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Kameras mit selbsttätiger Belichtungssteuerung sind bekannt. Diese
Steuerungen sprechen jedoch nur auf Beleuchtungsverhältnisse an, die im Vergleich
zur Belichtungszeit des Films sehr lange anhalten. Dabei kann das Licht natürlich
oder künstlich sein.
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Eine der in der fotografischen Technik am meisten benutzten Formen
des Kunstlichtes ist das Blitzlicht. Es wird zumeist mit einem sogenannten Elektronenblitzgerät
erzeugt. In diesen Geräten wird eine elektrische Ladung relativ hoher Spannung auf
einem Kondensator gespeichert, der sich im Augenblick der Bildaufnahme über eine
gasgefüllte Blitzröhre entlädt und auf diese Weise einen Lichtblitz erzeugt. Änscfiließend
wird der Kondensator mit Hilfe einer elektronischen Ladeschaltung wieder aufgeladen
und für die nächste Aufnahme vorbereitet. Die von Geräten dieser Art erzeugten Lichtblitze
sind normalerweise von sehr kurzer Dauer in der Größenordnung einer Millisekunde.
Die üblichen Belichtungssteuerungen für Kameras beeinflussen entweder die Blendenöffnung
oder die Verschlußgeschwindigkeit der Kamera oder beides. Wenn für längere Zeit
wirksame Beleuchtungsarten, also beispielsweise natürliche Beleuchtung oder Glühlampenlicht,
für die Aufnahme benutzt werden, stellt die Steuereinrichtung die benötigte Blende
und/oder Verschlußzeit vor oder allenfalls während der eigentlichen Aufnahme an
der Kamera ein. Die Steuerungen sind elektromechanische Einrichtungen und daher
im allgemeinen nicht in der Lage, so schnell anzusprechen, daß sie die bei Verwendung
eines Blitzlichtgerätes als Hauptlichtquelle auf den Film auftreffende Lichtmenge
steuern könnten.
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Bei wiederholtem Betrieb erzeugen Blitzlichtquellen immer wieder einen
Blitz praktisch gleichen Lichtenergieinhalts. Es ist bei Verwendung solcher Lichtquellen
üblich, die auf den Film auftreffende Lichtmenge bei bekannter Leitzahl des Blitzgerätes
und Entfernung zum Objekt durch Verändern der Blendenöffnung zu steuern. Eine solche
Anordnung eignet sich daher nicht zur augenblicklichen, selbsttätigen Belichtungssteuerung.
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Um auch beim Betrieb einer Kamera in Verbindung mit einem Blitzlichtgerät
eine selbsttätige Belichtungssteuerung zu ermöglichen, sieht die Erfindung eine
Vorrichtung zur Steuerung der von einem fotografischen Elektronenblitzgerät ausgestrahlten
Lichtmenge vor, welche gekennzeichnet ist durch die Verbindung eines lichtempfindlichen
Elements zum Auffangen eines Teiles des vom Blitzgerät ausgestrahlten und vom angestrahlten
Objekt reflektierten Lichtes mit einer integrierenden Meßeinrichtung, die beim Erreichen
eines einstellbaren Grenzwertes der gemessenen Lichtmenge das Kurzschließen der
Entladungsstrecke der Blitzlichtröhre auslöst.
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Durch den Kurzschluß der Hauptentladungsstrecke des Blitzgeräts wird
der Lichtblitz vorzeitig zum Erlöschen gebracht. Die vorgegebene Lichtmenge ist
diejenige, die zur ausreichenden Beleuchtung des Objekts für die Aufnahme erforderlich
ist, und richtet sich vor allem nach der eingestellten Blendenöffnung. Im Gegensatz
zu der bisher üblichen Blitzlichttechnik, bei der die abgestrahlte Lichtmenge vorgegeben
ist und die Blende in Abhängigkeit von der Entfernung entsprechend verstellt wird,
wird gemäß der Erfindung die zum Objekt hin abgestrahlte Kunstlichtmenge gesteuert,
und zwar selbsttätig unmittelbar während der Aufnahme. In Weiterbildung der Erfindung
ist als Kurzschlußschalter der Hauptentladungsstrecke der Blitzröhre eine Löschröhre
parallel geschaltet, deren Zündelektrode mit der integrierenden Meßeinrichtung verbunden
ist.
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Da für die Entstehung des Bildes auf dem Film die gesamte, während
der Belichtungsdauer auf den einzelnen Bildpunkt einfallende Lichtmenge maßgebend
ist, muß die vom Objekt zur Kamera hin reflektierte Lichtmenge während der Belichtungszeit
fortlaufend integriert werden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt
die Integration der von dem lichtempfindlichen Element aufgenommenen Lichtmenge
in diesem Element selbst, indem man ein lichtempfindliches Element verwendet, dessen
Leitfähigkeit während der Belichtung sich in Abhängigkeit vom Zeitintegral der aufgenommenen
Lichtmenge ändert. Für das lichtempfindliche Element wird vorzugsweise ein Material,
z. B. Kadmiumsulfid, verwendet, dessen elektrische Leitfähigkeit bei plötzlicher
Belichtung relativ schnell zunimmt, während der Abbau der Leitfähigkeit bzw. der
diese bewirkenden Ladungsträger in der Sperrschicht eines Halbleiterelements relativ
langsam erfolgt.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet und werden im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Hierin
zeigt F i g.1 das Schaltbild der neuen Vorrichtung und F i g. 2 eine abgewandelte
Ausführungsform des Fühlerkreises mit dem lichtempfindlichen Element.
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Wie F i g. 1 zeigt, enthält das Blitzlichtgerät eine Blitzröhre 2
mit zwei Hauptelektroden 4, die an die Belegungen eines Speicherkondensators
6 angeschlossen sind. Die Zündelektrode 8 befindet sich außen auf der Blitzröhre
2 und ist über einen Impulstransformator 10 an einen Schalter, beispielsweise
an den Verschlußkontakt der Kamera, angekoppelt. Der Speicherkondensator 6 wird
über eine geeignete Schaltung auf eine relativ hohe elektrische Spannung aufgeladen.
Soll ein Blitz ausgelöst werden, so wird über den Impulstransformator
10 der Zündelektrode 8 ein Zündimpuls zugeleitet, der die Blitzentladung
zwischen den Hauptelektroden 4 der Blitzröhre 2 auslöst. Bei den bisher üblichen
Geräten hält die Entladung in der Röhre 2 so lange an, bis im Zuge der Entladung
des Kondensators 6 die Brennspannung der Röhre 2 unterschritten wird. Dies dauert
üblicherweise ungefähr 1 Millisekunde. Auch bei der Schaltungsanordnung gemäß F
i g. 1 wird die Höchstdauer des erzeugten Blitzes durch die zur Entladung des Kondensators
6 über die Blitzröhre 2 benötigte Zeit bestimmt. Für die automatische Einstellung
der Blitzdauer für diejenigen Fälle, in denen weniger als die maximale Lichtmenge
benötigt wird, ist jedoch eine Steuerschaltung vorgesehen, die die Entladung zu
irgendeiner gewünschten Zeit vor Ablauf der Maximaldauer zum Erlöschen bringt.
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Um die Entladungsdauer in Abhängigkeit von der während der Entladung
bereits abgestrahlten Lichtmenge steuern zu können, werden die Eigenschaften bestimmter,
lichtempfindlicher Halbleitermaterialien ausgenutzt. Einige dieser Materialien,
beispielsweise Kadmiumsulfid, haben eine besondere Ansprechkennlinie, die durch
die Tatsache bestimmt wird, daß die die elektrische Leitfähigkeit hervorrufenden
Ladungsträger bei Bestrahlung mit Licht äußerst schnell
erzeugt
werden. Bei weiterer Bestrahlung werden zusätzliche Ladungsträger erzeugt, so daß
die Leitfähigkeit ein Maß für die während einer kurzen Zeitdauer empfangenen Lichtstrahlung
ist. Über eine solch kurze Zeit gesehen wächst die Leitfähigkeit auch bei gleichbleibender
Beleuchtungsintensität an. Es erfolgt also eine Integration der einfallenden Lichtmenge.
Bei einer plötzlichen Abnahme der einfallenden Lichtintensität jedoch nimmt die
Leitfähigkeit des Halbleitermaterials nur langsam ab. Die Leitfähigkeitskennlinie
dieser Halbleitermaterialien zeigt also eine hohe Ansprechgeschwindigkeit bei Bestrahlung
und eine niedrige Abbaugeschwindigkeit bei Wegfall der Bestrahlung. Mit diesen Eigenschaften
stellt ein aus solchen Materialien aufgebautes, lichtempfindliches Element für ein
relativ kurzes Zeitintervall einen Lichtintegrator mit rein ohmscher Impedenz dar.
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Diese Eigenschaften unterscheiden sich grundlegend von denen bekannter
Anordnungen, in denen ein lichtempfindliches Element an eine kapazitive Integrationsschaltung
angeschlossen ist. Eine Anordnung mit einer kapazitiven Integrierschaltung erfordert,
daß der Dunkelwiderstand der Photozelle sehr hoch ist, weil sonst die Integration
verhindert würde. L1m trotz des erforderlichen hohen Dunkelwiderstandes eine große
Lichtempfindlichkeit zu erreichen, muß in diesen Fällen als lichtempfindliches Element
eine Photovervielfacherröhre verwendet werden. Solche Röhren benötigen jedoch eine
ziemlich umfangreiche Stromversorgungsanlage,-wodurch das Gerät so schwer und groß
wird, daß es keinesfalls als tragbares oder gar an der Kamera befestigtes Blitzlichtgerät
verwendet werden kann.
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Andererseits könnte zwar eine kapazitive Integrierschaltung in Verbindung
mit einem fotoempfindlichen Halbleiterelement verwendet werden, wäre aber nicht
funktionsfähig ohne einen besonderen Schalt- oder Verschlußmechanismus für die Einschaltung
der Integrationsvorrichtung bei Auslösung des Blitzes.
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Es ist zu bemerken, daß die Bezeichnungen »kurze Ansprechzeit« und
»lange Abbauzeit« relative Begriffe sind. Die Ansprech- und die Abfallzeit sind
nur in bezug auf die maximale Blitzdauer von Bedeutung, die normalerweise in der
Größenordnung 1 Millisekunde liegt.
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In der Schaltung gemäß F i g. 1 ist eine lichtempfindliche Zelle
12 mit den zuvor erörterten Eigenschaften in Reihe mit dem Potentiorneter
14 an eine Batterie 16 angeschlossen. Der Schleifer 18
des Potentiometers
14 ist über einen Kondensator 20
an den Eingangskreis eines Transistorverstärkers
mit einem Transistor 22 angekoppelt. Der Ausgang des Verstärkers ist durch ein RC-Netzwerk
an den Eingangskreis eines gesteuerten Schalttransistors 24
beispielsweise
einer Doppelbasisdiode (unijunction transistor), angeschlossen. Die Emitter-Basis-Strecke
einer solchen Doppelbasisdiode ist normalerweise hochohmig und wird beim Erreichen
einer bestimmten Schwellspannung plötzlich niederohmig. Da die Doppelbasisdiode
außerdem eine negative Kennlinie aufweist, wächst der Strom über die Emitter-Basis-I-Strecke
weiter an, auch wenn die Spannung absinkt. Der andere Basisanschluß liegt an einem
festen Vorspannungspotential, welches für den Wert' der Schwellspannung mitbestimmend
ist. Die Basis-1-Elektrode der Doppelbasisdiode 24 ist an die ! Steuerelektrode
des gesteuerten Gleichrichters 26 angeschlossen, dessen Kathode an der gemeinsamen
Minusleitung liegt. Die Anode des gesteuerten Gleichrichters 26 ist mit dem Verbindungspunkt
der beiden in Reihe geschalteten Widerstände 30 und 32 verbunden. Das obere Ende
des Widerstandes 32 liegt an der Minusleitung, während das andere Ende des Widerstandes
30 über die Leitung 34 mit der im Betrieb positiv aufgeladenen Elektrode des Speicherkondensators
6 verbunden ist. Über einen Kondensator 36 ist der Verbindungspunkt der beiden Widerstände
30 und 32 und damit die Anode des gesteuerten Gleichrichters 26 an die Primärwicklung
des Löschimpuls-Transformators 38 angekoppelt, dessen Sekundärwicklung über
einen Trennkondensator 40
an der Zündelektrode 46 der Löschröhre 42 liegt.
Die Hauptladungsstrecke 44-44 dieser besonderen Löschröhre 42 liegt
parallel zur Hauptentladungsstrecke 4-4 der Blitzröhre 2.
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Von der Löschröhre 42 wird verlangt, daß, wenn beide Röhren 42 und
2 durchgeschaltet sind, der Innenwiderstand der Löschröhre 42 wesentlich niedriger
ist als der der Blitzröhre 2. Diese hat im leitfähigen Zustand beispielsweise einen
minimalen Innenwiderstand von 1,5 bis 2 Ohm. Die Löschröhre 42 sollte daher
im durchgeschalteten Zustand einen Innenwiderstand von etwa 0,1 Ohm haben. Hierfür
steht der Entladungraum der Löschröhre 42 unter einem geringen Gasdruck, und der
Elektrodenabstand ist gering. Außerdem müssen die Elektroden für kurze Zeit einen
sehr hohen Strom führen können. Die Löschröhre 42 muß bei jedem Wert der an ihren
Elektroden 44 stehenden Spannung schnell und leicht durchschaltbar sein.
Diese Spannung an den Elektroden ändert sich während der Entladung in der Blitzröhre
2 beispielsweise im Bereich zwischen 100 und 500 V. Bei einer in der neuen
Steuervorrichtung erprobten und bewährten Röhre betrug der Abstand der Elektroden
44 etwa 0,5 cm, wobei der Entladungsraum mit Xenon gefüllt war und unter
einem Druck von etwa 100 mm HgS stand. Damit die Löschröhre 42 den relativ
hohen Strom aushält, der über ihre Elektroden 44 fließen muß, wenn dei Blitzröhre
2 gelöscht werden soll, wurde als Material für die Hauptelektroden 44 mit
Zusätzen versehenes, gesintertes Wolfram verwendet.
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Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Die Serienschaltung
bestehend aus der Batterie 16, dem lichtempfindlichen Element 12 und dem
Potentiometer 14 bildet den Fühlerkreis für das vom Objekt zurückgeworfene Licht.
Die Spannung am Schleifer 18 hängt von der Spannungsteilung durch den Widerstand
14 und das lichtempfindliche Element 12
ab. Diese Spannung wird für
verschiedene Verhältnisse des Umgebungslichtes oder der Dauerbelichtung auf irgendeinen
Wert stabilisiert. Wenn dann die Blitzröhre 2 gezündet und Licht vom Objekt auf
die Photozelle 12 reflektiert wird, nimmt deren Widerstand schnell ab. Da die Abbauzeit
der Leitfähigkeit lang im Vergleich zur Dauer des Blitzes ist, integriert die Photozelle
12 die einfallende Lichtmenge mit dem Ergebnis, daß eine Spannung veränderlicher
Größe am Schleifer 18 auftritt. Diese wird dem Eingang des Transistorverstärkers
22 zugeführt, an den die Steuerelektrode der Doppelbasisdiode 24 angeschlossen
ist. Sobald die Spannung an der Steuerelektrode einen bestimmten, als Durchbruchsspannung
zu bezeichnenden Wert erreicht, wird die Doppelbasisdiode 24
plötzlich
leitfähig, so daß ein scharfer Impuls entsteht und an die Steuerelektrode des gesteuerten
Gleichrichters 26 gelangt. Dieser wird hierdurch ebenfalls durchgeschaltet und schließt
dabei den Widerstand 32 kurz. Der Kondensator 36 entlädt sich also schlagartig über
den gesteuerten Gleichrichter 26 und die Primärwicklung des Impulsübertragers 38,
so daß in dessen Sekundärwicklung ein scharfer Impuls induziert wird, der über den
Kondensator 40 an die Zündelektrode 46 der Löschröhre 42 gelangt und diese
augenblicklich durchschaltet. Da der Innenwiderstand der durchgeschalteten Löschröhre
42 wesentlich niedriger ist als der der Blitzröhre 2, fließt fast die gesamte Restladung
des Kondensators 6 über die Löschröhre 42. Die Blitzröhre 2 wird also zu der Zeit
gelöscht, wenn eine genügende Lichtmenge auf die Photozelle 12 reflektiert wurde.
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Durch Verstellen des Schleifers 18 am Potentiometer 14 kann die Empfindlichkeit
des Fühlerkreises in bekannter Weise in übereinstimmung mit der Filmempfindlichkeit
und der Blendeneinstellung der Kamera eingestellt werden. Der Einfachheit halber
ist es zweckmäßig, das Potentiometer 14 mit Schleifer 18 gleich in ASA- oder DIN-Filmempfindlichkeitsstufen
und Blendenzahlen zu eichen.
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Da die Doppelbasisdiode 24 und der gesteuerte Gleichrichter 26 beide
sogenannte gesteuerte Halbleiterschalter sind, könnte der Eindruck entstehen, daß
eines dieser Elemente überflüssig ist. Jedoch sind die Schalteigenschaften einer
Doppelbasisdiode im allgemeinen viel genauer steuerbar als die eines gesteuerten
Gleichrichters. Der gesteuerte Gleichrichter wiederum wird wegen seiner höheren
Belastbarkeit als Hauptschaltelement verwendet. Der Trennkondensator 40 im
Zündstromkreis der Löschröhre 42
verhindert das Entstehen eines Entladungsweges
über diesen Zündstromkreis.
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Wie bereits erwähnt, ist die Abbauzeit der Leitfähigkeit des lichtempfindlichen
Elements 12 lang im Vergleich zur Dauer des normalen Blitzes der Röhre 2, während
die Ansprechzeit relativ kurz ist. Diese Eigenschaft einiger Halbleiterphotoelemente
macht sie für die Zwecke der vorliegenden Anordnung geeignet. Aufgrund dieser Eigenschaften
ist es außerdem unnötig, irgendeinen Verschluß oder eine Schaltvorrichtung vorzusehen,
die den Einfluß von Umgebungslicht auf das Gerät verhindert. Das Umgebungslicht
wird von dem Photoelement nicht fortlaufend integriert, sondern seine Leitfähigkeit
stabilisiert sich auf einen dem Umgebungslicht entsprechenden Wert. Da der Löschstromkreis
durchweg kapazitiv angekoppelt ist, werden nur diejenigen Signale zur Steuerelektrode
der Löschröhre weitergeleitet, die aus der Integration des reflektierten Lichtes
stammen.
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Obwohl kein von den Umgebungslichtverhältnissen abhängiges Signal
unmittelbar an den Löschstromkreis gelangt, besteht doch die Möglichkeit, daß infolge
eines Sekundäreffektes ein Fehler auftritt. Dieser Sekundäreffekt hat seine Ursache
in Änderungen der Ansprechkennlinie des lichtempfindlichen Elements für einen bestimmten
Lichtimpuls in Abhängigkeit unterschiedlicher Umgebungsbeleuchtung oder länger anhaltender
Beleuchtung. Beispielsweise kann der vom Fühlerkreis als Ergebnis des Auftreffens
eines vorgegebenen Lichtimpulses erzeugte Spannungsimpuls bei hellerem Umgebungslicht
größer sein als bei weniger Umgebungslicht. Wenn dies der Fall ist, erreicht dieses
zunehmende Verhältnis irgendeinen Maximalwert. Dieser Effekt kann auf verschiedene
Weise beeinflußt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, eine kleine Lichtquelle
konstanter Lichtausbeute innerhalb des Gerätegehäuses vorzusehen und das lichtempfindliche
Element der Bestrahlung dieser Lichtquelle auszusetzen. Statt dessen können auch
in der Schaltungsanordnung geeignete Maßnahmen zur Kompensation dieses Effekts vorgesehen
sein. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Abwandlung des Fühlerkreises zeigt
F i g. 2.
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Die Ausführungsform des Fühlerkreises gemäß F i g. 2 enthält eine
Batterie 16a, ein Poteniometer 14 a und eine lichtempfindliche Zelle 12 a. Diese
Elemente sind in ähnlicher Weise in Reihe geschaltet wie in F i g. 1, wobei zusätzlich
ein Kompensationswiderstand 50 mit Parallelkondensator 52 zwischen den Minuspol
der Batterie 16a und das lichtempfindliche Element 12 a eingeschaltet ist.
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Es wurde festgestellt, daß die Amplitude der vom lichtempfindlichen
Element beim Auftreffen eines Lichtblitzes erzeugten Spannungsimpulse sich sowohl
in Abhängigkeit vom Umgebungslicht als auch von der Vorspannung an der Reihenschaltung
von lichtempfindlichem Element und Poteniometär ändert. In der Schaltung gemäß F
i g. 1 ist die Spannung an der Reihenschaltung von Potentiometer 14 und lichtempfindlichem
Element 12 konstant gleich der Batteriespannung. In der Schaltung gemäß F i g. 2
hingegen sinkt diese Spannung mit zunehmender Leitfähigkeit des lichtempfindlichen
Elements 12 ab, und umgekehrt. Wenn die Einstrahlung von Umgebungslicht gering ist,
hat das lichtempfindliche Element 12a einen hohen Innenwiderstand, so daß die Spannung
an der Reihenschaltung von lichtempfindlichem Element 12a und Potentiometer 14a
relativ hoch ist. Nimmt das Umgebungslicht zu, so steigt auch die Leitfähigkeit
des lichtempfindlichen Elements an, so daß die Spannung an der Reihenschaltung der
beiden Bauelemente 12 a und 14 a abnimmt. Diese Änderung der Spannung
wirkt der zunehmenden Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Elements bei stärker
werdender Umgebungslichtbestrahlung entgegen. Der Kondensator 52 soll die Spannung
an der Klemme 54 während eines Blitzes konstant halten. Er hätte dieselbe Wirkung,
wenn er zwischen die Klemme 54 und den Pluspol der Batterie 16a eingeschaltet würde.
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Ist bei der Verwendung anderer lichtempfindlicher Elemente der von
dem Fühlerkreis als Ergebnis eines bestimmten Lichtimpulses erzeugte Spannungsimpuls
bei starkem Umgebungslicht niedriger als bei geringem Umgebungslicht, so kann auch
dieser Effekt kompensiert werden. Eine zusätzliche interne Lichtquelle konstanter
Strahlung wirkt auf das lichtempfindliche Element wie eine konstante Umgebungsbeleuchtung.
Statt dessen kann auch mit einer negativen Verstärkervorspannung gearbeitet werden,
wobei das lichtempfindliche Element in den Vorspannkreis eingeschaltet ist und auf
diese Weise Einflüsse des Umgebungslichtes kompensiert.
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Es ist ersichtlich, daß die in den Zeichnungen dargestellten und zuvor
beschriebenen Schaltungen nur als Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
anzusehen sind. So können die Schaltungen zum Laden des Kondensators 6 und zum Zünden
der Blitzlichtröhre 2 in beliebiger Weise aufgebaut sein. Auch der dargestellte
Fühler- und Steuerkreis zum Zünden der Löschröhre 42 ist lediglich ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur
Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung und könnte auch durch andere Schaltungen ersetzt werden, die
einen Zündimpuls erzeugen, sobald die Leitfähigkeit des lichtempfindlichen Elements
während der Dauer des Blitzes einen vorgegebenen Wert erreicht.