JP2012509117A - 液体レンズを備えるオートフォーカス口腔内カメラ - Google Patents

Abstract

オートフォーカス口腔内カメラは、照明光を供給する照明モジュールと、撮像素子（３０７）と、物体から反射された光を集め、その光の焦点を撮像素子に合わせるレンズ系と、を備え、前記レンズ系は、第一の液体（１０３）と前記第一の液体と接触する第二の液体（１０１）が満たされた容器を含む少なくとも１つの液体レンズ（１００）をさらに備え、第一と第二の液体は非混和性で、異なる光屈折率を有し、略同じ濃度を有し、レンズ系は、前記レンズの焦点距離を制御するために可変電圧を印加するドライバ集積回路（３０３）をさらに備える。本願によれば、小さなサイズで単純な構造の小型オートフォーカス口腔内カメラが提供され、これはカメラの複雑さを低減させ、性能を改善する。

Description

本発明は一般に、口腔内イメージングカメラシステムに関する。より詳しくは、本発明は、液体レンズを備える小型オートフォーカス口腔内カメラに関する。

従来、歯列矯正の診療では、患者の歯を治療する前に、患者の歯の写真を撮影して、治療前のデータとして保存し、これらの写真に基づいて治療計画を立てる。さらに、歯列矯正治療の過程で、歯科医または助手は口腔内部の写真を撮影し、これらを、歯科医と患者の両者が治療の進展を把握できるようにするためや、学会でのプレゼンテーション用資料として使用するためのデータとして保存する。当業界において、口腔内カメラは有益であることが知られている。口腔画像は、診断、治療、患者の教育およびその他の目的のために表示することができる。

一般に、口腔内カメラは、照明モジュール、レンズモジュールおよび電気部品からなる。照明モジュールは、歯を照明するのに十分な光を供給するために使用される。偏光照明であれば、鏡面反射を除去できる。旧式の口腔内カメラの場合、ハロゲンランプと光ファイバが光の伝送に採用されている。現在は、白色ＬＥＤを利用した口腔内カメラが、小型、長寿命および高い光束出力等、その数々の利点から、ますます人気を集めている。

口腔内カメラは、口腔内画像撮影、歯列弓画像撮影、笑顔画像撮影等を行うことができるべきである。この点で、カメラのレンズモジュールは、広範囲の動作距離、すなわち１ｍｍから無限大で大きいＤＯＦ（被写界深度）と広いＦＯＶ（視野）を有している必要がある。カメラは大きな動作距離範囲で使用されるものであり、大きいＤＯＦを維持しなければならない。その上で、高い画像品質を確実に得るために、焦点調節が必要である。

口腔内カメラの多くにおいて、焦点調節は、レンズとセンサの間の距離を手で調節することによって実行される。しかしながら、この方法は、歯科医が操作するには不都合である。口腔内カメラの中には、焦点調節の代わりに大きなＤＯＦを提供できる小さなＮＡを利用するものがある。しかし、小さなＮＡの光学系では、高解像度を提供できず、光束を増大させる。

米国特許出願公開第２００５／０１６８５７９号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１６６１６２号明細書 米国特許出願公開第２００８／００７９８９７号明細書 米国特許第３５９９５４８号明細書 米国特許第４１９９４２５号明細書 米国特許第５９２３９０８号明細書 米国特許第６３６９９５４号明細書 米国特許第６４４９０８１号明細書 米国特許第７０２７０９４号明細書 米国特許第７２４５４４０号明細書 米国特許第７６５６５８８号明細書 米国特許第７８０８７１７号明細書 中国特許出願公開第１７２０４６６号明細書 中国特許出願公開第１９１６６６９号明細書 欧州特許出願公開第１７８０５７５号明細書

上記のようなシステムは、その特定の用途においてはある程度の成功を収めているかもしれないが、オートフォーカス調節機能を有する口腔内カメラを提供する必要がある。

本発明の目的は、オートフォーカス口腔内カメラを提供することである。オートフォーカス口腔内カメラは、照明光を供給する照明モジュールと、撮像素子と、物体から反射された光を集め、その光の焦点を撮像素子に合わせるためのレンズ系と、を備え、前記レンズ系は、第一の液体と、前記第一の液体と接触している第二の液体で満たされた容器を含む少なくとも１つの液体レンズをさらに備え、第一と第二の液体は非混和性であり、異なる光屈折率を有し、略同じ濃度であり、レンズ系は、前記レンズの焦点距離を制御するために可変電圧を印加するドライバ集積回路をさらに備える。

この目的は説明のための例として挙げたにすぎず、このような目的は、本発明の１つまたは複数の実施形態の例であるかもしれない。開示される発明によって本質的に実現されるその他の好ましい目的と利点が、当業者により発想され、当業者にとって明らかとなるかもしれない。本発明は、付属の特許請求の範囲により定義される。本願による小型口腔内カメラは、カメラの複雑さを低減させ、性能を改善する、オートフォーカス用液体レンズを備えた小型で単純な構造を提供する。

本発明の上記およびその他の目的、特徴および利点は、添付の図面に示される本発明の実施形態に関する以下のより具体的な説明から、当業者にとって明らかとなるであろう。図中の要素は、必ずしも相互に関して正確な縮尺とはかぎらない。

液体レンズの基本構造を示す図である。 液体レンズの動作原理を示す図である。 液体レンズを備える口腔内カメラの基本的システム構造を示す図である。 図３による液体レンズを備える口腔内カメラの一例を示す図である。 図３による口腔内カメラの設計フローチャートである。

以下に、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態を詳細に説明するが、同じ参照番号は、複数の図の各々における構造の同じ要素を特定する。

図１を参照すると、液体レンズ１００は一般に、同じ濃度の２種類の液体を含み、これらは円錐形の容器の中にあり、２枚の透明窓１０７の間に挟まれている。この実施形態において、一方の液体は導電性の水１０３、もう一方は油１０１であり、油１０１は蓋としての役割を果たし、それによって技術者は一定の体積の水を使って作業でき、また、光軸１０５に関する安定性を測定することができる。レンズ１００は、油１０１からは絶縁されているが、水１０３とは電気的に接触している電極１０９と１１３をさらに備え、電極には可変電圧を選択的に印加することができる。絶縁体１１１が電極１０９と１１３の間に設置され、これらを分離している。油１０１と水１０３の間の界面は、円錐構造を通じて印加される電圧に応じてその形状を変化させる。図１（ａ）に示されるように、印加される電圧が０ボルトであると、表面は平坦である。電圧が４０ボルトに上げられると、図１（ｂ）に示されるように、油１０１の表面は高い凸面となる。このようにして、液体レンズは、電極に印加される電圧を変化させることによって、所望の屈折力とすることができる。

図２は、図１による液体レンズの動作原理を示す。液体レンズ１００は、次に説明するエレクトロウェッティング（液滴駆動）現象に基づいて動作する。金属製の、薄い絶縁層により被覆された基板上に液滴１０３が付着される。基板に印加される電圧によって発生する静電圧によって、液体は液滴の接触角を変えるようにその形状を変化させられる。液体レンズには、２種類の等濃度の液体が利用される。一方は絶縁体１０１であり、もう一方は導電体１０３である。電圧の変化により、液体と液体の界面の曲率が変化し、これが、レンズの焦点距離を変化させる。

図３は、画像処理ＬＳＩ（大規模集積回路）３０１、ドライバＩＣ（集積回路）３０３、液体レンズ１００および固体レンズ３０５のほか、撮像素子３０７を備えるオートフォーカス口腔内カメラの一例を示す。ドライバＩＣ３０３は液体レンズ１００用の可変電圧を供給するために使用され、撮像素子３０７は画像撮影のために使用され、画像処理ＬＳＩ３０１は、撮像素子３０７によって撮影された画像を処理するようになされている。液体レンズ１００はオートフォーカスに使用され、固体レンズ３０５は、ここでは、主として撮像に使用される。他の実施形態では、固体レンズを液体レンズに置き換えてもよい。

図４は、液体レンズを備える口腔内カメラの一例を示す。図のように、レンズ１００と３０５は、物体４０１と撮像素子３０７の間に設置される。具体的には、液体レンズ３０５は、結像レンズ１００と撮像素子３０７の間に設置される。言い換えれば、並び順は、物体４０１、結像レンズ１００、液体レンズ３０５、そして撮像素子３０７である。これらの部品は、このようにして、液体レンズ３０５を異なる動作距離に合わせて調整し、結像レンズ１００が撮像素子３０７の上に画像を形成するのを助けるように配置される。ここで、固体レンズが通常、結像レンズとして採用される。

図５は、口腔内カメラの光学設計のフローチャートである。第一に、口腔内カメラの中の液体レンズの位置を決定し、次に、口腔内カメラの異なる動作距離に応じて液体レンズの屈折力を計算して、屈折力が液体レンズの能力範囲内にあるか否かを判断する。屈折力がその範囲外であれば、液体レンズの位置を変更し、その後、屈折力を再計算して、判断するべきである。屈折力が確かにその範囲内であれば、これはその位置が適正であることを意味するため、この設計は終了する。

本発明について、現時点で好ましい実施形態を特に参照しながら詳細に説明したが、本発明の精神と範囲の中で変更や改変を加えることができると理解されるであろう。したがって、本明細書で開示する実施形態は、すべての点において、限定的ではなく、例として考慮される。本発明の範囲は、付属の特許請求の範囲によって示され、その同等物の意味と範囲の中に入るすべての変更は、その中に含められるものとする。

Claims (5)

1. 照明光を供給する照明モジュールと、
   撮像素子と、
   物体から反射された光を集め、前記光の焦点を前記撮像素子の上に合わせるレンズ系と、
   を備えるオートフォーカス口腔内カメラであって、
   前記レンズ系は、第一の液体と、前記第一の液体と接触している第二の液体が満たされた容器を含む少なくとも１つの液体レンズをさらに備え、前記第一と第二の液体は非混和性であり、異なる光屈折率を有し、略同じ濃度であり、前記レンズ系は、前記レンズの焦点距離を制御するために可変電圧を印加するドライバ集積回路をさらに備えることを特徴とするオートフォーカス口腔内カメラ。
2. 請求項１に記載のオートフォーカス口腔内カメラであって、
   前記レンズ系は、少なくとも１つの固体レンズをさらに備えることを特徴とするオートフォーカス口腔内カメラ。
3. 請求項１に記載のオートフォーカス口腔内カメラであって、
   前記第一の液体は導電体であり、前記第二の液体は絶縁体であることを特徴とするオートフォーカス口腔内カメラ。
4. 請求項１に記載のオートフォーカス口腔内カメラであって、
   前記照明系はＬＥＤを含むことを特徴とするオートフォーカス口腔内カメラ。
5. 請求項１に記載のオートフォーカス口腔内カメラであって、
   前記レンズ系は光軸を含み、前記電子イメージャは前記光軸の上に配置されることを特徴とするオートフォーカス口腔内カメラ。