DE2923166A1

DE2923166A1 - Lichtmess-schaltungssystem

Info

Publication number: DE2923166A1
Application number: DE19792923166
Authority: DE
Inventors: Toshio Sakane
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-06-07
Publication date: 1979-12-20
Also published as: JPS54161983A; US4306807A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtmeß-Schaltungs system und insbesondere auf eine Temperaturkompensation schaltung für eine Lichtmeßschaltung, die einen logarithmischen Verstärker, der ein Lichtmeßelement wie eine Fotodiode zur Erzeugung eines zu der zu messenden Helligkeit proportionalen Stroms und eine logarithmische Wandlerdiode für das logarithmische Komprimieren des in dem Lichtmeßelement erzeugten Fotostroms hat, und eine logarithmische Konstantstrom-Kompressionsschaltung zum Kompensieren des Sättigungsstroms in Gegenrichtung zur logarithmischen Wandlerdiode in dem logarithmischen Verstärker aufweist.

Eine herkömmliche Lichtmeßschaltung beispielsweise zum Messen der Helligkeit eines zu fotografierenden Objekts hat einen logarithmischeh Lichtmeßverstärker, der gemäß der Darstellung in Fig. 1 mit einem Rechenverstärker A₉ aufgebaut ist, zwischen dessen Eingangsanschlüsse ein Lichtmeßelement PD geschaltet ist und zwischen dessen Eingangsanschluß und dessen Ausgangsanschluß eine logarithmische

909851/0758

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

Dresdner Bank (München) Kto. 3939844

Postscheck (München) Kto. 670-43-804

VI/11

4 B 9711

Wandlerdiode D- geschaltet ist, sowie eine logarithmische Konstantstrom-Kompressionsschaltung mit einem Rechenverstärker A₁, zwischen dessen Eingangsanschluß und dessen Ausgangsanschluß eine Diode D₁ so geschaltet ist, daß ihr Sättigungsstrom gleich demjenigen der Wandlerdiode D₂ in Gegenrichtung gemacht ist, um damit den Sättigungsstrom der Wandlerdiode D- zu kompensieren, so daß eine dem Meßlicht I entsprechende Spannung V₁ (v ₁+ — -In [W- ) ...(1))

' el cj is

erzielt wird.(Hierbei ist ip ein dem Meßlicht entsprechender Strom, der in der Größenordnung von pA liegt, wenn die Helligkeit am geringsten ist.)

Falls daher bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Schaltung das Differenzial 1 der Ausgangs-

vc dT

Spannung V₁ in Bezug auf eine Temperaturänderung gleich

k ip

— In (-τ*- )/ so ist nur bei ip=is der Ausdruck ln(ip/is) =0, nämlich die Temperatur vollständig kompensiert, während bei ip^is eine Kompensation notwendig wird. Bisher wurde gemäß der Darstellung in Fig. 1 zur Temperatur-

*^w kompensation ein temperaturempfindlicher Widerstand R₁₈ wie ein Thermistor an den Ausgangsanschluß der Lichtmeßschaltung angeschlossen, um eine auf der Temperatur beruhende Änderung der Spannung V₁ zu kompensieren, wobei es wichtig ist, daß die Charakteristik des temperatur-

empfindlichen Elements in Bezug auf die Temperaturänderung linear ist, nämlich die Genauigkeit der Charakteristik des temperaturempfindlichen Elements sehr hoch sein muß, was in der Praxis zu Schwierigkeiten führt.

Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Unzulänglichkeiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lichtmeß-Schaltungssystem mit einer Temperaturkompensationsschaltung für die Lichtmeßschaltung zu schaffen, bei der eine Temperaturkompensation mit beachtlich hoher Genauigkeit erfolgt, ohne daß der vorstehend genannte

909851/0758

5 B 971.1

temperaturempfindliche Widerstand verwendet wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit einer Temperaturkompensationsschaltung in einem Lichtmeß-Schaltungssystem gelöst, die so ausgelegt ist, daß Impulse mit einer dem Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung entsprechenden Frequenz erzeugt werden, die während eines Zeitintervalls gezählt werden, das der Ausgangsspannung einer Bezugsspannungsquelle zur Erzeugung einer der Temperaturcharakteristik der Lichtmeßschaltung entsprechenden Bezugsspannung entspricht, um damit einen dem Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung ohne Beeinflussung durch die Temperatur entsprechenden Zählwert zu erzielen.

Ferner soll mit der Erfindung eine Temperaturkompensationsschaltung für ein Lichtmeß-Schaltungssystem angegeben werden, die so ausgebildet ist, daß Impulse mit einer der Temperaturcharakteristik der Lichtmeßschaltung entsprechenden Frequenz während eines Zeitintervalls gezählt werden, das dem Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung entspricht, um damit einen dem Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung ohne Beeinflussung durch die Temperatur entsprechenden Zählwert zu erhalten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen ^ou Lichtmeßschaltung sowie einer herkömmlichen Temperaturkompensationsschaltung.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Lichtmeß-Schaltungssystems mit einer Temperaturkompensationsschaltung für die Lichtmeßschaltung.

9098S1/075S

6 B 9711

Fig. 3 zeigt Kurvenformen zur Erläuterung der Funktion des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels.

Fig. 4(a) und (b) zeigen jeweils Schaltbilder von in Fig. 2 gezeigten Schaltern SW- und SW., .

Fig. 5 ist ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des Schaltungssystems.

Nachstehend wird das Schaltungssystern mit der Temperaturkompensationsschaltung für die Lichtmeßschaltung in Einzelheiten erläutert.

Die Fig. 2 zeigt ein ersten Ausführungsbeispiel des Schaltungssystems. In dieser Fig. ist ein Teil A innerhalb strichpunktierter Linien ein Stromversorgungs-Teil mit einer Spannungsquelle E₁, einem Schalter SW. und einer Konstantspannungsquelle SV zur Abgabe von Konstantspannungen Vc₁ bis Vc_ß und Bezugsspannungen Vr. und Vr₂. Ein Teil B innerhalb strichpunktierter Linien ist die in Fig. 1 gezeigte Lichtmeßschaltung zur Erzeugung der

kT vorangehend genannten Ausgangs spannung V₁= Vc₁+ — ln(ip/is). Ein Teil C innerhalb strichpunktierter Linien ist eine Impulsumsetzungs- bzw. Impulsformerschaltung zur Erzeugung von Impulsen mit einer Frequenz, die der Ausgangsspannung der Lichtmeßschaltung B entspricht. In der Impulsformerschaltung C ist C₁ ein Kondensator, der in den Gegenkopplungskreis eines Rechenverstärkers A, geschaltet ist; R- und R^ sind Widerstände, während SW₉ ein Schalter ist, der mittels eines Impulses aus einem Impulsgenerator G₁ geschlossen wird; diese Komponenten bilden zusammen eine Integrierschaltung. Der Schalter SW-, der normalerweise offen ist, wird sofort beim Schließen des Stromversorgungs-Schalters SW₁ geschlossen, um den Kondensator

C- zu entladen, sowie dann mittels des vorstehend genannten Impulses. In dem Teil bzw. der Impulsformerschaltung C ist ferner A- ein Vergleicher, an dessen invertie-

SÖ9851/Ö7SB

7 - B 9711

rendein Eingang die Bezugs spannung Vr₁ angelegt ist und dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang der Integrierschaltung verbunden ist, während der Ausgang des Vergleichers A₄ über einen Widerstand R. mit der Basis eines Transistors Tr.. verbunden ist. Der Transistor Tr₁ dient zur Steuerung der Funktion des Impulsgenerators G₁ wie einer Einzelimpuls-Schaltung bzw. einer monostabilen Kippstufe zur Erzeugung eines Impulses mit einer bestimm- · ten festgelegten Breite, wobei bei Sperrzustand des Transistors Tr. eine Spannung Vcc an den Impulsgenerator G₁ angelegt wird, der einen Impuls mit der vorbestimmten Breite erzeugt. Ein Teil D innerhalb strichpunktierter Linien ist aus einer logarithmischen Konstantstrom-Kompressionsschaltung mit Dioden D., und D.sowie Rechenverstärkern A₅ und A_ß und aus einer Bezugsspannung-Geberschaltung mit einem Differenzverstärker A_ und Widerständen R_ß bis R₁„ gebildet und hat die gleichen Temperatur eigen schäften bzw. die gleiche Temperaturcharakteristik wie die Lichtmeßschaltung B, wobei der Teil D eine Ausgangsspannung V„ abgibt. Ein Teil E innerhalb strichpunktierter Linien ist durch eine Integrierschaltung aus einem Kondensator C₀, einem Rechenverstärker A₀ und einem Schalter

• - £. O

SW-, dessen Funktion durch das Ausgangesignal eines Inverters A₁₀ gesteuert wird, und durch eine Bezugszeitsignal-Geberschaltung aus einem Vergleicher A_g gebildet. Ein Teil F innerhalb strichpunktierter Linien ist aus einer Binär-Dezimal-Zählschaltung mit zwei Stellen, die Binärzähler CL₁ und CL₂, Inverter A₁₅ bis A₁₈ und UND-Glieder A₁-. und A₁. aufweist, und einer Spannungsumsetz-

^au schaltung mit einem Digital-Analog-Wandler DAC zur Umsetzung des Ausgangssignals der Zählschaltung in eine analoge Größe aufgebaut.

R₁C- ist ein Widerstand, der zusammen mit einem Kondensator C, eine Verz.ögerungsschaltung bildet und über den Inverter A₁₀ ein Signal niedrigen Pegels erzeugen soll, um damit den Schalter SW₃ zu öffnen, wenn nach dem Schließen des Stromversorgungs-Schalters SW₁ die Funktion der Licht-

«00861/078«

8 B 9711

] meßschaltung B stabil geworden ist. A₁₁ ist ein Inverter, während A₁₂ ein UND-Glied zum Anlegen der Impulse aus dem Impulsgenerator G₁ an die Binär-Dezimal-Zählschaltung ist.

Nachstehend wird die Funktionsweise des Schaltungssystems anhand der in Fig. 3 gezeigten Kurvenformen erläutert. Wenn der Stromversorgungs-Schalter SW₁ geschlossen wird, werden von der Konstantspannungsquelle SV die Konstantspannungen Vc₁ bis Vc, und die Bezugsspannungen Vr₁ und Vr„ erzeugt, wodurch die ganze Schaltung in den Betriebszustand versetzt wird. Daher erzeugt die Lichtmeßschaltung B die Ausgangsspannung

V₁= Vc₁ + — ln(ip/is)

entsprechend dem Meßlicht,so daß an die Impulsformer-'*> schaltung C die Spannung V₁ angelegt wird und die Ladung des anfänglich mittels des Schalters SW₃ rückgesetzten bzw. entladenen Kondensators C₁ beginnt. Der Ladestrom i- für den Kondensator ergibt sich aus:

20 ¹S ⁼ -

^K2 (2),

während die Zeitdauer t vom Ladebeginn des Kondensators C₁ an bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers A₃ die Bezugsspannung Vr₁ erreicht, folgendermaßen gegeben ist:

t = ^C1 ^(VC2 - ^Vr1>

¹S

Damit ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2) t zu:

IcT
t = R₂C₁(Vc₂ - Vr₁)ZVc₂ + ~ ln(ip/is) - Vc₃.

Folglich wird nach Ablauf der Zeitdauer t nach Ladebeginn des Kondensators C₁ der Vergleicher A. umgeschaltet und erzeugt ein Signal niedrigen Pegels, so daß nach Ablauf der Zeit t der Transistor Tr₁ in den Sperrzustand gebracht wird, wodurch der Impulsgenerator G₁ getriggert wird und einen Impuls erzeugt, während mittels des Impulses

9098S1/07SS

9 B 9711

der Schalter SW„ momentan geschlossen wird, um damit den Kondensator C. rückzusetzen bzw. z.u entladen und erneut die Ladung des Kondensators C₁ zu beginnen. Folglich erzeugt der Impulsgenerator G₁ bei jedem Zeitintervall t einen Impuls mit der Frequenz

, VuI-Vc₂ 1 WS' ip

f(T,I) - -i- » C + An ]/[Vc₂- Vn]

t CiR₂ CiR₂ q is

. .

d.h.,die Anschlußspannung des Kondensators C₁ wechselt gemäß der Darstellung in Fig. 3(a) linear zwischen Vc₂ und Vr₁, so daß jedesmal, wenn die Anschlußspannung des Kondensators C₁ die Spannung. Vr₁ erreicht, mit der zur Temperatur proportionalen Frequenz f (T,I) ein Impuls gemäß der Darstellung in Fig. 3(b) erzeugt wird. Andererseits erzeugt durch das Schließen des Stromversorgungs-Schalters SW. der Schaltungsteil D das Ausgangssignal V„. Die durch

(Vc, - Vc₃) - -M- · JIn(Wi₁). (ti) '

gegebene Spannung V„ liegt an dem Eingang des Teils E an, so daß sie mittels des Kondensators C„ in dem Teil E integriert wird. ( Hierbei ist Vc. > Vc- und i„ > i.. , während die Dioden D, und D. für die logarithmische Kompression Paar-Dioden mit gleicher Übergangszonen-Fläche sind, die unter gleichen Bedingungen hergestellt sind, um bei gro-■ ßer Temperaturänderung den Sättigungsstrom in Gegenrichtung zu kompensieren. Die Werte von i.. und i„ sind so gewählt, daß sie stabil zugeführt werden können, wobei X₁Zi₀, i₂/ i_Q^> 1 gilt, nämlich I₁ und i₂ ausreichend größer als 10~ A sind).

908851/075«

10 B 9711

Nach Schließen des Stromversorgungs-Schalters SW₁ integriert nämlich der Kondensator C₃ die von der Konstantspannungsquelle SV erzeugte Konstantspannung Vc_ß, so daß nach.Ablauf einer Zeitdauer, die der durch den Widerstand R₁₅ und den Kondensator C₃ bestimmten Zeitkonstante entspricht, die Ausgangsspannung des Kondensators C₃ den Schwellwertpegel des Inverters A₁₀ erreicht, der ein Signal niedrigen Pegels erzeugt. Folglich wird im Ansprechen auf das Signal niedrigen Pegels der schalter SW₃ geöffnet, so

TO daß nach Ablauf einer bestimmten festgelegten Zeitdauer nach dem Schließen des Stromversorgungs-Schalters SW₁ der Integriervorgang der vorstehend genannten Spannung V₃ mittels des Kondensators C₂ beginnt. Der Ladestrom i des Kondensators C₂ ist durch Vc₅-V₃ZR₁₃ gegeben, so daß die

Zeitdauer Έ(T) bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Ausgangsspannung des Vergleichers A₉ die Bezugsspannung Vr₂ erreicht, folgendermaßen gegeben ist:

C₂(Vr₂ - Vc₅) ^lU^lLl lHl

_{τ(ΐ) B} - = ~ iVos - Vc, + Vc₃ + kT/q Ä:i(l2/lJ]

(5)

Auf diese Weise erzeugt der Vergleicher A₉ ein Signal hohen Pegels während der Zeitdauer t (T), die umgekehrt proportional zur Temperatur ist. Daher läßt das UND-Glied A₁₂ die Impulse mit der vorangehend genannten Frequenz f (T,I) während der Zeitdauer t: (T) durch, so daß die Impulse mittels der Zählschaltung gezählt werden. Da nämlich der inverter A₁₀ ein Signal niedrigen Pegels abgibt, erzeugt der inverter A₁₁ ein Signal hohen Pegels, so daß das UND-

Glied A₁₂ die Impulse mit der Frequenz f (T,I) während der Zeitdauer tr (T) durchläßt. Folglich ist die Anzahl N (T,I) der über das UND-Glied A₁₂ gelangenden Impulse gleich f .(T,I) κ Ό (T) =

[Vc₅ - Vc, + Vc₃ +£

11 B 9711

Nimmt man hierbei an, daß Vc₁ = Vc₀, Vc₁. = Vc. - Vc₃, Vc₂> Vr₁ und Vr₂ > Vc₅ gelten, so gilt:

Vr₂ - Vc₅ C₂R₁₃ An(IpAs)

Vc₂ - Vr₁ C₁R₂ Aa(I₂Zi₁) \^

= 13 *Än(aI/ia) = U(I)

Vr₂ - Vc₅ C₂R₁₃ I

(Dabei ist ß= ' -" _{} ip} _ _aIjund

Vo₂ - Vr₁ C₁Pv₂ An(i₂/ii)

a der Strom-Helligkeit-Umsetzkoeffizient der Fotodiode).

Folglich enthält die Anzahl der über das UND-Glied gelangenden Impulse keinerlei Temperaturfaktor mehr, sondern entspricht nur der Helligkeit, so daß daher der Einfluß einer Temperaturänderung völlig ausgeschaltet

ist.
20

Die Anzahl der Impulse, die dem Meßlicht entspricht und über das UND-Glied A₁₂ gelangt, wird mittels des Binär-Dezimal-Zählers mit zwei Stellen aus den Zählern CL₁ und CL₀ gezählt. Danach wird der mittels des Zählers

^{1 2}

gezählte digitale Wert mit Hilfe des Digital-Analog-Wandlers DAC in eine Ausgangsspannunq V umgesetzt, so daß die Ausgangsspannung V des Wandlers DAC in Übereinstimmung mit der Gleichung (6) unabhängig von einer Temperaturänderung dem Meßlicht entspricht. Hierbei ist gemäß der Darstellung in Fig. 4(a) der in Fig. 2 gezeigte Schalter SW₉ mit einer monostabilen Kippstufe ON₁ und einem Feldeffekttransistor FET aufgebaut, während der Schalter SW₃ gemäß der Darstellung in Fig. 4(b) durch „c einen Feldeffekttransistor FET gebildet ist.

" ' ■ 2323166

12 B 9711

Gemäß der vorstehenden ausführlichen Beschreibung ist die Temperaturkompensationsschaltung für das Lichtmeß-Schaltungssystem mit einer Impulswandlerschaltung zur Erzeugung von Impulsen mit einer Frequenz, die dem Ausgangssignal durch Lichtmeßschaltung entspricht, welche einen logarithmischen Lichtmeß-Verstärker aufweist, und mit einer Bezugsspannungs-Geberschaltung ausgestattet, die die gleiche Temperaturcharakteristik wie die Licht- ■ meßschaltung hat und die eine Bezugsspannung erzeugt, wobei während eines dem Ausgangssignal der Bezugsspannungs-Geberschaltung entsprechenden Zeitintervalls die Impulse aus der Impulswandlerschaltung gezählt werden, um den frei von einer Beeinflussung durch eine Temperaturänderung der Lichtmeßschaltung dem Meßlicht entsprechenden digitalen Wert zu erzielen, was eine sehr vorteilhafte Temperaturkompensation der Lichtmeßschaltung ergibt.

Im Falle des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels wird das Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung B in eine Frequenz umgesetzt, während das Ausgangssignal der Bezugsspannungs-Geberschaltung D in Impulse mit einer dem Ausgangssignal entsprechenden Dauer bzw. Breite umgesetzt wird; selbstverständlich kann die gleiche Wirkung dann erzielt werden, wenn gemäß der Darstellung in Fig. 5 der Ausgang der Lichtmeßschaltung B an den Eingang der Bezugszeitsignal-Geberschaltung E angeschlossen wird, während der Ausgang der Bezugsspannungs-Geberschaltung D an den Eingang der Impulsformer- bzw. Impulswandlerschaltung C angeschlossen wird, so daß Impulse mit einer dem Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung B entsprechenden Dauer bzw. Breite erzeugt werden, während Impulse mit einer dem Ausgangssignal der Bezugsspannungs-Geberschaltung D entsprechenden Frequenz.

^OJ erzeugt werden, die gezählt werden.

2923186

13 B 9711

Mit- der Erfindung ist ein Lichtmeß-Schaltungssystem mit einem logarithmischen Verstärker geschaffen, das so ausgebildet ist, daß Impulse mit einer dem Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung entsprechenden Frequenz erzeugt werden, die während eines den Temperatureigenschaften bzw. der Temperaturcharakteristik der Lichtmeßschaltung entsprechenden Zeitintervall gezählt werden, um damit immer einen Zählwert zu erhalten, der frei von einer Beeinflussung durch die Temperatur dem Lichteingangssignal entspricht.

9G9851/07S6

Leerseite

Claims

Patentansprüche

y Lichtmeß-Schaltungssystem mit einem logarithmi-Wandlerelement zur Erzeugung eines dem einfallenden Licht entsprechenden Ausgangssignals, gekennzeichnet durch- eine Impulsformerschaltung (C) zur Formung von Impulsen mit einer dem Ausgangssignal einer Lichtmeßschaltung- (B) entsprechenden Frequenz und eine Zählschaltung (F) zur Zählung der Impulse aus der Impulsformerschaltung während eines Zeitintervalles, das den Temperatureigenschaften des log rithmischen Wandlerelements entspricht.
2. Schaltungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein logarithmisches Wandlerelement (D.) mit den gleichen Temperatureigenschaften wie das logarithmische Wandlerelement (D₂) der Lichtmeßschaltung (B), eine Bezugssignal-Geberschaltung (D) zur Erzeugung eines den Temperatureigenschaften entsprechenden Ausgangssignals und eine Zählsteuerschaltung (E, A₂) zur Steuerung der Zählung der Impulse mittels der Zählschaltung (F) während eines dem Ausgangssignal der Bezugssignal-Geberschaltung entsprechenden Zeitintervalls. ' ■
3. Lichtmeß-Schaltungssystem mit einem logarithmischen Wandlerelement zur Erzeugung eines dem einfallenden Licht entsprechenden Ausgangssignals, gekennzeichnet durch

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

909851/0756

VI/11

eine Impulsformerschaltung. (C) zur Erzeugung von Impulsen mit einer den Temperatureigenschaften des logarithmischen Wandlerelements (D₂) einer Lichtmeßschaltung (B) entsprechenden Frequenz und eine Zählschaltung (F) zur Zählung der Impulse aus der Impulsformerschaltung während eines Zeitintervalls, das dem Ausgangssignal der Lichtmeßschaltung entspricht.

909851/07Βδ