(57)【要約】【課題】温度による光位置検出素子の受光面と集光レンズの相対的位置関係のずれを防止することができ、かつ、高精度で簡単な受光位置合わせを実現することができる、集光レンズ及び光位置検出素子の固定具を提供する。【解決手段】光位置検出素子（１）が取り付けられる受光基板（２）と、集光レンズ（３）が取り付けられるレンズホルダ（４）と、所定位置に固定され前記受光基板（２）及び／又は前記レンズホルダ（４）を支持する支持部材（６）とを備え、前記レンズホルダ（４）は、前記光位置検出素子（１）と集光レンズ（３）との相対的位置のずれを防止する位置で前記受光基板（２）に固定される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光位置検出素子（１）が取り付けられる受光基板（２）と、
集光レンズ（３）が取り付けられるレンズホルダ（４）と、
所定位置に固定され前記受光基板（２）及び／又は前記レンズホルダ（４）を支持する支持部材（６）とを備え、
前記レンズホルダ（４）は、前記光位置検出素子（１）と前記集光レンズ（３）との相対的位置のずれを防止する位置で前記受光基板（２）に固定される、ことを特徴とする集光レンズ及び光位置検出素子の固定具。
【請求項２】
さらに、前記支持部材（６）に取り付けられ前記受光基板（２）の一部に当接するスタビライザ（７）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の集光レンズ及び光位置検出素子の固定具。
【請求項３】
前記支持部材（６）は、連結部材により互いに連結される複数の部材から構成され、前記連結部材による締め付け荷重により前記受光基板（２）及び／又は前記レンズホルダ（４）を固定支持し、前記連結部材の締め付けを弱めることにより前記受光基板（２）に取り付けられる前記光位置検出素子（１）の位置を調整するようにした、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の集光レンズ及び光位置検出素子の固定具。
【請求項４】
前記レンズホルダ（４）は、前記光位置検出素子（１）の受光面の長手方向延長線上に位置する連結具により前記受光基板（２）に固定される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集光レンズ及び光位置検出素子の固定具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯牙模型等の三次元形状を非接触で測定する三次元形状測定装置に関し、さらに詳しくは、三次元形状測定装置の集光レンズ及び光位置検出素子の固定具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科治療において歯に欠損が生じた場合、欠損部を所定の形状に成形して支台歯とし、その上に金属やセラミックスで製作した補綴物を被せて固定する治療が一般に行われている。
【０００３】
このような歯科用補綴物を製作するために、成形した支台歯やその隣接歯、あるいはこれらと噛合う対抗歯の印象型から歯牙模型を制作し、その三次元形状を正確に測定する必要がある。このため。レーザ光を用いた非接触式の三次元形状測定装置が開示されている。
【０００４】
図５は、かかる非接触式の三次元形状測定装置１０１の概略図である。この図において、Ｍは被測定物である歯牙模型、５１はレーザ光５１ａを照射するレーザ光源、１１はポリゴンミラー、５２は集光レンズ、５３は光位置検出素子（ＰＳＤ）、２０は保持回転装置であり、これらは背板９の所定位置に取り付けられている。レーザ光源５１、光位置検出素子５３および集光レンズ５２が歯牙模型Ｍに対してその斜め上方に配置してあり、レーザ光源５１からのレーザ光５１ａと、集光レンズの中心軸と、光位置検出素子５３の受光面ａと、保持回転装置の回転軸とが１つのＸＹ平面座標内にあるように配置してある。このとき、ＸＹ平面座標において、回転テーブルの回転軸はＹ軸に相当し、レーザ光軸は第１象限内にある。
【０００５】
三次元形状の測定は、まず、保持回転装置２０上に載置された歯牙模型Ｍの測定点Ｐ（ｘ，ｙ）に向けてレーザ光５１ａを照射し、歯牙模型Ｍからの反射光５１ｂを光位置検出素子５３上に集光する。このとき、照射角度θからレーザ光５１ａの直線式が求まる。
【０００６】
次に反射光５１ｂの直線式を求める。ここで図６は、光位置検出素子５３の概念図である。この光位置検出素子５３は、Ｐ層、Ｓｉ基板、Ｎ層が順に積層された半導体位置検出素子（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＤ）であり、その表面に細長の受光面１ａ（長さ約５ｍｍ）を有し、この受光面１ａにスポット光を受けると、その位置に応じた電流Ｉａ、Ｉｂが流れるようになっている。この電流Ｉａ、Ｉｂから得られるスポット光の位置と集光レンズ５２の中心位置とから反射光５１ｂの直線式を求める。
【０００７】
そして、両直線の交点Ｐ（ｘ，ｙ）を二次元連立方程式を解いて求める。この動作を、照射角度θを変化させながら、保持回転手段２０の回転テーブルを３６０°回転させて行うことにより歯牙模型Ｍの三次元形状データを得るようになっている。
【０００８】
ところで、図７に示すように、光位置検出素子５３は、ガラスエポキシ基板などの受光基板５４にハンダ付けされ、この受光基板５４をアルミニウム材などからなる枠５５で支持し、この枠５５を受光基板ホルダ５６に固定し、この受光基板ホルダ５６が背板９に対して垂直となるようにネジ等により固定することにより所定位置に取り付けられる。このとき、受光面１ａはその長手方向が背板９表面と平行となるように配置される。また、集光レンズ５２も同様に、集光レンズホルダ５７により固定支持し、このレンズホルダが背板９に対して垂直となるように所定位置に取り付けられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような従来の受光基板ホルダ、集光レンズホルダによる光位置検出素子と集光レンズの固定手段では、これらが外気温やレーザ光の受光による発熱により熱膨張し、その熱膨張係数の違いにより光位置検出素子５３と集光レンズ５２との相対的位置にずれを生じ場合がある。このような場合、上述したように、レーザ光源５１からのレーザ光軸と、集光レンズの中心軸と、ＰＳＤの受光面と、保持回転手段２０の回転軸とが１つのＸＹ平面座標内にあるように配置する必要があるところ、光位置検出素子５３の受光面１ａはその幅が狭いため、これらの相対的位置のずれが受光面１ａの幅方向（短手方向）に生じると反射光５１ｂ（スポット光）を受光することができなくなる。また、これらの相対的位置のずれが受光面１ａの長さ方向（長手方向）に生じると、反射光５１ｂ（スポット光）の受光位置がずれることにより、反射光５１ｂの直線式に影響を与え、その結果、測定点Ｐ（ｘ，ｙ）の座標を正確に検出することができなくなる。そのため、この位置ずれを防止すべく三次元形状測定装置を一定温度下で作動させる必要があるため煩雑であり、また、位置ずれが発生した場合、上述したような従来の固定手段では、組付け精度に限界があるためその位置調整が困難であった。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたのもである。すなわち、本発明の目的は、温度による光位置検出素子の受光面と集光レンズの相対的位置関係のずれを防止することができ、かつ、高精度で簡単な受光位置合わせを実現することができる、集光レンズ及び光位置検出素子の固定具を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光位置検出素子（１）が取り付けられる受光基板（２）と、集光レンズ（３）が取り付けられるレンズホルダ（４）と、所定位置に固定され前記受光基板（２）及び／又は前記レンズホルダ（４）を支持する支持部材（６）とを備え、前記レンズホルダ（４）は、前記光位置検出素子（１）と前記集光レンズ（３）との相対的位置のずれを防止する位置で前記受光基板（２）に固定される、ことを特徴とする集光レンズ及び光位置検出素子の固定具が提供される。
【００１２】
上記本発明の構成によれば、集光レンズ（３）が取り付けられるレンズホルダ（４）を光位置検出素子（１）が取り付けられる受光基板（２）に固定するようにしたので、集光レンズと光位置検出素子との相対的位置のずれが発生せず、被測定物の三次元形状を正確に測定することができる。また、受光基板及び／又は集光レンズを支持部材により支持するので、光位置検出素子の位置調整が簡単である。
【００１３】
また上記本発明の構成において、さらに、前記支持部材（６）に取り付けられ前記受光基板（２）の一部に当接するスタビライザ（７）を備えることが好ましい。
【００１４】
上記スタビライザ（７）を備えることにより、前記レンズホルダ又は前記受光基板の前記支持部材に対する安定性が向上する。
【００１５】
また前記支持部材（６）は、連結部材により互いに連結される複数の部材から構成され、前記連結部材（６）による締め付け荷重により前記受光基板（２）及び／又は前記レンズホルダ（４）を固定支持し、前記連結部材の締め付けを弱めることにより前記受光基板（２）に取り付けられる前記光位置検出素子（１）の位置を調整するようにすることが好ましい。
【００１６】
連結部材の締め付けを弱めることにより、前記受光基板（２）の位置を調節することができるので、高精度かつ簡単に前記光位置検出素子（１）の位置を調節することができる。
【００１７】
また、前記レンズホルダは、前記光位置検出素子（１）の受光面の長手方向延長線上に位置する連結具により前記受光基板（２）に固定されることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、前記レンズホルダ（４）と前記受光基板（２）とが、それぞれ熱膨張しても受光面の短手方向の相対的位置は変化しないので、レーザ光源の反射光を確実に受光して被測定物の三次元形状を確実に測定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明に係る集光レンズ及び光位置検出素子の固定具を備えた三次元形状測定装置１００の全体構成図である。図１に示すように、三次元形状測定装置１００は、非測定物である歯牙模型Ｍおよび隣接歯を載置して保持する保持回転装置２０と、レーザ光５１ａを照射するレーザ光源５１およびポリゴンミラー１１を備えたレーザ投光系５０と、歯牙模型Ｍで反射した反射光５１ｂを集光するレーザ受光系４０と、これらが取り付けられる背板９とを備える。レーザ受光系４０は、反射光５１ｂを集光する集光レンズ３と光位置検出素子１を備えており、これらは固定具１０により背板９に固定される。
【００２１】
図２及び図３は、本発明に係る集光レンズ及び光位置検出素子の固定具の構成を示す図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ矢視図である。固定具１０は、これらの図に示すように、光位置検出素子１が取り付けられる受光基板２と、該受光基板２に取り付けられ集光レンズ３が取り付けられるレンズホルダ４と、該レンズホルダ４を支持し背板９に固定される支持部材６と、支持部材６に取り付けられ受光基板２に当接するスタビライザ７とから構成されている。
【００２２】
受光基板２は、略長方形をなすガラスエポキシ基板であり、光位置検出素子１が、その受光面１ａの長手方向が前記背板と平行となるように受光基板２にハンダ付けにより取り付けられる。
【００２３】
図３に示すように、レンズホルダ４はレンズ固定部４１、円筒部４２及びレンズカバー４３とから構成される。レンズ固定部４１は、その中心からやや偏心した位置に中心を有するレーザ光５１ａを採光するための円形開口を有しており、さらに、この円形開口は、大径部と小径部とを有しこれらの連接部により肩部が形成されている。そして、前記円形開口に集光レンズ３を嵌めこみ前記肩部に当接させることにより、集光レンズ３を装着するようになっている。また、レンズカバー４３は、集光レンズ３の外周縁部に当接するように円形開口を有しており、ネジ８ｂにより、レンズ固定部４１に取り付けられることにより、集光レンズ３の脱落を防止している。
【００２４】
レンズホルダ４は、受光基板２にネジ８ｄ，８ｄにより固定される。これにより、従来、集光レンズ３と光位置検出素子１を別個の固定具で背板に取り付けていたことによる、これらの相対的位置のずれを防止することができる。
【００２５】
図４は、固定具１０の背面図である。図４に示すように、ネジ８ｄ，８ｄの位置は、光位置検出素子１の受光面１ａの長手方向延長線上にするのが好ましく、このような構成により、レンズホルダ４と受光基板２とが、それぞれ熱膨張しても、受光面１ａと集光レンズ３の受光面１ａの短手方向の相対的位置の変動を防止して反射光５１ｂを確実に受光することができる。
【００２６】
また、図２及び図３において、６はレンズホルダ４を支持する支持部材であり、背板９に固定される第１支持部材６１と該第１支持部材にネジ８ａ，８ａにより締結される第２支持部材６２とから構成される。この第１支持部材６１と第２支持部材６２はそれぞれ、レンズホルダ４の外形に合わせて成形された円弧状の支持面を有しており、これらをレンズホルダ４の両側から挟み込み、ネジ８ｄ，８ｄにより締結し、この締め付け荷重によりレンズホルダ４を支持している。
【００２７】
受光面１ａの位置調整は、ボルト８ａ，８ａの締め付けを弱め、レンズホルダ４を手動で所望の位置に回動させることにより行う。なお、支持部材は本実施形態のように、円形の外形を有するレンズホルダ４を支持し、レンズホルダ４の回動により位置調整をするものに限られない。例えば、被支持部を受光基板２に設け、或いは受光基板２とレンズホルダ４の両方に設け、これを支持する部位を変えることにより位置調整をする構成としても良い。
【００２８】
また、支持部材６にはスタビライザ７が取り付けられている。スタビライザ７は、その一端が支持部材６にボルト等により固定される板部７１と、この板部７１の他端から受光基板２に向けて設けれ受光基板２の一部に当接する当接部７２とから構成される。この当接部が受光基板に当接する部位としては、受光基板２の縁部近傍とすることが好ましい。このスタビライザ７を備えることにより、受光基板２及び／又はレンズホルダの前記支持部材に対する安定性が向上する。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の集光レンズ及び光位置検出素子の固定具によれば、集光レンズが取り付けられるレンズホルダを光位置検出素子が取り付けられる受光基板に固定し、受光基板及び／又はレンズホルダを支持する支持部材とを備えるようにしたので、集光レンズと光位置検出素子との相対的位置のずれが発生せず、被測定物の三次元形状を正確に測定することができると共に、高精度かつ簡単に光位置検出素子の位置を調節することができる等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る集光レンズ及び光位置検出素子の固定具を備えた三次元形状測定装置の概略図である。
【図２】本発明に係る集光レンズ及び光位置検出素子の固定具の構成図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明に係る集光レンズ及び光位置検出素子の固定具の背面図である。
【図５】従来の集光レンズ及び光位置検出素子の固定具を備えた三次元形状測定装置の概略図である。
【図６】光位置検出素子の概念図である。
【図７】従来の集光レンズ及び光位置検出素子の固定具の構成図である。
【符号の説明】
１  光位置検出素子
１ａ  受光面
２  受光基板
３  集光レンズ
４  レンズホルダ
４１  レンズ固定部
４２  円筒部
４３  レンズカバー
５１  レーザ光源
５１ａ  レーザ光
５１ｂ  反射光
６  支持部材
６１  第１支持部材
６２  第２支持部材
７  スタビライザ
７１  板部
７２  当接部
８  ネジ
９  背板
１０  固定具
１１  ポリゴンミラー
２０  保持回転装置
４０  レーザ受光系
５０  レーザ投光系
１００，１０１  三次元形状測定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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