(57)【要約】本発明は、口腔内の立体的形状を有する被写体を撮影して得られた２次元画像を加工して３次元画像を得るデジタル印象採得のための３次元口腔スキャン装置であって、入射された平行光を構造光に変換させるパターンマスクと、印加された交流電圧により表面に機械的な振動が発生する圧電板と、圧電板に交流電圧を印加する電源部とを含んでなり、圧電板は、表面に発生した機械的振動により前記パターンマスクを圧電板の長手方向に移動させることを特徴とする。本発明によれば、口腔スキャン装置は、電気的な方法でパターンマスクを移動させるので、騒音及び振動の発生が少ないという利点がある。また、本発明は、歯牙に投射される構造光の焦点距離を電気的に制御して歯牙の深さをより精密に測定するという利点もある。【選択図】図２
2017524428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造光を用いて歯牙の３次元形状を取得する口腔スキャン装置において、
入射された平行光を構造光に変換させるパターンマスクと、
印加された交流電圧により表面に機械的な振動が発生する圧電板と、
前記圧電板に交流電圧を印加する電源部とを含んでなり、
前記圧電板は、表面に発生した機械的振動により前記パターンマスクを圧電板の長手方向に移動させることを特徴とする、口腔スキャン装置。
【請求項２】
前記パターンマスクは、
前記平行光が透過する透光ラインと、
前記平行光が遮断される遮光ラインとを備え、
前記パターンマスクは、前記透光ラインと前記遮光ラインとが交互に繰返し配列されたことを特徴とする、請求項１に記載の口腔スキャン装置。
【請求項３】
前記構造光が入射され、負曲率が形成されたオフセットレンズと、
前記構造光を被写体の方向に反射させる反射鏡とをさらに含み、
前記オフセットレンズは前記構造光の焦点距離を減少させることを特徴とする、請求項１に記載の口腔スキャン装置。
【請求項４】
前記オフセットレンズを透過した構造光の減少した焦点距離を調節する可変焦点レンズをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の口腔スキャン装置。
【請求項５】
前記可変焦点レンズは、伝導性の第１液体層と、
絶縁性の第２液体層と、
電圧が印加される複数の電極とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の口腔スキャン装置。
【請求項６】
前記可変焦点レンズは、
前記複数の電極に電圧が印加されると、平行に配列された前記第１液体層と前記第２液体層が調節されることで、前記減少した焦点距離が制御されることを特徴とする、請求項５に記載の口腔スキャン装置。
【請求項７】
前記可変焦点レンズは、
歯牙のイメージを整合するために、前記被写体から反射される反射光を前記オフセットレンズに入射させることを特徴とする、請求項６に記載の口腔スキャン装置。
【請求項８】
前記圧電板はＰＺＴ（Ｐｌｕｍｂｕｍ  Ｚｉｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック素子であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の口腔スキャン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯牙の画像を高精度で取得するための口腔スキャン装置に係り、特に、構造光を用いて歯牙の形状を３次元に取得する口腔スキャン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元口腔スキャン装置は、デジタル印象採得方法を採用して口腔内の立体的形状を有する被写体を撮影する。３次元口腔スキャン装置は、被写体を撮影して得られた２次元画像を加工して３次元画像を得る装置で、フライス盤及び３Ｄプリンターと連携して発展している。
【０００３】
３次元口腔スキャン装置は、３次元カメラを用いて口腔内の歯牙及び歯茎を測定した後、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて歯牙の形状を３次元に取得する。コンピュータを利用して、被写体の実像と同一の３次元画像を得、歯牙の修復や補綴などの歯科治療の際に歯牙及び口腔組織の形態を示す装置である。
【０００４】
３次元口腔スキャン装置の駆動方式は、光源を被写体に出射させてその反射光から２次元イメージを取得し、取得された２次元イメージを組み合わせて３次元画像を取得する方法である。従来、共焦点顕微鏡方式（Ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、三角法（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、光コヒーレンストモグラフィー法（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｍｅｔｈｏｄ）、アコーディオン縞干渉法（Ａｃｃｏｒｄｉｏｎ  ｆｒｉｎｇｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）、アクティブ波面サンプリング方法（Ａｃｔｉｖｅ  ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）などの分析方法があり、これらはフライス盤及び３Ｄプリンターに連携した統合診療システム方式へと発展している。
【０００５】
これと関連し、従来の特許文献である韓国公開特許第２０１２−００５０８５４号は、三角法で歯牙を測定する口腔用スキャナを開示している。図１は従来の口腔用スキャナを示す。図１を参照すると、口腔用スキャナ１００’（［００７６］）は、挿入体２１０、本体２２０、ガイド２３０、光学系２４０、光学系駆動部材２５０、光学系止め部材２６０、光出力素子２７０、光センシング素子２８０、制御モジュール２９０及びデータ処理モジュール３００などを含んで構成される。
【０００６】
但し、上述したような従来技術は、光学系駆動部材２５０や光学系止め部材２６０を用いて光出力素子２７０をスライディング方式で移動させる機械的な光出力方式である。これは、３次元口腔スキャナの大きさが大きくなり、騒音が発生するうえ、振動が起こることがあるという問題点を持っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１２−００５０８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、機械的な方式で光出力をする場合に発生する振動や騒音などを除去するために、電気的な方法で光出力素子を駆動する。また、本発明は、精密に歯牙の深さを測定するために、歯牙に投射される構造光の焦点距離を電気的な方法で調節する装置を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、構造光を用いて歯牙の３次元形状を取得する口腔スキャン装置において、入射された平行光を構造光に変換させるパターンマスクと、印加された交流電圧により表面に機械的な振動が発生する圧電板と、圧電板に交流電圧を印加する電源部とを含んでなり、圧電板は、表面に発生した機械的振動によりパターンマスクを圧電板の長手方向に移動させることを特徴とする、口腔スキャン装置を提供する。
【００１０】
好ましくは、本発明に係るパターンマスクは、平行光が透過する透光ラインと、平行光が遮断される遮光ラインとを備えることができ、パターンマスクは、透光ラインと遮光ラインとが交互に繰返し配列できる。
【００１１】
好ましくは、構造光が入射され、負曲率が形成されたオフセットレンズと、構造光を被写体の方向に反射させる反射鏡とをさらに含むことができ、オフセットレンズは構造光の焦点距離を減少させることができる。
【００１２】
好ましくは、口腔スキャン装置は、オフセットレンズを透過した構造光の減少した焦点距離を調節する可変焦点レンズをさらに含むことができる。
【００１３】
好ましくは、可変焦点レンズは、伝導性の第１液体層と、絶縁性の第２液体層と、電圧が印加される複数の電極とを含むことができる。
【００１４】
好ましくは、可変焦点レンズは、複数の電極に電圧が印加されると、平行に配列された前記第１液体層と前記第２液体層が調節されることで、前記減少した焦点距離が制御できる。
【００１５】
好ましくは、可変焦点レンズは、歯牙のイメージを整合するために、前記被写体から反射される反射光を前記オフセットレンズに入射させることができる。
【００１６】
好ましくは、圧電板はＰＺＴ（Ｐｌｕｍｂｕｍ  Ｚｉｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック素子である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、圧電板は、電界を印加して機械的振動を起こす方法でパターンマスクを移動させるので、騒音および振動の発生が少ないという利点がある。
【００１８】
また、本発明によれば、可変焦点レンズは、歯牙に投射される構造光の焦点距離を電気的に制御して歯牙の深さをより精密に測定するという利点がある。この場合、圧電板と可変焦点レンズにより構造光が制御され、口腔スキャン装置の小型化を図ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の口腔用スキャナを示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る口腔スキャン装置を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るパターンマスク及び圧電板を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るパターンマスクのイメージ取得過程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。但し、本発明は、例示的な実施形態によって制限または限定されるものではない。各図面に提示された同一の参照符号は実質的に同一の機能を行う部材を示す。
【００２１】
本発明の目的及び効果は、下記の説明によって自然に理解されるか或いはより明らかにされ、下記の記載のみで本発明の目的及び効果が限定されるのではない。また、本発明を説明するにあたり、本発明に関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にするおそれがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
【００２２】
図２は本発明の実施形態に係る口腔スキャン装置１を示す図である。図２を参照すると、口腔スキャン装置１は、光源９１、パターンマスク１０、圧電板３０、電源部５０、レンズ部７０、光検出器９３、処理部９５及びビームスプリッタ９７から構成できる。
【００２３】
光源９１は、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ  ＬＥＤ及びＬＤを使用することができる
パターンマスク１０は、入射された平行光を構造光に変換させることができる。パターンマスク１０は、平行光が透過する透光ライン１０１と、平行光が遮断される遮光ライン１０３とを含むことができる。
【００２４】
パターンマスク１０は、透光ライン１０１と遮光ライン１０３とが交互に繰返し配列できる。透光ライン１０１と遮光ライン１０３は縦方向に構成できる。パターンマスク１０は、縦方向に一定の間隔を置いて構成され、レーザー光が通過すると光をパターン形態に作ることができる。
【００２５】
構造光は、認識対象体に照射される光であって、特定のパターンを持っている光をいう。すなわち、構造光は、被写体の２次元スキャニングを行うために、パターンマスク１０を通過した光をいう。構造光のパターンを構成する方式はいろいろがあるが、本発明で使用される方式はパターンマスク１０の移動によって構造光を形成する方法である。構造光は格子パターンの均一な明るさを有することができる。
【００２６】
圧電板３０は、印加された交流電圧により表面に機械的振動が発生することがある。また、圧電板３０は、表面に発生した機械的振動によりパターンマスク１０を圧電板３０の長手方向に移動させることができる。長手方向とは、圧電板３０が伸びた方向をいう。パターンマスク１０は、圧電板３０が伸びた方向である長手方向に圧電板３０によって一定の範囲内で動くことができる。
【００２７】
図３は本発明の実施形態に係るパターンマスク１０と圧電板３０を示す図である。図３を参照すると、圧電板３０は、パターンマスク１０を動かすためにパターンマスク１０に連結できる。本発明の実施形態では、パターンマスク１０の下端に垂直に圧電板３０が連結できる。圧電板３０に交流電圧が印加される場合、圧電板３０は機械的振動を起こし、垂直に連結されたパターンマスク１０は圧電板３０の機械的振動に応じて駆動できる。
【００２８】
圧電板３０は、圧電セラミックスの圧電効果を利用したもので、それ自体では使用できず、所望の方向に電界を印加すると振動を起こす特性がある。電源部５０の電圧の印加を受けて駆動できる。交流は、一般な家庭用交流電圧または周期関数を有するパルス形態の交流電圧も含むことができる。また、交流電圧の強さと印加方向に応じて圧電板３０の制御が可能であり、高トルク及び低速を必要とする本発明に使用できる。
【００２９】
圧電板３０は、印加された交流電圧により表面に機械的振動が発生するＰＺＴセラミック素子からなってもよい。ＰＺＴ（チタン酸ジルコン鉛：Ｐｌｕｍｂｕｍ  Ｚｉｃｏｎａｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ）は、適切な圧電特性を有し、圧電体構造においてエネルギー変換物質として使用される。
【００３０】
圧電板３０は、伸びた長さの板状であってもよく、本実施形態ではパターンマスク１０を移動させる役割をする。弾性体であるセラミックス素子からなる圧電板３０は、電界を印加すると、分極方向に応じて電界に対して直角の方向に機械的な伸長及び収縮が起こる。圧電板３０に交流電圧が印加されると、機械的振動が正弦波の形で励振される。その結果、パターンマスク１０は、振動を起こし、一定の範囲内で同じ周期をもって動くことができる。本実施形態では１００μｍの周期で動くことができる。
【００３１】
したがって、光源９１が一定であるとき、パターンマスク１０が周期的に動くと、光検出器９３では特定の位置のイメージを取得することができる。
【００３２】
図４は本発明の実施形態に係るパターンマスク１０のイメージ取得過程である。図４を参照すると、パターンを３つに分けてイメージを取得する様子である。本発明の実施形態では、このようなイメージ取得のためにパターンを３〜１０個まで作ることができる。パターンの間隔が狭いほど分解能はさらに良くなる関係にあるが、強度応答（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）特性が減少するため、測定されるイメージの目的に応じてパターンの間隔が適切に調節できる。
【００３３】
電源部５０は圧電板３０に交流電圧を印加することができる。圧電板３０の長手方向に進行波を印加することができ、印加する波形に応じて、前述したように圧電板３０の機械的振動を発生させることができる。
【００３４】
ビームスプリッタ９７は光の波長と光の強さによって構造光を分けることができる。入射した構造光はビームスプリッタ９７を通過してレンズ部７０に入射できる。ビームスプリッタ９７は、構造光の一部は反射し且つ他の部分は透過させる反射鏡またはその他の光学装置からなってもよい。結晶の複屈折性を利用して、振動方向が互いに直角である二つの出射光を得るようにすることができる。
【００３５】
レンズ部７０は、乱反射を防止する偏光レンズ７０１、構造光が入射される負曲率を有するオフセットレンズ７０３、電圧で焦点距離を調節することが可能な可変焦点レンズ７０５、構造光の焦点を集めるフォーカシングレンズ７０７、及び構造光を被写体の方向に反射させる反射鏡７０９を含むことができる。
【００３６】
レンズ部７０は、構造光と被写体との間に位置し、構造光が被写体に到達できるようにその経路を提供し、構造光の焦点距離を調節して歯牙のイメージ形状を得るように調節できる。
【００３７】
偏光レンズ７０１は、構造光を直接的に使用する場合、金属歯牙により発生する乱反射や反射光などを遮断することができる。偏光レンズ７０１は、微細な線を精密な間隔（３０万個／ｃｍ２）で配列して、偏光レンズ７０１を通過する光の１／４波長に該当する一定量だけを受け入れることができる。偏光レンズ７０１は、微細に配列された線の間に真っ直ぐ入ってくる光のみを通過させて、乱反射と金属による反射光を防ぐことができる。
【００３８】
オフセットレンズ７０３は、負曲率を有するように構成でき、構造光が入射できる。オフセットレンズ７０３は、口腔スキャン装置１の大きさを減らすために、可変焦点レンズ７０５に入射される前に設置できる。オフセットレンズ７０３は、反射された構造光の焦点距離を減少させることができる。
【００３９】
可変焦点レンズ７０５は、焦点距離の減少した構造光が入射でき、電圧で制御できる。可変焦点レンズ７０５は液体で構成でき、該液体は電解液で構成できる。
【００４０】
可変焦点レンズ７０５は、絶縁性の液体と伝導性の液体から構成でき、印加される駆動電圧の強さに応じて絶縁性の液体と伝導性の液体の分布が変わり、焦点距離を可変させることができる。可変焦点レンズ７０５は、印加される駆動電圧の強さに応じて、電解液からなるインターフェース曲率を変化させることができ、これによりレンズの焦点距離を可変させることができる。
【００４１】
可変焦点レンズ７０５は、伝導性の第１液体層、絶縁性の第２液体層、および電圧が印加される複数の電極を含むことができる。可変焦点レンズ７０５は、複数の電極に電圧が印加されると、平行に配列された第１液体層と第２液体層が調節されて、減少した焦点距離が制御できる。本実施形態では、第１液体層、第２液体層及び複数の電極を含むが、これに限定されるものではない。さらに、複数の伝導性液体層、絶縁性液体層及び抵抗層を含むことができる。
【００４２】
第１液体層と第２液体層は可変焦点レンズ７０５の表面と平行に配列でき、複数の電極は、可変焦点レンズ７０５の周りに配置され、電圧が印加されると、第１液体層と第２液体層の内部構成要素の配列を調節することができる。
【００４３】
可変焦点レンズ７０５を挿入することにより、口腔スキャン装置１がさらにコンパクト化され、機構的な動きを減らすことができるという長所がある。これは、製造コストの高い機構的なアクチュエータが不要であるということの他に、ムーブメント（Ｍｏｖｅｍｅｎｔ：機構的な動き）が少なくなり、口腔スキャン装置１に埃が入るのを減少させることができる。しかも、ガラス（Ｇｌａｓｓ）レンズよりも一層軽く、効率的な消費電力、数ｍｓの速い応答速度を有することができる。
【００４４】
可変焦点レンズ７０５は、歯牙を精密にスキャンするために適切な電圧で焦点距離を調節することができる。可変焦点レンズ７０５は、歯牙の上面または下面からスキャンを開始することができるように調節できる。
【００４５】
反射鏡７０９は、パターンマスク１０を通過した構造光を被写体に反射させることができる。反射鏡７０９の反射角度は４５°とすることができる。
【００４６】
光検出器９３は、被写体から反射された反射光、すなわちビームスプリッタ９７を通過した反射光のイメージを撮影することができる。光検出器９３は、撮影されたイメージを電気信号に変換させて処理部９５へ伝送することができる。光検出器９３は、位相シフト法または空間コード化法で代表される非接触３次元測定が可能なＣＭＯＳイメージセンサーを使用することができる。
【００４７】
処理部９５は、光検出器９３で撮影されたイメージの伝送を受けることができる。処理部９５は、無線伝送装置を含むことができ、イメージの伝送を無線で受けることもできる。処理部９５は、光検出器９３で撮影された少なくとも一つのイメージの伝送を受けることができ、このイメージを整合して３次元画像として表現することができる。
【００４８】
以上、代表的な実施形態を挙げて本発明を詳細に説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、上述した実施形態に対して、本発明の範囲から外れない範疇内において様々な変形を加え得るのを理解することができるだろう。よって、本発明の権利範囲は、説明した実施形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等な概念から導き出されるあらゆる変更または変形形態によって定められるべきである。
【符号の説明】
【００４９】
１    口腔スキャン装置
１０    パターンマスク
３０    圧電板
５０    電源部
７０    レンズ部
９１    光源
９３    光検出器
９５    処理部
９７    ビームスプリッタ
１０１    透光ライン
１０３    遮光ライン
７０１    偏光レンズ
７０３    オフセットレンズ
７０５    可変焦点レンズ
７０７    フォーカシングレンズ
７０９    反射鏡
【図１】
2017524428.tif 000003
【図２】
2017524428.tif 000004
【図３】
2017524428.tif 000005
【図４】
2017524428.tif 000006
【国際調査報告】
2017524428.tif 000007
2017524428.tif 000008
2017524428.tif 000009
2017524428.tif 000010