一種牙齒幾何形狀測量裝置的製作方法
2023-05-04 15:00:46 1
專利名稱：一種牙齒幾何形狀測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學測量裝置，尤其是涉及一種牙齒幾何形狀測量裝置。
背景技術：
目前出現了許多用於患者口腔內牙齒的光學測量裝置，如從德國西門子公司分離出 來的Sirona公司第U造的CEREC (Chair-side Economic Reconstruction of Esthetic Ceramic,
數位化臨床修復系統)裝置，該裝置採用普遍使用的圖形投影工業測量技術，將明暗相 間的線性條紋的平行網格投射在牙齒的表面上，並以視差角度成像在二維的CCD (Charge Coupled Device,電荷耦合器件)照相機上，從線性條紋的曲率可以得到牙齒 的相對高度或相對深度，牙齒的數字影像數據採用利用正弦光柵的相移或相位解析技術 進行處理；其中，線性條紋的相位通過壓電位移方法或其他方法移動O。 、 90° 、 180 ° 、或270°獲得，從而得到平行網格上的每一點的相對相位；並通過濾波或平滑技術 降低或消除了線性條紋的背景噪音及強度擾動。這種裝置能夠為牙齒再造所必須使用的 CAD/CAM (Computer Aided Design,計算機輔助設計/Computer Aided Manufacturing, 計算機輔助製造)處理提供較好的數字影像數據，而無需做牙齒模型。但這種裝置存在 明顯的缺點a)由於光的相干性，利用正弦光柵的相移解析技術嚴重受制於散斑點情 形，由此造成牙齒的數字影像的高度模糊；b)該裝置通過濾波或平滑技術降低或消除 了線性條紋的背景噪音及強度擾動，但同時極大地降低牙齒的數字影像的解析度；c) 相移解析技術應用於固定的平行網格中，當牙齒的高度發生突變時(大於2兀相差)會 造成線性條紋移位大於網距，需要更多的投影或變化網距來補償這個缺陷，從而使得該 裝置的結構更為複雜，同時造成了數字影像數據的不確定性。
除了上述缺點外，包括上述CEREC裝置在內的光學測量裝置存在共同的缺陷，由 於視差角度是一個非常重要的參數，視差角度越大，則測量的靈敏度就越高，但同時陰 影問題就越嚴重，為了儘可能地消除陰影，光學測量裝置通常選擇小於10° ，甚至更小 的視差角度，但這樣極大地降低了牙齒的測量精度。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種結構緊湊、成本低、功耗小、使用壽命長，且能夠提高網狀幾何圖形影像解析度、測量靈敏度和精度，有效避免網狀幾何圖形影像 出現陰影的牙齒幾何形狀測量裝置。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為 一種牙齒幾何形狀測量裝置，該裝
置包括光源、圖像發生單元、投影單元和成像單元；所述的光源發出入射光照射到所述
的圖像發生單元，所述的圖像發生單元產生網狀幾何圖形影像，所述的投影單元以對稱 三角形的角度將形狀相同的網狀幾何圖形影像交替投射到牙齒表面上形成各自不同的 扭曲的網狀幾何圖形影像，通過牙齒表面將兩幅不同的扭曲的網狀幾何圖形影像反射到 所述的成像單元中，所述的成像單元將兩幅不同的扭曲的網狀幾何圖形影像傳輸給外部 計算機，由所述的外部計算機根據公知的相位拆卸算法或透視算法算出牙齒輪廓，所述 的投影單元投射到牙齒表面的投影光線與從牙齒表面反射到所述的成像單元的成像光
線之間的透視角範圍為土IO。 ±30° 。
所述的圖像發生單元包括與外部計算機連接的可編程圖形發生器和偏振分光稜鏡， 所述的投影單元包括投影透鏡、變偏振態分光鏡和反射鏡，所述的變偏振態分光鏡和所 述的反射鏡分布在所述的成像單元的兩側，所述的成像單元包括成像透鏡和成像照相 機，所述的光源發出的入射光通過所述的偏振分光稜鏡照射到所述的可編程圖形發生器 上，所述的可編程圖形發生器生成網狀幾何圖形影像，所述的偏振分光稜鏡輸出偏振的 網狀幾何圖形影像，並通過投影透鏡傳輸到所述的變偏振態分光鏡，所述的變偏振態分 光鏡交替改變偏振角使偏振的網狀幾何圖形影像投射到牙齒表面或透射後通過所述的 反射鏡投射到牙齒表面，所述的變偏振態分光鏡投射的光線與所述的反射鏡投射的光線 呈對稱三角形的角度，從牙齒表面反射的光線通過所述的成像透鏡成像於所述的成像照 相機中。
所述的變偏振態分光鏡為電子控制液晶開關。
所述的圖像發生單元包括與外部計算機連接的可編程圖形發生器，所述的光源與所 述的可編程圖形發生器之間設置有照明透鏡，所述的投影單元包括投影透鏡、第一稜鏡、 掃描透鏡、第二稜鏡、第三稜鏡、第一梯度透鏡、第二梯度透鏡、第一梯度透鏡物鏡、 第四稜鏡、第二梯度透鏡物鏡和第五稜鏡，所述的成像單元包括第六稜鏡、第三梯度透 鏡、第四梯度透鏡、成像透鏡和成像照相機，所述的第二稜鏡為偏振分光稜鏡，所述的 光源發出的入射光通過所述的照明透鏡照射到所述的可編程圖形發生器上，所述的可編 程圖形發生器交替生成形狀相同的第一網狀幾何圖形影像和第二網狀幾何圖形影像，所 述的第一網狀幾何圖形影像和所述的第二網狀幾何圖形影像具有相互垂直的偏振態，所 述的第二稜鏡反射所述的第一網狀幾何圖形影像而透射所述的第二網狀幾何圖形影像， 所述的第一網狀幾何圖形影像通過所述的第一梯度透鏡、所述的第一梯度透鏡物鏡和所 述的第四稜鏡投射到牙齒表面形成扭曲的第一網狀幾何圖形影像，所述的第二網狀幾何 圖形影像通過所述的第三稜鏡、所述的第二梯度透鏡、所述的第二梯度透鏡物鏡和所述的第五稜鏡投射到牙齒表面形成扭曲的第二網狀幾何圖形影像，扭曲的第一網狀幾何圖 形影像和第二網狀幾何圖形影像從牙齒表面反射通過所述的第六稜鏡、所述的第三梯度 透鏡、所述的第四梯度透鏡和所述的成像透鏡成像於所述的成像照相機中。
所述的可編程圖形發生器為微型電子取景器型的反射式矽基液晶陣列或為投影儀 型的反射式矽基液晶片。
所述的可編程圖形發生器為數字光處理晶片。
所述的光源為白光光源，所述的成像照相機為RGB (Red Green Blue,紅綠藍)照 相機。
所述的光源為LED (Light Emitting Diode,發光二極體)燈或雷射器，所述的成像 照相機為單色照相機。
與現有技術相比，本發明的優點在於以可編程圖形發生器(LCOS， Liquid Crystal on Silicon)替代現有的壓電位移方法，使得本測量裝置結構緊湊、成本低、功耗小、使用 壽命長，LCOS只需較低的驅動電壓，且LCOS可產生任何用於計算機成像算法的圖形， 同時與現有的透射式液晶相比具有更高的網狀幾何圖形影像解析度；投影單元投射到牙 齒表面的投影光線與從牙齒表面反射到成像單元的成像光線之間的透視角範圍為土IO ° ±30° ，使得兩幅不同的扭曲的網狀幾何圖形影像在大透視角(可大於30度)下形 成，不僅有效地避免了扭曲的網狀幾何圖形影像出現陰影的現象，而且提高了牙齒的測 量靈敏度和精度；通過本測量裝置獲取的扭曲的網狀幾何圖形影像在牙齒再造系統的計
算機中以影像比為24: 23: 12: 6比例的相位拆卸算法進行處理，形成粗、精測量，避
免了數據的不確定性。
圖1為本發明測量裝置的結構示意圖一；
圖2為本發明測量裝置的結構示意圖二；
圖3為應用本發明測量裝置的牙齒再造系統的示意圖一;
圖4為應用本發明測量裝置的牙齒再造系統的示意圖二。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
實施例一如圖1所示， 一種牙齒幾何形狀測量裝置，該裝置包括光源l、圖像發 生單元、投影單元和成像單元；圖像發生單元包括外部計算機連接的可編程圖形發生器 3和偏振分光稜鏡2，投影單元包括投影透鏡41、變偏振態分光鏡42和反射鏡43，變偏振態分光鏡42和反射鏡43分布在成像單元的兩側，成像單元包括成像透鏡51和成 像照相機52，光源1發出的入射光通過偏振分光稜鏡2照射到可編程圖形發生器3上， 可編程圖形發生器3生成網狀幾何圖形影像，通過偏振分光稜鏡2輸出偏振的網狀幾何 圖形影像，再通過投影透鏡41將偏振的網狀幾何圖形影像傳輸到變偏振態分光鏡42， 變偏振態分光鏡42毫秒內交替改變偏振角使偏振的網狀幾何圖形影像投射到牙齒6的 表面或透射後通過反射鏡43投射到牙齒6的表面形成兩幅各自不同的扭曲的網狀幾何 圖形影像，變偏振態分光鏡42投射的光線與反射鏡43投射的光線呈對稱三角形的角度， 牙齒6的表面的兩幅各自不同的扭曲的網狀幾何圖形影像通過成像透鏡51成像於成像 照相機52中，成像照相機52將兩幅各自不同的扭曲的網狀幾何圖形影像傳輸給外部計 算機，由外部計算機根據公知的相位拆卸算法或透視算法算出牙齒輪廓；投影單元投射 到牙齒6的表面的投影光線與從牙齒6的表面反射到成像單元的成像光線之間的透視角 範圍為±10° ±30° ，兩幅各自不同的扭曲的網狀幾何圖形影像在大透視角(可大於 30度)下形成，不僅有效地避免了扭曲的網狀幾何圖形影像出現陰影的現象，而且提高 了牙齒的測量靈敏度和精度。
本實施例中的變偏振態分光鏡42為電子控制液晶開關。
本實施例中的可編程圖形發生器3為微型電子取景器型的二維的反射式矽基液晶 (LCOS， Liquid Crystal on Silicon)陣列，也可以為投影儀型的二維的反射式矽基液晶 片，由於反射式的矽基液晶可以做的非常小，且不像透射式的LCD (Liquid Crystal Display,液晶顯示器)像素間的連接方式，矽基液晶的連接線都設置有其背面，其像素 間可以做到幾乎沒有間隙，並且矽基液晶可以產生任何用於計算機成像算法的圖形，同 時，矽基液晶陣列或矽基液晶片能很容易地集成在測量裝置上實現透明式的控制。可編 程圖形發生器3還可以採用美國德州儀器的數字光處理(DLP， Digital Light Procession) 晶片，該數字光處理晶片基於半導體工藝的MEMs (Micro Electro Mechanical Systems, 機械-電子-鏡面)技術，其像素解析度高、成本低。
本實施例中的光源1為白光光源，此時，成像照相機52採用RGB照相機；當光源 1為LED燈或雷射器，則成像照相機52採用單色照相機。RGB照相機或單色照相機可 以為CCD (Charge Coupled Device,電荷耦合器件)相機或CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)相機。
圖3給出了應用本發明測量裝置的牙齒再造系統的示意圖，與計算機8連接的本發 明的測量裝置7中的可編程圖形發生器生成的網狀幾何圖形影像經測量裝置7的投影和 成像後，記錄在成像照相機中的扭曲的網狀幾何圖形影像通過USB (Universal Serial Bus,通用串行總線)數據線返回給計算機8;計算機8對扭曲的網狀幾何圖形影像以
影像比為24: 23: 12: 6比例的相位拆卸算法進行調整處理，並根據成熟的三角測量技
術，將牙齒的三維表面計算機出，同時繪出牙齒輪廓，並以無線方式將牙齒輪廓送入銑床9;銑床9根據牙齒輪廓製作出陶瓷、烤瓷，或合成材料的人式牙齒、牙冠、鑲牙、 帖牙等。其中，在測量裝置7外部設置有專門為光源(LED燈)、可編程圖形發生器 (LCOS)及成像照相機提供電源的電源單元71。其中，以影像比為24: 23: 12: 6比 例的相位拆卸算法對扭曲的網狀幾何圖形影像進行處理，這樣可以形成精、精測量，避 免數據的不確定性。圖4給出了應用本發明測量裝置的牙齒再造系統的另一種示意圖，與圖3不同的是 計算機8與測量裝置7之間以無線方式進行通信，有效地保證了在沒有USB數據線情 況下也能順利進行通信；此外，省去了電源單元71，在測量裝置7中內置電池，由電池 為測量裝置7中的光源(LED燈)、可編程圖形發生器(LCOS)及成像照相機提供電源， 這樣使得測量裝置結構更為簡單、更為緊湊。實施例二如圖2所示，本實施例與實施例一不同之外僅在於圖像發生單元包括外 部計算機連接的可編程圖形發生器3，光源1與可編程圖形發生器3之間設置有照明透 鏡ll，投影單元包括投影透鏡41、第一稜鏡441、掃描透鏡45、第二稜鏡442、第三稜 鏡443、第一梯度透鏡461、第二梯度透鏡462、第一梯度透鏡物鏡471、第四稜鏡444、 第二梯度透鏡物鏡472和第五稜鏡445，成像單元包括第六稜鏡446、第三梯度透鏡463、 第四梯度透鏡464、成像透鏡51和成像照相機52，第二稜鏡442為偏振分光稜鏡；光 源1發出的入射光通過照明透鏡11照射到可編程圖形發生器3上，可編程圖形發生器3 交替生成形狀相同的第一網狀幾何圖形影像和第二網狀幾何圖形影像，第一網狀幾何圖 形影像和第二網狀幾何圖形影像具有相互垂直的偏振態，同時將交替生成的第一網狀幾 何圖形影像和第二網狀幾何圖形影像通過投影透鏡41、第一稜鏡441和掃描透鏡45傳 輸給第二稜鏡442，第二稜鏡442反射第一網狀幾何圖形影像而透射第二網狀幾何圖形 影像，第一網狀幾何圖形影像通過第一梯度透鏡461、第一梯度透鏡物鏡471和第四稜 鏡444投射到牙齒6的表面形成扭曲的第一網狀幾何圖形影像，第二網狀幾何圖形影像 通過第三稜鏡443、第二梯度透鏡462、第二梯度透鏡物鏡472和第五稜鏡445投射到 牙齒6的表面形成扭曲的第二網狀幾何圖形影像，扭曲的第一網狀幾何圖形影像和第二 網狀幾何圖形影像從牙齒6的表面反射通過第六稜鏡446、第三梯度透鏡463、第四梯 度透鏡464和成像透鏡51成像於成像照相機52中。本實施例的測量裝置的尺寸更小，其直徑可以小於3毫米。
權利要求
1. 一種牙齒幾何形狀測量裝置，其特徵在於該裝置包括光源、圖像發生單元、投影單元和成像單元；所述的光源發出入射光照射到所述的圖像發生單元，所述的圖像發生單元產生網狀幾何圖形影像，所述的投影單元以對稱三角形的角度將形狀相同的網狀幾何圖形影像交替投射到牙齒表面上形成各自不同的扭曲的網狀幾何圖形影像，通過牙齒表面將兩幅不同的扭曲的網狀幾何圖形影像反射到所述的成像單元中，所述的成像單元將兩幅不同的扭曲的網狀幾何圖形影像傳輸給外部計算機，由所述的外部計算機根據公知的相位拆卸算法或透視算法算出牙齒輪廓，所述的投影單元投射到牙齒表面的投影光線與從牙齒表面反射到所述的成像單元的成像光線之間的透視角範圍為±10°～±30°。
2、 根據權利要求1所述的一種牙齒幾何形狀測量裝置，其特徵在於所述的圖像發 生單元包括與外部計算機連接的可編程圖形發生器和偏振分光稜鏡，所述的投影單元包 括投影透鏡、變偏振態分光鏡和反射鏡，所述的變偏振態分光鏡和所述的反射鏡分布在 所述的成像單元的兩側，所述的成像單元包括成像透鏡和成像照相機，所述的光源發出 的入射光通過所述的偏振分光稜鏡照射到所述的可編程圖形發生器上，所述的可編程圖 形發生器生成網狀幾何圖形影像，所述的偏振分光稜鏡輸出偏振的網狀幾何圖形影像， 並通過投影透鏡傳輸到所述的變偏振態分光鏡，所述的變偏振態分光鏡交替改變偏振角 使偏振的網狀幾何圖形影像投射到牙齒表面或透射後通過所述的反射鏡投射到牙齒表 面，所述的變偏振態分光鏡投射的光線與所述的反射鏡投射的光線呈對稱三角形的角 度，從牙齒表面反射的光線通過所述的成像透鏡成像於所述的成像照相機中。
3、 根據權利要求2所述的一種牙齒幾何形狀測量裝置，其特徵在於所述的變偏振 態分光鏡為電子控制液晶開關。
4、 根據權利要求1所述的一種牙齒幾何形狀測量裝置，其特徵在於所述的圖像發 生單元包括與外部計算機連接的可編程圖形發生器，所述的光源與所述的可編程圖形發 生器之間設置有照明透鏡，所述的投影單元包括投影透鏡、第一稜鏡、掃描透鏡、第二 稜鏡、第三稜鏡、第一梯度透鏡、第二梯度透鏡、第一梯度透鏡物鏡、第四稜鏡、第二 梯度透鏡物鏡和第五稜鏡，所述的成像單元包括第六稜鏡、第三梯度透鏡、第四梯度透 鏡、成像透鏡和成像照相機，所述的第二稜鏡為偏振分光稜鏡，所述的光源發出的入射 光通過所述的照明透鏡照射到所述的可編程圖形發生器上，所述的可編程圖形發生器交 替生成形狀相同的第一網狀幾何圖形影像和第二網狀幾何圖形影像，所述的第一網狀幾 何圖形影像和所述的第二網狀幾何圖形影像具有相互垂直的偏振態，所述的第二稜鏡反 射所述的第一網狀幾何圖形影像而透射所述的第二網狀幾何圖形影像，所述的第一網狀幾何圖形影像通過所述的第一梯度透鏡、所述的第一梯度透鏡物鏡和所述的第四稜鏡投 射到牙齒表面形成扭曲的第一網狀幾何圖形影像，所述的第二網狀幾何圖形影像通過所 述的第三稜鏡、所述的第二梯度透鏡、所述的第二梯度透鏡物鏡和所述的第五稜鏡投射 到牙齒表面形成扭曲的第二網狀幾何圖形影像，扭曲的第一網狀幾何圖形影像和第二網 狀幾何圖形影像從牙齒表面反射通過所述的第六稜鏡、所述的第三梯度透鏡、所述的第 四梯度透鏡和所述的成像透鏡成像於所述的成像照相機中。
5、 根據權利要求2或3所述的一種牙齒幾何形狀測量裝置，其特徵在於所述的可 編程圖形發生器為微型電子取景器型的反射式矽基液晶陣列或為投影儀型的反射式矽 基液晶片。
6、 根據權利要求2或3所述的一種牙齒幾何形狀測量裝置，其特徵在於所述的可 編程圖形發生器為數字光處理晶片。
7、 根據權利要求2或3所述的一種牙齒幾何形狀測量裝置，其特徵在於所述的光 源為白光光源，所述的成像照相機為RGB照相機。
8、 根據權利要求2或3所述的一種牙齒幾何形狀測量裝置，其特徵在於所述的光 源為LED燈或雷射器，所述的成像照相機為單色照相機。
全文摘要
本發明公開了一種牙齒幾何形狀測量裝置，包括光源、圖像發生單元、投影單元和成像單元；光源發出入射光照射到圖像發生單元，圖像發生單元產生網狀幾何圖形影像，投影單元以對稱三角形的角度將形狀相同的網狀幾何圖形影像交替投射到牙齒表面上形成各自不同的扭曲的網狀幾何圖形影像，通過牙齒表面將兩幅不同的扭曲的網狀幾何圖形影像反射到成像單元中，並將兩幅不同的扭曲的網狀幾何圖形影像傳輸給外部計算機，投影單元投射的投影光線與從牙齒表面反射的成像光線之間的透視角範圍為±10°～±30°，特點是以採用的可編程圖形發生器(LCOS)只需較低的驅動電壓，且LCOS可產生任何用於計算機成像算法的圖形，同時使得網狀幾何圖形影像具有更高的解析度。
文檔編號A61B5/107GK101288590SQ200810061899
公開日2008年10月22日 申請日期2008年5月23日 優先權日2008年5月23日
發明者洪 丁, 同 李, 南 羅 申請人:寧波思達利光電科技有限公司