DE1472615C - Meßbrücke für automatische Blendeneinstelleinrichtungen von Kameras - Google Patents

Description

: Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meßbrücke für automatische Blendeneinstelleinrichtungen von Foto-, Film- und Fernsehkameras, bestehend aus einem als lichtempfindliches Organ wirkenden Fotowiderstand, der im batteriegespeisten Stromkreis eines die'Blendeneinstellung beeinflussenden Galvanometers liegt, wobei zusätzlich ein nichtlineares Schaltelement zur Erzielung einer linearen Helligkeits-Strom-Kennlinie vorgesehen ist.

Es ist bereits eine automatische Blendeneinstell- - Vorrichtung in fotografischen Kameras bekannt, welche einen elektrischen Stromkreis mit einer Batterie, ein Fotoleiterelement, wie Cadmiumsulfid, ein Galvanometer zum Antrieb einer Blendeneinstellvorrichtung und einen damit in Reihe geschalteten Festwiderstand umfaßt, wobei die Widerstandsgröße des Festwiderstandes so gewählt ist, daß sie eine Veränderung der Helligkeit des zu fotografierenden Objekts bzw. des Innenwiderstandes des Fotoleiterelements in Form einer geometrischen Reihe beim Belichten des Objekts in eine Änderung des Stromflusses durch das Galvanometer in Form einer arithmetischen Reihe umwandelt, wodurch die Blendeneinstellvorrichtung über das Galvanometer automatisch gesteuert wird.

Da jedoch das Fotoleiterelement einen verhältnismäßig hohen Widerstand bei geringer Helligkeit des zu fotografierenden Objekts hat, kann ein solcher elektrischer Stromkreis eine geringe Stromflußänderung durch das Galvanometer bei einer bestimmten Helligkeitsänderung erzeugen, verglichen mit der gleichen Helligkeitsänderung bei mittlerer Objekthelligkeit. Selbst bei großer Helligkeit eines zu fotografierenden Objekts nimmt diese Stromflußänderung, verglichen mit dem mittleren Helligkeitsbereich ab, da das Verhältnis des Fotoleiterwiderstandes zum Festwiderstand und damit die Veränderung des resultierenden Widerstandes des Fotoleiterelements und des Festwiderstandes, bezogen auf eine Änderung der Objekthelligkeit, die Form einer geometrischen Reihe hat. Trägt man die Helligkeit in logarithmischem Maßstab (auf der Abszisse) gegen die Größe des Stromflusses in linearem Maßstab (auf der Ordinate) auf, so erhält man als Kennlinie für den elektrischen Kreis eine S-förmige Kurve. Mit anderen Worten verschwindet die über den mittleren Helligkeitsbereich erzielte Geradlinigkeit in den unteren und oberen Helligkeitsbereichen, was eine fehlerhafte automatische Blendeneinstellung zur Folge hat.

Es ist somit bereits bekannt (Patentschrift 35 744 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin), dem Belichtungsmeßstromkreis einen nichtlinearen Widerstand derart zuzuschalten, daß sich eine wenigstens angenäherte lineare Helligkeits-Strom-Kennlinie ergibt. Da dabei die Strom-Spannungs-Kennlinie dieses nichtlinearen Widerstandes ausgenutzt wird, muß dieselbe sehr genau an die Kennlinie des Fotowiderstandes angepaßt werden, was in der Massenfertigung von mit derartigen Belichtungsmeßstromkreisen versehenen fotografischen Geräten eine Vielzahl von Kontrollmessungen notwendig macht. Andererseits weisen derartige nichtlineare Widerstände im allgemeinen einen relativ hohen Temperaturkoeffizienten auf, so daß es sich als schwierig erweist, ungewünschte Temperatureinflüsse innerhalb des Belichtungsmeßstromkreises vollkommen auszuschließen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Belichtungsmeßstromkreis, beispielsweise für automatische Blendeneinstelleinrichtungen von Foto-, FiIm- und Fernsehkameras, zu schaffen, der diese obengenannten Nachteile nicht aufweist und der unter Verwendung von einfachen temperaturunempfindlichen Schaltelementen eine über weite Grenzen hinweg lineare Helligkeits-Strom-Kennlinie aufweist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Fotowiderstand zusammen mit dem Galvanometer in einen Ast einer Brückenschaltung angeordnet sind, während in den drei anderen Brückenästen Festwiderstände, in der einen Brückendiagonale die Stromquelle und in der anderen eine aus einer Diode und einem Widerstand gebildete Serienschaltung angeordnet sind.

Durch die Verwendung einer Brückenschaltung mit einer in einer Brückendiagonale liegenden, aus einem Widerstand und einer Diode bestehenden Serienschaltung ergibt es sich, daß diese Diode einzig

so und allein als stromleitendes bzw. stromsperrendes Element wirkt und somit hinsichtlich ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie nicht an die Charakteristik des Fotowiderstandes angepaßt werden muß. Demzufolge können derartige Belichtungsmeßstromkreise in sehr einfacher Weise massengefertigt werden, wobei keine besonderen Meßkontrollen notwendig sind.

Einzelheiten der Erfindung und günstige Ausgestaltungen werden an Hand der folgenden ausführlichen Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 Schaltbilder, welche das Prinzip der Erfindung veranschaulichen,

F i g. 3 und 4 Schaltbilder zweier anderer Ausführungsbeispiele der Erfindung und

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Helligkeits-Strom-Kennlinie, aus der der Betriebsbereich der vorliegenden Vorrichtung, verglichen mit dem Betriebsbereich einer Vorrichtung der bisher bekannten Art, entnommen werden kann.

F i g. 1 zeigt eine Brückenschaltung mit einer Serienschaltung aus einer Drehspule eines Galvanometers r und einem Körper des Fotoleiters R_c, wie Cadmiumsulfid, und einem ersten Festwiderstand R₁ in einem Brückenast und einem zweiten und dritten Festwiderstand R_s und R₃ in einem zweiten Brückenast. Die Brückenschaltung weist eine Diagonale AB mit einer Halbleiterdiode D₁ auf, welche vorzugsweise aus halbleitendem Silizium hergestellt sein kann, und einem vierten Festwiderstand B₄ mit einem

verhältnismäßig kleinen Widerstandswert; in der anderen Diagonale liegt eine als eine Batterie E dargestellte Gleichstromquelle. Die positive Klemme der Batterie E ist an den Verbindungspunkt der Drehspule des Galvanometers r und den Widerstand R₂ und die negative Klemme an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R₁ und R₃ angeschlossen. Man beachte, daß die Halbleiterdiode D₁ so gepolt ist, daß ein Strom von dem Punkt A zum Punkt B durch diese und den Widerstand /?₄ fließen kann. Es

versteht sich, daß das Fotoleiterelement R_c so angeordnet ist, daß es auf einen aufzunehmenden Gegenstand gerichtet werden kann und daß das Galvanometer r dazu dient, eine in einer fotografischen Kamera angeordnete Blendeneinstellvorrichtung zu betreiben.

Die in Fig. 1 gezeigte Art von Brückenschaltung ohne die Anordnung der Diode D₁ und des Widerstandes i?₄ kann zur automatischen Steuerung einer

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Blendeneinstellvorrichtung für eine fotografische Ka- und folglich der Stromfiuß vom Punkt A zum Punkt B mera verwendet werden. Bekanntlich kann bei einer durch die Diode D₁ und den Widerstand R₄. Da der solchen bekannten Brückenschaltung diese eine solche durch die Diagonale AB fließende Strom durch das Kennlinie aufweisen, daß über einen mittleren Hellig- Galvanometer r und das Fotoleiterelement R_c fließen keitsbereich eines zu fotografierenden Gegenstandes 5 muß, nimmt der Stromfluß durch das Galvanometer ein Stromfluß durch das Galvanometer im wesent- entsprechend zu, verglichen mit dem Fall, in dem liehen linear proportional zu einer logarithmischen keine Diode D₁ und kein Widerstand .R₄ auf der Dia-Funktion der auf das zugehörige Fotoleiterelement gonale AB liegen. .
einfallenden Lichtmenge verläuft. Wie beschrieben, In einem Punkt M auf der Helligkeits-Stromnimmt jedoch der durch das Galvanometer fließende io Kennlinie, die in F i g. 5 durchgehend gezeichnet Stromanteil im oberen Helligkeitsbereich, verglichen dargestellt ist, in dem sich die Kurve nach oben in mit dem mittleren Helligkeitsbereich, ab und die HeI- konvexer Form zu krümmen beginnt, kann die Brükligkeits-Strom-Abhängigkeit verläuft nach unten, kenschaltung dadurch in ihren Gleichgewichtszustand während der durch das Galvanometer fließende gebracht werden, daß ihre Konstanten der Schalt-Stromanteil im unteren Helligkeitsbereich ebenfalls 15 glieder die Bedingung
geringer als der in den mittleren Helligkeitsbereichen (4-R)R=RR
ist und die Kurve nach oben gekrümmt ist, wodurch ^ "*" "' s ~ 1' ²
sich ein in F i g. 5 durchgehend gezeichnet darge- erfüllen. Ferner kann die Größe des Widerstandes 2?₄ stellter, S-förmiger Kurvenverlauf ergibt. richtig gewählt werden. Unter diesen Umständen ist

Durch die Erfindung ist beabsichtigt, den linearen ao aus dem Vorhergehenden zu ersehen, daß im oberen

Bereich der Helligkeits-Strom-Abhängigkeit, vergli- Helligkeitsbereich die Helligkeits-Strom-Abhängig-

chen mit der bekannten Brückenschaltung zur Ver- keit der in F i g. 1 gezeigten Brückenschaltung im

wendung bei automatisch gesteuerten Blendeneinstell- wesentlichen einen linearen Abschnitt aufweist, mit

vorrichtungen für fotografische Objektive, zu verlän- dem Kurvenbereich des mittleren Helligkeitsbereiches

gern. Zu diesem Zweck liegen die Halbleiterdiode D₁ 25 verschmilzt und sich mit im wesentlichen der gleichen

und der Festwiderstand i?₄, wie beschrieben, auf einer Neigung wie der des letzteren Kurvenabschnitts fort-

der Diagonalen AB der Brückenschaltung, wobei die setzt, wie in F i g. 5 durch die gestrichelte Linie a

DiodeD₁ so gepolt ist, daß ein Strom vom Punkte dargestellt ist. Mit anderen Worten, die Geradlinig-

zum Punkt B durch diese fließen kann. keit der Kurve erstreckt sich bis in die oberen Hellig-

Nimmt man an, daß die in F i g. 1 verwendeten 30 keitsbereiche.

Bezugszeichen r, R_c, R₁, R₂, R₃ und i?₄ auch die Der Kurvenabschnitt im unteren Helligkeitsbereich

Widerstandsgrößen der entsprechenden Schaltglieder kann auf die gleiche Weise, wie oben in Verbindung

darstellen, so versteht sich, daß sich die Brücken- mit Fig. 1 beschrieben, angeglichen werden.

schaltung in ihrem Gleichgewichtszustand befindet, Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ist im wesent-

wenn 35 liehen die gleiche wie die in Fig. 1 gezeigte, mit der

fr 4- R)-R = R -R Ausnahme, daß die Diode umgekehrt wie in F i g. 1

³ 12· gepolt ist. Hierbei wurden die gleichen Bezugszeichen

Dabei liegt an den Punkten A und B das gleiche für entsprechende Teile mit Ausnahme der Diode D₂

Potential, so daß durch die Diode D₁ kein Strom verwendet. Die dargestellte Schaltung ist so ausgelegt

fließt. 40 und konstruiert, daß ein Strom vom Punkt B zum

Auch wenn Punkt A durch die Diode D₂ und den Widerstand i?₄

(r + R)-R ~>R -R nur dann fließen kann, wenn die Beziehung

befindet sich die Brücke in einem unausgeglichenen ^ ^ 3 1 2

Zustand, in welchem das Potential im Punkt B höher 45 erfüllt ist. Hieraus ergibt sich, daß der durch das

als das im Punkt A ist, wodurch eine Neigung eines Galvanometer r und das Fotoleiterelement R_c flie-

Stromes, vom Punkt B zum Punkt A durch die Diode ßende Strom und der durch die Diagonale BA flie-

D₁ und den Widerstand .R₄ zu fließen, gegeben ist. In ßende Strom durch den Widerstand ,R₁ fließt, was zu

diesem Fall ist die Diode umgekehrt gepolt und hat einer Zunahme eines Spannungsabfalls am letzteren

einen sehr hohen Sperrwiderstand. Es fließt daher 50 führt. Hierdurch nimmt der durch die Widerstände r

praktisch kein Strom vom Punkt B zum Punkt A und R_c fließende Strom ab. In einem Punkt N auf der

durch die DiOdCD₁ und den WiderstandR_r in Fig. 5 durchgehend gezeichneten Kurve, in wel-

Andererseits befindet sich, wenn chem diese sich nach oben in konkaver Form zu

λ. _i_ ο λ D ^- D τ> krümmen beginnt, können die Widerstände R„ und

^{v J} 1 - 55 R₃ so gewählt werden, daß sie die Bedingung

die Brücke in ihrem anderen unausgeglichenen Zu- (r + R)-R=R-R

stand, in welchem der Punkt A ein höheres Potential ■ ³ ■ * ²

als der Punkt B hat, worauf Strom vom Punkte zum erfüllen, wenn der Widerstand R₄ genau gewählt ist.

Punkt B durch die nun einen sehr geringen Wider- Unter diesen Umständen versteht sich ebenfalls, daß

stand in Durchlaßrichtung aufweisende Diode D₁ 60 im unteren Helligkeitsbereich die in F i g. 2 gezeigte

und den Widerstand^ fließt. Brückenschaltung im wesentlichen eine lineare HeI-

Mit anderen Worten, wenn der Innenwiderstand ligkeits-Strom-Abhängigkeit aufweist, die mit dem

des Fotoleiterelements R_c unter eine Größe abfällt, Kurvenabschnitt des mittleren Helligkeitsbereiches

bei welcher sich die Brücke im Gleichgewichtszustand zusammenfällt und diesem Kurvenabschnitt mit im

befindet, kann Strom vom Punkt A zum Punkt B 65 wesentlichen gleicher Neigung, wie die gestrichelte

durch die Diode D₁ und den Widerstand R₄ fließen. Linie in F i g. 5 zeigt, folgt, d. h., die Geradlinigkeit

Je geringer der Widerstand R_c ist, desto höher ist der der Kurve erstreckt sich bis in den unteren Hellig-

Potentialunterschied zwischen den Punkten A und B keitsbereich.

Um die beiden, dem oberen und dem unteren Helligkeitsbereich entsprechenden, gekrümmten Abschnitte als im wesentlichen lineare Fortsetzungen des dem mittleren Helligkeitsbereich entsprechenden Kurvenabschnitts zu verlängern, kann die in F i g. 1 gezeigte Anordnung mit der in F i g. 2 gezeigten auf eine in Fig. 3 bzw. 4 dargestellte Weise kombiniert werden.

In Fig. 3 ist der in Fig. 1 bzw. 2 dargestellte dritte Festwiderstand R₃ in zwei Teile R₃₀ und R_{3 b} geteilt, und der Verbindungspunkt C beider Teile R_{3 a} und R_3b ist an den Scheitelpunkte der Brückenschaltung über den dem in Fig. 2 gezeigten Widerstand i?₄ entsprechenden Widerstand i?_{4 b} und eine umgekehrt wie die zwischen die Scheitelpunkte A und B geschaltete Halbleiterdiode D₁ gepolte Halbleiterdiode D₂ angeschlossen. Die anderen Teile sind die gleichen wie in F i g. 1. Man erkennt, daß die Anordnung zwei Brücken umfaßt, von denen eine eine Diagonale AB aufweist, in welcher die Diode D₁ und der Widerstand i?_{4 a} liegen und wobei die andere Brücke die Diagonale AC aufweist, in der die Diode D₂ und der Widerstand R_ib liegen. Die Brückenschaltung mit der Diagonalen AB ist so ausgelegt und aufgebaut, daß nur dann ein Strom vom Punkt A zum Punkt B über die Diode D₁ fließt, wenn

(_r ι ρ \{τ> _!_ P 1 V ' ¹^cJ ν.^Λ3 α "τ ^Λ3 b)

kleiner als R₁R₂ ist. Dabei nimmt die Stromflußmenge durch das Galvanometer und das Fotoleiterelement in einer Größe zu, die der Größe des durch die Diagonale AB fließenden Stromes proportional ist. Dabei muß die Brückenschaltung mit einer Diagonalen AC die Bedingung

(r + R_c) ■ R_3b<.R₁ -(R₂ +R₃₀)

erfüllen, und es fließt infolge des hohen Sperrwiderstandes der Diode D₂ kein Strom durch die Diagonale AC. Die Diagonalere hat also eine vernachlässigbare Wirkung auf die Brückenschaltung mit der Diagonalen AB.

Wenn die Brückenschaltung mit der Diagonalen AC die Schaltglieder umfaßt, deren Größen die Beziehung
' ~t~ Λ _c) · K_{3 6} ^- A₁ · (K₂ -f- K_{3 a})

erfüllen, fließt ein Strom vom Punkt C über die Diode D₂ mit geringem Widerstand in Durchlaßrichtung und den Widerstand i?_{4 b} zum Punkt A und verringert den durch das Galvanometer und das Fotoleiterelement r und R₀ fließenden Strom um eine Größe, die der Größe des durch die Diagonale CA fließenden Stroms proportional ist. Dabei ist in der Brükkenschaltung mit einer Diagonalen AB die Beziehung

(r + K_c)(K_3a-l-K3_&)>K₁-K₂

erfüllt. Daher ist ein Strom, der die Neigung hat, durch die Diagonale AB zu fließen, infolge des sehr hohen Sperrwiderstandes der Diode D₁ sehr gering, mit dem Ergebnis, daß der Stromfluß durch die Diagonale AB eine vernachlässigbare Wirkung auf die Brückenschaltung mit der Diagonalen AC hat.
Wenn die Bedingungen

(r + R_c) (R₃ . + R₃₀)^R₁-R₂
und (r + R_c)· R_{3 b} <, R₁(R₂ +R₃₁₁)

gleichzeitig erfüllt sind, fließen kaum Ströme durch die Diagonalen AB und AC. Unter diesen Umständen kann eine Zunahme der auf das Fotoleiterelement einfallenden Lichtmenge eine Widerstandsabnahme desselben verursachen, bis die Beziehung

+ R_c)(R

_3a

-R₂

erfüllt ist. In diesem Fall stellt der Abschnitt der Helligkeits-Strom-Kennlinie im oberen Helligkeitsbereich eine im wesentlichen lineare Fortsetzung des Kurvenabschnitts im mittleren Helligkeitsbereich mit

ίο der gleichen Neigung wie die des letzteren Kurvenabschnitts dar, wie man aus der obigen Beschreibung im Zusammenhang mit F i g. 1 erkennt. In gleicher Weise ist der entsprechende Kurvenabschnitt im wesentlichen linear und folgt dem Kurvenabschnitt im mittleren Helligkeitsbereich mit gleicher Neigung, wenn die Beziehung

(r + R_c)-R_3b> R₁-(R₂ +R₃₀)

erfüllt ist, wie sich ebenfalls aus der obigen Beschreiao bung in Verbindung mit F i g. 2 ergibt.

Das gleiche Ergebnis kann durch die in F i g. 4 dargestellte Anordnung erreicht werden, wobei die Halbleiterdioden D₁ und D₂ und die Batterie E umgekehrt wie in F i g. 3 dargestellt gepolt sind. Bei F i g. 4 ist zu erwähnen, daß die Größen der Schaltglieder so gewählt sein müssen, daß die Beziehung

R_c)(R

_3a

-R₂

im oberen Helligkeitsbereich erfüllt ist, während die Beziehung

(r + R_c)-R_3b)> R₁(R₂ +R₃₀)

im unteren Helligkeitsbereich erfüllt ist.

Aus der obigen Beschreibung folgt, daß die automatische Blendeneinstellvorrichtung durch ihren elektrischen Steuerkreis eine Helligkeits-Strom-Abhängigkeit aufweist, die linear über einen weiten Helligkeitsbereich verläuft, und zwar nicht nur im mittleren Helligkeitsbereich, sondern ebenso in den oberen und unteren Helligkeitsbereichen.

Daher braucht die Regelung der Blende für ein fotografisches Objektiv nach der Empfindlichkeit des fotoempfindlichen Materials und der entsprechenden Belichtungszeit nicht nur über einen engen Helligkeitsbereich durch Verwendung eines oder mehrerer Filter und manuelle Regelung einer zugehörigen Irisblende erfolgen, sondern kann vielmehr über einen weiteren Helligkeitsbereich unter Verwendung von elektrischen Widerständen durchgeführt werden. Dies schafft eine große Vielseitigkeit von Unterbringungsmöglichkeiten für die durch die Empfindlichkeit des fotoempfindlichen Materials, der Belichtungszeit u. dgl. gesteuerte Blendeneinstellvorrichtung in der Kamera und ermöglicht gleichzeitig eine vereinfachte Konstruktion. Zusätzlich können die ausgezeichneten Ergebnisse für jede Empfindlichkeit von fotoempfindlichem Material und jede in Frage kommende Belichtungszeit erzielt werden. Auch die Verwendung eines Filters und/oder einer Irisblende zeitigen, verglichen mit bisher bekannten Arten von elektrischen Stromkreisen, gute Ergebnisse.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ■ ■ 1. Meßbrücke für automatische Blendeneinstelleinrichtungen von Foto-, Film- und Fernsehkameras, bestehend aus einem als lichtempfindliches Organ wirkenden Fotowiderstand, der im batteriegespeisten Stromkreis eines die Blenden-

   einstellung beeinflussenden Galvanometers liegt, wobei zusätzlich ein nichtlineares Schaltelement zur Erzielung einer linearen Helligkeits-Strom-Kennlinie vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotowiderstand (R_c) zusammen mit dem Galvanometer (G) in einem Ast einer Brückenschaltung angeordnet ist, während in den drei anderen Brückenästen Festwiderstände (R₁, R₂, R₃ bzw. R₃₀ und R_3b), in der einen Brückendiagonale die Stromquelle (E) und in der anderen eine aus einer Diode (D₁) und einem Widerstand (A₄, R_ia) gebildete Serienschaltung angeordnet ist.
2. 2. Meßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ästen der Brückenschaltung befindlichen Widerstände (R₂, R₃, R₄) so dimensioniert sind, daß die Brückenschaltung abgeglichen ist, sobald auf den Fotowiderstand (R_c) eine Lichtmenge fällt, die der oberen Grenze des Proportionalitätsbereichs der Helligkeits-Strom-Kennlinie entspricht.
3. 3. Meßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ästen der Brückenschaltung befindlichen Widerstände (R₂, R₃, R₄) so dimensioniert sind, daß die Brückenschaltung abgeglichen ist, sobald auf den Fotowiderstand (R_c) eine Lichtmenge fällt, die der unteren Grenze des Proportionalitätsbereichs. der Helligkeits-Strom-Kennlinie entspricht.
4. 4. Meßbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von einem der Brückenpunkte, von welchem die aus Diode (P₁) und Widerstand (R_{4 a}) bestehende Serienschaltung ausgeht, eine weitere, aus einer Diode (D₂) und einem Widerstand (R₄J,) bestehende Serienschaltung ausgeht, die zu einer Mittelanzapfung (C) des in einem gegenüberliegenden Brückenast liegenden Widerstandes (R_3a-R_3b) führt.
5. 5. Meßbrücke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (D₁, D₂) mit entgegengesetzter Polarität innerhalb der beiden Schaltungszweige angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909 544/48