手持式口腔内牙科3D相机

技术领域

本发明涉及一种手持式口腔内牙科3D相机。本发明还涉及一种3D成像系统，该3D成像系统使用手持式口腔内牙科3D相机来生成患者的牙齿表面的图像。

背景技术

手持式口腔内牙科3D相机一般使用在牙科治疗中。手持式口腔内牙科3D相机具有图像感测单元，用于感测由患者的牙齿表面的区域反射的投射光的图像。手持式口腔内牙科3D相机通常连接到3D成像系统，该3D成像系统具有3D图像处理单元，用于基于感测的图像生成患者的牙齿表面的至少部分的3D图像。在公知的方法中，投射光包括图案，该图案实现3D图像的生成。备选的技术对本领域技术人员而言也是公知的。生成的3D图像在显示器上向用户显示，并且可被CAD/CAM软件用于产生修复体/矫正器等。手持式口腔内牙科3D相机的光学单元大体上具有用于产生光的照明器件，以及用于将由照明器件产生的光投射到患者的牙齿表面的区域上的投射器件。在现有技术中，在照明器件中使用LED以产生光。例如，US2019/0376784A1公开了一种具有LED阵列的手持式口腔内牙科3D相机。LED在它们的照度上被当前可用的技术限制。可用的大功率LED芯片的尺寸通常为1mm

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的问题，并且提供可实现高照度的手持式口腔内牙科3D相机。

该目的通过如权利要求1中限定的手持式口腔内牙科3D相机实现。从属权利要求涉及另外的实施例和发展。

本发明提供一种手持式口腔内牙科3D相机，其包括：手持式壳体，该手持式壳体包含：光学单元，该光学单元包括：用于产生光的照明器件，以及用于将由照明器件产生的光投射到患者的牙齿表面的区域上的投射器件；用于感测由区域反射的投射光的图像的感测单元。照明器件包括用于产生光的半导体激光器，并且投射器件包括荧光体(phosphor)，该荧光体位于远离半导体激光器的位置处并且布置成接收由半导体激光器产生的光。投射器件还适于将半导体激光器的光聚集到荧光体上，并将来自荧光体的荧光投射到患者的牙齿表面的区域上。荧光体定位成远离半导体激光器。

本发明的主要有利效果在于，由于半导体激光器，手持式口腔内3D牙科相机的光学单元的照度以及投射光的明亮度可增加，而不需要增加光学单元的尺寸，并且不导致更多的废热或景深损失。本发明的另一个主要有利效果在于，由于荧光体，噪声(特别是由半导体激光器的相干光引起的斑点)可被完全抑制或尽可能多地减少。本发明的另一个主要有利效果在于，由于提高的明亮度和减少的噪声，可在3D图像中实现较高的成像精度。本发明的另一个主要有利效果在于，由于提高的明亮度，即使在疑难的区，例如陡峭的齿侧面中，也可采集更密集的3D图像数据。本发明的另一个主要有利效果在于，可实现较高的帧速率，由此抗撕裂性可由于提高的明亮度而提高。本发明的另一个主要有利效果在于，由于半导体激光器，可减少废热；由此电池寿命可提高，并且尺寸和重量可减小。

在实施例中，手持式口腔内牙科3D相机优选地设置有冷却板，作为用于冷却荧光体的散热器。荧光体优选地布置在与冷却板热接触的反射区段上。荧光体集中在相对小的区内，该相对小的区优选地具有基本上在0.1mm到1mm的范围内的直径，该直径与聚集的光的尺寸匹配。

在实施例中，半导体激光器发射在350nm至470nm的范围内的光。半导体激光器优选地发射蓝光。备选地，可使用发射紫外光的半导体。

在实施例中，投射器件至少包括第一透镜、分色镜以及第二透镜，它们沿着半导体激光器和荧光体之间的光路以给定顺序布置。

根据本发明，优选地通过使用图案来实现3D图像生成。也可使用备选技术。因此，在实施例中，投射器件利用由荧光体发射的荧光生成图案，并且将生成的图案投射到患者的牙齿表面的区域上。

本发明还提供一种3D成像系统，其能够与手持式口腔内牙科3D相机连接。3D成像系统具有3D图像处理单元，用于基于感测的图像生成患者的牙齿表面的至少部分的3D图像，以及用于向用户显示3D图像的显示器。3D成像系统优选地具有CAD/CAM模块，CAD/CAM软件可在该CAD/CAM模块上运行。CAD/CAM软件使用生成的3D图像以用于牙科治疗，特别是用于构建修复体、矫正器、植入物等。CAD/CAM模块能够连接到外围装置，诸如牙科铣床等。

附图说明

在随后的描述中，将通过使用示例性实施例并参照附图来更详细地描述本发明的另外的方面和有利效果，其中，

图1 - 为根据本发明的实施例的、与手持式口腔内牙科3D相机连接的3D成像系统的示意性局部视图；

图2 - 为根据本发明的实施例的、图1的手持式口腔内牙科3D相机的光学单元的示意性局部视图；

图3 - 为根据本发明的备选实施例的、图1的手持式口腔内牙科3D相机的光学单元的示意性局部视图。

附图中示出的附图标记表示如下面列出的元件，并且将在示例性实施例的后续描述中被引用：

1. 手持式口腔内牙科3D相机

2. 手持式壳体

3. 光学单元

4. 照明器件

5. 投射器件

6. 感测单元

7. 半导体激光器

8. 荧光体

9. 冷却板

10. 反射区段

11. 第一透镜

12. 分色镜

12a. 分色镜

12b. 分色镜

13. 第二透镜

14. 3D成像系统

15. 3D图像处理单元

16. 显示器

17. 数据存储器

18. 预处理单元

19. 分束器

20. 成像单元(透镜)

21. 镜

22. 输入器件(键盘和鼠标)。

具体实施方式

图1示出与手持式口腔内牙科3D相机(1)连接的3D成像系统(14)的实施例。3D成像系统(14)具有3D图像处理单元(15)，用于基于由手持式口腔内牙科3D相机(1)感测的图像来构建患者的牙齿表面的至少部分的3D图像。3D成像系统(14)具有用于向用户显示3D图像的显示器(16)。3D成像系统(14)具有用于存储感测的图像的数据存储器和用于用户输入的键盘(22)。

如图1所示，手持式口腔内牙科3D相机(1)具有手持式壳体(2)，其包含：光学单元(3)，该光学单元(3)包括：用于产生光的照明器件(4)，以及用于将由照明器件(4)产生的光投射到患者的牙齿表面的区域上的投射器件(5)；用于感测由该区域反射的投射光的图像的感测单元(6)。感测的图像由预处理单元(18)预处理，该预处理单元(18)将经预处理的图像传送至3D成像系统(14)。

图2和图3是图1中示出的光学单元(3)的备选实施例。如图2和图3所示，照明器件(4)包括用于产生光的半导体激光器(7)。投射器件(5)包括荧光体(8)，该荧光体(8)被布置在远距离，以接收由半导体激光器(7)产生的光。投射器件(5)还适于将半导体激光器(7)的光聚集到荧光体(8)上，以及将来自荧光体(8)的荧光投射到患者的牙齿表面的区域上。将在后面更详细地描述投射器件(5)。如图1所示，投射器件(5)的投射光被导引朝向分束器(19)、成像透镜(20)、镜(21)，并且被从镜(21)导引至患者的牙齿表面的区域。由区域反射的投射光由镜(21)反射至成像透镜(20)、分束器(19)，并且因此反射至感测单元(6)。

如图2和图3所示，投射器件(5)包括用作散热器的冷却板(9)。冷却板(9)具有反射区段(10)。荧光体(8)在反射区段(10)中布置成与冷却板(9)热接触。冷却板(9)和反射区段(10)由金属制成。荧光体(8)集中在反射区段(10)中的点状区内。点状区的直径的范围优选地在0.1毫米到1毫米之间，并且与聚集的光的几何形状匹配。从半导体激光器(7)发射的激光束的直径的范围优选地也在0.1毫米到1毫米之间，以便与荧光体(8)的点状区匹配。由荧光体(8)产生的荧光具有非常高的照度。由于荧光体(8)的点状区的小直径，荧光可被有效地收集，并且还被引导穿过具有大的f制光圈(f-stop)(对应于小的NA)的光学单元(3)。半导体激光器(7)发射优选在350纳米至470纳米的范围内的光。半导体激光器(7)优选地发射蓝光。备选地，半导体激光器(7)可适于发射紫外光。

图2示出光学单元(3)的第一备选实施例。投射器件(5)至少包括第一透镜(11)、分色镜(12a)以及第二透镜(13)，它们沿着从半导体激光器(7)至荧光体(8)的光路以给定顺序布置。第一透镜(11)收集来自半导体激光器(7)的发散光，并且将其朝向分色镜(12a)准直，该分色镜(12a)适于将来自半导体激光器(7)的光朝向第二透镜(13)传送。第二透镜(13)将光聚焦到荧光体(8)上。由荧光体(8)发射的荧光由第二透镜(13)收集，并且朝向分色镜(12a)准直，该分色镜(12a)适于将准直的荧光朝向分束器(19)反射。

图3示出光学单元(3)的第二备选实施例。投射器件(5)至少包括第一透镜(11)、分色镜(12b)以及第二透镜(13)，它们沿着从半导体激光器(7)至荧光体(8)的光路以给定顺序布置。第一透镜(11)收集来自半导体激光器(7)的发散光，并且将其朝向分色镜(12b)准直，该分色镜(12b)适于将来自半导体激光器(7)的光朝向第二透镜(13)反射。第二透镜(13)将光聚焦到荧光体(8)上。由荧光体(8)发射的荧光由第二透镜(13)收集，并且朝向分色镜(12a)准直，该分色镜(12a)适于将准直的荧光朝向分束器(19)传送。

投射器件(5)还适于通过使用荧光体(8)的准直荧光来生成图案，并将生成的图案投射到患者的牙齿表面的区域上。该图案优选地经由布置在分色镜(12a；12b)与分束器(19)之间的掩模生成。

如图3所示，冷却板(9)布置在手持壳体(2)的后部处，即，最远地远离分束器(19)、成像单元(20)以及镜(21)。由此，可尽可能多地减少废热对成像过程的任何不利影响。