JP2018515760A - 歯科用オブジェクトの３ｄ測定のための方法およびカメラ - Google Patents

Abstract

本発明は、照射ビーム（５）を放射する少なくとも１つの光源（４）、投射パターン（３０、４０）を生成する少なくとも１つの投射手段（９）、歯科用カメラ（１）に対して定められた焦点距離（８）で鮮鋭な焦点面（７）において投射パターン（３０、４０）を表示する合焦オプティクス（６）を有し、オブジェクト（２）上に投射された投射パターン（３０、４０）が観察ビーム（１０）としてオブジェクト（２）によって反射され、およびセンサ（１１）を用いて取得される、歯科用オブジェクト（２）の３Ｄ測定のための方法およびカメラ（１）に関する。オブジェクト（２）の測定において、合焦オプティクス（６）は、カメラ（１）に対する鮮鋭な焦点面（７）の焦点距離（８）が複数の定められた走査位置（１２、１３、１４、５４）の間で漸進的に変化されるように制御され、第１の画像（３５）および少なくとも１つの第２の画像（３６）が各走査位置（１２、１３、１４、５４）についてセンサ（１１）を用いて得られ、センサ（１１）もしくは投射手段（９）が観察ビームのビーム経路に対して横方向に揺動するように前後に移動し、第１の画像（３５）がセンサ（１１）の第１のセンサ位置（１８）において取得され、および第２の画像（３６）がセンサ（１１）の第２のセンサ位置（１９）において取得され、ならびに揺動移動の間、センサ（１１）が、センサ（１１）のピクセル（３３、３４）の幅に対応する第１のセンサ位置（１８）と第２のセンサ位置（１９）との間の距離（２０）だけ、センサピクセルの行に平行な第１のセンサ軸に沿ってもしくはセンサピクセルの列に平行な第２のセンサ軸に沿って移動し、または、第１の画像（３５）が投射手段（９）の第１の位置において取得され、および第２の画像（３６）が投射手段（９）の第２の位置において取得され、揺動移動の間、投射手段（９）が、投射パターン（３０、４０）が行に平行な第１のセンサ軸に沿ってもしくは列に平行な第２のセンサ軸に沿って、センサ（１１）のピクセル（３３、３４）の幅だけセンサ（１１）の面（７）において移動するような寸法とされた距離（２０）だけ移動する。【選択図】図１

Description

本発明は、照射ビームを放射する少なくとも１つの光源、投射パターンを生成する少なくとも１つの投射手段、歯科用カメラに対して定められた焦点距離で鮮鋭な焦点面において投射パターンを表示する合焦オプティクスを有し、オブジェクト上に投射された投射パターンが観察ビームとしてオブジェクトによって反射され、およびセンサを用いて取得される、歯科用オブジェクトの３Ｄ測定のための方法およびカメラに関する。

歯科用オブジェクトの３Ｄ測定のための多くの方法およびカメラが現状技術から公知である。

ＷＯ２０１２／０８３９６７Ａ１は、第１の光源に加え、少なくとも１つの第２の光源が用いられ、その光が光ガイドを用いてデバイスのビーム経路に連結される、光学共焦点測定方法を用いたオブジェクトの光学３Ｄ測定のためのデバイスについて開示する。有色ＬＥＤやＬＥＤのような光源が色フィルタとの組合せで使用され得、均質な照射を確実にするために光源が交互にＯＮに切り替えられることがさらに開示される。

ＷＯ２０１０／１４５６６９Ａ１は、光学共焦測定方法を用いたオブジェクトの光学３Ｄ測定のためのデバイスを開示する。この場合、時間的に変化するパターンがオブジェクト上に投射される。変化するパターンは、ホイール形状でモーター駆動の機械的方法を用いて生成される。

これらの方法の１つの不都合は、時間的に変化する投射パターンが、投射ビーム経路において可動投射方法、例えばモーター駆動の、ホイール形状の投射グレーティングのような、を用いて生成されることである。機械的に駆動された投射グレーティングの誤制御または誤作動は位置エラーを引き起こし得、結果としてオブジェクトの不正確な３Ｄ画像データが得られることとなる。

更なる不都合は、機械的に駆動された投射グレーティングは設置スペースを要し、結果として全体的なカメラサイズの増大をもたらすことである。

本発明の課題は、したがって、コンパクト設計で、歯科用オブジェクトの誤りのない測定を可能とするカメラを提供することである。

本発明は、照射ビームを放射する少なくとも１つの光源、投射パターンを生成する少なくとも１つの投射手段、歯科用カメラに対し定められた焦点距離で鮮鋭な焦点面において投射パターンを表示する合焦オプティクスを有し、オブジェクト上に投射された投射パターンが観察ビームとしてオブジェクトによって反射され、およびセンサを用いて取得される、歯科用オブジェクトの３Ｄ測定のためのカメラに関する。オブジェクトの測定の間、合焦オプティクスは、カメラに対する鮮鋭な焦点面の焦点距離が複数の定められた走査位置間で漸進的に変化されるように制御され、第１の画像および少なくとも１つの第２の画像が各走査位置についてセンサを用いて得られる。そうすることで、センサが観察ビームのビーム経路に対して横方向に揺動するように前後に移動し、第１の画像がセンサの第１のセンサ位置において取得され、および第２の画像がセンサの第２のセンサ位置において取得される。
カメラは、ハンドピースの形状で従来のハウジングに組み込まれることができる。光源は単一ＬＥＤ、または例えば、広範なスペクトルの照射ビームを放射するＬＥＤのグループであり得る。光源は、したがって、白色ＬＥＤまたは複数の有色ＬＥＤの組合せであり得る。光源はまた、単色の照射ビームを放射するレーザーＬＥＤまたはレーザダイオードであり得る。投射手段は、投射パターンを生成する投射グレーティングまたは投射マスクであり得る。投射手段はまた、適切に制御されおよび投射パターンを生成する、液体素子（ＬＣＤ）からなるデジタル投光機であり得る。合焦オプティクスは調節可能であり、確立された鮮鋭な焦点面上で投射パターンに焦点を合わせ、鮮鋭な焦点面は漸進的に変化するためすべてのオブジェクトが走査される。走査位置は、例えば、互いに０．１ミリメートルの距離であり得る。この距離は、したがって、走査方向に沿って解像度を定める。合焦オプティクスの調節は、継続的に実行され得、画像の画像データのみが、定められた走査位置において個別に読み取られる。

第１の画像および少なくとも第２の画像は、すべての走査位置について生成され、センサは、揺動しながら前後に移動する。この方法によれば、したがって、輝度および輝度の変化が、センサのすべてのピクセルに関して記録され得る。第１の画像と第２の画像の輝度値のの差がしたがって定められ得、ここから２つの画像のコントラストまたは鮮鋭度が定められ得る。コントラスト値または鮮鋭度を基準として、鮮鋭な焦点面に対して測定されるべきオブジェクトの表面の焦点距離が次いで定められ得る。そのため測定されるべきオブジェクト表面が、鮮鋭な焦点面から外れると、オブジェクトは画像内でぼやけて見える。鮮鋭な焦点面の焦点距離または合焦オプティクスの焦点距離がわかると、カメラに対するオブジェクト表面の距離が算定され得る。
例えば、いわゆるデプス・フロム・デフォーカス法（DFD）が、オブジェクトの３Ｄ画像データを定めるために用いられ得る。異なる焦点位置で取得された画像は、オブジェクトの３Ｄ画像データを定めるために互いにマージされる。各ピクセルで、例えば、輝度プロファイルはフレーム番号の関数として、およびひいては時間および焦点位置の関数としてプロットされる。オブジェクトが焦点位置にない場合、コントラストは低下する。オブジェクトが焦点位置にある場合、コントラストはその最大となる。最大コントラストをもつ画像が、したがって、カメラの焦点位置で取得される。このようにして、カメラに対するオブジェクトの距離が定められる。

このカメラの１つの利点は、照射ビーム経路における機械的投射手段と比較して、センサの移動がカメラのよりコンパクトな設計を可能にすることである。

このカメラの他の利点は、２つのセンサ位置間のセンサの調節をきわめて正確に制御することにより、オブジェクトの誤りのない測定を可能にし得ることである。

投射パターンは有利には、チェッカーボード風パターンであり得、ならびに暗いおよび明るい正方形パターン要素から成り得る。

チェッカーボード風パターンは、単純に１つのパターン要素分だけセンサをシフトさせることで、暗いパターン要素と明るいパターン要素間で素早く変化させることを可能にする。

投射手段は有利には、投射パターンの各パターン要素がセンサの１つのピクセル上に投射されるような寸法とされおよび配置され得るため、センサの面におけるパターン要素の投射画像はピクセルの寸法に対応する。

したがって、１つの個別のパターン要素は１つの個別のピクセル上に投射されるため、センサの揺動移動の間、暗いおよび明るいパターン要素が、各ピクセル上に交互に投射される。結果として、第１の画像におけるおよび第２の画像における２つの輝度値間の差は、各ピクセルについて容易に定められ得る。撮像されるべきオブジェクトの表面が鮮鋭な焦点面にあると、このパターンの画像が鮮鋭になるため、輝度値における差およびひいてはコントラストはその最大となる。オブジェクトの個別のポイントがしたがって測定され得、およびこの情報がオブジェクトの３Ｄ画像データを生成するために用いられ得る。

揺動移動の間、センサは有利には、センサのピクセルの幅に対応する距離だけ第１のセンサ位置と第２の位置センサとの間を移動し得る。

第１のセンサ位置と第２の位置センサとの間のセンサの移動は、したがって、最小限に小さく、例えば、ピエゾ素子を用いて達成され得る。横方向の移動の距離は代替的にまた、複数のピクセルの幅に対応され得る。

有利には、センサは、行に平行な第１のセンサ軸に沿ってまたは列に平行な第２のセンサ軸に沿って移動し得る。

行に沿ったまたは列に沿ったセンサの調節は、したがって、容易に実施され得る。

カメラは有利には、２つのセンサ位置間でセンサと共に移動する、センサの前方の観察ビームのビーム経路における観察マスクを有する。

観察マスクはまた、例えば、投射パターンと同様にチェッカーボード風の構造を有し得る。

観察マスクは有利には、赤、緑および青の色フィルタから成るチェッカーボード風の構造を有するベイヤーフィルタであることができ、その各々はセンサの１つのピクセルと関連するので、歯科用オブジェクトの色測定が可能となる。

特定の色フィルタは、したがって、各ピクセルの前に置かれるため、ピクセルの個別の輝度値を評価するときにオブジェクトの色が定められ得る。３Ｄ測定および色測定は、したがってジョイント深度走査を用いて同時に実行され得る。

異なる色フィルタはまた、色測定を実施するのに適した他の色を有し得る。色フィルタはまた、２×２または４×４のピクセルのグループなどのセンサのピクセルのグループに関連し得る。

第１のセンサ位置における第１の画像および第１のセンサ位置に対して１つのピクセルだけずらされた第２のセンサ位置における第２の画像を用いるとき、第１のセンサ位置における第１の輝度値および第２のセンサ位置における第２の輝度値が有利には、センサのすべてのピクセルに関して定められ得、第１の輝度値と第２の輝度値との間の差分値が、カメラの演算装置を用いて差分を算出することにより定められ得る。

コントラスト値に対応する２つの輝度値の間の差分値がしがたって定められる。個別の走査位置の間の調節の過程での差分値における変化がしたがって定められ得、この差分値の最大はオブジェクトの表面の深度位置に対応する。

演算装置を用いておよび焦点距離の関数としての差分値を用いて、オブジェクトのオブジェクト表面の深度情報が有利には、すべてのピクセルについて得られ、したがって、オブジェクトの３Ｄ表面データを生成し得る。

オブジェクト表面の複数の測定ポイントについての深度情報がしたがって定められるため、オブジェクトの３Ｄ表面データがこの情報から生成され得る。

投射パターンは有利には、複数の平行な明るいおよび暗いストライプから成り得る。

結果として、平行なストライプから成る従来の投射パターンが使用される。

投射手段は有利には、投射パターンの各ストライプが、センサのピクセルの１つの列または１つの行上に投射されるような寸法とされおよび配置され得るため、センサの面に投射されたストライプの幅は、ピクセルの幅に対応する。

したがって、投射パターンの各ストライプが、センサの１つの列または１つの行上に投射される。

揺動移動の間、センサは有利には、センサの１つのピクセルの幅に対応する、第１のセンサ位置と第２のセンサ位置との間の距離だけ変位され得、センサは、投射されたストライプに対して垂直に移動する。

センサの揺動移動はしたがって、１つのピクセルの幅だけのみセンサを変位させ、それによって投射パターンの明るいストライプまたは暗いストライプが、交互に各ピクセル上に投射される。

平行なストライプの投射パターンのために、カメラは有利には、センサと共に移動するセンサの前方の観察ビームのビーム経路に観察マスクを有することができ、観察マスクは、その各々がセンサの１つのピクセルに関連する赤、緑および青の色フィルタのチェッカーボード風の構造から成るベイヤーフィルタであるため、歯科用オブジェクトの色測定が可能になる。

ベイヤーフィルタの使用は、したがってオブジェクトの３Ｄ測定に加えて色測定を可能にする。

第１のセンサ位置における第１の画像および第１のセンサ位置に対して１つのピクセルだけストライプに垂直にずらされた第２のセンサ位置における第２の画像を用いることにより、第１のセンサ位置における第１の輝度値および第２のセンサ位置における第２の輝度値が有利には、センサのすべてのピクセルに関して取得可能となり、第１の輝度値と第２の輝度値との間の差分値が、カメラの演算装置を用いて差分を算出することにより取得され得、演算装置を用いておよび焦点距離の関数としての差分値を用いて、オブジェクトのオブジェクト表面の深度情報がすべてのピクセルについて得られ、したがって、オブジェクトの３Ｄ表面データを測定することが可能になる。

したがって、コントラストにおける変化の測定としての差分値の決定が、容易に可能となる。したがって、差分値における変化がその最大であるとき、鮮鋭な焦点面はオブジェクト表面内にある。

センサは有利には、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサであり得る。

したがって、従来のセンサタイプが用いられ得る。ＣＭＯＳセンサは、個別の画像がより速く読み取られ得るという利点を有する。

センサの揺動移動は有利には、電動機を用いてまたは少なくとも３０００ヘルツの周波数をもつピエゾ素子を用いて実行され得る。

例えば、深度走査ごとに３００の走査位置を有するカメラにおいて、６０００ヘルツの周波数が得られ、２つの画像が、各走査位置において２つのセンサ位置で得られ、画像は１００ミリ秒の撮像時間を有する。走査位置の数が小さくおよび撮像時間が長い場合、周波数はまた、著しく低く（例えば、最高で１００ヘルツ）なり得る。

ピエゾ素子は特に、２つの走査位置間の、特に迅速なおよび正確な調節を可能にするのによく適している。

本発明はさらに、照射ビームを放射する少なくとも１つの光源、投射パターンを生成する少なくとも１つの投射手段、歯科用カメラに対して定められた焦点距離で鮮鋭な焦点面において投射パターンを表示する合焦オプティクスを有し、オブジェクト上に投射された投射パターンが観察ビームとしてオブジェクトによって反射され、およびセンサを用いて取得される、カメラを用いた歯科用オブジェクトの３Ｄ測定のための方法に関連する。オブジェクトの測定の間、合焦オプティクスは、カメラに対する鮮鋭な焦点面の焦点距離が複数の定められた走査位置間で漸進的に変化されるように制御され、第１の画像および少なくとも１つの第２の画像が各走査位置についてセンサを用いて得られる。

少なくとも２つの画像が、したがってコントラストを定めるためにすべての走査位置について生成される。

この方法の１つの利点は、２つの画像のコントラストまたは鮮鋭度が、２つの画像を比較することによって容易に定められ得ることである。この情報がついで、カメラからのオブジェクトの距離、およびひいてはオブジェクトの３Ｄ画像データを定めるために用いられ得る。

センサは有利には、観察ビームのビーム経路に対して横方向に揺動するように前後に移動することができ、第１の画像がセンサの第１のセンサ位置において取得され、および第２の画像がセンサの第２のセンサ位置において取得され、揺動移動の間、センサは、センサのピクセルの幅に対応する第１のセンサ位置と第２のセンサ位置との間の距離だけ、センサピクセルの行に平行な第１のセンサ軸に沿ってまたはセンサピクセルの列に平行な第２のセンサ軸に沿って移動する。

センサの移動の結果として、各ピクセルは、交互に投射パターンの明るいパターン要素または暗いパターン要素で照射される。差分値およびそれとともにコントラストは、したがって、各ピクセルの輝度の時間依存性によって定められ得る。

投射手段は有利には、照射ビームのビーム経路に対して横方向に揺動するように前後に移動することができ、第１の画像が投射手段の第１の位置において取得され、および第２の画像が投射手段の第２の位置において取得され、揺動移動の間、投射手段は、投射パターンがセンサのピクセルの幅だけセンサの面において移動するような寸法とされた距離だけ、行に平行な第１のセンサ軸に沿ってまたは列に平行な第２のセンサ軸に沿って移動する。

投射パターンにおける変化は、したがって、投射手段の揺動移動により生成される。

投射パターンは有利には、チェッカーボード風パターンであり得、ならびに暗いおよび明るい正方形パターン要素から成り得る。

結果として、投射パターンが１つのピクセルだけ変位されるとき、明るいまたは暗いパターン要素が、交互にセンサの各ピクセル上に投射される。

投射手段は有利には、投射パターンの各パターン要素がセンサの１つのピクセル上に投射されるような寸法とされおよび配置され得るため、センサの面におけるパターン要素の投射画像はピクセルの寸法に対応する。

投射手段の移動はしたがって最小限であり、ピエゾ素子などのコンパクトおよび正確な駆動によって確実にされ得る。

カメラは有利には、センサと共に移動するセンサの前方の観察ビームのビーム経路における観察マスクを有し得、観察マスクの面における投射パターンのパターン要素の画像の寸法が、観察マスク要素の寸法に対応する。

その構造については、観察マスクは、したがって投射パターンに対応する。

投射パターンは有利には、複数の平行なストライプから成り得る。

平行なストライプをもつ従来の投射グレーティングは、例えば、投射パターンを生成するために用いられ得る。

投射手段は有利には、投射パターンの各ストライプが、センサのピクセルの１つの列または１つの行上に投射されるような寸法とされおよび配置され得るため、センサの面に投射されたストライプの幅は、ピクセルの幅に対応し、センサまたは投射手段が投射されたストライプに対して垂直に移動する。

投射パターンが１つのピクセル幅だけ変位することにより、明るいまたは暗いストライプが、したがって、交互にセンサの各ピクセル上に投射される。

有利には、第１のセンサ位置におけるまたは投射手段の第１の位置における第１の画像および第２のセンサ位置におけるまたは第１のセンサ位置に対して１つのピクセルだけずらされる投射手段の第２の位置における第２の画像を用いるとき、センサのすべてのピクセルについて、第１の輝度値が第１のセンサ位置においてまたは投射手段の第１の位置において得られ、および第２の輝度値が第２のセンサ位置においてまたは投射手段の第２の位置において得られ、第１の輝度値と第２の輝度値との間の差分値が、カメラの演算装置を用いて差分を算出することにより得られる。

コントラストの測定としての差分値が、ストライプパターンをシフトすることによりしたがって容易に定められ得る。

演算装置を用いておよび焦点距離の関数としての差分値を用いて、オブジェクトのオブジェクト表面の深度情報が有利には、すべてのピクセルについて得られ、したがってオブジェクトの３Ｄ表面データを生成し得る。

焦点距離の関数としての差分値が、したがってすべてのピクセルについて得られ、差分値の最大は、オブジェクト表面の位置に対応する。

カメラは有利には、センサと共に移動するセンサの前方の観察ビームのビーム経路に観察マスクを有することができ、観察マスクは、その各々がセンサの１つのピクセルに関連する赤、緑および青の色フィルタのチェッカーボード風の構造から成るベイヤーフィルタであるため、歯科用オブジェクトの色測定が可能になる。

オブジェクトの３Ｄ測定に加えて、オブジェクトの色測定がしたがって可能になる。４つの正方形グループは、例えば、２つの青、１つの緑および１つの赤の色フィルタから成り得る。

センサまたは投射手段の揺動移動は有利には、電動機を用いてまたは少なくとも６０００ヘルツの周波数をもつピエゾ素子を用いて実行され得る。

本発明を図表の参照により説明する。図面は以下を示す。

図１は３Ｄ測定のためのカメラの略図を示す。 図２はチェッカーボード風投射パターンの略図を示す。 図３は暗いストライプおよび明るいストライプから成る投射パターンの略図を示す。 図４は時間の関数としての輝度値の線図を示す。 図５は時間の関数としての差分値の線図を示す。 図６は焦点距離の関数としての差分値の線図を示す。

図１は、図示された患者の歯などの歯科用オブジェクト２の３Ｄ測定のためのカメラ１の略図を示し、カメラ１はハンドピースの形状でハウジング３に組み込まれる。カメラは、照射ビーム５を放射する光源４、カメラ１に対して定められた焦点距離８で鮮鋭な焦点面７上に照射ビーム５の焦点を合わせるための合焦オプティクスを有する。カメラ１はさらに、投射パターンを生成するための、投射グレーティングまたはＬＣＤ光投光機などの投射手段９を有する。投射パターンは、例えば、チェッカーボード風の形状、またはいくつかの平行なストライプから成る形状を有し得る。投射パターンは、したがって、オブジェクト２上に投射され、観察ビーム１０としてオブジェクト２によって反射され、およびセンサ１１を用いて取得される。オブジェクト２の測定のとき、例えば、複数レンズから成り得る合焦オプティクス６は、カメラ２に対して鮮鋭な焦点面７の焦点距離８が複数の定められた走査位置１２、１３および１４の間で漸進的に調整されるように制御される。第１の画像および少なくとも１つの第２の画像は、すべての走査位置７、１２、１３または１４について生成され、センサ１１は、モーターまたはピエゾ素子などの駆動手段１６を用いて、矢印１５によって示されるように、観察ビーム１０のビーム経路に対して横方向に移動する。センサ１１の揺動移動の結果として、各走査位置１２、１３および１４において、センサ１１のすべてのピクセルが、投射パターンの明るいまたは暗いパターン要素で交互に照射される。走査位置７、１２、１３および１４は、例えば、互いに０．１ミリメートルの距離で配置され得る。観察ビーム１０に平行なＺ方向における解像度は、したがって、走査位置間のこの距離の差により定められる。カメラは追加的に、例えば、複数の色フィルタから成るベイヤーフィルタの形状で設計され得る観察マスク１７を有する。オブジェクト２の３Ｄ測定に加えて、そのようなベイヤーフィルタ１７はまた、オブジェクト２の色測定を可能にする。センサ１１の移動１５の過程で、センサ１１は、点線で示されるように、第１のセンサ位置１８と第２のセンサ位置１９との間で距離２０だけシフトされる。この距離２０は、例えば、センサ１１のピクセルの幅に対応し得る。センサ１１のすべてのピクセルに関して、したがって、第１のセンサ位置１８において第１の輝度値が定められ、および第２のセンサ位置１９において第２の輝度値が定められ、第１の輝度値と第２の輝度値との間の差分値が、演算装置２１を用いて差分を算出することにより得られる。観察マスク１７は、例えば、センサ１１と共に２つのセンサ位置１８と１９との間を移動し得る。

演算装置２１は、例えば、カメラ１に組み込まれるマイクロコンピュータまたはチップであり得る。差分値の決定は、コンピュータ２２を用いて交互に実施され得、センサ１１の画像データは、ケーブル接続２３または無線によってコンピュータに伝送される。このようにして、したがって、差分値が、すべてのピクセルについておよびすべての走査位置７、１２、１３または１４について定められ、差分値は、鮮鋭な層７がオブジェクト２の表面２４に一致するとき、最大である。さもなければ、投射パターンは、オブジェクト２の表面２４上でぼやける。センサ１１の画像データは、したがって、矢印２５によって図示されるように各画像の後に読み取られ、コンピュータに伝送される。オブジェクト２の測定が完了後、測定オブジェクト２の表面２４上の測定ポイントの個別の座標が、モニターなどの表示デバイス２７によって視覚化され得るオブジェクト２の３Ｄ画像データ２６を算出するために用いられる。センサ１１が移動することの代替として、投射手段９が、電動機またはピエゾ素子などの第２の駆動手段９．１を用いることによって作動することができる。投射手段９の制御は、ついで、投射パターンが、矢印により示されるように１つのピクセルの幅だけセンサ１１の面でシフトされるように、実施される。他の代替では、センサ１１および投射手段９は、センサ１１に対して投射パターンの所望の変位を生成するために、同調して移動され得る。カメラ１は、オブジェクト２に向けて照射ビーム５を偏向する、ミラーなどのビームデフレクタ２８を有する。カメラ１はさらに、センサ１１に向けて観察ビーム１０を偏向するビームスプリッタ２９を有する。合焦オプティクス６は、照射ビーム５および観察ビーム１０の両方により照射される。

図２は、第１のセンサ位置１８におけるセンサ１１上のチェッカーボード風投射パターン３０の略図を示す。それらの寸法において、投射パターン３０の暗いパターン要素３１および投射パターン３０の明るいパターン要素３２は、センサ１１の個別のピクセル３３に対応する。１つのピクセル３３の幅に対応する距離２０だけの横方向の変位１５によって、例えば、左上角におけるピクセル３４は、明るいパターン要素３２で照射される。このようにして、センサ１１の各ピクセルが、明るいパターン要素３２または暗いパターン要素３１で交互に照射される。センサ位置１８における第１の画像３５からのおよび第２のセンサ位置１９における第２の画像３６からの２つの輝度値の差分値が、したがって、各ピクセルについて得られる。鮮鋭な層がオブジェクトのオブジェクト表面２４と一致するとき、センサ１１上の投射パターン３０の画像は焦点が鮮鋭に合うため、個別の差分値は最大である。

図３は、暗いストライプ４１および明るいストライプ４２から成る投射パターン４０の略図を示す。図２におけるように、投射パターンは、１つのピクセル幅に対応する距離２０だけ第１のセンサ位置１８と第２のセンサ位置１９との間をシフトされる。センサ１１のこの変位の結果として、センサ１１のすべてのピクセルが、同様に、明るいストライプ４２または暗いストライプ４１で交互に照射される。

図４は、ｘ軸上の時間５１の関数としてのｙ軸上の輝度値５０の線図を示す。第１の走査位置１２において、０から１の間の尺度での第１の輝度値５２は、第１のセンサ位置１８における第１の画像３５から得られ、および第２の輝度値５３は、第２のセンサ位置１９における第２の画像３６から得られる。第２の走査位置１３、第３の走査位置１４および第５の走査位置５４についての輝度値は、同様の方法で得られる。

図５は本方法を図示するための線図を示し、ここにおいて、第１の走査位置１２についての第１の差分値６０、第２の走査位置１３についての第２の差分値６１、第３の走査位置１４についての第３の差分値６２、および第４の走査位置５４についての第４の差分値６３が、差分を算出することによって輝度値５２および５３から得られる。差分値は、時間５１の関数としてプロットされる。第４の走査位置５４において、差分値６３は最大であるため、この走査位置５４において、鮮鋭な焦点の面７はオブジェクトの表面２４と一致する。オブジェクトの表面２４上の対応する測定ポイントの深度情報が、したがってすべてのピクセルについて得られる。

図６は、センサ１１の１つの個別のピクセルに関する焦点距離８の関数としての差分値７０を示す。図２の投射パターン３０の画像が焦点が鮮鋭に合うため、差分値の最大７１において、コントラストは最大である。

１ カメラ
２ オブジェクト
３ ハウジング
４ 光源
５ 照射ビーム
６ 合焦オプティクス
７ 鮮鋭な焦点の面
８ 焦点距離
９ 投射手段
９．１ 駆動手段
１０ 観察ビーム
１１ センサ
１２ 走査位置
１３ 走査位置
１４ 走査位置
１５ 矢印
１６ 駆動手段
１７ 観察マスク／ベイヤーフィルタ
１８ センサ位置
１９ センサ位置
２０ 距離
２１ 演算装置
２２ コンピュータ
２３ ケーブル接続
２４ 表面
２５ 矢印
２６ 画像データ
２７ 表示デバイス
２８ ミラー
２９ ビームスプリッタ
３０ 投射パターン
３１ パターン要素
３２ パターン要素
３３ ピクセル
３４ ピクセル
３５ 第１の画像
３６ 第２の画像
４０ 投射パターン
４１ 暗いストライプ
４２ 明るいストライプ
５０ 輝度値
５１ 時間
５２ 輝度値
５３ 輝度値
５４ 走査位置
６０ 第１の差分値
６１ 第２の差分値
６２ 第３の差分値
６３ 第４の差分値
７０ 差分値
７１ 最大

Claims (28)

1. 照射ビーム（５）を放射する少なくとも１つの光源（４）、投射パターン（３０、４０）を生成する少なくとも１つの投射手段（９）、歯科用カメラ（１）に対して定められた焦点距離（８）で鮮鋭な焦点面（７）において前記投射パターン（３０、４０）を表示する合焦オプティクス（６）を有し、オブジェクト（２）上に投射された前記投射パターン（３０、４０）が観察ビーム（１０）として前記オブジェクト（２）によって反射され、およびセンサ（１１）を用いて取得され、前記オブジェクト（２）の前記測定の間、前記合焦オプティクス（６）が、前記カメラ（１）に対する前記鮮鋭な焦点面（７）の前記焦点距離（８）が複数の定められた走査位置（１２、１３、１４、５４）の間で漸進的に変化されるように制御され、第１の画像（３５）および少なくとも１つの第２の画像（３６）が各走査位置（１２、１３、１４、５４）について前記センサ（１１）を用いて得られ、前記センサ（１１）が前記観察ビームのビーム経路に対して横方向に揺動するように前後に移動し、前記第１の画像（３５）が前記センサ（１１）の第１のセンサ位置（１８）において取得され、および前記第２の画像（３６）が前記センサ（１１）の第２のセンサ位置（１９）において取得されることで特徴づけられる、歯科用オブジェクト（２）の３Ｄ測定のためのカメラ（１）。
2. 前記投射パターン（３０）が、暗いおよび明るい正方形パターン要素（３１、３２）から成るチェッカーボード風パターンであることで特徴づけられる、請求項１に記載のカメラ（１）。
3. 前記投射手段（９）が、前記投射パターン（３０、４０）のすべてのパターン要素（３１、３２）が前記センサ（１１）の１つのピクセル（３３、３４）上に投射されるような寸法とされおよび配置され、そのため前記センサ（１１）の前記面（７）における前記パターン要素（３１、３２）の前記投射された画像が、前記ピクセル（３３、３４）の寸法に対応することで特徴づけられる、請求項２に記載のカメラ（１）。
4. 前記揺動移動の間、前記センサ（１１）が、前記センサ（１１）の１つのピクセル（３３、３４）の幅に対応する、前記第１のセンサ位置（１８）と前記第２のセンサ位置（１９）との間の距離（２０）だけ移動することで特徴づけられる、請求項３に記載のカメラ（１）。
5. 前記センサ（１１）が、行に平行な第１のセンサ軸に沿ってまたは列に平行な第２のセンサ軸に沿って移動することで特徴づけられる、請求項４に記載のカメラ（１）。
6. 前記カメラ（１）が、前記２つのセンサ位置（１８、１９）間で前記センサ（１１）と共に移動する、前記センサ（１１）の前方の前記観察ビームの前記ビーム経路における観察マスク（１７）を有することで特徴づけられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のカメラ（１）。
7. 前記観察マスク（１７）が、その各々が前記センサ（１１）の１つのピクセル（３３、３４）と関連する赤、緑および青の色フィルタのチェッカーボード風の構造から成るベイヤーフィルタであるため、前記歯科用オブジェクト（２）の色測定が可能となることで特徴づけられる、請求項６に記載のカメラ（１）。
8. 前記第１のセンサ位置（１８）における前記第１の画像（３５）および前記第１のセンサ位置（１８）に対して１つのピクセル（３３、３４）だけずらされる前記第２のセンサ位置（１９）における前記第２の画像（３６）を用いるとき、前記センサ（１１）のすべてのピクセル（３３、３４）について、第１の輝度値（５２）が前記第１のセンサ位置（１８）において得られ、および第２の輝度値（５３）が前記第２のセンサ位置（１９）において得られ、前記第１の輝度値（５２）と前記第２の輝度値（５３）との間の差分値（６０、６１、６２、６３、７０）が、前記カメラ（１）の演算装置（２１）を用いて前記差分を算出することにより得られることで特徴づけられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のカメラ（１）。
9. 前記演算装置（２１）を用いておよび前記焦点距離（８、２０）の関数としての前記差分値（６０、６１、６２、６３、７０）を用いて、前記オブジェクト（２）のオブジェクト表面（２４）の深度情報がすべてのピクセル（３３、３４）について得られ、したがって、前記オブジェクト（２）の前記３Ｄ表面データ（２６）を測定することが可能となることで特徴づけられる、請求項８に記載のカメラ（１）。
10. 前記投射パターン（４０）が、複数の平行な明るいおよび暗いストライプ（４１）から成ることで特徴づけられる、請求項１に記載のカメラ（１）。
11. 前記投射手段（９）が、前記投射パターン（４０）のすべてのストライプ（４１、４２）が前記センサ（１１）のピクセル（３３、３４）の列または行上に投射されるような寸法とされおよび配置され、そのため前記センサ（１１）の前記面（７）における投射されたストライプ（４１、４２）の幅が、前記ピクセル（３３、３４）の幅に対応することで特徴づけられる、請求項１０に記載のカメラ（１）。
12. 前記揺動移動の間、前記センサ（１１）が、前記センサ（１１）の１つのピクセル（３３、３４）の前記幅に対応する、前記第１のセンサ位置（１８）と前記第２のセンサ位置（１９）との間の距離（２０）だけ移動し、前記センサ（１１）が、前記投射されたストライプ（４１、４２）に対して垂直に移動することで特徴づけられる、請求項１１に記載のカメラ（１）。
13. 前記センサ（１１）の前方の前記観察ビームの前記ビーム経路における観察マスク（１７）を有し、前記観察マスク（１７）が、その各々が前記センサ（１１）の１つのピクセル（３３、３４）と関連する赤、緑および青の色フィルタのチェッカーボード風の構造を有するベイヤーフィルタであるため、前記歯科用オブジェクト（２）の色測定が可能となることで特徴づけられる、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のカメラ（１）。
14. 前記第１のセンサ位置（１８）における前記第１の画像（３５）および前記第１のセンサ位置（１８）に対して１つのピクセル（３３、３４）だけ前記ストライプ（４１、４２）に垂直にずらされた前記第２のセンサ位置（１９）における前記第２の画像（３６）を用いるとき、前記センサ（１１）のすべてのピクセル（３３、３４）に関して、第１の輝度値（５２）が前記第１のセンサ位置（１８）において得られ、および第２の輝度値（５３）が前記第２のセンサ位置（１９）において得られ、前記第１の輝度値（５２）と前記第２の輝度値（５３）との間の差分値（６０、６１、６２、６３、７０）が、前記カメラ（１）の演算ユニット（２１）を用いて前記差分を算出することにより得られ、前記演算ユニット（２１）を用いておよび前記焦点距離（８、２０）の関数としての前記差分値（６０、６１、６２、６３、７０）を用いて、前記オブジェクト（２）のオブジェクト表面の深度情報がすべてのピクセル（３３、３４）について得られ、したがって、前記オブジェクト（２）の３Ｄ表面データを測定することが可能となることで特徴づけられる、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のカメラ（１）。
15. 前記センサ（１１）が、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサであることで特徴づけられる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のカメラ（１）。
16. 前記センサ（１１）の前記揺動移動が、電動機を用いてまたは少なくとも６０００ヘルツの周波数をもつピエゾ素子を用いて実行されることで特徴づけられる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のカメラ（１）。
17. 照射ビーム（５）を放射する少なくとも１つの光源（４）、投射パターン（３０、４０）を生成する少なくとも１つの投射手段（９）、前記歯科用カメラ（１）に対して定められた焦点距離（８）で鮮鋭な焦点面（７）において前記投射パターン（３０、４０）を表示する合焦オプティクス（６）を有し、前記オブジェクト（２）上に投射された前記投射パターン（３０、４０）が観察ビームとして前記オブジェクト（２）によって反射され、およびセンサ（１１）を用いて取得される前記カメラ（１）を用いる歯科用オブジェクト（２）の３Ｄ測定のための方法であって、前記オブジェクト（２）の前記測定の間、前記合焦オプティクス（６）が、前記カメラ（１）に対する前記鮮鋭な焦点面（７）の前記焦点距離（８）が複数の定められた走査位置（１２、１３、１４、５４）の間で漸進的に変化されるように制御され、第１の画像（３５）および少なくとも１つの第２の画像（３６）が各走査位置（１２、１３、１４、５４）について前記センサ（１１）を用いて得られることで特徴づけられる、方法。
18. 前記センサ（１１）が前記観察ビームのビーム経路に対して横方向に揺動するように前後に移動し、前記第１の画像（３５）が前記センサ（１１）の第１のセンサ位置（１８）において取得され、および前記第２の画像（３６）が前記センサ（１１）の第２のセンサ位置（１９）において取得され、前記揺動移動の間、前記センサ（１１）が、前記センサ（１１）のピクセル（３３、３４）の幅に対応する前記第１のセンサ位置（１８）と前記第２のセンサ位置（１９）との間の距離（２０）だけ、前記センサピクセルの行に平行な第１のセンサ軸に沿ってまたは前記センサピクセルの列に平行な第２のセンサ軸に沿って移動することで特徴づけられる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記投射手段（９）が、前記照射ビーム（５）のビーム経路に対して横方向に揺動するように前後に移動し、前記第１の画像（３５）が前記投射手段（９）の第１の位置において取得され、および前記第２の画像（３６）が前記投射手段（９）の第２の位置において取得され、前記揺動移動の間、前記投射手段（９）が、前記投射パターン（３０、４０）が前記センサ（１１）のピクセル（３３、３４）の幅だけ前記センサ（１１）の前記面（７）において移動するような寸法とされた距離（２０）だけ、行に平行な第１のセンサ軸に沿ってまたは列に平行な第２のセンサ軸に沿って移動することで特徴づけられる、請求項１７に記載の方法。
20. 前記投射パターン（３０）が、暗いおよび明るい正方形パターン要素（３１、３２）のチェッカーボード風パターンであることで特徴づけられる、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記投射手段（９）が、前記投射パターン（３０）のすべてのパターン要素（３１、３２）が前記センサ（１１）の１つのピクセル（３３、３４）上に投射されるような寸法とされおよび配置され、そのため前記センサ（１１）の前記面（７）における前記パターン要素（３１、３２）の投射された画像が、前記ピクセル（３３、３４）の寸法に対応することで特徴づけられる、請求項２０に記載の方法。
22. 前記カメラ（１）が、前記センサ（１１）の前方の前記観察ビームのビーム経路における観察マスク（１７）を有し、そのため前記観察マスク（１７）の前記面（７）における前記投射パターン（３０）のパターン要素（３１、３２）の画像の寸法が、観察マスク要素の前記寸法に対応することで特徴づけられる、請求項２１に記載の方法。
23. 前記投射パターン（４０）が、複数の平行なストライプ（４１、４２）から成ることで特徴づけられる、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記投射手段（９）が、前記投射パターン（３０、４０）の各ストライプ（４１、４２）が前記センサ（１１）のピクセル（３３、３４）の１つの列または１つの行上に投射されるような寸法とされおよび配置され、そのため前記センサ（１１）の前記面（７）における投射されたストライプ（４１、４２）の前記幅が、前記ピクセル（３３、３４）の幅に対応し、前記センサ（１１）または前記投射手段（９）が、前記投射されたストライプ（４１、４２）に対して垂直に移動することで特徴づけられる、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第１のセンサ位置（１８）または前記投射手段（９）の前記第１の位置における前記第１の画像（３５）および前記第２のセンサ位置（１９）または前記第１のセンサ位置（１８）に対して１つのピクセル（３３、３４）だけずらされる前記投射手段（９）の第２の位置における前記第２の画像（３６）を用いるとき、前記センサ（１１）のすべてのピクセル（３３、３４）について、第１の輝度値（５２）が前記第１のセンサ位置（１８）または前記投射手段（９）の前記第１の位置において得られ、および第２の輝度値（５３）が前記第２のセンサ位置（１９）または前記投射手段（９）の前記第２の位置において得られ、前記第１の輝度値（５２）と前記第２の輝度値（５３）との間の差分値（６０、６１、６２、６３、７０）が、前記カメラ（１）の演算装置（２１）を用いて前記差分を算出することにより得られることで特徴づけられる、請求項１８〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記演算装置（２１）を用いておよび前記焦点距離（８）の関数としての前記差分値（６０、６１、６２、６３、７０）を用いて、前記オブジェクト（２）のオブジェクト表面（２４）の深度情報がすべてのピクセル（３３、３４）について得られ、それによって前記オブジェクト（２）の３Ｄ表面データ（２６）を生成することで特徴づけられる、請求項２５に記載の方法。
27. 前記カメラ（１）が、前記センサ（１１）の前方の前記観察ビームの前記ビーム経路における観察マスク（１７）を有し、前記観察マスク（１７）が、その各々が前記センサ（１１）の１つのピクセル（３３、３４）と関連する赤、緑および青の色フィルタのチェッカーボード風の構造から成るベイヤーフィルタであるため、前記歯科用オブジェクト（２）の色測定が可能となることで特徴づけられる、請求項１７〜２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記センサ（１１）または前記投射手段（９）の前記揺動移動（１５）が、電動機を用いてまたは少なくとも６０００ヘルツの周波数をもつピエゾ素子を用いて実行されることで特徴づけられる、請求項１７〜２７のいずれか一項に記載の方法。
    

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