DE102013112623A1 - Vorrichtung zum Abblenden eines Strahlenbündels mit kleiner Apertur - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der ein Strahlenbündel mit einer kleinen Apertur mit sehr kurzen Schaltzeiten abgeblendet werden kann. Die Vorrichtung enthält einen Piezobiegestreifen (1), der an einem ersten Steifenende (1.1) fest eingespannt und mit einer Spannungsquelle (6) verbunden ist und an dessen anderem zweiten Streifenende (1.2), welches frei beweglich ist, eine starre Blende (3) befestigt ist, die mit dem zweiten Streifenende (1.2) spannungsabhängig entlang eines Stellweges (s) zwischen zwei Endlagen (S1, S2) des zweiten Streifenendes (1.2) auslenkbar ist. Das Erreichen dieser Endlagen (S1, S2) ist mittels eines Hallsensors (5) detektierbar, wozu die Vorrichtung einen Magneten (4) aufweist, der ein Magnetfeld erzeugt, dessen Einfluss auf den Hallsensor (5) abhängig von der Auslenkung des zweiten Streifenendes (1.2) veränderbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der ein Strahlenbündel mit einer kleinen Apertur, insbesondere mit einem Durchmesser von kleiner 500 µm, wofür Stellwege kleiner 1 mm ausreichend sind, und einer kurzen Schaltzeit, insbesondere von kleiner 50 ms unter Reinraumbedingungen kontrolliert abgeblendet werden kann.
• Sie enthält eine starre Blende, die mit einem Piezobiegestreifen in Verbindung steht und die proportional zu der an dem Piezobiegestreifen anliegenden Steuerspannung zwischen zwei Endlagen bewegt wird, um in einer der Endlagen das Strahlenbündel vollständig zu unterbrechen, was einem Abblenden gleichkommt, und in der anderen Endlage das Strahlenbündel unbeeinflusst zu lassen, was einem Freigeben gleichkommt.
• Derartige Vorrichtungen werden insbesondere bei der Übertragung von optischen Signalen eingesetzt, bei der es notwendig ist, ein Strahlenbündel als Träger eines optischen Signals oft und schnell zu unterbrechen. In derartigen Vorrichtungen werden die Blenden üblicherweise durch elektromagnetische Kräfte bewegt.
• Aus der WO 03/062898 A1 ist eine Vorrichtung zum Abblenden eines Strahlenbündels, dort piezoelektrisch bewegte Blende genannt, bekannt. Als Vorteil der Verwendung von Piezobiegestreifen (dort piezoelektrisches Element in Streifenbauform) als Antrieb für eine Blende im Vergleich zur Verwendung von Elektromagneten wird insbesondere der geringere Energiebedarf gesehen. Es wird von der Überlegung ausgegangen, dass ein hinreichend großer Kippwinkel, der erforderlich ist, um eine Blende zwischen den zwei Endlagen bewegen zu können (dort Hub), in denen ein Strahlenbündel abgeblendet bzw. freigeben ist, piezoelektrische Elemente in einer Größe verlangt, die zur Nutzung für den Hub einer Blende in einem optischen Gerät ungeeignet sind. Um dieses Problem zu lösen, soll der Dehnungseffekt eines in seiner Größe geeigneten Piezobiegestreifens mittels eines Hebels übersetzt werden.
• Eine Vorrichtung der vorgenannten WO 03/062898 A1 enthält im Wesentlichen ein Gestell, ein Piezobiegestreifen in Streifenbauform mit einer Längsachse und einen zweiarmigen Hebel. Der Piezobiegestreifen ist einseitig fest im Gestell gelagert und mit einer Spannungsquelle verbunden. Durch Änderung der an dem Piezobiegestreifen anliegenden Steuerspannung schwingt das quasi freie Ende des Piezobiegestreifens zwischen zwei Endlagen über einen Stellweg (dort Biegeweg), dessen Biegeweglänge von der Höhe der Spannungsänderung, den piezoelektrischen Eigenschaften des Piezobiegestreifens und dessen freier Länge bestimmt ist.
• Der zweiarmige Hebel ist über ein Drehgelenk ebenfalls im Gestell gelagert und steht mit seinem kurzen Hebelende mit dem quasi freien Ende des Piezobiegestreifens in Verbindung, ohne dass die Verbindung des Piezobiegestreifens mit dem Hebel das quasi freie Ende des Piezobiegestreifens in seiner Bewegung und damit in seinem Dehnungsverhalten einschränkt. Der Biegeweg umfasst eine Komponente in Richtung der Mittelachse und eine Komponente senkrecht zur Mittelachse. Das Ende des langen Hebelarmes ist als eine starre Blende ausgebildet.
• Bei einer Ausdehnung des Piezobiegestreifens und damit Auslenkung dessen freien Endes über den Biegeweg wird das Ende des kurzen Hebelarmes mitgenommen und der Hebel um das Drehgelenk, in Abhängigkeit von der zur Mittelachse senkrechten Komponente des Biegeweges, um einen Schwenkwinkel geschwenkt. Entsprechend dem Hebelverhältnis, bestimmt durch das Längenverhältnis des kurzen Hebelarmes zum langen Hebelarm, wird diese Komponente des Biegeweges des freien Endes des Piezobiegestreifens in einen Hub der Blende umgesetzt.
• Die Vorrichtung soll auch ein Messmittel zur Messung des Wertes des Schwenkwinkels mittels eines Dehnmessstreifens und einen Komparator aufweisen, welcher den gemessenen Wert des Schwenkwinkel mit einem vorgegebenen Wert vergleicht, um die Steuerspannung zu regeln, falls Differenzen zwischen dem gemessenen Wert und dem vorgegebenen Wert festgestellt werden. Die Vorrichtung ist so dimensioniert, dass sie geeignet ist, Strahlenbündel mit einem Durchmesser von bis zu 3 mm abzublenden, womit sie einen Stellweg für die Blende von bis zu 6 mm ermöglichen muss.
• Nachteilig an einer Vorrichtung gemäß der vorbenannten WO 03/062898 A1 sind insbesondere die Winkelmessung und die Verwendung eines Dehnmessstreifens.
• Eine Winkelmessung ist für nur sehr kleine benötigte Stellwege, z. B. im Bereich von 1 mm, und für kurze geforderte Schaltzeiten von kleiner 50 ms, wenn überhaupt, nur mit sehr hohem Aufwand mit einer ausreichenden Genauigkeit realisierbar. Das ist insbesondere durch die im Vergleich zu den bereits sehr kleinen Stellwegen noch kleineren Winkel und die hohen Beschleunigungen, die zu einem Schwingen in den Umkehrpunkten der Bewegung, das heißt in den Endlagen, führen, begründet.
• Die Verwendung eines Dehnmessstreifens erfordert die Verwendung eines speziellen elastischen Klebstoffes, der dauerhaft mechanisch belastbar ist und seine Elastizität nicht verliert. Eine Verwendung der Vorrichtung im Zusammenhang mit UV-Strahlung und im Reinraum ist daher nur äußerst beschränkt möglich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine Blende über einen Stellweg von kleiner 1 mm und eine kurze Schaltzeit von kleiner gleich 50 ms entlang eines Stellweges zwischen zwei Endlagen verstellt werden kann, wobei ohne Winkelmessung das Erreichen wenigstens einer der Endlagen kontrollierbar sein soll.
• Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
• Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Nachfolgend soll die Erfindung an 4 Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierzu zeigen:
• 1a ein erstes Ausführungsbeispiel als Prinzipskizze,
• 1b ein Flussdichte-Weg-Diagramm für das erste Ausführungsbeispiel gemäß 1a,
• 2a ein zweites Ausführungsbeispiel als Prinzipskizze,
• 2b ein Flussdichte-Weg-Diagramm für das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2a,
• 3a ein drittes Ausführungsbeispiel als Prinzipskizze,
• 3b ein Flussdichte-Weg-Diagramm für das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 3a,
• 4a ein viertes Ausführungsbeispiel als Prinzipskizze und
• 4b ein Flussdichte-Weg-Diagramm für das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 4a.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist grundsätzlich einen Piezobiegestreifen 1 mit einer Längsachse 1.0, ein Gestell 2 aus einem Material ohne ferromagnetische Eigenschaften, eine Blende 3 und einen Hallsensor 5 mit einer Sensorfläche 5.1 auf. Der Piezobiegestreifen 1 ist mit einem ersten Streifenende 1.1 einseitig fest im Gestell 2 gelagert und mit einer Spannungsquelle 6 mit periodisch variierbarer Steuerspannung verbunden. Unter einem Material ohne ferromagnetische Eigenschaften soll ein Material niederer relativer magnetischer Permeabilität, kleiner 1, verstanden werden. Ein dem ersten Streifenende 1.1 gegenüberliegendes zweites Streifenende 1.2 ist in Abhängigkeit von einer anliegenden Steuerspannung der Spannungsquelle 6 und einer sich daraus ergebenden Biegung des Piezobiegestreifens im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 1.0 entlang einem Stellweg s zwischen zwei Endlagen S₁, S₂ verstellbar, auch als auslenkbar oder verbiegbar zu verstehen. In diesen beiden Endlagen S₁, S₂ des zweiten Streifenendes 1.2 befindet sich auch die Blende 3, die an dem zweiten Streifenende 1.2 angebracht ist, jeweils in einer Endlage.
• Der Piezobiegestreifen 1 kann so ausgelegt sein, dass er sich beim Anlegen einer Steuerspannung ausgehend von seiner Nulllage, in der die Längsachse 1.0 geradlinig verläuft, in nur einer Richtung verbiegen kann, sodass das zweite Streifenende 1.2 gegenüber der Nulllage in nur einem Richtungssinn ausgelenkt werden kann. Eine der beiden Endlagen S₁, S₂ ist dann die Nulllage und die variierbare Steuerspannung ist dann eine gepulste Gleichspannung.
• Alternativ kann ein Piezobiegestreifen 1 Verwendung finden, der sich von der Nulllage ausgehend mit wechselndem Richtungssinn verbiegen kann. Die Nulllage stellt dann eine mittige Lage zwischen den zwei Endlagen S₁, S₂ dar und die variierbare Steuerspannung ist eine Wechselspannung.
• Die Blende 3 weist die Form einer Platte auf und ist senkrecht zur Längsachse 1.0 des Piezobiegestreifens 1 ausgerichtet an dem zweiten Streifenende 1.2 auf einer ersten Oberfläche 1.2.1 angebracht.
• Damit der Hallsensor 5 das Erreichen wenigstens einer der beiden Endlagen S₁, S₂ detektieren kann, ist ein Magnet 4 mit einer Magnetachse 4.0 vorhanden, der ein Magnetfeld in Richtung der Magnetachse 4.0 mit einer magnetischen Flussdichte B ausbildet. Das Magnetfeld kann in einem Magnetkreis geführt sein, womit die Richtung des Magnetfeldes ortsabhängig unterschiedlich sein kann.Der Hallsensor 5, welcher mit dem Gestell 2 in Verbindung steht, ist so innerhalb des Magnetfeldes angeordnet, dass die Richtung des Magnetfeldes senkrecht auf der Sensorfläche 5.1 des Hallsensors 5 steht und sich die magnetische Flussdichte B des Magnetfeldes am Ort des Hallsensors 5 mit der Änderung des Stellweges s ändert, sodass der Hallsensor 5 ein analoges, sich in der Amplitude änderndes Messsignal erzeugt. Zu diesem Zweck sind der Piezobiegestreifen 1, der Magnet 4 und der Hallsensor 5 so zueinander angeordnet, dass ein Verstellen des zweiten Streifenendes 1.2 zwischen den zwei Endlagen S₁, S₂ zu einer Änderung eines Luftspaltes L zwischen dem Magneten 4 und der Sensorfläche 5.1 führt. Der Magnet 4 ist bevorzugt ein Permanentmagnet, kann in verschiedenen Ausführungen aber auch ein Elektromagnet sein.
• Vorteilhaft ist der Hallsensor 5 so ausgelegt, dass er die Amplitude des analogen Messsignals mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht, wenn eine der Endlagen S₁, S₂ detektiert werden soll, bzw. mit zwei vorgegebenen Schwellwerten vergleicht, wenn beide Endlagen S₁, S₂ detektiert werden sollen. Das Ausgangssignal kann dann ein digitales Signal sein, welches eine Fehlstelle aufweist, wenn eine Endlage S₁, S₂ nicht eingestellt wurde. Das Ausgangssignal könnte genutzt werden um andere Sensoren zu schalten. Bevorzugt kann es zur Nachweisführung einer störungsfreien Funktion der Vorrichtung, zum Auslösen eines Warnsignals oder zur Abschaltung der Vorrichtung genutzt werden.
• Insbesondere, wenn die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass die Nulllage des Piezobiegestreifens 1 einer der beiden Endlagen S₁, S₂ entspricht, ist es ausreichend, nur das Erreichen der zweiten der beiden Endlagen S₁, S₂ mit dem Hallsensors 5 zu überwachen, da die Nulllage gesichert immer eingenommen wird, wenn die anliegende Steuerspannung gleich Null ist.
• Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in der konkreten Anordnung des Magneten 4 und des Hallsensors 5 zueinander sowie der teilweisen Verwendung von ferromagnetischen Elementen zur Beeinflussung des sich ausbildenden Magnetfeldes und oder Führung in einem Magnetkreis
• Unter ferromagnetischen Elementen werden Elemente verstanden, die aus einem Material mit einer hohen relativen Permeabilität, größer 10, sind. Sie können zum einen ferromagnetische Stäbe 7 in unterschiedlicher Form sein, die nicht mit dem Magneten 4 verbunden sind, und zum anderen ferromagnetische Brücken 8 im Sinne von Polschuhen, die mit dem Magneten 4 verbunden sind oder diesen integrieren.
• Die Verwendung eines einseitig verbiegbaren Piezobiegestreifens 1 ist hierbei beispielhaft am ersten und die Verwendung eines zweiseitig verbiegbaren Piezobiegestreifens 1 am zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt.
• In 1a ist ein erstes Ausführungsbeispiel gezeigt, zu dem in 1b ein Flussdichte-Weg-Diagramm (B-s-Diagramm) dargestellt ist.
• Der Magnet 4 ist ein Permanentmagnet und ist an dem zweiten Streifenende 1.2, dem Hallsensor 5 zugewandt, auf einer zweiten Oberfläche 1.2.2 so angebracht, dass dessen Magnetachse 4.0 senkrecht zur Längsachse 1.0 des Piezobiegestreifens 1 ausgerichtet ist. Der Magnet 4 kann am zweiten Streifenende 1.2 auch unter der zweiten Oberfläche 1.2.2 im Piezobiegestreifen 1 integriert sein.
• Mit der Verstellung des Piezobiegestreifens 1, das heißt auch dessen Auslenkung oder dessen Verbiegung, zwischen den beiden Endlagen S₁, S₂ wird die Relativlage des Magneten 4 zum Hallsensor 5 verändert, der in Richtung des Stellweges s dem Magneten 4 gegenüberliegend unmittelbar am Gestell 2 befestigt ist. Die damit verbundene Längenänderung des Luftspaltes L entspricht der Länge des Stellweges s zwischen den beiden Endlagen S₁, S₂.
• Im Vergleich zu den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist hier von Vorteil, dass der Aufbau der Vorrichtung besonders einfach ist und nur ein Minimum an für die Funktion der Vorrichtung notwendigen Mitteln umfasst.
• In 2a ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, zu dem in 2b ein B-s-Diagramm dargestellt ist.
• Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel, in dem sich das Magnetfeld frei ausbildet, wird in diesem und in den weiteren Ausführungsbeispielen das Magnetfeld in einem Magnetkreis geführt.
• Der Magnet 4 ist hier ebenso wie der Hallsensor 5 mit dem Gestell 2 verbunden, wobei der Magnet 4 und der Hallsensor 5 mit einem gleichen senkrechten Abstand zur Längsachse 1.0 des Piezobiegestreifens 1 angeordnet sind. Vorteilhaft ist diese Verbindung keine unmittelbare Verbindung mit dem Gestell 2, sondern eine mittelbare Verbindung über eine ferromagnetische Brücke 8. Der Magnet 4 ist so ausgerichtet, dass die Magnetachse 4.0 senkrecht zur Längsachse 1.0 des Piezobiegestreifens 1 verläuft. An dem zweiten Streifenende 1.2 des Piezobiegestreifens 1 ist auf einer zweiten Oberfläche 1.2.2 ein U-förmiger ferromagnetischer Stab 7 mit zwei Stabenden 7.1, 7.2, dem Magneten 4 und dem Hallsensor 5 zugewandt, angebracht, womit die Relativlage des U-förmigen ferromagnetischen Stabes 7 zum Magneten 4 und zum Hallsensor 5 veränderbar ist. Der Luftspalt L ist räumlich aufgeteilt. Er ist hälftig zwischen dem Magneten 4 und dem ersten der Stabenden 7.1 und hälftig zwischen dem Hallsensor 5 und dem zweiten der Stabenden 7.2 ausgebildet. Die Längenänderung des Luftspaltes L ist gleich der Änderung des Stellweges s zwischen den beiden Endlagen S₁, S₂.
• Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist hier von Vorteil, dass die mit dem Piezobiegestreifen 1 zu bewegende Masse geringer ist.
• In 3a ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, zu dem in 3b ein B-s-Diagramm dargestellt ist.
• Gegenüber dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist in diesem und auch im vierten Ausführungsbeispiel die Magnetachse 4.0 parallel zur Längsachse 1.0 des Piezobiegestreifens 1 ausgerichtet. Der Magnet 4 ist ebenso wie der Hallsensor 5 unmittelbar mit dem Gestell 2 verbunden und mit einem gleichen senkrechten Abstand zur Längsachse 1.0 des Piezobiegeelementes 1 angeordnet. An dem zweiten Streifenende 1.2 ist auf einer zweiten Oberfläche 1.2.2 ein ferromagnetischer Stab 7 angebracht, womit die Relativlage des ferromagnetischen Stabes 7 zum Magneten 4 und zum Hallsensor 5 verstellbar ist, und die Änderung der Länge des Luftspaltes L erfolgt, indem der ferromagnetische Stab 7 zwischen den Magneten 4 und den Hallsensor 5 gebracht wird. Der ferromagnetische Stab 7 kann auch unter der zweiten Oberfläche 1.2.2 im Piezobiegestreifen 1 integriert sein. Die Länge des Luftspaltes L ändert sich damit sprunghaft, indem sie sich um die Länge des ferromagnetischen Stabes 7 verkürzt. Die auf die Sensorfläche 5.1 des Hallsensors 5 wirkende magnetische Flussdichte B ändert sich folglich ebenso sprunghaft.
• Im Vergleich zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen ist hier von Vorteil, dass die magnetische Flussdichte B am Hallsensor 5 bei Erreichen der Endlagen S₁, S₂ exponentiell ansteigt, was eine steilere Signalflanke des Ausgangssignals zur Folge hat.
• In 4a ist ein viertes Ausführungsbeispiel gezeigt, zu dem in 3b ein B-s-Diagramm dargestellt ist.
• Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen insbesondere dadurch, dass zum Detektieren jeweils einer der Endlagen S₁, S₂ jeweils ein Hallsensor 5 vorhanden ist. Entsprechend werden zwei Luftspalte L gebraucht, deren Länge in Abhängigkeit von der Verstellung des Piezobiegestreifens 1 veränderbar ist.
• Der Magnet 4 ist in einer ferromagnetischen Brücke 8 integriert, die mit dem Gestell 2 verbunden ist. Die ferromagnetische Brücke 8 stellt so einen Polschuh dar, der in diesem Falle die beiden Pole des Magneten nicht nur räumlich verlagert, sondern die beiden Pole jeweils räumlich auftrennt. Es entstehen so zwei Öffnungen in der ferromagnetischen Brücke 8, die jeweils durch einen entgegengesetzten Pol begrenzt werden. Das Magnetfeld wird hier in zwei parallel geschalteten Magnetkreisen geführt, denen jeweils einer der beiden Luftspalte L zugeordnet ist. Jeweils an einer Seite der Öffnungen ist jeweils einer der beiden Hallsensoren 5 angrenzend angeordnet. An dem zweiten Streifenende 1.2 ist auf der zweiten Oberfläche 1.2.2 ein ferromagnetischer Stab 7 angebracht, so dass er in seiner Relativlage zu den Öffnungen der ferromagnetischen Brücke 8 verstellbar ist und die Längenänderung der Luftspalte L alternierend erfolgt, indem der ferromagnetische Stab 7 in die Öffnungen abwechselnd eingebracht wird. Entsprechend wird, wie in 4b gezeigt, von den Hallsensoren 5 eine vom Stellweg s umgekehrt abhängige magnetische Flussdichte B detektiert.
• Im Vergleich zu den anderen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist hier von Vorteil, dass die Zuverlässigkeit einer Detektion beider Endlagen S₁, S₂ erhöht wird, wobei die Vorteile des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels erhalten bleiben.
• Die Vorrichtung dient der Abschattung eines Strahlenbündels. Zu diesem Zwecke wird die Vorrichtung so zu einem Strahlengang eines Strahlenbündels angeordnet, dass die Blende 3 in einer der Endlagen S₁, S₂ des Stellweges s, die das zweite Streifenende 1.2 des Piezobiegestreifens 1 erreicht, den Strahlengang vollständig unterbricht und in der anderen den Strahlengang vollständig freigibt. Alle anderen Elemente der Vorrichtung beeinflussen den Strahlengang nicht.
• Alle Ausführungsbeispiele der Vorrichtung haben im Vergleich zum Stand der Technik gemeinsam, dass sie mit dem Hallsensor 5 einen sehr schnell reagierenden Sensor aufweisen, womit sehr kurze Schaltzeiten von kleiner 50 ms und hohe Frequenzen von größer 20 Hz realisiert werden können.
• Im Vergleich zur Messtechnik mit einem Dehnmessstreifen unterliegt eine Messtechnik mit einem Hallsensor auch kaum Alterungserscheinungen.
• Die Hysterese des Hallsensors 5, die zu unterschiedlichen Messwerten auf dem Stellweg s zwischen den beiden Endlagen S₁, S₂ führt, je nachdem, ob die eine oder die andere der Endlagen S₁, S₂ angestrebt wird, stellt sich hier nicht als Nachteil dar, da der Hallsensor 5 nur als Endlagensensor verwendet wird.
• Eine Winkelmessung, wie sie im Stand der Technik vorgeschlagen wird, erscheint für kleine Stellwege s, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich von 1 mm liegen sollen, nur mit einem sehr hohen Aufwand in der erforderlichen Auflösung möglich. Die tatsächliche Änderung des Stellweges zu erfassen, ist aufgrund der größeren relativen Änderung zwischen den beiden Endlagen S₁, S₂ einfacher.
• Auch aufgrund der kurzen geforderten Schaltzeiten, die zu einer extremen hohen negativen Beschleunigung bei Erreichen der Endlagen S₁, S₂ und damit zu einem hochfrequenten Schwingen um die Endlagen S₁, S₂ führen können, ist ein als Endlagensensor betriebener Hallsensor 5 besonders geeignet, um das Erreichen der Endlagen zu kontrollieren.
• Mit der Verwendung von Hallsensoren 5 wird die zu kontrollierende Lageänderung bzw. das Erreichen von Endlagen S₁, S₂ durch die zweiten Streifenenden 1.2 des Piezobiegestreifens 1 über die Änderung eines Magnetfeldes erfasst. Ein Magnetfeld übt keinen Einfluss auf einen Strahlengang aus, weshalb sich der Hallsensor 5 generell als Messmittel für eine Verwendung in Verbindung mit optischen Systemen eignet.
• Die am Piezobiegestreifen befestigten Teile, nämlich ein Magnet 4, ausgeführt als Permanentmagnet, oder ein ferromagnetischer Stab 7, sind passive Elemente, das heißt sie sind nicht stromdurchflossen und lassen daher eine hohe Lebensdauer erwarten.
• Sie können vergleichsweise zu einem Dehnmessstreifen, der wenigstens über einen großen Längenabschnitt der freien Länge eines Piezobiegestreifens mit diesem verbunden sein muss, über einen nur sehr kurzen Längenabschnitt und damit mechanisch kaum belastet angebracht werden. Die Befestigung der Teile, auch der Blende 3 kann daher auch durch eine starre Verbindung z. B. eine Lotverbindung erfolgen, wenn ein Klebstoff aufgrund der Verwendung der Vorrichtung in Verbindung mit UV-Strahlung nicht geeignet ist.
• Auch lassen sich solche passiven Elemente vergleichsweise einfacher in einen Piezobiegestreifen 1 integrieren.
• Bezugszeichenliste

1

Piezobiegestreifen

1.0

Längsachse (des Piezobiegestreifens)

1.1

erstes Streifenende (des Piezobiegestreifens)

1.2

zweites Streifenende (des Piezobiegestreifens)

1.2.1

erste Oberfläche (des Piezobiegestreifens)

1.2.2

zweite Oberfläche (des Piezobiegestreifens)

2

Gestell

3

Blende

4

Magnet

4.0

Magnetachse

5

Hallsensor

5.1

Sensorfläche (des Hallsensors)

6

Spannungsquelle

7

ferromagnetischer Stab

7.1

erstes Stabende

7.2

zweites Stabende

8

ferromagnetische Brücke

s

Stellweg

S₁

erste Endlage (des zweiten Streifenendes)

S₂

zweite Endlage (des zweiten Streifenendes)

B

magnetische Flussdichte

L

Luftspalt

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• WO 03/062898 A1 [0004, 0005, 0009]

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Abblenden eines Strahlenbündels mit kleiner Apertur mit einem Gestell (2), einem Piezobiegestreifen (1) mit einer Längsachse (1.0), einer Blende (3) und einem Messmittel, wobei der Piezobiegestreifen (1) mit einem ersten Streifenende (1.1) einseitig fest im Gestell (2) gelagert und mit einer Spannungsquelle (6) mit periodisch variierbarer Steuerspannung verbunden ist und ein gegenüberliegendes zweites Streifenende (1.2) in Abhängigkeit von einer anliegenden Steuerspannung der Spannungsquelle (6) senkrecht zur Längsachse (1.0) entlang einem Stellweg (s) zwischen zwei Endlagen (S₁, S₂) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (3) senkrecht zur Längsachse (1.0) des Piezobiegestreifens (1) ausgerichtet an dem zweiten Streifenende (1.2) auf einer ersten Oberfläche (1.2.1) angebracht ist, ein Magnet (4) mit einer Magnetachse (4.0) vorhanden ist, der ein Magnetfeld in Richtung der Magnetachse (4.0) mit einer magnetischen Flussdichte (B) ausbildet, das Messmittel ein Hallsensor (5) zum Detektieren wenigstens einer der zwei Endlagen (S₁, S₂) ist, der mit dem Gestell (2), welches aus einem Material ohne ferromagnetische Eigenschaften besteht, in Verbindung steht und eine Sensorfläche (5.1) aufweist, die senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes angeordnet ist, und der Piezostreifen (1), der Magnet (4) und der Hallsensor (5) so zueinander angeordnet sind, dass eine Verstellung des zweiten Streifenendes (1.2) zwischen den zwei Endlagen (S₁, S₂) zu einer Längenänderung eines Luftspaltes (L) im Magnetfeld zwischen dem Magnet (4) und der Sensorfläche (5.1) führt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetachse (4.0) senkrecht zur Längsachse (1.0) des Piezobiegestreifens (1) ausgerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (4) ein Permanentmagnet ist, der an dem zweiten Streifenende (1.2) auf oder unter einer zweiten Oberfläche (1.2.2) angebracht ist, womit die Relativlage des Magneten (4) zum Hallsensor (5) veränderbar ist, wobei die Längenänderung des Luftspaltes (L) einer Längenänderung der Änderung des Stellweg (s) zwischen den beiden Endlagen (S₁, S₂) entspricht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (4) und der Hallsensor (5) untereinander und über eine ferromagnetische Brücke (8) mittelbar mit dem Gestell (2) verbunden sind und an dem zweiten Streifenende (1.2) auf einer zweiten Oberfläche (1.2.2) ein U-förmiger ferromagnetischer Stab (7) mit zwei Stabenden (7.1, 7.2) angebracht ist, sodass die Relativlage des ferromagnetischen Stabes (7) zum Magneten (4) und zum Hallsensor (5) veränderbar ist und der Luftspalt (L) räumlich aufgeteilt hälftig zwischen dem Magneten (4) und dem ersten der Stabenden (7.1) und hälftig zwischen dem Hallsensor (5) und dem zweiten der Stabenden (7.2) ausgebildet ist, sodass die Längenänderung des Luftspaltes (L) der Änderung des Stellweges (s) zwischen den beiden Endlagen (S₁, S₂) entspricht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetachse (4.0) parallel zur Längsachse (1.0) des Piezobiegestreifens (1) ausgerichtet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (4) unmittelbar mit dem Gestell (2) verbunden ist und an dem zweiten Streifenende (1.2) auf oder unter einer zweiten Oberfläche (1.2.2) ein ferromagnetischer Stab (7) angebracht ist, die Relativlage des ferromagnetischen Stabes (7) zum Magneten (4) und zum Hallsensor (5) verstellbar ist und die Längenänderung des Luftspaltes (L) erfolgt, indem der ferromagnetische Stab (7) zwischen den Magneten (4) und den Hallsensor (5) gebracht wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Hallsensor (5) und ein zweiter Luftspalt (L) vorhanden sind, der Magnet (4) in einer ferromagnetischen Brücke (8) integriert ist, die zwei zueinander parallel ausgebildete zweiseitig begrenzte Öffnungen aufweist, wobei jeweils an einer der Seiten der Öffnungen die Hallsensoren (5) angrenzen und der Luftspalt (L) zwischen den Hallsensoren (5) und den anderen Seiten der Öffnungen gebildet sind, und an dem zweiten Streifenende (1.2) auf oder unter einer zweiten Oberfläche (1.2.2) ein ferromagnetischer Stab (7) angebracht ist, womit er zu den Öffnungen der ferromagnetischen Brücke (8) verstellbar ist und die Längenänderung der Luftspalt (L) erfolgt, indem der ferromagnetische Stab (7) in die Öffnungen abwechselnd eingebracht wird.

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