DE2104052A1

DE2104052A1 - Automatische Brennweitenregelung fur eine Kamera

Info

Publication number: DE2104052A1
Application number: DE19712104052
Authority: DE
Inventors: David Shepard Elek John William Wescoesville Nevis Benjamin Edward Bethlehem Schlegel Wallace Albert Bath Pa Alles (V St A ) P
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-01-28
Filing date: 1971-01-28
Publication date: 1971-08-05
Also published as: FR2077382B1; DE2104052B2; SE355679B; NL7100881A; BE761973A; US3636849A; FR2077382A1; GB1321137A

Description

Weetern Electric Company Inc.
123, William Street

!few York, IT· Y. 10°38 / USA A 32 081

AutomatisclieJBrennweitenregelung^für^eine Kamera

Die Erfindung betrifft ein Brennweitenregelungselement für eine Kamera, insbesondere Brennweitenregelungen zur Verwendung bei industriellen Kameras, beispielsweise Stufen- und Wiederholungskameras .

Es liegen zahlreiche Anwendungsfälle für Präzisionskameras vor, darunter auch die Herstellung von Hasken für integrierte Schaltkreise, wobei eine solche Kamera als Stufen- und Wiederholungskamera bekannt ist. Bei diesem besonderen Anwendungsfall ist es zur Erzeugung wiederholbarer, scharf definierter und gleiche Abmessungen aufweisender Bilder der Schaltkreismasken auf einer lichtempfindlichen Pläche einer photographischen Platte erforderlich, den Abstand zwischen dem Kameraobjektiv sowie der Oberfläche der Photoplatte innerhalb +0,4 Mikron konstant zu halten. Die Oberfläche der photographischen Platte und Photoplatte kann von einer ebenen Fläche um bis zu 0,5 - 1,0 Mikron pro 25 mm Abstand auf der Platte abweichen. Wenn somit die Kamera von Stelle zu Stelle umschaltet, um die Maskenbilder auf der Photoplatte herzustellen, so wäre es sehr günstig, eine Brennweitenregelung vorliegen zu haben, welche automatisch einen konstanten Oberflächenabstand vom Objektiv zur Photoplatte aufrechterhält, indem jede solche Abweichung gegenüber der ebenen Pläche kompensiert wird·

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Einige gegenwärtig für solche Anwendungszwecke verwendeten Kameras^ wie sie für Stufen- und Wiederholungskameras beschrieben wurden, umfassen SchraubenJustierungen oder andere Arten mechanischer Antriebe zur Steuerung des Oberflächenabstandes des Objektivs zur Photoplatte, d.h. der Brennweite« Die Brennweite kann durch eine Vorrichtung gemessen werden, beispielsweise ein Interferomettr, wobei die Vorrichtung zur Steuerung der mechanischen Antriebe dient.. Diese mechanischen Steuerelemente sind jedoch nicht vollständig zufriedenstellend, weil beispielsweise die Ansprechgeschwindigkeit sowie Hysteresiseffekte die Widerholbarkeit in ungünstiger Weise beeinflussen. Gasdrueklager oder luftlager wurden zwar bereits in Kameras verwendet, jedoch ist keine Vereinigung von Luftlagern mit spezifizierten Kennwerten zur automatischen Regelung der Brennweite einer Kamera bekannt.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Elementes zur Aufrechterhaltung der Brennweite in Präzisionskameras.

Weiterer Zweck der Erfindung ist die Steigerung der Fähigkeit eines Brennweitenateuerelementes zur Aufrechterhaltung einer konstanten Brennweite durch automatische Bewirkung von Justierungen für Oberflächenunregelmäßigkeiten der Photoplatte.

Die Lösung der obigen Problemstellung ergibt sich durch Verwendung von Gasdrucklagern mit bestimmten Kennwerten zur justierbaren Lagerung der Photoplatte.

Me bewegliche Photoplatte ist zwischen swei Gasdrucklagern oder Luftlagern angebracht, nämlich einem Objektivlager und einem Plattenlager. Das Gewicht der Photoplatte kann durch eine Anordnung bestehend aus einer sehr weichen Feder sowie einer Membran gelagert werden. Das Objektivlager ist starr an dem festen Objektivgehäuse gehalten, wogegen das Plattenlager in vorteilhafter Weise durch einen pneumatischen Antrieb flexibel gehalten oder gelagert ist. Das Objektivlager ist sehr steif hergestellt und wirkt auf einen Teil seiner Belastungs/Auftriebs-

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Höhencharakteristikkurve, wobei sich die Belastung mit der Auftriebshöhe wesentlich ändert, Das Plattenlager ist sehr weich ausgebildet und arbeitet auf einem Teil seiner Belastungs/Auftriebs-Höhencharakteristikkurve, wobei die Belastung im wesentlichen unabhängig von der Auftriebshöhe ist. Demgemäß überträgt das Plattenlager eine im wesentlichen konstante Kraft auf eine S^ite der Photoplatte, unbeschadet Änderungen der Stellung der Photoplatte. Auf diese Weise werden Oberflächenunregelmäßigkeiten in der Photoplatte automatisch durch eine Änderung der Auftriebshöhe des Plattenlagers aufgenommen, während die lichtempfindliche Fläche durch das' steife Linsenlager unter Krafteinwirkung in einem im wesentlichen konstanten Abstand gegenüber dem Objektiv verbleibt, um das erforderliche Kräftegleichgewicht zu erzielen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer automatischen Brennweitenregelung nach der Erfindung im Axialschnitt sowie in Seitenansicht,

Pig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in demgegenüber vergrößerter Darstellung,

Pig. 3 die Belastung als Punktion der Auftriebshöhe für Gasdrucklager bei konstantem Druck.

Eine Photoplatte 10, die mit o-iv.«- er_eeig_neten lichtempfindlichen Substanz beschich-f' sein kann, beispielsweise einer Emulsion, und auf welcher Bilder hergestellt werden können, ist gemäß Pig. 1 in einem Plattenhalter 16 angebracht. Der Plattenhalter 16 ist mit einer Basis 30 über eine sehr weiche Federanordnung verbunden, welche in vorteilhafter Weise parallele Biegeelemente oder Federn 18 sowie eine flexible Membran 20 umfassen können. Die parallelen Biegeelemente 18 sowie die Membran 20 lagern das Gewicht der Photoplatte 10 sowie des Halters 16 _?"'" ""■■ ''"'" " " - 4 -

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in irgendeiner festgelegten Gleiehgewiehtsstellung auf. Der Unterdruck innerhalb der Membran 20, welcher von einer geregelten Druckquelle über eine leitung 36 abgenommen wird, kann im Hinblick auf irgendwelche Änderungen des Gewichte zwischen verschiedenen Photoplatten verändert werden.

Die Photoplatte 10 ist zwischen zwei Gasdrucklagern angeordnet, die als Objektivlager 12 und Plattenlager 22 ausgebildet sind. Das Objektivlager 12 umgibt in vorteilhafter Weise das Kameraobjektiv 14 und ist starr an einem Kameraobjektivgehäuse 26 befestigt, das an einem geeigneten Gestell 28 angebracht ist. Das Plattenlager 22 ist sehr flexibel angebracht und durch einen Pneumatikantrieb 24 gelagert. Die gesamte Kamera ist durch eine geeignete Fläche 32 gelagert, beispielsweise eine polierte Grundplatte aus Granit.

Gemäß Pig. 2 ist die Photoplatte 10 in einer gewissen Gleichgewichtsstellung zwischen dem Objektivlager 12 sowie dem Plattenlager 22 durch die weiche Membran 20 sowie die parallelen Biegeelemente 18 gemäß der vorangehenden Beschreibung gehalten. Die Gleichgewichtsstellung wird so justiert, daß der Oberflächenabstand vom Objektiv zur Photoplatte, d,h. der Abstand 34, präzise demjenigen entspricht, welcher für die Herstellung scharfer Bilder auf der Photoplatte 10 erforderlich ist. An diesem Punkt sind alle Kräfte auf der Photoplatte 10 ausgeglichen.

Wie vorangehend erwähnt wurde, weist die Photoplatte 10 Oberflächenunregelmäßigkeiten auf, welch eine untragbare Veränderung des Oberflächenabstandes 34 zwischen Objektiv und Photoplatte hervorrufen könnten, wenn die Kamera sich schrittweise längs der Photoplatte 10 bewegt, sofern nicht eine Kompensation hierfür vorgesehen wird. Die Oberflächenunregelmäßigkeiten können sich beispielsweise aus Änderungen der Emulsionsdicke und der Oberflächenformen in der Grundphotoplatte 10 ergeben. Die Unregelmäßigkeiten können Änderungen bis zu 0,5 - 1,0 Mikron gegenüber einer genau ebenen Oberfläche pro 25 mm Weglänge auf

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der Photoplatte 10 hervorrufen. In dem Pail einer Stufen- und Wiederholungskamera zur Herstellung von Masken für integrierte Schaltkreise muß somit das Brennweitenregelungssystem diese Änderungen kompensieren und den Oberflächenabstand von Linse zu Photbplatte innerhalb +0,4 Mikron konstant halten. Dies wird durch Ausbildung des Objektivlagers 10 sowie des Plattenlagers 22 mit geeigneten Kennwerten erzielt,

!•ig. 3 zeigt die Belastung als !Punktion der Auftriebshöhe für zwei Gasdrucklager bei einem gleichen konstanten Druck. Die Kurven zeigen eine aus einer Gruppe von Kurven konstanter Druqkcharakteristik für jedes Lager. Die Charakteristik eines Gasdrucklagers hängt beispielsweise von der geometrischen Form der Gasmündungen sowie dem Betriebsdruck ab, wie dies an sich bekannt ist. Erfindungsgemäß wird das Linsenlager 12 so ausgebildet, daß es auf einem Teil seiner Kennwertkar ve arbeitet, wo die Last sich mit der Auftriebshöhe beträchtlich ändert, d.h. in einem Punkt A. Anders ausgedrückt wirkt das Objektivlager bei einem Punkt, wo eine wesentliche Steifigkeit vorliegt. Aus der Kennwertkurve ergibt sich demnach, daß bei abnehmendem Abstand zwischen dem Objektivlager 12 sowie der Photoplatte 12 gemäß Pig. 2, welcher in direkter Beziehung zu dem kritischen Oberflächenabstand von Objektiv zu Photoplatte steht, die Kraft auf der Oberseite der Photoplatte 10 steigt. Dies drückt die Photoplatte 10 von dem Lager 12 Veg_f Wenn umgekehrt der Abstand zwischen dem Objektivlager 12 Bowie der Photoplatte 10 steigt, nimmt die durch das Objektivlager 12 ausgeübte Kraft ab.

Das Plattenlager 22 arbeitet andererseits bei irgendeinem Punkt, beispielsweise einem Punkt B, auf seiner Kennwertkurve, wobei Ai Belastung im wesentlichen unabhängig von der Auftriebshöhe ist. Dies bedeutet, daß die Steifigkeit des Plattenlagers 22 zu vernachlässigen ist. Somit übt das Plattenlager 22 stets eine im wesentlichen konstante Kraft auf die Photoplatte 10 aus, unbeschadet des Abstandes zwischen dem Lager 22 sowie der Photoplatte 10. Die beiden Lager 12_S 22, welche zusammenwirkend ar-

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beiten, streben demgemäß danach, die Photoplatte 10 in ihrer Gleichgewichts-Brennweitenstellung zu halten. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Photoplatte 10 eine Oberflächenunregelmäßigkeit aufweist, welche über die Abstände zwischen der Stelle des Objektivlagers 12 sowie der Stelle der Photoplatte abnimmt, wo das Bild erzeugt wird, wenn die Kamera während des Bildherstellungsvorganges von einer Stellung zu der nächsten bewegt Vird. Die durch das Objektivlager 12 auf die Photoplatte 10 ausgeübte Kraft steigt daher, während die durch das Plattenlager 22 auf die Photoplatte 10 ausgeübte Kraft konstant bleibt. Die Kräfte auf der Photoplatte 10 befinden sich nicht länger im Gleichgewicht, und die Photoplatte 10 wird von dem Objektivlager 12 weggedrückt, bis eins Gleichgewichtsstellung erreicht ist, bei welcher die Photoplatte ortsfest bleibt. Diese Gleichgewichtsstellung entspricht der richtigen Brennweitenstellung der Photoplatte 10. Die Lager 12, 22 geben eine Kraft lediglich auf einen kleinen Bereich rund um die interessierende Fläche ab. Auf diese Weise hat die Photoplatte 10 stets ihre besondere Stelle oder den interessierenden Abschnitt zu einer gegebenen Zeit in Scharfstellung, was bedeutet, daß der Oberflächenabstand von Objektiv zu Photoplatte konstant bleibt, unbeschadet Unregelmäßigkeiten der Photoplatte 10 oder der Emulsionsflächen.

Praktisch trifft das Erfordernis_} daß das Plattenlager 22 eine vernachlässigbare Steifigkeit aufweist, lediglich für den Fall zu, wo das Plattenlager 22 starr an einer Auflage befestigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel noch Fig. 1, wo das Plattenlager 22 flexibel durch einen verhältnismäßig weichen Pneumatikantrieb 24 gelagert ist, kann das Plattenlager 22 eine begrenzte Steifigkeit haben, wobei dies tatsächlich von Vorteil wäre. Jedoch ergibt die Vereinigung des weichen pneumatischen Antriebes 24 mit einem konstanten Druck sowie einem Lager 22 mit einer begrenzten Steifigkeit die gleiche Wirkung wie ein starr angebrachtes Lager 22 von vernachläßigbarer Steifigkeit. Dies ergibt sich, weil die Vereinigung aus pneumatischem Antrieb und Plattenlager der Bewegung der Photoplatte 10 folgt und einen konstanten Druck da-

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rauf aufrechterhält.

Der Druck auf die Lager 12, 22 sowie den pneumatischen Antrieb 24 kann leicht innerhalb der erforderlichen Toleranzen geregelt werden. Der Druck auf die Lager 12, 22 wird von einer geringen Druckwelle über eine Leitung 38 bzw. 40 abgenommen. Der Druck auf den Antrieb 24 kommt von einer geregelten Druckq.uelle über eine Leitung 42. Eine Druckregelung mit einer Genauigkeit von etwa 1 ⁰Jo bezüglich eines konstanten Wertes reicht sogar für die eine hohe Genauigkeit aufweisende Brennweitenregelung aus, welche in einer Stufen- und Wiederholungskamera erforderlich ist. Eine solche Regelung kann mit im Handel erhältlichen Druckreglern erzielt werden. ™

Gemäß den vorangehenden Erläuterungen soll die Steifigkeit der Membran 20 sowie der parallelen Biegeelemente 18 sehr gering gegenüber der Steifigkeit des Objektivlagers 12 sein. Ein Steifigkeitsverhältnis von etwa 1/100 sollte für die meisten Anwendungsfälle ausreichen. Dies stellt sicher, daß die Membran sowie die parallelen Biegeelemente 18 nicht die Gasdruckleger 12, 22 ungünstig beeinflussen, indem ein konstanter Brennweitenabs t and aufrechterhalten wird. Eine genauere Bestimmung der gewünschten Steifigkeit für die Membran 20 sowie die Biegeelemente 18 kann durch eine Analyse der statischen Kraft durchgeführt werden, nachdem besondere Vierte der Steifigkeit für ι die Lager 12, 22 sowio das Gewicht der Photoplatte 10 bestimmt wurden.

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Claims

A_n s p_r ü c h e

Automatische Brennweitenregeiung für eine Kamera zur Aufrecht erhaltung eines konstanten Abstandes zwischen einem Kameraobjektiv sowie einer photographischen Platte mit einem ersten und zweiten G-as drucklager, zwischen denen die photographische Platte angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lager (12) zur Übertragung einer Kraft auf die photographische Platte (10) eingerichtet ist, welche im wesentlichen proportional dem Abstand zwischen dem Objektiv (14) sowie der Platte (10) ist, und daß das zweite Eager zur Übertragung einer Kraft auf die Platte (10) im wesentlichen unabhängig ύοώ. dem Abstand zwischen dem Objektiv (14) sowie der Platte (10) eingerichtet ist, wobei sich die entgegengerichteten Kräfte im Gleichgewicht befinden, wenn der Abstand zwischen dem Objektiv (14) sowie der Platte (10) gleich dem Brennweitenabstand der Kamera ist«
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch im wesentlichen weiche Federelemente (Biegeelemente 18) zur Auflagerung der Platte (10) zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Lager (12, 22).
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lager (12) zumindest hundertfach steifer als das Federelement (Biegeelemente 18) ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lager (12) gegenüber dem Objektiv (14) starr befestigt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lager (12) das Objektiv (14) umgibt und an einem das Objektiv auflagernden Gestell (28) angebracht ist.

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6'. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite lager (22) gegenüber dem Objektiv (14) starr befestigt ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lager (22) gegenüber dem Objektiv (14) flexibel angeordnet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine flexible pneumatische Lagerung (pneumatischer Antrieb 24), auf welcher das zweite Lager (22) angebracht ist.
9. Betriebsverfahren für eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch Anlegung einer ersten Kraft auf die Platte, welche proportional dem Abstand der Oberfläche von dem Objektiv ist, Anlegung einer zweiten Kraft an die Platte in einer zu der ersten Kraft entgegengesetzten Richtung, wobei die zweite Kraft im wesentlichen unabhängig von dem Abstand der Oberfläche gegenüber dem Objektiv ist, und Gleichgewichtseinstellung der ersten und zweiten Kraft, wenn der Abstand zwischen dem Objektiv sowie der Oberfläche gleich der Brennweite ist, wobei die Brennweite automatisch auf einem konstanten Wert gehalten wird.

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