CN105266815B - 电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子装置，该电子装置包含光源***、第二光学***和成像***，该第二光学***包含第一棱柱和第一反射元件，该第一棱柱包含相互邻接的第一面、第二面和第三面，该光源***用于沿第一光路提供光线，该光线穿透该第一棱柱和该第一反射元件的第四面后入射至该第一反射元件的第五面，该光线经该第五面反射后依次穿透该第四面和该第一棱柱后沿该第二光路入射至该目标物，经该目标物反射后的该光线穿透该第三面后入射该第二面，并经该第二面反射后沿第四光路入射至该第一面，该光线穿透该第一面并传播至该成像***，其中该第一光路与该第五光路具有第四夹角，该第四夹角大于0度且小于45度。

Description

电子装置

技术领域

本发明描述一种电子装置，尤其涉及一种用于三维扫描目标物的电子装置。

背景技术

在临床口腔诊疗和修复过程中,口腔印模是一种重要的信息存储源,几乎每个患者都需要印取一副甚至多副印模。医生通过治疗前、中、后等多副模型的对比，即可了解治疗的效果，提高检查、诊断和治疗的准确性，而口腔技师也需要根据印模来确定义齿修复的形态。而印模方式耗费材料、耗费人工并节约了时间。

三维扫描仪(3D scanner)是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或者环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)，并将搜集到的数据进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的立体数字模型。三维扫描仪以其可根据获得的数据在虚拟世界中创建实际物体的立体数字模型的独特优势已开始逐渐应用于牙科领域，这是传统的印模方式所无法比拟的。

现有的用于牙科领域的三维扫描仪又叫做3D(3Dimensions)口扫机，通过取得口腔内例如牙齿或者牙床的数据并进行三维重建计算以取得精准的立体数字模型，医生和病人可以根据获取的该立体数字模型进行讨论，既可以使病人了解到自己的病情和医生的治疗意图，也可以让医生更好的根据病人的需求来制定或者修正治疗方案，是医患关系更加融洽，此外降低了耗材、节约了人工以及节约了时间。

由于口扫机置于口腔内进行扫描的特殊性，需要对其尺寸大小进行限制，而对其尺寸大小的限制往往会影响到影像深度的取得。

因此，有必要提供一种新的电子装置，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子装置，该电子装置具有较小尺寸的同时具有较好的影像深度。

为达上述目的，本发明提供一种电子装置，用于三维扫描目标物，该电子装置包含：

光源***，用于沿第一光路提供光线；

第二光学***，包含第一棱柱和第一反射元件；

第一棱柱，包含两两相互邻接的第一面、第二面和第三面；

第一反射元件，具有相对的第四面和第五面，该第四面相对该第五面靠近该第二面，该第四面和该第五面所在平面之间具有第一夹角，该第一夹角大于0度；以及

四分之一波片，该四分之一波片设置于该第一棱柱和该目标物之间；以及

成像***，用于成像；

其中，沿该第一光路传播的该光线依次穿透该第一面、该第二面和该第四面后入射至该第五面并被该第五面反射，且经该第五面反射后依次穿透该第四面、该第二面、该第三面和该四分之一波片后沿该第二光路入射至该目标物并被该目标物反射，经由该目标物反射后的该光线沿该第三光路穿透该四分之一波片、该第三面后入射至该第二面并被该第二面反射，并经由该第二面反射后沿第四光路入射至该第一面，并穿透该第一面后沿第五光路入射至该成像***；第五光路与第一光路的夹角为第四夹角，该第四夹角大于0度且小于45度。

较佳的，该电子装置还包括第一光学***，该第一光学***设置于该光源***和该第二光学***之间,该第一光学***包含第一棱镜和分光装置，该分光装置用于接收并导引沿该第一光路传播的该光线至该第一棱镜，该第一棱镜沿第一光路传递所接收的该光线至该第二光学***；以及该第一棱镜用以接收沿该第五光路传播的该光线并使该光线沿第六光路传播至该分光装置，该分光装置接收该光线并沿第七光路将其传播至该成像***。

较佳的，该第一棱镜的光轴与该第一光路具有第三夹角，该第三夹角大于0度且小于15度。

较佳的，该光轴相对该第一光路沿第一方向旋转该第三夹角。

较佳的，该第四夹角和该第三夹角相等或者差值小于第二预设值。

较佳的，该第六光路与该第七光路相垂直。

较佳的，该第四面所在的平面与该第一平面呈45度。

较佳的，该光源***包括光源装置、线偏振元件、第一透镜、第二反射元件、第二透镜、第三反射元件、投影显示元件以及第三透镜，该光源装置提供的光线经该线偏振元件后产生线偏振光，该线偏振光经该第一透镜传递至该第二反射元件并经该第二反射元件反射后，该线偏振光经由该第二透镜后入射至该第三反射元件，该第三反射元件反射该线偏振光至该投影显示元件，该投影显示元件接收该光线并将其反射至沿该第一光路穿透该第三透镜传播。

较佳的，该第四面与该第二面相平行，且该第四面和该第二面之间的距离小于第一预设值。

较佳的，该第四夹角的大小随着该第一夹角的变大而变大，随着该第一夹角的变小而变小。

与现有技术相比，本发明提供一种电子装置，用于三维扫描目标物，该电子装置包含光源***、第二光学***和成像***，该光源***用于沿第一光路提供光线，该光线沿该第一光路传播至该第二光学***，并经由该第二光学***传播至该目标物并被该目标物反射，经由该目标物反射后的该光线入射至该第二光学***，并被该第二光学***反射至沿第五光路传播至该成像***，其中该第一光路与该第五光路具有第四夹角，该第四夹角大于0度小于45度，从而使该电子装置获得较佳影像深度，进而得到分辨率较好的该目标物的三维图像，且该电子装置结构简单、体积较小，满足能置于口腔内进行扫描的需求。

附图说明

图1为本发明实施例的电子装置100的局部结构示意图。

图2为本发明实施例的电子装置100的另一局部结构示意图。

图3为本发明实施例的电子装置100的再一局部结构示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

参照图1至图3所示，揭示了本发明电子装置100的结构示意图。图1为本发明实施例的电子装置100的局部结构示意图，图2为本发明实施例的电子装置100的另一局部结构示意图，图3为本发明实施例的电子装置100的再一局部结构示意图。本发明电子装置100用于三维扫描目标物10。其中，该电子装置100例如为3D扫描仪，但不以此为限；该目标物10可以是任何具有外形轮廓和形状的物体，例如牙齿、口腔内软组织结构等。该电子装置100包含光源***11、第一光学***12、第二光学***13以及成像***14。下面对该电子装置100的各元件的具体功能进行描述。另外，为便于说明，特定义具有两两彼此垂直的X轴、Y轴以及Z轴的空间，该X轴和该Y轴所在的平面为第一平面，且进一步定义由该光源***11提供的经由该第一光学***12和该第二光学***13到达该目标物10的光线为投影光，再经由该目标物10反射后依次经该第二光学***13和该第一光学***12传播后最终到达该成像***14用于成像的光线为取像光。

该光源***11用于沿第一光路L1提供光线，以提取该目标物10的影像。该光源***11例如为发光二极管(LED)光源***、冷阴极荧光灯光源***、卤素灯光源***、激光光源***或其组合，但不以此为限。该第一光学***12用于接收沿该第一光路L1传播的该光线并沿该第一光路L1传递至该第二光学***13。该第二光学***13用于接收并反射经该第一光学***12传递后的该光线，该光线经该第二光学***13反射后沿第二光路L2传播至该目标物10。上述光线传递至该目标物10后，再经该目标物10反射至沿第三光路L3传播至该第二光学***13，该第二光学***13反射沿该第三光路L3传播的该光线以使其沿第五光路L5传播至该第一光学***12，该第一光学***12接收该光线并使该光线沿第七光路L7传播至该成像***14以成像。该成像***14可以为电荷耦合元件(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS),但不以此为限。请继续参照图3所示，该第二光学***13包括第一反射元件131、第一棱柱132以及四分之一波片133，其中，该第一棱柱132包含两两相互邻接的第一面1321、第二面1322以及第三面1323；该第一反射元件131具有相对的第四面1311和第五面1312，且该第四面1311较该第五面1312靠近该第二面1322，该第四面1311和该第五面1312所在的平面之间具有第一夹角A1，该第一夹角A1大于0度；该四分之一波片133设置于该第一棱柱132和该目标物10之间，也即设置于该第二光路L2和该第三光路L3的传递路径上。较佳的，该第四面1311与该第二面1322相平行且该第四面1311与该第二面1322之间的距离小于第一预设值，以减少该光线在空气中的传播，降低能量的损耗，同时也减少折射，但不以此为限，其中，该第一预设值的大小由设计人员根据实际情况而定。其中，沿该第一光路L1传播的该光线依次穿透该第一面1321、该第二面1322和该第四面1311后入射至该第五面1312并被该第五面1312反射，且该光线经该第五面1312反射后依次穿透该第四面1311、该第二面1322和该第三面1323后沿该第二光路L2穿透该四分之一波片133后入射至该目标物10并被该目标物10反射，经由该目标物10反射后的该光线沿该第三光路L3穿透该四分之一波片133和该第三面1323后入射至该第二面1322并被该第二面1322反射，并经由该第二面1322反射后沿第四光路L4入射至该第一面1321，并穿透该第一面1321后沿第五光路L5传播至该第一光学***12，该第一光学***12接收该光线并使该光线沿第七光路L7传播至该成像***14以成像。其中，该第一光路L1与该第五光路L5具有第四夹角A4，该第二夹角A4大于0度小于45度，以使该电子装置100获得较佳的影像深度，进而得到分辨率较好的该目标物10的三维图像。且在一定的该第四夹角A4的大小范围内，该电子装置100的影像深度随着该第四夹角A4的变大而变大，该一定的该第二夹角A2的大小范围由设计人员根据实际情况而定。较佳的，该第四夹角A4大于0度且小于等于10度，但不以此为限。本实施例中，该第四夹角A4为5度。且本发明中，该投影光和该取像光光路共用，从而进一步减小了该电子装置100的体积，实现该电子装置100的微型化，能满足置于口腔内进行扫描的需求。

进一步的，该第一光学***12包含第一棱镜121和分光装置122，该分光装置122用于接收并导引沿该第一光路L1传播的该光线至该第一棱镜121，该第一棱镜121沿该第一光路L1传递所接收的该光线至该第二光学***13；以及该第一棱镜121用于接收沿该第五光路L5传播的该光线并使该光线沿该第六光路L6传播至该分光装置122，该分光装置122接收该光线并反射该光线至沿该第七光路L7将其传播至该成像***14，以避免该投影光和该取像光混淆。即，该投影光和该取像光共用该第一光学***12和该第二光学***13，从而减小了该电子装置100的体积，满足了微型化该电子装置的要求，且避免该投影光和该取像光混淆。优选的，该第六光路L6与该第七光路L7相垂直，以进一步避免该投影光和该取像光混淆，但不以此为限。

进一步的，该光线沿该第四光路L4穿透该第一面1321时发生折射而沿该第五光路L5传播，该第四光路L4与该第一光路L1具有第二夹角A2，本实施例中，该第四夹角A4稍大于该第二夹角A2。其中，该第一棱柱132的材质直接影响着该第五光路L5的方向，即影响着该第四夹角A4的大小。

由于该第一光路L1和该第五光路L5之间具有第四夹角A4，使得该投影光与该取像光存在光程差，而光程差最终会造成得到的该目标物10的图像不对称，为了避免这种情况发生，本发明中，该第一棱镜121的光轴LO与该第一光路L1具有第三夹角A3，该第三夹角A3大于0度小于等于45度，但不以此为限。如此，当为了使该电子装置100获得较佳影像深度而具有该第四夹角A4时，该第一棱镜121的该光轴LO与该第一光路L1具有的该第三夹角A3可以在一定程度上弥补该第四夹角A4造成的光程差的问题，使得该电子装置100在获得较佳影像深度的同时还能得到对称的该目标物10的图像，即得到分辨率较好且对称的该目标物10的图像。较佳的，该第一棱镜121的光轴LO相对该第一光路L1沿第一方向F旋转该第三夹角A3(如图3所示)，但不以此为限。需要特别说明的是，该第三夹角A3与该第四夹角A4大小相匹配，例如为相等或者差值小于第二预设值以使得该第三夹角A3更好的弥补该第四夹角A4造成的光程差的问题，具体由设计人员根据实际情况而定。

通常，电子装置扫描目标物时，先扫描目标物的表面，逐步往该目标物的深层扫描，深层为距离该电子装置的较远处，以获取目标物的不同深度平面的数据，以供后续立体数字模型的建立。而电子装置的取像深度直接关系到目标物的表面以下不同深度的数据的获得，即关系到立体数字模型的建立，当电子装置无法获取目标物的表面以某一深度的平面数据时，电子装置就会停止扫描。本发明中，当该第一棱镜121的光轴LO与该第一光路L1之间不具有该第三夹角A3，即该第三夹角A3为0度时，该电子装置100与该目标物10之间的该物距H0为15毫米时该电子装置100未完成扫描就由于无法获得该目标物的表面以较深度平面的数据而停止进行扫描，当该第一棱镜121的光轴LO与该第一光路L1之间具有该第三夹角A3，即该第三夹角A3大于0度时，该电子装置100与该目标物10的该物距H0增大为15毫米时仍可正常完成扫描，即，当该电子装置100距离该目标物10为15毫米时仍然可以获得该目标物10的表面以下不同深度的数据，即该电子装置100的取像深度变大，从而获得影像深度较好的该目标物10的图像，也即获得分辨率较高的该目标物10的图像。其中该物距H0是指该电子装置100与该目标物10的最佳距离，具体而言，该物距H0是指该第二光学***13中的该四分之一波片133与该目标物10之间的最佳距离。且以上数据是以该第二夹角A2为5度、该第三夹角A3为5度时得到的。该第三夹角A3影响该电子装置100的取像深度，当该第四夹角A4一定时，在一定的该第三夹角A3的大小范围内，该电子装置100的取像深度随着该第三夹角A3的变大而变大，其中，该一定的该第三夹角A3的大小范围由设计人员根据实际情况而定。

进一步的，当该第一棱镜121的光轴LO与该第一光路L1之间不具有该第三夹角A3，即该第三夹角A3为0度时，该电子装置100碰到该目标物10时就停止进行扫描，即该电子装置100与该目标物10之间的物距H0为0毫米时该电子装置100不能完成正常扫描。当该第一棱镜121的光轴LO与该第一光路L1之间具有该第三夹角A3，即该第三夹角A3大于0度时，该电子装置100碰到该目标物10时仍可完成扫描，即该电子装置100与该物距H0为0毫米时仍可正常完成扫描，由于使用者操作该电子装置100进行扫描时，该电子装置100会不可避免的碰到该目标物10，因此，该电子装置100碰到该目标物10时仍可完成扫描的性能可增加该电子装置的适用性，并可提高用户体验。

进一步的，且当该第二夹角A2为5度时，该电子装置100的最佳物距H0为6毫米，即当该第二夹角A2为5度时，该电子装置100可完成扫描且获得的影像较于它其大小的该第二夹角A2时获得的影像具有较高的影像深度。

进一步的，该光源***11包括光源装置111、线偏振元件112、第一透镜113、第二反射元件114、第二透镜115、第三反射元件116、投影显示元件117以及第三透镜118，该光源装置111提供的光线经该线偏振元件112后产生线偏振光，该线偏振光经该第一透镜113传递至该第二反射元件114，并经该第二反射元件114反射后入射至该第二透镜115，该光线经由该第二透镜115入射至该第三反射元件116，该第三反射元件116反射该光线至该投影显示元件117，该投影显示元件117接收该光线并反射至沿该第一光路L1穿透该第三透镜118传播。即，本实施例中，该光源***11提供的该光线为第一线偏振光，但不以此为限，于本发明另一实施例中，该光源***亦可以提供圆偏转光，具体由设计人员根据实际情况而定。该投影显示元件117为数位微镜装置，动态光栅产生装置或者固定光栅产生装置，但不以此为限，以投射投影光用于取像，具体而言，本发明藉由该投影显示元件17投射的投影图案在经过该目标物10反射后，会因为该目标物10表面的特征而使投影图案产生变形，根据该投影图像的变形来构建该目标物10的三维模型。

进一步的，该第一线偏振光穿过该四分之一波片133后变为圆偏振光，即偏转45度，并经由该目标物10反射后的该圆偏振光再次穿过该四分之一波片133后，该圆偏振光又变为与该第一线偏振光相垂直的第二线偏振光。较佳的，该四分之一波片133、该第一光路L1和该X轴平行，但不以此为限。较佳的，该第五面1312所在的平面与第一平面(即，水平面)呈45度角，但不以此为限。进一步的，该第一光路L1和该第二光路L2垂直，但不以此为限。

进一步的，该第一光学***12还包括多个透镜123，较佳的，该多个透镜123设置于该第一棱镜121和该分光装置122之间，沿该第一光路L1的该光线依次穿透该分光装置122、该多个透镜123以及该第一棱镜121后传播至该第二光学***13，以及该第一棱镜121接收沿该第五光路L5传播的该光线并使该光线沿该第六光路L6传播至该多个透镜123，该光线穿透该多个透镜123后入射至该分光装置122。当然，该多个透镜123的设置具体由设计人员根据实际情况而定，并不以此为限。

进一步的，该光线入射该成像***14的位置随着该第一夹角A1大小的变化而变化。

进一步的，该第四夹角A4的大小随着该第一夹角A1的变大而变大，随着该第一夹角A1的变小而变小，即通过改变该第一夹角A1的大小可以连动的改变该第四夹角A4的大小。

当然，于本发明另一实施例中，该电子装置100亦可以设计成不包括该第一光学***12，该光源***11发出的该光线直接沿该第一光路L1传播至该第二光学***13，沿该第五光路L5传播的该光线直接入射至该成像***14。并且，该电子装置100仍可获得较佳影像深度，进而得到分辨率较好的该目标物的三维图像，同时该电子装置100的体积较小，能满足置于口腔内进行扫描的需求。

综上，本发明提供一种电子装置，用于三维扫描目标物，该电子装置包含光源***、第二光学***和成像***，该光源***用于沿第一光路提供光线，该光线沿该第一光路传播至该第二光学***，并经由该第二光学***传播至该目标物并被该目标物反射，经由该目标物反射后的该光线入射至该第二光学***，并被该第二光学***反射至沿第五光路传播至该成像***，其中该第一光路与该第五光路具有第四夹角，该第四夹角大于0度小于45度，从而使该电子装置获得较佳影像深度，进而得到分辨率较好的该目标物的三维图像，且该电子装置结构简单、体积较小，满足能置于口腔内进行扫描的需求。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种电子装置，用于三维扫描目标物，其特征在于，该电子装置包含：

光源***，用于沿第一光路提供光线；

第二光学***，包含：

第一棱柱，包含两两相互邻接的第一面、第二面和第三面；

第一反射元件，具有相对的第四面和第五面，该第四面相对该第五面靠近该第二面，该第四面和该第五面所在平面之间具有第一夹角，该第一夹角大于0度；以及

四分之一波片，该四分之一波片设置于该第一棱柱和该目标物之间；

第一光学***，设置于该光源***和该第二光学***之间，该第一光学***包含第一棱镜和分光装置；以及

成像***，用于成像；

其中，该分光装置用于接收并导引沿该第一光路传播的该光线至该第一棱镜，该第一棱镜沿第一光路传递所接收的该光线至该第二光学***，沿该第一光路传播的该光线依次穿透该第一面、该第二面和该第四面后入射至该第五面并被该第五面反射，且经该第五面反射后依次穿透该第四面、该第二面、该第三面和该四分之一波片后沿第二光路入射至该目标物并被该目标物反射，经由该目标物反射后的该光线沿第三光路穿透该四分之一波片、该第三面后入射至该第二面并被该第二面反射，并经由该第二面反射后沿第四光路入射至该第一面，并穿透该第一面后沿第五光路入射，该第一棱镜用以接收沿该第五光路传播的该光线并使该光线沿第六光路传播至该分光装置，该分光装置接收该光线并沿第七光路将其传播至该成像***；该第五光路与该第一光路的夹角为第四夹角，该第四夹角大于0度且小于45度；该第一棱镜的光轴与该第一光路具有第三夹角，该第三夹角大于0度且小于45度。

2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该第三夹角大于0度且小于15度。

3.如权利要求2所述的电子装置，其特征在于，该光轴相对该第一光路沿第一方向旋转该第三夹角。

4.如权利要求2或者3所述的电子装置，其特征在于，该第四夹角和该第三夹角相等或者差值小于第二预设值。

5.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该第六光路与该第七光路相垂直。

6.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该第五面所在的平面与第一平面呈45度。

7.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该光源***包括光源装置、线偏振元件、第一透镜、第二反射元件、第二透镜、第三反射元件、投影显示元件以及第三透镜，该光源装置提供的光线经该线偏振元件后产生线偏振光，该线偏振光经该第一透镜传递至该第二反射元件并经该第二反射元件反射后，该线偏振光经由该第二透镜后入射至该第三反射元件，该第三反射元件反射该线偏振光至该投影显示元件，该投影显示元件接收该光线并将其反射至沿该第一光路穿透该第三透镜传播。

8.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该第四面与该第二面相平行，且该第四面和该第二面之间的距离小于第一预设值。

9.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该第四夹角的大小随着该第一夹角的变大而变大，随着该第一夹角的变小而变小。