Photoelektrische Lichtmessvorriclitung und Verfahren zu deren Herstellung
Bekanntlich hängt die B eleuchtungsstärke-Photo- strom-Charakteristik von Sperrschichtphotoelementen, z. B. von Selenphotoelementen, vom Belastungswiderstand ab. Der Kurzschlussstrom verläuft linear mit der Beleuchtungsstärke, während die Klemmenspannung bei unendlichem Aussenwiderstand proportional dem Logarithmus der Beleuchtungsstärke ist.
Schliesst man ein Photo element mit einem endlichen Widerstand ab, so verläuft die Kurve, welche die Abhängigkeit des Photostroms von der Beleuchtungsstärke aufzeigt, zwischen der linearen und der logarithmischen Kurve, die bei den genannten Extremverhältnissen Gültigkeit haben. Für Lichtmesser, ins- besondere photoelektrische Belichtungsmesser, deren Messinstrument zwangläufig einen endlichen Widerstand aufweist, ist es aber wünschenswert, dass die Messwertanzeige logarithmisch-linear verläuft. d. h. dass den Beleuchtungsstärkewerten, welche in einer geometrischen Reihe aufeinanderfolgen, auf der Skala des Messinstrumentes Skalenpunkte mit zueinander gleichem Abstand entsprechen.
Aus diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, bei Lichtmessern ein Messinstrument mit hohem Innenwiderstand, gegebenenfalls unter Zuschaltung eines Vorwiderstandes, zu benutzen. Hierbei tritt jedoch, insbesondere bei höheren Beleuchtungsstärken, die Temperaturabhängigkeit des photoelektrischen Sperrschichteffektes stark in Erscheinung, was zu beträchtlichen Messfehlern führt und die Einschaltung eines den Temperaturfehler kompensierenden zusätzlichen Schaltelementes erfordert.
Ferner wurde bereits vorgeschlagen, ein sehr niederohmiges Anzeigeinstrument mit logarithmischer Abhängigkeit des Zeigerausschlages vom Photostrom zu benutzen. Die Fertigung von Anzeigeinstrumenten mit logarithmischer Anzeigecharakteristik ist jedoch verhältnismässig kompliziert und teuer, insbesondere dann, wenn an die Anzeigegenauigkeit grössere Ansprüche gestellt werden.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde auch schon versucht, bei photoelektrischen Belichtungsmessern mit Photoelement und linear anzeigendem Messinstrument parallel zum Photo element eine Halbleiterdiode, beispielsweise eine Germaniumdiode, zu schalten, deren Widerstand bekanntlich spannungsabhängig ist. Auch diese Versuche führten jedoch nicht zu einem befriedigenden Ergebnis, da die Spannungsabhängigkeit der benutzten Halbleiterdioden in den bei Belichtungsmessern vorkommenden Bereichen nicht im erforderlichen Umfang in Erscheinung tritt.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und betrifft eine photoelektrische Lichtmessvorrichtung, insbesondere Belichtungsmesser, mit einem Photoelement, die dadurch gekennzeichnet ist, dass parallel zum Photoelement ein Photowiderstand geschaltet ist, der zusammen mit dem Photoelement im Strahlengang des zu messenden Lichtes angeord netist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lichtmessvorrichtung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zunächst eine Photowiderstandsschicht auf den einen Teil einer Trägerplatte aufgedampft, erwärmt und kontaktiert wird und dass danach eine Selenschicht auf den anderen Teil der Trägerplatte aufgedampft, erwärmt und kontaktiert wird. Das Verfahren kann z. B. entweder so durchgeführt werden, dass das Kontaktieren der Photowiderstandsschicht durch kathodische Bestäubung mit Indium und Gallium und das Kontaktieren der Selenschicht durch kathodische Bestäubung mit einem Edelmetall oder mit Cadmium er folgt oder aber derart, dass die Photowiderstandsschicht durch Beglimmung gereinigt wird und nach Aufdampfen der Selenschicht beide Schichten durch kathodische Bestäubung mit einem Edelmetall oder Cadmium gemeinsam kontaktiert werden.
Die erfindungsgemässe Lichtmessvorrichtung ist mit dem Vorteil einer überraschend guten logarithmisch-linearen Abhängigkeit der Messwertanzeige von der Beleuchtungsstärke verbunden. Trotzdem kann ein niederohmiges Anzeigeinstrument mit linearer Charakteristik benutzt werden, so dass die Lichtmessung durch Temperaturfehler praktisch nicht beeinträchtigt wird und die Gestehungskosten für das Messinstrument gering sind. Der Aufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung ist überraschend einfach.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 1 zeigt in Vorderansicht eine photographische Kamera, in welche ein photoelektrischer Belichtungsmesser der erfindungsgemässen Art eingebaut ist.
Fig. 2 und 3 zeigen das Schaltbild je einer einfachen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 4 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Lichtempfängers des erfindungsgemässen Belichtungsmessers im Querschnitt.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Lichtempfängers in perspektivischer Darstellung.
Die in Fig. 1 dargestellte photographische Kamera weist ein Gehäuseunterteil 1 und ein Gehäuseoberteil 2 auf. Im Unterteil 1 befindet sich das Aufnahmeobjektiv 3. Im Gehäuseoberteil sind ein Durchsichtsucher 4 sowie hinter einer Wabenblende 5 ein Photo element 6 und daneben ein Photowiderstand 7 eines eingebauten Belichtungsmessers angeordnet.
Das Photo element 6 und der Photowiderstand 7 liegen somit gemeinsam im Strahlengang des zu messenden Lichtes, wobei die Beleuchtungsstärke auf dem Photo element und auf dem Photowiderstand gleich ist. Auch der Winkelbereich, innerhalb dessen die Lichtstrahlen auf das Photo element 6 und auf den Photowiderstand 7 treffen, sind für beide Bauelemente praktisch gleich. Das Photoelement 6 und der Photowiderstand 7 könnten auch derart angeordnet sein, dass die Beleuchtungsstärke am Photoelement 6 der Beleuchtungsstärke am Photowiderstand 7 zwar nicht gleich, aber proportional ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind das Photoelement 6 und der Photowiderstand 7 im Stromkreis des Belichtungsmessers parallel zueinander geschaltet. Das in Fig. 1 nicht dargestellte, ebenfalls in die Kamera eingebaute Messinstrument ist in Fig. 2 mit 8 bezeichnet. In Serie mit dem Photoelement 6 und dem Photowiderstand 7 liegt der Justierwiderstand 9.
Das als Drehspulinstrument ausgebildete linear anzeigende Messinstrument 8 weist einen geringen Innenwiderstand auf. Demgegenüber ist der Widerstandswert des Photowiderstandes 7 bei Nichtbeleuchtung verhältnismässig hoch und sinkt bei zunehmender Beleuchtungsstärke, so dass er bei höheren Beleuchtungsstärken mit Zunahme derselben als immer stärkerer Kurzschluss wirksam wird und den durch das Instrument 8 fliessenden Strom derart begrenzt, dass dem geometrischen Fortschritt der Be leuchtungsstärken am Photo element 6 und Photowiderstand 7 ein linearer Anstieg des durch das Messinstrument 8 hindurchfliessenden Photostroms entspricht. Es ergibt sich somit eine logarithmischlineare Charakteristik der Messwertanzeige.
Zur genauen Anpassung des Photowiderstandes an die übrigen Schaltelemente des Belichtungsmessers können - wie aus Fig. 3 ersichtlich ist - in Serie und parallel zum Photowiderstand 7 je ein weiterer, vorzugsweise justierbarer Widerstand 10, 11 geschaltet werden.
Es ist zweckmässig, das Photoelement 6, das beispielsweise ein Selenelement darstellt, und den Photowiderstand 7, der beispielsweise aus Cadmiumsulfid besteht, auf einem gemeinsamen Träger anzuordnen. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig.
4 im Schnitt dargestellt. Hierbei sind die Selenschicht 12 des Photoelementes 6 und die Cadmiumsulfidschicht 13 des Photowiderstandes 7 nebeneinander auf einer gemeinsamen Grundplatte 14 angeordnet, die aus Eisen oder Messing besteht. Die Selenschicht 12 und die Cadmiumsulfidschicht 13 sind durch eine dünne lichtdurchlässige Schicht 15 aus elektrisch leitendem Material abgedeckt, die in bekannter Weise mit einer Randelektrode 16 versehen ist. An der Grundplatte 14 und an der Randelektrode 16 ist je eine Lötfahne 17, 18 befestigt, mit welchen der aus Photo element 6 und Photowiderstand 7 bestehende Lichtempfänger an die Leitungen 19, 20 (Fig. 2) des Belichtungsmessers anschliessbar ist. Der Lichtempfänger bildet somit eine geschlossene Baueinheit, welche in Fig. 2 durch das Rechteck 21 angedeutet ist.
Die Erzeugung der Selenschicht 12 und der Cadmiumsulfidschicht 13 erfolgt zweckmässigerweise nach dem Aufdampfverfahren. Da die aufgedampfte Selenschicht 12 und die aufgedampfte Cadmiumsulfidschicht 13 einer unterschiedlichen Wärmebehandlung bedürfen, ist es zweckmässig, zuerst die Cadmiumsulfidschicht 13 auf die Platte 14 aufzudampfen, wobei derjenige Teil der Platte 14, auf den später die Selenschicht 12 aufzudampfen ist, durch eine Maske abzudecken ist. Die aufgedampfte Cadmiumsulfidschicht 13 wird dann auf die vorgeschriebene Temperatur von 4500 C erhitzt.
Danach wird unter Abdeckung der aufgedampften Cadmiumsulfidschicht 13 durch eine weitere Maske nach Entfernen der erstgenannten Maske die Selenschicht 12 auf die Grundplatte 14 aufgedampft und die ganze Kombination auf die für die Temperung der Selenschicht vorgeschriebene Temperatur von 218 C erwärmt.
Bei der Kontaktierung der beiden Schichten 12,.
13 mit der Deckschicht 15 soll sich an der Selenschicht 12 ein Kontakt mit Sperreffekt ausbilden, nicht aber an der Cadmiumsulfidschicht 13. Es wird deshalb vorgeschlagen, vor Aufbringen der Deckschicht 15 auf dem Wege der kathodischen Bestäubung beider Schichten 12, 13 mit einem Edelmetall oder Cadmium die Cadmiumsulfidschicht 13 durch eine Glimmentladung zunächst zu reinigen.
Dieser Reinigungsvorgang kann nach der Temperung der Cadmiumsulfidschicht 13 und vor dem Aufdampfen der Selenschicht 12 erfolgen.
Statt dessen kann jede der beiden Schichten 12, 13 auch unabhängig voneinander mit einer Deckschicht versehen werden, und zwar die Cadmiumsulfidschicht 13 durch kathodische Bestäubung mit Indium oder Gallium und die Selenschicht 12 durch kathodische Bestäubung mit einem Edelmetall oder Cadmium. Das Aufbringen dieser Deckschichten erfolgt zweckmässig jeweils nach dem Tempern der Cadmiumsulfid- bzw. Selenschicht.
In beiden Fällen wird erreicht, dass sich zwischen der Selenschicht 12 und der Deckschicht ein Kontakt mit Sperreffekt und zwischen der Cadmiumsulfidschicht 13 und der Deckschicht ein Kontakt ohne Sperreffekt ausbildet.
Anstatt die Selenschicht 12 und die Cadmiumsulfidschicht 13 auf den Träger 14 nebeneinander anzuordnen, können diese Schichten gemäss der Ausführungsform nach Fig. 5 auch in Form von Streifen 1 2a, 1 3a ausgebildet und die Streifen in abwechselnder Folge nebeneinander auf dem Träger 14 aufgebracht werden.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 sind die Selenschicht 12b und die Cadmiumsulfidschicht 13b übereinander angeordnet. In diesem Fall werden der Grundplatte 14 die Selenschicht 12b, die Deckschicht 15, die Isolierschicht 22 und die Cadmiumsulfidschicht 13b überlagert. Die Kontaktleiste 23 ist mit der Cadmiumsulfidschicht 13 b des Photowiderstandes 7 und der Deckschicht 15 des Photoelementes 6 leitend verbunden, während die Cadmiumsulfidschicht 13 b des Photowiderstandes anderseits über eine leitende Brücke 24 mit der Grundplatte 14 in Verbindung steht. Die Lötfahnen 17, 18 zum Anschluss des kombinierten Lichtempfängers an das Messinstrument sind an der Kontaktleiste 23 und an der Grundplatte 14 befestigt.
Die beiden letztgenannten Ausführungsformen weisen gegenüber der in Fig. 4 gezeigten den Vorteil auf, dass auch bei ungleichmässiger Beleuchtung der gesamten Zellenoberfläche sowohl die Selen- als auch die Cadmiumsulfidschicht die gleichen Lichtstromanteile empfangen; dies ist bei der Ausführungsform nach Fig. 5 insbesondere dann um so besser gewährleistet, je höher die Anzahl der Streifen pro Flächeneinheit ist.
Die in Fig. 3 dargestellten, in Reihe und parallel zum Photowiderstand 7 geschalteten Widerstände 10, 11 können von der Baugruppe des Lichtempfängers mit umfasst werden, zweckmässigerweise dadurch, dass diese Widerstände 10, 11 schichtförmig ausgebildet werden. Das Photoelement 6, der Photc widerstand 7 und die Widerstände 10, 11 bilden in diesem Fall eine geschlossene Baueinheit 25 (Fig. 3).
Die Ausführungsform gemäss Fig. 7 entspricht im wesentlichen der in Fig. 4 dargestellten, ist jedoch in der Weise ergänzt, dass in Reihe mit dem Photowiderstand 7 ein Ohmscher Schichtwiderstand 10 geschaltet ist. Der Schichtwiderstand 10 ist in diesem Fall vorzugsweise zwischen der Grundplatte 14 und der Cadmiumsulfidschicht 13 gelagert.
Soll dem Photowiderstand 7 noch der Widerstand 11 parallel geschaltet werden, so ist es zweckmässig, neben der Cadmiumsulfidschicht 13 noch einen Schichtwiderstand 11 anzuordnen, der mit dem Schichtwiderstand 10 über eine Brücke 26 in leitender Verbindung steht und gegen die Trägerplatte 14 durch Zwischenlagerung einer Isolierschicht 27 isoliert ist (Fig. 8). Mit der Deckschicht 15 ist der Schichtwiderstand 11 jedoch in Kontakt.
Analog ist der Einbau der Widerstände 10, 11 auch bei einem Lichtempfänger möglich, bei welchem die Selenschicht 12b und die Cadmiumsulfidschicht 13b ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 6 übereinander angeordnet sind, wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. 9 der Fall ist.
Hier ist auf der Trägerplatte 14 die Selenschicht 12b gelagert, auf welcher die Deckschicht 15 angeordnet ist. Darüber befindet sich unter Zwischenlagerung der Isolierschicht 22 die Cadmiumsulfidschicht 13b. Die Kontaktleiste 23 ist wieder mit der Deckschicht 15 und der Photowiderstandsschicht 13 b verbunden, während neben der Cadmiumsulfidschicht 13b die Schichtwiderstände 10, 11 angeordnet sind. Mit 28, 29 sind Kontaktleisten bezeichnet, von denen die Kontaktleiste 28 die Photowiderstandsschicht 13b mit dem Schichtwiderstand 10 leitend verbindet. Die Kontaktleiste 29 ist über eine Brücke 30 mit der Trägerplatte 14 leitend verbunden.
Anstelle der Selenschicht 12 bzw. 12a bzw. 12b des Photo elementes 6 kann auch eine Schicht aus Kupferoxydul benutzt werden. Desgleichen kann anstelle der Cadmiumsulfidschicht 13 bzw. 13a bzw.
13b des Photowiderstandes 7 eine Schicht aus Zinkoxyd, Arsentrisulfid, Bleijodid, Bleichromat, Cadmiumjodid, Zinkjodid, Antimonoxyd, Antimonsulfid, Bleisulfid, Quecksilberjodid, Aluminiumjodid oder Cadmiumselenid Anwendung finden. Anstelle der Schichtwiderstände 10, 11 können auch übliche Ohmsche Widerstände benutzt werden, welche an der Grundplatte 14 befestigt sein können.
Bei entsprechender Wahl der Widerstände 10, 11 können auch andere Anzeigecharakteristiken erzielt werden.
Der Belichtungsmesser braucht nicht unbedingt in eine photographische Kamera eingebaut zu sein, sondern kann auch als Handgerät ausgebildet sein.
Im übrigen sind die vorangehenden Erläuterungen nicht auf Belichtungsmesser für photographische Zwecke beschränkt, sondern gelten auch für Photometer anderer Art.