CS208236B1

CS208236B1 - Device for automatic exposure control

Info

Publication number: CS208236B1
Application number: CS767949A
Authority: CS
Inventors: Jaromir Sponer
Original assignee: Jaromir Sponer
Priority date: 1976-12-07
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1981-09-15

Abstract

Zařízení pro automatickou regulaci osvitu u snímacího přístroje,u něhož je výkonným členem lineární clona umístěná před objektivem a měřicím členem je fotoodpor v můstkovém zapojení, umístěný za objektivem. Výstupní napětí můstku je přivedeno na servozesilovač. Rozdíl prahového napětí jeho koncových paralelních protitaktních zesilovačů zaručuje minimální mrtvé pásmo a minimální klidový odběr. Koncové zesilovače pracují do výkonových vinutí systému s otočným magnetem, který ovládá clonu. Otočný magnet válcového tvaru má zvláštní axiální magnetizaoi. Jedna poloviční úseč má opačný smysl magnetizaee než druhá polovina. Proti podstavám magnetu jsou umístěny shodné statory tvaru kruhových desek z magneticky měkkého materiálu. Na prvním statoru jsou diametrálně navinuta výkonová vinutí, na druhém je tachometrické vinutí, v němž se indikují tlumicí napětí, přivedená na vstup servozesilovače.A device for automatic exposure control in a sensor, in which the effective element is a linear diaphragm placed in front of the lens and the measuring element is a photoresistor in a bridge connection, placed behind the lens. The output voltage of the bridge is fed to a servo amplifier. The difference in threshold voltage of its terminal parallel push-pull amplifiers guarantees a minimum dead band and a minimum quiescent current consumption. The terminal amplifiers operate in the power windings of a system with a rotating magnet that controls the diaphragm. The rotating cylindrical magnet has a special axial magnetization. One half-section has the opposite sense of magnetization to the other half. Identical stators in the shape of circular plates made of magnetically soft material are placed opposite the bases of the magnet. The power windings are wound diametrically on the first stator, and the second has a tachometric winding, in which the damping voltages applied to the input of the servo amplifier are indicated.

Description

(54)(54)

Zařízení pro automatickou regulaci hodnoty osvituDevice for automatic regulation of exposure value

Zařízení pro automatickou regulaci osvitu u snímacího přístroje,u něhož je výkonným členem lineární clona umístěná před objektivem a měřicím členem je fotoodpor v můstkovém zapojení, umístěný za objektivem. Výstupní napětí můstku je přivedeno na servozesilovač. Rozdíl prahového napětí jeho koncových paralelních protitaktních zesilovačů zaručuje minimální mrtvé pásmo a minimální klidový odběr.An apparatus for automatic exposure control of a sensor in which the actuator is a linear aperture placed in front of the lens and the measuring member is a bridging photoresistor located behind the lens. The bridge output voltage is applied to the drive. The difference in the threshold voltage of its parallel counter-current amplifiers guarantees minimal deadband and minimum idle current.

Koncové zesilovače pracují do výkonových vinutí systému s otočným magnetem, který ovládá clonu. Otočný magnet válcového tvaru má zvláštní axiální magnetizaoi. Jedna poloviční úseč má opačný smysl magnetizaee než druhá polovina.The final amplifiers work in the power windings of the rotary magnet system that controls the diaphragm. A cylindrical rotary magnet has a special axial magnetization. One half segment has the opposite sense of magnetizaee than the other half.

Proti podstavám magnetu jsou umístěny shodné statory tvaru kruhových desek z magneticky měkkého materiálu. Na prvním statoru jsou diametrálně navinuta výkonová vinutí, na druhém je tachometrické vinutí, v němž se indikují tlumicí napětí, přivedená na vstup servozesilovače.Against the base of the magnet are placed the same stators in the shape of circular plates of magnetically soft material. On the first stator, the power windings are wound diametrically, on the second the tachometric winding, which indicates the damping voltage applied to the input of the servo amplifier.

208 2} 6 (51) Int. Cl.’G 03 B 7/08 // G 05 D 25/02208 2} 6 (52) Int. G 03 B 7/08 // G 05 D 25/02

208 236208 236

Vynález ee týká zařízení pro automatickou regulaci hodnoty osvitu na principu zpětné vazby u snímacího přístroje, u něhož je lineární clona umístěna před objektivem a je ovládána elektromagnetickým systémem s otočným magnetem prostřednictvím servozesilovače, u kterého je jako měřicího členu užito fotoodporu v mostovém zapojení umístěného za objektivem*The invention relates to a device for automatically controlling the exposure value based on the feedback principle of a sensing apparatus, in which the linear aperture is positioned in front of the objective and is controlled by a rotary magnet electromagnetic system via a servo amplifier. *

Pro správné naexponování snímané scény na filmový pás snímacího přístroje je nutno neustále udržovat konstantní osvit. K tomuto účelu byla vyvinuta řada řeěení, které hodnoty osvitu regulují a využívají k tomuto účelu zpravidla změnu velikosti otvoru clony.Constant exposure must be maintained at all times to properly expose the scene to be captured on the filmstrip. For this purpose, a number of solutions have been developed which regulate the exposure values and generally use the aperture aperture size for this purpose.

Jsou známá řeěení, u nichž je clona přestavována systémem s otočným diametrálně magnetovaným magnetem. Tento systém vychází tvarově z magnetického obvodu magnetoelektriokého ústrojí. Cívka systému je pevná a kromě výkonového vinutí, buzeného ze servozesilovače, je na ní umístěno i zpětnovazební tlumicí vinutí.There are known solutions in which the orifice is adjusted by a system with a rotatable magnetically magnetized magnet. This system is based on the magnetic circuit of the magnetoelectric device. The coil of the system is fixed and in addition to the power winding driven from the servo amplifier, there is also a feedback damping winding.

Nevýhodou tohoto uspořádání je nedokonalé využití vzduchové mezery pro vinutí, což vede ke zvýšení rozměrů ve směru průměru systému a k nutnosti užití kvalitního magnetického materiálu otočného magnetu.The disadvantage of this arrangement is the imperfect use of the winding air gap, which leads to an increase in the dimensions in the direction of the diameter of the system and to the use of high-quality magnetic material of the rotating magnet.

Další nevýhodou plynoucí z blízkosti výkonového a tlumícího vinutí je poměrně těsná transformátorová vazba těchto vinutí. Ta ztěžuje návrh regulačního obvodu a .zhoršuje jeho vlastnosti.Another disadvantage resulting from the proximity of the power and damping windings is the relatively tight transformer coupling of these windings. This complicates the design of the control circuit and deteriorates its properties.

Jako servozesilovač by bylo možné užít známé zapojení s vyvedeným středem napájecího napětí, případně užít některý integrovaný operační zesilovač.As a servo amplifier, it would be possible to use a known circuit with a centered supply voltage, or use an integrated operational amplifier.

Funkce těchto zesilovačů je však při daném nízkém napájecím napětí nevyhovující.However, the function of these amplifiers is unsatisfactory at a given low supply voltage.

Jednoduché zapojení paralelního dvojčinného zesilovače není vhodné z důvodu stálého odběru i ve vyrovnaném stavu.Simple wiring of a parallel double-acting amplifier is not suitable due to constant consumption even in a balanced state.

Vznikl tedy požadavek vyvinout takové řešení, které by na principu optické zpětné vazby umožňovalo přesnou a automatickou regulaci clony při vysoké mechanické odolnosti a při použití dostupných součástí.Thus, there is a need to develop a solution which, based on the principle of optical feedback, allows precise and automatic control of the iris with high mechanical resistance and using available components.

Tento úkol řeší předmět vynálezu, kterým je zařízení pro automatickou regulaci hodnoty osvitu na principu zpětné vazby u snímacího přístroje, u něhož je lineární clona umístěna před objektivem a je ovládána elektromagnetickým systémem β otočným magnetem prostřednictvím servozesilovače, u kterého je jako měřicího členu užito fotoodporu v mostovém zapojení umístěného za objektivem.This object is solved by the object of the invention, which is a device for automatic regulation of the exposure value based on the feedback principle of a sensing device, in which the linear aperture is placed in front of the objective and controlled by an electromagnetic β rotary magnet system by a servoamplifier. bridge connection behind the lens.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že výstup mostu fotoodporu js připojen přes tlumicí vinutí na vstupní rozdělový zesilovač, tvořený dvěma tranzistory typu NPN, mezi jejichž kolektory je zapojen emitor a báze budicího tranzistoru typu PNP, jehož kolektor je spojen se vstupy dvou dvoustupňových protitaktních koncových zesilovačů, z nichž jeden je tvořen Darlingtonovou dvojicí tranzistorů NPN s emitorem spojeným se záporným pólem napájení a druhý koncový zesilovač Je tvořen dvojicí tranzistorových spínačů sestávající ze vstupního spínacího tranzistoru a koncového spínacího tranzistoru, jejichž emitory jsou spojeny se záporným pólem napájení, kteréžto koncové zesilovače jsou svými kolektory připojeny na konoe motorického vinutí servosystému, jehož střední odbočka je připojena na kladnýSUMMARY OF THE INVENTION The photoresistor bridge output is coupled via a damping winding to an input split amplifier formed by two NPN transistors between whose collectors an emitter and a base of a PNP excitation transistor are connected, the collector of which is connected to the inputs of two one of which is formed by a Darlington pair of NPN emitters connected to a negative power supply pole and a second terminal amplifier consisting of a pair of transistor switches consisting of an input switching transistor and a terminal switching transistor whose emitters are connected to a negative power supply pole; collectors connected to the motor winding of the servo system, whose middle tap is connected to the positive

208 236 pól napájení, přitom motorické vinutí je uloženo diametrálně na statoru ve tvaru desky z magneticky měkkého materiálu, která je rovnoběžná s podstavou válcového rotoru tvořeného otočně uloženým magnetem s axiální magnetizací, proti jehož druhé podstavě je uložen shodný stator s tlumicím vinutím, přičemž směr magnetizace polovin rotoru, rozdělených rovinou proloženou osou válce, je navzájem opačný.208 236 pole of power, the motor winding is mounted diametrically on a stator in the form of a plate of magnetically soft material, which is parallel to the base of a cylindrical rotor formed by a rotatably mounted axial magnetization magnet, opposite its second base accommodates the same stator with damping winding the magnetization of the rotor halves divided by a plane interlaced with the cylinder axis is opposite to one another.

Příkladné provedení předmětu vynálezu je znázorněno na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je uvedeno schematické zapojení jednotlivých funkčních prvků a na obr. 2, 3 a 4 je znázorněno vlastní uspořádání magnetických obvodů servosystému ve třech různých řezechoAn exemplary embodiment of the invention is illustrated in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a schematic connection of the individual functional elements and Figs. 2, 3 and 4 show the arrangement of the magnetic circuits of the servo system in three different sections.

Jak vyplývá z obr. 1 množství světla B_v, přicházející na objektiv 0 je regulováno clonou K tak, aby bylo v rovině filmu P dosaženo požadované osvětlení, Sást světla určeněho pro osvětlení filmu P je odebíráno šikmo uloženým zrcátkem Z a dopadá na fotoodpor Rp, takže skutečné hodnotě osvětlení filmu P odpovídá skutečná hodnota fotoodporu Rp.As shown in FIG. 1, the amount of light B _v arriving at the lens 0 is controlled by the aperture K so as to obtain the desired illumination in the plane of the film P. A portion of the light intended to illuminate the film P is taken by the inclined mirror Z and so the actual value of the illumination of the film P corresponds to the actual value of the photoresistor Rp.

Tato hodnota je v můstkovém zapojení fotoodporu Rp a odporů R^, R^,R^ porovnávána s požadovanou hodnotou, kterou představuje odpor R^. Výstupní napětí můstku Up, úměrné odchylce požadované a skutečné hodnoty po zesílení v rozdílovém zesilovači V^ a V₂ a napěťovém zesilovači V^ ovládá podle polarity buá výkonové vinutí L₂ servosystému prostřednictvím Darlingtonova koncového zesilovače V^, Vg nebo ovládá výkonové vinutí lg prostřednictvím přímovázaného koncového zesilovače Vg, Vy.This value is compared in the jumper wiring of the photoresistor Rp and the resistors R ^, R ^, R ^ with the desired value represented by the resistance R ^. The bridge output voltage Up, proportional to the setpoint and actual deviation after amplification in the differential amplifier V ^ and V ₂ and the voltage amplifier V ^, controls either the power winding L _{2 of the} servo system via the Darlington output amplifier V ^, Vg or controls the power winding lg by output amplifier Vg, Vy.

Magnet M vychylovaný výkonovým vinutím L₂ resp· se natáčí o úhel a toto natáčení se převádí na clonu K , která vyrovnává svým tvarem skutečnou hodnotu osvětlení na požadovanou hodnotu. Maximální rozkmit úhlu natočení ,)C magnetu M činí asi ^/2 . Signál U_T naindukovaný v tlumicím vinutí Lj otáčením magnetu M je úměrný rychlosti, s níž se odchylka vyrovnává a je odečítán od signálu můstku Up, čímž se tlumí překmity, stabilizuje smyčka a zlepšuje přechodný děj.The magnet M deflected by the power winding L ₂ or · is rotated by an angle and this rotation is converted to an orifice K, which by its shape aligns the actual value of illumination to the desired value. The maximum oscillation of the rotation angle ,C of the magnet M is about / / 2. The signal U _T induced in the damping winding Lj by the rotation of the magnet M is proportional to the speed with which the deviation compensates and is subtracted from the bridge signal Up, thereby damping the overshoot, stabilizing the loop and improving the transient process.

Převodní charakteristika obou výstupů servozesilovače je linearizována a stabilizována napěťovou zpětnou vazbou, realizovanou děliči R^, R^ a Rg, Rj^.The conversion characteristic of both outputs of the servo amplifier is linearized and stabilized by the voltage feedback realized by the dividers R ^, R ^ and Rg, Rj ^.

Šířka pásma necitlivosti je dána rozdílem mezi prahovým vstupním napětím Darlingtonova koncového zesilovače V^, V^a prahovým vstupním napětím přímovázaného koncového zesilovače V₆, Vj. Nežádoucímu kmitání obou koncových zesilovačů ve vysokofrekvenční oblasti, které je způsobeno nežádoucí kapacitní a transformátorovou vazbou mezi tlumicím a výkonovými vinutími ^2» **3 zabraňuje kompenzace kmitočtové charakteristiky zesilovače pomocí následujících kapacit.The width of the dead zone is the difference between the threshold voltage of the input terminal of the Darlington amplifier V ^, ^ V and threshold input voltage přímovázaného power amplifier V ₆ Vi. Undesirable oscillation of the two amplifiers in the high-frequency range caused by the undesired capacitance and transformer coupling between the damping and power windings »2 ** ** 3 prevents compensation of the amplifier frequency response using the following capacities.

Kapacita C₂ odstraňuje kmity způsobené transformátorovou vazbou z výkonového vinutí Lg do výkonového vinutí Lg uzavřenou přes napěťový zesilovač V^ ^a přímovázané koncové zesilovače Vg, Vy.The capacitance C ₂ removes the oscillations caused by the transformer coupling from the power winding Lg to the power winding Lg closed via the voltage amplifier V1 ^{and the} coupled terminal amplifiers Vg, Vy.

Kapacita C-^ zamezuje vlivu kapacity mezi tlumicím vinutím L^ a výkonovými vinutími ^L2«^3»Capacitance C- ^ prevents the influence of capacitance between damping winding L ^ and power windings ^L 2 «^ 3»

Z požadavku konstantního zisku smyčky plyne požadavek na lineární průběh clony K ,The constant loop gain requirement implies a linear aperture of the orifice K,

208 236 při něm úhel natáčení jejího ovládacího hřídele je úměrný logaritmu podílu vstupního a výstupního světelného toku clony K_Q, Operaci dělení světelného toku lze nahradit operací odečítání symbolických logaritmických jednotek osvitu, za jejichž základ je zvolena dvojka, což odpovídá řadám osvitových čísel, clon a expozic·In this case, the angle of rotation of its control shaft is proportional to the logarithm of the ratio of the inlet and outlet luminous flux of the aperture K _{Q. The} luminous flux division operation can be replaced by an operation of subtracting symbolic logarithmic units of exposure. expositions ·

Vlastní uspořádání magnetickýoh obvodů servosystému je zřejmé z obr. 2, 3 a 4.The actual arrangement of the magnetic circuits of the servo system is apparent from Figures 2, 3 and 4.

Rotorem je trvalý magnet M ve tvaru válce, otočně uložený kolem své osy £, magnetizovaný v axiálním směru, přičemž jedna polovina podstavy představuje opačný pól než druhá polovina podstavy Pg. Proti čelům magnetu K jsou ve vzdálenosti vzduchové mezery £ umístěny statory N^, Ng ^Te tvaru desky vyrobené z magneticky měkké ooeli. Na prvním statoru Nj je diametrálně navinuto tlumicí vinutí L^ a na druhém statotu Ng výkonové vinutí Lg, L^. Magnet M je shodnými vzduchovými mezerami £ vyvážen v axiálním směru. Poněvadž se velikost jeho magnetického toku otáčením nemění, nevzniká ve stavu bez signálu žádný nežádoucí moment. Přivedením elektrického proudu do výkonového vinutí se deska druhého statoru Ng zmagnetizuje a svými póly přitahuje opačné póly magnetu M, čímž se tento pootáčí*The rotor is a permanent cylinder-shaped magnet M rotatably mounted about its axis 6, magnetized in the axial direction, one half of the base representing the opposite pole to the other half of the base Pg. Opposite to the faces of the magnet K, plate-shaped stators N N, Ng ^Te are made of magnetically soft ooeli at a distance of the air gap £. A damping winding L ^ is diametrically wound on the first stator Nj and a power winding Lg, L ^ on the second stator Ng. The magnet M is balanced in the axial direction by the same air gaps. Since the magnitude of its magnetic flux does not change by rotation, no undesirable moment occurs in the signalless state. By applying electric current to the power winding, the second stator plate Ng is magnetized and its poles attract the opposite poles of the magnet M, thereby rotating it *.

Jeho pohyb je mechanickými dorazy omezen na rozsah asi - ^/4 od střední polohy· Otáčením magnetu M se mění tok v závitech vinutí L^ a vzniká tak signál úměrný rychlosti otáčení.Its movement is limited by mechanical stops to a range of about ^ / 4 from the middle position. By rotating the magnet M, the flux in the windings of the winding L mění changes and produces a signal proportional to the speed of rotation.

Popsané zařízení automatické regulace hodnoty osvitu na principu optické zpětné vazby je díky zapojení nezávislé na rozptylu parametrů tranzistorů. Z hlediska menšího prostoru je možné sevozeeilovač provést ve formě hybridního integrovaného obvodu· Zapojení dle vynálezu umožňuje funkci již při nízkém a kolísajícím napájecím napětí a je hospodárně z hlediska odběru díky minimální spotřebě ve vyrovnaném stavu. Tvar magnetického obvodu umožňuje maximální využití vzduchové mezery pro vinutí a je menšího objemu při použití nenáročného magnetického materiálu· Oddělení výkonového a tlumicího vinutí je dokonalejší než u podobných známých řešení.The described device of automatic regulation of the exposure value on the principle of optical feedback is thanks to the connection independent of the variance of transistor parameters. From the point of view of smaller space, the amplifier can be implemented in the form of a hybrid integrated circuit. The shape of the magnetic circuit allows maximum utilization of the air gap for the winding and is smaller in volume with the use of unpretentious magnetic material.

Pro své jednoduché konstrukční řešení a při popsaných výhodách je zařízení dle vynálezu vhodné realizovat především u snímacích přístrojů, zvláště u snímacích kamer formátu 8 mm.Due to its simple construction and the advantages described above, it is suitable to realize the device according to the invention especially in the case of sensing devices, especially in the case of sensing cameras of the 8 mm format.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Apparatus for automatically controlling the exposure value on a sensing device, in which a linear diaphragm is placed in front of the lens and is controlled by a rotary magnet electromagnetic system by means of a servo amplifier, using a photo-resistor in the bridge wiring located behind the lens in that the output of the photoresistor bridge (Rp) is connected via a damping winding (L ^) to an input split amplifier consisting of two NPN-type transistors (V ^, Vg) between whose collectors the emitter and the base of the excitation transistor (V ^) type PNP whose collector is connected to the inputs of two two-stage anti-stroke terminal amplifiers, one of which is a Darlington pair of NPN transistors (V ^, V ^) with a negative-pole (-) power supply emitter and the other terminal amplifier is a two-way transistor switch

208 236 consisting of an input switching transistor (Vg) and a terminal switching transistor (Vy), the emitters of which are connected to the negative pole (-) of the power supply, whose terminal amplifiers are connected to the ends of the motor winding (L ₂ , L ^) the middle tap is connected to the positive pole (+) of the power supply, while the motor winding (L ₂ , Lj) is placed diametrically on the second stator (Ng) in the form of a plate of magnetically soft material parallel to the base of the cylindrical rotor (M) and axial magnetization, against whose second base the same first stator (N ^) coincides with the damping winding (L ^), the direction of magnetization of the rotor halves divided by the plane interlaced by the cylinder axis is opposite to each other.