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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Irisblende, mit einem Halteelement, einem Stellelement und einer Mehrzahl von Blendenschneiden, die jeweils mittels einer vorgespannt ausgebildeten Schwenkpunktlagerung in dem Halteelement schwenkbar gelagert sind und die jeweils mittels einer Führungskurvenlagerung in dem Stellelement gleitend gelagert sind, und wobei das Halteelement und das Stellelement relativ zueinander rotierbar sind.
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Eine derartige Irisblende ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 199 55 984 A1 bekannt.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Vorrichtung mit einer solchen Irisblende.
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Blenden kommen in vielen optischen Anwendungen zu unterschiedlichen Zwecken zum Einsatz. Häufig werden Blenden dabei so gestaltet, dass ihr Öffnungsquerschnitt variabel ist. So kann durch sogenannte variable Feldblenden beispielsweise die von einem Objektiv transportierte Lichtmenge variiert werden. Die sogenannte variable Pupillenblende kann die optische Übertragungsfunktion eines Objektivs und somit das Auflösungsvermögen variieren.
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Üblicherweise werden in diesen variablen Blenden mehrere sichelförmige Blendenschneiden übereinander gezogen. Die Blendenschneiden sind dabei auf zwei konzentrischen Ringen mit Stiften fixiert. Diese Stifte weisen in der Regel eine Zylinderform auf. Dabei laufen die Stifte in einem Stellring in einer Radialnut. In einem Haltering stecken die Stifte in einer Bohrung. Die Bohrung in dem Haltering bildet einen Schwenkpunkt, um den die Blendenschneiden schwenken, wenn der Stellring gegen den Haltering um ihren gemeinsamen Mittelpunkt verdreht wird. Bei einem Verdrehen des Halterings und des Stellrings relativ zueinander kommt es zu einer Veränderung des Abstandes zwischen dem Stift in dem Haltering und dem Anlagepunkt des Stiftes in der Radialnut des Stellrings. Daher ist eine Halterung in dem Stellring als Nut auszuführen, denn die Blendenschneide selbst ist starr und kann ihre Länge nicht ändern. Das Wandern eines Stiftes der Blendenschneide in der Nut des Stellrings führt zu einem Verschwenken der Blendenschneiden um ihren jeweiligen Schwenkpunkt in dem Haltering. Aufgrund der Formgebung der sichelförmigen Blendenschneiden kann so die Größe der Öffnung in der Blende variiert werden.
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Die wie voranstehend beschrieben aufgebauten Blenden haben jedoch einen wesentlichen Nachteil. Der Mittelpunkt der Blendenöffnung bleibt während des Öffnens und des Schließens der Blende nicht stabil, d. h. das Zentrum des an die Blendenöffnung bestangepassten Kreises wandert über den Verstellbereich der Blende. In bestimmten Anwendungen, wie beispielsweise in telezentrischen Zoom-Objektiven, ist aber die Stabilität dieses Öffnungsmittelpunktes beim Variieren der Irisblende von wesentlicher Bedeutung für die Funktion des Objektivs. Die Stabilität des Öffnungsmittelpunkts begrenzt in solchen telezentrischen Zoom-Objektiven die erreichbare Abbildungsqualität. Es besteht somit ein Bedarf an einer Irisblende mit hoher Stabilität des Öffnungsmittelpunkts über ihren gesamten Verstellbereich.
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Im Stand der Technik haben sich bereits verschiedene Druckschriften mit der Weiterentwicklung von Irisblenden beschäftigt. So schlägt die Druckschrift
EP 1 388 751 B1 vor, eine Lagerung einer Blendenschneide in einem Haltering mittels einer Berstlochverbindung bereitzustellen.
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Möglichkeiten zur geometrischen Ausgestaltung der Blendenschneiden werden beispielsweise in den Druckschriften
EP 0 372 932 B1 und
DE 34 12 061 A1 angegeben.
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Die Nutzung magnetischer Effekte, beispielsweise zur Drehpositionsbestimmung des Stellelements, oder als magnetischer Aktuator, zeigen die Druckschriften
EP 0 481 884 B1 und die
DE 10 2005 036 283 A1 .
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Aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellte Blendenschneiden werden beispielsweise in der Druckschrift
DE 24 08 793 A1 vorgeschlagen.
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Nach wie vor besteht aber ein Bedarf an einer Irisblende, die eine gute Stabilität des Öffnungsmittelpunkts bereitstellt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Irisblende bereitzustellen, die über ihren gesamten Verstellbereich eine hohe Stabilität des Öffnungsmittelpunkts bereitstellt, und die insbesondere zum Einsatz in telezentrischen Zoom-Objektiven geeignet ist.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die eingangs genannte Irisblende dahingehend weiterzubilden, dass die Schwenkpunktlagerung jeweils mittels eines Kugelelements und einer Kegelaufnahme bereitgestellt ist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Halteelement an jeder Kegelaufnahme einen Permanentmagneten aufweist. Alternativ oder kumulativ kann vorgesehen sein, dass jedes Kugelelement magnetisiert ist oder aus einem Permanentmagneten bereitgestellt ist.
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Es wurde erkannt, dass ein Grund für die mangelnde Stabilität des Öffnungsmittelpunkts darin liegt, dass die Blendenschneiden ein hohes Maß an Spiel in ihren Lagerungen aufweisen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lagerungen ist dies jedoch im Grunde zwingend, da ohne ein gewisses Maß an Spiel eine Bewegbarkeit bzw. Schwenkbarkeit der Blendenschneiden nicht möglich wäre. Des Weiteren sind Fertigungstoleranzen auszugleichen.
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So kommt es in der Regel dazu, dass ein Zylinderstift der Blendenschneide in einer Bohrung in dem Halteelement wackelt. Der Zylinderstift ist mit einem geringeren Durchmesser als die Bohrung auszugestalten. Des Weiteren kann der Zylinderstift unter Umständen aufgrund von Fertigungstoleranzen eine nicht ideal runde Form aufweisen. Ein wesentlicher Schwachpunkt des bestehenden Blendendesigns sind somit die flächigen Anlagen in den Lagerpunkten. Dies erfordert große Lagerspiele, um den Einfluss der Fertigungstoleranzen unter Kontrolle zu halten, ohne einen Stift mit einer bestimmten Bohrung paaren zu müssen.
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Die Lagerung des Schwenkpunkts in dem Halteelement erfolgt somit nicht mehr wie bisher mit Zylinderstift und Zylinderbohrung, sondern mit einem Kugelelement in einer Kegelsenkung. Insbesondere zur Erhöhung einer Radialführungsfähigkeit kann der Kegelwinkel der Kegelsenkung mit sehr steilen Wänden ausgeführt sein. Das Kugelelement muss nicht zwingend eine vollständige Kugel sein. Es kann sich beispielsweise auch lediglich um eine Halbkugel handeln. Unter ”Kugelelement” ist somit zu verstehen, dass die Blendenschneide ein teilweise kugelförmiges Element aufweist, wobei dessen Kugeloberfläche in der Kegelsenkung zur Anlage kommt.
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Das Kugelelement kann beispielsweise an die Blendenschneide angeklebt, aufgelötet oder aufgeschweißt sein. Ein direktes Prägen, beispielsweise mittels eines Senkwerkzeugs oder eines Tiefziehverfahrens, einer kuppelförmigen Erhebung in eine Blendenschneide ist ebenfalls möglich. Auch kann das Kugelelement zum Beispiel mit einem dreidimensionalen Sinterprozess aufgebracht werden.
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Auf diese Weise wird es möglich, unabhängig von Fertigungstoleranzen eine spielfreie Schwenkpunktlagerung bereitzustellen. Auf diese Weise wird die Stabilität des Öffnungsmittelpunkts signifikant erhöht.
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Der Permanentmagnet des Halteelements ist dabei derart ausgerichtet, dass er das Kugelelement der jeweiligen Blendenschneide anzieht. Auf diese Weise wird das Kugelelement in die Kegelaufnahme gezogen, so dass auch in axialer Richtung der Irisblende eine Kraft zum Spannen der Schwenkpunktlagerung und Halten der Blendenschneide in der Schwenkpunktlagerung vorgesehen ist. Das Kugelelement oder die gesamte Blendenschneide ist somit aus einem Metall oder anderen magnetischen, insbesondere ferromagnetischen, Material gefertigt. Alternativ ist die Kegelaufnahme oder das Halteelement aus einem magnetischen, insbesondere ferromagnetischen, Material auszugestalten. Folglich kann auch auf diese Weise eine magnetische Haltekraft in axialer Richtung zum Halten der Blendenschneide in der Schwenkpunktlagerung bereitgestellt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine optische Vorrichtung mit einer Irisblende gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder einer seiner Ausgestaltungen bereitgestellt. Eine derartige Ausgestaltung der optischen Vorrichtung weist folglich dieselben Vorteile auf.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Irisblende kann vorgesehen sein, dass jede Schwenkpunktlagerung durch einen in einer Bohrung angeordneten Zylinderstift bereitgestellt ist, und wobei die Irisblende des Weiteren eine Ringfeder aufweist, die radial außen um die Zylinderstifte der Schwenkpunktlagerungen herum angeordnet ist.
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In jeder Schwenkpunktlagerung liegt jeweils ein Zylinderstift in einer Bohrung. Alle Zylinderstifte werden gemeinsamen mittels einer Ringfeder zum Zentrum der Blende gedrückt. Somit kann sich der einzelne Zylinderstift um seine Achse drehen und liegt gleichzeitig immer am selben Punkt der Bohrung an.
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Die eingangs gestellte Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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In einer Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass das Kugelelement jeder Schwenkpunktlagerung einstückig mit der jeweiligen Blendenschneide ausgebildet ist.
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Auf diese Weise wird es möglich, das Kugelelement an der Blendenschneide mit hoher Stabilität bereitzustellen, ohne dass eine Gefahr eines Abbrechens des Kugelelements besteht. Beispielsweise kann die einstückige Fertigung durch Kaltumformung, beispielsweise durch Tiefziehen, zur Bereitstellung des Kugelelements als kugelförmige Erhebung auf der Blendenschneide durchgeführt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass ein Tellerelement an dem Kugelelement angebracht ist, wobei das Tellerelement parallel zu der Blendenschneide ausgerichtet ist.
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Zusätzlich zu dem Kugelelement, das in der Kegelaufnahme aufliegt, ist somit darüber hinaus ein Tellerelement oder Drehteil an dem Kugelelement angebracht, das eine Gegenfläche für eine im Folgenden noch erläuterte magnetische Vorspannung des Lagers vergrößert und somit die Lagerstabilität erhöhen kann.
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Unter ”parallel ausgerichtet” ist dabei zu verstehen, dass die flächige Erstreckung des Tellerelements parallel zu der flächigen Erstreckung der jeweiligen Blendenschneide verläuft.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass jede Führungskurvenlagerung mittels eines weiteren Kugelelements, das an einer jeweiligen Blendenschneide angebracht ist, und einer V-förmigen Nut in dem Stellelement bereitgestellt ist.
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Auf diese Weise kann auch für die Führungskurvenlagerung eine spielfreie Lagerung unabhängig von Fertigungstoleranzen nach dem bereits für die Schwenkpunktlagerung vorgeschlagenen Prinzip bereitgestellt werden.
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Auch hier ist es beispielsweise möglich, dass das weitere Kugelelement der Blendenschneide magnetisch ausgebildet ist, oder aber an einer in dem Stellelement bereitgestellten Nut einen Magneten vorzusehen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass jede Führungskurvenlagerung mittels zweier einander gegenüberliegender Walzen in dem Stellelement und ein an der Blendenschneide angebrachtes Gleitelement bereitgestellt ist, das zwischen den Walzen gleitet. Insbesondere kann dabei in einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende vorgesehen sein, dass in jeder Führungskurvenlagerung eine der Walzen in Richtung der gegenüberliegenden Walze federnd ausgebildet ist. Dabei kann die Walze beispielsweise in dem Stellelement oder in dem Rahmenabschnitt des Stellelements federnd gelagert sein. Die Walze kann aber auch selbst federnd sein, beispielsweise indem die Walze aus einem elastischen Material ausgebildet ist. Somit ist eine der Walzen fest angeordnet und das Gleitelement hart ausgebildet. Demgegenüber ist die andere Walze federnd oder elastisch bzw. weich auszubilden bzw. zu lagern, um Unrundheiten des Gleitelements oder Fertigungstoleranzen auszugleichen.
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Grundsätzlich kann somit in der Führungskurvenlagerung ein Zylinderstift erhalten bleiben. Durch die zwei längs der Nut vorgesehenen Walzen ist dann trotz allem eine spielfreie Punktauflage erreichbar. Die Walzen können beispielsweise aus einem gehärteten und polierten Stahl bereitgestellt sein. Es kann somit eine der beiden Walzen federnd gelagert sein. Auf diese Weise ist eine Fläche bzw. ein Auflagepunkt des so gestalteten Führungskurvenlagers weich, so dass Unrundheiten eines Zylinderstifts als Gleitelement auch bei einem Drehen des Zylinderstifts nicht zu einem Verspannen des Lagers führen können.
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Auf diese Weise wird eine spielfreie genaue Führungskurvenlagerung ermöglicht und die Stabilität des Öffnungsmittelpunkts der Irisblende weiter verbessert.
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In einer Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass das Gleitelement als eines aus einer Gruppe bestehend aus einem Zylinderstift, einem Gleitelement aus zwei mit ihren Spitzen aufeinander stehenden Kegeln und einem Kegel, der mit seiner Spitze von der Blendenschneide weg weist oder zu der Blendenschneide hin weist, ausgebildet ist.
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Durch die Ausbildung des Gleitelements als zwei mit ihren Spitzen aufeinander stehenden Kegeln anstatt eines zylinderförmigen Stifts ist die Führungskurvenlagerung dazu in der Lage, in beiden axialen Richtungen Führungskräfte aufzunehmen. Falls die theoretische Überbestimmung einer solchen Konfiguration vermieden werden soll, kann entsprechend der gewünschten Zug- oder Druckrichtung jeweils nur ein Kegel als Gleitelement vorgesehen sein, der entsprechend mit seiner Spitze von der Blendenschneide weg weist oder zu ihr hinweist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass die Walzen jeder Führungskurvenlagerung in Richtung der Blendenschneide federnd in einem Rahmenabschnitt des Stellelements gelagert sind.
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Auf diese Weise kann wahlweise eine Zug- oder Druckkraft aufgebaut werden, mit welcher, je nach Bauausführung der Irisblende, eine darüber oder Barunterliegende Blendenschneide, deren Schwenklagerpunkt unter dem Führungskurvenlagerpunkt liegt, mit ihrem Kugelelement in die Kegelaufnahme gedrückt werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass in jeder Führungskurvenlagerung eine der Walzen aus einem Kunststoff und die andere Walze aus einem gehärteten Metall ausgebildet ist.
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Auch auf diese Weise kann bereitgestellt werden, dass von einem Walzenpaar eine der beiden Walzen gegenüber der anderen ”weicher” ist. Auch auf diese Weise können Unrundheiten eines Gleitelements ausgeglichen werden. Insbesondere ist die federnd gelagerte Walze diejenige Walze, die aus Kunstsoff ausgebildet ist. Der Zylinderstift läuft dann auf der ungefederten, aus dem gehärteten Metall ausgebildeten Walze und hat daher einen präzisen Verfahrweg. Die gefederte, aus Kunststoff ausgebildete Walze nimmt dabei jegliches Spiel aus der Führung.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass das Halteelement und das Stellelement aneinander mittels mindestens einem Kugellager oder mindestens einem Fluidlager, insbesondere einem Hydrauliklager oder einem Luftlager, oder mindestens einem Magnetlager abgestützt sind.
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Auf diese Weise kann das Spiel des Stellelements gegen das Halteelement minimiert werden. Es können hierfür auch Präzisionsgleitlager eingesetzt werden. Über die Verwendung mindestens eines, insbesondere vorgespannten, Kugellagers kann insgesamt die Präzision weiter erhöht werden. Eine weitere Steigerung der Lagerpräzision bei gleichzeitig geringer Reibung kann durch Hydraulik- oder Luftlager, verallgemeinert Fluidlager, oder auch über Magnetlager bereitgestellt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass jede Führungskurvenlagerung vorgespannt ausgebildet ist, Insbesondere kann ein Zylinderstift jeder Führungskurvenlagerung mittels eines Federelements, insbesondere einer Blatt- oder Drahtfeder, auf eine Schulter der Führungsnut gedrückt sein. Dadurch wird das Spiel aus der Paarung Stift und Führungsnut herausgenommen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl der Blendenschneiden gerade ist. Insbesondere kann die Anzahl der Blendenschneiden 10, 12, 14, 16, 18 oder 20 betragen.
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Eine gerade Anzahl von Blendenschneiden ermöglicht eine symmetrische Anordnung der Blendenschneiden und damit des Blendenbildes, was die Stabilität des Öffnungsmittelpunkts weiter verbessern kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass jede Blendenschneide einen Kantenabschnitt mit konstanter Krümmung aufweist, d. h. mit konstantem Radius aufweist. Dabei ist der Begriff „Krümmung” in seinem mathematischen Sinn zu verstehen. Insbesondere entspricht dieser Radius einem Radius der maximalen Öffnung, insbesondere der maximalen Öffnung, bei der noch eine Telezentrie eines Objektivs, in dem die Irisblende angeordnet ist, gegeben ist. Die maximale Öffnung, die überhaupt mittels der Irisblende einstellbar ist, kann durchaus größer als die maximale Öffnung sein, bei der noch Telezentrie gegeben ist.
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Der genutzte Teil der Blendenschneide, d. h. der Kantenabschnitt mit konstanter Krümmung, entspricht bei maximaler Öffnung dann genau einem Stück eines Kreisbogens, der den Radius dieser maximalen Öffnung für Telezentrie trägt. Öffnet die Blende weiter, werden in den beiden Teilen der Blendenschneide rechts und links außerhalb des kreisförmigen Bereichs, d. h. des Kantenabschnitts mit konstanter Krümmung, dann die Öffnungen bzw. Abstände zum Mittelpunkt größer, damit überhaupt eine größere Öffnung erzielt werden kann. Somit hat jede der Blendenschneiden nur in dem Kantenabschnitt eine kreisförmige Kontur.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass das Halteelement und das Stellelement konzentrisch um eine gemeinsame Mittelachse angeordnet sind, und die Schwenkpunktlagerung und die Führungskurvenlagerung jeder Blendenschneide zumindest bei einer mittleren Öffnung des Verstellbereichs, insbesondere über einen mittleren Verstellbereich der Irisblende bezüglich der Mittelachse diametral zueinander angeordnet sind.
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Unter ”diametral zueinander angeordnet” ist dabei zu verstehen, dass eine die Schwenkpunktlagerung und die Führungskurvenlagerung jeder Blendenschneide verbindende Gerade durch die Mittelachse verläuft.
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Für eine besonders große Stabilität des Öffnungsmittelpunkts muss der Einfluss des Formfehlers der Blendenschneiden minimiert werden. Dazu kann es hilfreich sein, die Blendenzahl soweit möglich zu erhöhen. Des Weiteren trägt eine gerade Anzahl von Blendenschneiden vorteilhaft dazu bei. Durch die diametrale Anordnung der Lagerungen in Halte- und Stellring über den gesamten Verstellbereich kann der Einfluss des Formfehlers der Blendenschneiden noch weitergehend minimiert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass ein Motor zum Antreiben des Stellelements bereitgestellt ist.
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Dies ermöglicht eine benutzerfreundliche Bewegung des Stellelements relativ zu dem Halteelement.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann dabei vorgesehen sein, dass eine Kopplung des Motors und des Stellelements mittels eines Rundriemens oder mittels eines Zahnriemens bereitgestellt ist, wobei der Rundriemen oder der Zahnriemen das Stellelement vollständig umschlingt.
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Ein Grund für eine Verlagerung eines Öffnungsmittelpunkts einer Irisblende kann sein, dass ein einseitiger Eintrag des Drehmoments zur Drehung des Stellelements relativ zu dem Halteelement erfolgt. Dies kann vermieden werden, indem das Stellelement als Riemenscheibe ausgeführt wird, die vollständig von einem Riemenelement umschlungen wird. Das Stellelement weist dabei einen möglichst großen Durchmesser auf. Der Riemen kann dabei ein Rundriemen sein. Hierdurch kann ein ruckelfreier Antrieb bereitgestellt werden. Soll der Schlupf minimiert werden, kann auch ein Zahnriemen Verwendung finden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass eine Kopplung des Motors und des Stellelements mittels einer Außenzahnung an dem Stellelement und einem Schneckentrieb bereitgestellt ist, oder dass eine Kopplung des Motors und des Stellelements mittels einer Schrägverzahnung an dem Stellelement und eines Kegeltriebs bereitgestellt ist, oder dass eine Kopplung des Motors und des Stellelements mittels einer geraden Außenzahnung an dem Stellelement und einem geradverzahnten Ritzel bereitgestellt ist. Insbesondere kann das geradverzahnte Ritzel mittels einer Vorspannung, insbesondere einer Federvorspannung, an die Außenzahnung gedrückt sein.
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Auf diese Weise kann eine weitere zweckmäßige Möglichkeit zum Antrieb des Stellelements bereitgestellt werden, nämlich über Zahnräder. Über einen schräg verzahnten Kegeltrieb können Eingriffsschwingungen und Drehmomentschwankungen minimiert werden. Dies ist auch mittels eines Schneckenwellenantriebs möglich. Zudem ist es auf diese Weise möglich, den Antrieb bei geeignet gewählten Steigungen der Verzahnungen selbsthemmend auszulegen, so dass für ein Halten der Öffnung der Irisblende keine Dauerbestromung eines Elektromotors notwendig ist. Dies hat unter anderem in Anwendungen einen Vorteil, in dem eine Wärmeentwicklung eine Rolle spielt, die durch einen dauerbestromten Elektromotor gegeben wäre. Eine Kombination aus einer spielfreien Schrägverzahnung des Kegelbetriebs oder des Schneckenwellentriebs mit einem präzisionsgelagerten Motor mit geringstem Axialspiel kann eine nahezu spielfreie Verstellung des Stellelements gegenüber dem Halteelement ermöglichen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass des Weiteren das Stellelement als Stellring und das Halteelement als Haltering ausgebildet ist, wobei entweder der Stellring oder der Haltering einen Innenring ausbildet, der innerhalb eines Außenrings angeordnet ist, der von dem jeweils anderen des Stellrings und des Halterings ausgebildet ist, wobei der Außenring eine Mehrzahl von Elektromagneten aufweist und einen Stator eines Elektromotors ausbildet, wobei der Innenring einen Permanentmagneten aufweist und einen Rotor des Elektromotors ausbildet, und wobei der Außenring und der Innenring mittels eines Magnetlagers aneinander abgestützt sind.
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Mittels dieser Ausgestaltung kann die bereits voranstehend erwähnte Magnetlagerung des Stellelements in dem Halteelement erweitert werden. Der Innenring bildet einen permanent magnetisierten Teil eines bürstenlosen Elektromotors. In dem Außenring sind die entsprechenden Elektromagneten angeordnet, welche durch phasenschiebende Ansteuerung ein Verdrehen des Innenrings ermöglichen. Im Allgemeinen treten bei einer Irisblende keine großen Kräfte in radialer Richtung auf, so dass eine Magnetlagerung ausreichend ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass in dem Außenring eine Mehrzahl von über einen Umfang des Außenrings verteilten Abstandssensoren zum Messen einer Lage des Innenrings relativ zu dem Außenring bereitgestellt ist.
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Durch Einfügen von beispielsweise kapazitiven abstandsmessenden Sensoren oder magnetoresistiven Sensoren in den Außenring, kann über den gesamten Umfang des zwischen dem Halteelement und dem Stellelement bzw. dem Außen- und dem Innenring vorhandenen Spalts die Spaltbreite erfasst werden. Die für eine Positionsregelung des Innenrings in dem Außenring notwendige Stromverteilung für die im Außenring liegenden Elektromagneten kann so auf die Elektromagneten aufmoduliert werden.
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In einer Ausgestaltung der Irisblende kann vorgesehen sein, dass des Weiteren eine optische Sensoranordnung zum Erfassen einer Änderung einer Lage eines Öffnungsmittelpunkts der Irisblende bereitgestellt ist.
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Ein Wandern des Öffnungsmittelpunkts der Irisblende äußert sich als Telezentrieänderung oder auch als Änderung der Raumrichtung des Schwerststrahls des durch die Blende verlaufenden Strahlenbündels. Durch eine Teilauskopplung aus dem Strahlenbündel und eine Abbildung auf eine ortsfeste Lochblende mit nachgeschalteter Quadrantendiode oder einem sonstigen zweidimensionalen Detektor, beispielsweise einer Kamera, kann das Verschieben des Öffnungsmittelpunkts auf einfache Weise detektiert werden. Aus diesem Sensormessergebnis kann eine Korrekturgröße errechnet werden, welche wiederum auf den Elektromagneten aufmoduliert werden kann. Auf diese Weise wird der Regelkreis geschlossen. Ein solcher Regelzugang eröffnet die Möglichkeit, ein Wandern des Mittelpunkts der Blendenöffnung in allen Anwendungen außer bei einem Einsatz als Pupillenblende gänzlich zu unterbinden.
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Entsprechend kann in einer Ausgestaltung der optischen Vorrichtung vorgesehen sein, dass des Weiteren eine Regeleinrichtung in der optischen Vorrichtung vorgesehen ist, die zum Regeln der Elektromagneten in dem Außenring abhängig von der Lage des Innenrings und/oder der Lage des Öffnungsmittelpunkts der Irisblende ausgebildet ist.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass ein mechanischer zweidimensionaler Modulator, beispielsweise ein Kreuztisch vorgesehen ist, in dem die Blende, insbesondere der Innenring, gehalten wird. Auf diese Weise kann durch mechanische Verstellung des Kreuztischs die Position des Innenrings und/oder des Außenrings oder des Blendenaufbaus insgesamt korrigiert werden.
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In einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl herzustellender Blendenschneiden festgelegt wird, und wobei der Schichtblechstapel zwei Bleche oder Blendenrohteile mehr als herzustellende Blendenschneiden aufweist.
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Auf diese Weise wird des Weiteren sichergestellt, dass auch alle oberen und unteren Kanten der Blendenschneiden gleich bearbeitet sind. Die außenliegenden ausgeschnittenen Blendenschneiden werden dann verworfen.
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Letztlich versteht sich, dass es offen ist, ob die Schwenkpunktlagerung in dem Stellelement oder dem Halteelement vorgesehen ist. Gleiches gilt entsprechend für die Führungskurvenlagerung. Die Schwenkpunktlagerung kann in dem Halteelement und die Führungskurvenlagerung in dem Stellelement vorgesehen sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Schwenkpunktlagerung in dem Stellelement und die Führungskurvenlagerung in dem Halteelement vorgesehen ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Ausführungsform einer Irisblende in geöffneter Stellung;
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2 die Irisblende in 1 in teilweise geschlossener Stellung;
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3a eine Ausführungsform einer Schwenkpunktlagerung;
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3b eine weitere Ausführungsform einer Schwenkpunktlagerung;
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3c eine weitere Ausführungsform einer Schwenkpunktlagerung;
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4a eine Ausführungsform einer Führungskurvenlagerung;
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4b eine weitere Ausführungsform einer Führungskurvenlagerung;
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4c noch eine weitere Ausführungsform einer Führungskurvenlagerung;
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4d noch eine weitere Ausführungsform einer Führungskurvenlagerung in einem ersten Stellzustand;
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4e die Führungskurvenlagerung der 4d in einem zweiten Stellzustand;
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5a eine schematische Darstellung einer Lagerung zwischen einem Stellelement und einem Halteelement;
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5b eine alternative Lagerung zwischen dem Stellelement und dem Halteelement;
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5c noch eine weitere alternative Lagerung zwischen dem Stellelement und dem Halteelement;
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6a eine schematische Darstellung einer Möglichkeit zum Antreiben des Stellelements;
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6b eine alternative Möglichkeit zum Antreiben des Stellelements;
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6c noch eine weitere alternative Möglichkeit zum Antreiben des Stellelements;
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6d noch eine weitere alternative Möglichkeit zum Antreiben des Stellelements;
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7 eine weitere Ausführungsform einer Irisblende; und
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8 ein schematisches Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Irisblende 10.
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Die Irisblende 10 weist ein Halteelement 12 auf, das als außenliegender Stellring ausgebildet ist. Grundsätzlich kann das Halteelement 12 jedoch auf andere Art und Weise ausgebildet sein. Des Weiteren weist die Irisblende 10 ein Stellelement 14 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist das Stellelement 14 als innerhalb des Halteelements 12 liegender Stellring ausgebildet. Grundsätzlich kann das Stellelement 14 jedoch auch andere Formen aufweisen. Das Stellelement 14 ist relativ zu dem Halteelement rotierbar. Des Weiteren ist eine Mehrzahl von Blendenschneiden 16 vorgesehen, die jeweils identisch ausgebildet sind und einen freien Mittenbereich 18 umgeben. Das Halteelement 12 und das Stellelement 14 sind konzentrisch um einen Öffnungsmittelpunkt 116 des freien Mittenbereichs 18 angeordnet. Durch Verstellen des Stellelements 14 relativ zu dem Halteelement 12 wird es möglich, die Mehrzahl von Blendenschneiden 16 zu bewegen, um den freien Mittenbereich 18 kontinuierlich zu schließen. Dazu ist jede der Blendenschneiden 16 mittels einer Schwenkpunktlagerung 20 in dem Halteelement 12 gelagert. Des Weiteren ist eine Führungskurvenlagerung 22 in dem Stellelement vorgesehen. Grundsätzlich können die Schwenkpunktlagerung 20 und die Führungskurvenlagerung 22 jedoch auch anders herum vorgesehen sein, d. h. die Führungskurvenlagerung 22 in dem Halteelement 12 und die Schwenkpunktlagerung 20 in dem Stellelement 14.
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Zwischen dem Stellelement 14 und dem Halteelement 12 ist ein Ringspalt 23 ausgebildet.
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Die Führung der Blendenschneiden 16 folgt entlang von Nuten 24, die in dem Stellelement ausgebildet sind. Grundsätzlich ist jedoch auch möglich, dass die Nuten 24 in den Blendenschneiden ausgebildet sind und entsprechende Gleitelemente an das Stellelement 14 angebracht sind.
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Des Weiteren kann ein Motor 26 vorgesehen sein, der zum automatischen Antreiben des Stellelements 14 dient. Grundsätzlich kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Stellelement 14 manuell angetrieben wird.
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Die 2 zeigt die Irisblende 10 in einer teilweise geschlossenen Darstellung. Wie zu erkennen ist, kann durch Verdrehung des Stellelements 14 relativ zu dem Halteelement ein entsprechendes Wandern der Führungskurvenlagerung 22 in den Nuten 24 ein Verschwenken der Blendenschneiden 16 um eine jeweilige Schwenkpunktlagerung 20 bewirkt werden. Somit verschwenken die Blendenschneiden 16 überlappend in den freien Mittenbereich 18 und können so die durch die Irisblende 10 durchtretende Lichtmenge variieren.
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3a zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 2. Zur Verbesserung der Präzisierung der Irisblende 10 und zur Minimierung eines Lagerungsspiels der Blendenschneiden 16 wird die Blendenschneide 16 mit einem Kugelelement 30 versehen. Bei dem Kugelelement 30 muss es sich nicht um vollständige Kugeln handeln, das Kugelelement 30 weist lediglich eine zumindest teilweise Kugeloberfläche auf. Die Blendenschneide 16 wird nun in einer Kegelaufnahme 32 in dem Halteelement 12 angeordnet. Von dem Kugelelement 30 und seiner Lage in der Kegelaufnahme 32 wird dann eine Schwenkachse 28 definiert. Unabhängig von Fertigungstoleranzen erhält man des Weiteren eine ringförmige Kontaktfläche zwischen Kugelelement 30 und Kegelaufnahme 32. Je steiler eine Flanke 34 der Kegelaufnahme 32 gewählt ist, desto größere Kräfte können in radialer Richtung aufgenommen werden. Darüber hinaus kann ein Magnet 36 vorgesehen sein, der das aus einem magnetischen, insbesondere ferromagnetischen, Material bestehende Kugelelement 30 in die Kegelaufnahme 32 zieht. Auf diese Weise kann auch eine axiale Vorspannung parallel zu der Schwenkachse 28 bereitgestellt werden. Die Blendenschneide 16 liegt somit sicher und spielfrei gelagert an dem Halteelement 12 an.
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Die 3b zeigt eine alternative Ausführungsform einer Schwenkpunktlagerung 20, die mit 20' bezeichnet ist.
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An dieser Ausgestaltung weist das Kugelelement 30 zusätzlich ein Tellerelement 38 auf, das an dem Kugelelement 30 angebracht ist. Das Kugelelement 30 liegt wie auch für die 3a beschrieben in einer Kegelaufnahme 32 auf. Das Tellerelement 38 bildet eine Magnetfläche 40, die eine stärkere Axialkraft durch den Magneten 36 ermöglicht. Die Magnetfläche 40 ist parallel zu der flächigen Erstreckung der Blendenschneide 16 ausgebildet.
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Die 3c zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Schwenkpunktlagerung 20, die mit 20'' bezeichnet ist. Die Schwenkpunktlagerung 20'' ist jeweils durch Zylinderstifte 142 in einer Bohrung 140 bereitgestellt. Zur Vorspannung der Schwenkpunktlagerung ist eine Ringfeder 144 vorgesehen, die als gewickelte Ringfeder, als Stahlband oder als O-Ring ausgebildet sein kann. Die Ringfeder 144 übt jeweils eine Kraft F radial nach innen auf jeden der Zylinderstifte 142 aus. Dadurch liegen die Zylinderstifte 142 immer an einer Innenseite der entsprechenden Bohrung 140 an, wobei sich die Zylinderstifte 142 jedoch drehen können und spielfrei in der jeweiligen Bohrung 140 gelagert sind.
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4a zeigt eine Ausführungsform der Führungskurvenlagerung 22. Vorgeschlagen wird, an jeder Blendenschneide 16 ein Gleitelement, das in der vorgestellten Ausführungsform als Zylinderstift 44 ausgebildet ist, anzuformen. Dieser Zylinderstift 44 soll entlang des angedeuteten Pfeils 42 in dem Stellelement 14 gleitend gelagert sein. Dazu sind eine erste Walze 46 und eine zweite Walze 48 vorgesehen, die sich parallel zu der Gleitrichtung 42 erstrecken. Der Zylinderstift 44 gleitet somit zwischen den Walzen 46, 48 und liegt an jeder Walze an einem Punkt auf. Es kann vorgesehen sein, dass eine der Walzen aus einem harten Material, beispielsweise aus einem gehärteten und polierten Metall ausgebildet ist. Die andere Walze kann dann aus einem weicheren Kunststoff ausgebildet sein, so dass eine spielfreie Lagerung bereitgestellt ist, die auch gewisse Fertigungstoleranzen des Zylinderstifts 44 ausgleichen kann. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass eine der Walzen 46, 48 federnd gelagert ist, insbesondere federnd senkrecht zu der Gleitrichtung 42.
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In der 4b ist eine alternative Ausführungsform der Führungskurvenlagerung 22 dargestellt. Hierbei ist in dem Stellelement 14 eine V-förmige Nut 108 vorgesehen. An der Blendenschneide 16 ist ein weiteres Kugelelement 106 bereitgestellt, das in der V-förmigen Nut 108 aufliegt. Ähnlich zu den 3a und 3b dargestellten Schwenkpunktlagerung 20 kann somit auch analog die Führungskurvenlagerung 22 ausgebildet sein. Darüber hinaus kann auch in dem Stellelement 14 ein Magnet angeordnet sein, um in axialer Richtung eine Vorspannung der Führungskurvenlagerung 22 bereitzustellen. Selbstverständlich kann darüber hinaus auch das weitere Kugelelement 106 magnetisch, insbesondere ferromagnetisch, ausgebildet sein.
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In der 4c ist noch eine weitere Ausgestaltung der Führungskurvenlagerung 22 dargestellt. In dem Stellelement 14 ist ein Rahmenabschnitt 50 vorgesehen, in dem die Führungskurvenlagerung 22 angeordnet ist. Als Gleitelement ist an jeder Blendenschneide 16 ein aus einem ersten Kegel 52 und einem zweiten Kegel 54 gebildetes Element vorgesehen. Die beiden Kegel stehen mit ihren Spitzen aneinander, so dass als Gleitelement ein Doppelkegel gebildet ist. Dieser kann ebenfalls zwischen den Walzen 46, 48 gleiten. Die Walze 48 ist mittels einer Feder 56 federnd gelagert, auf diese Weise ist eine spielfreie Führungskurvenlagerung 22 bereitgestellt. Durch eine weitere Feder 58 kann die Lagerung auch in Axialrichtung Kräfte aufnehmen. Grundsätzlich wäre dies nicht notwendig, da die beiden Kegel 52, 54 bereits in axialer Richtung zusammen mit den Walzen 46, 48 das Lager festlegen. Mittels der Feder 58 können jedoch Vorspannungskräfte bereitgestellt werden, die beispielsweise dazu verwendet werden können, an der Blendenschneide 16 darüber- oder darunterliegende benachbarte Blendenschneiden 16 in ihrer Schwenkpunktlagerung 20 zu spannen.
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In den 4d und 4e ist noch eine weitere Ausführungsform der Führungskurvenlagerung 22 dargestellt. In dem Stellelement 14 können sich die Zylinderstifte 44 in der Führungsnut 24 auf einer sich in einer radialen Richtung erstreckenden Geraden vor und zurück bewegen. Eine Breite der jeweiligen Führungsnut 24 ist breiter als ein Durchmesser eines jeweiligen Zylinderstifts 44. Ein Federelement 152, insbesondere eine Blatt- oder Drahtfeder, ist an einem Befestigungsvorsprung 150 des Stellelements angebracht. Jeder Zylinderstift wird dadurch mittels des Federelements 152 an eine Flanke der Führungsnut 24 gedrückt. Auf diese Weise kann jeder Zylinderstift 44 präzise und spielfrei der Führungsnut 24 folgen.
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In der 5a ist eine Möglichkeit zur Lagerung des Stellelements 14 in dem Halteelement 12 dargestellt. Um eine Mittelachse 60 sind das Halteelement 12 und das Stellelement 14 konzentrisch gelagert. Auf diese Weise kann mittels zumindest eines Kugellagers 62 eine spielfreie und präzise Lagerung des Stellelements 14 in dem Halteelement 12 bereitgestellt werden.
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In 5b ist eine Möglichkeit einer alternativen Lagerung gezeigt. Es kann ein Luftlager 68 bereitgestellt sein, das den zwischen dem Stellelement 14 und dem Halteelement 12 vorhandenen Ringspalt 23 als Lagerspalte 64 verwendet. In der Lagerspalte 64 wird mittels einer Injektionseinrichtung 66 ein Fluid, beispielsweise Luft oder eine Hydraulikflüssigkeit, eingedüst, so dass das Halteelement 12 und das Stellelement 14 über das bei Druck befindlichen Fluid aneinander abgestützt sind. Auf diese Weise kann eine nahezu reibungsfreie Lagerung des Stellelements 14 im Halteelement 12 bereitgestellt werden.
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In einer in der 5c dargestellten weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit ist ein Magnetlager 74 vorgesehen, das mittels eines ersten Magneten 70, der in dem Halteelement 12 vorgesehen ist und eines zweiten Magneten 72 bereitgestellt ist, der in dem Stellelement 14 vorgesehen ist. Es können auch mehrere Magnete 70, 72 vorhanden und über den Umfang verteilt sein. Auch auf diese Weise kann eine Lagerung des Stellelements 14 in dem Halteelement 12 ohne Reibungskräfte bereitgestellt sein.
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In der 6a ist eine Möglichkeit aufgezeigt, wie mittels des Motors 26 das Stellelement 14 angetrieben werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass ein Rundriemen 76 des Stellelements 14 mit möglichst großem Durchmesser umschlingt und auf diese Weise mittels des Motors 26 angetrieben wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass lediglich ein punktueller Momenteneintrag in das Stellelement 14 verursacht wird, was unter Umständen ein Bewegen des Öffnungsmittelpunkts bewirken könnte.
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In der 6b ist darüber hinaus eine Möglichkeit gezeigt, wie mittels eines Zahnriemens 78 und entsprechender Umlenkrollen 80, 82 eine Umschlingung des gesamten Stellelements 14 und des Motors 26 bereitgestellt werden kann. Auf diese Weise kann insbesondere eine schlupffreie Bewegung mit hoher Stellgenauigkeit bereitgestellt sein.
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Die 6c deutet darüber hinaus weitere Antriebsmöglichkeiten an, beispielsweise kann ein Schneckentrieb 84 bereitgestellt sein, der mit einer Außenzahnung 86 des Stellelements 14 ineinandergreift. Darüber hinaus kann alternativ ein Zahnrad 88 mit einer Abtriebswelle des Motors 26 verbunden sein, und auf diese Weise der Motor 26 in die Außenzahnung 86 des Stellelements 14 eingreifen.
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Die 6d zeigt letztendlich noch eine Möglichkeit, an dem Motor 26 ein Kegeltrieb 90 vorzusehen, der mit einer Schrägverzahnung 92 an dem Stellelement 14 ineinandergreift. Auf diese Weise können nahezu spielfreie Antriebsmöglichkeiten mit sehr hoher Stellgenauigkeit bereitgestellt werden.
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Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Irisblende 10. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden im Folgenden nicht erneut erläutert. In der dargestellten Ausführungsform sind das Halteelement 12 und das Stellelement 14 konzentrisch um eine Mittelachse 60 angeordnet. Beide Elemente 12, 14 sind ringförmig ausgebildet, so dass das Halteelement 12 einen Außenring 112 und das Stellelement 14 einen Innenring 110 ausbildet.
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Der Außenring 112 und der Innenring 110 sind mittels eines Magnetlagers 74 ineinander abgestützt. Hierzu sind in den Innenring 110 Permanentmagnete 96 vorgesehen. Grundsätzlich kann eine Mehrzahl von Permanentmagneten 96 oder aber ein umlaufender Permanentmagnet 96 vorgesehen sein. In dem Außenring 112 sind eine Mehrzahl von Elektromagneten 94 angeordnet, die durch phasenschiebende Ansteuerung eine Rotation des Innenrings 110 in dem Außenring 112 nach herkömmlicher Art eines Elektromotors bereitstellen. Folglich bilden die Elektromagnete 94 und der oder die Permanentmagnete 96 auch einen Elektromotor 114 aus.
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Dabei kann dann vorgesehen sein, dass über einen oder mehrere Abstandssensoren 98 eine Breite des Ringspalts 23 zwischen dem Außenring 112 und dem Innenring 110 vermessen wird.
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Alternativ oder kumulativ kann vorgesehen sein, dass beispielsweise mittels eines Strahlteilers 104 ein Teil der durch die Irisblende 10 eintretenden Lichtmenge in eine optische Sensoranordnung 102 ausgekoppelt wird. Beispielsweise kann es sich bei der optischen Sensoranordnung 102 um eine Lochblende mit dahinterliegender Kamera handeln. Auf diese Weise kann ein Wandern des Öffnungsmittelpunkts der Irisblende 10 optisch erfasst werden. Messergebnisse der optischen Sensoranordnung 102 und/oder des Abstandssensors 98 werden einer Regelungseinrichtung 100 zugeführt. Eine entsprechende optische Vorrichtung 118 kann also sowohl die Irisblende 10 als auch die Regelungseinrichtung 100 aufweisen. In der Regelungseinrichtung 100 ist dann entsprechend hinterlegt, wie abhängig von den mittels der optischen Sensoranordnung 102 oder der Abstandssensoren 98 eine Ansteuerung der Elektromagneten 94 zu erfolgen hat, um das Wandern des Öffnungsmittelpunkts der Irisblende 10 zu kompensieren. Auf diese Weise wird eine Möglichkeit bereitgestellt, um die Lage des Öffnungsmittelpunkts 116 der Irisblende 10 vollkommen konstant zu halten.
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Um letztlich ein Wandern des Öffnungsmittelpunkts aufgrund von Formungenauigkeiten der Blendenschneide 16 zu vermeiden, wird ein Verfahren 120 bereitgestellt. Eine Ausführungsform des Verfahrens 120 ist in der 8 dargestellt.
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Das Verfahren 120 dient dazu, einen Satz Blendenschneiden 16 für eine bestimmte Irisblende 10 bereitzustellen.
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Das Verfahren beginnt in einem Startschritt 122.
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In einem Schritt 124 wird zunächst eine Anzahl von Blendenschneiden festgelegt, die für eine bestimmte Irisblende 10 zu fertigen sind.
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Es wird nun ein Schichtblechstapel mit der Anzahl der Blendenschneiden gebildet. In einem Schritt 126 erfolgt nun ein Drahterodieren der Blendenschneiden aus diesem Schichtblechstapel. Die Blendenschneiden sind somit allesamt identisch. Um auch die Ober- und Unterseiten der außenliegenden Blendenschneiden 16 identisch zu haben, kann vorgesehen sein, dass der Schichtblechstapel zwei Bleche mehr als für die Irisblende 10 zu fertigen sind, aufweist. Auf diese Weise können die zuoberst und zuunterst liegende Blendenschneide verworfen werden, es ist sichergestellt, dass auch die Ober- und Unterkanten der Blendenschneiden 16 exakt identisch sind.
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Man hat nunmehr einen identischen Satz Blendenschneiden 16 für eine Irisblende 10 erhalten und kann Abweichungen aufgrund von Formungenauigkeiten nahezu ausschließen.
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Das Verfahren endet dann in einem Stoppschritt 128.
