DE3723412C2 - Analog-Digitalumsetzer für Kameras - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Analog-Digitalumsetzer, der für elektronisch gesteuerte Kameras geeignet ist.

Aus der US 4 237 420 ist eine Temperaturmeßschaltung zur Erzeugung eines sich linear mit der Temperatur ändernden digitalen Ausgangswertes bekannt. Ein monostabiler Multivibrator enthält als eines der seine Zeitkonstante bestimmenden Elemente einen Widerstand oder Kondensator, dessen Wert sich linear mit der Temperatur ändert. Damit wird die Dauer der von dem monostabilen Multivibrator abgegebenen Impulse linear abhängig von der Temperatur. Die Impulsdauer wird dann mit Hilfe eines Zählers in einen digitalen Wert umgesetzt. Zur Vergrößerung der Änderung des digitalen Werts in Abhängigkeit von einer bestimmten Änderung der Temperatur wird die Gesamtdauer zweier aufeinanderfolgender Pulse des monostabilen Multivibrators zu dem digitalen Wert umgesetzt.

Mit der fortschreitenden Automatisierung bei Kameras ergab sich die Notwendigkeit, die Information über die Objekthelligkeit und die Entfernung in digitale Form umzusetzen. So schlägt die JP-A-60-164728 beispielsweise eine digitale Lichtmeßeinrichtung vor, bei der ein lichtempfindlicher Widerstand Rt zur Erfassung der Objekthelligkeit und ein Kondensator C in Reihe geschaltet sind und Taktimpulse vom Beginn eines Lichtmeßvorgangs bis zu dem Zeitpunkt gezählt werden, wo die Spannung über dem Kondensator C gleich einer Bezugsspannung wird.

Ungünstig an dieser bekannten Einrichtung ist, daß die Meßgenauigkeit durch Schwankungen bzw. Toleranzen der elektrostatischen Kapazität des Kondensators C und der Bezugsspannung beeinträchtigt wird. Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, daß ein Vergleicher zum Vergleich der Kondensatorspannung mit der Bezugsspannung verwendet wird, der gemäß Darstellung in Fig. 6 zwischen den Betriebsspannungsklemmen drei in Reihe geschaltete Transistoren T1, T2 und T3 aufweist, was voraussetzt, daß eine verhältnismäßig hohe Betriebsspannung von zumindest dem Dreifachen der Schwellenspannung der Transistoren erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Analog-Digitalumsetzer für Kameras zu schaffen, der eine hohe Umsetzungsgenauigkeit aufweist und mit einer niedrigen Versorgungsspannung betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Analog-Digitalumsetzer gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm von Signalen im Blockschaltbild von Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Entfernungsmeßschaltung von Fig. 3,

Fig. 5 ein Blockschaltbild nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 6 das Schaltbild einer herkömmlichen Lichtmeßschaltung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein monostabiler Multivibrator (Monoflop) bezeichnet, der ein NOR-Glied 1a, einen Kondensator 1b und einen Inverter 1c in Reihenschaltung aufweist. Ein Eingang des NOR-Glieds 1a ist mit dem Ausgang des Inverters 1c verbunden. Der andere Eingang des NOR-Glieds 1a ist mit einer Triggerschaltung 2 verbunden. Eine Spannung Ve wird wahlweise über Schalter 5 bzw. 6 und einen Widerstand 3 bzw. einen Lichtdetektor 4 in Form eines lichtempfindlichen Widerstands an die Verbindung zwischen dem Kondensator 1b und dem Inverter 1c angelegt. Eine Pulsdauer- Verhältnisrechenschaltung 7 umfaßt ein UND-Glied 7a, von dem ein Eingang das Impulssignal vom Monoflop 1 erhält, während sein anderer Eingang wahlweise mit einem Taktsignal CK1 einer niedrigeren Wiederholungsfrequenz und einem Taktsignal CK2 einer höheren Wiederholungsfrequenz beaufschlagt wird. Ein voreinstellbarer Zähler 7b der Verhältnisrechenschaltung 7 wird mit dem Taktsignal vom UND-Glied 7a gespeist. Ein Zähler 7c zählt die Übertragssignale vom Zähler 7b. Die Verhältnisrechenschaltung 7 dient dazu, das Verhältnis der Impulsanzahl zweier Impulsfolgen der Taktsignale zu ermitteln. Mit 8 ist in Fig. 1 ein Datenspeicher bezeichnet, der Belichtungswerte entsprechend der Ausgangsgröße der Verhältnisrechenschaltung 7 speichert und von dieser adressierbar ist, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Mit 9 ist in Fig. 1 ein Taktoszillator bezeichnet.

Unter Bezug auf das Zeitdiagramm von Fig. 2 soll nachfolgend die Betriebsweise der beschriebenen Anordnung erläutert werden.

Wenn der Auslöser der Kamera zur Messung der Helligkeit eines aufzunehmenden Objekts um erstes Stück gedrückt wird, wird der Schalter 5 eingeschaltet und die Spannung Ve über den Bezugswiderstand 3 an den Monoflop 1 angelegt. Von der Triggerschaltung 2 wird ein Triggersignal angelegt.

Der Monoflop 1 gibt dann einen Impuls Ps ab, dessen Dauer von der Zeitkonstante des aus Kondensator 1b und Bezugswiderstand 3 gebildeten Zeitgliedes bestimmt wird. Der Impuls Ps wird an die Verhältnisrechenschaltung 7 angelegt und öffnet deren UND-Glied 7a, so daß Taktimpulse CK1 an den voreinstellbaren Zähler 7b gelangen und diesen auf eine der Dauer des Impulses Ps entsprechende Zahl voreinstellen. Die Impulsdauer Ts des Impulses Ps ist gegeben durch

Ts = Rs · C · 1n [(Ve-Vth)/Ve]

wobei Rs der Wert des Bezugswiderstands 3, C die Kapazität des Kondensators 1b, Ve die Versorgungsspannung und Vth die Schwellenspannung des Inverters ist. Wie man sieht, ist die Impulsdauer Ts dem Wert des Bezugswiderstands 3 proportional.

Am Ende des Impulses Ps wird der Schalter 5 ausgeschaltet und der Schalter 6 eingeschaltet, so daß nun die Spannung Ve über den Lichtdetektor 4 an den Monoflop 1 gelangt. Wieder wird ein Triggerimpuls angelegt. Der Monoflop 1 erzeugt dann einen Impuls Px mit der Dauer Tx, die sich aus nachstehender Gleichung ergibt und proportional zum Widerstand Rx des Lichtdetektors 4 ist. Die Dauer Tx steht damit im Verhältnis zur Objekthelligkeit.

Tx = Rx · C · 1n [(Ve-Vth)/Ve]

Der Impuls Px wird an die Verhältnisrechenschaltung 7 angelegt und öffnet deren UND-Glied 7a, so daß die Taktimpulse CK2 an den voreinstellbaren Zähler 7b angelegt werden. Der Zähler 7b beginnt, die Taktimpulse CK2 zu zählen, und gibt jedesmal ein Übertragssignal ab, wenn sein Zählerstand den auf der Basis des Impulses Ps voreingestellten Wert erreicht. Der Zähler 7c zählt die Übertragssignale.

Der sich so ergebende Zählerstand im Zähler 7c gibt das Verhältnis der Pulsdauer der Impulse Ps und Px wie folgt an:

Der Zählerstand des Zählers 7c entspricht tatsächlich k(Tx/Ts), wobei k das Verhältnis zwischen der Frequenz der Taktimpulse CK2 und derjenigen der Taktimpulse CK1 ist. Da es sich bei k um einen konstanten Proportionalitätsfaktor handelt, bleibt dieser bei der vorliegenden qualitativen Betrachtung unberücksichtigt.

Der Zählerstand hängt demnach nur von den Widerstandswerten des Bezugswiderstands 3 und des Lichtdetektors 4 und weder von der Kapazität C des Kondensators 1b, noch von der Versorgungsspannung Ve und auch nicht von der Schwellenspannung Vth ab. Dieser Zählerstand stellt damit ein sehr genaues Maß der gesuchten Helligkeit dar und ist frei von Einflüssen wie Schwankungen der Versorgungsspannung Ve, der von dieser abhängend Schwellenspannung Vth sowie der zeit- und temperaturveränderlichen Kapazität des Kondensators 1b.

Lichtmeßfehler, die auf Änderungen der Linearität, des sogenannten τ-Faktors, zwischen dem Widerstand eines CdS Lichtdetektors und der aufgenommenen Lichtmenge beruhen, können durch die vorbeschriebenen Maßnahmen jedoch nicht beseitigt werden.

Der Widerstand Rx eines CdS Lichtdetektors und die Helligkeit stehen in folgender Beziehung zueinander:

Rx = Ro · 2^{τ (n-x)},

wo Ro der Widerstand bei einer Bezugshelligkeit, n die Bezugshelligkeit und x die Objekthelligkeit ist. Wenn sich τ ändert, ändert sich auch Rx. Da τ der Exponent von 2 ist, hat dieser Faktor einen großen Einfluß auf Rx.

Es ist möglich, den CdS Widerstand zu messen, um τ zu erhalten und es zu teilen, damit seine Schwankungen gering werden. Es ist auch möglich, soviele Teilungen vorzunehmen, daß die Schwankung in jeder Unterteilung im wesentlichen 0 wird.

Man kann so die richtige Helligkeit dadurch erhalten, daß man Werte entsprechend den Pulsdauerverhältnissen, die mit τ in den jeweiligen Unterteilungen verknüpft sind, speichert. Der Wert einer gewünschten Unterteilung kann dadurch bestimmt werden, daß man einen jeweiligen Anschluß einer der Anzahl von Unterteilungen entsprechenden Anzahl von Anschlüssen auswählt. Die den Unterteilungen entsprechenden Werte sind in dem Datenspeicher gespeichert.

Der errechnete Wert wird zum Zugriff auf eine entsprechende Adresse an den Datenspeicher 8 angelegt, so daß man die Objekthelligkeitinformation erhält, die als Parameter für die Belichtungssteuerung verwendet wird.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier ist mit 10 eine Entfernungsmeßschaltung bezeichnet, die auf dem Prinzip der Triangulation beruht. Die Entfernungsmeßschaltung 10 weist einen Vorspannungsgeber 10a auf, der eine Bezugsspannung an den neutralen Punkt einer Positionsfühleinrichtung 10b anlegt, die an ihren entgegengesetzten Enden Ströme liefert, welche von Operationsverstärkern 10c bzw. 10d, die mit Rückkopplungswiderständen Rf versehen sind, in Spannungssignale v1 = Rf · i1 bzw. v2 = Rf · i2 umgesetzt werden. Diese Spannungssignale werden jeweils an einen Umkehrverstärker 10e, 10f angelegt, die ein Summensignal V1 = v1 + v2 bzw. ein Differenzsignal V2 = v2 - v1 abgeben. 10g ist ein Leuchtelement und 11, 12 sind Kondensorlinsen.

Nimmt man an, daß die Entfernung bis zum Objekt L ist, die Länge der Positionsfühleinrichtung 10b d ist, der Abstand des Leuchtelements zum neutralen Punkt der Positionsfühleinrichtung 10b b beträgt und der Abstand zwischen der Stelle auf der Positionsfühleinrichtung, an der das vom Objekt reflektierte Licht einen Lichtpunkt bildet, zum neutralen Punkt der Positionsfühleinrichtung mit x bezeichnet wird (Fig. 4), dann sind die Ausgangsströme von den Ausgangsanschlüssen der Positionsfühleinrichtung 10b

i1 = (d - 2x)/2d · F, bzw. i2 = (d + 2x)/2d · F,

wobei F die Intensität des Lichtpunkts darstellt, die von der Entfernung L vom Objekt und von dessen Reflexionsvermögen abhängt.

Für den Abstand x zwischen dem neutralen Punkt und dem Lichtpunkt gilt x = f · b/L mit f als Brennweite der Linse 11. Daraus folgt

(i2 - i1)/(i1 + i2) = 2fb/L · d.

Die Entfernung zum Objekt kann demnach ausgedrückt werden als

L = K · (i1 + i2)/(i2 - i1).

Da in dieser Proportionalitätsgleichung die Lichtintensität an dem Lichtpunkt nicht als Faktor enthalten ist, kann die Entfernung unabhängig vom Reflexionsvermögen des Objekts und von Schwankungen der Strahlleistung des Leuchtelements bestimmt werden.

Die Entfernungsmeßschaltung 10 weist einen Summensignalausgangsanschluß und einen Differenzsignalausgangsanschluß p bzw. m auf, die über eine Schaltanordnung 13 und einen Spannungs-Stromumsetzer 17 mit dem Monoflop 1 verbunden sind, so daß das Summensignal und das Differenzsignal nacheinander an den Monoflop 1 gelangen.

Wenn die Schaltanordnung 13 auf den Ausgangsanschluß p geschaltet ist, gibt der Spannungs-Stromumsetzer 17 einen Strom i1 = k(i1 + i2) ab und bei Einstellung der Schaltungsanordnung 13 auf den Ausgangsanschluß m einen Strom i2 = k(i2 - i1), wobei k eine von RC und RS bestimmte Konstante ist.

Tabelle 2

Der Datenspeicher 14 speichert als Daten Entfernungen entsprechend den Pulsdauerverhältnissen und ist vom Ausgangssignal der Verhältnisrechenschaltung 7 adressierbar.

Wenn als Beispiel der Auslöser der Kamera zur Entfernungsmessung gedrückt wird, wird das Summensignal V1 von der Entfernungsmeßschaltung 10 über die Schaltanordnung 13 dem Spannungs-Stromumsetzer 17 zugeführt, so daß dieser den Strom i1 = k(i1 + i2) an den Monoflop 1 liefert, der außerdem von der Triggerschaltung 2 ein Triggersignal erhält.

Der Monoflop 1 gibt dann einen Impuls P1 ab, dessen Dauer von der Kapazität des Kondensators 1b und von dem Strom i1 bestimmt wird. Der Impuls P1 gelangt an die Verhältnisrechenschaltung 7 und öffnet deren UND-Glied 7a, so daß die Taktimpulse CK1 an den voreinstellbaren Zähler 7b gelangen und diesen auf eine Zahl von Taktimpulsen entsprechend der Impulsdauer voreinstellen. Für die Impulsdauer T1 des Impulses P1 gilt

T1 = (1/I1) · C · Vth = [1/k(i1 + i2)] · C · Vth.

Es handelt sich also um einen (i1+i2) umgekehrt proportionalen Wert.

Nach dem Ende des auf dem Summensignal V1 beruhenden Impulses P1 wird die Schaltanordnung 13 betätigt, um das Differenzsignal V2 von der Entfernungsmeßschaltung 10 an den Spannungs-Stromumsetzer 17 anzulegen, der dann dem Monoflop 1 den Strom i2=k(i2-i1) liefert. Außerdem erhält der Monoflop 1 einen Triggerimpuls.

Der Monoflop 1 erzeugt dann einen Impuls P2 mit der Dauer T2, für die gilt

T2 = (1/12) · C · Vth = [1/k(i2 - i1)] · C · Vth.

Der Impuls P2 gelangt an die Verhältnisrechenschaltung 7 und öffnet deren UND-Glied 7a, so daß die Taktimpulse CK2 an den voreinstellbaren Zähler 7b angelegt werden.

Der voreinstellbare Zähler 7b liefert jedesmal ein Übertragssignal, wenn sein Zählerstand den voreingestellten Wert erreicht. Die Übertragssignale werden von dem Zähler 7c gezählt. Der Zählerstand des Zählers 7c gibt das Verhältnis zwischen den Impulsdauern der Impulse P1 und P2 gemäß nachfolgender Gleichung an.

Dieses Verhältnis ist der Entfernung L proportional. Der Zählerstand hängt nur von der Stromsumme (i1 + i2) und der Stromdifferenz (i2 - i1) ab und nicht von der Kapazität C des Kondensators 1b, der Versorgungsspannung Ve und der Schwellenspannung Vth. Folglich stellt der Zählerstand ein sehr genaues Maß für die Entfernung dar, das frei ist von Einflüssen aufgrund von Schwankungen der Versorgungsspannung Ve, der davon abhängenden Schwellenspannung Vth und der zeit- und temperaturvariablen Kapazität des Kondensators.

Der errechnete Wert wird an den Datenspeicher 14 angelegt als Zugriff auf eine entsprechende Adresse zum Auslesen der Entfernungsinformation, die als ein Parameter für die Entfernungseinstellung und die Belichtungssteuerung verwendet wird.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Bezugswiderstand 3 und der Lichtdetektor 4 der Lichtmeßschaltung sowie die Entfernungsmeßschaltung 10 sind über eine Meßbetriebsart-Schaltanordnung 15 mit dem Monoflop 1 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel können beispielsweise dadurch, daß die Meßbetriebsart-Schaltanordnung 15 vom Auslöser der Kamera betätigt wird, die Ergebnisse der Lichtmessung und der Entfernungsmessung mit Hilfe eines gemeinsamen Monoflops 1 in ein Pulsdauerverhältnis zum Zugriff auf einen Datenspeicher 16 umgesetzt werden, der Objekthelligkeitsdaten und Entfernungsdaten zur Erzeugung digitaler Signale speichert. Die Anordnung dieses Ausführungsbeispiels ist deshalb besonders kostengünstig.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen umfaßt die Verhältnisrechenschaltung eine Kombination von Zählern. Statt dessen könnte auch eine andere Pulsdauerrechenschaltung oder Verhältnisrechenschaltung verwendet werden. Es kann sowohl zuerst der Bezugswert als auch zuerst der Meßwert an die Verhältnisrechenschaltung angelegt werden. Als Lichtdetektor kann eine Siliciumfotodiode verwendet werden.

Wie beschrieben, sieht die Erfindung vor, daß eine Impulsgebereinrichtung nacheinander mit einem Bezugselement und einem Meßelement, welche die Dauer des jeweils abgegebenen Impulses bestimmen, verbunden wird. Das Verhältnis der Impulsdauern der beiden so von der Impulsgebereinrichtung gewonnenen Impulssignale wird dann ermittelt. Auf diese Weise kann ein Meßwert mit hoher Genauigkeit in ein digitales Signal umgesetzt werden, das von Zeit- und Temperatureinflüssen unabhängig ist und bei dem sich auch die Schaltungskonstanten wie die Kapazität des Kondensators, der Teil einer Zeitkonstantenschaltung ist, und die Spannungen nicht auswirken.

Da Impulsdauern verglichen werden, ist kein Vergleicher erforderlich, und die Versorgungsspannung kann sehr niedrig sein.

Die Impulsdauerverhältnisse werden als Adressen verwendet und die ihnen entsprechenden Meßwerte sind als Daten in einem Speicher gespeichert. Unterschiede einzelner Vorrichtungen können deshalb leicht dadurch kompensiert werden, daß die zu speichernden Daten entsprechend den Charakteristiken und Toleranzen des Detektors und der Schaltungskomponenten variiert werden. Die für die Kamerasteuerung benötigten Parameter können deshalb mit hoher Genauigkeit und ohne Erfordernis sehr genauer Schaltungskomponenten ermittelt werden.

Claims (5)

1. Analog-Digitalumsetzer für Kameras zur Umsetzung eines von einer Meßsignalerzeugungseinrichtung (4, 10) erzeugten analogen Meßsignals in einen digitalen Steuerwert, umfassend eine Impulsausgabeeinrichtung (1), die nacheinander wahlweise mit einer Bezugssignalerzeugungseinrichtung (3, 10) und der Meßsignalerzeugungseinrichtung (4, 10) verbindbar ist, wobei die Signalerzeugungseinrichtung die Dauer eines jeweils abgegebenen Impulses bestimmen, eine Einrichtung (7) zur Errechnung eines dem Verhältnis der Impulsdauern der beiden Impulse von der Impulsausgabeeinrichtung (1) entsprechenden Werts, und eine Speicheranordnung (14), aus der für jeden errechneten Wert der jeweilige digitale Steuerwert auslesbar ist.

2. Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsausgabeeinrichtung (1) über einen Betriebsartschalter (15) wahlweise mit einer von wenigstens zwei Schaltungsgruppen (3-6; 10, 13, 17) verbindbar ist, von denen jede eine Bezugssignalerzeugungseinrichtung (3; 10), eine Meßsignalerzeugungseinrichtung (4; 10) und eine Einrichtung (5, 6; 13) zur Anschaltung entweder der einen oder der anderen dieser beiden Signalerzeugungseinrichtungen aufweist.

3. Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignalerzeugungseinrichtung (4) einer Schaltungsgruppe ein Lichtmeßelement ist und die einer zweiten Schaltungsgruppe eine Entfernungsmeßeinheit (10).

4. Analog-Digitalumsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zur Errechnung eines dem Verhältnis der Impulsdauern entsprechenden Werts, ein Verknüpfungsglied (7a), einen ersten Zähler (7b) und einen zweiten Zähler (7c) aufweist, daß ein erster Eingang des Verknüpfungsglieds (7a) mit dem Ausgang der Impulsausgabeeinrichtung (1) verbunden ist, daß ein zweiter Eingang des Verknüpfungsglieds (7a) mit dem Ausgang eines Taktoszillators (9) verbunden ist, und daß der Ausgang des Verknüpfungsglieds (7a) mit einem Eingang des ersten Zählers (7b) verbunden ist, während ein Ausgang des ersten Zählers (7b) mit einem Eingang des zweiten Zählers (7c) verbunden ist derart, daß der erste Zähler (7b) während der Dauer eines ersten von der Impulsausgabeeinrichtung (1) abgegebenen Impulses die in einem ersten vom Taktoszillator (9) abgegebenen Taktsignal (CK1) enthaltenen Taktimpulse zählt und auf den am Ende des ersten Impulses erreichten Zählwert voreingestellt wird, daß der erste Zähler (7b) während der Dauer eines nachfolgenden zweiten von der Impulsausgabeeinrichtung (1) abgegebenen Impulses die in einem vom Taktoszillator (9) abgegebenen zweiten Taktsignal (CK2) enthaltenen Impulse zählt und jeweils bei Erreichen des voreingestellten Zählwerts ein Übertragsignal an den zweiten Zähler (7c) abgibt, wobei der Zählwert des zweiten Zählers (7c) am Ende des zweiten Impulses der dem Verhältnis der Impulsdauern der beiden Impulse entsprechende Wert ist.

5. Analog-Digitalumsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Taktoszillator (9) an das Verknüpfungsglied (7a) während der Dauer des ersten Impulses angelegte Taktsignal (CK1) eine niedrigere Wiederholungsfrequenz als das während der Dauer des zweiten Impulses angelegte Taktsignal (CK2) aufweist.