CN202776619U - 一种光学三维图像成像装置 - Google Patents
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Abstract
一种光学三维图像成像装置，其特征是包括：激光发生器、阵列光转换模块、分光镜、成像光学系统、图像传感器、控制电路、焦阑模式的共焦光学系统、电机以及出/入射光口；所述激光发生器的出射端与阵列光转换模块的入射端连接，阵列光转换模块的出射端经由所述分光镜连接所述焦阑模式的共焦光学系统的第一端，该焦阑模式的共焦光学系统的第二端连接所述出/入射光口；所述成像光学系统的入射端经由所述分光镜连接所述焦阑模式的共焦光学系统的第一端，该成像光学系统的出射端与所述图像传感器的接收端连接；所述控制电路电连接所述激光发生器、电机及图像传感器。本实用新型具有成像效果更好且能避免因涂抹化学物质带给患者带来不适的实用进步性。
Description
技术领域
本实用新型涉及牙科口腔治疗领域，具体涉及一种用于获得牙齿三维表面特征的新型非接触式光学三维成像装置。
背景技术
在牙齿成像领域和假牙自动化设计领域中，有多种不同的光学三维直接成像的方法和装置，不同于传统使用印模材料取牙模方法的是，这些光学直接成像的方法通常采用数字化计算机辅助设计（CAD）对口腔中的牙齿直接成像，在计算机上得到相应的牙齿模型，之后将数字化牙齿模型传输到假牙制作实验室，通过采用计算机辅助制作（CAM）加工假牙。
其中，有一种三维光学成像方法是基于激光三角方法来测量牙齿表面和伸入到病人空腔中的光学探测器之间的距离来获取牙齿表面三维特征。存在以下缺点：第一，这种方法假设牙齿表面具有理想的反光特征，如兰伯特反射，然而，实际牙齿的表面并不具备兰伯特反射特性，因此成像往往不够准确；第二，这种方法需要在牙齿表面涂抹一层特殊物质（如测量粉末或者一种白色颜料悬浮液），其厚度很难把握在规定标准的范围内，导致成像易产生误差，而且涂抹的物质亦会对患者带来不适。
因此，如何解决上述现有技术存在的不足点，便成为本实用新型所要解决的问题。
发明内容
本实用新型目的是提供一种光学三维图像成像装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种光学三维图像成像装置，包括：激光发生器、阵列光转换模块、分光镜、成像光学系统、图像传感器、控制电路、焦阑模式的共焦光学系统、电机以及出/入射光口；
其中，所述激光发生器的出射端与阵列光转换模块的入射端连接，该阵列光转换模块的出射端经由所述分光镜连接所述焦阑模式的共焦光学系统的第一端，该焦阑模式的共焦光学系统的第二端连接所述出/入射光口；
所述成像光学系统的入射端经由所述分光镜连接所述焦阑模式的共焦光学系统的第一端，该成像光学系统的出射端与所述图像传感器的接收端连接；
所述控制电路电连接所述激光发生器、电机及图像传感器。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述激光发生器用以产生激光束，且可采用多个波长不一致的激光发生器并联的方式来提高装置的成像速率。
2、上述方案中，所述阵列光转换模块由光扩展器和光栅、针孔阵列加透镜的组合、微透镜阵列三者中任一者串接组成，其作用是将源光束转换成多股照射方向一致的阵列点光源；其中，通过设置所述光扩展器，可缩短光路以精简装置的体积；所述光栅指的是一张由条状透镜组成的薄片。
3、上述方案中，所述分光镜的作用是：一、折射通过所述阵列光转换模块的光束；二、传递（即被穿透）通过所述焦阑模式的共焦光学系统的光束。
4、上述方案中，所述成像光学系统的作用是将经过所述分光镜的光线进行会聚，具体为单一凸透镜或一系列的透镜组合，并以后者为佳，因为选用一系列的透镜组合相比单一凸透镜能够具有消除噪声及提高成像质量的作用。
5、上述方案中，所述图像传感器的作用是感受光学图像信息并转换成可输出电信号，即完成“光”到“电”的转换；该图像传感器为CCD或CMOS。
6、上述方案中，所述控制电路用以控制激光发生器、电机、图像传感器的工作。
7、上述方案中，所述焦阑模式（telecentric lens）的共焦光学系统具体由一系列透镜、精密针孔、狭缝组成，可对图像产生正投影视图，即图像的放大倍数同图像到共焦光学系统的距离和位置相独立。
8、上述方案中，所述电机用以控制所述焦阑模式的共焦光学系统发生位移改变其焦点位置，以助其形成三维的图像，而若无电机的驱动，则只能对被照射区域形成二维甚至一维图像。
9、上述方案中，所述出/入射光口具体为一内窥镜，包括玻璃体及设置在末端的具全内反射功能的一镜面，其作用是发出发射光至牙齿和采集牙齿的反射光。
11、上述方案中，还包括一第一偏振器及第二偏振器，该第一、第二偏振器用以对光发生极化作用，以最终提高成像的效果；所述第一偏振器设于所述激光发生器的出射端与阵列光转换模块的入射端之间；所述第二偏振器设于分光镜与成像光学系统的入射端之间。
13、上述方案中，还包括一中继光学系统，该中继光学系统设于所述焦阑模式的共焦光学系统及出/入射光口之间，其作用在于将图像无失真的从共焦光学系统传输至出/入射光口。
本实用新型的工作原理及优点如下：
本实用新型一种光学三维图像成像装置，通过设置激光发生器、阵列光转换模块、分光镜、成像光学系统、图像传感器、控制电路、焦阑模式的共焦光学系统、电机以及出/入射光口，以使本实用新型相比现有技术的结构而言，具有成像效果更好且能避免因涂抹化学物质带给患者带来不适的实用进步性。
附图说明
附图1为本实用新型最佳实施例的结构示意图；
附图2为本实用新型最佳实施例的外接设备的结构示意图。
以上附图中：1、分光镜；2、牙齿。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例：如图1所示，一种光学三维图像成像装置，包括：
激光发生器、第一偏振器、阵列光转换模块、分光镜1、第二偏振器、成像光学系统、图像传感器、控制电路、焦阑模式的共焦光学系统、电机、中继光学系统以及出/入射光口；
其中，所述激光发生器的出射端与第一偏振器的入射端连接，第一偏振器的出射端与阵列光转换模块的入射端连接，该阵列光转换模块的出射端经由所述分光镜1连接所述焦阑模式的共焦光学系统的第一端，该焦阑模式的共焦光学系统的第二端连接所述中继光学系统的第一端，该中继光学系统的第二端连接所述出/入射光口；
所述第二偏振器的入射端经由所述分光镜1连接所述焦阑模式的共焦光学系统的第一端，该第二偏振器的出射端与所述成像光学系统的入射端连接，该成像光学系统的出射端与所述图像传感器的接收端连接；
所述控制电路电连接所述激光发生器、电机及图像传感器。
其中，所述激光发生器用以产生激光束，且可采用多个波长不一致的激光发生器并联的方式来提高装置的成像速率；所述第一、第二偏振器用以对光发生极化作用，以最终提高成像的效果；所述成像光学系统具体为一系列的透镜组合，以将经过所述分光镜1的光线进行会聚，并能消除噪声、提高成像质量；
所述图像传感器具体为一CCD（见图1），其作用是感受光学图像信息并转换成可输出电信号；所述控制电路用以控制激光发生器发出激光束，并能驱动电机控制所述焦阑模式的共焦光学系统发生位移改变其焦点位置（以助其形成三维的图像，而若无电机的驱动，则只能对被照射区域形成二维甚至一维图像），还能控制图像传感器的工作，且，该控制电路还与一外接设备（PC机）连接，并直接驱动其中的图像采集模块工作，见图2，而图像传感器亦可直接将信号发送至该图像采集模块；
所述阵列光转换模块由光扩展器和光栅、针孔阵列加透镜的组合、微透镜阵列三者中任一者串接组成，其作用是将源光束转换成多股照射方向一致的阵列点光源，其中，通过设置所述光扩展器，可缩短光路以精简装置的体积；所述光栅指的是一张由条状透镜组成的薄片；所述分光镜1的作用既能折射通过所述阵列光转换模块的光束又能传递（即被穿透）通过所述焦阑模式的共焦光学系统的光束；所述焦阑模式（telecentric lens）的共焦光学系统具体由一系列透镜组成，该一系列透镜具有不同的参数，因此具有不同的光学特性，可对图像产生正投影视图，即图像的放大倍数同图像到共焦光学系统的距离和位置相独立；所述中继光学系统的作用在于将图像无失真的从所述共焦光学系统传输至出/入射光口；所述出/入射光口具体为一内窥镜，包括玻璃体及设置在末端的具全内反射功能的一镜面，其作用是发出发射光至牙齿2和采集牙齿2的反射光。
现就本实用新型的工作原理进行说明：当本实用新型的装置开始工作时，首先，由激光发生器接收到控制电路的控制指令开始工作，发出激光束；激光束射入第一偏振器，经由该第一偏振器极化后射入由光扩展器及微透镜阵列组成的阵列光转换模块，光束通过该微透镜阵列转换成多股照射方向一致的阵列点光源，并通过所述分光镜1的折射后进入由一系列透镜组成的焦阑模式的共焦光学系统，然后进入所述中继光学系统，再通过该中继光学系统的传输，光束进入由内窥镜构成的所述出/入射光口，并由该出/入射光口将光束发射，以对患者的牙齿2进行照射；在对患者的牙齿2进行照射时，操作者可以通过移动装置的出/入射光口来对患者的牙齿2进行全面和全方位的扫描；于此同时，所述控制电路控制电机来驱动所述共焦光学系统进行位移，其目的是对被照射区域的牙齿2进行实时三维照射扫描；最后，由牙齿2表面反射的光束通过所述出/入射光口回到中继光学系统，并传输至共焦光学系统后，直接穿过所述分光镜1进入第二偏振器，同样经由该第二偏振器极化，极化后的光束射入由一系列的透镜组合构成的成像光学系统中，以对光束进行会聚、消除噪声，再进入CCD（即图像传感器），至此本实用新型成像装置完成工作。需要说明的是：控制电路会根据CCD、电机以及图2中外接PC机的图像采集模块实时反馈的数据或信号，在装置工作时实时调整上述CCD、电机和图像采集模块的工作时序，以获取较为满意的成像。
如图2所示，该外接PC机包括图像采集模块、中央处理单元、显示器、调制解调器，其中显示器可外接一用户控制模块，而调制解调器则可外接网络/蓝牙/WIFI等通信模块，以发送图像信息至诸如牙模加工设备直接制造牙模。
本实用新型一种光学三维图像成像装置，通过设置激光发生器、阵列光转换模块、分光镜、成像光学系统、图像传感器、控制电路、焦阑模式的共焦光学系统、电机以及出/入射光口，以使本实用新型相比现有技术的结构而言，具有成像效果更好且能避免因涂抹化学物质带给患者带来不适的实用进步性。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种光学三维图像成像装置，其特征在于：包括：激光发生器、阵列光转换模块、分光镜、成像光学系统、图像传感器、控制电路、焦阑模式的共焦光学系统、电机以及出/入射光口；
其中，所述激光发生器的出射端与阵列光转换模块的入射端连接，该阵列光转换模块的出射端经由所述分光镜连接所述焦阑模式的共焦光学系统的第一端，该焦阑模式的共焦光学系统的第二端连接所述出/入射光口；
所述成像光学系统的入射端经由所述分光镜连接所述焦阑模式的共焦光学系统的第一端，该成像光学系统的出射端与所述图像传感器的接收端连接；
所述控制电路电连接所述激光发生器、电机及图像传感器。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于：还包括一第一偏振器及第二偏振器；所述第一偏振器设于所述激光发生器的出射端与阵列光转换模块的入射端之间；所述第二偏振器设于分光镜与成像光学系统的入射端之间。
3.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于：还包括一中继光学系统，该中继光学系统设于所述焦阑模式的共焦光学系统及出/入射光口之间。
4.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于：所述阵列光转换模块由光扩展器和光栅、针孔阵列加透镜的组合、微透镜阵列三者中任一者串接组成。
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| US11638525B2 (en) | 2014-07-07 | 2023-05-02 | Align Technology, Inc. | Intraoral scanning apparatus with decreased ray footprint |
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