DE3426588A1

DE3426588A1 - Verfahren zur temperaturkompensation bei der belichtungsmessung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3426588A1
Application number: DE19843426588
Authority: DE
Inventors: Helmut 6330 Wetzlar Bill; Walter Dipl.-Ing. 6333 Braunfels Bletz; Rolf Dipl.-Ing. 6301 Fernwald Magel; Helmut 6330 Wetzlar Strauch
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Holdings GmbH
Priority date: 1984-07-19
Filing date: 1984-07-19
Publication date: 1986-01-30
Also published as: DE3426588C2

Description

Verfahren zur Temperaturkompensation bei der Belichtungsmessung und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei der Belichtungsmessung mit elektronischem Belichtungsmesser, wobei ein aus der Szenenhelligkeit abgeleiteter Strom in eine Logarithmierspannung gewandelt wird.

Es ist bekannt, daß die Logarithmierung eines solchen Fotostroms mit einer Halbleiter-Diode einer starken Temperaturabhängigkeit unterworfen ist, die kompensiert werden muß. Eine solche Kompensation erfolgt stets in zwei Stufen.

Betrachtet nan die Fig. 1, in welcher die mit den Bezugszahlen 1,2 und 3 bezeichneten Kennlinien einer "Logarithmier"-Diode bei 2O⁰C, - 20°C und + 60°C dargestellt sind, so erkennt man, daß als erste Kompensationsstufe

. C4.·» ü»-/ — ς

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eine Verschiebung der Diodenkennlinien 2 und 3 auf einander zu in die Position der Linien 4 und 5 erfolgt und zwar mindestens so lange bis sie in einem Punkt P auf die Kennlinie 1 als Soll-Kennlinie bei + 20° treffen. Man erkennt aber auch weiterhin aus der Fig. 1, daß die bei den unterschiedlichen Bezugstemperaturen ermittelten Diodenkennlinien sich nicht nur durch Abstände von einander unterscheiden, sondern daß sie auch unterschiedliche Steigungen zu einander aufweisen, die durch eine entsprechende "Drehung" aufeinander zu kompensiert werden müssanPies geschieht in einer zweiten Stufe.

Aus der US-PS 4 383 749 ist es beispielsweise bekannt, mittels einer Stromquelle einen Strom für die Verschiebediode einzuprägen und auf die Verschiebespannung die Logarithmierdiode zu beziehen und die Drehung dann mit einem Operationsverstärker und einem temperaturabhängigen Widerstand durchzuführen.

Aus der DE-OS 23 26 443 ist eiie temperaturkompensierte Logarithmierschaltung bekannt, die aus einem Operationsverstärker, zwei thermisch gekoppelten, basisseitig verbundenen bipolaren Transistoren und einem einen Thermistor beinhaltenden Spannungsteiler aufgebaut ist.Bei dieser Anordnung ist der eine Transistor als Diode gegeschaltet und erhält einen Strom, der gleich oder geringfügig größer als der größte zu messende Fotostrom ist. Der andere Transistor liegt dabei kollektorseitig am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und emitterseitig am Spannungsteiler, der einerseits mit

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P.,„_laM„„₉ '*' 34 26

dem Ausgang des Operationsverstärkers und andererseits mit dem Festpotential der Versorgungsspannung verbunden ist.

Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung ist der hohe technische Aufwand und damit die hohe Störanfälligkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, durch ein neues Verfahren bei der Belichtungsmessung eine Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation der logarithmisch komprimierten, aus der Szenenhelligkeit abgeleiteten Signale anzugeben, die sich durch geringfügigen technischen Aufwand auszeichnet und mit der ganz allgemein ein einfacher Aufbau des gesamten Belichtungsmessers erreichbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem

(a) in an sich bekann-ter Weise eine aus mit unterschiedlichen Strömen betriebenen Logarithmierelementen erzeugte Differenzspannung verstärkt und auf ein Potential der Versorgungsspannung bezogen wird, dann

(b) die Kennlinie der Logarithmierspannung in Abhängigkeit von der Augenblickstemperatur mittels eines von einem aus der Belastung der verstärkten Differenzspannung resultierenden Stromes durchflossenen nichtlinearen, temperaturabhängigen Bauelements in eine solche Lage verschoben wird, daß sie

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mit einer vorgegebenen Soll-Kennlinie mindestens in einem Punkt zusammenfällt,

(c) die Differenz aus Logarithmierspannung und der Verschiebespannung auf die verstärkte Differenzspannung bezogen wird, und daß schließlich

(d) die aus dieser Differenz entstehende Spannung mit mindestens einer aus einer Spannungsteilung der verstärkten Differenzspannung sich ergebenden Spannung verrechnet wird.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Temperaturkompensation bei der Belichtungsmessung mit elektronischem Belichtungsmesser, wobei ein aus der Szenenhelligkeit abgeleiteter Strom in eine Logarithmierspannung gewandelt wird, mit einem als Strom/Spannungswandler wirkenden Operationsverstärker sowie mit einem nichtlinearen Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, daß

(a) mit unterschiedlichen Strömen betriebene Logarithmirelemente vorhanden sind,

(b) diesen Elementen eine Verstärkerstufe zur Bildung einer verstärkten Differenzspannung nachgeschaltet ist,

(c) die Verstärkerstufe über einen Rückführwiderstand rückgekoppelt ist,

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(d) eine Temperaturkorapensationsstufe vorhanden ist, von der ein Pol mit dem Ausgang der Verstärkerstufe, ein anderer Pol mit dem Rückführwiderstand sowie mit variablen Widerständen verbunden ist, und daß

(e) gegebenenfalls Trimmwiderstände vorgesehen sind, die zwischen die variablen Widerstände und den Bezugswiderstand geschaltet sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Schaltungsanordnung zu dessen Durchführung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel scheraatisch dargestellt und im Nachstehenden näher beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1 Kennliniendiagramme eines logarithmierenden Bauelements bei unterschiedlichen Temperaturen und nach einer ersten Temperaturkompensation;

Fig. 2 das Schaltschema eines Belichtungsmessers mit der erfindungsgemäßen Temperaturkompensationsschaltung;

Fig. 3 ein Spannungsdiagramm für unterschiedliche Temperaturen für die Bezugsspannung und

Fig. 4 ein Abgleichdiagramm für den Belichtungsmesser.

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Die Schaltung des Belichtungsmessers gemäß Fig. 2 wird mittels eines Schalters 6 an eine Versorgungsquelle 7 angeschlossen. Damit werden auch als Dioden geschaltete Transistoren 8, 9 angeschlossen, die durch ihnen vorgeschaltete, sich in ihren Werten stark unterscheidende Widerstände 10, 11 mit stark unterschiedlichen Strömen versorgt werden. Aus den von den Transistoren 8, 9 abgegebenen Spannungen stellt sich zwischen den Punkten A und B eine Differenzspannung ein, die weitgehend unabhängig von der Spannung der Versorgungsquelle 7 und nur von der Temperatur abhängig ist.

Es ergibt sich nämlich mit

Ug - Spannung an Transistor 8 Uq " Spannung an Transistor 9 I₁₀ - Strom in Widerstand 10

I₁₁ ^β Strom in Widerstand 11 und U * Spannung der Versorgungsquelle 7 I - Sperrstrom und

U_ ^β Temperaturspannung gemäß der bekannten Diodengleichung (siehe z.B. Tietze-Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik") sowie R₁₀ und R₁₁ * Widerstandswerte der Widerstände 10 und 11;

	(D	^Ü8-	U_T . In -	¹IO O
	(2)	^U9-	U_T . In-	¹U
	(3)	¹IO^	U-U_n ν 8	O
25	^R10

(4) (5)

U-U₀ ν 9

11

U_n

In

^Uv-^U8 ^R10^Xo

(6) (7)

(9)

- U

U_x . In

U„

.. I 11 ο

In	U - V	^U8	- In	U	-	U₉
^R10	O	R	11	I O

(8) U₈ - U₉ - U_TQn(U_v-U₈) - ln(R₁₀I_Q) - MVV⁺

U-U₀ ν 8

^ln U - U₀

+ U_mln

11

10

In dieser letzten Gleichung (9) wird der Wert des ersten Gliedes so klein, daß es vernachlässigbar ist. Das zweite Gleichungsglied dagegen beinhaltet über U_, den Spannungswert für die gewünschte Temperaturabhängigkeit.

Die zwischen den Punkten A und B anstehende, aus den unterschiedlichen Spannungen der Transistoren 8 und 9 resultierende Differenzspannung wird über Widerstände 13, 14 einem durch einen Rückführwiderstand 15 rückgekoppelten Operationsverstärker 16 zugeführt. Sie wird dort verstärkt und auf das im Punkt C anstehende Potential der Versorgungsquelle 7 bezogen.

Der Ausgang 17 des Operationsverstärkers 16 ist über eine Temperaturkompensationsstufe 18 mit einem Punkt D verbun-

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den. Der über diese Temperaturkompensationstufe fliessende Strom ergibt sich aus der Belastung der zwischen den Punkten C und D bestehenden Spannung durch Widerstände 19 bis 23.

Als Lichtmeßelement dient eine im Kurzschluß betriebene Fotodiode 24, deren Ausgang 25 an den invertierenden Eingang eines als Strom/Spannungswandler wirkenden Operationsverstärkers 26 angeschlossen ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 26 ist mit dem Ausgang 17 des Operationsverstärkers 16 verbunden. In einem ersten Rückführzweig des Operationsverstärkers 26 ist eine Logarithmierdiode 27, in einem zweiten Rückführzweig ein Kondensator 28 angeordnet.

Mittels Operationsverstärker 26, Logarithmierdiode 27 und Kondensator 28 (zur Stabilisierung) wird der von der Fotodiode 24 bei Beaufschlagung mit Licht erzeugte Strom in eine Spannung gewandelt und logarithmisch komprimiert. Die Temperaturkompensation dieser Spannung erfolgt dadurch, daß das Potential des Operationsverstärkers 26 auf den unteren Pol (Kathode) der Temperaturkompensationsstufe 18 bezogen wird, der bereits der Strom aus der verstärkten Differenzspannung eingeprägt ist.

Aus Fig. 3, wo im oberen Teil die Differenz aus Verschiebespannung und Logarithmierung in Bezug auf das Potential D für verschiedene Temperaturen aufgetragen ist, kann man erkennen, daß zur Einstellung eines Abgleiche eine Spannung erforderlich ist, die in Bezug auf Potential D das andere Vorzeichen haben muß und sich eben-

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falls mit der Temperatur ändern muß. Diese Forderung erfüllt die Spannung zwischen den Punkten C und D, womit nun die Kompensation der "Drehung" bei der Logarithmierung erreicht ist.

Die Verrechnung der am Ausgang des Operationsverstärkers 26 nunmehr anstehenden, der Szenenhelligkeit proportionalen Spannung mit weiteren Belichtungsparametern, wie z. B. Blende und Belichtungszeit, wird über Widerstände 29-32 durchgeführt.

Dazu wird dem invertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 33 über den Widerstand 32 der Wert für die Belichtungsstärke (Szenenhelligkeit) zugeleitet.

Der Wert für die absolute Eichung des durch das Schaltschema dargestellten Belichtungsmessers wird vom Widerstand 23 (einstellbar) bestimmt. Die diesem Wert entsprechende Spannung gelangt über den Widerstand 29 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 33.

Der Wert für die an der Kamera gewählten Belichtungszeit liefert der als Potentiometer ausgeführte Widerstand 22. Die von ihm abgegebene, der Belichtungszeiten-Reihe proportionale Spannung wird dem Operationsverstärker 33 über den Widerstand 30 zugeleitet.

Schließlich wird der Widerstand 32 benutzt, um den ebenfalls dem Operationsverstärker 33 die einer Filmempfindlichkeit proportionale Spannung zuzuführen, welche vom ebenfalls als Potentiometer ausgebildeten Widerstand 29 abgegeben wird.

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Die Widerstände 19-23 werden mit der am Operationsverstärker 16 anstehenden, von der Versorgungsquelle 7 una-bhängigen und von der Temperatur abhängigen Spannung gespeist, so daß in Bezug auf das im Punkt D vorhandene Potential die gewünschte zweite Stufe der Temperaturkompensation ("Drehung¹¹ der Diodenkennlinie) hervorgerufen wird, wobei Widerstand 12 als Bezugswiderstand für den Operationsverstärker dient.

Erfindungsgemäß erfüllt danach der Operationsverstärker 16 gleichzeitig oder nacheinander mehrere Funktionen:

(1) Verstärkung der zwischen den Punkten A und B anstehenden Differenzspannung;

(2) Versorgung der Temperaturkompensationsstufe 18 mit einem eingeprägten Strom;

(3) Erzeugung eines Referenzpotentials für die nachfolgenden Verrechnungen und

(4) Erzeugung eines Potentials, das zwischen den Potentialen der Stromversorgung für die Operationsverstärker liegt (Quasi-Mittenpotential).

Die zwischen den Punkten C und D anstehende Spannung wird als Referenzspannung bei der Erzeugung eines weiteren Stroms verwendet, der zur Anzeige des Belichtungsmesser-Abgleichs dient.

Dazu ist der Ausgang des Operationsverstärkers 33 ferner über einen Widerstand 38 an die Basis eines Transistors 39 gelegt, dessen Emitter sowohl mit einem am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 33 liegen-

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den Widerstand 40 als auch einem an der Versorgungsspannung liegenden Widerstand 41 verbunden ist. Über einen Widerstand 42 ist der Kollektor des Transistors 39 an eine erste Leuchtdiode 43 geschaltet.

Das bis hier geschilderte Schaltschema ist weiter mit Widerständen 34-37 ausgestattet, von denen der Widerstand 37 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 26, der Widerstand 34 mit dem Eichwiderstand 23, der Widerstand 35 mit dem Schleifer des Potentiometers 22 und der Widerstand 36 mit dem Schleifer des Potentiometers 29 verbunden ist.

In entsprechenderweise wie bei den Bauteilen 39-43 liegen ferner an der Versorgungsspannung ein Widerstand 44, ein mit seinem Emitter daran geschalteter Transistor 45, dessen Kollektor über einen Vorschaltwiderstand 46 mit einer zweiten Leuchtdiode 47 verschaltet ist.

Die Basis des Transistors 45 liegt über einen Widerstand 48 am Ausgang eines Operationsverstärkers 49, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 50 mit dem Potential D verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingang mit den Widerständen 34-37 zusammengeschaltet ist. Dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ist ferner ein weiterer Widerstand 51 zur Einstellung der Verstärkung verbunden, dessen anderes Bein mit dem Emitter des Transistors 45 verschaltet ist.

Fließen nun über die Widerstände 29-32 solche Ströme, daß in Bezug auf den Punkt D an einem Punkt E im Schalt-

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schema Potentialgleichheit herrscht, so besteht auch in einem weiteren Punkt F Potentialgleichheit. Über den Widerstand 41 fließt dann ein fester Strom, welcher der Leuchtdiode 43 eingeprägt wird.

Wählt man durch die Widerstände 40 und 29-32 die Verstärkung so, daß bei einem halben Lichtwert "Unterbelichtung" das Potential im Punkt F gleich dem in Punkt C wird, so erlischt die Leuchtdiode 43.

Eine ähnliche Stufe ist durch die Widerstände 34-37, 50, 51 und den Operationsverstärker 49 aufgebaut. Der Unterschied zur zuvor Beschriebenen besteht jedoch darin, daß sie vorzeichenmäßig entgegengesetzt wirkt. Ihr Aufbau ähnelt einem "Spannungsfolger". Bei einem halben Lichtwert "Unterbelichtung" erlischt die Leuchtdiode nicht wie die Leuchtdiode 43, sondern leuchtet doppelt so hell auf wie im Abgleichsfall. Sie erlischt bei einem halben Lichtwert "Überbelichtung¹¹. Die sich im Punkt C ergebende Spannung wird entsprechend in einen Strom umgewandelt.

Die Leuchtdioden 43 und 47 stellen also eine Lichtwaage dar, mit welcher der übliche manuelle Abgleich des Belichtungsmessers durchführbar ist.

Für den der Temperaturkompensationsstufe 18 eingeprägten Strom ergibt sich eine Temperaturabhängigkeit wie für die zwischen den Punkten C und D anstehende Spannung, die der Wirkung der Temperatufkompensationsstufe 18 entgegen steht. Bezogen auf die geforderte Ge.nauig-

4-ο.υ/

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keit ist die Abhängigkeit jedoch sehr gering.

Auch beim die Leuchtdioden 43 und 47 betreibenden Strom geht die Temperaturabhängigkeit der zwischen den Punkten C und D anstehenden Spannung ein. Die Beeinflussung für diesen Strom ist erwünscht, da sie den Wirkungsgrad der Leuchtdioden richtig beeinflussen kann.

Die Ströme in den Leuchtdioden 43 und 47 werden durch
die Widerstände 42 und 46 nach oben hin begrenzt. Durch Veränderung der Widerstände 29 und 34 gegeneinander,
kann der Strom durch die Leuchtdioden 43 und 47 für den Abgleichsfall verändert werden (Fig. 4).

Durch die Widerstände 29 und 34 kann aber auch ein
"Offset" der Operationsverstärker 33 und 49 ausgetrimmt werden.

Mit dem regelbaren Widerstand 21 können sich aus dem
"Offset" des Operationsverstärkers 16 ergebende unterschiedliche Spannungen C, D ausgeglichen werden.

Claims

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1. Verfahren zur Temperaturkompensation bei der Belichtungsmessung mit elektronischem Belichtungsmesser, wobei ein aus der Szenenhelligkeit abgeleitete: Strom in eine Logarithmierspannung gewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) in an sich bekannter Weise eine aus mit unterschiedlichen Strömen betriebenen Logarithmierelementen erzeugte Differenzspannung verstärkt und auf ein Potential der Versorgungsspannung bezogen wird, dann

(b) die Kennlinie der Logarithmierspannung in Abhängigkeit von der Augenblickstemperatur mittels eines von einem aus der Belastung der verstärkten Differenzspannung resultierenden Stromes durchflossenen

nichtliniearen, temperaturabhängigen Bauelements in eine solche Lage verschoben wird, daß sie mit einer vorgegebenen Soll-Rennlinie mindestens in einem Punkt zusammenfällt,

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkte Differenzspannung als Quasi-Mittenpotential für nachfolgende Ver-Stärkungen und/oder Verrechnungen benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch g e kennze ichnet, daß der Verrechnung wenigstens eine Spannungs/Stromwandlung nachfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch g e kennze ichnet, daß eine aus dem gebildeten Strom entstehende Spannung mit der verstärkten Differenzspannung für Summe "Null" aller verrechneten Spannungen in Bezug auf die verstärkte Differenzspannung gleichgesetzt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e kennze lehnet, daß die gebildete Summenspannung vom Punkt der Summenspannung "Null" aus in einen proportional anwachsenden sowie in einen proportional abnehmenden Strom gewandelt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a durch gekennzeichnet, daß für entstehende gleiche Ströme die Verrechnung mittels Spannungsteilung eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Ströme auf den doppelten Wert derer für die Spannung "Null" begrenzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch g e kennzeichnet, daß die Größe des gebildeten EingangsStroms gegenüber dem begrenzten Strom im Abgleichspunkt mittels Widerstandsänderungen variabel ist.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a durch gekennzeichnet, daß der absolute Abgleich des Belichtungsmessers durch Widerstandsänderungen vorgenommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Offset-Kompensation der Operationsverstärker je ein Verrechnungswiderstand getrimmt wird.

11. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Temperaturkompensation bei der Belichtungsmessung mit elektronischem Belichtungsmesser, wobei ein aus der Szenenhelligkeit abgeleiteter Strom in eine Logarithmierspannung gewandelt wird, mit einem als Strom/ Spannungswandler wirkenden Operationsverstärker sowie mit einem nichtlinearen Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) mit unterschiedlichen Strömen betriebene Logarithmierelemente (8,9) vorhanden sind,

(b) diesen Elementen (8,9) eine Verstärkerstufe (16) zur Bildung einer verstärkten Differenzspannung nachgeschaltet ist,

(c) die Verstärkerstufe (16) über einen Rückführwiderstand (15) rückgekoppelt ist,

(d) eine Teraperaturkompensationsstufe (18) vorhanden ist, von der ein Pol mit dem Ausgang (17) der Verstärkerstufe (16), ein anderer Pol mit dem Rückführwiderstand (15) sowie mit variablen Widerständen (20-23) verbunden sind, und daß

(e) gegebenenfalls Trimmwiderstände (21) vorgesehen sind, die zwischen die variablen Widerstände (20,22) und den Bezugswiderstand (12) geschaltet sind.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch H, d a -

durch gekennzeichnet, daß dem nicht-

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linearen Bauelement (27) sowie den Abgriffen der variablen Widerstände (20-23) mindestens eine Verrechnungsstufe (33) nachgeschaltet ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, d a -

durch gekennzeichnet, daß einem Eingang der Verrechnungsstufe (33) die verstärkte Differenzspannung zugeführt wird.

14. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 9 bis dadurch gekennzeichnet, daß als Verrechnungsstufe eine Folgestufe (49) nachgeschaltet ist, der die verstärkte Differenzspannung über einen Widerstand (50) zugeführt wird.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- rechnungsstufe (33) einen Rückführwiderstand (40) enthält, der zwischen dem Emitter eines Transistors (39) und dem Summenpunkt der Verrechnungswiderstände (21-32) liegt.