JP6883559B2 - 医療用診療装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療用診療装置に関する。

従来より、物体を直線運動するように構成された装置が知られている。たとえば、特許文献１（特開２０１５−８３９７８号公報）には、レンズやカウンタウェイトを並進ステージを介して機械的に接続するとともに、モータを含む機械的構成によってレンズやカウンタウェイトを並進ステージ上で直線運動させるスキャナが開示されている。

特開２０１５−８３９７８号公報

特許文献１に開示されたスキャナのように物体を直線運動させる機構においては、寸法精度の高い部品を用いて精度良く組み立てなければ、物体を正確に直線運動させることが難しくなる。しかし、実際には、量産時における製造上のバラツキなどにより、常に寸法精度の高い部品を供給することは難しい。寸法にバラツキが生じた部品を用いて組み立てようとすると、どうしても組立上の誤差が生じてしまい、物体を正確に直線運動させることが難しくなる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、装置の組立上の誤差の影響を物体の直線運動に対して極力生じさせないことを目的とする。

本発明に係る医療用診療装置は、第１物体と、第１物体を駆動する第１駆動部と、第１駆動部によって駆動された第１物体が直線運動するように当該第１物体を案内する複数の第１リニアガイドとを備え、前記複数の第１リニアガイドは、前記第１物体の外周側で互いに異なる位置に配置されており、第１物体と複数の第１リニアガイドのそれぞれとの間において、第１物体側に設けられた複数の第１支持部と、複数の第１リニアガイド側のそれぞれに設けられた第１保持部とが、遊びをもって嵌合する。

本発明に係る医療用診療装置は、第１物体と複数の第１リニアガイドのそれぞれとの間において、第１物体側に設けられた複数の第１支持部と、複数の第１リニアガイド側のそれぞれに設けられた第１保持部とが、遊びをもって嵌合するため、第１物体と複数の第１リニアガイドのそれぞれとの間の嵌合において適度なクリアランスを設けることができ、組立上の誤差を吸収することができる。その結果、装置の組立上の誤差の影響を物体の直線運動に対して極力生じさせないようにすることができる。

本実施の形態に係る三次元スキャナの構成を示す模式図である。 （Ａ）は本実施の形態に係るハンドピースの構成を示す模式図である。（Ｂ）は本実施の形態に係るハンドピースのＸ−Ｚ断面を示す模式図である。 本実施の形態に係る三次元スキャナにおいてレンズとカウンタウェイトとの位置関係を説明するための図である。 本実施の形態に係る駆動部のＹ−Ｚ断面を示す模式図である。 本実施の形態に係る駆動部のＸ−Ｚ断面を示す模式図である。 （Ａ）は本実施の形態に係る駆動部においてレンズが一方向に直線運動した場合の駆動部のＸ−Ｚ断面を示す模式図である。（Ｂ）は本実施の形態に係る駆動部においてレンズが他方向に直線運動した場合の駆動部のＸ−Ｚ断面を示す模式図である。 （Ａ）は本実施の形態に係る三次元スキャナにおいてレンズおよびカウンタウェイトが互いに遠ざかる方向に直線運動した場合の両者の位置関係を説明するための図である。（Ｂ）は本実施の形態に係る三次元スキャナにおいてレンズおよびカウンタウェイトが互いに近づく方向に直線運動した場合の両者の位置関係を説明するための図である。 本実施の形態に係るハンドピースの内部構造を示す模式図である。 本実施の形態に係るハンドピースが備える第１ブロックの内部構造を示す模式図である。 本実施の形態に係るハンドピースが備える第１ブロックの内部構造を示す模式図である。 本実施の形態に係るハンドピースが備える第１ブロックの内部構造を示す模式図である。 （Ａ）は支持部と保持部との間の嵌合について説明するための模式図である。（Ｂ）は支持部と保持部との間の遊びについて説明するための模式図である。（Ｃ）は支持部と保持部との間の遊びについて説明するための模式図である。 変形例に係る駆動部のＹ−Ｚ断面を示す模式図である。 変形例に係る三次元スキャナに適用されるリニアガイドを説明するための模式図である。 変形例に係る医療用診療装置である切削装置の構成を示す模式図である。

本実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態においては、医療用診療装置の１つの例示的形態として、歯科診療に用いることが可能な三次元スキャナについて説明する。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口腔内スキャナである。本実施の形態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も適用可能であり、たとえば、口腔内以外に人の耳の内部を撮像することで外耳内の三次元形状を取得するスキャナにも適用可能である。また、医療用診療装置は、スキャナに限らず、カプセル内視鏡と称される胃および腸などを撮影するカプセル型の小型内視鏡にも適用可能である。

本実施の形態に係る医療用診療装置は、歯科に限らず、眼科、耳鼻咽喉科、放射線科、内科、外科、および獣医科など、あらゆる医科の診療にも適用可能である。なお、診療には、診断および治療が含まれる。

［三次元スキャナの構成］
図１は、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００の構成を示す模式図である。三次元スキャナ１００は、「医療用診療装置」の一実施形態に対応する。図１に示すように、三次元スキャナ１００は、ハンドピース７０と、制御部４０と、表示部５０と、電源４５とを備える。ハンドピース７０は、手持ち式の部材であり、プローブ１０と、接続部２０と、光学計測部３０とを含む。

プローブ１０は、口腔内に差し込まれ、歯などの対象物９９にパターンを有する光（以下、単にパターンともいう）を投影する。プローブ１０は、パターンが投影された対象物９９からの反射光を光学計測部３０に導く。プローブ１０は、接続部２０の先端部外周を覆って当該接続部２０に着脱可能に装着されている。このため、術者は、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のみを光学計測部３０から取り外して滅菌処理（たとえば、高温高湿環境でのオートクレープ処理）を施すことが可能である。

接続部２０は、光学計測部３０の一部であって当該光学計測部３０から突出しており、プローブ１０の根元と嵌合可能な形状を有する。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、および位相差板（１／４波長板）などの光学部品を含んでいる。

光学計測部３０は、プローブ１０を介して対象物９９にパターンを投影し、投影したパターンを撮像する。なお、本実施の形態に係る光学計測部３０は、以下で説明されるように、合焦法の原理を用いて三次元形状を取得する構成であるが、合焦法、三角法、または共焦点法などの原理を用いて三次元形状を取得する構成であってもよい。つまり、光学計測部３０は、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よい。

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。図示は省略するが、制御部４０は、制御中枢としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが動作するためのプログラムや制御データなどを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵのワークエリアとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）と、周辺機器との間で信号の整合性を保つための入出力インターフェイスとを含む。また、制御部４０は、取得した三次元形状を表示部５０に出力することも可能であり、光学計測部３０の設定などの情報を図示しない入力装置などで入力することも可能である。

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。当該ＣＰＵやハードウェアなどの処理部のうちの少なくとも一部は、光学計測部３０の内部に組み込まれてもよい。図１では三次元スキャナ１００の各構成要素（３０，４０，４５，５０）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の一部または全部が無線通信によって接続されてもよい。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は、ハンドピース７０の内部に設けられてもよい。

表示部５０は、制御部４０で得られた対象物９９の三次元形状の計測結果を表示する。表示部５０は、光学計測部３０の設定情報、患者情報、スキャナの起動状態、取扱説明書、およびヘルプ画面など、その他の情報も表示可能である。表示部５０には、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てもよい。

電源４５は、光学計測部３０および制御部４０に電力を供給する。電源４５は、図１に示すように制御部４０の外部に設けられてもよいが、制御部４０の内部またはハンドピース７０の内部に設けられてもよい。また、電源４５は、制御部４０、光学計測部３０、および表示部５０のそれぞれに個別に給電できるように複数設けられてもよい。

［ハンドピースの構成］
図２（Ａ）は、本実施の形態に係るハンドピース７０の構成を示す模式図である。図２（Ｂ）は本実施の形態に係るハンドピース７０のＸ−Ｚ断面を示す模式図である。なお、図２に示すハンドピース７０内の各部材は、図１に示す光学計測部３０に収納されている。

図２に示すように、ハンドピース７０は、ハウジング７７の内部に、投影光発生部７５と、レンズ８１と、光学センサ７１と、プリズム７２とを含む。ハンドピース７０は、これら以外に、対象物９９に向けて光を反射させる反射板などを含んでもよい。レンズ８１は、「第１物体」の一実施形態に対応する。なお、以下で説明する実施形態においては、説明の便宜上、レンズ８１が往復直線運動する方向を表す仮想直線をＬで示し、直線Ｌに平行な軸をＸ軸、直線Ｌに垂直であって図２における紙面の上向きの軸をＺ軸、Ｘ軸およびＺ軸のそれぞれに垂直な軸をＹ軸と称する。

投影光発生部７５は、光源となるレーザー素子やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などである。投影光発生部７５からの光は、当該投影光発生部７５の前方に配置される投影パターンを発生させる投影パーターンスクリーン（図示は省略する）を経由してプリズム７２およびレンズ８１を通過し、プローブ１０に設けられた反射部６６を介して対象物９９に照射され、当該対象物９９で反射される。対象物９９で反射された光は、反射部６６を介して再びレンズ８１を通過してプリズム７２内に進入する。プリズム７２は、対象物９９からの光の進行方向を、光学センサ７１が位置する方向（この例では、Ｚ軸方向）に変化させる。プリズム７２によって進行方向が変化した光は、光学センサ７１によって検出される。なお、図２に示す例においては、投影光発生部７５からの光と対象物９９で反射してプリズム７２に導かれる光とが別々に示されているが、これは分かり易く説明するためのものであり、実際には両者の光が同軸上に導かれるようにハンドピース７０が構成されている。

合焦法の技術を用いて三次元形状を取得する場合、レンズ８１と対象物９９との間に設けられたパターン生成素子（図示せず）を通過した光が対象物９９に投影される。レンズ８１が同一直線（たとえば、図示上の直線Ｌ）上を往復直線運動すると、投影パターンの焦点位置が変化する。光学センサ７１は、その変化ごとで対象物９９からの光を検出する。上述した制御部４０は、レンズ８１の位置と、そのときの光学センサ７１による検出結果とに基づいて、対象物９９の形状情報を演算する。

レンズ８１は、第１駆動部８０によって駆動し、往復直線運動する。レンズ８１が直線Ｌの方向（Ｘ軸方向）に往復直線運動すると、レンズ８１の質量分だけハンドピース７０の重心位置が移動することになり当該ハンドピース７０を保持するユーザの手に振動として伝わる。その振動を打ち消すために、ハンドピース７０は、ハウジング７７の内部において、カウンタウェイト９１をさらに設ける。カウンタウェイト９１は、第２駆動部９０によって駆動し、レンズ８１と相対する方向に往復直線運動する。カウンタウェイト９１は、「第２物体」の一実施形態に対応する。

カウンタウェイト９１は、対象物９９とレンズ８１との間の光路、およびレンズ８１と光学センサ７１との間の光路を遮らないように、Ｘ軸方向における投影光発生部７５の背面側に設けられている。

具体的には、図２（Ｂ）に示すように、ハンドピース７０は、ハウジング７７内において、当該ハンドピース７０の前方に位置する第１収容部５０１と、当該ハンドピース７０の後方に位置する第２収容部５０２とが設けられている。第１収容部５０１には、レンズ８１が収容され、第２収容部５０２には、カウンタウェイト９１が収容される。さらに、ハンドピース７０は、第１収容部５０１と第２収容部５０２との間において、第１収容部５０１によって保持されたレンズ８１と第２収容部５０２によって保持されたカウンタウェイト９１とを連結する連結収容部５００が設けられている。連結収容部５００には、上述した光学センサ７１、プリズム７２、および投影光発生部７５が収容されている。

図３は、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００においてレンズ８１とカウンタウェイト９１との位置関係を説明するための模式図である。なお、図３に示す例では、ハウジング７７が省略されている。図３に示すように、レンズ８１は、直線Ｌに平行なリニアガイド６０によって、直線Ｌの方向に往復直線運動するように支持されている。なお、リニアガイド６０は、「第１リニアガイド」の一実施形態に対応する。

さらに、レンズ８１は、第１駆動部８０の磁気回路構成８５に接続されている。第１駆動部８０は、磁気回路構成８５によって、レンズ８１を直線Ｌの方向に往復直線運動させるリニアモータを構成する。

カウンタウェイト９１は、レンズ８１の直線運動方向の直線Ｌ上に設けられかつ当該レンズ８１と同じ質量を有する錘である。カウンタウェイト９１は、直線Ｌに平行なリニアガイド６５によって、直線Ｌの方向に往復直線運動するように支持されている。本実施の形態においては、リニアガイド６０とリニアガイド６５とは異なる部材である。なお、リニアガイド６５は、「第２リニアガイド」の一実施形態に対応する。

さらに、カウンタウェイト９１は、第２駆動部９０の磁気回路構成９５に接続されている。第２駆動部９０は、磁気回路構成９５によって、カウンタウェイト９１を直線Ｌの方向に往復直線運動させるリニアモータを構成する。

なお、磁気回路構成８５および磁気回路構成９５の具体的な構成は、図４〜図６に示す磁気回路構成８５ａおよび磁気回路構成８５ｂを例にして後述する。なお、以下では、第１駆動部８０および第２駆動部９０をまとめて単に「駆動部」ともいう。第１駆動部８０および第２駆動部９０のそれぞれは、制御部４０によって制御される。なお、本実施の形態においては、第１駆動部８０および第２駆動部９０が共通の制御部４０によってそれぞれ制御されるが、第１駆動部８０および第２駆動部９０が互いに異なる制御部によってそれぞれ制御されてもよい。

第１駆動部８０によって、レンズ８１が光軸となる直線Ｌの方向に往復直線運動すると、第２駆動部９０によって、カウンタウェイト９１は、レンズ８１と相対する方向にレンズ８１と同じ距離だけ往復直線運動する。たとえば、レンズ８１が対象物９９に近づく方向に直線Ｌ上を１０ｍｍ移動すると、カウンタウェイト９１は、対象物９９から遠ざかる方向に直線Ｌ上を１０ｍｍ移動する。また、レンズ８１が対象物９９から遠ざかる方向に直線Ｌ上を１５ｍｍ移動すると、カウンタウェイト９１は、対象物９９に近づく方向に直線Ｌ上を１５ｍｍ移動する。

このように、レンズ８１と相対する方向に当該レンズ８１と同じ距離だけカウンタウェイト９１が往復直線運動することで、レンズ８１の往復直線運動に起因するハンドピース７０の重心の偏りを相殺することができる。これにより、カウンタウェイト９１によって、レンズ８１の往復直線運動による振動を打ち消すことができる。

［駆動部の構成］
図４は、本実施の形態に係る駆動部のＹ−Ｚ断面を示す模式図である。図５は、本実施の形態に係る駆動部のＸ−Ｚ断面を示す模式図である。図６（Ａ）は、本実施の形態に係る駆動部においてレンズ８１が一方向に直線運動した場合の駆動部のＸ−Ｚ断面を示す模式図である。図６（Ｂ）は本実施の形態に係る駆動部においてレンズ８１が他方向に直線運動した場合の駆動部のＸ−Ｚ断面を示す模式図である。なお、図４〜図６に示す例では、駆動部のうち、第１駆動部８０の構成を説明するが、第２駆動部９０の構成も第１駆動部８０と同様である。すなわち、第２駆動部９０の場合、図４〜図６に示す例において、レンズ８１がカウンタウェイト９１に置き換えられるが、その他の構成は第１駆動部８０と同様である。

図４〜図６に示すように、第１駆動部８０は、中央部に略円形のレンズ８１を設けることができるように、レンズ８１の周辺に当該レンズ８１を往復直線運動させるための各部材が配置されており、直線運動方向である直線Ｌに沿って長尺状の中空形状を有する。このように、第１駆動部８０の中央部に略円形のレンズ８１を設けるような構成であるため、第１駆動部８０の中央部に光を通すことができる。

具体的には、図４に示すように、第１駆動部８０においては、レンズ８１の外周部に、レール５７ａおよびブロック５６ａで構成されるリニアガイド６０ａと、レール５７ｂおよびブロック５６ｂで構成されるリニアガイド６０ｂとが設けられている。このように、複数のリニアガイド６０ａ，６０ｂが、レンズ８１の外周側で互いに異なる位置に配置されている。

より具体的には、複数のリニアガイド６０ａ，６０ｂは、レンズ８１の直線運動方向と平行でかつレンズ８１の中心を通る光軸（直線Ｌ）を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置されている。たとえば、図４において、直線Ｌを回転軸として、複数のリニアガイド６０ａ，６０ｂのそれぞれを１８０度回転させた場合、リニアガイド６０ａがリニアガイド６０ｂの位置に、リニアガイド６０ｂがリニアガイド６０ａの位置に配置されることになる。なお、図示は省略するが、複数のリニアガイド６５についても同様の位置に配置されている。つまり、複数のリニアガイド６５は、カウンタウェイト９１の直線運動方向と平行でかつカウンタウェイト９１の中心を通る軸（直線Ｌ）を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置されている。

リニアガイド６０ａのブロック５６ａは、レンズ８１を支持するとともにレール５７ａに嵌合しており、レール５７ａに沿って直線方向に移動することで、レンズ８１を往復直線運動させる。リニアガイド６０ｂのブロック５６ｂは、ブロック５６ａとは異なる位置でレンズ８１を支持するとともにレール５７ｂに嵌合しており、レール５７ｂに沿って直線方向に移動することで、レンズ８１を往復直線運動させる。なお、リニアガイド６０ａ，６０ｂは、図３を参照しながら説明したリニアガイド６０（第１リニアガイド）に対応する。

ブロック５６ａおよびブロック５６ｂには、それぞれレール５７ａおよびレール５７ｂの接続面との間において、グリスなどの粘性を有する潤滑剤が塗布されてもよいし、ボールやローラなどの転がり軸受が設けられてもよい。この場合、グリスなどの粘性を有する潤滑剤は、「ダンパ」の一実施形態に対応する。

さらに、図５に示すように、レンズ８１の中心部における光路を遮らないように当該レンズ８１の外周を取り囲むようにして、レンズ８１の外周に沿ってバネ５５ａおよびバネ５５ｂが設けられている。バネ５５ａおよびバネ５５ｂは、「弾性部材」の一実施形態に対応する。バネ５５ａおよびバネ５５ｂには、コイルバネなどが適用される。なお、弾性部材には、バネに限らず、ゴムなど、力を加えたときに変形する一方で力を除いたときには元に戻るものであればいずれの部材が適用されてもよい。

バネ５５ａおよびバネ５５ｂは、それぞれ、その一端が当該レンズ８１に当接し、その他端はハウジング７７内で固定されている。さらに、バネ５５ａおよびバネ５５ｂは、Ｘ方向の変形が許容され、Ｙ-Ｚ方向に変形し難くなるようにハウジング７７内で保持されている。このように配置されたバネ５５ａおよびバネ５５ｂによって、レンズ８１に対して直線運動方向に弾性力が与えられる。バネ５５ａおよびバネ５５ｂのそれぞれの直径は、レンズ８１を２つのバネによって挟み込んで固定できるように、レンズ８１の直径と略同じであってもよい。

バネ５５ａおよびバネ５５ｂの外側（レンズ８１の中心からＺ方向に離れる側）には、レンズ８１を直線Ｌの方向に往復直線運動させるための磁気回路構成８５ａが設けられている。磁気回路構成８５ａは、Ｎ極およびＳ極からなる磁石５３ａと、磁石５３ａの外側（レンズ８１の中心からＺ方向に離れる側）に配置されたコイル５２ａとを含む。

磁石５３ａは、直線Ｌの方向に運動可能な可動子であり、磁石５３ａが直線Ｌに沿ってＸ方向に往復直線運動することで、レンズ８１も直線Ｌに沿ってＸ方向に往復直線運動可能である。コイル５２ａは、固定子である。

コイル５２ａのさらに外側（レンズ８１の中心からＺ方向に離れる側）には、ヨーク５１ａが設けられている。ヨーク５１ａは、コイル５２ａと同様に固定子である。

レンズ８１を介して磁気回路構成８５ａの反対側には、レンズ８１を直線Ｌの方向に往復直線運動させるための磁気回路構成８５ｂが設けられている。磁気回路構成８５ｂは、Ｎ極およびＳ極からなる磁石５３ｂと、磁石５３ｂの外側（レンズ８１の中心からＺ方向に離れる側）に配置されたコイル５２ｂとを含む。

磁石５３ｂは、直線Ｌの方向に運動可能な可動子であり、磁石５３ｂが直線Ｌに沿ってＸ方向に往復直線運動することで、レンズ８１も直線Ｌに沿ってＸ方向に往復直線運動可能である。コイル５２ｂは、固定子である。

コイル５２ｂのさらに外側には、ヨーク５１ｂが設けられている。ヨーク５１ｂは、コイル５２ｂと同様に固定子である。さらに、固定子であるヨーク５１ａおよびヨーク５１ｂは、ハンドピース７０のハウジング７７に適宜固定されている。

このような構成を有する第１駆動部８０においては、磁気回路構成８５ａおよび磁気回路構成８５ｂによってレンズ８１に直線Ｌの方向に力が与えられることで、レンズ８１が往復直線運動する。

たとえば、磁気回路構成８５ａおよび磁気回路構成８５ｂにおいて、図５に示すような位置関係でＮ極およびＳ極からなる磁石５３ａおよび磁石５３ｂを配置すると、点線で示すような矢印方向の磁界が生じる。この場合において、図５に示すような電流（Ｙ軸に沿って紙面の手前から奥に向かう方向の電流を「×」、Ｙ軸に沿って紙面の奥から手前に向かう方向の電流を「・」で示す）をコイル５２ａおよびコイル５２ｂのそれぞれに流すと、フレミングの左手の法則に従って、実線の矢印で示すようにＸ軸方向に電磁力（Ｆ）が生じる。このようにして生じた電磁力（Ｆ）が可動子である磁石５３ａおよび磁石５３ｂに作用されると、磁石５３ａおよび磁石５３ｂが電磁力（Ｆ）と反対の方向に動く。以下、バネ５５ａ，５５ｂ、磁石５３ａ，５３ｂ、レンズ８１、コイル５２ａ，５２ｂ、およびグリスなどの粘性を有する潤滑剤を含むダンパなど、装置内での物体の運動に関わる構成を、「運動系」と称する。

レンズ８１は、レンズ８１の慣性力、電磁力（Ｆ）、バネ５５ａ，５５ｂの弾性力、およびダンパの粘性力といった運動系の応答により直線Ｌの方向に振動することになる。図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、制御部４０は、この振動を利用してレンズ８１を直線Ｌの方向に往復直線運動させる。つまり、制御部４０は、運動系の固有振動数に合わせて一定周期で第１駆動部８０を制御して磁気回路構成８５ａおよび磁気回路構成８５ｂに電流を流すことで、運動系による共振現象を利用してレンズ８１を直線Ｌの方向に往復直線運動させることができる。

このように、第１駆動部８０は、運動系の固有振動数に合わせてコイル５２ａおよびコイル５２ｂに電流を流すことで、レンズ８１を直線Ｌの方向に往復駆動させる共振駆動モータとして機能させることができる。ここで、モータにカムなどの機構部品を接続した機械的構成によってレンズ８１を往復直線運動させるような場合、レンズ８１を移動させている間、常にモータを駆動し続けなければならない。一方、本実施の形態のように運動系の共振現象を利用すれば、一定周期に磁気回路構成８５ａおよび磁気回路構成８５ｂに電流を流すだけでレンズ８１を往復直線運動させることができる。したがって、本実施の形態のような磁気回路構成を用いると、消費電力を抑えることができ、効率がよい。さらに、カム機構の場合、カム機構による接触音が発生したり、カム機構部の劣化によりカム面から接触粉が発生したりすることもあるが、本実施の形態のように運動系の共振現象を利用すれば、これらも解消することができる。

前述したように、第１駆動部８０によって、レンズ８１が直線Ｌの方向に往復直線運動すると、第２駆動部９０によって、カウンタウェイト９１は、レンズ８１と相対する方向にレンズ８１と同じ距離だけ往復直線運動する。レンズ８１は、直線Ｌ上を往復直線運動するのに対して、カウンタウェイト９１は重心の偏りを相殺するためにレンズ８１の直線運動方向と相対する方向に直線Ｌ上を往復直線運動する。これにより、ユーザがハンドピース７０を手に持って使用しても振動を感じない。

たとえば、図７（Ａ）は、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００においてレンズ８１およびカウンタウェイト９１が互いに遠ざかる方向に直線運動した場合の両者の位置関係を説明するための図である。図７（Ａ）に示すように、制御部４０は、レンズ８１を対象物９９に近づく方向に移動させた場合、カウンタウェイト９１を対象物９９から遠ざかる方向に移動させる。また、図７（Ｂ）は、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００においてレンズ８１およびカウンタウェイト９１が互いに近づく方向に直線運動した場合の両者の位置関係を説明するための図である。図７（Ｂ）に示すように、制御部４０は、レンズ８１を対象物９９から遠ざかる方向に移動させた場合、カウンタウェイト９１を対象物９９に近づく方向に移動させる。

このように、三次元スキャナ１００においては、レンズ８１を往復直線運動させる第１駆動部８０と、カウンタウェイト９１を往復直線運動させる第２駆動部９０とを、制御部４０がそれぞれ独立して制御することによって、レンズ８１によって対象物９９に対する投影パターンの焦点位置を変化させつつ、カウンタウェイト９１によってレンズ８１の往復直線運動による振動を打ち消すことができる。

また、図４および図５に示すように、第１駆動部８０においては、略円形のレンズ８１を中心として、直線Ｌの方向と垂直な方向から、磁気回路構成８５ａの各部材と磁気回路構成８５ｂの各部材とが対称的な位置に設けられている。さらに、略円形のレンズ８１を中心として、直線Ｌの方向と垂直な方向から、リニアガイド６０ａとリニアガイド６０ｂとが対称的な位置でレンズ８１を挟み込むように配置されている。

このように、三次元スキャナ１００においては、運動対象であるレンズ８１を挟み込むようにして、第１駆動部８０の各構成が対称的に配置されるとともに、リニアガイド６０ａおよびリニアガイド６０ｂも対称的に配置されている。

ここで、仮に、片方のリニアガイド６０ａのみでレンズ８１を支持して直線Ｌの方向に往復直線運動させた場合、レール５７ａとブロック５６ａとの嵌合部を支点に力のモーメントが発生する。レンズ８１に当該力のモーメントが発生することで、レール５７ａに対してブロック５６ａに傾きが生じて、レンズ８１の移動がガタつくことになる。断面積を大きくするなどすれば、１本のレール５７ａであっても十分な剛性を得ることができるが、手持ち式の小型のハンドピース７０の場合、断面積の大きいレール５７ａを設けることは設計上困難である。たとえば、本実施形態に係るハンドピース７０が２ｍｍ角のレール５７ａを採用する場合、十分な剛性を得ることができない。このため、２ｍｍ角のレール５７ａを有するリニアガイド６０ａのみでレンズ８１を往復直線運動させるとなると、上述した理由からレンズ８１の移動がガタつく。

上述した点について、直線Ｌ上を往復直線運動するレンズ８１は、往路と復路とで支点に発生する力のモーメントの方向が異なる。そこで、レンズ８１の中心に対して対称的にリニアガイド６０ａおよびリニアガイド６０ｂを設けることで、レール５７ａとブロック５６ａとの嵌合部およびレール５７ｂとブロック５６ｂとの嵌合部のそれぞれに掛かる力のモーメントを互いに打ち消し合わせることができる。なお、カウンタウェイト９１を往復直線運動させるようにカウンタウェイト９１を案内するリニアガイドにおいても同様のことが言える。

また、複数のリニアガイド６０ａ，６０ｂによってレンズ８１を往復直線運動させる構成であっても、第１駆動部８０の各部材やリニアガイド６０ａ，６０ｂが対称的に配置されていなければ、レール５７ａとブロック５６ａとの嵌合部およびレール５７ｂとブロック５６ｂとの嵌合部のそれぞれに掛かる力のモーメントが互いに打ち消し合わずに、振動が除去しきれない虞がある。特に、ハンドピース７０は、手持ち式であり、頻繁に傾けられて使用される。このため、ハンドピース７０の傾き方向によって、レール５７ａとブロック５６ａとの嵌合部およびレール５７ｂとブロック５６ｂとの嵌合部のそれぞれに掛かる力のモーメントが互いに打ち消し合わずに、残留振動が生じる。その点、本実施の形態のように、レンズ８１の直線運動方向と平行でかつレンズ８１の中心を通る軸を回転軸として各部材が回転対称となる位置に配置されることで、レール５７ａとブロック５６ａとの嵌合部およびレール５７ｂとブロック５６ｂとの嵌合部のそれぞれに掛かる力のモーメントを互いに打ち消し合わせ、残留振動を極力抑えることができる。

ハンドピース７０においては、運動対象であるレンズ８１を直線Ｌの方向と垂直な方向から挟み込むようにして、第１駆動部８０の各部材とリニアガイド６０ａ，６０ｂとが配置されているため、モータにカムなどの機構部品を接続した機械的構成によってレンズ８１を往復直線運動させるような場合に比べて、ハンドピース７０全体の小型化を図ることができる。さらに、上述したように、第１駆動部８０の各構成、リニアガイド６０ａ，６０ｂによって中空になった場所にレンズ８１を配置することができるため、ハンドピース７０の中心部にパターンを有する光を通すことができる。

上述したように、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００は、レンズ８１を往復直線運動させる複数のリニアガイド６０ａ，６０ｂを、レンズ８１の外周側で互いに異なる位置に配置することによって、残留振動を極力抑えるように構成されている。残留振動をより抑えるためには、複数のリニアガイド６０ａ，６０ｂを極力平行に保ちながらレンズ８１を支持することが要求されるが、複数のリニアガイド６０ａ，６０ｂを極力平行に保ちながらハンドピース７０を組み立てる際には、どうしても部品の製造上のバラツキなどにより組立上の誤差が生じ得る。組立上の誤差が生じてしまうと、物体を正確に往復直線運動させることが難しくなる。なお、上述したことは、レンズ８１とリニアガイド６０（リニアガイド６０ａ，６０ｂ）との間の組立に限らず、カウンタウェイト９１とリニアガイド６５との間の組立においても同様のことが言える。

そこで、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００では、レンズ８１とリニアガイド６０との間の組立、およびカウンタウェイト９１とリニアガイド６５との間の組立について、工夫がなされている。このような工夫について、以下、図８〜図１２を参照しながら、レンズ８１とリニアガイド６０との間の組立を例示しながら説明する。なお、図８〜図１２においては、上述した例と同様に、レンズ８１およびカウンタウェイト９１の直線運動方向である直線Ｌに平行な軸をＸ軸、直線Ｌに垂直であって紙面の上向きの軸をＺ軸、Ｘ軸およびＺ軸のそれぞれに垂直な軸をＹ軸と称する。また、図８〜図１２に示す例では、レンズ８１とリニアガイド６０との間の組立について説明するが、カウンタウェイト９１とリニアガイド６５との間の組立についても同様である。

図８は、本実施の形態に係るハンドピース７０の内部構造を示す模式図である。図８に示すように、ハンドピース７０は、ハンドピース７０の前方に位置する第１ブロック８０１と、当該ハンドピース７０の後方に位置する第２ブロック８０２と、第１ブロック８０１と第２ブロック８０２との間に位置する連結部８００とを備える。

ハンドピース７０の内部においては、レンズ８１が内周側に配置され、当該レンズ８１の外周側に第１駆動部８０が円筒状に配置されており、これらレンズ８１と第１駆動部８０とをひとまとめにして第１ブロック８０１が構成される。つまり、第１ブロック８０１は、円筒状の形状を有し、その内部に設けられた第１駆動部８０における各構成のさらに内部の空間でレンズ８１を保持する。第１ブロック８０１は、ハンドピース７０のハウジング７７の前方に位置する第１収容部５０１に収容される。

ハンドピース７０の内部においては、カウンタウェイト９１が内周側に配置され、当該カウンタウェイト９１の外周側に第２駆動部９０が円筒状に配置されており、これらカウンタウェイト９１と第２駆動部９０とをひとまとめにして第２ブロック８０２が構成される。つまり、第２ブロック８０２は、円筒状の形状を有し、その内部に設けられた第２駆動部９０における各構成のさらに内部の空間でカウンタウェイト９１を保持する。第２ブロック８０２は、ハンドピース７０のハウジング７７の後方に位置する第２収容部５０２に収容される。

連結部８００は、第１ブロック８０１と第２ブロック８０２とを連結する。連結部８００は、往復直線運動するための各構成が運動可能な状態で一体としてハンドピース７０の内部に固定保持されている。具体的には、連結部８００は、第１収容部５０１によって保持されたレンズ８１と第２収容部５０２によって保持されたカウンタウェイト９１とを、往復直線運動するための各構成が運動可能な状態で一体に連結している。さらに、連結部８００は、その内部に設けられた空間において、前述した投影光発生部７５、レンズ８１、光学センサ７１、およびプリズム７２などを保持する。連結部８００は、第１収容部５０１と第２収容部５０２との間に位置する連結収容部５００に収容される。

図９〜図１１は、本実施の形態に係るハンドピース７０が備える第１ブロック８０１の内部構造を示す模式図である。図９〜図１１に示すように、第１ブロック８０１は、ヨーク５１ａ、コイル５２ａ、および磁石５３ａを含む磁気回路構成８５ａを収容して保持する。また、第１ブロック８０１は、レンズ８１の外周を取り囲むようにして、レンズ８１を固定する固定部１９０が収容されている。固定部１９０によって固定されたレンズ８１の一端には、バネ５５ａが当接し、レンズ８１の他端には、バネ５５ｂが当接している。

レンズ８１は、固定部１９０とともに、支持部１８０および保持部１６０を介してリニアガイド６０ｂによって往復直線運動可能に支持されている。具体的には、レンズ８１を固定する固定部１９０の一部には、支持部１８０がネジ止めされている。レール５７ｂ上を移動するブロック５６ｂの一部には、保持部１６０がネジ止めされている。支持部１８０と、保持部１６０とは嵌合している。

支持部１８０と、保持部１６０との間の嵌合について、図１２を参照しながら具体的に説明する。図１２（Ａ）は、支持部１８０と保持部１６０との間の嵌合について説明するための模式図である。図１２（Ｂ）は、支持部１８０と保持部１６０との間の遊びについて説明するための模式図である。図１２（Ｃ）は、支持部１８０と保持部１６０との間の遊びについて説明するための模式図である。

図１２（Ａ）に示すように、支持部１８０は、支持部本体１８１と、支持部本体１８１に形成されたネジ穴１８２およびネジ穴１８３と、支持部本体１８１からＹ軸方向に外部（保持部１６０側）に突出する凸部１８４とを有する。支持部１８０は、ネジ穴１８２およびネジ穴１８３を介して、固定部１９０にネジ止めされている。保持部１６０は、保持部本体１６１と、保持部本体１６１に形成されたネジ穴１６２およびネジ穴１６３と、保持部本体１６１の内部に形成された凹部１６４とを有する。保持部１６０は、ネジ穴１６２およびネジ穴１６３を介して、ブロック５６ｂにネジ止めされている。

図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）に示すように、凸部１８４は、Ｘ−Ｚ断面が円形または略円形であって、Ｙ−Ｚ断面がＹ方向に細長い長方形の形状を有する部材である。これに対して、凹部１６４は、Ｘ−Ｚ断面が円形または略円形であって、Ｙ−Ｚ断面がＹ方向に細長い長方形の形状を有する空間である。凸部１８４は、凹部１６４に嵌合するようになっている。このように、凸部１８４は、円柱の形状を有し、凹部１６４は、円柱の形状を有する凸部１８４に嵌合する形状を有する。凸部１８４と凹部１６４との間においては、グリスなどの粘性を有する潤滑剤が塗布されている。

このように、レンズ８１側にネジ止めされた支持部１８０と、リニアガイド６０ｂ側にネジ止めされた保持部１６０とが嵌合することで、レンズ８１を含む上述した運動系が、レール５７ｂに沿って往復直線運動することができる。

図１２（Ａ）に示すように、支持部本体１８１の少なくとも一部の面は、保持部本体１６１の少なくとも一部の面に当接しており、両者で接触部１９５を構成する。具体的には、支持部本体１８１と保持部本体１６１とは、Ｘ−Ｙ平面上で接触部１９５において接触している。

このように、支持部本体１８１と保持部本体１６１とがＸ−Ｙ平面上で接触することで、支持部１８０および保持部１６０とともにレンズ８１が往復直線運動することに起因するＹ軸まわりに生じ得る力のモーメントを極力抑えることができる。たとえば、レンズ８１の往復直線運動によって支持部１８０がＹ軸まわりに回転しようとした場合でも、支持部１８０の下面が保持部１６０に当接することで、レンズ８１が回転してしまうことを極力防止することができる。

凹部１６４は、凸部１８４よりも、Ｘ−Ｚ断面における円の半径、およびＹ−Ｚ断面におけるＹ方向の長さが大きい。具体的には、図１２（Ｂ）に示すように、凹部１６４のＸ−Ｚ断面における円の半径１６４Ｒは、凸部１８４のＸ−Ｚ断面における円の半径１８４Ｒよりも大きい。また、図１２（Ｃ）においては、凸部１８４が凹部１６４に完全に嵌合している状態が示されているが、凹部１６４のＹ−Ｚ断面におけるＹ方向の長さ１６４Ｌは、凸部１８４のＹ−Ｚ断面におけるＹ方向の長さ１８４Ｌよりも大きい。このため、凸部１８４と凹部１６４とが、遊びをもって嵌合するようになっている。たとえば、凸部１８４が凹部１６４に嵌合した状態では、Ｘ−Ｚ断面においては、凹部１６４の半径１６４Ｒと凸部１８４の半径１８４Ｒとの差Ｄ１がクリアランスとして存在し、Ｙ−Ｚ断面においては、凹部１６４のＹ方向の長さ１６４Ｌと凸部１８４のＹ方向の長さ１８４Ｌとの差Ｄ２がクリアランスとして存在する。

このため、製造上のバラツキなどにより、凸部１８４の半径１８４Ｒや凹部１６４の半径１６４Ｒに一定以上のバラツキが生じたとしても、差Ｄ１の範囲内のバラツキであれば、組立上の誤差を吸収することができる。また、製造上のバラツキなどにより、凸部１８４のＹ方向の長さ１８４Ｌや凹部１６４のＹ方向の長さ１６４Ｌに一定以上のバラツキが生じたとしても、差Ｄ２の範囲内のバラツキであれば、組立上の誤差を吸収することができる。

さらに、凹部１６４の半径１６４Ｒと凸部１８４の半径１８４Ｒとの差Ｄ１よりも、凹部１６４のＹ方向の長さ１６４Ｌと凸部１８４のＹ方向の長さ１８４Ｌとの差Ｄ２の方が大きくなるように、凸部１８４と凹部１６４とにおける遊びが設けられている。このため、凸部１８４が凹部１６４に嵌合した状態において、凸部１８４は、Ｘ方向やＺ方向よりも、Ｙ方向の方がより動き易くなっている。

このように、レンズ８１とリニアガイド６０ｂとの間において、レンズ８１側に設けられた支持部１８０と、リニアガイド６０ｂ側に設けられた保持部１６０とが、遊びをもって嵌合する。これにより、レンズ８１とリニアガイド６０ｂとの間の嵌合において適度なクリアランスを設けることができ、組立上の誤差を吸収することができる。その結果、三次元スキャナ１００の組立上の誤差の影響をレンズ８１の往復直線運動に対して極力生じさせないようにすることができる。

支持部１８０が保持部１６０に嵌合した状態において、凸部１８４は、Ｘ方向やＺ方向よりも、Ｙ方向の方がより動き易くなっている。これにより、レンズ８１がＸ軸方向へ往復直線運動した場合でも、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対しては保持部１６０によって支持部１８０をある程度拘束しつつ、Ｙ軸方向に対しては遊びに余裕をもたせることで組立上の誤差を吸収することができる。

凸部１８４は、Ｘ−Ｚ断面が円形または略円形であって、Ｙ−Ｚ断面がＹ方向に細長い円柱の形状を有する部材であり、凹部１６４は、円柱の形状を有する凸部１８４に嵌合する形状を有する。このように、支持部１８０と保持部１６０との間の嵌合は、Ｘ−Ｚ断面が円形または略円形である円柱状の形状を有する凸部１８４および凹部１６４によってなされるため、レンズ８１がＸ軸方向へ往復直線運動した場合でも、凸部１８４が凹部１６４の内部で引っ掛かり難く、Ｙ軸まわりに生じ得る力のモーメントを極力抑えることができる。

なお、図８〜図１２においては、レンズ８１とリニアガイド６０ｂとの関係において、支持部１８０と保持部１６０との間の嵌合について説明したが、レンズ８１を介してリニアガイド６０ｂの反対側に位置するリニアガイド６０ａとレンズ８１との関係においても、同様のことが言える。つまり、レンズ８１とリニアガイド６０ａとの間において、レンズ８１側に設けられた支持部（図示は省略する）と、リニアガイド６０ａ側に設けられた保持部（図示は省略する）とが、遊びをもって嵌合する。そして、支持部が保持部に嵌合した状態において、凸部（図示は省略する）は、Ｘ方向やＺ方向よりも、Ｙ方向の方がより動き易くなっている。また、凸部（図示は省略する）は、Ｘ−Ｚ断面が円形または略円形であって、Ｙ−Ｚ断面がＹ方向に細長い円柱の形状を有する部材であり、凹部（図示は省略する）は、円柱の形状を有する凸部に嵌合する形状を有する。

同様に、第２物体であるカウンタウェイト９１とリニアガイド６５との関係においても、同様のことが言える。たとえば、図８に示すように、カウンタウェイト９１と複数のリニアガイド６５のそれぞれとの間において、カウンタウェイト９１側に設けられた複数の支持部１８５と、複数のリニアガイド６５側のそれぞれに設けられた保持部１６５とが、遊びをもって嵌合する。そして、支持部１８５が保持部１６５に嵌合した状態において、凸部（図示は省略する）は、Ｘ方向やＺ方向よりも、Ｙ方向の方がより動き易くなっている。また、凸部（図示は省略する）は、Ｘ−Ｚ断面が円形または略円形であって、Ｙ−Ｚ断面がＹ方向に細長い円柱の形状を有する部材であり、凹部（図示は省略する）は、円柱の形状を有する凸部に嵌合する形状を有する。

[主な構成］
次に、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００の主な構成を説明する。

本実施の形態に係る三次元スキャナ１００は、レンズ８１と、レンズ８１を駆動する第１駆動部８０と、第１駆動部８０によって駆動されたレンズ８１が直線運動するように当該レンズ８１を案内する複数のリニアガイド６０とを備え、複数のリニアガイド６０は、レンズ８１の外周側で互いに異なる位置に配置されており、レンズ８１と複数のリニアガイド６０のそれぞれとの間において、レンズ８１側に設けられた複数の支持部１８０と、複数のリニアガイド６０側のそれぞれに設けられた保持部１６０とが、遊びをもって嵌合する。

これにより、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００は、レンズ８１と複数のリニアガイド６０のそれぞれとの間の嵌合において適度なクリアランスを設けることができ、組立上の誤差を吸収することができる。その結果、三次元スキャナ１００の組立上の誤差の影響をレンズ８１の直線運動に対して極力生じさせないようにすることができる。

本実施の形態に係る三次元スキャナ１００は、レンズ８１と同じ質量を有するカウンタウェイト９１と、カウンタウェイト９１を駆動する第２駆動部９０と、第２駆動部９０によって駆動されたカウンタウェイト９１が直線運動するように当該カウンタウェイト９１を案内する複数のリニアガイド６５と、レンズ８１とカウンタウェイト９１とが相対する方向にそれぞれ同じ距離だけ往復直線運動するように第１駆動部８０および第２駆動部９０それぞれを制御する制御部４０とをさらに備え、複数のリニアガイド６５は、カウンタウェイト９１の外周側で互いに異なる位置に配置されており、カウンタウェイト９１と複数のリニアガイド６５のそれぞれとの間において、カウンタウェイト９１側に設けられた複数の支持部１８５と、複数のリニアガイド６５側のそれぞれに設けられた保持部１６５とが、遊びをもって嵌合する。

これにより、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００は、カウンタウェイト９１と複数のリニアガイド６５のそれぞれとの間の嵌合において適度なクリアランスを設けることができ、組立上の誤差を吸収することができる。その結果、三次元スキャナ１００の組立上の誤差の影響をカウンタウェイト９１の直線運動に対して極力生じさせないようにすることができる。

レンズ８１とカウンタウェイト９１とが同軸上で直線運動するように配置され、複数のリニアガイド６０は、レンズ８１の直線運動方向と平行でかつレンズ８１の中心を通る軸を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置され、複数のリニアガイド６５は、カウンタウェイト９１の直線運動方向と平行でかつカウンタウェイト９１の中心を通る軸を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置されている。

これにより、レンズ８１の直線運動によって複数のリニアガイド６０のそれぞれに掛かる力のモーメントを互いに打ち消し合わせることができる。また、カウンタウェイト９１の直線運動によって複数のリニアガイド６５のそれぞれに掛かる力のモーメントを互いに打ち消し合わせることができる。

支持部１８０と保持部１６０とにおける遊びは、レンズ８１の直線運動方向に垂直なＹ軸方向に設けられている。また、支持部１８８と保持部１６５とにおける遊びは、カウンタウェイト９１の直線運動方向に垂直なＹ軸方向に設けられている。

これにより、レンズ８１およびカウンタウェイト９１がＸ軸方向へ直線運動した場合でも、Ｙ軸方向に対しては遊びを設けることで組立上の誤差を吸収することができる。

支持部１８０と保持部１６０とにおける遊びは、レンズ８１の直線運動方向であるＸ軸方向よりも当該Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向の方が大きい。また、支持部１８５と保持部１６５とにおける遊びは、カウンタウェイト９１の直線運動方向であるＸ軸方向よりも当該Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向の方が大きい。

これにより、レンズ８１がＸ軸方向へ直線運動した場合でも、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対しては保持部１６０によって支持部１８０をある程度拘束しつつ、Ｙ軸方向に対しては遊びに余裕をもたせることで組立上の誤差を吸収することができる。また、カウンタウェイト９１がＸ軸方向へ直線運動した場合でも、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対しては保持部１６５によって支持部１８５をある程度拘束しつつ、Ｙ軸方向に対しては遊びに余裕をもたせることで組立上の誤差を吸収することができる。

支持部１８０の凸部１８４は、リニアガイド６０側に向けて外部に突出した円柱の形状を有し、保持部１６０の凹部１６４は、円柱の形状を有する凸部１８４に嵌合する形状を有する。同様に、支持部１８５の凸部（図示は省略する）は、リニアガイド６０側に向けて外部に突出した円柱の形状を有し、保持部１６５の凹部（図示は省略する）は、円柱の形状を有する凸部に嵌合する形状を有する。

これにより、レンズ８１がＸ軸方向へ直線運動した場合でも、支持部１８０の凸部１８４が保持部１６０の凹部１６４の内部で引っ掛かり難く、Ｙ軸まわりに生じ得る力のモーメントを極力抑えることができる。また、カウンタウェイト９１がＸ軸方向へ直線運動した場合でも、支持部１８５の凸部が保持部１６５の凹部の内部で引っ掛かり難く、Ｙ軸まわりに生じ得る力のモーメントを極力抑えることができる。さらに、支持部１８０の凸部１８４や支持部１８５の凸部について、そのＸ−Ｚ断面が円形または略円形であるため、組立時にＸ−Ｚ平面上で傾いて凸部と凹部とが嵌合しても、容易に是正することができる。

支持部１８０の少なくとも一部の面は、保持部１６０の少なくとも一部の面に当接している。また、支持部１８５の少なくとも一部の面は、保持部１６５の少なくとも一部の面に当接している。

これにより、支持部１８０および保持部１６０とともにレンズ８１が直線運動することによってＹ軸まわりに生じ得る力のモーメントを極力抑えることができる。また、支持部１８５および保持部１６５とともにカウンタウェイト９１が直線運動することによってＹ軸まわりに生じ得る力のモーメントを極力抑えることができる。

ハウジング７７内において、レンズ８１は、リニアガイド６０によって直線運動可能に第１ブロック８０１の内部で固定されて保持され、ハウジング７７内において、カウンタウェイト９１は、リニアガイド６５によって直線運動可能に第２ブロック８０２の内部で固定されて保持される。

これにより、レンズ８１およびカウンタウェイト９１のそれぞれが、第１ブロック８０１および第２ブロック８０２のそれぞれに保持されるため、１つのブロック内にレンズ８１およびカウンタウェイト９１が保持されるよりも、故障対応などのメンテナンスが容易になる。

ハウジング７７内において、第１ブロック８０１によって保持されたレンズ８１と、第２ブロック８０２によって保持されたカウンタウェイト９１とを連結する連結部８００が設けられ、連結部８００にはプリズム７２が配置され、ハウジング７７内の投影光発生部７５からの光は、レンズ８１を通過し、連結部８００内のプリズム７２を介して光学センサ７１によって検出される。

これにより、レンズ８１、カウンタウェイト９１、およびプリズム７２などの光学部材が、それぞれ異なる部材によって保持されるため、故障対応などのメンテナンスが容易になり、各部材をコンパクトにすることができる。

本実施の形態に係る三次元スキャナ１００は、ハウジング７７と、レンズ８１と、レンズ８１を直線運動させる第１駆動部８０と、レンズ８１の直線運動方向の直線Ｌ上に設けられかつ当該レンズ８１と同じ質量を有するカウンタウェイト９１と、カウンタウェイト９１を直線運動させる第２駆動部９０と、レンズ８１およびカウンタウェイト９１が直線運動するように支持するリニアガイド６０，６５と、第１駆動部８０および第２駆動部９０を制御する制御部４０とを備え、制御部４０は、レンズ８１とカウンタウェイト９１とが相対する方向にそれぞれ同じ距離だけ直線運動するように第１駆動部８０および第２駆動部９０をそれぞれ制御する。

これにより、レンズ８１およびカウンタウェイト９１をそれぞれの駆動部で独立して直線運動させることができるため、同一のモータで並進ステージによってレンズ８１およびカウンタウェイト９１をともに直線運動させるような構成に比べて、長時間駆動し続けたとしても機械的な摩耗が生じにくい。したがって、レンズ８１およびカウンタウェイト９１の直線運動を実現する装置の長寿命化を実現することができる。

また、上述したように、レンズ８１およびカウンタウェイト９１をそれぞれの駆動部で独立して直線運動させるような構成を採用したことで、上述した磁気回路構成をレンズ８１およびカウンタウェイト９１のそれぞれの駆動部に採用することができる。すなわち、本実施の形態において、第１駆動部８０は、磁石５３ａ，５３ｂ、およびコイル５２ａ，５２ｂを含む磁気回路構成８５を有し、レンズ８１は、磁気回路構成８５によって直線運動方向の力（電磁力（Ｆ））が与えられることで直線運動する。同様に、第２駆動部９０は、磁石およびコイル（いずれも図示は省略する）を含む磁気回路構成９５を有し、カウンタウェイト９１は、磁気回路構成９５によって直線運動方向の力（電磁力（Ｆ））が与えられることで直線運動する。

これにより、カムなどの機構部品を用いてレンズ８１またはカウンタウェイト９１の直線運動方向へと力の向きを変えるような構成に比べて、機械的摩耗の影響を少なくすることができ、さらに、三次元スキャナ１００全体の小型化および軽量化を図ることができる。また、機構部品を採用するよりも、磁気回路のみによる装置構成を採用した方が、耐久性に優れ、メンテナンスも容易である。

第１駆動部８０は、レンズ８１の直線運動方向に弾性力を与えるバネ５５ａを含む。同様に、第２駆動部９０は、カウンタウェイト９１の直線運動方向に弾性力を与えるバネ（図示は省略する）を含む。

これにより、レンズ８１の慣性力、バネ５５ａの弾性力、およびダンパの粘性力からなる運動系の応答による共振現象を利用して、レンズ８１またはカウンタウェイト９１を振動させるため、消費電力を抑えることができ、効率がよい。

第１駆動部８０は、ブロック５６ａおよびブロック５６ｂのそれぞれとレール５７ａおよびレール５７ｂのそれぞれとの接続面において、グリスなどの粘性を有する潤滑剤からなるダンパを含む。同様に、第２駆動部９０においても、当該接続面においてダンパ（図示は省略する）を含む。

これにより、第１駆動部８０を含む運動系と第２駆動部９０を含む運動系に対して外部から加わる重力や、操作者による振動などを減衰させることができる。

第１駆動部８０は、レール５７ａとブロック５６ａとの嵌合部およびレール５７ｂとブロック５６ｂとの嵌合部に掛かる各モーメントを打ち消し合う位置に部材が配置されている。同様に、第２駆動部９０は、レールとブロックとの嵌合部（図示は省略する）に掛かる各モーメントを打ち消し合う位置に部材が配置されている。より具体的には、複数のリニアガイド６０ａ，６０ｂは、レンズ８１の直線運動方向と平行でかつレンズ８１の中心を通る軸（直線Ｌ）を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置されている。また、複数のリニアガイド６５は、カウンタウェイト９１の直線運動方向と平行でかつカウンタウェイト９１の中心を通る軸（直線Ｌ）を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置されている。

これにより、リニアガイド６０およびリニアガイド６５のそれぞれに力のモーメントが極力掛からないため、残留振動を極力抑えることができる。

第１駆動部８０は、直線Ｌの方向と垂直な方向からレンズ８１を挟み込む位置に部材が配置されている。同様に、第２駆動部９０は、直線Ｌの方向と垂直な方向からカウンタウェイト９１を挟み込む位置に部材が配置されている。

これにより、ハンドピース７０全体の小型化を図ることができ、さらに、レンズ８１の中心部にパターンを有する光を通すことができる。

レンズ８１が直線運動するように当該レンズ８１を案内するリニアガイド６０とカウンタウェイト９１が直線運動するように当該カウンタウェイト９１を案内するリニアガイド６５とは、異なる部材で構成される。

これにより、設計の自由度が向上するため、ハンドピース７０のような限られたスペースの中であっても適切に部材を配置することができる。また、故障対応などのメンテナンスが容易になる。

［変形例］
本発明は、上記の実施例に限られず、さらに種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な変形例について説明する。

（物体について）
本実施の形態においては、第１物体としてレンズ８１を適用し、第２物体としてカウンタウェイト９１を適用したが、第２物体は、第１物体と同じ質量を有するレンズであってもよい。つまり、ハンドピースは、ともに同じ質量を有する２つのレンズが相対する方向にそれぞれ同じ距離だけ往復直線運動するように構成されてもよく、レンズがカウンタウェイトの機能を有していてもよい。

（駆動部の各部材の配置場所について）
本実施の形態においては、図４に示すように、レンズ８１に対して２つのリニアガイド６０ａ，６０ｂが挟み込むようにして設けられていたが、リニアガイドの数およびその配置場所はこれに限らない。

たとえば、図１３は、変形例に係る駆動部３８０のＹ−Ｚ断面を示す模式図である。図１３に示すように、２つのリニアガイド６０ａ，６０ｂに加えて、ブロック５６ｃおよびレール５７ｃを含むリニアガイド６０ｃが設けられてもよい。それに伴い、リニアガイド６０ａとリニアガイド６０ｂとの間には、コイル５２ａを含む磁気回路構成８５ａとヨーク５１ａとが配置され、リニアガイド６０ｂとリニアガイド６０ｃとの間には、コイル５２ｂを含む磁気回路構成８５ｂとヨーク５１ｂとが配置され、リニアガイド６０ｃとリニアガイド６０ａとの間には、コイル５２ｃを含む磁気回路構成８５ｃとヨーク５１ｃとが配置されている。さらに、これらのリニアガイド６０ａ，６０ｂ，６０ｃは、各リニアガイドに掛かるモーメントを打ち消し合うように、レンズ８１の直線運動方向と平行でかつレンズ８１の中心を通る軸（直線Ｌ）を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置されてもよい。

なお、上述した例は一例であり、バネの数およびその配置場所、さらに、リニアガイドの数およびその配置場所は、ハンドピース内のスペースを考慮して適宜組み合わせて設計可能である。

（リニアガイドについて）
本実施の形態においては、図３に示すように、レンズ８１を直線運動方向に案内するリニアガイド６０と、カウンタウェイト９１を直線運動方向に案内するリニアガイド６５とが別の部材であった。しかし、これに限らず、レンズ８１を直線運動方向に案内するリニアガイドと、カウンタウェイト９１を直線運動方向に案内するリニアガイドとが、共通の部材であってもよい。

たとえば、図１４は、変形例に係る三次元スキャナ２００に適用されるリニアガイド２６０を説明するための模式図である。図１４に示すように、リニアガイド２６０は、レンズ８１とカウンタウェイト９１とで共通の部材で構成されている。このようにすれば、部材点数を抑えることができる。

（支持部および保持部について）
本実施の形態においては、支持部１８０に含まれる凸部１８４がリニアガイド６０側に向けて外部に突出した円柱の形状を有し、保持部１６０に含まれる凹部１６４が円柱の形状を有する凸部１８４に嵌合する形状を有していたが、凸部１８４および凹部１６４はその他の形状を有していてもよい。たとえば、凸部１８４は、リニアガイド６０側に向けて外部に突出した球の形状を有し、凹部１６４は、球の形状を有する凸部１８４に嵌合する形状を有してもよい。

このように構成した場合でも、支持部１８０と保持部１６０との間の嵌合は、Ｘ−Ｚ断面が円形または略円形である球の形状を有する凸部１８４および凹部１６４によってなされるため、レンズ８１がＸ軸方向へ往復直線運動しても、凸部１８４が凹部１６４の内部で引っ掛かり難く、Ｙ軸まわりに生じ得る力のモーメントを極力抑えることができる。

なお、支持部１８０の凸部１８４、および保持部１６０の凹部１６４を球の形状とした場合、上述した図１２（Ｂ），（Ｃ）に示した差Ｄ１と差Ｄ２とがほぼ同じになる。この場合、上述した図１２（Ｂ），（Ｃ）に示した例よりも、Ｙ軸方向に対する遊びに余裕をもたせることができないため、ベストモードとしては、図１２（Ｂ），（Ｃ）に示した例のように、凸部１８４および凹部１６４を円柱の形状として、差Ｄ１よりも差Ｄ２の方が大きくなるように遊びを設ける方が好ましい。また、支持部１８０の凸部１８４、および保持部１６０の凹部１６４を四角柱や三角柱のような角柱にしてもよい。しかし、この場合、レンズ８１がＸ軸方向へ往復直線運動した場合に、凸部１８４が凹部１６４の内部で引っ掛かり易くなるため、ベストモードとしては、図１２（Ｂ），（Ｃ）に示した例のように、凸部１８４および凹部１６４を円柱の形状として、Ｘ−Ｚ断面を円形または略円形にして引っ掛かりを無くす方が好ましい。

なお、レンズ８１側に限らずカウンタウェイト９１側においても同様に、支持部１８５の凸部は、リニアガイド６５側に向けて外部に突出した球の形状を有し、保持部１６５の凹部は、球の形状を有する凸部に嵌合する形状を有してもよい。また、凸部および凹部は、球に限らず、角柱であってもよい。

（他の用途への適用例）
本実施の形態においては、医療用診療装置の１つの例示的形態として、歯科診療に用いることが可能な三次元スキャナについて説明したが、医療用診療装置は他の用途にも適用可能である。たとえば、医療用診療装置としては、切削工具（たとえば、スケーラ―チップ、根管治療用ファイルなど）を用いて対象物を切ったり削り取ったりして希望の形に近づけていくような切削装置が適用されてもよい。

図１５は、変形例に係る医療用診療装置である切削装置３７０の構成を示す模式図である。図１５に示すように、切削装置３７０は、筐体３７５と、切削工具３８５と、切削工具３８５を保持する切削保持部３８１と、切削保持部３８１を往復直線運動させる第１駆動部５８０と、切削保持部３８１の直線運動方向の直線上に設けられかつ切削保持部３８１と同じ質量を有するカウンタウェイト３９１と、カウンタウェイト３９１を往復直線運動させる第２駆動部５９０と、切削保持部３８１が往復直線運動するように切削保持部３８１を案内するリニアガイド３６０と、カウンタウェイト３９１が往復直線運動するようにカウンタウェイト３９１を案内するリニアガイド３６５と、第１駆動部５８０および第２駆動部５９０を制御する制御部３４０とを備えている。なお、カウンタウェイト３９１は、切削保持部３８１に切削工具３８５を加えた質量と同じ質量を有していてもよい。制御部３４０は、切削保持部３８１とカウンタウェイト３９１とが相対する方向にそれぞれ同じ距離だけ往復直線運動するように第１駆動部５８０および第２駆動部５９０をそれぞれ制御する。

このように、切削装置３７０においては、切削保持部３８１を往復直線運動させる第１駆動部５８０と、カウンタウェイト３９１を往復直線運動させる第２駆動部５９０とを、制御部３４０がそれぞれ独立して制御することによって、切削保持部３８１によって保持された切削工具３８５で物体（たとえば、歯）を切ったり削り取ったりしつつ、カウンタウェイト３９１によって切削保持部３８１の往復直線運動による残留振動を極力抑えることができる。

なお、図１５に示す切削装置３７０においては、制御部３４０が筐体３７５内に収納されているが、図１に示す三次元スキャナ１００のように、制御部３４０が筐体３７５の外に配置されるとともに、配線によって第１駆動部５８０および第２駆動部５９０と接続されてもよい。

また、医療用診療装置としては、口腔内や外耳内、または胃や腸などの消化器を撮影する医療用のカメラが適用されてもよい。この場合、第１物体としてはカメラのレンズが適用され、第２物体としてはカウンタウェイトが適用されてもよい。

また、医療用診療装置としては、顕微鏡が適用されてもよい。この場合、第１物体としては顕微鏡内のレンズが適用され、第２物体としてはカウンタウェイトが適用されてもよい。

さらに、医療用診療装置としては、レーザー光線を用いて図などの対象物を指し示すレーザーポインタや歯を切削するレーザー装置が適用されてもよい。この場合、第１物体としてはレンズが適用され、第２物体としてはカウンタウェイトが適用されてもよい。

このように、互いに同じ質量を有する２つの物体を相対する方向にそれぞれ同じ距離だけ往復直線運動させる装置であれば、いずれの装置においても本実施の形態および変形例に係る医療用診療装置を適用することができる。

（その他の変形例）
本実施の形態に係る投影光発生部７５は、単一の投影光発生部（たとえば、ＬＥＤやレーザー素子など）に限らず、複数の入光部が集合するように構成されてもよい。たとえば、投影光発生部７５は、複数のＬＥＤやレーザー素子が基板に並べられるように構成されてもよい。なお、三次元スキャナ１００は、投影光発生部７５からの光や対象物９９からの反射光が、光ファイバなどのライトガイドによって光学センサ７１や対象物９９に導かれるように構成されてもよい。

本実施の形態に係る三次元スキャナ１００の撮像の対象は、口腔内の歯や歯肉に限られず、外耳道などの生体組織、建築物の壁の隙間、配管の内部、および空洞を有する工業製品などであってもよく、本実施の形態に係る三次元スキャナ１００は、狭くて死角が生じやすい空間内を計測または観察する用途などに広く適用可能である。

今回開示された実施の形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。なお、本実施の形態で例示された構成および変形例で例示された構成は、適宜組み合わせることができる。

１０ プローブ、２０ 接続部、３０ 光学計測部、４０，３４０ 制御部、４５ 電源、５０ 表示部、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ ヨーク、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ コイル、５３ａ，５３ｂ 磁石、５５ａ，５５ｂ バネ、５６ａ，５６ｂ，５６ｃ ブロック、５７ａ，５７ｂ，５７ｃ レール、６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６５，２６０，３６０，３６５ リニアガイド、６６ 反射部、７０ ハンドピース、７１ 光学センサ、７２ プリズム、７５ 投影光発生部、７７ ハウジング、８０，５８０ 第１駆動部、８１ レンズ、８５，８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，９５ 磁気回路構成、９０，５９０ 第２駆動部、９１，３９１ カウンタウェイト、９９ 対象物、１００，２００ 三次元スキャナ、１６０，１６５ 保持部、１６１ 保持部本体、１６２，１６３，１８２，１８３ ネジ穴、１６４ 凹部、１８０，１８５，１８８ 支持部、１８１ 支持部本体、１８４ 凸部、１９０ 固定部、１９５ 接触部、３７０ 切削装置、３７５ 筐体、３８０ 駆動部、３８１ 切削保持部、３８５ 切削工具、５００ 連結収容部、５０１ 第１収容部、５０２ 第２収容部、８００ 連結部、８０１ 第１ブロック、８０２ 第２ブロック。

Claims (19)

1. 医療用診療装置であって、
   第１物体と、
   前記第１物体を駆動する第１駆動部と、
   前記第１駆動部によって駆動された前記第１物体が直線運動するように当該第１物体を案内する複数の第１リニアガイドとを備え、
   前記複数の第１リニアガイドは、前記第１物体の外周側で互いに異なる位置に配置されており、
   前記第１物体と前記複数の第１リニアガイドのそれぞれとの間において、前記第１物体側に設けられた複数の第１支持部と、前記複数の第１リニアガイド側のそれぞれに設けられた第１保持部とが、遊びをもって嵌合する、医療用診療装置。
2. 前記第１物体と同じ質量を有する第２物体と、
   前記第２物体を駆動する第２駆動部と、
   前記第２駆動部によって駆動された前記第２物体が直線運動するように当該第２物体を案内する複数の第２リニアガイドと、
   前記第１物体と前記第２物体とが相対する方向にそれぞれ同じ距離だけ往復して直線運動するように前記第１駆動部および前記第２駆動部それぞれを制御する制御部とをさらに備え、
   前記複数の第２リニアガイドは、前記第２物体の外周側で互いに異なる位置に配置されており、
   前記第２物体と前記複数の第２リニアガイドのそれぞれとの間において、前記第２物体側に設けられた複数の第２支持部と、前記複数の第２リニアガイド側のそれぞれに設けられた第２保持部とが、遊びをもって嵌合する、請求項１に記載の医療用診療装置。
3. 前記第１物体と前記第２物体とが同軸上で直線運動するように配置され、
   前記複数の第１リニアガイドは、前記第１物体の直線運動方向と平行でかつ前記第１物体の中心を通る軸を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置され、
   前記複数の第２リニアガイドは、前記第２物体の直線運動方向と平行でかつ前記第２物体の中心を通る軸を回転軸として、それぞれが回転対称となる位置で互いに平行に配置されている、請求項２に記載の医療用診療装置。
4. 前記第１支持部と前記第１保持部とにおける前記遊びは、前記第１物体の直線運動方向に垂直な方向に設けられている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
5. 前記第１支持部と前記第１保持部とにおける前記遊びは、前記第１物体の直線運動方向よりも当該直線運動方向に垂直な方向の方が大きい、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
6. 前記第１支持部は、前記第１リニアガイド側に向けて外部に突出する凸部を含み、
   前記第１保持部は、前記凸部に嵌合する凹部を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
7. 前記凸部は、前記第１リニアガイド側に向けて外部に突出した円柱の形状を有し、
   前記凹部は、円柱の形状を有する前記凸部に嵌合する形状を有する、請求項６に記載の医療用診療装置。
8. 前記凸部は、前記第１リニアガイド側に向けて外部に突出した球の形状を有し、
   前記凹部は、球の形状を有する前記凸部に嵌合する形状を有する、請求項６に記載の医療用診療装置。
9. 前記第１支持部の少なくとも一部の面は、前記第１保持部の少なくとも一部の面に当接する、請求項７または請求項８に記載の医療用診療装置。
10. 前記第１リニアガイドと前記第２リニアガイドとは、異なる部材で構成される、請求項２〜請求項９のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
11. 前記第１駆動部および前記第２駆動部の少なくともいずれか一方は、磁石、コイル、およびヨークを含む磁気回路構成を有し、
    前記第１物体および前記第２物体の少なくともいずれか一方は、前記磁気回路構成によって力が与えられることで駆動する、請求項２〜請求項１０のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
12. 前記第１駆動部および前記第２駆動部の少なくともいずれか一方は、前記第１物体および前記第２物体の少なくともいずれか一方に弾性力を与える弾性部材を含む、請求項２〜請求項１１のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
13. 前記第１駆動部および前記第２駆動部の少なくともいずれか一方は、ダンパを含む、請求項１２に記載の医療用診療装置。
14. 前記第１物体は、レンズである、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
15. 前記第１物体は、切削工具を保持する切削保持部である、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
16. 前記第２物体は、カウンタウェイトである、請求項２〜請求項１５のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
17. ハウジング内において、前記第１物体は、前記第１リニアガイドによって直線運動可能に第１ブロックの内部で固定されて保持され、
    前記ハウジング内において、前記第２物体は、前記第２リニアガイドによって直線運動可能に第２ブロックの内部で固定されて保持される、請求項２〜請求項１６のいずれか１項に記載の医療用診療装置。
18. 前記ハウジング内において、前記第１ブロックによって保持された前記第１物体と、前記第２ブロックによって保持された前記第２物体とを連結する連結部が設けられ、
    前記連結部にはプリズムが配置され、
    前記ハウジング内の投影光発生部からの光は、前記第１物体であるレンズを通過し、前記連結部内の前記プリズムを介して光学センサによって検出される、請求項１７に記載の医療用診療装置。
19. 手持ち式の３次元スキャナである、請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載の医療用診療装置。

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