CN108938129A - 口腔扫描机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种口腔扫描机，其包含机壳、设置于机壳内的投影光源、反射板件、光穿透板件及位于投影光源的一侧的收光感测器。反射板件反射投影光源的投影光线穿过机壳的出光口入射至待扫描物件；投影光源的投影光轴与收光感测器的收光光轴之间具有第一倾斜角度夹角，收光感测器具有收光角度范围以用来接收在入射至待扫描物件后经反射板件反射回收光感测器的投影光线。投影光轴与光穿透板件的法线之间具有第二倾斜角度夹角，以使被光穿透板件反射的投影光线的反射角度范围落在收光角度范围之外。该口腔扫描机中被光穿透板件反射的投影光线不会落在收光感测器的收光角度范围内，改善了口腔扫描机的影像辨识与建模品质。

Description

口腔扫描机

技术领域

本发明涉及一种口腔扫描机，尤其涉及一种投影光源与光穿透板件之间具有倾斜角度的口腔扫描机。

背景技术

现有技术中，在建立三维齿模的过程中，使用者(如医护人员等)通常会以手持口腔扫描机(Intraoral scanner,IOS)的方式针对患者口腔内的上下颚区域进行光学扫描，其扫描方式为使用口腔扫描机内的投影光源投射扫描光线(例如以数字光学处理(DigitalLight Processing,DLP)投影操作投射的特定图案结构光、或者以激光光源投射的线性激光光束)，在经过反射板件反射扫描光源穿过口腔扫描机的出光口后入射至患者牙齿，接着再使用口腔扫描机内的收光感测器接收在入射至牙齿后经反射板件反射回收光感测器的扫描光线，如此即可在透过后端主机进行影像辨识合成后，在荧幕上显示出相对应的三维齿模，以用于后续植牙或假牙制作参考。

然而，在上述投射至牙齿的过程中，扫描光线往往会在通过设置在投影光源与反射板件之间的偏光片或是覆盖出光口的防尘透光片时产生反射，使得部分光线返回收光感测器，造成收光杂讯或是严重的鬼影现象，从而导致影像辨识合成失真甚至无法采用的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投影光源与光穿透板件之间具有倾斜角度的口腔扫描机，以解决上述问题。

根据本发明之一实施例，本发明之口腔扫描机包含一机壳、一投影光源、一反射板件、一收光感测器，以及一光穿透板件。该机壳具有一出光口。该投影光源设置于该机壳内。该反射板件斜向设置于该机壳内对应该出光口之位置，用来反射该投影光源之一投影光线穿过该出光口入射至一待扫描物件。该收光感测器设置于该机壳内且位于该投影光源之一侧，该投影光源之一投影光轴与该收光感测器之一收光光轴夹一第一倾斜角度，该收光感测器具有一收光角度范围以用来接收在入射至该待扫描物件后经该反射板件反射回该收光感测器之该投影光线。该光穿透板件选择性地设置于该投影光源与该反射板件之间或是覆盖该出光口，该投影光源之该投影光轴与该光穿透板件之一法线夹一第二倾斜角度，以使被该光穿透板件反射之该投影光线之一反射角度范围落在该收光角度范围之外。

与现有技术相比，本发明提供的口腔扫描机通过对投影光轴与光穿透板件的法线之间的倾斜角度的设计，确保口腔扫描机中被光穿透板件反射的投影光线不会落在收光感测器的收光角度范围内，以有效地解决现有技术中因收光杂讯或是严重鬼影现象导致影像辨识合成失真甚至无法采用的问题，从而大大地改善口腔扫描机的影像辨识与建模品质。

附图说明

图1为本发明第一实施例的口腔扫描机的部分内部简示图。

图2为本发明第一实施例的口腔扫描机的投影光源与收光感测器以及光穿透板件的光路简示图。

图3为本发明第一实施例的口腔扫描机的投影光线的反射角度范围落在收光角度范围之外的简示图。

图4为本发明另一实施例的光穿透板件与投影光源以及收光感测器的光路简示图。

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。

在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。

请参阅图1以及图2，图1为本发明第一实施例的口腔扫描机10的部分内部简示图，图2为图1口腔扫描机的投影光源14与收光感测器18以及光穿透板件20的光路简示图，口腔扫描机10可采用常见的齿模扫描技术(例如投射特定图案的结构光(可以是以数字光学处理投影等技术进行投射)、或者以激光光源投射线性激光光束等扫描技术)以针对待扫描物件(如患者牙齿)进行影像扫描，至于针对扫描原理的相关描述，其常见于先前技术中，于此不再赘述。如图1以及图2所示，口腔扫描机10包含机壳12、投影光源14、反射板件16、收光感测器18，以及光穿透板件20。机壳12具有出光口22以允许投影光源14的投影光线通过而入射至待扫描物件。投影光源14(如发光二极管光源、激光光源等)设置于机壳12内且具有发光角度范围24，以用来沿着投影光轴L₁投射投影光线。反射板件16斜向设置于机壳12内并对应出光口22的位置，以用来反射投影光源14的投影光线穿过出光口22入射至待扫描物件进行影像扫描。收光感测器18设置于机壳12内且位于投影光源14的一侧，投影光源14的投影光轴L₁与收光感测器18的收光光轴L₂之间的夹角为第一倾斜角度θ₁，为便于后续描述和计算，设定θ₁≥0，收光感测器18具有收光角度范围26以用来接收在入射至待扫描物件后反射并经反射板件16反射回收光感测器18的投影光线，如此即可在透过后端主机进行影像辨识合成后，于荧幕上显示出相对应的三维齿模，以供后续植牙或假牙制作参考之用。

图2为本发明第一实施例的口腔扫描机的投影光源与收光感测器以及光穿透板件的光路简示图，实际上，大部分光线经由光穿透板件20后，经由待扫描物的反射，再次穿过光穿透板件20并射向收光感测器18，即经由光穿透板件20的入射面28的光线的入射位置和返回光线的出射位置并不位于同一点，二者具有微小的距离。图2中作简化处理以便于角度的理解和分析，并省略了反射板件16的光路部分，其并不代表实际的光线走向。图2代表了光穿透板件20设置于投影光源14与反射板件16之间的情况。另外，图2还可用于代表光穿透板件20设置于覆盖出光口22的情况，如图1所示，投影光源发射的投影光线以及反射回收光感测器的投影光线于反射板件的虚像，或者说，投影光源发射的投影光线以及反射回收光感测器的投影光线的延长线相交获得的夹角为第一倾斜角度θ₁；而反射板件与光穿透板件之间发射的投影光线与反射回的投影光线的延长线相交获得的夹角亦等于第一倾斜角度θ₁(可以通过光学反射定律推导得出，在此不再赘述)，故此以简化的图2表示存在的上述两种情况。

由图1可知，较佳的，光穿透板件20为一保护透光片且覆盖出光口22以产生防尘保护功效，投影光源14的投影光轴L₁与光穿透板件20的法线N可以存在第二倾斜角度θ₂(为后续计算方便，设定θ₂≥0)，以使被光穿透板件20反射的投影光线落在收光角度范围26之外。更详细地说，请参阅图2以及图3，图3为图2的投影光线的反射角度范围15落在收光角度范围26之外的简示图，如图2以及图3所示，光穿透板件20具有入射表面28以及出射表面30，入射表面28与出射表面30彼此相对平行且具有法线N而与投影光轴L₁之间的夹角为第二倾斜角度θ₂，较佳的，口腔扫描机10可采用以光半角定义光线收发范围的参数设定，也就是说，投影光源14的发光半角可设定为θ_p(θ_p≥0)，定义相对于投影光轴L₁的发光角度范围24为[-θ_p，θ_p]；收光感测器18的收光半角可设定为θ_c(θ_c≥0)，定义相对于收光光轴L₂的收光角度范围26为[-θ_c-θ₁，θ_c-θ₁]，且透过光学反射定律推导，第二倾斜角度θ₂相对于法线N定义反射角度范围15为[-θ_p-2θ₂，θ_p-2θ₂]，藉此，口腔扫描机10可较佳地根据反射角度范围15必须落在收光角度范围26外(如图3所示，即反射角度范围15的最小反射光角度大于或等于收光角度范围26的最大收光角度，或是反射角度范围15的最大反射光角度小于或等于收光角度范围26的最小收光角度)的设定，得出下列公式：

(-θ_p-2θ₂)≧(+θ_c-θ₁)；或

(+θ_p-2θ₂)≦(-θ_c-θ₁)。

如此一来，口腔扫描机10即可透过上述公式计算出光穿透板件20的法线N与投影光轴L₁之间所夹的第二倾斜角度θ₂的倾斜调整范围公式(如下所示)，进而以适当地调整第二倾斜角度θ₂的方式确保被光穿透板件20反射的投影光线的反射角度范围15可落在收光感测器18的收光角度范围26之外。

0≤θ₂≤(-θ_p-θ_c+θ₁)/2；或

θ₂≥(θ_p+θ_c+θ₁)/2。

举例来说，假设投影光源14的发光半角θ_p等于3.47°以相对于投影光轴L₁定义发光角度范围24为[-3.47°，3.47°]、第一倾斜角度θ₁等于8.3°、收光感测器18的收光半角θ_c等于3.56°以相对于收光光轴L₂定义收光角度范围26为[-3.56°-8.3°，3.56°-8.3°]，以及第二倾斜角度θ₂相对于法线N定义反射角度范围15为[-3.47°-2θ₂，3.47°-2θ₂]，藉此，口腔扫描机10即可根据上述公式计算出第二倾斜角度θ₂的倾斜调整范围为θ₂≦0.635°或θ₂≧7.665°，从而协助使用者可据以适当地调整光穿透板件20的倾斜程度，以使第二倾斜角度θ₂符合上述范围而避免收光杂讯或鬼影现象。

在实际应用中，假设根据量测结果得到光穿透板件20的法线N实际与投影光轴L₁之间所夹的第二倾斜角度θ₂等于4.15°，由上述可知，由于实际量测所得的第二倾斜角度θ₂不符合上述计算所得的范围(即θ₂≦0.635°或θ₂≧7.665°)，因此可预期收光感测器18所接收到的影像会产生收光杂讯或是鬼影现象，在此情况下，使用者可参照上述范围将如图1所示的光穿透板件20向上倾斜5°(但不受此限，其欲调整的倾斜角度大小可根据口腔扫描机10的实际应用而有所增减)，以将光穿透板件20的法线N与投影光轴L₁之间所夹的第二倾斜角度θ₂调整至-0.85°而符合上述范围(即θ₂≦0.635°或θ₂≧7.665°)。如此一来，本发明即可确保口腔扫描机10中被光穿透板件20反射的投影光线不会落在收光感测器18的收光角度范围26内，以有效地解决上述先前技术中所提到的因收光杂讯或是严重鬼影现象导致影像辨识合成失真甚至无法采用的问题，从而大大地改善口腔扫描机10的影像辨识与建模品质。

本发明的光穿透元件可不限于上述实施例，其亦可为其他设置在口腔扫描机内且会造成光线反射的光学元件，举例来说，在另一实施例中，本发明的光穿透板件可至少包含一偏光片(可用来改变投影光线的偏极性)且设置于投影光源与反射板件之间，在此配置下，本发明可根据上述公式计算出偏光片的法线与投影光源的投影光轴之间所夹的倾斜角度的倾斜调整范围，藉以协助使用者可据以适当地调整偏光片的倾斜程度，以使偏光片的法线与投影光源的投影光轴之间所夹的倾斜角度符合上述范围而有效地避免收光杂讯以及鬼影现象，至于针对此实施例的其他相关详细描述，其可参照上述实施例类推，于此不再赘述。

另外，可以通过光穿透板件的材质选择和镀层处理，增加投影光线的投射效率，例如光穿透板件选择高透射性的玻璃材质，在光穿透板件的表面涂敷或镀有采用增透膜，优选的，增透膜的厚度h与光源主波长λ的关系为：h＝(n+1/4)*λ，通过光的干涉原理抵消反射的光线能量。

值得一提的是，上述光穿透板件的结构设计可不限于上述实施例，举例来说，请参照图4，其为根据本发明另一实施例所提出的光穿透板件20’与投影光源14以及收光感测器18的光路简示图，在此实施例中所述的元件与上述实施例中所述的元件编号相同者，表示其具有相似的功能或结构，于此不再赘述。图4中对光路作简化处理以便于角度的理解和分析，并省略了反射板件16的光路部分，其并不代表实际的光线走向。如图4所示，光穿透板件20’可具有入射表面28’以及出射表面30’，入射表面28’垂直于投影光轴L₁，出射表面30’相对于入射表面28’向外倾斜第二倾斜角度θ₂，出射表面30’具有法线N而与投影光轴L₁之间所夹的第二倾斜角度θ₂，投影光源14的投影光轴L₁与收光感测器18的收光光轴L₂之间所夹的第一倾斜角度θ₁，在实际应用中，假设光穿透板件20’的折射率为n(光穿透板件20’外的空气折射率为1)，投影光源14的发光半角θ_p相对于投影光轴L₁定义发光角度范围24为[-θ_p，θ_p]，收光感测器18的收光半角θ_c相对于收光光轴L₂定义收光角度范围26为[-θ_c-θ₁，θ_c-θ₁]，反射角度范围相对于投影光轴L₁的上反射角度以及下反射角度分别设定为θ_b以及θ_a，藉此，透过光学折射与反射定律推导，本发明可较佳地根据反射角度范围必须落在收光角度范围26外(即反射角度范围的最小反射光角度大于或等于收光角度范围26的最大收光角度，或是反射角度范围的最大反射光角度小于或等于收光角度范围26的最小收光角度)的设定，得出下列公式。

以及

θ_b≧(θ_c-θ₁)或θ_a≦(-θ_c-θ₁)。

如此一来，本发明可使用计算机根据上述公式进行三角函数数值运算后计算出光穿透板件20’的法线N与投影光轴L₁之间所夹的第二倾斜角度θ₂的倾斜调整范围，藉以协助使用者可适当地调整光穿透板件20’的倾斜程度以使第二倾斜角度θ₂符合上述倾斜调整范围，从而确保被光穿透板件20’反射的投影光线的反射角度范围可落在收光感测器18的收光角度范围26之外，以有效地解决先前技术中所提到的因收光杂讯或是严重鬼影现象导致影像辨识合成失真甚至无法采用的问题。

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)

1.一种口腔扫描机，其特征在于，包含：

机壳，具有一个出光口；

投影光源，设置于该机壳内；

反射板件，斜向设置于该机壳内并对应该出光口的位置，用来反射该投影光源的投影光线以使该投影光线穿过该出光口并入射至待扫描物件；

收光感测器，设置于该机壳内且位于该投影光源的一侧，该投影光源的投影光轴与该收光感测器的收光光轴之间的夹角为第一倾斜角度，该收光感测器具有收光角度范围以用来接收在入射至该待扫描物件后反射并经该反射板件反射回该收光感测器方向的该投影光线；以及

光穿透板件，选择性地设置于该投影光源与该反射板件之间或者覆盖该出光口，该投影光源的该投影光轴与该光穿透板件的法线之间的夹角为第二倾斜角度，以使被该光穿透板件反射的该投影光线的反射角度范围落在该收光角度范围之外。

2.如权利要求1所述的口腔扫描机，其特征在于：该光穿透板件具有入射表面以及出射表面，该入射表面与该出射表面彼此相对平行且均具有该法线，其中该法线与该投影光轴之间的夹角为该第二倾斜角度。

3.如权利要求2所述的口腔扫描机，其特征在于：该投影光源的发光半角为θ_p，该投影光源相对于该投影光轴的发光角度范围为[-θ_p，θ_p]；该第一倾斜角度为θ₁，该收光感测器的收光半角为θ_c，该收光感测器相对于该收光光轴的该收光角度范围为[-θ_c-θ₁，θ_c-θ₁]，该第二倾斜角度为θ₂；其中，θ_p≥0，θ₁≥0，θ_c≥0，θ₂≥0；

其中，相对于该法线的该反射角度范围为[-θ_p-2θ₂，θ_p-2θ₂]，且符合下列公式：

0≤θ₂≤(-θ_p-θ_c+θ₁)/2；或

θ₂≥(θ_p+θ_c+θ₁)/2。

4.如权利要求1所述的口腔扫描机，其特征在于：该光穿透板件具有入射表面以及出射表面，该入射表面垂直于该投影光轴，该出射表面相对于该入射表面向外倾斜该第二倾斜角度且具有该法线，其中该法线与该投影光轴之间的夹角为该第二倾斜角度。

5.如权利要求4所述的口腔扫描机，其特征在于：该光穿透板件的折射率为n，该投影光源的发光半角为θ_p，该投影光源相对于该投影光轴的发光角度范围为[-θ_p，θ_p]；该第一倾斜角度为θ₁，该收光感测器的收光半角为θ_c，该收光感测器相对于该收光光轴的该收光角度范围为[-θ_c-θ₁，θ_c-θ₁]，该第二倾斜角度为θ₂；其中，θ_p≥0，θ₁≥0，θ_c≥0，θ₂≥0；

其中，该反射角度范围相对于该投影光轴的上反射角度为θ_b，该反射角度范围相对于该投影光轴的下反射角度为θ_a，且符合下列公式：

其中，θ_b≧(θ_c-θ₁)或θ_a≦(-θ_c-θ₁)。

6.如权利要求3或5所述的口腔扫描机，其特征在于：根据该公式获得该反射角度范围的倾斜调整范围，以协助使用者适当地调整该光穿透板件的倾斜程度。

7.如权利要求1所述的口腔扫描机，其特征在于：该光穿透板件设置于该投影光源与该反射板件之间时，还包括：该光穿透板件至少包含一个偏光片，且该偏光片设置于该投影光源与该反射板件之间。

8.如权利要求1所述的口腔扫描机，其特征在于：该光穿透板件覆盖该出光口时，还包括：该光穿透板件为保护透光片且覆盖该出光口。

9.如权利要求1所述的口腔扫描机，其特征在于：该投影光源投射的投影光线为特定图案的结构光，或线性激光光束。

10.如权利要求1所述的口腔扫描机，其特征在于：该投影光源包括：发光二极管光源、或激光光源。