JP6746736B2 - 光電センサ及び焦点調節方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１又は１５のプレアンブルに記載の光電センサ及び焦点調節方法に関する。

焦点合わせ、あるいは口語的に言えば光学系のピント調節は、光電センサの非常に大きなグループにとって課題となっている。これは、発光側で光線を送出したり光のパターンを投影したりする際に、また受光側でも光線や場合によっては画像を捕らえる際に当てはまる。本明細書では、発光側での焦点合わせの例として集束した光線を用いるバーコードスキャナを、また受光側での焦点合わせの例として焦点の合った画像の撮影を引き合いに出すが、これにより焦点調節装置付きの他の光電センサを排除するものではない。照明パターンを投影する３次元カメラの例が示すように、発光側及び受光側の両方で焦点合わせを行う必要がある。

カメラはとりわけ産業上の用途において、例えば物品の検査や測定等の目的で、物品の特性を自動的に捕らえるために多様な方法で用いられる。その場合、物品の画像が撮影され、業務に応じた画像処理法により評価される。カメラの別の用途としてコードの読み取りがある。画像センサを用いて、表面にコードが付された物品が撮影され、その画像内でコード領域が識別され、復号される。カメラベースのコードリーダは１次元バーコード以外の種類のコードでも問題なく処理できる。そのコードをマトリックスコードのように２次元的に構成すればより多くの情報を利用できる。印刷された住所や手書き文書の自動的なテキスト認識（光学式文字認識：ＯＣＲ）も原理的にはコードの読み取りである。このようにカメラベースのコードリーダは非常に多様であるにも関わらず、バーコードスキャナはなおも広く用いられている。これは、用途が特化されているものの、その代わり読み取り性能が同じであれば価格が安いことが普通だからである。コードリーダの典型的な利用分野としては、スーパーマーケットのレジ、荷物の自動識別、郵便物の仕分け、空港での荷物の発送準備、その他の物流での利用が挙げられる。

よくあるのは、コードリーダ又はカメラを検査業務や測定業務のためにベルトコンベアの上方に取り付けて物品を検出するという状況である。カメラはベルトコンベア上で物品の流れが相対運動している間、画像を撮影し、得られた情報を記憶するか、あるいは取得された物品特性に応じてその後の処理ステップを開始する。このような処理ステップでは、搬送中の物品に作用する機械の上で具体的な物品に合わせて更なる処理を行ったり、物品の流れの中から品質管理の枠組み内で特定の物品を通過させること又は物品の流れを複数の物品の流れに分岐させることにより物品の流れを変化させたりできる。物品の正しい選別といった処理ステップのために、コードリーダが物品に付されたコードに基づいて該物品を識別する。

様々な作動距離に対応するため、特に異なる距離にあるコードの読み取りができるようにするためには、焦点位置を調節しなければならない。そのためには様々な技術がある。典型的には、集光位置を変更するために、対物レンズの位置、つまり対物レンズと画像センサの間の距離を変える。これをパルスモータ又はボイスコイルを用いて自動的に行わせることも多い。

特許文献１は、カメラベースのコードリーダに関して、複数の平らな板バネを有するバネ軸受内でモータ駆動のカムと対物レンズの平行ガイドとを用いて焦点位置の変更を行うことを提案している。しかし、平行ガイドは高価である上、広い設置スペースを要する。

特許文献２は、読み取り光線を集束させるためにボイスコイル型アクチュエータで揺動される揺動アーム上に発光光学系が搭載されたバーコードスキャナを開示している。これもかなり広い設置スペースを要する。しかも、揺動アームの運動が円運動であるため発光光学系と発光器の間にずれが生じる。

特許文献３で検討されている自動焦点装置では、レンズを有するレンズ担持体が、互いに平行で且つレンズの光軸に垂直に配置された２枚の板バネから成る機械的なガイド内で弾性力により軸方向に駆動される。しかし、この装置のガイド特性及び動力分配特性は特許文献１に記載の平行ガイドとは比較にならない。

特許文献４でも自動焦点用レンズ保持体が同様に２枚の板バネの間で保持されている。板バネは光軸に沿って移動可能なレンズ保持体のために中心開口を備えている。しかし、この焦点調節装置の構造は全体として複雑且つ大型である。

EP 2 498 113 A1 DE 10 2016 112 123 A1 EP 757 270 B1 US 2016/0178923 A1

故に、本発明の課題は改良された焦点調節装置を提示することである。

この課題は請求項１又は１５に記載の光電センサ及び焦点調節方法により解決される。本センサは光学系とそのための焦点調節装置とを含む。前記光学系は可動の担持要素の上にある。焦点位置を調節するために、定置の保持要素に対する前記可動の担持要素の位置が変更される。

本発明の出発点となる基本思想は、丸く巻かれた板バネ（以下、「巻き板バネ」と呼ぶ）を基にして担持要素の懸架（サスペンション）を改善することにある。巻き板バネは担持要素と保持要素の間に配置されている。

本発明には、長いスケーラブルな移動範囲を持つコンパクトな機械的サスペンションが得られるという利点がある。金属部品を使用し、弾性のある範囲内で板バネを変形させることにより、長期的に高い安定性が得られる。

担持要素は巻き板バネを用いて前記光学系の光軸に沿って直線的に移動可能に横たえられていることが好ましい。光軸の延長線上には発光器又は受光器があることが好ましい。その場合、直線的な運動は、発光器又は受光器から光学系までの距離、そして焦点位置を変化させる。

巻き板バネはリングを成していることが好ましい。そのためには板バネを巻回して両端で閉じる。ある程度の張り出しは、それにより所要の弾力特性が損なわれない限り想定可能である。「リング」という概念はまず位相幾何学的なものを意味している。リングの形状は円よりもむしろ楕円に近く、その楕円の両側部はそこに密着した輪郭に応じて変形している。なぜなら、巻き板バネは担持要素及び保持要素との接触領域において該領域の所定の輪郭に従い、しかもそれは十分な安定性を生じさせるような一定の円周範囲に及ぶからである。

担持要素は前記リングの平面内の一方向に移動可能であることが好ましい。つまり焦点調節の間の移動がリングに対して斜めではなく、ましてや垂直でもない方向に生じる。担持要素と板バネの相互のこの位置合わせは、リングの１つの直径が光軸と平行に揃えられており、しかも前の段落で説明した大まかな楕円形の場合はその長径が光軸と平行であることが好ましい、と表現することもできる。

巻き板バネは担持要素及び保持要素に固定されていることが好ましい。このようにすれば、巻き板バネが焦点位置の調節の際に担持要素又は保持要素に対してずれなくなる。好ましくはそれぞれ正確に１つの固定点が設けられる。これは、一方で固定のためには十分であり、他方で長い位置調節範囲にわたり不必要な抵抗のない移動を可能にする。

巻き板バネはその平らな外面で保持要素及び担持要素に押圧されていることが好ましい。つまり、巻き板バネと保持要素及び担持要素との間の接触は面的であり、例えば巻き板バネの縁部だけを介したものではない。これにより案内と位置調節が確実に行われ、それがその後も維持される。

巻き板バネは保持要素と担持要素の間で締め付けられていることが好ましい。つまり、巻き板バネがいわば両側から枠に入れられ、少なくとも若干押しつぶされる。対応する板バネの外面は保持要素と担持要素に密着する。担持要素と保持要素は間にある巻き板バネを弾性的に変形させる。

担持要素と保持要素はそれぞれ互いに平行になった面を有している。ただし、この文脈での「平行」という概念は広義に解釈すべきである。まず、一定の角度は許容され、むしろそれが好ましい実施形態もある。また、これらの面自体は必ずしも平面でなくてもよい。そうすると「平行に揃える」という概念も同様に解釈の修正が必要である。いずれにせよ、これらの面は互いに突き当たることなく、巻き板バネの相対する外面に接している。

巻き板バネは可動の担持要素の移動中に前記面上で巻き取られる又は広げられるように転がることが好ましい。可動の担持要素上の光学系が調節のために移動している間、転がり運動において板バネの平らな外面のほぼ同じ長さの部分が担持要素及び保持要素の枠組み面と接触した状態を保つ。巻き板バネは転がり運動の進行とともに回転し、接触状態の部分は転がり運動に応じてどの時点でも少しずつ違っている。

前記面は巻き板バネに予圧を加えるような輪郭を有していることが好ましい。つまり、保持要素及び／又は担持要素は平坦且つ互いに平行にはなってはない。前記輪郭はその幾何学的形状の設計によりバネの予圧を調整するものであり、単なる傾斜した平面でもよい。巻き板バネは前記面のある部分を他の部分よりも容易に乗り越える。これは例えば、巻き板バネを挟む面と面の間の局所的な距離と関係がある。従って、位置変更のためにその都度必要になる力は取り得る中間位置及び終端位置に依存し、その依存の仕方は設計を通じて実質的に予圧として直線的又は非直線的に決められている。

前記輪郭は静止位置を有していることが好ましい。即ち、ある静止位置に対応する焦点位置からどちらの方向へ位置を変更する際にも予圧が働くような特殊な造形を前記面に施すのである。従って、ある静止位置にある担持要素、そして光学系は、力が作用しない限りそこに止まっている。直前に設定された静止位置から焦点調節を行いたいときは、まずアクチュエータを再び担持要素に作用させる必要がある。

好ましくは、本センサが少なくとも２つの保持要素と少なくとも２つの巻き板バネとを備え、該保持要素が可動の担持要素の少なくとも２つの面に対しそれぞれ１つの巻き板バネを間に挟んで配置されている。担持要素は前記板バネの間で中心にあることが好ましい。複数の保持要素と板バネにより可動の担持要素がより良好に案内される。複数の保持要素の代わりに、それぞれ実質的に保持要素として作用する複数の面を有する１つの保持要素を用いてもよい。

好ましくは、担持要素がリング状の外面を備え、保持要素がリング状の内面を備え、担持要素が保持要素内に同心円状に配置され、巻き板バネがこれらの要素の間で転がることにより回転運動が行われる。本発明に係る懸架（サスペンション）の着想は直線運動に限定されない。上述のようにすれば回転運動も可能である。この場合、構成要素の数をできるだけ抑えつつ、なおも均一で確実な案内運動を達成するには、少なくとも２つの巻き板バネ、例えば３つの巻き板バネを用いることが好ましい。

好ましくは、本センサが発光器を含み、前記光学系が該発光器に割り当てられた発光光学系として構成されている、及び／又は、本センサが受光器を含み、前記光学系が該受光器に割り当てられた受光光学系として構成されている。発光器乃至は受光器は好ましくは前記光学系の光軸上に配置され、その結果、担持要素の運動により両者間の距離、そして焦点位置が変化するようにする。また、発光側及び受光側の両方でセンサの焦点位置が調節可能であるようにすることも考えられる。その場合、発光器と受光器を同軸型の配置にすれば前記光学系が共通の発光及び受光光学系となる。二軸型の配置では、可動の担持要素と、定置の保持要素と、これらの要素の間の巻き板バネとを有する専用の焦点調節装置を発光器と受光器にそれぞれ設けることや、発光光学系と受光光学系を同一の可動の担持要素上に一緒に配置し、焦点調節を一緒に行うことはできるようにすることも考えられる。

本発明に係る方法は、前記と同様のやり方で仕上げていくことが可能であり、それにより同様の効果を奏する。そのような効果をもたらす特徴は、例えば本願の独立請求項に続く従属請求項に模範的に記載されているが、それらに限られるものではない。

以下、本発明について、更なる特徴及び利点をも考慮しつつ、模範的な実施形態に基づき、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。

焦点調節が可能な受光光学系を有するカメラのブロック図。 発光器と焦点調節が可能な発光光学系とを有する光電センサのブロック図。 巻き板バネに挟まれた可動の担持体上の光学系用のサスペンションの様々な位置における概略断面図（ａ）〜（ｃ）。 図３（ａ）〜（ｃ）に示したサスペンションを基にした焦点調節が可能な受光光学系の異なる焦点位置における概略断面図（ａ）及び（ｂ）。 予圧が直線的に変化するサスペンションの概略断面図（ａ）及び（ｂ）、並びに、ホルダの表面の自由な形状設計により予圧の変化を選択できるサスペンションの概略断面図（ｃ）。 ２つ、３つ及び４つの巻き板バネを備えるサスペンションの概略平面図（ａ）〜（ｃ）。 直線運動用ではなく回転運動用であるサスペンションの概略断面図。 光電センサをベルトコンベアの近くに取り付けて使用する模範例を示す３次元図。

図１は受光側に焦点調節装置を有する光電センサ１０の例としてのカメラのブロック図である。検出領域１２からの受信光が受光光学系１４に入射し、該光学系が受信光を受光器１６へ導く。カメラの場合、受光器１６は一列又は行列状に配置された多数の受光素子を有する画像センサである。他のセンサ１０ではフォトダイオード、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）又はＳＰＡＤ検出器（シングルフォトンアバランシェフォトダイオード）も用いられる。

受光光学系１４はここでは純粋な模範例として３つのレンズで表されている。一般にはこれはレンズ及び他の光学素子（絞り、プリズムなど）から成る任意の対物レンズであり、最も簡単な場合は単独レンズである。

センサ１０の焦点位置を調節するため、受光光学系１４が移動可能に懸架されている。アクチュエータ１８（例えばパルスモータやボイスコイル型アクチュエータ）を用いて、受光光学系１４が矢印２０で示したようにその光軸に沿ってずらされる。この光軸上に受光器１６も配置されている。こうして受光光学系１４と受光器１６の間の距離を変えることで集光位置が変わる。

図示した例のサスペンションは、受光光学系１４を有する可動の担持要素２２と、２つの部分からなる定置の保持要素２４と、これらの要素の間にある２つの巻き板バネ２６とを含む。サスペンションと焦点調節装置並びにその変形例については後で図３〜図７を参照してより詳しく説明する。なお、図示したアクチュエータ１８の位置及び矢印２０の作用点は単に機能的なものであって幾何学的なものではないと理解すべきである。光路を妨害しないようにするため、アクチュエータ１８は担持要素２２の周縁部に作用することが好ましい。巻き板バネ２６は特に担持要素２２のうち紙面より上側及び下側の領域を空けて開放している。

制御及び評価ユニット２８が受光器１６及びアクチュエータ１８と接続されている。受光器１６の受光信号が制御及び評価ユニット２８により読み出され、例えば画像として保存又は処理される。また、カメラベースのコードリーダであればコード領域が調べられた後、復号される。アクチュエータ１８を介してその都度必要な焦点位置が設定される。これは追加的な距離センサ（図示せず）を用いて自動焦点として実現することもできる。

図２は光電センサ１０の別の実施例のブロック図である。同じ符号は同じ又は互いに対応する特徴的要素を示している。これらについては再度の説明は行わない。図１と異なり、ここでは、発光側の焦点調節装置がＬＥＤやレーザ等を光源とする発光器３２の発光光学系３０に設けられている。一方、受光光学系１４は固定されている。更に別の実施例として、受光光学系１４の位置も同じ焦点調節装置で変更可能にしたり、受光光学系１４が別の焦点調節装置を備えていたり、受光光学系１４が共通の光学系として同軸型の構造で構成され、発光光学系３０の機能も兼ねるようにしたりしてもよい。

懸架と担持要素２２上の発光光学系３０の移動による焦点位置の変更は図１と同様に行われるが、これについては後で図３〜図７を参照して詳しく説明する。

図２の基本構造を有する光電センサ１０の一例はバーコードスキャナである。発光器３２が発光光学系３０を用いて読み取り光線を生成する。この光線が検出領域１２内の物品の表面、特にコード領域で反射してから元に戻り、受光光学系１４を通じて受光器１６へ導かれる。１つの点だけでなくバーコード全体を捕らえるために、読み取り光線をコード領域に沿って動かす揺動又は回転ミラー等を用いたスキャン機構（図示せず）により走査が行われる。

焦点調節装置の課題は、コード要素が解像されるように読み取り光線を十分に集束させることである。そのためには距離を固定又はパラメータ設定すれば十分であるかも知れないが、現在の距離を測定する方が好ましい。追加の距離センサに代わる有利な手段として、センサの読み取り光線そのものを距離測定に利用することができる。これは、例えば振幅変調により読み取り光線に周波数を印加し、発光時点と受光時点の間の位相差から位相法により距離を求めることにより行う。

バーコードの走査の場合、受光器１６から制御及び評価ユニット２８へ導かれる受光信号の振幅がコードの線に応じて変調される。故に、評価ユニット２６はコード情報を読み取ることができる。同ユニットは、受光信号がコードに相当しないときはそれも認識する。コード領域の発見とコード情報の読み取り自体は公知であるため詳しい説明は行わない。

図３（ａ）〜（ｃ）は矢印Ｆで示したようにアクチュエータ１８の力を変化させて様々な偏位状態で焦点調節を行った場合のサスペンションの概略断面図である。なお、機械的な原理を分かりやすくするため、可動の担持要素２２上の光学系１４、３０は省略している。

可動の担持要素２２は定置の保持要素２４の間で２つの巻き板バネ２６により両側面で締め付けられている。可動の担持要素２２は振動子として、また定置の保持要素２４は固定子として機能する。巻き板バネ２６は可動の担持要素２２と保持要素２４にそれぞれ固定点３４で固定されている。固定する点の追加も考えられるが、そうすると位置調節できる範囲が短くなる。あるいは逆に固定が外れてしまう可能性もある。これは、巻き板バネ２６は自らの弾性力で締め付けられており、転がり摩擦力は静止摩擦力より小さいからである。

可動の担持要素２２に対して長軸方向（好ましくは光学系１４、３０の光軸と一致する方向）に力が作用すると、巻き板バネ２６が巻き取られる乃至は広げられるように転がる。この転がり運動の様々な位置を図３（ａ）〜（ｃ）中で追体験して理解できるように、巻き板バネ２６上の一定の箇所が黒い点３６でマークされている。

巻き板バネ２６はリングを成している。これは断面図で見て取れる。担持要素２２と保持要素２４の間での締め付けによりリングは長く伸びているが、巻き板バネ２６の側部領域は担持要素２２及び保持要素２４との接触面３８ａ〜ｂの輪郭に沿うため、まだ楕円からは外れている。断面図では巻き板バネ２６は線としてしか見えない。実際にはこのリングは、板バネの当然の形として、紙面に垂直な方向に面的な広がりを持っている。対応する外側面は弾性力により担持要素２２と保持要素２４の接触面３８ａ〜ｂに押圧されている。転がり運動のため、全ての調節位置において巻き板バネ２６の同じ長さが側面で担持要素２２及び保持要素２４に密着する。広い接触面３８ａ〜ｂが位置調節の動きと設定後の焦点位置を安定させる。移動範囲は巻き板バネ２６の密着部分の長さを通じて変えることができる。

担持要素２２の運動は、図示せぬ光学系１４、３０の光軸に対応して直線的に、図面では上から下へ生じる。図の紙面はまた巻き板バネ２６のリングの面でもあるため、前記運動はリングの面内に留まる。言い換えれば、運動方向はリングの１つの直径に平行であり、特に、締め付けにより生じる長径に平行である。側面での案内は転がる板バネ２６とその弾性力により確実に行われる。２つの巻き板バネ２６が均等ではなく、その弾性力に差がある場合、直線運動に一定の回転が重畳される。その場合、運動はもはや厳密に長径に平行ではなく、各巻き板バネ２６への接線に沿うだけであるが、これも、必要とされる移動範囲の枠内ではなお平行であると解することができる。

図４（ａ）及び（ｂ）は上述の機械的なサスペンションを基にした焦点調節が可能な受光光学系１４を２つの異なる焦点位置４０ａ〜ｂについて示した概略断面図である。図４（ａ）では、アクチュエータ１８の力が作用していない可動の担持要素２２が第１の焦点位置４０ａを持つ初期位置にある。図４（ｂ）ではアクチュエータ１８の力（符号Ｆ）が下方に作用している。巻き板バネ２６が転がるとともに担持要素２２が受光光学系１４と共に光軸４２に沿って下方に移動する。受光光学系１４と受光器１６の間の距離が短くなるため、焦点位置が新たな位置４０ｂに移動する。

発光路での集光位置の変更も同様に機能する。ここでは単に受光器１６を発光器３２に入れ替えればよい。当然ながら、幾何学的形状、質量並びに他の光学パラメータ等はこの異なる課題に合わせて設定すべきである。原理的には、配置を逆にして、受光器１６乃至は発光器３２を可動の担持要素２２上に収納し、その位置を定置の光学系１４、３０に対して変更することが考えられる。これでも同様に焦点調節はできるが、図示した実施形態の方が可動部分への電気的な接続が不要であるため有利である。

以上の実施形態では、巻き板バネ２６と担持要素２２及び保持要素２４との接触面３８ａ〜ｂが平坦且つ互いに平行である。図５（ａ）〜（ｃ）は、設計により、つまり接触面３８ａ〜ｂを特別な造形のものに変えることにより、焦点調節用のサスペンションの予圧又は硬さを変えることができる方法のいくつかの例を示している。一般に前記硬さは巻き板バネ２６の材料特性並びにその幾何学的形状、つまり曲げ半径に依存する。ただし、図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する設計の変形例はこれらの全体的なパラメータに狙いを定めたものではなく、焦点位置に応じて予圧を局所的に変化させることが狙いである。

ここでの基本的な考え方は、担持要素２２と保持要素２４の間隔を場所と関連付けて変化させるということである。これにより、巻き板バネ２６が強め又は弱めに締め付けられ、曲げ半径に差が生じ、それに応じて巻き板バネ２６が転がり運動に対して位置毎に強め又は弱めに抵抗する。

図５（ａ）及び（ｂ）は予圧が直線的に変化する例を示している。接触面３８ａ〜ｂの少なくとも一方を傾斜させることにより担持要素２２と保持要素２４の間隔が光軸に沿って上から下へ直線的に増大又は減少する。図５（ａ）では担持要素２２の接触面３８ｂが斜めになっており、その結果、下方に移動するほど打ち勝つべき予圧が小さくなる。図５（ｂ）では代わりに保持要素２４の接触面３８ａが斜めになっているが、こちらは逆に下へ行くほど間隔が狭くなるため、担持要素２２が下方に移動すると予圧が増大する。更に別の代案として、担持要素２２と保持要素２４がいずれも斜めの接触面３８ａ〜ｂを有するようにしてもよい。

図５（ｃ）は、図５（ａ）及び（ｂ）に示した傾斜してはいるがなおも平坦である接触面３８ａ〜ｂによる直線的な変化の代わりに、自由形状で面が設計された例を示している。このようにすれば、担持要素２２の位置が変わると予圧又はバネ定数が変わる。この予圧又はバネ定数は自由形状面の造形によって大きな変形の範囲内で幅広く自由に選択できる。自由形状は図５（ａ）及び（ｂ）のような傾斜面から作り出すことができる。

自由形状面により、狙いをつけて特定の静止位置を導入できるという利点が得られる。静止位置とは、担持要素２２がアクチュエータ１８の力の作用なしで静止できる焦点位置である。そのため、静止位置を変えるにはその都度アクチュエータ１８を一時的に作動させなければならない。つまり、静止位置は外力なしで維持できる。これは巻き板バネ２６の静止摩擦力により既にある程度生じている。静止位置の特長は、そこから離脱するにはどちらの方向への位置変更であっても予圧に打ち勝つ必要があるという点にある。

接触面３８ａ〜ｂの造形の代わりに、巻き板バネ２６自体が転がり位置に応じて異なる特性を持つようにすることも考えられる。これは材料及び厚みの変化により実現できるが、かなりコストのかかる製造工程が必要になる。それよりも、組み込み前に巻き板バネ２６を狙いをつけて可塑的に変形させる方が簡単である。そうすれば、担持要素２２への側方からの力の作用が該要素の位置に応じて変化する。

ここまでに提示してきた実施形態ではいずれもサスペンションが２つの巻き板バネ２６を含んでいる。この状況が図６（ａ）に簡略化した平面図で再び描かれている。なお、この図は可動の担持要素２２、定置の保持要素２４及びこれらの要素の間にある２つの巻き板バネ２６だけを示している。２つの板バネ２６を互いに相手から１８０度の角度で整列させるという、直径方向に対向する配置は、担持要素２２に横方向に作用する弾性的な合成力がないため特に有利である。ただし、巻き板バネ２６には幅があるため、ある程度の逸脱は補償できる。これはとりわけ、特性の異なる２つの巻き板バネ２６が用いられる場合に当てはまる。また、追加の保持要素により合成力に対抗する対向点を設けることも考えられる。原理的には１つの巻き板バネ２６だけでサスペンションを実現することも可能であり、その場合にその追加の保持要素が反対側に置かれる。この場合、その唯一の巻き板バネ２６が転がる際に担持要素２２と追加の保持要素の対向面との間の摩擦に打ち勝つ必要があるが、これは補助手段で低減することができる。あるいは、担持要素２２がその場所で摩擦により又は適宜の手段で固定され、追加の保持要素を中心として回転するようにする。

図６（ｂ）及び（ｃ）は３つ又は４つの巻き板バネ２６を持つサスペンションの実施例を示している。このサスペンションはそれぞれ中心に横たえられた担持要素２２に対して対称である。これは有利ではあるが不可欠なものではない。３つ以上の巻き板バネ２６の使用により案内特性を改善し、とりわけ外部からの影響に対する機械的な安定性を高めることができる。巻き板バネ２６の数を更に増やすこともできる。

互いに同じ巻き板バネ２６を用いれば振動子は紙面から外へ向かう直線的な運動を行う。幾何学的形状、予圧、材料又は素材の厚さといったパラメータが異なる複数種類の巻き板バネ２６を用いれば直線運動に回転が重畳される。

以上のサスペンションは担持要素２２を少なくともほぼ直線的に運動させる。既に詳述したように、複数種類の巻き板バネ２６の使用により回転の運動成分を生じさせることができる。別の可能性として、これも既に言及したが、担持要素２２を、少なくとも一方の側で、巻き板バネ２６を挟まずに追加の保持要素の表面に配置又は固定することもできる。

図７は、巻き板バネ２６内に可動の担持要素２２を横たえるという着想で、必要に応じて純粋な回転運動でも全く狙い通りに実現できることを示している。そのために、担持要素２２は接触面３８ｂとしてリング状の外面を有し、それに応じて保持要素２４は接触面３８ａとしてリング状の内面を有している。複数の巻き板バネ２６が内部空間の円周に沿って分配されている。好ましい配置の１つは３つの巻き板バネ２６が均等に配置するというものであるが、その数及び配置は様々に変えることができる。

図８はセンサ１０をベルトコンベア４４の近くに取り付けて利用できることを示している。ベルトコンベア４４は、矢印４８で示したように、センサ１０の検出領域１２を通り抜けるように物品４６を搬送する。物品４６はその外面にコード領域５０を持っている可能性がある。センサ１０の課題は物品４６の特性を捕らえること、そしてコードリーダとしての好ましい利用形態においては、コード領域５０を認識し、そこに付されたコードを読み取り、それを復号して、該当する物品４６に割り当てることである。側面に付されたコード領域５２も検出するために、異なる視点から追加のセンサ１０（図示せず）を用いることが好ましい。

Claims (13)

1. 焦点調節が可能な光学系（１４、３０）を有する光電センサ（１０）であって、前記光学系（１４、３０）を有する可動の担持要素（２２）と、定置の保持要素（２４）とを備え、焦点位置の調節のために前記可動の担持要素（２２）の位置が前記保持要素（２４）に対して変更可能である光電センサ（１０）において、
   少なくとも１つの巻き板バネ（２６）が前記担持要素（２２）と前記保持要素（２４）の間に配置されており、前記担持要素（２２）と前記保持要素（２４）がそれぞれ面（３８ａ〜ｂ）を有していること、及び
   前記巻き板バネ（２６）が前記可動の担持要素（２２）の移動中に前記面（３８ａ〜ｂ）上で巻き取られる又は広げられるように転がり、その結果、前記光学系（１４、３０）が調節のために移動している間、転がり運動において前記巻き板バネ（２６）の平らな外面の同じ長さの部分が前記担持要素（２２）及び前記保持要素（２４）の前記面（３８ａ〜ｂ）と接触した状態を保つと共に、前記巻き板バネ（２６）は転がり運動の進行とともに回転し、接触状態の前記部分は転がり運動に応じてどの時点でも少しずつ違っていることを特徴とする光電センサ（１０）。
2. 前記担持要素（２２）が前記巻き板バネ（２６）を用いて前記光学系（１４、３０）の光軸（４２）に沿って直線的に移動可能に横たえられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ（１０）。
3. 前記巻き板バネ（２６）がリングを成していることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ（１０）。
4. 前記担持要素（２２）が前記リングの平面内の一方向（２０）に移動可能であることを特徴とする請求項３に記載のセンサ（１０）。
5. 前記巻き板バネ（２６）が前記担持要素（２２）及び前記保持要素（２６）に固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ（１０）。
6. 前記巻き板バネ（２６）がその平らな外面で前記保持要素（２４、３８ａ）及び前記担持要素（２２、３８ｂ）に押圧されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ（１０）。
7. 前記巻き板バネ（２６）が前記保持要素（２４、３８ａ）と前記担持要素（２２、３８ｂ）の間で締め付けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のセンサ（１０）。
8. 前記面（３８ａ〜ｂ）が前記巻き板バネ（２６）に予圧を加えるような輪郭を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のセンサ（１０）。
9. 前記輪郭が静止位置を有していることを特徴とする請求項８に記載のセンサ（１０）。
10. 少なくとも２つの保持要素（２４）と少なくとも２つの巻き板バネ（２６）とを備え、該保持要素（２４）が前記可動の担持要素（２２）の少なくとも２つの面に対しそれぞれ１つの巻き板バネ（２６）を間に挟んで配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のセンサ（１０）。
11. 前記担持要素（２２）がリング状の外面（３８ｂ）を備え、前記保持要素（２４）がリング状の内面（３８ａ）を備え、前記担持要素（２２）が前記保持要素（２４）内に同心円状に配置され、前記巻き板バネ（２６）がこれらの要素の間で転がることにより回転運動が行われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のセンサ（１０）。
12. 発光器（３２）を含み、前記光学系（１４、３０）が該発光器（３２）に割り当てられた発光光学系（３０）として構成されていること、及び／又は、受光器（１６）を含み、前記光学系（１４、３０）が該受光器（１６）に割り当てられた受光光学系（１４）として構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のセンサ（１０）。
13. 光電センサ（１０）の光学系（１４、３０）の焦点を調節する方法であって、焦点位置の調節のために、光学系（１４、３０）を有する可動の担持要素（２２）がその位置を定置の保持要素（２４）に対して変化させる方法において、
    前記担持要素（２２）と前記保持要素（２４）がそれぞれ面（３８ａ〜ｂ）を有しており、前記担持要素（２２）と前記保持要素（２４）の間に配置された巻き板バネ（２６）が前記面（３８ａ〜ｂ）上で巻き取られる又は広げられるように転がることにより、前記担持要素（２２）が前記保持要素（２４）に対して移動し、その結果、前記光学系（１４、３０）が調節のために移動している間、転がり運動において前記巻き板バネ（２６）の平らな外面の同じ長さの部分が前記担持要素（２２）及び前記保持要素（２４）の前記面（３８ａ〜ｂ）と接触した状態を保つと共に、前記巻き板バネ（２６）は転がり運動の進行とともに回転し、接触状態の前記部分は転がり運動に応じてどの時点でも少しずつ違っていることを特徴とする方法。

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