[发明专利]具有弯曲焦面或目标基准元件和场补偿器的共焦成像设备

说明书

一种共焦成像设备，包括产生光束阵列的照明模块。聚焦光学器件将光束阵列共焦聚焦到非平坦焦面上，并且将光束阵列导向待成像的三维对象。平移机构调整至少一个透镜的位置，以使非平坦焦面沿着成像轴移位。检测器测量返回光束阵列的强度，该返回光束从三维对象反射，并且通过聚焦光学器件被导回。对于至少一个透镜的位置测量返回光束阵列的强度，用以确定三维对象的点在成像轴上的位置。调整一个以上的点的检测到的位置以补偿非平坦焦面。

相关申请

本申请根据美国法典第35条119款要求享有2014年8月15日提交的美国临时申请No.62/037,778的权利和利益。

技术领域

本发明的实施例涉及成像领域，并且特别地，涉及一种用于进行三维表面的共焦成像的系统和方法。

背景技术

已经开发了各种各样的方法和系统用于牙齿的直接光学测量以及后续的义齿的自动制造。术语“直接光学测量”意味着测量患者口腔中的牙齿。这有助于获得牙齿置换的计算机辅助设计(CAD)或者计算机辅助制造(CAM)所需的数字构造数据，而不必对牙齿进行任何铸型印模。这样的系统通常包括：光学探头，其连接到诸如电荷耦合装置(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器这样的光学拾取器或者接收器；以及处理器，其实现适当的图像处理技术，以设计和实际制造期望的产品。

进行口内扫描的一种系统是使用共焦成像来对三维表面成像的系统。使用共焦成像的这样的系统通常包括场透镜，以使成像场平坦化并且能够实现发射光束的平坦的焦平面。这样平坦的焦平面确保了被扫描的三维表面的表面形貌是精确的。然而，场透镜是将光束的光线打开的发散透镜。这导致了共焦成像设备的光学器件被放大。另外，场透镜应当被对齐以确保精度。这样的对齐可能是耗时并且复杂的处理。

发明内容

本文描述了具有非平坦焦面的共焦成像设备。可以由缺少场透镜的共焦成像设备的光学器件而产生不平坦的焦面。如下文将进一步详细论述的，共焦成像设备中的场透镜的缺少引起了挑战，但同时也提供了诸多优势效果。例如，不具有场透镜的共焦成像设备比具有场透镜的共焦成像设备更小、更轻并且更易于制造。本文讨论的实施例将示出如何克服设计和使用缺少场透镜的共焦成像设备时的挑战。

而且，本文描述的是具有聚焦光学器件的大区域的共焦成像设备，该聚焦光学器件利用聚焦设置的改变而改变焦面的放大率。如下文将更加具体论述的，放大率的改变引起了实施例中被克服的挑战。

在一个实施例中，共焦成像设备包括照明模块，该照明模块产生光束阵列。共焦成像设备的聚焦光学器件进行光束阵列到非平坦焦面上的共焦聚焦，并且将光束阵列朝向待成像的三维对象引导。共焦成像设备的平移机构调整至少一个透镜的位置，以使非平坦焦面沿着成像轴移位。共焦成像设备的检测器测量返回光束阵列的强度，该返回光束从三维对象反射，并且通过聚焦光学器件引导回来。针对至少一个透镜的位置测量返回光束阵列的强度，用以确定三维对象的点在成像轴上的位置。调整一个以上的点的检测到的位置以补偿非平坦焦面。从而，可以精确地成像对象，而与共焦成像设备的非平坦焦面无关。

附图说明

在附图中的图形中通过实例而不受限地图示了本发明。

图1A图示了根据一个实施例的共焦成像设备的功能框图。

图1B图示了连接至根据一个实施例的共焦成像设备的计算装置的框图。

图2A图示了根据一个实施例的缺少场透镜的共焦成像设备的光学器件。

图2B图示了根据另一个实施例的缺少场透镜的共焦成像设备的光学器件。

图2C图示了根据另一个实施例的具有场透镜的共焦成像设备的光学器件，对于该场透镜，聚焦设置的改变导致了放大率的改变。

图3A是根据本发明的实施例的包括棱镜的共焦成像设备的探测部件的顶视图。