JP2006514739A - 歯科用レーザデジタイザシステム - Google Patents

Abstract

【課題】
レーザデジタイザシステムが、例えば歯科用品目のような現実の世界の物体の視覚三次元画像を、レーザデジタル処理によって提供する。
【解決手段】
レーザデジタイザが１回の露出時間の中で物体の複数の部分を走査することによって、該物体の画像を取り込む。

Description

本出願は、２００２年１２月３１日に出願の同時係属仮出願番号第６０／４３７，３７３号の米国特許１１９条（ｅ）に基づく利益を主張し、当該仮出願は参照することによりその全体をここに組み入れられる。

本発明は、対象物の三次元画像化に関する。特に本発明は、型成形品、鋳造品、生歯、調整生歯などを含む歯科の品目のレーザ画像化に関する。

対象物の三次元（“３Ｄ”）可視画像を生成するための技術が開発されてきた。３Ｄ画像は、対象物の表面および輪郭を示すデータを処理するコンピュータによって生成することができる。コンピュータはその３Ｄ画像を画面すなわちコンピュータのモニタ上に表示する。データは、対象物を光学的に走査し、対象物での反射光を検出するか記録することによって生成することができる。例えばモアレ法、干渉分光法、レーザ三角測量などの処理技術に基づいて、対象物の形状、表面や輪郭をコンピュータによってモデル化することができる。

モアレ法は、撮像される物体上に２Ｄ画像を投影するために、構造化された白色光を使用する。モアレ法は正弦関数の強度パターンを有する図柄を使用する。投射した角度とは異なる位置から観察すると、投射された画像は正弦曲線のようには見えない。従って、推測された各点ごとの観測された画像と投射された画像との位相角は、観測された各画素点での高さデータ「Ｚ」と相互に関連付けることができる。干渉分光法はこういうとき参照光と走査光とを使用し、その２本の光線相互間の光学干渉に基づく３Ｄ情報を推測する。

レーザ三角測量法では、物体の上に既知の方向からレーザの光点すなわち光線を投射する。レーザ光線は物体表面の全域に円弧状に走査される。レーザ光線は異なる既知の方向から撮像装置によって画像化される。周知の三角測量法を用いれば、既知の基線と、投射器と撮像装置の間の角度は走査された物体の表面から反射された光点の３Ｄ位置を推定するのに十分な情報を提供する。そのような走査は、また、走査円弧が原因で、領域の深さの読み取りの不正確さと線幅の不均一性をもたらす可能性がある。深さの測定と分解能を高めるような特殊な光学系を用いた装置が開発されている。しかしながら、特殊な光学系のあるものは逆に作用して光学画像を変形させ、また、装置が３Ｄ画像を生成するのに十分なデータを取得する早さを制限する。

レーザ三角測量法は、また、１本またはそれ以上のレーザ光線を物体の全域に走査することができる。レーザの線は回折レンズを通して生成されてもよい。しかしながら、レーザ光線の強度は投射された線に沿って変化するかもしれず、結果として物体の測定と画像化が不正確になる。レーザラインシステムは、また、レーザスペックル（それは不規則に分布する「光の斑点」状の斑模様のように見える）の影響を受けやすい。レーザスペックルは粗い表面で反射された干渉性の光の、像平面での干渉によって引き起こされているかもしれない。その斑模様は、有用な強度データとスペックルの強度データとの識別が困難なために、測定に雑音と不確実性をもたらす可能性がある。

歯科用途に使用される現在のレーザ装置は未発達であり、レーザ光線を１本だけ投射するということから制限を受けている可能性がある。すなわち、そのような装置は希望する線のパターンに合致させることができず、走査面の非平坦性または非線形性の補正または最小化、あるいはレーザスペックルの補正が全くできない。また、そのような装置は、デジタイザが利用される可能性のある型成形品や鋳造品の範囲を制限するような貧弱な固定・保持装置しか備えていないかもしれない。

本実施形態は、例えば歯科用品目のような物体を走査した三次元画像を生成するレーザ画像化装置を提供する。実施形態には、物体の視覚画像を得るために物体のレーザによるデジタル化を提供する、レーザ画像化のシステム、方法、一連の装置、及び技術を含む。視覚画像はコンピュータモニター、スクリーン、ディスプレー装置または同種のものに表示される。

レーザデジタイザは光源、スキャナ、フラットフィールドレンズ、画像取り込み装置、及び、コードに基づいて命令を実行し、デジタルデータを処理するように設定された処理装置を含んでもよい。

光源はレーザダイオード（ｌａｓｅｒ ＬＥＤ）と、平行光線を生成するように設定された平行光学系を含んでもよい。平行光線はスキャナに投射される。スキャナは、少なくとも２本の軸を経由して走査されるように、平行光線の方向を変える、すなわち走査する。走査された光束はレンズに向かって投射され、このレンズは光束を物体の表面上に光点として集束する。スキャナが光束を所望のパターンで走査するときに、光点が物体の全域で曲線の線分をなぞるようにするために、レンズは物体上に光点として集束させる。画像取り込み装置は、物体で反射した光を検出し、取り込まれた走査光束の画像を表すデータを生成する。画像取り込み装置は、１回の露出時間の間に１回以上走査された曲線の線分の画像を取り込むように設定されていてもよい。コンピュータは、コンピュータモニター、画面あるいは他の表示装置に物体の三次元視覚画像を生成するようにデータを処理する。物体の３次元マップを作り出すために物体の多様な画像が記録され、コンピュータによって処理される。物体の多様な画像は、物体の多様な位置と方向から取り込むことができる。個々の画像は物体の全体的な三次元（“３Ｄ”）マップを創り出すために結合される。

本発明に係る、その他のシステム、方法、特徴及び効果は、以下の図面及び詳細な説明を調査した当業者にとって明らかであるか、明らかになる。あらゆるそのような付加的システム、方法、特徴及び効果は本明細書の範囲に含まれ、本発明の有効範囲に含まれ、請求項によって保護される対象である。

本発明は、以下の図面及び説明を参照することによってより良く理解される。図中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、本発明の本質を説明するために、むしろ強調されている。更に、図において、異なる図を通して付されている同じ参照番号は対応する部分を示している。

図１は従来技術のレーザラインシステムの一例を示す。

図２ａは歯科用途のレーザデジタイザシステムの平面図である。

図２ｂは歯科用途のレーザデジタイザシステムの正面図である。

図３は図２ａ及び２ｂに示すレーザデジタイザの光のパターンのイメージを平面上で見たものとして示す。

図４は図３に示す光のパターンを画像化される物体上に投射したものとして示す。

図５は図３に示す光のパターンの反射が画像取り込み装置で検出されたものとして示す。

図６は、図２ａ及び２ｂのレーザデジタイザシステムの物体位置決め装置の実施形態を示す。

図１は従来技術のレーザライン撮像装置１００の一例を示す。従来技術のレーザライン撮像装置１００は送信機１０２と受信機１０８を有している。送信機１０２はレーザ光源１０４および伝送光学系１０６を含んでいる。送信機１０２は平面的なレーザ光を、送信機１０２の視野の範囲内にある物体１２０の上に投射する。物体表面に入射した平面的なレーザ光は物体１２０の上に直線を形成する。この投射されるレーザの線は円柱レンズ又は回折光学素子１０６で形成される。

物体１２０で反射された光はカメラ１０８で検出される。カメラ１０８は送信機１０２に対して既知の角度を成す光学軸を有している。光は、反射光を光検出器１１０の基盤に集束する光学用レンズ１１２で捕捉される。高さに違いのある物体１２０の輪郭が光検出器１１０の基盤上に投射された画像に基づいて画像化される。

図２ａ及び２ｂはレーザデジタイザシステム２００の一例を示す。レーザデジタイザシステム２００は歯科用の品目の３Ｄ画像を生成するように構成されている。レーザデジタイザシステム２００はレーザ光源２０２、光学的スキャナ２２２、Ｆ−θ（Ｆ−Ｔｈｅｔａ）レンズとして知られているかもしれないフラットフィールドレンズ２２８、画像取り込み装置２３０、および処理装置２３６を含む。レーザデジタイザシステム２００はまた、画像化される物体を固定し位置決めするための位置決め装置（図示せず）を含むこともできる。レーザデジタイザシステム２００はまた、光学的にレーザ源とスキャナ２２２との間に置かれる可変ビームエキスパンダ２４２を含んでもよい。

レーザ光源２０２は、スキャナ２２２とＦ−θレンズ２２８とによって投射されて画像化される物体を横切って走査されるレーザビームを生成する。走査された光は物体２２０で反射されて画像取り込み手段２３０によって検出されるが、この画像取り込み装置は検出された光の表象信号を生成する。

レーザ光源２０２はレーザ光の平行な光線から成っている平行光束２３８を形成する平行光学系（図示せず）を有してもよい。この平行光束２３８は２軸光学スキャナ２２２に向けて投射される。

レーザ光源２０２はレーザダイオードすなわちレーザ光線（楕円形の光束であるかもしれない）を生成するように設定されたＬＥＤを含んでもよい。平行光学系は楕円ビームを円形にして円形のスポットを生成するように設定することができる。円形スポットは物体２２０の表面を横断する均一な線を走査するのに使用することができる。レーザダイオードは商業的に入手可能な、例えばＢｌｕｅ Ｓｋｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈの波長６３５ｎｍでビームサイズが４ｍｍの１０ｍＷレーザダイオード（部品番号ＭＩＮＩ−０６３５−１０１Ｃ４０Ｗ）のような、レーザ光線を放射するように設定されたいかなるレーザダイオードでもよい。

レーザ光源２０２は又、レーザ光を変調するように設定されていてもよい。レーザ光源２０２は又、光源からの光の流れを、例えば２０ＭＨｚという高い変調もしくはスイッチング速度で調節するか遮断する変調器と連結されてもよい。レーザ光源２０２をスイッチングすると、レーザ光源２０２から放射されるレーザ光のコヒーレンスが低減され、その結果スペックルが軽減される。

スキャナ２２２は、時間とともに位置が変化する走査光束２４０を形成するために、平行光束２３８の方向を変える、すなわち走査する。走査された光束２４０はスキャナ２２２によってＦ−θレンズ２２８の方へ向けられる。スキャナ２２２は、平行光束を各軸が実質的に平行光束２３８に対して垂直な２本の軸と交差するように方向転換する。走査される光束２４０は、少なくとも２以上の軸で走査される。

スキャナ２２２は第１反射鏡２２４と第２反射鏡２２６を含む。第１および第２反射鏡２２４，２２６は画像を形成するために、光学的反射鏡か非拡散光を反射することのできる表面から成ることができる。それぞれの反射体２２４、２２６は個別のモータ２４４、２４６と回動可能に連結されることができる。それぞれのモータ２４４、２４６は、平行光束２３８の走査を達成するために、それぞれの反射体２４４、２２６の回動動作を制御するガルボドライブモータまたは同種のものから成っていてもよい。

第１および第２反射体２２４、２２６は基本的に垂直な軸を有し、相互に直交していることができる。反射体２２４、２２６は又、相互に任意の角度で置かれていてもよい。付加的な反射体が含まれてもよい。反射体２２４、２２６は、反射体に入射した平行なレーザ光束２３８が少なくとも２軸方向に走査される、すなわち向きを変えられるように直交して配置されることができる。第１の反射体２２４が１本の軸、例えばｘ軸、に沿って走査する。第２の反射体２２６は、ｘ軸に沿って第２の反射体２２６に入射する光束がｘ軸と直交する方向、例えばｙ軸に沿って走査されるように位置決めされることができる。例えば、第１および第２反射体２２４、２２６は、第１反射体が光束をｘ軸に沿って走査し、第２反射体２２６がｘ軸に直交する方向、例えばｙ軸の方向に光束を走査するように、相互に直交するように位置決めされることができる。

第１の反射体２２４は又、回動する第２反射体２２６と回転する多角形反射体２２４とが連携して、前記と同様にレーザ光束を２軸方向に走査するように設定されるように、回転多面鏡から成っていてもよい。該回転多面鏡２２４は平行光線２３８をｘ軸に沿って走査し、該回動反射体２２６は平行光線をｙ軸に沿って走査することができる。それぞれの軸、すなわち、ｘ軸とｙ軸とは実質的に相互に直交していてもよく、結果として走査光線２４０が平行ビーム２３８から生成され、該走査光線２４０は実質的に直交する２本の軸に沿って走査されることになる。

該スキャナ２２２は又、プログラム可能な位置制御装置を含むことができる。該位置制御装置はスキャナ２２２の構成要素であってもよいし処理装置２３６と組み合わされてもよい。位置制御装置をスキャナ２３２と組み合わせることによって、処理装置２３６のコンピューティング資源は、例えば画像データの処理などの他の機能、あるいはより高度な処理に利用できる。位置制御装置は、例えば、２個の反射体の走査を制御するＧＳＩ Ｌｕｍｏｎｉｃｓ社のＳＣ２０００ Ｓｃａｎｎｅｒ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒのような、市販の制御装置から構成してもよい。該制御装置は反射体２２４，２２６の動作をモータ２４４，２４６を制御することによって制御するように設定されていてもよい。制御装置は、平行レーザビーム２３８が所望の走査手順に従うよう方向を変えられるように、反射体２２４、２２６の動作を制御する。スキャナ２２２の座標系はＸ´Ｙ´Ｚ´として参照される。

走査ビーム２４０はＦ−θレンズ２２８に入射する。Ｆ−θレンズ２２８は走査ビーム２４０を点（ｐｏｉｎｔ）または点（ｄｏｔ）となるように焦点を合わせる。画像化される物体２２０はＦ−θレンズと画像取り込み装置２３０の視野の中に置かれる。Ｆ−θレンズ２２８は画像取り込み装置２３０の光軸に対して角度θをなす光軸を有しているので、焦点の合った光点が物体２２０の表面を横断して走査されたとき、画像取り込み装置に向かって角度θで反射する。スキャナ２２２はＦ−θレンズ２２８からのレーザの点の焦点が物体２２０の表面を横断するパターンで横断するように走査ビーム２４０を動かす。Ｆ−θレンズ２２８は、例えばＬｉｎｏｓ社の部品番号４４０１−２０６−０００−２０の、焦点距離が１６０ミリメートル、対角線走査長さが１４０ミリメートル、走査角度が＋／−２５度で動作波長が６３３ナノメートルであるもののような、市販のどのレンズであってもよい。

画像取り込み手段２３０は、物体２２０に投影された集光レーザ光点を含む視野を有するように設定や位置決めをされてもよい。画像取り込み手段２３０は、レーザ光点が物体２２０の表面を横断して走査されているときにレーザ光点を検知する。画像取り込み手段２３０は物体２２０からの反射光に感度を有することができる。物体２２０から検知された光に基づいて、画像取り込み手段は物体２２０の表面特性（例えば、輪郭、形状、配置、構成、その他）を描写する電気信号を生成する。

画像取込装置２３０は結像レンズ２３２と画像センサ２３４を含むことができる。結像レンズ２３２は物体２２０から反射した光を画像センサ２３４に向けて集束する。結像レンズ２３２は透視誤差を最小化するように設定されたテレセントリックレンズであってもよい。結像レンズ２３２は、拡大及び透視補正の影響を減少又は排除するため、レンズの開口に入射する光線のうちのほとんど平行な光線だけを結像するように設定された内部絞りを有することができる。結像レンズ２３２は、物体の画像の横方向の測定がレンズから物体までの距離に依存しないように、透視歪みを最小化するように設定された、例えばＣｈｉｎａ Ｄａｈｅｎｇ社の部品番号ＧＣＯ−２３０５（直径５０ｍｍ）の前レンズと、部品番号ＧＣ０２３０５（直径８ｍｍ）の後レンズの組み合わせなど、どのような市販のレンズでもよく、ここで後レンズは画像取り込み機器のセンサのサイズに対応する。

画像センサ２３４は走査された物体の表面の画像を取り込む。画像センサ２３４は感光性または光検知素子もしくは検知された光の強度を表現する信号を生成することのできる電子回路であるかもしれない。該画像センサ２３４は光検出器のアレイを含んでもよい。光検出器のアレイは電荷結合素子（“ＣＣＤ”）またはＣＭＯＳ撮像素子、あるいは他の、検出された光の強度を表現する電子的な信号を生成することができる光検知センサのアレイであってもよい。画像センサ２３４は、結像光学系を、露出、ゲイン及びシャッタ制御とともに有する、例えばニューヨーク（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）州ＴｒｏｙのＳｉｌｉｃｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ社が提供しているＭｏｄｅｌ ＳＩ―３１７０―ＣＬなど、市販のＣＣＤまたはＣＭＯＳ形の高解像度ビデオカメラから成ることができる。画像センサ２３４は又、フレーム取り込み素子への広帯域リンク、例えばＥｐｉｘ，Ｉｎｃ．社が提供するＰＩＸＣＩ ＣＬ１型取込制御コンピュータ基板など、を含んでもよい。

アレイのそれぞれの光検知器は、入射した、すなわち光検知器で検知された光の強度に基づく電気信号を生成する。具体的には、光検知器に光が入射したとき、その光の強度に対応する電気信号を光検知器が生成する。光検知器のアレイには、それぞれの光検知器が、画素すなわち取り込まれた画像のピクセルを意味するように配列された複合的な光検知器を含めることができる。各ピクセルはそのアレイの中で個別的な位置を有することができる。画像取込装置２３０は、走査されたパターンの各ピクセルが一意的な座標（ｘ、ｙ）に対応するように、局所座標系ＸＹを有することができる。アレイをピクセルの列と行、又は他の既知の配列に従って配置することができる。アレイにおけるピクセルの位置に基づいて、画像平面での位置を確定することができる。それにより画像取込装置２３０は画像平面にある各ピクセルによって検知された強度を、画像平面の中での画像の強度と分布を表す電気信号に変換する。

ＣＭＯＳ画像センサは光検知ピクセルがアレイを成すように構成することができる。それぞれのピクセルは、光の強度が高すぎるときにピクセルで受信された信号が隣接するピクセルに滲まないように、どのようなブルーミングの影響も最小にする。

スキャナ２２２はレーザビーム２４０をＦ−θレンズによって多数の所望のパターンで物体２２０の表面を横断して走査するように構成することができる。そのパターンは、１回の露出時間の間に物体２２０の表面の十分な部分を覆うように選択することができる。パターンは又、１以上の曲線もしくは、それから物体２２０の表面の性質、仰角及び形状が得られるようなあらゆる既知のパターンから構成することができる。

露出時間の間に、物体表面の一部分の画像が取り込まれる。ビーム２４０は、画像センサ２３０が物体２２０から反射した光を検出できるようにしながら、物体２２０をスキャナ２２２とＦ−θレンズ２２８を通して走査する。画像センサ２３０は、走査された部分または取り込まれた画像の表面の性質、輪郭、仰角及び形状を表現するデータを生成する。データ表現は、例えばメモリなど内部又は外部の機器に格納することができる。

それに続く走査の期間、ビーム２４０は物体２２０の近接した部分を横断するパターンで走査され、その近接部分の画像が取り込まれる。走査されるビーム２４０は、それに続く走査の期間に物体２２０の表面の別な部分を走査してもよい。ビーム２４０が物体２２０の様々な部分を横断して走査され、それらの走査された部分の画像が取り込まれた何回かの露出時間の後では、物体の相当大量の部分が取り込まれる可能性がある。

処理装置２３６は画像取込手段２３０と連結され、画像取込手段２３６によって生成された信号、それは物体２２０上の走査パターンの画像を表しているのであるが、を受信するように設定されている。

処理装置２３６は又、レーザ光源と連結され、レーザ光の選択式又はプログラムされた利用を制御することもできる。処理装置２３６は又、スキャナ２２２と連結されて平行光２３８の走査を制御するようにプログラムされることができる。

図３は光の走査パターン３４８の例を、実質的に平坦な表面から見たものとして示す。走査パターン３４８は、スキャナ２２２によって生成された複数の曲線３５０−３５５を含むことができる。曲線の一部３５０−３５１は原則的には相互に平行である。曲線３５０−３５５も又、連結した一連の点あるいは曲線を成す線分を示すかあるいは含むことができて、ここで各単一の点または線分における接線ベクトルｎは以下の規則に従う：
｜ｎ・Ｒ｜≠０ （１）
ここでＲは三角測量軸であって実質的にＹ及びＹ´と平行であり、画像取込手段２３０からの軸方向光線と光学的スキャナ２２２からの軸方向光線との交点を通る。従って、曲線の任意の点または線分の接線ｎと三角測量軸Ｒとの間の角度は９０度ではない。又、それぞれの曲線３５０−３５５は正弦波変化、ガウス分布あるいは何かその他の断面強度を表す既知の関数形を有する関数で特徴づけられる断面（光）強度を有してもよい。実施形態では、スキャナ２２２での有効な光線と画像センサ２３４の有効光線との間の最小角度はゼロではない。

画像取込手段２３０は局所座標系ＸＹＺで特性化されることができて、ここでＸ及びＹ座標は画像取込手段２３０によって定義される。Ｚ座標の値は、距離ｄ_１及びｄ_２を基準としてｄ_１≦ｚ≦ｄ_２となるようにしてもよい。Ｚ軸に垂直な平面に入射する投射曲線からのある点の距離はΔｘだけＸ方向に移動されたように見えるであろう。三角測量法の角度に基づいて、以下の条件が存在してもよい：
Δｚ＝Δｘ／Ｔａｎθ （２）

投射パターンの中の所与の曲線（例えば曲線３５０）について、一意的な関係すなわちが存在する。これらのθ（ｙ）、ｚ_ｂａｓｅ（ｙ）及びｘ_ｂａｓｅ（ｙ）という関係はキャリブレーションによって確定することができる。キャリブレーションは、例えば平面上に投射されているときに曲線３５０を観測することによって実行することができる。平面は、Ｚ軸に沿って２箇所以上の画像取込手段２３０からの距離ｄにおいて、画像取込手段２３０に対して垂直でもよい。曲線３５０に沿う各ｙの値に対して、ｚがｚ_１及びｚ_２という既知のｚの値をもつ少なくとも２本の曲線を使って（ここでｚ_１＜ｚ_２である）、ΔｚはΔｚ＝ｚ_２−ｚ_１のように計算することができる。。Δｚの値は画像取込手段２３０を使って観測することができる。式（２）を使って、θ（ｙ）を計算することができる。対応する値ｚ_ｂａｓｅ（ｙ）はｚ_１に等しいとしてもよい。対応する値ｘ_ｂａｓｅ（ｙ）は、ｚ_１に対応する曲線上のｙ点におけるｘの値と等しいとすることができる。平均化もしくは内挿法によって精度を上げるために追加の曲線を使ってもよい。

図４は画像化される物体４２０に入射した光の走査パターン４４８を示す。図５は物体４２０から反射してきた光のパターンを、画像センサ５３４に入射したようにして示す。観察された物体上の投射曲線５５０−５５５に関しては、各曲線は図３に示す曲線３５０−３５５の１本に対応して図４に示される曲線４５０−４５５の１本に対応している。従って、各曲線５５０−５５５については、対応する関係θ（ｙ）、ｚ_ｂａｓｅ（ｙ）及びｘ_ｂａｓｅ（ｙ）はキャリブレーションの間に予測された中から選択される。各曲線５５０−５５５の上の各点（ｘ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}，ｙ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}）に関しては、
Δｘ＝ｘ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}−ｘ_ｂａｓｅ（ｙ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}） （３）
式（２）はθ（ｙ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}）を使ってΔｚを確定するのに使うことができて、結局次式となる
ｚ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}＝Δｚ＋ｚ_ｂａｓｅ（ｙ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}） （４）
得られた点の集積（ｘ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}，ｙ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}，ｚ_{ｏｂｓｅｒｖｅｄ}）は物体４２０の３Ｄ画像を形成する。

曲線の最大変位は次式で確定することができる：
Δｘ＝（ｄ_１−ｄ_２）Ｔａｎθ （５）
同時に区別することができる曲線３５０の最大数ｎ_ｍａｘはｎ_ｍａｘ＝Ｘ_ｍａｘ／Δｘ又は同等の次式に従って確定することができる
ｎ_ｍａｘ＝Ｘ_ｍａｘ／（ｄ_１−ｄ_２）Ｔａｎθ （６）
ｎ_ｍａｘの値は視野の深さｄ_１−ｄ_２の減少と共に増加し、また、θ_ｍａｘが小さくなるほど増加する。又、測定精度はθ_ｍａｘの値が小さくなるほど低下する。

図６は物体保定装置６６０の一例を示す。保定装置６６０は画像化される物体６２０を走査レーザビーム２４０及び画像取込手段２３０の視野の中に固定し位置決めするように構成されている。保定装置６６０は、物体６２０が回転できるように、２以上の回転軸を含んでもよい。物体６２０は、画像取込手段２３０の座標系ＸＹＺに対して回転されてもよい。保定装置６６０は又、物体６２０を走査システム及び画像取込ユニット２３０システムの焦点に直線的に調節するために直線軸を含むこともできる。

保定装置６６０は又、プラットホーム６６４とバネ付き留め金６６２を含むことができる。バネ付き留め金６６２は歯科成形品あるいは歯科鋳造品をしっかりと保持するように構成されることができる。留め金６６２は又、位置決めプラットホームに磁力で固く固定することができるように磁石（図示せず）を有することができる。こうすることにより、この物体６２０は、それを留め金６６２に固定し、留め金をプラットホーム６６４に置くことによって敏速にレーザイメージングシステムと位置を合わせることができる。物体６２０は、重要な部位を数値化するのに適した所望の位置へ、プラットホーム６６４に対して移動あるいは調整することができる。

本発明の実施形態について詳細に記載したが、当然のことながら、添付した請求項に記載された発明の精神と範囲から逸脱することなく、ここに種々の変更、置換及び改変をすることができる。

上述したレーザ画像システムは、光源と円偏光光学系を有する三次元画像システムを含んでもよい。光源から出射した光源もしくはレーザ光は、レーザ光源の可干渉性を低減して画像化装置が受けるスペックルの量を低減するために、高い周波数で変調されてもよい。システムは可変ビームエキスパンダ、多軸スキャナシステム及びフラットフィールド走査レンズを含んでもよい。画像取込手段は、調節可能な保定装置で物体が位置決めされる領域に焦点を合わせられていてもよい。画像取込システムはテレセントリック結像レンズとＣＭＯＳ画像センサを含んでもよい。調節可能な保定装置は、例えば歯科用成形品、印象、もしくは鋳造品など、歯科品目を固定することができる。歯科品目は、例えばプラットホームに万力を固定するための磁石を備え、バネで張力をかけた万力などを用いて固定することができる。その万力はプラットホームの上や周りを任意に移動され、歯科用品目を所望の位置に保持することができる。

本発明の実施形態について詳細に記載したが、当該技術分野における通常の技術を有する者にとって本発明の範囲内で更に多くの具体化と実施ができることは明らかである。 従って、発明は、添付した請求項及びそれと同等なものの考慮以外からは、限定されるものではない。

Claims (20)

1. 平行な光線を生成するように構成された平行光学系を有する光源と、
   該光源と光学的に組み合わされ、画像を生成されるべき物体に向けて少なくとも２軸方向に該平行光線を走査するスキャナと、
   該スキャナに対して角度θを成す光学軸を有し、走査された光線の該物体からの反射光を検出して、該反射光線に基づいて該物体の表面を表現するデータを生成する画像取り込み装置と、
   該スキャナ及び該画像取り込み装置と組み合わされ、該データに基づいて該物体の三次元画像を生成するように構成された処理装置
   とを備えていることを特徴とするレーザデジタイザ。
2. 該光源はレーザダイオード（ｌａｓｅｒ ＬＥＤ）より成っていることを特徴とする請求項１に記載のレーザデジタイザ。
3. 更に、光学軸を有し、該走査された光線を画像が取り込まれるべき物体上の一点に焦点を合わせるように構成されたフラット・フィールド走査レンズを備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザデジタイザ。
4. 該画像取り込み機器が、
   物体の三角網画像すなわち露出時間中に物体に光線を走査することによって生成された複数の曲線に基づく三角網画像を検出するように構成された画像センサと、
   該画像センサ上に該複数の曲線を合焦させるように設定されたテレセントリックレンズ
   とから構成されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザデジタイザ。
5. さらに、該物体を該スキャナの投射領域の範囲内に位置決めするように設定された物体位置決め装置を備えていることを特徴とする請求項４に記載のレーザデジタイザ。
6. 該物体位置決め装置が該物体を、画像検出機器及びスキャナの視野に対して多様な位置と角度に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のレーザデジタイザ。
7. 該処理装置が、該物体の複数の画像を組み合わせて、該物体の三次元マップを生成するようにプログラムされていることを特徴とする請求項６に記載のレーザデジタイザ。
8. 該物体は歯科模型、歯科成形品もしくは歯科鋳造品のうちのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項８に記載のレーザデジタイザ。
9. 該スキャナが複数の反射鏡を有し、各反射鏡は実質的には相互に直角に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザデジタイザ。
10. 該スキャナが、回動可能な反射鏡と回転している多面鏡とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のレーザデジタイザ。
11. 更に該スキャナが、平行にされたレーザ光線の走査を、プログラムされた走査手順に制御するように作られたプログラム可能な位置制御装置を備えていることを特徴とする請求項１記載のレーザデジタイザ。
12. 既知のパターンが、複数の曲線のそれぞれが実質的に相互に平行であるような複数の曲線からできていることを特徴とする請求項１に記載のレーザデジタイザ。
13. 平行なレーザ光束を生成する手段と、
    多軸の平行光束を生成するための走査手段と、
    画像にされる物体上の一点に該平行光束を集束させるための焦点調節手段と、
    物体上に照射され、集束された光束の反射を検出するための画像取り込み手段、および
    該対象物の三次元画像を生成するために該走査手段及び該画像取り込み手段と連動する処理手段と
    から構成されていることを特徴とする歯科用画像システム。
14. 該走査手段が光点を該物体表面の全域で、選択されたパターンで該集束手段を介して走査することを特徴とする請求項１２に記載のレーザデジタイザ。
15. 該画像取り込み手段が、
    該物体の三角網画像（ここで該三角網画像は露出時間の間にレーザの光点を該物体の表面の全域で走査したパターンに基づいている）を検出するように設定された画像検出器と、
    結像レンズと
    を有していることを特徴とする請求項１２に記載のレーザデジタイザ。
16. 更に、該スキャナの投射領域の範囲内に該物体を位置決めするように設定された位置決め手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載のレーザデジタイザ。
17. 物体の三次元視覚画像を生成する方法であって、
    多軸の平行光束を生成し、
    物体を第１の位置に位置決めし、
    所定のパターンで多軸の平行光束を走査し、ここで該パターンは実質的に平行な複数の曲線を含み、
    該走査された平行光束を該物体の上に集束させ、
    走査時間の間に該物体の上に集束された平行光束の画像を取り込んで、
    該取り込まれた画像に基づいて該物体の表面のマップを確定する
    ことを特徴とする物体の三次元視覚画像を生成する方法。
18. 走査の動作が、レンズの光軸に対して実質的に垂直な方向に光線を走査することより成っていることを特徴とする請求項１７に記載の物体の三次元視覚画像を生成する方法。
19. 更に、物体を第２の方向に再配置し、
    該第２の位置に位置決めされた物体上の集束ビームの画像を取り込んで、
    該第１の位置に位置決めされた物体上の集束ビームの画像と該第２の位置の物体上の集束ビームの画像とを融合する
    動作より成っていることを特徴とする請求項１７に記載の物体の三次元視覚画像を生成する方法。
20. 該複数の曲線が、それぞれ、複数の曲線をなす線分より成っていることを特徴とする請求項１７に記載の物体の三次元視覚画像を生成する方法。

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