JP6766000B2 - 3D scanner - Google Patents

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Description

本発明は、対象物の形状情報を取得する三次元スキャナに関する。 The present invention relates to a three-dimensional scanner that acquires shape information of an object.

歯科分野において、補綴物等をコンピュータ上でデジタル的に設計するために、歯の三次元形状を取得するための三次元スキャナ(口腔内スキャナ)が開発されている(特許文献1)。特許文献1に開示されている三次元スキャナは、合焦法の原理を使用して対象物の三次元形状を取得する手持ち式スキャナである。具体的に、当該三次元スキャナでは、線状または市松模様状のパターンを有する光(以下、パターンともいう)を対象物の表面に投影し、焦点の位置を変化させながら複数回撮像したパターンの画像からもっとも焦点の合う距離を求め、対象物の三次元形状を取得している。 In the field of dentistry, a three-dimensional scanner (oral scanner) for acquiring a three-dimensional shape of a tooth has been developed in order to digitally design a prosthesis or the like on a computer (Patent Document 1). The three-dimensional scanner disclosed in Patent Document 1 is a hand-held scanner that acquires a three-dimensional shape of an object by using the principle of the focusing method. Specifically, the three-dimensional scanner projects light having a linear or checkered pattern (hereinafter, also referred to as a pattern) on the surface of an object, and captures the pattern multiple times while changing the focal position. The most focused distance is obtained from the image, and the three-dimensional shape of the object is acquired.

つまり、当該三次元スキャナでは、対象物に投影したパターンの焦点を、高速に変化させるための焦点可変部が必要である。焦点可変部は、光源からの光の焦点位置、または検出部の焦点位置のうち少なくとも一方を所定範囲で変化させる必要があるため、レンズの位置を機械的に可動させている。 That is, the three-dimensional scanner needs a focus variable unit for changing the focus of the pattern projected on the object at high speed. Since it is necessary to change at least one of the focal position of the light from the light source and the focal position of the detection unit within a predetermined range in the focus variable portion, the position of the lens is mechanically moved.

特許第5654583号公報Japanese Patent No. 5654583

当該三次元スキャナを歯科分野で応用するためには、スキャナ本体は片手で持つことができ、かつ狭隘な口腔内に挿入できるほどに、十分小型である必要がある。しかし、光源からの光の焦点位置、または検出部の焦点位置を所定範囲で変化させるためには、レンズの位置を同程度の範囲で変化させる必要があった。つまり、焦点可変部は、光源からの光の焦点位置、または検出部の焦点位置が対象物上で変化する距離(例えば、10mm〜20mm)と同程度の距離をレンズの位置を動かす必要があった。そのため、当該焦点可変部を内蔵する三次元スキャナでは、少なくともレンズの位置の可動範囲分だけのスペースを確保する必要があるので小型化の制約となる問題があった。 In order to apply the three-dimensional scanner in the field of dentistry, the scanner body needs to be small enough to be held by one hand and inserted into a narrow oral cavity. However, in order to change the focal position of the light from the light source or the focal position of the detection unit within a predetermined range, it is necessary to change the position of the lens within the same range. That is, the variable focus unit needs to move the position of the lens by the same distance as the focal position of the light from the light source or the focal position of the detection unit changes on the object (for example, 10 mm to 20 mm). It was. Therefore, in the three-dimensional scanner having the variable focus portion built-in, it is necessary to secure at least a space corresponding to the movable range of the lens position, which poses a problem of restriction on miniaturization.

さらに、焦点可変部は、レンズの位置を可動させるためのモータを有しており、可動させる距離が長くなるにつれてモータが大型化する問題があった。大型のモータを内蔵する三次元スキャナでは、モータ自体のスペースも確保する必要があるので小型化の制約となる問題があるとともに、大型のモータから発せられる音や振動が大きくなる他、消費電力や発熱量が増加するという問題があった。 Further, the variable focus portion has a motor for moving the position of the lens, and there is a problem that the motor becomes larger as the moving distance becomes longer. A 3D scanner with a built-in large motor has the problem of restricting miniaturization because it is necessary to secure space for the motor itself, and the sound and vibration emitted from the large motor become louder, as well as power consumption and power consumption. There was a problem that the calorific value increased.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、レンズの位置を機械的に可動させる焦点可変部を内蔵する三次元スキャナにおいて、小型化が可能な構成を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a configuration capable of miniaturization in a three-dimensional scanner having a built-in variable focus portion that mechanically moves the position of a lens. And.

本発明に係る三次元スキャナは、対象物の形状情報を取得する三次元スキャナであって、光源部と、対象物で反射された光源部からの光を検出する検出部と、光源部から対象物を経て検出部に至る光の焦点位置を、所定範囲で変化させることが可能な焦点可変部と、検出部で検出した光から対象物の形状情報を演算する演算部とを備え、焦点可変部は、合成したレンズパワーの値が正となる複数のレンズと、複数のレンズのうち少なくとも一つのレンズを光軸方向に沿って駆動する駆動部とを含み、複数のレンズは、少なくとも1組の正レンズと負レンズとの組み合わせを含んでおり、駆動部が駆動する複数のレンズのうち一つのレンズを他のレンズの前記カウンタウェイトとして用いるThe three-dimensional scanner according to the present invention is a three-dimensional scanner that acquires shape information of an object, and is a light source unit, a detection unit that detects light from a light source unit reflected by the object, and an object from the light source unit. It is equipped with a variable focus unit that can change the focal position of light that reaches the detection unit via an object within a predetermined range, and a calculation unit that calculates shape information of the object from the light detected by the detection unit. The unit includes a plurality of lenses having a positive combined lens power value and a drive unit that drives at least one of the plurality of lenses along the optical axis direction, and the plurality of lenses includes at least one set. This includes a combination of a positive lens and a negative lens, and one of the plurality of lenses driven by the drive unit is used as the counter weight of the other lens .

本発明に係る三次元スキャナは、焦点可変部が複数のレンズを含み、当該複数のレンズが少なくとも1組の正レンズと負レンズとの組み合わせを含んでいるので、可動するレンズのレンズパワーを、焦点可変部を単一の焦点レンズで構成した場合と比べて大きく設定することができるため、効率良く対象物上での焦点位置を可動させることができ、レンズの位置の可動範囲を短くして小型化することができる。また、ある別の局面によれば、本発明に係る三次元スキャナは、光軸上に負レンズを配置することで検出部の縮小像を形成し、焦点レンズの拡大投影倍率を調整できるため、効率良く対象物上での焦点位置を可動させることができ、焦点レンズの位置の可動範囲を短くして小型化することができる。 In the three-dimensional scanner according to the present invention, the variable focus portion includes a plurality of lenses, and the plurality of lenses include a combination of at least one set of positive and negative lenses, so that the lens power of the movable lens can be determined. Since the focal variable part can be set larger than when it is configured with a single focal lens, the focal position on the object can be moved efficiently, and the movable range of the lens position is shortened. It can be miniaturized. Further, according to another aspect, the three-dimensional scanner according to the present invention can form a reduced image of the detection unit by arranging a negative lens on the optical axis, and can adjust the magnifying projection magnification of the focal lens. The focal position on the object can be moved efficiently, and the movable range of the position of the focal lens can be shortened to reduce the size.

本発明の実施の形態1に係る三次元スキャナの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 3D scanner which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るハンドピース内の光学系の構成を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structure of the optical system in the handpiece which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る焦点可変部の構成を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structure of the focal variable part which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る焦点可変部を可動させた場合の光学シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the optical simulation result at the time of moving the focal variable part which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る焦点可変部の構成を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structure of the focal variable part which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る焦点可変部を可動させた場合の光学シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the optical simulation result at the time of moving the focal variable part which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る焦点可変部を可動させた場合の光学シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the optical simulation result at the time of moving the focal variable part which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る焦点可変部の構成を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structure of the focal variable part which concerns on Embodiment 4 of this invention. 焦点可変部のレンズの組み合わせを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the combination of the lens of the focal variable part. 焦点可変部を通過する光路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical path passing through a varifocal part.

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る三次元スキャナは、口腔内の歯の三次元形状を取得するための三次元スキャナ(口腔内スキャナ)である。しかし、本発明に係る三次元スキャナは、口腔内スキャナに限定されるものではなく、同様の構成を有する他の三次元スキャナについて適用することができる。たとえば、口腔内以外に人の耳の内部を撮像して、外耳内の三次元形状を取得することができる三次元スキャナにも適用できる。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
The three-dimensional scanner according to the first embodiment of the present invention is a three-dimensional scanner (oral scanner) for acquiring the three-dimensional shape of teeth in the oral cavity. However, the three-dimensional scanner according to the present invention is not limited to the intraoral scanner, and can be applied to other three-dimensional scanners having a similar configuration. For example, it can be applied to a three-dimensional scanner capable of capturing the inside of a human ear other than the oral cavity and acquiring the three-dimensional shape in the outer ear.

[三次元スキャナの構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係る三次元スキャナ100の構成を示すブロック図である。図1に示す三次元スキャナ100は、プローブ10、接続部20、光学計測部30、制御部40、表示部50、電源部60を含んでいる。プローブ10は、口腔内に差込まれ、対象物200である歯にパターンを有する光(以下、パターンともいう)を投影し、パターンが投影された対象物200からの反射光を光学計測部30に導いている。また、プローブ10は、光学計測部30に対して着脱可能であるので、感染対策として、生体に接触する可能性のあるプローブ10だけを光学計測部30から取り外して滅菌処理(たとえば、高温高湿環境での処理)を施すことが可能である。三次元スキャナの装置全部を滅菌処理した場合、光学部品や電子部品などが多く含まれるため装置の寿命が短くなる欠点があるが、プローブ10だけを取り外して滅菌処理した場合当該欠点は生じない。接続部20は、光学計測部30の一部であり、プローブ10と嵌合可能な形状をしており、光学計測部30から突出している部分である。接続部20は、プローブ10で採光した光を光学計測部30へ導くためのレンズ系や、カバーガラス、光学フィルタ、位相差板(1/4波長板)等の光学部品を有していてもよい。
[3D scanner configuration]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional scanner 100 according to a first embodiment of the present invention. The three-dimensional scanner 100 shown in FIG. 1 includes a probe 10, a connection unit 20, an optical measurement unit 30, a control unit 40, a display unit 50, and a power supply unit 60. The probe 10 is inserted into the oral cavity, projects light having a pattern on the tooth which is the object 200 (hereinafter, also referred to as a pattern), and reflects the light reflected from the object 200 on which the pattern is projected to be the optical measurement unit 30. Is leading to. Further, since the probe 10 is removable from the optical measurement unit 30, as a countermeasure against infection, only the probe 10 that may come into contact with the living body is removed from the optical measurement unit 30 and sterilized (for example, high temperature and high humidity). It is possible to perform processing in the environment). When the entire device of the three-dimensional scanner is sterilized, there is a drawback that the life of the device is shortened because many optical parts and electronic parts are included, but when only the probe 10 is removed and sterilized, the defect does not occur. The connection portion 20 is a part of the optical measurement unit 30, has a shape that can be fitted with the probe 10, and is a portion that protrudes from the optical measurement unit 30. Even if the connection unit 20 has a lens system for guiding the light collected by the probe 10 to the optical measurement unit 30, an optical component such as a cover glass, an optical filter, and a retardation plate (1/4 wave plate). Good.

光学計測部30は、プローブ10を介して対象物200にパターンを投影し、投影したパターンを撮像する。光学計測部30は、図示していないが対象物200に投影するパターンを生成するための光学部品(パターン生成素子)および光源、パターンを対象物200の表面に結像するためのレンズ部品、焦点位置を変化させることが可能な焦点可変部、投影したパターンを撮像する光学センサ(CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなど)を有している。なお、光学計測部30は、合焦法の原理を用いて三次元形状を取得する構成として以下説明するが、共焦点法等の原理を用いて三次元形状を取得する構成でもよい。つまり、光学計測部30は、焦点可変部によって投影パターンや光学センサの焦点の位置を変化させる構成を含み、光学的な手法を用いて三次元形状を取得する構成であればいずれの原理を用いた構成であっても適用することが可能である。なお、プローブ10、接続部20と光学計測部30とで、口腔内を撮像するためのハンドピース80を構成している。 The optical measurement unit 30 projects a pattern on the object 200 via the probe 10 and images the projected pattern. Although not shown, the optical measurement unit 30 includes an optical component (pattern generation element) and a light source for generating a pattern projected on the object 200, a lens component for forming a pattern on the surface of the object 200, and a focal point. It has a variable focus unit that can change its position and an optical sensor (CCD image sensor, CMOS image sensor, etc.) that captures the projected pattern. The optical measurement unit 30 will be described below as a configuration for acquiring a three-dimensional shape using the principle of the focusing method, but the optical measurement unit 30 may be configured to acquire the three-dimensional shape using a principle such as the confocal method. That is, the optical measurement unit 30 includes a configuration in which the projection pattern and the focal position of the optical sensor are changed by the focal variable unit, and any principle can be used as long as the configuration is such that the three-dimensional shape is acquired by using an optical method. It is possible to apply even the existing configuration. The probe 10, the connecting unit 20, and the optical measuring unit 30 form a handpiece 80 for imaging the inside of the oral cavity.

制御部40は、光学計測部30の動作を制御するとともに、光学計測部30で撮像した画像を処理して三次元形状を取得する。制御部40は、制御中枢としてのCPU(Central Processing Unit)、CPUが動作するためのプログラムや制御データ等を記憶しているROM(Read Only Memory)、CPUのワークエリアとして機能するRAM(Random Access Memory)、周辺機器との信号の整合性を保つための入出力インターフェイス等が設けられている。また、制御部40は、取得した三次元形状を表示部50に出力することが可能であるとともに、光学計測部30の設定などの情報を図示していない入力装置などで入力可能である。なお、撮像した画像を処理して三次元形状を取得するための演算の少なくとも一部は、制御部40のCPUによってソフトウェアとして実現されてもよいし、当該CPUとは別に処理を行うハードウェアとして実現されてもよい。また、当該CPUやハードウェアなどの処理部のうち少なくとも一部は、光学計測部30の内部に組み込まれていてもよい。また、図1では三次元スキャナ100の各構成要素(30、40、50、60)がケーブル(図中の太線)によって配線されているように描かれているが、これらの配線のうち一部または全部が無線通信によって接続されていてもよい。また、制御部40が片手で持ち上げられるほど十分に小型かつ軽量であれば、制御部40と光学計測部30とが一体化され、ひとつのハンドピースとして構成されていてもよい。 The control unit 40 controls the operation of the optical measurement unit 30 and processes the image captured by the optical measurement unit 30 to acquire a three-dimensional shape. The control unit 40 includes a CPU (Central Processing Unit) as a control center, a ROM (Read Only Memory) that stores programs and control data for operating the CPU, and a RAM (Random Access) that functions as a work area of the CPU. Memory), input / output interfaces for maintaining signal consistency with peripheral devices, etc. are provided. Further, the control unit 40 can output the acquired three-dimensional shape to the display unit 50, and can input information such as settings of the optical measurement unit 30 with an input device (not shown) or the like. In addition, at least a part of the calculation for processing the captured image to acquire the three-dimensional shape may be realized as software by the CPU of the control unit 40, or as hardware that performs processing separately from the CPU. It may be realized. Further, at least a part of the processing units such as the CPU and hardware may be incorporated inside the optical measurement unit 30. Further, in FIG. 1, each component (30, 40, 50, 60) of the three-dimensional scanner 100 is drawn as if it is wired by a cable (thick line in the figure), but a part of these wires is drawn. Alternatively, all may be connected by wireless communication. Further, if the control unit 40 is sufficiently small and lightweight enough to be lifted by one hand, the control unit 40 and the optical measurement unit 30 may be integrated and configured as one handpiece.

表示部50は、制御部40で得られた対象物200の三次元形状の計測結果を表示するための表示装置である。また、表示部50は、光学計測部30の設定情報や、患者情報、スキャナの起動状態、取扱説明書、ヘルプ画面などの、その他の情報を表示するための表示装置としても利用することができる。表示部50の例として、たとえば据え置き式の液晶ディスプレイや、ヘッドマウント式やメガネ式のウェアラブルディスプレイなどが適用できる。また、表示部50は複数あってもよく、三次元形状の計測結果やその他の情報が、複数の表示部50上に同時表示あるいは分割表示されるよう構成されてもよい。電源部60は、光学計測部30および制御部40を駆動するための電力を供給するための装置である。電源部60は、図1に示すように制御部40の外部に設けられていても、制御部40の内部に設けられていてもよい。また、電源部60は、制御部40、光学計測部30、表示部50に対し、別々に給電できるよう、複数設けられていてもよい。 The display unit 50 is a display device for displaying the measurement result of the three-dimensional shape of the object 200 obtained by the control unit 40. The display unit 50 can also be used as a display device for displaying other information such as setting information of the optical measurement unit 30, patient information, scanner activation state, instruction manual, help screen, and the like. .. As an example of the display unit 50, for example, a stationary liquid crystal display, a head-mounted display, a wearable display of glasses, or the like can be applied. Further, there may be a plurality of display units 50, and the measurement results of the three-dimensional shape and other information may be configured to be simultaneously displayed or dividedly displayed on the plurality of display units 50. The power supply unit 60 is a device for supplying electric power for driving the optical measurement unit 30 and the control unit 40. As shown in FIG. 1, the power supply unit 60 may be provided outside the control unit 40 or inside the control unit 40. Further, a plurality of power supply units 60 may be provided so as to separately supply power to the control unit 40, the optical measurement unit 30, and the display unit 50.

[ハンドピース内の光学構成]
次に、ハンドピース内の光学系の構成についてさらに詳しく説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係るハンドピース80内の光学系の構成を説明するための概略図である。まず、ハンドピース80には、光源部81、焦点可変部82、駆動部83、光学センサ85が設けられている。なお、ハンドピース80には、これ以外に、光源部81から対象物200への光と、対象物200から光学センサ85への光とを分離するビームスプリッタ、レンズ系、対象物200に向けて光を反射させる反射板などが必要に応じて設けられている。但し、これらの構成については、図2での図示および詳細な説明については省略している。
[Optical configuration in the handpiece]
Next, the configuration of the optical system in the handpiece will be described in more detail. FIG. 2 is a schematic view for explaining the configuration of the optical system in the handpiece 80 according to the first embodiment of the present invention. First, the handpiece 80 is provided with a light source unit 81, a focus variable unit 82, a drive unit 83, and an optical sensor 85. In addition to this, the handpiece 80 is directed toward the beam splitter, the lens system, and the object 200 that separate the light from the light source unit 81 to the object 200 and the light from the object 200 to the optical sensor 85. A reflector that reflects light is provided as needed. However, with respect to these configurations, the illustration and detailed description in FIG. 2 are omitted.

光源部81から出力された光は、焦点可変部82を通って対象物200に照射され、対象物200で反射される。対象物200で反射された光は、焦点可変部82を通って光学センサ85で検出される。合焦法の技術を用いて三次元形状を取得する場合、光源部81と対象物200との間に設けたパターン生成素子(図示せず)を通過した光を対象物200に投影し、駆動部83で焦点可変部82の状態(焦点可変部82による投影パターンの焦点位置)を変化させながら対象物200からの光を光学センサ85で検出する。図1に示した制御部40は、焦点可変部82の状態(たとえば駆動するレンズの位置)と、その位置での光学センサ85の検出結果とに基づいて対象物200の形状情報を演算している。そのため、制御部40は、光学センサ85で検出した光から対象物200の形状情報を演算する演算部として機能している。なお、三次元スキャナ100では、駆動部83で焦点可変部82による投影パターンの焦点位置を変化させる所定範囲として、対象物200である歯の形状を取得するのに必要となる範囲(例えば、10mm〜20mm)を確保している。 The light output from the light source unit 81 is applied to the object 200 through the focus variable unit 82 and reflected by the object 200. The light reflected by the object 200 passes through the focus variable portion 82 and is detected by the optical sensor 85. When acquiring a three-dimensional shape using the focusing method, light that has passed through a pattern generating element (not shown) provided between the light source unit 81 and the object 200 is projected onto the object 200 and driven. The optical sensor 85 detects the light from the object 200 while changing the state of the variable focus unit 82 (the focal position of the projection pattern by the variable focus unit 82) in the unit 83. The control unit 40 shown in FIG. 1 calculates the shape information of the object 200 based on the state of the focus variable unit 82 (for example, the position of the driving lens) and the detection result of the optical sensor 85 at that position. There is. Therefore, the control unit 40 functions as a calculation unit that calculates the shape information of the object 200 from the light detected by the optical sensor 85. In the three-dimensional scanner 100, the drive unit 83 has a predetermined range for changing the focal position of the projection pattern by the focus variable unit 82, which is a range (for example, 10 mm) required to acquire the shape of the tooth which is the object 200. ~ 20 mm) is secured.

次に、焦点可変部82において、当該範囲を確保するための構成について説明する。図3は、本発明の実施の形態1に係る焦点可変部82の構成を説明するための概略図である。図3(a)では、比較例として従来の三次元スキャナで採用されているような、単独の焦点レンズ82zを駆動部83で可動させて投影パターンの焦点位置を変化させる構成を示している。光源部81から出射された光は、ビームスプリッタ84で曲げられて、焦点レンズ82zおよび物体側レンズ86を通過して対象物(図示せず)の位置に投影パターンを投影する。なお、投影パターンを生成するためのパターン生成素子は、図示していないが、例えば光源部81とビームスプリッタ84との間に設けられているか、あるいは、光源部81自体に含まれている。対象物で反射された光は、逆に物体側レンズ86および焦点レンズ82zを通過し、さらにビームスプリッタ84を経て光学センサ85で検出される。ここで、焦点レンズ82zの焦点距離をf、物体側レンズ86の焦点距離をfとした場合、拡大投影倍率Mは、概ねM=f/fとなる。そのため、光学センサ85の一辺の長さをHとした場合、焦点位置に形成される光学センサ85の像の一辺の長さ(視野に相当)がM×Hとなる。また、投影パターンの焦点位置を変化させる範囲F0は、焦点レンズ82zの可動距離をZとした場合、概ねF0=M×Zとなる。なお、駆動部83は、焦点レンズ82zの位置をモータなどで機械的に可動させる構成である。なお、図3(および以降の図面)では、三次元スキャナ100を構成するレンズ系が、焦点可変部82と、物体側レンズ86の2群のレンズで構成された略テレセントリック光学系として描かれているが、当該レンズ系の形態はこれに限らない。たとえば、広角のレンズなどであっても良い。また、当該レンズ系の光路中に、図示した以外の別のレンズや、絞り、偏光光学素子、フィルタなどのその他の光学部品が使用されていてももちろん良い。また、レンズの倍率や焦点距離などの数値に対して「概ね」という表記を用いているが、これは各種数値が、薄肉理論に基づいた近似的な計算結果であるためである。すなわち、各種レンズ、ビームスプリッタといった光学部品の厚みや収差などの影響は考慮していないため、実際の値とは若干異なる場合がある。また、レンズ系が厳密なテレセントリック光学系でない場合にも、実際の値が近似値から若干異なる場合がある。以降の説明においては「概ね」という表記を省略する場合がある。 Next, the configuration for securing the range in the focus variable unit 82 will be described. FIG. 3 is a schematic view for explaining the configuration of the focus variable portion 82 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A shows a configuration in which a single focal lens 82z is moved by the drive unit 83 to change the focal position of the projection pattern, as used in a conventional three-dimensional scanner as a comparative example. The light emitted from the light source unit 81 is bent by the beam splitter 84, passes through the focal lens 82z and the object-side lens 86, and projects a projection pattern at the position of an object (not shown). Although not shown, a pattern generating element for generating a projection pattern is provided, for example, between the light source unit 81 and the beam splitter 84, or is included in the light source unit 81 itself. On the contrary, the light reflected by the object passes through the object-side lens 86 and the focal lens 82z, and is further detected by the optical sensor 85 through the beam splitter 84. Here, when the focal length of the focal length lens 82z is f 1 and the focal length of the object-side lens 86 is f 2 , the magnifying projection magnification M is approximately M = f 2 / f 1 . Therefore, when the length of one side of the optical sensor 85 is H, the length of one side (corresponding to the field of view) of the image of the optical sensor 85 formed at the focal position is M × H. Further, the range F0 for changing the focal position of the projection pattern is approximately F0 = M 2 × Z, where Z is the movable distance of the focal lens 82z. The drive unit 83 has a configuration in which the position of the focus lens 82z is mechanically moved by a motor or the like. In FIG. 3 (and subsequent drawings), the lens system constituting the three-dimensional scanner 100 is depicted as a substantially telecentric optical system composed of two groups of lenses, a focal variable portion 82 and an object-side lens 86. However, the form of the lens system is not limited to this. For example, it may be a wide-angle lens. Further, it is of course possible that another lens other than the one shown in the drawing and other optical components such as a diaphragm, a polarizing optical element, and a filter are used in the optical path of the lens system. In addition, the notation "generally" is used for numerical values such as lens magnification and focal length, because various numerical values are approximate calculation results based on the thin-wall theory. That is, since the influence of the thickness and aberration of optical components such as various lenses and beam splitters is not taken into consideration, the actual values may differ slightly. Further, even when the lens system is not a strict telecentric optical system, the actual value may be slightly different from the approximate value. In the following description, the notation "generally" may be omitted.

一方、本実施の形態1に係る焦点可変部82では、図3(b)に示すように1組の正レンズ82bと負レンズ82aとの組み合わせを含んでいる。なお、正レンズとは、レンズの縁よりも中央の方が厚いレンズである。例外として、フレネルレンズ、GI(Graded Index)レンズ、回折レンズなどの特殊レンズを用いた場合には、レンズの縁と中心とで厚みが同じになるような正レンズや負レンズが存在するが、もちろん上記特殊レンズを焦点可変部82や、三次元スキャナ100に含まれる他のレンズとして採用してもよい。負レンズとは、レンズの縁よりもレンズの中央の方が薄いレンズである。ここで、負レンズ82aと正レンズ82bとは互いに近接しているため、近似的に一つの合成レンズとみなすことができる。負レンズ82aの焦点距離をf1a、正レンズ82bの焦点距離をf1bとした場合、焦点可変部82の合成焦点距離fは、1/{1/f1a+1/f1b}となり、焦点レンズ82zの焦点距離fと同じ値に合わせてある。また、焦点可変部82の合成焦点距離fが焦点レンズ82zの焦点距離fと同じ値、すなわち正の値であるため、正レンズ82bは、焦点距離f1bが焦点レンズ82zの焦点距離fより短くなり、レンズパワー(1/f1b)が焦点レンズ82zのレンズパワー(1/f)より大きくなる。ここで、「焦点可変部82の焦点距離」という表現は、焦点可変部82に含まれるレンズ等の光学部品を対象とした表現であり、焦点可変部82に含まれる駆動部等のその他の部分(光が通過しない部材)は表現の対象ではない。 On the other hand, the variable focus unit 82 according to the first embodiment includes a combination of a set of a positive lens 82b and a negative lens 82a as shown in FIG. 3B. A positive lens is a lens whose center is thicker than the edge of the lens. As an exception, when a special lens such as a Fresnel lens, a GI (Graded Index) lens, or a diffractive lens is used, there are positive lenses and negative lenses in which the thickness is the same at the edge and center of the lens. Of course, the special lens may be adopted as the focal variable unit 82 or another lens included in the three-dimensional scanner 100. A negative lens is a lens in which the center of the lens is thinner than the edge of the lens. Here, since the negative lens 82a and the positive lens 82b are close to each other, they can be approximately regarded as one composite lens. When the focal length of the negative lens 82a is f 1a and the focal length of the positive lens 82b is f 1b , the combined focal length f of the variable focal length portion 82 is 1 / {1 / f 1a + 1 / f 1b }, which is the focal length lens. It is combined to the same value as the focal length f 1 of the 82z. Further, since the combined focal length f of the focal variable portion 82 is the same value as the focal length f 1 of the focal lens 82z, that is, a positive value, the focal length f 1b of the positive lens 82b is the focal length f 1 of the focal lens 82z. It becomes shorter and the lens power (1 / f 1b ) becomes larger than the lens power (1 / f 1 ) of the focal length lens 82z. Here, the expression "focal length of the variable focus unit 82" is an expression for an optical component such as a lens included in the variable focus unit 82, and other parts such as a drive unit included in the variable focus unit 82. (Members through which light does not pass) are not objects of expression.

図3(b)に示す焦点可変部82では、焦点可変部82を構成する複数のレンズのうちレンズパワーの絶対値が最大のレンズを、駆動部83で光軸方向に沿って駆動している。焦点可変部82では、正レンズ82bのレンズパワー(1/f1b)の絶対値が、負レンズ82aのレンズパワー(1/f1a)の絶対値より大きいとして、正レンズ82bを駆動部83で光軸方向に沿って駆動している。ここで、正レンズ82bの可動距離を焦点レンズ82zの可動距離Zと同じ値にした場合、正レンズ82bのレンズパワー(1/f1b)が焦点レンズ82zのレンズパワー(1/f)より大きいので、投影パターンの焦点位置を変化させる範囲F1は範囲F0より長くなる。逆に、範囲F1を範囲F0と同じ長さにすれば、正レンズ82bの可動距離を焦点レンズ82zの可動距離Zより短くすることが可能になる。すなわち、図3(a)と(b)とを比較すると、駆動するレンズのレンズパワーの絶対値が大きいほど、小さいレンズの可動距離で効率良く焦点位置を可動することができ、三次元スキャナ100の小型化にとって有利な構成となる。なお、焦点可変部82は、図3(b)に示すように瞳位置には設けていない。例えば、瞳位置や物体側レンズ86の位置のようなプローブ側に焦点可変部82を設けた場合、駆動部であるモータもプローブの近くに設置する必要があり、プローブ自体の口径が大型化する。プローブ自体の口径が大型化すると、歯科分野で応用する場合、プローブを口に入れにくくなり、患者に負担がかかる問題がある。一方、プローブ側に焦点可変部82を設けない場合、プローブ自体の口径を小型化でき、患者に負担が軽減できるメリットがある。 In the focus variable unit 82 shown in FIG. 3B, the drive unit 83 drives the lens having the maximum absolute value of the lens power among the plurality of lenses constituting the focus variable unit 82 along the optical axis direction. .. The variable focus unit 82, the absolute value of the lens power of the positive lens 82b (1 / f 1b) is, as an absolute value greater than the lens power of the negative lens 82a (1 / f 1a), a positive lens 82b by the driving unit 83 It is driven along the optical axis direction. Here, when the movable distance of the positive lens 82b is set to the same value as the movable distance Z of the focal lens 82z, the lens power (1 / f 1b ) of the positive lens 82b is higher than the lens power (1 / f 1 ) of the focal lens 82z. Since it is large, the range F1 that changes the focal position of the projection pattern is longer than the range F0. On the contrary, if the range F1 has the same length as the range F0, the movable distance of the positive lens 82b can be made shorter than the movable distance Z of the focal lens 82z. That is, comparing FIGS. 3 (a) and 3 (b), the larger the absolute value of the lens power of the driving lens, the more efficiently the focal position can be moved with a smaller moving distance of the lens, and the three-dimensional scanner 100 It is an advantageous configuration for miniaturization of. The variable focus unit 82 is not provided at the pupil position as shown in FIG. 3 (b). For example, when the focus variable portion 82 is provided on the probe side such as the position of the pupil or the position of the lens 86 on the object side, the motor as the driving unit must also be installed near the probe, and the aperture of the probe itself becomes large. .. If the diameter of the probe itself becomes large, it becomes difficult to put the probe in the mouth when applied in the dental field, and there is a problem that the burden on the patient is placed. On the other hand, when the variable focus portion 82 is not provided on the probe side, there is an advantage that the aperture of the probe itself can be reduced and the burden on the patient can be reduced.

レンズの可動距離と焦点位置を変化させる範囲との関係をさらに詳しく説明する。図3(a)で示した光学構成において、拡大投影倍率をMとすると焦点位置を変化させる範囲がM倍に増幅されることを説明した。具体的に、焦点レンズ82zの焦点距離fを50mm、物体側レンズ86の焦点距離fを100mmとした場合、拡大投影倍率Mが2倍となるので、焦点位置に形成される光学センサ85の像の一辺の長さ(視野に相当)は2Hとなり、焦点位置を変化させる範囲F0はレンズの可動距離Zと比べてM=4倍となる。 The relationship between the movable distance of the lens and the range in which the focal position is changed will be described in more detail. In the optical configuration shown in FIG. 3 (a), a range of changing the focal position when the enlargement projection magnification and M has been described to be amplified to twice M. Specifically, when the focal length f 1 of the focal lens 82z is 50 mm and the focal length f 2 of the object-side lens 86 is 100 mm, the magnifying projection magnification M is doubled, so that the optical sensor 85 formed at the focal position is formed. the length of the image of one side (corresponding to the visual field) range F0 to change the 2H next, the focal position is M 2 = 4 times that of the movable distance Z of the lens.

一方、図3(b)で示した光学構成において、レンズの可動距離と焦点位置を変化させる範囲との関係を考える場合、負レンズ82aと正レンズ82bとの2段階にわけて考える。まず、負レンズ82aについて考える。光学センサ85の前に負レンズ82aを置くことで、光学センサ85と負レンズ82aとの間に光学センサ85の縮小像が形成される。例えば、負レンズ82aの焦点距離f1aを−40mmとし、負レンズ82aを光学センサ85の50mm(=a)前に置いた場合、負レンズ82aから光学センサ85側に向かって22.2mm(=b)の位置に縮小像が形成される。光学センサ85の一辺の長さをHとした場合、縮小像の一辺の長さは、H×(b/a)=0.44Hとなる。 On the other hand, in the optical configuration shown in FIG. 3B, when considering the relationship between the movable distance of the lens and the range in which the focal position is changed, the negative lens 82a and the positive lens 82b are considered in two stages. First, consider the negative lens 82a. By placing the negative lens 82a in front of the optical sensor 85, a reduced image of the optical sensor 85 is formed between the optical sensor 85 and the negative lens 82a. For example, when the focal length f 1a of the negative lens 82a is -40 mm and the negative lens 82a is placed 50 mm (= a) in front of the optical sensor 85, the negative lens 82a is 22.2 mm (=) toward the optical sensor 85 side. A reduced image is formed at the position b). When the length of one side of the optical sensor 85 is H, the length of one side of the reduced image is H × (b / a) = 0.44H.

次に、正レンズ82bについて考える。負レンズ82aにより形成された縮小像に対して正レンズ82bを置いた光学構成として考える。すなわち、負レンズ82aにより形成された光学センサ85の縮小像を、正レンズ82bと物体側レンズ86とを用いて、対象物上にM1倍に拡大投影することで、光学センサ85の像を焦点位置に形成する構成を考える。しかし、焦点位置に形成される光学センサ85の像の一辺の長さ(視野に相当)はM×Hと同じ値になるように、縮小像の拡大投影倍率M1を決定する必要がある。基本的に、縮小像の拡大投影倍率M1は、縮小していない光学センサ85に対する拡大投影倍率Mよりも大きな値になる。縮小像の拡大投影倍率M1が大きくなることで、焦点位置を変化させる範囲F1も、F1=M1×Z>F0=M×Zとなる。例えば、焦点位置での一辺の長さ(視野に相当)が2Hとなるように、縮小画像の一辺の長さ0.44Hを拡大する拡大投影倍率M1は、M1=2H/0.44H=約4.5となる。物体側レンズ86の焦点距離fを100mmとした場合に拡大投影倍率M1を約4.5とするには、正レンズ82bの焦点距離f1bは22.2mmとなる。なお、拡大投影倍率M1が約4.5であれば、焦点位置を変化させる範囲はM1=20.25倍となる。 Next, consider the positive lens 82b. Consider this as an optical configuration in which the positive lens 82b is placed on the reduced image formed by the negative lens 82a. That is, the image of the optical sensor 85 is focused by projecting the reduced image of the optical sensor 85 formed by the negative lens 82a on the object at a magnification of M1 using the positive lens 82b and the object-side lens 86. Consider the configuration to be formed at the position. However, it is necessary to determine the magnified projection magnification M1 of the reduced image so that the length of one side (corresponding to the field of view) of the image of the optical sensor 85 formed at the focal position has the same value as M × H. Basically, the magnified projection magnification M1 of the reduced image is a value larger than the magnified projection magnification M with respect to the unreduced optical sensor 85. As the magnified projection magnification M1 of the reduced image increases, the range F1 for changing the focal position also becomes F1 = M1 2 × Z> F0 = M 2 × Z. For example, the magnifying projection magnification M1 for enlarging the length of one side of the reduced image to 0.44H so that the length of one side at the focal position (corresponding to the field of view) is 2H is M1 = 2H / 0.44H = about. It becomes 4.5. When the focal length f 2 of the object-side lens 86 is 100 mm, the focal length f 1b of the positive lens 82b is 22.2 mm in order to set the magnifying projection magnification M1 to about 4.5. If the magnified projection magnification M1 is about 4.5, the range in which the focal position is changed is M1 2 = 20.25 times.

図3(b)では、焦点可変部82が1組の正レンズ82bと負レンズ82aとの組み合わせを含むことで、図3(a)のように焦点可変部82が焦点レンズ82zのみから構成される場合と比べ、焦点位置を変化させる範囲を長くすること(F1>F0)ができると説明した。逆に、焦点可変部82が焦点位置を変化させる範囲を同じにすることで、正レンズ82bの可動距離を焦点レンズ82zの可動距離Zより短くすることについてさらに詳しく説明する。図4は、本発明の実施の形態1に係る焦点可変部を可動させた場合の光学シミュレーション結果を示す図である。図4に示す光学構成では、図中の横軸における座標が0mmの位置に光学センサ85が設置されており、物体側レンズ86の図中左側(瞳位置)に絞り部87を設けてある。絞り部87には、物体側レンズ86の作動距離や収差を調整するためのレンズが設置されていてもよく、当該レンズの口径を小さくしたり、当該レンズの表面を塗料などの遮蔽体でマスクしたりすることで、当該レンズ自体を絞りとして機能させることもできる。図4および以降の光学シミュレーション結果においては、絞り部87にレンズを設置している場合がある。なお、図4で用いている光学シミュレーションでは、薄肉レンズの理論式に基づいた近似的な計算結果を示しているが、別のシミュレーションの方法(たとえばスネルの法則に基づいた厳密な光線追跡法など)によっても近い結果が得られることは言うまでもない。また、図4において、図3で示した構成と同じ構成については、同じ符号を付与して詳細な説明を繰り返さない。また、図3では図示していたビームスプリッタ84や光源部81について、図4では省略している。図4(a)では、比較例として、図3(a)に示した比較例に対応した光学シミュレーションを示しており、単独の焦点レンズ82zを駆動部83で可動させて投影パターンの焦点位置を変化させている光学シミュレーション結果を示している。このとき、焦点レンズ82zの可動距離(被駆動距離)はZである。なお可動距離Zは、焦点レンズ82zの中心における光軸方向の変位量で測っている。 In FIG. 3B, the variable focus unit 82 includes a pair of a positive lens 82b and a negative lens 82a, so that the variable focal length portion 82 is composed of only the focal lens 82z as shown in FIG. 3A. It was explained that the range in which the focal position can be changed can be lengthened (F1> F0) as compared with the case of. On the contrary, it will be described in more detail that the movable distance of the positive lens 82b is made shorter than the movable distance Z of the focal lens 82z by making the range in which the focal variable portion 82 changes the focal position the same. FIG. 4 is a diagram showing an optical simulation result when the focus variable portion according to the first embodiment of the present invention is moved. In the optical configuration shown in FIG. 4, the optical sensor 85 is installed at a position where the coordinates on the horizontal axis in the figure are 0 mm, and the aperture portion 87 is provided on the left side (pupil position) in the figure of the object-side lens 86. A lens for adjusting the working distance and aberration of the object-side lens 86 may be installed in the aperture portion 87, the diameter of the lens may be reduced, or the surface of the lens may be masked with a shield such as paint. By doing so, the lens itself can function as an aperture. In FIG. 4 and the subsequent optical simulation results, a lens may be installed in the aperture portion 87. The optical simulation used in FIG. 4 shows an approximate calculation result based on the theoretical formula of the thin-walled lens, but another simulation method (for example, a strict ray tracing method based on Snell's law) is shown. It goes without saying that a similar result can be obtained by). Further, in FIG. 4, for the same configuration as that shown in FIG. 3, the same reference numerals are given and detailed description will not be repeated. Further, the beam splitter 84 and the light source unit 81 shown in FIG. 3 are omitted in FIG. FIG. 4A shows an optical simulation corresponding to the comparative example shown in FIG. 3A as a comparative example, in which a single focal lens 82z is moved by the drive unit 83 to determine the focal position of the projection pattern. The changing optical simulation results are shown. At this time, the movable distance (driven distance) of the focal lens 82z is Z. The movable distance Z is measured by the amount of displacement in the optical axis direction at the center of the focal lens 82z.

一方、図4(b)では、図3(b)に示した実施形態に対応する光学シミュレーションを示している。すなわち、1組の正レンズ82bと負レンズ82aとを組み合わせた焦点可変部82において、正レンズ82bを駆動部83で可動させて投影パターンの焦点位置を変化させている光学シミュレーション結果を示している。このとき、正レンズ82bの可動距離はZ1である。なお可動距離Z1は、正レンズ82bの中心における光軸方向の変位量で測っている。図4(a)での焦点位置を変化させる範囲と、図4(b)での焦点位置を変化させる範囲とを同じFとした場合、焦点レンズ82zの可動距離Z1が焦点レンズ82zの可動距離Zより短くなっていることが光学シミュレーション結果から明らかである。なお、図4に示す光学シミュレーションでは、焦点レンズ82zの焦点距離fを50mm、物体側レンズ86の焦点距離fを70mm、負レンズ82aの焦点距離f1aを―200mm、および正レンズ82bの焦点距離f1bを40mmとして行っている。 On the other hand, FIG. 4B shows an optical simulation corresponding to the embodiment shown in FIG. 3B. That is, in the focus variable unit 82 in which a set of positive lens 82b and negative lens 82a are combined, the optical simulation result in which the positive lens 82b is moved by the drive unit 83 to change the focal position of the projection pattern is shown. .. At this time, the movable distance of the positive lens 82b is Z1. The movable distance Z1 is measured by the amount of displacement in the optical axis direction at the center of the positive lens 82b. When the range for changing the focal position in FIG. 4 (a) and the range for changing the focal position in FIG. 4 (b) are the same F, the movable distance Z1 of the focal lens 82z is the movable distance of the focal lens 82z. It is clear from the optical simulation results that it is shorter than Z. In the optical simulation shown in FIG. 4, the focal length f 1 of the focal length lens 82z is 50 mm, the focal length f 2 of the object-side lens 86 is 70 mm, the focal length f 1a of the negative lens 82a is −200 mm, and the positive lens 82b. The focal length f 1b is set to 40 mm.

以上のように、本実施の形態1に係る三次元スキャナ100は、光源部81と、対象物200で反射された光源部81からの光を検出する光学センサ85と、光源部81から対象物200を経て光学センサ85に至る光の焦点位置を、所定範囲で変化させることが可能な焦点可変部82と、光学センサ85で検出した光から対象物200の形状情報を演算する制御部40とを備えている。光学センサ85は対象物200で反射された光を検出する検出部を構成する。焦点可変部82は、合成したレンズパワーの値が正となる複数のレンズと、複数のレンズのうち少なくとも一つのレンズを光軸方向に沿って駆動する駆動部83とを含む。複数のレンズは、少なくとも1組の正レンズ82bと負レンズ82aとの組み合わせを含んでいる。そのため、本実施の形態1に係る三次元スキャナ100は、従来の構成のように焦点レンズ82zのみを可動する場合と比べ、可動するレンズ(正レンズ82b)のレンズパワーを大きくすることが可能となるため、効率良く焦点位置を可動することができるようになり、レンズの位置の可動範囲を短くして小型化することができる。なお、三次元スキャナ100では、レンズの位置の可動範囲を短くすることで、駆動部83のモータも小型化でき、さらにモータの消費電力や発熱量を小さく抑えることができる。また、焦点可変部82を複数のレンズで構成することにより、光学設計において、収差低減のために調整できるレンズ曲面の数や選択できるガラス材料の数が増えるため、設計の自由度が高くなるメリットがある。 As described above, in the three-dimensional scanner 100 according to the first embodiment, the light source unit 81, the optical sensor 85 that detects the light from the light source unit 81 reflected by the object 200, and the object from the light source unit 81. A focus variable unit 82 capable of changing the focal position of light reaching the optical sensor 85 via 200 in a predetermined range, and a control unit 40 for calculating shape information of the object 200 from the light detected by the optical sensor 85. It has. The optical sensor 85 constitutes a detection unit that detects the light reflected by the object 200. The focus variable unit 82 includes a plurality of lenses having a positive combined lens power value, and a drive unit 83 that drives at least one of the plurality of lenses along the optical axis direction. The plurality of lenses include a combination of at least one set of positive lenses 82b and negative lenses 82a. Therefore, the three-dimensional scanner 100 according to the first embodiment can increase the lens power of the movable lens (positive lens 82b) as compared with the case where only the focal lens 82z is movable as in the conventional configuration. Therefore, the focal position can be moved efficiently, and the movable range of the lens position can be shortened to reduce the size. In the three-dimensional scanner 100, by shortening the movable range of the lens position, the motor of the drive unit 83 can also be miniaturized, and the power consumption and heat generation amount of the motor can be suppressed to be small. Further, by configuring the focal variable portion 82 with a plurality of lenses, the number of lens curved surfaces that can be adjusted to reduce aberrations and the number of glass materials that can be selected increase in optical design, so that the degree of freedom in design is increased. There is.

三次元スキャナ100では、図3(a)に示したような単一の焦点レンズ82zを、図3(b)で示したように合成したレンズパワーが等価な1組の正レンズ82bと負レンズ82aとで置き換えることで、駆動するレンズのレンズパワーを従来よりも大きく設定することが可能となり、高効率な焦点駆動を実現していると説明したが、図3(b)に示した構成は別の見方で捉えることもできる。すなわち、正レンズ82bを焦点レンズ82zとして捉えることもできる。図3(a)に示した構成に対して、負レンズ82aを追加することで光学センサ85の縮小像が形成され、当該縮小像の位置に、縮小像ではなくあたかも本物の小さな光学センサが置かれていると考えれば、正レンズ82bは焦点レンズ82zとして機能していると言える。つまり、三次元スキャナ100は、ある別の局面として、光源部81と、光学センサ85と、光源部81から対象物200を経て光学センサ85に至る光の焦点位置を変化させることが可能な焦点レンズ(正レンズ82b)と、焦点レンズを光軸方向に沿って駆動する駆動部83と、焦点レンズと同じ光軸上に設けられた少なくとも一つの負レンズ82aと、制御部40とを備える構成であると捉えることができる。そして、焦点レンズと負レンズ82aとを合成したレンズパワーの値が正であって、合成した焦点位置の可動範囲が所定範囲となるよう構成されている。負レンズ82aを光軸上に追加することによって光学センサ85の縮小像が形成され、焦点位置の駆動効率を決定するパラメータの一つである拡大投影倍率M1を調整することが可能となるため、三次元スキャナ100の小型化に有利な構成となる。 In the three-dimensional scanner 100, a single focal lens 82z as shown in FIG. 3A is combined with a pair of positive lenses 82b and negative lenses having equivalent lens powers as shown in FIG. 3B. It was explained that by replacing with 82a, the lens power of the driving lens can be set higher than before, and highly efficient focus drive is realized. However, the configuration shown in FIG. 3 (b) is It can be seen from a different perspective. That is, the positive lens 82b can be regarded as the focal lens 82z. By adding the negative lens 82a to the configuration shown in FIG. 3A, a reduced image of the optical sensor 85 is formed, and a real small optical sensor is placed at the position of the reduced image as if it were not a reduced image. Considering that, it can be said that the positive lens 82b functions as the focal lens 82z. That is, as another aspect, the three-dimensional scanner 100 has a focus capable of changing the focal position of the light from the light source unit 81, the optical sensor 85, and the light source unit 81 through the object 200 to the optical sensor 85. A configuration including a lens (positive lens 82b), a drive unit 83 for driving the focus lens along the optical axis direction, at least one negative lens 82a provided on the same optical axis as the focus lens, and a control unit 40. Can be regarded as. The value of the lens power obtained by combining the focal lens and the negative lens 82a is positive, and the movable range of the combined focal position is within a predetermined range. By adding the negative lens 82a on the optical axis, a reduced image of the optical sensor 85 is formed, and it becomes possible to adjust the magnifying projection magnification M1 which is one of the parameters that determine the driving efficiency of the focal position. This configuration is advantageous for miniaturization of the three-dimensional scanner 100.

また、駆動部83は、焦点可変部82を構成する複数のレンズのうちレンズパワーの絶対値が最大のレンズ(正レンズ82b)を光軸方向に沿って駆動させてもよい。具体的に、駆動部83は、正レンズ82bのレンズパワー(1/f1b)の絶対値が、負レンズ82aのレンズパワー(1/f1a)の絶対値より大きいので、正レンズ82bを可動させる。例えば、正レンズ82bのレンズパワー(1/f1b)を1/(40mm)、負レンズ82aのレンズパワー(1/f1a)を1/(−200mm)とした場合、正レンズ82bのレンズパワーの絶対値が大きくなる。レンズパワーの絶対値が最大のレンズを駆動することで、効率良く対象物上での焦点位置の駆動することができるため、三次元スキャナ100の小型化に有利な構成となる。 Further, the drive unit 83 may drive the lens (positive lens 82b) having the maximum absolute value of the lens power among the plurality of lenses constituting the focus variable unit 82 along the optical axis direction. Specifically, the drive unit 83, the absolute value of the lens power of the positive lens 82b (1 / f 1b) is larger than the absolute value of the lens power of the negative lens 82a (1 / f 1a), a movable positive lens 82b Let me. For example, when the lens power (1 / f 1b ) of the positive lens 82b is 1 / (40 mm) and the lens power (1 / f 1a ) of the negative lens 82a is 1 / (-200 mm), the lens power of the positive lens 82b The absolute value of is large. By driving the lens having the maximum absolute value of the lens power, the focal position on the object can be efficiently driven, which is advantageous for miniaturization of the three-dimensional scanner 100.

さらに、焦点可変部82を構成する複数のレンズは、合成したレンズパワーの絶対値に比べて、大きなレンズパワーの絶対値を有するレンズを少なくとも含めてもよい。具体的に、正レンズ82bのレンズパワー(1/f1b)の絶対値は、焦点可変部82の合成したレンズパワー{(f1a+f1b)/(f1a・f1b)}=焦点レンズ82zのレンズパワー(1/f)の絶対値より大きい。例えば、正レンズ82bのレンズパワー(1/f1b)を1/(40mm)、負レンズ82aのレンズパワー(1/f1a)を1/(−200mm)とした場合、合成したレンズパワー{(f1a+f1b)/(f1a・f1b)}=4/(200mm)より正レンズ82bのレンズパワー1/(40mm)=5/(200mm)の方が大きい。 Further, the plurality of lenses constituting the focal variable unit 82 may include at least a lens having an absolute value of lens power larger than the absolute value of the combined lens power. Specifically, the absolute value of the lens power (1 / f 1b ) of the positive lens 82b is the combined lens power of the focal variable portion 82 {(f 1a + f 1b ) / (f 1a · f 1b )} = focal lens 82z. It is larger than the absolute value of the lens power (1 / f 1 ) of. For example, when the lens power (1 / f 1b ) of the positive lens 82b is 1 / (40 mm) and the lens power (1 / f 1a ) of the negative lens 82a is 1 / (-200 mm), the combined lens power {( The lens power 1 / (40 mm) = 5 / (200 mm) of the positive lens 82b is larger than that of f 1a + f 1b ) / (f 1a · f 1b )} = 4 / (200 mm).

なお、図3(b)および図4(b)で説明した焦点可変部82では、光学センサ85側から負レンズ82a、正レンズ82bの順に配置してあるが、レンズを配置する順序はこれに限定されない。すなわち負レンズ82aと正レンズ82bの位置を入れ替えてもよい。また、負レンズ82aは、1枚のレンズとして説明したが、合成負レンズでもよい。例えば、合成焦点距離が負となるダブレットレンズやトリプレットレンズであってもよい。 In the focus variable portion 82 described with reference to FIGS. 3 (b) and 4 (b), the negative lens 82a and the positive lens 82b are arranged in this order from the optical sensor 85 side, but the order of arranging the lenses is this. Not limited. That is, the positions of the negative lens 82a and the positive lens 82b may be exchanged. Further, although the negative lens 82a has been described as a single lens, a synthetic negative lens may also be used. For example, it may be a doublet lens or a triplet lens having a negative composite focal length.

(実施の形態2)
実施の形態1に係る三次元スキャナ100では、図3(b)に示すように正レンズ82bのみを可動させている構成について説明した。本実施の形態2に係る三次元スキャナでは、レンズの可動に合わせてカウンタウェイトを可動させる焦点可変部の構成について説明する。
(Embodiment 2)
In the three-dimensional scanner 100 according to the first embodiment, a configuration in which only the positive lens 82b is movable as shown in FIG. 3B has been described. In the three-dimensional scanner according to the second embodiment, the configuration of the focus variable portion in which the counterweight is moved according to the movement of the lens will be described.

図5は、本発明の実施の形態2に係る焦点可変部の構成を説明するための概略図である。なお、図5において、図3で示した構成と同じ構成については、同じ符号を付与して詳細な説明を繰り返さない。図5(a)では、比較例として単独の焦点レンズ82zを駆動部83で可動させて投影パターンの焦点位置を変化させている。駆動部83は、スライダ83aに固定された焦点レンズ82zを、光軸方向に延びるレール83b上をモータで可動させる。駆動部83は、スライダ83cにカウンタウェイト83dを固定し、レール83b上で焦点レンズ82zとは逆位相でカウンタウェイト83dを可動させる。焦点レンズ82zの可動にあわせて逆位相でカウンタウェイト83dが可動するので、焦点レンズ82zの可動によって発生する振動がカウンタウェイト83dの可動によって発生する振動でキャンセルされて低減することができる。なお、図5(a)に示す焦点レンズ82zは、可動距離をZとし、投影パターンの焦点位置を変化させる範囲をFとしている。 FIG. 5 is a schematic view for explaining the configuration of the focus variable portion according to the second embodiment of the present invention. Note that, in FIG. 5, for the same configuration as that shown in FIG. 3, the same reference numerals are given and detailed description will not be repeated. In FIG. 5A, as a comparative example, a single focus lens 82z is moved by the drive unit 83 to change the focal position of the projection pattern. The drive unit 83 moves the focus lens 82z fixed to the slider 83a on the rail 83b extending in the optical axis direction by a motor. The drive unit 83 fixes the counterweight 83d to the slider 83c, and moves the counterweight 83d on the rail 83b in a phase opposite to that of the focus lens 82z. Since the counterweight 83d moves in the opposite phase in accordance with the movement of the focus lens 82z, the vibration generated by the movement of the focus lens 82z can be canceled and reduced by the vibration generated by the movement of the counterweight 83d. In the focal lens 82z shown in FIG. 5A, the movable distance is Z, and the range in which the focal position of the projection pattern is changed is F.

図3(b)で示した焦点可変部82において、可動させる正レンズ82bに対応して図5(a)で示したカウンタウェイト83dを同様に設けることができる。つまり、図5(a)で示した構成において、焦点レンズ82zを正レンズ82bに替え、さらに負レンズ82aを追加する構成である。カウンタウェイト83dを追加した分、部品点数が増えるが、可動させる正レンズ82bによる振動を低減することができる。 In the focal variable portion 82 shown in FIG. 3B, the counterweight 83d shown in FIG. 5A can be similarly provided corresponding to the movable positive lens 82b. That is, in the configuration shown in FIG. 5A, the focal lens 82z is replaced with the positive lens 82b, and the negative lens 82a is further added. Although the number of parts increases by the addition of the counterweight 83d, the vibration caused by the movable positive lens 82b can be reduced.

一方、図5(b)では、焦点可変部82が1組の正レンズ82bと負レンズ82aとの組み合わせを含み、さらに駆動部83で正レンズ82bと負レンズ82aとを光軸方向に沿って互いに反対の向きに駆動する。駆動部83は、スライダ83aに固定された正レンズ82bと、スライダ83cに固定された負レンズ82aとを、光軸方向に延びるレール83b上においてモータで可動させる。もちろん、正レンズ82bと負レンズ82aとは逆位相で可動される。これにより、負レンズ82aは、正レンズ82bの可動による振動を低減するためのカウンタウェイトとして機能させることができ、別途カウンタウェイト83dを追加する必要がない。すなわち、負レンズ82aは正レンズ82bのカウンタウェイトとして用いられている。負レンズ82aは、正レンズ82bのカウンタウェイトとして機能させるために重量や振幅等を調整してある。つまり、正レンズ82bの運動量(=振幅×駆動方向×レンズ重量)をキャンセル(カウンターバランス)されるように負レンズ82aの重量、駆動振幅が設定され、正レンズ82bの運動量と負レンズ82aの運動量との和が0(ゼロ)である。例えば、正レンズ82bの重量が負レンズ82aの重量よりも大きい場合に、正レンズ82b側の振幅を負レンズ82a側の振幅よりも小さくするように調整できる。無論、正レンズ82bと負レンズ82aとの差分を補う重量の図示しないカウンタウェイトを、軽い側に付加するべく、スライダ83aとスライダ83cの一方に設けるようにしてもよい。また、レンズの重量だけでなく、他の駆動する部材の重量(例えばレンズを保持するためのホルダ部材の重量や、スライダ83a、83b自体の重量)も併せて調整することで、可動部全体がカウンターバランスされるよう構成されていてもよい。 On the other hand, in FIG. 5B, the variable focus unit 82 includes a combination of a set of a positive lens 82b and a negative lens 82a, and a drive unit 83 connects the positive lens 82b and the negative lens 82a along the optical axis direction. Drive in opposite directions. The drive unit 83 moves the positive lens 82b fixed to the slider 83a and the negative lens 82a fixed to the slider 83c by a motor on the rail 83b extending in the optical axis direction. Of course, the positive lens 82b and the negative lens 82a are moved in opposite phases. As a result, the negative lens 82a can function as a counterweight for reducing vibration due to the movement of the positive lens 82b, and there is no need to add a separate counterweight 83d. That is, the negative lens 82a is used as a counterweight for the positive lens 82b. The weight, amplitude, and the like of the negative lens 82a are adjusted so as to function as a counterweight of the positive lens 82b. That is, the weight and drive amplitude of the negative lens 82a are set so as to cancel (counterbalance) the momentum (= amplitude x drive direction x lens weight) of the positive lens 82b, and the momentum of the positive lens 82b and the momentum of the negative lens 82a. The sum with and is 0 (zero). For example, when the weight of the positive lens 82b is larger than the weight of the negative lens 82a, the amplitude on the positive lens 82b side can be adjusted to be smaller than the amplitude on the negative lens 82a side. Of course, a counter weight (not shown) that compensates for the difference between the positive lens 82b and the negative lens 82a may be provided on one of the slider 83a and the slider 83c in order to add a counter weight (not shown) to the light side. Further, by adjusting not only the weight of the lens but also the weight of other driving members (for example, the weight of the holder member for holding the lens and the weight of the sliders 83a and 83b themselves), the entire movable part can be adjusted. It may be configured to be counterbalanced.

さらに、焦点可変部82では、正レンズ82bと負レンズ82aとを光軸方向に沿って互いに反対の向きに駆動するので、正レンズ82bおよび負レンズ82aのそれぞれの可動距離Z2は、正レンズ82bのみを可動させた場合の可動距離Z1よりも短くなる。前述のとおり、正レンズ82bの重量と負レンズ82aの重量の一方が他方より大きい場合、例えば正レンズ82bの重量が負レンズ82aの重量よりも大きい場合に、正レンズ82b側の振幅と負レンズ82a側の振幅が異なるよう構成されていてもよく、この場合であっても、正レンズ82bの可動距離Z2bも負レンズ82aの可動距離Z2aも、正レンズ82bのみを可動させた場合の可動距離Z1よりも短くなるように構成するのが好適である。具体的に、光学シミュレーション結果に基づいて説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係る焦点可変部を可動させた場合の光学シミュレーション結果を示す図である。なお、図6において、図4で示した構成と同じ構成については、同じ符号を付与して詳細な説明を繰り返さない。図6(a)では、1組の正レンズ82bと負レンズ82aとを組み合わせた焦点可変部82において、正レンズ82bのみを駆動部83で可動させて投影パターンの焦点位置を変化させている光学シミュレーション結果を示している。このとき、正レンズ82bの可動距離はZ1である。 Further, in the variable focus unit 82, the positive lens 82b and the negative lens 82a are driven in opposite directions along the optical axis direction, so that the movable distances Z2 of the positive lens 82b and the negative lens 82a are the positive lens 82b. It is shorter than the movable distance Z1 when only the lens is moved. As described above, when one of the weight of the positive lens 82b and the weight of the negative lens 82a is heavier than the other, for example, when the weight of the positive lens 82b is larger than the weight of the negative lens 82a, the amplitude on the positive lens 82b side and the negative lens The amplitude on the 82a side may be different, and even in this case, both the movable distance Z2b of the positive lens 82b and the movable distance Z2a of the negative lens 82a are the movable distances when only the positive lens 82b is moved. It is preferable that the lens is shorter than Z1. Specifically, the description will be given based on the optical simulation results. FIG. 6 is a diagram showing an optical simulation result when the focus variable portion according to the second embodiment of the present invention is moved. Note that, in FIG. 6, for the same configuration as that shown in FIG. 4, the same reference numerals are given and detailed description will not be repeated. In FIG. 6A, in the focus variable unit 82 in which a set of positive lens 82b and negative lens 82a are combined, only the positive lens 82b is moved by the drive unit 83 to change the focal position of the projection pattern. The simulation results are shown. At this time, the movable distance of the positive lens 82b is Z1.

一方、図6(b)では、1組の正レンズ82bと負レンズ82aとを組み合わせた焦点可変部82において、正レンズ82bおよび負レンズ82aを駆動部83でそれぞれ可動させて投影パターンの焦点位置を変化させている光学シミュレーション結果を示している。このとき、正レンズ82bおよび負レンズ82aのそれぞれの可動距離はZ2である。図6(a)で焦点位置を変化させる範囲と、図6(b)で焦点位置を変化させる範囲とを同じFとした場合、正レンズ82bの可動距離Z2が正レンズ82bの可動距離Z1より短くなっていることが光学シミュレーション結果から明らかである。なお、図6に示す光学シミュレーションでは、物体側レンズ86の焦点距離fを70mm、負レンズ82aの焦点距離f1aを―200mm、および正レンズ82bの焦点距離f1bを40mmとして行っている。 On the other hand, in FIG. 6B, in the focal variable unit 82 in which a pair of positive lens 82b and negative lens 82a are combined, the positive lens 82b and the negative lens 82a are moved by the drive unit 83 to move the focal position of the projection pattern. The optical simulation result of changing the lens is shown. At this time, the movable distances of the positive lens 82b and the negative lens 82a are Z2. When the range in which the focal position is changed in FIG. 6A and the range in which the focal position is changed in FIG. 6B are the same F, the movable distance Z2 of the positive lens 82b is larger than the movable distance Z1 of the positive lens 82b. It is clear from the optical simulation results that it is shortened. In the optical simulation shown in FIG. 6, the focal length f 2 of the object-side lens 86 is 70 mm, the focal length f 1a of the negative lens 82a is −200 mm, and the focal length f 1b of the positive lens 82b is 40 mm.

以上のように、焦点可変部82は、駆動部83で駆動されるレンズ(例えば、正レンズ82b)とは反対方向に駆動されるカウンタウェイトをさらに含めてもよい。これにより、焦点可変部82は、正レンズ82bの可動によって発生する振動を低減することができる。また、駆動部83が駆動する複数のレンズのうち一つのレンズ(例えば、負レンズ82a)を他のレンズ(例えば、正レンズ82b)のカウンタウェイトとして用いてもよい。これにより、別途、カウンタウェイトを設ける必要がないので構成する部品点数を減らせることができる。さらに、駆動部83は、複数のレンズに含まれる正レンズ82bと負レンズ82aとを光軸方向に沿って互いに反対の向きに駆動することで、さらに効率よく物体上での焦点位置を駆動することが可能となるため、正レンズ82bおよび負レンズ82aのそれぞれの可動距離Z2を短くすることができ更なる小型化が可能となるという相乗効果が生まれる。 As described above, the variable focus unit 82 may further include a counterweight driven in the direction opposite to the lens driven by the drive unit 83 (for example, the positive lens 82b). As a result, the variable focus unit 82 can reduce the vibration generated by the movement of the positive lens 82b. Further, one lens (for example, the negative lens 82a) of the plurality of lenses driven by the drive unit 83 may be used as a counterweight for the other lens (for example, the positive lens 82b). As a result, it is not necessary to separately provide a counterweight, so that the number of constituent parts can be reduced. Further, the drive unit 83 drives the positive lens 82b and the negative lens 82a included in the plurality of lenses in opposite directions along the optical axis direction to more efficiently drive the focal position on the object. Therefore, the movable distance Z2 of each of the positive lens 82b and the negative lens 82a can be shortened, and a synergistic effect is produced in which further miniaturization becomes possible.

(実施の形態3)
実施の形態1に係る三次元スキャナ100では、図3(b)に示すように1組の正レンズ82bと負レンズ82aとを組み合わせた焦点可変部82を有する構成について説明した。本実施の形態3に係る三次元スキャナでは、焦点可変部を構成する正レンズと負レンズとのレンズパワーのバランスにより焦点位置を変化させる範囲が変化することについて説明する。
(Embodiment 3)
In the three-dimensional scanner 100 according to the first embodiment, as shown in FIG. 3B, a configuration having a focal variable portion 82 in which a set of a positive lens 82b and a negative lens 82a are combined has been described. In the three-dimensional scanner according to the third embodiment, it will be described that the range in which the focal position is changed changes depending on the balance of the lens powers of the positive lens and the negative lens constituting the focal variable portion.

図7は、本発明の実施の形態3に係る焦点可変部を可動させた場合の光学シミュレーション結果を示す図である。図7(a)〜図7(c)では、いずれの構成においても焦点可変部82を構成する複数のレンズの合成焦点距離が50mmとなるように構成されているが、焦点可変部82を構成する複数のレンズのパワーバランスが、図7(a)〜図7(c)ではそれぞれ異なっている。なお、図7において、図4で示した構成と同じ構成については、同じ符号を付与して詳細な説明を繰り返さない。図7(a)では、1組の正レンズ82bと負レンズ82aとを組み合わせた焦点可変部82において、正レンズ82bのみを駆動部83で可動させて投影パターンの焦点位置を変化させている光学シミュレーション結果を示している。このとき、負レンズ82aの焦点距離f1aを−200mmとし、正レンズ82bの焦点距離f1bを40mmとする。 FIG. 7 is a diagram showing an optical simulation result when the focus variable portion according to the third embodiment of the present invention is moved. In FIGS. 7 (a) to 7 (c), the combined focal lengths of the plurality of lenses constituting the variable focus unit 82 are set to 50 mm in any of the configurations, but the variable focal length unit 82 is configured. The power balances of the plurality of lenses are different in FIGS. 7 (a) to 7 (c). Note that, in FIG. 7, the same components as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will not be repeated. In FIG. 7A, in the focus variable unit 82 in which a set of positive lens 82b and negative lens 82a are combined, only the positive lens 82b is moved by the drive unit 83 to change the focal position of the projection pattern. The simulation results are shown. At this time, the focal length f 1a of the negative lens 82a is set to −200 mm, and the focal length f 1b of the positive lens 82b is set to 40 mm.

図7(b)では、1組の正レンズ82dと負レンズ82cとを組み合わせた焦点可変部82において、正レンズ82dのみを駆動部83で可動させて投影パターンの焦点位置を変化させている光学シミュレーション結果を示している。このとき、負レンズ82cの焦点距離f1cを−117mmとし、正レンズ82dの焦点距離f1dを35mmとする。図7(c)では、1組の正レンズ82fと負レンズ82eとを組み合わせた焦点可変部82において、正レンズ82fのみを駆動部83で可動させて投影パターンの焦点位置を変化させている光学シミュレーション結果を示している。このとき、負レンズ82eの焦点距離f1eを−75mmとし、正レンズ82fの焦点距離f1fを30mmとする。 In FIG. 7B, in the focal variable unit 82 in which a set of positive lens 82d and negative lens 82c are combined, only the positive lens 82d is moved by the drive unit 83 to change the focal position of the projection pattern. The simulation results are shown. At this time, the focal length f 1c of the negative lens 82c is set to -117 mm, and the focal length f 1d of the positive lens 82d is set to 35 mm. In FIG. 7C, in the focal variable unit 82 in which a set of positive lens 82f and negative lens 82e are combined, only the positive lens 82f is moved by the drive unit 83 to change the focal position of the projection pattern. The simulation results are shown. At this time, the focal length f 1e of the negative lens 82e is set to −75 mm, and the focal length f 1f of the positive lens 82f is set to 30 mm.

可動させる正レンズ82b,82d,82fの可動距離をすべて同じZにした場合、図7(a)において焦点位置を変化させる範囲F1、図7(b)において焦点位置を変化させる範囲F2、図7(c)において焦点位置を変化させる範囲F3の順で長くなっていることが光学シミュレーション結果から明らかである。なお、図7に示す光学シミュレーションでは、物体側レンズ86の焦点距離fを70mmとして行っている。 When the movable distances of the movable positive lenses 82b, 82d, and 82f are all set to the same Z, the range F1 for changing the focal position in FIG. 7A and the range F2 for changing the focal position in FIG. 7B, FIG. It is clear from the optical simulation results that the range F3 in which the focal position is changed becomes longer in the order of (c). In the optical simulation shown in FIG. 7, the focal length f 2 of the object-side lens 86 is set to 70 mm.

以上のように、焦点可変部82を構成する正レンズ82bと負レンズ82aとのレンズパワーのバランスを変更することで、焦点位置を変化させる範囲Fを変更することが可能になる。これにより、設計の自由度が高くなるメリットがある。例えば、一般的にレンズパワーの大きなレンズは収差が大きく結像性能が悪かったり、加工が難しいこと等から製造コストが増加したりする。結像性能を改善したい場合、および/または製造コストや加工の負担を軽減したい場合にはレンズパワーの小さな正レンズ82bを用いるようにし、結像性能の劣化すること、および/または製造コストや加工の負担が大きくなることを許容してでも、焦点位置の変化範囲を伸ばしたい場合や焦点位置の変化範囲を小さく抑えて可動距離Zを小さくしたい場合には、レンズパワーの大きな正レンズ82fを用いるようにするなど、適宜選択ができる。また、正レンズ82bを用いた製品、正レンズ82dを用いた製品、正レンズ82fを用いた製品を全て製造し、製品のラインナップの充実を図ることもできる。 As described above, by changing the balance of the lens power between the positive lens 82b and the negative lens 82a constituting the focal variable portion 82, it is possible to change the range F in which the focal position is changed. This has the advantage of increasing the degree of freedom in design. For example, in general, a lens having a large lens power has a large aberration and poor imaging performance, and is difficult to process, so that the manufacturing cost increases. If you want to improve the imaging performance and / or reduce the manufacturing cost and processing burden, use a positive lens 82b with a small lens power to deteriorate the imaging performance and / or manufacture the manufacturing cost and processing. If you want to extend the range of change in the focal position or if you want to keep the range of change in the focal position small and reduce the movable distance Z even if you allow the load to increase, use a positive lens 82f with a large lens power. You can make an appropriate selection. It is also possible to manufacture all products using the positive lens 82b, products using the normal lens 82d, and products using the normal lens 82f to enhance the product lineup.

(実施の形態4)
実施の形態1に係る三次元スキャナ100では、図3(b)に示すように1組の正レンズ82bと負レンズ82aとを組み合わせた焦点可変部82を有する構成について説明した。しかし、複数のレンズを組み合わせて焦点可変部82を構成する場合、正レンズ82bの焦点距離f1bおよび負レンズ82aの焦点距離f1a以外の条件を付加することができる。本実施の形態4に係る三次元スキャナでは、複数のレンズで焦点可変部を構成する場合に付加する条件について説明する。
(Embodiment 4)
In the three-dimensional scanner 100 according to the first embodiment, as shown in FIG. 3B, a configuration having a focal variable portion 82 in which a set of a positive lens 82b and a negative lens 82a are combined has been described. However, when configuring the varifocal portion 82 by combining a plurality of lenses, it can be added to the focal length f 1b and focal length conditions other than f 1a of the negative lens 82a of the positive lens 82b. In the three-dimensional scanner according to the fourth embodiment, the conditions to be added when the focal variable portion is formed by a plurality of lenses will be described.

一般にレンズを構成する材料(光学ガラスや光学プラスチックなど)の屈折率は光の波長によって異なるため、レンズの焦点距離には波長依存性が生じ、色収差が発生する。特に、複数のレンズで焦点可変部を構成する場合、それぞれのレンズにおける異なる焦点距離の波長依存性により、組み合わせ後の波長依存性がさらに大きくなることがある。そこで、組み合わせ後の波長依存性がさらに大きくならないように構成する条件として、例えば、駆動される正レンズのアッベ数を、負レンズのアッベ数より大きくする。当該条件に基づき焦点可変部を構成することで焦点距離の波長依存性を低減することができる。つまり、正レンズと負レンズとで焦点距離の波長依存性をキャンセルさせることができる。なお、アッベ数とは、光の分散に対する屈折度の比を示した、光学媒質の定数であり、アッベ数が小さいほど、波長依存性が大きい材料であることを意味する。 In general, the refractive index of a material (optical glass, optical plastic, etc.) constituting a lens differs depending on the wavelength of light, so that the focal length of the lens becomes wavelength-dependent and chromatic aberration occurs. In particular, when the focal variable portion is composed of a plurality of lenses, the wavelength dependence after the combination may be further increased due to the wavelength dependence of different focal lengths in each lens. Therefore, as a condition for configuring the combination so that the wavelength dependence does not become larger, for example, the Abbe number of the driven positive lens is made larger than the Abbe number of the negative lens. By configuring the focal variable portion based on the conditions, the wavelength dependence of the focal length can be reduced. That is, the wavelength dependence of the focal length can be canceled between the positive lens and the negative lens. The Abbe number is a constant of the optical medium showing the ratio of the refractive index to the dispersion of light, and the smaller the Abbe number, the larger the wavelength dependence of the material.

具体例に基づいて説明する。図8は、本発明の実施の形態4に係る焦点可変部の構成を説明するための概略図である。なお、図8において、図3で示した構成と同じ構成については、同じ符号を付与して詳細な説明を繰り返さない。本実施の形態4に係る焦点可変部82では、図8に示すように1組の正レンズ82hと負レンズ82gとの組み合わせを含んでいる。そして、駆動部により正レンズ82hが可動される。なお、駆動部83の図示は省略する。さらに、正レンズ82hには、アッベ数が大きいクラウンガラスを用い、負レンズ82gには、アッベ数が小さいフリントガラスを用いている。そのため、焦点可変部82は、高アッベ数の正レンズ82hと低アッベ数の負レンズ82gとを組合せて合成焦点距離の波長依存性を低減する構成となっている。 This will be described based on a specific example. FIG. 8 is a schematic view for explaining the configuration of the focus variable portion according to the fourth embodiment of the present invention. Note that, in FIG. 8, the same configuration as that shown in FIG. 3 is given the same reference numerals and detailed description will not be repeated. The variable focus unit 82 according to the fourth embodiment includes a combination of a set of a positive lens 82h and a negative lens 82g as shown in FIG. Then, the positive lens 82h is moved by the drive unit. The drive unit 83 is not shown. Further, a crown glass having a large Abbe number is used for the positive lens 82h, and a flint glass having a small Abbe number is used for the negative lens 82g. Therefore, the focal variable unit 82 is configured to reduce the wavelength dependence of the combined focal length by combining a positive lens 82h having a high Abbe number and a negative lens 82g having a low Abbe number.

以上のように、本実施の形態4に係る焦点可変部82では、駆動されるレンズが正レンズ82hであって、アッベ数が複数のレンズに含まれる負レンズ82gのアッベ数より大きくすることで、焦点可変部82の合成焦点距離の波長依存性を低減することができる。 As described above, in the focal length variable unit 82 according to the fourth embodiment, the driven lens is the positive lens 82h, and the Abbe number is larger than the Abbe number of the negative lens 82g included in the plurality of lenses. , The wavelength dependence of the combined focal length of the focal variable unit 82 can be reduced.

また、複数のレンズで焦点可変部82を構成する場合、複数のレンズの全体で色消し条件を満たすように、複数のレンズに含まれる各々のレンズの光学特性値を決定してもよい。なお、色消し条件とは、例えばレンズパワー/アッベ数の値を、焦点可変部82を構成する全てのレンズについて足し合わせた合計値が、略0(ゼロ)となる条件である。 Further, when the focal variable unit 82 is composed of a plurality of lenses, the optical characteristic value of each lens included in the plurality of lenses may be determined so that the achromaticity condition is satisfied in the entire plurality of lenses. The achromatic condition is a condition in which, for example, the total value obtained by adding the values of the lens power / Abbe number for all the lenses constituting the focal variable unit 82 is approximately 0 (zero).

さらに、複数のレンズで焦点可変部82を構成する場合、複数のレンズの合成焦点距離の温度依存性を調整するように、複数のレンズに含まれる各々のレンズを構成する材料光学特性値(熱アッベ数など)を決定してもよい。例えばレンズパワー/熱アッベ数の値を、焦点可変部82を構成する全てのレンズについて足し合わせた合計値が、略0(ゼロ)となる条件にて設計することで、レンズの材料の温度依存性に起因する焦点可変部82の温度依存性が低減される。また、レンズの材料の温度依存性だけでなく、レンズの筐体の熱膨張に起因する、焦点可変部82の合成焦点距離の温度依存性を低減するよう、光学特性値(熱アッベ数など)を決定してもよい。焦点可変部82は正レンズと負レンズの両方を少なくとも含んでいるため、色収差や温度依存性といった諸特性を調整するための設計自由度が向上する。 Further, when the focal variable portion 82 is composed of a plurality of lenses, the material optical characteristic value (heat) constituting each lens included in the plurality of lenses is adjusted so as to adjust the temperature dependence of the combined focal lengths of the plurality of lenses. The Abbe number, etc.) may be determined. For example, by designing the value of the lens power / thermal Abbe number under the condition that the total value obtained by adding all the lenses constituting the varifocal lens 82 is approximately 0 (zero), the temperature depends on the material of the lens. The temperature dependence of the focus variable portion 82 due to the property is reduced. Further, not only the temperature dependence of the lens material, but also the optical characteristic value (heat Abbe number, etc.) so as to reduce the temperature dependence of the combined focal length of the focal variable portion 82 due to the thermal expansion of the lens housing. May be determined. Since the focus variable portion 82 includes at least both a positive lens and a negative lens, the degree of freedom in design for adjusting various characteristics such as chromatic aberration and temperature dependence is improved.

(変形例1)
本発明の実施の形態1〜4に係る焦点可変部82では、1組の正レンズと負レンズとの組み合わせで構成されていると説明した。しかし、焦点可変部は、1組の正レンズと負レンズとの組み合わせが含まれており、そのレンズパワーの和が正となっていれば、3枚以上のレンズを組み合わせた構成であってもよい。具体的に、3枚のレンズを組み合わせた焦点可変部について説明する。図9は、焦点可変部のレンズの組み合わせを説明するための図である。図9に示す焦点可変部は、1枚の負レンズ82iと2枚の正レンズ82j,82kとの3枚のレンズで構成している。まず、図9では、負レンズ82iを静止させる場合と、負レンズ82iを可動させる場合とに分けて記載してある。さらに、図9では、レンズを図中右向きから可動を開始させる右駆動(白矢印で表記)と、レンズを図中左向きから可動を開始させる左駆動(黒矢印で表記)とのいずれかで駆動されることが図示してある。ここで、右駆動と左駆動とは逆位相の駆動である。図9では、さらに正レンズの左駆動無と、正レンズの左駆動有とに分けて記載してある。
(Modification example 1)
It has been explained that the focal variable unit 82 according to the first to fourth embodiments of the present invention is composed of a pair of a positive lens and a negative lens. However, the variable focus unit includes a combination of a pair of positive lenses and a negative lens, and if the sum of the lens powers is positive, even if the configuration is a combination of three or more lenses. Good. Specifically, a variable focus unit that combines three lenses will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining a combination of lenses of the variable focus portion. The variable focus portion shown in FIG. 9 is composed of three lenses, one negative lens 82i and two positive lenses 82j and 82k. First, in FIG. 9, the case where the negative lens 82i is stationary and the case where the negative lens 82i is moved are described separately. Further, in FIG. 9, the lens is driven by either right drive (indicated by a white arrow) in which the lens is started to move from the right direction in the figure or left drive (indicated by a black arrow) in which the lens is started to move from the left direction in the figure. It is illustrated that it is done. Here, the right drive and the left drive are driven in opposite phases. In FIG. 9, the left drive of the positive lens is further divided into the left drive of the positive lens and the left drive of the positive lens.

例えば、図9の左上欄の構成では、負レンズ82iを静止させ、正レンズ82j,82kをともに右駆動させる焦点可変部82の構成を図示してある。一方、図9の右上欄の構成では、負レンズ82iを静止、正レンズ82jを左駆動させて、正レンズ82kを右駆動させる焦点可変部82の構成を図示してある。また、図9の左下欄の構成では、負レンズ82iを左駆動させ、正レンズ82j,82kをともに静止させる焦点可変部82の構成を図示してある。さらに、図9の右下欄の構成では、負レンズ82iを左駆動させ、正レンズ82jを静止、正レンズ82kを左駆動させる焦点可変部82の構成を図示してある。 For example, in the configuration in the upper left column of FIG. 9, the configuration of the focus variable unit 82 in which the negative lens 82i is stationary and the positive lenses 82j and 82k are both driven to the right is illustrated. On the other hand, in the configuration in the upper right column of FIG. 9, the configuration of the focus variable portion 82 in which the negative lens 82i is stationary, the positive lens 82j is driven to the left, and the positive lens 82k is driven to the right is illustrated. Further, in the configuration in the lower left column of FIG. 9, the configuration of the focus variable portion 82 in which the negative lens 82i is driven to the left and the positive lenses 82j and 82k are both stationary is illustrated. Further, in the configuration in the lower right column of FIG. 9, the configuration of the focus variable portion 82 in which the negative lens 82i is driven to the left, the positive lens 82j is stationary, and the positive lens 82k is driven to the left is illustrated.

図9に示すパターンでは、いずれの場合においても、「{(レンズパワー)×(駆動方向の符号)}をすべての負レンズ82iおよび正レンズ82j,82kについて足し合わせた値の絶対値が、レンズパワーをすべての負レンズ82iおよび正レンズ82j,82kについて足し合わせた値よりも大きくなる」という条件を満たすよう焦点可変部82を構成することが可能である。上記条件を満たすように構成することで、焦点可変部82(負レンズ82iおよび正レンズ82j,82k)を合成したものと等価な単一の焦点レンズ82zのみを駆動する構成と比べて、効率よく物体上で焦点位置を駆動することができ、小型化などの優位性が得られる。上記条件は、定性的には「負レンズと正レンズとはなるべく逆相で駆動する方が良く、正レンズ同士はなるべく同相で駆動する方が良い」ことを意味している。また「反対に、負レンズと正レンズとを同相で駆動したり、正レンズ同士を逆相で駆動したりする場合であっても、一方のレンズパワーが十分に小さい場合には不利にはならない」ことを意味している。もちろん上記条件は、焦点可変部82を4枚以上のレンズで構成される場合にも適用可能である。 In the pattern shown in FIG. 9, in any case, the absolute value of the sum of "{(lens power) x (sign of driving direction)} for all negative lenses 82i and positive lenses 82j and 82k is the lens. It is possible to configure the varifocal unit 82 so as to satisfy the condition that the power is greater than the sum of all the negative lenses 82i and the positive lenses 82j and 82k. By configuring so as to satisfy the above conditions, it is more efficient than a configuration in which only a single focal lens 82z equivalent to a composite of the focal variable portions 82 (negative lens 82i and positive lens 82j, 82k) is driven. The focal position can be driven on the object, and advantages such as miniaturization can be obtained. The above condition qualitatively means that "the negative lens and the positive lens should be driven in opposite phases as much as possible, and the positive lenses should be driven in the same phase as much as possible". Also, "On the contrary, even if the negative lens and the positive lens are driven in the same phase or the positive lenses are driven in the opposite phase, there is no disadvantage if the power of one lens is sufficiently small. It means that. Of course, the above conditions can also be applied when the variable focus unit 82 is composed of four or more lenses.

(変形例2)
本発明の実施の形態1〜4に係る三次元スキャナ100では、図3(b)で示したように光源部81から出射された光が、ビームスプリッタ84で曲げられて、焦点可変部82および物体側レンズ86を通過して対象物(図示せず)の位置に投影パターンを投影する。さらに、対象物で反射された光は、逆に物体側レンズ86および焦点可変部82を通過し、さらにビームスプリッタ84を経て光学センサ85で検出される。つまり、本発明の実施の形態1〜4に係る三次元スキャナ100では、光源部81から対象物200を経て光学センサ85に至る光が、焦点可変部82を2度通過する構成について説明した。しかし、当該構成に限定されず、光源部81から対象物200を経て光学センサ85に至る光が、焦点可変部82を1度通過する構成であっても、3度以上通過する構成であってもよい。
(Modification 2)
In the three-dimensional scanner 100 according to the first to fourth embodiments of the present invention, as shown in FIG. 3B, the light emitted from the light source unit 81 is bent by the beam splitter 84, and the focus variable unit 82 and the focus variable unit 82 and The projection pattern is projected to the position of the object (not shown) through the lens 86 on the object side. Further, the light reflected by the object passes through the object-side lens 86 and the varifocal lens 82, and is further detected by the optical sensor 85 through the beam splitter 84. That is, in the three-dimensional scanner 100 according to the first to fourth embodiments of the present invention, the configuration in which the light from the light source unit 81 through the object 200 to the optical sensor 85 passes through the focus variable unit 82 twice has been described. However, the configuration is not limited to this, and even if the light from the light source unit 81 through the object 200 to the optical sensor 85 passes through the focus variable unit 82 once, it passes three times or more. May be good.

具体的に、図10は、焦点可変部を通過する光路を説明するための図である。図10(a)では、光源部81から出射された光が、焦点可変部82を通過して対象物200にパターンを投影する。しかし、対象物200で反射された光は、焦点可変部82を通過せずに光学センサ85で直接検出される。つまり、図10(a)に示す構成は、光源部81から対象物200を経て光学センサ85に至る光が、焦点可変部82を1度通過する構成である。 Specifically, FIG. 10 is a diagram for explaining an optical path passing through the focal variable portion. In FIG. 10A, the light emitted from the light source unit 81 passes through the focus variable unit 82 and projects a pattern onto the object 200. However, the light reflected by the object 200 is directly detected by the optical sensor 85 without passing through the focus variable portion 82. That is, the configuration shown in FIG. 10A is such that the light from the light source unit 81 through the object 200 to the optical sensor 85 passes once through the focus variable unit 82.

図10(b)は、実施の形態1と同様、光源部81から出射された光が、焦点可変部82を通過して対象物200に投影パターンを投影する。さらに、対象物200で反射された光は、焦点可変部82を通過して光学センサ85で検出される。つまり、図10(b)に示す構成は、光源部81から対象物200を経て光学センサ85に至る光が、焦点可変部82を2度通過する構成である。 In FIG. 10B, similarly to the first embodiment, the light emitted from the light source unit 81 passes through the focus variable unit 82 and projects a projection pattern on the object 200. Further, the light reflected by the object 200 passes through the focus variable portion 82 and is detected by the optical sensor 85. That is, the configuration shown in FIG. 10B is such that the light from the light source unit 81 through the object 200 to the optical sensor 85 passes through the focus variable unit 82 twice.

図10(c)では、光源部81から出射された光が、焦点可変部82を通過せずに対象物200に投影パターンを直接投影する。一方、対象物200で反射された光は、焦点可変部82を通過して光学センサ85で検出される。つまり、図10(c)に示す構成は、光源部81から対象物200を経て光学センサ85に至る光が、焦点可変部82を1度通過する構成である。以上のように、光源部81から出射された光(以下、投影光路と呼ぶ)、および対象物200から反射された光(以下、撮像光路と呼ぶ)が焦点可変部82を通過する回数に応じて、3種の変形例を例示したが、合焦法を計測原理とした場合には、図10(b)の構成が最も良い。合焦法では、焦点位置を変えながら対象物200の表面に投影されたパターンの画像を複数回撮像・解析して、当該画像群の中からもっとも焦点の合っている画像を求め、対象物200の三次元形状を得る。その際、画像上にて最もパターンが明瞭に見えた状態が「焦点合っている」と判定される。図10(b)に示した構成では、投影光路および撮像光路の両方について同期させて焦点位置を可変することができる。すなわち、投影光路および撮像光路の両方について焦点が合っている状態では、明瞭なパターンの画像が得られ、それ以外の状態では、投影光路および撮像光路の両方について同時に焦点がずれる。つまり、「ピンボケした投影パターンを、ピンボケしたレンズで撮像する」というようにピンボケの効果が2度働くため、急激にパターンの明瞭度が落ちる。すなわち、パターンの明瞭度(=焦点の合っている度合い)が最大を示した画像を容易に特定しやすくなる。一方で図10(a)や図10(c)の構成では、投影光路および撮像光路のうちの片方についてしか、焦点位置が可変されないため、パターンの明瞭度が最大となった状態以外でも、ある程度大きなパターンの明瞭度を示してしまうため、パターンの明瞭度の最大値を示した画像の特定がやや困難となる。すなわち図10(b)の構成と比べ三次元計測の精度が低下する。また上記のパターンの明瞭度の検出の問題の他にも、図10(a)や図10(c)の構成では一般に、投影光路および撮像光路において焦点可変部82が置かれていない側の光路において、パンフォーカスを得るために絞りを使用した(光量を絞った)レンズを採用する必要があるため、光量が低下してしまう虞がある。しかし、十分に光量が確保できる光源部81やノイズの少ない光学センサ85などを採用する場合や、対象物200が良好な反射特性を示す場合等は、図10(a)や図10(c)の構成でも十分に三次元計測が可能となる。 In FIG. 10C, the light emitted from the light source unit 81 directly projects the projection pattern onto the object 200 without passing through the focus variable unit 82. On the other hand, the light reflected by the object 200 passes through the focus variable portion 82 and is detected by the optical sensor 85. That is, the configuration shown in FIG. 10C is such that the light from the light source unit 81 through the object 200 to the optical sensor 85 passes once through the focus variable unit 82. As described above, depending on the number of times the light emitted from the light source unit 81 (hereinafter referred to as the projected optical path) and the light reflected from the object 200 (hereinafter referred to as the imaging optical path) pass through the focal variable unit 82. Although three types of modifications have been illustrated, the configuration shown in FIG. 10B is the best when the focusing method is used as the measurement principle. In the focusing method, an image of a pattern projected on the surface of the object 200 is imaged and analyzed multiple times while changing the focal position, and the most focused image is obtained from the image group, and the object 200 is obtained. To obtain the three-dimensional shape of. At that time, the state in which the pattern is most clearly visible on the image is determined to be "in focus". In the configuration shown in FIG. 10B, the focal position can be changed in synchronization with both the projection optical path and the imaging optical path. That is, when both the projected optical path and the imaging optical path are in focus, an image with a clear pattern is obtained, and in other states, both the projected optical path and the imaging optical path are simultaneously defocused. That is, since the out-of-focus effect works twice, such as "the out-of-focus projection pattern is imaged with the out-of-focus lens", the intelligibility of the pattern drops sharply. That is, it becomes easy to easily identify the image showing the maximum pattern clarity (= degree of focus). On the other hand, in the configurations of FIGS. 10A and 10C, the focal position is variable only for one of the projection optical path and the imaging optical path, so that the pattern clarity is not maximized to some extent. Since it shows the clarity of a large pattern, it is somewhat difficult to identify the image showing the maximum value of the clarity of the pattern. That is, the accuracy of the three-dimensional measurement is lower than that of the configuration of FIG. 10B. In addition to the problem of detecting the clarity of the pattern described above, in the configurations of FIGS. 10A and 10C, the optical path on the side where the focus variable portion 82 is not placed is generally in the projected optical path and the imaging optical path. In order to obtain pan focus, it is necessary to use a lens that uses a diaphragm (the amount of light is reduced), so that the amount of light may decrease. However, when a light source unit 81 that can secure a sufficient amount of light, an optical sensor 85 with less noise, or the like is adopted, or when the object 200 exhibits good reflection characteristics, FIGS. 10A and 10C are shown. Three-dimensional measurement is sufficiently possible even with this configuration.

(変形例3)
本発明の実施の形態1〜4に係る光源部81は、単一の光源(たとえば、LEDやレーザ素子など)であると説明したが、当該構成に限定されない。光源部81は、複数の光源を集合させて構成してもよい。つまり、複数のLEDやレーザ素子を基板に並べて光源部81を構成してもよい。なお、三次元スキャナ100では、光源部81からの光や対象物200からの反射光を、光ファイバなどのライトガイドを利用して光学センサ85や対象物200に導く構成を採用してもよい。
(Modification 3)
Although the light source unit 81 according to the first to fourth embodiments of the present invention has been described as a single light source (for example, an LED or a laser element), the present invention is not limited to this configuration. The light source unit 81 may be configured by assembling a plurality of light sources. That is, a plurality of LEDs and laser elements may be arranged on the substrate to form the light source unit 81. The three-dimensional scanner 100 may adopt a configuration in which the light from the light source unit 81 or the reflected light from the object 200 is guided to the optical sensor 85 or the object 200 by using a light guide such as an optical fiber. ..

(変形例4)
また、本発明の実施の形態1〜4に係る三次元スキャナの撮像の対象は、口腔内の歯や歯肉に限ったものではなく、外耳道などの生体組織や、建築物の壁の隙間、配管の内部や、空洞を有する工業製品などであっても良く、本発明は、狭隘で死角の生じやすい空間内を計測/観察する用途に対し広く適用可能である。
(Modification example 4)
Further, the object of imaging by the three-dimensional scanner according to the first to fourth embodiments of the present invention is not limited to the teeth and gingiva in the oral cavity, but is not limited to living tissues such as the ear canal, gaps in the walls of buildings, and piping. The inside of the space or an industrial product having a cavity may be used, and the present invention can be widely applied to the application of measuring / observing a space in a narrow space where blind spots are likely to occur.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

10 プローブ、20 接続部、30 光学計測部、40 制御部、50 表示部、60 電源部、80 ハンドピース、81 光源部、82 焦点可変部、82a 負レンズ、82b 正レンズ、83 駆動部、83d カウンタウェイト、84 ビームスプリッタ、85 光学センサ、86 物体側レンズ、87 絞り部、100 三次元スキャナ、200 対象物。 10 Probe, 20 Connection, 30 Optical Measurement, 40 Control, 50 Display, 60 Power Supply, 80 Handpiece, 81 Light Source, 82 Varifocal Lens, 82a Negative Lens, 82b Positive Lens, 83 Drive, 83d Counterweight, 84 beam splitter, 85 optical sensor, 86 object-side lens, 87 aperture, 100 three-dimensional scanner, 200 object.

Claims (9)

対象物の形状情報を取得する三次元スキャナであって、
光源部と、
前記対象物で反射された前記光源部からの光を検出する検出部と、
前記光源部から前記対象物を経て前記検出部に至る光の焦点位置を、所定範囲で変化させることが可能な焦点可変部と、
前記検出部で検出した光から前記対象物の形状情報を演算する演算部とを備え、
前記焦点可変部は、
合成したレンズパワーの値が正となる複数のレンズと、
前記複数のレンズのうち少なくとも一つのレンズを光軸方向に沿って駆動する駆動部とを含み、
前記複数のレンズは、少なくとも1組の正レンズと負レンズとの組み合わせを含んでおり、
前記駆動部が駆動する前記複数のレンズのうち一つのレンズを他のレンズとは反対方向に駆動されるカウンタウェイトとして用いる、三次元スキャナ。
A 3D scanner that acquires shape information of an object,
Light source and
A detection unit that detects light from the light source unit reflected by the object, and a detection unit.
A focus variable unit capable of changing the focal position of light from the light source unit to the detection unit via the object and a predetermined range.
It is provided with a calculation unit that calculates shape information of the object from the light detected by the detection unit.
The variable focus unit is
Multiple lenses with positive combined lens power values,
A drive unit that drives at least one of the plurality of lenses along the optical axis direction is included.
The plurality of lenses include a combination of at least one set of positive and negative lenses .
A three-dimensional scanner in which one of the plurality of lenses driven by the drive unit is used as a counterweight driven in a direction opposite to that of the other lens .
前記駆動部は、前記複数のレンズのうちレンズパワーの絶対値が最大のレンズを光軸方向に沿って駆動する、請求項1に記載の三次元スキャナ。 The three-dimensional scanner according to claim 1, wherein the driving unit drives the lens having the maximum absolute value of the lens power among the plurality of lenses along the optical axis direction. 前記駆動部は、前記複数のレンズに含まれる前記正レンズと前記負レンズとを光軸方向に沿って互いに反対の向きに駆動する、請求項1または請求項2に記載の三次元スキャナ。 The three-dimensional scanner according to claim 1 or 2, wherein the driving unit drives the positive lens and the negative lens included in the plurality of lenses in opposite directions along the optical axis direction. 前記複数のレンズは、
合成したレンズパワーの絶対値に比べて、大きなレンズパワーの絶対値を有するレンズを少なくとも含む、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の三次元スキャナ。
The plurality of lenses
The three-dimensional scanner according to any one of claims 1 to 3, further comprising a lens having an absolute value of lens power larger than the absolute value of the combined lens power.
前記複数のレンズのうち前記駆動部で駆動されるレンズは、前記正レンズであって、アッベ数が前記複数のレンズに含まれる前記負レンズのアッベ数より大きい、請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の三次元スキャナ。 The lens according to claim 1 to 4 , wherein the lens driven by the driving unit among the plurality of lenses is the positive lens, and the Abbe number is larger than the Abbe number of the negative lens included in the plurality of lenses. The three-dimensional scanner according to any one item. 前記複数のレンズの全体で色消し条件を満たすように、前記複数のレンズに含まれるレンズの光学特性値が決定されている、請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の三次元スキャナ。 The three-dimensional aspect according to any one of claims 1 to 5 , wherein the optical characteristic values of the lenses included in the plurality of lenses are determined so that the achromaticity condition is satisfied in the entire plurality of lenses. Scanner. 前記駆動部が駆動する前記複数のレンズのうち一つのレンズが正レンズの場合、前記カウンタウェイトとして用いるレンズが負レンズである、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の三次元スキャナ。The three-dimensional aspect according to any one of claims 1 to 6, wherein when one of the plurality of lenses driven by the drive unit is a positive lens, the lens used as the counterweight is a negative lens. Scanner. 前記カウンタウェイトとして用いるレンズの運動量が、前記カウンタウェイトで振動を低減するレンズの運動量をキャンセルできるように、前記カウンタウェイトとして用いるレンズの振幅を調整する、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の三次元スキャナ。Any one of claims 1 to 7, wherein the amplitude of the lens used as the counter weight is adjusted so that the momentum of the lens used as the counter weight can cancel the momentum of the lens whose vibration is reduced by the counter weight. The three-dimensional scanner described in the section. 前記カウンタウェイトとして用いるレンズの重量と、前記カウンタウェイトで振動を低減するレンズの重量との差をキャンセルできるようにウェイトを付加する、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の三次元スキャナ。The tertiary according to any one of claims 1 to 8, wherein a weight is added so that the difference between the weight of the lens used as the counter weight and the weight of the lens whose vibration is reduced by the counter weight can be canceled. Former scanner.
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