JP2008506181A - 光学系での画像装置の取付 - Google Patents

Abstract

光学系は、対物面と映像面の間で長手方向に伸張する光軸（ＯＡ）と、該対物面から該映像面に画像を伝達する画像装置（１’、１”）と、センサデバイス付きの基板と、該センサデバイス上に該画像を提供するために該画像装置（１’、１”）の位置を定める一つ以上のロケータ要素とを備える。該ロケータ要素（複数の場合がある）の公差は、該画像装置（１’、１”）の側面方向の並進および名目回転点の回りの該画像装置（１’、１”）の回転を可能にするために作用する。該光学系のパラメータは、該側面方向の並進または該回転のいずれかから生じる、該センサデバイス上の該光軸（ＯＡ）の移動が、該側面方向の並進または該回転のいずれかから生じる、該光学系（ＯＡ）に対する該センサデバイス上の該画像の移動によって少なくとも部分的に無効にされる。それにより、光学系は該センサデバイスに関して該画像装置の角位置または側面方向の位置に影響を及ぼす公差に対して、完全にまたは部分的に自己補正を行う。光学系およびその組立のための方法は携帯用デバイスにおいて実現されてよい。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、ともに２００４年７月８日に出願され、参照としてここに組み込まれているスウェーデン特許出願番号第０４０１８０２−４号および米国特許仮出願番号第６０／５８６，０８３号の利益を請求する。

概して本発明は、特に小型カメラシステムにおけるオブジェクトの画像を生成するための光学系に関する。特に、本発明はこのような光学系における画像装置（imaging arrangement）の取付に関する。

小型カメラシステムは、例えば、バーコードスキャナまたはテキストスキャナ、カメラ、ビデオレコーダ、および電子ペン等の撮像能力のある携帯用デバイスに組み込まれている。このようなカメラシステムは概して、対物面と映像面とを定義し、該対物面の視界の中に位置する被写体を該映像面で画像として再生する画像装置を含む。カメラシステムは、画像を物理的または電子的に捕捉するために映像面と本質的に同一箇所に配置される放射線センサも含む。
スウェーデン特許出願番号第０４０１８０２−４号 米国特許仮出願番号第６０／５８６，０８３号 国際公開第０３／００１３５８号パンフレット 国際公開第２００５／０５７４７１号パンフレット

放射線センサの上に映像面を正確に配置すること、つまり光学系が対物面の明確な部分の画像を生成することを確実にすることが重要である場合がある。この目的のため、光学系の製造公差と組立公差の両方を低く保つことが必要となる場合がある。このような公差の絶対値は携帯用デバイスのためのコンパクトな画像装置の場合には非常に小さくてよい。

組立公差は、画像装置の少なくとも一部を放射線センサに動作可能に係合することにより最小限に抑えられてよい。例えば、画像装置は、センサに関して画像装置を正確に配置する、またはその逆のために放射線センサの上の対応する表面と当接するように作られている誘導面を含んでよい。出願人の国際公開第０３／００１３５８号パンフレットは、このような画像装置を備えた電子ペンを開示している。該電子ペンのカメラシステムはペンの前部に配置される円筒形の止め具によって運ばれる。画像装置は一枚以上のレンズ、開口絞り、フィルタ等の光学部品が入る管状のホルダーを含む。ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ等の二次元放射線センサを正確に適合させて取り付けるためにホルダーの後端に窪みが形成されている。

このような光学系は生産時に複雑な組立ステップを必要とし、手作業が関与する可能性がある。さらに、画像装置は特定のセンサの配置のために設計されなければならず、その結果センサの配置の変更があるたびに再設計の必要が生じる。

したがって本発明の目的は、光学系における画像装置の取付に関して公差要件の緩和を可能にする技法を提供することである。

本発明の別の目的は、画像装置および／または放射線センサの簡略な取付を可能にする技法を提供することである。

さらに追加の目的は放射線センサでの配置要件を緩和できる技術を提供することである。

以下の説明から明らかとなるこれらの目的および他の目的は、ここで完全にまたは部分的に、独立クレーム１、１７および１８各々から２０による光学系、携帯用デバイスおよび方法によって達成される。好適実施形態は従属クレームに定義される。

本発明はここで現行の好適な実施形態の概略を示す添付図面に関して例証として説明する。

図１は、対物面３と映像面４を定義する画像装置付きの光学系の概略を示す。光学系の光軸ＯＡは対物面３と映像面４との間に伸張する。放射線センサ２は基本的に映像面と一致して配置されている。

理想的には、画像装置１は有効焦点距離、視界、倍率等に関して同一の光学特性をもって製造される。また、理想的には、各画像装置は、放射線センサに対して正確かつ最適に配置される。しかしながら、実際には公差が作用し、光学装置の光学特性と光学系との中の相対位置の両方で不確実性を取り込む。典型的には、位置公差は画像装置および／または放射線センサの取付により発生する。

公差の不十分な制御は、光学系を含むデバイスの生産で不十分な性能および／または高い不良品発生率を生じさせることがある。したがって、一般的には、光学系の動作に影響を及ぼす一連の公差を最小限に抑えることが望まれる。従来、位置公差は、図１で接続線５により示されるように、画像装置と放射線センサとの間に厳格かつ／または直接的な接続を提供することにより最小限に抑えられる。例えば、位置公差は、画像装置／放射線センサの位置における相対角度変動のみではなく画像装置／放射線センサの相対位置における側面方向および長手方向の変動をも最小限に抑えるために放射線センサに直接的に取り付けられ、適切に正確に適合させた単一構造体として実現されている画像装置によって制御されてよい。

本発明は、放射線センサに関する画像装置の角度位置に影響を及ぼす公差に関して全体的にまたは部分的に自己補正を行う（ｓｅｌｆ−ｃｏｍｐｅｎｓｔｉｎｇする）ように光学系を設計することによって別の方向にも進む。これにより光学系の設計をより自由に行うことができる。例えば、画像装置と放射線センサを直接的に接続せずに済ますことが可能となる場合がある。

本発明の根本的な原理を図解するために、図２は光学系の中で（参照記号１’で示されている）非摂動位置と（参照番号１”で示されている）摂動位置にある画像装置を示している。非摂動画像装置１’は、基本的に被写体表面ＯＳと一致するように配置されている名目対物面と、センサ（不図示）の活性領域が配列されるセンサ面ＳＰと基本的に一致するように配置される映像面とを定義する。非摂動系では、被写体表面ＯＳ上の点ｘ１はセンサ面ＳＰ内の点ｘ_1,ｓ＝ｍ・ｘ₁で再生され、ｍは画像装置の側面方向の倍率を示している。負のｍは画像が（図２においてのように）被写体に対して反転していることを示しており、また逆に正は反転していないことを示している。

以下では、摂動は画像装置のグローバルな光軸上の点に関して定義される。このような「グローバルな光軸」は対物面から映像面に伸張する光軸を意味する。画像装置の中ではグローバルな光軸は、系の光軸の入口点と出口点を結ぶ直線として表現されている。画像装置の中では、グローバルな光軸は画像装置のコンポーネントによって定義される実施の放射経路と一致する必要がないことが理解されなければならない。

ここで図２に戻ると、摂動は、被写体表面ＯＳから距離ｚ_ｒ，ｏ、およびセンサ面ＳＰから距離ｚ_ｒ，ｓにあるグローバルな光軸ＯＡの上に配置される回転の点ｒの回りでのその回転のみではなく、側面方向（ｘ方向）と長手方向（ｚ方向）の両方のシフトを生じさせた。本願の関連では、側面方向のシフトが映像面上への非摂動、つまり名目上のグローバルな光軸に沿った移動ベクトルの投射に相当するのに対し、長手方向のシフトは名目上のグローバルな光軸に沿って投射されるように、映像面の垂線に平行である。

明らかに、グローバルな光軸ＯＡは並進され、その非摂動、つまり名目上の範囲から回転され、ｘ＝△で被写体表面と、ｘ_ｓ＝△_ｓでセンサ面と交わる。摂動画像装置１”のボアサイト（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）ＢＳは、センサ面ＳＰの原点（ｘ_ｓ＝０）で再生される被写体表面ＯＳ上の点として定義される。図２から、以下が明らかでなければならない。

さらに、以下が分かり、

△_Ｔは非摂動位置から摂動位置への画像装置の側面方向の並進であり、αは摂動画像装置の回転角度である。

方程式１に方程式２を入れると、以下が生じ、

ＢＳ_Ｔは並進のためのボアサイトであり、ＢＳ_ｒは回転のためのボアサイトである。

ＢＳ_ｒは以下について排除されることが留意される。

このようにして、方程式４は摂動画像装置１”の回転ｒの中心の最適つまりターゲット位置を定義し、ボアサイトＢＳは並進によってのみ影響される。言い換えると、画像装置は最適位置の回りの回転に対して完全に自己補正を行う。つまり、被写体表面ＯＳの特定の領域は、画像装置のいずれの回転にも関わりなく、センサ面ＳＰの所与の固定された位置に画像として再生される。図５ａは、異なる側面方向倍率（ｍ）の場合について、方程式３の中のＢＳ_ｒ成分の、回転の点ｒと被写体表面ＯＳ（ｚｒ，ｏ）の間の距離に対する依存性を描いている。負の倍率の場合、回転の点ｒをその最適位置の十分に近くに配置することによってＢＳ_ｒ成分を低減することが可能であることは明らかである。

“十分に近くに”とは、結果として生じる光学系が少なくとも部分的に自己補正を行い、その結果画像装置の回転は、センサ面ＳＰ（図２を参照）での光軸ＯＡの移動が少なくとも部分的に無効になる程度の、光軸ＯＡを基準にした前述の画像の移動を生じさせることを意味することがある。

代替的に、十分に近くにとは、回転αによるボアサイト（ＢＳ_ｒ）が、最大限でも並進△_Ｔによるボアサイト（ＢＳ_Ｔ）と同位となることを意味することがある。言い換えると、回転の点ｒは、センサ面ＳＰでの所与の位置に関する前述の画像の回転αの結果生じる変位が側面方向の並進△_Ｔの結果生じる対応する変位よりも大きくならないように配置される。

したがって、画像装置とセンサとの間の接続を適切に設計することにより、センサを基準にして画像装置のずれの増大を受け入れることが可能である。結果的に、画像装置とセンサとの間の倍率が独立したものとなるため、設計および組立における自由度は高くなる。また、完全に自動化された組立の可能性も高まる。

本発明の実施形態は、ここで図３から図４を参照して説明する。本発明は、ペンが上で操作されるベースの画像を捕捉するカメラシステムを有する電子ペンにおいて具現化される。次に、位置情報は、例えばベース上のペンの運動を追跡調査するために捕捉された画像に基づいて決定されてよい。相対的または絶対的であってよい位置情報は、自然に発生する表面の凹凸等のベースの固有の造作から、あるいはベースおよび／または専用の位置コーディングパターン上でのその動作中にペンによってなされる事前に印刷されているグラフィックス／テキストおよび／または付着物等のベース上の外因的な造作から引き出されてよい。位置情報はペン自体の中またはペンに接続されている受け取りステーションの中のいずれかで計算されてよい。

図３ａから図３ｄは、このような電子ペン用のモジュラユニット１０およびそのいくつかの基本的なパーツを描いている。モジュラユニットは、機能性と性能について試験できるペンの内蔵型のサブアセンブリである。ペンの最終的な組立を行う間、モジュラユニットはペンの胴体の中に入れられる。モジュラユニットは、参照することにより本書に組み込まれている出願人の国際公開第２００５／０５７４７１号パンフレットにさらに説明している。

モジュラユニット１０は、ペンの主要な内部コンポーネントすべてを直接的にまたは間接的に支えてよい細長いキャリヤ１２を含む。モジュラユニット１０の一つの基本的なパーツは、放射線センサ１６と、プロセッサ１８と、追加の電子装置（不図示）とを担持するプリント基板（ＰＣＢ）１４である。別の基本的なパーツは、さらに後述する画像ユニット２０である。

キャリヤ１２は、つまりペン先付きの筆記用具、書き込みを実行するための接触センサ、ユーザフィードバック用のバイブレータ、プロセッサおよびあらゆる追加の電子部品に電力を供給するための電池、およびペンの内部を保護するための光学ウィンドウのための取付コンパートメント２２から２５を提供する。筆記用具は、ベースに、ペンがその上で操作されるときに物理的にマーキングを行うように設計される必要はないが、設計されてよい。

ペンは、画像ユニット２０と、放射線センサ１６と、照射装置２６とを含む光学系を有する。照射装置２６がプロセッサ１８の制御下でベースの視野の関連の部分を照明するために動作する一方、放射線センサ１６は、プロセッサ１８の制御下で電子ペンの傾斜角の指定された範囲についてベース上の視野内で画像を捕捉するために動作する。

放射線センサ１６は、典型的には、ＰＣＢ１４に取り付けられ、それに電気的に接続されているＣＣＤまたはＣＭＯＳ技術に基づいた電気光学二次元センサであってよい。一つの実施形態では、放射線センサはセンサチップと、ＰＣＢにはんだ付けされる周囲のパッケージとを備える。別の実施形態では、センサチップは、例えば楔またはボールボンディングを介してＰＣＢに直接的に取り付けられてよい。

画像ユニット２０は少なくとも一枚の画像形成レンズ（不図示）と、開口絞り（不図示）と、少なくとも一つのリダイレクト鏡面２７とを含む。画像ユニット２０は、一個の部品で製造されてよい、あるいは個別の要素から組み立てられてよい単一のコンポーネントである。画像ユニット２０は対物面、映像面、光軸、および対物面での被写界深度を定義する。成功裏なる位置決定を可能とするために十分な情報を捕捉するほど十分に大きい視野のある光学系が設計される。視野は放射線センサ１６の活性領域によって示されてよい、あるいは光学系の視野絞り（不図示）によって設定されてよい。視野と被写界深度の組み合わせが対物面における、および対物面周辺の検出量を定義する。後述の理由から、検出量はペン先に関して明確な位置を有さなければならない。

一般的には、照射装置２６は、典型的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード等の放射線源２８を含む。図３ｄに示すように、放射線源２８は画像ユニットに取り付けられてよい。代替的に、放射線源はＰＣＢに取り付けられ、ＰＣＢに電気的に接続されてよい。場合により、照射装置は放射された放射線をベースの上に向けるために光導波路を含んでよい。照射装置は、すべての関連性のあるペン傾斜角にとって十分にベースを照明するように配置される。

これは必要とされる被写界深度を最小限に抑えるため、一般に、検出量がペン先に隣接する、あるいはペン先の周辺に配置されることが望ましい。

さらに、位置情報がベース上の絶対位置で引き出される場合には、位置情報にペン先端の力の中心を示させることが望ましい場合がある。ペン先と検出量の間の偏位距離が既知である場合、画像から引き出される位置は、相応するように絶対ペン先位置に変換されてよい。さらに、ペン先がベースの画像内で可視である場合、ペン先の絶対位置はこのような画像から直接的に引き出されてよい。

しかしながら、ペン先に対する検出量の相対的な位置は、公差によりモジュラユニットごとに異なる可能性がある。したがって、各ペンの個々の偏位距離を明らかにするためにペン／モジュラユニット各々を個別に校正することが必要となる場合がある。ペン先が校正の目的で画像内において可視となるように光学系が設計される場合、公差はペン先を視野外に出すように作用することがあり、それにより固有の校正のためのいかなる機会をも消し去る。さらに悪いことには、ペン先が、位置決定の成功率が受け入れ難いほど低くなる程度まで、最終的に視野内のベースを見えなくすることがある。

これらの悪影響を軽減するために、図３から図４に関してさらに説明するように、画像ユニットとセンサの間の接続は前述の原理に従って実現される。

図３から図４の実施形態では、画像ユニット２０は、その上でセンサ１６に対して所与の関係となるようにＰＣＢ１４上に取り付けられるように設計される。ＰＣＢ１４は、順番にキャリヤ１２に取り付けられるように設計される。ホルダー３０は、ＰＣＢに電気的に接続される前述の放射線源２８（図３ｄ）、つまりこの場合においては、ＬＥＤの取付に備えるために画像ユニット２０と統合されている。ホルダー３０を画像ユニット２０の中に統合すると、視野と被写体表面上の照明領域の相対的な位置に対する組立公差の影響が最小限に抑えられる。

画像ユニット２０は、センサ１６と適切に配列されＰＣＢ１４の表面に面するように適応される放射線出口３４のある底面３２と、光学ウィンドウ（図３ａから図３ｃのホルダー２５を参照すること）に面する放射線入口３６（図３ｃを参照すること）のある末端部とを有する。画像ユニットの位置制御は、センサとのいかなる誘導接触にも依存しないため、出口３４はセンサ１６に対する隙間をもった寸法に作られる。したがって、一つの同じ画像ユニットは異なるタイプおよび／または形状のセンサを収容できる。

放射経路は入口３６と出口３４の間に形成され、画像ユニット２０の中に限られている。底面３２は、ＰＣＢ１４の中の対応する合わせ穴３８’、４０’と協調し、ＰＣＢ１４上での画像ユニット２０の配置を定義する二本の突出するガイドピン３８、４０を有する。ガイドピン３８、４０は本発明の原理に従って、つまり公差のためのあらゆる角取付変動の影響を低減するために配置されている。描かれている実施形態では、画像ユニット２０はＰＣＢ１４上の対応するスルーホール４２’の中での補足固定ピン４２の変形によってＰＣＢ１４に固定される。代替的にまたは追加的に、外部固定具および／または溶接、接着、フォームフィット（ｆｏｒｍｆｉｔｔｉｎｇ）、プレス嵌め、スナップ嵌合等が利用されてよい。

さらに、ＰＣＢ１４は、ＰＣＢ１４での対応するスルーホール４４’、４６’内でのキャリヤ１２上での補足固定ピンの変形によってキャリヤ１２に固定される。代替的にまたは追加的に、外部固定具、および／または溶接、接着、フォームフィット、プレス嵌め、スナップ嵌合等が使用されてよい。

誘導ピン３８、４０の相互配置は、図４に関してさらに説明するようにガイドピン３８、４０および合わせ穴３８’、４０’の公差のために発生する任意の回転の中心点を定義する。図４の例では、ガイドピン３８、４０の幾何学的な中心は被写体表面ＯＳからそれぞれｚ_ｐ１とｚ_ｐ２分だけ離間されている。したがって、回転ｒの名目中心はｚ_ｒｐ＝（ｚ_ｐ１＋ｚ_ｐ２）／２に位置するであろう。以下の設計値および公差は図４の画像ユニット２０に影響を与えるであろう。

ｒ_ｐｌａｙ： ピンと穴の間の名目上の半径方向遊動
Ｔ_ｈｐ： ＰＣＢに関する穴の配置のｘ方向での公差
Ｔ_ｐｐ： 画像ユニットに関するピン配置のｘ方向での公差
Ｔ_ｈｄ： 穴直径の公差
Ｔ_ｐｄ： ピン直径の公差
ピンとその対応する穴の幾何学上の中心間の最大相対変位Ｔ_ｐｈは以下のとおりである。

図４によるガイドピン３８、４０を使用することにより画像ユニット２０は二つの異なる極端な状態、つまり純粋は側面方向の並進と純粋な回転、およびあらゆる中間の状態を達成できる。

公差の主な原因となる画像ユニット２０の純粋な側面方向の並進は以下のボアサイトを生じさせる。

ガイドピン３８、４０の内の一つが上方に、および他方では下方に押される、あるいは逆の場合、画像ユニット２０の純粋な回転は被写体表面ＯＳに関して得られる。公差の主な原因となる結果として生じる最大回転角度は以下のとおりであり、

ｚ_ｐｐはピンの間の距離、つまりｚ_ｐ２−ｚ_ｐ１である。

中間状態は、該極端な状態より小さいボアサイトを生じさせると想定されてよい。並進ボアサイト（ＢＳ_Ｔ）を生じさせる公差がある光学系が設計されると、回転ボアサイト（ＢＳ_ｒ）は並進ボアサイト以下に低減される必要はない。つまり必要とされる場合、あるいは所望の場合、回転の中心は前述の最適位置から対応する偏差をもって設置されてよい。

一実施形態では、−０．５という倍率、および０．６００ｍｍという側面方向の並進（ＢＳ_Ｔ）により最大ボアサイトを生じさせるガイドピン装置の公差を有するシステムが設計される。さらに、約１．４°という最大回転角度（α_ｍａｘ）をもった画像ユニットが設計される。このような最大回転角度は、０．７７５ｍｍという回転のために補償されないボアサイトを生じさせることになるであろう。しかしながら、この例では、ガイドピンを適切に設置することにより（ｚ_ｐ１＝２３ｍｍ、ｚ_ｐ２＝３９ｍｍ）、回転（ＢＳ_ｒ）のためのボアサイトは０．５７５ｍｍに低減される。

一つの変形では、画像ユニット２０は、好ましくは純粋な並進の極端な状態から、ボアサイトが注意深く制御される純粋な回転の他方の極端な状態に押しやられる。このような強制的な取付はＰＣＢ１４の画像ユニット２０の取付との間に外部の回転力をかけることによって、および／または画像ユニット２０が純粋に側面方向に並進するのを妨げるためにＰＣＢ１４上の対応するガイド面と相互作用するガイド面を画像ユニット２０に与えることによって達成されてよい。図４によるガイドピン３８、４０を配置すると本来、双安定の取付が生じ、このようなガイド面は画像装置を純粋な回転の極端な状態に効果的に押し込むことができる。

前記の推論は、例えば図３の実施形態に描かれているような画像ユニット２０の上で長手方向（ｚ方向）と横断方向（ｘ方向）の両方に離間されるガイドピン３８、４０に等しく適用可能であることが留意されなければならない。

方程式３に戻ると、光学系が、側面方向の倍率が＋１に十分に近くなることによって、回転の代わりに側面方向並進に対して自己補正を行うように設計されてよいことが留意されてよい。図５ｂは０．１ｍｍという側面方向並進を生じさせる公差の場合、倍率の関数として方程式３のＢＳ_Ｔ成分を描く。前記説明に類似して、十分に近いとは、結果として生じる光学系が少なくとも部分的に自己補正を行い、その結果画像装置の側面方向の並進がセンサ面において、センサ面での光軸の移動が少なくとも部分的に無効にされるような光軸を基準にした画像の移動を生じさせることを意味することがある。代替的に、十分に近いが、側面方向の並進のためのボアサイトが任意の回転によるボアサイトとせいぜい同位であることを意味することがある。回転補償に関して前述の優位点および特長は、このような並進補償においても等しく適用できる。したがって、画像装置の側面方向の倍率を適切に設計することによりセンサを基準にした画像装置のずれの増加を見越すことができる。結果的に、画像装置とセンサとの間の倍率が独立したものとなるため、設計および組立における自由度が高まる。また、完全に自動化された組立の可能性が高まる。

本発明と一貫して作られてよい多くの変形がある。前記説明は図解および説明の目的で提示されている。それは包括的なものではなく、本発明を開示されている正確な形式に限定されるものではない。前記教示を鑑みて変型および変形が可能であり、あるいは本発明を実践することから獲得されてよい。

一つの代替実施形態（不図示）では、画像ユニットはＰＣＢによって支えられ、直接的にそこに取り付けられなくてよい。ここでは放射線センサ付きのＰＣＢが細長いキャリヤの一つの側面に載ってよい。画像ユニットは、それぞれがＰＣＢの中の専用のスルーホールを貫通し、キャリヤ内の対応する穴の中に受け入れられる二本の突出するガイドピンを有してよい。取り付けられると、画像ユニットはＰＣＢに対して押し付けられ、それにより放射線センサの通常の方向での画像ユニットの位置の任意の変動を最小限に抑えることができる。画像ユニットは穴の中でのガイドピンの変形によりキャリヤに固定されてよい。代替的にまたは追加的に、固定は、固定ピン、外部固定具、および／または溶接、接着、フォームフィット、プレス嵌め、スナップ嵌合等を介して達成されてよい。再びガイドピンを相互に設置することにより、ガイドピン、スルーホール、および受け入れ穴の交差のために発生する任意の回転の中心点が定義される。

より多くの数の、またはより少ない数のガイドピンが使用されてよいことも留意されなければならない。例えば、単一のガイドピンが、例えば画像装置およびキャリヤおよび／またはＰＣＢ上での協調する当接面等の回転制限要素との組み合わせで回転の中心を定義するために使用されてよい。なおさらに、ガイドピン（複数の場合がある）は、ＰＣＢまたはキャリヤから突出する少なくとも一本のガイドピンとの協調のために、合わせ穴（複数の場合がある）と交換されてよい、あるいは合わせ穴（複数の場合がある）によって補足されてよい。代替的に、ピン−穴の配置が、対応する案内面と協調する細長いガイドリブの代わりとなってよい。例えば、少なくとも二つの相互に非平行な離間されたガイドリブまたは面が画像装置上に設けられ、それをＰＣＢ上の定義された回転点で配置するであろう。さらに別の代替策では、画像装置は取り付け中にＰＣＢ上で物理的に誘導されない。代替的に、ＰＣＢは画像装置上の対応する視覚的な基準と協調するために視覚的な基準を与えられてよい。次に、機械視覚能力付きの自動化された組立システムが、取付の間、これらの視覚基準を合わせるために制御されてよく、この自動化された取付プロセスの公差は、任意の回転を前述の最適な回転点の十分に近くに中心を置くように作用する。このような視覚基準は画像装置のベース外形との協調ためにＰＣＢ上の外郭、つまりＰＣＢと画像ユニット上の多くの協調するマーキングであってよい。

画像装置とキャリヤ／ＰＣＢの間に「浮動マウント」を有する、つまり画像装置が限られた角度範囲内で自由に回転できることも考えられる。

さらに、画像装置は金属またはセラミック材等の前述のＰＣＢ以外の他の基板、つまりワイヤラップとインタフェース接続してよい。

本発明が実現されてよい光学系の一般化された図である。 画像装置の回転および並進から光学系のボアサイトに対する影響を示す。 電子ペンに組み込むためのペンサブアセンブリの斜視図であり、該ペンサブアセンブリは本発明の原理を実現する。 キャリア部分がペンサブアセンブリから分離されている図３ａの分解図である。 画像ユニットが画像センサを運ぶ基板から分離されている図３ｂのさらなる分解図である。 図3ｃの画像ユニットの斜視図である。 基板への画像装置の接続の一実施形態を描く。 画像ユニットの回転の点と対物面との間の距離の関数として、図２から図４の画像ユニットを１°回転させた結果生じる画像ユニットの側面方向の異なる倍率のボアサイトの図である。 画像ユニットの側面方向の倍率の関数として、図２から図４の画像ユニットを０．１ｍｍ側面方向に併進した結果のボアサイトの図である。

Claims (22)

1. 光学系であって、
   対物面（３）と映像面（４）の間で長手方向に伸張する光軸（ＯＡ）と、
   該対物面（３）から該映像面（４）に画像を伝達する画像装置（１、２０）と、
   センサデバイス（１６）付きの基板（１２、１４）と、
   該センサデバイス（１６）上に該画像を提供するために該画像装置（１、２０）の位置を定義する少なくとも一つのロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）であって、前記少なくとも一つのロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）の公差が、該画像装置（１，２０）の側面方向の並進および該画像装置（１；２０）の名目回転点の回りの回転を可能にするために作用し、前記側面方向の並進と前記回転の内の一つから生じる該センサデバイス（１６）上の該光軸（ＯＡ）の移動が、前記側面方向の並進と前記回転の内の前記一つから生じる、該光軸（ＯＡ）に関する該センサデバイス（１６）上での該画像の移動によって少なくとも部分的に無効にするように該光学系のパラメータが選択される少なくとも一つのロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）と、
   を備える光学系。
2. 前記移動が該画像装置（１、２０）の前記回転から生じ、前記パラメータが該光学系の中の前記名目上の回転点の位置を表す請求項１に記載の光学系。
3. 前記名目回転点が、該センサデバイス（１６）への第一の距離と、該対物面（３）への第二の距離を定義するターゲット回転点を基準にして配置され、該第一の距離と該第二の距離の比が該画像装置（１、２０）の該側面方向の倍率に等しい請求項２に記載の光学系。
4. 前記移動から生じる該センサデバイス（１６）に関する該画像の変位が前記側面方向の並進から生じる対応する変位とせいぜい同位であるように、前記位置が選択される請求項２または３に記載の光学系。
5. 前記移動が該画像装置（１、２０）の前記側面方向の並進から生じ、前記パラメータが該画像装置の側面方向の倍率を表す請求項１に記載の光学系。
6. 前記側面方向の倍率が＋１というターゲット値に対して選択される請求項４に記載の光学系。
7. 前記側面方向の倍率が、前記移動から生じる該センサに関する該画像の該変位がせいぜい前記回転から生じる対応する変位と同位となるように選択される請求項５または６に記載の光学系。
8. 前記少なくとも一つのロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）が、双安定で作用し、該センサデバイス（１６）に対して該画像装置（１、２０）の前記回転または前記側面方向の並進のいずれかを生じさせる前記公差をもって設計される任意の前記請求項に記載の光学系。
9. 該画像装置（１、２０）が単一構造である任意の前記請求項に記載の光学系。
10. 該画像装置（１、２０）がその中に少なくとも一つの画像コンポーネントが付いた筺体を備える請求項９に記載の光学系。
11. 該筺体が該対物面の専用領域を照明する放射源（２２）のためのホルダー（３０）を備える請求項１０に記載の光学系。
12. 各ロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）が該センサデバイスから離間される任意の前記請求項の光学系。
13. 前記回転が回転の平面を定義し、該光学系が、該画像装置（１、２０）と前記回転の平面内の該センサデバイス（１６）のと間に本質的に係合力が働かずに動作する任意の前記請求項に記載の光学系。
14. 該画像装置（１、２０）が該基板（１２、１４）に直接的にまたは間接的に固定される任意の前記請求項に記載の光学系。
15. 前記少なくとも一つのロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）が少なくとも一組の協調する案内面を備える任意の前記請求項に記載の光学系。
16. 前記組の内の一つの案内面が該画像装置（１、２０）上に設けられ、前記組のもう一つの案内面が該基板（１２、１４）上に設けられる請求項15に記載の光学系。
17. 該基板（１２、１４）がその上に該センサデバイス（１６）が配置されているプリント基板（１４）を備える任意の前記請求項に記載の光学系。
18. 該基板（１２、１４）が該対物面（３）に配置される被写体表面（ＯＳ）との相互作用のためにポインタを提供するキャリヤ要素（１２）をさらに備える請求項１７に記載の光学系。
19. 請求項１から１８のいずれか一項に記載の該光学系を備える携帯用デバイス。
20. 前記少なくとも一つのロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）によって該センサデバイス（１６）に関して該画像装置（１、２０）を配置することと、前記回転を促進することと、該基板（１２、１４）に該画像装置（１、２０）を固定することとを含む請求項２、３または４に記載の該光学系を組み立てる方法。
21. 前記少なくとも一つのロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）によって該センサデバイスに関して該画像装置（１、２０）を配置することと、前記側面方向の並進を促進することと、該画像装置（１；２０）を該基板（１２、１４）に固定することとを含む請求項５、６または７に記載の該光学系を組み立てる方法。
22. 光学系を製造する方法であって、
    対物面（３）と映像面（４）との間に長手方向で伸張する光軸（ＯＡ）の少なくとも一部を定義し、該対物面（３）から該映像面（４）に画像を伝達する画像装置（１、２０）を提供することと、
    センサデバイス（１６）を含む基板（１２、１４）を提供することと、
    該センサデバイス（１６）上に該画像を提供するために該画像装置（１；２０）の位置を定義する少なくとも一つのロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）を提供し、前記少なくとも一つのロケータ要素（３８、３８’；４０、４０’）の公差が、該画像装置（１；２０）の側面方向の並進と、名目回転点の回りでの該画像装置（１、２０）の回転を可能にするために作用することと、
    前記側面方向の並進と前記回転の内の一つから生じる、該センサデバイス（１６）上の該光軸（ＯＡ）の移動が、前記側面方向の並進と前記回転の内の前記一つから生じる、該光軸（ＯＡ）に関する該センサデバイス（１６）上の該画像の移動によって少なくとも部分的に無効にされることと、
    を含む方法。

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