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Beschreibung.
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Zur Bewertung der Abbilaungsqualität photographischer Objektive wird
heute allgemein die Kontrastübertragungsfunktion (KUF) oder Modulationsübertragungsfunktion
(MUF) oder Modulation Transfer Function (MTF) verwendet (1,2). Sie wird für Abbildung
eines Streifengitters mit R Linienpaaren pro mm (Perioden/mm, Ortsfrequenz) in der
optimalen Bildebene des Objektivs meistens als Funktion der Ortsfrequenz R, der
Blendenzahl k und der Bildhöhe 1' oder des Bildwinkels w sowohl für tangentiale
wie sagittale Orientierung der Streifen angegeben, wofür als Beispiel ein Auszug
aus dem Datenblatt des Zeiss Planar f/1.4 - 50 mm Cat.No. 102144 - Objektivs in
Fig. 1 wiedergegeben ist. Diese KUF's gehen aus Messungen (1) hervor und berücksichtigen
damit alle Abbildungsfehler eines Objektivs. Nicht berücksichtigt werden dabei aber
Abweichungen von der optimalen Bildebene in (+)-Richtung der optischen Achse, wie
sie durch unebenes Filmmaterial oder Defokussierung bei Aufnahme und Wiedergabe
auftreten können, so daß diese KUF's nur die optische Abbildungsqualität des Objektivs
und nicht die Qualität des latenten Filmbildes oder des Projektionsbildes widerspiegeln.
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Im weiteren wird die Einführung in die Problematik auf photographische
Aufnahmen beschränkt, die später in Analogie auch für die Wiedergabe übernommen
wird.
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In Referenz (1, Kapitel B 5) wird die Auswirkung einer Defokussierung
um as | mm auf die KUF für verschiedene Blendenzahlen k (in Ref. (1) t genannt)
und Ortsfrequenzen R theoretisch behandelt. Als Fazit kann daraus entnommen werden,
daß sogar schon für R = 5 1/mm bei Blende 2 eine Reduktion der KUF in der Bildmitte
um 20 8 in Kauf genommen werden muß, wenn eine Defokussierung um nur + 30 iim auftritt!
Noch deutlicher wird die Reduktion der KUF in der Bildmitte eines anderen beispielhaften
Objektivs bei Blende 1.4 als Funktion der Defokussierung mit R als Parameter in
Fig 107 der Ref. (1) das gestellt (hier wiedergegeben als Fig. 2). Bei R = 40 1/mm
reduzier sich die KUF für AS' = 30 ßm bereits um 28.6 % von KUF (AS' = 0) = 0.42
auf KUF (AS = 30 ßm) = 0.30 und für AS' = 60 ßm sogar um 62 % auf KUF (AS' = 60
ßm) = 0.16! Im Gegensatz dazu erhöht sich bei R = 5 1/mm sogar die KOP (AS' = 30
Am) um wenige Prozent gegenüber KUF (AS' = 0), wohingegen KUF (AS' = - 30 ßm) kleiner
wird als
KÜF (AS' = 0). Für positive Defokussierung ergibt sich
damit die bekannte Bewertungsunsicherheit (Ref. (1), Kapitel D 6) für die optimale
Lage der Bildebene, die entweder für maximalen Kontrast bei schlechter Auflösung
von nur R = 5 - 10 1/mm bei AS' 30 Wm oder für maximale Auflösung von R= 40 1/mm
bei schlechtem Kontrast bei AS' = 0 gewählt werden kann.
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Für die weitere Erläuterung ist hier nur interessant festzuhalten,
daß bei Anwendung des einen oder des anderen Kriteriums die Bildebene auf + 10 Am
genau festgelegt werden muß, damit eine Reduktion der KUF um weniger als 10 % gegenüber
der optimalen Position gewährleistet ist.
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Da sich eine Filmunebenheit oder Filmebenenverschiebung genauso auswirkt
wie eine Defokussierung, muß also bei Blende 1.4 eine Filmebenheit und die Lage
der Filmebene auf + 10 ßm gewährleistet sein, um ein Objektiv dieser öffnung und
Qualität (Fig. 1) überhaupt ohne übermäßige Verluste bei der KÜF verwenden zu können.
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Auf Grund steigender Schärfentiefe mit größerer Blendenzahl k werden
die Auswirkungen einer lokalen Filmunebenheit AS' oder einer Verschiebung der Filmebene
um AS' auf die KUF bei größerem k geringer, so daß dann größere Toleranzen in AS'
zugelassen werden können. Dies gilt aber nur für flächenhafte Gegenstände, für welche
die ganze Schärfentiefe im Bildraum zum Ausgleich von Filmunebenheit oder Filmverschiebung
zur Verfügung steht. Will man dagegen die mit größeren Blendenzahlen k erreichte
Schärfentiefe voll im Gegenstandsraum nutzen, was sehr häufig vom Photographen gewünscht
wird, dann muß das Bild flächenhaft werden oder anders ausgedrückt, die Filmebenheit
und die Lage der Filmebene muß wieder auf + 10 Am genau gewährleistet sein.
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Diese Betrachtungen bezogen sich bisher im wesentlichen auf eine
Blendenzahl k = 1.4, wo Filmunebenheit und Filmverschiebung zwangsläufig zu den
größten Qualitätseinbußen führen. Aber selbst bei größeren Blenden zahlen sind deutliche
Einbußen der KUF zu erwarten, wenn man Abweichungen QS' < 80 Am und die vom Objektiv
für k > 2.8 ohne weiteres geleisteten Ortsfrequenzen 50 < R < 70 1/mm diskutiert.
In der Literatur wurden dazu leider keine Angaben gefunden. Es wird deshalb für
einen flächenhaften Gegenstand eine Abschätzung dafür gegeben, ab welcher Filmverschiebung
AS' bei vorgegebener Blendenzahl k und Ortsfrequenz R die relative Einbuße
der
KUF 10 % (20 %) erreicht. Dabei wird angenommen, daß das Objektiv ein sinusförmiges
Straifengitter wieder sinusförmig in der Bildebene abbildet. Betrachtet man nun
in Fig. 3 den Lichtkegel der Abbildung eines Gegenstandspunktes bei idealer Fokussierung,
dann erhält man in einer um AS' verschobenen Ebene eine gleichmäßige, kreisförmige
Intensitätsverteilung mit dem Durchmesser A, der sich aus Blendenzahl k und Abstand
AS' zu A= AS?/k ergibt. Die Dicke der lichtempfindlichen Schicht moderner Schwarzweißfilme
(< 15 ßm (3) und Farbfilme (< 25 Wm) (4) und ihre Auswirkung auf die Bildqualität
können für diese qualitativen Betrachtungen vernachlässigt werden, da sie das Ergebnis
nur geringfügig ändern würde. Die Faltung des Sinusgitters mit der Intensitätsverteilung
eines Punktes mit dem Durchmesser A liefert die KUF (ts$ o) im Verhältnis zur KÜF
(AS' = 0) des Objektivs in die optimale Bildebene
Als Kriterium war
gefordert worden, woraus für
folgt und somit für AS' = k/4 R (k/2,8 R) erhalten wird. Die so erhaltene zulässige
Filmverschiebung oder Filmunebenheit AS' als Funktion von k und R ist in Fig. 4
dargestellt. Ebenfalls eingetragen ist die Kurve der 10 % (20 %)-igen KUF-Einbuße
durch Beugung, wie sie aus Fig. 20 der Ref. (1) übernommen werden kann. Rechts von
ihr nehmen die Beugungsverluste der KUF Weiter zu, sq daß man hohe Abbildungsleistungen
(d.h. Auflösung und Kontrast) moderner Objektive nur im Bereich kleiner Blendenzahlen
k'< 5,6 erreichen kann, vorausgesetzt, daß die Filmebenheit und die Lage der
Filmebene innerhalb der aus Fig. 4 zu entnehmenden Toleranzen liegen. Es sei aber
daran erinnert, daß Fig. 4 unter Voraussetzung eines flächenhaften Gegenstandes,
d.h. Schärfentiefe null im Gegenstandsraum, entstanden ist. Um auch nur ein Mindestmaß
an Schärfentiefe im Gegenstandsraum zu erhalten, müssen die Toleranzen im Bildraum
eingeschränkt werden.
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Damit wird die bereits oben aufgestellte Forderung untermauert, daß
die Filmebenheit und die Lage der Filmebene auf + 10 Am genau gewährleistet sein
muß, um die Leistungsfähigkeit moderner Objektive ausschöpfen zu können.
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Es ist bekannt, daß marktgängige Photoapparate dieser Forderung nach
einer Filmebenheit und Lage der Filmebene auf + 10 Wm genau nicht gerecht werden.
Bei Testaufnahmen treten statistisch streuende Bildqualitäten in allen verwendeten
Fabrikaten auf, die auf die mangelnde Präzision der Filmlage zurückgeführt wird
(5).
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Objektivhersteller haben dieses Problem ebenfalls erkannt (6).
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Eigene Messungen ergaben bei einer 24 mm x 36 mm Kleinbildkamera (Typ
Contax 139 Quartz) Abweichungen von der Filmebenheit bis zu 80 ßm und von der Lage
der Filmebene von 60 Wm. Ähnliche Beobachtungen bis zu 100 ßm Filmunebenheit wurden
vom Erfinder auch an einem hochqualitativen Magazin einer 6 cm x 6 cm-Kamera (Typ
Hasselblad 500 C/M, Magazin A 12) gemacht.
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Es ist daneben aber auch bekannt, daß bei hohen Spezialansprüchen
wie zum Beispiel der Luftbildphotographie großer Wert auf die Planlage der lichtempfindlichen
Schicht durch Verwenden von photographischen Emulsionen auf Ultraplanglas (+ 10,5
Wm auf 15 cm x 15 cm Fläche) gelegt wird (7).
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Bei Kleinbildkameras sind die Unzulänglichkeiten der Filmlage ohne
weiteres auf die heute allgemein übliche Filmführung zurückzuführen, wie sie in
Fig. 5 schematisch im Querschnitt dargestellt ist. Wie die Vergrößerung zeigt, bleibt
zwischen Filmbahn und Andruckplatte bewußt ein Spielraum von 200 m, den die Filmdicke
von 150-170 ßm nicht ausfüllt, damit der Filmtransport ohne zu große Reibungsverluste
vorgenommen werden kann. Damit ist natürlich eine präzise Lage des Films auf + 10
Wm genau von vornherein ausgeschlossen. Zusätzlich können innere Spannungen und
Verformungen des Filmmaterials im Bereich der offenen Fläche zum Objektiv hin positive
wie negative Wölbungen verursachen (5,6), die vom Erfinder, wie oben angegeben,
bei Messungen gefunden wurden. Kameras für gröBere Formate folgen keinem einheitlichen
Prinzip der Filmführung, so daß sie hier nicht exemplarisch dargestellt werden können.
Das Problem der Filmwölbung nimmt aber verständlicherweise mit der Größe des Formats
eher zu, so daß gerade bei diesen Kameratypen Verbesserungen dringend benötigt werden.
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Es sei abschließend noch einmal darauf hingewiesen, daß die endliche
Dicke der lichtempfindlichen Schicht natürlich auch noch zu einer Verschlechterung
der KUF des Endproduktes Bild beiträgt.
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Bei Schichtdicken von 5,5 ßm bis 22 ßm (3,4), einer Filmunebenheit
kleiner als 10 ßm und exakter Filmlage wären diese Verschlechterungen der KUF aber
wesentlich kleiner als die hier durch schlechte Filmlage und Filmunebenheit hervorgerufenen.Daraus
folgt, daß heute tatsächlich die Qualität der Filmlage die limitierende Größe beim
photographischen Aufnahmeprozeß ist, und daß deshalb heute die Leistungsfähigkeit
moderner Qualitätsobjektive nicht ausgeschöpft werden kann.
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Ganz ähnlich liegt die Situation auch bei der Weiterverarbeitung
der Filme, bei der ebenfalls Planlage verlangt wird, wie Vergrößern, Projezieren
usw. Nimmt man als Beispiel die Diapositiv-Projektion, die aus Ausleuchtungsgründen
immer mit Objektiven kleiner Blendenzahl erfolgt, dann ist eigentlich jedem Amateur
die Unebenheit des Filmbildes in glaslosen Dia-Rahmen bekannt, die meist sogar zur
Unmöglichkeit des Scharfstellens des ganzen Projektionsbildes führt. Selbst in Glas
gerahmte Diapositive zeigen diesen Abbildungsqualitätsverlust noch in vermindertem
Maße, da zwecks Vermeidung von Newton-Ringen die Andruckkräfte gering und damit
die Toleranzen der Filmunebenheit im Bereich von + 100 ßm zugelassen werden. Auch
hier ist also die schlechte Planlage des Filmbildes die limitierende Größe bei der
Wiedergabe, so daß die Leistungsfähigkeit moderner Projektionsobjektive nicht ausgeschöpft
werden kann.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Verfahren zum Fixieren
der lichtempfindlichen Schicht in der optimalen Abbildungsebene photographischer
Aufnahmeapparate und der Bildschicht in der optimalen Gegenstandsebene von Wiedergabeapparaten
zu entwickeln, um die Abbildungsqualität jeweils bis an die Leistungsgrenze der
Objektive heran zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird für Aufnahmen erfindungsmäßig dadurch gelöst,
daß während einer Belichtung des Films auf die dem Objektiv zugewandte Seite des
Films eine Flåchenkraft aufgebracht wird, die den Film an eine präzis ebene (+ 10
ßm) Andruckplatte plan anpreßt. Diese Flächenkraft kann a) pneumatisch, b) magnetisch,
c) elektrostatisch oder d) mit Hilfe einer Glasplatte mechanisch aufgeprägt werden.
Für die exakte Positionierung der Filmvorderfläche
in der Bildebene
wird bei a) - c) der plan liegende Film durch die Andruckplatte auf die Filmbahnebene
in Fig. 6a als Bildebene gepreßt, während bei d) die plane Filmvorderseite mit der
Andruckplatte auf die Glasplattenoberfläche in Fig. 6b als Bildebene gepreßt wird.
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Für die Wiedergabe wird diese Aufgabe erfindungsmäßig dadurch gelöst,
daß das Filmbild zwischen Glas-Andruckplatten auf die erforderliche Ebenheit von
+ 10Um plan gepreßt wird, wobei zur Vermeidung von Newton-Ringen die Glasoberflächen
mit einer breitbandigen Vielschicht-Antireflexvergütung versehen werden.
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Die mit der Erfindung zu erzielenden Vorteile liegen in erster Linie
in der Qualitätssteigerung photographischer Aufnahme- und Wiedergabetechnik im professionellen
wie Amateur-Bereich. Darüberhinaus kann die Erfindung diese Qualitätssteigerung
wirtschaftlicher anbieten als andere bisher in Spezialanwendungen entwickelte SonderverEahren
wie z.B. die Verwendung teurer, ultraplan geschliffener Photoplatten pro Einzelbild
in der Luftbildphotographie (7).
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Durch das flächenhafte Andrücken des Filmmaterials an eine wohldefinierte
Fläche entfällt die Notwendigkeit der heute üblichen Steifigkeit, sprich Dicke des
Filmmaterials. Im Gegenteil, je dünner das Filmmaterial bei ausreichender Maßhaltigkeit
gemacht werden kann, umso kleiner können die Flächenandruckskräfte gemacht werden,
d.h. umso geringer ist der Aufwand des Filmandruckverfahrens pro Kamera oder Wiedergabegerät.
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Dünneres Filmmaterial führt darüberhinaus aber auch zu der Möglichkeit,
pro Filmpatrone (-Rolle) wesentlich mehr Material unterzubringen, was z.B. für 35
mm-Kleinbildfilme ohne weiteres für 10(! und mehr Bilder pro Patrone genutzt werden
kann. Der dadurch erzielbare geringere Verpackungsaufwand und die gleichzeitige
Materialeinsparung pro Bild könnten die Kosten pro Bild senken.
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Ausführungsbeispiel 1.
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Das Ausführungsbeispiel 1 betrifft die pneumatische Erzeugung der
Flächenandruckskraft n.it abgedichtetem Absaugvolumen. Die
Flächenkraft
wird durch eine Druckdifferenz zwischen objektivseitiger Vorderfläche und der Rückfläche
des Films erzeugt. Sie muß so an das Filmmaterial angepaßt sein, daß der Film tatsächlich
flächenhaft an die auf + 30 pm ebene Filmandruckplatte in Fig. 6a angepreßt wird.
Damit der Raum des optischen Strahlengangs zwischen Objektiv und Film keinen Druckschwankungen
unterworfen wird (Druckänderung erzeugt Änderung des Brechungsindex der Luft und
damit Verschiebung der Bildebene!), sollte er auf Umgebungsdruck bleiben, während
auf der Filmrückseite ein Unterdruck erzeugt wird. Um ebenes Anliegen des Films
über die ganze Bildfläche zu erreichen, muß dieser Unterdruck flächenhaft an der
Rückseite des Films anstehen, so daß als Filmandruckplatte nur siebartige Strukturen
in Frage kommen, die über sehr enge regelmäßige oder statistisch verteilte Lochrasterungen
verfügen müssen, Fig. 7a. Dabei ist der zulässige Lochdurchmesser, wie in Ficr.
7b angedeutet, klein gegenüber der Filmdicke zu wählen, damit keine lokalen Einsenkungen
der Filmvorderfläche tiefer als 5 Vm auftreten können. Bei Lochdurchmessern <
l Filmdicke wird diese Bedin-3 gung sicher erfüllt.
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Regelmäßige Lochstrukturen vom Typ der Fig. 7a können hergestellt
werden (Collimated Hole Structures von der Firma Brunswick Corporation, USA), sind
aber nicht ohne weiteres serienmäßig erhältlloh. Auf verschiedenste Weisen hergestellte
regelmäßige Feinstsiebe (7) mit Porendurchmessern < 50 m können nur mit grossem
Aufwand mit einer Maßhaltigkeit von + 10 pm über die Bildfläche bei Druckdifferenzen
einiger 100 mbar gefertigt werden.
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Es bieten sich deshalb hochporöse Sintermetalle, Sintergläser oder
Sinterkeramiken als Material für die Filmandruckplatte an, da diese Materialien
mit statistischen Porendurchmessern < 50 pm und den notwendigen Dicken serienmäßig
angeboten und mit der geforderten Oberflächenebenheit von + 10 um hergestellt werden
können. Die Durchströmmengen betragen für diese Materialien bei Druckdiffe-3 2 (9
3 renzen von 300 mbar zwischen 3 cm /s.cm (9) und einigen lOO cm / 2 und sind somit
gut geeignet für das beschriebene Verfahren.
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Um die Lage und Ebenheit des Films über die ganze Bildfläche zu gewährleisten,
sollte der Film rückseitig mit einer etwas (bis
wesentlich) größeren
Fläche durch solches luftdurchlässiges, auf + 10 Vm ebenes Material angesaugt werden,
wie in Fig. 8a angedeutet. Damit ergibt sich die Prinzipkonstruktion einer ansaugenden
Filmandruckplatte der Fig. 6a im Querschnitt in Fig. 8b. In eine Trägerplatte ist
die eigentliche luftdurchlässige, ebene Ansaugfläche der in Fig. 8a angedeuteten
Größe in der Form eingeklebt (eingelötet, eingepreßt ...), daß nur durch die eigentliche
Filmanlagefläche buft abgesaugt wird. Bei einigen 100 mbar Unterdruck auf der Pumpseite
wird dann ein nicht zu weit vor der Ansaugfläche liegender Film durch den Ans augströmungs
unterdruck slus dem eigentlichen Unterdruck SO angedrückt, daß nach kürzester Zeit
der Film die Ansaugfläche bis zu einem gewissen Grade abdichtet.
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Damit wird Saugleistung im wesentlichen nur für den Ansaugprozeß benötigt,
während für den Halteprozeß nur noch die Undichtigkeiten zwischen Film und Ansaugflächenkanten
durch stark reduzierte Saugleistung auszugleichen sind.
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Da von dieser Abdichtung der Saugfläche durch den Film der Aufwand
für die Saugpumpe pro Aufnahmeapparat und damit der praktische Einsatz des Verfahrens
abhängt, sollten über die einfache Ansaugplatte in Fig. 8b hinausgehend Abdichtungselemente
zwischen Film und Ansaugplatte vorgesehen werden. Grundsätzlich ließe sich diese
Verbesserung durch neuartiges Filmmaterial erreichen, dessen Rückseite zum Beispiel
mit elastischem Weichplastikmaterial als Dichtmaterial beschichtet ist. Um aber
kompatibel mit heute verfügbaren Filmmaterialien bleiben zu können, müßten Dichtungselemente
wie in Fig. 8a angedeutet angebracht werden.
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Je besser diese Abdichtung schon während der Ansaugphase existiert,
um so weniger Saugleistung muß in einem Aufnahmeapparat installiert werden, was
Voraussetzung für die komplette Integration des Verfahrens in alle Kameratypen sein
wird. Im Grenzfall einer im vakuumtechnischen Sinne perfekten Dichtung müßte dann
nur noch das abgedichtete Volumen durch einen in Fig. 8c skizzierten Kolbenhub vergrößert
werden, um den Filmandruck zu erzielen und um während der Belichtung mechanisch
bewegte Teile zu vermeiden.
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Eine derart gute Dichtung setzt aber eine in Fig. 8c skizziert Dichtungsandruckfläche
rings um die Ansaugfläche und damit auch um die Bildfläche voraus. Die Filmvorderfläche
muß dafür mechanischer Berührung ausgesetzt werden, wofür der Bildzwischenraum
(etwa
1,7 mm bei Verwendung eines 24 mm x 36 mm Kleinbildfilms in einer Contax 139 Quartz)
geeignet ist, was aber bei heutigen Filmführungen nach Fig. 5 vermieden wird. Eine
geringfügige Modifikation der Filmführung und des Filmtransports heutiger Aufnahmeapparate
ist also notwendig, um das kleinstmögliche Einbauvolumen des Verfahrens für die
Integration in alle diese Aufnahmeapparate zu erzielen. Natürlich muß dann dafür
gesorgt werden, daß der Film für den Filmtransport freigegeben wird, damit die Gelatine-Emulsions-Vorderfläche
und auch die Gelatinerückseite des Films keinen mechanischen Beschädigungen ausgesetzt
wird.
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Dies wird in erster Linie dadurch erreicht, daß die ganze Filmandruckplatte
in Richtung Kamerarückwand für den Filmtransport zurückgezogen wird, und in zweiter
Linie dadurch, daß durch federnd gelagerte Filmführungsrollen an der Filmandruckplatte
und am Kameragehäuse der Film für den Transport sowohl von den Dichtungsandruckflächen
als auch von der Filmandruckplatte ferngehalten wird. Es ergibt sich damit folgende
Abiaufssequenz für eine Belichtung in Fig. 9: 9a) Filmtransport bei zurückgezogener
Filmandruckplatte. Dabei ist sicherzustellen, daß der elektrische oder mechanische
Filmtransport bei Betätigung solange gesperrt ist bis in einer Vorlaufphase das
Zurückziehen der Filmandruckplatte elektromechanisch, rein mechanisch oder pneumatisch
bewerkstelligt ist.
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9b) Leichtes Andrücken der Filmandruckplatte, sa daß die Abdichtung
erfolgt.
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9c) Erzeugung des Unterdrucks nach Art der Fig. 8c und damit ebenes
Andrücken des Films. Dann erfolgt stärkeres Andrücken der Filmandruckplatte. Beide
Vorgänge können mit der Betätigung der Verschlußauslösung so gekoppelt werden, daß
zuerst in einer Vorlaufphase der Unterdruck elektromechanisch oder rein mechnisch
erzeugt werden muß, bevor die eigentliche Belichtung erfolgen kann. Auch eine einfache
Belichtungssperre ohne Unterdruck ist denkbar, wobei man flexibler bezüglich des
Zeitpunktes der Unterdruckerzeugung und bezüglich des Unterdruckerzeugungsmechanismus
(Kolben
nach Fig. 8c oder verschiedenartigste Pumpen) wird. Im übrigen kann der Kolben in
Fig. 8c auch irgendwo im Kameragehäuse mit Schlauchverbindung untergebracht werden,
um Platz auf der Kamerarückseite zu sparen.
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9d) Druckausgleich durch Zurückdrücken des Kolbens in Fig. 8c in die
Ruhestellung.
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In den modernen, elektro-mechanisch gesteuerten Kameras kann der
ganze Ablauf 9a) bis 9d) natürlich programm-gesteuert ablaufen, wofür entsprechende
elektro-mechanische Bewegungselemente vorzusehen sind.
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Damit ist das pneumatische Filmandruckverfahren mit "perfekt" abgedichtetem
Ansaugvolumen als Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, mit dem Kameras mit austauschbaren
Rückwänden oder Filmmagazinen nach entsprechenden Modifikationen der Filmführung
nachgerüstet werden können. Die volle elektro-mechanische Programm-Integration muß
aber Sameraneukonstruktionen vorbehalten bleiben.
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Ausführungsbeispiel 2.
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Auch die Filmandruckplatte in Fig. 8b ohne spezielle Abdichtungrn
kann als Grundlage für ein in jede Kamera mit austauschbarer Rückwand oder Filmmagazin
nachrüstbaren Verfahren verwendet werden.
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Die einfachste Version verlangt dann aber eine Pumpe außerhalb der
Kamera, da Undichtigkeiten nur über höhere, externe Saugleistung kompensiert werden
können und mechanische Vibrationen vom Kameragehäuse ferngehalten werden sollten.
Eine solche externe, batteriegetriebene und handliche Pumpe stellt eine ähnlich
geringe Belastung wie ein kleines Blitzgerät dar und kann daher ohne weiteres dem
Photographen bei speziellen Aufnahmesituationen, die höchste Bildqlalität verlangen,
zugemutet werden. Vor einer Belichtung ist die externe Pumpe per Druckknopf in Gang
zu setzen, womit die Kamera entsprechend der Situation in Fig. 6 aufnahmebereit
wird. Das Auspumpen des Kameragehäuses durch die Undichtigkeiten zwischen Film und
Filmandruckplatte ist durch eine Druckausgleichsöffnung mit Staubfiltereinsatz zwischen
Außenwelt und Kameragehäuse zú vermeiden.
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Nach der Belichtung wird vollständiger Druckausgleich herbeigeführt,
die Filmandruckplatte von der Standardfilmführung etwa 2 mm abgehoben, der Film
transportiert, die Filmandruckplatte wieder auf
Film und Filmbahn
angedrückt und somit die Ausgangssituation für, die nächste Aufnahme erreicht. Das
Anheben der Filmandruckplatte kann dabei in der einfZchsten Version manuell-mechanisch
von außen erfolgen, so daß dieses nachrüstbare Verfahren in die austausbare Rückwand
einer jeden Kamera eingebaut werden kann.
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Zwischen diesem einfachsten und dem vorher beschriebenen voll in
die Kamera integrierten Verfahren können Mischformen in Frage kommen, die hier nicht
einzeln als weitere Ausführungsbeispiele aufgelistet werden müssen.
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Ausführungsbeispiel 3.
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Ausführungsbeispiel 3 betrifft die magnetische Erzeugung der Flächenandruckskraft.
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Diese Methode setzt neuartiges Filmmaterial voraus und ist damit
nicht kompatibel mit marktgängigen Produkten. Sie bringt aber im praktischen Einsatz
überzeugende Vorteile, so daß mit der Entwicklung solchen Filmmaterials gerechnet
werden kann, vor allem da bekannte Techniken eingesetzt werden können.
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Dieses Filmmaterial muß feinste Einlagerungen feromagnetischen Materials
in der Fi).mträgerschicht oder in einer besonderen Schicht an der Rückseite des
Films aufweisen, damit über Magnetfelder Kräfte auf den Film übertragen werden können.
Diese Magnetfelder können quasi-flächenhaft mit mechanisch schaltbaren Permanentmagneten
nach der Art von Magnetspannplatten (11) erzeugt werden. Die Filmandruckplatte in
Fig. 6 ist dznn als eine solche speziell für kleine Dimensionen gefertigte permanentmagnetische
Spannplatte auszuführen, deren anziehende Kraft auf ein ferromagnetisches Filmmaterial
über einen elektro-mechanisch oder manuell betätigten Hebel ein- und ausgeschaltet
werden kann. Um Luftblasenbildung zwischen Film und Filmandruckplatte zu vermeiden,
muß die Filmandruckplatte wieder teilweise luftdurchlässig sein, was wieder durch
Verwendung von Sintermaterialien erreicht werden kann. Schematisch ergibt sich damit
eine Filmandruckplatte und Ablaufssequenz für eine Belichtung in Fig. 10 in Analogie
zu Fig. 9.
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lOa) Filmtransport bei zurückgezogener und magnetisch ausgeschalteter
Filmandruckplatte. Sonst wie 9a).
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lOb) Einschalten der anziehenden magnetischen Kräfte durch elektro-mechanische
oder manuelle Bewegung der Permanentmagnetplatte gegenüber der Polplatte.
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lOc) Andrücken der Filmandruckplatte an die Filmbahn mit Federdruck.
Damit ist die Kamera aufnahmebereit, so daß zu einem beliebigen Zeitpunkt belichtet
werden kann, Eine Belichtungssperre sollte solange existieren bis dieses Andrücken
realisiert ist.
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lOd) Ausschalten der anziehenden magnetischen Kräfte durch elektromechanische
oder manuelle Bewegung der Permanentmagnetplat e gegenüber der Polplatte. Zurückziehen
der Filmandruckplatte von der Filmbahn gegen den Federdruck von l0c).
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Da keine Veränderung an der Filmführung vorgenommen werden muß, kann
jede Kamera mit auswechselbarer Rückwand oder austauschbarem Filmmagazin mit dieser
Einrichtung nachgerüstet werden, vorausgesetzt das besagte Filmmaterial steht zur
Verfügung. Trotz voller Integration in die Kamera hat dieses Verfahren gegenüber
dem pneumatischen folgende Vorteile: a) Keine Dichtungsprobleme.
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ß) Nach lOc) permanente Aufnahmebereitschaft ohne Vorlaufphasen.
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y) Keine bewegten Teile während der Belichtung.
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Damit wäre das magnetische Verfahren dem pneumatischen vorzuziehen,
wenn sich die oder mindestens ein Filmhersteller dazu entschließen könnten, das
Filmmaterial mit ferromagnetischen Einlagerungen herzustellen.
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Ausfiihrungsbeispiel 4 Das Ausführungsbeispiel 4 betrifft die elektrostatische
Erzeugung der Flächenandruckkraft.
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Es ist bekannt, daß elektrostatisch aufgeladene, lackierte, metallische
Unterlagen dazu verwendet werden können, Papier oder Plastikfolien an diese Unterlage
anzuziehen und damit festzuhalten (12). Durch entsprechende Verstärkung dieser Aufladung
kan:1 eine ausreichende anziehende Flächenkraft auf Filme ausgeübt werden, wenn
die Filmandruckplatte in Fig. 6 oder Fig. 8b durch eine
solche
auf + 10 Um ebene Unterlage ersetzt wird. Die Vermeidung von Blasenbildung ist auch
hierbei durch eine Teilluftdurchlässigkeit der Unterlage vorzusehen. Die Belichtungs-Ablaufssequenz
ist gleich der in Fig. 10 beschriebenen, wobei lediglich das Ein- und Ausschalten
der magnetischen Flächenkraft durch das der elektrostatischen Flächenkraft zu ersetzen
ist. Da sich die entsprechenden Spannungen mit heutigen elektronischen Mitteln auf
engstem Raum aus Batteriespannungen herstellen lassen, läßt sich dieses Verfahren
in jede Kamera mit austauschbarer Rückwand oder mit Wechselmagazin nachträglich
einbauen.
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Voraussetzung für diese Methode der Erzeugung der Flächenandruckskraft
ist die Existenz nicht-antistatischen Filmmaterials.
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Da Filmmaterial heute möglichst antistatisch hergestellt wird, um
gerade Aufladungen und daraus resultierende mikroskopische Entladungsfunken, die
das Bild stören, zu vermeiden, ist diese Methode nicht kompatibel mit heutigem Filmmaterial.
Aber selbst mit zu entwickelndem, geeigneten Filmmaterial muß gerade diese Möglichkeit
des Auftretens kleinster Entladungsfunken als Nachteil dieser elektrostatischen
Methode angesehen werden, deren praktische Auswirkung zu untersuchen ist.
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Ausführungsbeispiel 5 Durch Verwenden sphärischer oder parabolischer
Andruckflächen mit pneumatischer, magnetischer oder elektrostatischer Flächenkraft
in Fig. 11 kann die Rest-Bildfeldkrümmung selbst modernster Objektive zur weiteren
Steigerung der Abbildungsqualität kompensiert werden. Da diese Rest-Bildfeldkrümmung
sich aber von Objektiv zu Objektiv ändert, kann diese Kompensation nur bei Kameras
mit Festobjektiven voll durchgeführt werden, während bei Kameras mit Wechselobjektiven
entweder eine mittlere Bildfeldkrümmung kompensiert wird oder aber bei solchen Kameras
mit Filmwechselmagazin Objektiv-spezifische Andrucksflächen in Objektiv-spezifischen
Filmmagazinen wieder volle Kompensation erlauben. Die durch gekrümmte Andrucks flächen
bei späterer ebener Betrachtung auftretenden Bildverzerrungen müssen natürlich in
Rechnung gestellt werden. Der Einsatz solcher gekrümmter Andruckflächen
gewinnt
deshalb vor allem Bedeutung bei Objektiven mit großen Bildwinkeln <Weitwinkelobjektive),
wo Bildverzerrungen ohnehin in Kauf genommen werden und gleichzeitig die Rest-Bildfeldkrünijtiung
am größten wird, Aus führungsbeispie 1 6 Das Ausführungsbeispiel 6 betrifft die
Anwendung der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele in Filmaufnahmekameras.
Die dabei notwendigen schnellen Belichtungsablaufsfrequenzen lassen sich bei entsprechenden
mechanischen, magnetischen (eventuell elektromagnetischen) oder elektrischen Aufwand
ohne weiteres realisieren. Für pneumatische Erzeugung der Flächenandruckkraft kommt
dabei eine Ansaugfläche nach Fig. 8b oder Fig. 8c in Frage, wobei der Unterdruck
periodisch synchronisiert mit der Filmbewegung mit einem Kolbenmechanismus nach
Fig. 8c erzeugt werden kann. Zu beachten ist jedoch dabei, daß die Unterdruckphase
nur einen Bruchteil einer Bildwechselperiode umfassen darf, nämlich gerade die Belichtungszeit
plus eine Vorlaufszeit. Die Steigerung des Kolbens kann dafür entweder klassisch
mechanisch, d.h. Malteser-Kreuz-gekoppelt, oder elektronisch, elektro-mechanisch
erfolgen.
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Alternativ zum Kolben kann auch ein Ventil gesteuert werden, das
die Verbindung zu einem kontinuierlich abgepumpten Unterdruckbehälter zeitlich zur
Belichtung synchronisiert freigibt.
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Ausführungsbeispiel 7.
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Für die Anwendung der magnetischen Erzeugung der Flachenandruckskraft
in Filmaufnahmekameras bietet sich natürlich die peperiodisch, mit der Filmbewegung
synchronisierte Bewegung der Permanentmagnetplatte gegenüber der Polplatte in Fig.
10 an. Zu beachten ist auch hierbei, daß die Stellung in Fig.lO nur einen Bruch
teil einer Bildwechselperiode umfassen darf, nämlich gerade die Belichtungszeit
plus eine geringe Vorlaufszeit für das dynamische Anziehen des Films an die Filmandruckplatte.
Für die Steuerung gilt dasselbe wie im Ausführungsbeispiel 6.
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Ausführungsbeispiel 8 Die periodische magnetische Erzeugung der Flächenandruckskraft
kann in Filmaufnahmekameras auch dadurch erfolgen, daß man die Permanentmagnete
nur in bestimmten Sektoren einer Kreisscheibe
anbringt und diese
hinter der Polplatte wie in Fig. 12 angezeigt synchronisiert mit der Bildwechselfrequenz
rotieren läßt.
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Ausführungsbeispiel 9 Um Planlage der Filmbilder bei der Weiterverarbeitung
in Vergrößerungsapparaten zu gewährleisten, müssen sie zwischen eben geschliffenen
Glasplatten auf + 10 Vm plan gedrückt werden. Zur Vermeidung von Newton-Ringen,
die durch Reflexion an Glas- und Filmoberfläche zustande kommen, sind die Glasoberflächen
mit breitbandigen Vielschicht-Antireflexvergütungen in Fig. 13 zu versehen. Eine
Korrektur der Vergroßerungsobjektive wegen der Glasplatte im Strahlengang ist für
höchste Ansprüche notwendig.
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Ausführungsbeispiel 10 In Filmprojektionsapparaten werden die vergüteten
Glasandruckplatten beidseitig der Filmbahn wie in Fig. 13 angebracht. Eine davon
definiere ruhend die Bildebene und die andere werde periodisch mit der Bildfrequenz
nur während der Ruhestellung des Filnbildes angedrückt. Auch hier ist die Verwendung
speziell korrigierter Projektionsobjekte, die die Glasplatte im Strahlengang berücksichtigen,
für höchste Ansprüche notwendig.
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Ausführungsbeispiel 11 Für Einzelbild-Projektionsapparate muß das
unverglaste Einzelfilmbild zwischen die entspiegelten Glasandruckplatten in den
Strahlengang eingeführt werden und dann der Andruck für die Projektion hoher Abbildungsqualität
mit plan liegendem Einzelfilmbild erfolgen. Da solche Einzelfilmbilder im allgemeinen
in Pappe oder Plastik gerahmt vorliegen, muß die Fläche der Glasandruckplatten an
die genormten freien Bildausschnitte dieser Rahmen angepaßt sein. Darüberhinaus
ist mechanisch dafür zu sorgen, daß der freie Bildausschnitt von den Glasandruckplatten
sauber getroffen wird, was durch entsprechende Keilformgebung der Rahmen und Glasandruckplatten
in Fig. 14 selbsttätig oder durch entsprechende elektro-tische Sensoren servo-gesteuert
erfolgen kann.
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Für die quadratischen Bildformate ist damit ein neues Projektionsverfahren
hoher Abbildungsqualität beschrieben, das die Planlage von Filmmaterial jeder Dicke
gewährleistet.
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Ausführungsbeispiel 12 Um das Glas-Andruckplatten-Verfahren auch für
rechteckigt Bildformate (z.B. 24 mm x 36 mm) in Fig. 15 einsetzbar zu machen, muß
eine gegenüber Ausführungsbeispiel 12 zusätzliche Nechanik vorgesehen werden, welche
die Glas-Andruckplatten an die Quer- oder Hochformatstellung des Bildes anpaßt.
In Normalstellung seien dazu die Glas-Andruckplatten für Querformat-Projektiol justiert.
Ein zwischen die Glas-Andruckplatten eingeführtes hochformatiges Bild werde von
opto-elektronischen Sensoren in Fig. 1 erkannt. Diese Sensorsignale geben an die
elektro-mechanische 0 Steuerung den Befehl, die Glas-Andruckplatten um 90 um die
optische Achse zu drehen und dann erst für den Andruck für die Projektion zu sorgen.
Nach Beendigung der Projektion werde der Andruck zuerst gelöst, dann die 90°-Drehung
rückgängig gemacht und schließlich das Einzelbild herausgeschoben. Damit ist das
Gerät wieder in Normalstellung für das Einführen des nächsten Einzelbildes. Es ist
selbstverständlich, daß ohne Sensorsignal also bei querformatigem Bild alles genauso,
aber ohne die 90°-Drehungen abläuft.
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Als Nebeneffekt dieser somit allgemein einsetzbaren Projektionstechnik
sei erwähnt, daß bei der damit gewährleisteten reproduzierbaren, exakten Filmbildlage
im Projektionsapparat das Projektionsobjektiv nur einmal zu Beginn einer Projektionsserie
auf einen gegebenen Projektionsschirm eingestellt werden muß und von da an für die
ganze Serie ideale Abbildungsqualität liefert.
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Autofokus-Einrichtungen oder Fokus-Fernsteuerungen können damit entfallen.
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Dem Problem der Staubablagerung auf den Andruckplatten kann durch
gefilterte Luftdruckstrahlen in Fig. 14 gegen die Andruckseiten in Normalruhestellung
begegnet werden.
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Ein Problem der Glasandruckplatten-Technik entsteht durch die Verfälschung
des optischen Strahlungsgangs durch eine planparalle; le, entspiegelte Glasplatte
zwischen dem Filmbild und dem Objektiv. Obwohl diese Glasplatte im Prinzip eine
positive Reduktion der Bildfeldwölbung bewirkt, muß man von heutigen hochkorrigierten
Projektionsobjektiven ausgehen, deren Abbildungsleistung durch die Anwesenheit der
Glasplatte verschlechtert wird. Allerdings
ist diese Verschlechterung
vernachlässigbar gegenüber dem Fehler durch statistische Filmwölbungen heutiger
Filmbilder. D.h.
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man kann die Glasandruckplatten-Technik mit heutigen Projektionsobjektiven
entscheidend gewinnbringend einsetzen und kann eine weitere Steigerung der Abbildungsqualität
durch die Entwicklung speziell dafür korrigierter Projektionsobjektive erwarten.
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Ausführungsbeispiel 13 Ausführungsbeispiel 13 betrifft die mechanische
Erzeugung der Flächenandruckskraft zwischen einer hochvergüteten planparallelen
Glasplatte im optischen Strahlengang von Aufnahmeapparaten und der Filmandruckplatte
in Fig. 6b. Abgesehen von der Notwendigkeit der Entwicklung speziell dafür korrigierer
Objektive ist diese Merhode sehr einfach, denn die Filmandruckplatte muß hierfür
lediglich aus einer ebenen (+ 10 ßm), luftdurchlässigen Metallplatte bestehen, die
durch Federdruck die Filmvorderfläche an die Glas-Andruckplatte plan anpreßt. Lediglich
für den Filmtransport muß die Filmandruckplatte gegen die Federkraft nach hinten
zurückgezogen werden, um über Führungsrollen entsprechend Fig. 9a den berührungsfreien
Durchlauf des Films zu ermöglichen. Für eine Belichtungs-Ablaufssequenz muß daher
g-egenüber einer heute üblichen Kamera als einzige zusätzliche mechanische Bewegung
das Zurückziehen der Filmandruckplatte vor dem Filmtransport vorgesehen werden.
Damit bieten neu konstruierte Kameras mit Glas-Andruckplatte und korrigierten Objektiven
zwar Vorteile für die mechanische Bedienung, die aber unter Umständen von einer
Reihe von Nachteilen aufgewogen werden. Erstens ist keine existierende Kamera mit
dieser Methode nachrüstbar, da ja erhebliche mechanische Veränderungen für das Einpassen
der Glasplatte in das Gehäuse notwendig sind. Zweitens können die Andruckkräfte
in der Glasplatte zu Spannungen und damit zu einer Minderung der optischen Abbildungsqualität
durch die Glasplatte hindurch führen. Dieses Problem bedarf einer sorgfältigen Untersuchung,
bevor eine eindeutige Beurteilung möglich ist. Drittens kann ein einziges Staubkorn
(-faser) die Aufnahmen eines ganzen Films verderben. Dem kann nur mit penibelster
Sauberkeit beim Filmeinlegen und -Entnehmen und oftmaligem Reinigen der vergüteten
Glasoberfläche begegnet werden, was dieses Verfahren bestenfalls auf den professionellen
Bereich beschränkt.
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Nur aufwendige Zusatzkonstruktionen können die Glasoberfläche beim
Filmwechsel vor Berührung und Staub schützen, so daß die sonstige mechanische Einfachheit
der Konstruktion in Fig. 6b wieder kompensiert wird.