JP2001153632A - 医科的対象物、特に歯牙標本の模型を検出する方法と装置 - Google Patents

医科的対象物、特に歯牙標本の模型を検出する方法と装置

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JP2001153632A JP2000318184A JP2000318184A JP2001153632A JP 2001153632 A JP2001153632 A JP 2001153632A JP 2000318184 A JP2000318184 A JP 2000318184A JP 2000318184 A JP2000318184 A JP 2000318184A JP 2001153632 A JP2001153632 A JP 2001153632A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 医学的な対象物、特に歯牙標本の模型を単純
な方式で計測する。 【解決手段】 投光ユニット１３〜１５と受光ユニット
１８〜２１とを有する投射方向に可動の位置検出センサ
を装備し、前記投光ユニット１３〜１５の投射光路１０
と前記受光ユニット１８〜２１の観察光路１１との間に
は特定の三角測量角度αを設けてあり、かつ前記投射光
路１０を、前記位置検出センサの運動方向に対して平行
に方位づけた形式の医科的対象物、特に歯牙標本の模型
を検出する装置において、三角測量角度αが１０゜〜５
゜よりも小であり、受光ユニット１８〜２１が、互いに
並列的に位置していて個別に評価可能な複数の画素から
成る受光アレーを有し、前記画素が信号処理装置２１と
協働するようになっており、かつ観察光路１１内には、
前記受光アレーに対して垂直な方向にビームを拡げるた
めの手段１９が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、医学的な歯牙標本
（形成歯牙）、特に歯牙模型を製作するための装置及び
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】歯牙模型は、急勾配な壁と細微構造を特
徴とし、しかも歯牙模型には細く深い穴が含まれている
ことがある。更に歯牙模型を計測する場合、エッジ及び
急勾配面を精確に把握することが必要である。
【０００３】欧州特許出願公開第０４５５８５５号明細
書に基づいて、投射光路と観察光路との間の所定の視差
角度をできるだけ小さくして三角測量法に従って歯牙模
型を計測することは公知である。模型は計測中、充分な
精度で、定置に配置された三角測量センサによってスパ
イラル状に走査される。更にまた前記の光学的な測定装
置を工具支持ヘッドの１つに装備して、センサを、規定
の運動を介して最適の測定位置へもたらせるようにする
ことも公知である。工具スピンドルの運動は既知であ
り、かつ本来のセンサ測定値に補正量として重畳され
る。使用されるセンサの例として焦点検出センサが挙げ
られ、測定プロセスの形成方式自体は依然として未解決
のままである。
【０００４】ＧＣコーポレーション社（東京）のパンフ
レット”Dental CAD/CAM GN-I”に基づいて、修復歯牙
の計測が公知であり、その場合レーザセンサは５軸計測
で修復歯牙を計測することができる。計測ユニットは、
修復歯牙を作成するための機械群の独立構成部分であ
り、なお前記機械群は、独立した研削機並びにプロセス
制御用のコンピュータを備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、医学
的な対象物、特に歯牙標本の模型を単純な方式で計測す
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】投光ユニットと受光ユニ
ットとを有する投射方向に可動の位置検出センサを装備
し、前記投光ユニットの投射光路と前記受光ユニットの
観察光路との間には特定の三角測量角度を設けてあり、
かつ前記投射光路を、前記位置検出センサの運動方向に
対して平行に方位づけた形式の医科的対象物、特に歯牙
標本の模型を検出する装置において前記課題を解決する
本発明の構成手段は、三角測量角度が１０゜〜５゜より
も小であり、受光ユニットが、互いに並列的に位置して
いて個別に評価可能な複数の画素から成る受光アレーを
有し、前記画素が信号処理装置と協働するようになって
おり、かつ観察光路内に、前記受光アレーに対して垂直
な方向でビームを拡げるための手段が配置されている点
にある。
【０００７】
【発明の効果】要するに本発明によれば、三角測量角度
を１０゜よりも小、殊に有利には５゜よりも小にしたこ
とによって、歯牙キャビティ内を充分精確に測定するこ
とが可能になり、従って歯牙のエッジ及び急勾配面を精
確に検出することが可能である。しかも受光ユニット
が、互いに並列的に位置していて個別に評価可能な多数
の画素から成る受光アレーを有し、前記画素が信号処理
装置と協働するにようなっていることによって、ビーム
重心を決定する場合にエッジにおける光点の二重反射及
び拡がりを斟酌することが可能であり、汎用される位置
検出センサ（ＰＳＤ＝ Position Sensitive Device）の
欠点をこうして回避することが可能になる。ビーム重心
の決定を、少数の画素（ピクセル）の計算に制限するＣ
ＣＤ又はフォトダイオードが有利である。更に本発明に
よれば、受光ユニットのアレーに対する観察光路の方位
整合誤差を補償できるようにするために、観察光路内に
は、前記受光アレーに対して垂直な方向にビームを拡げ
るための手段が配置されている。位置検出センサはその
場合、投射方向運動時に測定精度の範囲内で対象物の同
一点を計測するように投射方向に可動である。
【０００８】投射光路及び／又は観察光路内に、光路を
変向する手段が配置される場合には、三角測量角度が僅
かであるにも拘わらず、投光ユニット及び／又は受光ユ
ニットを配置するのに充分なスペースが得られる。
【０００９】位置検出センサが投射方向に可動であるこ
とに基づいて、位置検出センサの測定範囲は、投射方向
で計測すべき対象物の最大寸法の精々１／１０であれば
充分である。
【００１０】有利な構成では投光ユニットは、視準光学
素子を有するレーザ−ダイオードと該レーザ−ダイオー
ドの作動制御素子とから成り、しかも照射出力が、パル
ス幅変調（ＰＷＭ）式作動制御素子によって制御され、
該ＰＷＭ式作動素子の衝撃係数が受光器の信号から算定
される。パルス幅変調とは、平均的なレーザ強度が、作
動接続されたレーザと遮断されたレーザとの時間比によ
って設定されることを意味している。
【００１１】視準光学素子は、レーザビームを特定点に
集束するレンズから成っている。
【００１２】更に本発明は、位置検出センサを備えた医
科的対象物（標本）を検出する装置にも関し、その場
合、位置検出センサはケーシング内に配置されており、
該ケーシングには、投射光路及び／又は観察光路用の窓
が設けられており、かつ該窓は、周辺温度よりも高い温
度にされている。
【００１３】前記ケーシングは、研削機の研削室の内部
でスピンドルモータに、かつ該スピンドルモータと緊密
に熱接触した状態で配置されているのが有利である。研
削プロセス中の主熱源であるスピンドルモータとの緊密
な熱接触によって、前記窓はスピンドルモータの温度を
充分に受け、その結果研削機の研削室内の多湿で温かい
条件下において窓の曇りひいてはセンサの測定値の誤測
定は回避される。
【００１４】２つの受光ユニットを使用することによっ
て、特にエッジ計測域における測定精度を改善すること
が可能である。その場合、両受光ユニットは投射光路に
対して鏡面対称的に配置されるのが有利であり、このよ
うに構成すれば三角測量法の非対称的幾何学形態が相殺
される。受光器信号の場合、その都度より発言力のある
信号は、例えばより高い強度に関して、或いは、より明
晰な焦点像に関して、一層高い重みを得る。付加的な観
察光路によってコンパクト性は維持されなくなるが、特
殊な適用例の場合には計測改善の方が優先される。
【００１５】更に本発明は、投射光路と観察光路との間
に所定の三角測量角度をもって三角測量法に基づいて計
測する形式の、医科的標本、特に歯牙模型を計測する方
法に関する。本発明の計測法の特徴とするところは、第
１工程で位置検出センサを駆動装置によって投射方向に
動かして、被計測物体を、作業距離ａに所属する領域＋
／−Ｂの内部にもたらし、第２工程で前記位置検出セン
サを被計測物体に沿って動かし、第３工程では、前記位
置検出センサによって発生した測定信号が、前記作業距
離ａに所属する領域＋／−Ｂ内に位置しているか否かを
検査し、測定値が該領域Ｂ外に位置する場合には第４工
程において前記位置検出センサの位置を変化して該位置
検出センサを前記領域＋／−Ｂ内に位置させ、殊に実質
的に前記作業距離ａに達するようにし、第５工程で測定
値を発生させ、次いで被計測物体の位置を、前記位置検
出センサの位置と該位置検出センサの測定値とから算定
する点にある。このような方法上の本発明の構成手段に
よって、僅少な三角測量角度から生じる欠点を補正する
ことが可能である。ダミー・プラウ（Scheinpflug）条
件に基づく位置決めが空間的な理由から不可能であり、
これによって作業領域が著しく制約されるにも拘わら
ず、充分な精度で測定を行うことが可能である。
【００１６】観察ビームがほぼ一定の信号を発生するよ
うに投射ビームの照射出力を制御し、特にフォトダイオ
ード受光アレーにおける信号振幅がほぼ一定になるよう
にレーザ−ダイオードを制御するのが有利である。
【００１７】測定精度を向上させるために、一方の受光
ユニットへの入射強度及び／又は投光ユニットによって
発生された光点の半値幅を測定し、かつ、前記入射強度
及び／又は半値幅が標準範囲内にない場合には測定値を
マーキングするのが有利である。
【００１８】本発明の有利な構成では、システム誤差を
伴う測定値は、擬似値としてマーキングされ、かつ後の
評価ルーチンによって相応に解釈される。これによって
誤った測定データが最終結果に伝送される不都合が回避
される。
【００１９】測定精度を改善するために、各測定前に妨
害光を計測し、かつ該妨害光を測定値の決定時に補償す
ることも可能である。
【００２０】被計測物体を先ず大まかに走査して出力器
に提供し、次いで特定領域を選出し、かつ精密計測をこ
の領域に制限するのが有利である。これは、被計測物体
全体を受容する必要がないので、時間的な顕著な利得を
意味する。
【００２１】更にまた粗計測に基づいて、相互作用的な
工程を行い、それによって本来の計測工程を背景で進行
させるのも有利である。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に図面に基づいて本発明の実施
例を詳説する。
【００２３】図１の概略図では、修復歯牙用嵌合体を製
作するための本発明の装置の１実施形態の全体的な配置
構成が図示されている。該装置は、嵌合体を製作するの
に重要な３つの構成要素、つまり取付け装置１、計測装
置（センサ）２及び加工装置３を全て有している。
【００２４】取付け装置１は、嵌合体の模型又は、該嵌
合体を後に嵌入しようとする対象物の模型を取付けるた
めに使用される一方、（或いは択一的に）前記嵌合体を
製作しようとする適当な材料から成るワーク素材を取付
けるために使用される。前記模型は、嵌合体もしくは対
象物の雄型又は雌型であることができる。
【００２５】装置は、歯牙対象物としての歯牙標本（形
成歯牙）４の雄型と共に図示されている。取付け装置１
は模型の回転及び縦送りを可能にする。
【００２６】計測装置（センサ）２は主として、取付け
装置１内に保持された歯牙対象物４に向かって方位づけ
可能な、シャープに集束された光ビーム１０を発生する
光源と、前記光ビーム１０によって歯牙対象物４上に投
射された光点を結像する受光器とから成っており、これ
は投射光路１０と観察光路１１とによって表されてい
る。
【００２７】加工装置３は主として、スピンドル装置か
ら成っており、該スピンドル装置のスピンドルの一端は
加工室５内へ侵入して工具支持ヘッド６を有している。
該工具支持ヘッド６は工具７を装備し、かつスピンドル
軸線８に沿って長手方向に運動可能かつスピンドル軸線
８を中心として回転運動可能であり、この長手方向運動
及び回転運動は共に矢印によって示唆されている。
【００２８】図２には、個々の構成群を備えた計測装置
（センサ）が、構造例として図示されている。ケーシン
グ１２内には、レーザ−ダイオード１３が視準光学素子
１４及び作動制御素子１５と共に収容されており、該作
動制御素子は投射光路を発生かつ制御する。
【００２９】投射光路１０内には、レーザ−ダイオード
１３から出射するビームを変向するためのプリズム１６
が配置されており、これによって直角変向が行われる。
レーザビームは窓１７を介してケーシング１２から放出
し、前記窓１７を通って観察光路１１もガイドされる。
その場合、観察光路１１と投射光路１０との間には三角
測量角度αが形成されており、該三角測量角度は図示例
では７゜であるが、５゜よりも小であるのが有利であ
る。この三角測量角度αは、歯牙標本のキャビティ側面
の許容傾斜度を決定し、該キャビティ側面はなお充分精
確に計測することができる。
【００３０】歯牙対象物４によって反射されたレーザ光
は、観察光路１１を介して窓１７を通ってケーシング１
２内へガイドされ、かつ、光線が投射光路１０に対して
ほぼ平行に経過するようにプリズム１８によって変向さ
れる。
【００３１】観察光路１１内には、観察光路と投射光路
とを通る平面に対して垂直方向の平面内で焦点位置を変
化させる１つの円柱レンズ１９が配置されているので、
受光器２０内に存在するアレー（つまり相互に並列的に
位置していて個別に評価可能な多数の画素＝ピクセルか
ら成るアレー）がビーム円錐体の領域内に確実に位置す
ることになる。
【００３２】受光器２０は評価ユニット２１を備え、該
評価ユニットにおいて、受光ユニットに当る強度及び、
投光ユニットによって発生された光点の半値幅が測定さ
れ、かつ該評価ユニットによって投光ユニットの照射出
力が制御されて、受光ユニットにおいて一定の信号を生
ぜしめるようにし、その場合レーザ−ダイオードは、信
号振幅がほぼ一定になるように制御されている。
【００３３】図３には、光点２２に対する円柱レンズ１
９の作用が概略的に図示されている。直径ｄを有する光
点２２が、投射光路のレーザビームによって歯牙対象物
４上に発生される。該光点はライン２３を通って受光ア
レー２５上に結像される。円柱レンズ１９の付加的な使
用によって、受光アレー２５の方向に対して垂直な方向
で拡径が得られる。その場合、前記直径は受光アレーに
対して平行には不変的に小さいのが理想的である。光点
２２が軽度の調整狂いによって画素２４に的中しなくな
るような事態が前記拡径によって回避される。
【００３４】並列的に配置された種々の画素を有する受
光アレー２５の作業態様は、図４に基づいて明らかにな
る。受光アレー２５には、主ビーム１１．１と、例えば
歯牙対象物４のエッジにおける反射によって発生する二
次ビーム１１．２とが的中する。測定信号の評価時に、
画素２６の測定値を抑圧し、かつ専ら画素２７の測定値
のみを、場合によってはその近傍測定値を考慮すること
が可能であり、これによって擬似測定値は排除される。
【００３５】更に図４から判るように、観察光路１１
が、受光アレー２５の予め確定された外域に達した場合
に、センサは対象物に対して接近運動又は離隔運動を行
い、この運動に基づいて、次のステップの測定信号が、
作業間隔ａ内もしくは領域＋Ｂ／−Ｂ内になお位置する
ことが保証され、これによって該測定信号は受光アレー
２５上で相応の特定画素域に的中することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】研削機の研削室の内部に配置されたセンサの概
略図である。
【図２】図１に示した装置のセンサの構造例の斜視図で
ある。
【図３】受光器領域において拡張される観察光路の概略
図である。
【図４】センサの位置制御と妨害光線の抑圧を表す概略
図である。
【符号の説明】
１ 取付け装置、 ２ 位置検出センサとしての計測装
置、 ３ 加工装置、４ 歯牙対象物又は歯牙標本（形
成歯牙）、 ５ 加工室、 ６ 工具支持ヘッド、 ７
工具、 ８ スピンドル軸線、 １０ 投射光路、
１１ 観察光路、 １１．１ 主ビーム、 １１．２
二次ビーム、 １２ ケーシング、１３ レーザ−ダイ
オード、 １４ 視準光学素子、１５ 作動制御素子、
１６ プリズム、 １７ 窓、 １８ プリズム、
１９ 円柱レンズ、 ２０受光器、 ２１ 評価ユニッ
ト、 ２２ 光点、 ２３ ライン、 ２４ 画素（ピ
クセル）、 ２５ 受光アレー、 ２６，２７ 画素
（ピクセル）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ハーゼンツァール ドイツ連邦共和国 ダルムシュタット シ ュトゥルツシュトラーセ 19 (72)発明者 ヨアヒム プファイファー ドイツ連邦共和国 ベンスハイム ヤコブ スヴェーク 21 (72)発明者 アクセル シュヴォッツァー ドイツ連邦共和国 グロス−ゲラウ アウ フ デア カルプスボイネ 21

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 投光ユニット（１３〜１５）と受光ユニ
    ット（１８〜２１）とを有する投射方向に可動の位置検
    出センサ（２）を装備し、前記投光ユニット（１３〜１
    ５）の投射光路（１０）と前記受光ユニット（１８〜２
    １）の観察光路（１１）との間には特定の三角測量角度
    （α）を設けてあり、かつ前記投射光路（１０）を、前
    記位置検出センサ（２）の運動方向に対して平行に方位
    づけた形式の医科的対象物、特に歯牙標本の模型を検出
    する装置において、 三角測量角度（α）が１０゜〜５゜よりも小であり、受
    光ユニット（１８〜２１）が、互いに並列的に位置して
    いて個別に評価可能な複数の画素（２４，２６，２７）
    から成る受光アレー（２５）を有し、前記画素が信号処
    理装置（２１）と協働するようになっており、かつ観察
    光路（１１）内には、前記受光アレー（２５）に対して
    垂直な方向にビームを拡げるための手段（１９）が配置
    されていることを特徴とする、医科的対象物、特に歯牙
    標本の模型を検出する装置。
  2. 【請求項２】 投射光路（１０）及び／又は観察光路
    （１１）内に、光路を変向する手段（１６，１８）が配
    置されている、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 位置検出センサ（２）の測定範囲が、投
    射方向（８）で計測すべき対象物の最大寸法の精々１／
    １０である、請求項１又は２記載の装置。
  4. 【請求項４】 投光ユニット（１３〜１５）が、視準光
    学素子（１４）を有するレーザ−ダイオード（１３）と
    該レーザ−ダイオードの作動制御素子（１５）とから成
    り、しかも照射出力が、ＰＷＭ式作動制御素子によって
    制御され、該ＰＷＭ式作動素子の衝撃係数が受光器の信
    号から算定される、請求項１から３までのいずれか１項
    記載の装置。
  5. 【請求項５】 位置検出センサ（２）がケーシング（１
    ２）内に配置されており、該ケーシング（１２）には、
    投射光路（１０）及び／又は観察光路（１１）用の窓
    （１７）が設けられており、かつ該窓（１７）が、周辺
    温度よりも高い温度にされていることを特徴とする、位
    置検出センサ（２）を備えた医科的標本を検出する装
    置。
  6. 【請求項６】 位置検出センサ（２）が、窓（１７）を
    有するケーシング（１２）の内部に配置されており、か
    つ該ケーシング（１２）が、研削機の研削室（５）の内
    部で駆動装置に、かつ該駆動装置と緊密に熱接触した状
    態で配置されている、請求項１から５までのいずれか１
    項記載の装置。
  7. 【請求項７】 位置検出センサ（２）が２つの受光ユニ
    ットを有している、請求項１から６までのいずれか１項
    記載の装置。
  8. 【請求項８】 投射光路（１０）と観察光路（１１）と
    の間に所定の三角測量角度（α）をもって三角測量法に
    基づいて計測する形式の、医科的標本、特に歯牙模型を
    計測する方法において、 第１工程で位置検出センサ（２）を駆動装置によって投
    射方向（８）に動かして、被計測物体（４）を、作業距
    離（ａ）に所属する領域（＋／−Ｂ）の内部にもたら
    し、第２工程で前記位置検出センサ（２）を被計測物体
    （４）に沿って動かし、第３工程では、前記位置検出セ
    ンサ（２）によって発生した測定信号が、前記作業距離
    （ａ）に所属する領域（Ｂ）内に位置しているか否かを
    検査し、測定値が該領域（Ｂ）外に位置する場合には第
    ４工程において前記位置検出センサ（２）の位置を変化
    して実質的に前記作業距離（ａ）に達するようにし、第
    ５工程で測定値を発生させ、次いで被計測物体の位置
    を、前記位置検出センサ（２）の位置と該位置検出セン
    サ（２）の測定値とから算定することを特徴とする、医
    科的標本を計測する方法。
  9. 【請求項９】 観察ビーム（１１）がほぼ一定の信号を
    発生するように投射ビーム（１０）の照射出力を制御
    し、特にフォトダイオード受光アレーにおける信号振幅
    がほぼ一定になるようにレーザ−ダイオードを制御す
    る、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 一方の受光ユニット（２０，２１）へ
    の入射強度及び／又は光点（２２）の半値幅を測定し、
    かつ、前記強度及び／又は半値幅が標準範囲内にない場
    合には測定値をマーキングする、請求項８又は９記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 システム誤差を伴う測定値を、擬似値
    としてマーキングし、かつ後の評価ルーチンによって相
    応に解釈する、請求項８から１０までのいずれか１項記
    載の方法。
  12. 【請求項１２】 各測定前に妨害光を計測し、かつ該妨
    害光を測定値の決定時に補償する、請求項８から１１ま
    でのいずれか１項記載の方法。
  13. 【請求項１３】 被計測物体（４）を先ず大まかに走査
    して出力器に提供し、次いで特定領域を選出し、かつ精
    密計測をこの領域に制限する、請求項８から１２までの
    いずれか１項記載の方法。
  14. 【請求項１４】 出力器に提供された粗計測値に基づい
    て、修復体の形状を決定するための相互作用的工程を実
    施し、かつ本来の測定を背景で進行させて連続的に精密
    測定結果を発生させる、請求項１３記載の方法。
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