JPS6134297B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被写体の明かるさ、フイルム感度等の
撮影情報を測光演算し、デジタル量として記憶す
る電気シヤツタ回路に適したＡ―Ｄ変換器を有す
る演算回路に関する。

カメラ等においては撮影情報として被写体の明
かるさ2¹⁸、絞り情報が2⁸、フイルム感度情報が
2¹⁰、シヤツタスピード情報が2¹²、程度と情報の
変化範囲が非常に広いため、限られた電圧範囲内
で情報をそのまま精度よく演算記憶することは不
可能である。

そのため、撮影情報を対数圧縮して演算し、圧
縮演算したアナログ量をデジタル量に変換して記
憶し、フイルム露光時に記憶したデジタル量を指
数変換してシヤツタ時間等を制御する方式があ
る。

このようなデジタル制御方式の電気シヤツタ回
路の精度は測光圧縮するアナログ部とＡ―Ｄ変換
部に大きく依存する。

特に圧縮にダイオードまたはダイオード接続さ
れたトランジスタを用いるため、その温度特性の
補正に難点があつた。

第１図はこの種のデジタル制御回路の一般的な
ブロツク図である。

Ａ―Ｄ変換およびフイルム感度等の情報設定の
ために温度および電源電圧に依存しない定電圧回
路の出力Ｖ_Sを測光圧縮部の温度特性に合わせる
ために温度補正１をして情報電圧V₂（Ｔ）と
し、同一の温度特性をもつ測光圧縮部の被写体情
報と加算し、その出力V₄Tを増幅部の入力とす
る。演算増幅の過程を温度補正２を施こし、温度
特性のない増幅出力V₅をＡ―Ｄ変換入力として
与える。

Ａ―Ｄ変換部では定電圧回路の出力Ｖ_Sを基準
電圧とし、信号入力V₅と比較してデジタル量に
コード変換し、変換したデータをラツチして、Ａ
―Ｄ変換部は次のデータ変換を開始する。

ラツチされたデータは表示部に送られ、かつ指
数変換して元の撮影情報に直し、シヤタタイム等
を制御する。

第２図はこの種の回路の温度補正を詳述するた
めの回路図である。

図において、A₁，A₂，A₃は演算増幅器、I₁は
ダイオードD₁に流す定電流源、Pbは光電流I₂を
生じるフオトダイオード等の光感応素子、Ｒ_T1
（Ｔ），Ｒ_T2（Ｔ）は温度上昇と共に抵抗値が減少
する、サーミスタ等で構成した温度補正抵抗であ
る。

第２図より V₂（Ｔ）＋Ｖ_D1（Ｔ）＝V₃（Ｔ） ……(1) Ｖ_D2（Ｔ）＋V₄（Ｔ）＝V₃（Ｔ） ……(2) V₄（Ｔ）（１＋Ｒ_Ｔ２（Ｔ）／Ｒ_３）＝V₅ ……(3) （I₃≫I₂） (1)(2)(3)よりＡ―Ｄ変換入力V₅は V₅＝（１＋Ｒ_Ｔ２（Ｔ）／Ｒ） 〔V₂（Ｔ）＋Ｖ_D1（Ｔ） −Ｖ_D2（Ｔ）〕 ……(4) 一方ダイオード特性Ｖ_D＝ｎｋＴ／ｑlnＩＤ／Ｉ_Ｓ…
…(5) より Ｖ_D1（Ｔ）−Ｖ_D2（Ｔ）＝ｎｋＴ／ｑlnＩ_１／Ｉ_２……
(6) となり、絶対温度Ｔに比例する。Ａ―Ｄ変換入力
V₅は(6)式と情報設定電圧V₂（Ｔ）の加算に比例
するゆえにV₂（Ｔ）も絶対温度に比例させる必
要がある。

そのため定電圧出力Ｖ_Sを温度補正抵抗Ｒ_T1
（Ｔ）と情報設定抵抗Ｒ_AFで分圧し、 V₁（Ｔ）をほぼ絶対温度に比例させ、情報設
定電圧V₂（Ｔ）を V₂（Ｔ）＝K₁V₁（Ｔ） ……(8) として得る。ここでK₁は情報値で定まる定数で
ある。

(6)(7)(8)式と(4)式より、Ａ―Ｄ変換入力V₅は V₅＝Ｒ_３＋Ｒ_Ｔ２（Ｔ）／Ｒ_３・ Ｒ_ＡＦ／Ｒ_ＡＦ＋Ｒ_Ｔ１（Ｔ）K₁V_S ＋Ｒ_３＋Ｒ_Ｔ２（Ｔ）／Ｒ_３・ｎｋＴ／ｑlnＩ_１／
Ｉ_２……(9) となる。すなわち(9)式において 増幅係数Ｒ_３＋Ｒ_Ｔ２（Ｔ）／Ｒ_３を絶対温度Ｔに反比
例させ て被写体情報の温度係数を補正し、かつ
Ｒ_ＡＦ／Ｒ_ＡＦ＋Ｒ_Ｔ１（Ｔ）を絶対温度に比例させて
、情報設定 の温度係数を補正してＡ―Ｄ変換入力V₅を温度
に無関係に被写体の明かるさ（光電流I₂）を対数
圧縮した入力とし、定電圧出力Ｖ_Sを基準電圧と
してＡ―Ｄ変換し、第１図で示したデジタル制御
を行つている。

(9)式から明らかなように、情報設定電圧および
増幅係数を絶対温度に比例、あるいは反比例させ
る必要があり、その手段としてサーミスタ等を用
いていた。設計によつてはサーミスタ等を用いて
かなり近似的に絶対温度に比例、あるいは反比例
させることができるが、一般にサーミスタはサー
ミスタ定数Ｂ、温度係数αにかなりバラツキがあ
る。また情報設定抵抗Ｒ_AFとＲ_T1（Ｔ）およびR₃
とＲ_T2（Ｔ）との間に常温において一定の比例関
係が必要であり、Ｒ_AF，Ｒ_T1（Ｔ），R₃，Ｒ_T2
（Ｔ）の抵抗値を厳しく押さえなければ誤差が大
となる。例えばＲ_T1（Ｔ）が理想的なものであつ
てもＲ_AFの抵抗値の誤差により(7)式で明らかなよ
うに温度係数に誤差を生じ、かつ情報電圧V₁
（Ｔ）の誤差となる。逆も同様でありR₃とＲ_T2
（Ｔ）との間も同様である。

また(6)式においてI₂が倍変化したときの(6)式の
変化量は25℃において約18mV、―20℃において
約15.5mVである。

明るさが倍変化したときの被写体情報がこのよ
うに小さな電圧であり、情報設定電圧の変化も等
価であるので、定電圧出力Ｖ_Sの温度特性も誤差
要因となる。

前述したように撮影情報をダイオードまたはト
ランジスタで圧縮すると、圧縮された情報は温度
係数をもつ、測光部でこの温度係数を補正しよう
とすると第２図のごとくサーミスタ等で補正する
こととなり、多くの誤差要因をもつ。たとえ近似
できても、各部品に厳しい精度が要求され、精度
が満たされない限り、量産時に安定した品質は望
めない。

本発明の目的は前述したような欠点を除去し温
度に影響されないＡ―Ｄ変換器を有する演算回路
を提供することにある。

第３図は本発明によるＡ―Ｄ変換器を有する演
算回路の実施例を示す回路図である。

本発明による回路を第３図の実施例と対応させ
て説明すると次のとおりである。

信号電圧を基準電圧と比較してＡ―Ｄ変換を行
うＡ―Ｄ変換器を有する演算回路において、信号
電流I₂をダイオードD₂で対数圧縮した電圧V₃
（Ｔ）から他のダイオードD₁に定電流を流して得
た電圧を減じて絶対温度に比例した信号電圧V₅
（Ｔ）を発生する情報回路と、２つのダイオード
D₃，D₄に異なつた電流密度の電流を流し、この
ダイオードの差電圧を取り出すことによつて絶対
温度に比例した基準電圧Ｖ_S・Ｔを発生する基準
電圧発生回路を設け、前記信号電圧と前記基準電
圧との比をＡ―Ｄ変換値として出力するように構
成したことを特徴とするＡ―Ｄ変換器を有する演
算回路。

第３図より Ｖ_S（Ｔ）＋Ｖ_D4＝Ｖ_D3 ……(10) であるから Ｖ_S（Ｔ）＝Ｖ_D3−Ｖ_D4＝ｎｋＴ／ｑlnＩ_３／Ｉ_４……(
11) また演算増幅器A₄の両入力端電位は等しいゆ
えに I₃／I₄＝Ｒ_５／Ｒ_４となる。

よつて(11)式は Ｖ_S（Ｔ）＝ｎｋＴ／ｑlnＲ_５／Ｒ_４ ……(12) （R₅＞R₄） となる。すなわち温度基準電圧源の出力Ｖ_S
（Ｔ）は電源電圧Ｖ_Bに依存せず、絶対温度Ｔ^okに
比例する。

このＶ_S（Ｔ）はＡ―Ｄ変換回路の基準電圧と
する一方、演算増幅器A₅で増幅して情報源電圧
V₁（Ｔ）とする。すなわち V₁（Ｔ）＝（１＋Ｒ_７／Ｒ_６）Ｖ_S（Ｔ） ……(13) よつて情報電圧V₂（Ｔ）は V₂（Ｔ）＝K₁V₁（Ｔ） ……(14) となる。

なお、K₁はフイルム感度、絞り値等情報値に
よつて定まる定数である。（K₁＜１） また V₂（Ｔ）＋Ｖ_D2（Ｔ） ＝Ｖ_D1（Ｔ）＋V₄（Ｔ） ……(15) となり、 A₃は両入力端電位が等しくなるように帰還が
施された演算増幅器であり、ダイオードD₁に流
れる電流は定電流源I₁に等しい。

よつて(15)式はフオトダイオードＰ_Dが生じる
光電流をI₂とすれば V₄（Ｔ）＝ V₂（Ｔ）＋Ｖ_D2（Ｔ）−Ｖ_D1（Ｔ） ＝V₂（Ｔ）＋ｎｋＴ／ｑlnＩ_２／Ｉ_２ ……(16) また V₅（Ｔ）＝（１＋Ｒ_２／Ｒ_３）V₄（Ｔ） ……(17) （I₁≪I₃） であるから Ａ―Ｄ変換回路への入力V₅（Ｔ）は(12)、
（13）、（14）、（15）、（16）、（17）より V₅（Ｔ）＝（１＋Ｒ_２／Ｒ_３）〔K₁（１＋Ｒ_７／Ｒ_６） ・ｎｋＴ／ｑlnＲ_５／Ｒ_４＋ｎｋＴ／ｑlnＩ_２／Ｉ
_１〕……(18) となる。（18）式において（１＋Ｒ_２／Ｒ_３）、（１＋
Ｒ_７／Ｒ_６） lnＲ_５／Ｒ_４、lnI₁は回路設計で定まる定数である。ま
た ｎｋ／ｑも定数であるから、（18）式は V₅（Ｔ）＝（K₁K₂＋K₃lnI₂）Ｔ ……(19) Ｔ：絶対温度 I₂：光電流 K₁：フイルム感度、絞り等の設定で定まる定
数 K₂K₃：定数 と書き直すことができる。

一方温度基準電圧源の出力Ｖ_S（Ｔ）をＡ―Ｄ
変換回路へ基準電圧として与える。(12)式は定数項
をK₄とすれば Ｖ_S（Ｔ）＝K₄・Ｔ ……(20) と書き直せる。（19）、（20）式を比較すれば明ら
かなようにＡ―Ｄ変換回路へ信号入力V₅（Ｔ）、
基準電圧Ｖ_S（Ｔ）とも絶対温度Ｔに比例した関
数でありＡ―Ｄ変換で両者の比をとれば温度とは
無関係となり被写体の明かるさに比例した光電流
I₂を対数圧縮した信号と情報設定値K₁をデジタル
量（パルス数）として精度よく取り出すことがで
きる。

第４図はＡ―Ｄ変換回路の一例を示す回路図第
５図はそのタイムチヤートである。

第４図においてA₆，A₇は演算増幅器、A₈はコ
ンパレータ、G₁はアンドゲート、G₂はバツフ
ア、P₃は発振器の出力（パルス）である。

パルスP₁はＨレベルでゲートG₁を開くととも
にバツフアG₂を介してＴ_r3をオフとし、コンデン
サＣに積分を開始させる。また、そのネガテイブ
エツジでカウンタの内容をデジタルシヤツタ制御
部でラツチし、図示しないデイレイ回路を通して
カウンタの内容をクリアする。

ＬレベルでゲートG₁を閉じ、バツフアG₂を介
してＴ_r3をオンとし、積分コンデンサＣを放電さ
せる。このパルスP₁は発振器出力P₃を分周して得
られ、最大変換時間を制限し、サンプルレートを
決定する。言いかえればP₁のパルス幅はカメラの
最長シヤツタタイムをきめることにもなる。

いまP₁がＨレベルになつたときを考えると、ゲ
ートG₁が開きカウンタP₃のパルスをカウントし
はじめる。

同時にＴ_r3がOFFとなつて積分コンデンサＣは
積分を開始し、積分電圧Vcは時間ｔとともに Vc＝Ｉ_１０／Ｃｔ＝Ｖ_５（Ｔ）／ＣＲ_１０ｔ……(21) となりコンパレータA₈の非反転端入力Vccとな
る。（Vcc＝Ｖ_B−Ｖ_S） 一方A₈の反転端入力Vrrは基準電圧Ｖ_S（Ｔ）
から Vr＝Ｂ_１２／Ｒ_１１Ｖ_S（Ｔ） ……(22) Ｖ_rr＝Ｖ_B−Vrとなり、Vcc＝VrrすなわちVc＝
VrとなつてコンパレータA₈の出力P₂はＨレベル
からＬレベルに反転し、ゲートG₁を閉じカウン
タはカウントを停止する。

カウント数ＮはVc＝Vrとなる時間ｔに比例す
るゆえに（21）、（22）より Ｎ＝ｔ＝Ｖ_Ｓ（Ｔ）／Ｖ_５（Ｔ）・CR₁₀・Ｒ_１２／Ｒ
_１１ ＝K₅Ｖ_Ｓ（Ｔ）／Ｖ_５（Ｔ） ……(23) K₅：定数 よつて（19）、（20）、（23）より １／ＮK₁，K₆＋K₇lnI₂ ……(24) K₆：定数 K₇：定数 となり、カウントパルスＮは温度Ｔに無関係に情
報値および被写体の明るさの圧縮値の関数とな
る。

次にP₁の方がネガテイブエツジでカウント数を
ラツチしてデジタルシヤツタ制御部に取り込み、
カウンタをゼロクリアし、P₁のＬレベルでＴ_r3を
オンとし、Vcを放電して次のP₁のハイレベルで
繰り返す。

もしパルス幅P₁の期間にVc＝Ｖ_rとならない低
レベルの撮影情報（被写体が暗く、かつフイルム
感度、絞り等が低レベルでシヤツタタイムが非常
に長いとき）の場合はP₁のパルス幅で最大カウン
ト数Nmaxが定まり、最大シヤツタタイムを制限
して電池の無駄な消耗を防ぐ。

（撮影者の誤操作等により、カメラの能力をこ
えた撮影情報のとき） 第６図は二重積分型のＡ―Ｄ変換回路例であ
る。A₂，A₁₀は演算増幅器、A₁₁はコンパレー
タ、G₃，G₄，G₅はアンドゲート、P₁，P₃は図４
で述べた同一波形である。FFはRSフリツプフロ
ツプ、カウンタN₁はある定まつたカウントパル
ス数をカウントしてFFをリセツトする。

カウンタN₂はＡ―Ｄへの入力V₅（Ｔ）に応じ
たパルス数をカウントする。

S₁，S₂はトランジスタFFT等のスイツチ素子
であり、FFのＱ，出力で制御される。

第７図は第６図に示した回路のタイムチヤート
である。

今P₁のポジテイブエツジでカウンタN₁および
N₂をゼロクリアしFFにセツト信号が送られると
FFの出力ＱはＨレベル、はＬレベルとなりゲ
ートG₄を開き、G₅を閉じる。同時にS₁はオンか
らオフ、S₂はオフからオンとなり、V₆（Ｔ）は
V₅（Ｔ）＋Ｖ_S（Ｔ）からOVとなり積分コンデン
サＣに流れる電流IcはＩ_c5からＩ_esとなる。

Ｉ_c5＝−Ｖ_５（Ｔ）／Ｒ_ｃ ……(25) Ｉ_cs＝Ｖ_Ｓ（Ｔ）／Ｒ_ｃ ……(26) 時間ｔ＝ｔ_Aで V₇（Ｔ，ｔ）がＶ_S（Ｔ）に等しくなると、すな
わち積分電圧Ｖ_cがゼロになるとA₁₁の出力P₂がハ
イレベルとなりゲートG₃が開くので発振器出力
パルスP₃はゲートG₄を通過し、カウンタN₁でパ
ルスP₃のカウントが開始される。（第７図ｔ_A時点
参照） 次に時間ｔ＝ｔ_Bすなわちｔ_B−ｔ_A＝t₁期間で
カウンタN₁のカウント数がn₁に達するとFFをリ
セツトする。

このときの積分コンデンサＣの積分電圧Ｖ_cは Ｖ_c1＝Ｉ_ｃｓ／Ｃt₁＝Ｖ_Ｓ（Ｔ）／ＣＲ_ｃt₁……(27) であり、A₁₁の非反転端入力電位V₇（Ｔ，ｔ）は V₇（Ｔ，t₁）＝Ｖ_S（Ｔ）＋Ｖ_c1
……（28）となる。

カウント数がn₁となつてFFがリセツトされる
とＱ出力がローレベル、がハイレベルとなりゲ
ートG₄を閉じゲートG₅が開くので発振器出力パ
ルスP₃はG₅を通過してカウンタN₂でパルスP₃の
カウントが開始される。（第７図ｔ_B時点参照）同
時にS₁がオン、S₂がオフとなつて、積分コンデン
サＣに流れる電流Ｉ_cは（25）式で示すＩ_C5とな
る。積分電圧Ｖ_cは時間ｔとともに Ｖ_c＝Ｖ_c1−Ｖ_５（Ｔ）／ＣＲ_ｃt′ ……(29) であり V₇（Ｔ，ｔ）＝Ｖ_S（Ｔ） ＋Ｖ_c1−Ｖ_５（Ｔ）／ＣＲ_ｃt′ ……(30) となる。さらに時間ｔ＝ｔ_cすなわち t′＝ｔ_c−ｔ_B＝t₂で（30）式のV₇（Ｔ，ｔ）がＶ_S
（Ｔ）に達するとA₁₁が反転し、P₂はローレベル
となり、ゲートG₃が閉じてカウンタN₂はカウン
トを停止する。

よつて（30）式より Ｖ_S（Ｔ）＝Ｖ_S（Ｔ） ＋Ｖ_c1−Ｖ_５（Ｔ）／ＣＲ_ｃt₂ ……(31) （31）、（27）式より ｔ_２／ｔ_１＝Ｖ_Ｓ（Ｔ）／Ｖ_５（Ｔ）……(32) となる。期間t₂のカウント数をn₂とすれば（32）
式は（19）、（20）より n₂＝n₁Ｋ_４／Ｋ_１Ｋ_２＋Ｋ_３ｌｎＩ_２……(33) となりn₂はＴの影響を受けない。

次にP₁のネガテイブエツジでカウンタN₂のカ
ウント数n₂をラツチし、P₁のポシテイブエツジで
カウウンタN₁およびN₂をゼロクリアし、FFにセ
ツト信号を送り、Ｑ，を反転させ、S₁をオフS₂
をオンとし、最初の状態となる。

P₁のパルス幅は第４図と同様に最大カウント数
を制限する。

（33）式からカウント数n₂は既知のカウント数
n₁（設計で定まる）設定情報K₁および被写体情
報I₂の対数圧縮値の関数となり、デジタル演算で
シヤツタタイムが決定される。

またこの二重積分方式はＣおよびＲ_cの影響を
受けない利点がある。

以上本発明を被写体の明るさ、フイルム感度等
の撮影情報を測光演算しデジタル量として記憶す
る電気シヤツタ回路に実施した場合について詳し
く述べたが、本発明によれば撮影情報を絶対温度
に比例したままＡ―Ｄ変換器への入力とし、Ａ―
Ｄ変換器への基準電圧として絶対温度に比例した
電圧を供給し、Ａ―Ｄ変換において前記電圧の比
をとつているので、温度の影響を受けないＡ―Ｄ
変換器を有する演算回路を得ることができる。し
たがつて従来のようなアナログ測光部で温度補正
することによる誤差要因を生ずるような電気シヤ
ツタ回路を用いる必要はなくなる。また本発明に
よる回路はシヤツタ速度の制御だけではなく、絞
り値の設定等にも同様に応用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の測光演算回路の一般的なブロツ
ク図、第２図は第１図の回路の温度補正を詳述す
るための回路図、第３図は本発明による演算回路
の実施例を示す回路図、第４図はＡ―Ｄ変換回路
の一例を示す回路図、第５図は第４図のＡ―Ｄ変
換回路の動作を説明するための波形図、第６図は
二重積分型のＡ―Ｄ変換回路例を示す回路図、第
７図は第６図の二重積分型回路の動作を説明する
ための波形図である。 R₂，R₃，R₄，R₅，R₆，R₇，R₁₀，R₁₁，Ｒ_c，Ｒ
……抵抗、Ｃ……積分コンデンサ、D₁，D₃，D₄
……ダイオード、Ｐ_D……ホトダイオード、A₁，
A₂，A₃，A₄，A₅，A₆，A₇……演算器、A₈……コ
ンパレータ、G₁，G₃，G₄，G₅……ゲート、FF…
…RSフリツプフロツプ、S₁，S₂……トランジス
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 信号電圧を基準電圧と比較してＡ―Ｄ変換を
   行うＡ―Ｄ変換器を有する演算回路において、信
   号電流をダイオードで対数圧縮した電圧から他の
   ダイオードに定電流を流して得た電圧を減じて絶
   対温度に比例した信号電圧を発生する情報回路
   と、２つのダイオードに異なつた電流密度の電流
   を流し、このダイオードの差電圧を取り出すこと
   によつて絶対温度に比例した基準電圧を発生する
   基準電圧発生回路を設け、前記信号電圧と前記基
   準電圧との比をＡ―Ｄ変換値として出力するよう
   に構成したことを特徴とするＡ―Ｄ変換器を有す
   る演算回路。 ２ 前記基準電圧発生回路の基準電圧は演算増幅
   器の反転入力端子と出力端子および正入力端子と
   アース間にそれぞれ挿入されたダイオードまたは
   ダイオード接続された素子に異なつた電流を流し
   て得るようにした特許請求の範囲第１項記載のＡ
   ―Ｄ変換器を有する演算回路。