JP3667302B2 - 光分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、請求項１前段に記載の光分析装置、請求項１２前段に記載の歯科用カメラ、ならびに請求項１５前段に記載の歯の表面の撮影方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光分析または色判定装置は、例えばドイツ特許公開第１９５３４５１７号公報によって知られている。この解決方式によれば、３つの光源によって歯の表面が照射され、３つのセンサによってそれぞれ測定された３つの基本色の明度値が捕捉される。この判定によって歯の色に対する可能な限り小さな色誤差を達成することが必要である。
【０００３】
さらに、反射によって測定ならびに判定結果がゆがめられることが知られている。各光源を異なったスペクトルに対して異なった角度で配置することによって反射傾向をいくらか補償することが可能となる。
【０００４】
さらに、歯の表面の凹凸の深さが小さいため反射によって判定がゆがめられることが知られている。反射を可能な限り低減するために、酸化チタン粉末をコントラストパウダーとして使用する歯の表面に付着させることが知られている。しかしながら、層の厚さよっては色値のゆがみを防止することができない。
【０００５】
コントラストパウダーの問題点を回避するために、緑を吸収するとともに黄色または赤を放射する蛍光塗料を使用することが提案されている（ドイツ特許公開第４０３７００７号公報参照）。しかしながら、この種の蛍光塗料の大きな問題点は色がゆがめられるためその誤差を把握するために補償が必要となることである。さらに、蛍光塗料を性格に同じ厚さで塗布することも困難であり、従ってこの解決方式は有用なものではない。
【０００６】
表面の構造を判定するためには色判定と異なって影を測定して構造を検知することが好適である。ここでも、コントラストパウダーまたは蛍光塗料が障害となり、これはこれらの材料が影の明暗を縮小するか消去してしまうかである。
【０００７】
さらに、回転式の偏光フィルタを使用し、使用者の選択に従って偏光された光の反射を許容するかまたは無段式に削減することが提案されている。この解決方式によれば反射がある場合と無い場合における歯の表面の比較が可能になる。しかしながら、どの角度から光源が歯の表面を照射するかに判定結果が大きく依存する。側方からの照射に際して、光源から遠隔した歯の表面の領域が極端に暗くなりその部分の構造を認識することが不可能となる場合もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、歯の表面の色ならびに構造の両方のより良好に測定することができる、請求項１前段に記載の光分析装置ならびに請求項１２前段に記載の歯科用カメラを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の好適な構成形態において、光分析カメラは手持ち式のケースを備えている。このカメラは、歯の表面に光を照射する第１および第２の光源を備えている。第１の光源は実質的に偏光されていない光を生成することが好適である。第２の光源は、好適には偏光フィルタによって第１の軸に沿って偏光された第２の光を生成する。集光要素が歯の表面から反射された第１および第２の光を集光し、さらに反射された光に相当する画像を計測ならびに形成する撮影装置を備えている。集光要素は偏光フィルタを備えており、これは反射された第２の光を第１の軸に対して所定の角度を有する第２の軸に沿って反射し、これによって眩輝および反射を防止する。各光源からそれぞれ１つの画像を形成することが好適であり、光源と結合されたタイマと集光要素が第１および第２の光源を前後して付勢し、従って第１および第２の画像が前後して形成される。
【００１０】
好適なカメラは光チャネルを備えており、この光チャネルは光を通過させるとともに他の光源から放射状にチャネル内に入射した光を遮断する。この構成形態において第１および第２の光源は集光要素に隣接して１つの方向に沿って配列されており、この１つの方向は光チャネルに対して角度を有しているとともに好適には歯の表面の位置に向かって前方に傾斜している。さらに、第１および第２の経路が好適には歯の表面の位置に対して同じ角度をもって配置されている。
【００１１】
本発明に係る歯の表面の画像の好適な形成方法において、例えばカメラ等の第１の光源からの第１の光によって照射される。歯の表面から反射された第１の光は光源またはカメラの中に集光され、この集光された第１の光に相当する第１の画像が形成される。歯の表面はさらに光源またはカメラからの第２の光源によって照射され、この際第２の光は第１の軸に沿って偏光される。歯の表面から反射された第２の光は第２の光を偏光するために偏光フィルタを介して第２の軸に沿って誘導および集光され、その結果第２の集光された光に相当する第２の画像が形成される。第１の光の画像は眩輝および反射を利用して画像内に歯の構造を詳細に描写することができるのに対して、第２の光の画像は不要な反射から解放されて、あるいはより解放され、従って正確な色分析が可能となる。好適には一方の光が別の一方によって照射されるとともに集光され、その照射は２秒の間隔をおいて実施することが好適である。この好適な方法は、例えばカメラ等の光源以外からの光源からの光を遮断することを含んでいる。画像は電子的に形成することが好適である。光源がカメラである場合、画像はカメラ内に表示することができるか、あるいは別の場所に伝送してそこで表示することができる。
【００１２】
歯の表面を異なった時点で異なった角度から照射する２つの光源を使用することによって、１つの光源で歯の表面を照明する場合に生じる陰影を補償することができ、この際本発明によって意外なことに、ただ１つのみの偏光フィルタによる光のフィルタリングが偏光フィルタを通さないで光が照射された歯の状態に関する情報を伝達する陰影の判定を阻害しないことが判明した。本発明によれば、偏光フィルタを備えた１つの光源によって歯の表面を照射することによって反射を伴わずに歯の表面の画像を撮影することができ、他方偏光フィルタを備えていないとともに前記１つの光源とは異なった角度で配置されている別の光源から照射することによって構造を良好に計測し得ることが特に好適である。
【００１３】
光源を白色光源として構成することが好適である。同じ光源によって基準見本を照射して反射を生じさせ、電子的な補償を行うために同じ集光要素の撮影装置によって歯を撮影する。この基準見本は歯の表面を撮影された歯（または複数の歯）の直ぐ下または上に配置することが好適である。
【００１４】
本発明によりさらに２つの光源によって歯の表面の照射を２つの異なった側方から実施し得ることが提案されており、これによって色および構造を計測するための照明が改善される。光源を交替で点入することによって歯の構造を極めて明確に計測し、歯のモデルの製造に際して適宜に模写することができる。
【００１５】
さらに本発明によれば、異なった光源によって形成された画像を共通に撮影することによって同時に光源ならびにその色スペクトルを有効に検査することが可能になる。このために、歯の表面に代えていわゆるホワイトカードが使用され、測定された各光源の色値が白比色のために使用される。加えて、歯の表面と撮影装置との間の光線経路に光学レンズが設けられる。この種の光学レンズによって歯の表面の画像を撮影装置に対して焦点化することが可能となり、これによって実際の歯の表面を可能な限り正確に再現して撮影することができる。
【００１６】
本発明のさらに別の好適な構成例おいては、歯の表面に対して異なった角度で配置されこれを斜めに照射している各光源に加えて、歯の表面の別の側に配置された別の光源が設けられる。例えば、偏光フィルタを有する光源を歯の表面に対して４５°の角度で配置し、この角度から歯の表面を照射することができる。偏光フィルタを備えていない別の光源を歯の表面に対して７０°の角度で配置することもでき、それによって陰影が極めて顕著になる。この光源の構成によって反射を伴わずに色の測定ができるとともに構造も最適に計測することができる。
【００１７】
本発明のその他の詳細、特徴、ならびに種々の利点は、添付図面を参照しながら以下に記述する実施例の説明によって理解される。
【００１８】
【実施例】
図１に示された色判定装置１０は、歯の表面１４から相当に離間して右方に配置された光源１２を備えている。さらに、光源１２と同じ側で歯の表面の斜め前方に配置された光源１６が設けられている。
【００１９】
歯の表面の前方の中央には歯の表面１４から反射された光を捕捉する撮影装置１８が配置されている。
【００２０】
光源１６に対して対称に歯の表面１４から別の側の斜め前方に光源２０が配置されている。さらに、図１に示された実施例においては、第４の光源２２が歯の表面１４から右方に大きく離間して配置されている。光源２２は光源１２に対して対称に配置されている。光源１６および２０は撮影装置１８から実質的に同じ角度で配置することが好適である。同様に光源１２および２２は撮影装置１８から実質的に同じ角度で配置され、この角度は光源１６および２２が配置されている角度よりも大きいものとなる。
【００２１】
各光源１２ないし２２は複数のＬＥＤからなり、従って高い光出力が生成される。全ての光源１２ないし２２は白色発光ダイオードとして形成されている。これらは例として光源１２および１６に対して図示されている光２４を放出し、これは歯の表面１４上に入射してそこで反射されるとともに撮影装置１８に到達する。
【００２２】
本発明に従って、光源１２および光源２２はフィルタを介さずに歯の表面１４を直接照射するように構成されている。これに対して光源１６ならびに光源２０の前にはそれぞれ偏光フィルタ２６および２８が設けられており、光２４は歯の表面１４に達する前にこれらのフィルタを通過する。例えば、偏光フィルタ２６および２８は光を垂直偏光するように構成されている。
【００２３】
さらに、歯の表面１４と撮影装置１８との間の光線経路内に別の偏光フィルタ３０が設けられている。この偏光フィルタ３０の偏光方向は対照的に水平となっている。この構成によって、光源１６および２０が点入されている場合に既知の方式によって歯の表面の反射が抑制される。
【００２４】
光源１２ないし２２は光使用効率を高めるために反射器によって包囲されており、光源から放射された光はそれぞれ集光レンズ３８内に集光される。この集光レンズ３８は色を忠実に伝達するとともに放射された色スペクトルの歪みを発生させないように構成することが好適である。
【００２５】
同様に、歯の表面１４と撮影装置１８との間に集光レンズ４０が設けられており、これによって歯の表面１４の画像を撮影装置１８上に焦点化する。撮影装置１８はＣＣＤセンサあるいはその他の好適なセンサから構成される。
【００２６】
図２には、歯の表面１４の画像がどのように計測されるかが示されている。少なくとも１本の歯全体を撮影することが好適であるが、好適な実施例においては少なくとも２本の歯が示されている。各図には画像ごとに３本または４本の歯が示されている。図２に示されている画像３２は、光源１２を点入することによって形成されている。光源１２が歯の表面を照射することによって発生する反射によって歯の表面の構造を検知することができる。これに対して、図２の右側に示された画像３４は光源１６を点入することによって形成される。反射された光の偏光方向に対して垂直な方向に入射した光を偏光することによって反射が削減され、色測定が容易に実施可能となる。
【００２７】
画像３２と３４には歯の表面１４に加えてそれぞれ基準見本３６が示されており、これは歯の表面の直ぐ下に隣接して表示されている。基準見本カードは歯に隣接して撮影し得るように構成することが好適である。
【００２８】
図３および図４にはカメラ５０の好適な実施例が示されており、これはケース５２および連結部材５６を介してこのケース５２に取り付けられたマウスピース５４とからなる色判定装置を含んでいる。好適には例えばＣＣＤチップ等からなる集光要素を備えている撮影装置５８が集光チャネル６０に対して実質的に同軸に配置されており、この集光チャネルは光源からの光が直接カメラ内に入射することを防止する。
【００２９】
集光チャネル６０内には赤外線フィルタ６２および１つまたは複数のカメラレンズ６４を設けることが好適であり、これらは可動式の焦点調節部材６６上に取り付けられている。この焦点調節部材６６はカメラ５０内の電子機構ならびにモータによって制御することが好適であり、これによって焦点調節部材６６が方向６５に移動してレンズ６４と撮影装置５８の間の距離を変更し、従って反射された光全体をＣＣＤ上に適正に焦点化し正確な画像が形成することができる。反射経路７０上の撮影装置５８の手前に偏光フィルタ６８が配置される。
【００３０】
光源７２および７４はいずれも集光チャネル６０の側に配置することが好適である。好適な光源７１および７３は白色の光を形成するＬＥＤの配列を備えている。図示された実施例においてＬＥＤ７２および７４は支持部材７６上に取り付けられており、この支持部材は光チャネルに対して角度を有する方向、好適には対象物の位置７９に向かって前方向に延在しており、この位置に計測する歯が位置しておりその画像が形成される。支持部材７６は光チャネルの軸８０に対して角度７８をもって配置することが好適であり、この角度は１０ないし８０°、さらに好適には３０ないし６０°、最も好適には４０ないし５０°とされる。好適な支持部材７６は直線状であるが、最適な光源配置を達成するために湾曲したものとすることもできる。好適な実施例は集光チャネル２０の両側に支持部材を備えているが、それ以外の数の支持部材ならびに光源位置を使用することもできる。例えば、一実施例において実質的に集光チャネル６０の全ての側を包囲する光源を設け、支持部材を１つのユニットとして構成することができる。
【００３１】
光源７２および７４の位置ならびに構成は、光経路が種々の角度から対象物位置７９に到達するように選択することが好適である。この構成によって、歯の色分析または歯の表示を行うために歯を照明する際の光源の効率を最適化することができる。
【００３２】
光源７１は、光経路８８に沿った対象物位置７９とＬＥＤ７２との間に偏光フィルタを伴わずに実質的に偏光されていない光を形成することが好適である。選択的に光源７１とともに偏光フィルタを使用することもでき、その方向性は偏光フィルタ６８の偏光軸から殆ど相違していないかあるいは極僅かに相違する。さらに、図３および図４の実施例に示された光源７２はＬＥＤ７２の前にレンズを備えていないが、代替的な実施例においてはこの光源から放射された光経路内にレンズを備えている。
【００３３】
図３においてカメラ５０の光学構成部材の軸はマウスピース５４および連結部材５６と実質的に同軸に配列されており、主光チャネル９０はこの連結部材５６とマウスピース５４を通過して延在しており、それによって光源７２および７４からの光が対象物位置７９内の歯に到達し、この歯から反射された光は集光チャネル６０内に到達することができる。
【００３４】
図示された実施例におけるマウスピース５４はカメラと歯との間の距離を固定するものであり、患者の唇と歯または口蓋との間に挿入される放射状に延在した側部９２を備えており、これによって他の光源からの光がカメラ内に入射して画像に影響を与えることを防止する。患者が咥える噛付き突起９２はカメラに対する歯の位置を保持するためのものであり、これは前記の側部から前方に向かって延在することが好適である。カメラケース部材５２は透明の保護窓を備えることが好適であり、これは連結部分５６内に配置することが好適であり、これによって患者の口内の物質がカメラの中に到達することを防止する。色基準見本９３がマウスピース５４内に設けられており、これは形成された歯の画像内に表示され、この見本９３は好適には白等の特定の色を有しており、従って歯の色との比較が可能となる。
【００３５】
好適なケース５２内には、さらにカメラの機能を制御し、ＣＣＤの信号から画像を形成し、画像データを含むデータを記録するとともに別のコンピュータまたは電子機器に伝送するための電子機構９４が設けられている。この電子機構は、画像またはその他のデータを記録するための例えばデジタル記録媒体等の記録媒体を含んでいる。同様にケース内にはエネルギー源９６が設けられており、これは、カメラ、形成され記録された画像を表示するための例えばＬＣＤカラー画面からなるディスプレイ９８、カメラの使用者へのインタフェースを提供する操作キーフィールド１００を駆動するための電池または充電池から構成される。カメラの制御に関するメニューシンボルならびに情報がディスプレイ９８の画像内に表示されることが好適である。ディスプレイ９８の外側に透明な保護シールドが設けられ、これによってカメラ５０から対象物位置と反対側の位置からディスプレイを見ることができる。これらの構成要素の多くはケース部材中の縦長の手持ち部材１０２内に配置されており、この手持ち部材は主光チャネル９０から下方に向いた角度で延在することが好適である。手持ち部材１０２の下端には例えばＵＳＢインタフェース等のインタフェース１０４を設けることが好適であり、これは他のコンピュータまたは電子機器と接続してデータの伝送を行うことができる。
【００３６】
カメラ５０は電子回路内にタイマを備えており、これによって、好適には使用者が操作キー１００を一回だけ押すことによって第１および第２からの光による画像を形成することができる。これらの画像は２秒の間隔をおいて形成することが好適であり、より好適には１秒の間隔、最も好適には１／２秒の間隔をおいて形成することが好適である。
【００３７】
図３および図４によれば、光源は集光装置および集光チャネル６０の前端に隣接して配置されており、従って対象物位置に直接光が照射されその結果対象物位置９２に光を誘導するための例えば光ファイバ、プリズム、鏡等の光伝送装置は不要となる。しかしながら、別の実施例においては１つまたは複数の光源が集光チャネルの前端の後に配置され、光伝送路によって光を誘導するかまたはプリズムおよび鏡によって反射することによって光源からの光を対象物位置に照射することができる。
【００３８】
図５に示された実施例は、カメラの焦点距離を変更するためのズーム部材１０６を備えている。このズーム部材１０６自体は１つまたは複数のレンズを備えているとともに、電子機構９４ならびにモータによって制御されることが好適であり、これによって図６のように１枚の画像の中に２本、３本、または４本の歯が表示された広角画像を形成するか、または図７のような口全体あるいは図８のような患者の顔全体を見ることができる狭角構図または狭角画像からなる遠距離視野もたらすレンズ構成とすることができる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施例を示したが、当業者においては種々の設計変更をなし得ることは勿論である。例えば、前記の好適な実施例においては光源のうちの１つの中に偏光フィルタが使用されているが、別の実施例において光源またはそのフィルタが特定の特徴を有する別の光源からの光を遮断または削減することができる。故にこれら全ての設計変更が従属請求項によって本発明の請求の範囲に含まれることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る色判定装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】撮影装置による撮影を示す説明図であり、左は偏光フィルタを備えていない光源による撮影を示し、右は偏光フィルタを備えている光源による撮影を示している。
【図３】本発明に係る歯科用カメラの一実施例を示す側面図である。
【図４】カメラの光学構成要素を示す側面図である。
【図５】ズーム機能を備えた別の実施例の光学構成要素を示す側面図である。
【図６】本発明に係るカメラの背面を示す説明図であり、ズーム機能の使用によって得られた画像が示されている。
【図７】本発明に係るカメラの背面を示す説明図であり、ズーム機能の使用によって得られた別の画像が示されている。
【図８】本発明に係るカメラの背面を示す説明図であり、ズーム機能の使用によって得られたさらに別の画像が示されている。
【符号の説明】
１０ 色判定装置
１２，１４，１６，２０，２２，７１，７２，７３，７４ 光源
１８ 撮影装置
２４ 光
２６，２８，３０，６８ 偏光フィルタ
３２，３４ 画像
３６ 基準見本
３８，４０ 集光レンズ
５０ カメラ
５２ ケース
５４ マウスピース
５６ 連結部材
５８ 撮影装置
６０ 集光チャネル
６２ 赤外線フィルタ
６４ レンズ
６５ 方向
６６ 焦点調節部材
７０ 反射経路
７６ 支持部材
７８ 角度
７９ 対象物位置
８８ 光経路
９０ 主光チャネル
９２ 側部
９３ 基準見本
９６ エネルギー源
９８ ディスプレイ
１００ 操作キーフィールド
１０２ 手持ち部材
１０４ インタフェース
１０６ ズーム部材

Claims (17)

1. 歯の表面（１４）に光を照射する第１の光源（１２）を備え、この表面から第１の反射光を放射され；
   第１の軸に沿って偏光された光によって歯の表面（１４）を照射する第２の光源（１６）を備え、これによって第２の反射光が形成され；
   歯の表面（１４）からの第１および第２の反射光を受光する集光要素（１８）および反射光に相当する画像を撮影および形成することができる撮影装置を備え；
   集光要素（１８）は第２の反射光を前記第２の軸に沿って第１の軸に対して所定の角度で偏光するように構成された偏光フィルタ（３０）を備える歯科用の光分析装置。
2. 画像には第１の反射光に相当する第１の画像と第２の反射光に相当する第２の画像が含まれることを特徴とする請求項１記載の光分析装置。
3. 第１の光源（１２）は第２の光源（１６）から時間的に離間して点入することができ、これによって第１または第２の光線経路の光に相当する別々の画像を形成することを特徴とする請求項１または２記載の光分析装置。
4. 光源（１２，１６）および集光要素（１８）と結合されたタイマスイッチを備え、これによって第１の光源（１２）および第２の光源（１６）を前後して交互に点入し第１および第２の画像を形成し得ることを特徴とする請求項２記載の光分析装置。
5. 第２の光源（１６）はこの第２の光源（１６）に対して前記第１の軸に沿って偏光を行うための第２の偏光フィルタ（２６）を備えていることを特徴とする請求項１記載の光分析装置。
6. 第１の光源（１２）は第１の光を前記第１の軸に沿って偏光しないことを特徴とする請求項１または５のいずれかに記載の光分析装置。
7. 第１の光源（１２）は第１の光を前記第１の軸に沿って全く偏光しないことを特徴とする請求項６記載の光分析装置。
8. 第２の偏光フィルタ（２６）は第２の光源（１６）と歯の表面（１４）との間の光線経路内に配置され、第１の光源（１２）の光線経路はこの第２の偏光フィルタ（２６）を通過しないことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光分析装置。
9. 第１および第２の光線経路は歯の表面（１４）に対して異なった角度で配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光分析装置。
10. 第２の偏光フィルタ（２６）は第１の偏光軸内で光を偏光し；
    第１の偏光フィルタ（３０）は歯の表面（１４）と集光要素（１８）との間において第２の光線経路に沿って配置され、第１の偏光フィルタ（３０）は第２の偏光軸内において光を偏光することを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の光分析装置。
11. 第１の偏光フィルタ（３０）は第１の光線経路内にも配置されることを特徴とする請求項９または１０記載の光分析装置。
12. 光源（１２，１６）、フィルタ（３０）、および集光要素（１８）が取り付けられたカメラケース部材を備え、このケース部材は手で操作し得るように構成されることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載の光分析装置。
13. 光源（１２，１６）、フィルタ（３０）、および集光要素（１８）が取り付けられたカメラケース部材を備え、このケース部材は一本の手で操作し得るように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の光分析装置。
14. カメラケース部材と；
    このカメラケース部材に結合された請求項１ないし１３のいずれかに記載された光分析装置と；
    この光分析装置と結合され、第１（１２）および第２（１６）の光源からの光を通過させる光チャネルとからなる歯科用カメラであり：
    第１（１２）および第２（１６）の光源は集光装置（１８）に近接して配置され；
    集光要素（１８）はカメラケースに取り付けられていることを特徴とする歯科用カメラ。
15. さらに光チャネルはカメラ内へ光源からの直接的な光を遮断することを特徴とする請求項１４に記載の歯科用カメラ。
16. 第１（１２）および第２（１６）の光源は歯の表面（１４）の位置に向かって斜め前方に延在している方向に沿って配置されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の歯科用カメラ。
17. 第１（１２）および第２（１６）の光源はカメラケース部材に取り付けられているとともに別々に作動することができ、第１および第２の光線経路は歯の表面の位置に対して異なった角度で配置され；
    集光要素（１８）はカメラケース部材に固定されることを特徴とする請求項１４ないし１６記載の歯科用カメラ。

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