▶ ディーフォーディー テクノロジーズ エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-20
(45)【発行日】2023-03-29
(54)【発明の名称】口腔内走査装置
(51)【国際特許分類】
A61B 1/24 20060101AFI20230322BHJP
A61C 19/04 20060101ALI20230322BHJP
【ＦＩ】
A61B1/24
A61C19/04 Z
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2020530438
(86)(22)【出願日】2018-08-09
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-10-22
(86)【国際出願番号】 US2018046144
(87)【国際公開番号】W WO2019032923
(87)【国際公開日】2019-02-14
【審査請求日】2021-08-06
(31)【優先権主張番号】16/059,915
(32)【優先日】2018-08-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/543,557
(32)【優先日】2017-08-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】509316349
【氏名又は名称】ディーフォーディー テクノロジーズ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100104411
【弁理士】
【氏名又は名称】矢口 太郎
(72)【発明者】
【氏名】リ、イー
(72)【発明者】
【氏名】クゥアドリング、マーク、エス．
(72)【発明者】
【氏名】クゥアドリング、ヘンリー、エス．
(72)【発明者】
【氏名】ダンカン、ロッド、エー．
(72)【発明者】
【氏名】バジル、グレゴリー、アール．
(72)【発明者】
【氏名】グラハム、ジャスティン、ジー．
(72)【発明者】
【氏名】ケンワージー、グラント、イー．
(72)【発明者】
【氏名】チョウプラコフ、アンドレイ
(72)【発明者】
【氏名】トイメラ、ラッス、エイチ．
【審査官】北島 拓馬
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０９３５１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０９６８４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５５５２９２２（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１４１５７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５１７２６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１１３３８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５２２８８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２２３４６３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ １／００ － １／３２
Ａ６１Ｃ １／００ － ５／００
Ａ６１Ｃ ５／４０ － ５／６８
Ａ６１Ｃ ５／９０ － ７／３６
Ａ６１Ｃ １９／００ －１９／１０
Ａ６１Ｃ １５／１４ －１５／１８
Ｇ０２Ｂ ２３／２４ －２３／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
口腔内走査装置であって、本体部と、
前記本体部に着脱自在に装着された先端部と、
照明エンジンモジュールと、
光変調器と内部全反射（ＴＩＲ）プリズムとを有する投影モジュールと
を有し、
前記内部全反射（ＴＩＲ）プリズムは、第１および第２のプリズム素子とを有し、
前記第１のプリズム素子は内部全反射（ＴＩＲ）面を有する三角形状のプリズムであり、前記第２のプリズム素子は前記内部全反射（ＴＩＲ）面に隣接して配置されたウェッジ形状のプリズムであり、
前記照明エンジンモジュールによって生成された光は、前記第１のプリズム素子に入射して前記光変調器に向かって反射され、さらに、前記光変調器から前記第１のプリズム素子に向かって反射されるものであり、
前記光変調器から反射され、第１の角度範囲で出射する光は前記第１および第２のプリズム素子を透過して、前記内部全反射（ＴＩＲ）プリズムから出射するものであり、
前記光変調器から反射され、第２の角度範囲で出射する光は前記第１のプリズム素子により反射され、前記第２のプリズム素子を透過しないものである、
口腔内走査装置。
【請求項2】
請求項１記載の口腔内走査装置において、前記照明エンジンモジュールは、赤色（Ｒ）レーザーダイオードと、緑色（Ｇ）レーザーダイオードと、青色（Ｂ）レーザーダイオードとを有するものである、口腔内走査装置。
【請求項3】
請求項１記載の口腔内走査装置において、前記第１のプリズム素子は直角三角形のプリズムであり、前記内部全反射（ＴＩＲ）面は、４５°の角度を成す面である、口腔内走査装置。
【請求項4】
請求項３記載の口腔内走査装置において、前記照明エンジンモジュールおよび前記投影モジュールはレーザー投影サブシステムの一部であり、前記レーザー投影サブシステムは、さらに、前記第１および第２のプリズム素子を透過して、前記内部全反射（ＴＩＲ）プリズムから出射する光を受け取る１若しくはそれ以上の投影レンズを支持するハウジングを有するものである、口腔内走査装置。
【請求項5】
請求項４記載の口腔内走査装置において、前記ハウジングの１表面は長孔部を含み、当該長孔部は、当該走査装置から伝搬される光のパターンにおける一組の光線の方向に沿って長細い形状になっているものである、口腔内走査装置。
【請求項6】
請求項１記載の口腔内走査装置において、さらに、前記照明エンジンモジュールの下流にスペックル除去モジュールを有するものである、口腔内走査装置。
【請求項7】
請求項６記載の口腔内走査装置において、前記スペックル除去モジュールは、回転ディフューザディスクを有するものである、口腔内走査装置。
【請求項8】
請求項６記載の口腔内走査装置において、前記スペックル除去モジュールは、前記照明エンジンモジュールによって生成されたレーザーパターンを均一化する光ホモジナイザーとして構成されたマイクロレンズアレイを有するものである、口腔内走査装置。
【請求項9】
請求項１記載の口腔内走査装置において、前記先端部はシームレスである、口腔内走査装置。
【請求項10】
請求項２記載の口腔内走査装置において、さらに、前記照明エンジンモジュール内のレーザーダイオードの色較正を提供する電子モジュールを有するものである、口腔内走査装置。
【請求項11】
請求項１０記載の口腔内走査装置において、色較正により、グレースケールとなっている対象からの画像をキャプチャし、その画像についての目標ＲＧＢ値を目標平均ＲＧＢ値に設定し、前記レーザーダイオードの発光器駆動値を設定可能な範囲内で選択し、平均ＲＧＢ値を収集した後、前記平均ＲＧＢ値と前記目標平均ＲＧＢ値との間の差分が最小となるまで前記発光器駆動値を調整するものである、口腔内走査装置。
【請求項12】
請求項１記載の口腔内走査装置において、前記走査装置の本体部は、並列配置されたレーザー投影サブシステムおよび光学撮像サブシステムを支持するものであり、それにより、当該走査装置のフォームファクター（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）が低減されるものであり、前記照明エンジンモジュールおよび前記投影モジュールは前記レーザー投影サブシステムの一部である、口腔内走査装置。
【請求項13】
請求項１記載の口腔内走査装置において、前記照明エンジンモジュールおよび前記投影モジュールはレーザー投影サブシステムの一部であり、
前記レーザー投影サブシステムは、さらに、テレセントリックレンズを有するものである、口腔内走査装置。
【請求項14】
請求項２記載の口腔内走査装置において、さらに、前記レーザーダイオードに隣接して配置された、フルスペクトルミラーと、赤色透過・緑色反射ダイクロイックフィルターと、青色反射・赤色および緑色透過ダイクロイックフィルターとを有するものである、口腔内走査装置。
【請求項15】
請求項１記載の口腔内走査装置において、前記先端部は、前記先端部内に支持され、加熱されたミラーに電力を供給する電気的接続構造を含むものである、口腔内走査装置。
【請求項16】
請求項１２記載の口腔内走査装置において、
前記照明エンジンモジュールは、線パターンを有する投影画像を生成するものであり、
前記レーザー投影サブシステムは、さらに、
前記照明エンジンモジュールから前記投影画像を受け取るスペックル除去モジュールであって、前記線パターンを構成する線を均一化するマイクロレンズアレイを有するものである、前記スペックル除去モジュールと、
前記内部全反射（ＴＩＲ）プリズムを透過する前記線パターンを受け取るレンズ鏡筒モジュールであって、前記投影画像を構成する前記線パターンの被写界深度を向上させるための長孔部を含むものである、前記レンズ鏡筒モジュールと、
を有し、
前記投影モジュールは、前記スペックル除去モジュールから前記線パターンを受け取るものである、
口腔内走査装置。
【請求項17】
請求項１６記載の口腔内走査装置において、前記照明エンジンモジュールは、赤色（Ｒ）レーザーダイオードと、緑色（Ｇ）レーザーダイオードと、青色（Ｂ）レーザーダイオードとを有するものである、口腔内走査装置。
【請求項18】
請求項１７記載の口腔内走査装置において、前記レーザーダイオードは色較正されるものである、口腔内走査装置。
【請求項19】
請求項１７記載の口腔内走査装置において、この走査装置は、さらに、走査される材料または走査される表面の幾何学的構造の関数として、前記赤色、緑色、および青色ダイオードを個別に、または組み合わせて選択的に作動させる機構を含むものである、口腔内走査装置。
【請求項20】
請求項１２記載の口腔内走査装置において、前記走査装置本体部は前記先端部に対する電気的インターフェースを有し、この電気的インターフェースにより前記先端部に対して電力および電気的接続が提供されるものである、口腔内走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は走査装置に関する。
【背景技術】
【0002】
利用者が歯科患者の口腔内を走査できるように口腔内走査装置を提供することは周知である。このような装置は、単体の走査装置として、またはコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムおよびコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）システムの一部として使用されている。通常、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムでは、ラップトップまたはデスクトップコンピュータ上で実行される歯科用ＣＡＤソフトウェアが使用され、選択的に、このソフトウェアは機械制御されるＣＡＭソフトウェアによって駆動される特殊なフライス機械のハードウェアとともに用いられる。歯科医はまず最初に、インレー、アンレー、被覆冠、クラウン、またはブリッジを含む（これらに限定されるものではない）歯科用修復物を受容できるように、（標準的な歯科技法を使って）患者の疾患のある歯の解剖学的構造を調整する。この調整が完了した後、歯科医は本明細書で説明および図示する走査装置を使って患者の歯の解剖学的構造の光学印象（ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）をキャプチャする。この光学印象のキャプチャが完了すると、自動ＣＡＤソフトウェアにより歯科医に修復物の「初期提案」が提示される。この初期提案によって自動的に適切な歯の解剖学的構造が選択され、調整された歯上、および患者の既存の「健康」な解剖学的構造に適合するように修復物がサイズ設定されることが好ましい。次に、この初期提案は通常、設計を調整および変更する特殊なソフトウェアツールを使って、歯科専門家より最終的に患者の解剖学的構造に適合する最適な設計が得られるようにカスタム化される。歯の最終的な３Ｄモデルが完成した後、このモデルは電子的にフライス機械（または第三者）に送られ、その設計に基づいて実際の修復物が生成される。
【0003】
既存の走査装置によっても良好な結果が得られるが、装置の走査速度および精度を改良する必要があり、また、装置のサイズおよび重量を低減して利用者が使用中に容易に利用できるようにする必要がある。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 米国特許第９，５３９，０７０号明細書
（特許文献２） 韓国公開特許第１０－２０１１－０１２７９５０号公報
（特許文献３） 米国特許出願公開第２０１３／０１３０１９１号明細書
（特許文献４） 米国特許出願公開第２００２／００４５８１１号明細書
（特許文献５） 欧州特許出願公開第０３４５３６８号明細書
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 米国特許第９，５３９，０７０号明細書
（特許文献２） 韓国公開特許第１０－２０１１－０１２７９５０号公報
（特許文献３） 米国特許出願公開第２０１３／０１３０１９１号明細書
（特許文献４） 米国特許出願公開第２００２／００４５８１１号明細書
（特許文献５） 欧州特許出願公開第０３４５３６８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
より効果的および正確に歯科患者の口腔内を走査するため、口腔内走査装置が提供される。通常、この走査装置は、歯科用修復物のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）およびコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）のための光学印象システムの構成要素を有する。動作時において、前記走査装置は、デジタル方法によって生成された、歯、歯科用印象物、または石材モデルの位相幾何学的特徴を記録するために使用されるとともに、歯科用修復物の人工補装具のＣＡＤ／ＣＡＭにおいて使用される。本開示によれば、前記走査装置における多様な動作構成要素は、機械的および電気的なパッケージングおよびアセンブリを簡略化するように構成および配置されており、それにより、従来の口腔内走査装置と比べ、前記走査装置は大幅に小型化し、利便性が高まる。
【0005】
以下、本走査装置に関連性の高い特徴を概略的に説明するが、これらの特徴は単に例示的なものであると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【0006】
本開示事項およびその利点についてのより詳細な理解のために、以下に説明する添付の図面を参照してその内容を以下に説明する。
【発明を実施するための形態】
【0007】
上記で説明したように、本開示の走査装置は、歯科用修復物のための調整後に患者の口腔内に配置して患者の歯の画像（通常３Ｄ画像）を生成するハンドヘルド走査装置である。以下、この走査装置の１実施形態について説明する。
【0008】
図１は、特に、１実施形態におけるハンドヘルド走査装置の斜視図を示す。本実施形態において、走査装置は、走査装置本体部１と、着脱自在な走査装置先端部２と、着脱自在なデータ用ケーブル３とを有することが好ましい。
【0009】
ここで図２を参照すると、図１の走査装置における照明エンジンモジュールの斜視図が図示されており、また図２Ａは、照明エンジンモジュールの内部（断面）図を示す。照明エンジンモジュールは、赤色レーザーダイオード９と、緑色レーザーダイオード１０と、青色レーザーダイオード１１とを有することが好ましい。フルスペクトルミラー４、赤色透過・緑色反射ダイクロイックフィルター５、および青色反射・赤色および緑色透過ダイクロイックフィルター６がそれぞれ前記ダイオードに近接して配置されている。要素７は照明エンジンモジュールのレーザーハウジングおよびヒートシンクであり、要素８は前記レーザーダイオードが取付られるレーザー用フレキシブル回路基板である。
【0010】
図３はスペックル除去モジュール（ｄｅｓｐｅｃｋｌｅｒ ｍｏｄｕｌｅ）を示し、図３Ａは、スペックル除去モジュールの内部図を提供する。スペックル除去モジュールは、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）１２と、スペックル除去駆動モータ１３と、スペックル除去ハウジング１４と、（スペックル除去要素として機能する）ディフューザディスク１５と、色消しレンズ１６（「複レンズ」または「コリメートレンズ」）とを有する。ディフューザディスク１５は、レーザーの前方で回転する。代替実施形態において、ディフューザは、他の手段により、縦軸、横軸、回転軸、または任意の軸に沿って移動する。
【0011】
図４は投影モジュールの斜視図を示し、図４Ａは、光路を示した内部図を図示する。図示するように、投影モジュールは、ＴＩＲハウジング１７と、レーザー光空間変調チップ１８（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＤＬＰ（登録商標））と、内部全反射（ＴＩＲ：Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム１９と、テレセントリックレンズ２０とを有する。図示するように、変調チップ面に対して垂直な方向からモジュールに入射する光は、内部全反射（ＴＩＲ）プリズム１９によって光軸からオフセットされた方向に移動する。以下に詳細に説明するように、この構成によって光学系全体のサイズを実質的に減少させることが可能となり、その結果、走査装置全体のサイズを減少させることができる。
【0012】
図５はレンズ鏡筒モジュールの斜視図を示し、図５Ａは、鏡筒モジュールの内部図を示す。斜視図において最も明確なように、レンズ鏡筒モジュールは、（時に「キャットアイ」と呼ばれる）長孔部２２を含む変倍レンズハウジング２１（レンズ鏡胴）を含む。図示するように、変倍レンズ２３が実質的に支持されている。この長孔部２２により、投影画像を構成するレーザー線の被写界深度が著しく改善される。実際の効果として、この長孔部を用いることによって、光学系において垂直方向における解像度が犠牲となるが、その一方、水平方向において解像度が著しく向上する。本発明の概念は、画像処理において重要な方向により高い光学倍率を提供することにある。
【0013】
以下、図４に示す内部全反射（ＴＩＲ）プリズムのさらなる詳細とその動作原理について説明する。図６に示すように、ＴＩＲプリズムは、２４、２５と付記した２つのガラスから構成されることが好ましく、これらのガラスは、その間に僅かな空隙を残す態様で接着するのが好ましい。ＴＩＲプリズムは、当該プリズムに対して特定の角度範囲で入射する光を透過し、異なる角度で入射する光を反射するように構成されている。この動作は、図６において３つの特定された透過面およびＴＩＲ面３０について観察される。上記で説明したように、ＴＩＲプリズムは、特定の入射角の光を透過し、異なる入射角の光を反射するために用いられる。光は、ＴＩＲプリズムの第１の透過面２６に対して垂直に入射し、大部分はＴＩＲ面３０によって反射される。この光は、第２の透過面２７から外側に透過してＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）面２８上に入射し、次に光は、ＤＭＤマイクロミラーの配置位置に応じて、ＤＭＤ面２８により垂直より大きい角度または垂直より小さい角度に方向付けられる。次にこの光は、再度第２の透過面２７を透過する。ＤＭＤ面２８から垂直より大きい所定の角度で出射する光はＴＩＲ面３０を透過し、第３の透過面２９を透過してプリズムから出射する。この動作は図７Ａに図示されている。第３の透過面２９は、出射光が残りの投影路に対して垂直に透過されるような角度を成している。垂直より小さい角度で反射された光はＴＩＲ面３０によって反射され、光学系を透過して投影されることはない。この動作は図７Ｂ図示されている。
【0014】
ＴＩＲプリズムは、図示したように、２つのプリズムから構成され、その間に数ミクロンの空隙を有するように構成することが好ましい。第１のプリズム２４は、９０°の１つの角と、等角（４５°）の２つの角とを有する三角形（または直角三角形）のプリズムであり、面３０において内部全反射が確実となるように選択された材料によって形成されている。第２のプリズム２５も同様に三角形のプリズムであり、このプリズムは、出射レーザービームが光軸と平行になるようにウェッジ角度および材料が設計されたウェッジプリズムの形態に形成されている。第２のプリズムは、９０°の角度以外に約２１°および６９°の角度を有する。上記で説明したように、２つのプリズムは面３０に沿ってその間に僅かな空隙を残す態様で接着するのが好ましい。前記プリズムは、光学的に十分透明な孔部ができるようにサイズ設定し、レーザービームのパターン寸法を確実にカバーすることが好ましい。上記で説明したように、レーザービームは第１のプリズム２４に対して垂直の角度で入射し、４５°を成すＴＩＲ面３０によって内部（全）反射されて、次に光変調器に衝突する。この光変調器が作動し、個々のミラーが１２°角度が増す方向に回転すると、レーザービームはプリズム２４に戻る方向に反射され、プリズム２４を透過して４５°を成すＴＩＲ面３０に到達する。上述したＤＭＤの角度により、プリズム２４の面３０における内部反射は存在しないため、レーザービームはプリズム２４を透過して第２のプリズム２５に到達し、次に第３の透過（背）面により屈折されて光軸と平行となり、残りの光路を透過する。上記で説明したように、この動作は図７Ａに図示されている。０°である待機位置にある場合、または－１２°の角度を成すオフ位置にある場合、レーザービームは、内部全反射によって第１のプリズムの４５°を成す面３０を透過しない。
【0015】
ＴＩＲの配置構成を上記で説明したような態様とすることにより、ＤＭＤチップとＣＣＤ（またはＣＭＯＳ）チップの双方を垂直面に配置することが可能となり、機械的および電気的なパッケージングおよびアセンブリが簡略化される。一部的にこの構成により、本走査装置は、同種の従来装置と比べて大幅に小型化される。
【0016】
代替実施形態では、２つのプリズムの相対位置が反対となり、その場合、出射レーザービームは４５°を成すＴＩＲ面３０に対して垂直となり、ＤＭＤチップは水平面に配置され、かつＣＣＤ（またはＣＭＯＳ）面に対して垂直となる。
【0017】
図８Ａおよび図８Ｂは、走査装置の光学系をさらに詳細に示す。図８Ａは平面図であり、図８Ｂは立面図である。図８Ａによって最もよく示されているように、走査装置の光学系４０は２つの光路、すなわち、レーザー投影路４１と、光学撮像路４２とを含むように構成されている。通常、レーザー投影路は、歯の表面上に構造化されたレーザー光のパターンおよびカラー照明のライブビューを投影するために、３色（ＲＧＢ）レーザー４３と、光空間変調器４４（例えば、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＤＬＰ（登録商標））とを有することが好ましい。光学撮像路４２は、歯の表面上に投影されたレーザー光の遠近感のあるパターン画像をキャプチャするために、高速かつ高解像度のＣＣＤ（またはＣＭＯＳ）センサ４５を有することが好ましい。２つの光路が分離（図示するように並列に配置）されることにより、投影されたレーザー光のパターンとＣＣＤ光学画像との間に三角分割（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）が形成される（このような歯の表面の３Ｄ形状は周知の三角測量法の原理に基づいて決定することが可能である）。投影レンズ４６よび撮像レンズ４７の双方は、それぞれ同一のレンズ群を含み、かつ撮像空間における高解像度、色補正、およびテレセントリック光線を提供するために最適化されることが好ましい。レーザー投影路は、３色レーザーダイオード４３に加えて、レーザーコリメートレンズ４８と、色合成フィルタ４９と、マイクロレンズアレイホモジナイザー５０と、レンズスペックル減少器５１と、色消しダブレットレンズ５２と、（上記で説明したように）反射ＴＩＲ（内部全反射）プリズム５３とを含む。走査装置先端部の端部において、透過した光はミラー５４によって反射される。
【0018】
光学撮像路における被写界深度（約１５ｍｍ）は、開口絞りのサイズおよび焦点距離の制御に基づいて設計される。レーザー投影路における被写界深度（例えば、約１５ｍｍ）は、鮮明なレーザーラインと鮮やかなレーザー出力を達成するために、（以下、より詳細に説明するように）スリット開口絞りに基づいて設計される。視野（例えば、約１７ｍｍ ｘ １３ｍｍ）は、選択されたＣＣＤセンサ、光空間変調器、および先端部ミラーのサイズと光学倍率および光学全長に基づいて設計される。小型の撮像用開口絞りおよび投影用開口絞りがガラス窓を使用することなく光学系の前方に配置されるのが好ましい。また、好ましくは加熱された先端部ミラーによる光路の曇りを防止するために、全てのレンズが機械的なハウジング本体部に装着されていることが好ましい。
【0019】
これに限定されるものではないが、代表的な光学設計のパラメータは以下の通りである。有効焦点距離（２６．６ｍｍ）、三角測量法角度（６．５５°）、倍率（１／３．６ｘ）、視野（１７．６ｍｍ ｘ １３．２ｍｍ）、ＣＣＤセンサのサイズ（４．７３６ ｘ ３．５５２および７．４μｍピクセル、２００ｆｐｓ）、光空間変調器（０．３"およびカラムにおけるピッチ１０．６μｍ）、色（ＲＧＢ色の３つのレーザー）、コントラスト（ミラーのオン／オフ切り替え）、均一性（平坦、マイクロレンズアレイによる上部照明）。
【0020】
図９を参照すると、走査装置の好適な１実施形態における構成部品のさらなる詳細を図示する。これらの構成部品を収容するハウジングについては図示していない。図示するように、この実施形態において、走査装置６０は、スペックル除去モジュール６１と、投影モジュール６２と、（キャットアイ長孔部を備える）レンズ鏡筒モジュール６３と、先端部取付モジュール６４と、カメラモジュール６５と、電子モジュール６６と、データケーブル６７と、照明エンジンモジュール６８とを有する。
【0021】
レンズ鏡筒モジュールのキャットアイ形状の孔部はさらなる利点を提供する。動作時において、また図８Ａに図示したように、ＴＩＲプリズムから出射する光は、（４つのレンズによる投影光学系４６を支持する）レンズ鏡筒モジュールを透過する。このレンズ鏡筒モジュールは、スロット形状を有する、キャットアイ（または「絞り」）長孔部を含む。このスロットはレーザーラインの方向に沿って形成されているため、より大きなレーザ出力が光学系を通過するという利点がある。孔部は幅狭に延びているため、細く鮮明なレーザーラインに対して十分な被写界深度を提供する。前記レンズによる投影光学系４６は、３Ｄ測定のために高解像度および高被写界深度を提供するように最適化された、隣接する撮像光学系４７と同一であることが好ましい。通常、撮像光学系は円形状の絞り開口部を有する。前記４つのレンズによる光学系は、撮像空間における透過と検出を改良するためにテレセントリックに設計されている。
【0022】
図１を再び参照すると、走査装置先端部２およびデータケーブル３は、着脱自在かつ取り換え可能であることが好ましい。走査装置をコンピュータに接続するデータケーブル３は、ＵＳＢ３．０データケーブルであり、バヨネットロック式のコネクタによって装置の残りの部分に接続されるのが好ましい。
【0023】
動作時において、（例えば、デスクトップ、ラップトップなどの）関連コンピュータ上に実装された走査ソフトウェアがキャプチャされたデータから３Ｄ点群を抽出し、その３Ｄ点群をキャプチャされた既存データと整合させ、表示スクリーン（または、他の出力）にレンダリングする。利用者が走査を継続している間、この工程が繰り返し行われる。次に、システムにより、利用者は復元された解剖学的構造をデザインツールに転送することが可能になる。このソフトウェアを使用して、利用者は、次に（例えば、クラウンなどの）歯の解剖学的特徴に適合するように修復物の設計を行う。
【0024】
走査装置先端部の機械的設計は、一体的なプラスチックのハウジングであることが好ましく、また、外側にシーム（ｓｅａｍ）がないことが好ましい。また、利用しやすいように配向を示す印を含んでもよい。先端部内のミラーは、臨床経験に悪影響を及ぼすと考えられる曇りを防止するために加熱されるのが好ましい。図１０に示すように、先端部２は、ツイストロック機構３２によって走査装置本体部１に取付られる。先端部に対して本体部を回転させることにより、先端部を修理または取り換えのために取り外すことができる。接点３３と、一対のポゴパッドを有する接点パッド３４とを含むコネクタ構造によって、加熱されたミラーに電気的接続が提供される。接点３３によって提供されるこの電気的接続は、電力、通信（例えば、１つの特定の場合において、Ｉ２Ｃ）、および安全性を含む。
【0025】
走査装置のＲＧＢレーザーは、以下説明するように、所望の画像を生成するために色バランスが取れていることが好ましい。特に、本発明では、レーザー発光器を均衡化することにより色較正を行う手法を利用する。以下、この較正処理の手法について説明する。
【0026】
各レーザーは、特定の周波数範囲（すなわち、赤、緑、または青）を有し、また各レーザー発光器のパルス幅または電力は調整可能である。本明細書では、「発光器」は、ＬＥＤまたはシーンを照射するレーザーを指し、また「発光器駆動値」は、発光器の見掛けの振幅を駆動する値（例えば、パルス幅または他の電力）を指し、さらに「ｔＲＧＢ」値は、所定の較正対象における所望のまたは目標平均ＲＧＢ値を指す。この較正処理を実行するために、まず、ペン型走査装置がグレースケールとなっている色較正対象に配置される。次に、最終的な画像のための目標ＲＧＢ値がｔＲＧＢとして設定される。次に、許容範囲（設定可能な）の中間値が選択される。対象のスナップショットが撮像され、平均ＲＧＢ値が収集される。次に、その平均ＲＧＢ値がｔＲＧＢより大きいかどうかが決定され、その結果がバイナリサーチの初期条件として利用される。次に、平均ＲＧＢとｔＲＧＢとの間の差分が最小となるまで、バイナリサーチを利用して発光器駆動値が調整される。次に、最終的に最適化された発光器駆動値は、走査装置のカラーフレームを駆動するために利用される（すなわち、通常の使用時に）。赤色よりも緑色と青色がより優勢な構成要素となるようにｔＲＧＢを選択することが好ましく、それにより、患者の口腔内における赤色の散乱が低減される。代替実施形態において、グレースケールの代わりに異なる色空間（例えば、ＨＳＬ、ＨＳＶ）を用いて上記の較正を駆動することが可能である。
【0027】
別の観点によれば、色均一性の補正は以下のように実行することができる。まず、走査装置がグレースケールとなっている色較正対象に配置される。次に、シーンが、好ましくは上記で説明した最適化された発光器駆動値に基づいて照明される。次に、フレームがキャプチャされた後、ｎ ｘ ｎカーネルを用いてこのフレームがぼかしが施される。各ピクセルについて倍率が計算される。この倍率は、入力ＲＧＢをｒＲＧＢと近似した所望の出力ＲＧＢにマッピングする値である。次に、倍率画像は（例えば、ＯｐｅｎＪＰＥＧを使って）圧縮され、これによりグリッドの圧縮アーティファクトが低減されるとともに、ファイルサイズが大幅に縮小される。
【0028】
次に、この圧縮ファイルは走査装置に格納される。走査が開始されると、上記倍率画像は入力走査画像によって乗算され、均一誤差が補正される。倍率画像が算出され、一対の方程式に使用される。第１の方程式は、較正の間に（および要素毎の算術演算を仮定して）導出されたＳ＝Ｔ／Ｉである。式中、Ｓは倍率画像であり、Ｉは走査装置からの入力画像であり、Ｔは全ピクセルにおいてｔＲＧＢを有する画像である。第２の方程式は、Ｏ＝Ｓ＊Ｉであり、この式は（走査の間に行われる）較正後の出力を表す。式中、Ｓは倍率画像であり、Ｉは走査装置からの入力画像であり、Ｏは利用者に表示される出力画像である。
【0029】
さらなる観点に基づいて、以下、レーザー発光器が画像センサと異なる光路に配置されていることによって発生する影を低減させる効率的な方法について説明する。この点において、生成された３Ｄモデルからｋｄツリーが計算される。生成されたモデルの各頂点について、ｋｄツリーを用いて、推定されるカメラ位置に対して当該頂点から光線が照射される。次に、交差結果が格納される。このルーチンにおいては、光線がテスト中の頂点と交差することを確実に防ぐために、光線に沿ってエプシロンを用いることが好ましい。また、ｋｄツリーを用いて、推定される照明位置に対して頂点から光線が照射され、交差結果が格納される。ここでも、光線がテスト中の頂点と交差することを確実に防ぐために、光線に沿ってエプシロンが用いられる。カメラ光線およびレーザー光線が他の幾何学的構造によって遮蔽されていない場合にのみ、ライブビュー画像はルックアップされる。
【0030】
通常、３Ｄモデル用データをキャプチャするために利用されるフレームは、部分的照明フレーム（ｐａｒｔｉａｌｌｙ－ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ ｆｒａｍｅｓ）である。走査装置の操作を容易にし、操作者に（３Ｄ演算データとともに）ライブビデオをフィードバックとして提供するために、全照明フレーム（ｆｕｌｌ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｆｒａｍｅｓ）が選択的に点在する連続パターンが走査装置に使用される。全照明フレームでは、部分的な線のみが投影される部分照明手法と異なり、全ての線または実質的に全ての線がオンとなる。全照明フレームにおいては、実質上パターンが存在しない。部分的照明フレームによって表面の３Ｄ座標を決定するデータが提供される。このような手法でフレームをレンダリングする技術については、米国特許第７，１８４，１５０号明細書に記載されている（その開示はこの参照によって本明細書に組み込まれる）。これに対し、全照明フレームは、部分的照明フレームによって生成された３Ｄモデルにテクスチャー（質感）を与えるために使用される。１つのシークエンスでは、第１のセット（例えば、６つ）のパターンフレームとともに第２のセット（例えば、３つ）の照明フレームが点在し、合計で９つのＣＣＤフレームが使用される。次に、ソフトウェアトラフィックシェーパーの使用により、キャプチャされたフレームが２つのストリーム、すなわち、ライブプレビューストリーム、および３Ｄモデルが生成されるデータ処理ストリームに分離される。ＣＰＵの作業負荷が特定の限界を超える場合、（例えば、演算または記憶装置の効率化のために）必要であれば、ライブプレビューストリームを優先せずにフレームの一部を落とすことも可能である。
【0031】
上記で説明したように、本明細書に記載の口腔内用走査装置は、単体の走査装置、またはＣＡＤ/ＣＡＭシステムの一部として提供することができる。非限定的な１実装形態において、走査装置は、ラップトップまたはデスクトップコンピュータ上で実行される、Ｅ４Ｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｅｎｔｅｒなどの歯科用ＣＡＤソフトウェアを使用するＣＡＤ／ＣＡＭシステムの一部であり、選択的に、このソフトウェアは機械制御されるＣＡＭソフトウェアによって駆動される特殊なフライス機械のハードウェアとともに用いられる。歯科医はまず最初に、インレー、アンレー、被覆冠、クラウン、またはブリッジを含む（これらに限定されるものではない）歯科用修復物を受容するために、（標準的な歯科技法を使って）疾患のある患者の歯の解剖学的構造を調整する。この調整が完了した後、歯科医は本明細書で説明および図示する走査装置を使って患者の歯の解剖学的構造の光学印象（ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）をキャプチャする。この光学印象のキャプチャが完了すると、自動ＣＡＤソフトウェアにより歯科医に修復物の「初期提案」が提示される。この初期提案によって自動的に適切な歯の解剖学的構造が選択され、調整された歯上、および患者の既存の「健康」な解剖学的構造に適合するように修復物がサイズ設定されることが好ましい。次に、この初期提案は通常、歯科専門家より、設計を調整および変更する特殊なソフトウェアツールを使って、最終的に患者の解剖学的構造に適合する最適な設計が得られるようにカスタム化される。歯の最終的な３Ｄモデルが完成した後、このモデルは電子的にフライス機械（または第三者）に送られ、その設計に基づいて実際の修復物が生成される。
【0032】
走査装置内のＲＧＢレーザーは選択的に制御（または停止）され、任意特定の色（例えば、青色、紫色など）を生成することができる。代替実施形態においては、走査のために利用される特定の色は走査される材料の関数である。
【0033】
走査装置先端部もまた、走査の用途に応じて必要であれば（例えば、追加の装置または要素を含めるために）、カスタム化することができる。先端部に対する電気的インターフェースにより、電力、通信、および先端部の設計者に対する安全性が提供され、より幅広いカスタム化の可能性が提供される。
【図1】
【図2】
【図2A】
【図3】
【図3A】
【図4】
【図4A】
【図5】
【図5A】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】