JPH04504219A - 特に患者の口腔内の歯の３次元測定の方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、本発明の請求項第１項および第４項から第６項の前提部分による、表 面の或いは基本的に身体の、特に患者の口腔内に含まれる歯或いは一群の歯の３ 次元光測定用の方法および装置に関する。

そのタイプの装置は、義歯を製造するという目的のために歯の表面のいわゆる三 角測量方法を使用することによるＥｕｒｏｐｕ＋＋　Ｐａｔ！ｎｔ　Ａｌ　０２ ７８８８２の開示から公知になってきた。

この光３次元測定の間に、縞のパターンが今計測されるべき歯の上に投影されそ して歯は視差角の下で観察される。それによりて観察された縞パターンの歪みか ら、測定される歯の形状が計算されることができる。またＳｉｕ＋Ｃｎｓ　ＡＧ 社のいわゆ呑セレック（ＣｔｒξＣ）システムも、三角測量方法の使用を通して 歯に対するセラミックインレー（ｉｎＬａ７　）のコンピュータ支援の製造でこ れに関係している。この公知の方法による歯の或いは一群の歯の測定は、歯科医 が手動のプローブを患者の口腔内に、ある時限のシーケンスで歯に対して相対的 に異なった位置に入れて歯の相互に重なった部分画像の吸い上げすなわち露光を 準備し、そしてコンピュータによって全体の或いは合成の画像を組み立てるよう にして実行される。歯科医によるその手動の取扱いのせいでプローブは異なった 部分画像の露光を採る間に不確かな位置に配置され、ここではその位置は互いに 対していかなる規定された関係にもない。

その結果個々の部分画像は、較正部材が、それらはあらゆる部分画像と共に計測 されることができて個々の部分画像の間の正確な関連をコンピュータに供給する ことを容易にするような、このような方法で患者の口腔内に或いは歯の上に固定 されるときに計測された歯の形状を正確に示す全体画像へと組み立てられること のみができる。

したがって本発明の目的は、例えば較正部材のような補助物を使用する必要なく より単純でより迅速でより正確な測定を履行することができるようにすることで ある。

この目的は、この目的のためにプローブ内で連続して個々の部分画像にそれぞれ 関連した規定された位置に転置される少なくとも２つの光学機器による個々の部 分画像の照明および今の連続の吸い上げすなわち露光によって、またそれでプロ ーブは単一の位置に保持されそしてそれによって個々の部分画像の相互関連に関 して規定されることによって達成される。

上述のことは三角測量の原理によって実行されるのが好ましく、それによって今 の少なくとも１つの光学機器の使用を通して縞パターンが個々の部分画像に対し て投影され、そして別の光学機器によって今測定される部分画像の形状に対応す る今反射されて歪んだ縞パターンの露光が採られ、そして電気的データ信号の発 生に対する基礎として使用される。干渉計によるモアレ法とそして他の利点と対 比したこの三角測量方法の利点は、コヒーレント光が必要とされずそして不鮮明 なパターンに遭遇しないことから構成される。

本発明の変形例によって位相シフトの原理が使用される。

そこでは、輝度の分布が金具なった位相を有するサインカーブによって表される 縞パターンが少なくとも３回各部分画像に撮影され反射された縞パターンから露 光が採られる。各サインカーブの方程式は３つの未知数を含む：すなわち、バッ クグラウンド（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）の輝度、輝度のコントラストおよび有効 な波頭の位相であり、採取されている３つの露光は必要とされる位相の決定のた めに働き、それで同じ位相の点が測定された物体の同じ高さを示す。静止的縞パ ターンを投影する処理との比較における利点は、不連続な或いは中断された輪郭 ラインに比べて継続的な表面状情報にある。結果として、数マイクロメータの範 囲内にある分解能を得ることができる。

個々の部分画像の同時の照明および反射された光のパターンの撮影すなわち露光 を採ることを伴う異なる処理を実行するため、互いに固定された距離で対になっ て配置された２つの光学機器の数は部分画像の数およびプローブ内の位置的に固 定された配置に等しく、ならびに部分画像の相互配置に等しく、それによって２ つの相互に対になった光学機器の内の１つは光源に接続されて他方の光学機器は イメージ或いは画像センサに接続される。

個々の部分画像の連続した照明および反射された光パターンの露光を採ることを 伴う異なる第２の処理を実行するために、光学機器の数が部分画像の数に等しく そしてプローブ内のそれらの配置が適所に固定され且つ部分画像の相互配置に等 しく、それによって今２つの光学機器を光源或いはイメージセンサにそれぞれ同 時に対になって接続させるためのマルチプレクサを設けるような装置が提供され る。これによって、この接続を効果的にするために、隣接するか或いは隣接しな い光学機器が提供されることができる。

個々の部分画像の連続した照明および今反射された縞パターンの露光を採ること は、その中で互いに固定された距離で対になって配置された少なくとも２つの対 になった光学機器が部分画像の相互配置に関連したパスに沿ったプローブ内の部 分画像の幅に対応するステップでプローブ内に転置することができ、そしてマル チプレクサを通して光源或いは基本的にイメージ或いは画像センサに接続可能で あるような配置によって異なる第３の処理に適合して実行されることができる。

好ましくは、光学機器は基本的に円形パス或いは円筒形バスに沿って転置可能で あるように配置される。

便宜上、光源およびイメージセンサはプローブの外側に配置される。本発明の変 形例によって光源とプローブとの間には、個々の部分画像に対して投影するため の縞パターンを発生させるためのＬＣＤ−マトリックス先変調器が配置されてい る、また、ビデオプロジェクタ内への光源の配置も都合が良い。

好ましくは、マルチプレクサはプリズムのおよび／またはミラーの配置を有する 光マルチプレクサである。これによって、光マルチプレクサは光位相テーブル（ ｏｐｔｉｃ＝Ｉ　ｐｈｔｓｅｒｃｇｂｌｚ　）を通して光源に、或いはそれぞれ イメージセンナに接続されることができる。好ましくはイメージ或いは画像セン サはＣＣＤ−カメラである。

例えばそれらの２つの噛む或いは咀噌する表面を相関させるという目的のために 好ましく向かい合って配置された歯の測定のために、プローブが相互に向かい合 った方向に光を投影しおよび相互に向かい合った方向から反射された光パターン の撮影の露光を採るために構成されるならば都合が良い。

本発明の別の変形例によると、コンピュータは電気的データ信号を座標値に変換 するための手段を包含する。ここで、座標は例えば単一の歯の測定のための球形 極座標であり得るか或いは例えば一群の歯の測定のための円柱座標であり得る。

このようなタイプの座標は、相互に重なる測定された表面がそれらがスムーズに 互いの中への移動を行うような方法で平均化されることができることを可能にす る。この方法では、測定のいかなる曖昧さでも排除される。したがつてコンビ二 一夕が座標の記憶のためにマトリックスメモリを包含しているならば大変好都合 である。

光源が着色光源であるか或いは少なくとも色のフィールドがその下流につなげら れるならば、それはよりはるかに好都合である。例えば歯の測定の間に例えば赤 いフィルタ或いは赤い光が使用されるとき、赤い歯肉或いは歯茎と白い歯との間 に明瞭な区別を得ることができる。

下記では本発明が、以下のような添付図面を考慮したいくつかの例示された実施 例を基本として詳細に示されている：第１図は、口部用プローブによって歯を測 定するために使用される本発明の装置の例示された実施例を概略的に示し；第２ 図は一群の歯の平面図であり； 第３図は第２図による歯の側面図であり；第４図は第１図による口部用プローブ の第１の変形例の底面図であり； 第５図は第４図による口部用プローブの断面図であり；第６図は口部用プローブ の第２の変形例の断面図であり：第７図は口部用プローブの第３の変形例の断面 図であり；第８図および第９図はそれぞれ口部用プローブの第４の変形例の底面 図を別々に示す。

第１図に示された装置は、患者の口腔内へと導入されることができる口部用プロ ーブ１と、白熱灯の形である光源３を有するビデオプロジェクタ２と、両方とも プロジェクタからのビームのパス内に配置されている赤色フィルタ４およびＬＣ Ｄ−マトリックス光変調器５と、ＣＣＤ−カメラの形であるイメージすなわち画 像センサ６と、コンピュータ７と、口部用プローブ１とビデオプロジェクタ２な らびにＣＣＤ−カメラ６との間に延在する光フアイバケーブル接続８とを具備す る。

第４図に拡大されて示されている口部用プローブ１は、プローブ部分９と柄部分 １Ｇとから構成される。プローブ部分９は、プログラム制御された回転駆動装置 （図示されない）によってステップで作動され、それぞれ対物レンズ１２の形で ある２つの全く同一に構成されたマイクロ光学機器が特定のしかし調整可能な角 距離１３で配置された回転可能なターンテーブルリング１１を具備する。一方の 対物レンズは撮影レンズ１２Ａとして作用し、他方は投影レンズ１２Ｐとして作 用する。ターンテーブルリング１１は折りにふれて、特定の角度量１４のステッ プで好ましくは６つの特定の位置へと回転可能である。

６つの位置がここで選択されるのは、歯１５の完全な３次元測定を実施するため に、第２図および第３図に示されるような上から傾斜した角度で部分画像１６乃 至２１の６つの露出面を得るのに都合が良いからである。角度１４の量およびそ れによって今そこから露出面を採られる部分画像は、プログラム制御によって適 切に変化され得る。投影レンズ１２Ｐと露光レンズ１２Ａとの間の視差角２２の 調整のために角距離１３も、同様に変えられることができる。プローブ部分９内 に配置された光マルチプレクサ２３は、両方の対物レンズ或いはレンズ１２Ａ、 　１２Ｐそれぞれを柄部分ｌＯおよびそれに取り付けられたファイバケーブル接 続８を通って延在する光フアイバケーブル２４Ａおよび２４Ｐに光結合させるた めに働く。ファイバケーブル２４Ｐは投影対物レンズ１２Ｐをマルチプレクサ２ ３を通してビデオプロジェクタ２に接続し、一方ファイバケーブル２４Ａは同様 に露光対物レンズ１２Ａのマルチプレクサ２３を通してのＣＣＤ−カメラとの接 続を示す。

第５図によるとターンテーブルリング１１は、回転軸の部分にいかなる機械的取 り付けもないようにそれらの縁で支持される２つの旋回プレート２５．２６を具 備する。旋回プレート２４内には露光対物レンズ１２Ａが配置され、旋回プレー ト２６内には投影対物レンズ１２Ｐ（図示されない）が配置されており、それら は両方とも視差角２２の量によってオフセットされる。

旋回プレート２５．２６に対するここに単に概略的に示されたモータ駆動装！２ ７．２８はプログラム制御され、そして外側からのギアベルトシステムによって か或いは小型ステップモータによってかで作動される。このような駆動装置は当 業者にとって公知であり、それ故にここではさらに詳細には記載されない。

マルチプレクサ２３は２つの偏向プリズム／ミラー構造を具備しており、それら はそれに連結された旋回プレート２５．２６の内の１つをそれぞれ有する。旋回 プレート２５に連結された構造は、旋回プレート２５に装着された２つの偏向プ リズム或いはミラー２９．３０と、２つの旋回プレート２５．２６の間にきっち りと配置された透明な支持体３２上に固着されている別のプリズム或いはミラー とから構成される。旋回プレート２６に連結される構造は、旋回プレート２６に 装着された２つの偏向プリズム或いはミラー３３．３４と、透明な支持体２２上 に固着されている別のプリズム或いはミラー３５とから構成される。偏向プリズ ム或いはミラー３１．３５はターンテーブルリング１１の回転軸に配置され、そ してファイバケーブル２４Ａおよび２４Ｐにそれぞれ光結合される。偏向プリズ ム或いはミラー３０．３４はターンテーブルリング１１の回転軸に配置され、そ れによってそれらは偏向プリズム或いはミラー３１および３５にそれぞれ連結さ れる。偏向プリズム或いはミラー３９．３３はそれぞれ対物レンズ１２Ａおよび １２Ｐに連結される。

第１図、第４図および第５図による装置は、三角測量および位相シフト法にした がって作動する。両方の方法は公知であり、ここではさらに詳細には記載されな い。

コンピュータ７は、投影イメージメモリ　（図示されない）にデジタル記憶され 、そして同様に図示されていないデジタル／アナログ交差接続によってビデオプ ロジェクタ２内のＬＣＤ−マトリックス光変調器５を制御するためのビデオ信号 に変換される特別なプログラム可能な縞パターンをデジタル生成する。このＬＣ Ｄ−マトリックス光変調器５は白熱灯から放散された光によって横切られてこの 光を高度な分解能でおよびグレーの多数の起こり得る陰影を伴ってほぼきちんと 変調する。

変調された光は、ビデオプロジェクタ２のイメージ対物レンズと光フアイバケー ブル２４と偏向プリズム／ミラー装置３５゜３４、３３と投影対物レンズ１２Ｐ を通って、測定されるべき歯の今位置付けられた部分画像に向かって縞パターン で投影される。適切なビームパスは第５図で、参照符号３６によって示される。

露光対物レンズ１２Ａは形成するために今測定されるべきである歯１５の部分画 像の形状および視差角２２下での観察に所与される考慮とによって歪められてい る反射光すなわち縞パターンを受容し、そしてこれを図５で参照符号３７によっ て示された偏向プリズムおよびミラー装置２９．３０．３１および光フアイバケ ーブル２４Ａを通るビームパスに沿って、そしてこれを電気的データ信号に変換 するＣＣＤ−カメラ６へと導く。その信号はコンピュータにおいて、例えば球形 極座標に変換される。その原点はターンテーブルリング１１の回転軸によって決 定され、好ましくは歯の内側或いは歯の下側にあり、そしてマトリックスメモリ に記憶される。先に記載された位相シフト処理によって、上述された露光を採る ことが２回繰り返され、そして集合して得られた測定値がコンピュータで評価さ れる。その後２つの対物レンズ１２Ａ、１２Ｐは角度量１４ずっのターンテーブ ルリング１１の適切な回転によって残りの５つの位置へ連続して導かれ、上述さ れたすべての部分画像の露光を採ることをすぐに３回繰り返す。集めて得られた データは全体像の或いはモニタ上の部分画像の集合した露光を包含する合成画像 を提示するためにおよび／または歯科医による最後の修正の後に例えば歯のイン レー／オンシー（０１１１１Ｆ　）　Ｇ生成するための磨き／研磨装置（図示さ れない）を制御するために働く。全体の露光がわずかに短い時間の間隔を必要と するとしても、その時間の間中口部用プローブ１は患者の向かい合った噛み合わ せのそばの場所或いは位置に保持されるのが好ましい。

第６図は、残りの部分が同じ機能を有しているが下記に記載される構造上の詳細 によってのみ口部用プローブ１と区別される口部用プローブ３８が示されている 。ターンテーブルリング１１は、透明なエルボ４２を備えたＵ型構造４１内の回 転心棒４０によって回転できるように支持され、且つ駆動装置４３によって作動 される単一の旋回プレート３９を具備する。透明なエルボ４２の方に面する旋回 プレート３９の側部上に、対物レンズ１２Ａ、　１２Ｐおよびそれぞれ連結され た偏向プリズム或いはミラー２９．３３が回転軸の外側に固定される。口部用プ ローブ１内にあるような２つの偏向プリズム或いはミラー３０．３４の代わりに 口部用プローブ３８は、同様に回転軸のところで連結されている単一の偏向プリ ズム或いはミラー４４を使用するのみである。しかし、相互に向かい合って配置 されたＵ型構造４１のエルボ内には偏向プリズム或いはミラー３１．３５が動か ないように固定される。

第７図に示された口部用プローブ４５は、下記に記載される構造上の特徴によっ てによって口部用プローブ１および３８と区別される。プローブ部分９は非回転 リング４６として構成される。その中では、円形アレイに沿った多重の、好まし くは６つ組の構造である露光対物レンズ１２Ａと投影対物レンズ１２Ｐとによっ て第１図による口部用プローブ内で使用される対物レンズシステム構造が構成さ れている。図面のスペースの欠如という理由のため、この場合１０個の対物レン ズのみが図示されている。個々の対物レンズ１２の間の距離は選択的に調整可能 である。マルチプレクサを介在させることなしに、露光対物レンズ１２Ａは光フ アイバケーブル２４を通しておよび集合した投影対物レンズ１２Ｐは光フアイバ ケーブル２４Ｐを通して、ＣＣＤ−カメラ６或いは個々にビデオプロジェクタ２ にそれぞれ接続される。この口部用プローブ４５は、集合した部分画像１６乃至 ２１が縞パターンを同時に照明することと、反射された縞パターンの露光が採ら れることとを可能にする。

第８図および第９図に示された口部用プローブ４７は、５つの露光対物レンズ１ ２Ａおよびそれに連結された投影対物レンズ１２Ｐとの代わりに、非回転リング ４６の周囲の円形アレイ内で互いに均一の間隔をおいて同様に配置される５つだ けの、しかし好ましくは６つ或いは７つの対物レンズ１２を冑するという点で口 部用プローブ４５と区別される。上述のマルチブレ国際調査報告 国際調査報告 円ゴ／ＥＰ　９０１０１７１５ ：：：−！”：ｍ””＠＠’：＊ｍｉコニー＝＝二＝ニー“１”−フ面ｒ”ＴＭ ０１〜輸−５ｌｆ＋ｍ　Ｉｓ　ｉｓ　Ｍ　ｗｑ　＋−−−１−−−−７幡１ｗ＋ ＋ｉｃ＊　紳１ｗｍｙ　−−１ｗ−ｇｗｗａａａ＋ｉ−_市桝−九

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．患者の口腔内の歯或いは一群の歯のようなものの表面或いは本体の３次元光 測定のための方法であり、身体の集められた部分画像はプローブ内で互いに対し て特定の距離で配置された少なくとも２つの光学機器を使って特に縞パターンの 形で、ある光源から放射された光によって測定され、前記部分画像から反射され た光パターンは前記２つの光学機器の間の距離に対応する視差角でそこから採ら れた露光を有し、その光パターンを測定された身体を示す集められた部分画像を 含む合成イメージを生成するためにコンピュータで評価される電気的データ信号 へと変換するイメージセンサへと導かれる方法であり、個々の部分画像の照明と 反射された光パターンの露光を採ることとはこの目的のためにプローブ内の個々 の部分画像に結びつく特定の位置へと連続して配置される少なくとも２つの光学 機器によって連続的にか、或いはプローブ内の個々の部分画像に結びついた特定 の位置に固定的に配置される２つより多い光学機器によって同時にまたは連続し てかで実行され、ここで前記プローブは単一の位置に保持され、そして結果とし て個々の部分画像の相互連結に関して形成されることを特徴とする３次元測量の 方法。
2. ２．前記光学機器の内の少なくとも１つによって個々の部分画像に対して編パタ ーンが投影され、少なくとも１つの前記光学機器の内の他のものを利用すること によって今測定されている部分画像の形状に適合して歪められ且つ電気的データ 信号を生成するための基礎として利用される今反射された縞パターンの露光が採 られる、三角測量の原理を利用することによって特徴付けられる請求項１記載の 方法。
3. ３．縞パターンが各部分画像に対して少なくとも３回位相を今オフセットされる サインカーブによって表し得る輝度分布で投影され、そして反射された縞パター ンの露光を採る位相シフトの原理を利用することによって特徴付けられる請求項 １或いは２記載の方法。
4. ４．光を放射するために少なくとも１つの光源と、測定されるべき身体の集合し た部分画像の前記光、特に縞パターンの形の光、によって照明するために、そし て前記光学機器の間の距離に適応する視差角の下で部分画像によって反射される 光パターンの露光を採るために互いから特定の距離で配置された少なくとも２つ の光学機器を有するプローブと、反射された光パターンを電気的データ信号に変 換するためのイメージセンサと、集められた部分画像を含む測定された身体を示 す合成画像を生成する目的のために電気的データ信号を評価するためのコンピュ ータとを含む装置であり、互いから特定の間隔をおいて配置された２つの対にな った光学機器の数は部分画像の数に等しく、プローブ内のそれらの配置は適所に 固定され且つ部分画像の相互配置に等しく、そして今２つの相互に対になった光 学機器の内の１つが光源に、他方はイメージセンサに接続されることを特徴とす る請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法を実行するための装置。
5. ５．光を放射するために少なくとも１つの光源と、測定される身体の集合した部 分画像の光、特に縞パターンの形の光、によって照明するための、そして前記光 学機器の間の距離に対応する視差角の下で部分画像によって反射される光パター ンの露光を採るための互いに対して特定の間隔で配置された少なくとも２つの光 学機器を有するプローブと、反射された光パターンを電気的データ信号に変換す るためのイメージセンサと、集合した部分画像を含む測定された身体を示す合成 イメージを生成する目的のために電気的データ信号を評価するためのコンピュー タとを含む装置であり、前記光学機器の数が部分画像の数に等しく、プローブ内 のそれらの配置は適所に固定され且つ向かい合った部分画像の配置に等しく、そ して２つの前記光学機器を光源或いはイメージセンサそれぞれに対して同時に接 続させるためのマルチプレクサを有することを特徴とする請求項１乃至３のいず れか１項記載の方法を実行するための装置。
6. ６．光を放射するために少なくとも１つの光源と、測定される身体の集められた 部分画像を前記光、特に縞パターンの形の光、によって照明するための、そして 光学機器の間の距離に対応する視差角の下で部分画像によって反射される光パタ ーンの露光を採るための互いに対して特定の間隔で連結された少なくとも２つの 前記光学機器を有するプローブと、反射された光パターンを電気的データ信号に 変換するためのイメージセンサと、集合した部分画像を含む測定された身体を示 す合成イメージを生成する目的のために電気的データ信号を評価するためのコン ピュータとを含む装置であり、互いから特定の距離にある前記少なくとも２つの 対になった光学機器が前記部分画像の相互配置に沿って配置されたパスに沿った 部分画像の幅に対応するプローブ内で規定されたステップで転置されることがで き、前記光学機器はマルチプレクサによって前記光源および前記イメージセンサ に接続されることができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載 の方法を実行するための装置。
7. ７．光学機器が円形パス或いは円筒形パスに沿って配置および転置されることを 特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項記載の装置。
8. ８．光源およびイメージセンサがプローブの外側に配置されることを特徴とする 請求項４乃至７のいずれか１項記載の装置。
9. ９．個々の部分画像に対して投影するための縞パターンを発生させるためのＬＣ Ｄ−マトリックス光変調器が光源とプローブとの間に接続されることを特徴とす る請求項４乃至８のいずれか１項記載の装置。
10. １０．光源がビデオプロジェクタ内に配置されることを特徴とする請求項８或い は９記載の装置。
11. １１．マルチプレクサが偏向プリズムおよび／またはミラー装置を備えた光マル チプレクサを具備することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項記載の 装置。
12. １２．光マルチプレクサが光ファイバケーブルによって光源或いはイメージセン サにそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. １３．イメージセンサがＣＣＤ−カメラである請求項４乃至１２のいずれか１項 記載の装置。
14. １４．プローブが光を投影するために、および相互に向かい合った方向から反射 された縞パターンの露光を採るために形成されることを特徴とする請求項４乃至 １３のいずれか１項記載の装置。
15. １５．前記コンピュータが電気的データ信号を座標値に変換するための手段を具 備することを特徴とする請求項４乃至１４のいずれか１項記載の装置。
16. １６．その座標が球形極座標を具備することを特徴とする請求項１５記載の装置 。
17. １７．その座標が円柱座標であることを特徴とする請求項１５記載の装置。
18. １８．コンピュータが前記座標のメモリのためのマトリックス記憶を具備するこ とを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項記載の装置。
19. １９．光源が着色光源を具備するか或いはその下流に接続される少なくとも１つ のカラーフィルタを有することを特徴とする請求項４乃至１８のいずれか１項記 載の装置。