(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータを備える位置決めシステムであって、
前記アクチュエータは、
長手方向軸に平行な磁気軸を画定する第１の極および第２の極を有する永久磁石を含む内側要素と、
前記第１の極の周りの第１の方向に巻かれた第１のコイルと、前記第２の極の周りの第２の方向に巻かれた第２のコイルとを含む外側要素と、
前記内側要素を前記外側要素に連結する直線運動軸受であって、前記長手方向軸に沿って前記外側要素に対して前記内側要素の１度の並進運動を提供する前記直線運動軸受であり、前記直線運動軸受は、
前記内側要素の前記長手方向軸に沿った第１の端部を、前記外側要素の前記長手方向軸に沿った第１の端部に連結する第１要素連結手段であって、
前記第１要素連結手段は、前記第１要素連結手段の内側要素領域を、前記第１要素連結手段の外側要素領域に接続する第１撓み部を備え、前記第１要素連結手段の内側要素領域は前記内側要素に接続され、前記第１要素連結手段の外側要素領域は前記外側要素に接続され、
前記第１撓み部は、前記長手方向軸周りの回転対称パターンを有し、前記内側要素が長手方向軸に沿って移動されるとき、前記第１要素連結手段が前記回転対称パターンに従って回転する、前記第１要素連結手段と、
前記内側要素の前記長手方向軸に沿った第２の端部を、前記外側要素の前記長手方向軸に沿った第２の端部に連結する第２要素連結手段であって、
前記第２要素連結手段は、前記第２要素連結手段の内側要素領域を、前記第２要素連結手段の外側要素領域に接続する第２撓み部を備え、前記第２要素連結手段の内側要素領域は前記内側要素に接続され、前記第２要素連結手段の外側要素領域は前記外側要素に接続され、
前記第２撓み部は、前記長手方向軸周りの前記回転対称パターンを有し、前記内側要素が前記長手方向軸に沿って移動されるとき、前記第２要素連結手段が前記回転対称パターンに従って回転する、前記第２要素連結手段と、を備える、前記直線運動軸受と、
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを通る電流を誘導して、前記内側要素を長手方向軸に沿って前記外側要素に対して移動させるコントローラであって、前記第１要素連結手段の内側要素領域及び前記第２要素連結手段の内側要素領域は、前記内側要素を回転させる方向に共に回転し、前記長手方向軸に沿って前記外側要素に対して前記内側要素の運動中に、前記長手方向軸に対する法線方向の内側要素の並進運動を防止する、前記コントローラと、を備える、
位置決めシステム。
【請求項２】
前記内側要素に連結され、前記長手方向軸に対応するレンズ軸を有し、前記外側要素に対する前記内側要素の動きがレンズアセンブリの焦点を調節する、前記レンズアセンブリを備える、
請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項３】
前記内側要素が前記外側要素と同心である、請求項１又は２に記載の位置決めシステム。
【請求項４】
前記外側要素は、スキャナの本体に連結される、請求項１から３のいずれか一項に記載の位置決めシステム。
【請求項５】
前記第１撓み部は、３つの撓み部を備える、
請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項６】
前記第１撓み部は、板バネを備える、
請求項１から５の何れか一項に記載の位置決めシステム。
【請求項７】
前記第１撓み部は、前記内側要素領域を全体的に包囲する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の位置決めシステム。
【請求項８】
前記外側要素に対する前記内側要素の現在位置を測定するためのリニアエンコーダをさらに備え、
前記コントローラは、
前記外側要素に対する前記内側要素の所望の位置を示すコマンドデータを受信し、
前記外側要素に対する前記内側要素の現在位置を示す位置データを前記リニアエンコーダから受信し、
受信した前記コマンドデータおよび受信した前記位置データに基づいて電流を誘導する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の位置決めシステム。
【請求項９】
レンズ軸を有するレンズを含むレンズアセンブリと、
前記レンズアセンブリの焦点面を調整するための位置決めシステムと、を備える口腔内スキャナであって、前記位置決めシステムは、
外側要素と、
前記外側要素内に配置された内側要素であって、前記レンズアセンブリが前記内側要素内に収容される前記内側要素と、
前記内側要素を前記外側要素に連結する直線運動軸受であって、前記内側要素の前記レンズ軸に沿った一度の並進運動を提供する直線運動軸受とを備え、
前記直線運動軸受は、
第１要素連結手段であって、
前記内側要素に連結された第１内側要素領域と、
前記外側要素に連結された第１外側要素領域と、
前記第１要素連結手段の前記第１内側要素領域と前記第１外側要素領域とを接続する第１撓み部とを備え、
前記第１撓み部は、前記レンズ軸周りの回転対称パターンを有し、前記内側要素がレンズ軸に沿って移動されるとき、前記第１要素連結手段が前記回転対称パターンに従って回転する、
前記第１要素連結手段と、
第２要素連結手段であって、
前記内側要素に連結された第２内側要素領域と、
前記外側要素に連結された第２外側要素領域と、
前記第２要素連結手段の前記第２内側要素領域を前記第２外側要素領域に接続する第２撓み部とを備え、
前記第２撓み部は、前記レンズ軸周りの前記回転対称パターンを有し、前記内側要素がレンズ軸に沿って移動されるとき、前記第２要素連結手段が前記回転対称パターンに従って回転し、前記第１内側要素領域及び前記第２内側要素領域は、前記内側要素を回転させる方向に共に回転し、前記レンズ軸に対する法線方向の前記レンズアセンブリの並進運動を防止する、
前記第２要素連結手段と、を備える、
口腔内スキャナ。
【請求項１０】
前記第１要素連結手段は、前記内側要素の第１端部及び前記外側要素の第１端部に前記レンズ軸に沿って連結され、前記第２要素連結手段は、前記内側要素の第２端部及び外側の要素の第２端部に前記レンズ軸に沿って連結される、
請求項９に記載の口腔内スキャナ。
【請求項１１】
前記第１撓み部は、前記内側要素が前記外側要素に対して前記レンズ軸に沿って移動するときに曲がる、
請求項９又は１０に記載の口腔内スキャナ。
【請求項１２】
前記第１撓み部は、少なくとも３つの撓み部を備え、前記第１要素連結手段は、均質な材料を含む、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の口腔内スキャナ。
【請求項１３】
前記内側要素、前記外側要素、及び前記レンズアセンブリは、すべて略同心である、
請求項９から１２のいずれか一項に記載の口腔内スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、リニアアクチュエータの分野に関し、特に、リニアアクチュエータを使用してレンズを位置決めするためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科補綴物を口腔内に埋め込むように設計された補綴処置では、補綴物が埋め込まれる歯科部位は正確に測定され、慎重に研究されるので、例えば、クラウン、義歯またはブリッジなどの補綴物が、適切に設計され、所定の位置に収まるように寸法決めされ得る。例えば、良好な嵌合は、補綴物と顎との間で機械的応力が適切に伝達されることを可能にし、補綴物と歯科部位との間の界面を介して歯肉の感染を最小限に抑える。
【０００３】
いくつかの手順では、部分的または完全な義歯のような１つまたは複数の欠損歯を置換するために取外し可能な補綴物を製造する必要があり、その場合、歯が欠落している領域の表面輪郭が正確に再現され、人工補綴物は、軟組織に均一な圧力を加えて無歯の領域にフィットする。
【０００４】
いくつかのプラクティスでは、歯科部位は、歯科開業医によって準備され、歯科部位の実証的な物理モデルが構築される。あるいは、歯科部位をスキャンして、歯科部位の３次元（３Ｄ）データを提供することができる。どちらの場合でも、歯科部位の仮想モデルまたは実モデルが、モデルに基づいて人工関節を製造する歯科技工所に送られる。しかし、モデルが特定の領域で不足しているか、または定義されていない場合、または補綴物を受け取る準備が最適に成されていない場合、補綴物の設計は最適ではない可能性があります。例えば、近似コーピングの下調べによって示唆された挿入経路が、隣接する歯と補綴物とが衝突する結果となる場合、コーピングジオメトリを変更して衝突を回避することができる。さらに、フィニッシュラインを含む調製物の領域の定義が欠けている場合、フィニッシュラインを適切に決定することができず、したがってコーピングの下端が適切に設計されない可能性がある。実際には、いくつかの状況では、モデルは撤回され、歯科医師は歯科部位を再スキャンするか、または調製物を再加工して、適切な補綴物を製造することができる。
【０００５】
歯科矯正処置において、一方または両方の顎のモデルを提供することが重要であり得る。このような歯科矯正処置が事実上設計される場合、口腔の仮想モデルも有益である。このような仮想モデルは、口腔を直接走査することによって、または歯列の物理的モデルを生成し、次に適切なスキャナを用いてこのモデルを走査することによって、得ることができる。
【０００６】
したがって、補綴処置および歯科矯正処置の両方において、口腔内の歯科部位の３Ｄモデルを得ることは、実施される初期の処置であり得る。３Ｄモデルが仮想モデルである場合、歯科用サイトのスキャンがより完全で正確であるほど、仮想モデルの品質が高くなり、したがって、最適な補綴物または歯列矯正治療器具を設計する能力が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は、限定ではなく例として、添付図面の図に示されている。
【図１】一実施形態による光学デバイスの機能ブロック図を示す。
【図２】一実施形態によるアクチュエータの軸方向図を示す。
【図３】一実施形態による要素連結手段の斜視図を示す。
【図４】一実施形態によるアクチュエータの部分破断側面図を示す。
【図５】一実施形態による測位システムの機能ブロック図を示す。
【図６】一実施形態によるオブジェクトの位置決め方法のフローチャートを示す。
【図７】一実施形態によるアクチュエータの部分破断側面図を示す。
【図８】回転対称のパターンで配置された５つの撓み部を含む要素連結手段を示す。
【図９】単一の撓み部を含む要素連結を示す。
【図１０】一実施形態によるアクチュエータの断面図を示す。
【図１１】図１０のアクチュエータの軸方向図を示す。
【図１２】本発明の実施形態による、例示的なコンピューティングデバイスのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書では、スキャナのレンズなどの対象物を位置決めするための方法および装置が記載される。位置決めシステムは、アクチュエータに結合されたコントローラを含む。アクチュエータは、長手方向軸に沿って外側要素に対して内側要素の１度の並進運動を提供する直動ベアリングによって外側要素に結合された内側要素を含む。内側要素は、レンズを含むことができ、長手方向は、レンズの軸に対応する（例えば、平行になる）ことができる。内側要素は永久磁石を含み、外側要素は導電性巻線を含む。外側要素は、永久磁石の第１の端部に内側要素を収容する中空体の周りに第１の方向に巻かれた第１のコイルと、永久磁石の第２の端部に内側要素を収容する中空体の周りに第２の方向に巻かれた第２のコイルと、を備える。
【０００９】
導電性巻線を介して駆動される電流は、永久磁石によって生成された磁場と相互作用する磁場を生成して、内側要素を外側要素に対して長手方向に移動させる力を生成し、一方、直線運動軸受は、内側要素が他の方向に移動するのを防ぐ。例えば、直線運動軸受は、内側要素をレンズ軸に沿って内側要素内で移動させることができ、一方、（例えば、レンズ軸を中心にしたまま）要素がレンズ軸に垂直にシフトしないようにする。
【００１０】
図１は、一実施形態による光学デバイス２２の機能ブロック図を示す。光学装置２２は、口腔内スキャナなどのスキャナであってもよい。光学装置２２は、レーザ光（矢印３０で表される）を放射する半導体レーザ２８を含む。光は偏光子３２を通過し、偏光子３２を通過する光の特定の偏光を生じさせる。光は、光ビーム３０の開口数を改善する光エキスパンダ３４に入る。次に、光は、親ビーム３０を複数の入射光ビーム３６に分割するモジュール３８（例えば、格子アレイ又はマイクロレンズアレイ）を通過し、なお、説明を容易にするために図１において単一のラインで示している。
【００１１】
光学装置２２はさらに、小さな中心開口を有する部分的に透明なミラー４０を含む。ミラー４０は、レーザ源からの光を下流光学部を介して転送することを可能にするが、反対方向に進む光を反射する。他の実施形態では、部分的に透明なミラーではなく、同様の機能を有する他の光学部品、例えば、ビームスプリッタが使用される。ミラー４０の開口は、装置の測定精度を向上させる。このミラー４０によって、領域が焦点に合っておらず、輪が完全に照らされたスポットになって焦点が合っている限り、光ビームは、撮像された物体の照明された領域上に光環を生成する。
【００１２】
光学装置２２はさらに、テレセントリックモードで動作する共焦点光学部４２、中継光学部４４、および内視鏡４６を含む。一実施形態では、テレセントリック共焦点光学部は、遠方に導入された倍率変化を回避し、Ｚ方向（Ｚ方向はビーム伝播の方向であり、Ｚ軸またはレンズ軸とも呼ばれる）における広範囲の距離にわたって画像の同じ倍率を維持する。中継光学部４４は、ビームの伝搬のある開口数の維持を可能にする。
【００１３】
内視鏡４６は、典型的には、剛性の光透過性媒体を含む。剛性の光透過媒体は、その中に光伝送路または光透過性材料（例えば、ガラス体または管）からなる物体を画定する中空の物体であってもよい。その端部において、内視鏡は、典型的には、内部全反射を保証する種類の鏡を含む。ミラーは、走査されている歯セグメント２６の方に入射光線を向けることができる。したがって、内視鏡４６は、歯セグメント２６の表面に当たる複数の入射光ビーム４８を放射する。
【００１４】
入射光ビーム４８は、Ｚ軸に沿って伝播するＸ−Ｙ平面内に配列された光ビームのアレイを形成する。入射光線が当たる面が不均一面である場合、照射スポット５２は、異なる（Ｘｉ、Ｙｉ）位置でＺ軸に沿って互いに変位する。したがって、１つの場所のスポットが光学素子４２の焦点にあることがあるが、他の場所のスポットは焦点が合っていない可能性がある。よって、集光スポットの戻り光ビーム（以下参照）の光強度はピークにあり、他のスポットでの光強度はピークを逸している。したがって、照射された各スポットに対して、光強度の複数の測定が、Ｚ軸に沿った異なる位置で行われる。このような（Ｘｉ、Ｙｉ）の各位置について、典型的には、距離（Ｚ）にわたる強度の導関数が作られ、３/４の最大導関数Ｚ０が合焦距離になる。上記で指摘したように、部分的に透明なミラー４０の使用の結果として、入射光は、焦点が外れたときに表面上に光ディスクを形成し、焦点が合っているときに完全な光スポットを形成し、距離微分値は、合焦位置に近づくと測定の精度が向上する。
【００１５】
光スポットの各々から散乱された光は、入射光ビームによって進行される光路の反対方向に沿って最初はＺ軸方向に移動するビームを含む。各戻り光ビーム５４は、入射光ビーム３６のうちの１つに対応する。ミラー４０の非対称特性が与えられると、戻り光ビームは検出光学部６０の方向に反射される。戻された偏光ビーム５４は、典型的には１つ以上のレンズである結像光学部６４を通過し、次にピンホールのアレイを含むマトリクス６６を通過する。ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ６８は、画像の画素をそれぞれ表す検出素子のマトリクスを有し、それぞれがアレイ６６の１つのピンホールに対応する。
【００１６】
ＣＣＤカメラ６８はプロセッサユニット２４の撮像モジュール８０に接続されている。したがって、ＣＣＤカメラ６８の各検出素子で測定された各光強度は、プロセッサ２４によって受信され、分析される。
【００１７】
光デバイス２２は、半導体レーザ２８およびアクチュエータ７２の両方の制御動作に接続された制御モジュール７０をさらに含む。アクチュエータ７２は、テレセントリックメインコンフォーカル光学部４２に連結され、共焦点光学部４２の焦点面の相対位置をＺ軸に沿って変化させる。単一の動作シーケンスでは、制御ユニット７０は、アクチュエータ７２に焦点面位置を変更させるために共焦点光学部４２を移動させ、その後、位置が変化したというフィードバックを受信した後、制御モジュール７０は、光パルスを生成する。同時に、制御モジュール７０は、画像取得モジュール８０を同期させて、ＣＣＤカメラ６８の各検出要素からの光強度を表すデータを取得する。その後、次のシーケンスでは、焦点面が同じように変化し、データキャプチャは広い焦点範囲にわたって継続する。
【００１８】
画像取り込み装置８０は処理ソフトウェア８２に接続され、処理ソフトウェア８２は次に、光学部４２、４４の焦点面の全範囲にわたって各画素の相対強度を決定する。上記で説明したように、一旦特定の光点が合焦すると、測定された強度は最大になる。上記で説明したように、一旦特定の光点が合焦すると、測定された強度は最大になる。したがって、最大光度に対応する３／４を決定するか、または光強度の最大変位導関数を決定することによって、各ピクセルについて、Ｚ軸に沿った各光点の相対位置を決定することができる。
【００１９】
図２は、一実施形態によるアクチュエータ１００の軸方向図を示す。アクチュエータ１００は、図１のアクチュエータ７２の代わりに使用されてもよく、または図１のアクチュエータ７２に対応してもよい。アクチュエータ１００は、内側要素１２０を含み、内側要素１２０は、外側要素１１０に対して長手方向軸線に沿って（ページの内外に）直線的に移動することができる。内側要素１２０は、１つ以上の要素連結部１１５によって外側要素１１０に連結される。要素連結部１１５は、内側要素１２０が外側要素１１０に対して長手方向軸に沿って動くことを可能にするように変形可能である。内側要素１２０は、外側要素１１０と同心であってもよい。一実施形態では、要素連結部１１５は板ばねユニットである。
【００２０】
内側要素１２０は、テロセントリック主共焦点光学モジュール（例えば、図１のテロセントリックメインコンフォーカル光学部４２）の１つ以上の構成要素（例えば、レンズ）に結合されてもよい。このようなレンズおよび/または内側要素１２０に結合された他の構成要素のレンズ軸は、図１を参照して説明したＺ軸であってもよく、長手軸に対応してもよい。内側要素１２０および外側要素１１０は、レンズと同心であってもよい。
【００２１】
外側要素１１０は、内側要素１２０の周りに（図２の斜視図で見て）同心に配置される。アクチュエータ１００の内側要素１２０および外側要素１１０は、概して円形であるとして図２に示されているが、任意の形状であってもよい。さらに、内側要素１２０および外側要素１１０は、図２に示すように同じ形状として示されているが、いくつかの実施形態では、それらは異なる形状にすることができる。例えば、内側要素１２０は円形であってもよく、外側要素１１０は正方形または八角形であってもよい。内側要素１２０および外側要素１１０は、金属、プラスチック、または任意の他の剛性材料で作ることができる。
【００２２】
図３は、一実施形態による要素連結部１１５（例えば、板ばねユニット）の斜視図である。図３の要素連結部１１５は、内側要素１２０に固定された内側要素領域２２０と、外側要素１１０に固定された外側要素領域２１０とを含む。内側要素領域２２０は内側取付リングであってもよく、外側要素領域２１０は外側取付リングであってもよい。内側要素領域２２０および外側要素領域２１０は、３つの屈曲部２１５（例えば、板ばね要素）によって接続されている。他の実施形態では、要素連結部１１５は、より多くのまたはより少ない撓み部２１５を有してもよい。
【００２３】
要素連結部１１５（例えば、板ばねユニット）は、長手方向軸線に関して回転対称を有してもよく、回転軸線に直交して取り付けられてもよい。内側要素１２０が外側要素１１０に対して動くと、撓み部２１５が撓む。撓み部２１５は、アクチュエータ１００の長手方向軸１０に沿って一度の並進運動を提供するために共に作用する。撓み部２１５は、同様に作用して、長手方向軸１０に垂直な並進運動を防止する。一実施形態では、要素連結部１１５は、シートから打ち抜かれ得る単一の均質かつ連続した材料片（例えば、金属片）である。別の実施形態では、要素連結部１１５は、複数の部品から構成されている。複数のピースはすべて同じ材料であってもよく、または異なる材料で構成されてもよい。
【００２４】
各屈曲部２１５は、一端が内側要素領域２２０に接続され、反対側の端部が外側要素領域２１０に接続された緩やかに湾曲した材料ストリップである。湾曲したストリップは、レンズのために開口の中心を提供しながら、長手方向の動きを可能にするのに十分な長い撓みを提供することができる。別の実施形態では、各撓み部は、直線状の材料ストリップである。ストレートストリップは、曲がっている間はねじれなくてもよい。一実施形態では、各屈曲部２１５は板ばねである。撓み部２１５は、長手方向軸１０の周りに回転対称のパターンで配向され、各撓み部２１５は、長手方向軸１０から放射する半径方向軸に実質的に垂直であり、および/または長手方向軸１０の方向の直線に垂直であり、３つの撓み部２１５は、一般に、内側要素領域２２０を取り囲むか、外接するか、または包囲する。このような対称性は、熱ドリフトに強いアクチュエータ１１０を提供することができる。すなわち、温度の変化は、外側要素１１０に対して内側要素１２０の動きを引き起こさないことがある。
【００２５】
図３に示す要素連結部１１５などの複数の要素連結部を含むアクチュエータ１００の実施形態では、要素連結部１１５は、長手方向軸の同じ端部から見たときに回転対称が同じ方向（例えば、時計回りまたは反時計回りに）になるように配置されてもよい（例えば、図２の斜視図）。これにより、内側要素１２０と同一方向に回転する第１要素連結部の第１内側要素領域と第２要素連結部の第２内側要素領域とが、外側要素１１０に対して長手方向に移動する。同様に、内側要素１２０は、内側要素１２０が長手方向軸に沿って移動するときに、外側要素１１０に対してわずかに回転することができる。内側要素１２０の回転は、回転対称性によって光学部に影響を及ぼさない。一緒に使用される場合、要素連結部１１５の少なくとも２つは、外側要素１１０と内側要素１２０との間に直線運動軸受を形成する。例えば、要素連結部は、ボールスライド、ダブテールスライド、流体ベアリング、ローラースライドなどの他のタイプのリニアベアリングであってもよい。
【００２６】
要素連結部は、その外側縁部が外側要素１１０に結合され、それを介して内側要素１２０が挿入される可撓性材料（例えば、ゴム）の薄い膜であってもよい。要素連結部は、その外側縁部が外側要素１１０に結合され、それを介して内側要素１２０が挿入される可撓性材料（例えば、ゴム）の薄い膜であってもよい。図３の要素連結部１１５は、実質的に摩擦フリーでクリアランスフリーであり、熱ドリフトに対して耐性があるという点で、他の要素連結部に勝る利点を提供することができる。
【００２７】
図２に示すように、内側要素１２０は、１つまたは複数の単純レンズを含むレンズアセンブリ１３０を収容する。例えば、一実施形態では、レンズアセンブリ１３０は、２つの光学ガラスレンズを含むことができる。レンズアセンブリ１３０のレンズ軸は、アクチュエータ１００の長手方向軸と、アクチュエータ１００が（外側要素１１０に対して内側要素１２０を動かすことによって）レンズアセンブリ１３０を動かす動きの方向を規定する。レンズアセンブリ１３０は、レンズ連結部によってアクチュエータ１００の内側要素１２０に結合されるか、またはレンズアセンブリ１３０は、内側要素１２０に機械的に嵌め込まれ得る。
【００２８】
上述したように、内側要素１２０は、外側要素１１０に対して移動することができる。この動きは、電磁気、空気圧、静電気などの多くの方法のいずれかで引き起こされる可能性があります。図４は、図２のアクチュエータ１００を部分的に切り取った側面図を示しており、外側要素１１０に対して内側要素１２０を移動させるために電磁気が使用されている。
【００２９】
外側要素１１０に対する内側要素１２０の動きは、相互作用する磁界によって生成される力によって引き起こされる。一実施形態では、内側要素１２０は、長手方向軸１０の周りにリング形状の永久磁石１２２を含む。他の実施形態では、永久磁石１２２は、２つ以上の永久磁石および/または１つ以上の電磁石を含むことができる。永久磁石１２２は、一方の磁極に関連する第１の端部１２４ａと、他方の磁極に関連する第２の端部１２４ｂとを含む。磁極は、長手軸１０すなわち運動軸に平行な磁気軸を画定する。
【００３０】
外側要素１１０は、導電性巻線１１１を含み、これを介して電流がコントローラによって誘導され得る。導電性巻線１１１は、長手方向軸（例えば、時計回り）の周りを一方向に巻かれた第１のコイル１１２ａと、長手方向軸の周りに反対方向に（例えば、反時計回りに）巻かれた第２のコイル１１２ｂと、第１のコイル１１２ａおよび第２のコイル１１２ｂを接続するコネクタ１１２ｃと、を含む。第１のコイル１１２ａは、第２のコイル１１２ｂと直列であってもよい。
【００３１】
第１のコイル１１２は、永久磁石１２２の第１の端部１２４ａを取り囲んでいる。同様に、第２のコイル１１２ｂは、永久磁石１２２の第２の端部１２４ｂを取り囲んでいる。したがって、電流が導電性巻線１１１を通って駆動されると、永久磁石１２２によって生成される磁場と相互作用する各コイル１１２ａ、１１２ｂに磁場が生成される。短い運動範囲にわたって、この相互作用は、内側要素１２０を外側要素１１０に対して長手方向に直線的に動かす力を生成する。電流が導電性巻線１１１を通って一方向に流れると、力は内側要素１２０をアクチュエータ１００の一端に向かって移動させ、電流が導電性巻線１１１を通って反対方向に流れると、内側要素１２０をアクチュエータ１００の反対側の端部に向かって移動させる。
【００３２】
図５は、測位システム４００の機能ブロック図を示す。一実施形態では、位置決めシステム４００は、図２のアクチュエータ１００を含む。別の実施形態では、位置決めシステム４００は、異なるアクチュエータを含む。位置決めシステム４００は、オブジェクト（例えば、図２のレンズアセンブリ１３０）の所望の位置を示すコマンドデータ４０５を受信するコントローラ４１０を含む。コントローラ４１０はまた、オブジェクトの現在の位置を示すリニアエンコーダ４２０から位置データを受け取る。具体的には、リニアエンコーダ４２０は、外側要素１１０に対する内側要素１２０の相対的な位置（長手方向軸に沿った）の尺度を提供する。一実施形態では、リニアエンコーダ４２０は、センサおよびスケールを含む。スケールは、アクチュエータ１００の内側要素１２０に取り付けられてもよく、センサは、アクチュエータ１００の外側要素１１０に取り付けられてもよい。リニアエンコーダ４２０は、光学、磁気、誘導、容量性及び渦電流技術を含む任意の技術とすることができる。
【００３３】
コントローラ４１０は、コマンドデータ４０５とリニアエンコーダ４２０からの位置データとに基づいて、ドライバ４１２にアクチュエータ１００の構成要素に電流を流すように指示することによって電流を誘導する。上述したように、アクチュエータ１００は、他の構成要素の中に、一方向に巻かれた第１のコイル１１２ａと反対方向に巻かれた第２のコイル１１２ｂとを含む導電性巻線１１１を含む。したがって、一実施形態では、コントローラ４１０は、第１の方向に巻かれた第１のコイル１１２ａおよび第２の方向に巻かれた第２のコイル１１２ｂを通って電流を流すようにドライバ４１２に指示する。一実施形態では、ドライバ４１２は、（コイルがコネクタ１１２ｃに接続されると）単一の電流で両方のコイルを駆動する。別の実施形態では、ドライバ４１２は、同一又は異なる別々の電流で各コイルを個別に駆動する。
【００３４】
ドライバ４１２は、電流の強さまたは電圧のレベルを示す電子データ（アナログまたはデジタルであり得る）を入力として受け取り、示された強さの電流または示されたレベルの電圧の出力を提供する。図５では、ドライバ４１２が別個の構成要素として示されているが、一実施形態では、コントローラ４１０およびドライバ４１２は、単一コンポーネントであってもよい。別の実施形態では、ドライバ４１２は、アクチュエータ１００の一部である。
【００３５】
図６は、一実施形態によるオブジェクトの位置決め方法のフローチャートを示す。方法５００は、ハードウェア（例えば、回路、専用ロジック、プログラマブルロジック、マイクロコードなど）、ソフトウェア（例えば、処理デバイスによって実行される命令）、ファームウェア、またはそれらの組み合わせを含む処理ロジックによって実行することができる。例えば、方法５００は、図５のコントローラ４１０によって実行することができる。
【００３６】
ブロック５１０において、処理ロジックは、オブジェクトの所望の位置を示すコマンドデータを受け取る。コマンドデータは、オブジェクトの絶対的な所望の位置を示すか、またはオブジェクトが一般に特定の方向または特定の量で移動されるべきであることを伝達する。
【００３７】
ブロック５２０において、処理ロジックは、オブジェクトの現在位置を示す位置データを受け取る。この位置データは、物体の位置を感知するリニアエンコーダから受信することができる。この位置データは、別のソースから受信することができる。一実施形態では、位置データは、コマンドデータと同じソースから受信される。
【００３８】
ブロック５３０において、処理ロジックは、コマンドデータおよび位置データに基づいて、第１のコイルおよび第２のコイルを通って流れるべき電流の強さを決定する。一実施形態において、第１のコイルは、永久磁石の第１の極の周りの第１の方向に巻かれ、第２のコイルは、永久磁石の第２の極の周りの第２の方向に巻かれる。一実施形態では、電流の強さではなく電圧レベルが決定され、その２つはオームの法則（電圧が電流に比例し、比例定数が抵抗とみなされることを示す）によって交換可能である。一実施形態では、流れるべき電流は直流電流である。一実施形態では、電流は非ゼロ電流である。特に、一実施形態では、現在の位置が所望の位置に等しい場合であっても、電流は非ゼロ電流である。
【００３９】
図４の実施形態では、外側要素１１０はコイル１１２ａ、１１２ｂを含み、内側要素１２０は永久磁石１２２を含む。別の実施形態では、内側要素１２０がコイル１１２ａ、１１２ｂを含み、外側要素１１０が永久磁石１２２を含むように、コイル１１２ａ、１１２ｂおよび永久磁石１２２の位置を切り替えることができる。そのような実施形態を図７に示す。
【００４０】
図７は、一実施形態によるアクチュエータ３１０の部分破断側面図を示す。アクチュエータ３１０は、図４のアクチュエータ１００と同様であり、同様の用途（例えば、図１の光学デバイス２２または図５の位置決めシステム４００）で使用することができる。
【００４１】
アクチュエータ３１０は、図４のアクチュエータ１００と同様に、外側要素１１０によって取り囲まれ、１つ以上の要素連結部１１５によって外側要素１１０に連結された内側要素１２０を含む。内側要素１２０は、長手方向軸の周りの一方向に巻かれた第１のコイル１１２ａと、長手方向軸の周りに反対方向に巻かれた第２のコイル１１２ｂとを有する導電性巻線１１１を含む。
【００４２】
図４のアクチュエータ１００のように、コイル１１２ａ、１１２ｂは、永久磁石の端部１２４ａ、１２４ｂがコイル１１２ａ、１１２ｂの幅内に位置するような幅（長手方向）である。
【００４３】
上述したように、図４のアクチュエータ１００および図７のアクチュエータ３１０は同様である。様々な実施形態では、コイルを含む要素が固定され、磁石を含む要素が移動するアクチュエータの実施形態を選択することが有利であり得る。そのような選択の潜在的な利点の１つは、電子ルーティングの単純化です。例えば、コイルをドライバまたはコントローラに接続することは、それらが固定位置にある場合に簡略化することができる。
【００４４】
コイル１１２ａ、１１２ｂが外側要素１００上に配置される図４のアクチュエータ１００の潜在的な利点の１つは、コイル１１２ａ、１１２ｂを流れる電流によって生成された熱がより容易に散逸されることである。別の実施形態では、導電性巻線は、永久磁石１２２の一端を囲む１つのコイルのみを含むことができる。２つのコイルを使用することの１つの潜在的な利点は、単一の駆動電流から発生する機械的力を（場合によっては２倍）増加させることである。
【００４５】
図４の実施形態では、導電性巻線１１１は、２つのコイル１１２ａ、１１２ｂを含む。別の実施形態では、導電性巻線は、永久磁石１２２の一端を囲む１つのコイルのみを含むことができる。２つのコイルを使用することの１つの潜在的な利点は、単一の駆動電流から発生する機械的力を（場合によっては２倍）増加させることである。２つのコイルを使用することの別の潜在的な利点は、内側要素を安定させ、長手方向軸１０に沿った方向以外の方向に移動（平行移動または回転）を制限することである。
【００４６】
上述したように、図３の要素連結部１１５は、回転対称のパターンで配置された３つの撓み部２１５を含む。図８は、回転対称のパターンで配置された５つの撓み部３１７を含む要素連結部３１５を示す。図８は、屈曲していない要素連結部３１５の平面図を示し、図３は、屈曲した要素連結部１１５の斜視図を示すことに留意されたい。図８の要素連結部３１５の撓み部３１７は、図３の要素連結部１１５と同様に、（１）長手方向軸線（図８のページの内外に）および（２）半径方向軸線１５ａ、１５ｂを有する。
【００４７】
図３の要素連結１１５は３つの撓み部２１５を含み、図８の要素連結３１５は５つの撓み部を含むが、要素連結は上述したように配置された任意の数の撓み部を有することができることを理解されたい。要素結合部は、１つの撓み部、２つの撓み部、または３つ以上の撓み部を有することができる。いくつかの実施形態では、撓み部は、内側要素連結部を取り囲まない。
【００４８】
図９は、単一の撓み部を含む要素連結部３２５を示す。要素連結部は、単一の撓み部３３５によって外側要素領域３３７に連結された内側要素領域３３２を含む。撓み部３３５は、（１）長手方向軸線１０および（２）長手方向軸線に垂直な半径方向軸線１５にほぼ直交する材料のストリップである。
【００４９】
図８に示す要素連結部３２５などの２つの要素連結部を含むアクチュエータの実施形態では、要素連結部３２５、３２７は、長手方向軸の同じ端部から見た際に、回転対称性が反対方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）になるように配置されてもよい。
【００５０】
図１０は、一実施形態によるアクチュエータ６００の断面図を示す。図１１は、図１０のアクチュエータ６００の側面図を示す。図１０のアクチュエータ６００は、コンパクトな形状因子を有し、全直径に対する開口径の比が高い。アクチュエータ６００は、図２のアクチュエータ１００と多くの点で同様であり、多くの点で同じ機能を果たすが、以下に詳述するいくつかの点で異なる。
【００５１】
アクチュエータ６００は、外側要素６１０によって実質的に収容された内側要素６２０を含む。内側要素６２０は、レンズアセンブリ６３０（この場合、２つの光学ガラスレンズを含む）を支持する。レンズアセンブリ６３０は、例えば、図１のテレセントリックメインコンフォーカル光学部４２のレンズを含む。内側要素６２０は、２つの要素連結部６１５によって外側要素６１０に連結される。要素連結部６１５は、内側要素６２０および外側要素６１０の長手方向の端部に（図２のアクチュエータ１００のように、それらの間ではなく）配置される。具体的には、アクチュエータ２００は、内側要素６２０の長手方向軸に沿った第１の端部を外側要素６１０の長手方向軸に沿った第１の端部に連結する第１の要素連結部６１５と、内側要素６２０の長手方向軸に沿った第２の端部を外側要素６１０の長手方向軸に沿った第２の端部に連結する第２の要素連結部６１５と、を備える。これは、全直径に対する開口径の比を増加させることができる。外側要素は、固定配置されてもよく、内側要素は、レンズアセンブリ６３０のレンズ軸に沿って移動可能であってもよい。
【００５２】
要素連結部６１５は、外側要素６１０と連結するための外側要素領域７１０と、内側要素６２０と連結する内側要素領域７２０とを含む。領域７１０、７２０は、図３の要素連結部１１５に関して上述したのと実質的に同様に配置された３つの屈曲部７１５によって接合される。２つの要素連結部６１５は、直線運動軸受として作用することができる。２つの要素連結部６１５は、内側要素と外側要素との間の摩擦のない移動を提供することができる。加えて、温度の変化がレンズアセンブリ６３０の位置合わせを失わせることはない。一実施形態では、２つの要素連結部６１５は、撓み部の長さの約１０％の移動距離に沿って直線運動軸受として作用する。一実施形態では、撓み部の長さは約２０〜４０ミリメートルである。
【００５３】
要素連結部６１５は、要素連結部の穴（例えば、それぞれの連結部７１０、７２０の穴）を通過し、要素連結部６１５をそれぞれの要素６１０、６２０に固定するネジ６１７によって、内側要素６２０および外側要素６１０に連結される。代替的に、領域７１０、７２０は、グルーまたは他の接着剤、ボルト、留め具、磁石などを用いて内側要素６２０および外側要素６１０に固定されてもよい。
【００５４】
アクチュエータ６００の内側要素６２０は、永久磁石６２２を含み、外側要素６１０は、永久磁石６２２の第１の極の周りに第１の方向に巻かれた第１のコイル６１２ａと、永久磁石６２２の第２の極の周りの第２の方向に巻かれた第２のコイル６１２ｂと、を含む。一般に、第１のコイル６１２ａは、永久磁石６２２の一方の磁極と重合（側方重なり）し、第２のコイル６１２ｂは、永久磁石６２２の他方の磁極と重合（側方重なり）する。アクチュエータ６００は、外側要素６１０に取り付けられたセンサ６９２の形態のリニアエンコーダと、内側要素６２０に取り付けられたスケール６９４とを含む。
【００５５】
有利には、アクチュエータ６００は、最小限の重量で小型パッケージに実装することができる。アクチュエータ６００は、共焦点顕微鏡を使用するスキャナの焦点の急激な変化を可能にすることができる。例えば、一実施形態では、アクチュエータ６００は、約６０ミリメートル毎秒の速度で、または最大７ｇ（約６８．６７ｍ／ｓ２）の加速度で移動させることができる。特に、導電性巻線６１１を通って流れる電流は、永久磁石によって生成された磁場と相互作用する磁場を生成して、内側要素６２０を外側要素６１０に対して長手方向に移動させる力を生成し、一方、要素連結部６１５は、内側要素６２０が他の方向に動くことを防止する。したがって、要素連結部６１５は、内側要素６２０がレンズ要素６３０の軸に沿って動くことを可能にして、内側要素６３０がレンズ軸に対して垂直にシフトしないようにしながら（例えば、レンズ軸を中心にしたまま）、レンズアセンブリ６３０の焦点距離を調整することができる。
【００５６】
図１２は、コンピューティングデバイス９００の例示的な形態のマシンを図式的に表したものであり、そこでは、本明細書で論じられた方法のうちの１つまたは複数をマシンに実行させるための一連の命令が実行される。代替の実施形態では、マシンは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、またはインターネットにより他のマシンに接続（例えば、ネットワーク接続）されてもよい。マシンは、クライアント−サーバネットワーク環境内のサーバまたはクライアントマシンの能力において、またはピアツーピア（または分散型）ネットワーク環境内のピアマシンとして動作することができる。そのマシンは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットコンピュータ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジ、またはそのマシンが取るべきアクションを指定する一連の命令（順次またはその他）を実行できる任意のマシンであり得る。さらに、単一の機械のみが図示されているが、用語「機械」は、本明細書で論じられる方法の１つまたは複数を実行するための命令の単一のセット（または複数のセット）を個々にまたは共同して実行する機械の集合（例えば、コンピュータ）を含むものとする。
【００５７】
例示的コンピューティングデバイス９００は、処理デバイス９０２、メインメモリ９０４（例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）などのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックメモリ９０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、および２次メモリ（例えば、データ記憶装置９２８）を含み、これらはバス９０８を介して互いに通信する。
【００５８】
処理装置９０２は、マイクロプロセッサ、中央処理装置などの１つまたは複数の汎用プロセッサを表す。より詳細には、処理装置９０２は、ＣＩＳＣ（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｓｅｔ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）マイクロプロセッサ、ＲＩＳＣ（ｒｅｄｕｃｅｄ  ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｓｅｔ  ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）マイクロプロセッサ、ＶＬＩＷ（ｖｅｒｙ  ｌｏｎｇ  ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｗｏｒｄ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、または、命令セットの組み合わせを実装するプロセッサを含む。処理装置９０２はまた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなどのような１つ以上の専用処理装置であってもよい。処理装置９０２は、本明細書で論じられる動作およびステップを実行するための処理ロジック（命令９２６）を実行するように構成される。
【００５９】
コンピューティングデバイス９００は、ネットワーク９６４と通信するためのネットワークインターフェースデバイス９２２をさらに含むことができる。コンピューティングデバイス９００はまた、ビデオディスプレイユニット９１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または陰極線管（ＣＲＴ））、英数字入力デバイス９１２（例えばキーボード）、カーソル制御デバイス９１４（例えば、マウス）、および信号生成装置９２０（例えば、スピーカ）を含む。
【００６０】
データ記憶装置９２８は、本明細書に記載された方法または機能のいずれか１つまたは複数を具体化する１つまたは複数の命令セット９２６が格納された機械可読記憶媒体（または、より具体的には、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体）９２４を含むことができる。ここで、非一時的な記憶媒体とは、搬送波以外の記憶媒体をいう。命令９２６はまた、コンピュータ装置９００、主メモリ９０４、および処理装置９０２がコンピュータ可読記憶媒体を構成することによって、その実行中に主メモリ９０４および/または処理装置９０２内に完全にまたは部分的に存在してもよい。
【００６１】
コンピュータ可読記憶媒体９２４はまた、図５のコントローラ４１０の機能、図６の方法５００、または本明細書に記載された他の機能を実行するための位置決めモジュール９５０を格納するために使用されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体９２４はまた、位置決めモジュール９５０を呼び出す方法を含むソフトウェアライブラリを格納してもよい。コンピュータ可読記憶媒体９２４は、単一の媒体であると例示的な実施形態で示されているが、「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、単一の媒体または複数の媒体（例えば、集中型データベースまたは分散型データベース、および/または関連するキャッシュおよびサーバ）を含むことができる。「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、マシンによって実行される一連の命令を格納または符号化することができる任意の媒体を含み、マシンに本発明の方法のうちの１つまたは複数を実行させることを可能にする。したがって、「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、これに限定されるものではないが、ソリッドステートメモリ、光学媒体および磁気媒体を含むと解釈されるものとする。
【００６２】
上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではないことを理解されたい。多くの他の実施形態は、上記の説明を読んで理解すると明らかになるであろう。本発明の実施形態を特定の例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内で変更および改変することができる。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味であるとみなされるべきである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の全範囲とともに決定されるべきである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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