CN116327116A - 包括新型透镜驱动机构的扫描仪 - Google Patents

Abstract

公开了包括新型透镜驱动机构的扫描仪。一种口腔内手持式3D光学扫描仪，包含：照射模块，其被配置成生成照射信号以照射牙科物体；和图像传感器，其被配置成响应于牙科物体的照射而获得数据。该数据被配置成用于生成牙科物体的3D牙科模型。扫描仪还包含透镜外壳和驱动器，透镜外壳包括被配置成将照射信号导向牙科物体的光学透镜，驱动器包括被配置成围绕旋转轴线旋转的轴。扫描仪还包含引导件和弹簧，引导件沿着轴的长度的至少一部分连续延伸，弹簧布置在透镜外壳和引导件之间的中间，被配置成朝向引导件施加弹簧力。

Description

包括新型透镜驱动机构的扫描仪

技术领域

本公开总体上涉及一种口腔内扫描仪。更具体地，本公开涉及一种具有机械系统的口腔内扫描仪，所述机械系统被配置成线性移动至少一个透镜以改变扫描仪的透镜系统的焦平面。

背景技术

口腔内扫描仪通常用于直接从患者口腔捕获患者牙齿的直接数字印模。扫描仪将光投射到待扫描的牙科区域。由成像传感器响应于投射光捕获的二维图像被例如扫描软件处理，以生成被扫描的牙科区域的3D数字表示。

在修复和正畸程序中，获得口腔中的牙科物体的表面3D数字表示可能是进行诊断或治疗的第一步。对于牙科物体的扫描越完整和准确，表面3D数字表示的质量就越高，因此设计最佳修复体或正畸治疗器具的能力就越强。然而，在现有的口腔内扫描仪中，很难改变焦平面以在不同的焦平面捕获牙科物体的图像，这限制了牙科物体的3D数字表示的质量和完整性。

期望有一种扫描仪，包括诸如驱动机构的机械系统，其被配置成线性移动至少一个透镜，以改变透镜系统的焦平面，从而捕获牙科物体的图像。

发明内容

一种口腔内扫描仪可以包含：光学探头(即扫描仪尖端)，其被配置成在对口腔内的牙科物体进行扫描期间在患者的口腔内移动；照射模块，其包括至少一个光源，所述光源被配置成生成照射信号(例如，入射光)，用于照射口腔内的牙科物体；和聚焦光学器件，其被配置成将照射信号聚焦到光学探头外部的焦平面。焦平面可以与入射光的传播方向正交或非正交。扫描仪可以进一步包含图像传感器，所述图像传感器被配置成响应于牙科物体的照射而获得数据。所获得的数据包含与被扫描的牙科物体的特性相对应的2D图像。所述特性包含表面拓扑或纹理数据中的至少一个，例如牙科物体的颜色数据。包括在扫描仪中的或至少部分地远离扫描仪的处理器被配置成基于所获得的数据来确定患者牙齿的表面拓扑和/或纹理数据。聚焦光学器件通常包含透镜组件，并且对于透镜组件的特定位置，在扫描牙科物体期间，焦平面可以相对于光学探头固定。

本公开的一个方面是提供一种口腔内扫描仪，其被配置成改变焦平面，以允许在各个焦平面获得牙科物体的二维图像。

本公开的一个方面是提供一种具有机械系统的口腔内扫描仪，所述机械系统被配置成移动透镜组件以改变口腔内扫描仪的焦平面。对于在扫描牙科物体期间的包括透镜的透镜组件的特定位置，焦平面可以相对于光学探头固定。

本公开的一个方面是提供一种驱动组件，所述驱动组件具有驱动器(例如，电动机)和被配置成由驱动器旋转的引导件。驱动器的旋转允许透镜组件绕平移轴线来回移动，优选地不改变驱动器的旋转方向。透镜组件的运动将透镜组件定位在沿着平移轴线的不同位置，从而允许改变焦平面的位置并获得与焦平面的不同位置相对应的二维图像。

本公开的一个方面是提供一种口腔内扫描仪，其在透镜组件来回移动期间具有减小的摩擦。这可以例如通过在移动期间在连接的组件之间，例如在一个或多个轨道和透镜外壳之间或在耦合元件和引导件之间提供润滑来实现。这提供了透镜组件的平滑运动，从而允许改变焦平面。

本公开的一个方面是提供一种用于将引导件与透镜外壳接合的耦合元件。所述耦合元件，尤其当可操作地与偏置构件(例如弹簧)耦合时，减少了从驱动组件到透镜组件的运动传递期间的振动。

至少一些上述方面由口腔内手持式3D光学扫描仪提供。所述扫描仪包含：照射模块，其被配置成生成照射信号以照射牙科物体；和图像传感器，其被配置成响应于牙科物体的照射而获得数据。所述数据被配置成用于生成牙科物体的3D牙科模型。所述扫描仪还包含透镜外壳，所述透镜外壳包括被配置成将照射信号导向牙科物体的光学透镜。所述扫描仪进一步包含驱动器、引导件和弹簧，所述驱动器包括被配置成围绕旋转轴线旋转的轴，所述引导件沿着所述轴的长度的至少一部分连续延伸，所述弹簧布置在所述透镜外壳和所述引导件之间的中间。所述弹簧被配置成朝向所述引导件施加弹簧力。

光学透镜可以进一步被配置成将来自被照射的牙科物体的反射照射信号导向图像传感器。

在一些方面中，通过使用合适的支架，驱动组件被支撑/安装在扫描仪的框架/外壳上。

在一些实施例中，照射信号是光或结构光。所述光可以包含白光或多个彩色光源。多个彩色光源(例如，RGB)通常可以在扫描牙科物体期间按顺序开启。

在一些实施例中，结构光包含与以下中的至少一个相对应的图案：在照射模块的至少一个光源和牙科物体之间的光路中引入的物理结构、数字生成的光图案、照射模块的多于一个光源的相对布置。所述图案可以包含不同的图案，例如在垂直于光学轴线的平面中延伸的平行线或点的周期性图案，例如具有交替的相对较亮和相对较暗区域的棋盘图案。

结构光有助于确定/获得牙科物体的表面几何信息和表面颜色信息。转让给3Shape AS的美国专利申请第16/774843号中公开了结构光在口腔内光学扫描仪中的用途，该申请通过引用并入此处。

在一些实施例中，轴的长度沿着旋转轴线。

在一些实施例中，轴的纵向轴线平行于光学透镜的光学轴线。

在一些实施例中，引导件围绕轴的圆周表面连续延伸。

在一些实施例中，引导件由闭合路径限定。

在一些实施例中，引导件由不平行于轴的旋转轴线的闭合路径限定。闭合路径通常被理解为起点和终点相同的路径。引导件的起点和终点对应于透镜组件沿着平移轴线的一个来回线性移动，即透镜组件沿着平移轴线从一个极限点移动到另一个极限点，并且从所述另一个极限点返回到一个极限点。

在一些实施例中，引导件由闭合路径限定，使得闭合路径的2D投影不平行于旋转轴线。2D投影在垂直于旋转轴线的方向上。

不平行于轴的旋转轴线的引导件的闭合路径使得能够在两个极限位置之间来回(即透镜外壳的往复运动)而不改变驱动器的旋转方向。因此，减少了扫描牙科物体期间的透镜组件的振动。

在一些实施例中，引导件围绕圆周表面以正弦方式延伸。

在一些实施例中，轴包括端部，其与轴的其余部分同轴连接，并且引导件布置在端部上。端部可以包含可拆卸地连接到轴的其余部分的部分。可替代地，端部可以是轴的整体部分，并且引导件沿着轴的外圆周表面限定。端部适于围绕旋转轴线沿着轴旋转。轴的端部和其余部分通常由不同的材料制成。

在一些实施例中，引导件连续延伸以形成围绕轴的圆周表面的闭合正弦曲线。

在一些实施例中，轴被配置成围绕旋转轴线旋转，用于产生透镜外壳沿着平移轴线的线性移动。

在一些实施例中，透镜外壳的线性移动基于圆柱形凸轮-随动件机构。包括引导件的轴可以代表圆柱形凸轮，并且弹簧加载的联接器可以代表随动件。

在一些实施例中，线性移动包括第一极限位置和第二极限位置之间的来回移动。

在一些实施例中，透镜外壳的线性移动的距离对应于围绕轴的圆周表面的引导件的长度。

在一些实施例中，弹簧被布置成使得弹簧的纵向轴线正交于光学透镜的光学轴线。

在一些实施例中，弹簧被布置成使得弹簧的纵向轴线相对于光学透镜的光学轴线在空间上分离。

在一些实施例中，弹簧被布置成使得弹簧的纵向轴线垂直于旋转轴线。

在一些实施例中，透镜外壳包括附接部分，弹簧与透镜外壳在所述附接部分处固定地附接。

在一些实施例中，附接部分包括间隙，所述间隙包括其中布置的弹簧的至少一部分。

在一些实施例中，附接部分包括多个突起，所述多个突起至少部分地包围自由空间。弹簧布置在自由空间中，并且弹簧至少部分地被突起包围。

在一些实施例中，透镜外壳包括从透镜外壳延伸的至少一个销，弹簧被布置成使得所述至少一个销沿着弹簧的纵向轴线延伸并支撑弹簧。

在一些实施例中，弹簧被配置成向引导件和透镜外壳传递弹簧力。

在一些实施例中，扫描仪包含可操作地将引导件与弹簧连接的耦合元件。

在一些实施例中，弹簧施加力，所述力被配置成保持耦合元件和透镜外壳之间的连接。

在一些实施例中，轴被配置成围绕旋转轴线旋转。耦合元件被配置成响应于轴的旋转而沿着引导件移动，并且透镜外壳被配置成响应于耦合元件沿着引导件的移动而沿着平移轴线在第一极限位置和第二极限位置之间线性移动。

在一些实施例中，弹簧施加力被配置成保持耦合元件和引导件之间的连接。

在一些实施例中，弹簧施加力，所述力被配置成在透镜外壳沿着平移轴线移动期间保持耦合元件和透镜外壳之间的连接。

在一些实施例中，弹簧施加力，所述力被配置成在透镜外壳沿着平移轴线移动期间保持耦合元件和引导件之间的连接。

在一些实施例中，弹簧被配置成在耦合元件和透镜外壳之间传递弹簧力。

在一些实施例中，弹簧被配置成在耦合元件和透镜外壳之间传递横向力。

在一些实施例中，弹簧被配置成响应于驱动器的旋转而传递轴向力分量，以保持耦合元件和引导件之间的物理接触。

在一些实施例中，弹簧包括允许传递轴向力分量的刚度，以在驱动器旋转到透镜外壳期间保持耦合元件和引导件之间的物理接触。

在一些实施例中，耦合元件的至少一部分布置在附接部分中。

在一些实施例中，弹簧的至少一部分和耦合元件的至少一部分至少部分地被所述多个突起包围。

在一些实施例中，引导件是凸形部分或凹形部分中的一个，并且耦合元件是所述凹形部分或凸形部分中的另一个。

在一些实施例中，凹形引导件部分是凹槽。

在一些实施例中，凹槽包括V形凹槽。

在一些实施例中，凸形耦合元件部分是球元件，所述球元件被配置成可操作地与凹形引导件部分相互作用。

在一些实施例中，凸形引导件部分是突出结构。

在一些实施例中，凹形耦合元件部分包括槽，所述槽被配置成可操作地与凸形引导件部分相互作用。

在一些实施例中，在耦合元件和引导件之间的界面处提供润滑。

在一些实施例中，透镜外壳被配置成沿着一个或多个轨道移动。

在一些实施例中，透镜外壳包含用以容纳和支撑聚焦透镜的结构，所述聚焦透镜被配置成创建焦平面。

在一些实施例中，透镜外壳包含附接到环结构并可滑动地支撑在一个或多个轨道上的至少一个支架。所述至少一个支架被配置成沿着一个或多个轨道滑动，从而允许透镜沿着所述一个或多个轨道线性移动，以允许创建聚焦平面。

在一些实施例中，弹簧被布置成使得弹簧的纵向轴线垂直于所述一个或多个轨道中的一个。

在一些实施例中，弹簧具有一定刚度，使得弹簧允许耦合元件和引导件之间的无游隙连接。

在一些实施例中，一个或多个轨道是铁磁性的。

在一些实施例中，一个或多个磁体邻近所述一个或多个轨道布置。

在一些实施例中，一个或多个磁体被布置在透镜外壳中或透镜外壳上。

在一些实施例中，所述一个或多个磁体被配置成在透镜外壳沿着所述一个或多个轨道移动期间减轻透镜外壳的振动。

在一些实施例中，所述一个或多个磁体的磁通量密度为至少0.1特斯拉，例如0.1-5特斯拉。

在一些实施例中，在所述一个或多个轨道和透镜外壳之间提供润滑。

在一些实施例中，透镜外壳被配置成沿着至少两个轨道滑动，并且透镜外壳在两个接触表面处与所述至少两个轨道中的至少一个轨道连接。

在一些实施例中，透镜外壳被配置成沿着至少两个轨道滑动，并且透镜外壳在一个接触表面处与所述至少两个轨道中的至少一个轨道连接。

附图说明

已经概括地描述了本公开的示例性实施例，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的口腔内扫描仪的示意图；

图2示出了根据本公开的一个实施例的口腔内扫描仪的一部分的透视图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的透镜组件的透视图，其中透镜组件安装在一对轨道上并且布置在口腔内扫描仪的外壳的内部；

图4示出了根据本公开的一个实施例的透镜组件的透视图，其中透镜组件经由耦合元件可操作地与驱动组件接合；

图5示出了根据本公开的一个实施例的透镜组件的侧视图，其中透镜组件经由耦合元件与驱动组件接合；

图6示出了根据本公开的一个实施例的与驱动组件接合的透镜组件的截面透视图，并且示出了布置在外壳的附接部分内部并与引导件接合的联接器；

图7示出了根据本公开的一个实施例的透镜组件和从透镜组件的透镜外壳脱离的轨道的分解图；

图8示出了根据本公开的一个实施例的透镜组件的透镜外壳的透视图；

图9示出了根据本公开的一个实施例的端部的透视图，其中端部具有作为凹槽的引导件；

图10示出了根据本公开的一个实施例的端部的截面图，其中端部具有V形凹槽；

图11示出了根据本公开的一个实施例的支撑在轨道上的透镜组件的前剖视图，并示出了透镜外壳，其中透镜外壳与第一轨道具有两个接触表面并与第二轨道具有一个接触表面。

具体实施方式

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，显然可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其它情况下，仅以框图形式示出设备和方法，以避免模糊本公开。

本说明书中对“一个实施例”的提及意指结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例中。在说明书中的不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指同一个实施例，也不是与其它实施例相互排斥的单独或替代实施例。这些实施例中的一些可以适当地相互组合。此外，本文中的术语“一个/一种”并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的项目。此外，描述了可以由一些实施例展现而不由其它实施例展现的各种特征。类似地，描述了各种要求，这些要求可能是一些实施例的要求，但不是其它实施例的要求。

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的一些实施例，附图中示出了本公开的一些但非全部实施例。实际上，本公开的各个实施例可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些了实施例，使得本公开将满足适用的法律要求。类似的附图标记始终指代类似的元件。任何术语的使用不应被视为限制本公开的实施例的范围。

本文描述的实施例出于说明性目的，并且可以有许多变化。应理解，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，因为语境可能暗示或提供权宜之举，可考虑到各种等同物的省略和替代，但所述省略和替代旨在涵盖应用或实施方案。此外，应理解，本文采用的措辞和术语出于描述的目的，并且不应被认为是限制性的。本说明书内使用的任何标题仅是为了方便，没有法律或限制作用。

参考图1，示出了根据本公开的一个实施例的口腔内手持式3D扫描仪100(在下文中被称为扫描仪100)的示意图。如图所示，扫描仪100包含：照射模块102，其被配置成生成照射信号以照射患者口腔(即嘴)内的牙科物体200；图像传感器104，其用以捕获牙科物体200的图像；和透镜系统106，其用以将来自照射模块102的照射信号聚焦至/导向牙科物体200并将牙科物体200成像在图像传感器104上。在一个实施例中，图像传感器104经由透镜系统106响应于牙科物体200的照射而获得数据，并且所述数据用于生成牙科物体200的3D牙科模型。在一些实施例中，数据是牙科物体200的2D图像的形式。

照射信号可以是光或结构光。在一些实施例中，结构光可以包含与以下中的至少一个相对应的图案：在照射模块102的至少一个光源108和牙科物体200之间的光路中引入的物理结构、数字生成的光图案、照射模块102的多于一个光源的相对布置。为了提供结构光，在一个实施例中，照射模块102可以包含图案生成元件110，以将光的空间图案结合到由所述至少一个光源108生成的光束中。如图所示，图案产生元件110可以布置在光源108和透镜系统106之间，以在光束内引入空间图案。如图所示，可以通过在由所述至少一个光源108提供的照射信号的路径中引入/放置合适的物理结构110来提供结构光。在一些实施例中，可以通过以合适的空间布置来布置多个光源108来生成结构光。

在一些实施例中，扫描仪100可以包含布置在图案生成元件110和透镜系统106之间的分束器112。分束器112有助于将从牙科物体200接收的反射光通过透镜系统106导向图像传感器104。

在一个实施例中，图像传感器104包含滤色器阵列114。尽管被绘制为单独的实体，但是滤色器114阵列通常与图像传感器104集成在一起，每个像素具有一个单色滤色器。此外，扫描仪可以包含偏振光学器件118。具有滤色器阵列(例如，拜耳滤色器)允许同时捕获可以用于确定牙科物体的拓扑和颜色的数据，从而允许生成具有牙科物体的颜色信息的3D数字表示。可替代地，作为使用滤色器阵列的替代，扫描仪可以包含按顺序切换的多色光源(例如，RGB)，使得可以捕获与不同彩色光源相对应的数据。通过使用多色光源中的一种照射牙科物体而获得的任何颜色数据都可以用于确定表面拓扑。颜色数据可以通过使用多色光源中的每一种照射牙科物体来获得，所述多色光源可以用于使用特定的颜色数据。可以映射特定的颜色数据和表面拓扑，以生成具有牙科物体的颜色信息的3D数字表示。

偏振光学器件118可以用于选择性地对镜面反射成像，并阻挡源于被扫描物体200内部的次表面散射的不期望的漫射信号。扫描仪100可以包含折叠光学器件，例如镜120，其在不同于透镜系统106的光学路径的方向上将光导出，例如在垂直于透镜系统106的光学路径的方向上将光导出。

在一个实施例中，透镜系统106包含具有至少一个光学透镜124的透镜组件122。透镜系统适于沿着透镜系统106的光学轴线126移动，以移位透镜系统106的焦平面。光学透镜124(即透镜124)被配置成将照射信号导向牙科物体200。在一个实施例中，透镜124可以是单透镜、双合透镜或者甚至三合透镜。

现在参考图2，其示出了根据一个实施例的口腔内扫描器100的一部分，图中移除了口腔内扫描器的一些组件，并且描绘了透镜组件122和驱动组件132，所述驱动组件与布置在口腔内扫描器的外壳内部的透镜组件可操作地接合。如图所示，透镜组件122布置在扫描仪100的框架130内部，并且可操作地耦合到扫描仪100的驱动组件132。驱动组件132通过使用合适的支架支撑/安装在框架130上。如图2至图6中所示，透镜组件122安装在至少一个轨道上，例如安装在布置于框架130内部的一对轨道134、136上，并且透镜组件122适于沿着轨道134、136的相应长度的至少一部分在第一极限位置和第二极限位置之间来回线性移动。能够理解，透镜组件122的平移轴线(138，图4)基本上平行于光学轴线126。轨道，例如第一轨道134和第二轨道136，被布置成彼此间隔开，并且由框架130内的支撑机构支撑。

如图4至图8中最佳示出，透镜组件122包含适于容纳并支撑透镜124的透镜外壳140，并且可移动地布置在轨道134、136上。在一个实施例中，透镜124附接到透镜外壳140，例如粘性耦合到透镜外壳140，并且被布置成使得透镜124与光学轴线(126，图1至图3)对准。透镜组件122可以包含磁编码器，以确定透镜组件122相对于轨道134、136的位置，所确定的位置可以与焦平面相关联，并用于从口腔生成牙科物体的3D数字表示。如图所示，透镜外壳140可以包含用以容纳和支撑透镜124的环结构142，和一对支架，例如第一支架144和第二支架146，其附接到环结构142并可滑动地支撑在轨道134、136上。第一支架144和第二支架146分别支撑在第一轨道134和第二轨道136上，并从环结构142沿一个方向，例如径向方向延伸。支架144、146也可以基本平行于环结构142的中心纵向轴线。此外，两个支架的长度可以相等，或可以不同，即一个支架比另一个长，例如第一支架144的长度比第二支架146的长度长。当从透镜外壳140的前面看时，支架144、146中的每一个可以包含基本上半圆形的横截面。第一支架144包含附接到环结构142的第一纵向端(148，图5)和远离环结构142布置的第二纵向端(150，图5)，并且限定了第一支架144的自由端。第二纵向端150靠近驱动组件132布置，并且可以可操作地耦合到驱动组件132。在一个实施例中，第一支架144、第二支架146和环结构142可以被构造成一个部分。

参考图4至图7，驱动组件132包含驱动器152，例如电动机，其具有与第一支架144(即透镜外壳140)可操作地接合的驱动轴154(即轴154)。第一支架144与驱动器152接合，使得轴154围绕其旋转轴线156的旋转导致透镜外壳140沿着平行于透镜系统106的光学轴线126设置的平移轴线138平移移动。在所示出的实施例中，轴154绕旋转轴线156的旋转导致透镜外壳140(即透镜组件122)在第一极限位置和第二极限位置之间来回移动。

如图4至图7中所示，轴(154，图7)的长度沿着旋转轴线156，并且与轴154的中心纵向轴线157重合。此外，轴154的纵向轴线(157，图7)平行于光学轴线126。为了将透镜外壳140(即第一支架144)与轴154可操作地接合，驱动组件132包含沿着轴154的端部160的外圆周表面连续布置或限定的引导件158。在所示出的实施例中，端部160是单独的组件，并且可移除地附接(例如，通过销锁定机构附接)在轴154的一端处，并且与轴154同轴布置。然而，能够理解，端部160也可以是轴154的整体部分，并且引导件158沿着轴154的外圆周表面限定。端部160适于围绕旋转轴线156沿着轴154旋转。

如图所示，引导件158是沿着端部160的外圆周表面连续延伸的凹槽162。如图所示，引导件158是凹形引导件，并且在端部160的外圆周表面上限定了闭合路径。如图4至图7、图9和图10中所示，凹槽162沿着外圆周表面限定，使得凹槽162的闭合路径相对于旋转轴线156以大于0度且小于90度的角度布置。因此，凹槽162的闭合路径以及引导件158不平行于端部160的中心纵向轴线166，并且因此不平行于旋转轴线156。因此，引导件158由闭合路径限定，使得闭合路径的2D投影不平行于旋转轴线156。在一些实施例中，凹槽162以椭圆形方式沿着端部160的外圆周表面延伸，使得具有长轴和短轴的椭圆平面相对于旋转轴线156和端部160的中心轴线166成一定角度。此外，在一些实施例中，引导件158以及凹槽162遵循围绕端部160的外圆周表面的正弦曲线的路径。因此，引导件158以及凹槽162连续延伸以形成围绕轴154或轴154的端部160的圆周表面的闭合正弦曲线。在一个实施例中，凹槽162是V形凹槽(如图10中最佳示出)。

能够理解，透镜外壳140(即透镜组件122)在第一极限位置和第二极限位置之间的线性移动的距离对应于引导件158围绕轴(例如，端部160)的圆周表面的闭合路径的长度，耦合构件沿着所述闭合路径从闭合路径的起点行进到终点。透镜外壳140的线性移动的距离小于围绕轴(例如，端部160)的圆周表面的闭合路径引导件158的长度的一半。透镜外壳140在来回移动期间在一个方向上的线性移动的距离等于位于轴的圆周表面处的引导件上的两个最远点之间的轴向距离。轴向距离可以沿着轴的旋转轴线限定。

尽管引导件158被描述为闭合路径，但是能够设想引导件可包含开放路径。在这种情况下，透镜外壳140(即透镜组件122)通过在两个方向上旋转轴154以及端部160而来回移动。对于开放路径引导，这可以通过将电机配置成改变轴的旋转方向以允许透镜外壳的来回移动来实现。可替代地，对于开放路径引导，这可以通过提供两个电机来实现，一个电机被配置成在第一旋转方向上旋转轴，另一个电机被配置成在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上旋转轴，以允许透镜外壳的来回移动。

此外，如图4至图7中所示，扫描仪100包含作为凸形部分的耦合元件170，用于将端部160与第一支架144(即透镜外壳140)可操作地接合。耦合元件170适于/被布置成响应于引导件158以及端部160的旋转而沿着引导件158移动，以使得透镜外壳140能够沿着平移轴线138平移移动。如图所示，耦合元件170是球形球172，其部分地布置在引导件158内部，并且部分地布置在由从第一支架144延伸的附接部分176限定的间隙174内部，如图6中最佳示出。如图6至图8中最佳示出，附接部分176靠近第一支架144的第二纵向端150布置，并从第一支架144的外表面径向向外/向内延伸。如图8中最佳示出，附接部分176呈中空部分的形式，所述中空部分从第一支架144的外表面向内延伸，并在其间限定自由空间(即间隙174)以接收耦合元件170的一部分，从而支撑耦合元件170。在一些实施例中，附接部分176可以包含圆形排列并包围自由空间的多个突起，以在其间限定间隙174，用于接收耦合元件170的一部分。在这种情况下，突起被布置成彼此间隔开，并从第一支架144的外表面向外延伸。

此外，当耦合元件170沿着引导件158行进时，耦合元件170在附接部分176上施加力，以使得透镜组件122(即透镜外壳140)能够沿着平移轴线138在第一极限位置和第二极限位置之间平移移动。尽管实施例中将球形球172作为耦合元件170，但是能够设想耦合元件170也可以是圆柱形销，或者具有被设计成可滑动地与引导件接合的任何其它几何形状。能够理解，附接部分176的高度和间隙174的宽度被选择成使得耦合元件170的一部分布置在间隙174内部。尽管图中示出将引导件158作为凹形部分，并且将耦合元件170作为凸形部分，但是能够理解，引导件158也可以是凸形部分，例如突出结构，并且耦合元件170也可以是凹形部分，例如槽，突出结构在槽中延伸。为了使耦合元件170能够沿着引导件159的路径平滑移动，在耦合元件170和引导件158之间的界面处提供润滑。

为了保持耦合元件170与引导件158接合，并且有助于耦合元件170沿着引导件158的路径平滑移动，透镜组件122包含偏置构件180，例如弹簧182(在图6和图7中最佳示出)。参考图6，弹簧182被配置成施加弹簧力以保持耦合元件170的一部分与引导件158接合(即在凹槽162内部)。因此，当耦合元件170沿着由引导件158限定的路径移动时，弹簧182有助于保持耦合元件170与引导件158的接合。如图所示，弹簧182布置在由附接部分176限定的间隙174内部，使得弹簧182布置在第一支架144(即透镜外壳140)的外表面和耦合元件170之间，并且朝向轴154的端部160(即引导件158)施加偏置力，以保持耦合元件170与引导件158接合。在一个实施例中，弹簧182的一端与第一支架144固定地附接，并因此与透镜外壳140固定地附接，而弹簧182的另一端与耦合元件170接合。

如图所示，耦合元件170搁置在弹簧182上并压缩弹簧182。因此，弹簧182在轴向方向上朝着引导件158和透镜外壳140(即第一支架144)施加力。此外，弹簧182被配置成在耦合元件170和透镜外壳140之间传递横向力，以使得透镜外壳140能够在第一极限位置和第二极限位置之间线性移动。此外，弹簧182和附接部分176被设置成使得弹簧182的纵向轴线184和光学轴线126被布置在不同的平面中，并且因此，纵向轴线184和光学轴线126被布置成彼此分离。此外，弹簧182被布置成使得弹簧的纵向轴线184被布置成正交于(即垂直于)光学轴线126。此外，纵向轴线184基本上垂直于旋转轴线156。此外，纵向轴线184基本上垂直于第一轨道134。能够理解，选择弹簧182的刚度，使得耦合元件170(即球172)和引导件158(即凹槽162)之间的连接是无游隙连接。

此外，为了减轻振动，在透镜外壳140中紧邻第一和第二轨道134、136处提供磁体，在一个实施例中，所述第一和第二轨道由铁磁性材料制成。例如，如图11中最佳示出，第一磁体186可移除地或永久地布置在透镜外壳140内部，并且靠近第一支架144的第一端148和第一轨道134设置，而第二磁体188可移除地或永久地布置在透镜外壳140内部，并且在第二支架146内部延伸并靠近第二轨道136。此外，两个轨道134、136由铁磁性材料制成，以使得磁体186、188能够与相应轨道134、136磁耦合。在一些实施例中，为了减轻振动并在轨道134、136上磁性耦合和支撑透镜外壳140，取决于透镜组件122的尺寸和重量，磁体186、188中的所述一个或多个的磁通量密度在0.1特斯拉和5特斯拉之间。

在一个实施例中，第一和第二支架144、146相对于轨道134、136布置，以便减小第一和第二支架144、146与相关联的轨道134、136之间的接触面积。在一个实施例中，第一和第二支架144、146和轨道134、136相对于彼此布置成使得第一和第二支架144、146和轨道134、136之间存在线接触或点接触。如图11中所示，透镜外壳140(即第一支架144)在两个接触表面处与第一轨道134连接，而透镜外壳140(即第二支架146)在一个接触表面处与第二轨道136连接。此外，为了减少透镜外壳140和轨道134、136之间的摩擦，在轨道134、136和支架144、146之间提供适当的润滑。

现在描述扫描仪100改变透镜系统106的焦平面的工作。为了沿着光学轴线126移动透镜124的焦平面，透镜组件122沿着平移轴线在第一极限位置和第二极限位置之间来回线性移动。在第一极限位置，透镜124相对于第二极限位置靠近照射模块102布置。为了移动透镜组件122(即透镜外壳140连同透镜124)，向驱动器152供电，导致驱动轴154绕其旋转轴线156旋转。响应于驱动轴154的旋转，端部160也绕旋转轴线156旋转。由于球172(即耦合元件170)布置在凹槽162(即引导件158)内部，球172响应于端部160的旋转而沿着由凹槽162限定的闭合路径移动。

由于凹槽路径相对于旋转轴线156倾斜，并且所述路径是闭合路径，所以在端部160绕旋转轴线156的每个旋转的一半期间，球172在第一方向(即向前方向)上朝着驱动器152移动/平移，并且在端部160的旋转的剩余一半期间，球在第二方向(即向后方向)上远离驱动器152移动/平移，或者反之亦然，其中第一方向远离驱动器，而第二方向朝向驱动器。由于球172沿着引导件162的来回运动，球172在附接部分176上施加力，并因此在透镜外壳140上施加力，导致透镜组件122相对于轨道134、136沿着平移轴线138来回移动。因此，当球172在第一方向上移动时，透镜组件122向一个极限位置移动，而当球172在第二方向上移动时，透镜组件122向与所述一个极限位置相对的另一个极限位置移动。以这种方式，通过沿着平移轴线138来回移动透镜组件122，可以改变透镜系统106的焦平面，因此改变扫描仪100的焦平面。这允许在不同的焦平面获取牙科物体的多个二维图像。能够理解，扫描仪100可以具有不同的定向，并且在每个定向下可通过移动透镜组件122来改变扫描仪100的焦平面，从而针对每个定向拍摄一叠2D图像。通过应用诸如迭代最近点(ICP)的已知技术将这些2D图像拼接在一起，以获得牙科物体200的三维数字表示。

受益于前面的描述和相关附图中给出的教导，这些公开内容所属领域的技术人员将会想到本文阐述的本公开的许多修改和其它实施例。因此，应理解，本公开不限于所公开的具体实施例，并且修改和其它实施例旨在包含在所附权利要求的范围内。此外，尽管前面的描述和相关附图在元件和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施例，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，替代实施例可以提供元件和/或功能的不同组合。在这点上，例如，与上面明确描述的那些不同的元件和/或功能的组合也是可以预期的，如在一些所附权利要求中所阐述。尽管本文采用了特定的术语，但是它们仅用于一般的和描述性的意义，而不是用于限制性目的。

元件列表

100 扫描仪

102 照射模块

104 图像传感器

106 透镜系统

108 光源

110 图案生成元件

112 分束器

114 滤色器阵列

118 偏振光学器件

120 镜

122 透镜组件

124 透镜

126 光学轴线

130 框架

132 驱动组件

134 第一轨道

136 第二轨道

138 平移轴线

140 透镜外壳

142 环结构

144 第一支架

146 第二支架

148 第一端

150 第二端

152 驱动器

154 轴

156 旋转轴线

167 纵向轴线

158 引导件

160 端部

162 凹槽

166 纵向轴线

170 耦合元件

172 球形球

174 间隙

176 附接部分

180 偏置构件

182 弹簧

184 纵向轴线

186 第一磁体

188 第二磁体

200 牙科物体

Claims (15)

1.一种口腔内手持式3D光学扫描仪，包括：

照射模块，其被配置成生成照射信号以照射牙科物体；

图像传感器，其被配置成响应于所述牙科物体的照射而获得数据，所述数据被配置成用于生成所述牙科物体的3D牙科模型；

包括光学透镜的透镜外壳，所述光学透镜被配置成将所述照射信号导向所述牙科物体；

驱动器，其包括被配置成围绕旋转轴线旋转的轴；

引导件，其沿着所述轴的长度的至少一部分连续延伸；和

弹簧，其布置在所述透镜外壳和所述引导件之间的中间，被配置成朝向所述引导件施加弹簧力。

2.根据权利要求1所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述轴包括端部，其与所述轴的其余部分同轴连接，并且所述引导件布置在所述端部上。

3.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述引导件连续延伸以围绕所述轴的圆周表面形成闭合正弦曲线。

4.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述轴被配置成围绕所述旋转轴线旋转，用于产生所述透镜外壳沿着平移轴线的线性移动，并且其中，所述线性移动包括第一极限位置和第二极限位置之间的来回移动。

5.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述透镜外壳包括附接部分，所述弹簧与所述透镜外壳在所述附接部分处固定地附接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述附接部分包括多个突起，所述多个突起至少部分地包围自由空间，其中，所述弹簧布置在所述自由空间中，并且所述弹簧至少部分地被所述多个突起包围。

7.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，进一步包括将所述引导件与所述弹簧可操作地连接的耦合元件。

8.根据权利要求7所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述弹簧施加力，所述力被配置成保持所述耦合元件和所述透镜外壳之间的连接。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，

所述轴被配置成围绕所述旋转轴线旋转；

所述耦合元件被配置成响应于所述轴的旋转而沿着所述引导件移动；并且

所述透镜外壳被配置成响应于所述耦合元件沿着所述引导件的移动而沿着平移轴线在所述第一极限位置和第二极限位置之间线性移动。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述弹簧施加力，所述力被配置成保持所述耦合元件和所述引导件之间的连接。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述耦合元件的至少一部分布置在所述附接部分中。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述引导件是凸形部分或凹形部分中的一个，并且所述耦合元件是所述凹形部分或凸形部分中的另一个。

13.根据前述权利要求中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述透镜外壳被配置成沿着一个或多个轨道移动。

14.根据权利要求13所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，所述一个或多个轨道是铁磁性的，并且邻近所述一个或多个轨道布置。

15.根据权利要求13或14中任一项所述的口腔内手持式3D光学扫描仪，其中，

所述透镜外壳被配置成沿着至少两个轨道滑动；并且

所述透镜外壳在两个接触表面处与所述至少两个轨道中的至少一个轨道连接，并且所述透镜外壳在一个接触表面处与所述至少两个轨道中的至少一个轨道连接。

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