DE2952947T1

DE2952947T1 - Pulse modulated automatic light control

Info

Publication number: DE2952947T1
Application number: DE792952947T
Authority: DE
Inventors: L Gilligan; J Hermansdorfer
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1978-07-13
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1980-12-11
Also published as: EP0016122A1; WO1980000291A1; GB2040139B; US4202014A; SE8001961L; SE417049B; EP0016122A4; EP0016122B1; JPS55500417A; DE2952947C2; GB2040139A

Description

Automatisches Belichtungssteuersystem J

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Belichtungssteuersystem für Fernsehkameras.

In vielen Fällen ist es wünschenswert, bei Fernsehkameras automatische Belichtungssteuersysteme vorzusehen. Derartige Systeme sind insbesondere bei Fernsehkameras für niedrige Lichtpegel vorteilhaft.

Derzeit bekannte Systeme verwenden ein mechanisches Bauteil zur Steuerung des Lichtpegels, der auf die Bildplatte einer Fernsehkamera auftrifft. Bei vielen bekannten Einrichtungen wird beispielsweise eine von einem Motor angetriebene Irisblende so eingestellt, daß Änderungen der Szenen-Gesamtbeleuchtung kompensiert werden.

Bei anderen bekannten Einrichtungen wird die Position eines Graukeils eingestellt, up Änderungen der Szenen-Gesamtbeleuchtung zu kompensieren. Weil beide Arten von Einrichtungen eine dauernde Einstellung während des Normalbetriebs erfordern, beeinträchtigen Reibung und Abnutzung die Betriebseigenschaften und die Lebensdauer des Systems. Weil weiterhin die bekannten Systeme alle eine Änderung des einfallenden Gesamtlichtpegels bewirken, kann eine sich bewegende'Szene während der Bildzykluszeit der Kamera eine Unscharfe hervorrufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

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automatisches Belichtungssteuersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem keine Abnutzung oder Reibung auftritt und bei dem weiterhin die Gefahr von Unscharfen vermieden ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Das erfindungsgemäße Belichtungssteuersystem arbeitet ohne mechanisch bewegte Teile und damit ohne Abnutzung und Reibung, so daß sich eine schnellere Anpassung an sich ändernde Helligkeiten ergibt. Damit können schnellere Verschlußgeschwindigkeiten für höhere Lichtpegel verwendet werden und das Auftreten von Unscharfen wird so weit wie möglich verringert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des automatischen Belichtungssteuersystems.

Wie der Zeichnung entnehmbar ist, empfängt eine übliche Fernsehkamera 11 Licht von einer beleuchteten Szene entlang eines Abbildungspfades 15, der durch die Objektivlinse 15 und einen Verschluß 17 verläuft, so daß das

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Licht auf die Bildplatte der Fernsehkamera auftrifft. Die Obgektivlin.se 15 ist in üblicher Weise ausgebildet. In der derzeit bevorzugten Form schließt der Verschluß 17 einen durch eine Spannung änderbaren doppelbrechenden Kristall ein, bei dem die optische Lichtdurchlässigkeit durch elektrische Einrichtungen einstellbar ist. Derartige Einrichtungen sind im Handel erhältlich. Der "PLTZ Intensity Controller", der von der Firma Laikin Optical Corporation, Los Angeles, Kalifornien, vertrieben wird, kann beispielsweise in dem Verschluß 17 verwendet werden. Durch Anlegen geeigneter Spannungen an derartige Systeme kann die Polarisation des durch die Einrichtung hindurchlaufenden Lichtes gedreht werden, so daß die optische Lichtdurchlässigkeit über einen Bereich zwischen einem festgelegten maximalen und minimalen Wert geändert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Lichtdurchlässigkeit des Verschlusses zwischen festgelegten hohen und niedrigen Werten durch Anlegen von Impulsen mit veränderlicher Breite und konstanter Amplitude gesteuert.

Wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, schließt die Schaltung zur Einstellung der Lichtdurchlässigkeit des Verschlusses einen Impulsbreitenmodulator 19 ein, der zum Empfang des vertikalen Synchronisiersignals von der Fernsehkamera sowie des Videopegelsignals von der Kamera über ein Tiefpaßfilter 21 angeschaltet ist.

Wie dies dem Fachmann bekannt ist, schließen Fernsehkameras Einrichtungen zur Erzeugung eines vertikalen Synchronisierimpulses zur Einleitung jedes Ablenkzyklus ein. In

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gleicher Weise weisen Fernsehkameras ebenfalls Einrichtungen zur Erzeugung eines Videopegelsignals auf, das den Weiß-Pegel-Anteil des zu einer vorgegebenen Zeit abgetasteten Teils der Szene darstellt. In der erfindungsgemäßen Schaltung wird das Videopegelsignal einem Tiefpaßfilter 21 zugeführt, das einen Mittelwert des Weiß-Pegel-Anteils der Szene bildet und damit die Bildinformation in ein Analogsignal umwandelt, das das Gesamtlicht in der Szene darstellt. Das resultierende Gleichspannungssignal wird weiterhin dem Impulsbreitenmodulator 19 zugeführt. Der Impulsbreitenmodulator wird durch das Vertikalsynchronisiersignal getriggert, um einen Ausgangsimpuls in Abhängigkeit von diesem Signal einzuleiten. Der Modulator ist weiterhin so aufgebaut, daß der Ausgangsimpuls für eine Zeit aufrechterhalten wird, die von dem Gleichspannungspegel des Signals von dem Filter 21 abhängt.

Typischerweise weist der Impulsbreitenmodulator in der in der Zeichnung dargestellten Weise einen Funktionsgenerator auf, der so ausgebildet ist, daß er eine Sägezahnschwingungsform erzeugt, die mit der vertikalen Fernsehbild-Wiederholfrequenz synchronisiert ist. Ein Verstärker empfängt eine den Videopegel darstellende Rückführungs-Analogspannung von dem Filter 21, so daß eine Gleichspannung mit geeignetem Pegel an einen Spannungskomparator geliefert wird, der außerdem die Sägezahnschwingung von dem Funktionsgenerator empfängt. Es wird derzeit bevorzugt, im Handel erhältliche integrierte Schaltungen für jedes dieser Bauteile zu verwenden. Ein Funktionsgenerator vom Typ 555 gemäß Katalog der Firma Signetics Corporation kann beispielsweise zur Erzeugung der Sägezahnschwingung verwendet werden, während ein Operations-

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verstärker vom Typ LM-741 gemäß Katalog der Firma J

National Semiconductor Company bzw. ein Spannungskompara-. tor vom Typ LM-311 gemäß Katalog der Firma National Semiconductor Company für den Verstärker bzw. Vergleicher
verwendet werden kann.

Wahrend des Betriebs leiten die Vertikalsynchronisierimpulse von der Fernsehkamera Jeden Dreieckimpuls des Sägezahnschwingungsgenerators ein. Die Spannung von dem Filter 21, die proportional zur Szenenhelligkeit ist, wird
in dem Verstärker verarbeitet, um die Verstärkung und den absoluten Gleichspannungspegel einzustellen. Die Sägezahnschwingung und die Verstärkerausgangsspannung werden in dem Vergleicher verglichen. Wenn das Vertikalsynchronisiersignal einen Sägezahnimpuls einleitet, liefert der Vergleicher ein hohes Ausgangssignal. Wenn die Sägezahnschwingung den Pegel der Verstärkerausgangsspannung erreicht, schaltet der Vergleicher in seinen Zustand mit
niedrigem Ausgangspegel um. Damit ist die relative Länge der Zeit, während der der Vergleicher im Zustand mit hohem Ausgangspegel verbleibt, proportional zum Verhältnis der Amplitude der Analogspannung zur Amplitude der Sägezahnspannung.

Damit erzeugt der Impulsbreitenmodulator eine Folge von
Ausgangsimpulsen mit einer Impulswiederholfrequenz, die
mit der Vertikalablenkfrequenz der Kamera synchronisiert ist, und mit einem Tastverhältnis, das die mittlere
Lichtintensität der von der Fernsehkamera aufgenommenen
Szene darstellt.

Die Ausgangs-Rechteckschwingung von dem Impulsbreiten-

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modulator wird einer üblichen Treiberschaltung 23 zugeführt, die das Signal von dem Modulator in ein entsprechendes Signal mit Spannungs- und Strompegeln umwandelt, die zur Ansteuerung des speziellen verwendeten Verschlusses geeignet sind.

Wie dies bekannt ist, weist eine typische Fernsehkamera eine Kameraröhre mit einer Bildplatte auf, auf der eine Matrix von lichtempfindlichen Elementen ausgebildet ist. Licht von einer mit Hilfe der Fernsehkamera aufgenommenen Szene verläuft entlang des Abbildungspfades 13 und aktiviert die einzelnen lichtempfindlichen Elemente in der Matrix entsprechend der Intensität des Lichtes, das von den einzelnen Elementen in der Szene reflektiert wird. Ein Elektronenstrahl tastet wiederholt die Matrix ab und liefert ein Videosignal, das der auf den einzelnen lichtempfindlichen Elementen angesammelten Ladung entspricht. Typischerweise sind Fernsehkameras so eingestellt, daß die Matrix dreißigmal pro Sekunde abgetastet wird, und jede Abtastung wird durch ein Vertikalsynchronisiersignal eingeleitet.

Es sei nunmehr die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Schaltung betrachtet. Der Betrieb beginnt, wenn ein Vertikalsynchronisiersignal in der Fernsehkamera einen Abtastzyklus einleitet. Das gleiche Signal triggert den Impulsbreitenmodulator und leitet einen Ausgangsimpuls ein, der den Verschluß so ansteuert, daß dieser seinen Zustand mit hoher Lichtdurchlässigkeit einnimmt. Während die Abtastung fortschreitet, erzeugt die Kamera ein Videopegelsignal, das das Filter 21 durchläuft, so daß ein Signal geliefert wird, das den mittleren Weiß-Pegel-Anteil der

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Szene darstellt. Das resultierende Signal von dem Filter wird dem Impulsbreitenmodulator zugeführt und bewirkt ein Rücksetzen des Modulators und damit eine Beendigung des Ausgangsimpulses von dem Modulator als Funktion des empfangenen Gesamtlichtes. Der Modulator ist so eingestellt, daß unter Bedingungen einer relativ hohen Lichtintensität der Pegel des Signals von dem Filter 21 derart ist, daß der Modulator schnell zurückgesetzt wird, um auf diese Weise einen relativ kurzen Ausgangsimpuls zu erzeugen, so daß der Verschluß in seinem Zustand hoher Lichtdurchlässigkeit für einen kleinen Bruchteil des Abtastzyklus verbleibt. Für fortschreitend niedrigere Lichtpegel ermöglicht es das Signal von dem Filter 21 dem Modulator, für fortschreitend längere Zeitperioden in dem getriggerten Zustand zu bleiben, so daß der Verschluß für größere Teile des. Abtastzyklus im Zustand hoher Lichtdurchlässigkeit verbleibt. Allgemein ist die Breite der von dem Modulator erzeugten Impulse und damit die Zeit, während der der Verschluß im Zustand hoher Lichtdurchlässigkeit gehalten wird, eine umgekehrte Funktion der Intensität des Lichtes, das die Fernsehkamera erreicht.

Obwohl der Verschluß unter den meisten Bedingungen für weniger als einen vollständigen Abtastzyklus im Zustand hoher Lichtdurchlässigkeit gehalten wird, kann der Verschluß unter Bedingungen einer extrem geringen Lichtintensität für eine Zeitperiode im Zustand hoher Lichtdurchlässigkeit gehalten werden, die einen einzigen Abtastzyklus überschreitet. Unter diesen Bedingungen wird das Signal lediglich integriert und gespeichert, bis die Information von dem nächsten Abtastzyklus ausgelesen ist.

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Obwohl der Verschluß als elektrooptisches Element beschrieben wurde, ist es verständlich, daß bei manchen Anwendungen für diesen Zweck ein magnetooptisches Element bevorzugt werden kann.Unter diesen Bedingungen würde das Treiberelement 25 üblicherweise die Form einer Hochstrom-Ansteuerschaltung anstelle einer Hochspannungs-Ansteuerschaltung annehmen, wie sie bei dem vorstehend beschriebenen Verschluß mit einem durch Anlegen einer Spannung änderbaren doppelbrechenden Kristall verwendet wurde.

Es ist weiterhin verständlich, daß, obwohl die Zeichnung eine Einrichtung zeigt, bei der der Verschluß zwischen der Fernsehkamera und der Objektivlinse angeordnet ist, der Verschluß auch zwischen der Objektivlinse und der Szene angeordnet sein kann, wenn dies erwünscht ist.

Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß, während bekannte Einrichtungen auf der Grundlage einer Verringerung der die Kamera erreichenden Lichtintensität arbeiten, um die empfangene Information für eine festgelegte Zeitdauer, jedoch mit verringertem Pegel zu integrieren, die erfindungsgemäße Schaltung die empfangene Information mit dem vollen Pegel, jedoch für verkürzte Zeitperioden, integriert.

Weiterhin ermöglicht es das erfindungsgemäße System einer Fernsehkamera, schnellere Verschlußgeschwindigkeiten für höhere Lichtpegel zu verwenden, so daß eine Bewegungsunschärfe so weit wie möglich verringert wird.

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Claims

Patentanwälte Di pi.-1 ng. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum:

Unser Zeichen: 16 855 F/Nu

Patentansprüche

( 1./Automatisches Belichtungssteuersystem für eine Fernsehkamera, dadurch gekennzeichnet , daß ein Verschluß (17) mit einem durch Anlegen einer Spannung änderbaren doppelbrechenden Kristall zur Steuerung der mittleren Intensität des die Kamera (11) erreichenden Lichtes und Einrichtungen (19, 23) zur Einstellung der Lichtdurchlässigkeit des Verschlusses (17) in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal vorgesehen sind, daß die die Lichtdurchlässigkeit einstellenden Einrichtungen einen Impulsbreitenmodulator (19) einschließen, der zur Einleitung eines Impulses in Abhängigkeit von einem in der Kamera (11) erzeugten Vertikalsynchronisiersignal und zur Aufrechterhaltung des Impulses für eine Zeitdauer angeschaltet ist, die sich umgekehrt zur Größe des in der Kamera erzeugten Videopegelsignals ändert, und daß der Impulsbreitenmodulator (19) mit dem Verschluß (17) derart gekoppelt ist, daß der Verschluß während des Auftretens eines Ausgangsimpulses des Impulsbreitenmodulators auf einen Zustand mit einer festge-

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legten hohen Lichtdurchlässigkeit geschaltet wird, während der Verschluß während des Fehlens eines Ausgangsimpulses in einem Zustand mit einer festgelegten niedrigen Lichtdurchlässigkeit gehalten wird.
2. Automatisches Belichtungssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Impulsbreitenmodulator mit dem Verschluß (1?) über eine Hochspannungs-Treiberschaltung (23) verbunden ist.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

^" Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum:

Unser Zeichen: 16 855

übersetzung der geänderten Patentansprüche:

Patentansprüche

1. Automatisches Belichtungssteuersystem für eine Fernsehkamera, dadurch gekennzeichnet , daß ein Verschluß (17) mit einem durch Anlegen einer Spannung änderbaren doppelbrechenden Kristall zur Steuerung der mittleren Intensität des die Kamera (11) erreichenden Lichtes und Einrichtungen (19, 23) zur Einstellung der Lichtdurchlässigkeit des Verschlusses (17) in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal vorgesehen sind, daß die die Lichtdurchlässig- - keit einstellenden Einrichtungen einen Impulsbreitenmodulator (19) einschließen, der zur Einleitung eines Impulses in Abhängigkeit von einem in der Kamera (11) erzeugten Vertikalsynchronisiersignal und zur Aufrechterhaltung des Impulses für eine Zeitdauer angeschaltet ist, die sich umgekehrt zur Größe des in der Kamera erzeugten Videopegelsignals ändert, und daß der Impulsbreitenmodulator (19) mit dem Verschluß (17) derart gekoppelt ist, daß der Verschluß während des Auftretens eines Ausgangsimpulses des Impulsbreitenmodulators auf einen Zustand mit einer festge-

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legten hohen Lichtdurchlassigkeit geschaltet wird, während der Verschluß während des Fehlens eines Ausgangs impulses in einem Zustand mit einer festgelegten niedrigen Lichtdurchlässigkeit gehalten wird.

2. Automatisches Belichtungssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Impulsbreitenmodulator mit dem Verschluß (1?) über eine Hochspannungs-Treiberschaltung (23) verbunden ist.

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