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Anordnung zum Ausgleich von durch Luftdruckschwankungen verursachten
Brennweitenänderungen optischer Systeme Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum
Ausgleich von durch Luftdrucksohwankungen verursachten Brennweitenänderungen optischer
Systeme.
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Hochauflbsende optische Systeme, wie sie z.B. in der Halbleiterfertigung
zur Strukturerzeugung bei Step- und Repeat-Prozessen verwendet werden, besitzen
eine sehr geringe Tiefenschärfe. Außerhalb des Bereichs der Tiefenschärfe fällt
die Kontrastübertragungsfunktion des Objektivs für höhere Ortsfrequenzen sehr stark
ab. Es muß also dafür gesorgt werden, daß der Arbeitsabstand des optischen Systems
mit entsprechender Genauigkeit eingehalten wird.
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Diese Forderung wird durch die in der DT-PS 1 200 120 und der DT-OS
1 472 298 beschriebenen Systeme erfüllt, bei denen zwischen Objektiv und Objekt-
oder Bildebene ein Luftpolster erzeugt wird, dessen Druck gemessen und über geeignete
Regeleinrichtungen konstant gehalten wird. Diese Systeme haben jedoch nicht die
Möglichkeit, den Sollwert des Arbeitsabstandes durch äußere Einflußgrößen gesteuert
zu verändern.
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Eine Änderung des Arbeitsabstandes ist z.B. bei einer durch atmosphärische
Luftdruckschwankungen hervorgerufenen Brennweitenänderung des optischen Systems
erforderlich, da sich mit der Brennweite bei konstantem Objektabstand auch die Lage
der Bildebene verschiebt. Diese Lageänderung kann größer sein als die Tiefenschärfe
und zu einer nicht
akzeptablen Verschlechterung der Abbildungsleistung
führen.
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Anordnungen zur Kompensation der durch Änderung des Atmosphärendruckes
hervorgerufenen Brennweitenänderung optischer Systeme sind aus der Aerophotogrammetrie
bekannt. In der US-PS 2 470 455 ist beispielsweise ein System beschrieben, bei dem
einzelne Linsen oder Linsengruppen mechanisch an ein Dosenbarometer gekoppelt sind
unaientaprecand dessen Auslenkung innerhalb des optischen Systems so verschoben
werden, daß die Brennweite konstant bleibt. Bei dem in der US-PS 3 498 695 angegebenen
Prinzip wird in das optische System oder Teile davon Druckluft eingeführt, so daß
zumindest die kritischen Teile des optischen Systems im-er in einer Atmosphäre konstanten
Druckes arbeiten.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, für optische Systeme mit pneumatischer
Regelung des Arbeitsabstandes eine-Anordnung anzugeben, durch die durch Luftdruckschwankungen
entstehende Brennweitenänderungen so ausgeregelt werden kennen, daß der Arbeitsabstand
immer im Bereich der Tiefenschärfe des optischen Systems bleibt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Ausgleich von durch Luftdruckschwankungen
verursachten Brennweitenände rungen optischer Systeme nach der Erfindung dadurch
gelost~, daß bei einer Einrichtung zur pneumatischen Regelung des Objektabstandes
ein die Luftdruckschwankungen erfassendes und den Objektabstand steuerndes Bauteil
vorgesehen ist.
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Dieses Bauteil kann ein aus einem Dosenbarometer und einer Duse aufgebautes
Düse-Prallplatte-System sein, das geeignete Leitungen und Drosseln aufweist, über
die der an der Düse entstehende Druck zur Steuerung des pneumatischen Regelkreises
mit diesem gekoppelt ist. In einer vorteilhaften Aungostaltung der Anordnung ist
zein aus einem Membransystem und einer einstellbaren Drossel bestehendes pneumatisches
Referenzsystem
zur Einstellung eines bei Normaldruck gewünschten Sollwertes des pneumatischen Regelkreises
vorgesehen und der an der Düse in Abhängigkeit vom Atmosphärendruck sich einstellende
Druck ist über eine Drossel mit dem Referenzsystem gekoppelt.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt. Durch drei Düsen 1 in der Fassung 2 der letzten Linse eines optischen
Systems 3 strömt Luft gegen einen Objekt- bzw. Bildträger 46 Das optische System
3 ist in einem gerätefesten Tubus 5 über Federn 6 in Richtung der optischen Achse
des Systems beweglich aufgehängt. Innerhalb des Tubus 5 ist eine luftdicht abgeschlossene
Kammer 7 gebildet, die auf einer Seite durch das optische System 3 und einer zwischen
dem optischen System 3 und der Innenwand des Tubus 5 aufgespannten Membran 8 begrenzt
wird. Durch eine Öffnung 9 kann Druckluft in die Kammer 7 geleitet werden. Auf diese
Weise wird das optische System 3 entgegen der Kraft der Federn 6 und des aus den
Düsen 1 austretenden Luftstroms in Richtung der optischen Achse des Systems verschoben.
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Zur pneumatischen Regelung eines konstanten Abstandes zwischen dem
optischen System 3 und der Objekt- bzw. Bildträgerplatte 4 ist parallel zu den Düsen
1 ein Membransystem 10 und parallel zur Druckkammer 7 eine Düse 11 geschaltet. Das
Membransystem 10 und die Düse 11 sind über eine Prallplatte 12 miteinander gekoppelt.
Die Prallplatte 12 ist über eine Feder 13 in einem starren Rahmen 14 befestigt,
der auch das Membransystem 10 und die Düse 11 trägt.
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Entgegen der Kraft des Membransystems 10 wirkt auf die Prallplatte
12 die Kraft eines zweiten Membransystems 15, das ebenfalls auf dem Rahmen 14 befestigt
ist. Das Membransystem
15 ist druckmäßig mit einem auf einem starren
Rahmen 16 angeordneten Düse-Prallplatte-System verbunden, das aus einer Barometerdose
17 und einer Düse 18 besteht.
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Die beschriebenen Bauelemente sind funktionsmäßig über drei getrennte
Druckluftleitungssysteme zusammengefaßt. Ein Leitungssystem 19, an das die Düsen
1 und das Membransystem 10 angeschlossen sind, wird über eine Drossel 20 mit Druckluft
versorgt. Ein weiteres Leitungssystem 21 zur Versorgung der Kammer 7 und der Düse
11 -wird über eine Drossel 22 gespeist. An ein drittes Leitungssystem 23 sind hintereinander
über eine Drossel 24 die Düse 18 und über eine Drossel 25 das Membransystem 15 angeschlossen,
der eine einstellbare Drossel 26 parallel geschaltet ist.
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Die Funktionsweise des beschriebenen Steuer- und Regelkreises wird
im folgenden beschrieben. Entsprechend dem Jeweiligen Abstand 27 zwischen dem optischen
System 3 und der Objekt- bzw. Bildträgerplatte 4 strömt mehr oder weniger Luft aus
den im Fassungsteil 2 angebrachten Düsen 1. Im Leitungssystem 19 stellt sich ein
entsprechender Druck p1 ein, der in dem Membransystem 10 in eine Kraft umgewandelt
wird.
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Diese lenkt die Prallplatte 12 gegen die Feder 13 und das Membransystem
15 aus. Dadurch ändert sich der Abstand 2.8 zwischen der Prallplatte 12 und der
Düse 11, wodurch der Druck p2 im Leitungssystem 21 variiert wird, mit dem die Kammer
7 zur Verschiebung des optischen Systems 3 beaufschlagt wird.
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Mit Hilfe der Drosseln 24, 25 und 26 wird bei Normaldruck in dem Leitungssystem
23 am Membransystem 15 ein Referenzdruck p3 eingestellt, unter dessen Einfluß das
Membransystem 15 auf die Prallplatte 12 eine Kraft ausübt, die die Einregelung eines
vorgegebenen Sollabstandes 27 bewirkt.
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Durch Beeinflussung des Referenzdruckes p3 in Abhängigkeit vom Atmosphärendruck
wird der Wert des Sollabstandes die 27 entsprechend gesteuert. Dazu ist in sr Vordruckleitung
mit dem Druck Pv3 zwischen den Drosseln 24 und 25 das erfindungsgemäße Bauteil eingefügt.
Der Abstand 29 zwischen der Barometerdose 17 und der Düse 18 wird durch die Barometerdose
17 luftdruckabhängig gesteuert. Dadurch sinkt oder steigt in der Vordruckleitung
der Druck 9v3 und verändert entsprechend den Referenzdruck p3 , der damit dem durch.
~die Leitungssysteme 19/21 gebildeten Regelkreis einen korrigierten Sollwert für
den Abstand 27 aufprägt.
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In der beschriebenen Anordnung wird der Sollwert für den Abstand 27
über den Referenzdruck p3 eingegeben. Selbstverständlich kann die luftdruckabhängige
Sollwerteinstellung auch direkt über eine Durchflußänderung in den Leitungssystemen
19 und 21 erfolgen. Weiter kann der luftdruckabhängige Sollwert durch Veränderung
der Prallplattenstellung z.B. über die Feder 13 eingegeben werden. Auch kann der
Widerstand der Düse 11 in Abhängigkeit vom gemessenen Luftdruck durch strömungsdynamische
Effekte oder durch Temperaturänderung so beeinflußt werden, daß sich ein korrigierter
Abstandswert 27 einregelt.
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In dem angegebenen Beispiel ist die luftdruckabhängige Steuereinrichtung
zur Versorgung nur eines optischen Systems dargestellt. Sie ist ohne prinzipielle
Änderung jedoch auch zur Versorgung beliebig vieler solcher Systeme geeignet, so
daß z.B. für eine Step- und Repeat-Kamera mit z.B.
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sechs oder neun Projektoren nur eine Steuereinrichtung notwendig ist.