DE102019127271A1

DE102019127271A1 - Verstellbare optische Blende

Info

Publication number: DE102019127271A1
Application number: DE102019127271.8A
Authority: DE
Inventors: Johannes Winterot; Tobias Kaufhold
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verstellbare optische Blende mit mindestens zwei variabel positionierbaren Blendensegmenten, die jeweils eine Blendenteilkontur aufweisen, wobei für jedes Blendensegment ein Antrieb vorhanden ist und wobei durch die Blendenteilkonturen eine variable Blendenöffnung begrenzt wird. Die Blende ist dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendensegmente jeweils den ersten Schenkel eines gewinkelten Trägers bilden, dass ein sich jeweils quer zu dem Blendensegment erstreckender Schwenkarm einen zweiten Schenkel des gewinkelten Trägers bildet und dass die Blendensegmente mit der jeweiligen Blendenteilkontur durch variables Verschwenken des Schwenkarms mithilfe des Antriebs in Richtung zu einer Blendenmitte beweglich sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare optische Blende nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine gattungsgemäße verstellbare optische Blende umfasst mindestens zwei variabel positionierbare Blendensegmente, die jeweils eine Blendenteilkontur aufweisen, wobei für jedes Blendensegment ein Antrieb vorhanden ist und wobei durch die Blendenteilkonturen eine variable Blendenöffnung begrenzt wird.
Blenden spielen in der Optik eine zentrale Rolle zur Regelung der Öffnung eines optischen Systems. Variable Blenden bieten höhere Flexibilität als wechselbare Blenden mit fester Öffnung. Einen Kompromiss stellt eine Lösung dar, die bei Mobiltelefonen, beispielsweise beim Samsung Galaxy S9, zum Einsatz kommt und bei der eine Festblende mit zwei Kreisausschnitten überlagert wird.
Bekannt sind Irisblenden, die aus Lamellen gefertigt sind. Diese sind um die Öffnung herum angeordnet und durch Änderung der Winkelstellung der einzelnen Lamellen umschließen die Kanten der Lamellen die Öffnung tangential mit einstellbaren Durchmesser. Je zwei benachbarte Lamellen decken die Öffnung schraubenförmig an. Die Reibung der Lamellen aneinander führt bei häufigem Gebrauch zu Verschleiß dieser Lamellen. Die durch die reibungsinduzierten Kräfte führen außerdem zu Verschleiß an den Lagerstellen für Drehung und Antrieb. Außerdem kann eine Lamellenblende nicht zu sehr kleinen Durchmessern geschlossen werden.
In DE2831422 wird vorgeschlagen, als Irisblende ein Katzenauge zu verwenden. Dabei kommen gegeneinander verschiebbare Blechteile zum Einsatz, die als Öffnung die Form eines auf einer Spitze stehenden Quadrats bilden. Auch hier wird es zu Verschleiß wegen der gegeneinander zu verschiebenden Blechteile kommen.
Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, eine verstellbare Blende anzugeben, die sich durch geringen Verschleiß auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch die verstellbare optische Blende mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die verstellbare optische Blende der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die Blendensegmente jeweils den ersten Schenkel eines gewinkelten Trägers bilden, dass ein sich jeweils quer zu dem Blendensegment erstreckender Schwenkarm einen zweiten Schenkel des gewinkelten Trägers bildet und dass die Blendensegmente mit der jeweiligen Blendenteilkontur durch variables Verschwenken des Schwenkarms mithilfe des Antriebs in Richtung zu einer Blendenmitte beweglich sind.
Als eine wesentliche Idee der Erfindung kann angesehen werden, die Blendensegmente an einem gewinkelten Träger anzuordnen und die Variabilität der Blendenöffnung dadurch bereitzustellen, dass die Blendensegmente und damit die Blendenteilkonturen der einzelnen Blendensegmente durch Verschwenken dieses Trägers in Richtung der Blendenmitte oder von der Blendenmitte weg bewegt werden.
Wenn man davon ausgeht, dass eine optische Achse durch die Blendenmitte verläuft und auf der Ebene, in welcher sich die Blende befindet, senkrecht steht, bewegen sich die Blendenteilkonturen der Blendensegmente bei Betätigung des Antriebs der erfindungsgemäßen Blende im Wesentlichen radial auf die optische Achse zu oder von dieser weg.
Eine Drehachse des Schwenkarms ist, mindestens im wesentlichen, parallel zur Ebene der Blendenöffnung.
Als Blendensegment wird eine Komponente bezeichnet, die einen Teilbereich der Umrandung einer Blende bereitstellt. Derjenige Teil des Blendensegments, der tatsächlich zur Form der variablen Blende beiträgt, ist die Blendenteilkontur.
Das Blendensegment, der Schwenkarm und/oder weitere bewegte Komponenten, wie beispielsweise der Parallelarm, kann beziehungsweise können insbesondere aus einem dünnen blattartigen oder blechartigen Material gebildet sein. Hierbei kann auf grundsätzlich bekannte Materialien zurückgegriffen werden, die insbesondere für Blenden und/oder für optisch-feinmechanische Komponenten zum Einsatz kommen. Beispielsweise können die Blendensegmente aus schwarz eloxiertem Blech gebildet sein. Durch die Gesamtheit der Blendenteilkonturen der variabel zu positionierenden einzelnen Blendensegmente wird die variable Blendenöffnung gebildet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Blende werden im Folgenden insbesondere im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen und den Zeichnungen erläutert.
Grundsätzlich ist es möglich, unterschiedliche Blendensegmente zu verwenden. Dieses kann in Betracht kommen, wenn Blendenformen verwirklicht werden sollen, die von der Kreisform abweichen, beispielsweise Schlitzblenden oder sonstige Blenden für astigmatische Optiken. Bevorzugt sind aber alle Blendensegmente gleichartig gebildet und in Umlaufrichtung um die variable Blendenöffnung gleichmäßig angeordnet.
Die Blendenteilkontur kann grundsätzlich jeweils eine beliebige gewünschte Form aufweisen. Für den häufigen Einsatz als variable kreisförmige Blende kann die Blendenteilkontur bevorzugt die Form von zwei zueinander symmetrischen linearen Blendenkanten aufweisen, die zueinander einen Winkel einschließen. Je größer die Anzahl der verwendeten Blendensegmente ist, umso mehr nähert sich der von den beiden linearen Blendenkanten eingeschlossene Winkel 180° an.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Blende vier Blendensegmente auf. Wird dabei eine Blendenteilkontur mit zwei zueinander symmetrischen linearen Blendenkanten verwendet, beträgt der eingeschlossene Winkel bevorzugt 135°, womit schon eine für viele Anwendungen ausreichende Annäherung an eine Kreisform erreicht wird.
Grundsätzlich ist es möglich, die Antriebe der Blendensegmente manuell ansteuerbar auszugestalten. Bevorzugt ist aber eine, insbesondere elektronische, Steuereinheit zur Ansteuerung der Antriebe der Blendensegmente vorhanden.
Prinzipiell können die einzelnen Blendensegmente unsymmetrisch angesteuert werden, sodass auch unsymmetrische und von einer Kreisform abweichende Blendenformen verwirklicht werden können.
Bevorzugt ist die Steuereinheit aber dazu eingerichtet, die Blendensegmente jeweils zu gleichem Hub anzusteuern. Grundsätzlich kann die Steuereinheit auch programmierbar sein.
Der grundlegende Aufbau der erfindungsgemäßen Blende ermöglicht insbesondere Ausführungsvarianten, bei denen sich die verschiedenen Blendensegmente beim Verstellen untereinander nicht berühren und/oder bei denen bei der Bewegung der Blendensegmente keine Oberflächen von sich einander berührenden Teilen gegeneinander bewegt werden.
Der Verschleiß durch Relativbewegung von einander berührenden Oberflächen von einzelnen Komponenten kann somit sehr weitgehend vermieden werden.
Weitere Vorteile im Hinblick auf die Reduzierung von Verschleiß können erreicht werden, wenn der Antrieb mindestens eines Blendensegments, insbesondere aller Blendensegmente, mindestens einen Schiebe- und/oder Zugaktor aufweist.
Bevorzugt kommen hier Hebelmechaniken zum Einsatz.
Beispielsweise kann der Antrieb zum Verschwenken des Schwenkarms mindestens einen Aktor aufweisen, der mit einem ortsfesten Anker, insbesondere an einer Wand, verbunden ist.
Es können zum Beispiel Aktoren verwendet werden, die bimorphe Bieger, Piezoaktoren und/oder elektroaktive Polymere aufweisen.
Für den Antrieb der Blende sind Zugelemente variabler Länge gegenüber motorischen Lösungen aus Verschleißgründen vorzuziehen. Aus der Palette nichtklassischer „Motoren“ scheidet das „Bimetall“ wegen sehr großer Hysterese der Formwandlung aus. Bimorphe Bieger erreichen ihre Leistungen bei Betrieb mit Spannung > 160V. Dies ist für den Einsatzzweck kritisch. Elektroaktive Polymere sind noch im Forschungsstadium und für Serieneinsatz zu wenig bekannt. Kommerziell angeboten werden SMA. SMA (shape memory alloy) - Formgedächtnislegierungen gestatten durch Temperaturänderung dauerhaft reversible Längenänderungen um 3 - 5 %. Eine Kombination Zugelement als SMA mit Zugelement als Feder oder beide als SMA ist möglich. Die SMA können in ihrer Charakteristik kalibriert oder mittels zusätzlicher Messsysteme kontrolliert und geregelt werden.
Besonders bevorzugt werden Aktoren verwendet, die als wesentlichen Bestandteil eine Formgedächtnis-Legierung aufweisen. Mit diesen Materialien sind vergleichsweise hohe Relativhübe möglich.
Um ein definiertes Stellen eines Blendensegments zu erreichen, kann es außerdem bevorzugt sein, wenn der Antrieb mindestens eines Blendensegments, insbesondere aller Blendensegmente, mindestens eine Feder aufweist. Durch die Rückstellkraft der Feder wird das entsprechende Blendensegmente in einer gewünschten Position gehalten.
Weitere Verbesserungen im Hinblick auf Verschleißarmut sind möglich, wenn Verbindungen von zueinander beweglichen Teilen durch Festkörpergelenke gebildet sind. Beispielsweise kann eine bewegliche Verbindung des Blendensegments zum Schwenkarm durch ein Festkörpergelenk gebildet sein. Auch die Verbindung oder Anlenkung von Federn und Aktoren zu dem Schwenkarm und/oder zu dem Betätigungsarm kann durch Festkörpergelenke verwirklicht sein. Schließlich kann auch eine Verbindung des Schwenkarms oder weiterer verschwenkbarer Komponenten des Antriebs zu einem ortsfesten Anker durch ein Festkörpergelenk realisiert sein.
Grundsätzlich ist es möglich und für viele Varianten des Antriebs bevorzugt, wenn mindestens ein Blendensegment, insbesondere alle Blendensegmente, mit dem zugehörigen Schwenkarm starr verbunden ist beziehungsweise sind.
Abhängig im Einzelnen von den Details des Antriebs kann es aber auch bevorzugt sein, wenn mindestens ein Blendensegment, insbesondere alle Blendensegmente, mit dem zugehörigen Schwenkarm beweglich, insbesondere über ein Festkörpergelenk, verbunden ist beziehungsweise sind.
Bei vergleichsweise einfach aufgebauten Ausführungsbeispielen kann bei mindestens einem Blendensegment, insbesondere bei allen Blendensegmenten, der Schwenkarm über ein Festkörpergelenk oder ein Drehlager an einem ortsfesten Ankerpunkt angelenkt sein. Der Schwenkarm kann dann mithilfe eines Aktors, der an dem Schwenkarm selbst und an einem ortsfesten Anker befestigt ist, betätigt, also verschwenkt werden.
Bei weiteren Ausgestaltungen weist der Antrieb zusätzlich einen Betätigungsarm auf, der mit dem Schwenkarm, insbesondere starr und insbesondere gewinkelt, verbunden ist. Bei diesen Varianten kann an dem Betätigungsarm mindestens ein Aktor angreifen, um den Schwenkarm und damit das jeweilige Blendensegment zu bewegen.
Bei weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Blende sind in mindestens einer Antriebseinheit, insbesondere in allen Antriebseinheiten, Arretierungsmittel vorhanden zum Arretieren einer bestimmten Stellung der Blendensegmente. Diese Maßnahmen ermöglichen das stabile Fixieren einer einmal eingestellten Blendenstellung. Solche Arretierungsmittel können auch als Feststellbremsen bezeichnet werden.
Zweckmäßig können die Arretierungsmittel eine oder mehrere der folgenden Komponenten beinhalten: Federn und/oder Aktoren, die bimorphe Bieger, Piezoaktoren, elektroaktive Polymere und/oder Formgedächtnis-Legierungen aufweisen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Blende ist bei mindestens einem Blendensegment, insbesondere bei allen Blendensegmenten, der Schwenkarm einerseits beweglich mit dem Blendensegment und andererseits beweglich mit einem ortsfesten Anker, insbesondere an einer Wand, verbunden. Außerdem ist ein Parallelarm vorhanden, der ebenfalls einerseits beweglich mit dem Blendensegment und andererseits beweglich mit einem weiteren ortsfesten Anker, insbesondere an der Wand, verbunden ist. Sodann wird bei dieser Variante durch das Blendensegment, den Schwenkarm, den Parallelarm und einen Bereich zwischen dem ortsfesten Anker und dem weiteren ortsfesten Anker ein Parallelogramm gebildet, dessen Winkel mithilfe des Antriebs veränderbar sind.
Wegen der durch das Parallelogramm definierten Mechanik wird bei dieser Variante eine besonders hohe Stabilität erreicht.
Bei einer alternativen Anordnung, die einfach aufgebaut ist, ist bei mindestens einem Blendensegment, insbesondere bei allen Blendensegmenten, der zugehörige Schwenkarm beweglich mit einem ortsfesten Anker, insbesondere an einer Wand, verbunden und die Antriebseinheit weist mindestens einen Aktor auf, der einerseits an einem weiteren ortsfesten Anker und andererseits mit dem Schwenkarm verbunden ist.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Blende werden im Folgenden im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Hierin zeigen:

1: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Blende zur Erläuterung der grundlegenden Funktionsweise;
2: eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Antriebs für ein Blendensegment einer erfindungsgemäßen Blende;
3: eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Antriebs für ein Blendensegment einer erfindungsgemäßen Blende in einer ersten Stellung;
4: eine schematische Ansicht des Antriebs aus 3 in einer zweiten Stellung;
5: eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Antriebs für ein Blendensegment einer erfindungsgemäßen Blende in einer ersten Stellung;
6: eine schematische Ansicht des Antriebs aus 5 in einer zweiten Stellung und
7: ein Diagramm zur Veranschaulichung des Winkels zwischen zwei symmetrischen linearen Blendenkanten einer Blendenteilkontur in Abhängigkeit der Anzahl der Blendensegmente.

Gleiche und gleichwirkende Komponenten sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen verstellbaren optischen Blende 100. Als wesentliche Bestandteile umfasst die optische Blende 100 eine Mehrzahl von Blendensegmenten 30, die jeweils eine Blendenteilkontur 34 und einen Antrieb 50 aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier gleichartig gebildete Blendensegmente 30 vorhanden, die in Umlaufrichtung um die Blendenöffnung 40 gleichmäßig angeordnet sind, also bei 3, 6, 9 und 12 Uhr. Die gleichmäßige Anordnung der Blendenkanten bedeutet auch, dass die Blendenteilkonturen 34 der Blendensegmente 30 jeweils radial zu Blendenmitte 42 orientiert sind.
Zum Ansteuern der Antriebe 50 der Blendensegmente 30 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Steuereinheit 200 vorhanden, die mit den einzelnen Antrieben 50 wirkungsmäßig, beispielsweise über elektrische Leitungen verbunden ist. Die Steuereinheit 200 kann insbesondere eine programmierbare elektronische Steuerung, beispielsweise ein Mikrocontroller sein.
Die Blendenteilkonturen 34 umschließen die Blendenöffnung 40 tangential, d. h. die Blendenöffnung 40 wird durch die Blendenteilsegmente 34 der Blendensegmente 30 gebildet. Die Mitte der Blendenöffnung 40 ist mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichnet.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Blendenteilsegmente 34 jeweils eine Form mit zwei symmetrischen, linearen und zueinander gewinkelten Blendenkanten auf. Die Blendensegmente 30 können in den durch die Pfeile 37 angedeuteten Richtungen verstellt werden, also auf die Blendenmitte 42 zu oder von der Blendenmitte 42 weg.
Bevorzugt werden die Blendensegmente 30 mit der Ansteuereinheit 200 zu gleichem Hub angesteuert, d. h. sie werden so angesteuert, dass die Blendenteilkonturen 34 jeweils denselben Abstand von der Blendenmitte 42 aufweisen. Bei solch einer Einstellung entspricht die Form der Blendenöffnung 40 mit den hier verwendeten Blendenteilkonturen 34 näherungsweise einer Kreisöffnung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel zwischen den beiden linearen Blendenkanten der Blendenteilkonturen 34 135°. Dadurch wird eine kreisförmige Blendenöffnung 40, wie in 1 durch den gestrichelt dargestellten Kreis veranschaulicht ist, schon vergleichsweise gut und für viele Anwendungen ausreichend angenähert.
Die Größe der Blendenöffnung 40 kann vergrößert und verkleinert werden, indem die Blendensegmente 30 und damit die Blendenteilkonturen 34 nach außen beziehungsweise nach innen in Richtung der Blendenmitte 42 bewegt werden.
Der Grad der Annäherung des durch die linearen Blendenkanten der Blendenteilkonturen 34 der Blendensegmente 30 gebildeten Vielecks an einen Kreis wird in Abhängigkeit von der Anzahl der Blendensegmente 30 in 7 dargestellt. Für ideale Annäherung schließen die beiden Schenkel den Grenzwert 180° ein. Für vier Blendensegmente 30 wie in 1 gezeigt, wird mit 135° schon eine akzeptable Annäherung an die Kreisform erreicht.
Der von zwei benachbarten linearen Blendenkanten eingeschlossenen Winkel berechnet sich nach $Winkel = 180 - 180 / Schenkelanzahl .$
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Antriebs 50 für ein Blendensegment 30 einer erfindungsgemäßen verstellbaren Blende wird mit Bezug auf 2 erläutert. Erfindungsgemäß bildet das Blendensegment 30 einen ersten Schenkel eines gewinkelten Trägers 36 und ein zweiter Schenkel dieses gewinkelten Trägers 36 wird erfindungsgemäß durch einen Schwenkarm 38 gebildet, der sich quer zu dem Blendensegment 30 erstreckt. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Blendensegment 30 mit dem zugehörigen Schwenkarm 38 starr verbunden.
Der Antrieb 50 weist außerdem einen Betätigungsarm 20 auf, der mit dem Schwenkarm 38 verbunden ist.
Im gezeigten Beispiel ist der Schwenkarm 38 mit dem Betätigungsarm 20 starr und rechtwinklig verbunden. Das Blendensegment 30, der Schwenkarm 38 und der Betätigungsarm 20 sind in 2 aus einem blattartigen Material, beispielsweise aus einem Metallblech, gebildet. Bei einer einfachen Ausführungsvariante sind das Blendensegment 30, der Schwenkarm 38 und der Betätigungsarm aus einem Metallstreifen gebogen.
Der Verbindungsbereich zwischen dem Betätigungsarm 20 und dem Schwenkarm 38 ist in einem ortsfesten Lager 28 um eine Drehachse 26 drehbar gelagert. Dazu kann bevorzugt ein verschleißarmes Drehlager verwendet werden.
An dem Betätigungsarm 20 greift in 2 ein Aktor 24 an, dessen anderes Ende an einem ortsfesten Anker 62, im Beispiel an einer ortsfesten Fläche 60, befestigt ist.
Erfindungsgemäß ist das Blendensegment 30 mit der Blendenteilkontur 34 durch variables Verschwenken des Schwenkarms 38 mithilfe des Antriebs in Richtung (Pfeil 37) zu einer in 2 nicht gezeigten Blendenmitte beweglich.
Die verschiedenen Blendensegmente 30 sind zum Vermeiden von Verschleiß so ausgebildet, dass sie sich beim Verstellen untereinander nicht berühren. Ein Antrieb 50 der in 2 dargestellten Art ermöglicht es außerdem, dass bei der Bewegung der einzelnen Blendensegmente 30 keine Oberflächen von sich einander berührenden Teilen gegeneinander bewegt werden.
Der Aktor 24 kann insbesondere ein Schiebe- und/oder Zugaktor sein. Bei Ausführungsbeispiel der 2 ist außerdem auf der dem Aktor 24 gegenüberliegenden Seite des Betätigungsarms 20 eine Feder 22 angeordnet, die mit ihrem anderen Ende an einem ortsfesten Anker 63 an einer Fläche 60 befestigt ist. Durch die Rückstellkraft der Feder wird die Stellung des Betätigungsarms 20 und damit des Blendensegments 30 stabilisiert. Wenn der Aktor 24 Zug ausübt, muss die Feder 22 eine Zugfeder sein. Wenn der Aktor 24 Druck ausübt, muss die Feder 22 eine Druckfeder sein. Der Aktor kann bevorzugt als wesentliche aktive Komponente eine Formgedächtnis-Legierung aufweisen.
Die Bewegungsrichtung des Betätigungsarms 20 ist durch den Doppelpfeil 27 angedeutet und korrespondiert mit der Bewegungsrichtung (Pfeil 37) des Blendensegments 30.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Antriebs 50 für einen Blendensegment 30 einer erfindungsgemäßen Blende wird mit Bezug auf die 3 und 4 erläutert.
Wesentlich ist dabei, dass der Schwenkarm 38 nicht mehr, wie bei Ausführungsbeispiel der 2 starr, sondern vielmehr beweglich mit dem Blendensegment 30 verbunden ist. Konkret ist der Schwenkarm 38 mit dem Blendensegment 30 über ein Festkörpergelenk 70 verbunden. Außerdem ist der Schwenkarm 38 beweglich mit einem ortsfesten Anker 71 an der Fläche/Wand 60 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Befestigung wiederum über ein Festkörpergelenk 74. Sodann beinhaltet das in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel einen Parallelarm 39, der ebenfalls einerseits beweglich mit dem Blendensegment 30 und andererseits beweglich mit einem weiteren ortsfesten Anker 73 insbesondere an der Fläche/Wand 60 verbunden ist. Die beweglichen Verbindungen des Parallelarms 39 zum Blendensegment 30 und an dem ortsfesten Anker 73 können wiederum durch Festkörpergelenke 75, 79 verwirklicht werden.
Wesentlich für das in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel ist, dass durch das Blendensegment 30, den Schwenkarm 38, den Parallelarm 39 und einen Bereich zwischen dem ortsfesten Anker 71 und dem weiteren ortsfesten Anker 73 ein Parallelogramm gebildet ist, dessen Winkel mithilfe des Antriebs 50 veränderbar sind.
Zum Verstellen dieses Parallelogramms und damit des Blendensegments 30 dient ein Aktor 24, wobei zum Bereitstellen einer Gegenhaltekraft wiederum eine Feder 22 vorhanden ist. Der Aktor 24 ist mit seinem ersten Ende im Bereich der Verbindung zwischen dem Blendensegment 30 und dem Schwenkarm 38 und mit seinem zweiten an einem ortsfesten Anker 67 an der Fläche 60 befestigt. Die Feder 22 ist mit ihrem ersten Ende im Bereich der Verbindung des Blendensegment 30 und des Parallelarms 39 und mit ihrem zweiten Ende an einem ortsfesten Anker 66 beweglich an der Fläche 60 befestigt.
Zum Verstellen des Blendensegments 30 kann der Aktor 24 beispielsweise kontrahiert werden, sodass das Blendensegment 30 und damit die Blendenteilkontur 34 in den 3 und 4 nach unten bewegt wird. Eine nach unten bewegte Stellung des Blendensegment 30 ist in 4 veranschaulicht.
Das in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Antriebs zeichnet sich durch eine hohe Robustheit der Mechanik aus.
Ein drittes Ausführungsbeispiel für einen Antrieb 50 eines Blendensegments 30 für eine erfindungsgemäße Blende wird mit Bezug auf die 5 und 6 erläutert. Bei diesem Antrieb 50 ist das Blendensegment 30 mit dem zugehörigen Schwenkarm 38 wieder starr verbunden. Das andere Ende des Schwenkarms 38 ist sodann beweglich mit einem ortsfesten Anker 71 an der Wand 60 verbunden.
Zum Betätigen des Schwenkarms 38 ist ein Aktor 24 vorhanden, dessen erstes Ende etwa mittig (Punkt 25) an dem Schwenkarm 38 befestigt ist und dessen zweites Ende an einem ortsfesten Anker 77 an der Wand 60 angelenkt ist. Zum Stabilisieren ist wieder eine Feder 22 vorhanden, deren erstes Ende auf der dem Aktor 24 gegenüberliegenden Seite des Schwenkarms 38 und deren zweites Ende etwa symmetrisch zum ortsfesten Anker 77 an einem ortsfesten Anker 76 an der Wand 60 befestigt ist.
Zum Verschwenken des Schwenkarms 38 wird der Aktor 24 kontrahiert oder expandiert, wobei diese Bewegung in eine Bewegung des Blendensegments 30 in Richtung der Blendenmitte 42 oder von der Blendenmitte 42 (siehe 1) weg umgesetzt wird.
6 zeigt eine Ansicht, bei der der Aktor 24 gegenüber der Situation der 5 zur Verdeutlichung des Wirkprinzips übertrieben kontrahiert ist.
In den Ausführungsbeispielen der 2 bis 6 kann jeweils die Feder 22 durch einen weiteren Aktor oder durch mehrere Aktoren ersetzt werden. Darüber hinaus können in allen Ausführungsbeispielen statt eines einzelnen Aktors auch mehrere Aktoren und anstelle von einer einzelnen Feder 22 können mehrere Federn 22 vorhanden sein.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neuartige variable optische Blende bereitgestellt, welche vielseitig einsetzbar ist, mit welcher auch sehr kleine Blendenöffnungen verwirklicht werden können und bei der insbesondere Verschleiß sehr weitgehend reduziert werden kann.
Bezugszeichenliste

20: Betätigungsarm
22: Feder oder Aktor
24: Aktor
25: Befestigungspunkt von Feder 22 und Aktor 24 an Schwenkarm 38
26: Drehachse
27: Doppelpfeil: Bewegungsrichtung des Betätigungsarms 20
28: ortsfester Anker / Drehlager
30: Blendensegmente
31: Befestigungspunkt von Aktor 24 an Blendensegment 30/Schwenkarm 38
33: Befestigungspunkt von Feder/Aktor 22 an Blendensegment 30
34: Blendenteilkontur
36: gewinkelter Träger
37: Doppelpfeil: Bewegungsrichtung von Blendenteilkontur 34
38: Schwenkarm: zweiter Schenkel des gewinkelten Trägers 36
39: Parallelarm
40: Blendenöffnung
42: Mitte der Blendenöffnung (optische Achse)
50: Antrieb für Blendensegment 30
60: ortsfeste Wand oder Fläche, z.B. Gehäusewand
62: ortsfester Anker: Befestigungspunkt von Aktor 24 an Fläche 60
63: ortsfester Anker: Befestigungspunkt von Feder/Aktor 22 an Fläche 60
66: ortsfester Anker: Befestigungspunkt von Feder/Aktor 22 an Fläche 60
67: ortsfester Anker: Befestigungspunkt von Aktor 24 an Fläche 60
70: Festkörpergelenk
71: ortsfester Anker: Befestigungsort von Schwenkarm 38 an Fläche 60
73: ortsfester Anker: Befestigungsort von Parallelarm 39 an Fläche 60
74: Festkörpergelenk
75: Festkörpergelenk
76: ortsfester Anker: Befestigungsort von Feder/Aktor 22 an Fläche 60
77: ortsfester Anker: Befestigungsort von Aktor 24 an Fläche 60
100: verstellbare optische Blende
200: Ansteuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2831422 [0005]

Claims

Verstellbare optische Blende mit mindestens zwei variabel positionierbaren Blendensegmenten (30), die jeweils eine Blendenteilkontur (34) aufweisen, wobei für jedes Blendensegment (30) ein Antrieb (50) vorhanden ist und wobei durch die Blendenteilkonturen (34) eine variable Blendenöffnung (40) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendensegmente (30) jeweils den ersten Schenkel eines gewinkelten Trägers (36) bilden, dass ein sich jeweils quer zu dem Blendensegment (30) erstreckender Schwenkarm (38) einen zweiten Schenkel des gewinkelten Trägers (36) bildet und dass die Blendensegmente (30) mit der jeweiligen Blendenteilkontur (34) durch variables Verschwenken des Schwenkarms (38) mithilfe des Antriebs (50) in Richtung zu einer Blendenmitte (42) beweglich sind.
Optische Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (200) zur Ansteuerung der Antriebe (50) der Blendensegmente (30) vorhanden ist.
Optische Blende nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (200) dazu eingerichtet ist, die Blendensegmente (30) jeweils zu gleichem Hub anzusteuern.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vier Blendensegmente (30) vorhanden sind.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Blendensegmente (30) gleichartig gebildet sind und dass die Blendensegmente (30) in Umlaufrichtung um die variable Blendenöffnung (40) gleichmäßig angeordnet sind.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Blendensegmente (30) sich beim Verstellen untereinander nicht berühren.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bewegung der Blendensegmente (30) keine Oberflächen von einander berührenden Teilen gegeneinander bewegt werden.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (50) mindestens eines Blendensegments (30), insbesondere aller Blendensegmente (30), mindestens mindestens einen Schiebe- und/oder Zugaktor (24) aufweist.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (50) zum Verschwenken des Schwenkarms (38) mindestens einen Aktor (24) aufweist, der mit einem ortsfesten Anker (62), insbesondere an einer Wand (60), verbunden ist.
Optische Blende nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Aktoren bimorphe Bieger, Piezoaktoren und/oder elektroaktive Polymere aufweist beziehungsweise aufweisen.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Aktoren (24) Formgedächtnis-Legierungen aufweist beziehungsweise aufweisen.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (50) mindestens eines Blendensegments (30), insbesondere aller Blendensegmente (30), mindestens eine Feder (22) aufweist.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungen von zueinander beweglichen Teilen durch Festkörpergelenke gebildet sind.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Blendensegment (30), insbesondere alle Blendensegmente (30), mit dem zugehörigen Schwenkarm (38) starr verbunden ist beziehungsweise sind.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Blendensegment (30), insbesondere alle Blendensegmente (30), mit dem zugehörigen Schwenkarm (38) über ein Festkörpergelenk (70) verbunden ist beziehungsweise sind.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Blendensegment (30), insbesondere bei allen Blendensegmenten (30), der Schwenkarm (38) über ein Festkörpergelenk (64) oder ein Drehlager (28) an einem ortsfesten Ankerpunkt (71; 26) angelenkt ist.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (50) einen Betätigungsarm (20) aufweist, der mit dem Schwenkarm (38), insbesondere starr und insbesondere gewinkelt, verbunden ist und dass an dem Betätigungsarm (20) mindestens ein Aktor (24) angreift.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Antriebseinheit (50), insbesondere in allen Antriebseinheiten (50), Arretierungsmittel vorhanden sind zum Arretieren einer bestimmten Einstellung der Blendensegmente (30).
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsmittel eine oder mehrere der folgenden Komponenten beinhalten: Federn; Aktoren, die bimorphe Bieger, Piezoaktoren, elektroaktive Polymere und/oder Formgedächtnis-Legierungen aufweisen.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Blendensegment (30), insbesondere bei allen Blendensegmenten (30), der Schwenkarm (38) einerseits beweglich mit dem Blendensegment (30) und andererseits beweglich mit einem ortsfesten Anker (71), insbesondere an einer Wand (60), verbunden ist, dass ein Parallelarm (39) vorhanden ist, der ebenfalls einerseits beweglich mit dem Blendensegment (30) und andererseits beweglich mit einem weiteren ortsfesten Anker (62), insbesondere an der Wand (60), verbunden ist, dass das Blendensegment (30), der Schwenkarm (38), der Parallelarm (39) und ein Bereich zwischen dem ortsfesten Anker (71) und dem weiteren ortsfesten Anker (73) ein Parallelogramm gebildet ist, dessen Winkel mithilfe des Antriebs (50) veränderbar sind.
Optische Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Blendensegment (30), insbesondere bei allen Blendensegmenten (30), der zugehörige Schwenkarm (38) beweglich mit einem ortsfesten Anker (71), insbesondere an einer Wand (60), verbunden ist und dass die Antriebseinheit (50) mindestens einen Aktor (24) aufweist, der einerseits an einem weiteren ortsfesten Anker (77) und andererseits mit dem Schwenkarm (38) verbunden ist.