DE2843941B2 - Schaltung für die Belichtungsmessung bei Photoapparaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für die Belichtungsmessung bei Photoapparaten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim Photographieren, beispielsweise in der Mikrophotographie, muß die Messung der Belichtung von einem verhältnismäßig dunklen Bild bis zu einem hellen möglich sein, d. h. in einem weiten Bereich (10⁴ bis Lux) zwischen schwacher und starker Beleuchtung. In der Praxis ist es sehr schwierig, die Belichtung über einen weiten Beleuchtungsbereich genau zu messen. In bekannten Schaltungen für die Belichtungsmessung wird das einfallende Licht in Form einer Widerstandsänderung eines photoelektrischen Wandlers, beispielsweise einer CdS-ZeIIe erfaßt Ein Lichtmeßsignal, das entsprechend der Widerstandsänderung erzeugt wird, wird einer logarithmischen Kompressionsschaltung zugeführt, aus der das eingefallende Licht in Form eines Spannungssignals, das der Lichtintensität entspricht entnommen werden kann. Mit einer logarithmischen Kompressionsschaltung wird eine sehr genaue Lichtmessung über einen weiten Belichtungsbereich ermöglicht jedoch ist der Belichtungsmesser sehr teuer.

ίο Weiter ist aus der deutschen Auslegeschrift DE-AS 23 53 924 eine Belichtungssteuervorrichtung bekannt bei der die Ausgangspegel von zwei Flip-Flops entsprechend der Helligkeit von einfallendem Licht geändert werden. In Abhängigkeit von den Ausgangspegeln der Flip-Flops wird ermittelt, in welchen Helligkeitsbereich das einfallende Licht fällt d. h. in den oberen, mittleren oder unteren Helligkeitsbereich. Diese bekannte Technik gibt jedoch nur die Möglichkeit, die Blendenweite der Kamera in Abhängigkeit der vorbestimmten drei Helligkeitsbereiche einzustellen, ohne eine genaue Belichtungsmessung über den gesamten Helligkeitsbereich zu gestatten.

Aus der amerikanischen Patentschrift US-PS 40 37 237 ist eine weitere Belichtungssteuerschaltung bekannt, die ein Photostrom entsprechend der tatsächlichen Objekthelligkeit und einen Bezugsstrom entsprechend einer vorbestimmten Objekthelligkeit erzeugt. Der Photostrom oder der Bezugsstrom wird integriert, wodurch ein veränderliches Belichtungsintervall erhalten wird, das der vorbestimmten Objekthelligkeit proportional ist. Die bekannte Schaltung weist den Nachteil auf, daß eine Belichtungsmessung nur im Rahmen der Integrationsmöglichkeit des Photostroms vorgenommen werden kann. Da eine Umschaltung auf andere Helligkeitsbereiche nicht vorgesehen ist, kann nur in einem vergleichsweise kleinen Helligkeitsbereich eine hinreichend genaue Belichtungsmessung zur Steuerung des Belichtungsintervalls durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine preisgünstige Schaltung zur Belichtungsmessung zu schaffen, die die einfallende Lichtmenge über einen großen Bereich sehr genau messen kann.

Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei den Unteransprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltung für die Belichtungsmessung,

F i g. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Belichtungszeit von der integrierten Spannung eines Integrators, der Bestandteil der Schaltung gemäß F i g. 1 ist,

F i g. 3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung und

F i g. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Belichtungszeit und der integrierten Spannung eines Integrators, der in der Schaltung gemäß F i g. 3 verwendet ist.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung zur Belichtungsmessung dargestellt.

Ein photoelektrischer Umwandler, beispielsweise eine Photodiode 11, ist an der Kathode mit der invertierenden Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 12 der ersten Stufe verbunden. Die Kathode der Photodio-

de 11 und die nicht-invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 12 sind geerdet.

Ein Widerstand 13 ist zwischen die invertierende Eingangskleinme der Verstärkers 12 und dessen Ausgangsklemme geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 12 ist mit der nichl-invertierenden Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 15 der folgenden Stufe durch einen Widerstand 14 verbunden. Die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 15 ist über einen Widerstand 16 mit der Ausgangsktemme desselben Verstärkers und über einen Widerstand 17 mit Erde verbunden. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 15 ist mit der invertierenden Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 117 einer dritten Stufe verbunden. Die Ausgangsklemme dieses Verstärkers 117 ist über einen Widerstand 18 mit der nicht-invertierenden Eingangsklemme desselben Verstärkers 117 und über einen Widerstand 19 sowie eine Durchlaß-Diode 20 mit der Basis eines NPN-Transistors 21 verbunden. Der Transistor 21 iu mit seinem Emitter geerdet, während der Collector über einen Widerstand 22 mit einer Spannungsquelle Vcc sowie über einen Widerstand 23 mit der Basis eines N PN-Transistors 24 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 24 ist geerdet, während sein Collector über ein Relais 25 und eine Diode 26 mit der Klemme der Spannungsquelle Vcc verbunden ist. In einem Bezugsspannungskreis 27 ist ein NPN-Transistor 28 π it seiner Basis an einem Verbindungspunkt zwischen einem Widerstand 29 und einem variablen Widerstand 30 angeschlossen, welche zwischen der Klemme Vcc und der Erde in Reihe geschaltet und mit der Klemme Vcc über einen Widerstand 32 verbunden sind. Der Emitter des Transistors 28 ist über einen Widerstand 33 geerdet sowie über einen Widerstand 34 mit der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Verstärkers 117 der dritten Stufe verbunden, während der Collector des Transistors 28 an die Klemme Vcc angeschlossen ist.

Im Relais 25 sind der normalerweise geschlossene Kontakt und der normalerweise offene Kontakt eines ersten Relais-Schalters 25a mit den Ausgangsklemmen der Verstärker 12 bzw. 15 verbunden. Der bewegliche Kontakt des Relais-Schalters 25a ist mit der invertierenden Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 37 eines Integrators 36 verbunden, und zwar über eine Widerstandschaltung 35, die entsprechend der Empfindlichkeit (ASA-Zahl) eines Films eingestellt ist. Die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 37 ist übe.- Kondensatoren 38 und 39 mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt bzw. dem normalerweise offenen Kontakt eines Relaisschalters 25b verbunden. Die nicht-invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 37 ist geerdet.

Wenn im Betrieb Licht geringer Helligkeit, beispielsweise 10²Lux oder weniger, auf die wie beschrieben aufgebaute Schaltung trifft, erzeugt die Photodiode 11, auf die das einfallende Licht trifft, erii Signal, das der Beleuchtungsstärke entspricht. Dieses Lichtmeßsignal wird durch den Operationsverstärker 12 der ersten Stufe verstärkt und dann in den Verstärker 15 der zweiten Stufe geleitet. Das nochmals verstärkte Lichtmeßsignal wird dann in den Verstärker 117 der dritten Stufe geleitet. Dieser Verstärker 117 dient als Komparator zum Vergleichen einer Bezugsspannung des Bezugsspannungskreises 27 mit dem Lichtmeßsignal, das von dem Verstärker 15 her kommt. Der Bezugsspannungskreis 27 ist so ausgebildet, daß eine Bezugsspannung erzeugt wii d, die geringfügig unter der Sättigungsspannung des Operaiionsverstärkers 117 liegt. Folglich ist bei geringer Beleuchtung der Operationsverstärker 117 nicht gesättigt, so daß er ein Ausgangssignal hohen Pegels erzeugt Daraus folgt, daß der Transistor 21 leitend ist, während der Transistor 24 nicht leitet und das Relais 25 nicht betätigt wird. Unter dieser Bedingung sind die normalerweise geschlossenen Kontakte der Relais-Schalter 25a und 25b geschlossen, und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 15 wird über den normalerweise geschlossenen Kontakt des Relaisschalters 25a und die Widerstandsschaltung 35 zu dem Integrator 36 geleitet. Im Integrator 36 verbindet des Relais-Halter 256 den Kondensator 38 über den Operationsverstärker 37. Das Ausgangssignal des Verstärkers 15, d. h. das verstärkte Lichtmeßsignal, wird entsprechend der Kapazität den Kondensator 38 integriert. Das integrierte Lichtmeßsignal aus dem Integrator 36 wird einer Anzeigeeinheit für die Belichtung oder einem Belichtungsmesser zugeführt (nicht dargestellt).

Wenn Licht großer Helligkeit, beispielsweise 10² Lux, auf die Photodiode 11 auftrifft, wird das der Beleuchtung entsprechende Lichtmeßsignal von der Photodiode 11 erzeugt, im Operationsverstärker 12 verstärkt und dann an den folgenden Verstärker 15 weitergeleitet. Da das in den Verstärker 15 geleitete Lichtmeßsignal groß ist, ist der Verstärker 15 gesättigt. Wie bereits erwähnt, wird die Bezugsspannung, die an den Verstärker 17 angelegt werden muß, geringfügig kleiner gewählt als die Sättigungsspannung des Verstärkers 15. Wenn die Sättigungsspannung am Operationsverstärker 117 anliegt, wird dessen Ausgangssignal invertiert, so daß der Verstärker 117 ein Ausgangssignal geringen Pegels erzeugt. Das hat zur Folge, daß der Transistor 21 ausgeschaltet und der Transistor 24 eingeschaltet werden, und daß das Relais 25 erregt wird. Damit wird der bewegliche Kontakt des Relais-Schalters 25a zu einem normalerweise offenen Kontakt geschaltet, und das Ausgangssignal des Verstärkers 15 gelangt über den Relais-Schalter 25a und die Widerstandsschaltung 35 zu dem Integrator 36. In dieser Zeit wird der bewegliche Kontakt des Relais Schalters 256 zu einem normalerweise offenen Kontakt geschaltet, so daß der Kondensator 39 mit dem Operationsverstärker 37 verbunden ist.

Die Zeitkonstante des Integrators 36 wird wie folgt gegenüber geringer und starker Beleuchtung eingestellt. Wenn, wie in Fig.2 dargestellt, die Beleuchtung stark ist, ist die Zeitkonstante klein eingestellt. Wenn andererseits die Beleuchtung stark ist, ist auch die Zeitkonstante groß. Die Zeitkonstanten werden durch Anwählen der Kondensatoren 38 und 39 durch den Relais-Schalter 256 festgelegt. Wenn Licht geringer Beleuchtungsstärke auf die Photodiode auftrifft, wird ein Ausgangssignal des Operationsverstärkers 15 über den Relais-Schalter 25a zum Integrator 36 geleitet. Nachdem dieser das Signal empfangen hat, erzeugt er ein integriertes Signal, das durch die Kurve a 2 in F i g. 2 dargestellt ist. Eine durch einen Punkt b7. bestimmte Integrationszeit wird aufgrund des Integrationssignals festgestellt und angezeigt, beispielsweise als Beleuchtungszeit auf Anzeigemitteln oder dergleichen (nicht dargestellt).

Im Falle von hoher Beleuchtungsstärke wird das Ausgangssignal des Verstärkers 12 der ersten Stufe durch den Integrator 36 entlang einer Integrationskurve a 1 integriert; eine durch den Punkt b 1 definierte Integrationszeit wird als Belichtungszeit auf Anzeigemittein angegeben. Wie aus der obigen Beschreibung

hervorgeht, wird das Lichtmeßsignal einer geringen Beleuchtung durch Zweistufen-Verstärker verstärkt, während Licht starker Beleuchtung durch Einstufen-Verstärker verstärkt wird. Weiterhin wird die Verstärkung auf einem linearen Bereich durchgeführt, nicht auf einem gesättigten Punkt. Auf diese Weise ist die Genauigkeit der Lichtmessung sehr hoch.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispie! der Erfindung dargestellt. Eine Photodiode 41 ist mit dem Eingang eines ersten Verstärkers 42 von vier hintereinandergeschalteten Verstärkern 42 bis 45 verbunden. Die Ausgangsklemmen dieser in Reihe geschalteten Verstärker sind mit je einem invertierenden Verstärker 46 bis 49 verbunden. Die nicht-invertierenden Eingangsklemmen dieser Verstärker 46 bis 49 sind gemeinsam mit dem Ausgang eines Bezugsspannungskreises 50 verbunden. Der Verstärker 46 ist mit seiner Ausgangsklemme mit der ersten Eingangsklemme eines logischen Operators (exklusives ODER) 51 verbunden. Der Verstärker 57 ist mit seiner Ausgangsklemme mit der zweiten Eingangsklemme des logischen Operators 51 und mit der ersten Eingangsklemme eines logischen Operators 52 verbunden. In gleicher Weise ist die Ausgangsklemme des Verstärkers 48 mit der zweiten Eingangsklemme des logischen Operators 52 und der ersten Eingangsklemme eines logischen Operators 53 verbunden. Schließlich ist der Verstärker 49 mit der zweiten Eingangsklemme des logischen Operators 53 verbunden. Die logischen Operatoren (ODER-Schaltungen) 51 bis 53 sind mit ihren Ausgangsklemmen mit den Eingangsklemmen von Invertern (NEIN-Schaltungen) sowie mit den Eingangsklemmen eines NOR-Gliedes 60 verbunden. Die Ausgangsklemmen der Inverter 54 bis 56 sind mit je einem Relais-Stromkreis 57 bis 59 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Ausgang des NOR-Gliedes 60 über eine NEIN-Schaltung 61 mit einem Relais-Stromkreis 62 verbunden. Die Ausgangsklemmen der Operationsverstärker 42 bis 45 sind mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 65 eines Integrators 64 verbunden, und zwar über entsprechende Relais-Schalter 57a bis 62a der Relais 57 bis 62 und über eine Widcrstandsschaitung 63. Die invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 65 ist mit einer Seite jedes Kondensators 66 bis 69 verbunden, dessen andere Seite mit dem Ausgang desselben Verstärkers 65 über entsprechende Relais-Schalter 576 bis 596 und 626 verbunden ist Der Verstärker 65 ist mit seiner nicht-invertierenden Eingangsklemme geerdet.

Die so ausgebildete Schaltung zur Belichtungsmessung kann das einfallende Licht durch vier Beleuchtungsbreiten zwischen dunkel und hell messen. Es sei angenommen, daß die zu messende Beleuchtung zwischen Null und 10* Lux liegt. Der erste Beleuchtungsbereich reicht von Null bis weniger als 10 Lux, während der zweite Beleuchtungsbereich größer als 10 aber nicht größer als 100 Lux ist; der dritte Beleuchtungsbereich ist größer als 100, aber nicht größer als 1000 Lux, und der vierte Beleuchtungsbereich ist größer als 1000 aber nicht größer als 10 000 Lux. Wenn Licht des ersten Beleuchtungsbereiches auf die Photodiode 41 auftrifft, erzeugt diese ein Lichtsignal mit einem Pegel der der Beleuchtungsstärke des ersten Beleuchtungsbereiches entspricht. Das Lichtmeßsignal der Diode 41 wird durch die Verstärker 42 bis 45 verstärkt und dann mit einem Bezugssignal des Bezugsspannungskreises 50 mittels des Operationsverstärkers 49 verglichen. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des Bezugsspannungskreises geringfügig tiefer gesetzt als die Sättigungsspannung jedes Verstärkers 43 bis 45. Daher erscheint in diesem Fall ein Signal hohen Pegels am Ausgang des Verstärkers 49. Dieses Signal hohen Pegels wird durch den logischen Operator 53 (exklusives ODER) logisch verarbeitet und von diesem als ein Signal niedrigen Pegels ausgegeben, welches danach über das NOR-Glied 60 und die NEIN-Schaltung 61 zu dem Relais 62 gelangt, wodurch dieses erregt wird. Zu dieser Zeit werden Signale niedrigen Pegels

ίο aus den logischen Operatoren 51 bis 53 über die entsprechenden NEIN-Schaltungen 54 bis 56 mit den entsprechenden Relais-Stromkreisen 57 bis 59 gekuppelt. Dadurch werden diese Relais nicht erregt. Durch die Erregung des Relais-Stromkreises 62 werden die

,-; damit verbundenen Relais-Schalter 62a und 626 geschlossen. Dadurch wird das Ausgangssigna! vom Verstärker 45 über den Relais-Schalter 62a und die Widerstandsschaltung 63 zur invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 65 geleitet. Das bedeutet, daß das Ausgangssignal in den Integrator 64 gelangt, umfassend die Widerstandsschaltung 63, den Verstärker 65 und den Kondensator 69, wobei die Zeitkonstante durch den Widerstand der Widerstandsschaltung 63 und dutch die Kapazität des Kondensators 69 bestimmt ist. Der Integrator 64 integriert das Ausgangssignal des Verstärkers, um ein integriertes Signal zu erzeugen, das sich entsprechend der Kurve a I gemäß F i g. 4 ändert.

Eine von der Kurve al gemäß Fig.4 bestimmte

<o Integrationszeit b 1 wird angezeigt, beispielsweise als Belichtungszeit, die der Beleuchtung im ersten Beleuchtungsstärkebereich entspricht

Wenn Licht aus dem zweiten Beleuchtungsstärkebereich auf die Schaltung zur Belichtungsmessung trifft, wird der letzte Verstärker 65 gesättigt und der Ausgang des Verstärkers 49 invertiert Daraus folgt daß der Ausgang des logischen Operators 53 einen hohen Pegel hat der nun durch die NEIN-Schaltung 56 invertiert wird und den Relais-Stromkreis 59 erregt Das Signal hohen Pegels des logischen Operators 53 wird außerdem über das NOR-Glied 60 und die NEIN-Schaltung 61 dem Relais-Stromkreis 52 zugeführt der dadurch entregt wird. Die Relais-Stromkreise 57 und 58 bleiben stromlos, weil die Ausgangspegel der logischen Operatoren 51 und 52 niedrig sind. Auf diese Weise werden die Relais-Schalter 59a und 596 des Relais-Stromkreises 59 geschlossen mit dem Ergebnis, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 44 zu dem Integrator 64 gelangt Im Integrator 64 wird das Ausgangssignal

integriert und zwar in Obereinstimmung mit der Zeitkonstante, die durch den Widerstand der Widerstandsschaltung 63 und die Kapazität des Kondensators 68 bestimmt ist Das integrierte Signal ist als Kurve a 2 dargestellt Eine Integrationszeit b 2 wird aus der Kurve a 2 erhalten. In gleicher Weise werden die Lichtmeßsignale, die einer Beleuchtung im dritten und im vierten Beleuchtungsstärkebereich entsprechen, verstärkt und in Obereinstimmung mit den entsprechenden Zeitkonstanten integriert d. h. entlang der Kurven a 3 und a 4, und aus dem Integrator 64 in Form von Integrationszeiten 63 und 64 entnommen, die sich aus den entsprechenden Integrationskurven a 3 und a 4 ergeben. Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, daß ein großer Beleuchtungsstärkebereich zwischen dunkel und hell in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt wird, und daß das Lichtmeßsignal entsprechend dem Beleuchtungsbereich linear durch die entsprechende Anzahl von Stufen verstärkt wird. Die Prüfschaltung prüft den

Beleuchtungsstärkebereich, zu dem das verstärkte Signal gehört, und das geprüfte Signal wird abgenommen. Damit weist die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltung für die Belichtungsmessung eine hohe Genauigkeit auf und ist nicht teuer.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltung Für die Belichtungsmessung bei Photoapparaten, umfassend einen photoelektrischen Umwandler zum Umwandeln von einfallendem Licht in ein Photostromsignal, dessen Pegel der Helligkeit des einfallenden Lichtes entspricht, eine Verstärkerschaltung zum Verstärken des Photostromsignals und einen Integrator zum Integrieren des verstärkten Photostromsignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung eine Mehrzahl von Verstärkerstufen (12,15 bzw. 42, 43,44,45) hat, von denen eine oder mehrere das dem einfallenden Licht entsprechende Photostromsignal verstärken, wobei die Zahl dieser Verstärkerstufen umgekehrt proportional zur Höhe des Pegels des Photostromsignals ist daß eine Prüfschaltung (117 bzw. 46—61) vorgesehen ist zum Beurteilen, in welchen Helligkeitsbereich das einfallende Licht fällt, und daß eine Ansprecheinrichtung (20—33 bzw. 57—62) auf das Ausgangssignal der Prüfschaltung zur Auswahl einer von mehreren Integrationskonstanten des Integrators (36 bzw. 64) anspricht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfschaltung einen Operationsverstärker (117) hat, der auf den vorgeschalteten Verstärker (45) der Verstärkerreihe (12, 15) anspricht, und die die Ansprechmittel einen Relaisstromkreis (20—33) aufweisen, der auf das Ausgangssignal des Operationsverstärkers anspricht und das Ausgangssignal aus der Verstärkerstufe, die dem Pegel des Photostromsignals entspricht, dem Integrator (36) zuführt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfschaltung eine Reihe von Operationsverstärkern (46—49) aufweist, denen die Ausgangssignale der Verstärkerstufen (42—45) und ein Bezugsspannungssignal einer Bezugsspannungsschaltung (50) zugeführt werden, und eine Reihe von exklusiven ODER-Gliedern (51 —53), von denen jedes die Ausgangssignale von zwei Verstärkern der Operationsverstärker empfängt und einen Ausgang aufweist, der mit der Ansprecheinrichtung verbunden ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprecheinrichtung aus einem Relaisstromkreis (57—62) besteht, der auf die Ausgangssignale der Prüfschaltung anspricht und das Ausgangssignal einer der Verstärkerstufen dem Integrator (64) zuführt.