 58 bis 61 in Abhängigkeit vom Inhalt m des Quarternärzählers 12 ausgewählt, um am Ausgangsende 49 des ODER-Gatters 62 ein Signal f~ zu erzeugen.
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Das Ausgangssignal fQ wird einer Reihenschaltung aus Binärzähler 10, Ternärzähler 11 und Binärzähler 33 zugeführt, die in Fig. 1 dargestellt sind. Das Ausgangssignal des Zählersystems wird dem S-Eingang eines R-S Flipflops 51 zugeführt. Am Q-Ausgang des R-S Flipflops 51 liegt demnach das gewünschte Belichtungszeit-Steuersignal an. Dem System wird ein Rücksetzsignal an einer Klemme 50 zugeführt, die mit den entsprechenden Rücksetzeingängen der Zähler- und Flipflop-Schaltungen verbunden ist.
Es wird nun angenommen, daß der Inhalt der Zähler (10, 11, 33), 12 und 13 jeweils (6 + J2), m und t ist und daß das Signal der Bezugsfrequenz f^ an der Klemme 39 anliegt und das RUcksetzsignal ausgelöst wird. Da der Inhalt des Zählers 13 gleich t ist, tritt das angelegte Signal zuerst an einer der Zählerklemmen 22 bis 26 auf und eine damit verbundene UND-Schaltung der UND-Schaltungen 52 bis 56 wird geöffnet. Damit ergibt sich die Dauer des Ausgangssignales fQ£ der ODER-Schaltung 57 zu:
1/f
In ähnlicher Weise ergibt sich die Dauer des Ausgangssignales fOm der ODER-Schaltung 62 beim Inhalt m des Quarternär zählers 12 zu:
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Das Signal fQ wird der Reihenschaltung der Zähler 33» 11 und 12 zugeführt und veranlaßt, daß der Inhalt (6 + Jp heruntergezählt wird. Die Zeit T, die zum Herunterzählen auf Null benötigt wird, ergibt sich zu:
= (6/fi).2m.24e.2J2/6 (11)
Nun ist es für den Verschlußbetrieb ausreichend, wenn das Flipflop 51 am Ende der Zeitdauer T gesetzt wird. Auf diese Weise ergibt sich die Verschlußzeitdauer T, d.h. die Zeit, während der der Verschluß geöffnet ist, als eine logarithmische Ausdehnung des im System nach Fig. 1 erhaltenen Zählerinhalts, der eine logarithmisch zusammengedrückte Form des Reziprokwertes 1/B der Objektshelligkeitsinformation B darstellt.
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß die Gleichung (11) auf Kamerabelichtungssysteme mit Bevorzugung der Blende (aperture preferred camera exposure systems) anwendbar ist, wenn lediglich f, in Gleichung (11), d.h. die Frequenz des in der Schaltung nach Fig. h verwendeten Bezugssignales bestimmt wird, wobei Digitalgrößen, wie Filmempfindlichkeitsinformation S und Blendeninformation A, berücksichtigt werden.
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Die Verschlußzeit T wird auch dadurch erhalten, daß dem Inhalt des Zählersystems nach Fig. 1, der den Keziprokwert 1/B der logarithmisch zusammengedrückten Helligkeitsinformation darstellt, die Filmempfindlichkeitsinformation und die logarithmisch zusammengedrückte Blendeninformation hinzuaddiert oder davon subtrahiert werden. Dabei werden dem Zählersystem 11 nach Fig. 1 die Impulse» die die Blendeninformation A proportional zur Verschlußzeit T darstellen, zugeführt» um seinen Inhalt bei jedem Impuls hochzuzählen. Darüber hinaus werden dem Zählersystem die Impulse» die die Filmempfindlichkeitsinformation S umgekehrt proportional zur Verschlußzeit T darstellen» zugeführt, um den Inhalt bei jedem Impuls herabzuzählen. Damit weist der Inhalt des Zählersystems die Information auf» die der logarithmisch zusammengedrückten Information der Verschlußzeit T nach Gleichung (11) entspricht. Wie oben beschrieben wurde, wird demnach mit der Schaltung nach Fig. 4 die logarithmisch gedehnte Verschlußzeit T erhalten. In diesem Fall ist die Frequenz f^ des Bezugseingangssignales 39 konstant vorbestimmt.
Hinsichtlich der Blendensteuerung in einer Kamera des Verschlußtyps wird die Blende im allgemeinen durch einen Blendenmotor zur Verminderung der Blendenöffnung gesteuert. Es wird deshalb eine Schaltung zur Impulserzeugung vorgesehen, deren logarithmisch zusammengedrückte Anzahl umgekehrt proportional zur Öffnungsfläche ist. Wenn die Anzahl der Impulse gleich
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dem Inhalt des Zählersystems in der Schaltung nach Fig. 1 wird, wird der Blendensteuerungsmotor rückgesetzt, um die Blendeneinstellung zu fixieren. In diesem Fall speichert das Zählersystem die logarithmisch zusammengedrückte Information, die umgekehrt proportional zur Blendenöffnung ist und durch das Herabzählen der Impulse erhalten wird, die der logarithmisch zusammengedrückten Filmempfindlichkeitsinformation und der logarithmisch zusammengedrückten Verschlußzeitinformation entsprechen.
Wenn der modulo-N-Zähler für die Zähler 10, 11 und 33, der modulo-M-Zähler für den Zähler 12 und der modulo-L-Zähler für den Zähler 13 verwendet wird, so ist die Anzahl der Steuerklemmen der modulο-M- und modulo-L-Zähler im allgemeinen entsprechend gleich M und L. In der Konstantstromschaltung 1 nach Fig. 2 sind deshalb M Widerstände vorgesehen, von denen jeweils die eine Klemme mit der entsprechenden Steuerklemme von H Steuerklemmen des modulo-M-Zählers verbunden ist. Die entsprechenden Widerstandswerte werden so bestimmt, daß zwischen den Konstantstromwerten Iq, I^, 1^, ... IM ent-
2Ü sprechend den Inhalten des modulo-14-Zählers, nämlich M0", "1", "2", ... "M-111, die folgenden Beziehungen bestehen:
In, = 2m.I0 (m = 0, 1, 2 M-1)
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Weiterhin sind in der Spannungserzeugungsschaltung 2 nach Fig. 3 L Widerstände vorgesehen, von denen jeweils eine Klemme mit einer entsprechenden Steuerklemme der L Steuerklemmen des modulo-L-Zählers verbunden ist. Die entsprechenden Widerstandswerte werden so bestimmt, daß zwischen den dem CdS-Licbtmeßfühler 31 zugeführten Strömen mit den Stromwerten Vcdso, VCdS1, VCdS2, ... V0031^1 entsprechend den Inhalten des modulo-L-Zählers, nämlich 11O", "1M, "2", ... nL-1n, die folgenden Beziehungen bestehen:
In der Schaltung nach Fig. 4 haben die (L-I)-Teiler jeweils ein Teilungsverhältnis 1/2 und sind in Reihe geschaltet. Die L UND-Gatter werden entsprechend durch eines der L Steuersignale des modulo-L-Zählers gesteuert. Damit werden
die 1/2^-Teiler durch die entsprechenden UND-Gatter entsprechend dem Inhalt t des modulo-L-Zählers ausgewählt, um am Ausgang 50 des ODER-Gatters 57 das Ausgangs signal fQj> zu erzeugen. Darüber hinaus sind die (M-I)-Teiler mit einem Teilungsverhältnis 1/2 in Reihe geschaltet. Die M UND-Gatter
werden entsprechend durch eines der M Steuersignale des modulo-M-Zählers gesteuert. Damit werden die 1/2-Teiler durch die entsprechenden UND-Gatter in Abhängigkeit vom Inhalt M des modulo-M-Zählers ausgewählt, um am Ausgang 49 des ODER-Gatters 62 das Ausgangssignal fQ_ zu erzeugen.
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In diesem Fall ergibt sich die Gleichung für die Verschlußzeit T wie folgt:
T = (Vf1). (6 + J2). 2m.
Erfindungsgemäß ist die Schaltung zur Umwandlung der Objektshelligkeitsinformation, die sich in einem sehr großen Verhältnisbereich ändern kann, in einen digitalen Wert durch logarithmische Kompression so aufgebaut, daß die Verstärkung oder Dämpfung des Eingangsanalogwertes als digitaler Wert mit direkter logarithmischer Kompression der eingelesenen Information erhalten wird, ohne daß ein Element eine logarithmische oder exponentielle Kennlinie aufweist. Damit ist es möglich, eine Analog-Digital-Umwandlungsschaltung mit logarithmischer Kompression zu erhalten, die eine sehr gute Stabilität gegenüber Temperatur- und Spannungsveränderungen aufweist.
Natürlich können auch andere Lichtmeßelemente, wie z.B. eine Photozelle, mit fast den gleichen Ergebnissen anstelle eines CdS-Lichtmeßfühlers wie in der dargestellten Ausführungsform verwendet werden. Da in diesem Fall der Ausgangsstrom von der Photozelle sehr begrenzt ist, kann die Ausgangsspannung, die über einen Stromverstärker geführt und z.B. an einem Lastwiderstand auftritt, der Eingangsklemme 30 in Fig. 1 zugeführt werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Schaltungsanordnum/ zur digitalen Verarbeitung einer Belichtungssteuerungsinformation, dadurch r e k e η η zeichnet , daß sie aufweist:
    eine Vergleichsschaltung (3) ^Ht zwei i^ingangsKlernraen (29, 30),
    eine vom Ausgangssignal (3) der Vergleichsschaltung (3) gesteuerte Torschaltung (9), die ein Impulsei£rna.l (28) einer vorbestimmten Frequenz hindurchläßt,
    einen modulo-H-Zähler (1ü, 11, 33) ι <ier aie Ausgangsimpulse der Torschaltung (9) zählt,
    einen modulo-ii-Zähler (12), der die Ubertrags-Ausgangssignale des modulo-N-2ählers (33) zählt und nach dem Empfang von jedem Ubertrags-Ausgangssignal ein Steuersignal erzeugt,
    einen modulo-L-Zähler (13)» der die Übertrags-Ausgangssignale des modulo-M-Zählers (12) zählt und nach dem Empfang von jedem Ubertrags-Ausgangssignal des modulo-H-Zählers ein Steuersignal erzeugt,
    einen Kondensator (6), dessen eine Klemme mit dem einen Eingang (29) der Vergleichsschaltung (3) verbunden ist,
    eine Konstantstromquelle (1), die den Kondensator (6) auflädt und deren Stromwert durch das Steuersignal des modulo-M-
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    iixöPECTED
    Zählers (12) verändert wird, und
    eine Spannungserzeugungsschaltung (2) zur Erzeugung einer Objekthelligkeitsinforraationsspannung in Abhängigkeit von
    der Objektshelligkeit, die dem anderen Eingang (30) der Vergleichsschaltung (3) die Informationssparinung zuführt, wobei der "Wert der lipannun« durch das Steuersignal des modulo-L-Zählers (13) verändert wird.
    2. Schaltungsanordnung nach Anspruch "1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin aufweist:
    eine erste Gruppe von (L-1)-Frequenzteilern (40 - 43) mit jeweils einem Teilungsverhältnis von 1/21', die in Reihe geschaltet sind und eine vorbestimmte Frequenz eines Eingangssignales teilen,
    eine erste Auswahlschaltung (i>2 - 56, 57), die in Abhängigkeit vom Steuersignal des modulo-L-Zählers (13) eines der Ausgangssignale der ersten Frequenzteilergruppe auswählt,
    eine zweite Gruppe von (H-1)-Frequenzteilern (44 - 46)
    mit jeweils einem Teilungsverhältnis von 1/2, die in Reihe
    geschaltet sind und eine von der ersten Auswahlschaltung
    (52 - 56, 57) ausgewählte Frequenz des Ausgangssignales teilen, und
    eine zweite Auswahlschaltung (58 - 61, 62), die in Abhängigkeit vom Steuersignal des modulo-M-Zählers (12) eines der Ausgangssignale der zweiten Frequenzteilergruppe auswählt,
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    v/o bei der modulo-N-Zähler (10, 11, 33) von seinem Inhalt (5 + J^) aus jedes von der zweiten Auswahlschaltung (58 - 61,
    62) ausgewählte Ausgangssignal auf Null herunterzählt.
    7OiM"'4 7/07 6 8
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