(57)【要約】  本発明の目的は、３次元対象物の表面構造を画像化するための装置に関する改良であって、３次元対象物の少なくとも１つの部分領域の表面を様々な位置から光学的に記録するための記録デバイスを具備しているとともに、単純な態様でもってなおかつ再現性よく対象物を画像化することができる。本発明においては、装置は、第１観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる第１画像部分（１０）を選択するための選択回路（９）と、他の観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる少なくとも１つの他の画像部分（１２）を決定するための画像モジュール（１１）と、マッチングユニット（１６）と、を具備し、マッチングユニット（１６）は、第１画像部分（１０）内におよび少なくとも１つの他の画像部分（１２）内に含有されたデジタルパターン（１３，１４）を決定することができる。
2008508007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元対象物の表面構造を画像化するための装置であって、
前記３次元対象物の少なくとも１つの部分領域の表面を様々な位置から光学的に記録するための記録デバイスと、
前記対象物の前記少なくとも１つの部分領域の２次元表面構造に関する画像部分を光学的データとしてメモリ内に格納するよう機能するデジタル化ユニットと、
２次元的な前記画像部分から３次元的全体的画像を形成するための画像処理ユニットと、
を具備し、
このような装置において、
第１観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる第１画像部分（１０）を選択するための選択回路（９）と、
他の観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる少なくとも１つの他の画像部分（１２）を決定するための画像モジュール（１１）と、
マッチングユニット（１６）と、
を具備し、
前記マッチングユニット（１６）が、互いに実質的に一致する特徴的デジタルパターンに関して、前記第１画像部分（１０）内におよび前記少なくとも１つの他の画像部分（１２）内に含有されたデジタルパターン（１３，１４）を決定するとともに、それらデジタルパターン（１３，１４）の一致度合いの関数として、マッチングデータを形成し、
前記画像処理ユニット（１９）においては、空間的に関連したパラメータを決定するとともに、前記対象物の前記画像部分（１０，１２）を集計することによって、全体的画像を形成することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記選択回路（９）および／または前記画像モジュール（１１）が、参照要素（１５）を備え、
前記参照要素内においては、前記画像部分のサイズおよび／または解像度が変更を受け、これにより、互いに相違している前記特徴的デジタルパターン（１３，１４）が、対象をなす前記画像部分（１０，１２）の中に含まれるものとされることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記マッチングユニット（１６）内には、反復アルゴリズム（１７）が設けられ、
この反復アルゴリズム（１７）が、記録された前記画像部分（１０，１２）の各々内において前記特徴的デジタルパターン（１３，１４）を明瞭に決定するよう機能することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記全体的画像の一部をなす前記画像部分（１０，１２）の各々に関し、前記マッチングユニット（１６）内に再現可能なデジタルパターン（１３，１４）が存在する時には常に、前記反復アルゴリズム（１７）が起動されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の装置において、
前記反復アルゴリズム（１７）により、画像部分（１０，１２）内のデジタルパターン（１３，１４）のデータ内容を変更し得るとともに、反復の最終結果においては、少なくとも１つの他の画像部分（１０，１２）内のデジタルパターン（１３，１４）が対応して変更されているかどうかを明瞭に検証し得るものとされていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１または３記載の装置において、
構造記録ユニット（１８）が、前記マッチングユニット（１６）内に設けられ、
前記構造記録ユニット（１８）が、デジタルパターンの構造変化勾配を記録するよう機能することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
画像化の対象をなす前記対象物が、補足的構造を備え、
この補足的構造が、前記対象物の表面に対して決定された位置を有していることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
光投影によって、画像化の対象をなす前記対象物の表面上に、光学的パターンが形成されることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７記載の装置において、
前記対象物の構成材料が、製造プロセスの最終結果においては前記対象物の表面の一体部分をなす混合物質を備えていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１記載の装置において、
前記対象物の画像化を可能とし得るよう、ガラスまたは他の光学的透明材料から形成された対象物キャリア（１）を具備していることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
前記対象物キャリア（１）が、フラットベッドスキャナ（２）の一部とされていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の装置において、
前記対象物キャリア（１）に対して前記対象物を位置決めするための位置決めデバイス（２０）を具備し、
この位置決めデバイス（２０）を制御することにより、位置決めの最終結果においては、走査手順に適した向きでもって前記対象物を配置することができることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１記載の装置において、
前記対象物が、少なくとも２つの部分的対象物（２２，２３）から構成され、
これら部分的対象物（２２，２３）が、機能的に関連した参照状態（Ｒ）として配置され、
連結デバイス（２４，２５）が設けられ、
この連結デバイス（２４，２５）を使用することにより、前記少なくとも２つの部分的対象物（２２，２３）が、前記参照状態（Ｒ）とは異なる画像採取状態（Ａ）へと少なくとも一方の前記部分的対象物（２２）を移動させ得る態様でもって、互いに連結され、
これにより、前記少なくとも２つの部分的対象物（２２，２３）の表面を光学的に記録することができて、前記少なくとも２つの部分的対象物（２２，２３）と、これら部分的対象物（２２，２３）を互いに連結している前記連結デバイス（２４，２５）と、が光学的に記録され、
これにより、前記少なくとも２つの部分的対象物（２２，２３）の前記参照状態（Ｒ）が、前記画像採取状態（Ａ）に採取された前記部分的対象物（２２，２３）に関するデータおよび前記連結デバイス（２４，２５）に関するデータに基づいて、前記参照状態（Ｒ）から、前記連結デバイス（２４，２５）によって互いに連結された前記画像採取状態（Ａ）にわたっての、前記少なくとも一方の前記部分的対象物（２２）の位置変化に関する知見に基づいて、計算によって決定されることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１または１０または１１または１３記載の装置において、
画像化の対象をなす前記対象物が、歯科医療用途のための物体であることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、
前記装置を、顎モデル（２１）および／または歯モデル（３）および／または顎の陰型および／または歯の陰型および／または噛み合わせ確認物および／または噛み合わせに関連した確認物および／または顎に関連した確認物および／または歯の準備物に関連したような、記録および／または再現および／または文書化および／または復元および／または解析のために使用することを特徴とする装置。
【請求項１６】
３次元的なマルチパート対象物の表面構造を画像化するための装置であって、
少なくとも２つの部分的対象物の表面を光学的に記録するための記録デバイスと、
前記少なくとも２つの部分的対象物の表面構造に関する光学的データをデジタル的に格納するよう機能するデジタル化ユニットと、
を具備し、
このような装置において、
連結デバイス（２４，２５）を具備し、
この連結デバイス（２４，２５）を使用することにより、前記少なくとも２つの部分的対象物（２２，２３）が、事前的に選択し得る所定位置関係でもって互いに連結され、
前記連結デバイス（２４，２５）が、この連結デバイス（２４，２５）を使用して連結している前記部分的対象物（２２，２３）の相対位置の変化を許容し得るものとして構成され、
前記連結デバイス（２４，２５）を使用して連結されている少なくとも一方の部分的対象物（２２）を、機能的に決定された状態から、他の少なくとも１つの部分的対象物（２３）と一緒に光学的に記録するのに適した他の画像採取状態（Ａ）へと、移動させることができ、
前記画像採取状態（Ａ）において、前記部分的対象物（２２，２３）と、これら部分的対象物（２２，２３）を互いに連結している前記連結デバイス（２４，２５）と、が光学的に記録され、
位置決めユニット（２７）が設けられ、
この位置決めユニット（２７）においては、前記画像採取状態（Ａ）において採取されたデータであるとともに、前記デジタル化ユニット（７）のメモリ内に格納されたデータであり、さらに、前記部分的対象物（２２，２３）の表面構造に関連したデータが、参照モジュール（２８）内に記録されているデータでありかつ前記参照状態（Ｒ）から前記画像採取状態（Ａ）までにわたっての前記一方の部分的対象物（２２）の位置変化に関連しているデータに対して、組み合わされ、
これにより、前記部分的対象物（２２，２３）の前記参照状態（Ｒ）を、前記部分的対象物（２２，２３）の表面構造に関連するデータも含めた計算によって、再構成することができることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置において、
少なくとも一方の部分的対象物（２２，２３）が、様々な方向から記録され、
様々な方向から得られたデータセットが、前記デジタル化ユニット（７）のメモリ内に格納され、
画像処理ユニット（１９）が設けられ、
この画像処理ユニット（１９）が、前記データセットに基づいて、３次元的全体的画像を形成することを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の装置において、
前記部分的対象物（２２，２３）に関しての、第１観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる第１画像部分（１０）を選択するための選択回路（９）と、
他の観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる少なくとも１つの他の画像部分（１２）を決定するための画像モジュール（１１）と、
マッチングユニット（１６）と、
を具備し、
前記マッチングユニット（１６）が、互いに実質的に一致する特徴的デジタルパターンに関して、前記第１画像部分（１０）内におよび前記少なくとも１つの他の画像部分（１２）内に含有されたデジタルパターン（１３，１４）を決定するとともに、それらデジタルパターン（１３，１４）の一致度合いの関数として、マッチングデータを形成し、
前記画像処理ユニット（１９）においては、空間的に関連したパラメータを決定するとともに、前記対象物の前記画像部分（１０，１２）を集計することによって、前記部分的対象物（２２，２３）の３次元的全体的画像を形成することを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１６記載の装置において、
前記参照状態（Ｒ）とされた前記部分的対象物（２２，２３）内へと、前記連結デバイス（２４）が挿入されることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の装置において、
前記連結デバイスが、軸体（２４）として構成され、
この軸体（２４）回りに、前記部分的対象物（２２，２３）が回転可能とされていることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１６記載の装置において、
前記連結デバイス（２５）と前記部分的対象物（２２，２３）とが、連結領域（２６）を介して堅固に連結され、
前記連結デバイスが、回転可能とされたベース（２５）を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の装置において、
前記連結デバイスの、回転可能とされた前記ベースが、ボールジョイント（２５）として構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項１６または１７記載の装置において、
前記少なくとも２つの部分的対象物の前記表面を光学的に記録するための前記記録デバイスとして、フラットベッドスキャナ（２）またはレーザースキャナを使用することを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項１６または１７記載の装置において、
画像化の対象をなす前記部分的対象物（２２，２３）が、歯科医療用途のための物体であることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２３記載の装置において、
前記参照状態（Ｒ）として、上顎と下顎との相対関係を記録することを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２３記載の装置において、
前記装置を、顎モデル（２１，２２，２３）および／または歯モデル（３）および／または顎の陰型および／または歯の陰型および／または噛み合わせ確認物および／または噛み合わせに関連した確認物および／または顎に関連した確認物および／または歯の準備物に関連したような、記録および／または再現および／または文書化および／または復元および／または解析のために使用することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載されているような、３次元対象物の表面構造を画像化するための装置に関するものであり、また、請求項１６の前提部分に記載されているような、３次元マルチパート対象物の表面構造を画像化するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物の画像化に関しては、平面内でのデータだけでなく、平面に対して垂直な方向におけるデータ、すなわち、高さ方向および深さ方向のデータをも得ることが、多くの場合に、要望される。したがって、対象物の少なくとも１つの部分的領域に関しての空間的データを得ることが、要望される。これは、特に、特定の観測状況に関しての対象物の構造および表面組成に関する印象を、観測者に対して付与しなければならないときはいつでも、必要とされる。対象物のそのような画像化に基づいて十分な情報を得ることができなければ、基本的に、様々な観測角度から対象物を記録し、そのようにして形成されたデータを利用して、対象物に関してのあるいは対象物の部分的領域に関しての３次元画像を得るという手法が考えられる。
【０００３】
詳細にまで正確な態様でもってすなわち高解像度を必要とする態様でもって対象物を記録するに際しては、デジタル的に記録すべきデータに関する走査ユニットとして、フラットベッドスキャナを使用することが公知である。
【０００４】
ここで、フラットベッドスキャナを使用してカラー画像でもって空間的対象物を記録するための装置は、特許文献１により公知である。この場合、追加的な光学系が使用される。この追加的な光学系を使用することにより、対象物に対する距離を増大させることができる。これにより、空間的対象物を、回転可能な対象物キャリア上へと、スキャナから十分な距離でもって、配置することができる。回転可能な対象物キャリアを使用することにより、対象物を、様々な角度からデジタル的に記録することができる。適切なソフトウェアを使用することにより、対象物の表面に関する３次元データセットを形成することができる。
【０００５】
そのような手法は、色付きの空間的対象物の記録に際しては適切であるけれども、対象物が光学的に記録された様々な回転角度を正確に決定するに際しては、容易ではない。そのため、各画像を組み合わせることによって十分な精度でもって全体画像を形成することは、困難である。
【０００６】
さらに、光学スキャナを使用して対象物の３次元的画像化を行うための装置、および、対象物の３次元的記録方法は、特許文献２に開示されている。この方法においては、対象物は、時間的に連続してあるいは同時的に、２つ以上の撮影モードで記録され、その後、記録されたデータは、メモリ内に格納され、コンピュータによって処理されて、空間モデルが形成される。
【０００７】
そのような手法の実施は、複雑なものである。なぜなら、特に、対象物が、時間的オフセットを有しつつ様々な位置において走査装置によって記録されなければならない場合には、光学的走査装置に対しての対象物の相対的位置を正確に決定する必要があるからである。
【０００８】
また、対象物が、複数の部分的対象物から構成されているとともに、それら複数の部分的対象物が、ある種の相対配置でもって互いに対して配置されている場合には、それらの機能または用途のために、複数の部分的対象物は、多くの場合、少しの努力では、完全には記録することができない。また、かなり低い解像度でしか記録することができない。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９７ ０９ ０５０号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９８ １９ ９９２号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、比較的小さな煩雑さでもって高精度でなおかつ再現性よく対象物を画像化することである。
【００１０】
本発明においては、上記目的は、請求項１の前提部分に記載されているような、３次元対象物の表面構造を画像化するための装置の場合には、第１観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる第１画像部分を選択するための選択回路と、他の観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる少なくとも１つの他の画像部分を決定するための画像モジュールと、マッチングユニットと、を具備し、マッチングユニットは、互いに実質的に一致する特徴的デジタルパターンに関して、第１画像部分内におよび少なくとも１つの他の画像部分内に含有されたデジタルパターンを決定するとともに、それらデジタルパターンの一致度合いの関数として、マッチングデータを形成し、画像処理ユニットにおいては、空間的に関連したパラメータを決定するとともに、対象物の画像部分を集計することによって、全体的画像を形成する。
【００１１】
本発明においては、選択された画像部分内に含有されたデジタルパターンを、少なくとも２つの画像部分内のデジタルパターンとの残部的な非一致という意味において、差分データと比較することによって、３次元的全体的画像を生成することができる。この手法においては、空間内における対象物の絶対的位置を記録しているパラメータに頼る必要も、また、走査手順時に走査装置および対象物の相対位置を記録しているパラメータに頼る必要も、ない。
【００１２】
したがって、そのような装置は、とりわけ、走査装置と画像化対象をなす対象物と相対位置しか取得できない場合に、また、与えられた周囲状況においてはそのような相対位置をうまく採取できない場合に、使用される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態においては、選択回路および／または画像モジュールは、参照要素を備え、参照要素内においては、画像部分のサイズおよび／または解像度が変更を受け、これにより、互いに相違している特徴的デジタルパターンは、対象をなす画像部分の中に含まれるものとされる。
【００１４】
好ましくは、マッチングユニット内には、反復アルゴリズムが設けられ、この反復アルゴリズムは、記録された画像部分の各々内において特徴的デジタルパターンを明瞭に決定するよう機能する。
【００１５】
この構成においては、全体的画像の一部をなす画像部分の各々に関し、マッチングユニット内に再現可能なデジタルパターンが存在する時には常に、反復アルゴリズムが起動されることが、実用的に可能である。
【００１６】
さらに、反復アルゴリズムにより、画像部分内のデジタルパターンのデータ内容を変更し得るとともに、反復の最終結果においては、少なくとも１つの他の画像部分内のデジタルパターンが対応して変更されているかどうかを明瞭に検証し得るものとされていることが有利である。
【００１７】
本発明の他の実施形態においては、構造記録ユニットが、マッチングユニット内に設けられ、構造記録ユニットは、デジタルパターンの構造変化勾配を記録するよう機能する。この構造記録ユニットを使用することにより、強い構造を有した部分領域が記録され、そのデータが評価ユニットへと伝達される。
【００１８】
画像化対象をなす対象物が、容易には評価し得ない弱い構造しか有していない場合には、画像化対象をなす対象物上に、補足的構造を、重ね合わせて設けることができる。補足的構造は、対象物の表面に対して決定された位置を有している。
【００１９】
そのような構成は、例えば、光投影によって、画像化の対象をなす対象物の表面上に光学的パターンを形成することによって実現可能である。補足的構造は、例えば、対象物の下方に配置されたフィルムがなすラインパターンによってキャストされた陰影とされ、走査装置の光源によって照射される。この場合、投影された陰影パターンの評価は、適切なソフトウェアを使用して行うことができる。
【００２０】
さらに、また、対象物の構成材料が、製造プロセスの最終結果においては対象物の表面の一体部分をなす混合物質を備えていることも、本発明の範囲内である。
【００２１】
本発明の技術的に有利な実施形態においては、装置は、対象物の画像化を可能とし得るよう、ガラスまたは他の光学的透明材料から形成された対象物キャリアを具備している。この場合、対象物キャリアは、フラットベッドスキャナの一部とすることができる。
【００２２】
本発明の他の好ましい実施形態においては、装置は、対象物キャリアに対して対象物を位置決めするための位置決めデバイスを具備し、好ましくは、この位置決めデバイスを制御することにより、位置決めの最終結果においては、走査手順に適した向きでもって対象物を配置することができる。
【００２３】
目的が、対象物が少なくとも２つの部分的対象物から構成されているとともにこれら部分的対象物が機能的に関連した参照状態として配置されることである場合には、本発明の一実施形態においては、連結デバイスを設けることができ、この連結デバイスを使用することにより、少なくとも２つの部分的対象物は、参照状態とは異なる画像採取状態へと少なくとも一方の部分的対象物を移動させ得る態様でもって、互いに連結され、これにより、少なくとも２つの部分的対象物の表面を光学的に記録することができる。少なくとも２つの部分的対象物と、これら部分的対象物を互いに連結している連結デバイスと、が光学的に記録される。これにより、少なくとも２つの部分的対象物の参照状態は、画像採取状態に採取された部分的対象物に関するデータおよび連結デバイスに関するデータに基づいて、参照状態から、連結デバイスによって互いに連結された画像採取状態にわたっての、少なくとも一方の部分的対象物の位置変化に関する知見に基づいて、計算によって決定される。
【００２４】
画像化の対象をなす対象物は、歯科医療用途のための物体とすることができる。この物体は、場合によっては、補足的構造を有しており、これにより、適切なデジタルパターンの選択を容易なものとすることができる。
【００２５】
歯科医療用途の場合には、本発明による装置を、顎モデルおよび／または歯モデルおよび／または顎の陰型および／または歯の陰型および／または噛み合わせ確認物および／または噛み合わせに関連した確認物および／または顎に関連した確認物および／または歯の準備物に関連したような、記録および／または再現および／または文書化および／または復元および／または解析のために使用することができる。
【００２６】
本発明においては、上記目的に対するさらなる手段は、請求項１６の前提部分に記載されているような、３次元マルチパート対象物の表面構造を画像化するための装置に関するものである。
【００２７】
本発明においては、この装置は、連結デバイスを具備し、この連結デバイスを使用することにより、少なくとも２つの部分的対象物は、事前的に選択し得る所定位置関係でもって互いに連結され、連結デバイスは、この連結デバイスを使用して連結している部分的対象物の相対位置の変化を許容し得るものとして構成され、連結デバイスを使用して連結されている少なくとも一方の部分的対象物を、機能的に決定された状態から、他の少なくとも１つの部分的対象物と一緒に光学的に記録するのに適した他の画像採取状態へと、移動させることができ、画像採取状態において、部分的対象物と、これら部分的対象物を互いに連結している連結デバイスと、が光学的に記録され、さらに、位置決めユニットが設けられ、この位置決めユニットにおいては、画像採取状態において採取されたデータであるとともに、デジタル化ユニットのメモリ内に格納されたデータであり、さらに、部分的対象物の表面構造に関連したデータは、参照モジュール内に記録されているデータでありかつ参照状態から画像採取状態までにわたっての一方の部分的対象物の位置変化に関連しているデータに対して、組み合わされ、これにより、部分的対象物の参照状態を、部分的対象物の表面構造に関連するデータも含めた計算によって、再構成することができることを特徴としている。
【００２８】
本発明は、対象物を形成している複数の部分的対象物の表面構造に対して容易にはアクセスできない場合に、有利であり、互いに対しての初期的相対位置関係に関するデータを必要とすることなく、有効な走査手順を使用して高解像度でもって光学的な記録を行うことができる。
【００２９】
また、複数の部分的対象物を３次元的に表現することを可能とし得るよう、本発明の好ましい実施形態においては、画像採取状態（あるいは、画像採取位置）において、一方の部分的対象物が、様々な方向から記録される。このようにして様々な方向から得られたデータセットは、デジタル化ユニットのメモリ内に格納され、画像処理ユニット内において処理され、これにより、３次元的全体的画像が形成される。
【００３０】
装置は、部分的対象物に関しての、第１観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる第１画像部分を選択するための選択回路と、他の観測方向に起因しかつデジタル的に記録された光学的データを備えてなる少なくとも１つの他の画像部分を決定するための画像モジュールと、を具備することができる。装置は、さらに、マッチングユニットを具備し、マッチングユニットは、互いに実質的に一致する特徴的デジタルパターンに関して、第１画像部分内におよび少なくとも１つの他の画像部分内に含有されたデジタルパターンを決定するとともに、それらデジタルパターンの一致度合いの関数として、マッチングデータを形成し、画像処理ユニットにおいては、空間的に関連したパラメータを決定するとともに、対象物の画像部分を集計することによって、部分的対象物の３次元的全体的画像を形成する。
【００３１】
本発明の実用的な実施形態においては、参照状態とされた部分的対象物内へと、連結デバイスが挿入される。この構成においては、連結デバイスは、軸体として構成することができ、この軸体回りに、部分的対象物を回転させることができる。
【００３２】
さらに、連結デバイスと部分的対象物とは、連結領域を介して堅固に連結することができ、連結デバイスは、回転可能とされたベースを備えることができ、好ましくは、このベースは、ボールジョイントとして構成される。
【００３３】
好ましくは、少なくとも２つの部分的対象物の表面を光学的に記録するための記録デバイスとして、フラットベッドスキャナまたはレーザースキャナが使用される。
【００３４】
画像化の対象をなす複数の部分的対象物からなる対象物は、歯科医療用途のための物体とすることができ、参照状態として、上顎と下顎との相対関係が記録される。
【００３５】
本発明による装置は、顎モデルおよび／または歯モデルおよび／または顎の陰型および／または歯の陰型および／または噛み合わせ確認物および／または噛み合わせに関連した確認物および／または顎に関連した確認物および／または歯の準備物に関連したような、記録および／または再現および／または文書化および／または復元および／または解析のために使用することが特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下においては、本発明について、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての好ましい実施形態を使用して、より詳細に説明する。
【００３７】
走査手順の実施に際しては、歯モデル３を、図１に概略的に示すようにして、フラットベッドスキャナ２のホルダガラス１上に配置する。そして、歯モデル３の表面を、ＣＣＤラインセンサ５（図１ａ）からなる光学系４の上方において、ホルダガラス１と一緒に、移動状態でデジタル的に記録する。図１ｂにおいては、走査手順をより明瞭に図示することを目的として、図１ａに対して９０°だけ回転した視点から、フラットベッドスキャナ２の走査方向を、矢印によって図示している。
【００３８】
フラットベッドスキャナ２を使用して一行ずつにわたって実施されるような、歯モデル３の表面に関するそのようなデジタル的記録の原理は、当業者には十分に公知である。よって、これ以上の説明は不要であろう。このようなデジタル的記録においては、歯モデル３に関する第１の全体的画像データセット６が、デジタル形式でもって、データメモリ７内に格納される。
【００３９】
他の走査手順においては、図２ａに示すように、歯モデル３を、図１ａの場合に対して横方向にオフセットした状態でもって、ホルダガラス１上に配置する。そして、他の全体的画像データセット８を採取し、そして、データメモリ７内へと、あるいは、他の適切なメモリ領域内へと、格納する。これにより、全体的画像データセット６と、他の全体的画像データセット８とを、一緒に利用することができ、これにより、さらなるデータ処理を行うことができる。この走査手順における走査装置は、図２ｂに示されている。図２ｂにおいては、図２ａに対して９０°だけ回転した視点から、走査方向を、矢印によって図示している。
【００４０】
全体的画像データセット６，８が、歯モデル３に関しての、走査方向に関して横方向にオフセットされた互いに異なる対象物位置に関するものであることにより、対象物のうちの、構造的に識別し得る各領域が、全体的画像データセット６，８においては、互いに異なって記録される。これにより、構造的に識別し得る一領域に関連する差分データを、データどうしの偏差のタイプに基づいて、デジタルデータの比較のために利用することができる。差分データにより、目的とするデータ処理の最終結果において、空間的データを得ることができる。
【００４１】
この原理の実施に際し、全体的画像データセット６または８のうちの一方からの第１画像部分１０の選択を、選択回路９を使用して行う。選択回路９は、図３に示すように、本発明による装置の一部を構成するものである。次なる画像モジュール１１においては、全体的画像データセット８または６のうちの、走査実行時にフラットベッドスキャナ２上において歯モデル３の位置を変えた場合に関連している方の他のデータセットから、さらなる画像部分１２を、決定する。２つの画像部分１０，１２内に存在するデジタルパターン１３，１４は、参照要素１５内において、画像部分のサイズおよび／または解像度の点で、変更を受ける。その結果、識別し得る画素クラスタという態様でもって互いに相違している特徴的デジタルデータが、対象をなす画像部分１０，１２の各々内に含まれている。
【００４２】
相異なる画像部分１０，１２内に存在する様々な画素クラスタに関して、それらの一致度合いをチェックすることえお可能とし得るよう、マッチングユニット１６が設けられている。マッチングユニット１６は、反復アルゴリズム１７を備えている。反復アルゴリズム１７は、反復の最終結果においては、記録された画像部分１０，１２の各々内において特徴的なデジタルパターン１３，１４を明瞭に決定することができる。
【００４３】
さらに、構造記録ユニット１８が、マッチングユニット１６内において実行することができる。構造記録ユニット１８は、デジタルパターンの構造変化勾配を記録するように機能する。これにより、識別し得る画素クラスタの選択を容易なものとすることができる。
【００４４】
画像処理ユニット１９内における全体的画像データセット６，８の処理は、図４に示すようにして、実施される。全体的画像データセット６，８は、それぞれの場合において歯モデル３とフラットベッドスキャナ２との間の相対位置が互いに異なっていることのために、データ取得範囲（coverage）が同じではない。そのため、全体的画像データセット６，８から画素クラスタとして抽出したデジタルパターン１３，１４どうしも、また、互いに一致しておらず、互いに歪められておりかつ平面内において並進移動的にオフセットされているように見える。デジタルパターン１３，１４に関して、歪みのタイプを決定するために、および、並進移動的オフセットのサイズを決定するために、画素クラスタどうしが比較される。好ましくは、行ごとに、および、列ごとに、画素クラスタどうしが比較される。デジタルパターン１３，１４の不十分な非一様性のために、そのような比較によって信頼性ある差分データが得られない場合には、画像部分１０，１２のサイズおよび／または解像度を変更することができ、これにより、必要に応じて、精度を向上させることができる。マッチングユニット１６内において、並進移動的変換によって、また必要に応じて、回転移動的変換（Ｔ）およびその後のスケール変換（Ｓ）を併用することによって、デジタルパターン１３，１４どうしを、２つの画素クラスタの差が最小となるようにして、互いに重ね合わせることができる。この目的のために、ビットごとの差分を行うという方法を使用することが有利である。このようにして得られた差分データは、入力変数として、画像処理ユニット１９内へと入力される。このユニット内においては、各例について、ｚ座標は、画像部分１０，１２のためのものとされ、ｘｙ平面内に、個々の画素が割り当てられる。用途に適した補正因子および校正因子を考慮した上で、これに基づいて、画像処理ユニット１９内において、３次元データセットが形成される。
【００４５】
よって、フラットベッドスキャナ２上における歯モデル３の位置決めに関連するパラメータを使用する必要なく、画像処理ユニット１９によって、歯モデル３の空間的画像をイメージを形成することができる。
【００４６】
画像部分１０，１２に関する評価可能な差分データの必要条件として、歯モデル３に関して十分に識別された構造を保証するために、歯モデル３の表面は、例えば様々な強度での光投影によって生成し得る補足的構造といったような、補足的構造を有することができる。
【００４７】
さらに、歯モデル３の表面に対して接着性粒子を適用し得るという可能性がある。接着性粒子の適用は、実用的には、スプレー手法によって実施することができる。その場合、スプレー距離およびスプレー圧力は、好ましくは、接着性粒子の分布度合いに応じて、調節することができる。
【００４８】
また、歯モデル３の製造に際して、大いに構造化された出発物質を、あるいは、染料が付与された出発物質を、使用することができる。それら出発物質は、製造プロセスの最終結果においては、歯モデル３の表面の一体部分をなす。
【００４９】
さらに、モデルの表面上において作用してモデルの表面を変性させるようなレーザー放射を使用することができ、これにより、適切な表面構造を生成することができる。例えばフォトワニスコーティングといったような感光性コーティングを使用することにより、関連する現像プロセスの最終結果において、適切な結果を得ることができる。
【００５０】
全体的画像データセット６，８の形成のために必要であるような、対象物と走査装置との間の相対位置の変化は、対象物の直線的並進移動によって、引き起こすことができる。これに加えて、対象物キャリア上におけるある程度の回転移動を重畳することができる。また、走査手順に関して特に好適であるような対象物の位置決めに関し、表面構成という点において対象物キャリアを変更することは、本発明の範囲内である。これに代えてあるいはこれに加えて、また、図５に示すような位置決めデバイス２０を使用するという可能性がある。この位置決めデバイス２０は、顎モデル２１の位置決めのためのものである。これにより、好ましくは平面状の対象物キャリアの場合に、全体的画像データセットを少なくとも形成し得るような使用時の配向状態へと対象物を配向させることができる。
【００５１】
図６に示すように、対象物は、顎モデル２２，２３という態様とされた複数の部分的対象物から構成されている。これら部分的対象物は、機能的に決定された参照状態Ｒとして、配置される。顎モデル２２，２３の端部領域は、機能的に関連するものではなく、参照状態Ｒにおいては、軸体２４として構成された連結デバイスを介して、遊びを有しつつ回転し得るようにして互いに連結されている。好ましくはおよそ１８０°という角度でもって顎モデル２２を回転させることにより、図７に示すような、顎モデル２２，２３の表面構造の光学的記録に適した画像採取状態（あるいは、画像撮影状態）Ａが、得られる。対応する画像採取状態Ａは、また、図７における連結デバイスとは異なる連結デバイスを使用することによっても、実現することができる。そのような連結デバイスは、ボールジョイント２５として構成されるものであって、連結領域２６によって顎モデル２２，２３に対して連結されている（図８）。
【００５２】
顎モデル２２，２３に関して図示されているような（図７および図８）画像採取状態Ａにおいては、例示としての実施形態として上述したのと同様の操作手順が、実施される。ただしこの場合には、連結デバイス２４または２５が使用されている。
【００５３】
位置決めユニット２７においては、画像採取状態Ａにおいて採取されたデータであるとともに、デジタル化ユニット７のメモリ内に格納されたデータであり、さらに、顎モデル２２，２３の表面構造に関連したデータは、参照モジュール２８内に記録されているデータでありかつ参照状態Ｒから画像採取状態Ａまでにわたっての顎モデル２２の位置変化に関連しているデータに対して、組み合わされる。
【００５４】
これにより、顎モデル２２，２３の互いに対する参照状態Ｒは、顎モデル２２，２３の表面構造に関連するデータも含めた計算によって、再構成することができる。
【００５５】
本発明による装置においては、歯科医療に関する対象物を、また、機能的に互いに連結された複数の部分的対象物から形成し得るような対象物を、２次元的にまたは３次元的に、高精度でもってなおかつ再現性よく、デジタル的に記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】歯モデルに関するデータセットの２次元的光学的記録のための装置を示す図である。
【図２】走査装置に対して横方向にオフセットされた歯モデルに関する他のデータセットの記録に際し、図１の装置を示す図である。
【図３】本発明による装置を概略的に示すブロック図である。
【図４】特徴的デジタルパターンに基づいて相関画像部分どうしを選択する原理を示す図である。
【図５】顎モデルのための位置決めデバイスを有した走査装置における対象物キャリアを示す図である。
【図６】連結デバイスを介して互いに連結された２つの顎モデルを、参照状態で示す図である。
【図７】連結デバイスを介して互いに連結された２つの顎モデルを、画像採取状態で示す図である。
【図８】画像採取状態とされた２つの顎モデルを示す図であって、図５および図６の場合とは異なる連結デバイスが使用されている。
【符号の説明】
【００５７】
１  対象物キャリア
２  フラットベッドスキャナ
３  歯モデル
９  選択回路
１０  画像部分
１１  画像モジュール
１２  画像部分
１３  デジタルパターン
１４  デジタルパターン
１５  参照要素
１６  マッチングユニット
１７  反復アルゴリズム
１８  構造記録ユニット
１９  画像処理ユニット
２０  位置決めデバイス
２１  顎モデル
２２  部分的対象物
２３  部分的対象物
２４  連結デバイス
２５  連結デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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