JP7088789B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来より、様々な分野において撮像装置が使用されている。たとえば、歯科分野においても、口腔内を撮像する撮像装置として様々な装置が開発されている。例えば、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撮像装置が開発されている。この撮像装置は、例えば、特許文献１に開示され三次元スキャナ、あるいは口腔内スキャナと呼ばれている。

また、撮像装置の先端には、口腔内に差込み、口腔内を撮像するためのプローブが設けられることがある。プローブには、観察対象からの光を筐体へと導く光学部品を含んでいる。

口腔内を撮像する場合、口腔内が高温・多湿であるので、プローブを口腔内に差込むと、プローブに設けた光学部品（例えば、ミラーなど）が曇ることになる。撮像装置は、プローブに設けた光学部品が曇ると、口腔内を上手く撮像することができない。

米国特許第７２５５５５８号公報

特許文献１では、観察対象およびプローブのガラス面に付着した異物を除去することを目的に、観察対象およびプローブのガラス面に対して温かい空気を送り出していたので、プローブに設けた光学部品の曇りを防止することを目的としていなかった。また、特許文献１では、温かい空気を送り出すために、送風部をハンドピースの外部に設ける必要があり、ハンドピースとの接続が複雑になる虞があった。

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、ハンドピースの外部に送風部を設けることなく、プローブに設けた光学部品の曇りを防止する撮像装置を提供することを目的とする。

本発明のある局面に従う撮像装置は、対象物を撮像する撮像装置であって、光学部品を含み、前記対象物からの光を取り込むプローブと、前記プローブから取り込んだ光を処理する電子部品を含む筐体とを備え、前記筐体は、前記プローブに設けた前記光学部品に空気を供給する第１送風部と、前記第１送風部の駆動を制御する制御部とを含み、前記第１送風部は、前記撮像装置の使用時に使用者が前記筐体を保持した場合に、前記筐体内で前記電子部品よりも上側となる位置に設けられる。

本発明に係る撮像装置は、使用者が筐体を保持した場合に、筐体内で電子部品よりも上側となる位置に送風部を設けることで、電子部品の発熱によって温められた空気をプローブに設けた光学部品へ供給して、ハンドピースの外部に送風部を設けることなく、プローブに設けた光学部品の曇りを防止することができる。

実施の形態１に係る三次元スキャナの構成を説明するための概略図である。 実施の形態１に係るハンドピースの構成を示す図である。 実施の形態１に係るハンドピースの外気の取り込み口を示す図である。 実施の形態１に係る第１のファンの構造を示す図である。 実施の形態１に係る第１のファンの回転数を示すグラフである。 実施の形態１に係る第１駆動部のＹ－Ｚ断面を示す図である。 実施の形態１に係る第１駆動部のＸ－Ｚ断面を示す図である。 実施の形態１に係るハンドピースの別の形態を示す図である。 実施の形態２に係るハンドピースの構成を示す図である。 実施の形態２に係る電子基板の第１基板面を示す図である。 実施の形態３に係るハンドピースの構成を示す図である。

［実施の形態１］
実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。実施の形態１では、口腔内の歯の三次元形状を取得することが可能な三次元スキャナ１００を例に説明する。なお、口腔内の歯の三次元形状を取得することが可能な三次元スキャナ１００（口腔内スキャナ）は、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００の１つの例示的形態にすぎず、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００はこれに限定されない。実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、同様の構成を有する撮像装置であればよく、歯科に限られず、眼科、耳鼻咽喉科、放射線科、および獣医科など、あらゆる医科の診療に適用可能である。また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、同様の構成を有する撮像装置であればよく、医療用に限定されるものではない。また、撮像装置は三次元スキャナ１００に限定されるものではなく、例えば、口腔内カメラ、光干渉断層診断装置（Optical Coherence Tomography: OCT）、紫外・赤外・テラヘルツイメージング装置、蛍光イメージング装置などでもよい。

［Ａ 三次元スキャナの構成］
図１は、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００の構成を説明するための概略図である。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、表示部５０と、電源４５とを備え、各々はケーブル４３でつながっている。ハンドピース７０は、手持ち式の部材であり、プローブ２５と筐体３０とを含む。

プローブ２５は、キャップ１０と筒部２０とで構成されている。キャップ１０は、筒部２０に対して着脱可能であり、歯などの対象物９９にパターンを投影して三次元形状を取得するために、口腔内に差し込まれる。このため、使用者は、感染対策として、生体に接触する可能性のあるキャップ１０のみを筒部２０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。仮に、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虞があるが、上述したようにキャップ１０のみを取り外して滅菌処理した場合には、装置の寿命が短くなることを極力防止することができる。

筒部２０は、対象物に反射した光を筐体３０内に導くためのリレーレンズやλ／４板等の光学部品を含む。なお、筒部２０は、筐体３０の一部であっても、筐体３０とは別の構成であってもよい。以下では、筒部２０を筐体３０の一部として説明する。

筐体３０は、内部に、撮像部２１と、送風部２２と、制御部４０とを含む。

撮像部２１は、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、実施の形態１に係る撮像部２１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、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、撮像部２１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。

送風部２２は、筐体３０内の空気の流れを制御し、プローブ２５の先端へ空気を送り出し、プローブ２５に設けた光学部品の曇りを防止する。さらに、送風部２２は、使用者が筐体３０を保持した場合に、筐体３０内で電子部品よりも上側となる位置に設けられることにより、電子部品の発熱によって温められ筐体３０内の上方に溜まる空気をプローブ２５の先端に送り出す。これにより、プローブ２５に設けた光学部品の表面温度と口腔内の温度との差が緩和され、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

制御部４０は、撮像部２１、送風部２２、および表示部５０の動作を制御する。制御部４０は、撮像部２１の動作を制御するとともに、撮像部２１で撮像した画像を処理して三次元形状を取得する。また、制御部４０は、送風部２２の動作を制御することにより、電子部品の発熱によって温められた空気を、口腔内に差し込まれるプローブ２５の先端へ送り出す。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。また、制御部４０は、ハンドピース７０の設定情報を入力装置（図示省略）から入力することを可能とする。

制御部４０は、制御中枢としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）３４と、ＣＰＵ３４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、ＣＰＵ３４のワークエリアとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）と、主に画像処理を行うＧＰＵ（Graphics Processing Unit）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。なお、ＣＰＵやＧＰＵを、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）で構成してもよい。

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、ハンドピース７０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、ハンドピース７０に電力を供給する。電源４５は、図１に示すようにハンドピース７０の外部に設けられてもよいが、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、ハンドピース７０と表示部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。

図１では三次元スキャナ１００の各構成要素（７０，４５，５０）がケーブル４３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。

［Ｂ ハンドピースの構成］
図２および図３を参照して、実施の形態１に係るハンドピース７０について説明する。図２は、実施の形態１に係るハンドピース７０の構成を示す図である。図３は、実施の形態１に係るハンドピース７０の外気の取り込み口４１を示す図である。なお、説明の都合上、ハンドピース７０の長手方向をＸ軸、ハンドピース７０の幅方向をＹ軸、ハンドピース７０の高さ方向をＺ軸とする。なお、Ｘ軸方向は、後述するレンズ８１の光軸と平行である。

図２に示すように、ハンドピース７０は、プローブ２５と筐体３０とから構成され、電源４５および表示部５０とケーブル４３を介してつながっている。筐体３０は、図３に示すような取り込み口４１を含み、外気を取り込むことができる。なお、取り込み口４１は外気を取り込むことができればよく、取り込み口４１の形状や数は図３に示すものに限られない。

図２に示されるハンドピース７０は、使用者が筐体３０の一部を上（紙面の上）または下（紙面の下）から保持して操作するタイプ（ペンタイプ）のものである。使用者は、筐体３０自体を保持して、プローブ２５の先端を口腔内に差し込んで、対象物９９の形状を計測する。ハンドピース７０の幅は、使用者の持ち易さと操作性を考慮して、上方よりも下方が狭くなるように構成してもよい。

［Ｃ プローブ］
プローブ２５は、キャップ１０と筒部２０とで構成される。キャップ１０は、ミラー１と、一方でミラー１を保持し、他方で筒部２０を覆うカバー部材とで構成される。ミラー１を設けたキャップ１０の先端には、採光部３が設けてある。採光部３は、光源３１からの光を対象物９９に投射するための窓であり、対象物９９で反射した光を取り込むための窓でもある。ミラー１は、光源３１からの光を対象物９９へ反射させたり、採光部３から取り込まれた光を筐体３０へ反射させたりする。

キャップ１０は、筒部２０に対して着脱可能であり、少なくとも筒部２０の一部を覆っている。具体的には、筒部２０は筐体３０から突出しており、キャップ１０は、筒部２０の一部分と嵌合可能に構成される。なお、キャップ１０は、筒部２０に対して着脱可能であると説明したが、これに限られず、筒部２０に対してキャップ１０が固定された構成、筒部２０とキャップ１０とが一体不可分で、１つのプローブ２５となっている構成などであってもよい。

［Ｄ 筐体］
筐体３０は、その内部に、多数の電子部品、たとえば、制御部４０としてのＣＰＵ３４、撮像部２１としてのイメージセンサ３３、ＧＰＵ（図示省略）、電源回路３９、およびその他の電子部品（図示省略）等を含み、電子基板３６に実装される。電子部品の中でも、ＣＰＵ３４、イメージセンサ３３、ＧＰＵ（図示省略）および電源回路３９は他の電子部品と比較して発熱量が多く、ＣＰＵ３４やＧＰＵ（図示省略）はこれらの中でもとりわけ発熱量が多い演算系の電子部品である。そのため、ＣＰＵ３４には、熱を放出するためのヒートシンク３５が設けられる。

［Ｅ 送風部］
筐体３０は、その内部に、送風部２２である第１のファン３７と、送風管３８とを含む。第１のファン３７は、使用者が筐体３０を保持した場合に、電子部品よりも上側となる位置に設けられる。たとえば、図２では、第１のファン３７は、ＣＰＵ３４、イメージセンサ３３、ＧＰＵ（図示省略）および電源回路３９等よりも図中上側となる位置に設けられている。取り込み口４１から取り込まれた空気は、電子部品の発熱によって温められ、筐体３０内の上方に溜まる。温められた空気は、図２の矢印が示すように、第１のファン３７によって取り込まれ、第１のファン３７に設けられた排気口３７ａに接続されている送風管３８を通って、プローブ２５の先端に送られる。プローブ２５内では、キャップ１０とキャップ１０に覆われた筒部２０の部分とで構成される送風路を空気が通ることになる。

プローブ２５が口腔内に差し込まれると、口腔内は高温多湿であることから、プローブ２５に設けた光学部品（例えば、ミラー１および筒部２０に設けた位相差板２（λ／４板）等）が曇ってしまい、対象物９９の形状を正確に計測することができない。しかしながら、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、第１のファン３７によって、プローブ２５の先端へ空気を送り出し、プローブ２５に設けた光学部品の曇りを防止する。特に、温かい空気をプローブ２５の先端に送り出すことで、プローブ２５に設けた光学部品の表面温度と口腔内の温度との差を緩和させることで、より曇りを防止することができる。

［Ｆ 撮像部］
筐体３０は、撮像部２１として、光源３１と、プリズム３２と、レンズ８１と、イメージセンサ３３とを含む。また、筒部２０には、プローブ２５で採光した光を筐体３０へ導くためのレンズ系（図示省略）、カバーガラス（図示省略）、光学フィルタ（図示省略）、および位相差板２（λ／４板）などの光学部品を含む。

光源３１から出力された光は、プリズム３２とレンズ８１とを通って、ミラー１によって対象物９９の方へ投射される。対象物９９で反射された光は、採光部３からプローブ２５に取り込まれ、ミラー１で筒部２０に導かれる。筒部２０に導かれた光は、位相差板２とレンズ８１とプリズム３２とを通り、イメージセンサ３３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、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（図示省略）を通過した光が対象物９９に投影される。レンズ８１がＸ軸方向に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。イメージセンサ３３は、その変化毎に対象物９９からの光を検出する。制御部４０は、レンズ８１の位置と、そのときのイメージセンサ３３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。

バネ５５ａで固定されているレンズ８１が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を保持する使用者の手に振動として伝わる。その振動を打ち消すために、筐体３０の内部には、カウンタウェイト９１がさらに設けられる。カウンタウェイト９１は、バネ５５ｂで固定され、対象物９９とレンズ８１との間の光路、およびレンズ８１とイメージセンサ３３との間の光路を遮らないように、レンズ８１が直線運動する方向に設けられる。

［Ｇ 第１のファン］
では、図４および図５を参照して、第１のファン３７について説明する。第１のファン３７は、圧力損失に強く、狭い管路に空気を送り込む場合に適しているブロワファンである。ブロワファンは、回転軸３７ｅの方向から空気を取り込み、回転軸３７ｅと直交する方向に空気を送り出すことができる。なお、第１のファン３７は、圧力損失に強く、狭い管路に空気を送り込む場合に適しているものであればよく、たとえば、ダイヤフラムポンプやＰＺＴマイクロブロワ等でもよい。

まず、図４を参照して、第１のファン３７の構造について説明する。図４は、実施の形態１に係る第１のファン３７の構造を示す図である。図４（Ａ）は、実施の形態１に係る第１のファン３７のＸ－Ｙ断面を示す図であり、図４（Ｂ）は、Ａ－Ａ線断面図である。図４に示す中抜きの矢印は、空気の流れを示す。

図４（Ａ）に示すように、第１のファン３７は、排気口３７ａと、吸気口３７ｂ，３７ｃと、回転羽３７ｄと、回転軸３７ｅとを含む。複数の回転羽３７ｄが、回転軸３７ｅに対し放射状に固定されている。第１のファン３７の中に描かれている矢印は、回転羽３７ｄの回転方向を示している。図４（Ａ）では、回転羽３７ｄは反時計回りに回転しているが、時計回りであってもよい。回転羽３７ｄの回転方向、回転数、および回転速度等は、制御部４０によって制御される。

図４（Ｂ）に示すように、吸気口３７ｂ，３７ｃが、回転軸３７ｅの方向に設けられ、筐体３０内の空気を取り込む。また、図４（Ａ）に示すように、排気口３７ａが、回転軸３７ｅと直交する方向に設けられ、吸気口３７ｂ，３７ｃから取り込まれた空気が排気口３７ａから送り出される。排気口３７ａはプローブ２５の方向に設けられ、排気口３７ａにはプローブ２５の根元まで続く送風管３８が接続されている。送風管３８は、軟性（シリコン、ウレタン、ポリテトラフルオロエチレン等）でもよいし、硬性（ステンレス、アルミ、銅等）でもよい。排気口３７ａから送り出される空気は、送風管３８を通ってプローブ２５の根元まで送られ、その後は、プローブ２５と筐体３０との間に形成された送風路（図示省略）を通ってプローブ２５の先端に送られる。

図２および図４に示すように、吸気口３７ｂ，３７ｃの開口の面積は、排気口３７ａの開口の面積よりも大きくなるように構成される。また、吸気口３７ｂまたは吸気口３７ｃは、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品と対向する位置に設けられる。たとえば、図２では、吸気口３７ｂまたは吸気口３７ｃはＣＰＵ３４と対向する位置に設けられている。

このように、吸気口３７ｂ，３７ｃは回転軸３７ｅの方向に設けられ、排気口３７ａは回転軸３７ｅと直交する方向（第１のファン３７の側面）に設けられる。これにより、空気を取り込んだ方向と直交する方向に空気を送り出すことができ、第１のファン３７を薄型にすることができる。

また、吸気口３７ｂ，３７ｃの開口の面積は、排気口３７ａの開口の面積よりも大きくなるように構成されている。これにより、比較的開口の面積が大きい吸気口３７ｂ，３７ｃから効率よく空気が取り込まれ、比較的開口の面積が小さい排気口３７ａから効率よく空気が送り出される。

また、排気口３７ａがプローブ２５の方向に設けられ、プローブ２５の根元まで続く送風管３８が排気口３７ａに接続されている。第１のファン３７と送風管３８とのこのような配管により、最小限のスペースで、送りたい方向へ効率よく空気が送り出される。

また、第１のファン３７はカスケード構造としてもよい。これにより、吐出圧が上がるため、プローブ２５の先端へより強く空気が送られる。

また、図２では、第１のファン３７は電子基板３６と接しているが、これに限られない。第１のファン３７は、支持部（図示省略）等によって支持され、電子基板３６と接していなくてもよい。第１のファン３７が電子基板３６と接していない場合には、吸気口３７ｂおよび吸気口３７ｃの両方から温められた空気が取り込まれる。

次に、図５を参照して、第１のファン３７の回転数について説明する。第１のファン３７は、制御部４０によって回転数を制御される。図５は、実施の形態１に係る第１のファン３７の回転数を示すグラフである。図５（Ａ）は、実施の形態１に係る第１のファン３７の回転数を示す第１のグラフであり、図５（Ｂ）は、実施の形態１に係る第１のファン３７の回転数を示す第２のグラフである。図５（Ａ），（Ｂ）ともに、横軸は撮像開始からの経過時間（ｔ秒）を示し、縦軸は第１のファン３７の回転羽３７ｄの回転数（Ｍ回）を示す。

図５（Ａ）に示すように、制御部４０は、撮像開始時（ｔ＝０）に、回転羽３７ｄの回転数が最大の値（Ｍ１）となるように制御する。制御部４０は、所定時間（ｔ１）が経過したタイミングで、回転羽３７ｄの回転数をＭ１よりも少ないＭ２に切り替え、その後も、切り替え後の回転数（Ｍ２）を維持する。

また、制御部４０は、図５（Ｂ）に示すような制御をしてもよい。すなわち、制御部４０は、図５（Ａ）と同様に、撮像開始時（ｔ＝０）に、回転羽３７ｄの回転数が最大の値（Ｍ１）となるように制御する。その後、制御部４０は、回転羽３７ｄの回転数を所定の割合で減らしていき、所定時間（ｔ１）が経過した後は、回転羽３７ｄの回転数が一定の値（Ｍ２）となるように制御する。

図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、制御部４０は、撮像開始時に回転羽３７ｄの回転数が最大となるように制御する。これにより、電子部品の発熱量が少ない撮像開始時であっても、プローブ２５の先端に送られる空気の量を多くすることができる。

また、図５（Ａ）に示すように、撮像開始から所定時間（ｔ１）の経過後、回転羽３７ｄの回転数を撮像開始時よりも減らし、以後、その回転数（Ｍ２）を維持する。これにより、省エネが実現される。なお、プローブ２５の先端に送られる空気の量を減らしても、撮像開始後、所定時間（ｔ１）が経過した後は、電子部品の発熱による空気の温度上昇を十分に期待できることから、プローブ２５に設けた光学部品の曇りを防止することができる。

また、図５（Ｂ）に示すように、撮像開始後、回転羽３７ｄの回転数を所定の割合で減少させ、一定の回転数（Ｍ２）に到達した後は、その回転数を維持する。これにより、省エネが実現される。なお、プローブ２５の先端に送られる空気の量を減らしても、撮像開始後、電子部品の発熱量は徐々に増加していくので、電子部品の発熱による空気の温度上昇を期待できることから、プローブ２５に設けた光学部品の曇りを防止することができる。

［Ｈ レンズおよびカウンタウェイトの直線運動］
次に、図６および図７を参照して、実施の形態１に係る撮像部２１において、レンズ８１およびカウンタウェイト９１が往復直線運動する仕組みについて説明する。レンズ８１は第１駆動部８０によって往復直線運動し、カウンタウェイト９１は第２駆動部（図示省略）によって往復直線運動する。図６は、実施の形態１に係る第１駆動部８０のＹ－Ｚ断面を示す図である。図７は、実施の形態１に係る第１駆動部８０のＸ－Ｚ断面を示す図である。

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（以下、直線Ｌとも称す）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６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、固定支持部５７ａおよび可動支持部５６ａで構成される支持部と、固定支持部５７ｂおよび可動支持部５６ｂで構成される支持部とが設けられている。可動支持部５６ａおよび可動支持部５６ｂは、それぞれ固定支持部５７ａおよび固定支持部５７ｂに沿ってレンズ８１を往復直線運動させる。

さらに、図７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の外周に長尺状のバネ５５ａが設けられている。第１駆動部８０の縦断面においては、バネ５５ａが直線Ｌの方向からレンズ８１を挟み込むようにして配置されている。バネ５５ａの直径は、レンズ８１を固定できるように、レンズ８１の直径と略同じであればよい。バネ５５ａは、弾性部材であり、Ｘ方向の変形が許容され、Ｙ－Ｚ方向に変形しないように筐体内で保持されている。このように配置されたバネ５５ａ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の外側（レンズ８１の中心から離れる方向）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，８５ｂが設けられている。磁気回路構成８５ａ，８５ｂは、Ｎ極およびＳ極からなる磁石５３ａ，５３ｂと、磁石５３ａ，５３ｂの外側に配置されたコイル５２ａ，５２ｂとを含む。

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７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７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、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。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。なお、カウンタウェイト９１は、レンズ８１が往復直線運動するのと同様の仕組みで、第２駆動部によって往復直線運動する。

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。

制御部４０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駆動部とをそれぞれ独立して制御している。これにより、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。

［Ｉ ハンドピースの別の形態］
図８は、実施の形態１に係るハンドピースの別の形態を示す図である。ハンドピース７０には、図８に示すようなハンドル４８が設けられてもよい。ハンドピース７０にハンドル４８が設けられる場合には、使用者はハンドル４８を握り、プローブ２５の先端を口腔内に差し込んで、対象物９９の形状を計測する。

［Ｊ 小括］
このように、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、筐体３０内に設けた第１のファン３７によって、プローブ２５の先端へ空気を送り出す。これにより、ハンドピースの外部に送風部を設けることなく、プローブ２５に設けた光学部品の曇りを防止することができる。

また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、筐体３０内において、使用者が筐体３０を保持した場合に、電子部品よりも上側となる位置に第１のファン３７を設ける。これにより、電子部品の発熱により温められた空気が第１のファン３７によって取り込まれ、プローブ２５の先端へ送り出される。その結果、プローブ２５に設けた光学部品の表面温度と口腔内の温度との差が緩和され、より曇りを防止することができる。また、電子部品の発熱により温められた空気がプローブ２５の先端に送り出されるので、電子部品が冷却されることにもなる。

また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、第１のファン３７を、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品の近傍に設けてもよい。これにより、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品によってより温められた空気をプローブ２５の先端に送り出すことができるので、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

また、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品には、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ３４、イメージセンサ３３、ＧＰＵおよび電源回路３９のうち少なくとも一つが含まれる。

また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、吸気口３７ｂ，３７ｃを回転軸３７ｅの方向に設け、排気口３７ａを回転軸３７ｅと直交する方向に設けてもよい。これにより、第１のファン３７が薄型となり、ハンドピース７０の小型化が実現される。

また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、吸気口３７ｂ，３７ｃの開口の面積を、排気口３７ａの開口の面積よりも大きくなるように構成してもよい。これにより、比較的開口の面積が大きい吸気口３７ｂ，３７ｃから効率よく空気が取り込まれ、比較的開口の面積が小さい排気口３７ａから効率よく空気がプローブ２５の先端に送り出されるので、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、排気口３７ａをプローブ２５の方向に設け、プローブ２５の根元まで続く送風管３８を排気口３７ａに接続してもよい。このような配管により、最小限のスペースで、送りたい方向へ効率よく空気が送り出される。

また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、吸気口３７ｂまたは吸気口３７ｃを、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品と対向する位置に設けてもよい。これにより、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品によってより温められた空気がプローブ２５の先端に送り出されるので、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、制御部４０によって、撮像開始時に回転羽３７ｄの回転数が最大となるように制御してもよい。これにより、電子部品の発熱量が少ない撮像開始時であっても、プローブ２５の先端に送られる空気の量が多くなるので、プローブ２５に設けた光学部品の曇りが防止される。

また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、制御部４０によって、撮像開始から回転羽３７ｄの回転数を所定の度合で減少させ、所定時間の経過後に一定に保つように制御してもよい。このような制御により、省エネが実現される。また、このような制御により、プローブ２５の先端に送られる空気の量が調整され、プローブ２５の先端が必要以上に高温になる状況が回避される。

また、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品を電子基板３６に実装し、使用者が筐体３０を保持した場合に、筐体３０内において、上方から順に、第１のファン３７、電子基板３６、および撮像部２１と位置するように構成してもよい。ハンドピース７０の幅は、使用者の持ち易さと操作性を考慮して、上方よりも下方が狭くなっているが、このような構成により、筐体３０の限られたスペース内で、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品を実装する電子基板３６のスペースが確保される。また、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品と第１のファン３７とのこのような位置関係により、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品によってより温められた空気がプローブ２５の先端に送り出されるので、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

［実施の形態２］
実施の形態２に係る三次元スキャナ１００は、筐体３０の内部に、実施の形態１で説明した第１のファン３７に加え、第２のファンを設ける点で、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００と異なる。以下、図９および図１０を参照して、実施の形態２に係る三次元スキャナ１００について説明する。なお、実施の形態２に係る三次元スキャナ１００は、上記の点を除き、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００と共通しているので、共通している部分については説明を省略する。

図９は、実施の形態２に係るハンドピース７０Ａの構成を示す図である。図１０は、実施の形態２に係る電子基板３６の第１基板面３６ａを示す図である。図９に示すように、筐体３０には、実施の形態１で説明した第１のファン３７に加え、第１のファン３７と同様の構造で構成される第２のファン４２が設けられる。

第２のファン４２は、筐体３０内において、電子基板３６の基板面のうち、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品が実装されている基板面（以下、第１基板面３６ａとも称す）の側に設けられる。たとえば、図９では、第２のファン４２は、筐体３０内において、電子基板３６の基板面のうち、ＣＰＵ３４、イメージセンサ３３、および電源回路３９が実装されている第１基板面３６ａの側に設けられている。第２のファン４２は、取り込み口４１から取り込まれた比較的低温の空気を取り込んで、電子基板３６に実装されている電子部品の方へ送り出す。その結果、電子部品が効率よく冷却される。

また、第２のファン４２は、排気口４２ａを含む。第１基板面３６ａには、排気口４２ａから送り出される空気が流れていく方向に演算系電子部品が実装されてもよい。たとえば、図１０に示すように、第１基板面３６ａには、排気口４２ａから送り出される空気が流れていく方向にＣＰＵ３４が実装されている。また、ＣＰＵ３４は、その近傍に、排気口４２ａが空気を送り出す方向に対し平行となる方向に冷却フィン３５ａを有するヒートシンク３５を備える。さらに、第１基板面３６ａには、冷却フィン３５ａによって誘導される空気が流れていく方向に、イメージセンサ３３等の他の電子部品が設けられる。これにより、第２のファン４２から送り出される比較的低温の空気が、とりわけ発熱量が多いＣＰＵ３４に設けたヒートシンク３５に対して送られ、冷却フィン３５ａでより多くの熱を奪うことができるので、ＣＰＵ３４の冷却効率が高まる。また、冷却フィン３５ａを通った空気がイメージセンサ３３に誘導されるので、イメージセンサ３３が効率よく冷却される。

第１のファン３７は、筐体３０内において、第１基板面３６ａの裏側の基板面（以下、第２基板面３６ｂとも称す）の側に設けられる。たとえば、図９では、第１のファン３７は、筐体３０内において、ＣＰＵ３４、イメージセンサ３３、および電源回路３９が実装されている第１基板面３６ａの裏側の第２基板面３６ｂの側に設けられている。第１のファン３７は、電子部品の発熱によって温められた空気を取り込んで、プローブ２５の先端へ送り出す。その結果、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

また、第１のファン３７は、筐体３０内において、演算系電子部品が実装されている第１基板面３６ａの位置の裏側の第２基板面３６ｂの近傍に設けられてもよい。たとえば、図９では、第１のファン３７は、筐体３０内において、ＣＰＵ３４が実装されている第１基板面３６ａの位置の裏側の第２基板面３６ｂの近傍に設けられている。第１のファン３７は、とりわけ発熱量が多い電子部品の発熱によって温められた空気を取り込んで、プローブ２５の先端へ送り出す。その結果、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

［小括］
実施の形態１に係る三次元スキャナ１００は、プローブ２５に設けた光学部品の曇り止めを主な目的として第１のファン３７を設けていた。一方、実施の形態２に係る三次元スキャナ１００は、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品が実装されている第１基板面３６ａの側に第２のファン４２を設け、第１基板面３６ａの裏側である第２基板面３６ｂの側に第１のファン３７を設ける。これにより、取り込み口４１から取り込まれた比較的低温の空気が第２のファン４２によって取り込まれ、電子基板３６に実装されている電子部品の方へ送り出されるので、電子部品が効率よく冷却される。また、電子部品の発熱により温められた空気が第１のファン３７によって取り込まれ、プローブ２５の先端へ送り出されるので、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

また、実施の形態２に係る三次元スキャナ１００は、第１のファン３７を、筐体３０内において、演算系電子部品が実装されている第１基板面３６ａの位置の裏側の第２基板面３６ｂの近傍に設けてもよい。これにより、とりわけ発熱量が多い電子部品の発熱により温められた空気が第１のファン３７によって取り込まれ、プローブ２５の先端へ送り出されるので、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

また、実施の形態２に係る三次元スキャナ１００は、電子基板３６に、第２のファン４２から送り出される空気が流れていく方向にＣＰＵ３４等の演算系電子部品を実装してもよい。また、演算系電子部品は、第２のファン４２が空気を送り出す方向に対して平行となる方向に冷却フィン３５ａを有するヒートシンク３５を備えてもよい。さらに、第１基板面３６ａに、冷却フィン３５ａによって誘導される空気が流れていく方向に、イメージセンサ３３等の他の電子部品を設けてもよい。これにより、第２のファン４２から送り出される比較的低温の空気が、とりわけ発熱量が多いＣＰＵ３４に設けたヒートシンク３５に対して送られ、冷却フィン３５ａでより多くの熱を奪うことができるので、ＣＰＵ３４の冷却効率が高まる。また、冷却フィン３５ａを通った空気がイメージセンサ３３に誘導されるので、イメージセンサ３３が効率よく冷却される。なお、冷却フィン３５ａは、実施の形態１に係る三次元スキャナ１００にも適用可能である。

また、実施の形態２に係る三次元スキャナ１００では、第２のファン４２は、第１のファン３７と同様の構造で構成される。これにより、第２のファン４２が薄型となり、ハンドピース７０の小型化が実現される。なお、第２のファン４２は、第１のファン３７と異なる構造であってもよい。

［実施の形態３］
実施の形態３に係る三次元スキャナ１００は、第１のファン３７、ＣＰＵ３４、および第２のファン４２が電子基板３６の同一の基板面の側に配置され、ＣＰＵ３４とイメージセンサ３３が電子基板３６の異なる基板面の側に配置されている点で、実施の形態２に係る三次元スキャナ１００と異なる。以下、図１１を参照して、実施の形態３に係る三次元スキャナ１００について説明する。なお、実施の形態３に係る三次元スキャナ１００は、上記の点を除き、実施の形態２に係る三次元スキャナ１００と共通しているので、共通している部分については説明を省略する。

図１１は、実施の形態３に係るハンドピース７０Ｂの構成を示す図である。筐体３０内において、プローブ２５に近い側から順に、第１のファン３７、ＣＰＵ３４、第２のファン４２、および取り込み口４１が設けられ、第１のファン３７、ＣＰＵ３４、および第２のファン４２は、電子基板３６の同一の基板面の側に設けられている。

実施の形態３に係る電子基板３６では、とりわけ発熱量が多いＣＰＵ３４をイメージセンサ３３等の他の電子部品とは異なる基板面に実装することで、発熱源を基板の上下で分けると共に、第１のファン３７を実装した面に第２のファン４２を並べて配置することが可能となる。なお、ＣＰＵ３４は、実施の形態２と同様に、排気口４２ａが空気を送り出す方向に対し平行となる方向に冷却フィン３５ａを有するヒートシンク３５を備える。このような配置により、取り込み口４１から取り込まれた比較的低温の空気が、第２のファン４２によって、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品の方へ送り出されるので、電子部品が冷却される。また、このような配置により、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品によって温められた空気が、第１のファン３７によって取り込まれ、プローブ２５の先端へ送り出されるので、プローブ２５に設けた光学部品の曇りがより防止される。

［小括］
このように、実施の形態３に係る三次元スキャナ１００では、プローブ２５に近い側から順に、第１のファン３７、他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品、第２のファン４２、および取り込み口４１を設け、とりわけ発熱量が多いＣＰＵ３４をイメージセンサ３３等の他の電子部品とは異なる基板面に実装する。これにより、第１のファン３７と第２のファン４２を電子基板３６の同一の基板面の側に配置することにより、温度が変化する空気が適宜利用される中で、電子部品が冷却され、プローブ２５に設けた光学部品の曇りが防止される。また、他の電子部品と比較して発熱量が多い電子部品を電子基板３６の異なる基板面の側に配置することにより、各電子部品から発生する熱が分散され冷却効果が高まる。

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て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。

１００ 三次元スキャナ、１０ キャップ、２０ 筒部、２５ プローブ、３０ 筐体、２１ 撮像部、２２ 送風部、４０ 制御部、７０，７０Ａ，７０Ｂ ハンドピース、３３ イメージセンサ、３４ ＣＰＵ、３５ ヒートシンク、３７ 第１のファン、３８ 送風管、４１ 取り込み口、４２ 第２のファン。

Claims (11)

1. 手持ち式の、対象物を撮像する撮像装置であって、
   光学部品を含み、前記対象物からの光を取り込むプローブと、
   前記プローブから取り込んだ光を処理する電子部品と、
   使用者によって保持される筐体とを備え、
   前記筐体は、前記プローブに設けた前記光学部品に空気を供給する第１送風部と、前記第１送風部の駆動を制御する制御部と、前記電子部品を実装する電子基板と、を含み、
   前記電子基板は、第１基板面と当該第１基板面の裏側の第２基板面とを有し、
   前記第１基板面には、前記電子部品のうち他の電子部品と比較して発熱量が多い特定の電子部品が実装され、
   前記第１送風部は、前記第２基板面のうち前記特定の電子部品の近傍となる位置に設けられ、
   前記第１送風部は、
   回転軸に放射状に固定される複数の回転羽と、
   前記回転軸の方向に設けた、空気を吸い込む吸気口と、
   前記回転軸の方向と直交する方向であり、かつ、前記光学部品の方向に設けた、前記吸気口より吸い込んだ空気を排出する排気口とを含み、
   前記吸気口は前記排気口よりも開口の面積が大きい、撮像装置。
2. 前記特定の電子部品は、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ、イメージセンサ、ＧＰＵ、および電源回路のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記排気口は前記プローブの方向に設けられ、空気を通す送風管が接続される、請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記吸気口は、前記特定の電子部品と対向する位置に設けられる、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記筐体は、空気を供給して前記特定の電子部品を冷却する第２送風部をさらに含み、
   前記第２送風部は、前記第１基板面の側に設けられる、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記第１送風部は、前記特定の電子部品のうち演算部品が前記第１基板面に実装された位置の裏側の前記第２基板面の位置の近傍に設けられる、請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記電子基板は、前記第２送風部の空気の排出方向に前記演算部品を実装し、
   前記演算部品は、前記排出方向に対して平行となる方向に冷却フィンを有するヒートシンクを備える、請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記筐体は、前記プローブに近い側から順に、前記第１送風部、前記特定の電子部品、前記第２送風部、および外気を取り込むための取り込み口が設けられる、請求項５～請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記制御部は、前記第１送風部の駆動量を撮像開始時に最大となるように制御する、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記制御部は、撮像開始から前記第１送風部の駆動量を所定の度合で減少させ、所定時間の経過後に一定に保つ、請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記撮像装置は口腔内用撮像装置である、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の撮像装置。

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