DE1907102C3 - Vorrichtung zur Messung des Zeitintegrals eines Lichtstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Zeitintegrals eines Lichtstromes, insbesondere des Lichtstroms einer Blitzlichtquelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Gegenstand der Erfindung, der als Belichtungsmesser zum Bestimmen der richtigen Belichtung des Photographierobjcktes verwendbar ist, dient der Aufgabe, eine dem Logarithmus des Zeitintegrals des Lichtstroms proportionale Spannung zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Mit einer bekannten Vorrichtung (DE-AS 11 46 669) der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe nicht gelöst. Vielmehr liefert hier das Meßinstrument eine der auf den photoelektrischen Wandler gefallenen Lichtmenge proportionale Anzeige, wenn auch in der Schaltung des bekannten Gerätes eine Photodiode in Reihe mit einem Ladekondensator liegt.

Auch mit einer anderen bekannten Schaltung (CH-PS 11 386), bei der die Kondensatorspannung am Steucrgittcr einer Elektrometerröhre anliegt, wobei ferner der Kondensator so bemessen wird, daß er mit seinem Isolalionswidcrstand eine Zeitkonstante von mehreren Sekunden besitzt und bei der die Ladespannung, mit der der Kondensator aufgeladen wird, bei gegebenen Lichtströmen möglichst groß gemacht wird, wird nicht mehr als das Zeitintegral des Photowandlerstromes meßbar. Das Gleiche ist bei einer Vorrichtung nach einem älteren Vorschlag (DE-OS 15 97 347) der Fall, die in ihrer Integrationsschaltung ebenfalls nur eine Diode in Reihe mit dem Photowandler und parallel zum Kondensator enthält. Dort erfolgt eine kontinuierliche

ίο Beleuchtung des photoelektrischen Elementes, und die Spannung am Kondensator ist ein Maß für den Logarithmus der momentanen Beleuchtungsstärke.

Wenn, wie bei den bekannten Geräten, die einzige vorhandene Diode in Serie mit dem photoelektrischen Wandler und der Stromquelle und parallel zu dem Kondensator geschaltet ist, wird der Lichtstrom völlig im Kondensator aufgeladen, was zur Folge hat, daß die Ladespannung des Kondensators nur der Zeitintegration des Lichtstromes proportional ist, nicht aber, wie bei der Vorrichtung nach der Erfindung, dem Logarithmus der Zeitintegration. Das ist damit zu erklären, daß der wesentliche Teil des Lichtstromes nach Aufladungsbeginn durch die parallel geschaltete Diode fließt und nur ein kleiner Teil davon durch die Serienschaltung der anderen Diode mit dem Kondensator. Mit diesem kleinen Teil wird der Kondensator aufgeladen.

Bei den bekannten Vorrichtungen macht sich der Umstand bemerkbar, daß der Logarithmus der Photostrommenge sich nach dem Exponentialgesetz ändert und der Integralkondensator auf eine sehr hohe Spannung aufgeladen wird, wenn die Ladespannung der Photostrommenge proportional ist. Infolgedessen muß eine Stromquelle hoher Spannung vorhanden sein, und die Teile der Vorrichtung müssen entsprechend

J5 bemessen sein; die Vorrichtung wird entweder groß oder kompliziert. Wird keine Hochspannung verwendet, dann wird der Meßbereich eingeengt. Solche Schwierigkeiten stellen sich bei der Vorrichtung nach der Erfindung nicht ein.

4i) Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es sind
F i g. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 die graphische Darstellung der elektrischen Spannungscharakteristik einer der Dioden,

Fig.3 ein Ausschnitt aus Fig. 1, vergrößert dargestellt, und

F i g. 4 die graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen Strom und Spannung in einem Kondensator bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform. Die Stromquelle 1 ist mit einem Hauptschalter 2 in Reihe geschaltet. In dem photoelektrischen Kreis ist die Photozelle 3 mit einer hohen Ansprechcharakteristik, die das von dem Objekt reflektierte Licht oder das das Objekt beleuchtende Licht aufnimmt, in Reihe mit dem Widerstand 5 geschaltet, der mit dem Emitter des einen großen Verstärkungsfaktor besitzenden Transistor 4

bo verbunden ist. Dabei fließt fast der gesamte Photostrom von Photozelle 3 über den Kollektor. Die gleiche Photozelle 3 ist ferner mit jedem Tor der einen Differenzverstärkungskreis bildenden Feldeffekttransistoren 7,8 verbunden.

b5 Die Widerstände 9, 10 sind Spannungsteiler, die Spannung auf das Tor des Transistors 8 geben. Der Widerstand 11 ist der Widerstand für die Transistoren 7, 8. lede Basis der ebenfalls einen Differenzverstärkun^s-

kreis bildenden Transistoren 12, 13 ist mit den Widerständen 14, 15 verbunden, wobei letztere wiederum mit dem Ausgang der Feldeffekttransistoren 7, 8 verbunden sind. Der Widerstand 16 ist der gemeinsame Emitterwiderstand deT Transistoren 12,13. Der Widerstand 17 dient der Strombegrenzung, und der Widerstand 18 erzeugt eine negative, rückgekoppelte Spannung an der Basis des Transistors 4.

Parallel zu dem Kollektor des Transistors 4 sind zwei Dioden 19, 20 geschaltet, wobei die Diode 19 mit dem Ladekondensalor 21 praktisch in Reihe liegt und zum Entladen des Kondensators 21 diesem ein Schalter 22 parallel geschaltet ist, wodurch der die Lichtmenge integrierende Stromkreis gebildet wird. Die einen Differenzverstärkungskreis bildenden Feldeffekttransistoren 23, 24 messen die Ladespannung des Ladekondensators 21, wodurch der Zeiger des Galvanometers 25 ausschlägt und die gemessene Photostrommenge anzeigt.

Der Widerstand 26 ist der Widerstand der Feldeffekttransistoren 23, 24 und 27 der Widerstand der die Charakteristik der Feldeffekttransistoren 23,24 festlegt. 28,29 sind mit dem Ausgang der Feldeffekttransistoren 23,24 verbundene Widerstände. Die Differenz zwischen der durch den Austrittsstrom des Feldeffekttransistors 23 am Widerstand 28 erzeugten Spannung und der durch den Austrittsstrom des Feldeffekttransistors 24 am Widerstand 29 erzeugten Spannung ergibt an den beiden Enden des Galvanometers 25 eine Potentia Idifferenz. 30 ist der Widerstand zur Einstellung der Empfindlichkeit des Galvanometers 25.

Der Kondensator 32 und der veränderliche Widerstand 33 bilden einen Zeitsteuerstromkreis, wobei gleichzeitig mit dem Einschalten der Hauptschalter das Aufladen des Kondensators 32 beginnt. Nach einer vorgebbaren Zeit, die von dem beliebig wählbaren Wert des veränderlichen Widerstandes 33 und der Kapazität des Kondensators 32 abhängig ist, wird die Spannung an der Basis des Transistors 34 vermindert, die mit dem Emitter des Transistors 34 verbundene Diode 31 in Flußrichtung gepolt, die Basisspannung des Transistors 4 auf Null reduziert und damit der Photostrom am Emitter des Transistors 4 ausgeschaltet, wodurch die integrierte Zeit durch den Stromkreis gesteuert ist. 35 ist der Emitterwiderstand des Transistors 34 und 36 der Auslöser des Blitzlichtes 37, der mit dem Schalter 2 der Stromquelle 1 und dem Entladungsschaiterdes Kondensators 22 zusammenwirkt.

Bei dem oben beschriebenen Kreis sind die Widerstände 9, l'i) vorher derart bestimmt, daß die Punkte a und b in F i g. 1 gleiches Potential haben, wenn ein bestimmter Strom in der Photozelle 3 fließt, und daß bei Vergrößerung des Photostroms der Photozelle 3 über die vorbestimmte Stromstärke hinaus das Potential an dem Punkt a abfällt und desgleichen das Torpotential des Feldeffekttransistors 7. Folglich fällt die Spannung am Widerstand 14 und die am Widerstand 15 steigt, so daß der Strom am Kollektor des Transistors 13 vergrößert wird und die Spannung am Widerstand 18 ansteigt, wodurch das Potential am Punkt a angehoben und das verringerte Potential wieder seine Ausgangshöhe erreicht.

Wenn umgekehrt der Photostrom der Photozelle 3 geringer als die vorbestimmte Größe ist und das Potential am Punkt α ansteigt, so arbeitet die Spannung entgegengesetzt zu der zuvor beschriebenen Weise. Das Potential am Punkt ;i sinkt und der Ausgleich wird wieder hergestellt, so daß sowohl bei großem oder kleinen Photostrom bei vorliegendem Schaltkreis die Punkte a und b auf gleichem Potential liegen.

Wenn z. B. das Spannungsrückkopplungsverhältnis

ίο an dem Punkt a gleich ß, die Änderung der Spannung an

dtm Punkt a durch die Änderung des Photostroms ohne Rückkopplung Ax und die Änderung der Spannung an dem Punkt a bei negativer Rückkopplung Ay'xsi, so gill

Ay = Ax- fiAy,

Iy =

Ix

1+ß

Durch Vergrößerung von β kann also 4y unabhängig von Ax Null angenähert werden, d. h. unabhängig von einer Stromänderung in der Photozelle 3 kann die Spannung an beiden Enden der Photozelle 3 fast Null gemacht werden. Daher wird bei Anwendung des vorbeschriebenen Rückkoppelkreises eine Linearität der Beleuchtungsstärke zum Photostrom hergestellt.

Anstatt der Widerstände 5 und 6 können zwei Dioden angeordnet werden. Gegenüber der Verwendung von Widerständen, kann, hierdurch der Photostrom verstärkt werden, und außerdem ist der Stromänderungsbereich größer und der Meßbereich entsprechend erweitert. Dies ist in F i g. 2 der Zeichnung dargestellt.

Man kann auch anstelle der als Batterie wirkenden photovoltaischen Zelle einen Photowiderstand verwenden, der durch Lichteinfall leitend wird. In diesem Fall ist es nötig, eine bestimmte Spannung an dem Photowiderstand anzulegen, so daß, wenn das eine Ende dieses Widerstands mit dem Punkt a verbunden wird und das andere mit Erde, der photoelektrische Strom wie bei der Photozelle 3 verstärkt werden kann.

In F i g. 3 ist der Lichtmengenintegralkreis mit den Dioden 19, 20 und dem Kondensator 21 nochmals dargestellt.

Fig.4 ist eine graphische Darstellung, aus der hervorgeht, daß die Spannung V21 des Kondensators 21 dem Exponenten der Lichtmenge Q_y proportional ist, wenn der über die Zeit integrierte photoelektrische Strom (?, entsprechend der Kondensatorkapazität groß genug ist. Diese Spannung V21 des Kondensators ist auch die Torspannung des Feldeffekttransistors 23, so daß ein der Spannung V21 entsprechender Strom in das Galvanometer 25 fließt, dessen Ausschlagscharakteristik so ist, daß es die Größe von Q_v in gleichmäßigen Intervallen zeigt.

Dadurch kann die Skala des Galvanometers 25 gleichmäßig zur Angabe des Belichtungswertes oder des Aperturwertes unterteilt sein und die Skala kann auch den Intervallen der Abstufung der Filmempfindlichkeit entsprechen, so daß eine Skala für jede Filmempfindlichkeit erhalten wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung des Zeitintegrals eines Lichtstromes, insbesondere des Lichtstroms einer Blitzlichtquelle, mit einem photoelektrischen Wandler, einer an dem Wandler einerseits und einem Meßgerät andererseits angeschlossenen Integrationsschaltung, die einen Kondensator und einen Schalter zum Entladen des Kondensators enthält und mit einer Stromquelle zur Aufladung des Kondensators, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsschaltung eine erste Diode (20) enthält, an deren Anschlußklemmen eine aus einer zweiten Diode (19) und dem Kondensator (21) bestehende Serienschaltung angeschlossen ist, daß der Wandler (3) mit einer Anschlußklemme der ersten Diode (20) einerseits und mit einer Anschlußklemme der Spannungsquelle andererseits verbunden ist, und daß die andere Anschlußklemme der ersten Diode (20) an der anderen Anschlußklemme der Spannungsquelle (1) angeschlossen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltelement (4) zum Steuern des Stromflusses zwischen dem photoelektrischen Wandler (3) und der Integrationsschaltung (19, 20, 21) vorgesehen ist, welches an eine Schaltung (31,32, 33, 34, 35) zum Steuern der Integrationszeit angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Klemmen des Kondensators (21) mit jeweils einem Eingang eines zwei Feldeffekttransistoren (23, 24) enthaltenden Differenzverstärkers verbunden sind, an dessen Ausgang das Meßgerät (25) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (31, 32, 33, 34, 35) zum Steuern der Integrationszeit einen /?C-Kreis (32,33) enthält, der zur Einstellung einer Zeitkonstante dient.