(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の合焦３次元カラー画像を生成するシステムであって、
第１の波長を含む光と、前記第１の波長と異なる第２の波長を含む光と、を生成する多色光源と、
単色光を生成する単色光源と、
前記多色光源及び前記単色光源と光学的に結合された光学系であって、
前記多色光源の前記第１の波長を第１の波長の焦点距離で合焦させ、前記第１の波長の焦点距離を、複数の異なる第１の波長の焦点距離にわたってスキャンすることと、
前記多色光源の前記第２の波長を第２の波長の焦点距離で合焦させ、前記第２の波長の焦点距離を、複数の異なる第２の波長の焦点距離にわたってスキャンすることと、
前記単色光を単色の焦点距離で合焦させ、前記単色の焦点距離を、それぞれの場所における前記対象物から反射された前記単色光の分析に基づいて、複数の異なる単色の焦点距離にわたってスキャンすることと、を行うように動作可能な前記光学系と、
前記複数の第１の波長の焦点距離について、前記対象物から反射された前記第１の波長の光に対応する第１の波長の色画像データを収集し、前記複数の第２の波長の焦点距離について、前記対象物から反射された前記第２の波長の光に対応する第２の波長の色画像データを収集し、前記対象物に対して合焦された単色トポグラフィデータを収集するように構成された検出器と、
前記合焦カラー画像内の複数の異なる場所のそれぞれについて、
前記複数の第１の波長の焦点距離のうちの、前記第１の波長が前記対象物に対して前記それぞれの場所で合焦する、第１の波長の焦点距離を選択することと、
前記複数の第２の波長の焦点距離のうちの、前記第２の波長が前記対象物に対して前記それぞれの場所で合焦する、第２の波長の焦点距離を選択することと、
前記複数の単色の焦点距離のうちの、前記単色光が前記対象物に対して前記それぞれの場所で合焦する、単色の焦点距離を選択することと、
前記それぞれの場所に対して前記選択された第１の波長の焦点距離に対応する前記第１の波長の画像データと、前記それぞれの場所に対して前記選択された第２の波長の焦点距離に対応する前記第２の波長の画像データと、前記それぞれの場所に対する前記単色の焦点距離と、を組み合わせて、前記対象物の前記合焦３次元カラー画像の為の、前記それぞれの画像化場所の合焦３次元トポロジ及びカラー画像データを生成することと、を行うように構成された処理装置と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記光学系は、
前記第１の波長の焦点距離を前記複数の第１の波長の焦点距離にわたってスキャンすることと、
前記第２の波長の焦点距離を前記複数の第２の波長の焦点距離にわたってスキャンすることと、を行うように構成された可動光学的構成要素を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光源は、前記第１及び第２の波長と異なる第３の波長を含む光を生成し、
前記光学系は、前記第３の波長を第３の波長の焦点距離で合焦させ、前記第３の波長の焦点距離を、複数の異なる第３の波長の焦点距離にわたってスキャンするように動作可能であり、
前記検出器は、前記複数の第３の波長の焦点距離について、前記対象物から反射された前記第３の波長の光に対応する第３の波長の画像データを収集するように構成されており、
前記処理装置は、前記合焦カラー画像内の前記複数の異なる場所のそれぞれについて、
前記複数の第３の波長の焦点距離のうちの、前記第３の波長が前記対象物に対して前記それぞれの場所で合焦する、第３の波長の焦点距離を選択することと、
前記それぞれの場所に対して前記選択された第１の波長の焦点距離に対応する前記第１の波長の画像データと、前記それぞれの場所に対して前記選択された第２の波長の焦点距離に対応する前記第２の波長の画像データと、前記それぞれの場所に対して前記選択された第３の波長の焦点距離に対応する前記第３の波長の画像データと、を組み合わせて、前記対象物の前記合焦カラー画像の為の、前記それぞれの画像化場所の合焦色画像データを生成することと、を行うように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の波長の画像データ、前記第２の波長の画像データ、及び前記第３の波長の画像データのうちの少なくとも１つが、前記複数の前記それぞれの少なくとも１つの波長の焦点距離のそれぞれについて前記それぞれの波長の強度データを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の波長は赤の光の波長であり、
前記第２の波長は緑の光の波長であり、
前記第３の波長は青の光の波長である、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの波長の画像データの各々は、前記検出器内の複数の画素に対応する位置データを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記光源は白色光源を含み、前記検出器はカラー画像検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記選択された第１の波長の焦点距離、及び前記選択された第２の波長の焦点距離のうちの少なくとも一方が、前記合焦カラー画像内の前記複数の異なる場所に対して、少なくとも２つの異なる焦点距離を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記対象物の前記表面トポロジデータ及び前記合焦カラー画像は、共通基準フレームに並べられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
全体又は一部分が手持ち式装置に組み込まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記光源は、前記第１及び第２の波長を同時に含む光を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記選択された、前記対象物に対して合焦する個々の波長のそれぞれの焦点距離は、結果として錯乱円の直径を０．４ｍｍ以下にする、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記選択された、前記対象物に対して合焦する個々の波長のそれぞれの焦点距離は、結果として錯乱円の直径を０．２ｍｍ以下にする、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１及び第２の波長の焦点距離の選択は、（ａ）前記対象物から反射された光の強度、及び（ｂ）前記対象物から反射された前記第１及び第２の波長のうちの少なくとも一方の波長の画像化部分の空間周波数成分のうちの少なくとも一方に基づく、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
対象物の合焦３次元カラー画像を生成する、コンピュータで実施される方法であって、
前記対象物から反射された、複数の異なる焦点距離の多色光源の第１の波長の光に対応する検出器からの画像信号を、第１の波長の画像データが生成されるように処理するステップと、
前記対象物から反射された、複数の異なる焦点距離の多色光源の第２の波長の光に対応する前記検出器からの画像信号を、第２の波長の画像データが生成されるように処理するステップであって、前記第２の波長は、前記第１の波長と異なる、前記ステップと、
前記対象物から反射された、複数の異なる焦点距離の単色光源の光に対応する前記検出器からの画像信号を、前記対象物の表面トポロジデータが生成されるように処理するステップと、
前記合焦カラー画像内の複数の異なる場所のそれぞれについて、
前記複数の第１の波長の焦点距離のうちの、前記第１の波長が前記対象物に対して前記それぞれの場所で合焦する、第１の波長の焦点距離を選択し、
前記複数の第２の波長の焦点距離のうちの、前記第２の波長が前記対象物に対して前記それぞれの場所で合焦する、第２の波長の焦点距離を選択し、
前記複数の単色の焦点距離のうちの、前記単色光が前記対象物に対して前記それぞれの場所で合焦する、単色の焦点距離を、それぞれの場所における前記対象物から反射された前記単色光の分析に基づいて、選択し、
前記それぞれの場所に対して前記選択された第１の波長の焦点距離に対応する前記第１の波長の画像データと、前記それぞれの場所に対して前記選択された第２の波長の焦点距離に対応する前記第２の波長の画像データと、前記表面トポロジデータと、を組み合わせて、前記対象物の前記合焦３次元カラー画像の為の、前記それぞれの画像化場所の合焦３次元トポロジ及びカラー画像データを生成するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記対象物から反射された、第３の波長を含む光を前記対象物に照射する為に使用される複数の異なる焦点距離の前記第３の波長の光に対応する画像信号を、第３の波長の画像データが生成されるように処理するステップであって、前記第３の波長は、前記第１の波長及び前記第２の波長と異なる、前記ステップと、
前記合焦カラー画像内の前記複数の異なる場所のそれぞれについて、
前記複数の第３の波長の焦点距離のうちの、前記第３の波長が前記対象物に対して前記それぞれの場所で合焦する、第３の波長の焦点距離を選択し、
前記それぞれの場所に対して前記選択された第１の波長の焦点距離に対応する前記第１の波長の画像データと、前記それぞれの場所に対して前記選択された第２の波長の焦点距離に対応する前記第２の波長の画像データと、前記それぞれの場所に対して前記選択された第３の波長の焦点距離に対応する前記第３の波長の画像データと、を組み合わせて、前記対象物の前記合焦カラー画像の為の、前記それぞれの画像化場所の合焦色画像データを生成するステップと、
を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の波長の光は、約４６５ｎｍから約４８５ｎｍの波長を含み、前記第２の波長の光は、約５００ｎｍから約５２０ｎｍの波長を含み、前記第３の波長の光は、約６４０ｎｍから約６６０ｎｍの波長を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の波長の画像データ、前記第２の波長の画像データ、及び前記第３の波長の画像データのうちの少なくとも１つが、前記複数の前記それぞれの少なくとも１つの波長の焦点距離のそれぞれについて前記それぞれの波長の強度データを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記画像信号は、前記対象物の白色光照射によって発生する前記対象物からの反射に対する応答として生成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記対象物の前記表面トポロジデータ及び前記合焦カラー画像は、共通基準フレームに並べられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記選択された、前記対象物に対して合焦する個々の波長のそれぞれの焦点距離は、結果として錯乱円の直径を０．４ｍｍ以下にする、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記選択された、前記対象物に対して合焦する個々の波長のそれぞれの焦点距離は、結果として錯乱円の直径を０．２ｍｍ以下にする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２の波長の焦点距離の選択は、（ａ）前記対象物から反射された光の強度、及び（ｂ）前記対象物から反射された前記第１及び第２の波長のうちの少なくとも一方の波長の画像化部分の空間周波数成分のうちの少なくとも一方に基づく、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
非過渡的コンピュータ可読命令を保存する有形媒体であって、前記命令は、１つ以上の処理装置を含む画像化システムによって実行された場合に、請求項１５から２３のいずれか一項に記載の方法を前記画像化システムに実施させる、前記有形媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー画像を生成する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の３次元（３Ｄ）トポグラフィは、様々な手法を用いて取得できる。対象物及び表面が多すぎるほどあっても、表面の３Ｄトポグラフィの情報があれば画像化できる。例えば、３Ｄトポグラフィデータは、歯の画像化及び再建での用途を含む多くの用途に使用可能である。ケースによっては、３Ｄ画像化手法を用いて、患者の口腔を画像化できる。更にコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）方法又はコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）方法を用いることにより、患者の歯の鋳造型を作ることを全く必要とせずに、代替歯の設計及び製造を行うことが可能である。画像化システムは、例えば、検出器と結合された光プローブと、所望の製品（例えば、物理的モデル及び／又は補綴物）の設計及び製造を可能にすることに好適な画像を生成する処理装置と、を含んでよい。
【０００３】
色情報を３次元対象物に関連付けることは簡単ではない。特に、位置情報が３次元スキャン法を用いて取得され、色情報が２次元スキャン法を用いて取得される場合には簡単ではない。３次元の表面モデルに対して２次元の色情報のコンフォーマルマッピングを行うことは困難な課題であり、色が３次元点に対してずれることがよく起こる。例えば、検出器からの色情報を３次元表面モデル上の正しい点と正確に関連付けることが困難である可能性があり、とりわけ、３次元トポロジデータの取得と２次元画像データの取得との間に対象物と装置とが相対的に動く場合には困難である可能性がある。
【０００４】
従って、患者の歯列などの対象物のカラー画像、例えば、合焦カラー画像を生成する、改良された方法及びシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術の課題を解決するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
対象物のカラー画像を生成するシステム、方法、及び装置が提供される。例えば、多くの実施形態では、これらのシステム、方法、及び装置は、対象物（例えば、患者の歯列）の合焦２次元（２Ｄ）カラー画像を、対象物の３次元（３Ｄ）トポグラフィデータと組み合わせて生成する。本明細書に開示の多焦点カラー画像生成は、単焦点カラー画像生成に対して強化された色取得を実現する。更に、本明細書に開示のシステム、方法、及び装置を使用することにより、合焦カラー画像と、これに対応する３Ｄトポグラフィデータとを同時に取得することが可能である。
【０００７】
態様によっては、対象物の合焦カラー画像を生成する方法が提供される。この方法は、対象物を光源で照らすことを含んでよく、光源からの第１の波長の光と第２の波長の光が、第１の焦点面と第２の焦点面で合焦する。検出器を使用して、第１の時点で、照らされた対象物の第１の画像データを収集してよい。第１の画像データは、第１の焦点面において対象物から反射された第１の波長の光に対応してよい。同じか別の検出器を使用して、第２の時点で、照らされた対象物の第２の画像データを収集してもよい。第２の画像データは、第２の焦点面において対象物から反射された第２の波長の光に対応してよい。その後、第１及び第２の画像データを組み合わせて、対象物の合焦カラー画像を生成することが可能である。関連する方法、システム、及び装置も提供される。
【０００８】
本明細書、特許請求の範囲、及び添付図面を精査することにより、本発明の他の目的及び特徴も明らかになるであろう。
【０００９】
文献の引用
本明細書で言及されるすべての発行物、特許、および特許出願は、個々の発行物、特許、または特許出願のそれぞれが、参照によって組み込まれるものとして具体的かつ個別に示されているのと同程度に、参照によって本明細書に組み込まれている。
【００１０】
本発明の原理が利用される例示的実施形態を説明する以下の詳細説明と、以下の添付図面とを参照することにより、本発明の特徴及び利点がよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による、カラー画像及び３Ｄトポグラフィ画像を生成するシステムの一例を示す図である。
【図２】一実施形態による、３Ｄデータ及び／又は色画像データを収集する装置の一例を示す図である。
【図３】一実施形態による、色検出器による色認識の為のパターンの一例を示す図である。
【図４Ａ】一実施形態による、対象物の合焦カラー画像を生成する方法の一例を示す図である。
【図４Ｂ】一実施形態による、対象物の各場所が特定の焦点距離に対して、いかにして焦点から外れうるかを示す図である。
【図４Ｃ】一実施形態による、焦点距離のスキャンが行われている間に使用される焦点距離の範囲を示す図である。
【図４Ｄ】一実施形態による、焦点距離のスキャンが行われている間に色収差に起因して発生しうる、複数の時点での焦点距離の差を示す図である。
【図５】乃至
【図８】多くの実施形態による、対象物の３Ｄデータ及び／又は色画像データをスキャンして生成する手法の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
対象物のカラー画像を生成するシステム、方法、及び装置が提供される。例えば、多くの実施形態では、これらのシステム、方法、及び／又は装置は、患者の歯列の合焦２次元（２Ｄ）カラー画像を、患者の歯列の３次元（３Ｄ）トポグラフィデータと組み合わせて生成する。
【００１３】
本方法及びシステムは、多くの特徴のうちでも特に、対象物を表現する色データ及び３Ｄトポグラフィデータの高速且つ容易な取得を提供する。例えば、本方法及びシステムを用いて、合焦していて対象物を正確に表現している２Ｄカラー画像を収集できる。更に、対象物の表面の３Ｄトポグラフィデータを、リアルタイムで、且つ、２Ｄ色画像データと組み合わせて生成することが可能である。一態様では、３Ｄトポグラフィデータと２Ｄ色画像データとを、処理してから組み合わせて、ユーザ可視化の為にディスプレイに出力することが可能である。本明細書に記載の方法及びシステムに少なくとも部分的に基づいて、対象物に対応する３Ｄ画像データを重ね合わせることが可能な、対象物の合焦カラー画像（例えば、ＲＧＢ画像）を生成する新規の方法及び改良された方法が提供される。カラー画像化と３Ｄデータ取得が同じ時間帯に実施されない既存のアプローチでは、カラー画像を別個に取得し、３Ｄトポグラフィスキャンを別個に実施することに必要な合計時間が、操作者の利便性及び／又は患者が不快でないことに関して望ましい時間長より長くなる可能性がある。更に、手持ち式イメージングスキャナを使用する場合は、起こりうるスキャナの有害な動きを回避する為に、カラー画像の取得と３Ｄトポグラフィスキャンとを同時に近いタイミングで実施することが好ましい。そのような既存のアプローチとは異なり、本明細書に開示の方法及びシステムを用いると、カラー画像の取得と３Ｄトポグラフィスキャンとを同じ時間帯に実施することが可能になり、これによって、必要な合計時間の短縮が可能になり、合計時間の短縮の結果として、且つ、対象物の各部分の色画像データ及び３Ｄトポグラフィデータをほぼ同時に取得できることの結果として、スキャナの有害な動きの回避を支援することが可能になる。
【００１４】
任意の好適なタイプの対象物の画像化が可能である。一実施形態では、このスキャン方法及びシステムを用いて、患者の歯を表現する画像を生成することが可能である。例えば、患者の歯の一部又は全てをスキャンして、ユーザに対する表示に備えることが可能である。３Ｄトポグラフィデータを使用して、例えば、患者の歯の３Ｄ仮想モデルの表示や編集を行うことが可能であり、これによって、例えば、歯科医の歯科治療を支援することが可能である。ケースによっては、例えば、３Ｄ仮想モデルを使用することにより、特定の患者の咬合に適合するように成形される歯科補綴物（例えば、クラウンやブリッジ）をどのように製造するかを規定する為に、その患者の歯の空間関係を画定することが可能である。３Ｄ仮想モデルを表示することに加えて、本明細書に記載の方法及びシステムは、患者の歯の色情報の表示が可能である。例えば、歯茎と歯は、色で容易に見分けることができ、その色情報を３Ｄトポグラフィデータと組み合わせて合焦カラー画像を生成することも可能であり、そのカラー画像を３Ｄトポグラフィデータと組み合わせてカラー３Ｄ仮想モデルを生成することが可能である。本システム及び方法で生成されるデータは、後で送信又は出力する為に共有及び保存されてもよく、例えば、送信又は出力は、仮想的に設計された歯科補綴物の物理的モデル及び／又は物理的レプリカを作る為に使用されてよい製造装置に対して行われる。
【００１５】
一態様では、対象物の合焦カラー画像を生成するシステムが提供される。本システムは、多色光源を含んでよく、多色光源は、例えば、カラー画像を生成する為の光を発生させる為に使用されてよい。多色光を対象物の表面に反射させて画像化することにより、カラー画像を生成することが可能である。カラー画像の生成を容易にする為に、本システムは、多色光を第１の焦点面及び第２の焦点面で合焦させるように光源と光学的に結合された光学系を含んでよく、第１の焦点面は１つの色（例えば、赤）を含み、第２の焦点面は別の色（例えば、緑）を含む。実施形態によっては、第３の色（例えば、青）を第３の焦点面で合焦させてよい。対象物の表面全体にわたって、各色の光のそれぞれの焦点面をスキャンすることが可能であり、対象物の表面を表現する色画像データの収集が可能であるように、各色の光を反射させることが可能である。態様によっては、本システムは、スキャン処置中の異なる複数の時点で色画像データを収集するように構成された検出器を含んでよい。例えば、多色光源の１つの色（例えば、赤）に対応する画像データを、第１の時点で収集してよい。別の色（例えば、緑）に対応する画像データを、第２の時点で収集してよい。赤色と緑色に対応する焦点のＺ位置が異なることに一部起因して、赤の色画像データが合焦しない間に緑の色画像データが合焦する可能性がある。スキャン処置中に焦点面のスキャンが行われる為、赤の画像データが合焦して緑の画像データが合焦しないように赤の焦点を動かすことが可能である。その後、合焦した赤と緑の画像の収集された画像データを処理する。この処理は、色画像データを組み合わせて、対象物の合焦カラー画像を生成するように構成された処理装置によって行われる。
【００１６】
実施形態によっては、合焦カラー画像の生成は、例えば、多色光の各色の色データの合焦画像データを、各色が別々に合焦する、それぞれ異なる時点で収集することによって行われる。色ごとに焦点面が異なる可能性があるとすれば、１つの色が合焦していて別の色が合焦していないことが起こりうる。これは、対象物が１つの色の焦点面の近傍にあるときは他の色の焦点面の近傍にない為である。対象物に対する、各色の光の相対的な位置（例えば、色ごとの焦点面）に応じて、対象物から、１つの色（例えば、赤）の合焦画像データを生成して収集することが可能である。その１つの色の収集時点では、別の色（例えば、青）が合焦色データを生成することができない。その代わりに、その別の色（例えば、青）の合焦画像データを、対象物のスキャンにおける別の時点で収集することが可能であり、そのとき、その別の色は合焦していて、その１つの色（例えば、赤）は合焦していない。その後、各時点での合焦色画像データを組み合わせて、赤及び青の合焦画像を生成することが可能である。他の色の組み合わせを使用して、例えば、対象物の実ＲＧＢ画像を生成することも可能である。
【００１７】
本明細書に記載のように合焦カラー画像を生成するには、様々な画像化システムを使用することが可能である。使用可能な一画像化システムは、各色をそれぞれ別々の焦点面において生成する。各色に関連付けられた別々の焦点面を、対象物の表面の全体にわたってスキャンすることにより、表面からの反射を生成することが可能である。検出器を使用して色付き反射を収集及び画像化することが可能であり、その後の処理で合焦画像を生成することが可能である。この処理は、各色情報をそれぞれ別々の時点で選択することを含んでよく、この場合、例えば、ある１つの色がある１つの時点で合焦し、別の色は別の時点で合焦する。その１つの色の合焦画像データと、その別の色の合焦画像データとを組み合わせることにより、両方の色の色データを含む合焦画像を生成することが可能である。同様に、これは複数の色構成にも当てはまりうる。例えば、赤、緑、及び青の各画像の合焦画像データを組み合わせて合焦ＲＧＢ画像を形成することが可能である。
【００１８】
別の態様では、患者の歯の画像を生成するシステムが提供される。本システムは、２次元の画素アレイを含む色検出器を含み、画素アレイは、（ａ）画素アレイ内に分散する複数の第１の画素と、（ｂ）画素アレイ内に分散する複数の第２の画素と、（ｃ）画素アレイ内に分散する複数の第３の画素と、を含む。第１の画素のそれぞれは、患者の歯から反射された第１の波長の光を検出するように構成されている。第２の画素のそれぞれは、患者の歯から反射された、第１の波長と異なる第２の波長の光を検出するように構成されている。第３の画素のそれぞれは、患者の歯から反射された、第１及び第２の波長と異なる第３の波長の光を検出するように構成されている。本システムは更に、第１の画素、第２の画素、及び第３の画素と作用的に結合された処理装置を含む。
【００１９】
第１、第２、及び第３の波長の光は、異なる波長の任意の好適な組み合わせであってよい。例えば、第１の波長は赤の光に相当してよく、第２の波長は緑の光に相当してよく、第３の波長は青の光に相当してよい。
【００２０】
患者の歯の画像を生成する為の、本システムの多くの実施形態では、画素アレイは、第１の画素、第２の画素、及び第３の画素の繰り返しパターンを含む。例えば、繰り返しパターンは、２つの第１の画素と、１つの第２の画素と、１つの第３の画素とが、２×２アレイとして配列されたもので構成されてよい。
【００２１】
患者の歯の画像を生成する為の、本システムの多くの実施形態では、処理装置は、第１の画素、第２の画素、及び第３の画素から受信した信号を処理して、（ａ）第１の時点で第１の画像データを生成し、（ｂ）第１の時点と異なる第２の時点で第２の画像データを生成し、（ｃ）第１及び第２の時点と異なる第３の時点で第３の画像データを生成するように構成される。第１の画像データは、第１の画素からの信号に対する応答として生成される。第２の画像データは、第２の画素からの信号に対する応答として生成される。第３の画像データは、第３の画素からの信号に対する応答として生成される。処理装置は、第１の画像データ、第２の画像データ、及び第３の画像データを組み合わせて、患者の歯の合焦カラー画像を生成するように構成される。処理装置は又、第１の画素、第２の画素、及び第３の画素からの信号を処理して、患者の歯の表面トポロジデータを生成するように構成されてもよい。
【００２２】
図１を参照すると、スキャンシステム１００がコンピュータシステム１０２を含んでよく、コンピュータシステム１０２はコンピュータ１０４及びディスプレイ１０６を有する。システム１００は、対象物（例えば、患者の歯列）をスキャンする為に使用されてよいスキャナ１０８も含んでよい。スキャンは、例えば、対象物の３次元（３Ｄ）デジタルモデルを生成する為に行われてよい。コンピュータシステム１００は、患者と、コード化パターンを有する器具と、のスキャン画像を処理するように構成されたマイクロプロセッサ、メモリ、又は他の任意の好適なハードウェアを含んでよい。コンピュータシステム１００は又、キーボード、マウス、及び／又はタブレットなどの入力モジュールも含んでよい。ディスプレイ１０６（又は出力装置）はスクリーン又はモニタを含んでよいが、プリンタ、又は他の任意のディスプレイシステムも含んでよい。本システムのディスプレイは、例えば、対象物の生成された３Ｄデジタルモデルを表示する為に使用されてよい。
【００２３】
様々なスキャナを使用して、例えば、患者の歯などの対象物のスキャン画像を取得することが可能である。スキャナ１０８は、例えば、構造物の表面トポロジを取得するように構成されてよく、例えば、歯構造物の歯表面、及び／又は他の、患者の顔面及び頭部の組織表面のトポロジを取得するように構成されてよい。一実施形態では、スキャナ１０８は、患者の歯の少なくとも一部分の３Ｄデジタルモデルの為のスキャン画像データを取得する為に使用されてよい。スキャナ１０８は又、図１に示されるように、コンピュータシステム１０２と作用的に接続される。コンピュータシステム１０２は、与えられた表面データから、スキャンされた表面を再構築することによって、スキャナでスキャンされた構造物に対応するデジタルモデルを与えるようにプログラムされてよい。スキャナ１０８は、例えば、任意の好適な非接触式スキャナ、例えば、光学式スキャナであってもよい。
【００２４】
実施形態によっては、スキャン画像データと一緒に口腔内の色画像データを取得することにより、構造物の表面を表現する３Ｄデジタルデータを含むデジタルモデル、並びにスキャンされた構造物（例えば、歯の表面など）の色情報が得られる。
【００２５】
スキャンシステムを使用して、口腔内の全体又は一部分のカラー画像及び／又は３Ｄデジタルモデルを生成することも可能である。実施形態によっては、本システムは、患者の上部弓及び／又は下部弓をスキャンして、そのカラー画像及び／又は３Ｄデジタルモデルを生成するように構成されてもよい。実施形態によっては、本システムは、咬合時の上部弓及び下部弓を一緒にスキャンして、そのカラー画像及び／又は３Ｄデジタルモデルを生成するように構成されてよい。本明細書で詳述するように、カラー画像及び／又は３Ｄデジタルモデルは、本明細書に記載の方法の幾つかの態様において使用されてよい。例えば、カラー画像及び／又は３Ｄデジタルモデルは、アライメント治療に使用されてよく、且つ／又は、咬合器内にマウントされる際に患者の歯の実際の位置を正確に表現する物理的モデルを生成する為に使用されてよい。カラー画像及び／又は３Ｄデジタルモデルは、様々な歯構造物を表現するトポグラフィデータ及び／又は色データを含んでよく、例えば、１つ以上の歯、下顎弓又は上顎弓、或いは両方の顎弓の一部分又は全体、及び／又は、咬合時の上部弓と下部弓との間の詳細な空間関係、並びに周囲組織（歯茎など）及び他の歯科補綴物（例えば、クラウン）の詳細などを表現するトポグラフィデータ及び／又は色データを含んでよい。
【００２６】
３Ｄデジタルモデルは、様々な好適な方法で取得可能である。一実施形態では、３Ｄデジタルモデルは、患者の歯をスキャンする任意の好適な機器を使用して患者の口腔内をスキャンすることにより、取得可能である。そのようなスキャン機器は、任意の好適な光学式スキャナであってよく、例えば、システム１００のスキャナ１０８、又はシステム１００の一部ではない同様のスキャナ、又は別のタイプのスキャナであってよい。代替実施形態では、３Ｄデジタルモデルは、特定の患者の歯の物理的モデルから取得可能である。例えば、物理的モデルの表面をスキャンするか、そのモデルをスキャンする基になった型の表面をスキャンすることにより、デジタルモデルが取得可能である。実施形態によっては、患者の下部弓、上部弓、及び咬合時の両弓の物理的モデルからスキャン結果を取得することが可能である。次に、患者の歯の少なくとも一部分のコード化パターンをスキャンすることとともに、物理的モデルが修正されてよく、例えば、モデルが咬合器にマウントされる際に（例えば、咬合器における正確なマウントに備えて、モデルの各穴が所定の形状、サイズ、及び／又は方向を有することが可能である場合に）、患者の咬合の正確な表現を与えるアライメント構造物により修正されてよい。実施形態によっては、３Ｄデジタイズデータを取得する為に、複合ポジティブ−ネガティブモデルを製造して処理することが可能である。或いは、３Ｄデジタイズデータは、他の任意の好適な方法で取得されてよく、そのような方法として、光学式方法、直接接触する方法、又は他の任意の手段に基づき、患者の歯列又はその物理的モデルに直接適用される他の好適な口腔内スキャン手法が含まれる。患者、又は口腔内のポジティブ及び／又はネガティブ物理的モデルに対して、Ｘ線式、ＣＴ式、ＭＲＩ式、又は他の任意のタイプのスキャンを行うことも同様に可能である。３Ｄデジタルモデルは他の方法でも取得可能であり、例えば、別の開業医又はスキャン設備の電子記録から取得可能である。
【００２７】
様々なスキャン型共焦点機器を、例えば、本明細書において詳述される、合焦カラー画像の生成方法ともに使用したり、これと組み合わせたりすることが可能である。例示的なスキャン機器が、例えば、米国特許公開第ＵＳ２０１２／００９２６７８号及び国際公開第ＷＯ  ００／０８４１５号に記載されており、これらはいずれも参照によって本明細書に組み込まれている。図２を参照すると、対象物の３Ｄトポグラフィ及びカラー画像を生成することに使用可能な画像化装置２００が示されている。図示されるように、光源２０２が生成する光ビームが共焦点系２０４を通って照射されてよく、共焦点系２０４は、その光ビームを複数の光ビームに分割するように構成され、これらの光ビームは、例えば、画像化装置を通り抜けるように方向づけられて、対象物、例えば、患者の歯の表面に照射されてよい。図示されるように、これらの光ビームは、分割光学系２０６と光学的に結合されてよく、分割光学系２０６は、例えば、照射光ビームを通過させ、対象物の表面から反射された光ビームの方向を変えるように構成された、ビームスプリッタなどの光学系であってよい。実施形態によっては、分割光学系２０６はダイクロイックミラーであってよい。図２の画像化装置における各矢印は、この概念についての更なる参照を与える。画像化装置２００は更に、他の光学的構成要素を含んでよく、例えば、装置内の光を方向づける為に使用されてよいレンズ及び／又はミラーを含んでよい。例えば、レンズ２１０は、画像化装置内に配置された静的レンズであってよく、例えば、反射光ビームを検出器２０８の表面で合焦させることを可能にするように配置された静的レンズであってよい。他の光学的構成要素も装置内で使用されてよい。例えば、間隔を置いた複数の焦点面を通して対象物をスキャンできるように、動的レンズ２１２を装置内に配置してよい。限定ではなく、あくまで説明を目的として、スキャンの相対寸法は、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸に沿うものであってよい。Ｘ−Ｙ平面は、装置及び／又は対象物に対する基準とされることが可能な任意の基準面であってよい。動的レンズ２１２は、画像化装置からの光の焦点面を、例えば、対象物の表面に対して変更する為に使用されてよい。図２において両方向矢印で示されるように、動的レンズは、画像化装置２００内で前後に動くことが可能であり（短い両方向矢印）、これによって、装置２００によって照射される光を、装置によって生成される光の焦点面の近傍において、長い両方向矢印で示されるようにスキャンすることが可能になる。当業者であれば、本明細書に開示のように画像化装置を使用して光をスキャンする様々な方法を理解されるであろう。例えば、動的レンズを装置内で動かす為に、レンズをモータなどの機械と結合してよい。液体レンズが使用されてもよく、この液体レンズは、形状が制御可能に変更可能であることによって、液体レンズの焦点距離を制御可能に変更することが可能である。
【００２８】
実施形態によっては、画像化装置２００は、本明細書において詳述されるように、対象物のスキャンに使用されるプローブ２１４を含んでよい。プローブは、手持ち式プローブであってよい。態様によっては、プローブは、例えば図２に示されるように、画像化装置２００の他の構成要素とともに完全に一体化されてよい。又、実施形態によっては、プローブ２１４は、画像化装置２００内の他の構成要素の幾つか又は全てから切り離されていてよい。例えば、プローブ２１４は、（例えば、光源２０２、レンズ２１０及び２１２、並びに検出器２０８を含む）固定された装置と光学的に結合された手持ち式装置であってよい。実施形態によっては、検出器２０８は、他の光学的構成要素及び／又はプローブ２１４とは別個の装置としてハウジングに入れられてよい。検出器２０８は、カラー又は単色の画像センサであってよく、例えば、ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラであってよい。
【００２９】
多くの実施形態では、対象物を複数色の光でスキャンできるように、画像化装置に多色光源２１６が結合される。実質的に、任意の好適な複数の色又は波長が使用されてよい。多色光源は、少なくとも２つの波長を有する光ビーム（例えば、第１の波長と第２の波長の光）を生成する為に使用されてよい。任意の好適な波長の光が使用されてよい。線波長の光、例えば、レーザで生成される光が使用されてよく、或いは、広がりのある最大波長を有する、より広い範囲の波長の光、例えば、発光ダイオードで生成される光が使用されてもよい。多色光源は一般に、対象物の色をシミュレートする為に使用可能なカラー画像の収集及び生成を可能にしうる波長の光を出力することが可能である。例えば、画像化に使用される波長の光は、患者の白っぽい歯に対して患者の赤みがかった歯茎の色を表示する為に使用されてよい。
【００３０】
多色光源２１６は、画像化装置２００の他の部分と結合（例えば、光学的に結合）されてもよい。例えば、光源２０２及び共焦点系２０４を使用して生成された複数の光ビームの焦点面の近傍で、又はその焦点面と重なってＲ、Ｇ、及びＢの各焦点面を合焦させることを可能にする為に、白色光源（例えば、白色ＬＥＤ）を動的レンズ２１２と光学的に結合してよい。実施形態によっては、多色光源は、複数の異なる波長の光源（例えば、赤、緑、及び青のＬＥＤ）を含んでよく、これらは、動的レンズ２１０の周囲に環状構造として配列されてよい。実施形態によっては、多色光源は、複数のＬＥＤ（例えば、白色ＬＥＤ）を含んでよく、これらは、動的レンズ２１０の周囲に環状構成として配列されてよい。環における各ＬＥＤの位置は、放射光の方向が、対象物の表面を照射する共焦点光ビームと一致するように設計されてよい。更に、多色光源は、多色光を使用して対象物の表面を均一に照らすように、システムと更に一体化されてよい。
【００３１】
実施形態によっては、画像化装置２００の光学系、及び多色光源２１６の結合は、異なる色の光に対して別々の焦点面を生成するように構成されてよい。例えば、各焦点面は、対象物の表面のスキャンに使用可能な赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の光に対応してよい。図２に示されるように、赤の光、緑の光、及び青の光に対する各焦点面は、軸に沿って別々の位置にあってよい。例えば、赤の光を有するＸ−Ｙ平面がＺ軸の１つの位置にあってよく、緑の光を有するＸ−Ｙ平面がＺ軸の別の位置にあってよく、青の光を有するＸ−Ｙ平面がＺ軸の別の位置にあってよい。
【００３２】
異なる焦点面における異なる色の相対的な位置は、様々な要因に依存する可能性があり、そのような要因として、光の色、光学的構成要素の屈折率、及び／又は、異なる焦点面において異なる色を合焦させることが可能な色収差を増幅する光学系の使用がある。態様によっては、光の色（又は波長）によって異なる焦点面を、様々な手法で生成することが可能である。一実施形態では、レンズ又は他の光学系からの色収差を用いて、光の波長が異なる様々な焦点面を生成することが可能である。一代替実施形態では、波長ごとに光学的構成要素を与えて、それらの光学的構成要素を、色ごとに異なる焦点面を生成するように並べることが可能である。図２は、Ｒ、Ｇ、及びＢの各焦点がＸ−Ｙ平面において分離される様子を表わしている。しかしながら、それぞれ異なるＲ、Ｇ、及びＢの各焦点を、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ次元に沿って並べることが可能である。又、当業者であれば概ね理解されるように、Ｒ、Ｇ、及びＢの各焦点が、画像化装置２００によって生成される赤、緑、及び青の各光の面を表すことが可能である。これらの異なる色の光の面は、対象物の表面全体にわたってスキャンされてよく、反射して画像化装置２００内に戻って、検出器２０８によって画像化されてよい。
【００３３】
上述のように、本システムは、色画像データ及び３Ｄトポグラフィデータの両方を別々に、又は一緒に生成する構成要素を含んでよい。これらのデータの収集は、様々な方法により実施されてよい。例えば、システム内の同一又は別々の検出器を使用して、２Ｄ及び／又は３Ｄの画像データを収集することが可能である。図２に示されるように、同一検出器２０８を使用して、多色光源２１６からの反射光と、光源２０２からの単色光とを収集することが可能である。上述されたように、光源２０２からの光ビームを複数の光ビームに分割することが可能であり、分割した光ビームを、画像化装置２００を通して光学的に転送することが可能である。実施形態によっては、光ビームを光ビームのアレイに分割することが可能であり、この光ビームのアレイを、光ビームのアレイに対応する焦点のアレイを含む焦点面において合焦させることが可能である。このアレイは、例えば、対象物の共焦点スキャンを行う為、並びに、対象物の表面を画像化して、対象物の表面を表す３Ｄトポグラフィデータを取得する為に使用可能である。実施形態によっては、光ビームが、多色光源によって生成された光と空間的に重なり合うように、光ビームのアレイを組み合わせることが可能である。
【００３４】
一実施形態では、色検出器を使用して、多色光源に関連付けられた色画像データと、光ビームの単色アレイに関連付けられた３Ｄトポグラフィデータの両方を収集することが可能である。例えば、色検出器（例えば、図２の検出器２０８）は、色データ及び３Ｄトポグラフィデータを収集する為の所望の画素パターンを有してよい。任意の好適な画素アレイパターンが使用されてよいが、好ましい一実施形態では、画素アレイパターンは、赤が過半数である画素配列を有し、例えば、図３に示されるとおりである。図３に示された配列は、対応する赤の波長が単色トポグラフィ取り込み波長として使用される場合に好ましい配列である。同様に、図３において青色画素と赤色画素の位置が入れ替わる、青が過半数の配列は、対応する青の波長が単色トポグラフィ取り込み波長として使用される場合に好ましい配列である。
【００３５】
図３は、共焦点アレイから光を収集することに特化して設計された、色検出器内の所定の画素のパターン例を示す。他のＲＧＢ画素が、例えば、画像化される対象物の表面から反射された白色光又は多色光を収集する為に使用される。図３に示されるように、画素パターンは、異なる色に対して感受性である各画素からなる複数の象限の繰り返しを有する。色センサの画素は、赤の画素が左上象限と右下象限にあるように組み立てられてよい。右上象限の画素は緑であってよく、左下象限の画素は青であってよい。これらの象限は、センサチップ全体にわたって繰り返されてよい。色データ及びトポグラフィデータをより簡単且つ迅速に収集することに備える為に、各共焦点ビームが、パターン化された画素アレイにおいて対応する各赤画素を照射するように配置されることが可能であるように、太枠で示された赤画素が共焦点ビームのアレイと結合されてよい。図示されるように、共焦点ビームのアレイは、本システムにおいて、各ビームがセンサパターンの互い違いの行（例えば、行１と行３）の１つおきの赤画素を照射するように構成されてよい。従って、３Ｄトポグラフィスキャンデータが取得された場合、画素パターンは、３Ｄトポグラフィスキャンデータを太枠の画素から収集し、面上の他の画素からは収集しない。しかしながら、太枠の画素だけでなく他の画素も、反射された多色光（例えば、白色光）から色画像データを収集する為に使用されてよい。当業者であれば概ね理解されるように、ＲＧＢ感受性画素は、対象物の表面のカラー画像を生成するように処理され、使用されてよい。同様に、表面の３Ｄトポグラフィデータは、例えば、表面の３Ｄ仮想モデルを生成する為に処理され、使用されてよい。特定のパターンであって位置が既知である画素を使用すれば、対象物の表面の色画像データ及び３Ｄトポグラフィデータを組み合わせ、互いに重ね合わせて、例えば、ユーザに対して表示することが可能である。
【００３６】
本明細書に記載の装置及びシステムに加えて、対象物の合焦カラー画像を生成する方法が提供される。例えば、図４Ａは、対象物の合焦カラー画像を生成する方法３００の各ステップを示す。方法３００は、ステップ３０２からステップ３１２、ステップ３２０、ステップ３２２、及びステップ３２６を含む。好ましい一実施形態では、方法３００は、任意選択のステップ３１４からステップ３１８、及び任意選択のステップ３２４を含む。又、好ましい一実施形態では、ステップ３２２からステップ３２６は、適切な複数の画像化場所に対して繰り返される。方法３００を実施する為に、任意の好適な画像化システム、例えば、本明細書に記載の任意の好適な画像化システムが使用されてよい。
【００３７】
ステップ３０２では、第１の波長の焦点距離で合焦する第１の波長の光が対象物に照射される。例えば、第１の波長を有する光を含む多色光を生成する多色光源を使用して対象物への照射を行うことが可能である。代替として、第１の波長を有する単色光を生成する単色光源を使用して対象物への照射を行うことも可能である。図２に示されたシステム２００の光学系のような好適な光学系を使用して、第１の波長を焦点距離で合焦させることが可能である。
【００３８】
ステップ３０４では、適切な複数の異なる焦点距離にわたって、第１の波長の焦点距離がスキャンされる。対象物の画像化部分が、使用される焦点距離の範囲に収まるように、使用される焦点距離の範囲が選択されてよい。使用される焦点距離の数は、結果として得られる合焦カラー画像における所望の焦点精度に基づいて選択されてよい。
【００３９】
ステップ３０６では、使用された複数の異なる第１の波長の焦点距離に対して、対象物から反射された第１の波長の光に対応する画像データが生成される。画像データの生成には、任意の好適な画像センサが使用されてよい。例えば、画像データを生成する為に、図３に示された検出器のようなカラー画像センサが使用されてよい。一実施形態では、対象物から反射されて赤画素に入射する第１の波長の光に対する応答として信号を生成する為に、４つの画素からなる各繰り返し象限における赤画素のうちの少なくとも一方が使用される。多くの実施形態では、画像データは、使用された複数の異なる第１の波長の焦点距離のそれぞれに対して取得される。しかしながら、画像データは、使用された第１の波長の焦点距離の任意の適切なセットに対して取得されてよい。例えば、画像内の場所に応じて、第１の波長の焦点距離の幾つかは、関連データの処理を減らす為に関連データの生成をスキップすることが可能であるように、対象物上の対応する場所に対して焦点から十分外れていてよい。多くの実施形態では、画像センサの各画素は、その画素に入射する反射光の強度を表す信号を生成する。多くの実施形態では、画像データは、検出器の各画素に入射する反射光の強度データを含む。
【００４０】
ステップ３０８では、第２の波長の焦点距離で合焦する第２の波長の光が対象物に照射される。例えば、第２の波長を有する光を含む多色光を生成する多色光源を使用して対象物への照射を行うことが可能である。代替として、第２の波長を有する単色光を生成する単色光源を使用して対象物への照射を行うことも可能である。図２に示されたシステム２００の光学系のような好適な光学系を使用して、第２の波長を焦点距離で合焦させることが可能である。
【００４１】
ステップ３１０では、適切な複数の異なる焦点距離にわたって、第２の波長の焦点距離がスキャンされる。対象物の画像化部分が、使用される焦点距離の範囲に収まるように、使用される焦点距離の範囲が選択されてよい。使用される焦点距離の数は、結果として得られる合焦カラー画像における所望の焦点精度に基づいて選択されてよい。
【００４２】
ステップ３１２では、使用された複数の異なる第２の波長の焦点距離に対して、対象物から反射された第２の波長の光に対応する画像データが生成される。画像データの生成には、任意の好適な画像センサが使用されてよい。例えば、画像データを生成する為に、図３に示された検出器のようなカラー画像センサが使用されてよい。一実施形態では、対象物から反射されて緑画素に入射する第２の波長の光に対する応答として信号を生成する為に、４つの画素からなる各繰り返し象限における緑画素が使用される。多くの実施形態では、画像データは、使用された複数の異なる第２の波長の焦点距離のそれぞれに対して取得される。しかしながら、画像データは、使用された第２の波長の焦点距離の任意の適切なセットに対して取得されてよい。例えば、画像内の場所に応じて、第２の波長の焦点距離の幾つかは、関連データの処理を減らす為に関連データの生成をスキップすることが可能であるように、対象物上の対応する場所に対して焦点から十分外れていてよい。多くの実施形態では、画像センサの各画素は、その画素に入射する反射光の強度を表す信号を生成する。多くの実施形態では、画像データは、検出器の各画素に入射する反射光の強度データを含む。
【００４３】
任意選択のステップ３１４では、第３の波長の焦点距離で合焦する第３の波長の光が対象物に照射される。例えば、第３の波長を有する光を含む多色光を生成する多色光源を使用して対象物への照射を行うことが可能である。代替として、第３の波長を有する単色光を生成する単色光源を使用して対象物への照射を行うことも可能である。図２に示されたシステム２００の光学系のような好適な光学系を使用して、第３の波長を焦点距離で合焦させることが可能である。
【００４４】
任意選択のステップ３１６では、適切な複数の異なる焦点距離にわたって、第３の波長の焦点距離がスキャンされる。対象物の画像化部分が、使用される焦点距離の範囲に収まるように、使用される焦点距離の範囲が選択されてよい。使用される焦点距離の数は、結果として得られる合焦カラー画像における所望の焦点精度に基づいて選択されてよい。
【００４５】
任意選択のステップ３１８では、使用された複数の異なる第３の波長の焦点距離に対して、対象物から反射された第３の波長の光に対応する画像データが生成される。画像データの生成には、任意の好適な画像センサが使用されてよい。例えば、画像データを生成する為に、図３に示された検出器のようなカラー画像センサが使用されてよい。一実施形態では、対象物から反射されて青画素に入射する第３の波長の光に対する応答として信号を生成する為に、４つの画素からなる各繰り返し象限における青画素が使用される。多くの実施形態では、画像データは、使用された複数の異なる第３の波長の焦点距離のそれぞれに対して取得される。しかしながら、画像データは、使用された第３の波長の焦点距離の任意の適切なセットに対して取得されてよい。例えば、画像内の場所に応じて、第３の波長の焦点距離の幾つかは、関連データの処理を減らす為に関連データの生成をスキップすることが可能であるように、対象物上の対応する場所に対して焦点から十分外れていてよい。多くの実施形態では、画像センサの各画素は、その画素に入射する反射光の強度を表す信号を生成する。多くの実施形態では、画像データは、検出器の各画素に入射する反射光の強度データを含む。
【００４６】
ステップ３２０では、複数の第１の波長の焦点距離のうちの、第１の波長が対象物に対して個々の場所で合焦する、第１の波長の焦点距離が選択される。多くの実施形態では、この選択は、個々の場所で対象物から反射された第１の波長の分析に基づく。例えば、検出器の画素によって生成される、画素に入射する第１の波長の強度を表す信号同士を比較することにより、どの第１の波長の焦点距離が最大強度をもたらし、これによって、対象物に対する、個々の場所での最良の合焦を表すかを判定することが可能である。ステップ３２２及びステップ３２４では、第２及び第３の波長の焦点距離に関して同様の選択が行われる。
【００４７】
ステップ３２６では、選択された焦点距離に対応する、利用される波長（例えば、第１、第２、及び第３の波長）の画像データを、個々の場所に対して組み合わせる。従って、組み合わされた画像化データは、利用された波長のそれぞれについての合焦データを使用して生成される。
【００４８】
ステップ３２２からステップ３２６は、他の画像化場所に対して繰り返される。従って、少なくとも、非自明且つ非平面の形状を有する対象物に関して、結果として得られる合焦カラー画像は、典型的には、利用される波長のそれぞれに対する位置依存性焦点距離を使用して生成され、これによって、単一又は非位置依存性焦点距離を使用して生成された画像に比べて画質が向上する。
【００４９】
方法３００は更に、追加のステップ及び／又は追加の詳細を含んでよい。例えば、多色光が使用される場合、又は複数の単色光源が使用される場合には、第１、第２、及び第３の波長を同時にスキャンすることが可能である。これは、カラー画像センサの各タイプの画素（例えば、赤、緑、及び青）がその画素に関連付けられた波長の光を検知する為である。別の代替では、単色センサを使用し、色がそれぞれ異なる一連の単色光源を使用し、各色について別々にスキャンを実施し、色ごとに単色センサを使用する。
【００５０】
更に、第１の波長の光は、約４６５ｎｍから約４８５ｎｍの波長を含んでよい。第２の波長の光は、約５００ｎｍから約５２０ｎｍの波長を含んでよい。第３の波長の光は、約６４０ｎｍから約６６０ｎｍの波長を含んでよい。第１の波長の画像データは、複数の第１の波長の焦点距離のそれぞれについての、又は、第１の波長の焦点距離の適切なサブセットについての、第１の波長の強度及び位置のデータを含んでよい。第２の波長の画像データは、複数の第２の波長の焦点距離のそれぞれについての、又は、第２の波長の焦点距離の適切なサブセットについての、第２の波長の強度及び位置のデータを含んでよい。第３の波長の画像データは、複数の第３の波長の焦点距離のそれぞれについての、又は、第３の波長の焦点距離の適切なサブセットについての、第３の波長の強度及び位置のデータを含んでよい。対象物に第１の波長、第２の波長、及び／又は第３の波長を照射する為に、白色光源が使用されてよい。
【００５１】
方法３００は又、スキャンシステムを使用して対象物の表面トポロジデータを収集するステップを含んでよい。例えば、スキャンシステムは、対象物に単色光を照射する為に使用される単色光源を含んでよい。単色光の焦点距離は、複数の異なる単色光の焦点距離にわたってスキャンされてよい。合焦カラー画像内の複数の異なる場所のそれぞれについて、複数の単色光の焦点距離のうちの、単色光が対象物に対してそれぞれの場所で合焦する、単色光の焦点距離が選択されてよく、この選択は、それぞれの場所で対象物から反射された単色光の分析に基づく。表面トポロジデータは、選択された単色光の焦点距離に基づいて生成されてよい。対象物の表面トポロジデータ及び合焦カラー画像は、共通基準フレームに並べられてよい。
【００５２】
対象物に対して合焦する個々の波長のそれぞれの焦点距離は、結果として錯乱円の直径が既存の方法の場合より小さくなるように選択されてよい。例えば、多くの実施形態では、対象物に対して合焦する個々の波長のそれぞれの焦点距離は、結果として錯乱円の直径が０．４ｍｍ以下になるように選択されてよい。一例示的実施形態では、錯乱円の直径を０．４ｍｍ以下にすることが、対象物の画像化される場所から３．２ｍｍ以内で個々の波長を合焦させることによって達成可能である。別の例として、より近接して合焦する実施形態では、対象物に対して合焦する個々の波長のそれぞれの焦点距離は、結果として錯乱円の直径が０．２ｍｍ以下になるように選択される。一例示的実施形態では、錯乱円の直径を０．２ｍｍ以下にすることが、対象物の画像化される場所から１．６ｍｍ以内で個々の波長を合焦させることによって達成可能である。
【００５３】
方法３００のような方法をはじめとする、本明細書に開示の方法は、適切に構成されたスキャン装置の中で実施可能である。例えば、多くの実施形態では、対象物の合焦カラー画像を生成する、コンピュータで実施される方法を実施するようにスキャン装置が構成される。この、コンピュータで実施される方法は、対象物から反射された、複数の異なる焦点距離の第１の波長の光に対応する画像信号を、第１の波長の画像データが生成されるように処理することを含む。対象物から反射された、複数の異なる焦点距離の第２の波長の光に対応する画像信号は、第２の波長の画像データが生成されるように処理される。第２の波長は、第１の波長と異なる。合焦カラー画像内の複数の異なる場所のそれぞれについて、本方法は、（ａ）複数の第１の波長の焦点距離のうちの、第１の波長が対象物に対してそれぞれの場所で合焦する、第１の波長の焦点距離を選択するステップであって、合焦カラー画像内の複数の異なる場所に対して選択された第１の波長の焦点距離は、少なくとも２つの異なる焦点距離を含む、上記ステップと、（ｂ）複数の第２の波長の焦点距離のうちの、第２の波長が対象物に対してそれぞれの場所で合焦する、第２の波長の焦点距離を選択するステップであって、合焦カラー画像内の複数の異なる場所に対して選択された第２の波長の焦点距離は、少なくとも２つの異なる焦点距離を含む、上記ステップと、（ｃ）それぞれの場所に対して選択された第１の波長の焦点距離に対応する第１の波長の画像データと、それぞれの場所に対して選択された第２の波長の焦点距離に対応する第２の波長の画像データと、を組み合わせて、対象物の合焦カラー画像の為の、それぞれの画像化場所の合焦色画像データを生成するステップと、を含む。
【００５４】
方法３００などの、本明細書に開示の方法は、適切なコンピュータプログラムを介して実施されてよい。例えば、多くの実施形態では、非過渡的コンピュータ可読命令を保存する為に有形媒体が使用され、これらの命令は、１つ以上の処理装置を含む画像化システムによって実行された場合に、本明細書に開示の任意の好適な方法を画像化システムに実施させる。
【００５５】
多くの実施形態によれば、図４Ｂから図４Ｄは、対象物の合焦カラー画像を生成する様子を示している。図４Ｂに示されるように、３次元対象物３５０が外面３５２を含み、外面３５２は、対象物３５０の画像を生成する為に使用されるスキャナ１０８から、ある範囲の距離だけ離れて配置されている。結果として、スキャナ１０８によって使用されるいかなる特定の焦点距離に対しても、外面３５２の少なくとも一部分が合焦しない。例えば、第１の焦点距離３５６が使用されるときは、外面上の第１の場所３５４が合焦するが、外面３５２上の第２及び第３の場所３５８、３６０が合焦しない。同様に、第２の焦点距離３６２が使用されるときは、第２の場所３５８が合焦するが、第１及び第３の場所３５４、３６０が合焦しない。第３の焦点距離３６４が使用されるときは、第３の場所３６０が合焦するが、第１及び第２の場所３５４、３５８が合焦しない。
【００５６】
多くの実施形態では、複数の焦点距離に対する画像データが、合焦カラー画像の生成で使用される為に取得される。使用される各波長（例えば、赤、緑、及び青）の焦点距離をスキャンすることにより、複数の焦点距離が取得される。図４Ｃは、複数の焦点距離３６６を示しており、その範囲を対象物３５０の外面３５２の上方及び下方まで延ばしている。画像データは複数の焦点距離を含む為、外面３５２上のそれぞれの場所に対応する、それぞれの画像化場所の焦点距離を、外面３５２上のそれぞれの場所が合焦するように選択してよい。合焦カラー画像の再構築に使用される各波長に対して対象物上のそれぞれの場所が合焦する焦点距離を選択する為には、任意の好適な方法が用いられてよい。例えば、複数の候補焦点距離に対する、対象物のそれぞれの場所から反射された光を分析することにより、候補焦点距離のうちのどれが、対象物のそれぞれの場所に対する光の最良の合焦に対応するかを判定することが可能である。多くの実施形態では、対象物のそれぞれの場所から反射された光を分析することにより、候補焦点距離のうちのどれが最大強度の反射光をもたらすかを識別する。或いは、合焦状態は、前記波長の画像化部分の高空間周波数成分から推論されることが可能である。より高い周波数成分が、より焦点に近いことを示す。それらの波長の１つ以上を分析することにより、対象物のそれぞれの場所までの距離を算出することが可能である。算出された距離を隣接スキャンフレームに使用することが可能であり、フレーム間の時間は、スキャン装置と画像化される対象物との間で有意な相対運動が起こらないよう十分に短い。
【００５７】
多くの実施形態では、対象物の各場所の合焦画像データは、対象物のその場所の合焦色データを組み合わせることにより生成される。その後、対象物の各場所の合焦画像データを組み合わせることにより、対象物の全体の合焦カラー画像を生成することが可能である。
【００５８】
図４Ｄは、色収差によって引き起こされる焦点距離の変動を示す。多色光源が使用される場合、光学系に色収差があると、結果として、所与の時点での第１、第２、及び第３の波長の焦点距離同士が異なる可能性がある。例えば、焦点距離のスキャンが行われている間の開始時点では、対応する開始青焦点距離３６８が、対応する開始緑焦点距離３７０の上方に位置する可能性があり、対応する開始緑焦点距離３７０は、対応する開始赤焦点距離３７２の上方に位置する可能性がある。同様に、焦点距離スキャンの間の後の時点では、対応する青焦点距離３７４が同様に、対応する緑焦点距離３７６の上方に位置し、対応する緑焦点距離３７６は、対応する赤焦点距離３７８の上方に位置する可能性がある。多くの実施形態では、使用される波長の焦点距離同士のそのような差は、結果としての合焦カラー画像を生成する為に、それぞれの画像化場所について、どの位置依存性画像データサブセットを組み合わせるかを決定するときに考慮される。
【００５９】
一態様では、画像化装置又はスキャナが対象物の近くに配置されてよい（例えば、患者の口の中の歯の近くに配置されてよい）。スキャナは、合焦カラー画像及び３Ｄトポグラフィデータの両方を生成するように構成されてよい。例えば、多くの実施形態では、スキャナは、カラー画像化の為に多色光を使用し、３Ｄトポグラフィ画像化の為に単色光を使用する。各画像化モードに使用される光は、焦点距離で合焦することが可能である。例えば、青の焦点距離、緑の焦点距離、及び赤の焦点距離が、（例えば、図５に示されるように）Ｚ次元に沿って配置されてよい。３Ｄ画像化に使用される光に関連付けられた焦点距離も、スキャナによって生成されてよい。スキャナは、焦点距離をＺ次元において上方又は下方にスキャンして、使用される様々な焦点距離の場合の３Ｄデータ及び色画像データを収集することが可能である。対象物のある領域を画像化する場合、スキャンは、その領域の上方に保持されてよく、焦点距離は、Ｚ次元において、ある期間にわたって（例えば、ミリ秒のオーダーの時間にわたって）スキャンされてよい。焦点距離のスキャンが行われている間に、スキャナは、対象物の上方の固定位置で保持されてよく、焦点距離のスキャンはＺ次元において行われてよい。焦点距離の上方スキャン、焦点距離の下方スキャン、又はその両方が行われている間に、対象物の当該領域についての色画像データ及び／又は３Ｄトポグラフィデータを収集することが可能である。対象物の当該領域についての焦点距離のスキャンが完了した後、収集された色画像データ及び／又は３Ｄトポグラフィデータが、コンピュータシステムによって処理されてよく、例えば、視覚ディスプレイに出力されてよい。装置を保持しているユーザが、その後、画像化領域を対象物の別の区画（例えば、患者の歯の別の区画）に移動してよく、その後、更なる色データ及びトポグラフィデータを取得してよく、その後、それらのデータを処理し、ディスプレイに出力してよい。この処理は、対象物が完全にスキャンされるまで繰り返されてよい。（例えば、本明細書に記載の、合焦カラー画像を生成する方法を用いて）対象物の各領域からの画像データを組み合わせて、対象物の完全合焦カラー画像を描画することが可能である。例えば、患者の歯の３Ｄトポグラフィと、関連付けられた、患者の歯、歯茎、又は他の、患者の口の中の色付き素材の合焦色画像データとの両方を含む、患者の歯のフル画像を生成することが可能である。
【００６０】
本明細書に記載のように、対象物のカラー画像を生成する、改良された方法及びシステムが提供され、これには、対象物の合焦カラー画像を生成する様々な方法が含まれる。実施形態によっては、第１の波長の光が約４６５ｎｍから約４８５ｎｍの波長を有してよく、第２の波長の光が約５００ｎｍから約５２０ｎｍの波長を有してよく、第３の波長の光が約６４０ｎｍから約６６０ｎｍの波長を有してよい。他の波長も、特定の用途及び／又は使用される検出器に向けて使用及び構成されてよい。例えば、シアン−マゼンタ−黄（ＣＭＹ）のカラースキームが使用されてよく、或いは、赤−緑−青（ＲＧＢ）のカラースキームが使用されてよい。
【００６１】
多くの実施形態では、合焦カラー画像が生成される対象物を照射することに白色光が使用されるが、対象物から反射された光に対する応答として画像信号を生成することには赤−緑−青（ＲＧＢ）色センサが使用され、白色光における様々な波長を様々な焦点面に展開することには低分散光学系が使用される。そして、現時点で好ましい多くの実施形態では、光学分散は、赤焦点面と緑焦点面との間の距離が緑焦点面と青焦点面との間の距離と等しくなるように設計される。例えば、光学分散は、赤波長の焦点面が基準ｚ次元（Ｚ０）にある場合に、緑波長の焦点面が、基準ｚ次元に、選択されたデルタｚ距離を加えたところ（Ｚ０＋ΔＺ）にあり、青波長の焦点面が、基準ｚ次元に、選択されたデルタｚ距離の２倍を加えたところ（Ｚ０＋２ΔＺ）にあるように設計されてよい。ステップごとに焦点距離をスキャンすることにより（各ステップは、色画像データの取得の間の選択されたデルタｚ距離（ΔＺ）に等しい）、隣接する３つの色画像スキャンフレームに対応する原色データ（例えば、赤データ、緑データ、及び青データ）を組み合わせて、対象物の特定場所の合焦色データを生成することが可能である。図５、図６、図７、及び図８は、赤焦点面と緑焦点面との間の距離が緑焦点面と青焦点面との間の距離と等しくなるように設計された分散を有する光学系との組み合わせで実施可能なスキャン方法を示す。図５、図６、図７、及び図８に示されたスキャン方法は、赤焦点面と緑焦点面との間の距離が緑焦点面と青焦点面との間の距離と等しくなるように設計された分散を有する光学系との組み合わせで実施可能であるが、赤焦点面と緑焦点面との間の距離が緑焦点面と青焦点面との間の距離と等しくなるように設計された分散を有しない光学系を含めて、任意の好適な光学系が使用されてよい。例えば、本明細書に開示の、合焦カラー画像を生成する方法は、赤焦点面と緑焦点面との間の距離が緑焦点面と青焦点面との間の距離と等しくないような分散を有する光学系との組み合わせで実施されてよい。別の例として、本明細書に開示の、合焦カラー画像を生成する方法は、いかなる特定のスキャンフレームに対しても赤焦点面、緑焦点面、及び／又は青焦点面がほぼ一致するように構成された光学系との組み合わせで実施されてよい。
【００６２】
図５は、焦点距離のスキャンが行われている間に合焦色画像データ及び表面トポグラフィデータの両方を取得する方法を示す。図示されるように、個々の波長の焦点距離が、ある時間間隔においてＺ次元に沿う距離にわたってスキャンされてよい。例えば、焦点距離は、対象物の表面形体の規模に応じて数ミリメートル又は数センチメートル、或いはそれ以上の範囲に渡ってスキャンされてよい。図５は、数十ミリメートルから数百ミリメートル（例えば、図示されるように約１０〜２０ミリメートル）の範囲にわたるスキャンを示す。スキャンの時間フレームは、マイクロ秒、ミリ秒、又はそれ以上のオーダーであってもよい。対象物をスキャンする為の完全スキャン時間は、例えば、画像の生成の為に行われるＺスキャンの面積及び／又は回数に依存する可能性がある。図５から図８では、時間軸の単位はミリ秒である。
【００６３】
多くの実施形態では、スキャナは、画像化される対象物の合焦カラー画像の生成に使用されるデータ、及び／又は画像化される対象物を表す３Ｄトポグラフィデータを収集する。図５に示された実施形態では、Ｚ方向に沿って焦点距離のスキャンが行われている間の様々な時点において、スキャンされる対象物に多色光（例えば、白色光）が照射される。図５では、白色照射の各時点が、Ｂ、Ｇ、及びＲの各ボックスで示されている。白色光源からの青、緑、及び赤の各光の焦点距離は、例えば、スキャナの光学系の色収差を適応させることにより、それぞれ異なるＺ位置に並べられてよい。赤、緑、及び青の各光の焦点距離は、スキャンが行われている間に変更される。スキャンが行われている間に、それぞれの焦点距離について画像データを取得することが可能である。それぞれの画像化場所について、使用される各色波長（例えば、赤、緑、及び青）の合焦画像データが取得されたら、それぞれの場所の合焦色データを組み合わせて、それぞれの画像化場所の合焦色データを生成することが可能である。その後、全てのそれぞれの場所の合焦色データを組み合わせて、対象物の全体の合焦カラー画像を生成することが可能である。
【００６４】
波長に依存する焦点距離を使用する多くの実施形態では、例えば、色収差が原因で、対象物の特定の場所の合焦画像データを生成する為に組み合わされる合焦色画像データ（例えば、赤、緑、及び青の合焦画像データ）の、取得される時点が異なる。例えば、図５を参照すると、対象物の特定の場所が、第１の時点Ｔ１において、使用される青の波長（青の焦点位置３８２）に対して合焦するときに、対象物のその特定の場所は、使用される緑及び赤の波長（緑の焦点位置３８４及び赤の焦点位置３８６）に対しては合焦しない。第２の時点Ｔ２においては、対象物のその特定の場所は、使用される緑の波長（緑の焦点位置３８８）に対して合焦するが、使用される青及び赤の波長（青の焦点位置３９０及び赤の焦点位置３９２）に対しては合焦しない。第３の時点Ｔ３においては、対象物のその特定の場所は、使用される赤の波長（赤の焦点位置３９４）に対して合焦するが、使用される青及び緑の波長（青の焦点位置３９６及び緑の焦点位置３９８）に対しては合焦しない。そのようなシナリオでは、対象物のその特定の場所における、第１の時点Ｔ１（青の焦点位置３８２）での青画像データを、対象物のその特定の場所における、第２の時点Ｔ２（緑の焦点位置３８８）での緑画像データ、並びに対象物のその特定の場所における、第３の時点Ｔ３（赤の焦点位置３９４）での赤画像データと組み合わせて、対象物のその特定の場所における合焦色画像データを生成することが可能である。この画像データの組み合わせは、例えば、本明細書において詳述されるコンピュータシステム及び処理装置を使用して実施されてよい。
【００６５】
同様に、スキャナからの距離が有意に異なる、対象物における複数の異なる場所は、それぞれ異なる合焦焦点距離を有する。従って、そのような複数の異なる場所における合焦色データは、焦点距離のスキャンが行われている間の、それぞれ異なる時点において取得される。
【００６６】
図５に示されるように、対象物の３Ｄトポグラフィデータは、焦点距離のスキャンが行われている間の、合焦色画像データが取得される時点と時点の間の時点で取得可能である。例えば、図５の時点Ｉと時点ＩＩの間で、それぞれがある焦点距離で合焦する別々のビームからなるアレイの形式の単色光を対象物に照射することにより、３Ｄトポグラフィデータを取得できる。多くの実施形態では、別々の単色ビームの焦点距離が、複数の異なる焦点距離にわたってインクリメンタルにスキャンされ、それぞれの焦点距離について、各ビームに対応する画像データが取得される。時点ＩＩと時点ＩＩＩの間、時点ＩＩＩと時点ＩＶの間で、同様の３Ｄトポグラフィを取得できる。その後、各ビームに対応する画像データを分析することにより、どの焦点距離が対象物の表面からの個々のビームの反射の最大強度をもたらし、これによって、対象物の表面に対する各ビームの最良の合焦の場所を表すかを識別することが可能であり、これは、スキャナと、各ビームが反射される対象物の場所の対象物の表面との間の距離を示す。
【００６７】
色画像データの収集は、対象物の表面のスキャンが行われている間の適切な時点で行われてよい。例えば、３Ｄトポグラフィデータの収集は、上方スキャン及び下方スキャンの両方を通して、完全にスキャン全体にわたって、又はスキャン全体のうちの一部において、同様に行われてよい。図６は、例えば、対象物のスキャンが行われている間に色２Ｄ画像データ及び３Ｄトポグラフィデータの両方を収集する組み合わせ方法を示す。図示されるように、色ＲＧＢ画像データの生成は、Ｚ次元に沿って焦点距離のスキャンが行われている間の複数の時点で行われてよい。対象物の特定の場所の合焦色データの生成は、例えば、スキャン中の異なる複数の時点での色画像データを組み合わせることによって行われてよく、この場合、各色（例えば、ＲＧＢ）は、それぞれ個々の時点において、対象物のその特定の場所に対して合焦している。図６に示されるように、３Ｄトポグラフィデータ及び色画像データの収集は、焦点距離のスキャン処置における上方スキャン及び下方スキャンの両方の間に行われてよい。別の例では、図７に示されるように、色画像データの収集が上方スキャン及び下方スキャンの両方において行われ、３Ｄトポグラフィデータの収集が上方スキャンの間にのみ行われてもよい。
【００６８】
上述のように、本システムは、３Ｄ共焦点画像化及び２Ｄカラー画像化の両方の為の画像化光学系を含んでよい。図６は、対象物の色データ及び３Ｄトポグラフィデータの両方の互い違いの収集及び／又は生成を含んでよいスキャンプロトコル例を示している。図示されるように、色画像データ（例えば、ＲＧＢデータ）の収集が行われた後には、対象物の表面の３Ｄトポグラフィデータの収集が行われてよく、その後には、色画像データ（例えば、ＲＧＢデータ）の収集が行われてよく、その後も同様に続けられてよい。色画像データの収集、及び／又は３Ｄトポグラフィデータの収集は、任意の組み合わせで行われてよい。例えば、３Ｄトポグラフィデータは、適切な時間帯に収集されて、対象物の３Ｄ仮想モデルの生成に使用されてよく、２Ｄ色画像データの収集は、３Ｄトポグラフィデータの収集に使用される時間帯以外の適切な時間帯に行われてよい。３Ｄトポグラフィデータの収集に使用されるスキャン時間は、２Ｄ色画像データの収集に使用される時間より著しく長くなる可能性があり、例えば、５倍、１０倍、又は２０倍以上の長さになる可能性がある。
【００６９】
図８に示されるように、３Ｄトポグラフィデータの収集は、上方スキャンが行われている間に行われてよく、２Ｄ色画像データの収集は、下方スキャンが行われている間に行われてよい。図示されるように、２Ｄ色画像データの収集と３Ｄトポグラフィデータの収集は別々に行われてよい。又、本明細書（の、例えば、図５〜８）に記載の実施形態、並びに他の組み合わせのいずれであっても、焦点距離のスキャン処置が行われている間の任意の時点で使用されてよいことも想定されている。例えば、焦点距離のスキャン処置が行われている間の上方スキャン及び下方スキャンの一部において、２Ｄ色画像データの収集と３Ｄトポグラフィデータの収集の両方が含まれてよい。一部のスキャンには、２Ｄ色画像データ及び３Ｄトポグラフィデータを別々に収集することが含まれてよい。
【００７０】
本明細書においては本発明の好ましい実施形態を図示及び説明してきたが、当業者であれば、そのような実施形態が例としてのみ提示されていることは明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱しない様々な変形、変更、及び置換をただちに思いつかれるであろう。当然のことながら、本発明の実施に当たっては、本明細書に記載の本発明の実施形態に対する様々な代替形態が使用されてよい。以下に示す特許請求の範囲は、本発明の範囲を定義するものとし、それらの特許請求の範囲に含まれる方法及び構造物、並びにそれらの均等物は、特許請求の範囲に包含されるものとする。
【図１】
0006306703.tif 000002
【図２】
0006306703.tif 000003
【図３】
0006306703.tif 000004
【図４Ａ】
0006306703.tif 000005
【図４Ｂ】
0006306703.tif 000006
【図４Ｃ】
0006306703.tif 000007
【図４Ｄ】
0006306703.tif 000008
【図５】
0006306703.tif 000009
【図６】
0006306703.tif 000010
【図７】
0006306703.tif 000011
【図８】
0006306703.tif 000012