專利名稱：一種新型光學(xué)三維圖像成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及牙科口腔治療領(lǐng)域，具體涉及一種用于獲得牙齒三維表面特征的新型非接觸式光學(xué)三維成像裝置。
背景技術(shù)：
在牙齒成像領(lǐng)域和假牙自動化設(shè)計領(lǐng)域中，有多種不同的光學(xué)三維直接成像的方法和裝置，不同于傳統(tǒng)使用印模材料取牙模方法的是，這些光學(xué)直 接成像的方法通常采用數(shù)字化計算機輔助設(shè)計(CAD)對口腔中的牙齒直接成像，在計算機上得到相應(yīng)的牙齒模型，之后將數(shù)字化牙齒模型傳輸?shù)郊傺乐谱鲗嶒炇遥ㄟ^采用計算機輔助制作(CAM)加工假牙。其中，有一種三維光學(xué)成像方法是基于激光三角方法來測量牙齒表面和伸入到病人空腔中的光學(xué)探測器之間的距離來獲取牙齒表面三維特征。存在以下缺點這種方法假設(shè)牙齒表面具有理想的反光特征，如蘭伯特反射，然而，實際牙齒的表面并不具備蘭伯特反射特性，因此成像往往不夠準確。而其他的技術(shù)，如已經(jīng)商業(yè)化的Siemens GmbH或者Sirona牙科產(chǎn)品CEREC-1和CEREC-2，分別使用光學(xué)相干斷層技術(shù)和光學(xué)相位移技術(shù)實現(xiàn)對牙齒的三維成像，這兩種成像系統(tǒng)利用特別設(shè)計的手持式光學(xué)探測器來獲取牙齒三維表面特征信息，然而不足之處是這種方法需要在牙齒表面涂抹一層特殊物質(zhì)(如測量粉末或者一種白色顏料懸浮液)，其厚度很難把握在規(guī)定標準的范圍內(nèi)，導(dǎo)致成像易產(chǎn)生誤差。因此，如何解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足點，便成為本發(fā)明所要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種新型光學(xué)三維圖像成像裝置。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種新型光學(xué)三維圖像成像裝置，包括一主機箱，內(nèi)設(shè)激光發(fā)生器、空間光調(diào)制器、成像光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器及控制電路；一掃描手柄，內(nèi)設(shè)陣列光轉(zhuǎn)換模塊、分光鏡、焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)、電機以及出/入射光口 ；一傳光裝置，連接所述主機箱與掃描手柄；該傳光裝置包括發(fā)射光傳光裝置、反射光傳光裝置以及包覆于該發(fā)射光傳光裝置及反射光傳光裝置的第一保護套；所述發(fā)射光傳光裝置和反射光傳光裝置均包括傳光部件及包覆于該傳光部件的第二保護套，所述傳光部件的一端為主機箱接線端，另一端為掃描手柄接線端；其中，所述激光發(fā)生器的出射端與空間光調(diào)制器的入射端連接，該空間光調(diào)制器的出射端與所述發(fā)射光傳光裝置中傳光部件的主機箱接線端連接，該發(fā)射光傳光裝置中傳光部件的掃描手柄接線端連接所述陣列光轉(zhuǎn)換模塊的入射端，所述陣列光轉(zhuǎn)換模塊的出射端經(jīng)由所述分光鏡連接所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)的第一端，該焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)的第二端連接所述出/入射光口 ；所述反射光傳光裝置中傳光部件的掃描手柄接線端經(jīng)由所述分光鏡連接所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)的第一端，該反射光傳光裝置中傳光部件的主機箱接線端連接所述成像光學(xué)系統(tǒng)的入射端，該成像光學(xué)系統(tǒng)的出射端與所述圖像傳感器的接收端連接；所述主機箱的控制電路電連接所述激光發(fā)生器、電機及圖像傳感器。上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下
I、上述方案中，所述激光發(fā)生器用以產(chǎn)生激光束。2、上述方案中，所述空間光調(diào)制器的作用是將所述激光束變成空間非相干光，因為所述激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光束本身為相干光，易發(fā)生光的干涉(“光的干涉”意為兩列或幾列光波在空間相遇時相互疊加，在某些區(qū)域始終加強，在另一些區(qū)域則始終削弱，形成穩(wěn)定的強弱分布的現(xiàn)象)，而光的干涉將降低被照射物的成像 效果。3、上述方案中，所述成像光學(xué)系統(tǒng)的作用是將經(jīng)過所述反射光傳光裝置中傳光部件的光線進行會聚，具體為單一凸透鏡或一系列的透鏡組合，并以后者為佳，因為選用一系列的透鏡組合相比單一凸透鏡能夠具有消除噪聲及提高成像質(zhì)量的作用。4、上述方案中，所述圖像傳感器的作用是感受光學(xué)圖像信息并轉(zhuǎn)換成可輸出電信號，即完成“光”到“電”的轉(zhuǎn)換；該圖像傳感器為CXD或CMOS。5、上述方案中，所述控制電路用以控制激光發(fā)生器、電機、圖像傳感器的工作。6、上述方案中，所述陣列光轉(zhuǎn)換模塊的作用是將源光束轉(zhuǎn)換成多股照射方向一致的光束；該陣列光轉(zhuǎn)換模塊具體可為微透鏡陣列，或是針孔陣列加透鏡組合。7、上述方案中，所述分光鏡的作用是一、折射通過所述發(fā)射光傳光裝置中傳光部件的光束；二、傳遞(即被穿透)通過所述反射光傳光裝置中傳光部件的光束。8、上述方案中，所述焦闌模式(telecentric lens)的共焦光學(xué)系統(tǒng)具體由一系列透鏡、精密針孔、狹縫組成，可對圖像產(chǎn)生正投影視圖，即圖像的放大倍數(shù)同圖像到共焦光學(xué)系統(tǒng)的距離和位置相獨立。9、上述方案中，所述電機用以控制所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)發(fā)生位移改變其焦點位置，以助其形成三維的圖像，而若無電機的驅(qū)動，則只能對被照射區(qū)域形成二維甚至
一維圖像。10、上述方案中，所述出/入射光口具體為一內(nèi)窺鏡，包括玻璃體及設(shè)置在末端的具全內(nèi)反射功能的一鏡面，其作用是發(fā)出發(fā)射光至牙齒和采集牙齒的反射光。11、上述方案中，所述傳光部件具體為光纖或自由空間，并以光纖為佳。12、上述方案中，還包括一第一偏振器及第二偏振器，該第一、第二偏振器用以對光發(fā)生極化作用，以最終提高成像的效果；所述第一偏振器設(shè)于所述激光發(fā)生器的出射端與空間光調(diào)制器的入射端之間；所述第二偏振器設(shè)于所述反射光傳光裝置中傳光部件的掃描手柄接線端與成像光學(xué)系統(tǒng)的入射端之間。13、上述方案中，還包括一中繼光學(xué)系統(tǒng)，該中繼光學(xué)系統(tǒng)設(shè)于所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)及出/入射光口之間，其作用在于將圖像無失真的從共焦光學(xué)系統(tǒng)傳輸至出/入射光口。本發(fā)明的工作原理及優(yōu)點如下本發(fā)明一種新型光學(xué)三維圖像成像裝置，通過在主機箱中設(shè)置激光發(fā)生器、第一偏振器、空間光調(diào)制器、第二偏振器成像光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器及控制電路，在掃描手柄中設(shè)置陣列光轉(zhuǎn)換模塊、分光鏡、焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)、電機、中繼光學(xué)系統(tǒng)以及出/入射光口，并通過一傳光裝置連接該主機箱和掃描手柄，該傳光裝置則具有獨立的發(fā)射光傳光裝置和反射光傳光裝置，以使本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)而言，具有成像效果更好且操作更為方便的實用進步性。
附圖I為本發(fā)明最佳實施例的結(jié)構(gòu)示意 附圖2為本發(fā)明最佳實施例的結(jié)構(gòu)原理框 附圖3為本發(fā)明最佳實施例中傳光裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意 附圖4為本發(fā)明最佳實施例的外接設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。以上附圖中1、傳光裝置；2、發(fā)射光傳光裝置；3、反射光傳光裝置；4、第一保護套；5、第二保護套；6、光纖；7、分光鏡；8、牙齒。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
實施例如圖I所示，一種新型光學(xué)三維圖像成像裝置，包括
一主機箱，內(nèi)設(shè)激光發(fā)生器、第一偏振器、空間光調(diào)制器、第二偏振器成像光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器及控制電路；
一掃描手柄，內(nèi)設(shè)陣列光轉(zhuǎn)換模塊、分光鏡7、焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)、電機、中繼光學(xué)系統(tǒng)以及出/入射光口；
還包括一傳光裝置1，如圖2 3所示，該傳光裝置I連接所述主機箱與掃描手柄，并包括發(fā)射光傳光裝置2、反射光傳光裝置3以及包覆于該發(fā)射光傳光裝置2及反射光傳光裝置3的第一保護套4 ;所述發(fā)射光傳光裝置2和反射光傳光裝置3均包括傳光部件及包覆于該傳光部件的第二保護套5，所述傳光部件具體為光纖6，該光纖6的一端為主機箱接線端，另一端為掃描手柄接線端；通過上述結(jié)構(gòu)設(shè)計使得該傳光裝置I具有柔性特質(zhì)，因此使用者可以靈活操作控制所述掃描手柄。如圖I所示，所述激光發(fā)生器的出射端與第一偏振器的入射端連接，第一偏振器的出射端與空間光調(diào)制器的入射端連接，該空間光調(diào)制器的出射端與所述發(fā)射光傳光裝置2中光纖6的主機箱接線端連接，見圖3，該發(fā)射光傳光裝置2中光纖6的掃描手柄接線端連接所述陣列光轉(zhuǎn)換模塊的入射端，所述陣列光轉(zhuǎn)換模塊的出射端經(jīng)由所述分光鏡7連接所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)的第一端，該焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)的第二端連接所述中繼光學(xué)系統(tǒng)的第一端，中繼光學(xué)系統(tǒng)的第二端連接所述出/入射光口 ；
所述反射光傳光裝置3中光纖6的掃描手柄接線端經(jīng)由所述分光鏡7連接所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)的第一端，該反射光傳光裝置3中光纖6的主機箱接線端連接所述第二偏振器的入射端，第二偏振器的出射端與所述成像光學(xué)系統(tǒng)的入射端連接，該成像光學(xué)系統(tǒng)的出射端與所述圖像傳感器的接收端連接；
所述主機箱的控制電路電連接所述激光發(fā)生器、電機及圖像傳感器。其中，所述激光發(fā)生器用以產(chǎn)生激光束；所述第一、第二偏振器用以對光發(fā)生極化作用，以最終提高成像的效果；所述空間光調(diào)制器的作用是將所述激光束變成空間非相干光，以避免由于激光束為相干光而易發(fā)生光的干涉而降低成像效果的問題；所述成像光學(xué)系統(tǒng)具體為一系列的透鏡組合，以將經(jīng)過所述反射光傳光裝置中傳光部件的光線進行會聚，并能消除噪聲、提高成像質(zhì)量；所述圖像傳感器具體為一 CCD (見圖1)，其作用是感受光學(xué)圖像信息并轉(zhuǎn)換成可輸出電信號；所述控制電路用以控制激光發(fā)生器發(fā)出激光束，并能驅(qū)動電機控制所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)發(fā)生位移改變其焦點位置(以助其形成三維的圖像，而若無電機的驅(qū)動，則只能對被照射區(qū)域形成二維甚至一維圖像)，還能控制圖像傳感器的工作，且，該控制電路還與一外接設(shè)備(PC機)連接，并直接驅(qū)動其中的圖像采集模塊工作，見圖4，而圖像傳感器亦可直接將信號發(fā)送至該圖像采集模塊；
所述陣列光轉(zhuǎn)換模塊具體為微透鏡陣列，以將源光束轉(zhuǎn)換成多股照射方向一致的光束；所述分光鏡7的作用既能折射通過所述發(fā)射光傳光裝置中傳光部件的光束又能傳遞(即被穿透)通過所述反射光傳光裝置中傳光部件的光束；所述焦闌模式(telecentriclens)的共焦光學(xué)系統(tǒng)具體由一系列透鏡組成，該一系列透鏡具有不 同的參數(shù)，因此具有不同的光學(xué)特性，可對圖像產(chǎn)生正投影視圖，即圖像的放大倍數(shù)同圖像到共焦光學(xué)系統(tǒng)的距離和位置相獨立；所述中繼光學(xué)系統(tǒng)的作用在于將圖像無失真的從所述共焦光學(xué)系統(tǒng)傳輸至出/入射光口 ；所述出/入射光口具體為一內(nèi)窺鏡，包括玻璃體及設(shè)置在末端的具全內(nèi)反射功能的一鏡面，其作用是發(fā)出發(fā)射光至牙齒8和采集牙齒8的反射光。現(xiàn)就本發(fā)明的工作原理進行說明當本發(fā)明的裝置開始工作時，首先，主機箱內(nèi)的激光發(fā)生器接收到控制電路的控制指令開始工作，發(fā)出激光束；激光束射入第一偏振器，經(jīng)由該第一偏振器極化后射入空間光調(diào)制器，以將所述激光束變成空間非相干光；隨后，光束進入插接于該主機箱的傳光裝置I中的發(fā)射光傳光裝置2，并通過該發(fā)射光傳光裝置2中的光纖6傳輸入所述掃描手柄中由微透鏡陣列組成的陣列光轉(zhuǎn)換模塊，光束通過該微透鏡陣列轉(zhuǎn)換成多股照射方向一致的光束，并通過所述分光鏡7的折射后進入由一系列透鏡組成的焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)，然后進入所述中繼光學(xué)系統(tǒng)，再通過該中繼光學(xué)系統(tǒng)的傳輸，光束進入由內(nèi)窺鏡構(gòu)成的所述出/入射光口，并由該出/入射光口將光束發(fā)射，以對患者的牙齒8進行照射；在對患者的牙齒8進行照射時，操作者可以通過移動所述掃描手柄來對患者的牙齒8進行全面和全方位的掃描，由于所述傳光裝置I的設(shè)置，此工作會變得較為輕松方便；于此同時，主機箱中的控制電路控制掃描手柄中的電機來驅(qū)動所述共焦光學(xué)系統(tǒng)進行位移，其目的是對被照射區(qū)域的牙齒8進行實時三維照射掃描；最后，由牙齒8表面反射的光束通過所述出/入射光口回到中繼光學(xué)系統(tǒng)，并傳輸至共焦光學(xué)系統(tǒng)后，直接穿過所述分光鏡7進入傳光裝置I的反射光傳光裝置3，再經(jīng)反射光傳光裝置3的光纖6傳輸至主機箱內(nèi)的第二偏振器，同樣經(jīng)由該第二偏振器極化，極化后的光束射入由一系列的透鏡組合構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)中，以對光束進行會聚、消除噪聲，再進入CXD (即圖像傳感器)，至此本發(fā)明成像裝置完成工作。需要說明的是控制電路會根據(jù)CCD、電機以及圖4中外接PC機的圖像采集模塊實時反饋的數(shù)據(jù)或信號，在裝置工作時實時調(diào)整上述CCD、電機和圖像采集模塊的工作時序，以獲取較為滿意的成像。如圖4所示，該外接PC機包括圖像采集模塊、中央處理單元、顯示器、調(diào)制解調(diào)器，其中顯示器可外接一用戶控制模塊，而調(diào)制解調(diào)器則可外接網(wǎng)絡(luò)/藍牙/WIFI等通信模塊，以發(fā)送圖像信息至諸如牙模加工設(shè)備直接制造牙模。本發(fā)明一種新型光學(xué)三維圖像成像裝置，通過在主機箱中設(shè)置激光發(fā)生器、第一偏振器、空間光調(diào)制器、第二偏振器成像光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器及控制電路，在掃描手柄中設(shè)置陣列光轉(zhuǎn)換模塊、分光鏡、焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)、電機、中繼光學(xué)系統(tǒng)以及出/入射光口，并通過一傳光裝置連接該主機箱和掃描手柄，該傳光裝置則具有獨立的發(fā)射光傳光裝置和反射光傳光裝置，以使本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)而言，具有成像效果更好且操作更為方便的實用進步性。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā) 明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型光學(xué)三維圖像成像裝置，其特征在于包括 一主機箱，內(nèi)設(shè)激光發(fā)生器、空間光調(diào)制器、成像光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器及控制電路；一掃描手柄，內(nèi)設(shè)陣列光轉(zhuǎn)換模塊、分光鏡、焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)、電機以及出/入射光口 ； 一傳光裝置，連接所述主機箱與掃描手柄；該傳光裝置包括發(fā)射光傳光裝置、反射光傳光裝置以及包覆于該發(fā)射光傳光裝置及反射光傳光裝置的第一保護套；所述發(fā)射光傳光裝置和反射光傳光裝置均包括傳光部件及包覆于該傳光部件的第二保護套，所述傳光部件的一端為主機箱接線端,另一端為掃描手柄接線端； 其中，所述激光發(fā)生器的出射端與空間光調(diào)制器的入射端連接，該空間光調(diào)制器的出射端與所述發(fā)射光傳光裝置中傳光部件的主機箱接線端連接，該發(fā)射光傳光裝置中傳光部件的掃描手柄接線端連接所述陣列光轉(zhuǎn)換模塊的入射端，所述陣列光轉(zhuǎn)換模塊的出射端經(jīng)由所述分光鏡連接所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)的第一端，該焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)的第二端連接所述出/入射光口； 所述反射光傳光裝置中傳光部件的掃描手柄接線端經(jīng)由所述分光鏡連接所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)的第一端，該反射光傳光裝置中傳光部件的主機箱接線端連接所述成像光學(xué)系統(tǒng)的入射端，該成像光學(xué)系統(tǒng)的出射端與所述圖像傳感器的接收端連接； 所述主機箱的控制電路電連接所述激光發(fā)生器、電機及圖像傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成像裝置，其特征在于還包括一第一偏振器及第二偏振器；所述第一偏振器設(shè)于所述激光發(fā)生器的出射端與空間光調(diào)制器的入射端之間；所述第二偏振器設(shè)于所述反射光傳光裝置中傳光部件的掃描手柄接線端與成像光學(xué)系統(tǒng)的入射端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成像裝置，其特征在于還包括一中繼光學(xué)系統(tǒng)，該中繼光學(xué)系統(tǒng)設(shè)于所述焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)及出/入射光口之間。
全文摘要
一種新型光學(xué)三維圖像成像裝置，其特征在于包括一主機箱，內(nèi)設(shè)激光發(fā)生器、空間光調(diào)制器、成像光學(xué)系統(tǒng)、圖像傳感器及控制電路；一掃描手柄，內(nèi)設(shè)陣列光轉(zhuǎn)換模塊、分光鏡、焦闌模式的共焦光學(xué)系統(tǒng)、電機以及出/入射光口；一傳光裝置，連接所述主機箱與掃描手柄；該傳光裝置包括發(fā)射光傳光裝置、反射光傳光裝置以及包覆于該發(fā)射光傳光裝置及反射光傳光裝置的第一保護套；所述發(fā)射光傳光裝置和反射光傳光裝置均包括傳光部件及包覆于該傳光部件的第二保護套，所述傳光部件的一端為主機箱接線端，另一端為掃描手柄接線端。通過上述結(jié)構(gòu)組成設(shè)計，使得本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)而言，具有成像效果更好且操作更為方便的實用進步性。
文檔編號A61C19/04GK102764163SQ20121026388
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者曹彬, 王音特, 陶博 申請人:艾博萊特(蘇州)科技有限公司