DE2607206A1

DE2607206A1 - Fotostromverstaerker

Info

Publication number: DE2607206A1
Application number: DE19762607206
Authority: DE
Inventors: Karl-Peter Dipl Ing Strauss
Original assignee: Rollei Werke Franke und Heidecke GmbH and Co KG
Current assignee: Rollei Werke Franke und Heidecke GmbH and Co KG
Priority date: 1976-02-23
Filing date: 1976-02-23
Publication date: 1977-09-01
Also published as: GB1529499A; JPS52104178A

Description

ROLLEI-WERKE 20. Februar 1976

Franke & Heidecke

Braunschweig ο cm 9 OR

Patentanmeldung

Fotostromverstärker

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung des Fotostromes eins lichtelektrischen Wandlers mit einem Operationsverstärker, an dessen Eingang der fotoelektrische Wandler angeschlossen ist.

Bei bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art wird zur Verstärkung des relativ kleinen Fotostromes von Silicium-Fotozellen in Belichtungssteuereinrichtung von fotografischen Kameras allgemein eine logarithmisch komprimierende Verstärkeranordnung verwendet, da bei einer linearen Verstärkeranordnung der hohe Dynamikbereich, der von Lichtwert -2 bis Lichtwert 16 108 Dezibel beträgt als Spannungsfaktor nicht beherrschbar ist. Bei sehr kleinen Fotoströmen ergeben sich bei diesen logarithmischen Verstärker· anordnungen infolge der Restströme von Verstärker und loga-

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rithmierenden Element ( z.B. Transistor) erhebliche Schwierigkeiten, da die aus diesen Restströmen resultierende Fehler wegen der logarithmischen Kennlinie zum Teil nicht kompensierbar sind.

Um diese Fehler zu vermeiden, ist bereits der 'tfeg gegangen worden, den Fotostrom zunächst auf einen "fert zu verstärken, der eine problemlose logarithmierung ohne diese Schwierigkeiten erlaubt. Dies geschieht mittels Verstärkeranordnungen, deren Ausgangesignal ein Strom ist, wobei jedoch dieser Strom durch Messung eines Spannungsabfall an einem Widerstand gebildet wird- Durch diese Zwischenschaltung eines Spannungspegels sind solche Anordnungen ebenfalls nicht für ein genügend großen Dynamikbereich geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkeranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Vermeidung der eingangs geschilderten Nachteile geeignet ist, kleine bis sehr kleine Fotoströme über einen großen Dynamikbereich zu verstärken.

Diese Aufgabe ist gerräß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß eine erste opto-elektrische Kopplung zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Operationsverstärkers im Sinne einer Gegenkopplung und eine zweite optο-elektrische Kopplung zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem Ausgang der Verstärkeranordnung vorgesehen ist, wo-

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"bei der Kopplungsgrad der ersten opto-elektrischen Kopplung kleiner als der der zweiten'bemessen ist.

Auf diese Weise wird ein Regelkreis geschaffen, der sich stets so einregelt, daß der Strom des lichtelektrischen Wandlers gleich dem Strom ist, der in der Rückkopplungsleitung durch die erste opto-elektrische Kopplung hervorgerufen wird, so daß das Eingangssignal des Operationsverstärkers zu ITuIl wird. 7/ird dabei der Grad dieser opto-elektrischen Kopplung sehr viel kleiner gewählt als der Grad der opto-elektrischen Kopplung zwischen Ausgang des Operationsverstärkers und dem Ausgang der gesamten Verstärkeranordnung, so kann am Ausgang der Verstärkeranordnung ein dem Fotostrom am lichtelektrischen Tandler proportionaler elektrischer Strom abgenommen werden, der um ein Vielfaches größer ist als der von dem fotoelektrischen handler in Abhängigkeit von dem empfangenen Licht hervorgerufene Strom.

Fach einer 7/eiterbildung der Erfindung wird die Verringerung des Kopplungsgrades der ersten opto-elektrischen Kopplung zwischen Ausgang und Eingang des Operationsverstärkers dadurch erreicht , daß in dieser opto-elektrischen Kopplung licht dämp fen de Mittel angeordnet sind. -Je stärker die Dämpfungswirkung dieser lichtdämpfenden Tittel ist, desto größer ist die Verstärkung der Verstär'-cmgsanordmmg.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß am Ausgang des Operationsverstärkers eine Lichtquelle angeordnet ist, deren Lichtabstrahlung von einem ziveiten und einem dritten fotoelektrischen 7/andler erfaßt wird, daß der zweite fotoelektrische Wandler am Eingang des Operationsverstärkers in der Teise angeschlossen ist, daß er dem ersten lichtelektrischen Tandler antiparallel geschaltet ist und daß der dritte fotoelektrische 'Tandler mit den Ausgangskieminen der Verstärkeranordnung verbunden ist und daß zwischen dem zweiten fotoelektrischen Wandler und der Lichtquelle mindestens ein Lichtdämpfnngsfilter angeordnet ist. Dabei ist die Lichtquelle vorzugsweise als Leuchtdiode ausgebildet und der zweite und der dritte fotoelektrische Tandler sind zusammen mit der Leuchtdiode in einem lichtdichten Gehäuse angeordnet.

Durch die hohe Stromverstärkung der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung ist es bei Amvendung des erfindungsgemässen Verstärkers in Belichtungsmeßsystemen von fotografischen Kameras möglich, den ßleßbereich dieser Belichtungsmeßsysteme erheblich in dichtung sehr kleiner Lichtwerte zu erweitern, bei welchen nur äußerst geringe Fotoströme von dem lichtelektrischen 'Wandler erzeugt werden.

Die Schaltanordnung zur Verstärkung von Fotoströmen sei an Hand des in der Zeichnung dargestellten schematischen Schalt-

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aufbaus nachstehend beschrieben.

Mit 1 ist ein Operationsverstärker bezeichnet, der von einer Oleichspannungsquelle gespeist wird, deren Abschlüsse mit " + " und V- " gekennzeichnet sind. Der nicht invertierende "Eingang des Operationsverstärkers ist mit einer Referenzspannung beaufschlagt. An dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers sind ein erster und ein zweiter fotoelektrischer 7/andler in Form einer Fotodiode 2 und 3 angeschlossen und zwar derart, daß die Katode der Fotodiode 2 und die Anode der Fotodiode 3 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 und die Anode der Fotodiode 2 und die Katode der Fotodiode 3 mit Referenzpotential verbunden ist.· Beide Fotodioden sind also antiparallel zwischen Referenzpotential und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 eingeschaltet.

Am Ausgang des Operationsverstärkers 1 ist eine als Leuchtdiode 4 ausgebildete Lichtquelle angeschlossen. Die Leuchtdiode 4 und die Fotodiode 3 sind zusammen mit einem weiteren als Fotodiode 5 ausgebildeten lichtele-ctrischen handler in einem lichtdichten Gehäuse 6 angeordnet. Die Fotodiode 5 ist mit den Ausgangsklemmen 7 und 8 der Schaltungsanordnung zur Fotostromverstärkung (Verstärkeranordnung) verbunden. Zwischen Leuchtdiode 4 und Fotodiode 3 ist ein Lichtdämpfungsfilter 9 derart angeordnet, daß Licht von der Leuchtdiode 4

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nur über das Filter 9 zur Fotodiode 3 gelangen kann.

Die Wirkungsweise der Verstärkeranordnung ist wie folgt:

Das zu messende Licht trifft auf die Fotodiode 2 und erzeugt hier einen entsprechenden Fotostrom. Über den Operationsverstärker 1 wird die Leuchtdiode 4 angesteuert, und zwar so, daß zunehmender Fotostrom, in der Fotodiode 2 die Lichtabstrahlung der Leuchtdiode 4 erhöht. Dieses von der Leuchtdiode 4 ausgesandte Licht gelangt einmal durch das Lichtdämpfungsfilter 9 auf die Fotodiode 3 und ruft hier einen entsprechenden Fotostrom hervor, der mit entgegengesetzter Polarität zu dem Fotostrom der Fotodiode 2 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 gelangt. Damit bildet sich ein Regelkreis, der sich stets so ausregelt, daS der Strom aus der Fotodiode 3 gleich dem Strom aus der Fotodiode 2 ist und somit das Eingangssignal des Operationsverstärkers zu ITuIl wird.

Das von der Leuchtdiode 4 ausgesandte Licht trifft auch auf die Fotodiode 5 und erzeugt hier einen entsprechenden Fotostrom, der an den Ausgangsklemmen 7 und 8 der Verstärkeranordnung abgenommen werden- "cann. Eorgt man durch entsprechende Bemessung des Lichtdämpfun5sfilters 9 dafür, daß zwischen der Beleuchtungsstärke, die an der Fotodiode 3 herrscht» und der Beleuchtungsstärke j die an der Fotodiode 5 herrscht, ein festes Verhältnis besteht, so kann an den Aus

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gangsklemmen der Verstärkeranordnung ein Fotostrom abgenommen werden, der um dieses Verhältnis größer ist als der duroh das Meßlicht in der Fotodiode 2 hervorgerufene Fotostrom.

Die Genauigkeit der Anordnung ist von den Eingangsdaten des verwendeten Operationsverstärkers sowie von dessen Leerlaufverstärkung abhängig, wobei letztere bei handelsüblichen Verstärkern genügend hoch ist. Die Eingangsdaten wie Offsetspannung und Bias current lassen sich in jedem Fall vollständig kompensieren und zwar sowohl direkt am Eingang des Operationsverstärkers als auch durch nachträg-.liehe Korrektur am Ausgangssignal der Verstärkeranordnung.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Verstärkung des Fotostromes eines lichtelektrischen 7andlers mit einem Operationsverstärker, an dessen Eingang der fotoelektrische 7,'andler angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine optoelektrische Kopplung des Ausgangs des Operationsverstärkers (1) einerseits mit dem Eingang des Operationsverstärkers im Sinne einer Gegenkopplung und andererseits mit dem Ausgang der Schaltanordnung, wobei der Kopplungsgrad der erstgenannten opto-elektrischen Kopplung kleiner ist als der der zweitgenannten.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der opto-ele'ctrischen Kopplung zwischen Ausgang und Eingang des Operationsverstärkers (1) lichtdäirpfende Mittel vorgesehen sind.

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ORIGINAL INSPECTED

3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Operationsverstärkers (1) eine Licht- / quelle (4) angeordnet ist, deren Lichtabstrahlung von einem zweiten und einem dritten fotoele.ctrischen '.Tandler erfaßt wird, daß der zvreite fotoelektrische Wandler (3) am Eingang des Operationsverstärkers in der '-Teise angeschlossen ist, daß er dem ersten fotoelektrischen Wandler (2) entgegengerichtet parallel geschaltet ist, daß der dritte fotoelektrisch Wandler (5) mit den Ausgangs kleiriren (7,8) der Schaltanordnung verbunden ist und daß zwischen dem zweiten fotoelektrischen Tandler und der Lichtquelle mindestens ein Licht dämpf¹ mgs filter (9) angeordnet ist.

4· Anordnung na^h Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) und der zweite und dritte fotoelektrische Tandler (3_}5) gemeinsam in einem lichtdichten Gehäuse (6) angeordnet sind.

5· Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle als Leuchtdiode (4) ausgebildet ist.

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