DE3723412A1 - Analog-digitalumsetzer fuer kameras - Google Patents
Analog-digitalumsetzer fuer kamerasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Analog-Digitalumsetzer, der
für elektronisch gesteuerte Kameras geeignet ist.
Mit der fortschreitenden Automatisierung bei Kameras ergab
sich die Notwendigkeit, die Information über die Objekthelligkeit
und die Entfernung in digitale Form umzusetzen. So
schlägt die JP-A-60-164728 beispielsweise eine digitale
Lichtmeßeinrichtung vor, bei der ein lichtempfindlicher Widerstand
Rt zur Erfassung der Objekthelligkeit und ein Kondensator
C in Reihe geschaltet sind und Taktimpulse vom Beginn
eines Lichtmeßvorgangs bis zu dem Zeitpunkt gezählt
werden, wo die Spannung über dem Kondensator C gleich einer
Bezugsspannung wird.
Ungünstig an dieser bekannten Einrichtung ist, daß die Meßgenauigkeit
durch Schwankungen bzw. Toleranzen der elektrostatischen
Kapazität des Kondensators C und der Bezugsspannung
beeinträchtigt wird. Ein weiteres Problem ergibt sich
daraus, daß ein Vergleicher zum Vergleich der Kondensatorspannung
mit der Bezugsspannung verwendet wird, der gemäß
Darstellung in Fig. 6 zwischen den Betriebsspannungsklemmen
drei in Reihe geschaltete Transistoren T 1, T 2 und T 3 aufweist,
was voraussetzt, daß eine verhältnismäßig hohe Betriebsspannung
von zumindest dem Dreifachen der Schwellenspannung
der Transistoren erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Analog-Digitalumsetzer
für Kameras zu schaffen, der eine hohe Umsetzungsgenauigkeit
aufweist und mit einer niedrigen Versorgungsspannung
betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Analog-Digitalumsetzer
gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch
gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm von Signalen im Blockschaltbild
von Fig. 1,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Entfernungsmeßschaltung
von Fig. 3,
Fig. 5 ein Blockschaltbild nach einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, und
Fig. 6 das Schaltbild einer herkömmlichen Lichtmeßschaltung.
In Fig. 1 ist mit 1 ein monostabiler Multivibrator
(Monoflop) bezeichnet, der ein NOR-Glied 1 a, einen Kondensator
1 b und einen Inverter 1 c in Reihenschaltung aufweist.
Ein Eingang des NOR-Glieds 1 a ist mit dem Ausgang des Inverters
1 c verbunden. Der andere Eingang des NOR-Glieds 1 a
ist mit einer Triggerschaltung 2 verbunden. Eine Spannung
Ve wird wahlweise über Schalter 5 bzw. 6 und einen Widerstand
3 bzw. einen Lichtdetektor 4 in Form eines lichtempfindlichen
Widerstands an die Verbindung zwischen dem Kondensator
1 b und dem Inverter 1 c angelegt. Eine Pulsdauer-
Verhältnisrechenschaltung 7 umfaßt ein UND-Glied 7 a, von
dem ein Eingang das Impulssignal vom Monoflop 1 erhält,
während sein anderer Eingang wahlweise mit einem Taktsignal
CK 1 einer niedrigeren Wiederholungsfrequenz und einem Taktsignal
CK 2 einer höheren Wiederholungsfrequenz beaufschlagt
wird. Ein voreinstellbarer Zähler 7 b der Verhältnisrechenschaltung
7 wird mit dem Taktsignal vom UND-Glied 7 a gespeist.
Ein Zähler 7 c zählt die Übertragssignale vom Zähler
7 b. Die Verhältnisrechenschaltung 7 dient dazu, das Verhältnis
der Impulsanzahl zweier Impulsfolgen der Taktsignale
zu ermitteln. Mit 8 ist in Fig. 1 ein Datenspeicher
bezeichnet, der Belichtungswerte entsprechend der Ausgangsgröße
der Verhältnisrechenschaltung 7 speichert und von
dieser adressierbar ist, wie in Tabelle 1 gezeigt.
Mit 9 ist in Fig. 1 ein Taktoszillator bezeichnet.
Unter Bezug auf das Zeitdiagramm von Fig. 2 soll nachfolgend
die Betriebsweise der beschriebenen Anordnung erläutert
werden.
Wenn der Auslöser der Kamera zur Messung der Helligkeit eines
aufzunehmenden Objekts um erstes Stück gedrückt wird,
wird der Schalter 5 eingeschaltet und die Spannung Ve über
den Bezugswiderstand 3 an den Monoflop 1 angelegt. Von der
Triggerschaltung 2 wird ein Triggersignal angelegt.
Der Monoflop 1 gibt dann einen Impuls Ps ab, dessen Dauer
von der Zeitkonstante des aus Kondensator 1 b und Bezugswiderstand
3 gebildeten Zeitgliedes bestimmt wird. Der Impuls
Ps wird an die Verhältnisrechenschaltung 7 angelegt und
öffnet deren UND-Glied 7 a, so daß Taktimpulse CK 1 an den
voreinstellbaren Zähler 7 b gelangen und diesen auf eine der
Dauer des Impulses Ps entsprechende Zahl voreinstellen. Die
Impulsdauer Ts des Impulses Ps ist gegeben durch
Ts = Rs · C · 1n [(Ve-Vth)/Ve]
wobei Rs der Wert des Bezugswiderstands 3, C die Kapazität
des Kondensators 1 b, Ve die Versorgungsspannung und Vth die
Schwellenspannung des Inverters ist. Wie man sieht, ist die
Impulsdauer Ts dem Wert des Bezugswiderstands 3 proportional.
Am Ende des Impulses Ps wird der Schalter 5 ausgeschaltet
und der Schalter 6 eingeschaltet, so daß nun die Spannung
Ve über den Lichtdetektor 4 an den Monoflop 1 gelangt. Wieder
wird ein Triggerimpuls angelegt. Der Monoflop 1 erzeugt
dann einen Impuls Px mit der Dauer Tx, die sich aus nachstehender
Gleichung ergibt und proportional zum Widerstand
Rx des Lichtdetektors 4 ist. Die Dauer Tx steht damit im
Verhältnis zur Objekthelligkeit.
Tx = Rx · C · 1n [(Ve-Vth)/Ve]
Der Impuls Px wird an die Verhältnisrechenschaltung 7 angelegt
und öffnet deren UND-Glied 7 a, so daß die Taktimpulse
CK 2 an den voreinstellbaren Zähler 7 b angelegt werden. Der
Zähler 7 b beginnt, die Taktimpulse CK 2 zu zählen, und gibt
jedesmal ein Übertragssignal ab, wenn sein Zählerstand den
auf der Basis des Impulses Ps voreingestellten Wert erreicht.
Der Zähler 7 c zählt die Übertragssignale.
Der sich so ergebende Zählerstand im Zähler 7 c gibt das
Verhältnis der Pulsdauern der Impulse Ps und Px wie folgt
an:
Der Zählerstand hängt demnach nur von den Widerstandswerten
des Bezugswiderstands 3 und des Lichtdetektors 4 und weder
von der Kapazität C des Kondensators 1 b, noch von der Versorgungsspannung
Ve und auch nicht von der Schwellenspannung
Vth ab. Dieser Zählerstand stellt damit ein sehr genaues
Maß der gesuchten Helligkeit dar und ist frei von
Einflüssen wie Schwankungen der Versorgungsspannung Ve, der
von dieser abhängigen Schwellenspannung Vth sowie der
zeit- und temperaturveränderlichen Kapazität des Kondensators
1 b.
Lichtmeßfehler, die auf Änderungen der Linearität, des sogenannten
τ-Faktors, zwischen dem Widerstand eines CdS
Lichtdetektors und der aufgenommenen Lichtmenge beruhen,
können durch die vorbeschriebenen Maßnahmen jedoch nicht
beseitigt werden.
Der Widerstand Rx eines CdS Lichtdetektors und die Helligkeit
stehen in folgender Beziehung zueinander:
Rx = Ro · 2 τ (n-x) ,
wo Ro der Widerstand bei einer Bezugshelligkeit, n die Bezugshelligkeit
und x die Objekthelligkeit ist. Wenn sich τ
ändert, ändert sich auch Rx. Da τ der Exponent von 2 ist,
hat dieser Faktor einen großen Einfluß auf Rx.
Es ist möglich, den CdS Widerstand zu messen, um τ zu erhalten
und es zu teilen, damit seine Schwankungen gering
werden. Es ist auch möglich, soviele Teilungen vorzunehmen,
daß die Schwankungen in jeder Unterteilung im wesentlichen 0
wird.
Man kann so die richtige Helligkeit dadurch erhalten, daß
man Werte entsprechend den Pulsdauerverhältnissen, die mit
τ in den jeweiligen Unterteilungen verknüpft sind, speichert.
Der Wert einer gewünschten Unterteilung kann dadurch
bestimmt werden, daß man einen jeweiligen Anschluß einer
der Anzahl von Unterteilungen entsprechenden Anzahl von Anschlüssen
auswählt. Die den Unterteilungen entsprechenden
Wert sind in dem Datenspeicher gespeichert.
Der errrechnete Wert wird zum Zugriff auf eine entsprechende
Adresse an den Datenspeicher 8 angelegt, so daß man die Objekthelligkeitinformation
erhält, die als Parameter für die
Belichtungssteuerung verwendet wird.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Hier ist mit 10 eine Entfernungsmeßschaltung bezeichnet,
die auf dem Prinzip der Triangulation beruht. Die Entfernungsmeßschaltung
10 weist einen Vorspannungsgeber 10 a auf,
der eine Bezugsspannung an den neutralen Punkt einer Positionsfühleinrichtung
10 b anlegt, die an ihren entgegengesetzten
Enden Ströme liefert, welche von Operationsverstärkern
10 c bzw. 10 d, die mit Rückkopplungswiderständen Rf
versehen sind, in Spannungssignale v 1 = Rf · i 1 bzw.
v 2 = Rf · i 2 umgesetzt werden. Diese Spannungssignale werden
jeweils an einen Umkehrverstärker 10 e, 10 f angelegt,
die ein Summensignal V 1 = v 1 + v 2 bzw. ein Differenzsignal
V 2 = v 2 - v 1 abgeben. 10 g ist ein Leuchtelement und 11, 12
sind Kondensorlinsen.
Nimmt man an, daß die Entfernung bis zum Objekt L ist, die
Länge der Positionsfühleinrichtung 10 b d ist, der Abstand
des Leuchtelements zum neutralen Punkt der Positionsfühleinrichtung
10 b b beträgt und der Abstand zwischen der
Stelle auf der Positionsfühleinrichtung, an der das vom Objekt
reflektierte Licht einem Lichtpunkt bildet, zum neutralen
Punkt der Positionsfühleinrichtung mit x bezeichnet
wird (Fig. 4), dann sind die Ausgangsströme von den Ausgangsanschlüssen
der Positionsfühleinrichtung 10 b
i 1 = (d - 2x)/2d · F, bzw. i 2 = (d + 2x)/2d · F,
wobei F die Intensität des Lichtpunkts darstellt, die von
der Entfernung L vom Objekt und von dessen Reflexionsvermögen
abhängt.
Für den Abstand x zwischen dem neutralen Punkt und dem
Lichtpunkt gilt x = f · b/L mit f als Brennweite der Linse
11. Daraus folgt
(i 2 - i 1)/(i 1 + i 2) = 2fb/L · d.
Die Entfernung zum Objekt kann demnach ausgedrückt werden
als
L = K · (i 1 + i 2)/(i 2 - i 1).
Da in dieser Proportionalitätsgleichung die Lichtintensität
an dem Lichtpunkt nicht als Faktor enthalten ist, kann die
Entfernung unabhängig vom Reflexionsvermögen des Objekts
und von Schwankungen der Strahlleistung des Leuchtelements
bestimmt werden.
Die Entfernungsmeßschaltung 10 weist einen Summensignalausgangsanschluß
und einen Differenzsignalausgangsanschluß p
bzw. m auf, die über eine Schaltanordnung 13 und einen
Spannungs-Stromumsetzer 17 mit dem Monoflop 1 verbunden
sind, so daß das Summensignal und das Differenzsignal nacheinander
an den Monoflop 1 gelangen.
Wenn die Schaltanordnung 13 auf den Ausgangsanschluß p geschaltet
ist, gibt der Spannungs-Stromumsetzer 17 einen
Strom i 1 = k(i 1 + i 2) ab und bei Einstellung der Schaltungsanordnung
13 auf den Ausgangsanschluß m einen Strom
i 2 = k(i 2 - i 1), wobei k eine von RC und RS bestimmte Konstante
ist.
Der Datenspeicher 14 speichert als Daten Entfernungen entsprechend
den Pulsdauerverhältnissen und ist vom Ausgangssignal
der Verhältnisrechenschaltung 7 adressierbar.
Wenn als Beispiel der Auslöser der Kamera zur Entfernungsmessung
gedrückt wird, wird das Summensignal V 1 von der
Entfernungsmeßschaltung 10 über die Schaltanordnung 13 dem
Spannungs-Stromumsetzer 17 zugeführt, so daß dieser den
Strom i 1 = k(i 1 + i 2) an den Monoflop 1 liefert, der außerdem
von der Triggerschaltung 2 ein Triggersignal erhält.
Der Monoflop 1 gibt dann einen Impuls P 1 ab, dessen Dauer
von der Kapazität des Kondensators 1 b und von dem Strom i 1
bestimmt wird. Der Impuls P 1 gelangt an die Verhältnisrechenschaltung
7 und öffnet deren UND-Glied 7 a, so daß die
Taktimpulse CK 1 an den voreinstellbaren Zähler 7 b gelangen
und diesen auf eine Zahl von Taktimpulsen entsprechend der
Impulsdauer voreinstellen. Für die Impulsdauer T 1 des Impulses
P 1 gilt
T 1 = (1/I 1) · C · Vth = [1/k(i 1 + i 2)] · C · Vth.
Es handelt sich also um einen (i 1 + i 2) umgekehrt proportionalen
Wert.
Nach dem Ende des auf dem Summensignal V 1 beruhenden Impulses
P 1 wird die Schaltanordnung 13 betätigt, um das Differenzsignal
V 2 von der Entfernungsmeßschaltung 10 an den
Spannungs-Stromumsetzer 17 anzulegen, der dann dem Monoflop
1 den Strom i 2 = k(i 2 - i 1) liefert. Außerdem erhält der
Monoflop 1 einen Triggerimpuls.
Der Monoflop 1 erzeugt dann einen Impuls P 2 mit der Dauer
T 2, für die gilt
T 2 = (1/12) · C · Vth = [1/k(i 2 - i 1)] · C · Vth.
Der Impuls P 2 gelangt an die Verhältnisrechenschaltung 7
und öffnet deren UND-Glied 7 a, so daß die Taktimpulse CK 2
an den voreinstellbaren Zähler 7 b angelegt werden.
Der voreinstellbare Zähler 7 b liefert jedesmal ein Übertragssignal,
wenn sein Zählerstand den voreingestellten
Wert erreicht. Die Übertragssignale werden von dem Zähler
7 c gezählt. Der Zählerstand des Zählers 7 c gibt das Verhältnis
zwischen den Impulsdauern der Impulse P 1 und P 2 gemäß
nachfolgender Gleichung an.
Dieses Verhältnis ist der Entfernung L proportional. Der
Zählerstand hängt nur von der Stromsumme (i 1 + i 2) und der
Stromdifferenz (i 2 - i 1) ab und nicht von der Kapazität C
des Kondensators 1 b, der Versorgungsspannung Ve und der
Schwellenspannung Vth. Folglich stellt der Zählerstand ein
sehr genaues Maß für die Entfernung dar, das frei ist von
Einflüssen aufgrund von Schwankungen der Versorgungsspannung
Ve, der davon abhängenden Schwellenspannung Vth und der
zeit- und temperaturvariablen Kapazität des Kondensators.
Der errechnete Wert wird an den Datenspeicher 14 angelegt
als Zugriff auf eine entsprechende Adresse zum Auslesen der
Entfernungsinformation, die als ein Parameter für die Entfernungseinstellung
und die Belichtungssteuerung verwendet
wird.
Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Bezugswiderstand 3 und der Lichtdetektor 4 der Lichtmeßschaltung
sowie die Entfernungsmeßschaltung 10 sind über
eine Meßbetriebsart-Schaltanordnung 15 mit dem Monoflop 1
verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel können beispielsweise
dadurch, daß die Meßbetriebsart-Schaltungsanordnung 15
vom Auslöser der Kamera betätigt wird, die Ergebnisse der
Lichtmessung und der Entfernungsmessung mit Hilfe eines gemeinsamen
Monoflops 1 in ein Pulsdauerverhältnis zum Zugriff
auf einen Datenspeicher 16 umgesetzt werden, der Objekthelligkeitsdaten
und Entfernungsdaten zur Erzeugung digitaler
Signale speichert. Die Anordnung dieses Ausführungsbeispiels
ist deshalb besonders kostengünstig.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen umfaßt die Verhältnisrechenschaltung
eine Kombination von Zählern. Statt
dessen könnte auch eine andere Pulsdauerrechenschaltung
oder Verhältnisrechenschaltung verwendet werden. Es kann
sowohl zuerst der Bezugswert als auch zuerst der Meßwert an
die Verhältnisrechenschaltung angelegt werden. Als Lichtdetektor
kann eine Siliciumfotodiode verwendet werden.
Wie beschrieben, sieht die Erfindung vor, daß eine Impulsgebereinrichtung
nacheinander mit einem Bezugselement und
einem Meßelement, welche die Dauer des jeweils abgegebenen
Impulses bestimmen, verbunden wird. Das Verhältnis der Impulsdauern
der beiden so von der Impulsgebereinrichtung gewonnenen
Impulssignale wird dann ermittelt. Auf diese Weise
kann ein Meßwert mit hoher Genauigkeit in ein digitales
Signal umgesetzt werden, das von Zeit- und Temperatureinflüssen
unabhängig ist und bei dem sich auch die Schaltungskonstanten
wie die Kapazität des Kondensators, der
Teil einer Zeitkonstantenschaltung ist, und die Spannungen
nicht auswirken.
Da Impulsdauern verglichen werden, ist kein Vergleicher erforderlich,
und die Versorgungsspannung kann sehr niedrig
sein.
Die Impulsdauerverhältnisse werden als Adressen verwendet
und die ihnen entsprechenden Meßwerte sind als Daten in
einem Speicher gespeichert. Unterschiede einzelner Vorrichtungen
können deshalb leicht dadurch kompensiert werden,
daß die zu speichernden Daten entsprechend den Charakteristiken
und Toleranzen des Detektors und der Schaltungskomponenten
variiert werden. Die für die Kamerasteuerung
benötigten Parameter können deshalb mit hoher Genauigkeit
und ohne Erfordernis sehr genauer Schaltungskomponenten ermittelt
werden.
Claims (2)
1. Analog-Digitalumsetzer für Kameras, umfassend eine
Impulsausgabeeinrichtung (1), die nacheinander wahlweise
mit einem Bezugssignalerzeugungselement (3, 10) und einem
Meßsignalerzeugungselement (4, 10) verbindbar ist, wobei
die Elemente die Dauer eines jeweils abgegebenen Impulses
bestimmen, eine Einrichtung (7) zur Errechnung des Verhältnisses
der Impulsdauern der beiden Impulssignale von der
Impulsausgabeeinrichtung (1), und eine Speicheranordnung
(14) zur Speicherung von Steuerinformationen entsprechend dem
errechneten Verhältnis.
2. Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch die Verwendung in Verbindung mit einer
Lichtmeßeinrichtung, umfassend eine Speicheranordnung zur
Speicherung von Steuerinformation entsprechend den Eigenschaften
des Meßsignalerzeugungselements (4) sowie eine Zustandseinstelleinrichtung
zur externen Auswahl einer einer
Vielzahl von Gruppen.
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