DE2907155C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung für eine Kamera, mit einer Solarzellenanordnung und einem Akkumulator.

Bei einer solchen, aus der DE-OS 15 22 155 bekannten Stromversorgungseinrichtung für eine Kamera wird der erforderliche Strom zur ständigen Aufladung des z. B. in Form einer Ni-Cd-Batterie vorgesehenen Akkumulators von der Solarzellenanordnung erzeugt, so daß im Vergleich zu einer üblichen batteriegebundenen Stromversorgungseinrichtung der häufige Austausch verbrauchter Batterien entfällt.

Allerdings beträgt die von einer Solarzelle erzeugte EMK nur etwa 0,6 V, so daß es zum Aufladen eines als Stromquelle für eine Kamera verwendeten Akkumulators auf eine Spannung von z. B. 1,3 bis 6 V erforderlich ist, eine gewisse Anzahl von Solarzellen in Reihe zu schalten. Hierbei besteht jedoch das Problem, daß bei Abschattung des Lichteinfalls auf eine oder mehrere Solarzellen keine EMK mehr erzeugt wird.

In diesem Zusammenhang ist es aus der US-PS 36 36 539 bereits bekannt, zur Stromversorgung von Raumfahrzeugen, Satelliten oder dergleichen, Solarzellenanordnungen einzusetzen, die in Abhängigkeit vom Lichteinfall und jeweils herrschenden Temperaturen mit Hilfe spezieller sensor- oder ferngesteuerter Umschalteinrichtungen von einer bestimmten Serien-Parallelschaltung auf eine zweckmäßige andere Serien-Parallel-Anordnung umschaltbar sind.

Darüber hinaus ist aus der De-OS 26 46 877 auch die Verwendung mehrerer Akkumulatoren in Verbindung mit einer umschaltbaren Solarzellenanordnung zur Umwandlung von Sonnenenergie bekannt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art für eine Kamera derart auszugestalten, daß trotz bedienungsbedingter Abschattung der Solarzellenanordnung bei der Betätigung der Kamera und möglicher Helligkeitsschwankungen des Lichteinfalls eine zuverlässige Stromversorgung der Kamera gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Solarzellenanordnung Reihenschaltungen von Solarzellen aufweist, die an einer Vielzahl von Teilen der Kamera angeordnet und einander parallel schaltbar sind.

Durch die Reihenschaltungen der Solarzellen ist die Erzeugung einer ausreichenden EMK gewährleistet, während durch Anordnung dieser Reihenschaltungen von Solarzellen an einer Vielzahl von Teilen der Kamera bei gleichzeitiger Parallelschaltung sichergestellt ist, daß sich Abschattungen des Lichteinfalls bei Solarzellen sowie Helligkeitsschwankungen nur in vernachlässigbarem Ausmaß auswirken können.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Stromversorgungseinrichtung für eine Kamera mit einer in Reihe geschaltete Solarzellen aufweisenden Solarzellenanordnung und einem Akkumulator,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Stromversorgungseinrichtung für eine Kamera mit einem Akkumulator und einer Solarzellenanordnung mit mehreren Reihenschaltungen von Solarzellen, die einander parallel geschaltet sind,

Fig. 3 eine Frontansicht einer Kamera zur Veranschaulichung einer möglichen Anbringung der Solarzellen,

Fig. 4 ein konkretes Ausführungsbeispiel der Stromversorgungseinrichtung für eine Kamera, mit einer Solarzellenanordnung und einem Akkumulator,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stromversorgungseinrichtung für eine Kamera, mit einer Solarzellenanordnung und einem Akkumulator,

Fig. 6 die Kennwerte der Solarzellenanordnung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anbringung der Solarzellenanordnung an der Kamera und

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anbringung der Solarzellenanordnung an der Kamera.

In Fig. 1 ist eine bekannte Stromversorgungseinrichtung für eine Kamera mit einer in Reihe geschaltete Solarzellen 1₁, 1₂ 1₃ . . . 1 _{n- 1}, 1 _n aufweisenden Solarzellenanordnung und einem Akkumulator 4 dargestellt, der von der Solarzellenanordnung über eine Gegenstrom-Sperrdiode 2 und einen Ladestrom-Begrenzungswiderstand 3 aufgeladen wird. Mit dem Akkumulator 4 ist eine Steuerschaltung 6 der Kamera über einen Hauptschalter bzw. Stromversorgungsschalter 5 verbunden. Mit Hilfe einer solchen Reihenschaltung einer Anzahl von Solarzellen 1₁, 1₂, 1₃ . . . 1 _n läßt sich jedoch nur bei gleichmäßigem, ausreichendem Lichteinfall eine zur Aufladung des Akkumulators 4 ausreichende photoelektrische EMK erhalten, da bereits bei Abschattung des Lichteinfalls bei lediglich einer einzigen Solarzelle die Stromerzeugung unterbrochen wird.

Zur Lösung dieses Problems kann daher in Betracht gezogen werden, eine Anzahl Reihenschaltungen von Solarzellen in der in Fig. 2 veranschaulichten Weise einander parallel zuschalten. Hierbei sind z. B. sechzehn Solarzellen 1 _a, 1 _b, 1 _c, 1 _d . . . 1 _p in vier Solarzellengruppen unterteilt, die jeweils aus vier in Reihe geschalteten Solarzellen bestehen, wobei die Solarzellengruppen ihrerseits parallel geschaltet sind, so daß der Akkumulator 4 über die Gegenstrom-Sperrdiode 2 und den Ladestrom-Begrenzungswiderstand 3 mit der gemeinsamen Ausgangsspannung der vier Solarzellengruppen aufgeladen werden kann. Mit dem Akkumulator 4 ist wiederum die Steuerschaltung 6 der Kamera über den Haupt- bzw. Stromversorgungsschalter 5 verbunden. Auf diese Weise läßt sich eine gewisse Anzahl von Solarzellen in mehrere Solarzellengruppen unterteilen, die jeweils aus mehreren, in Reihe geschalteten Solarzellen bestehen, während die Solarzellengruppen ihrerseits einander parallel geschaltet sind, so daß auch bei Abschattung des Lichteinfalls bei einer oder zwei Solarzellen noch ein ausreichender Photostrom zur Aufladung des Akkumulators 4 erhalten werden kann.

Werden jedoch die Solarzellen der Stromversorgungseinrichtung gemäß Fig. 2 z. B. nur auf der Vorderseite eines Kameragehäuses angebracht, besteht die Möglichkeit, daß bei der Handhabung bzw. beim Halten der Kamera während des Photographierens mehrere Solarzellen verdeckt werden.

In Fig. 3 ist eine solche Situation veranschaulicht, wobei die Bezugszahl 10 ein Kameragehäuse, die Bezugszahl 11 ein Penta-Prismagehäuse und die Bezugszahl 12 ein Objektiv bezeichnen, während mit den Bezugszahlen 13 a und 13 b Solarzellengruppen bezeichnet sind, die jeweils aus acht Solarzellen bestehen und an beiden Vorderseiten des Kameragehäuses 10 angebracht sind.

Die Bezugszahlen 14 a und 14 b bezeichnen die Hände der photographierenden Person während des Aufnahmevorgangs.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, wird ein Teil der Solarzellengruppen 13 a und 13 b durch die Hände der photographierenden Person verdeckt, so daß das auf einige Solarzellen fallende Licht teilweise oder völlig abgeschirmt wird. Bei einer Stromversorgungseinrichtung, bei der die Solarzellen in der in Fig. 1 dargestellten, bekannten Weise miteinander verbunden sind, wird daher in einem solchen Fall der Photostrom unterbrochen, während bei der Stromversorgungseinrichtung gemäß Fig. 2 die Gefahr besteht, daß unter Umständen kein ausreichender Photostrom mehr erzeugt werden kann.

Nachstehend wird näher auf Fig. 4 eingegangen, die ein konkretes Ausführungsbeispiel der Stromversorgungseinrichtung für eine Kamera veranschaulicht.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 sind z. B. achtzehn Solarzellen 21 a, 21 b . . . 21 r in sechs, jeweils aus drei parallel geschalteten Solarzellen bestehende und miteinander in Reihe geschaltete Solarzellengruppen unterteilt, wobei Schaltungen zum Vergleich der Ausgangssignale der Solarzellengruppen und Überbrückung bzw. Kurzschließen der Solarzellengruppen vorgesehen sind. Im einzelnen sind die Solarzellen 21 a, 21 b . . . 21 r in sechs, miteinander in Reihe geschalteten Solarzellengruppen 21 a bis 21 c, 21 d bis 21 f, 21 g bis 21 i, 21 j bis 21 l, 21 m bis 21 o und 21 p bis 21 r unterteilt, die jeweils aus drei parallel geschalteten Solarzellen bestehen. Diese Solarzellengruppen sind jeweils mit einem Transistor 25 a, 25 b . . . 25 f sowie mit einem Vergleicher 27 a, 27 b . . . 27 f verbunden.

Den beiden Eingängen der Vergleicher 27 a, 27 b . . . 27 f wird somit jeweils eine Spannungsdifferenz zugeführt, die der EMK der jeweiligen Solarzellengruppe 21 a bis 21 c, 21 d bis 21 f, 21 g bis 21 i, 21 j bis 21 l, 21 m bis 21 o bzw. 21 p bis 21 r entspricht. Solange diese Spannungsdifferenz größer als ein bestimmter vorgegebener Wert ist, weist das Ausgangssignal der Vergleicher 27 a, 27 b . . . 27 f einen niedrigen Wert auf, so daß die Transistoren 25 a, 25 nb . . . 25 f sperren. Ist dagegen die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängen der Vergleicher 27 a, 27 b . . . 27 f jeweils kleiner als ein bestimmter vorgegebener Wert, so nimmt das Ausgangssignal der Vergleicher 27 a, 27 b . . . 27 f einen hohen Wert an, wodurch die Transistoren 25 a, 25 b . . . 25 f durchgeschaltet werden. Wenn z. B. die von der Solarzellengruppe 21 d bis 21 f erzeugte EMK abfällt, weist das Ausgangssignal des Vergleichers 27 b einen hohen Wert auf. Hierdurch wird der Transistor 25 b durchgeschaltet, so daß die Solarzellengruppe 21 d bis 21 f über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 25 b überbrückt bzw. kurzgeschlossen ist. Dementsprechend fließt der auf der EMK der restlichen Solarzellengruppen 21 a bis 21 c und 21 g bis 21 r beruhende Strom über den durchgeschalteten Transistor 25 b, so daß der Akkumulator 24 mit diesem Strom geladen wird.

Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stromversorgungseinrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 näher beschrieben.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 sind z. B. eine aus 16 in Reihe geschalteten Solarzellen 21₁, 21₂ . . . 21₁₆ bestehende Solarzellengruppe und eine ebenfalls aus 16 in Reihe geschalteten Solarzellen 21₁₇, 21₁₈ . . . 21₃₂ bestehende weitere Solarzellengruppe über Schalter 51 und 52 in Reihe oder parallel geschaltet. Die 16 in Reihe geschalteten Solarzellen 21₁, 21₂ . . . 21₁₆ bilden eine erste Solarzellengruppe, während die 16 in Reihe geschalteten Solarzellen 21₁₇, 21₁₈ . . . 21₃₂ eine zweite Solarzellengruppe bilden. Der Schalter 51 ist ein Umschalter, der zwischen den Kontakten a und b umschaltbar ist, während der Schalter 52 ein mit dem Umschalter 51 in Wirkverbindung stehender Schalter ist. Der Schalter 52 wird bei Verbindung des Umschalters 51 mit dem Kontakt a geöffnet, während er bei Verbindung des Umschalters 51 mit dem Kontakt b geschlossen wird. Die Bezugszahl 53 bezeichnet eine Zenerdiode zur Verhinderung einer Überladung, was insbesondere aufgrund der Verwendung des Akkumumlators 24 erforderlich ist.

In Fig. 6 sind Kennlinien für verschiedene Beleuchtungsstärken sowie die Belastungs- bzw. Arbeitsgerade der Solarzellengruppen 21₁ bis 21₁₆ und 21₁₇ bis 21₃₂ aufgetragen, wobei im Falle der Kennlinie A die Solarzellengruppen 21₁ bis 21₁₆ und 21₁₇ bis 21₃₂ bei einer Beleuchtungsstärke von 500 Lux in Reihe geschaltet sind, während im Falle der Kennlinie B eine Parallelschaltung der Solarzellengruppen bei einer Beleuchtungsstärke von 500 Lux vorliegt. In ähnlicher Weise bezieht sich die Kennlinie C auf den Fall der Reihenschaltung der Solarzellengruppen bei einer Beleuchtungsstärke von 10 000 Lux, während sich die Kurve D auf den Fall der Parallelschaltung der Solarzellengruppen bei einer Beleuchtungsstärke von 10 000 Lux bezieht. Im Falle einer Reihenschaltung bei einer Beleuchtungsstärke von 500 Lux wird somit die Kennlinie der gesamten Solarzellenanordnung durch die Kennlinie A repräsentiert. Der Akkumulator 24 wird hierbei mit einem Strom geladen, der dem Arbeitspunkt CP₁, d. h., dem Schnittpunkt der Kennlinie A mit der Belastungs- bzw. Arbeitsgeraden RL, entspricht. Mit VD ist hierbei die Klemmspannung des Akkumulators 24 bezeichnet.

Nachstehend wird näher auf den Ladestrom bei Parallelschaltung der Solarzellengruppen 21₁ bis 21₁₆ und 21₁₇ bis 21₃₂ bei einer Beleuchtungsstärke von 500 Lux eingegangen. Hierbei ist der Umschalter 51 mit der Kontaktstelle b verbunden, während der Schalter 52 geschlossen ist. Die Kennlinie der gesamten Solarzellenanordnung entspricht in diesem Zustand der Kennlinie B, das heißt, der Strom ist in diesem Falle doppelt so groß wie im Falle der Kennlinie A, während die Spannung im Vergleich zur Kennlinie A den halben Wert aufweist. Der Arbeitspunkt wird in diesem Falle durch den Schnittpunkt CP₂ der Arbeitsgeraden RL mit der Kennlinie B der Solarzellenanordnung erhalten. Hierbei ist der Ladestrom kleiner als der Ladestrom bei dem vorher erhaltenen Arbeitspunkt CP₁, und zwar ist er in diesem Falle annähernd Null. Hieraus ist ersichtlich, daß bei geringer Helligkeit ein größerer Ladestrom bei Reihenschaltung der Solarzellengruppen 21₁ bis 21₁₆ und 21₁₇ bis 21₃₂ als im Falle der Parallelschaltung der Solarstellengruppen erhalten werden kann.

Nachstehend sei nun der Ladestrom bei starker Helligkeit für Reihenschaltung und Parallelschaltung der Solarzellengruppen betrachtet. Die Kennlinie C repräsentiert die Kennlinie der Solarzellengruppen 21₁ bis 21₁₆ und 21₁₇ bis 21₃₂ im Falle ihrer Reihenschaltung bei einer Beleuchtungsstärke von 10 000 Lux. Der Arbeitspunkt ist hierbei der Punkt CP₃. Die Kennlinie D repräsentiert demgegenüber die Kennlinie der gesamten Solarzellenanordnung im Falle der Parallelschaltung der beiden Solarzellengruppen bei einer Beleuchtungsstärke von 10 000 Lux, wobei der Arbeitspunkt durch den Punkt CP₄ gegeben ist.

Wie dem Kennlinienfeld zu entnehmen ist, ist der Ladestrom bei starker Helligkeit im Falle der Parallelschaltung der Solarzellengruppen 21₁ bis 21₁₆ und 21₁₇ bis 21₃₂ größer als bei einer Reihenschaltung der Solarzellengruppen.

Demgegenüber ist der Ladestrom bei geringer Helligkeit im Falle einer Reihenschaltung sämtlicher Solarzellengruppen größer als bei einer Parallelschaltung der Solarzellengruppen.

Bei geringer Helligkeit wird daher der Schalter 51 manuell mit dem Kontakt a verbunden und damit der Schalter 52 geöffnet, so daß die Solarzellengruppen 21₁ bis 21₁₆ und 21₁₇ bis 21₃₂ in Reihe geschaltet werden, während bei starker Helligkeit eine manuelle Umschaltung des Schalters 51 auf den Kontakt b zum Schließen des Schaltes 52 vorgenommen wird, so daß die Solarzellengruppen 21₁ bis 21₁₆ und 21₁₇ bis 21₃₂ parallel geschaltet werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Stromversorgungseinrichtung können anstelle des Akkumulators 24 auch zwei Akkumulatoreinheiten über entsprechende Schalter helligkeitsabhängig in Reihe oder parallel geschaltet werden.

Bei geringer Helligkeit werden die beiden Akkumulatoreinheiten parallel geschaltet. Bei starker Helligkeit können die beiden Akkumulatoreinheiten dann in Reihe geschaltet werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Stromversorgungseinrichtung werden die Akkumulatoreinheiten in Abhängigkeit von der Helligkeit automatisch in Reihe oder parallel geschaltet.

Bei dieser Ausführungsform dient das Meßelement für die Helligkeit bzw. Beleuchtungsstärke gleichzeitig als Lichtmeßelement für die Belichtungsmessung der Kamera, wobei die Kamera selbst eine einäugige Spiegelreflexkamera mit einer TTL-Belichtungssteuerautomatik für den Betrieb mit Zeitvorwahl bzw. automatischer Blendeneinstellung sein kann.

Der Helligkeitswert, bei dem die gesteuerte Serien- Parallel-Umschaltung der Akkumulatoreinheiten erfolgt, kann hierbei in Abhängigkeit von Änderungen der Klemmenspannung der Akkumulatoreinheiten, d. h., in Abhängigkeit vom Verbrauchszustand oder dem Ladezustand, automatisch geändert werden, indem die Klemmspannung der Akkumulatoreinheiten festgehalten wird.

Anstelle der Silicium-Photozelle der Lichtmeßschaltung können als Meßelemente für die Helligkeitsermittlung auch die Solarzellen selbst Verwendung finden.

Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zwei Akkumulatoreinheiten in Reihe oder parallel geschaltet sind, können natürlich auch drei oder mehr Akkumulatoreinheiten gleichermaßen in Reihe oder parallel geschaltet werden.

Wie vorstehend erwähnt, können die Solarzellen selbst als Helligkeitsermittlungselemente Verwendung finden, so daß sich im Vergleich zur Verwendung einer Silicium-Photozelle für die Lichtmessung der nachstehend erläuterte Vorteil ergibt. Üblicherweise ist für die Lichtmessung meist eine Silicium-Photozelle in einer TTL-Lichtmeßanordnung vorgesehen, so daß sich das auf die Silicium- Photozelle fallende Licht in bezug auf Betrag bzw. Beleuchtungsstärke stark von dem auf die an der Außenseite des Kameragehäuses 10 angebrachten Solarzellen fallenden Licht unterscheidet, was nachteilig ist. Wird dagegen der Helligkeitswert von den Solarzellen selbst ermittelt, kann eine sehr genaue Feststellung des Helligkeitswertes erfolgen.

Die Solarzellen sind über verschiedene Teile der Kamera verteilt, wie dies in den Fig. 7 und 8 veranschaulicht ist. In den Fig. 7 und 8 bezeichnen die Bezugszahl 240 das Kameragehäuse, die Bezugszahl 241 einen oberen Gehäuseteil bzw. das Gehäuse eines Pentaprismas und die Bezugszahl 242 den Verschlußauslöser. Die Bezugszahl 243 bezeichnet das Objektiv, während die Bezugszahl 244 eine Hand der photographierenden Person bezeichnet. In Fig. 7 ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der jeweils aus vier Solarzellen bestehende Solarzellengruppen 245₁ bis 245₄ an der Vorderseite des Kameragehäuses 240, am oberen Gehäuseteil 241 und an der Seite des Pentaprismaabschnitts des oberen Gehäuseteils 241 angeordnet sind. In Fig. 8 ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der jeweils aus drei Solarzellen bestehende Solarzellengruppen 246₁ bis 246₅ an der Vorderseite des Kameragehäuses 240, am oberen Gehäuseteil 241 sowie an Vorderseite und Seite des Pentaprismaabschnitts des oberen Gehäuseteils 241 angeordnet sind.

Wenn die Solarzellen bzw. Solarzellengruppen über eine Anzahl solcher Stellen am Kameragehäuse 240 verteilt sind, läßt sich eine ausreichende Aufladung der Akkumulatoreinheiten auch bei Abschattung des auf die Solarzellen fallenden Lichtes an einigen Stellen der Kamera über den auf der EMK der an anderen Stellen des Kameragehäuses 240 angeordneten Solarzellen bzw. Solarzellengruppen beruhenden Strom erzielen.

Claims (5)

1. Stromversorgungseinrichtung für eine Kamera, mit einer Solarzellenanordnung und einem Akkumulator, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenanordnung (245₁ bis 245₄, 246₁ bis 246₅) Reihenschaltungen von Solarzellen (21₁ bis 21₁₆, 21₁₇ bis 21₃₂) aufweist, die an einer Vielzahl von Teilen der Kamera (240, 241) angeordnet und einander parallel schaltbar sind.

2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator (24) aus einer ersten Akkumulatoreinheit und einer zweiten Akkumulatoreinheit besteht und daß eine Umschalteinrichtung zur Steuerung einer Serien-Parallel-Umschaltung zwischen der ersten Akkumulatoreinheit und der zweiten Akkumulatoreinheit vorgesehen ist, die die erste Akkumulatoreinheit der zweiten Akkumulatoreinheit parallel schaltet, wenn ein ermittelter Helligkeitswert unter einem bestimmten vorgegebenen Wert liegt.

3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenanordnung (245₁ bis 245₄, 246₁ bis 246₅) und der Akkumulator (24) in ein Kameragehäuse (240) eingebaut sind und daß der Akkumulator (24) mit einer Belichtungssteuereinrichtung der Kamera verbunden ist.

4. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Reihenschaltungen von Solarzellen (21₁ bis 21₁₆, 21₁₇ bis 21₃₂) eine Begrenzereinrichtung (53) zur Verhinderung einer Überladung parallel geschaltet ist.

5. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Akkumulator (24) eine Begrenzereinrichtung (53) zur Verhinderung einer Überladung parallel geschaltet ist.