(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの物体（１４）の少なくとも１つの表面（１３）の画像を取得するカメラであって、前記カメラが、
前記物体（１４）を照明するように配置された光源（３）であって、前記光源（３）から放出される光ビームが投影光経路（１）を画定する、光源（３）と、
第１の所定のサイズを有する少なくとも１つの第１のアパーチャ（９ａ）であって、前記光ビームが第１のアパーチャ（９ａ）を通過するように前記投影光経路（１）に挿入される、少なくとも１つの第１のアパーチャ（９ａ）と、
前記少なくとも１つの物体（１４）の前記少なくとも１つの表面（１３）によって後方散乱した光を受けるための画像センサであって、前記後方散乱した光が観察光経路（１５）を画定する、画像センサと、
第２の所定のサイズを有する少なくとも１つの第２のアパーチャ（９ｂ）であって、前記後方散乱した光が第２のアパーチャ（９ｂ）を通過するように前記観察光経路（１５）に挿入される、少なくとも１つの第２のアパーチャ（９ｂ）と、を備え、
前記第１の所定のサイズが前記第２の所定のサイズよりも大きく、
前記カメラがさらに、
前記投影光経路（１）および前記観察光経路（１５）の両方に配置された少なくとも１つの光学部品であって、前記第１のアパーチャおよび前記第２のアパーチャ（９ａ、９ｂ）の少なくとも一方が楕円の形状である、光学部品と、
前記少なくとも１つの表面（１３）上に画像を形成するように前記投影光経路（１）に配置された基準パターン投写部であって、基準パターン投写部が、前記画像を形成するように線を含むパターンを有する光学グリッド（５）であり、楕円または半円形の形状の前記少なくとも１つのアパーチャ（９ａ、９ｂ）が延びている軸が、グリッド・パターンの前記線に平行である、基準パターン投写部と、
を備える、カメラ。
【請求項２】
前記投影光経路（１）および前記観察光経路（１５）の少なくとも一方に配置された少なくとも１つの光学レンズをさらに備える、請求項１に記載のカメラ。
【請求項３】
前記投影光経路（１）および前記観察光経路（１５）の少なくとも一方に配置された複数の光学レンズ（１１）をさらに備え、前記レンズが互いに対して傾斜している、請求項２に記載のカメラ。
【請求項４】
前記投影光経路（１）および前記観察光経路（１５）の少なくとも一方に配置された複数の光学的対物レンズ（８、１０）を前記アパーチャ（９ａ、９ｂ）の両側にさらに備える、請求項１に記載のカメラ。
【請求項５】
前記第１のアパーチャおよび前記第２のアパーチャ（９ａ、９ｂ）の少なくとも一方が、少なくとも半円形の形状である、請求項１に記載のカメラ。
【請求項６】
前記第１のアパーチャおよび前記第２のアパーチャ（９ａ、９ｂ）の一方が、楕円形状であり、それらのアパーチャの他方の少なくとも一部分が、円の少なくとも一部分を形成する、請求項１に記載のカメラ。
【請求項７】
前記円が少なくとも１つの側方の切り欠きを有する、請求項６に記載のカメラ。
【請求項８】
前記第１の所定のサイズおよび前記第２の所定のサイズの少なくとも一方が調節可能に変更できる、請求項１に記載のカメラ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光学部品がテレセントリックである、請求項１に記載のカメラ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光学部品が、対物レンズ（８、１０）、光学レンズ（１１）、およびプリズム（１２）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のカメラ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの光学部品（４、５、６、７、８、１０、１１、１２、１６、１８）、前記光源（３）、前記第１のアパーチャおよび前記第２のアパーチャ（９ａ、９ｂ）、ならびに前記画像センサ（１７）が内部に収容されるハウジングをさらに備える、請求項１０に記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の例示的な態様は、一般に、歯科用などの、対象の物体の表面構造を記録するカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科用の３Ｄカメラ（すなわち、３次元構造を記録するカメラ）は、ほとんどの場合、患者の口で歯の表面構造を記録するように機能する。したがって、このようなカメラは、典型的には、患者の口の中でカメラを「内視鏡的」に使用できること、口の中にカメラを手動で配置できること、およびたとえカメラがさらに固定せずに使用されていても、ぼけを防ぐのに十分に測定時間が短いことなど、いくつかの要件を満足する。可能であれば１回の露出で、最大でも２回の露出で、完全な表面構造を記録することがさらに可能であることが求められる。必要な場合に露出を繰り返すことができるように、露出後できるだけ迅速に測定結果をオペレータに表示することが有用な場合がある。得られた表面構造の３Ｄ輪郭データから、歯科用インプラントを構築および生産することができる。したがって、測定の精度は、歯科用インプラントの所望の精度に相当しうる。
【０００３】
米国特許第４，５７５，８０５号明細書は、対象物体の表面構造を高低差または奥行き差によって記録できる３Ｄカメラを開示している。こうした従来の３Ｄカメラは、投影光経路および観察光経路を有し、これらの経路は、３Ｄカメラの光軸とある角度をなす（カメラが、両方の経路に対して２つの光軸を有し、両方の経路の間の角度を有する）。投影光経路中には、１群の光ビームを対象物体の方向に放出する光源が配置される。対象物体によって後方散乱した光は、観察光経路を通って３Ｄカメラの画像センサに案内される。画像センサからの信号は、評価装置に供給することができ、その結果、表面構造の画像を表示装置上に形成することができる。この３Ｄカメラは、特に歯にできた穴を記録するのに適している。
【０００４】
欧州特許出願公開第０  ２５０  ９９３号明細書も、こうした３Ｄカメラを開示している。表面構造の高低差または奥行き差を判定するために、基準パターンを表面構造上に投影できるように基準パターンを生成するための手段が設けられる。位相シフト三角法と称され、前述の文献でより詳細に説明されるプロセスを実行するための評価用電子機器と併せて、表面構造によって後方散乱し、画像センサに入射する光の助けによって、高低差および奥行き差の点から表面構造を評価し、モニタ上に擬似３次元画像として示すことができる。
【０００５】
３Ｄカメラは、学会誌「Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ  Ｍｅｓｓｅｎ：  Ｓｅｎｓｏｒｅｎ，  Ｇｅｒａｔｅ，  Ｓｙｓｔｅｍｅ」［Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ：  ｓｅｎｓｏｒｓ，  ｄｅｖｉｃｅｓ，  ｓｙｓｔｅｍｓ］、１９９６年６月、２５４〜２６１頁、Ｏｌｄｅｎｂｏｕｒｇ−Ｖｅｒｌａｇ  Ｂ３０２０にも開示されている。
【０００６】
三角法では、物体を、カメラによって、２次元のデジタル画像を生成する平面の検出要素で観察する。したがって、その物体を、横方向の範囲の不連続な画素に不連続な強度値が割り当てられたデータ・セットで描写する。第３次元（物体の高さｚ）についての情報を生成するために、その物体は、構造化した入射光で照明され、入射光の方向とは異なる方向から、すなわち、三角法の角度で観察される。
【０００７】
投影用および観察用の光学部品は、互いに固定した既知の空間関係に配置される。それらは、異なる領域または異なる角度に伝達される同じレンズ系に形成してよい。ビームの形状に影響を及ぼすように、追加の視野レンズが物体の近くに存在してよい。
【０００８】
歯の構造を記録するために位相シフト三角法を適用することは、いくつかの要求を特徴とする。例えば、これらの要求のいくつかは、物体のサイズおよび典型的な形状ならびに必要な精度によって課されるものである。高低差が最大約１５ミリメートル（ｍｍ）、精度が全寸法で２５μｍの縁部を測定する場合は、光学構成要素の横方向の解像度が高いことが有用なことがある。被写界深度の深さが同時に要求されることから、回折限界のために可視光線で可能なことの限界にある要求が、システムに対して課される。適切な光源が利用可能である場合は短い波長が望ましい。
【０００９】
全ての側面で壁が急勾配な穴を記録する要求により、三角法の角度が小さいことが要求される。物体のサイズが小さいと、テレセントリックのビーム経路を使用することができ、評価アルゴリズムの単純化につながる。テレセントリックのビーム経路もまた、急勾配の縁を有する穴ならびに歯根を測定できるので、測定する形状に対してうまく折り合いが付けられる。
【００１０】
３Ｄカメラによって実測を実行できるいくつかの技法がある。それらのうちのいくつかは、上記に挙げた米国特許第４，５７５，８０５号明細書、および学術誌の論文「Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ  Ｍｅｓｓｅｎ：  Ｓｅｎｓｏｒｅｎ，  Ｇｅｒａｔｅ，  Ｓｙｓｔｅｍｅ」、ならびに米国特許第６，８８５，４６４号明細書に記載されており、これらの文献はそれぞれ、本明細書で完全に記載されているのと同様に、参照によりその全体が本明細書に援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，５７５，８０５号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０  ２５０  ９９３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，８８５，４６４号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】「Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ  Ｍｅｓｓｅｎ：  Ｓｅｎｓｏｒｅｎ，  Ｇｅｒａｔｅ，  Ｓｙｓｔｅｍｅ」［Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ：  ｓｅｎｓｏｒｓ，  ｄｅｖｉｃｅｓ，  ｓｙｓｔｅｍｓ］、１９９６年６月、２５４〜２６１頁、Ｏｌｄｅｎｂｏｕｒｇ−Ｖｅｒｌａｇ  Ｂ３０２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
既知の３Ｄカメラで被写界深度の鮮鋭度を下げると、特定の範囲内、特に被写界深度の中心の外側において、キャプチャされた物体の画像の質が低下する虞がある。こうした制限は、「ライブ」画像でもライブではない静止画像でも生じる虞がある。従来の技法は、キャプチャした画像を高い技術により処理することによって、かつ／またはそれらの画像に基づいて歯の構造を形成するための切削機の制御を改善することによって、こうした制限を補償しようと試みていた。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
歯の構造などの少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面の画像を取得するカメラにより、またこうした画像を取得する方法によって、上記の課題に対して対処する。このカメラは、物体を照明するように配置された光源を備える。この光源から放出される光ビームが投影光経路を画定する。第１の所定のサイズを有する少なくとも１つの第１のアパーチャが、光ビームがそのアパーチャを通過するようにその投影光経路に挿入される。少なくとも１つの表面によって後方散乱した光は、画像センサによって受信され、観察光経路を画定する。第２の所定のサイズを有する少なくとも１つの第２のアパーチャが、後方散乱した光がそのアパーチャを通過するようにその観察光経路に挿入される。本発明の例示的な態様によれば、第１の所定のサイズおよび第２の所定のサイズは互いに異なり、投影光経路および観察光経路の両方に、少なくとも１つの光学部品が配置される。
【００１５】
本発明の例示的な一実施形態によれば、カメラは３Ｄカメラであり、第１の所定のサイズは第２の所定のサイズよりも大きい。カメラはまた、少なくとも１つの表面上に画像を形成するように投影光経路に配置された基準パターン投写部を含むことができ、その基準パターン投写部は、画像を形成するために所定のパターンを有する光学グリッドである。
【００１６】
本発明の別の例示的な一実施形態によれば、前記第１のアパーチャおよび前記第２のアパーチャの一方が楕円の形状であり、それらのアパーチャの他方の少なくとも一部分が、円の少なくとも一部分を形成する。一例では、その円は少なくとも１つの側方の切り欠きを含む。
【００１７】
本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および動作を、添付の図面を参照しながら以下で詳細に説明する。
【００１８】
本発明の特徴および利点は、図面と併せて以下に記載する詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。図面中では同様の参照符号は同一のまたは機能的に同様の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の例示的な一実施形態によるカメラ装置のブロック図である。
【図２】カメラ装置、例えば図１のカメラ装置の、投影光経路１および観察光経路１５のブロック図であり、それらの経路に配置または挿入された光学構成要素も示す。
【図３ａ】本発明の例示的な一実施形態によるカメラ、例えば図１のカメラ装置の断面図であり、図３ａは、図３ｃに示す断面の上面に向かって見下ろす点から見たカメラを示す。
【図３ｂ】本発明の例示的な一実施形態によるカメラ、例えば図１のカメラ装置の断面図であり、図３ｂは、図３ｃに示す断面の下面に向かって見上げた点から見たカメラを示す。
【図３ｃ】本発明の例示的な一実施形態によるカメラ、例えば図１のカメラ装置の断面図である。
【図４】本発明の別の例示的な実施形態によるカメラ装置の投影光経路１および観察光経路１５のブロック図であり、これらの経路に配置または挿入された光学構成要素も示す。
【図５ａ】側方の切り欠きを有する例示的なアパーチャの断面図を示す。
【図５ｂ】例示的な楕円アパーチャの断面を示す。
【図６】図２および／または図４のカメラ装置で使用されてよいグリッドの例示的なグリッド・パターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
異なる図の同じ参照符号は、本明細書で説明する別々の図それぞれに対して要素に関する別々の説明が行われない場合でも同じ要素を指す。
【００２１】
本発明のいくつかの例示的な態様は、少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面の画像を取得するカメラに関するものである。本発明の例示的な一実施形態では、カメラは、投影光経路に供給された、物体を光ビームで照明するように配置された光源と、第１の所定のサイズを有する少なくとも１つの第１のアパーチャとを備え、その第１のアパーチャは、光ビームがそのアパーチャを通過するようにその投影光経路に挿入される。少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面によって後方散乱した光は、画像センサによって受け取られる。その後方散乱した光は観察光経路を画定する。カメラは、第２の所定のサイズを有する少なくとも１つの第２のアパーチャも備え、その第２のアパーチャは、後方散乱した光がそのアパーチャを通過するようにその観察光経路に挿入される。本発明の例示的な態様によれば、第１のアパーチャは第２のアパーチャよりもサイズが大きい。
【００２２】
投影光経路および観察光経路の両方を単一の光学式カメラで使用することは、相反する複数の要求を特徴としている。まず、多くの用途において、例えばカメラが歯科用に使用される用途では、カメラの全体のサイズをできるだけ小型化することが望まれる。しかし、２つの経路で使用される光学構成要素のサイズおよび数のために小型化が制限される場合がある。したがって、こうした制限は、それぞれ別個の経路で、アパーチャおよび他の要素など、少なくともいくつかの共有の光学的要素を用いることによって解消することができる。しかし、残念ながら、格子（例えば、図６の格子パターン参照）から発生する拡散パターンが投影光経路によって対象物体（例えば、歯など、歯の構造）上に投影される、例えば歯科用などのいくつかの用途では、その構造から戻って観察光経路で受ける後方散乱する光のパターンは、正弦波の変調、歪みなどの結果、わずかに異なることがある。また、分散し後方散乱した光の円錐は、典型的には、後方散乱角度が大きくなる場合があり、その結果、観察光経路で使用するために、後方散乱した光のうちのごく一部分しかキャプチャされない。これを補償するために、観察光経路は、好ましくは、画像鮮鋭度が高くなる（例えば、１５から２０ミクロン程度の解像度）ように設計すべきである。
【００２３】
一方、対象物体上に投影される画像は、必ずしも特別鮮鋭である必要はない。位相シフト三角法では、（特別鮮鋭ではないが）鮮鋭な画像が一方向でしか必要とされず、投影経路が、画像センサが所望の信号対雑音比を有することが可能な程度の量の光で物体を照明することが最良である。しかし、この要因は、大型のアパーチャを使用することによって浅い被写界深度しかない場合、または投影経路からの反射が観察経路に影響を及ぼす場合に軽減される。というのは、こうした状況により、望ましくないことに、観察経路の鮮鋭度および被写界深度が低下することがあるからである。残念ながら、投影経路および観察経路に共有の視野レンズを有する３Ｄカメラに、従来技術のような小型のサイズおよび形状を有するアパーチャを使用することは、これらの相反する要求を均衡させることができらず、したがって、結果として画質が悪くなる。
【００２４】
本発明の発明者らが発見したことによると、投影経路および観察光経路に異なるサイズおよび形状のアパーチャを設けることによってこれらの制限を克服することができる。
【００２５】
例えば、発明者らの認識では、大型のアパーチャを観察経路に用いる場合に十分な量の光を観察経路で取得することができる。しかし、やはり発明者らが発見したことによると、やはり投影経路のアパーチャのサイズをより大きくすると、やはり十分な光を観察経路に供給でき、そのため、投影径路のアパーチャのサイズを拡大する量に比例して観察経路のアパーチャを縮小することができ、その結果、観察経路の鮮鋭度がより高いことによる望ましくない課題を回避することができる。
【００２６】
投影光経路に大きい方のアパーチャを、観察光経路には比較的小さいアパーチャを使用すると、図６のｙ軸で示す方向に沿って良好なコントラストを有するグリッド・パターン（例えば、図６のパターンなど）の画像を、対象物体上に投影することが可能になり、物体によって後方散乱する画像パターンが、同じ方向および図６のｘ軸で示す方向の両方で良好なコントラストを有することができる。
【００２７】
後方散乱した光の分散に対して、各入射角における強度は各損失角における強度に寄与し、投影光経路および観察光経路の一方（例えば投影経路など）の非対称形のアパーチャ（例えば、側方の切り欠きを有する楕円および／または円形）は、こうした状況を適切に吸収することができる。こうした非対称形のアパーチャをその経路で使用し、それらの経路の他方において対称形のアパーチャを使用すると、これらの径路に供給されるエネルギー・バランスを良好に維持することが可能になる。さらに、観察光経路の光線を受けるために小さい方のアパーチャを使用すると、奥行きの画像鮮鋭度が高くなる。
【００２８】
したがって、本発明の例示的な一実施形態では、上記で説明したように、投影光経路のアパーチャは観察光経路のアパーチャよりも大きい。こうした配置のおかげで、小型の光学式カメラ全てで画像センサが高品質の画像を取得可能でありながらも、上記で説明した相反する要求を均衡させることができる。
【００２９】
次に、本発明の例示的な一実施形態を、図１、図２、および図３ａ〜図３ｃを参照しながら詳細に説明する。投影光経路１が光ビームによって画定され、その光ビームは光源３によって生成することができる。例えば、光源３は、赤外線ＬＥＤ（または他の光源）を含むことができる。投影光経路１は、重心ビームによって表すことができ、その重心ビームは、例示的な一実施形態では、１群の光ビームの断面積および強度に関する平均を形成するビームである。この例では、光ビーム群の断面における重心ビームの位置は、断面の点におけるそれぞれの光の強度で重み付けした、その断面における点座標を平均することによって取得される。一様の強度および円形の形態を有する１群の光ビーム、例えば重心ビームは、円の中心を通過する。
【００３０】
光源３によって放出される光ビームは、一例では、非球面レンズである複数のレンズ４ａから４ｄを有するコリメータ４を通って経路１を伝播する。これらの構成要素の配置および構成は、コリメータ４が光源３からできるだけ多くの光を収集し、その光を平行にし、その平行にした光を、光学グリッド５などの基準パターン投写部に前進させるようになっている。その基準パターン投写部は、測定する対象物体１４、例えば１以上の歯の構造など（例えば、実際の歯または義歯、歯科金型、歯科鋳造品など）に投影される所定のパターン（例えば、図６に示すようなパターン）を有する。本発明の例示的な一実施形態では、グリッド５は金属グリッドを有するガラス板を含むが、他の実施形態では、適用可能な動作基準に応じて他の適切な構成および材料を有してよい。また、本発明の例示的な一実施形態では、グリッド５は、コリメータ４が受けた光ビームに実質的に垂直に向くように配置されている。このようにして、グリッド５に供給される光の強度は、グリッド５の受光面にわたって実質的に等しくなる。そのグリッド５は、やはり、以下で説明するようにグリッドのパターンの画像が物体１４の表面上に投影されるようにして、経路１に配置されている。
【００３１】
グリッド５から出る光ビームは、対物レンズ６によって受光され、その対物レンズ６は、図示の例の実施形態では、隣接する球面レンズ６ａおよび６ｂを含み、それらの球面レンズ６ａおよび６ｂは、受光したビームを光学ブロックまたはチューブ７に向けるように配置および構成されている。ブロック７は、ガラスを含み、本発明の例示的な一実施形態によるプリズムを形成してよいが、他の実施形態では、他の適切な材料を含んでよい。また、本発明の例示的な一実施形態によれば、ブロック７は、偏光素子（例えば、９０度の偏光）とすることができ、その偏光素子により、経路１からの光が経路２に干渉するか、または入ることが実質的に防止され、その逆も同様である。他の例では、ブロック７は、適用可能な設計基準に応じて非偏光素子とすることができる。
【００３２】
本発明の一態様によれば、光学ブロック７は、経路１で受光した光ビームを対物レンズ８に向け、図示の例の実施形態では、その対物レンズ８は隣接する球面レンズ８ａおよび８ｂを含み、それらの球面レンズ８ａおよび８ｂの配置および構成は、受光したビームを例えばアパーチャ・ストップなどのアパーチャ構成要素９によって形成されたアパーチャ９ａに向けるようになっている。本発明の例示的な一実施形態によれば、アパーチャ９ａの直径は、光源３の放出面にコリメータ４の増倍係数（例えば、３．５）を乗じた値であるが、他の実施形態では、別のアパーチャの直径を用いることができる。一例では、アパーチャ９ａの直径は２．８ｍｍとすることができるが、当然、直径はこの特定の例だけに限定されるものではない。また、本発明の例示的な一実施形態によれば、アパーチャ９ａは、サイズを一定とすることができ、または、複数の選択可能なサイズのうちの選択したサイズを有するように（例えば、既知のアクチュエータ（図示せず）を使用して）調節可能に変更可能とすることができる。いずれの場合でも、アパーチャ９ａは、円形の形状にし、図５ａに示すように側方の切り欠きを有することができ（参照符号３０は側方の切り欠きを指す切れ目を示す）、図５ｂに示すように楕円の形状にすることができ、または適用可能な性能基準に応じて（側方の切り欠きを有する、または有しない）任意の他の適切な形状を有することができ、本発明の例示的な一実施形態では、アパーチャは、複数の形状のうちの選択した形状（例えば、円形、矩形、または任意の他の適切な形状）を有するように調節可能である。
【００３３】
経路１にあるアパーチャ９ａから出る光ビームは、別の対物レンズ１０を伝播し、図示の例の実施形態では、その別の対物レンズ１０は隣接するレンズ１０ａおよび１０ｂ（例えば、球面レンズ）を含み、それらのレンズ１０ａおよび１０ｂは、受光したビームを正面の光学レンズ１１に向けるように配置および構成されている。光学レンズ１１は、図示の例では、レンズ１１ａおよび１１ｂを含み、それらのレンズ１１ａおよび１１ｂの構成および配置は、受光したビームを収集し、（テレセントリック性を得るために）平行にプリズム１２に供給するようになっており、プリズム１２は、このビームを光学レンズ１１の長手方向軸およびプリズム１２の正面に対して所定の角度で逸らす。プリズム１２から出る光ビーム群は、測定対象の物体１４の少なくとも１つの表面１３にぶつかり、そこで後方散乱する。
【００３４】
後方散乱した光は、観察光経路（「反射経路」とも称される）１５を通る。観察光経路１５の重心ビームは、表面１３と交差し、投影光経路１と観察光経路１５との間に三角法の角度と称される角度が含まれる。対象物体１４によって後方散乱した光は、再度、観察光経路１５に沿ってプリズム１２を介して外れ、光学レンズ１１および対物レンズ１０を通ってアパーチャ構成要素９によって形成されたアパーチャ９ｂに運ばれる。本発明の例示的な態様によれば、経路１５のアパーチャ９ｂはサイズが経路１のアパーチャ９ａよりも小さい（例えば、円形または半円形のアパーチャの場合は、より小さい直径を有する）。アパーチャ９ｂのサイズが小さいと被写界深度（ＤＯＦ）が深くなる。本発明の例示的な一実施形態では、アパーチャ９ｂの直径は１．６ｍｍであるが、当然、アパーチャのサイズはこの特定の例にのみ限定されるものではない。また、本発明の例示的な一実施形態によれば、アパーチャ９ａのように、アパーチャ９ｂは一定の不変のサイズを有することができ、または選択したサイズを有するように調節可能に変更可能とすることができる。いずれの場合でも、アパーチャ９ａは、円形、半円形、または楕円の形状とすることができ、あるいは、適用可能な性能基準に応じて任意の他の適切な形状を有することができ、本発明の例示的な一実施形態では、アパーチャは、複数の形状（例えば、円形、半円形、楕円、正方形、または任意のほかの適切な形状）のうちの選択した形状を有するように調節可能である。アパーチャ９ｂに使用できる例示的なアパーチャの形状を図５ａに示し、別の例を図５ｂに示す。
【００３５】
アパーチャ９ａおよび９ｂが同一のアパーチャ構成要素９に含まれるという文脈で上記で説明しているが、他の実施形態では、それらのアパーチャ９ａおよび９ｂを別々のアパーチャ構成要素に設けることができる。
【００３６】
本発明の例示的な一実施形態によれば、ビームの経路１および１５の少なくとも一部分はテレセントリックである。単なる一例として、対物レンズ１０から正面のレンズ１１までのカメラの少なくとも一部分をテレセントリックとすることができる。
【００３７】
経路１５のアパーチャ９ｂから出る光ビームは、対物レンズ８を通って光学ブロックまたはチューブ１６まで伝播し、一例では、その光学ブロックまたはチューブ１６は、ガラスを含み、プリズムを形成する。ブロック１６は、光ビームを、ブロック１６の受光面に対して所定の角度の少なくとも１つの方向に逸らし、対物レンズ１８によって画像センサ１７に供給する。図示した例示の実施形態では、対物レンズ１８は、隣接するレンズ１８ａおよび１８ｂ（例えば、球面レンズ）を含み、それらのレンズ１８ａおよび１８ｂは、受光した光ビームを画像センサ１７に向けるように配置および構成されている。
【００３８】
本発明の例示的な一実施形態によれば、画像センサ１７は７６８画素×４９４画素のＣＣＤであり、１秒あたり約３０画像の速度で画像を取得することができるが、当然、他の実施形態では、他のタイプの画像センサを使用することができる。
【００３９】
画像センサ１７は、受光した光の信号を電気信号に変換し、それらの電気信号は、冒頭で引用した文献から公知の信号処理デバイスに送られてデータが取得され、そのデータから対象物体１４の表面構造の画像を形成することができる。
【００４０】
上記の説明から理解できるように、観察経路１５のアパーチャのサイズが投影経路１のアパーチャよりも小さいことによって、径路１および１５のアパーチャが同じサイズである場合と比べて、（より良好なエネルギー・バランスが供給されることに加えて、）画像センサ１７によって物体１４のより鮮鋭な画像を取得することができ、したがって、アパーチャが同じサイズである場合よりも画質が向上する。その結果、例えば、高品質の歯の復元画像を、取得した画像に基づいて形成することができる。
【００４１】
さらに、より小さいアパーチャ９ｂを使用するため経路１５の光が低減することは、従来使用されていたものよりも強力な光源３、および従来使用されていたものよりも信号対雑音比が大きい画像センサ１７の少なくとも一方を使用することによって補償することができる。アパーチャ９ｂのサイズに対してアパーチャ９ａのサイズをさらに大きくし、それらのアパーチャの少なくとも一方の形状を変更し、かつ／または経路１に、アパーチャ９ｂよりもサイズが大きい少なくとも１つの追加のアパーチャを用いることによって、追加の補償を行うことができる。これらの要因の少なくともいくつかは投影経路１によって物体１４上に投影された画像の鮮鋭度を低下させることがあるが、観察経路１５の鮮鋭度を向上させることができる。
【００４２】
投影光経路１に、圧電アクチュエータ（図示せず）によって格子の線に垂直な方向に移動できる格子（例えば、格子５および／または別の格子）を挿入することができ、一実施形態では、アパーチャの形状をコントローラ（図示せず）によって自動的にまたは手動による起動によって、調整することができる。格子が用いられる実施形態では、その格子は、基準パターン投写部として用いることができ、格子の画像を表面１３上に投影して、その表面上に基準パターンを形成するようにして、ビーム中に配置される。圧電アクチュエータを作動させることによって、格子を動かすことができ、それに応じて、基準パターンが表面１３にわたって動く。あるいは、機械式の格子の代わりに、基準パターンを生成するためにＬＣＤ要素を用いることもできる。
【００４３】
当然、言及した図に示したもの以外に他の光学的要素を用いることもできるが、単純にするためにそれらは示していない。使用できる様々な光学的要素の例は、前述の学術誌「Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ  Ｍｅｓｓｅｎ」、２５７頁、図６、および上記で参照した各米国特許文献に説明されている。
【００４４】
本発明の別の例の実施形態によれば、図２に示す要素は、例えば図４に示す構成など、別の構成を有することができる。図４に、本発明のこの例の実施形態によるカメラ装置を示し、この図では、構成要素１、３、４、５、６、７、１３、１４、１５、１６、１７、および１８は、図２で同一の参照符号が付された構成要素と同一であり同様に動作する。それらの構成要素、およびそれらの機能方式は上記で説明したので、それらの構成要素のうちの少なくともいくつかの構成要素のさらなる説明は次に行わず、以下の説明は光学ブロック７から始める。
【００４５】
図４を参照すると、光学ブロック７は、対物レンズ６から経路１で受けた光ビームを、対物レンズ２０の対物レンズ構成要素２０ａに向け、その対物レンズ２０は、図４に示す例では、レンズ構成要素２０ａおよびレンズ構成要素２０ｂを含み、それらのレンズ構成要素はそれぞれ、１以上のレンズ（例えば、非球面のレンズ）を含むことができる。少なくともレンズ構成要素２０ａの配置および構成は、それによって受光したビームを例えばアパーチャ・ストップなどのアパーチャ構成要素２１によって形成されたアパーチャ２１ａに向けるようになっている。また、本発明の例示的な一実施形態によれば、アパーチャ２１ａは、サイズおよび形状を一定とすることができ、または、可能な複数のサイズおよび形状のうちの選択したサイズおよび形状を有するように、調節可能に変更可能とすることができる。アパーチャ２１ａは、適用可能な設計基準に応じて（他にも形状はあるが、例えば、図５ａおよび図５ｂに示した形状のうちの１つを含む）任意の適切な形状を有することができる。
【００４６】
経路１のアパーチャ２１ａから出る光ビームは、別の対物レンズ２２を伝播し、図示した例示の実施形態では、その別の対物レンズ２２は隣接するレンズ２２ａおよび２２ｂ（例えば、球面レンズ）を含み、それらのレンズの少なくとも一方は、受光したビームを正面の光学レンズ２３に向けるように配置および構成されている。光学レンズ２３は、図示の例では、レンズ２３ａ、２３ｂ、および２３ｃを含み、それらのレンズ２３ａ、２３ｂ、および２３ｃの構成および配置は、受光したビームを収集し、それらを平行にプリズム２４に供給するようになっている。本発明の例示的な態様によれば、レンズ２３ａ、２３ｂ、および２３ｃは、経路１など、一方の経路によって生じる反射が、経路１５など、もう一方の経路または本明細書で挿入される構成要素と干渉する可能性を回避するかまたは実質的に最小限に抑えるように互いに傾斜している。一方、３つのレンズの複数の（例えば、６つの）表面のうちの１つによる経路１からの光の直接反射がアパーチャ２１ｂに到達しないので、反対方向の反射が回避されるかまたは実質的に最小限に抑えられる。
【００４７】
プリズム２４は、プリズム２４の受光面に対して所定の角度で受光した光ビームを逸らす。プリズム２４から出る光ビーム群は、測定対象の物体１４の少なくとも１つの表面１３にぶつかり、そこで後方散乱する。
【００４８】
後方散乱した光は、観察光経路１５を通る。観察光経路１５の重心ビームは、投影光経路１と観察光経路１５との間に三角法の角度と称される角度が形成されるように表面１３から方向付けされる。対象物体１４によって後方散乱した光は、再度、観察光経路１５に沿ってプリズム２４を介して外れ、光学レンズ２３および対物レンズ２２を通ってアパーチャ構成要素２０によって形成されたアパーチャ２１ｂまで運ばれる。
【００４９】
本発明の例示的な態様によれば、経路１５のアパーチャ２１ｂはサイズ（例えば、直径）が経路１のアパーチャ２１ａよりも小さい。アパーチャ２１ｂのサイズが小さいと被写界深度（ＤＯＦ）が深くなる。本発明の例示的な一実施形態では、アパーチャ２１ｂの直径は１．６ｍｍであり、アパーチャ２１ａの直径は２．８ｍｍであるが、当然、それらの直径は特定の例にのみ限定されるものではない。また、本発明の例示的な一実施形態によれば、アパーチャ２１ｂは、一定のサイズおよび形状（他にも可能な形状はあるが、例えば図５ａおよび図５ｂに示す形状のうちの１つを含む）を有することができ、または、上記で説明したように、選択したサイズおよび形状を有するように調節可能に変更可能にすることができる。
【００５０】
アパーチャ２１ａおよび２１ｂは、同一のアパーチャ構成要素２１に含まれるように上で説明しているが、他の実施形態では、アパーチャ２１ａおよび２１ｂを別々のアパーチャ構成要素に設けることができる。また、本発明の例示的な一実施形態によれば、図示の実施形態のビーム経路１および１５の少なくとも一部分は、テレセントリックである。例えば、システムのうちの対物レンズ２２から正面のレンズ２３までの少なくとも一部分をテレセントリックとすることができる。
【００５１】
経路１５のアパーチャ２１ｂから出る光ビームは、対物レンズ２０を通ってプリズム１６まで伝播し、一例では、そのプリズム１６は、光ビームを、プリズム１６の受光面に対して所定の角度で少なくとも１回逸らし、対物レンズ１８によって画像センサ１７に供給する。図２Ｃの対物レンズ１８のように、図４の対物レンズ１８は、隣接する非球面のレンズ１８ａおよび１８ｂを含むことができ、それらの非球面のレンズ１８ａおよび１８ｂは、受光した光ビームを上記で説明したように動作する画像センサ１７に向けるように配置および構成される。
【００５２】
図２の実施形態に関して上記で説明したように本実施形態の経路１および１５に他の構成要素を設けることもできる。
【００５３】
本実施形態の説明から理解できるように、観察経路１５のアパーチャのサイズが投影経路１のアパーチャよりも小さいことによって、径路１および１５のアパーチャが同じサイズである場合と比べて、（より良好なエネルギー・バランスが供給されることに加えて、）画像センサ１７によって物体１４のより鮮鋭な画像を取得することができ、したがって、アパーチャが同じサイズである場合よりも画質が向上する。その結果、例えば、高品質の歯の復元画像を、取得した画像に基づいて形成することができる。
【００５４】
さらに、より小さいアパーチャ２１ｂを使用するため経路１５の光が低減することは、従来使用されていたものよりも強力な光源３、および従来使用されていたものよりも信号対雑音比が大きい画像センサ１７の少なくとも一方を使用することによって補償することができる。アパーチャ２１ｂのサイズに対してアパーチャ２１ａのサイズをさらに大きくし、それらのアパーチャの少なくとも一方の形状を変更し、かつ／または経路１に、アパーチャ２１ｂよりもサイズが大きい少なくとも１つの追加のアパーチャを用いることによって、追加の補償を行うことができる。これらの要因の少なくともいくつかは投影経路１によって物体１４上に投影された画像の鮮鋭度を低下させることがあるが、観察経路１５の鮮鋭度を向上させることができる。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態では、上記（図２および図４）で説明したカメラのうちの１以上は、投影光経路１の成形アパーチャのうちの１つのタイプ、および観察経路１５の成形アパーチャのうちの少なくとも１つの他のタイプを用いることができる。単なる一例として、経路１に含まれるアパーチャは、経路１５よりも深い被写界深度を提供するために楕円（例えば、図５ｂ参照）とすることができ、経路１５では、その経路の深い被写界深度が経路１５では経路１ほど有用でないので、アパーチャを円形または半円形とすることができる（例えば、図５ａ参照）。あるいは、経路１５のアパーチャは、楕円とすることができ（例えば、図５ｂ参照）、経路１のアパーチャは、円形または半円形とすることができる（例えば、図５ａ参照）。また、本発明の例示的な一実施形態では、観察光経路に用いられるアパーチャは回転対称とすることができ、投影光経路に含まれるアパーチャは非回転対称とすることができ、その逆も同様である。また、楕円のアパーチャを用いる本発明の例示的な一実施形態では、そのアパーチャは、それによって受光されるグリッド・パターン（例えば、図６）の線に平行な軸に沿って延在することができる。
【００５６】
また、本発明のいくつかの例示的な実施形態では、１以上の楕円アパーチャが用いられる場合、（側方の切り欠きの有無を問わず）楕円の短軸をグリッド線に平行にすることができる。この特徴は、グリッド線に垂直な方向をより鮮鋭にすることができる。アパーチャの短軸のサイズは、鮮鋭度（変調伝達関数（ＭＴＦ））を決定することができ、グリッドの解像度（ＬＰ／ｍｍ）に比例することができ、そのため、使用される被写界深度（例えば、約１５ｍｍの歯の奥行き）のグリッドのコントラスト（ＭＴＦ）は、特定の値だけ広がる。これにより、３Ｄ画像の信号対雑音比を決定することができる。一例では、アパーチャの長軸のサイズは、照明されるアパーチャ全体のサイズによって決定することができ、光源の画像は、最低でも、そのサイズであるかまたはそれに比例することができる。丸い光源または方形の光源が用いられる場合（ＬＥＤが用いられる場合はそれが通常である）、および長い形状のアパーチャが用いられる場合は、光源によって放出された少なくとも一部の光は、アパーチャを通過しても、通過しなくてもよい。鮮鋭度（ＭＴＦ）を決定できる観察経路のアパーチャのサイズは、画素のサイズによって決定される画像センサ１７の解像度（ＬＰ／ｍｍ）に比例することができ、そのため、使用される被写界深度（例えば、約１５ｍｍの歯の奥行き）の画像のコントラスト（ＭＴＦ）は、特定の値だけ広がる。鮮鋭度（ＭＴＦ）が被写界深度全体の画像センサによって決定されるのに十分にアパーチャが小さい場合は、画像センサ上により多くの光およびより良好な信号対雑音比を供給するためにアパーチャを大きくすることができる。少なくともいくつかの例示的な実施形態では、画像センサ上の画像の鮮鋭度は、対象の（１以上の）物体（例えば、（１以上の）歯の構造）を形成するように、使用される装備（例えば、切削機など）の解像度に相関することができ、また、表示された３Ｄ画像の解像度に相関することができる。
【００５７】
上記で説明した例示的ないくつかの実施形態では、対物レンズを１以上のレンズを有するものとして説明している。それらの実施形態に関連した示し説明したレンズの数は、限定するものではなく、適用可能な設計基準に応じて任意の適切な数のレンズを使用できることに留意されたい。また、図２および図４の実施形態は、適用可能な設計基準に応じて、レンズ２０ａおよび２０ｂの代わりに対物レンズ８のようなレンズを用いることができ、その逆も同様である。
【００５８】
本発明の様々な実施形態を上記で説明してきたが、例示によって示したものであり、限定ではないことを理解されたい。本発明の精神および範囲から逸脱することなしに形態および細部に様々な変更を実行できることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、上記で説明した例示的な一実施形態のうちのいずれによっても限定されるべきではなく、以下の請求項およびその均等物によってのみ定義されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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