CN105125162B - 口腔扫描仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种口腔扫描仪,包括：影像撷取装置、第一、第二极化元件、反射镜、四分之一波片及投影与取像镜片组；投影与取像镜片组包括第一、第二镜片；当投影光束入射至第一面时，投影光束依次穿透第一面以及第二面，并由第二面射出后依序经由第一、镜片入射至第三面，然后依次穿透第三、第四面后入射至反射镜，再经由反射镜反射后依次穿透第四面、第三面、四分之一波片后形成第一光束；第一光束入射至待测物并被待测物反射后穿透四分之一波片，形成取像光束，取像光束入射至第三面并被第三面反射后入射至投影与取像镜片组，依序经由第二镜片、第一镜片后入射至第二面，并被第二面反射后入射至影像撷取装置，以使影像撷取装置获得待测物的影像。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种口腔扫描仪。
背景技术
在临床口腔诊疗和修复过程中，口腔印模是一种重要的信息存储源，几乎每个患者都需要印取一副甚至多副印模。医生通过治疗前、治疗中、治疗后等多副模型的对比，即可了解治疗的效果，提高检查、诊断和治疗的准确性，而口腔技师也需要根据印模来确定义齿修复体的形态。
目前，易操作、高精度、存储方便的数字印模技术越来越受到口腔医学界的重视，越来越多的学者和公司投入了大量的精力和财力对此进行研究。数字印模获取的方式根据扫描的位置分为两大类，即口外扫描和口内扫描，其中口内扫描是近两年国外出现的一种新的扫描方式。口内扫描将探测器伸入病人的口内直接对牙体进行测量，实时获取数字印模。
由于口内实时扫描的特殊性，口腔扫描仪需要能够置于口腔内，而进入口腔的长度太长，会造成晃动比较厉害，进入口腔的长度太短，医生的手部容易碰触患者的嘴巴，因此，口腔扫描仪进入口腔的长度不能过长或过短。为了保证对患者的治疗效果，需要保证口腔扫描仪获得的影像的质量。因此，有必要提供一种口腔扫描仪，能够在进入口腔部分最小化的基础上保证获得的影像的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种口腔扫描仪，以解决上述问题。
一方面，本发明提供一种口腔扫描仪，包括：影像撷取装置、第一极化元件、第二极化元件、反射镜、四分之一波片以及投影与取像镜片组。该影像撷取装置用于撷取待测物的影像；该第一极化元件包括第一面以及第二面，该第二面用于反射具有第二偏振态的光束，具有第一偏振态的光束入射至该第一面时会依次穿透该第一面与该第二面并由该第二面射出，该第一偏振态与该第二偏振态相异，该第二面与该影像撷取装置相对；该第二极化元件包括第三面以及第四面，该第三面用于反射具有该第二偏振态的光束，具有该第一偏振态的光束入射至该第三面时会依次穿透该第三面与该第四面并由该第四面射出，具有该第一偏振态的光束入射至该第四面时会依次穿透该第四面与该第三面并由该第三面射出；该反射镜与该第四面相对，该反射镜的距离该待测物的较近一端朝向该第四面倾斜，该反射镜所在的平面与该第四面所在的平面具有第二夹角；该四分之一波片与该第三面相对并与该第三面具有第一夹角；该投影与取像镜片组设置于该第一极化元件与该第二极化元件之间且与该第二面以及该第三面相对，该投影与取像镜片组包括第一镜片与第二镜片，该第一镜片为该投影与取像镜片组中与该第一极化元件距离最近的镜片，该第二镜片为该投影与取像镜片组中与该第二极化元件距离最近的镜片，该第一极化元件与该第一镜片之间具有第一距离，该第二极化元件与该第二镜片之间具有第二距离，该第二距离小于等于该第一距离，该第一距离与该第二距离之和位于第一预定范围之间；其中，当具有该第一偏振态的投影光束入射至该第一面时，该投影光束依次穿透该第一面以及该第二面，并由该第二面射出后依序经由该第一镜片、该第二镜片入射至该第三面，然后依次穿透该第三面与该第四面并由该第四面射出后入射至该反射镜，再经由该反射镜反射后依次穿透该第四面、该第三面、该四分之一波片后形成第一光束；该第一光束入射至该待测物并被该待测物反射后穿透该四分之一波片，形成具有该第二偏振态的取像光束，该取像光束入射至该第三面并被该第三面反射后入射至该投影与取像镜片组，依序经由该第二镜片、该第一镜片后入射至该第二面，并被该第二面反射后入射至该影像撷取装置，以使该影像撷取装置获得该待测物的影像。
较佳的，该第一预定范围为大于等于60毫米且小于等于100毫米。
较佳的，还包括：光源以及数字微镜元件；该光源用于产生照明光束；该数字微镜元件用于当该照明光束入射至该数字微镜元件时，反射该照明光束来形成该投影光束，该数字微镜元件与该第一面相对。
较佳的，该第一夹角为45度。
较佳的，该第二极化元件还包括第五面，该第五面与该第三面相对，该四分之一波片设置于该第五面上；该投影光束经由该反射镜反射后依次穿透该第四面、该第三面、该第五面、该四分之一波片，形成该第一光束；该第一光束经由该待测物反射后穿透该四分之一波片形成该取像光束，该取像光束穿透该第五面后入射至该第三面。
较佳的，该四分之一波片与该待测物的距离范围为0毫米至15毫米。
较佳的，该四分之一波片与该待测物的距离为6毫米。
较佳的，该第二夹角大于0度且小于等于5度。
较佳的，该第二夹角为2.5度。
较佳的，该第一极化元件、该投影与取像镜片组、该第二极化元件以及该反射镜相对光轴对称。
与现有技术相比，本发明提供的口腔扫描仪，对投影光路与影像光路做部分重叠使用，且对第一距离、第二距离进行设置，限定了进入口腔的部分的大小以及投影光路与取像光路之间的重叠部分的第三夹角的大小，这样，能够使得进入口腔的部分最小化，且保证取像光路的能量进而保证影像撷取装置撷取的影像的亮度，且能够保证第三夹角最大化进而保证影像撷取装置撷取的影像的深度，进而，在保证进入口腔的部分最小化的基础上能够保证影像的质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种口腔扫描仪的示意图；
图2为图1所示的口腔扫描仪的投影光路的示意图；
图3为图1所示的口腔扫描仪的取像光路的示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
图1为本发明实施例提供的一种口腔扫描仪的示意图；图2为图1所示的口腔扫描仪的投影光路的示意图；图3为图1所示的口腔扫描仪的取像光路的示意图。
如图1至图3所示，口腔扫描仪1包括：影像撷取装置16、第一极化元件11、第二极化元件13、反射镜14、四分之一波片15以及投影与取像镜片组12。影像撷取装置16用于撷取待测物2的影像，较佳的，影像撷取装置16可以为电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)。第一极化元件11包括第一面111以及第二面112，第二面112可反射具有第二偏振态的光束(即具有第二偏振态的光束入射至第二面112时，经第二面112反射后射出)，具有第一偏振态的光束入射至第一面111时会依次穿透第一面111与第二面112并由第二面112射出，第一偏振态与第二偏振态相异，第二面112与影像撷取装置16相对。第二极化元件13包括第三面131以及第四面132，第三面131反射具有第二偏振态的光束(即具有第二偏振态的光束入射至第三面131时，经第三面131反射并由第三面131射出)，具有第一偏振态的光束入射至第三面131时会依次穿透第三面131与第四面132并由第四面132射出，具有第一偏振态的光束入射至第四面132时会依次穿透第四面132与第三面131并由第三面131射出。反射镜14与第四面132相对，反射镜14上距离待测物2的较近一端朝向第四面132倾斜(即反射镜14相对第四面132上距离待测物2较近的一端倾斜)，反射镜14所在的平面与第四面132所在的平面具有第二夹角α2。四分之一波片15与第三面131相对并与第三面131具有第一夹角α1，四分之一波片15用来使偏振光的偏振性在偏振光穿透四分之一波片15后产生四分之一相位差的改变，例如使S偏振光改变为圆偏振光等；例如，经反射镜14反射的具有第一偏振态的投影光束L1在穿透四分之一波片15后，会产生四分之一相位差的改变从而形成第一光束L2，第一光束L2入射至待测物2并经由待测物2反射再穿透四分之一波片15后，第一光束L2产生四分之一相位差的改变，形成具有第二偏振态的取像光束L3，即具有第二偏振态的取像光束L3相对于具有第一偏振态的投影光束L1产生了二分之一相位差的改变。较佳的，如图1所示，第一夹角α1为45度。
投影与取像镜片组12，设置于第一极化元件11与第二极化元件13之间且与第二面112以及第三面131相对，投影与取像镜片组12包括第一镜片121与第二镜片122；第一镜片121为投影与取像镜片组12中与第一极化元件11距离最近的镜片，第二镜片122为投影与取像镜片组12中与第二极化元件13距离最近的镜片，换言之，第一镜片121为投影与取像镜片组12中与第二极化元件13距离最远的镜片，第二镜片122为投影与取像镜片组12中与第一极化元件11距离最远的镜片。
需要说明的是，第一极化元件11、第二极化元件13可以为偏振分光棱镜(Polarization Beam Splitter，PBS)、光偏振片；第一镜片121、第二镜片122可以为同一镜片或不同镜片，本发明实施例以第一镜片121、第二镜片122为不同镜片为例进行说明，当然，投影与取像镜片组12还可以包括其它镜片(如图1至图3中所示的第三镜片123、第四镜片124)，其它镜片位于第一镜片121与第二镜片122之间，且其它镜片的数量以及种类视实际情况而定，其它镜片用于使得由第一镜片121射出的投影光束L1能够入射至第二镜片122，以及由第二镜片122射出的取像光束L3能够入射至第一镜片121；如图1至图3所示，第一极化元件11与影像撷取装置16之间还可以设置有其它光学元件，例如偏振片、透镜等，以使得取像光束L3能够入射至影像撷取装置16且满足实际情况的需求。
如图1、图2所示，当具有第一偏振态的投影光束L1入射至第一面111时，投影光束L1依次穿透第一面111以及第二面112，并由第二面112射出后依序经由投影与取像镜片组12的第一镜片121、第三镜片123、第四镜片124、第二镜片122入射至第三面131，然后依次穿透第三面131与第四面132并由第四面132射出后入射至反射镜14，再经由反射镜14反射后依次穿透第四面132与第三面131，并由第三面131射出后穿透四分之一波片15，形成第一光束L2，第一光束L2会入射至待测物2。如图1、图3所示，第一光束L2入射至待测物2后会经由待测物2反射然后穿透四分之一波片15，形成具有第二偏振态的取像光束L3，取像光束L3入射至第三面131并被第三面131反射后入射至投影与取像镜片组12，再依序经由投影与取像镜片组12的第二镜片122、第四镜片124、第三镜片123、第一镜片121入射至第二面112，最后被第二面112反射后入射至影像撷取装置16，以使影像撷取装置16获得待测物2的影像。
如图1所示，反射镜14所在的平面与第四面132所在的平面具有第二夹角α2。对角度进行推算，可以得到第三面131与第二镜片122之间的投影光束L1与第三面131与第二镜片122之间的取像光束L3之间的第三夹角实质上为第二夹角α2的2倍；因此，反射镜14与第四面132之间的第二夹角α2的大小，会直接影响第三夹角的大小。口腔扫描仪1使用过程中，第二极化元件13、反射镜14以及四分之一波片15的部分进入患者的口腔中，且四分之一波片15与待测物2相对。通过对投影光路与取像光路做部分重叠(即第二面112与第三面131之间的部分)使用，能够减小进入口腔部分的大小；为了保证影像撷取装置16撷取的影像的深度(即分辨率)，投影光路与取像光路之间的重叠部分(即第二面112与第三面131之间的部分)需要有一夹角，即上述第三夹角，且第三夹角越大，影像撷取装置16撷取的影像的深度越好。第二距离D2小于等于第一距离D1，第一距离D1与第二距离D2之和位于第一预定范围之间，第一距离D1为第一极化元件11与第一镜片121之间的距离，第二距离D2为第二极化元件13与第二镜片122之间的距离，较佳的，第一预定范围为大于等于60毫米(mm)且小于等于100毫米，这样，能够使得进入口腔的部分最小化，能够保证取像光路的能量进而保证影像撷取装置16撷取的影像的亮度，且能够保证第三夹角最大化进而保证影像撷取装置16撷取的影像的深度，进而，在保证进入口腔的部分最小化的基础上能够保证影像的质量。较佳的，第二夹角α2大于0度且小于等于5度，即第三夹角大于0度且小于等于10度。具体的，第二夹角α2可以为2.5度，即第三夹角可以为5度，此时，能够使得口腔扫描仪1进入口腔的部分大小约为三颗牙齿的大小，方便牙科医生操作，且保证影像撷取装置能够获得更佳的影像深度。
需要说明的是，口腔扫描仪1还可以包括：光源以及数字微镜元件(DigitalMicromirror Device，DMD)10，光源用于产生照明光束，数字微镜元件10用于当照明光束入射至数字微镜元件10时，反射照明光束来形成上述投影光束L1，较佳的，数字微镜元件10与第一面111相对。需要说明的是，光源与数字微镜元件10之间还可以设置有其它光学元件，例如偏振片、透镜等，以使得照明光束能够入射至数字微镜元件10且满足实际情况(例如，空间大小、照明光束均匀等)的需求；数字微镜元件10与第一极化元件11之间可以设置有其它光学元件，例如偏振片、透镜等，以使得投影光束L1能够入射至第一极化元件11且满足实际情况的需求。当然，也可以用动态光栅产生装置或固定光栅产生装置形成上述投影光束L1，本发明实施例对此不作具体限定。
较佳的，口腔扫描仪1为共轴口腔扫描仪，数字微镜元件10、第一极化元件11、投影与取像镜片组12、第二极化元件13以及反射镜14相对光轴对称。
如图1至图3所示，第二极化元件13还包括第五面133，第五面133与第三面131相对，四分之一波片15设置于第五面133上；投影光束L1经由反射镜14反射后依次穿透第四面132、第三面131、第五面133、四分之一波片15，形成第一光束L2；第一光束L2经由待测物2反射后穿透四分之一波片15，形成取像光束L3，取像光束L3穿透第五面133入射至第三面131。
较佳的，四分之一波片15与待测物2的距离范围为0毫米至15毫米，以保证影像撷取装置16撷取的待测物2的影像后口腔扫描仪的解像能力；更进一步，四分之一波片15与待测物2的距离H为6毫米，此时，口腔扫描仪具有最佳的解像能力。
示例性的，具有第一偏振态的光束为P偏振光，具有第二偏振态的光束为S偏振光，那么，当S偏振光入射至第二面112时，被第二面112反射；当S偏振光入射至第三面131时，被第三面131反射；当P偏振光入射至第一面111时，P偏振光依次穿透第一面111与第二面112，并由第二面112射出；当P偏振光入射至第三面131时，P偏振光依次穿透第三面131与第四面132，并由第四面132射出；当P偏振光入射至第四面132时，P偏振光依次穿透第四面132与第三面131，并由第三面131射出。那么，当P偏振光入射至第一面111时，P偏振光依次穿透第一面111以及第二面112，并由第二面112射出后，依序经由投影与取像镜片组12的第一镜片121、第三镜片123、第四镜片124、第二镜片122入射至第三面131，依次穿透第三面131与第四面132，并由第四面132射出后入射至反射镜14，经由反射镜14反射依次穿透第四面132与第三面131，并由第三面131射出后穿透四分之一波片15，形成第一光束L2；第一光束L2入射至待测物2，第一光束L2经由待测物2反射穿透四分之一波片15，形成S偏振光(即P偏振光两次穿透四分之一波片后，形成S偏振光)；S偏振光入射至第三面131，经由第三面131反射入射至投影与取像镜片组12，依序经由投影与取像镜片组12的第二镜片122、第四镜片124、第三镜片123、第一镜片121入射至第二面112，经由第二面112反射入射至影像撷取装置16，以使影像撷取装置16获得待测物2的影像。当然，具有第一偏振态的光束也可以为S偏振光，具有第二偏振态的光束为P偏振光，本发明对此不作具体限定。
本发明提供的口腔扫描仪，对投影光路与影像光路做部分重叠使用，且对第一距离、第二距离进行设置，限定了进入口腔的部分的大小以及投影光路与取像光路之间的重叠部分的第三夹角的大小，这样，能够使得进入口腔的部分最小化，能够保证取像光路的能量进而保证影像撷取装置撷取的影像的亮度，且能够保证第三夹角最大化进而保证影像撷取装置撷取的影像的深度，进而，在保证进入口腔的部分最小化的基础上能够保证影像的质量。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种口腔扫描仪，其特征在于，包括：
影像撷取装置，用于撷取待测物的影像；
第一极化元件，包括：
第一面，以及
第二面，该第二面用于反射具有第二偏振态的光束，具有第一偏振态的光束入射至该第一面时会依次穿透该第一面与该第二面并由该第二面射出，该第一偏振态与该第二偏振态相异，该第二面与该影像撷取装置相对；
第二极化元件，包括：
第三面；以及
第四面，该第三面用于反射具有该第二偏振态的光束，具有该第一偏振态的光束入射至该第三面时会依次穿透该第三面与该第四面并由该第四面射出，具有该第一偏振态的光束入射至该第四面时会依次穿透该第四面与该第三面并由该第三面射出；
四分之一波片，与该第三面相对并与该第三面具有第一夹角；
反射镜，与该第四面相对，该反射镜的距离该待测物较近的一端朝向该第四面倾斜，该反射镜所在的平面与该第四面所在的平面具有第二夹角；以及
投影与取像镜片组，设置于该第一极化元件与该第二极化元件之间且与该第二面以及该第三面相对，该投影与取像镜片组包括第一镜片与第二镜片，该第一镜片为该投影与取像镜片组中与该第一极化元件距离最近的镜片，该第二镜片为该投影与取像镜片组中与该第二极化元件距离最近的镜片，该第一极化元件与该第一镜片之间具有第一距离，该第二极化元件与该第二镜片之间具有第二距离，该第二距离小于等于该第一距离，该第一距离与该第二距离之和位于第一预定范围之间；
其中，当具有该第一偏振态的投影光束入射至该第一面时，该投影光束依次穿透该第一面以及该第二面，并由该第二面射出后依序经由该第一镜片、该第二镜片入射至该第三面，然后依次穿透该第三面与该第四面并由该第四面射出后入射至该反射镜，再经由该反射镜反射后依次穿透该第四面、该第三面、该四分之一波片后形成第一光束；该第一光束入射至该待测物并被该待测物反射后穿透该四分之一波片，形成具有该第二偏振态的取像光束，该取像光束入射至该第三面并被该第三面反射后入射至该投影与取像镜片组，依序经由该第二镜片、该第一镜片后入射至该第二面，并被该第二面反射后入射至该影像撷取装置，以使该影像撷取装置获得该待测物的影像。
2.如权利要求1所述的口腔扫描仪，其特征在于，该第一预定范围为大于等于60毫米且小于等于100毫米。
3.如权利要求1所述的口腔扫描仪，其特征在于，还包括：
光源，用于产生照明光束；
数字微镜元件，用于当该照明光束入射至该数字微镜元件时，反射该照明光束来形成该投影光束，该数字微镜元件与该第一面相对。
4.如权利要求1所述的口腔扫描仪，其特征在于，该第一夹角为45度。
5.如权利要求1所述的口腔扫描仪，其特征在于，该第二极化元件还包括第五面，该第五面与该第三面相对，该四分之一波片设置于该第五面上；该投影光束经由该反射镜反射后依次穿透该第四面、该第三面、该第五面、该四分之一波片，形成该第一光束；该第一光束经由该待测物反射后穿透该四分之一波片形成该取像光束，该取像光束穿透该第五面后入射至该第三面。
6.如权利要求1所述的口腔扫描仪，其特征在于，该四分之一波片与该待测物的距离范围为0毫米至15毫米。
7.如权利要求6所述的口腔扫描仪，其特征在于，该四分之一波片与该待测物的距离为6毫米。
8.如权利要求1所述的口腔扫描仪，其特征在于，该第二夹角大于0度且小于等于5度。
9.如权利要求8所述的口腔扫描仪，其特征在于，该第二夹角为2.5度。
10.如权利要求1所述的口腔扫描仪，其特征在于，该第一极化元件、该投影与取像镜片组、该第二极化元件以及该反射镜相对光轴对称。
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