CN1053971C - 用激光束蚀刻胶片时驱动和定位胶片的设备 - Google Patents

Abstract

驱动和定位控制胶片7的设备，包括电机M，该电机由计算机控制，可以使胶片7连续运动，但是也可中断运动，以便蚀刻字幕；连接在电机M上用于驱动上述胶片的链轮驱动机构1；存贮上述驱动机构1同心度缺陷的存贮装置T；和位于上述装置和上述光学偏转系统S之间的补偿系统V，用于根据上述缺陷校正蚀刻激光束F的位置，使得即使在驱动机构上存在固有的上述缺陷，每个字幕也相对于有关的胶片像准确地位于要求的位置。

Description

用激光束蚀刻胶片时驱动和定位胶片的设备

本发明涉及驱动和定位控制胶片特别是电影胶片的设备。该设备使胶片交替地处于驱动状态和准确的定位状态或停止状态，以便观看图像，或在停止状态期间，将说明字幕蚀刻在胶片上，刻在相应图像上的非常准确的位置上。

在现时众所周知的设备中，驱动和定位胶片的机构是所谓“卡爪和反向卡爪”型的机构。一个由计算机控制的高转矩低惯性的电机通过一种卡爪可在其中径向滑动的转动中心单元使卡爪转动，这些卡爪当其处于抽出位置时便与胶片上的孔啮合，从而驱动胶片。胶片仅被驱动半周，也就是二分之一转。在第二半周，卡爪回到中心单元，而反向卡爪则从中心单元出来将胶片“拉直”，即不管是在侧向还是在运动方向都使胶片保持在准确的位置。不管胶片的规格(16，35或70mm)如何，这个过程是相同的，并且对每一个图像重复这个过程，不论胶片是处于快速前移状态还是蚀刻状态，胶片的定位精度直接与卡爪和反向卡爪以及设置的周期相关。

本发明的目的是使胶片更快速地移动，同时非常显著地增加不论是胶片停止还是运动的定位准确度，特别是增加在这种定位情况下的准确度，即在这个位置，用激光束扫描法在相应的图像上进行说明字幕的刻蚀。

在胶片上特别是在电影胶片上蚀刻说明字幕的方法和设备已在1985年4月19日以本申请人的名义提出的法国专利No.8505937中进行了说明。该设备应用一种用偏转系统例如用激光在两个X-Y反射镜的偏转来定向在两个互相垂直平面上的激光束的装置，该反射镜的转动由本身受计算机控制的检流计系统等控制，该计算机的存贮器中存贮有每个像的说明字幕。

因此，本发明的驱动和定位控制胶片的设备包括用激光束蚀刻胶片的装置，该激光束的位移由X-Y光学偏转系统控制，该偏转系统本身受其存贮器中贮存有说明字幕的计算机的控制，该设备的特征在于，包括：一个电机，该电机受上述计算机控制，并可以使胶片进行连续运动，但也可使胶片中断运动，以蚀刻上述字幕；连接在电机上以驱动上述胶片的链轮传输装置；存贮上述输送装置同心度缺陷的贮存装置；和位于上述输送装置和上述光学偏转系统之间的补偿系统，用于根据上述缺陷校正蚀刻激光束的位置，使得即使在传输装置上存在固有的上述缺陷，每个字幕也能相对于有关的胶片图像精确地位于要求的位置。

由此可见，依赖于像的位置，可以调整激光束打击的坐标。这也是说，用这种机构可以设想两种蚀刻方式：逐个像地蚀刻和连续地蚀刻，即是说不停止胶片，激光束的位移具有等于胶片运动速度并与该速度同方向的速度分量。

这样一种设备最好还包括用键固定在电机转轴上的数字编码器，该编码器因而能够向上述补偿系统提供代表电机真实角位置的信号，即其角度定位误差信号，为了得到传递到上述用于控制偏转器的系统上的总的定位误差，这种角度定位误差应加在由于输送设备的偏心缺陷引起的胶片定位误差上，或从中减去。

控制输送设备驱动电机的事实使得可以省去现在已知的机械系统例如“十字轮机构”，并可以保证胶片运动的连续性。输送装置相当于齿轮，该齿轮的齿数等于像的整数。该整数N是胶片规格的函数，例如对16mm胶片，N＝8，对35mm胶片，N＝4，等等。

电机的位置控制使得可以相对于激光束的正常位置-即在进行任何校正偏转之前激光束所处的位置，固定每个要进行蚀刻例如蚀刻说明字幕的像的位置。控制电机的速度使得可以使该速度适应于不需蚀刻的像的数目，从而增加电机的速度，例如如果两个加说明字幕的像由许多不加字幕的像分开时；相反，如果仅由少量的连续不加字幕的像分开，则降低电机的速度。

定位胶片的误差是起源于传输装置几何形状缺陷和对轨线特有的位置误差两种现像合成的结果。这些现象可以同时用上述的补偿系统进行处理，该补偿系统将要加在参考座标上的校正传给X-Y光学偏转系统。

输送装置几何形状的缺陷基本上是同心度缺陷，它导致圆周的偏心，不能得到在该输送装置的转角和像的线性位置之间存在的一一对应关系。从下面可以清楚地看到，利用一种设置模式，这些几何缺陷可以容易定量，而且必需的校正也可以以补偿参数的形式容易地引入到激光束偏转系统中。

至于轨线特有的位置误差，它们主要是由胶片的结构，特别是它多多少少具有粘滞性，以及由胶片驱动机构的惯性造成的，即使这种惯性很小。但是，利用电机的编码器可以容易补偿这些误差，该编码器向补偿系统实时地提供代表胶片位置的信息。这一点也可以从下面的说明中清楚看出。

最后，本发明还包括机械性的配置，同时，在蚀刻期间的胶片可以具有比用常规机构驱动时高得多的运动速度。

为了在整个字幕长度上得到恒定清晰度的蚀刻，必须使胶片在蚀刻区域完全是直的。在具有卡爪和反向卡爪的常规机构中，胶片的平度由装在加压器的平槽来保证。但是，采用加压器会发生一些问题，因为加压器作用在胶片上的压力不恒定，甚至会依赖于胶片的特性而随机作用压力，因而导致压力在高速的不稳定性。由本发明新型机构形成的效力，特别在快速传递胶片方面的效力使得具有平槽和加压器的系统变得过时。

因此，根据本发明的另一个配置，为了使胶片在运动时，特别使激光束蚀刻的区域达到完全的平整，使用一种简单装有接触滚轮的弯曲槽。

下面利用一点也不构成限制的例子图示说明装有上述刚讨论的配置的用于驱动和定位控制胶片的设备，现在参照附图进行说明。

图1是曲线图，表示假设性圆筒形传输装置的可能偏心率；

图2为图1的所述圆筒形传输装置的示意图；

图3示出上述传输装置转动相同角度以后，在参考胶片的祯面上跟踪的横向标记线的位置；

图4和5分别是“逐个像”蚀刻方式和连续蚀刻方式的补偿系统方块图；

图6是具有弯曲槽和接触滚轮的蚀刻支承件的垂直截面图。

图1中假设为圆筒形的胶片传输装置中的可能的同心度缺陷例示在X，Y坐标图上，该传输装置示于图2，编号为1。假定它是“4像”传输装置例如35mm胶片的传输装置，为简化说明，传输装置的表面相对其转动轴线2的偏心度已被极大地放大，该转动轴线2相对于几何轴线3发生很大偏移。箭头4表示传输装置的转动方向。

因此，可以看到，如果可以相对于固定标记准确固定胶片参考像的位置，则后面三个像中的每一个像将明显不同地偏移该标记。这种偏移依赖于在构成传输装置的四个像限N0、N1、N2、N3中的每个像限的传输装置表面的偏心度。

为了发现、观察和在蚀刻时能利用这种偏移对激光束的位置进行要求的补偿，在“逐个像”蚀刻的方式中，过程如下。利用例如图3的设置祯面(一段35mm胶片6，至少显示四个像的祯面)，在对应于传输装置的象限No的像上跟踪水平标记RO，该标记RO按常规具有零偏移；随后使传输装置转动四分之一圈，以相同方式在相当于传输装置象限N1的设置祯面的跟随的像上跟踪标记R1(胶片的运动方向在图3中用箭头5表示)。对于对应于像限N2和N3的标记R2和R3执行相同的过程。从图3中可以看到，每个标记R1、R2和R3相对于“零偏移”具有不同的偏移，如果传输装置1的几何形状是理想的，则标记处于零偏移的位置。这些由连接在传输装置驱动电机M上的编码器C测量的偏移(见图4和5)然后可以作用在偏转器的控制系统S上，被用来校正在蚀刻字幕期间的激光束的位置，因而可以得到需要的补偿，使每一个字幕相对于相应的像可以精确和准确地被定位。

相反，在连续蚀刻方式即不停止胶片的方式中，将标记的最大偏移测量放置在存贮中是适宜的。现在参照图1的例子，为简化起见，每个像仅用三个标记，相当于每个像三个纵座标点、即传输设备每转一圈12个点，而在“逐个像”蚀刻方式中四个点才足够。在图1中，这些纵座标点代表祯面标记R(转输装置每转30°角绘出的)相对于不存在偏心情况下的假设位置的偏移d，对于第一个像标记为no、no′、no″，对第二个像标记n1、n′1、n″1，等等；利用标准测量学系统测量这些纵座标。横座标θ°表示对每个点的传输装置的转动角度；30°、60°、90°等，该转角由传输装置驱动电机的控制器监控。可以看出，图1的曲线可以理想地和同时目视地显示传输装置同心度的缺陷。研究该曲线可以直接设定补偿系统的参数。

下面说明在“逐个像”蚀刻方式中该参数的设定。

如上所述，在“逐个像”蚀刻方式中要设定补偿系统参数，四个纵座标点足够了。在这种情况下，没有要研究的曲线，只有座标点n0、n1、n2和n3。其中n0是d＝0的偏移点，这一点具有零偏移校正值的事实被贮存补偿系统V中。对于n1要注意到它相对于零超前了。对于这个点n1，利用具有符号与配置的测量值的“几何误差表”T(参见图4)的存贮器的存贮来设定补偿系统V的参数，便可以在正确方向设定偏转系统的偏移。对于此例，假定符是负的。

过程对于n2和n3是相同的，因此对于n2，正的的偏移值被存贮在存贮器中，而对于n3，一个大于n2正偏移值的正偏移值被存贮在存贮器中。

如果机构(传输装置-电机-编码器)完全没有惯性和胶片在运动期间不施加任何阻力，则这些补偿是充分的。但是，除开传输装置1的几何形状缺陷而外，正是这些机械因素引起了位置误差。这种位置误差标记为Δ，由电机M的编码器直接提供。编码器C通知补偿系统V(图4中的V_ro计算器)电机的真突位置。补偿系统V将得到的位置与假设的位置比较，因而“知道”位置前移或滞后的值。对于位置n0、n1、n2、n3，直接将该值加在存贮在“误差表”存贮器中的值上。例如，可以假定：

电机-编码器机构应当驱动胶片越过某个数目的像；

要蚀刻的第一个像对应于象限N1，对于这个象限，由电机M驱动的传输设备1具有由n1确定的同心度误差；

编码器C具有四个增量斜率，每个由4096个增量点组成，即每像4096个点的斜率；

象限N1的像的增量斜率用F1表示，相应于像N1假定位置的增量点是fth1＝0000。

在运动已经发生的情况下，为了执行第一次蚀刻，机构停止。

在开始蚀刻之前，补偿系统V(计算V_ro)分析它收到的信息：

要蚀刻的像N1→由于传输装置1的几何缺陷产生的误差值；-n1→电机的真实位置：fr1＝0004，即像的误差|Δ|＝4/4096。

例如，如果fr1＝0004，这就意味着像前移，超过假定位置4个增量，因此Δ是负的。

根据这两条信息，补偿系统推导出偏移值(V_ro)：

V_ro＝-n1-(-Δ)

然后可采用下述方法使上述公式一般化：

假设n是传输装置1几何形状的误差，它对每个像的区域具有一个值；

假设Δ是电机真实位置和其假定位置之间的差值。

如果编码器C的四个增量斜率是F0、F1、F2、F3，fth是电机M的假定位置，fr是电机的真实位置，则应注意到，如果fr越过假定位置，fth则是正的；如果fr没有达到假定位置，则fth是负的。因此，

V_ro＝n-|Δ|，

上式中，对于fr∈〔fth-，fth〕，Δ为正；对于fr∈〔fth，fth+〕，Δ为负。

很清楚，插入误差变量Δ进行的这种补偿仅在Δ的值小时才有效，因为在相反的情况下，同心度误差又会产生干扰。

一旦V_ro确定后，补偿系统便将该值V_ro输送给控制偏转器(图4)的系统S，并开始第一个像的蚀刻。转到要蚀刻第二个像时，V_ro的值改变了，补偿系统V再开始分析它收到的信息。对每一个要蚀刻的像，都要重新开始这种分析。当机构处于快速前移方式时，补偿系统不工作。

在连续蚀刻操作方式(图5)中，字幕稳定性的准确度仅与目视显示传输装置1同心度缺陷的曲线制作准确度有关。该曲线代表在或大或小间隔上的函数。这些函数和这些间隔依赖于在传输装置1上的几何缺陷，该几何缺陷存贮在“传输装置特征函数表”T的存贮器中，如图5所示，因此这些函数和间隔仅对唯一的一个传输装置有效。

对于连续知道传输装置1位置的补偿系统V，补偿系统V容易计算作为增量点函数的纵座标，因而也容易计算作为传输装置转动量函数的纵座标。

本发明将使得胶片的运动速度不再依赖定位像的机构，而仅依赖驱动电机M，另外，大大减小了胶片承受的应力。胶片的运动速度，也即蚀刻速度因而大大高于用常规机构得到的速度；据估计，胶片的运动速度至少可以增加4倍，即达到每秒400个像或更多。这导致采用蚀刻支承件，而不用现时的支承件，以避免在为了进行蚀刻要求胶片是平的或至少是直的表面的位置由加压器在胶片上产生的摩擦。

为此，可以采用在图6中以截面图示出的具有弯曲槽和接触滚轮的蚀刻支承件。在此图中，激光束射到支承件上的方向用箭头F表示，要蚀刻的胶片是7，弯曲槽的主体是8。两对对胶片施压的滚轮是9和10。蚀刻产生的烟气可从抽气孔11抽走。两对加压滚轮仅作用在胶片的边缘上，这足以在要蚀刻字幕的区域内使胶片保持平的状态，同时将胶片承受的摩擦力和应力限制到最小。

除上述优点而外，还应当注意到，由于机械制造公差的减少，本发明的制造成本降低，而且由于几乎没有机械配置，因而维修操作的次数减少。

Claims (3)

1.一种驱动和定位控制胶片(7)的设备，该设备包括用激光束(F)蚀刻胶片的装置，激光束的位移由X-Y光学偏转系统(S)控制，该偏转系统本身又受其存贮器中包括说明字幕的计算机的控制，该设备的特征在于，它包括：一个电机(M)，该电机受上述计算机的控制，能够使胶片(7)进行连续运动，但是也可以中断运动，以便蚀刻上述字幕；一个与电机(M)连接的用于驱动上述胶片的链轮传输装置(1)；贮存上述传输装置(1)同心度缺陷的存贮装置T；和位于上述存贮装置(T)和上述光学偏转系统(S)之间的补偿系统(V)，用于根据上述缺陷校正蚀刻激光束(F)的位置，使得即使在传输装置上存在固有的上述缺陷，每个字幕也能相对于有关的胶片像精确地位于要求的位置。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，它包括：用键固定在电机(M)转轴上的数字编码器C，该编码器能够向上述补偿系统(V)提供代表电机真实角位置即其角度定位误差(Δ)的信号，为了得到传送给控制偏转器的上述光学偏转系统(S)的总的定位误差(V_ro)，使该角度定位误差加在由传输装置(1)偏心缺陷产生的胶片定位误差(n)上，或从中减去。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，它包括：具有弯曲槽(8)和滚轮(9、10)的蚀刻支承件，该滚轮对胶片(7)加压，作用在胶片的边缘上。

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