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Lichtelektrischer Belichtungsmesser
Es sind bereits photoelektrische
Belichtungsmesser bekannt, bei welchen der Zeiger eines im Stromkreis einer Photozelle
liegenden Meßinstrumentes im Falle der richtigen Belichtung gemäß dem sogenannten
Koinzidenzprinzip auf eine feste Indexmarke gebracht werden muß, die einem konstanten
Strom entspricht, und bei welchen die die Belichtung beeinflussenden Faktoren mit
Hilfe je eines Widerstandes den Strom des Instrumentes verändern. Dabei sind diese
Widerstände z. B. alle miteinander und zum Meßinstrument in Reihe geschaltet. Es
ist auch bekannt, einen Widerstand in Reihe zum Meßinstrument, einen weiteren parallel
zum Meßinstrument zu schalten.
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Es ist ferner eine Schaltung bekannt, bei welcher mit dem einen Faktor
zwei Widerstände gleichzeitig verändert werden und einer von diesen zum Instrument
parallel, der andere in Reihe zu der erwähnten Parallelschaltung geschaltet ist,
so daß der von den Einzelwiderständen und vom Widerstand des Instrumentes gebildete
Gesamtwiderstand ungeachtet der Verstellung des Faktors, mit welchem sich die Widerstände
gleichzeitig verändern, konstant ist. Mit dem anderen Faktor wird ein Widerstand
verändert, welcher zu den beiden erwähnten Widerständen in Reihe oder parallel geschaltet
ist. Diese Schaltungen sind aber bei den praktisch vorkommenden Photozellen nicht
brauchbar.
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Zur näheren Untersuchung der Eigenschaften der Photozellen werden
nun zunächst die Werte des von der lichtempfindlichen Zelle (Photoelement) bei verschiedenen
Beleuchtungsstärken L und bei verschiedenen Außenwiderständen R abgegebenen Stromes
J in Abhängigkeit vom Logarithmus der Beleuchtungs-
stärke betrachtet
(Fig. I). Die Kurve des bei konstantem Widerstand abgegebenen Stromes ist eine Charakteristik.
Die Widerstände R1, R2 usw. sind äquidistant. Die logarithmische Darstellung ist
deswegen zweckmäßig, weil die Skalen der Faktoren, z. B. Belichtungszeit, Blende,
Emulsionempfindlichkeit usw., so abgestuft sind, daß jeder Wert der doppelten Beleuchtungsstärke
entspricht, verglichen mit dem Vorhergehenden, z. B. ist die zur Blende F = 1: 4
gehörige Beleuchtungsstärke doppelt so groß als die zur Blende F = I: 2,8 gehörige,
bei sonst gleichen Bedingungen. Deshalb liegen in der logarithmischen Darstellung
die Werte der Beleuchtungsstärke, welche den Skalenwerten der Faktoren entsprechen,
in gleicher Entfernung voneinander.
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Wenn man die erwähnten bekannten Schaltungen unter Zuhilfenahme der
Fig. I untersucht, so kann folgendes festgestellt werden: I. Wenn alle Widerstände
mit dem Instrument in Reihe geschaltet sind, so muß der Zellenstrom bei jeder Beleuchtungsstärke
konstant sein (z. B. fi in Fig. I), sofern der Zeiger bei jeder Beleuchtungsstärke
denselben konstanten Stromwert anzeigen soll. Das ist eine horizontale Linie, welche
bei den einzelnen Beleuchtungsstärken L, die gleichen Entfernungen auf der log L-Achse
entsprechen, die notwendigen Widerstände des Zellenstromkreises auf den Charakteristiken
abzulesen gestattet. Dieser Widerstandsverlauf ist aber mit zunehmendem Wert von
log L nicht linear, weil die Charakteristiken bei kleineren Widerständen steiler
sind, als bei größeren. Deswegen sind die Entfernungen auf der Linie J1 = konst.
gemessen zwischen den Widerstandskurven nicht gleich. Der Verlauf der Widerstände
ist vielmehr ähnlich, wie es in Fig. 2 durch die Kurve R= f (log L) dargestellt
ist, also von unten gesehen konkav. Die Kurven Ra und Rd in Fig. 2 sollen einstweilen
außer Betracht bleiben und werden später besprochen werden. Wenn alle photographischen
Aufnahmen mit derselben Blende und nur mit verschiedenen Belichtungszeiten gemacht
werden würden, so könnte man den Widerstand für die Belichtungszeit so abstufen,
daß er für die verschiedenen Werte von L jeweils die durch die Kurve R in Fig. 2
angegebenen Widerstandswerte hätte, und es wäre dann möglich, bei einer Photozelle
von den in Fig. I angegebenen Eigenschaften mittels des Koinzidenzverfahrens die
richtige Belichtungszeit bei jeder Beleuchtungsstärke zu ermitteln. Nun muß aber
beachtet werden, daß bei einer bestimmten Beleuchtungsstärke L eine WIehrzahl von
Kombinationen der einzelnen Faktoren zu der richtigen Belichtung führen muß. Wird
z. B. bei einer Belichtungsdauer von t1 und einer Blende b1 (Größe der von der Irisblende
freigegebenen Linsenfläche) die richtige Belichtung erreicht, so muß z. B. auch
bei der Kombination
oder z. B. bei der Kombination
konstante Strom, welcher der Koinzidenz entspricht, fließen. Man kann sich an Hand
der Fig. 2 a leicht klar machen, daß dies bei einem Verlauf der Kurve R wie in Fig.
2 nicht möglich ist. In Fig. 2 a ist ein Teil der gekrümmten Kurve R aus Fig. 2
dargestellt und drei Werte der Beleuchtungsstärke L, 2L und 4, welche den Werten
auf der Abszisse der Fig. 2 entsprechen. Bei der Beleuchtungsstärke L möge bei der
Kombination (tal, b1) richtige Belichtung stattfinden.
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Nach dem oben Gesagten muß dann bei 2L z. B. nicht nur bei
sondern z. B. auch bei
Koinzidenzstrom fließen. Es muß sich also bei Reihenschaltung der beiden Widerstände
der Widerstand des t1 Verschlußzeitreglers zwischen t1 und um die Größe 2 (B-#=
Ohm ändern und der Widerstand des Blendenh reglers zwischen b1 und - ebenfalls um
die Größe 2 (B-A) m. Steigt aber nun die Beleuchtungsstärke von 2s auf 4L, so muß
man die richtige Belichtung sowohl durch die Kombination
als auch durch die Kombination
einstellen können. Von b1 bis -- muß sich also nun der Widerstand des Blenden-2
reglers um (C-B) Ohm ändern, also um einen Betrag, der viel kleiner ist als die
vorher berechnete notwendige Änderung von (B-A) Ohm zwischen denselben Blendenwerten.
Man sieht also, daß das Problem mit einer Photozelle, die sich entsprechend der
Fig. I verhält, zu arbeiten, mit einer einfachen Reihenschaltung der Widerstände
nicht lösbar ist. Es wäre vielmehr dazu eine Gerade Ra in Fig. 2 nötig, an Stelle
der Kurve R.
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Eine solche Gerade würde aber nur dann auftreten, wenn die Charaktristiken
in Fig. I parallel verlaufende Kurven wären, die von einer horizontalen Geraden
in gleichen Abständen geschnitten werden würden, was bei praktischen Photozellen
nicht der Fall ist, da hier die Charakteristiken in der Richtung der zunehmenden
Beleuchtungsstärken und der abnehmenden Widerstände divergierende Kurven sind.
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2. Wenn der eine Faktor einen zum Instrument in Reihe geschaltetenWiderstand,
der andere einen zum Instrument parallelen verändert, so muß, während der in Reihe
geschaltete Widerstand verändert wird, der parallele also konstant ist, der Zellenstrom
bei veränderlicher Beleuchtungsstärke konstant sein (z. B. J in Fig. I), und dies
bestimmt die Abstufung des in Reihe geschalteten Widerstandes. Wenn aber zuerst
einige Stufen durch Veränderung des parallelen Widerstandes geregelt werden und
einige andere durch den in Reihe geschalteten, so muß ein ganz anderer Zellenstrom
(z. B. J in Fig. I) konstant gehalten werden, und hieraus ergeben sich ganz andere
Werte für den in Reihe geschalteten Widerstand als vorher, weil die Charakteristiken
bei den höheren Stromwerten in größerer Entfernung voneinander liegen, als bei den
kleineren, wie Fig. I zeigt. Die Abstufung des in Reihe geschalteten Widerstandes
ist von der Einstellung des parallelen Widerstandes abhängig, und dies gilt auch
dann, wenn der Gesamtwiderstand der aus dem Instrumentenwiderstand, aus seinem Parallelwiderstand
und aus dem zu beiden in Reihe liegenden Widerstand bestehenden Schaltung konstant
ist. So kann also keiner der bereits bekannten Belichtungsmesser zum Ziel führen,
auch in dem Fall nicht, wenn die Charakteristiken in Abhängigkeit von dem Loga-
rithmus
der Beleuchtung stark divergierende Geraden wären.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beheben.
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Sie betrifft einen elektrischen Belichtungsmesser zur Ermittlung und
zur Prüfung der Einstellung der richtigen Belichtung für photographische Aufnahmen,
umfassend mindestens eine lichtelektrische Zelle, mindestens ein Meßinstrument,
Widerstände und Leitungen, welche diese Teile verbinden, bei dem der Zeiger des
Meßinstrumentes für jede richtige Einstellung der die Belichtung beeinflussenden
Faktoren, welche durch Verstellung von Widerständen berücksichtigt werden, einen
konstanten Stromwert anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Gruppe von gleichartig
geschalteten Widerständen, von denen jeder einem anderen Faktor zugeordnet ist,
einen Zweig des Zellenstromkreises bildet, und daß mit der Verstellung irgendeines
Faktors gleichzeitig je ein Widerstand sämtlicher Widerstandsgruppen verstellt wird,
weiterhin gekennzeichnet durch mindestens einmalige Verwendung zweier parallel geschalteter
Stromzweige, welche je eine Widerstandsgruppe enthalten.
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Es wird'an Hand der Ausführungsbeispiele gezeigt werden, daß dadurch
der Verlauf des Gesamtaußenwiderstandes genau so verwirklicht werden kann, wie er
durch die Zellencharakteristiken bedingt ist.
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Die Faktoren, welche auf die Belichtung der Emulsion einen Einfluß
haben und von denen entweder alle oder wenigstens die wichtigsten durch Verstellung
von Widerständen berücksichtigt werden müssen, sind: die Verschlußgeschwindigkeit
(die Dauer der Belichtung), die Blendenzahl, d. h. die relative Öffnung des Objektivs,
F = Df, wobei D der Öffnungsdurchmesser, f die Brennpunktentferuung ist, z. B. F
= I: 2,8, die Emulsionsempfindlichkeit
| ( x °DIN= x + I0 Scheiner), |
die Lichtabsorption des Objektivs, welche bei Auswechselobjekten berücksichtigt
werden muß die Filterdichte, die Vorsatzlinse, z. B. für Porträt-und Nahaufnahmen,
für Mikrophotographien usw., die spektrale Verteilung des Lichtes, z. B. Kunstlicht,
wenn die lichtelektrische Zelle von der Emulsion abweichend reagiert. Im allgemeinen
also irgendwelche Faktoren, welche die Stärke oder Dauer des durch das Objektiv
auf die Emulsion fallenden Lichtes beeinflussen oder welche auf die Emulsion und
die Zelle verschieden einwirken. Die Beleuchtungsstärke des Aufnahmeobjektes ist
selbstverständlich auch ein Faktor, der auf, die Belichtungszeit einen Einfluß hat
(je größer die Beleuchtungsstärke, desto kürzer die Belichtungszeit). Die Beleuchtungsstärke
des Aufnahmeobjektes wird aber nicht durch Verstellung eines Widerstandes berücksichtigt,
indem der von der Zelle abgegebene Strom sich gleichzeitig mit der Beleuchtungsstärke
verändert. Die Beleuchtungsstärke des Aufnahmeobjektes wird also durch die Photozelle
berücksichtigt.
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An Hand der Zeichnungen sollen im folgenden einige Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes besprochen werden.
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In Fig. 3 ist die Schaltung eines ersten Belichtungsmessers dargestellt,
in welchem drei Faktoren I, II und III berücksichtigt werden, die in der Figur an
der zur Verstellung der entsprechenden Widerstände dienenden Kontaktorganen angeschrieben
sind. Jedem der Faktoren ist je ein variabler Widerstand zweier Widerstandsgruppen
zugeordnet, die mit Ra und Rb bezeichnet werden, von welchen jede lauter in Serie
miteinander geschaltete Widerstände A, Rai, Ra2, Ra3 bzw. B, Rb1, Rb2, Rb3 umfaßt.
Die Photozelle ist in allen Figuren mit C, das Instrument mit Rm bezeichnet. Rm
ist gleichzeitig der Instrumentenwiderstand und Ra bzw. Rb der Widerstand der entsprechend
bezeichneten Gruppen.
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Da der Instrumentenstrom mit dem Zellenstrom identisch ist, muß der
Gesamtwiderstand des Zellenstromkreises den in Fig. 2 mit R dargestellten Verlauf
in Funktion der Beleuchtungsstärke aufweisen, wie oben an Hand der Fig. I dargelegt
wurde. Der resultierende Widerstand der Widerstandskombination muß deshalb den mit
Ra in Fig. 2 dargestellten Verlauf zeigen. (Rã = Gesamtwiderstand R - Instrumentenwiderstand
Rm). Um dies zu erreichen, bilden die Widerstandsgruppen Ra und Rb zwei parallele
Stromzweige. Die Widerstände Ral, Ra2, Ra3 und Rbl, Rb2, Rb3 sind variabel, wobei
alle Widerstände einer Gruppe gleiche Widerstandsstufen a bzw. b aufweisen. Die
Widerstandsgruppen weisen noch je einen konstanten Widerstand A bzw. B auf.
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Wenn mit nl, Jt und n3 die Anzahl der jeweils eingeschalteten Widerstandsstufen
der einzelnen Faktoren mit a und b die VViderstandswerte der einzelnen Stufen der
Gruppen Ra bzw. Rb bezeichnet werden, so ergibt sich folgende mathematische Beziehung:
Ra = Rai + Ra2 + Ra3 + A = n1a + n2a + n3a + A = na + A Rb = Rb1 + Rb2 + Rb3 + B
= b + 5l2b + n3b + B = n1 + B wobei n die Gesamtzahl der eingeschalteten Stufen
bzw. den Logarithmus der Beleuchtungsstärke bedeutet. Der resultierende Widerstand
beider Parallelzweige ist RaRb (na + A) (nb + B) Rab = = , Ra + Rb n (a + b) + A
+ B n²ab + n (aB + bA) + A B Rab = . n (a + b) + (A + B) Der Gesamtaußenwiderstand
R ergibt sich aus: R = Rm + Rab Unter geeigneten Voraussetzungen entspricht nun
der Verlauf von Rab dem in Fig. 2 dargestellten Verlauf von Rd = R = Rm, so daß
Rm + Rab dem durch die Zellencharakteristiken und die Wahl von J, vorgeschriebenen
Verlauf von R entspricht. Da die Widerstandsstufen a und b für alle Faktoren konstant
sind, können die Faktoren vertauscht werden.
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Es ist also insbesondere möglich, bei einer Beleuchtungsstärke, welche
der Zahl n entspricht, eine beliebige Kombination von Zahlenwerten nl, n2 und ist:
zu wählen. Die einzige und durch die Anordnung automatisch erfüllte Bedingung ist
die, daß n1 + n2 + n3 = n ist.
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In einigen Fällen hat die Kurve Rd eine solche Form, abhängig von
dem Wert des vorher bestimmten Zellstromes, daß es möglich ist, indem man passende
Werte für A, B und a wählt, b = 0 zu manchen und doch eine befriedigende Annäherung
an die Kurve Rd zu erhalten. Es ist dann möglich, die variablen Widerstände Rb gänzlich
zu entbehren; nur ein konstanter Widerstand B ist nötig, welcher parallel mit dem
Zweig geschaltet ist, der die Widerstände A, Ral, Ra 2 und Ra3 enthält. Dies wird
gezeigt in Fig. 4. Der konstante Widerstand B kann als die Summe der drei konstanten
Widerstände B1 + B2 + B3 angesehen werden, jeder von ihnen ist verbunden mit einem
der Faktoren, die die Belichtung kontrollieren. Auf diese -Art kann die Verkörperung
von Fig. 4, ähnlich wie die von Fig. 2 als Zusammenfassung von zwei Widerständen
für jeden Faktor betrachtet werden, nämlich Ra1 und B1 für Faktor I, Ra2 und B2
für Faktor II und Ra3 und B3 für Faktor III; aber in Fig. 4 ist ein Widerstand von
jedem Paar konstant, während in Fig. 2 beide variabel sind. Der Weg, auf welchen
B und Ra annährend Rd gleichgemacht werden können, wird in der graphischen Darstellung
von Fig. 5 gezeigt, welche keine weitere Erklärung braucht.
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In Fig. 4 wird ein einzelner Widerstand Ra12 sowohl durch den Faktor
II kontrolliert, z. B. die Einstellung der Verschlußgeschwindigkeit, wie durch Faktor
I, z. B. die Einstellung der Blende, und erfüllt so die Funktion von zwei Widerständen
Ra1 und Ra2 von Fig. 2, sein Wert ist in der Tat Ra1 + Ra2 Ra3 wird gemäß Faktor
III eingestellt, z. B. Empfindlichkeit der Emulsion.
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Die Schleifkontakte I, II und III, gezeigt in Fig. 4, werden entsprechend
durch die Kontrollen der Belichtungseinstellung der Faktoren I, II und III eingestellt.
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Die in der Regelung berücksichtigten Bereiche der Faktoren sind:
Blende: F = I: 2 bis I: I6, Verschlußgeschwindigkeit: ¼ bis 1/iooo Sekunde, Emulsionsempfindlichkeit:
24/10 bis 15/10° DIN (34 bis 25° Scheiner). Die unterste Beleuchtungsstärke ist
von der eingestellten Emulsionsempfindlichkeit abhängig, wie folgt : 24/10° und
21/10° DIN: 60 Lux (5 Foot candle), 18/10°: 120 Lux (10 F. c.), 15/10°: 250 Lux
(20 F. c.). Die höchste Beleuchtungsstärke: 32000 Lux (3000 F. c.). Die Werte der
Widerstandsstufen: c = 14k#, die Konstantwiderstände: A = 2,5 k#, B = 165 k#. Instrumentwiderstand:
Rm = 1500 #, Koinzidenzstrom: Jm = 6 fig A.
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Für den Benutzer heißt das, daß vor jeder Aufnahme die einzelnen
Faktoren in an sich beliebiger Kombination derart einzustellen sind, daß das Instrument
Rm einen konstanten, durch eine Marke festgelegten Stromwert anzeigt.
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In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Dessen Schaltung umfaßt vier Widerstandsgruppen Rs, Rp, Ra und Rb,
welche je drei veränderliche, drei Faktoren 1, II, III zugeordnete Widerstände aufweisen.
Die Gruppen Ra und Rb weisen außerdem je einen konstanten Widerstand A bzw. B auf.
Mit jedem Faktor wird gleichzeitig je ein Widerstand jeder Gruppe verstellt. R"
und R, haben linear zunehmenden, Rb linear abnehmenden Verlauf. Die zueinander parallelen
Widerstände Rp1, Rp2 und Rp3 der Gruppe Rp folgen einem hyperbolischen Verlauf:
k k k Rp1 = , Rp2 = , Rp3 = , n1 n2 n3 wobei k der Endwert der einzelnen Widerstände
ist.
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Es sie der Resultatswiderstand von Rp1, Rp2 und Rp3 durch Rp bezeichnet,
so daß I I I I - + + Rp Rp1 Rp2 Rp3 n1 n2 n3 n = + + = k k k k oder Rp = k/n, was
einen hyperbolischen Verlauf von R, ergibt. Mit a, b und s sind die Widerstandsstufen
der aus seriegeschalteten Widerständen aufgebauten Widerstandsgruppen Ra, Rb und
Rs bezeichnet.
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Infolge der Parallelschaltung von Rp ist der Instrumentenstrom Jm
nicht mehr gleich dem Zellenstrom J, sondern bildet mit diesem ein Verhältnis J
Rm + Rs a = Jm = Rps , wobei (Rm + Rs) Rp Rps = Rp + Rm + Rs der resultierende Widerstand
der Stromzweige Rm + Rs und Rp ist.
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Somit ist Rm + Rs) (Rp + Rm + Rs) Rp + Rm + Rs α = =.
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(Rm + Rs) Rp Rp Ferner gilt Rs = s . n und somit: Rm Rs Rm α
= 1 + + = . n + s/k . n² + 1.
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Rp Rp k Mit J = Jm a ergibt sich ein parabolischer Verlauf für den
Zellenstrom (a parabolisch, Jm konstant), z. B. Kurve J1 in Fig. I. Auf graphischem
Wege kann aus den Zellencharakteristiken der Fig. I und dem Stromverlauf J die Kurve
für den Gesamtaußenwiderstand gefunden werden, indem für jede Beleuchtungsstärke
L bestimmt wird, bei welchem Wert der Kurvenschar R die Kurve J1* verläuft. Man
erhält dadurch R in Funktion der Beleuchtungsstärke, was den in Fig. 7 mit R bezeichneten
Verlauf ergibt.
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Die Widerstände der parallelen Widerstandsgruppen A + Ra und B +
Rb sind in Fig. 7 durch Gerade A + Ra und B + Rb dargestellt, ebenso derjenige der
Serienschaltung der Widerstände Rs + Rm. Der Widerstandsverlauf des Parallelwiderstandes
ist mit Rp bezeichnet. Rps, der resultierende Widerstand der parallelen Stromzweige
Rm + Rs und Rp ist viel kleiner als R. Die Differenz R - Rps ist mit Rd bezeichnet.
Rd wird in diesem Ausführungsbeispiel wieder durch die zueinander parallelen Widerstandsgruppen
Ra und Rb dargestellt, wobei aber im Gegensatz zu Fig. 3, bei Veränderung des Faktors
I die ihm zugeordneten Widerstände Ra1 und Rb1 nicht gleich-
sinnig,
sondern gegensinnig verstellt werden. Für die Faktoren II und III gilt analoges.
Bezeichnet man mit B* die Summe von B und aller Widerstandsstufen b, so gilt für
den Widerstand Ras der Gruppen Ra und Rb: ab n² + (Ab - B*a) n - A B* Ras = .
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(b - a) n - (A + B*) Das ist eine nach oben gekrümmte Kurve, die
durch geeignete Wahl der Konstanten der Kurve Ra gut angenähert werden kann.
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Insbesondere können die Werte für Rp und Rs so gewählt werden, daß
die Differenz Rd praktisch sehr klein und annähernd konstant wird. Die Widerstandsgruppen
Ra und Rb können in diesem Falle durch einen konstanten Widerstand ersetzt werden.
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In gewissen Fällen kann sich auch das Parallelschalten eines konstanten
Widerstandes zu Rs als günstig erweisen, wie es in Fig. 6 durch den gestrichelt
gezeichneten Widerstand S gezeigt worden ist.
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In Fig. 6 ist eine der Fig. 4 ähnliche Schaltung dargestellt. Die
Widerstandsgruppe Rs fehlt, und an ihre Stelle tritt der konstante Instrumentenwiderstand
Rm.
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Im übrigen ist die Schaltung identisch der in Fig. 4 dargestellten.
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Das Verhältnis von Zellenstrom zu Instrumentenstrom wird: J Rm Rm
(Rm + Rp) Rm α = = = = . n + 1.
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Jm Rmp Rm Rp k Der Zellenstrom muß also einen linearen Verlauf annehmen.
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Für den Gesamtaußenwiderstand R ergibt sich eine Kurve, die prinzipiell
ähnlich der in Fig. 5 dargestellten Kurve R verläuft. Auch die durch Subtraktion
von Rmp erhaltenen Widerstandswerte Rd zeigen einen ähnlichen Verlauf, wie die in
Fig. 7 dargestellte Kurve Rd. Die Darstellung von Rd erfolgt deshalb in analoger
Weise durch zwei parallele Widerstandsgruppen Ra und Rb. Entsprechend dem geringeren
Aufwand sind natürlich die Angleichmöglichkeiten an die Zellencharakteristiken beschränkt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Berücksichtigung von drei Faktoren
ist in Fig. g dargestellt. Die Schaltung ist sehr einfach, indem der Zellenstrom
in zwei parallele Zweige aufgeteilt wird, von welchen der eine das Instrument enthält.
Die Widerstandsgruppe Rs liegt zum Instrument in Serie und zeigt linear zunehmenden
Verlauf, während parallel zu diesem Zweig die Widerstandsgruppe Rp mit hyperbolischem
Widerstandsverlauf liegt. Die einzelnen variablen Widerstände sind analog aufgebaut
und bezeichnet wie in den bisher besprochenen Figuren.
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Das Verhältnis von Zellenstrom zu Instrumentenstrom beträgt in diesem
Fall J Rm + Rs α = = , Jm Rsp wobei (Rm + Rs) Rp Rm + Rs + Rp den resultierenden
Widerstand der parallelen Stromzweige bedeutet.
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Ferner gilt: Rs = n . s . Rp = k/n, (Rm + Rs) (Rm + Rs + Rp) Rm Rs
α = = + 1, (Rm + Rs) Rp Rp Rp Rm n . s α = n + n + 1, k k daraus ist:
Dieser Zellenstrom J ist in Fig. i als J3* aufgetragen. In der früher gezeigten
Weise kann nun graphisch auf den Gesamtaußenwiderstand geschlossen werden. Der -Verlauf
dieses Gesamtwiderstandes ist in Kurve R der Fig. 10 dargestellt. Dieser Widerstandsverlauf
R kann durch das Parallelschalten eines linear zunehmenden und eines hyperbolisch
abnehmenden Widerstandes (Rm + Rs, Rp) angenähert werden, wie es aus Fig. 10 hervorgeht.
Am Anfang ist der lineare Verlauf dem hyperbolischen überlegen, da letzterer sehr
große Werte hat. Ein Scheitelwert entsteht ungefähr dort, wo die zwei Komponenten
gleich sind. Hernach dominiert die hyperbolische Komponente, da die lineare nun
relativ große Werte annimmt.
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Aus der Skala der Abszissenachse in Fig. 8 ist ersichtlich, daß die
Herstellung eines Faktors um eine Widerstandsstufe, z. B. von 11 auf 12 oder umgekehrt,
eine Zu- oder Abnahme der Beleuchtungsstärke um den Faktor II wettmacht.
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Die Schaltung kann unter Umständen durch Parallelschalten eines konstanten
Widerstandes zur Serienwiderstandsgruppe Rs verbessert werden.
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Die Widerstände Rs12 und Rp12 sind gemeinsam dem Verschluß und der
Blende zugeordnet, Rs3 und Rp3 dienen nur zur Berücksichtigung der Emulsionsempfindlichkeit.
Die Schliefkontakte Is und Ip, elektrisch und mechanisch verbunden, werden gleichzeitig
mit der Einstellung der Verschlußgeschwindigkeit, IIs und IIp, elektrisch isoliert,
aber mechanisch verbunden, mit der der Blende, IIIs und IIIp, elektrisch und mechanisch,
verbunden mit der der Emulsionsempfindlichkeit, bewegt. Auf den Widerständen Rs12
und Rp12 werden die zu dem Verschluß und der Blende gehörigen Teile des Widerstandes
Rs bzw. Rp eingeschaltet. Da jetzt Rp ein hyperbolisch veränderlicher Widerstand
ist, müssen die einzelnen Teile von Rp (Rp12 und Rp3) untereinander parallel geschaltet
werden, wie es in Fig. I7 der Fall ist.
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1 1 1 Rs = Rs1 + Rs2 + Rs3 = + Rp Rp12 Rp3 Rp12 wird aus einer Reihe
von untereinander parallel geschalteten gleichen Widerstandsteilen k gebildet.
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Die Anzahl der eingeschalteten Teile hängt immer von der relativen
Lage der beiden Kontakte Ip und IIp bzw. von der Einstellung der Verschlußgeschwindigkeit
und der Blende ab. Deshalb haben beide Kontakte Ip und IIp je eine Verlängerung
in der Richtung
der Bewegung, dadurch können die einzelnen Teile
k auf den an beiden Enden untergebrachten Kontaktsegmenten zueinander parallel ein-
bzw. abgeschaltet werden. Wenn der Kontakt IIp und Ip gesehen nach rechts steht,
ist der Widerstand zwischen beiden Kontakten unendlich. Statt der Verwendung der
Verlängerungen F und g der Kontakte Ip und IIp können auch die Kontaktsegmente g
entsprechend verlängert werden oder beide Arten kombiniert verwendet werden.
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Zahlenbeispiel zur Anordnung nach Fig. 9: Blende: F = 1 : 2 bis 1
: 22, Verschlußgeschwindigkeit: 1 bis 1/100 Sekunde, Emulsionsempfindlichkeit: 24/10
bis I5/I0° DIN, Beleuchtungsstärke: von 30 Lux bis 64000 Lux. Die Werte der Widerstandsstufen
sind c = 3700 #, k = 7000 #. Für Rp3 gemäß der hyperbolischen Regelmäßigkeit müssen
folgende Werte eingehalten werden: Rp30 = #, Rp31 = k = 7000 #, Rp32 = k/2 = 3500
#, Rp33 = k/3 = 2333 #.
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Deshalb müssen die Stufen bei Rp3 folgendermaßen bemessen sein: k30
= #, k31 = 3500 #, k32 = 1167 #, k33 = 2333 #.
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Der Instrumentwiderstand ist Rm = 1200 #, der Koinzidenzstrom Jm =
12 µA. Als Zelle wurde ein Selenphotoelement mit 11 cm2 Aktivfläche verwendet.
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Bei einer Zellenfläche von 6 cm2 wäre ein Koinzidenzstrom 6 uA erreichbar.
Die Abweichungen von dem genauen Belichtungswert sind nicht größer als # 15 0/o.
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Eine andere Stromkreisanordnung, worin die Widerstände eine Brückenverbindung
bilden, wird in Fig. 11 gezeigt. Die variablen Widerstände Rs1, Rs2, Rs3 und das
Meßinstrument Rm bilden einen Zweig der Brücke, die variablen Widerstände Rp1, Rp2,
Rp3 und ein konstanter Widerstand P bilden den anderen Zweig der Brücke; ein konstanter
Widerstand U ist zwischen die Verbindungspunkte geschaltet, die von den variablen
und den konstanten Widerständen der zwei Zweige gebildet werden.
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Alle variablen Widerstände in beiden Zweigen folgen einer linearen
Veränderung, alle haben dieselbe Widerstandsstufe c für eine Stufe der Veränderung,
der die Belichtung kontrollierenden Faktoren. Der Sinn der Veränderung ist in den
zwei Zweigen entgegengesetzt, z. B. Rs nimmt zu wenn Rp abnimmt, und umgekehrt.
Die kontaktarme IIs und IIp, bzw.
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IIIs und IIIp, sind elektrisch isoliert und mechanisch gekuppelt.
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Ein Widerstand R12 ist zwei Faktoren I und II gemeinsam zugeordnet,
indem einerseits Rs1 und Rs2, welche zwischen den Schleifkontakten I und IIs angeordnet
sind, einen Teil des in Reihe geschalteten Zweiges des Stromkreises bilden und andererseits
der übrige Teil Rm1 dieses Widerstandes, welcher durch den Kontakt I eingestellt
wird, einen Teil des parallelen Zweiges des Stromkreises bildet. Dies ist möglich,
weil die Widerstandsstufen c in beiden Zweigen Rs und Rp dieselben sind und die
zwei Zweige sich im entgegengesetzten Sinn verändern.
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In den folgenden Formeln bedeutet N eine Zahl, die größer ist als
die Zahl der Widerstandsstufen nmax, eingesetzt im Falle des Maximums der Lichtintensität.
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Rs1 + Rs2 + Rs3 = Rs = C .23.
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Rp1 + Rp2 + Rp3 = Rp = c . (N - n) N > nmax Im Falle des Beispieles:
Der Stromkreis von Fig. 11 ist dem von Fig. 12 identisch, was man leicht aus den
folgenden wohlbekannten Wechselbeziehungen erkennen kann: Rs . U Rp . U Rs . Rp
s = , rp = , U = Q Q Q wobei Q = Rs + Rp + U = const. c . n . U rs = = γ .
n, Q wobei c . U γ = = const.
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Q c . (N - n) . U Rp = = γ . (N - n Q Rs . Rp Rs . Rp u = #
, Rm + Rs + U Rs + Rp wenn U # Rs + Rp.
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Aus obigen Gleichungen kann man sehen, daß der Stromkreis von Fig.
I2, welcher mit dem von Fig. II identisch ist, linear variierende Widerstände im
Zweig des Meßinstrumentes und auch in seinem parallelen Zweig rs, bzw. rp enthält,
beide Zweige werden variiert durch dieselben Stufen γ, aber im entgegengesetzten
Sinn. Daneben enthält der Stromkreis einen anderen variablen Widerstand u, welcher
in der Wirkung zwei parallelen Zweigen Rs und Rp gleich ist, die durch dieselbe
Stufe c linear variiert werden, aber im entgegengesetzten Sinn. Bei der Anordnung
der Brückenschaltung haben die zwei variablen Widerstände pro Faktor tatsächlich
die Wirkung von vier Widerständen pro Faktor.
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Das Verhältnis zwischen Zellstrom J und Instrumentenstrom wird durch
folgende Gleichungen wiedergegeben:
wobei E und e konstante Größen sind E J = Jm . α = Jm . e
- n Deshalb muß der Zellstrom, um den Instrumentenstrom bei allen Lichtintensitäten
konstant zu erhalten, über den ganzen Bereich der Regulierung gemäß einer hyperbolischen
Kurve variieren.
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Die Veränderung des gesamten äußeren Widerstandes R, zugehörig der
hyperbolischen Veränderung des Zellstromes, wird in Fig. I3 gezeigt, wo der Verlauf
der anderen Widerstände gleichzeitig gezeigt wird.
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Wenn man die Werte von rSp von R abzieht, kann die Differenzkurve
X dicht an die parallelen Zweige von Rs und Rp angenähert werden. Die konstanten
Werte c, P und U können so gewählt werden, daß immer eine gute Annäherung erhalten
werden kann.
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Zahlenmäßige Werte eines Beispieles, entsprechend der Brückenschaltung
sind: Blende: F = 1: 2 bis I: I6; Verschlußgeschwindigkeit 1/4 bis l/looo Sekunde,
Emulsionsempfindlichkeit 24/I0 bis 15/100 DIN, Lichtintensität I20 bis 32000 Lux,
Widerstandsstufen c = 4000 Ohm, konstante Widerstände: U = 2600 Ohm und p = I40
Ohm, Meßinstrument X, = 1500 Ohm.
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Der konstante Strom für korrekte Belichtung ist Jm= = 8 ,uA.
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Die benutzte Zelle war ein Selenphotoelement mit 4 cm2 Aktivfläche.
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Bei der fabrikmäßigen Herstellung des neuen Belichtungsmessers können
Schwierigkeiten dadurch auftreten, daß sich zwischen den Charakteristiken der verschiedenen
Zellen und weiterhin in der Empfindlichkeit und dem Widerstand der Meßinstrumente
beträchtliche Unterschiede finden. Diese Unterschiede können dadurch ausgeglichen
werden, daß in den Stromkreis ein konstanter Widerstand von geeignetem Wert in Reihe
geschaltet wird. So können die Unterschiede bei den Zellen befriedigend, bei den
Instrumenten aber nur grob ausgeglichen werden.
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Diese Anordnung wird gezeigt in Fig. I4, angewendet auf den Stromkreis
6, aber wegen der Einfachheit und größeren Klarheit wird jeder Zweig in Fig. 14
nur durch einen Widerstand dargestellt. Dieses beeinflußt die gegenwärtige Erörterung
nicht, da jetzt nur die kompensierenden konstanten Widerstände betrachtet werden.
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Eine vollständige Ausgleichung in bezug auf das Meßinstrument wird
dadurch möglich, daß unmittelbar zum Instrument ein konstanter Widerstand und dem
Instrument parallel, ein weiterer konstanter, T, in Reihe mitgeschaltet wird. V
muß entsprechend den Differenzen der Instrumentempfindlichkeit bemessen werden und
T gemäß der Differenzen des Instrumentwiderstandes, die ausgeglichen werden sollen,
so daß der Gesamtwiderstand von R,, V und T gleich R7n ist.
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Statt der Verwendung des Widerstandes V können die Differenzen in
der Empfindlichkeit des Instrumentes auch in an sich bekannter Weise durch Anwendung
eines magnetischen Nebenschlusses an den Polkernen des Instrumentes ausgeglichen
werden. Der Widerstand T zur Ausgleichung der Differenzen in dem inneren Widerstand
des Instrumentes ist auch weiterhin nötig.
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Die Unterschiede zwischen den Charakteristiken der verschiedenen
Zellen kann vollständig durch passende Abschätzung der konstanten, schon vorhandenen
Widerstände des Stromkreises, z. B. S in Fig. 6, ausgeglichen werden oder durch
Verwendung von zusätzlichen konstanten Widerständen, wenn es nötig ist; z. B. kann
ein konstanter Widerstand zu diesem Zweck in Reihe mit R, geschaltet werden.
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Die Ausgleichung größerer Temperaturdifferenzen kann durch einen
am Instrument verwendeten magnetischen Nebenschluß erfolgen, welcher aus einem solchen
Material besteht, welches seine Permeabilität mit der Temperatur verändert. Die
Ausgleichung ist auch durch einen zum Instrument parallel geschalteten Widerstand
möglich, welcher bei größeren Temperaturunterschieden von Hand nachgestellt werden
muß.
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Meistens haben die Zellen einen so geringen Temperaturkoeffizient,
daß die Frage der Ausgleichung keine bedeutende Rolle spielt.
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Eine mechanische Verbindung zwischen den Einstellorganen der Kamera
und den Widerständen im Falle zweier veränderlicher Widerstände wird in zwei beispielsweisen
Formen in Fig. 15 und I6 dargestellt.
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In Fig. 15 ist der am Objektiv 1 angebrachte Blendenring-2 durch
seinen gezahnten Rand mit dem um die Achse 3 drehbar angebrachten Ring 4 verbunden.
Auf der inneren Fläche dieses Ringes befinden sich die auf dem Isolierring 5 untergebrachten
Kontaktlamellen 6, an welche die Zuleitungen der Widerstände 7 angeschlossen sind.
Die Widerstände sind auf der sich mit dem Ring 4 drehenden Scheibe 8 untergebracht.
Die auf der Achse 3 durch den Federring 9 befestigten Kontaktknöpfe 10 dienen als
stehende Kontakte. II sind die elektrischen Ableitungen der Widerstände und des
stehenden Kontaktes, welche sich den anderen Teilen des Stromkreises anschließen.
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Statt der Zahnradübertragung kann irgendwelche andere mechanische
Übertragung verwendet werden.
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Derselbe Mechanismus kann auch in Verbindung mit dem Verschlußring
oder der Verschlußscheibe verwendet werden. Entweder die federnden Kontakte oder
die Kontaktlamellen können mit entsprechender Isolierung unmittelbar auf dem Blenden-
bzw. Verschlußring untergebracht werden.
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Fig. I6 zeigt eine mechanische Kupplung zwischen der Skala der Emulsionsempfindlichkeit
und Widerständen. Im Innern des Kameragehäuses 12 sind die auf der Isolierplatte
13 befestigten Fixkontakte I4 untergebracht, an welche sich die Widerstände 15 anschließen,
die irgendwo in dem Kameragehäuse untergebracht sind. Auf den Fixkontakten 14 schleift
das Kontaktpaar I6, welches durch die Federiamellen I7 auf der durch die Bahn I8
geradlinig geführten Kulisse 19 befestigt ist. Das schleifende Kontaktpaar wird
mit Hilfe des Knopfes 20 von Hand bewegt, welcher einen Zeiger 21 außerhalb des
Kameragehäuses trägt, der den Wert der eingestellten Emulsionsempfindlichkeit anzeigt.
22 sind die elektrischen Anschlußleitungen.
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Die Kontakte für die Emulsionsempfindlichkeit können ebenfalls wie
bei dem Verschluß oder der Blende auf einem Ring oder einer Scheibe untergebracht
werden, welche unmittelbar oder durch Verwendung einer mechanischen Übertragung
verdreht werden. Wenn die Einstellung der Verschlußgeschwindigkeit statt mittels
eines Ringes oder einer Scheibe durch einen geradlinig geführten Schieber erfolgt,
kann die Verbindung mit dem Ring oder der Scheibe des Kontaktes durch eine Zahnstange
ausgeführt oder können die Kontakte ebenso wie in Fig. 16 geradlinig angeordnet
werden. Wenn für einen Faktor mehr als zwei veränderliche Widerstände verwendet
werden, sind entsprechend mehrere Schleifkontakte nötig.
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Die Schleifkontakte können nicht nur auf den Fixkontaktlamellen,
sondern auch unmittelbar auf den Widerständen selbst schleifen. Dadurch ist eine
ganze kontinuierliche Regelung möglich. Bei der Ansgestaltung der Widerstände müssen
aber in diesem Falle selbstverständlich die Regelmäßigkeiten der Widerstandsänderung
(linear oder hyperbolisch) und der Bewegung der Einstellorgane (Verschluß- und Blendenring)
berücksichtigt werden.
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Die Verwendung kontinuierlicher Widerstände mit Schleifkontakten
ist in allen beschriebenen Ausführungsformen möglich. Die Widerstände mit hyperbolischem
Verlauf können dabei sowohl. als Schichtwiderstände als auch als Drahtwiderstände
mit hyperbolisch verteilter Wicklung sein. Die relative Bewegung zwischen den Schleifkontakten
und den Fixkontakten bzw. den Widerständen selbst kann unmittelbar von Hand oder
mit mechanischer Übertragung erfolgen.
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Weitere Faktoren können mit den Widerständen ähnlich gekuppelt werden
wie die Emulsionsempfindlichkeit, aber auch so, daß für den weiteren Faktor derselbe
Widerstand gewählt wird, welcher für die Emulsionsempfindlichkeit dient. Der Schleifkontakt
gemäß der Einstellung der Emulsionsempfindlichkeit, die Fixkontakte bzw..der Widerstand
selbst gemäß der Einstellung des weiteren Faktors können unmittelbar oder durch
mechanische Übertragung bewegt werden.
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Die Widerstände können in einer Kamera räumlich auf verschiedene
Weise untergebracht werden. Jeder für die einzelnen Faktoren bestimmte Widerstand
kann auf einem mit den Fixkontakten gemeinsamen Teil angebracht werden, wie z. B.
in Fig: 15 die Widerstände 7. Die Widerstände können aber auch getrennt von den
Kontakten irgendwo in der Kamera untergebracht und mit den Kontakten durch Zuleitungen
verbunden werden, wie z. B. in Fig. I6 die Widerstände 15. In diesem Fall können
z. B. alle Widerstände in der Nähe des Instrumentes oder der Zelle, eventuell in
einem entsprechend ausgestalteten, mit diesem gemeinen Gehäuse liegen, so daß das
ganze, die Belichtung kontrollierende System (Zelle, Instrument, Widerstände) oder
ein Teil davon (Zelle und Widerstände oder Instrument und Widerstände) räumlich
eine Einheit bildet, deren elektrische Verbindung mit den Kontakten durch Leitungen
hergestellt wird.
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Das Instrument kann zweckmäßig in an sich bekannter Weise so untergebracht
werden, daß der Instrumentenzeiger und die Koinzidenzmarke in dem Sucher oder vor
der Mattscheibe der Kamera entweder unmittelbar oder durch Vermittlung geeigneter
optischer Mittel, z. B. Spiegel oder Prismen, sichtbar sind.
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Zwei oder mehrere lichtelektrische Zellen können auch gleichzeitig
verwendet werden zur Steigerung der Empfindlichkeit. Es ist zweckmäßig, die Zellen
untereinander parallel zu schalten. Bei der Aufnahme der Charakteristiken müssen
sämtliche Zellen als eine Einheit betrachtet werden.
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An Stelle eines einzigen Meßinstrumentes kann in den beschriebenen
Belichtungsmessern auch ein aus zwei Meßinstrumenten bestehender Meßapparat RX,
verwendet werden, um die Genauigkeit der Beobachtung der Koinzidenzstellung zu steigern.
In diesem Apparat sind die zwei Meßinstrumente zueinander entweder in Reihe oder
parallel geschaltet, und der gleiche Strom muß beide Instrumente durchfließen.
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Die Instrumente sind so eingeschaltet, daß der Strom bei den beiden
Instrumenten einen Ausschlag in umgekehrter Richtung verursacht, z. B. bei einem
von links nach rechts, beim anderen von rechts nach links.
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Die zwei Instrumente sind räumlich so untergebracht, daß die zwei
Instrumentenzeiger eben in einer Koinzidenzstellung sichtbar sind, wenn der beide
durchfließende Strom dem gewünschten Wert gleich ist, bei dem eine richtige Belichtung
entsteht. Wenn der Strom von dem Koinzidenzwert abweicht, schlagen die Zeiger in
entgegengesetzter Richtung aus, so daß der Unterschied zwischen beidenZeigern besser
erkennbar ist als bei Verwendung einer Fixmarke.
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Bei den bisher besprochenen Beispielen wurden alle Faktoren durch
Widerstände berücksichtigt. Es ist aber auch eine solche Regelung möglich, bei der
einer oder mehrere Faktoren auf andere bereits bekannte Weise berücksichtigt werden
und nur die übrigen Faktoren durch Widerstände. Zum Beispiel kann man gleichzeitig
mit der Einstellung der Blende der Kamera einen vor der Zelle angebrachten Helligkeitsregler
betätigen, oder man kann z. B. die Emulsionsempfindlichkeit durch Verstellung der
Koinzidenzmarke berücksichtigen, während die anderen Faktoren mit Widerständen gemäß
der Erfindung gekuppelt sind.