DE2823807C3

DE2823807C3 - Kamera mit Belichtungssteuerschaltung

Info

Publication number: DE2823807C3
Application number: DE2823807A
Authority: DE
Inventors: Masamichi Tokio Furukawa
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1980-10-23
Also published as: US4223271A; DE2823807B2; DE2823807A1; JPS53148372A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kamera mit Belichtungssteuerschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um dem Fotografen die mühsame Aufgabe abzunehmen, mittels der Belichtungs-Einstelleinrichtungen auf der Kamera die entsprechenden Einstellungen vorzunehmen, wurden automatisch arbeitende Belichtungseinrichtungen entwickelt. Derartige Einrichtungen umfassen allgemein einen Fotosensor, der eine Ausgangsspannung erzeugt, welche der Objekthelligkeit entspricht. Im Augenblick des Verschlußöffnens wird der Fotosensor erregt. Das Ausgangssignal des Fotosensors wird integriert, und der Verschluß wird geschlossen, wenn der integrierte Wert einen vorbestimmten Pegel erreicht. Eint derartige Einrichtung kann auch bei elektronischen Blitzgeräten vor allem zum Regulieren der Blitzdauer als Funktion des reflektierten Lichts verwendet werden.

Da die Ausgangsspannung allgemein verfügbarer Fotosensoren in Abhängigkeit von dem auffallenden Licht einen weiten Bereich einnimmt, ist es wünschenswert, den Bereich, in dem sich die Spannung bewegen kann, logarithmisch zu komprimieren. Typische Schaltungen, die eine derartige Funktion durchführen, umfassen im allgemeinen Transistoren und Dioden, die bezüglich Temperaturschwankungen empfindlich sind.

Für die Temperaturstabilisierung derartiger Schaltungen sind Komplexe und relativ aufwendige Schaltungen erforderlich. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise bekannt aus der DE-AS 21 01 616. Aus dem Buch ELECTRONIC ANALOG COMPUTERS, Mc Graw Hill Book Co. Inc. 1956, Seiten 23 bis 25, 417, 420 und 421, dort insbesondere 6. Schaltung von oben, sind zum Zusammenhang mit Computern eine Vielzahl von passiven '.'.nd aktiven Netzwerken mit ihren jeweiligen Übertragungsfunktionen angegeben. Aus diesen Schaltungen ist jedoch nicht ohne weiteres ersichtlich, daß sich insbesondere die letztgenannte Schaltung zusammen mit einem Operationsverstärker eine Decompressions von Belichtungssteuersignalen besonders erzeugt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kamera mit Belichtungssteuerschaltung anzugeben, die eine größere Temperaturstabilität aufweist als bekannte Schaltungen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

j) Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

F i g. 1 eine bekannte Belichtungssteuerschaltung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung und

Fig.3 und 4 graphische Darstellungen zur Veranschaulichung der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Schaltung.

Eine in Fig. 1 dargestellte Integrationsschaltung 11 gemäß dem Stand der Technik umfaßt einen Fotowiderstand 12, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von dem auffallenden Licht variiert. Eine Elektrode des Fotowiderstandes 12 ist mit der positiven Klemme einer Batterie 13 verbunden, deren negative Klemme mit der Kathode einer Diode 14 in Verbindung steht. Der bewegliche Kontaktteil 16a eines Schalters 16 ist mit der Anode der Diode 14 verbunden. Ein fester Kontakt 16£> des Schalters 16 ist an den Fotowiderstand 12 geschaltet und steht weiterhin mit einem festen Kontakt 176 eines Schalters 17 in Verbindung. Der bewegliche Kontakt 17a des Schalters 17 ist mit der negativen Klemme der Batterie 13 über einen Kondensator 18 verbunden und steht weiterhin mit der Gate-Elektrode eines N-Kanal-FET 19 in Verbindung. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 19 ist an die positive Klemme der Batterie 13 angeschlossen. Die Source-Elektrode des FET 19 steht mit der Source-Elektrode eines weiteren N-Kanal-FET 21 in Verbindung und weiterhin mit dem Kollektor eines bipolaren NPN-Transistors 22. Der Emitter des Transistors 22 steht mit der negativen Klemme der Batterie 13 über einen Festwiderstand 23

und einen hierzu in Serie liegenden veränderbaren Widerstand 24 in Verbindung. Die Gate-Elektrode des FET 21 ist mit einem festen Kontakt 16c des Schalters 16 verschaltet Ein Widerstand 26 liegt in Serie mit Dioden 27 und 28 parallel zu der Batterie 13, wobei der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 26 und der Anode der Diode 27 mit der Basis des Transistors 22 verschaltet ist.

Die Drain-Elektrode des FET 21 ist über einen Festwiderstand 29 und einen Thermistor 31 in Serie an die positive Klemme der Batterie 13 geschaltet. Ein fester Widerstand 32 liegt parallel zu dem Thermistor 31.

Die Drain-Elektrode des FET 21 ist weiterhin mit der Basis eines PNP-Transistors 33 verbunden, dessen Emitter mit der positiven Klemme der Batterie 13 über einen Widerstand 34 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 33 ist mit der negativen Klemme der Batterie 13 über einen Widerstand 36 verSunden. Der Kollektor des Transistors 33 ist weiterhin an die Basis eines PNP-Transistors 37 geschaltet, dessen Emitter mit der posith'en Klemme der Batterie 13 verschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 37 ist an die Gate-Elektrode des FET 21 geschaltet und bildet eine Ausgangsklemme.

Beim Betrieb werden die miteinander gekoppelten beweglichen Kontakte 16a und 17a in Berührung mit den festen Kontakten 166 und 176 gebracht. Dies verbindet den Verbindungspunkt des Fotowiderstandes 12 und der Diode 14 mit der Gate-Elektrode des FET 19. Der FET 19 und der FET 21 sind als Differentialverstärker geschaltet. Der Transistor 33 dient dazu, das Ausgangssignal des FET 21 zu invertieren, der Transistor 37 dient als Verstärkerstufe.

Der Widerstand und der Stromfluß durch den Fotowiderstand 12 ändern sich nach Maßgabe des auffallenden Lichtes. Derselbe Strom fließt durch die Diode 14, so daß der Spannungsabfall an dieser Diode variiert. Gemäß den grundlegenden Eigenschaften von PN-Übergängen ist die an der Diode 14 abfallende 4» Spannung proportional zu dem Logarithmus des durch die Diode fließenden Stromes. Die Spannung an der Diode 14 bewirkt, daß der Kondensator 18 aufgeladen wird, wodurch die augenblicklich an der Diode 14 anliegende Spannung integriert wird. Werden die 4-, beweglichen Kontakte 16a und 17a umgeschaltet, wird der Kondensator 18 von der Diode 14 getrennt und behält seine Ladung. Die Spannung am Kondensator 18 wird durch den Differentialverstärker verstärkt und erscheint am Kollektor des Transistors 37. -,o

Da die Diode 14, der FET 19, der FET 21 und die Transistoren 33 und 37 hinsichtlich ihrer Charakteristika beträchtlich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur schwanken, ist der Thermistor 31 vorgesehen, um die Temperaturstabilität zu verbessern. Der Transistor 22 dient als Konstantstromquelle für den FET 19 und den FET 21, der Widerstand 26 dient in Kombination mit den Dioden 27 und 28 dazu, die Temperaturstabilität des Transistors 22 zu verbessern. Man sieht, daß die in F i g. 1 gezeigte Schaltung ziemlich w) kompliziert ist und nicht mi* g^r.^.vr Stabilität bezüglich Temperaturschwankungen arbeiten kann, weil die verschiedenen Bauteile an unterschiedlichen Stellen auf einem (nicht gezeigten) Schaltungsträger angeordnet sind, wobei die Temperatur an diesen unterschiedlichen to Stellen unier Umständen nicht gleich groß ist.

Dieses Problem wird durcli die in Fi g. 2 dargestellte Integrationsschaltung 41 vollständig ausgeräumt. Die Schaltung 41 umfaßt einen Operationsverstärker 42. Ein Integrationskondensator CO ist zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 geschaltet Eine von einem Fotosensor oder dergleichen (nicht gezeigt) stammende Eingangsspannung wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 über einen Schalter 44 und Widerstände Al, R 2, R 3 und RA, die in Serie geschaltet sind, zugeführt Ein Kondensator Cl ist zwischen den Verbindungspunkt des Widerstandes R τ und R 2 und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 geschaltet Zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände R 2 und R 3 und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 ist ein Kondensator C2 geschaltet Ein Kondensator 3 liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände R 3 und R 4 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 42 ist über einen Widerstand R geerdet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 42 ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 56 verbunden. Letzterer dient als Spannungskomparator. Eine Bezugsspannung VR wird dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 56 zugeführt.

Beim Betrieb wird eine negative Eingangsspannung Vi von einem Fotosensor oder dergleichen (nicht gezeigt) dem Schalter 44 zugeführt. Ist der Schalter 44 geöffnet (Anfangsbedingung), ist die Ausgangsspannung VO des Operationsverstärkers 42 0, und die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 56 hat ihren maximalen Wert. Zu Beginn des Integrationsvorgangs wird der Schalter 44 geschlossen, und die Eingangsspannung Vi wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 über die Widerstände R 1, R 2, R 3 und R 4 zugeführt. Da der Rückführstrom des Operationsverstärkers 42 zu allen Zeitpunkten gleich dem Eingangsstrom ist, beginnt der Kondensator CO, sich linear aufzuladen. Die Ausgangsspannung Vo beginnt, mit einer Geschwindigkeit anzuwachsen, die linear proportional zu dem Eingangsstrom des Operationsverstärkers 42 und damit linear proportional zu der Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 ist. Auf diese Weise wächst die Ausgangsspannung VO als zeitliches Integral der am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 anliegenden Spannung an.

Dadurch, daß die Widerstände R 1, R 2, R 3 und /?4 und die Kondensatoren Cl, C2 und C3 vorgesehen sind, wächst die Ausgangsspannung VO jedoch nicht als zeitliches Integral bezüglich der Eingangsspannung Vi an. Nimmt man den vereinfachten Fall an, daß die Kondensatoren Cl, C2 und C3 sämtlich denselben Wert haben, so lädt sich der Kondensator Cl schneller auf als der Kondensator C2; letzterer wiederum lädt sich schneller auf als der Kondensator C3. Der Grund hierfür liegt darin, daß im Aufladepfad des Kondensators Cl ein kleinerer Widerstand vorliegt als in den Aufladepfaden der Kondensatoren C2 und C3. Somit ist der Eingangsstrom des Operationsverstärkers 42 zu Beginn der integration maximal, da die Kondensatoren Cl, C2 und C3 zu Beginn entladen sind und der Stromfluß durch sie, welcher ebenfalls durch den invtji tierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 fließt, maximal ist. Der Stromfluß durch die Kondensatoren Cl, C2 und C3 fällt mit dem exponentiellen Aufladen der Kondensatoren exponentiell ab. Der Kondensator Cl erreicht seine volle Ladung zuerst,

daran schließen sich die Kondensatoren C2 und C3 ab, so daß für eine konstante Eingangsspannung Vi der Stromfluß durch den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 zu Beginn maximal ist und mit der Zeit allgemein diskontinuierlich abnimmt. Fig.3 zeigt die Ausgangsspannung VO für konstante Werte Kl, V2 und V3 der Eingangsspannung Vi. Man sieht, daß die Ausgangsspannung VO mit der höchsten angelegten Eingangsspannung V3 am schnellsten ansteigt. Bei den Zeitpunkten f 1, f2 und f3 hat die Ausgangsspannung VO jeweils den Wert der Bezugsspannung VR. Überschreitet die Ausgangsspannung VO die Bezugsspannung VR, so nimmt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 56 ihren Minimalwert an. Man sieht, daß für die größte zugeführte Spannung K3 die Zeit f3, die die Ausgangsspannung VO zum Erreichen der Bezugsspannung VR benötigt, am kürzesten ist. Wird die Schaltung 41 in der automatischen Belichtungseinrichtung einer Kamera verwendet, so öffnet die maximale Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 56 den Kameraverschluß (nicht gezeigt), und die minimale Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 56 schließt den Kameraverschluß, nachdem der integrierte Wert der Eingangsspannung K/die Bezugsspannung VT?erreicht.

Die Zeit iO, in der die Ausgangsspannung VO die Bezugsspannung VR als Funktion der Eingangsspannung Vi erreicht, ist in F i g. 4 für den FaIi aufgetragen, bei dem die Schaltungselemente folgende Werte haben:

R = 50OK U, Rl = 33OU

Λ 2 = 21,08 K 12, R 3 = 130 K U

R 4 = 548,59 KU, C 1 = 1 μ F

C2 = 0,47_μΡ, C3 = I μ F
CO = 1 μ F.

In diesem Beispiel beträgt die Zeit t 0 als Funktion der Eingangsspannung Vi:

Cl

-J"

wobei e die Basis des natürlichen Logarithmus ist.

Wird die Eingangsspannung V7um etwa den Faktor 4 von -2,04 V auf -8,05 V erhöht, reduziert sich die Zeil f 0 um etwa den Faktor 250 von 2 Sekunden auf etwa 1/125 Sekunden.

Jede Exponentialfunktion der Form tQ = Z 1&-^Ών'Ι mit Zl und Z2 als gewünschten Konstanten, kann durch entsprechende Auswahl der Werte der Widerstände R 1, /?2, /?3 und /?4 und der Kondensatoren Cl C2 und C3 auf die folgende Weise erhalten werden, wobei Ri + R2+R3 + R4=R0, (R2 + R3 + r4)/ R 0 = a, (R 3 + R 4)/ R 0 = b, R 4/ R 0 = d; i 1, / 2, i 3 und ; 4 Augenblickswerte des Stromflusses durch die Kondensatoren.

dl = ROH« - b)i2 + (ei - d)il + u/4!

= J

/2 dl = RO !(/> - d) /3 -r- h i4|

— = ;3 df = dR0i4

Vi =

- a) i\ + (1 - b)il + (1 - d)i3 + /4|

10

1 + i2 + /3 + /4) df .

Durch Laplace-Transformation ergibt sich aus den Gleichungen (1). (2). (3) und (4):

(1 - a)T ■ K

Vl = -

AAt + BB + CCe^xu + DDe^x2t + ££e^V3' mit T als Zeitkonstante und K als Konstante, ΛΊ. Xl und X3 als Wurzeln der kubischen Gleichung

A^-3 + BX² + CX + D = und

B=Kl, C = Kl, D =

1 - a

E = G ',(a - h)h ■ T\ ■ Tl + (b - d)d ■ Tl ■ Ti + (a - d)d ■ T\ ■ T3\ F = G{aT\ + hTl + dT3)

1
- h\(h - d)d ■ T\ ■ Tl ■ 73

a - d I

(1 - a) (a - b) Tl (a- b)(b - a) Tl (b - d) ■ d T 3

(1 - d)d ■ Ti + (1 - b)b ■ Tl + (I - a)a ■ Tl " ~7T-"rt)(_t< -

/Cl =

Kl =

Tl=ClRd, Tl = ClRU, Ti = CiRi)

^AA ⁼ ~ YY-Xl-M

FAI- YJ X 3 + G(Xl- X 2 j-_X 2 · X 3 + X 3 · X 1)_

χι² χι² ■ xi²

.V Ι^Λ + EX I² + FX I 4 G
X ϊ² (ΑΊ - A'"2HST~-" ΧΙ)

cc =

X 2' + £X2² + FX 2 + G
ΧΤΪΧΤ- X I)(Xl - X3)

_X3³ + £X3² + FX 3 + G^
ΥΨ (X" 3 - X if( X 3""- X 2) '

Insgesamt sieht man, daß die vorliegende Integrationsschaltung in ihrem Aufbau wesentlich einfacher und in der Herstellung kostengünstiger ist als bekannte Integrationsschaltungen. Die Schaltung ist über einen großen Bereich schwankender Temperatur wesentlich stabiler, da sie lediglich Operationsverstärker, Widerstände und Kondensatoren umfaßt, die stabiler sind als Transistoren und Dioden, die bei herkömmlichen Schaltungen verwendet wurden. Bei Verwendung in dem automatischen Belichtungssystem einer Kamera sind mit dieser Kamera ausgezeichnete Belichtungsergebnisse selbst unter extremen Temperaturbedingungen erzielbar. Dem Fachmann ergeben sich noch verschiedene Abwandlungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Integrationsschaltung, ohne von dem Grundgedanken abzuweichen. So zum Beispiel kann die

in dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 42 zugeführte Eingangsspannung Vi über mehr als 3 in Serie geschaltete Widerstände zugeführt werden, so zum Beispiel über 5 Widerstände. In diesem Fall würden 4 Kondensatoren zwischen den invertierenden Eingang

j-, des Operationsverstärkers 42 und die Verbindungspunkte der entsprechenden Widerstände geschaltet werden. Je größer die Anzahl derartiger Bauelemente, desto größer sind die Segmente der Ausgangsspannungskurve und entsprechend glatter ist der Verlauf dieser Kurve.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kamera mit einer Belichtungssteuerschaltung, in der ein der Objekthelligkeit entsprechender Strom erzeugt und eine dem Logarithmus des Stroms entsprechende Spannung gespeichert wird, einer Integrationsschaltung, die die Spannung logarithmisch expandiert und in Abhängigkeit von dem logarithmisch expandierten Signal den Verschluß steuert, wobei die Integrationsschaltung einen Operationsverstärker mit einem ersten Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß aufweist und zwischen den ersten Eingang und den Ausgangsanschluß ein Integrationskondensator geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Eingangsanschluß außerdem eine Reihenschaltung aus mehreren Widerständen (R 1, R 2, R 3, RA) liegt, daß zwischen dem ersten Eingangsanschluß und jeweils einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen zwei Widerstände der Widerstandsreihe jeweils ein Kondensator (Cl, C 2, C3) geschaltet ist, und daß die Widerstände (R 1, R 2, R 3, R 4) der Reihenschaltung und die Kondensatoren (Cl, C2, C3) so dimensioniert sind, daß die benötigte Zeit, in der die Spannung am Ausgang einen vorbestimmten Pegel erreicht, eine Expotentialfunktion einer dem ersten Eingang über die Widerstände zugeführten Spannung darstellt.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R 1,R2,R3,R4) der Reihenschaltung und die Kondensatoren (Cl, C2, C3) in ihren Widerstandswerten abgestuft sind und in der Reihe, beginnend mii dem unmittelbar am ersten Eingangsanschluß liegenden Widerstand (R 4) fallende Werte aufweisen.

3. Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang des Operationsverstärkers (42) ein invertierender Eingang ist.

4. Kamera nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang des Operationsverstärkers (42) geerdet ist.

5. Kamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang des Operationsverstärkers (42) über einen Widerstand (R) an Erde geschaltet ist.

6. Kamera nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungskomparator (56) vorgesehen ist, dessen ersten Eingang mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (42) verbunden ist und dessen zweiten Eingang eine Bezugsspannung (VT?)zugeführt wird.