CN113840568A - 三维口腔扫描仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维口腔扫描仪，尤其，涉及如下的三维口腔扫描仪，即，本发明包括：壳体，能够向口腔内部引入或从口腔内部引出，形成有开口部，所述开口部开口，使得上述口腔内部的状态(以下，简称为影像)通过一端部以光的形态入射到内部；至少一个摄像头，配置于上述壳体的内部，以使通过上述壳体的开口部射入的光通过的方式配置；投光仪，配置于上述至少一个摄像头的一侧，通过上述开口部向上述口腔内部照射光；以及单一偏光滤光器，位于上述至少一个摄像头与上述开口部之间，并位于从上述至少一个摄像头的前端隔开设定距离d的位置，根据本发明，可提供对产品实现细薄化制造并提高测定对象物的测定可靠性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及三维口腔扫描仪(3-DIMENSIONAL INTRAORAL SCANNER)，更详细地，涉及可通过至少一个摄像头轻松测定测定对象物的三维口腔扫描仪。
背景技术
通常，口腔扫描仪为通过插入于牙科患者的口腔内来以非接触式扫描牙齿并生成与牙列相关的三维扫描模型的光学装置。
利用单一摄像头并利用从多个视野(view)测定的影像来获取三维信息的现有技术为在不同的时间点利用影像的坐标系来求得物体与摄像头之间的距离信息的方法，将在整合连续拍摄的影像信息来在各个影像中查找相同的物体后，利用投影图(projection)提取物体的距离信息。因此，在三维信息处理方面存在困难，计算量将变多，近来用于将从两个以上的摄像头获得的图像用于其中的立体视觉(stereo vision)方式的口腔扫描仪。
但是，在利用立体视觉方式的三维数据测定中，至少需要两个摄像头且两个摄像头需沿着相同方向朝向测定对象，因而在用于收容两个摄像头的口腔扫描仪内部空间的应用方面存在制约，产品的整体大小将增大，器具的设计、制造变得困难。
图1为利用口腔扫描仪的三维信息获取示意图及偏光板应用示意图。
通常，为了利用口腔扫描仪来形成与口腔内的牙齿相关的三维扫描模型，如图1中的(a)部分所示，将采用向作为测定对象物O的牙齿投射结构光并通过获取反射回来的光线来由此获取三维数据的方式。
即，从光发生部170发生的光透过投影仪透镜171来在将作为测定对象物O的牙齿包括在内的口腔内部反射后，通过摄像头透镜121向内部射入，从而通过成像传感器130获取三维数据。
为了以这种方式获取与牙齿相关的精密表面数据，使得所投射的结构光准确投射到作为测定对象物O的表面的牙齿并获取数据则尤为重要。但是，若表面材质为牙齿等内部反射(Inner reflection)材质而不是石膏模型等的在表面反射所投射的光线的表面反射(Surface reflection)材质，则会因所投射的光线分别在测定对象物的表面反射以及透到材质内部后反射等的影响，很难获取准确的三维数据，这成了一个技术问题。
为了解决这种问题，正在研究及开发利用光学波动特性来获取仅从测定对象物的内部反射材质的表面反射的光线的多个方法(例如，利用偏光板的方法)，即使利用偏光板，也会因精密的轴(axis)调节及偏光板自身的表面反射等问题而在以没有三维数据损失的方式采用的过程中存在困难。
并且，如图1中的(b)部分所示，在采用偏光板的情况下，需在光从光发生部170向测定对象物O投射之前的投射路径上设置第一偏光板180a，需在从测定对象物O反射后射入摄像头透镜121之前的射入路径上设置第二偏光板180b，而对于单一摄像头而言，这意味着需设置至少两个偏光板180a、180b，进而，对于采用立体视觉方式的情况而言，这意味需设置3个偏光板，这导致很难实现产品的整体细薄化设计。
发明内容
技术问题
本发明的一目的在于提供如下的三维口腔扫描仪，即，可对测定对象物进行测定并可确保三维图像数据，不仅如此，能够以便于使用人员把持的方式实现本体壳体的细薄化制造。
并且，本发明的再一目的在于提供如下的三维口腔扫描仪，即，在对测定对象物进行测定的过程中，可通过去除因牙齿等的内部反射物质而产生的内部反射光来实现更鲜明、精密的测定。
并且，本发明的还有一目的在于提供如下的三维口腔扫描仪，即，可对以可引入到患者的口腔内部的方式设置的前端壳体实现细薄化制造，可提供不产生重影或噪声的最佳设计方案。
本发明的目的并不限定于以上所提及的目的，本领域技术人员可通过以下的记述来明确理解未提及的其他目的。
技术方案
用于实现上述目的的本发明一实施例的三维口腔扫描仪包括：壳体，能够向口腔内部引入或从口腔内部引出，形成有开口部，所述开口部开口，使得上述口腔内部的状态(以下，简称为影像)通过一端部以光的形态入射到内部；至少一个摄像头，配置于上述壳体的内部，以使通过上述壳体的开口部射入的光通过的方式配置；投光仪，配置于上述至少一个摄像头的一侧，通过上述开口部向上述口腔内部照射光；以及单一偏光滤光器，位于上述至少一个摄像头与上述开口部之间，并位于从上述至少一个摄像头的前端隔开设定距离d的位置。
其中，上述设定距离d可设定为从上述投光仪向上述口腔内部投射的投射视角与从上述口腔内部反射后向上述至少一个摄像头射入的图像视角互不重叠的距离。
并且，上述设定距离d可设定为使得从上述投光仪向上述口腔内部投射的光并不以通过上述单一偏光滤光器反射的反射光形态向上述至少一个摄像头射入。
并且，假设上述单一偏光滤光器越靠近上述至少一个摄像头就越使得上述单一偏光滤光器的上下宽度及左右宽度(以下，简称为总大小)增加时，上述设定距离d可设定在上述单一偏光滤光器的总大小最小的位置。
并且，上述设定距离d满足以下数学式，
数学式：
其中，d为上述设定距离，lp为从投光仪到影像为止的距离，li为从一侧摄像头透镜到影像为止的距离，Qt为三角测量角度，D为一侧摄像头透镜的口径，α为投射视角。
并且，上述壳体可包括：本体壳体，内置上述至少一个摄像头以及用于驱动其的各种电气部件；以及前端壳体，与上述本体壳体的一端部相结合，形成有上述开口部，上述单一偏光滤光器能够以使上述设定距离d位于上述前端壳体的方式设置。
并且，在上述前端壳体的内部，用于使上述单一偏光滤光器的上端及下端插入设置的上端设置筋及下端设置筋可形成为一体。
并且，上述前端壳体能够以具备上述设定距离d并根据从一端部到另一端部为止测定的长度来具备不同长度的暗室的方式按多种数据制造而成，能够以可拆装的方式与上述本体壳体的一端部相结合，以便相对于上述本体壳体的一端部轻松分离更换。
并且，在上述前端壳体中，可根据上述暗室的长度来在满足上述设定距离d的不同的位置已固定上述单一偏光滤光器。
本发明再一实施例的三维口腔扫描仪包括：壳体，能够向口腔内部引入或从口腔内部引出，形成有开口部，所述开口部开口，使得上述口腔内部的状态(以下，简称为影像)通过一端部以光的形态入射到内部；至少一个摄像头，配置于上述壳体的内部，以使通过上述壳体的开口部射入的光通过的方式配置；投光仪，配置于上述至少一个摄像头的一侧，通过上述开口部向上述口腔内部照射光；以及单一偏光滤光器，位于上述至少一个摄像头与上述开口部之间，以使从上述投光仪向上述口腔内部投射的投射视角与从上述口腔内部反射后向至少一个摄像头射入的图像视角互不重叠的方式水平配置。
本发明还有一实施例的三维口腔扫描仪包括：壳体，能够向口腔内部引入或从口腔内部引出，设置有用于对向本体内部射入的射入光及从本体内部射出的射出光进行反射的反射部件；一对立体摄像头，配置于上述壳体的内部，以使通过上述壳体的反射部件射入的射入光分别沿着不同的路径通过的方式配置；投光仪，配置于上述一对立体摄像头之间，通过上述反射部件来向上述口腔内部照射上述射出光；以及单一偏光滤光器，位于上述一对立体摄像头与上述反射部件之间，以与上述投光仪平行的方式配置。
有益效果
根据本发明一实施例的三维口腔扫描仪，可实现如下的多种效果。
第一，使得附着有成像传感器的成像板与本体壳体的内侧壁相结合并使得射入光被折射或变更，从而能够以便于使用人员把持的方式实现本体壳体的细薄化制造。
第二，可通过单一偏光滤光器来以没有从测定对象物产生的图像数据损失的方式实现准确的扫描，因而可提高产品的可靠性。
第三，可通过提出单一偏光滤光器的最佳位置设计方案来实现可引入到的患者的口腔内部的前端壳体的细薄化设计。
附图说明
图1为利用口腔扫描仪的三维信息获取示意图及偏光板应用示意图。
图2为示出本发明的三维口腔扫描仪的一实施例的立体图。
图3为图2的分解立体图。
图4为沿着图2中的A-A线截取的剖视图。
图5为示出利用图2中的结构中的一对立体摄像头的光路径的立体图。
图6为用于说明图2中的结构中的单一偏光滤光器的位置设计的俯视示意图。
图7为示出图6中的图像视角、投射视角及三角测量角度的俯视示意图。
图8为可视性地示出本发明一实施例的三维口腔扫描仪的结构中的至少一个摄像头及投光仪的固定部及单一偏光滤光器的固定部的示意图。
图9为示出图8中的结构中的至少一个摄像头及投光仪的理想设置模型的示意图。
图10为例示图8中的结构中的至少一个摄像头及投光仪的设置公差产生状态的多种示意图。
图11为示出利用单一偏光滤光器的情况下的效果的示意图。
图12为示出利用单一偏光滤光器的情况下的其他效果的示意图。
附图标记说明
1：三维口腔扫描仪 10：壳体
11：本体壳体 12：下部壳体
13：上部壳体 14：前端壳体
16：开口部 17：射入射出光路径部
20：一对立体摄像头 21：一侧立体摄像头
22：另一侧立体摄像头 31a、32a：成像板
31b、32b：成像传感器 41、42：光路径变更镜
50：摄像头安装部 51、52：射入光路径部
53：射出光路径部 60：反射部件
70：投光仪 80：单一偏光滤光器
81：下端设置筋 91：投射视角
92a、92b：图像视角 100：测定对象物
具体实施方式
以下，通过例示性的附图详细说明本发明的部分实施例。需留意的是，在对各个附图中的多个结构要素赋予附图标记的过程中，即使出现在不同的附图中，也尽可能对相同的结构要素赋予相同的附图标记。并且，在对本发明的实施例进行说明的过程中，在判断为对相关的公知结构或功能所进行的具体说明阻碍对于本发明实施例的理解的情况下，将省略其详细说明。
在对本发明实施例的结构要素进行说明的过程中，可使用“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”、“(b)”等术语。这些术语仅用于区分该结构要素和其他结构要素，该结构要素的本质、序列或顺序等并不限定于该术语。并且，只要没有其他定义，则包括技术术语和科技术语在内的在本说明书中使用的所有术语的含义与本发明所属技术领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。通常使用的词典中定义的术语应被解释成其含义与相关技术的文脉中的含义一致，若未在本申请中明确定义，则不解释成理想化的含义或过分形式化的含义。
图2为示出本发明的三维口腔扫描仪的一实施例的立体图，图3为图2的分解立体图，图4为沿着图2中的A-A线截取的剖视图，图5为示出利用图2中的结构中的一对立体摄像头的光路径的立体图，图6为用于说明图2中的结构中的单一偏光滤光器的位置设计的俯视示意图。
如图1至图4所示，在本发明的三维口腔扫描仪的一实施例中，本发明包括可向口腔内部引入或从口腔内部引出的壳体10。
可在壳体10的内部配置至少一个摄像头20。即，虽然未图示，但至少一个摄像头20可作为单一摄像头20来配置于壳体10的内部。并且，如图3所示，至少一个摄像头20可作为一对立体摄像头20来配置于壳体10的内部。
在此情况下，在至少一个摄像头20配置成一对立体摄像头20的情况下，能够以可使得从壳体10的一端部射入的光分别沿着不同的路径通过的方式沿着壳体10的宽度方向隔开配置。以下，为了便于说明，以至少一个摄像头20配置于壳体10内部作为前体来进行说明，但应注意的是，并不完全排除采用单一摄像头20的情况。
其中，“光”为广义的含义，意味着可用人眼看到的可视光线区域的光，可以是包括可利用特殊的光学装置观察到的红外线或紫外线区域中的光在内的概念，从狭义上来讲，可指所要测定的患者的口腔内部的状态(以下，简称为“影像”)。
因此，可在壳体10设置以通过一端部来按光的形态使影像向内部流入的方式开口的开口部16。开口部16可以是使得壳体10外部的光向壳体10的内部流入的入口。通过开口部16射入的光分别形成不同的光路径，并分别透过一对立体摄像头20。透过一对立体摄像头20的光将通过在后述的成像板31a、32a所设置的成像传感器31b、32b来拍摄影像。
其中，影像可同时通过2个图像数据来获取，只要知道一对立体摄像头20的隔开距离及通过各个立体摄像头20拍摄的目标位置的焦距，则可确保影像的三维影像数据。
虽未具体示出，但一对立体摄像头20可包括可对口腔内的影像调节焦点的至少2个透镜。
为此，在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，还可包括成像板31a、32a，上述成像板31a、32a设置有对透过一对立体摄像头20的光分别进行成像处理的成像传感器31b、32b。并且，在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，还可包括：摄像头控制板，安装有用于对一对立体摄像头20的工作进行控制的电气部件；以及扫描控制板，安装有用于对已扫描的图像进行处理的电气部件。
参照图2至图4，壳体10起到以内置一对立体摄像头20、成像板31a、32a和摄像头控制板(未图示)以及扫描控制板(未图示)的方式提供规定空间的作用。
参照图3，更详细地，壳体10包括本体壳体11，上述本体壳体11包括：下部壳体12，形成有用于内置上述结构的规定空间；以及上部壳体13，设置于下部壳体12的上侧，以可拆装的方式与下部壳体12相结合，由此遮盖上述结构。
而且，壳体10还可包括前端壳体14，上述前端壳体14与本体壳体11的一端部相结合，形成有射入射出光路径部17，上述射入射出光路径部17用于对通过形成上述开口部16来通过开口部16向本体壳体11内部射入的光及通过开口部16从本体壳体11内部射出的光进行引导。
前端壳体14的内部形成不使后述的射入光及射出光漏光的暗室85形态，暗室85能够以根据所要测定的患者的年龄及口腔特征具备不同长度的方式形成。
例如，若所要测定的患者为儿童，则优先选择前端壳体14的总长度相对小的，在此情况下，暗室85的长度也可被制造成相对较小。
而且，若所要测定的患者为成人，则优先选择前端壳体14的总长度相对大的，在此情况下，暗室85的长度也可被制造成相对较大。
即，前端壳体14与本体壳体11的一端部相结合，并能够以根据从一端部到另一端部为止测定的长度来具备不同长度的暗室的方式按多种数据制造而成，以可根据所要测定的患者轻松进行分离及更换，能够以可拆装的方式与本体壳体11的一端部相结合。
但是，将在暗室85设置后述的单一偏光滤光器80，暗室85的长度可在能够满足用于设定后述的单一偏光滤光器80的位置的设定距离d的范围内制造成多种长度，在此情况下，单一偏光滤光器80可通过已固定于满足以上设定距离d的不同位置来实现多种数据的前端壳体14的更换使用。
其中，通过开口部16向本体壳体11内部射入的光(以下称为“射入光”)意味着作为患者口腔内部的状态的影像，通过开口部16从本体壳体11的内部射出的光(以下称为“射出光”)意味着从后述的投光仪70照射的照射光。
前端壳体14的内部结构可形成可使得上述射入光和射出光轻松照射壳体10的内外部的光引导结构。而且，开口部16能够以沿着相对于前端壳体14的长度方向正交的一侧方向开口的方式形成，可在开口部16配置后述的反射部件60。
如上所述，一对立体摄像头20的前端部以被收敛的方式配置在前端壳体14侧，能够以在前端壳体14侧重叠规定距离的方式配置。而且，一对立体摄像头20的后端部能够以与固定在本体壳体11内部的摄像头安装部50相连接的方式设置。
另一方面，在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，如图3及图4所示，还可包括投光仪70，上述投光仪70配置于壳体10的内部，通过一对立体摄像头20之间来释放规定的射出光，通过在壳体10中的前端壳体14的前端部所形成的开口部16来照射上述射出光。
而且，在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，如图3至图5所示，还可包括单一偏光滤光器80，位于一对立体摄像头20与开口部16之间，位于从一对立体摄像头20的前端隔开设定距离d的位置。
在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，如上所述的结构将配置于壳体10的内部，以从使用人员的角度轻松把持并使用本发明的三维口腔扫描仪1的方式实现本体壳体11的细薄化制造，不仅如此，能够以从牙科患者的角度轻松向口腔引入或从口腔引出的方式尽可能长、细薄地形成前端壳体14，从而提出最佳的配置结构。
其中，如之后所述的内容，本体壳体11的细薄化设计与按照分别通过一对立体摄像头20射入的射入光单独设置的成像传感器31b、32b的配置设计有关，另一方面，如之后所述的内容，前端壳体14的细薄化设计与单一偏光滤光器80的配置设计有关。
以下，更详细地对本体壳体11的细薄化设计方案进行说明。
如图3所示，可在壳体10的内部配置摄像头安装部50，上述摄像头安装部50形成作为透过一对立体摄像头20的射入光或从投光仪70照射的射出光的路径的导光管，使得一对立体摄像头20的一端部朝向前端壳体14侧突出配置，使得一对立体摄像头的另一端部实现插入设置。
形成于摄像头安装部50的导光管可形成暗室形态，以使从开口部16射入的射入光和从投光仪70照射的射出光互相被划分且不产生影像。
即，导光管可包括：射出光路径部53，对从投光仪照射的射出光提供到前端壳体14侧为止的光路径；一侧射入光路径部51，对从一对立体摄像头20中的一侧摄像头射入的射入光提供光路径；以及另一侧射入光路径部52，对从一对立体摄像头20中的另一侧摄像头射入的射入光提供光路径。
其中，射出光路径部53、一侧射入光路径部51以及另一侧射入光路径部52分别互相被划分，从而可对各自路径上的光不产生任何影响。
而且，投光仪位于沿着壳体10的宽度方向互相隔开规定距离配置的一对立体摄像头20的另一端部中心部分，射出光路径部53可形成于一侧射入光路径部51与另一侧射入光路径部52之间。
一侧射入光路径部51及另一侧射入光路径部52以使从一对立体摄像头20射入的射入光透过的方式与各自相对应的立体摄像头的长度方向相对齐，分别能够以在摄像头安装部50的一侧面及另一侧面开口的方式形成。
其中，设置有成像传感器31b、32b的成像板31a、32a能够以与壳体10的宽度方向一侧壁及宽度方向另一侧壁相紧贴的方式上下垂直配置。更详细地，一侧的成像板31a、32a以与摄像头安装部50的一侧面相紧贴的方式配置，并可配置于壳体10的宽度方向一侧壁之间。而且，另一侧的成像板31a、32a以与摄像头安装部50的另一侧面相紧贴的方式配置，并可配置于壳体10的宽度方向另一侧壁之间。在此情况下，一侧的成像板31a、32a中的成像传感器31b、32b以露出在一侧射入光路径部51的方式设置，另一侧的成像板31a、32a中的成像传感器31b、32b以露出在另一侧射入光路径部52的方式设置。
另一方面，在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，还可包括一对光路径变更镜41、42，上述一对光路径变更镜41、42以朝向设置于成像板31a、32a的成像传感器31b、32b分别变更透过一对立体摄像头20的射入光的路径的方式配置。
一对光路径变更镜41、42中的一个为一侧光路径变更镜41，上述一侧光路径变更镜41以使通过一侧射入光路径部51透过的射入光照射到设置于一侧成像板31a、32a的成像传感器31b、32b的方式变更射入光的路径，一对光路径变更镜41、42中的另一个为另一侧光路径变更镜42，上述另一侧光路径变更镜42以使通过另一侧射入光路径部52透过的射入光照射到设置于另一侧成像板31a、32a的成像传感器31b、32b的方式变更射入光的路径。
这里的一对光路径变更镜41、42可包括能够实现光全反射的全反射镜。但是，并不限定于全反射镜，还可包括能够实现全反射的诸多光学器件。
在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，将利用一对立体摄像头20来确保患者的口腔内部状态(即，影像)的三维影像数据作为主要技术主旨。
但是，如上所述，一对立体摄像头20的一端部(是指附图中的设置前端壳体14的方向)分别以形成能够朝向设置于一个开口部16的反射部件60并互相收敛的角度的方式配置，一对立体摄像头20的另一端部(是指附图中的设置投光仪70的方向)形成使得分别投射的射入光沿着直线方向投射的结构。
因此，应以与一对立体摄像头20各自的另一端部的直线方向正交的方向沿着壳体10的宽度方向隔开配置一对成像板31a、32a。但是，在此情况下，存在因一对成像板31a、32a的长度而导致本体壳体11的宽度方向厚度增加的可能。
在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，如上所述，在使得射入光路径部51、52分别在摄像头安装部50的一侧面及另一侧面开口而成的同时，将成像板31a、32a垂直配置于摄像头安装部50的一侧面与另一侧面之间以及壳体10的一侧壁与另一侧壁之间，通过设置对透过一对立体摄像头20的射入光的光路径进行变更的一对光路径变更镜41、42，从而可形成使得测定人员能够用大拇指、食指以及中指轻松把持本体壳体11并使用的细薄的结构。
一对光路径变更镜41、42能够以使透过一对立体摄像头20的射入光按直角射入到设置于一对成像板31a、32a的各个成像传感器31b、32b的一面的方式形成反射面。
为此，一对光路径变更镜41、42能够以使反射面相对于壳体10的长度方向倾斜的方式配置。即，一侧光路径变更镜41能够以使透过一侧立体摄像头21的射入光在通过一侧射入光路径部51射入后在一侧光路径变更镜41的反射面弯曲并向一侧成像板31a的成像传感器31b、32b照射的方式设置。同样，另一侧光路径变更镜42能够以使透过另一侧立体摄像头22的射入光在通过另一侧射入光路径部52射入后在另一侧光路径变更镜42的反射面弯曲并向另一侧成像板31b的成像传感器31b、32b照射的方式设置。
接着，更详细地对前端壳体14的细薄化设计方案进行说明。
图6为用于说明图2中的结构中的单一偏光滤光器的位置设计的俯视示意图，图7为示出图6中的图像视角92a、92b和投射视角91及三角测量角度的俯视示意图。
在本发明的三维口腔扫描仪的一实施例中，如图3至图5所示，在本体壳体11的前端部侧，一对立体摄像头20能够以向设置有前端壳体14的一侧重叠规定长度的方式设置，能够以通过一对立体摄像头20之间来射出光的方式设置投光仪70。
其中，在本发明的三维口腔扫描仪的一实施例中，能够以去除由牙齿等的内部反射物质形成的测定对象物100的内部反射光且仅使表面反射光得到滤光并通过的方式设置单一偏光滤光器80。
单一偏光滤光器80可设置于壳体10中的前端壳体14。更详细地，如图4所示，上端设置筋(未图示)及下端设置筋81能够以一体的方式形成于前端壳体14的内部。即，单一偏光滤光器80可通过使上端和下端分别扣入于以一体的方式在前端壳体14的内部所形成的上端设置筋及下端设置筋81来设置。
单一偏光滤光器80可位于相当于一对立体摄像头20与开口部16之间的前端壳体14的内部并位于从一对立体摄像头20的前端隔开设定距离d的位置。
更详细地，如图6所示，优选地，单一偏光滤光器80可按从投光仪70射出的光通过投射形成的投射视角91和作为从测定对象物100反射的光来分别向一对立体摄像头20射入的两个位置上的图像视角92a、92b互不重叠的距离设定上述设定距离d。
即，如图6所示，从投光仪70射出的光将在贯通单一偏光滤光器80后通过开口部16来投射到测定对象物100所在的患者的口腔内部，其中，如上所述，可将从投光仪70射出的光透过单一偏光滤光器80的最大面积定义为投射视角91。
并且，从投光仪70射出并投射到患者的口腔内部的光将以从测定对象物100反射的反射光形态重新通过开口部16向前端壳体14内部流入后分别射入到沿着本体壳体11的宽度方向隔开配置的一对立体摄像头20，其中，当分别向一对立体摄像头20射入时，如上所述，可将透过单一偏光滤光器80的最大面积定义为图像视角92a、92b。
其中，若设定成设置有单一偏光滤光器80的位置使得投射视角91和图像视角92a、92b互相重叠，则从投光仪70投射的光在单一偏光滤光器80的透过面本身反射，从而射入到一对立体摄像头20。在此情况下，通过成像传感器31b、32b获取的图像将生成比周边图像更亮的像点，也就是产生重影图像或噪声。
因此，在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，能够以在通过单一偏光滤光器80透过并形成的投射视角91及图像视角92a、92b互不重叠的位置设定上述设定距离d的方式进行设计，以便能够预先防止产生如上所述的重影图像或噪声。
即，定义单一偏光滤光器80的位置的上述设定距离d可设定为使得从投光仪70向口腔内部投射的光并不以通过单一偏光滤光器80反射的反射光形态分别向一对立体摄像头射入。
理论上，在投射视角91及图像视角92a、92b互不重叠的范围内设置单一偏光滤光器80的方式设定上述设定距离d足矣，因而可使得单一偏光滤光器80最大限度靠近一对立体摄像头20的前端。但是，在此情况下，存在违背实现前端壳体14的细薄制造这一初衷的问题。
即，在本发明一实施例中，在采用单一摄像头的情况下，至少需要单一偏光滤光器80的大小在物理层面大于上述投射视角91及图像视角(参照图6中的附图标记92a及92b中的一个)的大小，在以使单一偏光滤光器80最大限度靠近单一摄像头的前端的方式进行设计的情况下，宽度方向大小不可避免地变大是可想而知的。
并且，在本发明的一实施例中，为了克服利用上述单一摄像头时提到的缺点，在采用一对立体摄像头20的情况下，将沿着本体壳体11的宽度方向设置一对立体摄像头20并以使一对立体摄像头20的前端与前端壳体14重叠的方式设定。其中，单一偏光滤光器80需要被制造成可呈现图像视角92a、92b的大小，若设计成单一偏光滤光器80以如上所述的方式最大限度靠近一对立体摄像头20，则宽度方向大小将不可避免地变大，将产生阻碍前端壳体14的细薄设计的问题。
在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，为了解决如上所述的问题，假设单一偏光滤光器80越靠近一对立体摄像头20就越使得单一偏光滤光器80的上下宽度及左右宽度(以下，简称为总大小)增加时，单一偏光滤光器80的设定距离d可设定在上述单一偏光滤光器80的总大小最小的位置。
并且，在本发明的三维口腔扫描仪1的一实施例中，应在满足如下条件的位设置单一偏光滤光器80，即，即使以与一对立体摄像头20形成最小隔开距离的方式靠近，也不会产生单一偏光滤光器80与周边结构物之间的机械性干扰或结构性干扰。
为此，如图7所示，应以满足以下数学式的方式设定单一偏光滤光器80的最佳的设定距离d。
数学式1
其中，d为上述设定距离，lp为从投光仪到影像为止的距离，li为从一侧摄像头透镜到影像为止的距离，Qt为三角测量角度，D为一侧摄像头透镜的口径，α为投射视角。
根据数学式1，设定距离d越小越好，因而在不与一对立体摄像头20产生机械干扰的情况下，可使单一偏光滤光器80靠近到形成最小的隔开距离。但是，如上所述，在单一偏光滤光器80靠近一对立体摄像头20的情况下，存在总大小增加的问题，因而在这种情况下也应在本发明的一实施例中实现将细薄制造这一宗旨考虑进去的设计。
其中，参照图7，D为一侧摄像头透镜21的口径，D的增加意味着设定距离d应被设计成更小，将成为细薄设计的阻碍要素。因此，优选地，D的设计应尽可能达到最小化，投光仪70和一对立体摄像头21、22应分别优先被设计成不产生上述机械干扰的最佳结构设计。
而且，在本发明的三维口腔扫描仪的一实施例中，如图7所示，应满足反射光L1不应通过形成投射视角91的单一偏光滤光器80直接透过摄像头21这一条件。其中，一侧摄像头透镜21的口径d的增加将直接联系到图像视角92b的增加，在此情况下，投射视角91和图像视角92b有可能互相重叠，因而应将设定距离d设计成更小。
上述数学式1提供可导出使如上所述的宗旨全部得到体现的单一偏光滤光器80的最佳设定距离d的理论背景。
另一方面，如上所述，可在形成于前端壳体14的开口部16设置反射部件60。反射部件60起到按规定路径反射向本体壳体11的内部射入的射入光及从本体壳体11的内部射出的射出光的作用。这种反射部件60可形成镜子(mirror)形态或棱镜形态。
尤其，反射部件60通过以沿着相对于壳体10的长度正交的一方向开口的方式形成的开口部16来便于实现通过一对立体摄像头20进行的拍摄。
其中，单一偏光滤光器80可位于一对立体摄像头20与反射部件60之间，并能够以与投光仪70平行的方式配置。单一偏光滤光器80以与投光仪70平行的方式配置意味着具有如下的优点，即，虽然在每个从现有投光仪70形成的射出光的射出路径及向摄像头透镜射入的射入光的射入路径分别设置偏光滤光器，但可去除为了防止偏光效率的下降而非常精确设计各个偏光滤光器的位置的复杂的过程。
以下，参照附图(尤其，图3至图6)更详细地说明以如上所述的方式构成的本发明的三维口腔扫描仪1的工作状态。
为了进行测定，测定人员向患者的口腔内部引入本发明一实施例的三维口腔扫描仪1并按下在壳体10的上部所设置的工作按钮部15。
这样一来，如图5及图7所示，将从投光仪70照射射出光。从投光仪70照射的射出光将依次经过在摄像头安装部50所形成的导光管中的射出光路径部53及在前端壳体14所形成的射入射出光路径部17来向开口部16侧照射，将通过反射部件60并通过开口部16来向患者的口腔内部进行照射。
同时，如图5及图6所示，通过测定人员按下工作按钮部15的动作来使一对立体摄像头20启动，由此可确保将影像的某一位置作为共同焦点的两个图像数据。
在此情况下，患者的口腔影像将通过射出光来以光的形态存在，与射出光相反，依次通过开口部16来向前端壳体14的内部射入，将通过反射部件60来改变路径，实际经由上述射入射出光路径部17、与对应立体摄像头及导光管中的相对应的射入光路径部51、52来分别向对反射部件60的反射面进行拍摄的一对摄像头的透镜射入。而且，通过各个光路径变更镜41、42来照射到相应的成像板31a、32a的成像传感器31b、32b，从而可同时确保两个规定的影像数据。将如此确保的两个影像数据作为基础，可轻松确保与患者的口腔影像相关的三维数据。
图8为可视性地示出本发明一实施例的三维口腔扫描仪的结构中的至少一个摄像头及投光仪的固定部及单一偏光滤光器的固定部的示意图，图9为示出图8中的结构中的至少一个摄像头及投光仪的理想设置模型的示意图，图10为例示图8中的结构中的至少一个摄像头及投光仪的设置公差产生状态的多种示意图，图11为示出利用单一偏光滤光器的情况下的效果的示意图，图12为示出利用单一偏光滤光器的情况下的其他效果的示意图。
图8至图12为用于说明本发明一实施例的三维口腔扫描仪的效果层面的示意图，如图8所示，最优选地，设置于本体壳体14的内部的一侧立体摄像头21和另一侧立体摄像头22、设置于一侧立体摄像头21与另一侧立体摄像头之间的投光仪70以及单一偏光滤光器80分别使得下端部以没有公差的方式设置于预设的固定位置(参照图8中的附图标记21a、21b、22a、22b、70a、70b、80a、80b)。
但是，如图9所示，在并未设置单一偏光滤光器80的情况下，为了使得从投光仪70射出的光所投射的投射视角91和作为从测定对象物100反射的光来分别向一侧立体摄像头21和另一侧立体摄像头22射入的两个位置上的图像视角92a、92b互不重叠，至少应以满足a＝a'＝a"、b＝b'＝b"、c＝c'＝c"及d＝d'＝d"的方式进行固定并使得各自对应的偏光滤光器(未示出附图标记)在XY轴上并排设置。进而，即使不满足这种理想的设置值，偏光滤光器至少也得满足线ac＝a'c'＝a"c"。
但是，图9中的一侧立体摄像头21、另一侧立体摄像头22及投光仪70会在实际设置时因组装公差等而有可能产生多种形式的公差。
即，在3个结构中，如图10中的(a)部分所示，有可能会在另一侧立体摄像头22产生组装公差，或如图10中的(b)部分所示，有可能会在一侧立体摄像头21产生组装公差，或如图10中的(c)部分所示，有可能会只在投光仪70产生组装公差，如图10中的(d)部分所示，有可能会在一侧立体摄像头21及另一侧立体摄像头22产生组装公差。
如上所述，若在不采用本发明的一实施例中所提到的单一偏光滤光器80的情况下分别设置偏光滤光器，则将产生因上述3个结构的组装公差而导致测定值的精密性下降的问题。
假设，通过投光仪70偏光的投射光为100％，则因会同与设置在两侧的一侧立体摄像头21及另一侧立体摄像头22相对应的偏光滤光器产生的机械公差，导致通过测定物体得到的反射光只达到(100-@)％。
但是，如同本发明的一实施例，在采用在满足设定距离d的位置所设置的单一偏光滤光器80的情况下，如图11所示，作为a＝c、b＝d的成分的x值相同以及作为a＝b、c＝d的成分的y值相同即可，因而与分别采用偏光滤光器的情况相比，存在用于相同位置调整的机械设计计算非常简单的优点。
而且，如图12所示，即使在产生单一偏光滤光器80的设置公差的情况下，也像在图像视角及投射视角部位分别表示的阴影部分那样，投光仪70的投射视角部位和图像视角部位的角度都相同，可知投射光喝反射光的效率也可相同。
其中，投光仪70的投射视角和基于一侧立体摄像头21及另一侧立体摄像头22形成的图像视角可根据上述数学式来使大小得到调节，将不会脱离单一偏光滤光器80的区域，因而具有大为提高可靠性的优点。
以上，参照附图详细说明了本发明的三维口腔扫描仪的一实施例。但是，本发明的实施例并不一定限定于以上所述的一实施例，可由本发明所属技术领域的普通技术人员实施多种变形以及可在等同范围内实施本发明。因此，本发明的真正的权利范围由所附的发明要求保护范围来定。
产业上的可利用性
本发明提供如下的三维口腔扫描仪，即，可对测定对象物进行测定并可确保三维图像数据，不仅如此，能够以便于使用人员把持的方式实现本体壳体的细薄化制造。
Claims (11)
1.一种三维口腔扫描仪，包括：
壳体，能够向口腔内部引入或从口腔内部引出，形成有开口部，所述开口部开口，使得上述口腔内部的状态通过一端部以光的形态入射到内部，以下，上述口腔内部的状态简称为影像；
至少一个摄像头，配置于上述壳体的内部，以使通过上述壳体的开口部射入的光通过的方式配置；
投光仪，配置于上述至少一个摄像头的一侧，通过上述开口部向上述口腔内部照射光；以及
单一偏光滤光器，位于上述至少一个摄像头与上述开口部之间，并位于从上述至少一个摄像头的前端隔开设定距离d的位置。
2.根据权利要求1所述的三维口腔扫描仪，其特征在于，
上述设定距离d设定为从上述投光仪向上述口腔内部投射的投射视角与从上述口腔内部反射后向上述至少一个摄像头射入的图像视角互不重叠的距离。
3.根据权利要求1所述的三维口腔扫描仪，其特征在于，
上述设定距离d设定为使从上述投光仪向上述口腔内部投射的光并不以通过上述单一偏光滤光器反射的反射光形态向上述至少一个摄像头射入。
4.根据权利要求1所述的三维口腔扫描仪，其特征在于，
假设上述单一偏光滤光器越靠近上述至少一个摄像头就越使得上述单一偏光滤光器的以下简称为总大小的上下宽度及左右宽度增加时，上述设定距离d设定在上述单一偏光滤光器的总大小最小的位置。
5.根据权利要求1所述的三维口腔扫描仪，其特征在于，
上述设定距离d满足以下数学式，
数学式：
其中，d为上述设定距离，lp为从投光仪到影像为止的距离，li为从一侧摄像头透镜到影像为止的距离，Qt为三角测量角度，D为一侧摄像头透镜的口径，α为投射视角。
6.根据权利要求1所述的三维口腔扫描仪，其特征在于，
上述壳体包括：
本体壳体，内置上述至少一个摄像头以及用于驱动其的各种电气部件；以及
前端壳体，与上述本体壳体的一端部相结合，形成有上述开口部，
上述单一偏光滤光器以使上述设定距离d位于上述前端壳体的方式设置。
7.根据权利要求6所述的三维口腔扫描仪，其特征在于，
在上述前端壳体的内部，用于使上述单一偏光滤光器的上端及下端插入设置的上端设置筋及下端设置筋形成为一体。
8.根据权利要求6所述的三维口腔扫描仪，其特征在于，
上述前端壳体以具备上述设定距离d并根据从一端部到另一端部为止测定的长度来具备不同长度的暗室的方式按多种规格制造而成，
以能够拆装的方式与上述本体壳体的一端部相结合，以便相对于上述本体壳体的一端部轻松分离更换。
9.根据权利要求8所述的三维口腔扫描仪，其特征在于，
在上述前端壳体中，根据上述暗室的长度来在满足上述设定距离d的不同的位置已固定上述单一偏光滤光器。
10.一种三维口腔扫描仪，其特征在于，包括：
壳体，能够向口腔内部引入或从口腔内部引出，形成有开口部，所述开口部开口，使得上述口腔内部的状态通过一端部以光的形态入射到内部，以下，上述口腔内部的状态简称为影像；
至少一个摄像头，配置于上述壳体的内部，以使通过上述壳体的开口部射入的光通过的方式配置；
投光仪，配置于上述至少一个摄像头的一侧，通过上述开口部向上述口腔内部照射光；以及
单一偏光滤光器，位于上述至少一个摄像头与上述开口部之间，以使从上述投光仪向上述口腔内部投射的投射视角与从上述口腔内部反射后向至少一个摄像头射入的图像视角互不重叠的方式水平配置。
11.一种三维口腔扫描仪，其特征在于，包括：
壳体，能够向口腔内部引入或从口腔内部引出，设置有用于对向本体内部射入的射入光及从本体内部射出的射出光进行反射的反射部件；
一对立体摄像头，配置于上述壳体的内部，以使通过上述壳体的反射部件射入的射入光分别沿着不同的路径通过的方式配置；
投光仪，配置于上述一对立体摄像头之间，通过上述反射部件来向上述口腔内部照射上述射出光；以及
单一偏光滤光器，位于上述一对立体摄像头与上述反射部件之间，以与上述投光仪平行的方式配置。
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