DE2617729B2

DE2617729B2 - Photometrische schaltung

Info

Publication number: DE2617729B2
Application number: DE19762617729
Authority: DE
Priority date: 1975-04-25
Filing date: 1976-04-23
Publication date: 1977-09-22
Also published as: JPS51126190A; GB1521374A; JPS5922167B2; US4106035A; DE2617729C3; DE2617729A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine photometrische Schaltung zur elektronischen Bestimmung der Belichtungszeit in Abhängigkeit von der Szenenleuchtdichte, ίο der Filmempfindlichkeit und der Blendeneinstellung ™;.'

der MimempiHiuH«-»"·^'¹ "■■" ">-■ .»w„_kumv.ii_U,i

einem photoelektrischen Wandler zur Erzeugung eines von der Szenenleuchtdichte abhängigen Stromes, einem ersten Transistor, dessen Kollektor mit dem photoelektrischen Wandler und dessen Basis mit dem Kollektor

über eine Kollektor-Basis-Rückkopplungsschaltung hoher Eingangsimpedanz zur Erzeugung einer in Beziehung zur APEX-Größe B₁ der Szenen-Leuchtdichte B stehenden Basis-Emitter-Spannung verbunden ist, mit zwei veränderlichen entsprechend der Filmempfindlich-

keil bzw. dem Blendenwert einstellbaren Widerständen und mit einem zweiten Transistor zur Erzeugung eines Belichtungsregelstromes in seinem Kollektorkreis in Abhängigkeit von der zwischen seiner Basis und seinem Emitter anliegenden Spannung.

Die Verwendung von photometrischen Schaltungen in Kameras zur Bestimmung der erforderlichen Belichtungszeit in Abhängigkeit von der Filmempfindlichkeit, der Blende und der Objekthelligkeit ist bekannt. Die Belichtungszeit wird unter Verwendung der APEX-Gleichung

Sy + By = Ty + Ay

ermittelt, wobei S_v, B, und A,.jeweils die APEX-Größen für die Filmempfindlichkeit, die Objekthelligkeit und die Biende sind.

In einer bekannten photometrischen Schaltung (DT-OS 22 50 379) werden Verstärker und in weitem Bereich veränderliche Präzisionswiderstände verwendet. Diese bekannte Schaltung hat einen relativ hohen Stromverbrauch. Außerdem ist die Herstellung der Präzisionswiderstände sehr schwierig.

In dem älteren Vorschlag gemäß DT-OS 25 58 614 wird eine Schaltung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, in der mehrere Operationsverstärker Verwendung finden. Aufgrund der Schwellspannung der Operationsverstärker und der Transistoren muß eine Spannungsquelle mit relativ hoher Spannung benutzt werden. Der Aufbau der Operationsverstärker ist außerdem kompliziert, was zu relativ hohen Kosten dieser Schaltung führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photometrische Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die einfacher aufgebaut ist, einen geringen Stromverbrauch hat und ohne mit hoher Präzision hergestellte Widerstände auskommt.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. t einen teilweise schematisierten Schaltplan zur Erläuterung des Grundprinzips der vorliegenden erfindungsgemäßen photometrischen Schaltung,

F i g. 2 die deiamierie Schauung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Charakteristika eines Feldeffekttransistors.

35

40

50

Der Kollektor eines Transitors 19 mit logarithmisch^- Kompression, der mit einem photoelektrischen Element J8 verbunden ist, ist über eine Pufferschaltung 20 und veränderliche Widerstände 21 und 22 mit der Basis des gleichen Transistors 19 rückgekoppelt. Ein Strom von einer Konstantstromquelle 23 fließt durch die veränderlichen Widerstände 21 und 22. Der Ausgang der Pufferschaltung 20 ist außerdem mit der Basis eines Transistors 24 mit logarithmischer Expansion verbunden, dessen Kollektor mit einem Integrationskondensator 25 verbunden ist. Außerdem ist eine Konstantspannungsquelle 26 vorgesehen.

Die oben beschriebene Schaltung funktioniert folgendermaßen. Da der Kollektor des Transistors 19 mit Kompression, der einen durch Licht verursachten Strom /' von dem in Sperrichtung betriebenen photoelektrischen Element 18 empfängt, mit der Basis des gleichen Transistors rückgekoppelt ist, hat die Basis-Emitter-Spannung Vi: des Transistors einen vom Strom /,/ abhängigen Wert. Es gilt

(2)

qdie elektrische Ladung eines Elektrons, Kdie Boltzmann-Konstante,
Tdie absolute Temperatur,
Vbe(io) d'^e Basis-Emitter-Spannung des Transistors 19 zu der Zeit ist, wenn der Kollektorstrom durch den Transistor 19 /„ist. Wenn nichts anderes angemerkt ist, haben alle

Logarithmen die Basis e.
Die Beziehung zwischen dem durch Licht erzeugten

Strom ip und der APEX-Größe B^ der Leuchtdichte B

eines zu photographierenden Gegenstandes wird ausgedrückt durch die Gleichung

«;=ίρο2^β-, (3)

wobei />o ein durch Licht erzeugter Strom zur Zeit von Bv = 0 ist.

Daher kann die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 19 mit Kompression folgendermaßen ausgedrückt werden:

Die Stromstärke /, von der Konstantstromquclle 23 wird entsprechend folgender Gleichung eingestellt:

i_s = ^KT ■ .! -log 2. (7)

</ 'Vs

Daher können die an den veränderlichen Widerständen 21 und 22 auftretenden Spannungen V₍₁ und Vi durch folgende Gleichungen ausgedrückt werden:

KT

• S₁. ■ log 2 , i8)

-(N - A₁,) ■ log 2. (9)

Andererseits kann die Beziehung zwischen der Basis-Emitter-Spannung V_H des Transistors 24 mit

logarithmischer Expansion und dem Kollektorstrom ic des gleichen Transistors (für den Fall, daß die Charakteristik der Basis-Emitter-Spannung gegen den Kollektorstrom des Transistors 24 mit Expansion identisch mit der gleichen Charakteristik des Transistors

19 mit Kompression ist) durch folgende Gle.chung ausgedrückt werden:

' Ii '—

KT

(10)

Die Beziehung zwischen der APEX-Größe Γ,- der Belichtungszeit T und dem Kollektorstrom ic des Transistors 24 mit Expansion wird durch folgende Gleichung angegeben:

i_c = ic -2^Γ· , (ID

wobei /co der Kollektorstrom des Transistors mit Expansion bei T₁ = 0 ist.

Daher kann die Basis-Emitter-Spannung Vn des Transistors 24 mit Expansion folgendermaßen ausgedrückt werden:

₌ ^H log

-2^r-

(12)

KT

log

¹PO

+ V

«Uli,,] ■

(4)

Der veränderliche Widerstand 21 wird so ausgehählt, daß er in Beziehung zu der APEX-Größe S₁- der Empfindlichkeit S des Filmes steht. Der veränderliche Widerstand 22 wird derart ausgewählt, daß er in Beziehung zu der APEX-Größe A_v der Blende A des Objektivs steht. Die veränderlichen Widerstände 21 und 22 werden derart ausgewählt, und die Schleifer werden derart mit ihnen verbunden, daß die Widerstandswerte der Widerstände 21 und 22 jeweils R\ und R₂ sind, wobei folgende Beziehungen gelten:

Andererseits kann unter Verwendung der Basis-Emitter-Spannung V_E des Transistors 19 mit Kompression und der Klemmenspannungen Vc und Vrder veränderlichen Widerstände 21 und 22 die Basis-Emitter-Spannung Vn des Transistors 24 mit Expansion folgendermaßen ausgedrückt werden:

V_n = V_l; + V₁, +

(13)

Durch Einführen der Gleichungen 4, 8, 9 und 12 in Gleichung 13 ergibt sich

- T₁.) ^ (log ^). (14) UmeineAPEX-Operation

(l

	= Rv	-S₁.,	A₁),	(5)
R,	= R_s	(/V-	(6)

T₁. = B₁ + S₁. - A₁. zu ermöglichen, muß folgende Beziehung gelten:

(15)

wobei Rs einen Widerstandswert entsprechend einer Stufe von S^und /4,.und Neine Konstante ist.

Daher kann der theoretisch richtige Betrieb der photometrischen Schaltung durch Auffinden e.nes

Wertes von N, der die Gleichung (15) befriedigt, erreicht werden.

Im folgenden wird ein praktisches Ausführungsbeispiel in bezug mit F i g. 2 beschrieben. Vom Kollektor eines Transistors 27 mit logarithmischer Kompression zu dessen Basis ist ein Rückkopplungskreis vorgesehen mit einer Kathodenfolgeschaltung, die von einem Feldeffekttransistor (FET) 29 und einem Widerstand 30 gebildet wird, einem Transistor 31, dessen Emitter Konstantstromenergie durch einen Transistor 36 zugeführt wird, und veränderlichen Widerständen 32 bis 35, die mit dem Emitter verbunden sind. Zwischen dem Kollektor des Transistors 27 und der Kathodenelektrode des FET 29 ist ein photoelektrisches Element 28 geschaltet. Der veränderliche Widerstand 32 ist zur Einstellung entsprechend einem Meßgerät vorgesehen. Der veränderliche Widerstand 33 wird entsprechend der Empfindlichkeit des Filmes und der veränderliche Widerstand 34 wird entsprechend der Blende des Objektivs eingestellt. Der veränderliche Widerstand 35 wird zur Einstellung der Belichtungszeit verwendet. Die Basis des Transistors 36 ist mit der Basis eines Transistors 39 verbunden, der in Form einer Diode geschaltet ist. Der Kollektor und die Basis des Transistors 39 sind mit einem FET37 verbunden, der mit einem eine automatische Gittervorspannungserzeugung bewirkenden Widerstand 38 verbunden ist.

Zwischen dem Verbindungspunkt eines Widerstandes 40 und einem weiteren als Diode geschalteten Transistor 41 und dem Emitter des Transistors 31 ist ein Meßgerät 42 geschaltet. Der Widerstand 40 und der Transistor 41 sind in Reihe mit einer Spannungsquelle 50 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den veränderlichen Widerständen 32 und 33 ist mit der Basis eines Transistors 45 mit logarithmischer Expansion und der Kollektor des Transistors 45 ist mit einem Zeitschalter 43, einem Kondensator 44 und einer invertierenden Eingangsklemmc eines Vergleichers 48 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen einer Zenerdiode 46 und einem Widerstand 47, die beide in Reihe an die Spannungsquelle 50 angeschlossen sind, ist mit der nichtinvertierenden Eingangsklemme des Vergleichers 48 verbunden. Der Ausgang des letzteren ist mit einer Spule 49 eines Elektromagneten verbunden.

Im Betrieb hat die Spannung V/ zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 27 einen Wert, wie aus F i g. 2 hervorgeht, der abhängig ist von dem durch Licht erzeugten Strom in dem photoelektrischen Element 28. Der Kollektorstrom des Transistors 36 (konstanter Strom) muß entsprechend folgender Gleichung eingestellt werden:

gleiche Basis-Emitter-Spannung haben müssen. Der Strom io kann so geregelt werden, daß er proportional zur absoluten Temperatur Tist, wie durch Gleichung (7) verlangt wird, indem der FE729 und der Widerstand 38 in geeigneter Weise ausgewählt werden. Die Charakteristiken der Gitter-Kathodenspannung Vcs gegen den Anodenstrom /odes selbstvorgespannten FET37 sind in Fig. 3 gezeigt. Wenn der Widerstandswert des Widerstandes 38 gleich /?₃ ist und in F i g. 3 der

ίο Schnittpunkt zwischen einer hierdurch gebildeten Lastkurve und einer Charakteristikkurve bei 20⁰C des FET37 aufgesucht wird, kann der Anodenstrom Im des FET 37 unter gewünschten Bedingungen erhalten werden. Wie in Gleichung (7) angezeigt ist, ist es erforderlich, daß der Anodenstrom des FET 37 eine Temperaturcharakteristik proportional zur absoluten Temperatur That. Wie aus F i g. 4 hervorgeht, kann eine solche Forderung leicht durch Änderung des Wertes Rz und durch Auswahl der Charakteristik des FET in geeigneter Weise erfüllt werden. Durch Verwendung von zwei Transistoren 36 und 39 mit gleicher Charakteristik der Basis-Emitter-Spannung gegen den Kollektorstrom wird am Kollektor des Transistors 36 eine Konstantstromquelle gebildet, die einen Strom gleich dem Anodenstrom Im des FET37 erzeugt.

Die Klemmenspannungen Vj. und Vk erhält man an den veränderlichen Widerständen 33 und 34, welche jeweils entsprechend der Empfindlichkeit des Filmes und der Blende des Objektivs eingestellt werden können. Der veränderliche Widerstand 35, welcher entsprechend der Belichtungszeit eingestellt werden kann, ist hierdurch justiert, um den die Gleichung (15) befriedigenden Wert N zu erhalten. Wenn alle oben beschriebenen Bedingungen erfüllt sind, verwirklicht der Kollektorstrom des Transistors 45 mit Expansion die richtige Belichtung der Kamera.

Die Spule 49 wird erregt, während der Zeitschalter 43 geschlossen ist. Wenn der Zeitschalter 43 geöffnet ist, wird der Kondensator 44 geladen, bis die Ladungsspan-

nung die Klemmenspannung Vb der Zenerdiode 46 erreicht. Nach Erreichen der Klemmenspannung Vr wird die Erregung der Spule 49 beendet. Auf ,eine detaillierte Beschreibung der Beziehung zwischen dem Zeitschalter und der Spule in der Kamera wird verzichtet, da diese bekannt ist. Die Klemmenspannung Vq am Meßgerät 42, das zwischen den Kollektor des Transistors 41 und den Emitter des Transistors 31 geschaltet ist, wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

KT

log 2 .

(7)

wie oben erklärt worden ist. Dies wird durch die in Fig. 2 vorgesehenen Verbindungen erzielt. Wenn die Transistoren 36 und 39 die gleichen Charakteristiken aufweisen, wird der konstante Strom /'s gleich dem Kollektorstrom //> des Transistors 39 sein, da beide die V₀ = V₀ I V

(16)

Da Vo proportional zur APEX-Größc 7; der Belichtungszeit Tist, ist die Klemmenspannung Vy des Meßgerätes entsprechend Gleichung (16) proportional zu Γ,, Das Niveau des Meßgerätes 42 kann beliebig durch die Spannung V_Ml die am veränderlichen Widerstand 32 zur Einstellung des Meßgerätes erzeugt wird, eingestellt werden.

Hierzu 2 UIaIl /oidinimucn

Claims

Patentansprüche:

1. Photometrische Schaltung zur elektronischen Bestimmung der Belichtungszeit in Abhängigkeit von der Szenenleuchtdichte, der Filmempfindlichkeit und der Blendeneinstellung mit einem photoelektrischen Wandler zur Erzeugung eines von der Szenenleuchtdichte abhängigen Stromes, einem ersten Transistor, dessen Kollektor mit dem photoelektrischen Wandler und dessen Basis mit dem Kollektor über eine Kollektor-Basis-Rückkopplungsschaltung hoher Eingangsimpedanz zur Erzeugung einer in Beziehung zur APEX-Größe By der Szenen-Leuchtdichte B stehenden Basis-Emitter-Spannung verbunden ist, mit zwei veränderlichen entsprechend der Filmempfindlichkeit bzw. dem Blendenwert einstellbaren Widerständen und mit einem zweiten Transistor zur Erzeugung eines Belichtungsregelstromes in seinem Kollektorkreis in Abhängigkeit von der zwischen seiner Basis und seinem Emitter anliegenden Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderlichen Widerstände (21, 22; 33, 34) in Reihe miteinander in der Kollektor-Basis-Rückkopplungsschaltung (20, 21, 22; 29-35) angeordnet sind, daß eine die veränderlichen Widerstände (21, 22; 33,34) speisende Konstantstromquelle (23; 36) zur Erzeugung von den APEX-Größen S,. bzw. Λ, entsprechenden Spannungsabfällen an diesen Widerständen vorgesehen ist, und daß die Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors (24; 45) zusammen mit den veränderlichen Widerständen (21,22; 33,34) und der Basis-Emitter-Strecke des ersten Transistors (19; 27) einen geschlossenen Stromkreis bildet.

2. Photometrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (23; 36) einen Strom solcher Größe erzeugt, daß die Temperaturcharakteristik der hierdurch an den veränderlichen Widerständen (21, 22; 33, 34) erzeugten Spannungen pro Stufe der die Belichtung bestimmenden Faktoren jeweils im wesentlichen (KT/q) log_c2 entspricht, wobei K die Boltzmann-Konstante, ς die elektrische Ladung eines Elektrons und Tdie absolute Temperatur ist.

3. Photometrische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstant- >itomquelle einen dritten Transistor (36) aufweist, dessen Kollektor mit den in Reihe geschalteten veränderlichen Widerständen (33, 34) und dessen Emitter mit einer Quelle (50) eines Bezugspotentials verbunden ist, und eine Einrichtung (37, 38, 39) zur Erzeugung einer von der absoluten Temperatur abhängigen, an der Basis des dritten Transistors (36) anliegenden Spannung.

4. Photometrische Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer an der Basis des dritten Transistors (36) anliegenden Spannung eine Diode (39) und einen selbstvorgespannten, in Reihe mit der Spannungsquelle (50) geschalteten Feldeffekttransistor (37) aufweist und daß der Verbindungspunkt zwischen dem Feldeffekttransistor (37) und der Diode (39) mit der Basis des dritten Transistors (36) vcTüUndeii iSi. '

5. Photometrische Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßgerät (42) in Reihe mit der Emitter-Basis-Strecke des ersten Transistors (27) und den veränderlichen Widerständen (33,34) geschaltet ist.