BR112020025649A2

BR112020025649A2 - aparelho para escaneamento intraoral e método para gerar um modelo digital tridimensional de uma superfície intraoral

Info

Publication number: BR112020025649A2
Application number: BR112020025649-8A
Authority: BR
Inventors: Ofer Saphier; Yossef Atiya; Arkady Rudnitsky; Nir Makmel; Sergei Ozerov; Tal Verker; Erez Lampert; Avi Kopelman; Tal LEVY
Original assignee: Align Technology, Inc.
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2021-03-23
Also published as: JP7482043B2; US20190388193A1; US20240156577A1; US11096765B2; EP4252704A3; EP3810027B1; AU2019290226A1; CA3102275A1; US20220280269A1; CN211381887U; JP2021527830A; WO2019246542A1; US11826225B2; EP3810027A1; US20240138961A1; US20190388194A1; CN116196129A; KR20210024469A; EP4252704A2; EP3810027C0

Abstract

APARELHO PARA ESCANEAMENTO INTRAORAL E MÉTODO PARA GERAR UM MODELO DIGITAL TRIDIMENSIONAL DE UMA SUPERFÍCIE INTRAORAL. Um aparelho para escaneamento intraoral inclui uma varinha portátil alongada que tem uma sonda. Um ou mais projetores de luz e duas ou mais câmeras estão dispostos dentro da sonda. Cada um dos projetores de luz tem um elemento óptico de geração de padrão, que pode usar difração ou refração para formar um padrão de luz. Cada câmera pode ser configurada para focar entre 1 mm e 30 mm de uma lente que está mais distante do sensor de câmera. Outras aplicações também são descritas.

Description

APARELHO PARA ESCANEAMENTO INTRAORAL E MÉTODO PARA GERAR UM MODELO DIGITAL TRIDIMENSIONAL DE UMA SUPERFÍCIE INTRAORAL CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere genericamente a imagens tridimensionais e, mais particularmente, a imagens tridimensionais intraorais usando iluminação de luz estruturada.

FUNDAMENTOS

[0002] Impressões dentárias da superfície tridimensional intraoral de um sujeito, por exemplo, dentes e gengiva, são usadas para planejar procedimentos odontológicos. As impressões dentais tradicionais são feitas usando uma moldeira preenchida com um material de impressão, por exemplo, PVS ou alginato, no qual o sujeito morde. O material de impressão então se solidifica em um cunho negativo dos dentes e da gengiva, a partir da qual um modelo tridimensional dos dentes e da gengiva pode ser formado.

[0003] As impressões dentais digitais utilizam a digitalização intraoral para gerar modelos digitais tridimensionais de uma superfície tridimensional intraoral de um sujeito. Escâneres intraorais digitais costumam usar imagiologia tridimensionais de luz estruturada. A superfície dos dentes de um sujeito pode ser altamente reflexiva e um tanto translúcida, o que pode reduzir o contraste no padrão de luz estruturada refletido nos dentes. Portanto, a fim de melhorar a captura de um escaneamento intraoral, ao usar um escâner intraoral digital que utiliza imagiologia tridimensional de luz estruturada, os dentes de um sujeito são frequentemente revestidos com um pó opaco antes do escaneamento, a fim de facilitar um nível utilizável de contraste do padrão de luz estruturada, por exemplo, a fim de transformar a superfície em uma superfície de dispersão. Embora os escâneres intraorais que utilizam imagiologia tridimensionais de luz estruturada tenham feito algum progresso, vantagens adicionais podem ser obtidas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0004] O uso de imagiologia tridimensionais de luz estruturada pode levar a um "problema de correspondência", onde uma correspondência entre pontos no padrão de luz estruturada e pontos vistos por uma câmera visualizando o padrão precisa ser determinada. Uma técnica para resolver esse problema é baseada na projeção de um padrão de luz “codificado” e na imagiologia da cena iluminada de um ou mais pontos de vista. Codificar o padrão de luz emitido torna as porções do padrão de luz únicas e distinguíveis quando capturadas por um sistema de câmera. Como o padrão é codificado, as correspondências entre os pontos da imagem e os pontos do padrão projetado podem ser encontradas mais facilmente. Os pontos decodificados podem ser triangulados e informações 3D recuperadas.

[0005] As aplicações da presente invenção incluem sistemas e métodos relacionados a um dispositivo de escaneamento intraoral tridimensional que inclui uma ou mais câmeras e um ou mais projetores de padrão. Por exemplo, certas aplicações da presente invenção podem estar relacionadas a um dispositivo de escaneamento intraoral tendo uma pluralidade de câmeras e uma pluralidade de projetores de padrão.

[0006] Outras aplicações da presente invenção incluem métodos e sistemas para decodificar um padrão de luz estruturada.

[0007] Ainda outras aplicações da presente invenção podem estar relacionadas a sistemas e métodos de escaneamento intraoral tridimensional utilizando padrões de luz estruturada não codificados. Os padrões de luz estruturada não codificadas podem incluir padrões uniformes de pontos, por exemplo.

[0008] Por exemplo, em algumas aplicações particulares da presente invenção, um aparelho é fornecido para escaneamento intraoral, o aparelho incluindo uma varinha portátil com uma sonda na extremidade distal.

Durante um escaneamento, a sonda pode ser configurada para entrar na cavidade intraoral de um sujeito.

Um ou mais projetores de luz (por exemplo, projetores de luz estruturada em miniatura), bem como uma ou mais câmeras (por exemplo, câmeras em miniatura) são acoplados a uma estrutura rígida disposta dentro de uma extremidade distal da sonda.

Cada um dos projetores de luz estruturada transmite luz usando uma fonte de luz, como um diodo laser.

Cada projetor de luz pode ser configurado para projetar um padrão de luz definido por uma pluralidade de raios de projetor quando a fonte de luz é ativada.

Cada câmera pode ser configurada para capturar uma pluralidade de imagens que representam pelo menos uma parte do padrão de luz projetado em uma superfície intraoral.

Em algumas aplicações, os projetores de luz estruturada podem ter um campo de iluminação de pelo menos 45 graus.

Opcionalmente, o campo de iluminação pode ser menos de 120 graus.

Cada um dos projetores de luz estruturada pode incluir ainda um elemento óptico de geração de padrão.

O elemento óptico de geração de padrão pode utilizar difração e/ou refração para gerar um padrão de luz.

Em algumas aplicações, o padrão de luz pode ser uma distribuição de pontos de luz discretos e não conectados.

Opcionalmente, o padrão de luz mantém a distribuição de pontos discretos não conectados em todos os planos localizados entre 1 mm e 30 mm do elemento óptico de geração de padrão, quando a fonte de luz (por exemplo, diodo laser) é ativada para transmitir luz através do elemento óptico de geração de padrão.

Em algumas aplicações, o elemento óptico de geração de padrão de cada projetor de luz estruturada pode ter uma eficiência de taxa de transferência de luz, ou seja, a fração de luz que incide sobre o gerador de padrão que vai para o padrão, de pelo menos 80%, por exemplo, pelo menos 90%. Cada uma das câmeras inclui um sensor de câmera e lentes objetivas, incluindo uma ou mais lentes.

[0009] Uma fonte de luz de diodo laser e elementos ópticos de geração de padrão difrativo e/ou refrativo podem fornecer certas vantagens em algumas aplicações. Por exemplo, o uso de diodo laser e elementos ópticos de geração de padrão difrativo e/ou refrativo pode ajudar a manter um projetor de luz estruturada com eficiência energética de modo a evitar que a sonda aqueça durante o uso. Além disso, tais componentes podem ajudar a reduzir custos por não necessitarem de resfriamento ativo dentro da sonda. Por exemplo, os lasers díodos atuais podem usar menos de 0,6 Watts de potência enquanto transmitem continuamente com alto brilho (em contraste, por exemplo, com um diodo emissor de luz (LED) atual). Quando pulsados de acordo com algumas aplicações da presente invenção, esses lasers díodos atuais podem usar ainda menos energia, por exemplo, quando pulsados com um ciclo de trabalho de 10%, os lasers díodos podem usar menos de 0,06 Watts (mas para algumas aplicações os lasers díodos podem usar pelo menos 0,2 Watts enquanto transmitem continuamente em alto brilho, e quando pulsados podem usar ainda menos energia, por exemplo, quando pulsados com um ciclo de trabalho de 10%, os lasers díodos podem usar pelo menos 0,02 Watts). Além disso, um elemento óptico de geração de padrão difrativo e/ou refrativo pode ser configurado para utilizar a maior parte, senão toda, a luz transmitida (em contraste, por exemplo, com uma máscara que impede alguns dos raios de atingir o objeto).

[0010] Em particular, o elemento óptico de geração de padrão baseado em difração e/ou refração gera o padrão por difração, refração ou interferência de luz, ou qualquer combinação dos anteriores, em vez de modulação da luz como feito por uma transparência ou máscara de transmissão. Em algumas aplicações, isso pode ser vantajoso, pois a eficiência de taxa de transferência de luz (a fração de luz que vai para o padrão fora da luz que cai no gerador de padrão) é quase 100%, por exemplo, pelo menos 80%, por exemplo, pelo menos 90%,

independentemente do padrão "ciclo de trabalho baseado em área". Em contraste, a eficiência de taxa de transferência de luz de uma máscara de transparência ou um elemento óptico de geração de padrão de máscara de transmissão está diretamente relacionada ao "ciclo de trabalho baseado em área". Por exemplo, para um "ciclo de trabalho baseado em área" desejado de 100:1, a eficiência de rendimento de um gerador de padrão baseado em máscara seria de 1%, enquanto a eficiência do elemento óptico gerador de padrão baseado em difração e/ou refração permanece quase 100%. Além disso, a eficiência de coleta de luz de um laser é pelo menos 10 vezes maior do que um LED com a mesma saída de luz total, devido a um laser ter uma área de emissão inerentemente menor e ângulo de divergência, resultando em uma iluminação de saída mais brilhante por unidade de área. A alta eficiência do laser e do gerador de padrão difrativo e/ou refrativo pode ajudar a permitir uma configuração termicamente eficiente que limita a sonda de aquecer significativamente durante o uso, reduzindo assim o custo por potencialmente eliminar ou limitar a necessidade de resfriamento ativo dentro da sonda. Embora os lasers díodos e EODs possam ser particularmente preferíveis em algumas aplicações, eles não são de forma alguma essenciais, seja individualmente ou em combinação. Outras fontes de luz, incluindo LEDs e elementos geradores de padrões, incluindo transparência e máscaras de transmissão, podem ser usados em outras aplicações.

[0011] Em algumas aplicações, a fim de melhorar a captura de imagem de uma cena intraoral sob iluminação de luz estruturada, sem usar meios de realce de contraste, como revestir os dentes com um pó opaco, os inventores perceberam que uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados (em oposição às linhas, por exemplo) pode fornecer um equilíbrio melhorado entre aumentar o contraste do padrão enquanto mantém uma quantidade útil de informações. Em algumas aplicações, os pontos de luz não conectados têm um padrão uniforme (por exemplo,

imutável). De um modo geral, um padrão de luz estruturada mais denso pode fornecer mais amostragem da superfície, resolução mais alta e permitir melhor costura das respectivas superfícies obtidas a partir de múltiplos quadros de imagem. No entanto, um padrão de luz estruturado muito denso pode levar a um problema de correspondência mais complexo devido ao fato de haver um maior número de pontos para os quais resolver o problema de correspondência. Além disso, um padrão de luz estruturada mais denso pode ter contraste de padrão inferior resultante de mais luz no sistema, o que pode ser causado por uma combinação de (a) luz difusa que reflete na superfície um tanto brilhante dos dentes e pode ser apanhada por câmeras e (b) percolação, ou seja, parte da luz que entra nos dentes, refletindo ao longo de vários caminhos dentro dos dentes e, em seguida, deixando os dentes em muitas direções diferentes. Conforme descrito mais abaixo, métodos e sistemas são fornecidos para resolver o problema de correspondência apresentado pela distribuição de pontos de luz discretos não conectados. Em algumas aplicações, os pontos de luz discretos não conectados de cada projetor podem ser não codificados.

[0012] Em algumas aplicações, o campo de visão de cada uma das câmeras pode ser pelo menos 45 graus, por exemplo, pelo menos 80 graus, por exemplo, 85 graus. Opcionalmente, o campo de visão de cada uma das câmeras pode ser inferior a 120 graus, por exemplo, inferior a 90 graus. Para algumas aplicações, uma ou mais das câmeras possuem uma lente olho de peixe ou outra óptica que fornece até 180 graus de visualização.

[0013] Em qualquer caso, o campo de visão das várias câmeras pode ser idêntico ou não idêntico. Da mesma forma, a distância focal das várias câmeras pode ser idêntica ou não idêntica. O termo "campo de visão" de cada uma das câmeras, conforme usado neste documento, refere-se ao campo de visão diagonal de cada uma das câmeras. Além disso, cada câmera pode ser configurada para focar em um plano focal de objeto que está localizado entre 1 mm e 30 mm, por exemplo, pelo menos 5 mm e/ou menos de 11 mm, por exemplo, 9 mm - 10 mm, a partir da lente que está mais distante do respectivo sensor da câmera.

Da mesma forma, em algumas aplicações, o campo de iluminação de cada um dos projetores de luz estruturada pode ser de pelo menos 45 graus e, opcionalmente, menos de 120 graus.

Os inventores perceberam que um grande campo de visão alcançado pela combinação dos respectivos campos de visão de todas as câmeras pode melhorar a precisão devido à quantidade reduzida de erros de costura de imagem, especialmente em regiões edêntulas, onde a superfície da gengiva é lisa e pode haver menos características 3D de alta resolução claras.

Ter um campo de visão maior permite que grandes características suaves, como a curva geral do dente, apareçam em cada quadro de imagem, o que melhora a precisão da costura das respectivas superfícies obtidas de vários desses quadros de imagem.

Em algumas aplicações, o campo de visão total combinado das várias câmeras (por exemplo, do escâner intraoral) está entre cerca de 20 mm e cerca de 50 mm ao longo do eixo longitudinal da varinha portátil alongada e cerca de 20-40 mm no eixo z, onde o eixo z pode corresponder à profundidade.

Em outras aplicações, o campo de visão pode ser de pelo menos 20 mm, pelo menos 25 mm, pelo menos 30 mm, pelo menos 35 mm ou pelo menos 40 mm ao longo do eixo longitudinal.

Em algumas modalidades, o campo de visão combinado pode mudar com a profundidade (por exemplo, com a distância de escaneamento). Por exemplo, a uma distância de escaneamento de cerca de 4 mm, o campo de visão pode ser de cerca de 40 mm ao longo do eixo longitudinal, e a uma distância de escaneamento de cerca de 14 mm, o campo de visão pode ser de cerca de 45 mm ao longo do eixo longitudinal.

Se a maior parte do movimento do escâner intraoral for feito em relação ao eixo longo (por exemplo, eixo longitudinal) do escâner, a sobreposição entre os escaneamentos pode ser substancial.

Em algumas aplicações, o campo de visão das câmeras combinadas não é contínuo. Por exemplo, o escâner intraoral pode ter um primeiro campo de visão separado de um segundo campo de visão por uma separação fixa. A separação fixa pode ser, por exemplo, ao longo do eixo longitudinal da varinha portátil alongada.

[0014] Em algumas aplicações, um método é fornecido para gerar uma imagem tridimensional digital de uma superfície intraoral. É notado que uma "imagem tridimensional", como a frase é usada no presente pedido, é baseada em um modelo tridimensional, por exemplo, uma nuvem de pontos, a partir da qual uma imagem da superfície intraoral tridimensional é construída. A imagem resultante, embora geralmente exibida em uma tela bidimensional, contém dados relativos à estrutura tridimensional do objeto digitalizado e, portanto, pode ser tipicamente manipulada de modo a mostrar o objeto escaneado de diferentes vistas e perspectivas. Além disso, um modelo físico tridimensional do objeto escaneado pode ser feito usando os dados da imagem tridimensional.

[0015] Por exemplo, um ou mais projetores de luz estruturada podem ser acionados para projetar uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados em uma superfície intraoral, e uma ou mais câmeras podem ser acionadas para capturar uma imagem da projeção. A imagem capturada por cada câmera pode incluir pelo menos um dos pontos.

[0016] Cada câmera inclui um sensor de câmera que possui uma matriz de pixels, para cada um dos quais existe um raio correspondente no espaço 3D originado do pixel cuja direção é em direção a um objeto sendo visualizado; cada ponto ao longo de um determinado desses raios, quando representado no sensor, cairá em seu respectivo pixel correspondente no sensor. Conforme usado em todo este pedido, incluindo nas reivindicações, o termo usado para isso é um "raio de câmera". Da mesma forma, para cada ponto projetado de cada projetor, existe um raio de projetor correspondente. Cada raio do projetor corresponde a um respectivo caminho de pixels em pelo menos um dos sensores da câmera, ou seja, se uma câmera vir um ponto projetado por um raio específico do projetor, esse ponto será necessariamente detectado por um pixel no caminho específico de pixels que corresponde a esse raio específico do projetor. Valores para (a) o raio da câmera correspondente a cada pixel no sensor da câmera de cada uma das câmeras, e (b) o raio do projetor correspondente a cada um dos pontos projetados de luz de cada um dos projetores, podem ser armazenados durante um processo de calibração, conforme descrito abaixo.

[0017] Com base nos valores de calibração armazenados, um processador pode ser usado para executar um algoritmo de correspondência a fim de identificar uma localização tridimensional para cada ponto projetado na superfície. Para um determinado raio do projetor, o processador "olha" para o caminho do sensor da câmera correspondente em uma das câmeras. Cada ponto detectado ao longo do caminho do sensor da câmera terá um raio da câmera que cruza o raio do projetor fornecido. Essa interseção define um ponto tridimensional no espaço. O processador, então, pesquisa entre os caminhos do sensor da câmera que correspondem àquele raio do projetor dado nas outras câmeras e identifica quantas outras câmeras, em seus respectivos caminhos do sensor da câmera correspondentes ao raio do projetor dado, também detectaram um ponto cujo raio da câmera se cruza com aquele ponto tridimensional no espaço. Tal como aqui utilizado ao longo do presente pedido, se duas ou mais câmeras detectam pontos cujos respectivos raios de câmera intersectam um determinado raio de projetor no mesmo ponto tridimensional no espaço, as câmeras são consideradas como "concordantes" no ponto sendo localizado naqueles três pontos dimensionais. Por conseguinte, o processador pode identificar localizações tridimensionais do padrão de luz projetado com base em acordos das duas ou mais câmeras sobre a existência do padrão de luz projetado por raios do projetor em certas interseções. O processo é repetido para os pontos adicionais ao longo de um caminho do sensor da câmera, e o ponto para o qual o maior número de câmeras "concorda" é identificado como o ponto que está sendo projetado na superfície do raio do projetor fornecido. Uma posição tridimensional na superfície é então calculada para esse ponto.

[0018] Uma vez que uma posição na superfície é determinada para um ponto específico, o raio do projetor que projetou aquele ponto, bem como todos os raios da câmera correspondentes a esse ponto, podem ser removidos da consideração e o algoritmo de correspondência pode ser executado novamente para um próximo raio do projetor. Em última análise, os locais tridimensionais identificados podem ser usados para gerar um modelo tridimensional digital da superfície intraoral.

[0019] Em um outro exemplo, um método de geração de um modelo tridimensional digital de uma superfície intraoral pode incluir projetar um padrão de pontos discretos não conectados em uma superfície intraoral de um paciente usando um ou mais projetores de luz dispostos em uma sonda em uma extremidade distal de um escâner intraoral, em que o padrão de pontos discretos não conectados não é codificado. O método pode ainda incluir a captura de uma pluralidade de imagens do padrão projetado de pontos não conectados usando duas ou mais câmeras dispostas na sonda, decodificando a pluralidade de imagens do padrão projetado a fim de determinar informações de superfície tridimensional da superfície intraoral, e usar as informações da superfície tridimensional para gerar um modelo tridimensional digital da superfície intraoral. A decodificação da pluralidade de imagens pode incluir acessar dados de calibração que associam raios de câmera correspondentes a pixels em um sensor de câmera de cada uma das duas ou mais câmeras a uma pluralidade de raios de projetor, em que cada uma da pluralidade de raios de projetor está associada a um dos pontos não conectados discretos. A decodificação pode incluir ainda a determinação de interseções de raios do projetor e raios da câmera correspondentes ao padrão projetado de pontos discretos não conectados usando os dados de calibração, em que as interseções dos raios do projetor e dos raios da câmera estão associadas a pontos tridimensionais no espaço. A decodificação pode incluir ainda a identificação de locais tridimensionais do padrão projetado de pontos discretos não conectados com base em acordos das duas ou mais câmeras em haver o padrão projetado de pontos discretos não conectados por raios do projetor em certas interseções.

[0020] É, portanto, fornecido, de acordo com algumas aplicações da presente invenção, aparelho para escaneamento intraoral, o aparelho incluindo: uma varinha portátil alongada incluindo uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil; uma estrutura rígida disposta dentro de uma extremidade distal da sonda; um ou mais projetores de luz estruturada acoplados à estrutura rígida; e uma ou mais câmeras acopladas à estrutura rígida.

[0021] Em algumas aplicações, cada projetor de luz estruturada pode ter um campo de iluminação de 45 a 120 graus. Opcionalmente, um ou mais projetores de luz estruturada podem utilizar uma fonte de luz de diodo laser. Além disso, o(s) projetor(es) de luz estruturada pode(m) incluir um elemento óptico de formação de feixe. Além disso, o(s) projetor(es) de luz estruturada pode(m) incluir um elemento óptico de geração de padrão.

[0022] O elemento óptico de geração de padrão pode ser configurado para gerar uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados. A distribuição de pontos de luz discretos não conectados pode ser gerada em todos os planos localizados entre 1 mm e 30 mm do elemento óptico de geração de padrão quando a fonte de luz (por exemplo, diodo laser) é ativada para transmitir luz através do elemento óptico de geração de padrão. Em algumas aplicações, o elemento óptico de geração de padrão (i) utiliza difração e/ou refração para gerar a distribuição. Opcionalmente, o elemento óptico de geração de padrão tem uma eficiência de transferência de luz de pelo menos 90%

[0023] Além disso, em algumas aplicações, cada câmera pode (a) ter um campo de visão de 45 - 120 graus. As câmeras podem incluir um sensor de câmera e óptica objetiva, incluindo uma ou mais lentes. Em alguns aplicativos, a câmera pode ser configurada para se concentrar em um plano focal de objeto que está localizado entre 1 mm e 30 mm da lente que está mais distante do sensor da câmera.

[0024] Para algumas aplicações, cada uma das câmeras é configurada para se concentrar em um plano focal de objeto que está localizado entre 5 mm e 11 mm da lente que está mais distante do sensor da câmera.

[0025] Para algumas aplicações, o padrão gerador de elemento óptico de cada um dos projetores é configurado para gerar a distribuição de discretos pontos de luz não conectados em todos os planos localizados entre 4 mm e 24 mm a partir do padrão gerador de elemento óptico quando a fonte de luz (por exemplo, diodo laser) é ativada para transmitir luz através do padrão gerador de elemento óptico.

[0026] Para algumas aplicações, cada uma das câmeras é configurada para se concentrar em um plano focal de objeto que está localizado entre 4 mm e 24 mm da lente que está mais distante do sensor da câmera.

[0027] Para algumas aplicações, cada um dos projetores de luz estruturada tem um campo de iluminação de 70 a 100 graus.

[0028] Para algumas aplicações, cada uma das câmeras tem um campo de visão de 70 a 100 graus.

[0029] Para algumas aplicações, cada uma das câmeras tem um campo de visão de 80 a 90 graus.

[0030] Para algumas aplicações, o aparelho inclui ainda pelo menos um projetor de luz uniforme, configurado para projetar luz branca em um objeto que está sendo escaneado, e pelo menos uma das câmeras está configurada para capturar imagens coloridas bidimensionais do objeto usando iluminação do projetor de luz uniforme.

[0031] Para algumas aplicações, o elemento óptico de formação de feixe inclui uma lente de colisão.

[0032] Para algumas aplicações, os projetores de luz estruturada e as câmeras são posicionados de tal forma que cada projetor de luz estruturada enfrenta um objeto fora da varinha colocada em seu campo de iluminação. Opcionalmente, cada câmera pode enfrentar um objeto fora da varinha colocada em seu campo de visão. Além disso, em algumas aplicações, pelo menos 20% dos não conectados discretos e não conectados estão no campo de visão de pelo menos uma das câmeras.

[0033] Para algumas aplicações, uma altura da sonda é de 10 a 15 mm, onde a luz entra na sonda através de uma superfície inferior (ou superfície sensoriada) da sonda e a altura da sonda é medida da superfície inferior da sonda para uma superfície superior da sonda em frente à superfície inferior.

[0034] Para algumas aplicações, um ou mais projetores de luz estruturada são exatamente um projetor de luz estruturada e a uma ou mais câmeras são exatamente uma câmera.

[0035] Para algumas aplicações, o elemento óptico de geração de padrão inclui um elemento óptico difrativo (EOD).

[0036] Para algumas aplicações, cada EOD é configurado para gerar a distribuição de pontos de luz discretos não conectados de modo que, quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do EOD, uma proporção de área iluminada para área não iluminada para cada plano ortogonal no campo de iluminação é 1:150 - 1:16.

[0037] Para algumas aplicações, cada EOD é configurado para gerar a distribuição de pontos de luz discretos não conectados de modo que quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do EOD, uma razão de área iluminada para área não iluminada para cada plano ortogonal no campo de iluminação é 1:64 - 1:36.

[0038] Para algumas aplicações, um ou mais projetores de luz estruturada são uma pluralidade de projetores de luz estruturada. Em algumas aplicações, cada ponto gerado por um EOD específico tem o mesmo formato. Opcionalmente, a forma dos pontos gerados por pelo menos um EOD é diferente da forma dos pontos gerados a partir de pelo menos um outro EOD.

[0039] Para algumas aplicações, cada um dos um ou mais projetores compreende um elemento óptico disposto entre o elemento óptico de formação de feixe e o EOD, o elemento óptico sendo configurado para gerar um feixe de Bessel quando o diodo laser é ativado para transmitir luz através do elemento óptico, de modo que os pontos de luz não conectados distintos mantenham um diâmetro de menos de 0,06 mm através de cada superfície interna de uma esfera que está centralizada no EOD e tem um raio entre 1 mm e 30 mm.

[0040] Para algumas aplicações, o elemento óptico é configurado para gerar o feixe de Bessel quando o diodo laser é ativado para transmitir luz através do elemento óptico, de modo que os pontos de luz não conectados discretos mantenham um diâmetro inferior a 0,02 mm através de cada superfície interna de uma esfera geométrica que é centralizada no EOD e tem um raio entre 1 mm e 30 mm.

[0041] Para algumas aplicações, cada um dos um ou mais projetores inclui um elemento óptico disposto entre o elemento óptico de formação de feixe e o EOD. O elemento óptico pode ser configurado para gerar um feixe de Bessel quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do elemento óptico, de modo que os pontos de luz não conectados discretos mantenham um diâmetro pequeno através de uma faixa de profundidade. Por exemplo, em algumas aplicações, os pontos de luz discretos não conectados podem manter um diâmetro de menos de 0,06 mm através de cada plano ortogonal localizado entre 1 mm e 30 mm do EOD.

[0042] Para algumas aplicações, o elemento óptico é configurado para gerar um feixe de Bessel quando o diodo laser é ativado para transmitir luz através do elemento óptico, de modo que os pontos de luz não conectados discretos mantenham um diâmetro inferior a 0,02 mm através de cada plano ortogonal localizado entre 1 mm e 30 mm do EOD.

[0043] Para algumas aplicações, o elemento óptico é configurado para gerar um feixe de Bessel quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do elemento óptico, de modo que os pontos de luz não conectados discretos mantenham um diâmetro inferior a 0,04 mm através de cada plano ortogonal localizado entre 4 mm e 24 mm do EOD.

[0044] Para algumas aplicações, o elemento óptico é uma lente axicon.

[0045] Para algumas aplicações, a lente axicon é uma lente difrativa axicon.

[0046] Para algumas aplicações, o elemento ótico é uma abertura anular.

[0047] Para algumas aplicações, um ou mais projetores de luz estruturada são uma pluralidade de projetores de luz estruturada e as fontes de luz de pelo menos dois dos projetores de luz estruturada são configurados para transmitir luz em dois comprimentos de onda distintos, respectivamente.

[0048] Para algumas aplicações, as fontes de luz de pelo menos três dos projetores de luz estruturada são configuradas para transmitir luz em três comprimentos de onda distintos, respectivamente.

[0049] Para algumas aplicações, as fontes de luz de pelo menos três dos projetores de luz estruturada são configuradas para transmitir luz vermelha, azul e verde, respectivamente.

[0050] Em algumas aplicações, as fontes de luz compreendem diodo laser.

[0051] Para algumas aplicações, a uma ou mais câmeras são uma pluralidade de câmeras que são acopladas à estrutura rígida de modo que um ângulo entre dois eixos ópticos respectivos de pelo menos duas das câmeras seja de 0 - 90 graus.

[0052] Para algumas aplicações, o ângulo entre dois eixos óticos respectivos de pelo menos duas das câmeras é de 0 - 35 graus.

[0053] Para algumas aplicações, um ou mais projetores de luz estruturada são uma pluralidade de projetores de luz estruturada, que são acoplados à estrutura rígida de modo que um ângulo entre dois respectivos eixos ópticos de pelo menos dois dos projetores de luz estruturada seja de 0 - 90 graus.

[0054] Para algumas aplicações, o ângulo entre dois respectivos eixos ópticos de pelo menos dois dos projetores de luz estruturada é de 0 - 35 graus.

[0055] Para algumas aplicações, cada câmera tem uma pluralidade de posições de foco predefinidas discretas, em cada posição de foco a câmera sendo configurada para focar em um respectivo plano focal do objeto.

[0056] Para algumas aplicações, cada câmera inclui um atuador de foco automático configurado para selecionar uma posição de foco a partir das posições de foco predefinidas discretas.

[0057] Para algumas aplicações, cada uma das uma ou mais câmeras inclui uma máscara de fase de abertura óptica configurada para estender uma profundidade de foco da câmera de modo que as imagens formadas por cada câmera sejam mantidas focadas em todas as distâncias de objeto localizadas entre 1 mm e 30 mm da lente que está mais distante do sensor da câmera.

[0058] Para algumas aplicações, a máscara de fase de abertura óptica é configurada para estender a profundidade do foco da câmera de modo que as imagens formadas por cada câmera sejam mantidas focadas em todas as distâncias do objeto localizadas entre 4 mm e 24 mm da lente que está mais distante do sensor da câmera.

[0059] Para algumas aplicações, cada uma de uma ou mais câmeras é configurada para capturar imagens a uma taxa de quadros de 30 a 200 quadros por segundo.

[0060] Para algumas aplicações, cada uma de uma ou mais câmeras é configurada para capturar imagens a uma taxa de quadros de pelo menos 75 quadros por segundo.

[0061] Para algumas aplicações, cada uma das uma ou mais câmeras é configurada para capturar imagens a uma taxa de quadros de pelo menos 100 quadros por segundo.

[0062] Para algumas aplicações, o diodo laser de cada um do um ou mais projetor é configurado para transmitir um feixe de luz elíptico. Um elemento óptico de formação de feixe de cada um dos um ou mais projetores pode incluir uma lente colimadora. Opcionalmente, o elemento óptico de geração de padrão inclui um elemento óptico difrativo (EOD) que é segmentado em uma pluralidade de fragmentos de sub-EOD dispostos em uma matriz. Cada fragmento de sub-EOD pode gerar uma distribuição respectiva de pontos de luz discretos não conectados em uma área diferente do campo de iluminação, de modo que a distribuição de pontos de luz discretos não conectados seja gerada quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do EOD segmentado.

[0063] Para algumas aplicações, uma lente colimadora pode ser configurada para gerar um feixe de luz elíptico com um eixo longo de 500- 700 mícrons e um eixo curto de 100-200 mícrons.

[0064] Para algumas aplicações, a matriz de fragmentos sub- EOD pode ser posicionada para ser contida dentro do feixe elíptico de luz quando o diodo laser é ativado para transmitir luz através do EOD segmentado.

[0065] Para algumas aplicações, uma seção transversal de cada um dos fragmentos de sub-EOD é um quadrado com um lado de comprimento de 30-75 mícrons, a seção transversal sendo tomada perpendicular ao eixo óptico do EOD.

[0066] Para algumas aplicações, a pluralidade de fragmentos de sub-EOD é disposta em uma matriz retangular incluindo 16-72 fragmentos sub-EOD e tendo uma dimensão mais longa de 500-800 mícrons.

[0067] Para algumas aplicações, a lente colimadora e o EOD segmentado são um único elemento óptico, um primeiro lado do elemento óptico incluindo a lente colimadora e um segundo lado do elemento óptico, oposto ao primeiro lado, incluindo o EOD segmentado.

[0068] Para algumas aplicações, a pelo menos uma fonte de luz de cada um dos um ou mais projetores é uma pluralidade de diodo laser. Em algumas aplicações, a pluralidade de lasers de díodo pode ser configurada para transmitir luz no mesmo comprimento de onda.

[0069] Para algumas aplicações, a pluralidade de lasers de díodo pode ser configurada para transmitir luz em diferentes comprimentos de onda.

[0070] Para algumas aplicações, a pluralidade de lasers de díodo é dois lasers de díodo, os dois lasers de díodo que estão sendo configurados para transmitir a luz em dois diferentes comprimentos de onda, respectivamente.

[0071] Para algumas aplicações, a pluralidade de lasers de díodo é de três lasers de díodo, os três lasers de díodo sendo configurados para transmitir luz em três comprimentos de onda distintos, respectivamente.

[0072] Para algumas aplicações, os três lasers de díodo são configurados para transmitir luz vermelha, azul e verde, respectivamente.

[0073] Para algumas aplicações: o elemento óptico de formação de feixe de cada um dos um ou mais projetores inclui uma lente colimadora, e o elemento óptico de geração de padrão inclui uma estrutura periódica difrativa composta tendo um tamanho de característica de estrutura periódica de 100-400 nm.

[0074] Para algumas aplicações, a lente colimadora e a estrutura periódica difrativa composta são um único elemento óptico, um primeiro lado do elemento óptico incluindo a lente colimadora e um segundo lado do elemento óptico, oposto ao primeiro lado, incluindo a estrutura periódica difrativa composta.

[0075] Para algumas aplicações, o aparelho inclui ainda uma lente axicon disposta entre a lente colimadora e a estrutura periódica difrativa composta, a lente axicon tendo um ângulo de cabeça de axicon de 0,2 - 2 graus.

[0076] Para algumas aplicações, a lente colimadora tem uma distância focal de 1,2 - 2 mm.

[0077] Para algumas aplicações: o elemento óptico de formação de feixe de cada um dos um ou mais projetores inclui uma lente colimadora, e o elemento óptico de geração de padrão inclui uma matriz de microlentes tendo uma abertura numérica de 0,2 - 0,7.

[0078] Para algumas aplicações, a matriz de microlentes é uma matriz hexagonal de microlentes.

[0079] Para algumas aplicações, a matriz de microlentes é uma matriz de microlentes retangular.

[0080] Para algumas aplicações, a lente colimadora e a matriz de microlentes são um único elemento óptico, um primeiro lado do elemento óptico incluindo a lente colimadora e um segundo lado do elemento óptico, oposto ao primeiro lado, incluindo a matriz de microlentes.

[0081] Para algumas aplicações, o aparelho inclui ainda uma lente axicon disposta entre a lente colimadora e a matriz de microlentes, a lente axicon tendo um ângulo da cabeça do axicon de 0,2 - 2 graus.

[0082] Para algumas aplicações, a lente colimadora tem uma distância focal de 1,2 - 2 mm.

[0083] Para algumas aplicações: o elemento óptico de formação de feixe de cada um dos um ou mais projetores inclui uma lente colimadora, a lente colimadora tendo uma distância focal de 1,2 - 2 mm, cada um dos um ou mais projetores inclui um anel de abertura disposto entre as lentes colimadoras e o elemento óptico de geração de padrão, e o elemento óptico de geração de padrão inclui uma estrutura periódica difrativa composta tendo um tamanho de característica de estrutura periódica de 100-400 nm.

[0084] Para algumas aplicações: o elemento óptico de formação de feixe de cada um dos um ou mais projetores inclui uma lente (a) disposta entre o diodo laser e o elemento óptico de geração de padrão e (b) tendo uma superfície plana em um primeiro lado da lente e uma superfície asférica em um segundo lado da lente oposto ao primeiro lado, a superfície asférica sendo configurada para gerar um feixe de Bessel diretamente a partir de um feixe de luz divergente quando o diodo laser é ativado para transmitir um feixe de luz divergente através da lente e o padrão gerador óptico elemento, de modo que os pontos de luz não conectados discretos tenham um tamanho substancialmente uniforme em qualquer plano ortogonal localizado entre 1 mm e 30 mm do elemento óptico de geração de padrão.

[0085] Para algumas aplicações, a superfície asférica da lente é configurada para gerar um feixe de Bessel diretamente de um feixe de luz divergente quando o diodo laser é ativado para transmitir um feixe de luz divergente através da lente e do elemento óptico de geração de padrão, de modo que os pontos discretos de luz não conectados têm um tamanho substancialmente uniforme em qualquer plano ortogonal localizado entre 4 mm e 24 mm do elemento óptico de geração de padrão.

[0086] Para algumas aplicações, o elemento óptico de geração de padrão inclui uma estrutura periódica difrativa composta tendo um tamanho de recurso de estrutura periódica de 100-400 nm.

[0087] Para algumas aplicações, o elemento óptico de geração de padrão inclui uma matriz de microlentes tendo uma abertura numérica de 0,2 - 0,7.

[0088] Para algumas aplicações: (a) o elemento óptico de formação de feixe inclui uma superfície asférica em um primeiro lado de uma lente, e (b) uma superfície plana em um segundo lado da lente, oposto ao primeiro lado, é moldada para definir o elemento óptico de geração de padrão, e a superfície asférica é configurada para gerar um feixe de Bessel diretamente de um feixe de luz divergente quando o diodo laser é ativado para transmitir um feixe de luz divergente através da lente, de modo que o feixe de Bessel seja dividido em uma matriz de feixes de Bessel discretos quando o diodo laser é ativado para transmitir o feixe de luz divergente através da lente, de modo que os pontos de luz não conectados separados tenham um tamanho substancialmente uniforme em todos os planos localizados entre 1 mm e 30 mm da lente.

[0089] Para algumas aplicações, a superfície plana da lente é moldada para definir o elemento óptico de geração de padrão de modo que o feixe de Bessel seja dividido em uma matriz de feixes de Bessel discretos quando o diodo laser é ativado para transmitir o feixe de luz divergente através da lente, de modo que os pontos de luz não conectados discretos tenham um tamanho substancialmente uniforme em todos os planos localizados entre 4 mm e 24 mm do elemento óptico gerador de padrão.

[0090] Para algumas aplicações, os aparelhos e métodos podem incluir ainda: pelo menos um sensor de temperatura acoplado à estrutura rígida e configurado para medir a temperatura da estrutura rígida; e uma unidade de controle de temperatura.

[0091] Os circuitos de controle de temperatura podem ser configurados para (a) receber dados do sensor de temperatura indicativo da temperatura da estrutura rígida, e (b) ativar a unidade de controle de temperatura com base nos dados recebidos. A unidade de controle de temperatura e os circuitos podem ser configurados para manter a sonda e/ou estrutura rígida a uma temperatura entre 35 e 43 graus Celsius

[0092] Para algumas aplicações, a unidade de controle de temperatura é configurada para manter a sonda a uma temperatura entre 37 e 41 graus Celsius.

[0093] Para algumas aplicações, a unidade de controle de temperatura é configurada para evitar que a temperatura da sonda varie mais do que uma mudança de temperatura limiar.

[0094] Para algumas aplicações, o aparelho inclui ainda: um alvo como um refletor difuso, incluindo uma pluralidade de regiões dispostas dentro da sonda de tal forma que: (a) cada projetor tem pelo menos uma região do refletor difuso em seu campo da iluminação, (b) cada câmera tem pelo menos uma região do refletor difuso em seu campo de visão, e (c) umas pluralidades das regiões do refletor difuso estão no campo de visão de uma das câmeras e no campo de iluminação de um dos projetores.

[0095] Em algumas aplicações, os circuitos de controle de temperatura podem ser configurados para (a) receber dados das câmeras indicativas de uma posição do refletor difuso em relação à distribuição de pontos de luz não conectados discretos, (b) comparar os dados recebidos com uma posição de calibração armazenada do refletor difuso, uma discrepância entre (i) os dados recebidos indicativos da posição do refletor difuso e (ii) a posição de calibração armazenada do refletor difuso indicando uma mudança de temperatura de a sonda e (c) regulam a temperatura da sonda com base na comparação dos dados recebidos e na posição de calibração armazenada do refletor difuso.

[0096] É ainda fornecido, de acordo com algumas aplicações da presente invenção, um método para gerar uma imagem tridimensional digital, o método incluindo: acionar cada um dos projetores de luz estruturada ou mais para projetar uma distribuição de pontos discretos de luz não conectadas em uma superfície tridimensional intraoral; acionar cada uma ou mais câmeras para capturar uma imagem, a imagem incluindo pelo menos um dos pontos, cada uma das câmeras ou mais, incluindo um sensor de câmera, incluindo uma matriz de pixels; baseado na calibração armazenada avalia indicar (a) um raio da câmera que correspondem a cada pixel no sensor da câmera de cada de a uma ou mais câmera, e (b) um raio do projetor que corresponde a cada um dos pontos projetados da luz de cada de o um ou mais projetor, por meio de que cada raio do projetor corresponde a um trajeto respectivo dos pixels pelo menos em um dos sensores da câmera: usar um processador, executar um algoritmo de correspondência para: (1) para cada raio do projetor i, identificar para cada ponto detectado j em um caminho do sensor de câmera correspondente ao raio i, quantas outras câmeras, em seus respectivos caminhos de sensores de câmera correspondentes ao raio i, detectaram seus respectivos pontos k correspondentes aos respectivos raios de câmera que cruzam o raio i e o raio da câmera correspondente ao ponto detectado j, pelo qual o raio i é identificado como o raio projetor específico que produziu um ponto detectado j para o qual o maior número de outras câmeras detectou respectivos pontos k, e (2) computar uma respectiva posição tridimensional na superfície tridimensional intraoral na intersecção do raio do projetor i e dos respectivos raios de câmera correspondentes ao local detectado j e aos respectivos pontos detectados k.

[0097] Para algumas aplicações, executar o algoritmo de correspondência usando o processador inclui ainda, seguindo a etapa (1), usar o processador para: remover de consideração o raio de projetor i, e os respectivos raios de câmera correspondentes ao ponto detectado j e aos respectivos pontos detectados k; e executar o algoritmo de correspondência novamente para um próximo raio do projetor i.

[0098] Para algumas aplicações, acionar cada um ou mais dos projetores de luz estruturada para projetar uma distribuição de pontos de luz não conectados discretos inclui acionar cada um dos projetores de luz estruturada para projetar 400 - 3000 discretos pontos de luz não conectados para a superfície tridimensional intraoral.

[0099] Para algumas aplicações, acionar cada um do um ou mais projetores de luz estruturada para projetar uma distribuição de pontos de luz discretos e não conectados inclui acionar uma pluralidade de projetores de luz estruturada para cada projeto uma distribuição de pontos de luz não conectados discretos, onde: (a) pelo menos dois dos projetores de luz estruturada são configurados para transmitir luz em diferentes comprimentos de onda, e

(b) os valores de calibração armazenados indicando um raio da câmera correspondente a cada pixel no sensor da câmera para cada um dos comprimentos de onda.

[00100] Para algumas aplicações, acionar cada um do um ou mais projetores de luz estruturada para projetar uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados inclui acionar uma pluralidade de projetores de luz estruturada para cada projeto uma distribuição de pontos de luz não conectadas discretas, onde cada ponto projetado a partir de um projeto de luz estruturada específico tem a mesma forma, e a forma das manchas projetadas a partir de pelo menos um projetor de luz estruturada é diferente da forma dos pontos projetados de pelo menos outro projetor de luz estruturada.

[00101] Para algumas aplicações, o método inclui ainda: acionar pelo menos um projetor de luz uniforme para projetar luz branca na superfície tridimensional intraoral; e acionar pelo menos uma câmera para capturar imagens bidimensionais da cor da superfície tridimensional intraoral usando a iluminação do projetor de luz uniforme.

[00102] Para algumas aplicações, o método inclui ainda, usar o processador para executar um algoritmo de reconstrução de superfície que combina pelo menos uma imagem capturada usando iluminação dos projetores de luz estruturada com uma pluralidade de imagens capturadas usando iluminação do projetor de luz uniforme para gerar uma imagem tridimensional da superfície tridimensional intraoral.

[00103] Para algumas aplicações, acionar cada um do um ou mais projetores de luz estruturada inclui acionar uma pluralidade de projetores de luz estruturada para projetar simultaneamente as respectivas distribuições de pontos de luz não conectadas discretos na superfície tridimensional intraoral.

[00104] Para algumas aplicações, acionar cada um do um ou mais projetores de luz estruturada inclui acionar uma pluralidade de projetores de luz estruturada para projetar seus respectivos pontos discretos de luz não conectados na superfície tridimensional intraoral em diferentes momentos respectivos.

[00105] Para algumas aplicações, acionar a pluralidade de projetores de luz estruturada para projetar seus respectivos pontos discretos de luz não conectadas na superfície tridimensional intraoral em diferentes momentos inclui acionar a pluralidade de projetores de luz estruturada para projetar seus respectivos pontos de luz não relacionados na superfície tridimensional intraoral em uma ordem predeterminada.

[00106] Para algumas aplicações, acionar a pluralidade de projetores de luz estruturada para projetar os respectivos pontos de luz discretos não conectados na superfície tridimensional intraoral em diferentes momentos respectivos inclui: acionar pelo menos um projetor de luz estruturada para projetar uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados na superfície tridimensional intraoral; e determinar durante um escaneamento que de uma pluralidade de projetores de luz estruturada em seguida são acionados para projetar uma distribuição de pontos não conectados discretos de luz.

[00107] Para algumas aplicações: acionar cada um de um ou mais projetores de luz estruturada inclui acionar exatamente um projetor de luz estruturada para projetar uma distribuição de pontos de luz discretos e não conectados em uma superfície tridimensional intraoral.

[00108] Para algumas aplicações, acionar cada uma das uma ou mais câmeras inclui direcionar uma ou mais câmeras para cada captura de imagens a uma taxa de quadros de 30 a 200 quadros por segundo.

[00109] Para alguns aplicativos, direcionar uma ou mais câmeras inclui direcionar uma ou mais câmeras para cada captura de imagens a uma taxa de quadros de pelo menos 75 quadros por segundo.

[00110] Para algumas aplicações, direcionar uma ou mais câmeras inclui direcionar uma ou mais câmeras para cada captura de imagens a uma taxa de quadros de pelo menos 100 quadros por segundo.

[00111] Para algumas aplicações, o uso do processador inclui, com base nos dados recebidos de um sensor de temperatura indicativo da temperatura dos projetores de luz estruturada e das câmeras, a seleção entre uma pluralidade de conjuntos de dados de calibração armazenados correspondentes a uma pluralidade de respectivas temperaturas do projetores de luz e as câmeras, cada conjunto de dados de calibração armazenados indicando para uma respectiva temperatura (a) o raio do projetor correspondente a cada um dos pontos de luz projetados de cada um dos um ou mais projetores, e (b) o raio da câmera correspondente a cada pixel no sensor da câmera de cada uma de uma ou mais câmeras.

[00112] Para algumas aplicações, o uso do processador inclui, com base em dados recebidos de um sensor de temperatura indicativo da temperatura dos projetores de luz estruturada e das câmeras, interpolar entre a pluralidade de conjuntos de dados de calibração armazenados a fim de obter dados de calibração para temperaturas entre as respectivas temperaturas correspondentes a cada conjunto de dados de calibração.

[00113] Para algumas aplicações: acionar cada uma das uma ou mais câmeras inclui acionar cada uma das uma ou mais câmeras para capturar uma imagem ainda incluindo pelo menos uma região de um refletor difuso tendo uma pluralidade de regiões, de modo que: (a) cada projetor tem pelo menos uma região do refletor difuso em seu campo da iluminação,

(b) cada câmera tem pelo menos uma região do refletor difuso em seu campo de visão, e (c) uma pluralidade das regiões do refletor difuso está no campo de visão de uma das câmeras e no campo de iluminação de um dos projetores.

[00114] O processador pode ser usado para (a) receber dados das câmeras indicativos de uma posição do refletor difuso em relação à distribuição de pontos de luz discretos não conectados, (b) comparar os dados recebidos com uma posição de calibração armazenada do refletor difuso, uma discrepância entre (i) os dados recebidos indicativos da posição do refletor difuso e (ii) a posição de calibração armazenada do refletor difuso indicando uma mudança dos raios do projetor e dos raios das câmeras de seus respectivos valores de calibração armazenados, e (c) executar o algoritmo de correspondência com base no deslocamento dos raios do projetor e dos raios das câmeras de seus respectivos valores de calibração armazenados.

[00115] Em algumas modalidades, como qualquer uma das descritas acima ou ao longo do relatório descritivo, imagens 3D de grande alcance dinâmico podem ser fornecidas usando imagiologia de campo de luz em combinação com iluminação estruturada. Os padrões de franja podem ser projetados em uma cena e modulados pela profundidade da cena. Então, um campo de luz estruturada pode ser detectado usando dispositivos de gravação de campo de luz. O campo de luz estruturada contém informações sobre a direção do raio e a profundidade codificada por fase através da qual a profundidade da cena pode ser estimada a partir de diferentes direções. A estimativa de profundidade multidirecional pode ser capaz de alcançar imagiologia 3D altamente dinâmica de forma eficaz.

[00116] As aplicações da presente invenção também podem incluir sistemas e métodos relacionados a um dispositivo de escaneamento intraoral tridimensional que inclui uma ou mais câmeras de campo de luz e um ou mais projetores de padrão. Por exemplo, em algumas modalidades, um aparelho de escaneamento intraoral é fornecido. O aparelho pode incluir uma varinha portátil alongada incluindo uma sonda na extremidade distal. A sonda pode ter uma extremidade proximal e uma extremidade distal. Durante um escaneamento intraoral, a sonda pode ser colocada na cavidade oral de um sujeito. De acordo com algumas aplicações da presente invenção, um projetor de luz estruturada e uma câmera de campo de luz podem ser dispostos na extremidade proximal da sonda, e um espelho é disposto na extremidade distal da sonda. O projetor de luz estruturada e a câmera de campo de luz podem ser posicionados de frente para o espelho, e o espelho é posicionado para (a) refletir a luz do projetor de luz estruturada diretamente em um objeto sendo escaneado e (b) refletir a luz do objeto sendo escaneado para a câmera do campo de luz.

[00117] O projetor de luz estruturada na extremidade proximal da sonda inclui uma fonte de luz. Em algumas aplicações, a fonte de luz pode ter um campo de iluminação de pelo menos 6 graus e/ou menos de 30 graus. O projetor de luz estruturada pode focar a luz da fonte de luz em um plano focal do projetor que está localizado a pelo menos 30 mm e/ou menos de 140 mm da fonte de luz. O projetor de luz estruturada pode incluir ainda um gerador de padrão, disposto no caminho óptico entre a fonte de luz e o plano focal do projetor, que gera um padrão de luz estruturada no plano focal do projetor quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do gerador de padrão.

[00118] Em algumas aplicações, a câmera de campo de luz na extremidade proximal da sonda pode ter um campo de visão de pelo menos 6 graus e/ou menos de 30 graus. A câmera de campo de luz pode focar em um plano focal de câmera que está localizado a pelo menos 30 mm e/ou menos de 140 mm da câmera de campo de luz. A câmera de campo de luz pode incluir ainda um sensor de câmera de campo de luz que inclui (i) um sensor de imagem compreendendo uma matriz de pixels do sensor e (ii)

uma matriz de microlentes dispostas na frente do sensor de imagem, de modo que cada microlente é disposta sobre uma submatriz de pixels do sensor. Uma lente objetiva disposta na frente do sensor de câmera de campo de luz forma uma imagem do objeto sendo escaneado para o sensor de câmera de campo de luz.

[00119] De acordo com algumas aplicações da presente invenção, um ou mais projetores de luz estruturada e uma ou mais câmeras de campo de luz estão dispostos na extremidade distal da sonda. Os projetores de luz estruturada e as câmeras de campo de luz são posicionados de modo que cada projetor de luz estruturada fique diretamente voltado para um objeto fora da varinha colocado em seu campo de iluminação e cada câmera fique voltada diretamente para um objeto fora da varinha colocado em seu campo de visão. Pelo menos 40% do padrão de luz estruturada projetado de cada projetor está no campo de visão de pelo menos uma das câmeras.

[00120] Cada um dos um ou mais projetores de luz estruturada na extremidade distal da sonda inclui uma fonte de luz. Em algumas aplicações, os respectivos projetores de luz estruturada podem, cada um, ter um campo de iluminação de pelo menos 60 graus e/ou menos de 120 graus. Cada projetor de luz estruturada pode focar a luz da fonte de luz em um plano focal do projetor que está localizado a pelo menos 30 mm e/ou menos de 140 mm da fonte de luz. Cada projetor de luz estruturada pode ainda incluir um gerador de padrão disposto no caminho óptico entre a fonte de luz e o plano focal do projetor que gera um padrão de luz estruturada no plano focal do projetor quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do gerador de padrão.

[00121] Em algumas aplicações, uma ou mais câmeras de campo de luz na extremidade distal da sonda podem ter, cada uma, um campo de visão de pelo menos 60 graus e/ou menos de 120 graus. Cada câmera de campo de luz pode focar em um plano focal de câmera que está localizado a pelo menos 3 mm e/ou menos de 40 mm da câmera de campo de luz. Cada câmera de campo de luz pode ainda incluir um sensor de câmera de campo de luz incluindo (i) um sensor de imagem que compreende uma matriz de pixels do sensor e (ii) uma matriz de microlentes dispostas na frente do sensor de imagem de modo que cada microlente seja disposta sobre uma submatriz dos pixels do sensor. Uma lente objetiva disposta na frente de cada sensor de câmera de campo de luz forma uma imagem do objeto sendo varrido para o sensor de câmera de campo de luz.

[00122] É, portanto, fornecido, de acordo com algumas aplicações da presente invenção, aparelho para escaneamento intraoral, o aparelho incluindo: (A) uma varinha portátil alongada incluindo uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil, a sonda tendo uma extremidade proximal e uma extremidade distal; (B) um projetor de luz estruturada disposto na extremidade proximal da sonda, o projetor de luz estruturada: (a) tendo um campo de uma iluminação de 6 - 30 graus, (b) incluindo uma fonte de luz, e (c) configurado para focalizar a luz da fonte clara em um plano focal do projetor que seja ficado situado entre 30 milímetros e 140 milímetros da fonte de luz, e (d) incluindo um gerador de padrão disposto no caminho óptico entre a fonte de luz e o plano focal do projetor e configurado para gerar um padrão de luz estruturada no plano focal do projetor quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do gerador de padrão; (C) uma câmera de campo de luz disposta na extremidade proximal da sonda, a câmera de campo de luz: (a) tendo um campo de visão de 6 - 30 graus, (b) configurado para focar em um plano focal de câmera que está localizado entre 30 mm e 140 mm da câmera de campo de luz,

(c) incluindo um sensor de câmera de campo de luz, o sensor de câmera de campo de luz incluindo (i) um sensor de imagem incluindo uma matriz de pixels do sensor, e (ii) uma matriz de microlentes dispostas na frente do sensor de imagem de modo que cada microlente é disposta sobre uma submatriz dos pixels do sensor, e (d) incluir uma lente objetiva disposta na frente do sensor de câmera de campo de luz e configurada para formar uma imagem de um objeto sendo escaneado para o sensor de câmera de campo de luz; e (D) um espelho disposto na extremidade distal da varinha portátil, o projetor de luz estruturada e a câmera de campo de luz posicionada de frente para o espelho, e o espelho posicionado para (a) refletir a luz do projetor de luz estruturada diretamente no objeto sendo digitalizado e (b) refletir a luz do objeto sendo digitalizado na câmera do campo de luz.

[00123] Para algumas aplicações, a fonte de luz inclui um diodo emissor de luz (LED) e o gerador de padrão inclui uma máscara.

[00124] Para algumas aplicações, a fonte de luz inclui um laser diodo.

[00125] Para algumas aplicações, o gerador de padrão inclui um elemento óptico difrativo (EOD) configurado para gerar o padrão de luz estruturada como uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados.

[00126] Para algumas aplicações, o gerador de padrão inclui uma matriz de microlentes refrativas.

[00127] Para algumas aplicações, a altura da sonda é de 14 - 17 mm e a largura da sonda é de 18 - 22 mm, a altura e largura definindo um plano que é perpendicular a um eixo longitudinal da varinha, a luz entrando na sonda através de uma superfície inferior da sonda, e a altura da sonda sendo medida da superfície inferior da sonda até uma superfície superior da sonda oposta à superfície inferior.

[00128] Para algumas aplicações, o aparelho é configurado para uso com um dispositivo de saída, o aparelho incluindo ainda: circuitos de controle configurados para: (a) acionar o projetor de luz estruturada para projetar o padrão de luz estruturada em um objeto fora da varinha, (b) acionar a câmera de campo de luz para capturar um campo de luz resultante do padrão de luz estruturada refletido no objeto, o campo de luz incluindo (i) a intensidade do padrão de luz estruturada refletido no objeto e (ii) a direção dos raios de luz; e pelo menos um processador de computador configurado para, com base no campo de luz capturado, reconstruir uma imagem tridimensional da superfície do objeto que está sendo varrido e enviar a imagem para o dispositivo de saída.

[00129] Para algumas aplicações: (a) o objeto fora da varinha é um dente dentro da boca de um sujeito, (b) o circuito de controle é configurado para acionar a câmera de campo de luz para capturar um campo de luz resultante do padrão de luz estruturada refletindo do dente sem a presença de um pó no dente, e (c) o processador de computador é configurado para reconstruir uma imagem tridimensional do dente com base no campo de luz que foi capturado sem a presença de um pó no dente e para enviar a imagem para o dispositivo de saída.

[00130] Para algumas aplicações, cada uma das submatrizes de pixels do sensor em uma região central do sensor de imagem inclui 10 - 40% menos pixels do que cada uma das submatrizes de pixels do sensor em uma região periférica do sensor de imagem, a região central do sensor de imagem, incluindo pelo menos 50% do número total de pixels do sensor.

[00131] Para algumas aplicações, (a) uma profundidade na qual cada microlente disposta sobre uma submatriz de pixels do sensor na região periférica do sensor de imagem é configurada para focar é 1,1 - 1,4 vezes maior do que (b) uma profundidade na qual cada microlente disposta sobre uma submatriz de pixels do sensor na região central do sensor de imagem é configurada para focar.

[00132] É ainda fornecido, de acordo com algumas aplicações da presente invenção, aparelhos incluindo: (A) uma varinha portátil alongada incluindo uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil, a sonda tendo uma extremidade proximal e uma extremidade distal; (B) um ou mais projetores de luz estruturada dispostos na extremidade distal da sonda, cada projetor de luz estruturada: (a) tendo um campo de uma iluminação de 60 - 120 graus, (b) incluindo uma fonte de luz, e (c) configurado para focalizar a luz da fonte clara em um plano focal do projetor que seja ficado situado entre 3 milímetros e 40 milímetros da fonte de luz, e (d) incluindo um gerador de padrão disposto no caminho óptico entre a fonte de luz e o plano focal do projetor e configurado para gerar um padrão de luz estruturada no plano focal do projetor quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do gerador de padrão; e (C) uma ou mais câmeras de campo de luz dispostas na extremidade distal da sonda, cada câmera de campo de luz: (a) tendo um campo de visão de 60 - 120 graus, (b) configurado para focar em um plano focal de câmera que está localizado entre 3 mm e 40 mm da câmera de campo de luz, (c) incluindo um sensor de câmera de campo de luz, o sensor de câmera de campo de luz incluindo (i) um sensor de imagem incluindo uma matriz de pixels do sensor, e (ii) uma matriz de microlentes dispostas na frente do sensor de imagem de modo que cada microlente é disposta sobre uma submatriz dos pixels do sensor, e

(d) incluindo uma lente objetiva disposta na frente do sensor de câmera de campo de luz e configurada para formar uma imagem de um objeto sendo escaneado para o sensor de câmera de campo de luz; os projetores de luz estruturada e as câmeras de campo de luz posicionadas de modo que (a) cada projetor de luz estruturada fique diretamente voltado para um objeto fora da varinha colocada em seu campo de iluminação, (b) cada câmera está voltada diretamente para um objeto fora da varinha colocada em seu campo de visão, e (c) pelo menos 40% do padrão de luz estruturada de cada projetor está no campo de visão de pelo menos uma das câmeras.

[00133] Para algumas aplicações, a altura da sonda é de 10 - 14 mm e a largura da sonda é de 18 - 22 mm, a altura e largura definindo um plano que é perpendicular a um eixo longitudinal da varinha, a luz entrando na sonda através de uma superfície inferior da sonda, e a altura da sonda sendo medida da superfície inferior da sonda até uma superfície superior da sonda oposta à superfície inferior.

[00134] Para algumas aplicações, um ou mais projetores de luz estruturada são exatamente um projetor de luz estruturada e uma ou mais câmeras de campo de luz estruturada são exatamente uma câmera de campo de luz.

[00135] Para algumas aplicações, um ou mais projetores de luz estruturada são uma pluralidade de projetores de luz estruturada e uma ou mais câmeras de campo de luz são uma pluralidade de câmeras de campo de luz.

[00136] Para algumas aplicações, o aparelho é configurado para uso com um dispositivo de saída, o aparelho incluindo ainda: circuitos de controle configurados para: (a) acionar cada um dos um ou mais projetores de luz estruturada para projetar um padrão de luz estruturada em um objeto fora da varinha,

(b) acionar as uma ou mais câmeras de campo de luz para capturar um campo de luz resultante dos padrões de luz estruturada refletindo do objeto, o campo de luz incluindo (i) a intensidade do padrão de luz estruturada refletindo do objeto, (ii) a direção dos raios de luz; e pelo menos um processador de computador configurado para, com base no campo de luz capturado, reconstruir uma imagem tridimensional da superfície do objeto que está sendo varrido e enviar a imagem para o dispositivo de saída.

[00137] Para algumas aplicações: pelo menos um dos um ou mais projetores de luz estruturada é um projetor de luz estruturada monocromático configurado para projetar um padrão de luz estruturada monocromático no objeto que está sendo digitalizado, pelo menos uma das uma ou mais câmeras de campo de luz é uma câmera de campo de luz monocromática configurada para capturar um campo de luz resultante do padrão de luz estruturada monocromático refletindo no objeto que está sendo digitalizado, e o aparelho inclui ainda (a) uma fonte de luz configurada para transmitir luz branca para o objeto sendo escaneado e (b) uma câmera configurada para capturar uma imagem colorida bidimensional do objeto sendo escaneado.

[00138] Para algumas aplicações, o projetor de luz estruturada monocromática é configurado para projetar o padrão de luz estruturada em um comprimento de onda de 420-470 nm.

[00139] É ainda fornecido, de acordo com algumas aplicações da presente invenção, aparelhos incluindo: (A) uma varinha portátil alongada incluindo uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil, a sonda tendo uma extremidade proximal e uma extremidade distal;

(B) um projetor de luz estruturada disposto na extremidade proximal da sonda, o projetor de luz estruturada: (a) tendo um campo de iluminação, (b) incluindo uma fonte de luz, e (c) configurado para focar a luz da fonte de luz em um plano focal do projetor, e (d) incluindo um gerador de padrão disposto no caminho óptico entre a fonte de luz e o plano focal do projetor e configurado para gerar um padrão de luz estruturada no plano focal do projetor quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do gerador de padrão; (C) uma câmera de campo de luz disposta na extremidade proximal da sonda, a câmera de campo de luz: (a) tendo um campo de visão, (b) configurada para focar em um plano focal da câmera, (c) incluindo um sensor de câmera de campo de luz, o sensor de câmera de campo de luz incluindo (i) um sensor de imagem incluindo uma matriz de pixels do sensor, e (ii) uma matriz de microlentes dispostas na frente do sensor de imagem de modo que cada microlente é disposta sobre uma submatriz dos pixels do sensor, e (d) incluindo uma lente objetiva disposta na frente do sensor de câmera de campo de luz e configurada para formar uma imagem de um objeto sendo escaneado para o sensor de câmera de campo de luz; e (D) um espelho disposto na extremidade distal da varinha portátil, o projetor de luz estruturada e a câmera de campo de luz posicionada de frente para o espelho, e o espelho posicionado para (a) refletir a luz do projetor de luz estruturada diretamente no objeto sendo digitalizado e (b) refletir a luz do objeto sendo digitalizado na câmera do campo de luz.

[00140] É ainda fornecido, de acordo com algumas aplicações da presente invenção, aparelhos incluindo:

(A) uma varinha portátil alongada incluindo uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil, a sonda tendo uma extremidade proximal e uma extremidade distal; (B) um ou mais projetores de luz estruturada dispostos na extremidade distal da sonda, cada projetor de luz estruturada: (a) tendo um campo de iluminação, (b) incluindo uma fonte de luz, e (c) configurado para focar a luz da fonte de luz em um plano focal do projetor, e (d) incluindo um gerador de padrão disposto no caminho óptico entre a fonte de luz e o plano focal do projetor e configurado para gerar um padrão de luz estruturada no plano focal do projetor quando a fonte de luz é ativada para transmitir luz através do gerador de padrão; e (C) uma ou mais câmeras de campo de luz dispostas na extremidade distal da sonda, cada câmera de campo de luz: (a) tendo um campo de visão, (b) configurada para focar em um plano focal da câmera, (c) incluindo um sensor de câmera de campo de luz, o sensor de câmera de campo de luz incluindo (i) um sensor de imagem incluindo uma matriz de pixels do sensor, e (ii) uma matriz de microlentes dispostas na frente do sensor de imagem de modo que cada microlente é disposta sobre uma submatriz dos pixels do sensor, e (d) incluindo uma lente objetiva disposta na frente do sensor de câmera de campo de luz e configurada para formar uma imagem de um objeto sendo escaneado para o sensor de câmera de campo de luz; os projetores de luz estruturada e as câmeras de campo de luz posicionadas de modo que (a) cada projetor de luz estruturada fique diretamente voltado para um objeto fora da varinha colocada em seu campo de iluminação, (b) cada câmera está voltada diretamente para um objeto fora da varinha colocada em seu campo de visão, e (c) pelo menos 40% do padrão de luz estruturada de cada projetor está no campo de visão de pelo menos uma das câmeras.

[00141] A presente invenção será mais completamente entendida a partir da seguinte descrição detalhada de aplicações da mesma, tomada em conjunto com os desenhos, nos quais:

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[00142] A Fig. 1 é uma ilustração esquemática de uma varinha portátil com uma pluralidade de projetores de luz estruturada e câmeras dispostos dentro de uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00143] As Figuras 2A-B são ilustrações esquemáticas de configurações de posicionamento para as câmeras e projetores de luz estruturada, respectivamente, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00144] A Fig. 2C é um gráfico que descreve uma pluralidade de configurações diferentes para a posição dos projetores de luz estruturada e das câmeras na sonda, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00145] A Fig. 3 é uma ilustração esquemática de um projetor de luz estruturada, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00146] A Fig. 4 é uma ilustração esquemática de um projetor de luz estruturada projetando uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados em uma pluralidade de planos focais de objeto, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00147] As Figuras 5A-B são ilustrações esquemáticas de um projetor de luz estruturada, incluindo um elemento óptico de modelagem de feixe e um elemento óptico adicional disposto entre o elemento óptico de modelagem de feixe e um elemento óptico de geração de padrão, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00148] As Figuras 6A-B são ilustrações esquemáticas de um projetor de luz estruturada projetando pontos discretos não conectados e um sensor de câmera detectando pontos, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00149] A Fig. 7 é um fluxograma que descreve um método para gerar uma imagem tridimensional digital, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00150] A Fig. 8 é um fluxograma que descreve um método para realizar uma etapa específica no método da Fig. 7, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00151] As Figs. 9, 10, 11 e 12 são ilustrações esquemáticas que representam um exemplo simplificado das etapas da Fig. 8, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00152] A Fig. 13 é um fluxograma que descreve as etapas adicionais no método para gerar uma imagem tridimensional digital, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00153] As Figs. 14, 15, 16 e 17 são ilustrações esquemáticas que representam um exemplo simplificado das etapas da Fig. 13, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00154] A Fig. 18 é uma ilustração esquemática da sonda incluindo um refletor difuso, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00155] As Figuras 19A-B são ilustrações esquemáticas de um projetor de luz estruturada e uma seção transversal de um feixe de luz transmitido por um diodo laser, com um elemento óptico gerador de padrão mostrado disposto no caminho de luz do feixe, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00156] As Figuras 20A-E são ilustrações esquemáticas de um arranjo de microlentes usado como um elemento óptico de geração de padrão em um projetor de luz estruturada, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00157] As Figuras 21A-C são ilustrações esquemáticas de uma estrutura periódica difrativa 2-D composta usada como um elemento óptico de geração de padrão em um projetor de luz estruturada, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00158] As Figuras 22A-B são ilustrações esquemáticas que mostram um único elemento óptico que tem um primeiro lado asférico e um segundo lado plano, oposto ao primeiro lado, e um projetor de luz estruturada incluindo o elemento óptico, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00159] As Figuras 23A-B são ilustrações esquemáticas de uma lente axicon e um projetor de luz estruturada incluindo a lente axicon, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00160] As Figuras 24A-B são ilustrações esquemáticas que mostram um elemento óptico que tem uma superfície asférica em um primeiro lado e uma superfície plana em um segundo lado, oposto ao primeiro lado, e um projetor de luz estruturada incluindo o elemento óptico, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00161] A Fig. 25 é uma ilustração esquemática de um único elemento óptico em um projetor de luz estruturada, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00162] As Figuras 26A-B são ilustrações esquemáticas de um projetor de luz estruturada com mais de um diodo laser, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00163] As Figuras 27A-B são ilustrações esquemáticas de diferentes maneiras de combinar diodo laser de diferentes comprimentos de onda, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00164] A Fig. 28A é uma ilustração esquemática de uma varinha portátil com um projetor de luz estruturada e uma câmera de campo de luz disposta em uma extremidade proximal da varinha portátil e um espelho disposto dentro de uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00165] A Fig. 28B é uma ilustração esquemática da varinha portátil da Fig. 28A, com a sonda mostrada dentro da boca de um sujeito, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00166] As Figuras 29A-B são ilustrações esquemáticas de projetores de luz estruturada, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00167] A Fig. 30 é uma ilustração esquemática de uma câmera de campo de luz e um objeto tridimensional sendo capturado, de acordo com algumas aplicações da presente invenção;

[00168] A Fig. 31 é uma ilustração esquemática de uma varinha portátil com um projetor de luz estruturada e uma câmera de campo de luz disposta dentro de uma sonda na extremidade distal da varinha portátil, de acordo com algumas aplicações da presente invenção; e

[00169] A Fig. 32 é uma ilustração esquemática da varinha portátil com uma pluralidade de projetores de luz estruturada e câmeras de campo de luz dispostos dentro da sonda na extremidade distal da varinha portátil, de acordo com algumas aplicações da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00170] Agora é feita referência à Fig. 1, que é uma ilustração esquemática de uma varinha portátil alongada 20 para escaneamento intraoral, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Uma pluralidade de projetores de luz estruturada 22 e uma pluralidade de câmeras 24 são acopladas a uma estrutura rígida 26 disposta dentro de uma sonda 28 em uma extremidade distal 30 da varinha portátil. Em algumas aplicações, durante um escaneamento intraoral, a sonda 28 entra na cavidade oral de um sujeito.

[00171] Para algumas aplicações, projetores de luz estruturada 22 são posicionados dentro da sonda 28 de modo que cada projetor de luz estruturada 22 fique de frente para um objeto 32 fora da varinha portátil 20 que é colocado em seu campo de iluminação, em oposição ao posicionamento dos projetores de luz estruturada em uma extremidade proximal da varinha de mão e iluminando o objeto pelo reflexo da luz em um espelho e, posteriormente, no objeto. Da mesma forma, para algumas aplicações, as câmeras 24 são posicionadas dentro da sonda 28 de modo que cada câmera 24 fique de frente para um objeto 32 fora da varinha portátil 20 que é colocada em seu campo de visão, em oposição ao posicionamento das câmeras em uma extremidade proximal da varinha portátil e ver o objeto pelo reflexo da luz em um espelho e na câmera. Este posicionamento dos projetores e das câmeras dentro da sonda 28 permite que o escâner tenha um amplo campo de visão geral enquanto mantém uma sonda de baixo perfil.

[00172] Em algumas aplicações, uma altura H1 da sonda 28 é inferior a 15 mm, a altura H1 da sonda 28 sendo medida a partir de uma superfície inferior 176 (superfície sensoriada), através da qual a luz refletida do objeto 32 sendo escaneado entra na sonda 28, para uma superfície superior 178 oposta à superfície inferior 176. Em algumas aplicações, a altura H1 está entre 10-15 mm.

[00173] Em algumas aplicações, cada uma das câmeras 24 tem um grande campo de visão β (beta) de pelo menos 45 graus, por exemplo, pelo menos 70 graus, por exemplo, pelo menos 80 graus, por exemplo, 85 graus. Em algumas aplicações, o campo de visão pode ser inferior a 120 graus, por exemplo, inferior a 100 graus, por exemplo, inferior a 90 graus. Em experimentos realizados pelos inventores, o campo de visão β (beta) para cada câmera estando entre 80 e 90 graus foi considerado particularmente útil porque forneceu um bom equilíbrio entre o tamanho do pixel, campo de visão e sobreposição da câmera, qualidade óptica e custo.

As câmeras 24 podem incluir um sensor de câmera 58 e lentes objetivas 60 incluindo uma ou mais lentes. Habilitar câmeras de imagiologia de foco próximo 24 para poder focar em um plano focal de objeto 50 que está localizado entre 1 mm e 30 mm, por exemplo, entre 4 mm e 24 mm, por exemplo, entre 5 mm e 11 mm, por exemplo, 9 mm - 10 mm, da lente que está mais distante do sensor da câmera. Em experimentos realizados pelos inventores, o plano focal do objeto 50 localizado entre 5 mm e 11 mm da lente que está mais distante do sensor da câmera foi considerado particularmente útil porque era fácil escanear os dentes a esta distância, e porque a maioria da superfície do dente estava em bom foco. Em algumas aplicações, as câmeras 24 podem capturar imagens em uma taxa do frame pelo menos de 30 frames por segundo, por exemplo, em um frame pelo menos de 75 frames por o segundo, por exemplo, pelo menos 100 frames por segundo. Em algumas aplicações, a taxa de quadros pode ser inferior a 200 quadros por segundo.

[00174] Conforme descrito acima, um grande campo de visão obtido pela combinação dos respectivos campos de visão de todas as câmeras pode melhorar a precisão devido à quantidade reduzida de erros de costura de imagem, especialmente em regiões edêntulas, onde a superfície da gengiva é lisa e pode haver menos recursos 3D de alta resolução clara. Ter um campo de visão maior permite que grandes características suaves, como a curva geral do dente, apareçam em cada quadro de imagem, o que melhora a precisão da costura das respectivas superfícies obtidas de vários desses quadros de imagem.

[00175] Da mesma forma, os projetores de luz estruturada 22 podem ter cada um grande campo de iluminação α (alfa) de pelo menos 45 graus, por exemplo, pelo menos 70 graus. Em algumas aplicações, o campo de iluminação α (alfa) pode ser inferior a 120 graus, por exemplo, do que 100 graus. Outras características de projetores de luz estruturada 22 são descritas abaixo.

[00176] Para algumas aplicações, a fim de melhorar a captura de imagem, cada câmera 24 tem uma pluralidade de posições de foco predefinidas discretas, em cada posição de foco a câmera focalizando em um respectivo plano focal de objeto 50. Cada uma das câmeras 24 pode incluir um atuador de autofoco que seleciona uma posição de foco a partir das posições de foco predefinidas discretas a fim de melhorar uma determinada captura de imagem. Ainda ou alternativamente, cada câmera 24 inclui uma máscara de fase de abertura óptica que estende uma profundidade de foco da câmera, de modo que as imagens formadas por cada câmera sejam mantidas focadas em todas as distâncias do objeto localizadas entre 1 mm e 30 mm, por exemplo, entre 4 mm e 24 mm, por exemplo, entre 5 mm e 11 mm, por exemplo, 9 mm - 10 mm, da lente que está mais distante do sensor da câmera.

[00177] Em algumas aplicações, projetores de luz estruturados 22 e câmeras 24 são acoplados à estrutura rígida 26 de uma forma compacta e/ou alternada, de modo que (a) uma parte substancial do campo de visão de cada câmera se sobreponha ao campo de visão das câmeras vizinhas, e (b) uma parte substancial do campo de visão de cada câmera se sobrepõe ao campo de iluminação dos projetores vizinhos. Opcionalmente, pelo menos 20%, por exemplo, pelo menos 50%, por exemplo, pelo menos 75% do padrão de luz projetado estão no campo de visão de pelo menos uma das câmeras em um plano focal do objeto 50 que está localizado pelo menos 4 mm da lente mais distante do sensor da câmera. Devido às diferentes configurações possíveis dos projetores e câmeras, parte do padrão projetado pode nunca ser visto no campo de visão de qualquer uma das câmeras, e parte do padrão projetado pode ser bloqueado da visão pelo objeto 32 conforme o escâner é movido ao redor durante um escaneamento.

[00178] A estrutura rígida 26 pode ser uma estrutura não flexível à qual projetores de luz estruturada 22 e câmeras 24 são acoplados de modo a fornecer estabilidade estrutural à óptica dentro da sonda 28. Acoplar todos os projetores e todas as câmeras a uma estrutura rígida comum ajuda a manter a integridade geométrica da ótica de cada projetor de luz estruturada 22 e de cada câmera 24 em condições ambientais variáveis, por exemplo, sob estresse mecânico que pode ser induzido pela boca do sujeito. Além disso, a estrutura rígida 26 ajuda a manter a integridade estrutural estável e o posicionamento de projetores de luz estruturada 22 e câmeras 24 em relação uns aos outros. Conforme descrito ainda a seguir, o controle da temperatura da estrutura rígida 26 pode ajudar a permitir a manutenção da integridade geométrica da óptica através de uma grande faixa de temperaturas ambientes conforme a sonda 28 entra e sai da cavidade oral de um sujeito ou conforme o sujeito respira durante um escaneamento.

[00179] Agora, é feita referência às figuras 2A-B, que são ilustrações esquemáticas de uma configuração de posicionamento para câmeras 24 e projetores de luz estruturada 22, respectivamente, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Para algumas aplicações, a fim de melhorar o campo de visão geral e o campo de iluminação do escâner intraoral, as câmeras 24 e os projetores de luz estruturada 22 são posicionados de modo que nem todos fiquem na mesma direção. Para algumas aplicações, como é mostrado na Fig. 2A, uma pluralidade de câmeras 24 é acoplada à estrutura rígida 26 de modo que um ângulo θ (teta) entre dois eixos ópticos respectivos 46 de pelo menos duas câmeras 24 é de 90 graus ou menos, por exemplo, 35 graus ou menos. Da mesma forma, para algumas aplicações, como é mostrado na Fig. 2B, uma pluralidade de projetores de luz estruturada 22 são acoplados à estrutura rígida 26 de modo que um ângulo φ (phi) entre dois respectivos eixos ópticos 48 de pelo menos dois projetores de luz estruturada 22 é 90 graus ou menos, por exemplo, 35 graus ou menos.

[00180] É feita agora referência à Fig. 2C, que é um gráfico que representa uma pluralidade de diferentes configurações para a posição de projetores de luz estruturada 22 e câmeras 24 na sonda 28, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Os projetores de luz estruturada 22 são representados na Fig. 2C por círculos e as câmeras 24 são representadas na Fig. 2C por retângulos. Observa-se que retângulos são usados para representar as câmeras, uma vez que, normalmente, cada sensor de câmera 58 e o campo de visão β (beta) de cada câmera 24 têm proporções de aspecto de 1: 2. A coluna (a) da Fig. 2C mostra uma vista aérea das várias configurações de projetores de luz estruturada 22 e câmeras 24. O eixo x conforme rotulado na primeira linha da coluna (a) corresponde a um eixo longitudinal central da sonda 28. A coluna (b) mostra uma vista lateral das câmeras 24 das várias configurações, vistas a partir de uma linha de visão que é coaxial com o eixo longitudinal central da sonda 28. Da mesma forma como mostrado na Fig. 2A, a coluna (b) da Fig. 2C mostra câmeras 24 posicionadas de modo a ter os eixos ópticos 46 em um ângulo de 90 graus ou menos, por exemplo, 35 graus ou menos, um em relação ao outro. A coluna (c) mostra uma vista lateral das câmeras 24 das várias configurações vistas a partir de uma linha de visão que é perpendicular ao eixo longitudinal central da sonda 28.

[00181] Normalmente, as câmeras mais distais (em direção à direção x positiva na Fig. 2C) e mais proximais (em direção à direção x negativa na Fig. 2C) são posicionadas de modo que seus eixos ópticos 46 sejam ligeiramente virados para dentro, por exemplo, em um ângulo de 90 graus ou menos, por exemplo, 35 graus ou menos, em relação à próxima câmera mais próxima 24. A(s) câmera(s) 24 que estão mais centralmente posicionadas, isto é, não a câmera mais distal 24 nem a câmera mais proximal 24, estão posicionadas de modo a ficarem voltadas diretamente para fora da sonda, seus eixos ópticos 46 sendo substancialmente perpendiculares ao centro eixo longitudinal da sonda 28. É notado que na linha (xi) um projetor 22 está posicionado na posição mais distal da sonda 28 e, como tal, o eixo óptico 48 desse projetor 22 aponta para dentro, permitindo um maior número de pontos 33 projetados daquele projetor específico 22 para ser visto por mais câmeras 24.

[00182] Normalmente, o número de projetores de luz estruturada 22 na sonda 28 pode variar de dois, por exemplo, como mostrado na linha (iv) da Fig. 2C, a seis, por exemplo, como mostrado na linha (xii). Normalmente, o número de câmeras 24 na sonda 28 pode variar de quatro, por exemplo, como mostrado nas linhas (iv) e (v), a sete, por exemplo, como mostrado na linha (ix). Note-se que as várias configurações mostradas na Fig. 2C são a título de exemplo e não de limitação, e que o escopo da presente invenção inclui configurações adicionais não mostradas. Por exemplo, o escopo da presente invenção inclui mais de cinco projetores 22 posicionados na sonda 28 e mais de sete câmeras posicionadas na sonda 28.

[00183] Em um exemplo de aplicação, um aparelho para escaneamento intraoral (por exemplo, um escâner intraoral) inclui uma varinha portátil alongada que compreende uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil alongada, pelo menos dois projetores de luz dispostos dentro da sonda e pelo menos quatro câmeras dispostos dentro da sonda. Cada projetor de luz pode incluir pelo menos uma fonte de luz configurada para gerar luz quando ativada e um elemento óptico de geração de padrão que é configurado para gerar um padrão de luz quando a luz é transmitida através do elemento óptico de geração de padrão. Cada uma das pelo menos quatro câmeras pode incluir um sensor de câmera e uma ou mais lentes, em que cada uma das pelo menos quatro câmeras é configurada para capturar uma pluralidade de imagens que representam pelo menos uma parte do padrão de luz projetado em uma superfície intraoral. A maioria dos pelo menos dois projetores de luz e as pelo menos quatro câmeras podem ser dispostas em pelo menos duas filas que são umas aproximadamente paralelas a um eixo longitudinal da sonda, as pelo menos duas filas compreendendo pelo menos uma primeira fila e uma segunda linha.

[00184] Em uma aplicação adicional, uma câmera mais distal ao longo do eixo longitudinal e uma câmera mais proximal ao longo do eixo longitudinal das pelo menos quatro câmeras são posicionadas de modo que seus eixos ópticos estejam em um ângulo de 90 graus ou menos em relação a cada outro de uma linha de visão perpendicular ao eixo longitudinal. Câmeras na primeira linha e câmeras na segunda linha podem ser posicionadas de modo que os eixos ópticos das câmeras na primeira linha estejam em um ângulo de 90 graus ou menos em relação aos eixos ópticos das câmeras na segunda linha a partir de uma linha de visão que é coaxial com o eixo longitudinal da sonda. Um restante das pelo menos quatro câmeras diferentes da câmera mais distal e da câmera mais proximal têm eixos ópticos que são substancialmente paralelos ao eixo longitudinal da sonda. Cada uma das pelo menos duas linhas pode incluir uma sequência alternada de projetores de luz e câmeras.

[00185] Em uma outra aplicação, as pelo menos quatro câmeras compreendem pelo menos cinco câmeras, os pelo menos dois projetores de luz compreendem pelo menos cinco projetores de luz, um componente mais proximal na primeira linha é um projetor de luz e um componente mais proximal em a segunda linha é uma câmera.

[00186] Em uma aplicação adicional, a câmera mais distal ao longo do eixo longitudinal e a câmera mais proximal ao longo do eixo longitudinal são posicionadas de modo que seus eixos ópticos estejam em um ângulo de 35 graus ou menos em relação um ao outro a partir da linha de visão que é perpendicular ao eixo longitudinal. As câmeras na primeira linha e as câmeras na segunda linha podem ser posicionadas de modo que os eixos ópticos das câmeras na primeira linha estejam em um ângulo de

35 graus ou menos em relação aos eixos ópticos das câmeras na segunda linha da linha de visão que é coaxial com o eixo longitudinal da sonda.

[00187] Em uma aplicação adicional, as pelo menos quatro câmeras podem ter um campo de visão combinado de 25-45 mm ao longo do eixo longitudinal e um campo de visão de 20-40 mm ao longo de um eixo z correspondendo à distância da sonda.

[00188] É feita agora referência à Fig. 3, que é uma ilustração esquemática de um projetor de luz estruturada 22, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Em algumas aplicações, os projetores de luz estruturados 22 incluem um diodo laser 36, um elemento óptico de modelagem de feixe 40 e um elemento óptico de geração de padrão 38 que gera uma distribuição 34 de pontos de luz discretos não conectados (discutidos mais adiante com referência à Fig. 4). Em algumas aplicações, os projetores de luz estruturada 22 podem ser configurados para gerar uma distribuição 34 de pontos discretos não conectados de luz em todos os planos localizados entre 1 mm e 30 mm, por exemplo, entre 4 mm e 24 mm, a partir do elemento óptico de geração de padrão 38 quando O diodo laser 36 transmite luz através do elemento óptico de geração de padrão 38. Para algumas aplicações, a distribuição 34 de pontos de luz discretos não conectados está em foco em um plano localizado entre 1 mm e 30 mm, por exemplo, entre 4 mm e 24 mm, mas todos os outros planos localizados entre 1 mm e 30 mm, por exemplo, entre 4 mm e 24 mm, ainda contêm pontos discretos de luz não conectados. Embora descrito acima como usando diodo laser, deve ser entendido que esta é uma aplicação exemplar e não limitativa. Outras fontes de luz podem ser usadas em outras aplicações. Além disso, embora seja descrito como projetando um padrão de pontos de luz discretos não conectados, deve ser entendido que esta é uma aplicação exemplar e não limitativa. Outros padrões ou matrizes de luzes podem ser usados em outras aplicações, incluindo, mas não se limitando a, linhas, grades, tabuleiros de xadrez e outras matrizes.

[00189] O elemento óptico de geração de padrão 38 pode ser configurado para ter uma eficiência de transferência de luz (isto é, a fração de luz que vai para o padrão fora da luz total que cai no elemento óptico de geração de padrão 38) de pelo menos 80%, por exemplo, pelo menos 90 %.

[00190] Para algumas aplicações, os respectivos lasers díodo 36 dos respectivos projetores de luz estruturada 22 transmitem luz em diferentes comprimentos de onda, ou seja, os respectivos diodos laser 36 de pelo menos dois projetores de luz estruturada 22 transmitem luz em dois comprimentos de onda distintos, respectivamente. Para algumas aplicações, os respectivos lasers díodo 36 de pelo menos três projetores de luz estruturada 22 transmitem luz em três comprimentos de onda distintos, respectivamente. Por exemplo, podem ser usados diodo laser vermelho, azul e verde. Para algumas aplicações, os respectivos lasers díodo 36 de pelo menos dois projetores de luz estruturada 22 transmitem luz em dois comprimentos de onda distintos, respectivamente. Por exemplo, em algumas aplicações, existem seis projetores de luz estruturada 22 dispostos dentro da sonda 28, três dos quais contêm lasers díodo azuis e três dos quais contêm lasers díodo verdes.

[00191] É feita agora referência à Fig. 4, que é uma ilustração esquemática de um projetor de luz estruturada 22 projetando uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados em uma pluralidade de planos focais de objeto, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. O objeto 32 sendo scanned pode ser um ou mais dentes ou outro objeto/tecido intraoral dentro da boca de um sujeito. As propriedades um tanto translúcidas e brilhantes dos dentes podem afetar o contraste do padrão de luz estruturada que está sendo projetado. Por exemplo, (a) parte da luz que atinge os dentes pode se espalhar para outras regiões dentro da cena intraoral, causando uma quantidade de luz dispersa, e (b) parte da luz pode penetrar no dente e, subsequentemente, sair do dente em qualquer outro ponto. Assim, a fim de melhorar a captura de imagem de uma cena intraoral sob iluminação de luz estruturada, sem usar meios de intensificação de contraste, como revestir os dentes com um pó opaco, os inventores perceberam que uma distribuição esparsa 34 de pontos de luz discretos não conectados pode fornecer um equilíbrio aprimorado entre a redução da quantidade de luz projetada e, ao mesmo tempo, a manutenção de uma quantidade útil de informações. A dispersão da distribuição 34 pode ser caracterizada por uma razão de: (a) área iluminada em um plano ortogonal 44 no campo de iluminação α (alfa), ou seja, a soma da área de todos os pontos projetados 33 no plano ortogonal 44 no campo de iluminação α (alfa), para (b) área não iluminada no plano ortogonal 44 no campo de iluminação α (alfa). Em algumas aplicações, a proporção de dispersão pode ser de pelo menos 1: 150 e/ou menor que 1:16 (por exemplo, pelo menos 1:64 e/ou menor que 1:36).

[00192] Em algumas aplicações, cada projetor de luz estruturada 22 projeta pelo menos 400 pontos discretos não conectados 33 em uma superfície tridimensional intraoral durante um escaneamento. Em algumas aplicações, cada projetor de luz estruturada 22 projeta menos de 3.000 pontos discretos não conectados 33 em uma superfície intraoral durante um escaneamento. A fim de reconstruir a superfície tridimensional da distribuição esparsa projetada 34, a correspondência entre os respectivos pontos projetados 33 e os pontos detectados pelas câmeras 24 deve ser determinada, como descrito ainda abaixo com referência às Figs. 7-19.

[00193] Para algumas aplicações, o elemento óptico de geração de padrão 38 é um elemento óptico difrativo (EOD) 39 (Fig. 3) que gera distribuição 34 de pontos discretos não conectados 33 de luz quando o diodo laser 36 transmite luz através do EOD 39 para o objeto 32. Tal como aqui utilizado ao longo do presente pedido, incluindo nas reivindicações, um ponto de luz é definido como uma pequena área de luz com qualquer forma. Para algumas aplicações, os respectivos EODs 39 de diferentes projetores de luz estruturada 22 geram pontos com diferentes formas respectivas, ou seja, cada ponto 33 gerado por um EOD 39 específico tem a mesma forma, e a forma dos pontos 33 gerados por pelo menos um EOD 39 é diferente da forma dos pontos 33 gerados por pelo menos um outro EOD 39. A título de exemplo, alguns dos EOD 39 podem gerar pontos circulares 33 (como mostrado na Fig. 4), alguns dos EOD 39 podem gerar pontos quadrados e alguns dos EOD 39 podem gerar pontos elípticos. Opcionalmente, alguns EOD 39 podem gerar padrões de linha, conectados ou não conectados.

[00194] Agora, é feita referência às figuras 5A-B, que são ilustrações esquemáticas de um projetor de luz estruturada 22, incluindo elemento óptico de modelagem de feixe 40 e um elemento óptico adicional disposto entre o elemento óptico de modelagem de feixe 40 e o elemento óptico de geração de padrão 38, por exemplo, EOD 39, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Opcionalmente, o elemento óptico de formação de feixe 40 é uma lente colimadora 130. A lente colimadora 130 pode ser configurada para ter uma distância focal inferior a 2 mm. Opcionalmente, a distância focal pode ser de pelo menos 1,2 mm. Para algumas aplicações, um elemento óptico adicional 42, disposto entre o elemento óptico de formação de feixe 40 e o elemento óptico de geração de padrão 38, por exemplo, DOE 39, gera um feixe de Bessel quando o diodo laser 36 transmite luz através do elemento óptico 42. Em algumas aplicações, o feixe de Bessel é transmitido através do EOD 39 de modo que todos os pontos discretos não conectados 33 de luz mantenham um pequeno diâmetro (por exemplo, menos de 0,06 mm, por exemplo, menos de 0,04 mm, por exemplo, menos de 0,02 mm), através de um faixa de planos ortogonais 44 (por exemplo, cada plano ortogonal localizado entre 1 mm e 30 mm do EOD 39, por exemplo, entre 4 mm e 24 mm do EOD 39,

etc.). O diâmetro dos pontos 33 é definido, no contexto da aplicação de patente atual, pela largura à meia altura (FWHM) da intensidade do ponto.

[00195] Não obstante a descrição acima de todos os pontos serem menores do que 0,06 mm, alguns pontos que têm um diâmetro próximo à extremidade superior dessas faixas (por exemplo, apenas um pouco menor do que 0,06 mm ou 0,02 mm) que também estão próximos da borda do campo de a iluminação de um projetor 22 pode ser alongada quando eles cruzam um plano geométrico que é ortogonal ao EOD 39. Para tais casos, é útil medir seu diâmetro na medida em que interceptam a superfície interna de uma esfera geométrica que está centralizada no EOD 39 e que tem um raio entre 1 mm e 30 mm, correspondendo à distância do respectivo plano ortogonal que é localizado entre 1 mm e 30 mm do EOD

39. Como usado durante todo a aplicação atual, incluindo nas reivindicações, a palavra “geométrica” é feita exame para relacionar-se a uma construção geométrica teórica (tal como um plano ou uma esfera), e não é peça de nenhum instrumento físico.

[00196] Para algumas aplicações, quando o feixe de Bessel é transmitido através do EOD 39, os pontos 33 com diâmetros maiores do que 0,06 mm são gerados além dos pontos com diâmetros menores do que 0,06 mm.

[00197] Para algumas aplicações, o elemento óptico 42 é uma lente axicon 45, tal como é mostrado na Fig. 5A e ainda descrito abaixo com referência às Figs. 23A-B. Alternativamente, o elemento óptico 42 pode ser um anel de abertura anular 47, tal como é mostrado na Fig. 5B. Manter um pequeno diâmetro dos pontos melhora a resolução e a precisão 3D em toda a profundidade do foco. Sem o elemento óptico 42, por exemplo, lente axicon 45 ou anel de abertura anular 47, o tamanho do ponto de pontos 33 pode variar, por exemplo, torna-se maior, conforme você se afasta de um melhor plano de foco devido à difração e desfocagem.

[00198] Agora, é feita referência às figuras 6A-B, que são ilustrações esquemáticas de um projetor de luz estruturada 22 projetando pontos discretos não conectados 33 e um sensor de câmera 58 detectando pontos 33 ', de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Para algumas aplicações, um método é fornecido determinando a correspondência entre os pontos projetados 33 na superfície intraoral e os pontos detectados 33' nos respectivos sensores da câmera 58. Uma vez que a correspondência é determinada, uma imagem tridimensional da superfície é reconstruída. Cada sensor de câmera 58 tem uma matriz de pixels, para cada um dos quais existe um raio de câmera correspondente

86. Da mesma forma, para cada ponto projetado 33 de cada projetor 22, existe um raio de projetor correspondente 88. Cada raio do projetor 88 corresponde a um respectivo caminho 92 de pixels em pelo menos um dos sensores de câmera 58. Assim, se uma câmera vê um ponto 33' projetado por um raio de projetor específico 88, esse ponto 33' será necessariamente detectado por um pixel no caminho específico 92 de pixels que corresponde a esse raio de projetor específico 88. Com referência específica à Fig. 6B, a correspondência entre os respectivos raios do projetor 88 e os respectivos caminhos do sensor de câmera 92 é mostrada. O raio do projetor 88' corresponde ao caminho do sensor da câmera 92', o raio do projetor 88'' corresponde ao caminho do sensor da câmera 92'' e o raio do projetor 88''' corresponde ao caminho do sensor da câmera 92'''. Por exemplo, se um raio de projetor específico 88 projetasse um ponto em um espaço cheio de poeira, uma linha de poeira no ar seria iluminada. A linha de poeira detectada pelo sensor da câmera 58 seguiria o mesmo caminho no sensor da câmera 58 que o caminho do sensor da câmera 92 que corresponde ao raio específico do projetor 88.

[00199] Durante um processo de calibração, os valores de calibração são armazenados com base nos raios da câmera 86 correspondendo a pixels no sensor da câmera 58 de cada uma das câmeras 24 e raios do projetor 88 correspondendo aos pontos projetados 33 de luz de cada projetor de luz estruturada 22. Por exemplo, os valores de calibração podem ser armazenados para (a) uma pluralidade de raios de câmera 86 correspondendo a uma respectiva pluralidade de pixels no sensor de câmera 58 de cada uma das câmeras 24, e (b) uma pluralidade de raios de projetor 88 correspondendo a uma respectiva pluralidade de pontos projetados 33 de luz de cada projetor de luz estruturada 22.

[00200] A título de exemplo, o seguinte processo de calibração pode ser usado. Um alvo de ponto de alta precisão, por exemplo, pontos pretos em um fundo branco, é iluminado por baixo e uma imagem é tirada do alvo com todas as câmeras. O destino do ponto é então movido perpendicularmente em direção às câmeras, ou seja, ao longo do eixo z, para um plano alvo. Os centros dos pontos são calculados para todos os pontos em todas as respectivas posições do eixo z para criar uma grade tridimensional de pontos no espaço. Uma distorção e modelo de câmera pinhole é então usado para encontrar a coordenada de pixel para cada posição tridimensional de um respectivo centro de ponto e, assim, um raio de câmera é definido para cada pixel como um raio originado do pixel cuja direção é em direção a um correspondente ponto-centro na grade tridimensional. Os raios da câmera correspondentes aos pixels entre os pontos da grade podem ser interpolados. O procedimento de calibração de câmera descrito acima é repetido para todos os respectivos comprimentos de onda dos respectivos lasers díodo 36, de modo que incluídos nos valores de calibração armazenados estão os raios de câmera 86 correspondentes a cada pixel em cada sensor de câmera 58 para cada um dos comprimentos de onda.

[00201] Após as câmeras 24 terem sido calibradas e todos os valores do raio da câmera 86 armazenados, os projetores de luz estruturada 22 podem ser calibrados como segue. Um alvo plano e sem características é usado e projetores de luz estruturada 22 são ligados um de cada vez. Cada ponto está localizado em pelo menos um sensor de câmera 58. Como as câmeras 24 agora estão calibradas, a localização do ponto tridimensional de cada ponto é calculada por triangulação com base nas imagens do ponto em várias câmeras diferentes. O processo descrito acima é repetido com o alvo sem características localizado em várias posições diferentes do eixo z. Cada ponto projetado no alvo sem características definirá um raio do projetor no espaço originado do projetor.

[00202] É feita agora referência à Fig. 7, que é um fluxograma que descreve um método para gerar uma imagem tridimensional digital, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Nas etapas 62 e 64, respectivamente, do método descrito pela Fig. 7 cada projetor de luz estruturada 22 é conduzido para projetar a distribuição 34 de pontos discretos não conectados 33 de luz em uma superfície tridimensional intraoral, e cada câmera 24 é conduzida para capturar uma imagem que inclui pelo menos um dos pontos 33. Com base nos valores de calibração armazenados indicando (a) um raio de câmera 86 correspondendo a cada pixel no sensor de câmera 58 de cada câmera 24, e (b) um raio de projetor 88 correspondendo a cada ponto projetado 33 de luz de cada projetor de luz estruturada 22, um algoritmo de correspondência é executado na etapa 66 usando um processador 96 (Fig. 1), descrito ainda a seguir com referência às Figs. 8-12. Uma vez que a correspondência seja resolvida, as posições tridimensionais na superfície intraoral são calculadas na etapa 68 e usadas para gerar uma imagem tridimensional digital da superfície intraoral. Além disso, capturar a cena intraoral que usa as câmeras múltiplas 24 fornece um sinal propalar a melhoria na captação por um fator da raiz quadrada do número das câmeras.

[00203] É feita agora referência à Fig. 8, que é um fluxograma que descreve o algoritmo de correspondência da etapa 66 na Fig. 7, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Com base nos valores de calibração armazenados, todos os raios do projetor 88 e todos os raios da câmera 86 correspondentes a todos os pontos detectados 33 'são mapeados (etapa 70) e todas as interseções 98 (Fig. 10) de pelo menos um raio da câmera 86 e pelo menos um raio projetor 88 são identificados (etapa 72). Figs. 9 e 10 são ilustrações esquemáticas de um exemplo simplificado das etapas 70 e 72 da Fig. 8, respectivamente. Como mostrado na Fig. 9, três raios de projetor 88 são mapeados junto com oito raios de câmera 86 correspondendo a um total de oito pontos detectados 33' nos sensores de câmera 58 das câmeras 24. Conforme mostrado na Fig. 10, dezesseis interseções 98 são identificadas.

[00204] Nas etapas 74 e 76 da Fig. 7, o processador 96 determina uma correspondência entre os pontos projetados 33 e os pontos detectados 33', de modo a identificar uma localização tridimensional para cada ponto projetado 33 na superfície. A Fig. 11 é uma ilustração esquemática que descreve as etapas 74 e 76 da Fig. 8 usando o exemplo simplificado descrito acima no parágrafo imediatamente anterior. Para um determinado projetor de raio i, o processador 96 "olha" para o caminho do sensor de câmera correspondente 90 no sensor de câmera 58 de uma das câmeras 24. Cada ponto detectado j ao longo do caminho do sensor de câmera 90 terá um raio de câmera 86 que cruza determinado raio de projetor i, em uma intersecção 98. A intersecção 98 define um ponto tridimensional no espaço. O processador 96, então, "olha" para os caminhos do sensor da câmera 90' que correspondem a determinado raio de projetor i nos respectivos sensores da câmera 58' de outras câmeras 24, e identifica quantas outras câmeras 24, em seus respectivos caminhos do sensor da câmera 90' correspondendo a determinado projetor o raio i, também detectou os respectivos pontos k cujos raios de câmera 86 'se cruzam com esse mesmo ponto tridimensional no espaço definido pela intersecção 98. O processo é repetido para todos os pontos j detectados ao longo do caminho do sensor de câmera 90, e o ponto j para o qual o maior número de câmeras 24 "concorda" é identificado como o ponto 33 (Fig. 12)

que está sendo projetado na superfície de determinado raio de projetor i. Isto é, o raio de projetor i é identificado como o raio específico 88 do projetor que produziu um ponto detectado j para que o número o mais elevado de outras câmeras detectou os pontos respectivos k. Uma posição tridimensional na superfície é então calculada para esse ponto 33.

[00205] Por exemplo, como mostrado na Fig. 11, todas as quatro câmeras detectam os respectivos pontos, em seus respectivos caminhos de sensor de câmera correspondentes ao raio de projetor i, cujos respectivos raios da câmera cruzam o raio de projetor i na intersecção 98, a intersecção 98 sendo definida como a intersecção do raio da câmera 86 correspondente ao ponto detectado j e o raio de projetor i. Portanto, todas as quatro câmeras são ditas "concordando" em haver um ponto 33 projetado pelo raio de projetor i na interseção 98. Quando o processo é repetido para um próximo ponto j', no entanto, nenhuma das outras câmeras detecta os respectivos pontos, em seus respectivos caminhos de sensor de câmera correspondentes ao raio de projetor i, cujos respectivos raios da câmera cruzam o raio de projetor i na intersecção 98', intersecção 98' sendo definido como a interseção do raio da câmera 86'' (correspondendo ao ponto detectado j') e o raio de projetor i. Assim, diz-se que apenas uma câmera "concorda" em haver um ponto 33 projetado pelo raio de projetor i na intersecção 98', enquanto quatro câmeras "concordam" em haver um ponto 33 projetado pelo raio de projetor i na intersecção 98. O raio projetor i é, portanto, identificado como sendo o raio projetor específico 88 que produziu o ponto detectado j, projetando um ponto 33 na superfície na interseção 98 (Fig. 12). De acordo com a etapa 78 da Fig. 8, e como mostrado na Fig. 12, uma posição tridimensional 35 na superfície intraoral é calculada na interseção 98.

[00206] É feita agora referência à Fig. 13, que é um fluxograma que descreve as etapas adicionais no algoritmo de correspondência, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Uma vez que a posição 35 na superfície é determinada, o raio de projetor i aquele ponto projetado j, bem como todos os raios da câmera 86 e 86 'correspondentes ao ponto j e respectivos pontos k são removidos da consideração (etapa 80) e o algoritmo de correspondência é executado novamente para um próximo raio de projetor i (etapa 82). A Fig. 14 representa o exemplo simplificado descrito acima após a remoção do raio de projetor i específico que o ponto projetado 33 na posição 35. De acordo com a etapa 82 no fluxograma da Fig. 13, o algoritmo de correspondência é então executado novamente para um próximo raio i de projetor. Como mostrado na Fig. 14, os dados restantes mostram que três das câmeras "concordam" em haver um ponto 33 na interseção 98, a interseção 98 sendo definida pela interseção do raio da câmera 86 correspondente ao ponto detectado j e o raio de projetor i. Assim, como mostrado na Fig. 15, uma posição tridimensional 37 é calculada na interseção 98.

[00207] Como mostrado na Fig. 16, uma vez que a posição tridimensional 37 na superfície é determinada, novamente o raio de projetor i aquele ponto projetado j, bem como todos os raios da câmera 86 e 86' correspondentes ao ponto j e respectivos pontos k são removidos de consideração. Os dados restantes mostram um ponto 33 projetado pelo raio de projetor i na interseção 98 e uma posição tridimensional 41 na superfície é calculada na interseção 98. Como mostrado na Fig. 17, de acordo com o exemplo simplificado, os três pontos projetados 33 dos três raios do projetor 88 do projetor de luz estruturada 22 foram agora localizados na superfície nas posições tridimensionais 35, 37 e 41. Em algumas aplicações, cada projetor de luz estruturada 22 projeta 400-3000 pontos 33. Uma vez que a correspondência é resolvida para todos os raios do projetor 88, um algoritmo de reconstrução pode ser usado para reconstruir uma imagem digital da superfície usando as posições tridimensionais calculadas dos pontos projetados 33.

[00208] É feita referência novamente à Fig. 1. Para algumas aplicações, há pelo menos um projetor de luz uniforme 118 acoplado à estrutura rígida 26. O projetor de luz uniforme 118 transmite luz branca para o objeto 32 sendo varrido. Pelo menos uma câmera, por exemplo, uma das câmeras 24, captura imagens coloridas bidimensionais do objeto 32 usando iluminação de projetor de luz uniforme 118. O processador 96 pode executar um algoritmo de reconstrução de superfície que combina pelo menos uma imagem capturada usando iluminação de projetores de luz estruturados 22 com uma pluralidade de imagens capturadas usando iluminação de projetor de luz uniforme 118 a fim de gerar uma imagem tridimensional digital do sistema tridimensional intraoral superfície dimensional. O uso de uma combinação de luz estruturada e iluminação uniforme melhora a captura geral do escâner intraoral e pode ajudar a reduzir o número de opções que o processador 96 precisa considerar ao executar o algoritmo de correspondência.

[00209] Para algumas aplicações, os projetores de luz estruturada 22 são acionados simultaneamente para projetar suas respectivas distribuições 34 de pontos discretos não conectados 33 de luz nas três superfícies intraorais. Alternativamente, os projetores de luz estruturada 22 podem ser acionados para projetar suas respectivas distribuições 34 de pontos discretos não conectados 33 de luz nas três superfícies intraoral em diferentes momentos respectivos, por exemplo, em uma ordem predeterminada, ou em uma ordem que é dinamicamente determinada durante um escaneamento. Alternativamente, para algumas aplicações, um único projetor de luz estruturada 22 pode ser conduzido para a distribuição do projeto 34.

[00210] Determinar dinamicamente de quais projetores de luz estruturada 22 ativar durante um escaneamento pode melhorar a qualidade geral do sinal do escaneamento, pois alguns dos projetores de luz estruturada podem ter melhor qualidade de sinal em algumas regiões da cavidade intraoral em relação a outras regiões. Por exemplo, ao escaneamento o palato de um sujeito (região da mandíbula superior), os projetores vermelhos tendem a ter melhor qualidade de sinal do que os projetores azuis. Além disso, regiões difíceis de ver dentro da cavidade intraoral podem ser encontradas durante um escaneamento, por exemplo, uma área com dentes ausentes ou rachaduras estreitas entre os dentes grandes. Nestes tipos de casos, determinar dinamicamente quais estruturaram o projetor claro 22 para ativar durante um escaneamento permite projetores específicos que podem ter uma linha de visão melhor para a região em questão a ser ativada.

[00211] Para algumas aplicações, diferentes projetores de luz estruturada 22 podem ser configurados para focar em diferentes planos focais de objeto. Determinar dinamicamente quais projetores de luz estruturada 22 ativar durante um escaneamento permite ativar projetores de luz estruturada específicos 22 de acordo com seus respectivos planos focais de objeto, dependendo de uma distância de uma região atualmente sendo escaneado.

[00212] Para algumas aplicações, todos os pontos de dados obtidos em um momento específico são usados como uma nuvem de pontos rígida, e várias dessas nuvens de pontos são capturadas a uma taxa de quadros de mais de 10 capturas por segundo. A pluralidade de nuvens de pontos é então costurada usando um algoritmo de registro, por exemplo, ponto mais próximo iterativo (ICP), para criar uma nuvem de pontos densa. Um algoritmo de reconstrução de superfície pode então ser usado para gerar uma representação da superfície do objeto 32.

[00213] Para algumas aplicações, pelo menos um sensor de temperatura 52 é acoplado à estrutura rígida 26 e mede uma temperatura de estrutura rígida 26. O circuito de controle de temperatura 54 disposto dentro da varinha portátil 20 (a) recebe dados do sensor de temperatura 52 indicativos da temperatura da estrutura rígida 26 e (b) ativa uma unidade de controle de temperatura 56 em resposta aos dados recebidos. A unidade de controle de temperatura 56, por exemplo, um controlador PID, mantém a sonda 28 em uma temperatura desejada (por exemplo, entre 35 e 43 graus Celsius, entre 37 e 41 graus Celsius, etc.). Manter a sonda 28 acima de 35 graus Celsius, por exemplo, acima de 37 graus Celsius, reduz o embaçamento da superfície de vidro da varinha portátil 20, através da qual projetores de luz estruturada 22 projetam e câmeras 24 veem, conforme a sonda 28 entra na cavidade intraoral, que normalmente está ao redor ou acima de 37 graus Celsius. Manter a sonda 28 abaixo de 43 graus, por exemplo, abaixo de 41 graus Celsius, evita desconforto ou dor.

[00214] Além disso, para que os valores de calibração armazenados dos raios da câmera e dos raios do projetor sejam úteis durante um escaneamento, a temperatura das câmeras 24 e dos projetores de luz estruturada 22 pode ser impedida de variar de modo a manter a integridade geométrica da óptica. Uma variação na temperatura pode fazer com que o comprimento da ponta de prova 28 mude devido à expansão térmica, que por sua vez pode causar as posições respectivas da câmera e do projetor ao deslocamento. Devido a diferentes tipos de tensão que podem se acumular dentro da sonda 28 durante essa expansão térmica, a torção também pode ocorrer, fazendo com que os ângulos dos respectivos raios da câmera e raios do projetor também mudem. Dentro das câmeras e projetores, mudanças geométricas também podem ocorrer devido à variação de temperatura. Por exemplo, o EOD 39 pode expandir e alterar o padrão projetado, variações de temperatura podem afetar o índice de refração das lentes da câmera ou variações de temperatura podem alterar os comprimentos de onda transmitidos por lasers díodo 36. Portanto, além de manter a sonda 28 a uma temperatura dentro da faixa descrita acima, a unidade de controle de temperatura 56 pode ainda evitar que a temperatura da sonda 28 varie em mais de 1 grau quando a varinha portátil 20 está em uso, de modo a manter a integridade geométrica da óptica disposta dentro da sonda 28. Por exemplo, se a unidade de controle de temperatura 56 está mantendo a sonda 28 a uma temperatura de 39 graus Celsius, então a unidade de controle de temperatura 56 irá garantir ainda que durante o uso a temperatura da sonda 28 não caia abaixo de 38 graus Celsius ou acima de 40 graus Celsius.

[00215] Para algumas aplicações, a sonda 28 é mantida em sua temperatura controlada através do uso de uma combinação de aquecimento e resfriamento. Por exemplo, a unidade de controle de temperatura 56 pode incluir um aquecedor, por exemplo, uma pluralidade de aquecedores e um refrigerador, por exemplo, um refrigerador termoelétrico. Se a temperatura da sonda 28 cair abaixo de 38 graus Celsius, o(s) aquecedor(es) podem ser usados para aumentar a temperatura da sonda 28, e se a temperatura da sonda 28 ficar acima de 40 graus Celsius, o refrigerador termoelétrico pode ser usado para diminuir a temperatura da sonda 28.

[00216] Alternativamente, para algumas aplicações, a sonda 28 é mantida em sua temperatura controlada através do uso de aquecimento apenas, sem resfriamento. O uso de lasers díodo 36 e elementos ópticos de geração de padrão difrativo e/ou refrativo ajuda a manter um projetor de luz estruturada com eficiência energética de modo a limitar o aquecimento da sonda 28 durante o uso; os lasers díodo 36 podem usar menos de 0,2 Watts de potência durante a transmissão com um alto brilho e elementos ópticos de geração de padrão difrativo e/ou refrativo utilizam toda a luz transmitida (em contraste, por exemplo, com uma máscara que impede alguns dos raios de atingir o objeto). As temperaturas ambientais externas, tais como aquelas encontradas dentro da cavidade intraoral de um sujeito, podem, no entanto, causar o aquecimento da sonda 28. Para superar isso, o calor pode ser retirado da sonda 28 por meio de um elemento condutor de calor 94, por exemplo, um tubo de calor, que está disposto dentro da haste portátil 20, de modo que uma extremidade distal 95 do elemento condutor de calor 94 esteja em contato com a estrutura 26 e uma extremidade proximal 99 estão em contato com uma extremidade proximal 100 da varinha portátil 20. Calor é, assim, transferido da estrutura rígida 26 para a extremidade proximal 100 da varinha portátil 20. Alternativamente ou ainda, um ventilador disposto em uma região de manuseamento 174 da varinha portátil 20 pode ser usado para extrair calor para fora da sonda 28.

[00217] Para algumas aplicações, alternativamente ou ainda para manter a integridade geométrica da óptica, evitando que a temperatura da sonda 28 varie em mais do que uma mudança de limiar na temperatura, o processador 96 pode selecionar entre uma pluralidade de conjuntos de dados de calibração correspondentes a diferentes temperaturas, respectivamente. Por exemplo, a alteração do limite pode ser de 1 grau Celsius. Com base em dados recebidos do sensor de temperatura 52 indicativos da temperatura de projetores de luz estruturada 22 e câmeras 24, o processador 96 pode selecionar entre uma pluralidade de conjuntos de dados de calibração armazenados correspondentes a uma pluralidade de respectivas temperaturas de projetores de luz estruturada 22 e câmeras 24, cada conjunto de dados de calibração armazenados indicando para uma respectiva temperatura (a) o raio do projetor correspondente a cada um dos pontos projetados de luz de cada um dos um ou mais projetores, e (b) o raio da câmera correspondente a cada pixel na câmera sensor de cada uma das uma ou mais câmeras. Se o processador 96 só tiver acesso aos dados de calibração armazenados para uma pluralidade específica de temperaturas, o processador 96 pode interpolar entre a pluralidade de conjuntos de dados de calibração armazenados com base nos dados recebidos do sensor de temperatura 52, a fim de obter dados de calibração para temperaturas entre as respectivas temperaturas correspondentes a cada conjunto de dados de calibração.

[00218] A referência é feita agora. 18, que é uma ilustração esquemática da ponta de prova 28, de acordo com algumas aplicações da invenção atual. Para algumas aplicações, a sonda 28 inclui ainda um alvo tal como um refletor difuso 170 tendo uma pluralidade de regiões 172 dispostas dentro da sonda 28 (ou, como mostrado na Fig. 18, adjacente à sonda 28). Em algumas aplicações, (a) cada projetor de luz estruturada 22 pode ter pelo menos uma região 172 do refletor difuso 170 em seu campo de iluminação, (b) cada câmera 24 tem pelo menos uma região 172 do refletor difuso 170 em seu campo de visão, e (c) uma pluralidade de regiões 172 do refletor difuso 170 estão no campo de visão de uma câmera 24 e no campo de iluminação de um projetor de luz estruturada 22. Alternativamente ou ainda para manter a integridade geométrica da óptica, evitando que a temperatura da sonda 28 varie em mais do que uma mudança de temperatura de limiar, o processador 96 pode (a) receber dados de câmeras 24 indicativos da posição do refletor difuso em relação à distribuição 34 de pontos discretos não conectados 33 de luz, (b) comparar os dados recebidos com uma posição de calibração armazenada do refletor difuso 170, em que uma discrepância entre (i) os dados recebidos indicativos da posição do refletor difuso 170 e (ii) os armazenados A posição de calibração do refletor difuso 170 indica uma mudança dos raios do projetor 88 e dos raios das câmeras 86 de seus respectivos valores de calibração armazenados e (c) executa o algoritmo de correspondência com base na mudança dos raios do projetor 88 e dos raios das câmeras 86.

[00219] Alternativamente ou ainda, uma discrepância entre (i) os dados recebidos indicativos da posição do refletor difuso 170 e (ii) da posição armazenada da calibração do refletor difuso 170 pode indicar uma mudança na temperatura da ponta de prova 28. Neste caso, a temperatura da sonda 28 pode ser regulada com base na comparação dos dados recebidos e a posição de calibração armazenada do refletor difuso 170.

[00220] A seguir é descrita uma pluralidade de aplicações para projetores de luz estruturada 22.

[00221] É feita agora referência à Fig. 19A-B, que são ilustrações esquemáticas do projetor de luz estruturada 22 e uma seção transversal de um feixe 120 de luz transmitido por um diodo laser 36, com um elemento óptico gerador de padrão 38 mostrado disposto na luz caminho da viga, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Em algumas aplicações, cada diodo laser 36 transmite um feixe elíptico 120 cuja seção transversal elíptica tem (a) um eixo longo de pelo menos 500 mícrons e/ou menos de 700 mícrons e (b) um eixo curto de pelo menos 100 mícrons e/ou menos de 200 mícrons. Para algumas aplicações, um divisor de feixe de pequena área pode ser usado a fim de gerar uma matriz de pontos fortemente focados, por exemplo, um EOD com um comprimento lateral de menos de 100 mícrons pode ser usado a fim de manter os pontos projetados 33 em foco estreito sobre o toda a faixa de foco de interesse. No entanto, um EOD tão pequeno utilizaria apenas uma fração da luz transmitida por meio do feixe de laser elíptico 120.

[00222] Portanto, para algumas aplicações, o elemento óptico de geração de padrão 38 é um EOD 122 segmentado que é segmentado em uma pluralidade de fragmentos de sub-EOD 124 que estão dispostos em uma matriz. A matriz de fragmentos sub-EOD 124 é posicionada de modo a (a) ser contida dentro do feixe elíptico 120 de luz e (b) utilizar uma alta porcentagem, por exemplo, pelo menos 50% da luz transmitida através do feixe de laser elíptico 120. Em algumas aplicações, a matriz é uma matriz retangular incluindo pelo menos 16 e/ou menos de 72 fragmentos de sub- EOD 124 e tem uma dimensão mais longa de pelo menos 500 mícrons e/ou menos de 800 mícrons. Cada fragmento de sub-EOD 124 pode ter uma seção transversal quadrada tendo um lado de comprimento de pelo menos 30 mícrons e/ou menos de 75 mícrons, a seção transversal sendo tomada perpendicular ao eixo óptico do EOD.

[00223] Cada fragmento sub-EOD 124 gera uma distribuição respectiva 126 de pontos discretos não conectados 33 de luz em uma área diferente 128 do campo de iluminação. Para esta aplicação de projetor de luz estruturada 22, a distribuição 34 de pontos discretos não conectados 33 de luz, como descrito acima com referência à Fig. 4, é uma combinação das respectivas distribuições 126 geradas pelos respectivos fragmentos de sub- EOD 124. A Fig. 19B mostra um plano ortogonal 44, no qual são mostradas as respectivas distribuições 126 de pontos discretos não conectados 33 de luz, cada distribuição respectiva 126 estando em uma área diferente 128 do campo de iluminação. Uma vez que cada fragmento sub-EOD 124 é responsável por uma área diferente 128 do campo de iluminação, cada fragmento sub-EOD 124 tem um design diferente de modo a direcionar sua respectiva distribuição 126 em uma direção diferente e evitar o cruzamento do feixe, a fim de evitar sobreposição entre os pontos projetados 33.

[00224] Agora, é feita referência às figuras 20A-E, que são ilustrações esquemáticas de uma matriz de microlentes 132 como elemento óptico de geração de padrão 38, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Uma matriz de microlentes pode ser usada como gerador de pontos, pois é periódico e a variação do perfil de cada lente do arranjo está na escala de comprimento de onda. O passo da matriz de microlentes 132 é ajustado para o passo angular desejado entre os pontos. A abertura numérica (NA) da matriz de microlentes 132 é ajustada para fornecer o campo angular de iluminação desejado, como descrito acima. Em algumas aplicações, o NA da matriz de microlentes 132 é de pelo menos 0,2 e/ou menor que 0,7. A matriz de microlentes 132 pode ser, por exemplo, uma matriz hexagonal de microlentes, como é mostrada na Fig. 20C, ou uma matriz de microlentes retangulares, como é mostrada na Fig. 20E.

[00225] Projetores de luz estruturada 22 que têm matriz de microlentes 132 como elemento óptico de geração de padrão 38 podem incluir diodo laser 36, lente colimadora 130, uma abertura e matriz de microlentes 132. A abertura define um diâmetro de feixe de entrada menor,

a fim de manter pontos fortemente focados em uma distância focal próxima, por exemplo, pelo menos 1 mm e/ou menos de 30 mm, por exemplo, pelo menos 4 mm e/ou menos de 24 mm, de matriz de microlentes 132. A Fig. 20B mostra o feixe de laser colimado iluminando a matriz de microlentes 132 e a matriz de microlentes gerando então feixes divergentes 134 de luz, a interferência desses feixes divergentes gerando uma matriz de pontos 33, por exemplo, distribuição 34 (Fig. 20D). Para algumas aplicações, a abertura é um filme cromo que é aplicado ao lado do diodo laser da lente colimadora 130. Alternativamente, para algumas aplicações, a abertura é um filme de cromo disposto no lado da lente colimadora da matriz de microlentes 132. Em algumas aplicações, a abertura pode medir uma distância pelo menos de 10 vezes o passo da disposição 132 da microlente e tem um diâmetro pelo menos de 50 mícrons e/ou de menos de 200 mícrons.

[00226] Agora, é feita referência às figuras 21A-C, que são ilustrações esquemáticas de uma estrutura periódica difrativa 2-D composta 136, por exemplo, uma rede difrativa, tal como uma grade Dammann, como elemento óptico gerador de padrão 38, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. A estrutura periódica difrativa do composto 136 pode ter um tamanho de característica de estrutura periódica 137 de pelo menos 100 nm e/ou inferior a 400 nm. O grande campo de iluminação, conforme descrito acima, pode ser obtido por pequenos sub-recursos que estão em torno de 300 nm. O período da estrutura periódica difrativa composta 136 pode ser ajustado para fornecer um passo angular desejado dos feixes de luz projetados.

[00227] Os projetores de luz estruturada 22 que têm estrutura periódica difrativa composta 136 como elemento óptico de geração de padrão 38 podem incluir diodo laser 36, lente colimadora 130, uma abertura e estrutura periódica difrativa composta 136. A abertura define um diâmetro de feixe de entrada menor, a fim de manter pontos fortemente focados em uma distância focal próxima, por exemplo, pelo menos 1 mm e/ou menos de 30 mm, por exemplo, pelo menos 4 mm e/ou menos de 24 mm, de estrutura periódica difrativa composta 136. Para algumas aplicações, a abertura é um filme de cromo que está sobre as características da estrutura periódica da estrutura periódica difrativa composta 136. Em algumas aplicações, a abertura pode abranger uma distância de pelo menos 10 períodos da estrutura periódica difrativa do composto 136 e tem um diâmetro de pelo menos 50 mícrons e/ou menos do que 200 mícrons.

[00228] Para algumas aplicações, o elemento óptico de formação de feixe 40 (como é mostrado na Fig. 3) é uma lente colimadora 130 disposta entre o diodo laser 36 e o elemento óptico de geração de padrão

38. No que diz respeito às aplicações descritas acima com referência às Figs. 19A-B, 20A-E e 21A-C, as lentes colimadoras 130 podem ser dispostas entre o diodo laser 36 e o EOD 122 segmentado (Fig. 19A), entre o diodo laser 36 e a matriz de microlentes 132 (Fig. 20A), e entre o diodo laser 36 e a estrutura periódica difrativa composta 136 (Fig. 21A).

[00229] Agora, é feita referência às figuras 22A-B, que são ilustrações esquemáticas que mostram um único elemento óptico 138 que tem um primeiro lado asférico e um segundo lado plano, oposto ao primeiro lado, e projetor de luz estruturada 22 incluindo elemento óptico 138, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Para algumas aplicações, a lente de colimação 130 e o elemento óptico de geração de padrão 38 podem ser fabricados como um único elemento óptico 138, um primeiro lado asférico 140 do qual colima a luz transmitida a partir do diodo laser 36 e um segundo lado plano 142 do qual gera a distribuição 34 de pontos discretos não conectados 33 de luz. Lado plano 142 do único elemento óptico 138 pode ser moldado para definir EOD 39, EOD segmentado 122, matriz de microlentes 132 ou estrutura periódica difrativa composta 136.

[00230] Agora, é feita referência às figuras 23A-B, que são ilustrações esquemáticas de uma lente axicon 144 e projetor de luz estruturada 22 incluindo lente axicon 144, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. As lentes Axicon são conhecidas por gerar um feixe de Bessel, que é um feixe de luz que é focado ao longo de uma faixa de profundidade desejada, dependendo do diâmetro do feixe de entrada e do ângulo da cabeça do axicon. Para algumas aplicações, a lente axicon 144, tendo um ângulo de cabeça γ (gama) de pelo menos 0,2 graus e/ou menos de 2 graus, é disposta entre a lente colimadora 130 e o elemento óptico de geração de padrão 38. A lente Axicon 144 gera um feixe de Bessel focado 146 quando o diodo laser 36 transmite luz através da lente axicon 144. O feixe Bessel focado 146 é dividido em muitos feixes 148 pelo elemento óptico de geração de padrão 38, cada feixe 148 sendo uma cópia exata do feixe Bessel 146 gerado pela lente axicon 144. O elemento óptico de geração de padrão 38 pode ser EOD 39, matriz de microlentes 132 ou estrutura periódica difrativa composta 136.

[00231] Agora, é feita referência às figuras 24A-B, que são ilustrações esquemáticas que mostram um elemento óptico 150 que tem uma superfície asférica 152 em um primeiro lado e uma superfície plana em um segundo lado, oposto ao primeiro lado, e projetor de luz estruturada 22 incluindo elemento óptico 150, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Para algumas aplicações, as lentes colimadoras 130 e as lentes axicon 144 podem ser fabricadas como um único elemento óptico

150. A superfície asférica 152 de um único elemento óptico 150 gera um feixe de Bessel diretamente de um feixe de luz divergente quando o diodo laser 36 transmite luz através do elemento óptico 150. À medida que a luz viaja através do elemento óptico de geração de padrão 38, a distribuição 34 de pontos discretos não conectados 33 de luz é gerada de modo que pontos discretos não conectados 33 de luz tenham um tamanho substancialmente uniforme em qualquer plano ortogonal localizado entre 1 mm e 30 mm, por exemplo, entre 4 mm e 24 mm, do elemento óptico de geração de padrão 38. O elemento óptico de geração de padrão 38 pode ser EOD 39, matriz de microlentes 132 ou estrutura periódica difrativa composta 136. Tal como aqui utilizado ao longo do presente pedido, incluindo nas reivindicações, manchas com um "tamanho substancialmente uniforme" significa que o tamanho das manchas não varia em mais de 40%.

[00232] É feita agora referência à Fig. 25, que é uma ilustração esquemática de um único elemento óptico 154 no projetor de luz estruturada 22, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Para algumas aplicações, o elemento óptico único 154 pode executar as funções da lente colimadora, lente axicon e elemento óptico de geração de padrão. O único elemento óptico 154 inclui uma superfície asférica 156 em um primeiro lado e uma superfície plana 158 em um segundo lado, oposto ao primeiro lado. A superfície asférica 156 gera um feixe de Bessel diretamente de um feixe divergente de luz quando o diodo laser 36 transmite um feixe divergente de luz através do único elemento óptico 154. A superfície plana 158 é moldada para definir o elemento óptico de geração de padrão 38 e, assim, divide o feixe de Bessel em uma matriz de feixes de Bessel discretos 160 de modo a gerar distribuição 34 de pontos discretos não conectados 33 de luz, de modo que pontos discretos não conectados 33 de luz tenham um tamanho substancialmente uniforme em qualquer plano ortogonal localizado entre 1 mm e 30 mm, por exemplo, entre 4 mm e 24 mm, do padrão único elemento óptico 154. A superfície plana 158 pode ser moldada para definir EOD 39, matriz de microlentes 132 ou estrutura periódica difrativa composta 136.

[00233] Agora, é feita referência às figuras 26A-B, que são ilustrações esquemáticas do projetor de luz estruturada 22 com mais de uma fonte de luz (por exemplo, diodo laser 36), de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Ao usar um diodo laser, manchas de laser podem dar origem a ruído espacial. O efeito speckle é o resultado da interferência de muitas ondas da mesma frequência, mas diferentes fases e amplitudes. Quando todos somados, a onda resultante é uma onda cuja amplitude varia aleatoriamente ao longo do perfil do feixe. Para algumas aplicações, o efeito speckle pode ser reduzido combinando uma pluralidade de diodo laser 36 do mesmo comprimento de onda. Lasers diferentes com o mesmo comprimento de onda não são coerentes entre si, portanto, combiná-los no mesmo espaço espacial, ou no mesmo divisor de feixe difrativo 162, diminuirá as manchas em pelo menos um fator da raiz quadrada do número de lasers díodo diferentes 36.

[00234] O divisor de feixe 162 pode ser um divisor 50/50 padrão, reduzindo a eficiência de ambos os feixes para menos de 50%, ou um divisor de feixe de polarização (PBS), mantendo a eficiência em mais de 90%. Para algumas aplicações, cada diodo laser 36 pode ter sua própria lente colimadora 130, como é mostrado na Fig. 26A. Alternativamente, a pluralidade de diodo laser 36 pode compartilhar uma lente colimadora 130, a lente colimadora sendo disposta entre o divisor de feixe 162 e o elemento óptico de geração de padrão 38, tal como é mostrado na Fig. 26B. Elemento óptico de geração de padrão 38 pode ser DOE 39, DOE segmentado 122, matriz de microlentes 132 ou estrutura periódica difrativa composta 136.

[00235] Conforme descrito acima, uma distribuição esparsa 34 melhora a captura, fornecendo um equilíbrio melhorado entre a redução da quantidade de luz projetada, enquanto mantém uma quantidade útil de informações. Para algumas aplicações, a fim de fornecer um padrão de densidade mais alta sem reduzir a captura, uma pluralidade de lasers díodo 36 com diferentes comprimentos de onda podem ser combinados. Por exemplo, cada projetor de luz estruturada 22 pode incluir pelo menos dois, por exemplo, pelo menos três, lasers díodo 36 que transmitem luz em respectivos comprimentos de onda distintos. Embora os pontos projetados 33 possam estar quase sobrepostos em alguns casos, os diferentes pontos de cores podem ser resolvidos no espaço usando os recursos de distinção de cores dos sensores da câmera. Opcionalmente, podem ser usados lasers díodo vermelho, azul e verde. Todas as configurações de projetor de luz estruturada descritas acima podem ser implementadas usando uma pluralidade de lasers díodo 36 em cada projetor de luz estruturada 22.

[00236] Agora, é feita referência às figuras 27A-B que são ilustrações esquemáticas de diferentes maneiras de combinar diodo laser de diferentes comprimentos de onda, de acordo com algumas aplicações da presente invenção; a combinação de dois ou mais lasers de comprimentos de onda diferentes no mesmo elemento difrativo pode ser feita usando um acoplador de fibra 164 (Fig. 27A) ou um combinador de laser 166 (Fig. 27B). Para o combinador a laser 166, o elemento de combinação pode ser um combinador dicróico de duas ou três vias dicróico. Dentro de cada projetor de luz estruturada 22, todos os lasers díodo 36 transmitem luz através de um elemento óptico 38 gerador de padrão comum, simultaneamente ou em momentos diferentes. Os respectivos feixes de laser podem atingir posições ligeiramente diferentes no elemento óptico de geração de padrão 38 e criar padrões diferentes. Esses padrões não interferem entre si devido a cores diferentes, tempos de pulso diferentes ou ângulos diferentes. O uso do acoplador de fibra 164 ou combinador de laser 166 permite que lasers díodo 36 sejam dispostos em um invólucro remoto 168. O invólucro remoto 168 pode ser disposto em uma extremidade proximal da varinha portátil 20, permitindo assim uma sonda menor 28.

[00237] Para algumas aplicações, projetores de luz estruturada 22 e câmeras 24 podem ser dispostos na extremidade proximal 100 da sonda 28.

[00238] A seguinte descrição refere-se predominantemente a aplicações da presente invenção que incluem uma câmera de campo de luz.

[00239] É feita agora referência à Fig. 28A, que é uma ilustração esquemática de um escâner intraoral 1020, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. O escâner intraoral 1020 compreende uma varinha portátil alongada 1022 que tem uma sonda 1028 na extremidade distal 1026 da varinha portátil 1022. A sonda 1028 tem uma extremidade distal 1027 e uma extremidade proximal 1024. Conforme usado em todo o presente pedido, incluindo nas reivindicações, a extremidade proximal da varinha portátil é definida como a extremidade da varinha portátil que está mais próxima da mão de um usuário quando o usuário está segurando a varinha portátil em um pronto para uso posição, e a extremidade distal do bastão portátil é definida como a extremidade do bastão portátil que está mais distante da mão do usuário quando o usuário está segurando a varinha portátil em uma posição pronta para uso.

[00240] Para algumas aplicações, um único projetor de luz estruturada 1030 está disposto na extremidade proximal 1024 da sonda 1028, uma única câmera de campo de luz 1032 está disposta na extremidade proximal 1024 da sonda 1028 e um espelho 1034 está disposto na extremidade distal 1027 da sonda 1028. O projetor de luz estruturada 1030 e a câmera de campo de luz 1032 estão posicionados para enfrentar o espelho 1034 e o espelho 1034 está posicionado para refletir a luz do projetor de luz estruturada 1030 diretamente em um objeto 1036 sendo digitalizado e refletir a luz do objeto 1036 sendo digitalizado para a câmera de campo de luz 1032.

[00241] O projetor de luz estruturada 1030 inclui uma fonte de luz

1040. Em algumas aplicações, o projetor de luz estruturada 1030 pode ter um campo de iluminação ψ (psi) de pelo menos 6 graus e/ou menos de 30 graus. Em algumas aplicações, o projetor de luz estruturada 1030 foca a luz da fonte de luz 1040 em um plano focal do projetor 1038 (como é mostrado nas Figs. 29A-B) que pode estar localizado a pelo menos 30 mm e/ou menos de 140 mm da fonte de luz 1040. O projetor de luz estruturada 1030 pode ter um gerador de padrão 1042 que está disposto no caminho óptico entre a fonte de luz 1040 e o plano focal do projetor 1038. O gerador de padrão 1042 gera um padrão de luz estruturada no plano focal do projetor 1038 quando a fonte de luz 1040 é ativada para transmitir luz através do gerador de padrão 1042.

[00242] A câmera de campo de luz 1032 pode ter um campo de visão ω (ômega) de pelo menos 6 graus e/ou menos de 30 graus. A câmera de campo de luz 1032 pode focar em um plano focal de câmera 1039 (como é mostrado na Fig. 30) que pode estar localizado a pelo menos 30 mm e/ou menos de 140 mm da câmera de campo de luz 1032. A câmera de campo de luz 1032 tem um sensor de câmera de campo de luz 1046 que compreende um sensor de imagem 1048 compreendendo uma matriz de pixels, por exemplo, um sensor de imagem CMOS e uma matriz de microlentes 1050 dispostas na frente do sensor de imagem 1048 de modo que cada micro a lente 1050 está disposta sobre uma submatriz 1052 de pixels de sensor. A câmera de campo de luz 1032, ainda, tem uma lente objetiva 1054 disposta na frente do sensor de câmera de campo de luz 1048 que forma uma imagem do objeto 1036 sendo digitalizado no sensor de câmera de campo de luz 1046.

[00243] O escâner intraoral 1020 pode incluir circuitos de controle 1056 que (a) aciona o projetor de luz estruturada 1030 para projetar um padrão de luz estruturada no objeto 1036 fora da varinha portátil 1022 e (b) aciona a câmera de campo de luz 1032 para capturar um campo de luz que resulta da estrutura padrão de luz refletindo no objeto 1036. O campo de luz estruturada contém informações sobre a intensidade do padrão de luz estruturada refletido no objeto 1036 e a direção dos raios de luz. O campo de luz também contém informações sobre a profundidade codificada por fase, por meio da qual a profundidade da cena pode ser estimada de diferentes direções. Usando informações do campo de luz capturado, um processador de computador 1058 pode reconstruir uma imagem tridimensional da superfície do objeto 1036 e pode enviar a imagem para um dispositivo de saída 1060, por exemplo, um monitor. É de notar que o processador de computador 1058 é mostrado nas Figs. 28A, 31 e 32, a título de ilustração e não de limitação, para estar fora da varinha portátil

1022. Para outras aplicações, o processador de computador 1058 pode ser disposto dentro da varinha portátil 1022.

[00244] Em algumas aplicações, o objeto 1036 sendo escaneado é pelo menos um dente dentro da boca de um sujeito. Conforme descrito acima, os dentistas frequentemente revestem os dentes de um sujeito com um pó opaco a fim de melhorar a captura de imagem ao usar um escâner intraoral digital. A câmera de campo de luz 1032 no escâner intraoral 1020 pode capturar o campo de luz do padrão de luz estruturada refletido no dente sem a presença de tal pó no dente, permitindo uma experiência de digitalização intraoral digital mais simples.

[00245] Quando o projetor de luz estruturada 1030 e a câmera de campo de luz 1032 estão dispostos na extremidade proximal 1024 da sonda 1028, o tamanho da sonda 1028 é limitado pelo ângulo em que o espelho 1034 é colocado. Em algumas aplicações, uma altura H2 da sonda 1028 é menor que 17 mm e uma largura W1 da sonda 1028 é menor que 22 mm, altura H2 e largura W1 definindo um plano que é perpendicular a um eixo longitudinal 1067 da varinha portátil 1022. Além disso, a altura H2 da sonda 1028 é medida a partir de uma superfície inferior 1070 (superfície de escaneamento), através da qual a luz refletida do objeto 1036 sendo varrido entra na sonda 1028, para uma superfície superior 1072 oposta à superfície inferior 1070. Em algumas aplicações, a altura H2 está entre 14 - 17 mm. Em algumas aplicações, a largura W1 está entre 18 - 22 mm.

[00246] É feita agora referência à Fig. 29A, que é uma ilustração esquemática do projetor de luz estruturada 1030 tendo um diodo laser 1041 como fonte de luz 1040, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Para algumas aplicações, o gerador de padrão 1042 pode ser um elemento óptico difrativo (EOD) 1043. O diodo laser 1041 pode transmitir luz através de um colimador 1062 e a luz colimada é então transmitida através do DOE 1043, a fim de gerar o padrão de luz estruturada como uma distribuição de pontos de luz não conectados discretos. Alternativamente ao EOD 1043, o gerador de padrão 1042 pode ser uma matriz de microlentes refrativas disposta no caminho óptico entre o diodo laser 1041 e o plano focal do projetor (configuração não mostrada).

[00247] É feita referência agora à Fig. 29B, que é uma ilustração esquemática do projetor de luz estruturada 1030 tendo um diodo emissor de luz (LED) 1064 como fonte de luz 1040 e uma máscara 1066 como gerador de padrão 1042.

[00248] É feita agora referência à Fig. 30, que é uma ilustração esquemática da câmera de campo de luz 1032, mostrando o sensor de câmera de campo de luz 1046 e um objeto tridimensional 1036 sendo capturado, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Para algumas aplicações, os parâmetros ópticos da câmera de campo de luz 1032 podem ser escolhidos de modo que (a) luz refletida de um primeiro plano 1075 do objeto 1036 seja focada em uma região central 1074 do sensor de câmera de campo de luz e (b) luz refletida de um fundo 1077 do objeto 1036 é focado em uma região periférica 1076 do sensor de câmera de campo de luz 1046. Em algumas aplicações, ao digitalizar uma cena intraoral, a região periférica 1076 pode ser direcionada para objetos mais distantes, como gengiva, com mais frequência do que objetos mais próximos, como dentes.

[00249] A região central 1074 do sensor de câmera de campo de luz 1046 pode ter uma resolução espacial mais alta do que a região periférica 1076 do sensor de câmera de campo de luz 1046. Por exemplo, cada um dos submatrizes 1052 na região central 1074 do sensor de imagem 1048 pode ter 10 - 40% menos pixels do que cada um dos submatrizes 1052 na região periférica 1076, ou seja, as microlentes na região central 1074 podem ser menores do que as microlentes na região periférica 1076. Microlentes menores permitem mais microlentes por unidade de área na região central 1074. Assim, a região central 1074 do sensor de câmera de campo de luz 1046 pode ter uma resolução espacial mais alta devido ao aumento da proporção de microlentes por unidade de área. Em algumas aplicações, a região central 1074 pode incluir pelo menos 50% do número total de pixels do sensor.

[00250] Embora a região central 1074 tenha uma resolução espacial mais alta do que a região periférica 1076, a região periférica 1076 pode ter uma resolução de profundidade mais alta do que a região central 1074 e pode ser configurada para focar em distâncias de objeto mais distantes do que na região central 1074. As microlentes maiores na região periférica 1076 do sensor de câmera de campo de luz 1046 são configuradas para focar em uma profundidade maior do que as microlentes menores na região central 1074. Por exemplo, cada microlente 1050 disposta sobre uma submatriz 1052 de pixels do sensor na região periférica 1076 do sensor de imagem 1048 pode ser configurada para focar a uma profundidade que é 1,1 - 1,4 vezes maior do que uma profundidade em que cada microlente 1050 disposta sobre uma submatriz 1052 de pixels de sensor na região central 1074 do sensor de imagem 1048 está configurada para focar.

[00251] Assim, a resolução espacial mais alta da região central 1074 pode permitir que o primeiro plano 1075 do objeto 1036 seja capturado em uma resolução espacial mais alta do que o fundo 1077 do objeto 1036, por exemplo, ao digitalizar uma cena intraoral de um sujeito, os dentes podem ser capturados em um resolução espacial mais alta do que as áreas ao redor dos dentes, enquanto o foco mais distante e a resolução de profundidade mais alta da região periférica 1076 podem permitir a captura de fundo 1077, por exemplo, regiões edêntulas e gengiva ao redor dos dentes no primeiro plano 1075.

[00252] É feita agora referência à Fig. 31, que é uma ilustração esquemática do escâner intraoral 1020 com projetor de luz estruturada 1030 e câmera de campo de luz 1032 disposta na extremidade distal 1027 da sonda 1028, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Para algumas aplicações, exatamente um projetor de luz estruturada 1030 e exatamente uma câmera de campo de luz 1032 estão dispostos na extremidade distal 1027 da sonda 1028. O projetor de luz estruturada 1030 pode ser posicionado para enfrentar diretamente um objeto 1036 fora da varinha portátil 1022 colocada em seu campo de iluminação. Assim, a luz projetada do projetor de luz estruturada 1030 cairá no objeto 1036 sem qualquer redirecionamento óptico, por exemplo, reflexão de um espelho, a fim de redirecionar a luz, tal como descrito acima com referência à Fig. 28A. Da mesma forma, a câmera de campo de luz 1032 pode ser posicionada para enfrentar diretamente o objeto 1036 fora da varinha portátil 1022 colocada em seu campo de visão. Assim, a luz refletida no objeto 1036 entrará na câmera de campo de luz 1032 sem qualquer redirecionamento óptico, por exemplo, reflexão de um espelho, a fim de redirecionar a luz, tal como descrito acima com referência à Fig. 28A.

[00253] O posicionamento do projetor de luz estruturada 1030 na extremidade distal 1027 da sonda 1028 pode permitir que o campo de iluminação ψ (psi) do projetor de luz estruturada 1030 seja mais amplo, por exemplo, pelo menos 60 graus e / ou menos de 120 graus. O posicionamento do projetor de luz estruturada 1030 na extremidade distal 1027 da sonda 1028 também pode permitir que o projetor de luz estruturada 1030 foque a luz da fonte de luz 1040 em um plano focal do projetor que pode estar localizado a pelo menos 3 mm e/ou menos de 40 mm da fonte de luz 1040.

[00254] O posicionamento da câmera de campo de luz 1032 na extremidade distal 1027 da sonda 1028 pode permitir que o campo de visão ω (ômega) da câmera de campo de luz 1032 seja mais amplo, por exemplo,

pelo menos 60 graus e/ou menos de 120 graus. O posicionamento da câmera de campo de luz 1032 na extremidade distal 1027 da sonda 1028 também pode permitir que a câmera de campo de luz 1032 foque em um plano focal de câmera que pode estar localizado a pelo menos 3 mm e/ou menos de 40 mm da fonte de luz 1040. Em algumas aplicações, o campo de iluminação ψ (psi) do projetor de luz estruturada 1030 e o campo de visão ω (ômega) da câmera de campo de luz 1032 se sobrepõem de modo que pelo menos 40% do padrão de luz estruturada projetado do projetor de luz estruturada 1030 está em campo de visão ω (ômega) da câmera de campo de luz 1032. Da mesma forma como descrito acima com referência à Fig. 30, quando o escâner intraoral 1020 tem uma única câmera de campo de luz 1032 disposta na extremidade distal 1027 da sonda 1028, os parâmetros ópticos do sensor de câmera de campo de luz 1046 podem ser escolhidos de modo que uma região central de luz o sensor de câmera de campo 1090 tem uma resolução mais alta do que uma região periférica do sensor de câmera de campo de luz 1046.

[00255] O posicionamento do projetor de luz estruturada 1030 e da câmera de campo de luz 1032 na extremidade distal 1027 da sonda 1028 pode permitir que a sonda 1028 seja menor, uma vez que o espelho 1034 não é usado nesta configuração. Em algumas aplicações, a altura H3 da sonda 1028 é inferior a 14 mm e a largura W2 da sonda 1028 é inferior a 22 mm, a altura H3 e a largura W2 definem um plano que é perpendicular a um eixo longitudinal 1067 da varinha portátil 1022. Em algumas aplicações, a altura H3 está entre 10 - 14 mm. Em algumas aplicações, a largura W2 está entre 18 - 22 mm. Conforme descrito acima, a altura H3 da sonda 1028 é medida de (a) uma superfície inferior 1070 (superfície de escaneamento), através da qual a luz refletida do objeto 1036 sendo varrido entra na sonda 1028, para (b) uma superfície superior 1072 oposta à superfície inferior

1070. Os circuitos de controle 1056 (a) podem acionar o projetor de luz estruturada 1030 para projetar um padrão de luz estruturada no objeto 1036 fora da varinha portátil 1022, e (b) pode acionar a câmera de campo de luz 1032 para capturar um campo de luz resultante do padrão de luz estruturada refletindo no objeto 1036. Usando informações do campo de luz capturado, o processador de computador 1058 pode reconstruir uma imagem tridimensional da superfície dos objetos 1036 e enviar a imagem para um dispositivo de saída 1060, por exemplo, um monitor.

[00256] É feita agora referência à Fig. 32, que é uma ilustração esquemática do escâner intraoral 1020 com uma pluralidade de projetores de luz estruturada 1030 e uma pluralidade de câmeras de campo de luz 1032 dispostas na extremidade distal 1027 da sonda 1028, de acordo com algumas aplicações da presente invenção. Ter uma pluralidade de projetores de luz estruturada e uma pluralidade de câmeras de campo de luz pode aumentar um campo de visão geral do escâner intraoral 1020, o que pode permitir a captura de uma pluralidade de objetos 1036, por exemplo, capturar uma pluralidade de dentes, bem como regiões ao redor dos dentes, por exemplo, regiões edêntulas na boca de um sujeito. Em algumas aplicações, uma pluralidade de campos de iluminação ψ (psi) se sobrepõe a uma respectiva pluralidade de campos de visão ω (ômega), de modo que pelo menos 40% do padrão de luz estruturada projetado de cada projetor de luz estruturada 1030 esteja em um campo de visão ω (ômega) de pelo menos uma câmera de campo de luz 1032. Os circuitos de controle 1056 (a) podem acionar o projetor de luz estruturada 1030 para projetar um padrão de luz estruturada no objeto 1036 fora da varinha portátil 1022, e (b) pode acionar a câmera de campo de luz 1032 para capturar um campo de luz resultante do padrão de luz estruturada refletindo no objeto 1036. Usando informações do campo de luz capturado, o processador de computador 1058 pode reconstruir uma imagem tridimensional da superfície dos objetos 1036 e enviar a imagem para um dispositivo de saída 1060, por exemplo, um monitor.

[00257] Para algumas aplicações, pelo menos um dos projetores de luz estruturada 1030 pode ser um projetor de luz estruturada monocromático que projeta um padrão de luz estruturada monocromático no objeto 1036 sendo digitalizado. Por exemplo, o projetor de luz estruturada monocromática pode projetar um padrão de luz estruturada azul em um comprimento de onda de 420-470 nm. Pelo menos uma das câmeras de campo de luz 1032 pode ser uma câmera de campo de luz monocromática que captura um campo de luz resultante do padrão de luz estruturada monocromático refletindo no objeto 1036 sendo digitalizado. O escâner intraoral 1020 pode incluir ainda uma fonte de luz que transmite luz branca para o objeto 1036 e uma câmera que captura uma imagem colorida bidimensional do objeto 1036 sob a iluminação de luz branca. O processador de computador 1058 pode combinar (a) informações capturadas do campo de luz monocromática com (b) pelo menos uma imagem colorida bidimensional do objeto 1036 a fim de reconstruir uma imagem tridimensional da superfície dos objetos 1036. O processador de computador 1058 pode, então, enviar a imagem para um dispositivo de saída 1060, por exemplo, um monitor.

[00258] Qualquer um dos aparelhos acima mencionados pode ser usado para realizar métodos de geração de dados de imagem (por exemplo, de uma superfície intraoral. Em uma implementação de exemplo, um método inclui gerar, por um ou mais projetores de luz dispostos em uma sonda de um escâner intraoral, respectivos padrões de luz. Gerar um padrão de luz por um projetor de luz de um ou mais projetores de luz pode incluir gerar luz por um projetor de luz, focalizar a luz em um plano focal do projetor e gerar, por um gerador de padrão, um padrão de luz a partir da luz no projetor plano focal. O método pode incluir ainda projetar os respectivos padrões de luz de um ou mais projetores de luz em direção a uma superfície intraoral disposta em um campo de iluminação de um ou mais projetores de luz. O método pode incluir ainda receber, por uma ou mais câmeras de campo de luz dispostas na sonda, um campo de luz resultante de pelo menos uma porção dos respectivos padrões de luz refletindo da superfície intraoral. O método pode ainda incluir gerar uma pluralidade de imagens por uma ou mais câmeras de campo de luz que representam o campo de luz e enviar a pluralidade de imagens para um sistema de processamento de dados.

[00259] Em algumas implementações, um ou mais projetores de luz e uma ou mais câmeras de campo de luz são dispostos em uma extremidade distal da sonda, e um ou mais projetores de luz e uma ou mais câmeras de campo de luz são posicionados de modo que (a) cada projetor de luz está voltado diretamente para a superfície intraoral, (b) cada câmera de campo de luz está voltada diretamente para a superfície intraoral e (c) pelo menos 40% do padrão de luz de cada projetor está em um campo de visão de pelo menos um dos câmeras de campo de luz.

[00260] Em algumas implementações, o um ou os mais projetores de luz e a câmera de campo de luz são dispostos em uma extremidade proximal da extremidade da sonda. Para tais implementações, o método pode ainda incluir o uso de um espelho para refletir os respectivos padrões de luz na superfície intraoral e o uso do espelho para refletir o campo de luz refletido da superfície intraoral em uma ou mais câmeras de campo de luz.

[00261] Em algumas aplicações da invenção, um método pode ser realizado por qualquer um dos aparelhos descritos para escaneamento intraoral (por exemplo, escâneres intraorais e/ou sistemas de processamento de dados, como processador de computador 1058) para gerar um modelo tridimensional digital de uma superfície intraoral. Em uma modalidade, o método inclui acionar um ou mais projetores de luz de um escâner intraoral para projetar um padrão de luz na superfície intraoral. O método inclui ainda a condução de uma ou mais câmeras de campo de luz do escâner intraoral para capturar uma pluralidade de imagens que representam um campo de luz resultante de pelo menos uma porção do padrão de luz projetado refletindo da superfície intraoral, em que o campo de luz contém informações sobre uma intensidade do padrão de luz refletindo da superfície intraoral e uma direção dos raios de luz. O método inclui ainda o recebimento da pluralidade de imagens que representam pelo menos uma porção de um padrão de luz projetado na superfície intraoral e o uso de informações do campo de luz capturado representado na pluralidade de imagens para gerar o modelo tridimensional digital da superfície intraoral.

[00262] Em uma aplicação, pelo menos 40% do padrão de luz de cada projetor de luz está em um campo de visão de pelo menos uma de uma ou mais câmeras de campo de luz. Em uma aplicação, cada projetor de luz é um projetor de luz estruturada que tem um campo de iluminação de 60-120 graus, e em que o plano focal do projetor está localizado entre 3 mm e 40 mm da fonte de luz. Em uma aplicação, cada câmera clara do campo tem um campo de vista de 60 - 120 graus e é configurada para focalizar em um plano focal da câmera que seja ficado situado entre 3 milímetros e 40 milímetros da câmera clara do campo. Em uma aplicação, a pluralidade de imagens compreende imagens de uma pluralidade de câmeras de campo de luz. Em uma aplicação, o campo de luz contém ainda informações sobre a profundidade codificada por fase através da qual a profundidade pode ser estimada de diferentes direções. Em uma aplicação, o método inclui ainda receber uma pluralidade de imagens coloridas bidimensionais da superfície intraoral e determinar dados de cor para o modelo tridimensional digital da superfície intraoral com base na pluralidade de imagens coloridas bidimensionais.

[00263] As aplicações da invenção descritas neste documento podem assumir a forma de um produto de programa de computador acessível a partir de um meio legível por computador ou utilizável por computador (por exemplo, um meio legível por computador não transitório),

fornecendo código de programa para uso por ou em conexão com um computador ou qualquer sistema de execução de instrução, como processador 96 ou processador 1058. Para o propósito desta descrição, um meio utilizável por computador ou legível por computador pode ser qualquer aparelho que pode compreender, armazenar, comunicar, propagar ou transportar o programa para uso por ou em conexão com o sistema, aparelho ou dispositivo de execução de instruções. O meio pode ser um sistema eletrônico, magnético, ótico, eletromagnético, infravermelho, ou do semicondutor (ou aparelho ou dispositivo) ou um meio da propagação. Em algumas aplicações, o meio utilizável por computador ou legível por computador é um meio não transitório utilizável por computador ou legível por computador.

[00264] Exemplos de um meio legível por computador incluem um semicondutor ou memória de estado sólido, fita magnética, um disquete de computador removível, uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória somente leitura (ROM), um disco magnético rígido e um disco óptico. Os exemplos atuais de discos ópticos incluem memória somente de leitura de disco compacto (CD-ROM), leitura/gravação de disco compacto (CD-R/W) e DVD. Para algumas aplicações, o armazenamento em nuvem e/ou armazenamento em um servidor remoto é usado.

[00265] Um sistema de processamento de dados adequado para armazenar e/ou executar código de programa incluirá pelo menos um processador (por exemplo, processador 96 ou processador 1058) acoplado direta ou indiretamente a elementos de memória através de um barramento de sistema. Os elementos de memória podem incluir memória local empregada durante a execução real do código do programa, armazenamento em massa e memórias cache que fornecem armazenamento temporário de pelo menos algum código de programa a fim de reduzir o número de vezes que o código deve ser recuperado do armazenamento em massa durante a execução. O sistema pode ler as instruções inventivas nos dispositivos de armazenamento de programa e seguir essas instruções para executar a metodologia das aplicações da invenção.

[00266] Os adaptadores de rede podem ser acoplados ao processador para permitir que o processador seja acoplado a outros processadores ou impressoras remotas ou dispositivos de armazenamento por meio de redes públicas ou privadas intervenientes. Modems, modem a cabo e placas Ethernet são apenas alguns dos tipos de adaptadores de rede disponíveis atualmente.

[00267] O código de programa de computador para a realização de operações da presente invenção pode ser escrito em qualquer combinação de uma ou mais linguagens de programação, incluindo uma linguagem de programação orientada a objetos, como Java, Smalltalk, C ++ ou semelhantes e linguagens de programação de procedimentos convencionais, como as Linguagem de programação C ou linguagens de programação semelhantes.

[00268] Será entendido que os métodos descritos neste documento podem ser implementados por instruções de programa de computador. Estas instruções de programa de computador podem ser fornecidas a um processador de um computador de uso geral, computador de uso especial ou outro aparelho de processamento de dados programável para produzir uma máquina, de modo que as instruções, que executam através do processador do computador (por exemplo, processador 96 ou processador 1058) ou outro aparelho de processamento de dados programável, criar meios para implementar as funções/atos especificados nos métodos descritos no presente pedido. Estas instruções de programa de computador também podem ser armazenadas em um meio legível por computador (por exemplo, um meio legível por computador não transitório) que pode direcionar um computador ou outro aparelho de processamento de dados programável para funcionar de uma maneira particular, de modo que as instruções armazenadas em o meio legível por computador produz um artigo de manufatura incluindo meios de instrução que implementam a função/ato especificado nos métodos descritos no presente pedido. As instruções do programa de computador também podem ser carregadas em um computador ou outro aparelho de processamento de dados programável para fazer com que uma série de etapas operacionais sejam realizadas no computador ou outro aparelho programável para produzir um processo implementado por computador de modo que as instruções que executam no computador ou outro aparelho programável fornecem processos para implementar as funções/atos especificados nos métodos descritos no presente pedido.

[00269] O processador 96 e o processador 1058 são tipicamente dispositivos de hardware programados com instruções de programa de computador para produzir os respectivos computadores para fins especiais. Por exemplo, quando programado para executar os métodos descritos neste documento, o processador de computador normalmente atua como um processador de computador de reconstrução de superfície 3-D de propósito especial. Normalmente, as operações aqui descritas que são realizadas por processadores de computador transformam o estado físico de uma memória, que é um artigo físico real, para ter uma polaridade magnética diferente, carga elétrica ou semelhante, dependendo da tecnologia da memória que é usada.

[00270] Alternativamente, o processador 96 pode assumir a forma de uma matriz de portas programáveis em campo (FPGA), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC) ou uma rede neural implementada em um chip especializado.

[00271] Será apreciado pelas pessoas versadas na técnica que a presente invenção não se limita ao que foi particularmente mostrado e descrito acima. Em vez disso, o escopo da presente invenção inclui combinações e subcombinações das várias características descritas acima,

bem como variações e modificações das mesmas que não estão na técnica anterior, que ocorreriam aos versados na técnica ao ler a descrição anterior.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para escaneamento intraoral, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: uma varinha portátil alongada que compreende uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil alongada; um ou mais projetores de luz, cada projetor de luz compreendendo pelo menos uma fonte de luz e um elemento óptico de geração de padrão, em que cada projetor de luz é configurado para projetar um padrão de luz definido por uma pluralidade de raios de projetor quando a fonte de luz é ativada; duas ou mais câmeras, cada uma das duas ou mais câmeras compreendendo um sensor de câmera tendo uma matriz de pixels, em que cada uma das duas ou mais câmeras é configurada para capturar uma pluralidade de imagens que representam pelo menos uma parte do padrão de luz projetado em uma superfície intraoral; e um ou mais processadores configurados para: acessar dados de calibração que associam raios de câmera correspondentes a pixels no sensor de câmera de cada uma das duas ou mais câmeras para raios de projetor da pluralidade de raios de projetor; determinar as interseções dos raios do projetor e dos raios da câmera correspondentes a pelo menos a porção do padrão de luz projetado usando os dados de calibração, em que as interseções dos raios de projetor e dos raios de câmera estão associadas a pontos tridimensionais no espaço; identificar localizações tridimensionais do padrão de luz projetado com base nos acordos das duas ou mais câmeras sobre a existência do padrão de luz projetado pelos raios do projetor em certas interseções; e usar os locais tridimensionais identificados para gerar um modelo tridimensional digital da superfície intraoral.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o padrão de luz compreende uma pluralidade de pontos, e em que cada um dentre a pluralidade de raios de projetor corresponde a um ponto da pluralidade de pontos.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada raio de projetor corresponde a um respectivo caminho de pixels no sensor de câmera de uma das duas ou mais câmeras, e em que para identificar os locais tridimensionais o um ou mais processadores executam um algoritmo de correspondência para: para cada raio de projetor i, identificar cada ponto detectado j em um caminho de sensor de câmera correspondente ao raio de projetor i, quantas outras câmeras, em seus respectivos caminhos de sensor de câmera correspondentes ao raio de projetor i, detectaram os respectivos pontos k correspondentes aos respectivos raios de câmera que cruzam o raio de projetor i e um raio de câmera correspondente ao ponto detectado j, em que o raio de projetor i é identificado como um raio do projetor específico que produziu um ponto detectado j para o qual o maior número de outras câmeras detectou os respectivos pontos k; e computar uma respectiva posição tridimensional na superfície intraoral em uma interseção do raio de projetor i e os respectivos raios de câmera correspondentes ao ponto detectado j e aos respectivos pontos detectados k.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que para identificar as localizações tridimensionais, o um ou mais processadores são configurados ainda para: remover de consideração o raio de projetor i, e os respectivos raios de câmera correspondentes ao ponto detectado j e aos respectivos pontos detectados k; e executar o algoritmo de correspondência novamente para um próximo raio de projetor i.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ainda compreende:

um sensor de temperatura; em que o um ou mais processadores são ainda configurados para: receber dados de temperatura do sensor de temperatura, em que os dados de temperatura são indicativos de uma temperatura de pelo menos um dentre o um ou mais projetores de luz ou as duas ou mais câmeras; e com base nos dados de temperatura, selecione entre uma pluralidade de conjuntos de dados de calibração armazenados correspondentes a uma pluralidade de respectivas temperaturas, cada conjunto de dados de calibração armazenados indicando para uma respectiva temperatura (a) o raio de projetor correspondendo a cada um dos pontos de luz projetados de cada um dentre o um ou mais projetores, e (b) o raio de câmera correspondente a cada pixel no sensor da câmera de cada uma dentre a uma ou mais câmeras.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o padrão de luz compreende um padrão de luz estruturada não codificado e em que a pluralidade de pontos compreende uma distribuição aproximadamente uniforme de pontos de luz discretos não conectados.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de pontos compreende um primeiro subconjunto de pontos tendo um primeiro comprimento de onda e um segundo subconjunto de pontos tendo um segundo comprimento de onda, e em que os dados de calibração compreendem primeiros dados de calibração para o primeiro comprimento de onda e segundos dados de calibração para o segundo comprimento de onda.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um alvo com uma pluralidade de regiões; em que: cada projetor de luz tem pelo menos uma região do alvo em seu campo de iluminação;

cada câmera tem pelo menos uma região do alvo em seu campo de visão; uma pluralidade das regiões do alvo está no campo de visão de uma das câmeras e no campo de iluminação de um dos projetores de luz; e o um ou mais processadores são ainda configurados para: receber dados das duas ou mais câmeras indicativas de uma posição do alvo em relação ao padrão de luz; comparar os dados recebidos com uma posição de calibração armazenada do alvo, em que uma discrepância entre (i) os dados recebidos indicativos da posição do alvo e (ii) a posição de calibração armazenada do alvo indica uma mudança dos raios de projetor e dos raios de câmera de seus respectivos valores de calibração; e levar em conta a mudança dos raios de projetor e dos raios de câmera na identificação das localizações tridimensionais.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ou mais processadores são ainda configurados para: acionar cada um dentre o um ou mais projetores de luz para projetar o padrão de luz na superfície intraoral; e acionar cada uma das duas ou mais câmeras para capturar a pluralidade de imagens.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ou mais projetores de luz compreendem uma pluralidade de projetores de luz estruturada, em que cada um dentre a pluralidade de projetores de luz estruturada deve projetar as respectivas distribuições de pontos de luz discretos não conectados na superfície intraoral simultaneamente ou em momentos diferentes.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico de geração de padrão compreende um elemento óptico difrativo ou um elemento óptico refrativo.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as duas ou mais câmeras são configuradas para focar em um plano focal do objeto que está localizado entre cerca de 1 mm e cerca de 30 mm de uma lente da câmera que está mais distante do sensor de câmera.

13. Aparelho para escaneamento intraoral, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: uma varinha portátil alongada que compreende uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil alongada; um ou mais projetores de luz, cada projetor de luz compreendendo: pelo menos uma fonte de luz configurada para gerar luz quando ativada; e um elemento óptico de geração de padrão, em que o elemento óptico de geração de padrão é configurado para gerar um padrão de luz quando a luz é transmitida através do elemento óptico de geração de padrão; e duas ou mais câmeras, cada uma das duas ou mais câmeras compreendendo um sensor de câmera e uma ou mais lentes, em que cada uma das duas ou mais câmeras é configurada para capturar uma pluralidade de imagens que representam pelo menos uma parte do padrão de luz projetado em uma superfície intraoral, em que cada câmera é configurada para focar em um plano focal do objeto que está localizado entre cerca de 1 mm e cerca de 30 mm de uma lente de uma ou mais lentes que está mais distante do sensor da câmera.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o um ou mais projetores de luz estão dispostos dentro da sonda e em que as duas ou mais câmeras estão dispostas dentro da sonda.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que:

o um ou mais projetores de luz compreendem pelo menos dois projetores de luz e as duas ou mais câmeras compreendem pelo menos quatro câmeras; a maioria dos pelo menos dois projetores de luz e das pelo menos quatro câmeras está disposta em pelo menos duas filas que são, cada uma, aproximadamente paralelas a um eixo longitudinal da sonda, as pelo menos duas filas compreendendo pelo menos uma primeira fila e uma segunda fila; uma câmera mais distal ao longo do eixo longitudinal e uma câmera mais proximal ao longo do eixo longitudinal das pelo menos quatro câmeras são posicionadas de modo que seus eixos ópticos estejam em um ângulo de 90 graus ou menos em relação um ao outro a partir de uma linha de mira perpendicular ao eixo longitudinal; e câmeras na primeira linha e câmeras na segunda linha são posicionadas de modo que os eixos ópticos das câmeras na primeira linha estejam em um ângulo de 90 graus ou menos em relação aos eixos ópticos das câmeras na segunda linha a partir de uma linha de visão que é coaxial com o eixo longitudinal da sonda.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que: um restante das pelo menos quatro câmeras diferentes da câmera mais distal e da câmera mais proximal tem eixos ópticos que são substancialmente paralelos ao eixo longitudinal da sonda; e cada uma das pelo menos duas linhas compreende uma sequência alternada de projetores de luz e câmeras.

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que as pelo menos quatro câmeras compreendem pelo menos cinco câmeras, em que os pelo menos dois projetores de luz compreendem pelo menos cinco projetores de luz, em que um componente mais proximal na primeira linha é um projetor de luz, e em que um componente mais proximal na segunda linha é uma câmera.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que: a câmera mais distal ao longo do eixo longitudinal e a câmera mais proximal ao longo do eixo longitudinal são posicionadas de modo que seus eixos ópticos estejam em um ângulo de 35 graus ou menos em relação um ao outro a partir da linha de visão que é perpendicular ao eixo longitudinal; e as câmeras na primeira linha e as câmeras na segunda linha são posicionadas de modo que os eixos ópticos das câmeras na primeira linha estejam em um ângulo de 35 graus ou menos em relação aos eixos ópticos das câmeras na segunda linha a partir da linha de visão que é coaxial com o eixo longitudinal da sonda.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o padrão de luz é definido por uma pluralidade de raios de projetor, o aparelho compreendendo ainda um ou mais processadores configurados para: acessar dados de calibração que associam raios de câmera correspondentes a pixels no sensor de câmera de cada uma das duas ou mais câmeras para raios de projetor da pluralidade de raios de projetor; determinar as interseções de raios de projetor e de raios de câmera correspondentes à porção do padrão de luz projetado usando os dados de calibração, em que as interseções dos raios de câmera e dos raios de projetor estão associadas a pontos tridimensionais no espaço; identificar localizações tridimensionais do padrão de luz projetado com base nos acordos das duas ou mais câmeras sobre a existência do padrão de luz projetado pelos raios de projetor em certas interseções; e usar os locais tridimensionais identificados para gerar um modelo tridimensional digital da superfície intraoral.

20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o um ou mais projetores de luz estruturada são, cada um, configurados para gerar uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados em todos os planos localizados entre 1 mm e 30 mm do elemento óptico de geração de padrão.

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o um ou mais projetores de luz estruturada tem um campo de iluminação de cerca de 45 graus a cerca de 120 graus, e em que cada uma das duas ou mais câmeras tem um campo de visão de cerca de 45 graus a cerca 120 graus.

22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico de geração de padrão é configurado para utilizar pelo menos um dentre difração ou refração para gerar o padrão de luz, e em que o elemento óptico de geração de padrão tem uma eficiência de transferência de luz de pelo menos 90%.

23. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: pelo menos um projetor de luz uniforme configurado para projetar luz branca na superfície intraoral, em que pelo menos uma das duas ou mais câmeras é configurada para capturar imagens coloridas bidimensionais da superfície intraoral usando iluminação do projetor de luz uniforme.

24. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico de geração de padrão compreende um elemento óptico difrativo (EOD).

25. Aparelho, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o EOD é segmentado em uma pluralidade de fragmentos sub-EOD dispostos em uma matriz, em que cada fragmento sub-EOD gera uma respectiva distribuição de pontos de luz discretos não conectados em uma área diferente de um campo de iluminação tal que a distribuição de pontos de luz discretos não conectados é gerada quando a fonte de luz é ativada.

26. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada um dos um ou mais projetores compreende um elemento óptico adicional disposto entre a fonte de luz e o elemento óptico de geração de padrão, o elemento óptico adicional sendo configurado para gerar um feixe de Bessel da luz que é transmitida através do elemento óptico adicional, em que o padrão de luz compreende um padrão de pontos de luz discretos não conectados que mantém um diâmetro de menos de 0,06 mm através de cada superfície interna de uma esfera geométrica que está centralizada no elemento óptico de geração de padrão e que tem um raio entre 1 mm e 30 mm.

27. Aparelho, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico adicional compreende uma lente axicon.

28. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o padrão de luz compreende uma distribuição de pontos de luz discretos não conectados, em que uma razão de área iluminada para área não iluminada para cada plano ortogonal em um campo de iluminação é de 1: 150 - 1:16.

29. Aparelho para escaneamento intraoral, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: uma varinha portátil alongada que compreende uma sonda em uma extremidade distal da varinha portátil alongada; um ou mais projetores de luz dispostos dentro da sonda, cada projetor de luz compreendendo: uma fonte de luz configurada para gerar luz quando ativada; um primeiro elemento óptico configurado para gerar um feixe de Bessel da luz que é transmitida através do primeiro elemento óptico; um elemento óptico de geração de padrão, em que o elemento óptico de geração de padrão é configurado para gerar um padrão de luz quando o feixe de Bessel é transmitido através do elemento óptico de geração de padrão; e mais duas câmeras, cada câmera compreendendo um sensor de câmera e óptica objetiva compreendendo uma ou mais lentes, em que cada câmera é configurada para capturar uma pluralidade de imagens que representam pelo menos uma porção do padrão de luz projetado em uma superfície intraoral.

30. Aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o padrão de luz compreende um padrão de pontos de luz discretos não conectados que mantêm um tamanho substancialmente uniforme em qualquer plano ortogonal localizado entre cerca de 1 mm e cerca de 30 mm do elemento óptico de geração de padrão.

31. Aparelho, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que os pontos têm um diâmetro inferior a 0,06 mm através de cada superfície interna de uma esfera geométrica que está centralizada no elemento óptico de geração de padrão e que tem um raio entre 1 mm e 30 mm.

32. Aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento óptico compreende uma lente axicon.

33. Aparelho, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a lente axicon tem um ângulo da cabeça de axicon de 0,2 - 2 graus.

34. Aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um elemento óptico de moldagem de feixe entre o primeiro elemento óptico e a fonte de luz, em que o elemento óptico de moldagem de feixe compreende uma lente colimadora.

35. Aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que cada câmera é configurada para focar em um plano focal de objeto que está localizado entre cerca de 1 mm e cerca de 30 mm de uma lente da uma ou mais lentes que está mais distante do sensor de câmera.

36. Aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o um ou mais projetores de luz estruturada tem um campo de iluminação de cerca de 45 graus a cerca de 120 graus, em que cada uma das duas ou mais câmeras tem um campo de visão de cerca de 45 graus a cerca de 120 graus, e em que a fonte de luz compreende pelo menos um diodo laser.

37. Aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das duas ou mais câmeras é uma câmera de campo de luz.

38. Método para gerar um modelo digital tridimensional de uma superfície intraoral, caracterizado pelo fato de que compreende: receber uma pluralidade de imagens que representam pelo menos uma porção de um padrão de luz projetado em uma superfície intraoral, o padrão de luz projetado tendo sido projetado por um ou mais projetores de luz de um escâner intraoral, o padrão de luz sendo definido por uma pluralidade de raios de projetor, e a pluralidade de imagens tendo sido gerada por duas ou mais câmeras do escâner intraoral; acessar dados de calibração que associam raios de câmera correspondentes a pixels em um sensor de câmera de cada uma das duas ou mais câmeras para raios de projetor da pluralidade de raios de projetor; determinar as interseções dos raios de projetor e dos raios de câmera correspondentes a pelo menos a porção do padrão de luz projetado usando os dados de calibração, em que as interseções dos raios de projetor e dos raios de câmera estão associadas a pontos tridimensionais no espaço; identificar localizações tridimensionais do padrão de luz projetado com base nos acordos das duas ou mais câmeras sobre a existência do padrão de luz projetado pelos raios de projetor em certas interseções; e usar os locais tridimensionais identificados para gerar o modelo tridimensional digital da superfície intraoral.

39. Método, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que o padrão de luz compreende uma pluralidade de pontos e em que cada um dentre a pluralidade de raios do projetor corresponde a um ponto da pluralidade de pontos.

40. Método, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que cada raio de projetor corresponde a um respectivo caminho de pixels no sensor de câmera de uma das duas ou mais câmeras, e em que a identificação dos locais tridimensionais compreende a execução de um algoritmo de correspondência para: para cada raio de projetor i, identificar cada ponto detectado j em um caminho de sensor de câmera correspondente ao raio de projetor i, quantas outras câmeras, em seus respectivos caminhos de sensor de câmera correspondentes ao raio de projetor i, detectaram os respectivos pontos k correspondentes aos respectivos raios de câmera que cruzam o raio de projetor i e um raio da câmera correspondente ao ponto detectado j, em que o raio de projetor i é identificado como um raio do projetor específico que produziu um ponto detectado j para o qual o maior número de outras câmeras detectou os respectivos pontos k; e computar uma respectiva posição tridimensional na superfície intraoral em uma interseção do raio de projetor i e os respectivos raios de câmera correspondentes ao ponto detectado j e aos respectivos pontos detectados k.

41. Método, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que identificar os locais tridimensionais compreende ainda: remover da consideração o raio de projetor i e os respectivos raios da câmera correspondentes ao ponto detectado j e aos respectivos pontos k detectados; e executar o algoritmo de correspondência novamente para um próximo raio do projetor i.

42. Método, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de compreende ainda: receber dados de temperatura gerados por um sensor de temperatura do escâner intraoral, em que os dados de temperatura são indicativos de uma temperatura de pelo menos um dos um ou mais projetores de luz ou as duas ou mais câmeras; e com base nos dados de temperatura, selecionar entre uma pluralidade de conjuntos de dados de calibração armazenados correspondentes a uma pluralidade de respectivas temperaturas, cada conjunto de dados de calibração armazenados indicando para uma respectiva temperatura (a) o raio do projetor correspondendo a cada um dos pontos de luz projetados de cada um dos um ou mais projetores, e (b) o raio de câmera correspondente a cada pixel nos sensores da câmera de cada uma das duas ou mais câmeras.

43. Método, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o padrão de luz compreende um padrão de luz estruturada não codificado e em que a pluralidade de pontos compreende uma distribuição aproximadamente uniforme de pontos de luz discretos não conectados.

44. Método, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de pontos compreende um primeiro subconjunto de pontos tendo um primeiro comprimento de onda e um segundo subconjunto de pontos tendo um segundo comprimento de onda, e em que os dados de calibração compreendem primeiros dados de calibração para o primeiro comprimento de onda e segundos dados de calibração para o segundo comprimento de onda.

45. Método, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de compreende ainda:

receber dados de duas ou mais câmeras indicativas de uma posição de um alvo do escâner intraoral em relação ao padrão de luz, em que o alvo tem uma pluralidade de regiões, cada projetor de luz tem pelo menos uma região do alvo em seu campo de iluminação, e cada câmera tem pelo menos uma região do alvo em seu campo de visão; comparar os dados recebidos com uma posição de calibração armazenada do alvo, em que uma discrepância entre (i) os dados recebidos indicativos da posição do alvo e (ii) a posição de calibração armazenada do alvo indica uma mudança dos raios do projetor e raios de câmera de seus respectivos valores de calibração; e levar em consideração o deslocamento dos raios do projetor e dos raios da câmera na identificação das localizações tridimensionais.

46. Método, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de compreende ainda: acionar cada um dos um ou mais projetores de luz para projetar o padrão de luz na superfície intraoral; e acionar cada uma das duas ou mais câmeras para capturar a pluralidade de imagens.