JP2016511034A - 口腔外歯科用スキャナ - Google Patents

Abstract

光軸（１０６）を有する３Ｄ測定カメラ（１０２）を伴う歯形状部（３００）の表面の三次元キャプチャのための口腔外歯科用スキャナであって、３Ｄ測定カメラ（１０２）と歯形状部（３００）との機械制御された相対的な位置決めのための手段は、歯形状部（３００）を取り上げて位置決めするための手段が歯形状部（３００）を３Ｄ測定カメラ（１０２）の測定容積（１４４）の中に手動で位置決めするための作業プレート（７０８）を用いて、３Ｄ測定カメラ（１０２）によって光学的にキャプチャすることができる領域の外側のパーキング位置の中へ移動できるように具現化されており、作業プレート（７０８）は、光軸（１０６）に垂直に整列させられ、作業プレート（７０８）は、３Ｄ測定カメラ（１０２）から見ると、歯形状部（３００）を取り上げて位置決めするための手段の背後に配置され、異なるサイズ及び具現化変動の歯形状部の自動及び手動の両方の位置決めによって、非常に短い記録時間で中断されない３Ｄ画像データを記録することを可能にする、口腔外歯科用スキャナ。

Description

本発明は、口腔外歯科用スキャナに関する。口腔外歯科用スキャナを用いて、測定されるべき歯形状部は、記録中に、スキャナの測定容積の中の好適な位置に位置決めされなければならない。例えば、咬合器における関節でつながれた上顎骨／下顎骨モデル、個々の全体顎モデル、個々の単一歯モデル、部分顎モデル、蝋形成モデル、全体顎印象トレー、逆咬合印象トレーのような歯モデルは、歯形状部と呼ばれる。モデルは、可能な限りの最も完全な中断されないデータを得るために、異なる視野において記録される。ここで、スキャンされるべき表面は、高品質のデータを得るために測定カメラの光軸にできるだけ垂直に整列されなければならない。測定容積は、例えば、ほぼ直平行六面体の幾何学形状を有し得る仮想の画定された空間であり、その空間内の歯形状部の表面の関連領域は、スキャナの光源によって三次元的にキャプチャすることができる。

欧州特許第２ ２２９ ９１３（Ａ１）号公報は、例えば、歯形状部をデジタル化するプロセスの間において、操作者が顎半分又は歯モデルの半分について可能な限り最も理想的な相対的な位置決めを作成してスキャナによってこれをスキャンすることができる、歯モデルの３次元画像を作成する装置または方法について記述している。好ましくは、相互に対する顎半分の現実の立体角位置決めをキャプチャし、それによって既知の構造光スキャナの可能性を拡大することを可能にすることも必要である。記述された装置は、位置決め領域を有し、その内部において、例えば、歯モデル半分を伴う咬合器は、少なくとも領域毎ベースでスキャナのスキャンフィールドの範囲内でキャプチャすることができるように配置することができる。歯モデルを位置決めする際に実行されることは、スキャンされるべき顎半分の単に仮想的な位置決めでなく、むしろ、オペレータの経験に基づく相互に対する顎半分の理想的な手動位置決めである。

独国特許出願公開第１０ ２００４ ０５４ ８７６（Ａ１）号又は独国特許出願公開第１０ ２００７ ０３０ ７６８（Ａ１）号に記載されているように、口腔外スキャナ「ＩｎＥｏｓ Ｂｌｕｅ」（Ｓｉｒｏｎａ Ｄｅｎｔａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＧｍｂＨ、Ｂｅｎｓｈｅｉｍ、ドイツ）の場合においてさえ、光学測定容積の中の歯形状部は、モデルをモデルホルダーにおいて移動及び傾動することによって手動でスキャンされる。測定カメラをフォーカシングするためにさえ、それは、おそらくすべての記録の前にその光軸に平行に手動で移動されなければならない。画像フィールドは、ここで、同様に比較的小さいので、極めて大きい数の別個の記録が特に完全な顎モデルを記録するようにされなければならない。装置との非常に多くの相互作用が、したがって必要である。個々の歯断端の記録だけは、回転に関して、回転マウスによる動力付きの支持体を有する。

本発明の目的は、改善された口腔外歯科用スキャナを提供することである。

この課題は、独立請求項の特徴を伴う本発明によって解決される。本発明の有利な発展は、従属請求項に示されている。全ての請求項の用語は、参照することによって本説明の内容に組み込まれる。

この課題の解決手段として、歯形状部の表面の三次元キャプチャのための口腔外歯科用スキャナが提案され、その口腔外歯科用スキャナは、
−３Ｄ測定カメラの測定容積中の歯形状部の表面を三次元キャプチャするための３Ｄ測定カメラであって、３Ｄ測定カメラは光軸を有する、３Ｄ測定カメラを有し、
−歯形状部を保持及び位置決めするための手段を有し、
−３Ｄ測定カメラと歯形状部との機械制御された位置決めをするための手段を有し、
−３Ｄ測定カメラと歯形状部との機械制御された相対的な位置決めをするための手段は、歯形状部を保持及び位置決めするための手段が３Ｄ測定カメラによって光学的にキャプチャすることができる領域の外側のパーキング位置へと移動できるように設計されている、手段を有し、
−３Ｄ測定カメラの測定容積の中に歯形状部を手動位置決めするための作業プレートであって、作業プレートは、光軸に垂直に整列させられ、３Ｄ測定カメラから見ると、作業プレートは、歯形状部を保持及び位置決めするための手段の背後に配置されている、作業プレートとを有する。

歯形状部の自動位置決め及びスキャナによってキャプチャされる歯形状部の表面の３Ｄ画像の処理は、機械又はコンピュータ制御の下で実行される。

３Ｄ測定カメラの測定容積の中に歯形状部を手動位置決めするための作業プレートは、３Ｄ測定カメラから見ると、歯形状部を保持及び位置決めするための手段の背後に配置されている。ここで、作業プレートは、典型的に第一の光軸に垂直な平面にある。

３Ｄ測定カメラと歯形状部との機械制御された相対的な位置決めをするための手段は、歯形状部を保持及び位置決めするための手段が、３Ｄ測定カメラによって光学的にキャプチャすることができる領域の外側のパーキング位置へと移動できることにより、測定レンズをシェーディングすることなく作業プレート上のモデルを検査して、最大の自由空間を作成することが可能であるように設計される。このことは、特に手動モードに対して重要である。このように、モデルプレートを伴うモデル回転モジュールは、３Ｄ測定カメラによってキャプチャされるべき画像フィールドの外側にパーキングされて、歯形状部の手動位置決めが妨害されない。

モデルの自動又は手動の位置決めの選択（ハイブリッドモデル位置決め）を実装するために、口腔外歯科用スキャナは、２つの作業領域、すなわち、自動のモデル位置決めのための作業領域と手動のモデル位置決めのための作業領域（作業面）を有し、作業プレートは手動のモデル位置決めのための作業面に配置されている。

手動位置決めは、例えば、わずかな個々の記録だけが必要で、そのうえ、歯形状部をその大きさのために自動の位置決め手段によって移動することができない場合に、対象を測定容積内に迅速に直観的に位置決めできるという長所を有する。手動位置決めモードによって、任意の歯形状部は、例えば、直接の頬側挿入のために、作業プレート上に手によって位置決めすることができ、それは大きな咬合器において関節でつながれたモデルを含んでいる。この目的のために、好適なモデルホルダー又はトレーが実際に使用される。このモードは、例えば、関連した記録領域が小さく、ほんの少しの記録だけが完全にそれをキャプチャすることを要求されるときに、付加的な利点を提供する。

自動又は機械制御された位置決めは、通常、顎形状全体を含む画像配列が相互作用を伴わずに記録することができるという利点を提供する。そこで、通常タイプのモデルの場合において、全ての関連する表面が中断されないデータを生成するようにスキャンされる。

自動又は機械制御された位置調整モードにおいて、歯科技工室で一般的に見られるほとんど全ての主要な歯形状部は、作用を伴わずに操作者によって記録することができる（しかし、大きな咬合器の中のモデルでない）。

この開発において、口腔外歯科用スキャナは、異なるサイズ及び設計変動の歯形状部についての自動だけでなく手動の位置決めによって、非常に短い記録時間で中断されない３Ｄ画像データを記録することを可能にする。

３Ｄ測定カメラと歯形状部との機械制御された相対的な位置決めをするための手段は、有利には、次の要素、すなわち、
−第一の線形軸に沿って３Ｄ測定カメラを移動させるための第一のカメラ上昇モジュールと、
−第二の回転軸を伴う第二の傾動モジュールと、
−第三の回転軸を伴う第三の旋回モジュールと、
−第四の線形軸を伴う第四のモデル高さ補償上昇モジュールと、
−第五の回転軸を伴う第五のモデル回転モジュールと、
−歯形状部を保持するためのモデルプレートと、を含むことができる。

ここで、第二の傾動モジュールは、第三の旋回モジュールが第二の傾動モジュールの１つの側面に回転可能に固定されているのと同様に、第一のカメラ上昇モジュールの１つの側面に回転可能に固定されている。第四のモデル高さ補償上昇モジュールは、第三の旋回モジュールに移動可能に固定されている。モデル回転モジュールは、モデル回転モジュールの第五の回転軸が第四の線形軸に平行であるように、モデル高さ補償上昇モジュールに取り付けられている。モデルプレートは、モデル回転モジュール上に回転可能に支持され、モデルプレートの中心は、第五の回転軸上にある。第一の線形軸と、第二の回転軸と、第三の回転軸とはそれぞれの場合において、相互に対して垂直であり、測定容積の中心点で交差している。

提案された五軸システムは、歯形状部の全ての領域を見ることが要求される自由度の全てを提供する。

提案された口腔外歯科用スキャナにおいて使用される光学機械式位置決めシステムは、歯形状部に対して３Ｄ測定カメラの測定容積を位置決めするための非常に自由に移動可能な特殊な５軸位置決めシステムである。ここで、移動の自由度並びに位置決めシステムに対する測定容積のサイズ及び位置は、歯形状部の関連するモデル幾何形状が好ましい視角から、すなわち表面にできるだけ垂直な方向から、ほぼ完全に記録することができるように、相互に調和させられる。特定の軸方向パラメーターの組合せは、特定の記録モードにおいてモデル幾何形状を完全及び組織的にキャプチャすることを可能にする。

口腔外歯科用スキャナの設計に起因して、モデルはモデルの全ての領域を見ることができるように自由に移動することができ、ここで、記録システムの光軸は記録されるべき表面に対して可能な限り垂直である。自動位置決めシステムは、締着することがその後の調整を伴わずにオペレータによって実行することができるように、異なるモデル高さを補償する。

全ての記録モードにおいて、異なるモデル高さは、モデル高さ補償上昇モジュールのように別個の線形駆動モジュールによって自動的に補償される。

第五の回転軸が第一の線形軸から少し離れているとき、第二及び第三の回転軸は、第五の回転軸が第一の線形軸に平行であるように設置されると、このことは、例えば、単にモデルプレートを回転させることによって歯の全体についての完全な記録を作ることを可能にする。

３Ｄ測定カメラと歯形状部とを相対的に位置決めするための手段は、中立位置に対して次の角度及び／又は移動範囲、すなわち、
ａ）プラス２５ｍｍからマイナス１７０ｍｍまでの移動範囲にわたる、第一の線形軸に沿って３Ｄ測定カメラを移動させるための第一のカメラ上昇モジュールの第一の線形軸と、
ｂ）プラス６０°からマイナス６０°の角度範囲にわたる、第二の傾動モジュールの第二の回転軸と、
ｃ）プラス６０°からマイナス１０５°までの角度範囲にわたる、第三の傾動モジュールの第三の回転軸と、
ｄ）プラス２５ｍｍからマイナス２５ｍｍまでの移動範囲にわたる、第四のモデル高さ補償上昇モジュールの第四の線形軸と、
ｅ）３６０°及び／又はその倍数の角度範囲にわたる、第五のモデル回転モジュールの第五の回転軸と、を有することができる。

第二の回転軸と第三の回転軸とは、一緒に一方向ジンバル取付台を形成する。このカルダン継手は、３Ｄ測定カメラに対して、モデルのそれぞれの場合において＋／−６０°自由に傾動させることができる。

歯形状部の表面上の点が軸２と軸３との交点にある場合、その点は次に第二及び第三の回転軸の角度範囲によって揺動させることができる。このように、焦点面から外に逸脱することなく、更に他の軸を再調節する必要もなく、３Ｄ測定カメラによって非常に迅速に測定することができる。

この揺動（揺動スキャンモード）は、歯形状部の表面上の関連する点を第二の回転軸と第三の回転軸との交点から離れるようには動かさない。ここでは、この点における形状部の表面は、その点の空間上の位置でなく、その空間上の向きを変更する。このように、揺動スキャンモードにおいて、例えば、いくつかの個々の歯断端がモデルプレート上に配置されたとき、単一歯の回転スキャンの場合のように、個々の歯モデルが別個に締着される必要を伴わずに、１つの締着操作において連続してそれらをスキャンすることが可能である。カルダン継手の中央点（第二の回転軸と第三の回転軸との交差部）は、揺動スキャンモードにおいて測定容積の中心に位置し、そのことは、モデルが傾動させられたときに測定容積から外に逸脱しないことを意味する。

２つのカルダン回転軸のうちの１つ、すなわち、第三の回転軸は、一方向に１０５°まで旋回することができ、このことは、回転スキャンモードにおいて、３Ｄ測定カメラに対するアンダーカットを有する幾何形状への視野を与え、それは６０°までしかない傾動によってはキャプチャすることができない。

口腔外歯科用スキャナは、モデルプレートが円形であり、したがって半径を有するように設計されると、有利である。ここで、モデル回転モジュールの第五の回転軸は、モデルプレートの中心を通り、３Ｄ測定カメラの画像フィールドの対角線は、少なくともモデルプレートの半径と同じ長さである。このようにして、モデルプレート上に配置された対象の全体的なキャプチャ及び測定が得られる。

モデルプレートを用いる回転スキャンモードにおいて、完全な顎モデルが、概観記録を補足して、第五の回転軸を回転させることによって頬側だけでなく舌側も記録することができ、そのことは、通常、高い全体データ密度をもたらす。

第一の線形軸を伴うカメラ上昇モジュールと、第二の回転軸を伴う傾動モジュールと、第五の回転軸を伴うモデル回転モジュールとの同期した起動によって、画像フィールドよりも広い横方向に突出しているモデルは、回転スキャンの間に、カメラに対して横方向に移動することができ、したがって全体的にキャプチャすることができる。ここで、モデル高さ補償モジュールの軸（第四の軸）を送り軸として使用することができる。このように、とりわけ画像フィールド対角線よりも長いモデル、例えば、蝋成形モデル及び三重トレーを記録することができる。それらは、回転の間に、画像フィールドから横方向に突出するが、これは第二の軸と第五の軸との同期した移動によって補償することができる。

口腔外歯科用スキャナにおいて、第一の線形軸からの第五の回転軸までの距離が、少なくとも２２ｍｍであるが２６ｍｍ以下であり、好ましくは２４ｍｍであるときに有利であり、そのとき、第二の回転軸及び第三の回転軸は、第五の回転軸が第一の線形軸に平行であるように配置される。このことが、ロボットアームが中立位置にあるとき、第五の回転軸の回転軸中心のカルダン継手中心（第二の回転軸と第三の回転軸との交点）へのオフセットを生じさせる。

このため、比較的小さい画像フィールドを伴うカメラの使用が可能になる。カメラの画像フィールドは、それがモデルプレートの中心からモデルプレートの縁まで対角に広がるように整列することができる。例えば、全ての歯の完全な記録は、モデルプレートの段階的な回転によるいくつかの記録を結合することによって得ることができる。

比較的小さい画像フィールド及び固定焦点を伴うカメラは、まったく高価ではない。このことは、提案された口腔外歯科用スキャナが従来可能であるものよりもかなり安価に製造できることを意味する。

歯形状部の表面の光学キャプチャのために、歯形状部の３Ｄ測定カメラは、光学画像記録カメラ及び構造投光機を有することができる。歯形状部の表面の三次元キャプチャは、次に歯科分野において非常に満足のいくものであるとわかった平面三角測量の原理に基づくようになるであろう。あるいは、例えば、立体記録技術などの異なる３Ｄ測定方法を使用することもできる。

三角形の正確な角度測定による光学距離測定の幾何学的方法は、三角測量と呼ばれる。カメラと光源との間のビーム方向及び距離が既知であるとき、カメラと対象の表面上の点との間の距離を決定することができる。カメラと光源との間、更には対象から及び対象への２つのビームとの間の接続は三角形を形成し、そこから三角測量が得られる。この方法によって、三次元キャプチャ、換言すると、対象の表面全体の測定が得られ、それは平面三角測量と呼ばれる。

第一の線形軸に沿ったカメラ上昇モジュール（線形駆動モジュール）によって、カメラは、全ての記録の前に、手動作用を伴わずにオートフォーカスコントローラーを用いて、フォーカシングすることができる。ここで、３Ｄ測定カメラのオートフォーカシングのためにカメラ上昇モジュールを画像処理装置に接続することは、口腔外歯科用スキャナにとって得策である。３Ｄ測定カメラにおいて、オートフォーカスシングは、カメラレンズシステム内のインターレンズ分離を変更することによるのではなく、線形駆動モジュールによる第一の線形軸に沿った３Ｄ測定カメラの線形移動によって実装される。

このことは、特に、安価な固定フォーカスカメラを使用できることを意味する。この種のカメラは、非常に高い画像分解能を低価格で提供することができる。

歯形状部の手動位置決めの場合、提案された口腔外歯科用スキャナが３Ｄ測定カメラの粗い位置決めのための少なくとも１つの光電子ビームを有することが有利である。この後に、オートフォーカス装置による緻密な位置決めが続く。

関連するモデルサイズ、並びにモデルに関する測定容積のほとんど任意の相対的移動のための軸配列及び軸移動経路に対する最小の可能測定容積（光学部品についての同様のコストでのより高い測定精度を意味する）についての提案された口腔外歯科用スキャナに実装された特定の組合せは、ほとんど全ての関連するモデル幾何形状を全く同一の装置において好ましい視線方向から光学的にほとんど完全に手動だけでなく自動ででもスキャンすることを可能にする。

その光学機械式の位置決め軸概念によって、提案された口腔外歯科用スキャナは、まだ言及されてない特別な記録モードを更に可能にする。

概観記録モードにおいて、顎モデル全体及び顎印象トレー全体は、例えば、第四の軸によるモデル高さの調整の後に、例えば、５つの等間隔の角度段階の第五の軸についての回転によって実質的にほとんど完全にキャプチャすることができる。

更なる記録モードにおいて、局所のデータ間隙は、特定の記録計画を介して、問題となる間隙に対する理想的な軸座標組合せを視線方向として計算することによって充填することができる。ここで、軸システムについての高い移動自由度が充分に利用され、それはほとんど間隙のないデータセットをもたらす。

更なる詳細及び特徴は、従属請求項とともに好ましい実施形態についての以下の説明から現れてくる。ここで問題となる特徴は、それら自身に基づいて、又は集団に組み合わされて理解することができる。問題を解決する可能性は、例に限定されない。例えば、範囲の数字は、明記されない限り、常に中間値及び全ての考えられる部分区間を包含する。

例示的な実施形態が、図面に概略的に表現されている。個々の図面における同じ参照番号は、本明細書において、同じ構成要素又は機能的に等価な要素若しくは機能に関して相互に対応する要素を指す。詳細には、
主要部分（ハウジングを伴っていない）及び位置決め軸に関する測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 位置決め軸に関する測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分の第２の部分図（概略図）を示す。 測定容積の領域における図２Ａの拡大断面を示す。 全体顎モデルの回転スキャン（頬側）の例における測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 全体顎モデルの回転スキャン（舌側）の例における測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 アンダーカットを含む測定の例における測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 回転スキャンにおける個々の歯モデルのアンダーカットを含む測定の例における測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 個々の歯モデルの回転スキャンの例における測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 異なる視角からの個々の歯モデルの回転スキャンの例における測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 歯科用架工義歯モデルのアンダーカットを含む測定の例における位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 歯科用架工義歯モデルの回転スキャンの例における測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 異なる視角からの歯科用架工義歯モデルの回転スキャンの例における測定容積の位置の表示とともに口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 複数の個別歯揺動スキャンの例における揺動スキャンモードにおける口腔外歯科用スキャナの部分図（概略図）を示す。 自動位置決めモードにおける口腔外歯科用スキャナの図（概略図）を示す。 手動位置決めモードにおける口腔外歯科用スキャナの図（概略図）を示す。

図１の部分図に中立位置で概略的に示されている、歯形状部品の表面の三次元キャプチャのために使用される口腔外歯科用スキャナ１００は、ハウジング（図示せず）の内部に配置されている次の主要な要素又は組立体、すなわち、
−３Ｄ測定カメラ１０２の測定容積１０４中の歯形状部品の表面の三次元キャプチャのための３Ｄ測定カメラ１０２であって、光軸１０６及び測定容積１０４を有する、３Ｄ測定カメラ１０２と、
−３Ｄ測定カメラ１０２と歯形状部品との相対的な位置決めのための手段、すなわち、
−３Ｄ測定カメラ１０２の光軸１０６の位置と同一の位置の線形軸１１２（第一の軸）に沿ういずれかの方向１１０への３Ｄ測定カメラ１０２の鉛直方向移動のためのカメラ上昇モジュール（線形駆動モデル）１０８と、
−回転軸１１６（第二の軸）を伴う傾動モジュール１１４と、
−回転軸１２０（第三の軸）を伴う旋回モジュール１１８と、
−線形軸１２４（第四の軸）を伴うモデル高さ補償モジュール１２２と、
−回転軸１２８（第五の軸）を伴うモデル回転モジュール１２６と、
−歯形状部を保持するためのモデルプレート１３０と、を有する。

測定容積は、カメラの被写界深度に対応する深度、ここでは、典型的に焦点面の上下±１０ｍｍの深度とともに、カメラ（ｘ，ｙ）の画像サイズ、ここでは、典型的に３０ｍｍ×４０ｍｍの画像サイズによって画定される。

カメラ上昇モジュール（線形駆動モジュール）１０８は、３Ｄ測定カメラが上に配置される固定アセンブリの形式をとる。

更なる固定アセンブリ１３２が、カメラ上昇モジュール１０８の下に配置されており、傾動モジュール１１４が１つの側面に、２つの方向１３４に回転可能に固定アセンブリ１３２に取り付けられている。傾動モジュール１１４は、２つの脚を伴う直角の形態をとる。

旋回モジュール１１８が、傾動モジュール１１４のより遠い脚の１つの側面に２つの方向１３６に回転可能に取り付けられている。

傾動モジュール１１４と旋回モジュール１１８との組み合わせは、ロボットアームに類似のデザインを有し、カルダン継手又はカルダン腕を形成する。

モデル高さ補償上昇モジュール１２２は、それが２つの方向１３７に線形に移動できるように、旋回モジュール１１８に取り付けられる。

モデル回転モジュール１２６は、ここでは、所定の方向１３８への回転に対して、モデル回転モジュール１２６の回転軸１２８がモデル高さ補償上昇モジュール１２２の線形軸１２４に平行になるようにモデル高さ補償上昇モジュール１２２に取り付けられる。歯形状部を保持するためのモデルプレート１３０は、モデル回転モジュール１２６に所定の方向１３８に回転可能に搭載され、それによって、モデルプレート１３０の中心１４０は、モデル回転モジュール１２６の回転軸１２８上にある。

カメラ上昇モジュール１０８の線形軸１１２（したがって、同様に光軸１０６も）と、傾動モジュール１１４の回転軸１１６と、旋回モジュール１１８の回転軸１２０とは、それぞれの場合において、相互に垂直であり、測定容積１４４の中心１４２において交差する。

傾動モジュール１１４の回転軸１１６及び旋回モジュール１１８の回転軸１２０が、モデル回転モジュール１２６の回転軸１２８が３Ｄ測定カメラ１０２の光軸１０６と平行に整列させられるように、調節されるとき、モデル回転モジュール１２６の回転軸１２８は、３Ｄ測定カメラの光軸からある距離１４６をおいて離れている。

３Ｄ測定カメラ１０２は、光学カメラと構造投光機（どちらも別々には図示されていない）の両方を有する。

構造投光機又は構造投光は、対象の表面の三次元形状を非接触でキャプチャする装置又は方法である。三角測量原理において、ストライプが調査の対象に投影され、規定の角度にあるカメラによって検出される。カメラによって検出されたストライプの横方向偏向は、ここでは、対象の高さ又は対象の表面上の個々の点の測定値である。

自動位置決めモードにおいて、線形駆動モジュール（カメラ上昇モジュール）１０８は、全ての記録の前に、手動作用を伴わずに、オートフォーカスコントローラーを用いて、３Ｄ測定カメラ１０８、及びしたがって測定容積１４４を、カメラの光軸１０６に平行な線形軸１１２に沿って、記録されるべき歯形状部の領域の中へと移動する。

歯形状部の相対的位置決めのための図１に示されている手段（傾動モジュール１１４、旋回モジュール１１８、モデル高さ補償上昇モジュール１２２、モデルプレート１３０を伴うモデル回転モジュール１２６）は、特定の範囲内において移動又は回転することができる。下記の表１において、図１に示されている中立位置に関する角度又は移動範囲がリスト表示されている。

符号規約の方向が、図１において対応する軸のそばに記されている。

図２において、カメラ上昇モジュール１０８の下方の固定アセンブリ１３２及び位置決め手段１１４、１１８、１２６、１３０、１１４についての部分図（ビューＡ）によって、測定容積１４４又は画像フィールド２００の位置が示されている。

画像フィールド２００のサイズ（幅×高さ）は、ここでは、４０ｍｍ×３０ｍｍである。その結果として生じる画像フィールド対角線２０２の長さは、５０ｍｍである。画像フィールド対角線２０２は、ここでは、モデルプレート１３０の半径に及んでいる。画像フィールド中心２０４は、カルダン軸１１６、１２０の交点１４２と同一である。

１つの側面上の円形モデルプレート１３０のモデル回転軸１２８と、旋回モジュール１１８の回転軸１２０と傾動モジュール１１４の回転軸１１６との交点１４２、換言すれば、ロボットアームの中立位置でのカルダン継手の中心１４２との間のオフセット（距離）１４６は、２４ｍｍである。

図２におけるビューＢは、モデル回転プレート１３０に対する画像フィールド２００の位置及びサイズを示すために、ビューＡの拡大断面を示している。ビューＡについての説明は、ここにおいても同様にあてはまる。

図３の口腔外歯科用スキャナ１００の３つの部分図（ビューＡ、Ｂ及びＣ（概略図））において、それぞれの場合、位置決め手段１０８、１１４、１１８、１２６、１３０、又は全体顎モデルとして具現化された歯形状部３００の回転スキャン（頬側及び舌側）の実行中の歯形状部３００の位置及び角度に関する向きが示されている。

歯形状部３００は、例えば、磁気ホルダー（図示せず）によってモデルプレート１３０上に配置される。このモードにおいて、傾動モジュール１１４は、中立位置（０°に等しい第２の回転軸１１６の回転角）にある。その表面の三次元キャプチャのための歯形状部３００の相対的な位置決めは、このモードにおいて、カメラ上昇モジュール１０８を移動させるための第一の線形軸１１２、旋回モジュール１１８の回転軸１２０、モデル高さ補償上昇モジュール１２２を移動させるための線形軸１２４、及びモデル回転モジュール１２６の回転軸１２８の座標を変更することによって実行される。歯形状部３００の表面は、ここでは、頬側及び舌側の両方向からキャプチャされる。

図３において例として示されている、位置決め手段１１２、１１６、１２０、１２４、１２８の軸１１２、１１６、１２０、１２４、１２８における３Ｄ測定カメラ１０２の測定容積１４４に対する相対的な位置又は回転角は、以下のビューＡ、Ｂ及びＣに対応して表２〜４に示される。

図４の口腔外歯科用スキャナ１００の３つの部分図（ビューＡ、Ｂ及びＣ（概略図））において、位置決め手段１０８、１１４、１１８、１２６、１３０、又は歯形状部３００の位置及び角度に関する向きがまた示されているが、ここでは、個々の歯モデルとして具現化された歯形状部３００の回転スキャンの実行中のものである。

歯形状部３００は、ホルダー（図示されず）によって、モデルプレート１３０上に配置されている。このモードにおいて、傾動モジュール１１４は、また中立位置（軸２についての回転角が０°に等しい）にある。その表面の三次元キャプチャのための歯形状部３００の相対的な位置決めは、このモードにおいて、図３と同様であるが、ここでは軸１１２、１２０、１２４、１２８での座標を変えることによって実行される。

図４において例として示されている、位置決め手段１０８、１１４、１１８、１２６、１３０の軸における相対的な位置又は回転角１１２、１１６、１２０、１２４、１２８は、以下のビューＡ、Ｂ及びＣに対応して表５〜７に示される。

図５の口腔外歯科用スキャナ１００の３つの更なる部分図（ビューＡ、Ｂ及びＣ（概略図））において、ここでは、歯の架工義歯モデルとして具現化された歯形状部３００の回転スキャンの実行中の、位置決め手段１０８、１１４、１１８、１２２、１２６又は歯形状部３０６についての位置及び角度に関する向きがまた示されている。

歯形状部３００は、ホルダー（図示なし）によって、モデルプレート上に配置されている。このモードにおいて、傾動モジュール１１４は、また、中立位置（軸１１６の回転角が０°に等しい）にある。歯形状部３００の表面の三次元キャプチャのためのその相対的な位置決めは、このモードにおいて、図３及び４と同様に、ここでは再び軸１１２、１２０、１２４、１２８の座標を変更することによって実行される。

図５において例として示されている、位置決め手段１０８、１１４、１１８、１２２、１２６の軸における相対的な位置又は回転角は、以下のビューＡ、Ｂ及びＣに対応して表８〜１０に示される。

図６は、複数の個々の歯についてのスキャンの実行中の、固定アセンブリ１３２、並びに傾動モジュール１１４、旋回モジュール１１８、モデル高さ補償上昇モジュール１２２、及びモデル回転モジュール１２６の配置についての概略の部分図を示す。個々の歯モデル（ここでは、例えば、４つの個々の歯モデル）として具現化された歯形状部３００は、ここでは、ホルダーによってモデルプレート１３０上に配置されている。このいわゆる「揺動スキャンモード」に関して、第二及び第三の回転軸１１６、１２０の角度を変更することによって、表面上の特定の点におけるそれぞれの歯形状部３００の空間上の向きを、この点の空間上の位置を変更することなく、変更することが可能である。このように、スキャンされるべき個々の歯モデル３００は、揺動スキャンモード中、常に測定容積の内部にある。このように、モデルプレート１３０上に配置された個々の歯モデル３００のそれぞれについて、表面がスキャナ１００によって異なる方向から連続して完全にキャプチャすることができる。

揺動スキャンモードの場合、第二の傾動モジュール１１４及び第三の旋回モジュール１１８についての次の角度が、例えば、連続的にとられる。

第二の傾動モジュール１１４及び第三の旋回モジュール１１８の両方における記録は、上記の記録に対応する０°に設定される。

図７は、自動位置決めモード（ビューＡ）及び手動位置決めモード（ビューＢ）においてハウジング７００の中に配置された、図１に既に記載されたアセンブリ／要素を伴う口腔外歯科用スキャナ１００を示す。

自動及び手動の位置決めモードを実装するために、口腔外歯科用スキャナ１００は、図１において既に示された要素又はアセンブリに加えて、垂直方向に配置された２つの作業範囲７０２、７０４（又は作業面）を有し、それにより、上部作業範囲７０２は、自動位置決めモード（ビューＡ）での作業を可能にし、下部作業範囲７０４は、手動位置決めモード（ビューＢ）での作業を可能にする。

自動位置決めモードにおいて、線形駆動モジュール１０８は、３Ｄ測定カメラ１０２、したがって測定容積１４４を、全ての記録の前になんら手動作用を伴わずにオートフォーカスコントローラーによって、カメラの光軸に平行に、記録されるべき歯形状部の領域の中へと移動する。ここでは、自動位置決めモードにおいて、３Ｄ測定カメラは、上部作業範囲７０２に位置している。ビューＡの表示において、その位置決め手段を伴うロボットアーム７０６は、例えば、「概観記録」モードのための中立位置にある。

手動位置決めモード（ビューＢ）を実装するために、口腔外歯科用スキャナ１００は、歯形状部３００の手動位置決めのための作業プレート７０８を更に有する。作業プレート７０８は、３Ｄ測定カメラ１０２からその光軸１０６の方向に見ると、ここでは、モデル回転モジュール１２６の背後に、これと作業プレート７０８とが衝突することができないように配置されている。作業プレート７０８は、ここでは、光軸１０６に対して垂直な平面にある。ロボットアーム７０６は、ここでは、手動位置決めモードにおける「パーキング位置」（ビューＢ）にある。

図７Ｂに示されているパーキング位置の場合において、第二の傾動モジュール１１４は＋６０°に配置され、第三の旋回モジュール１１８は−１０５°に配置され、第四のモデル高さ補償上昇モジュール１２２は下方の−２５ｍｍまで完全に移動する。

手動位置決めモードにおいて、歯形状部３００の異なる設計は、咬合器を使用し、作業プレート上に配置されるものを含み、三次元的にキャプチャすることができる（例として図７のビューＢ）。歯形状部３００の手動位置決めにおいては、最初に、少なくとも１つの光電子ビームによって３Ｄ測定カメラについての粗い位置決めを行う一方で、微細な位置決めはオートフォーカス装置によって実行される。

顎関節の移動をシミュレーションするための装置は、咬合器と呼ばれる。そうするために、上下顎の歯列弓の石膏モデルが、咬合器に据え付けられる。相互に対する顎の移動が、次にシミュレーションすることができる。

本発明の説明の意味の範囲内にある画像フィールドは、焦点面の測定容積を通る断面であり、断面平面は、光軸に対して垂直である。

頬側記録は、頬側における記録であり、舌側記録は、舌側における記録である。

一方向的かつ回転的に固定された対象、換言すれば、例えば、軸、シャフト、カルダン軸、カルダンシャフト又は同様のものは、その２つの端部のうちの１つにおいてのみ回転が固定又は支持され、かつそこでのみ駆動又は回転させられる。別の端部は、より遠くの対象上に又はそれに対して固定されず、又は支持を有しない。

例えば、３Ｄ測定カメラは、例えば構造投光機によって対象の三次元表面構造をキャプチャするための光学カメラである。

本発明の説明の意味の範囲内にある位置決め手段は、３Ｄ測定カメラと歯形状部との相対的な位置決めのための手段である。

本発明の説明の意味の範囲内にあるロボットアーム７０６は、傾動モジュール１１４と、旋回モジュール１１８と、モデル高さ補償上昇モジュール１２２と、モデル回転モジュール１２６と、モデルプレート１３０とからなるユニットを指す。

参照番号
１００ 口腔外歯科用スキャナ
１０２ ３Ｄ測定カメラ
１０４ 測定容積
１０６ 光軸
１０８ カメラ上昇モジュール（線形駆動モジュール）
１１０ カメラ上昇モジュールの線形軸の移動範囲
１１２ 第一の軸／カメラ上昇モジュールの線形軸
１１４ 傾動モジュール
１１６ 第二の軸／傾動モジュールの回転軸
１１８ 旋回モジュール
１２０ 第三の軸／旋回モジュールの回転軸
１２２ モデル高さ補償上昇モジュール
１２４ 第四の軸／モデル高さ補償上昇モジュールの線形軸
１２６ モデル回転モジュール
１２８ 第五の軸／モデル回転モジュールの回転軸
１３０ モデルプレート
１３２ 歯科用スキャナの固定アセンブリ
１３４ 傾動モジュールの回転軸の角度範囲
１３６ 旋回モジュールの回転軸の角度範囲
１３７ モデル高さ補償上昇モジュールの線形軸の移動範囲
１３８ モデルプレートの移動方向（回転方向）
１４０ モデルプレートの中心
１４２ 測定容積（傾動モジュールの回転軸と旋回モジュールの回転軸とカメラ上昇モジュールの線形軸との共通部分）の中心
１４４ 測定容積
１４６ モデル回転軸と、旋回モジュールの回転軸と傾動モジュールの回転軸との交点（中立位置におけるカルダン継手の中心）との間のオフセット（距離）
２００ 画像フィールド
２０２ 画像フィールド対角線
２０４ 画像フィールド中心
３００ 歯形状部
７００ ハウジング
７０２ 上部作業範囲
７０４ 下部作業範囲
７０６ ロボットアーム（傾動モジュール１１４と旋回モジュール１１８とモデル高さ補償上昇モジュール１２２とモデル回転モジュール１２６とモデルプレート１３０とからなる）
７０８ 作業プレート

Claims (9)

1. 歯形状部（３００）の表面の三次元キャプチャのための口腔外歯科用スキャナであって、
   ａ）３Ｄ測定カメラ（１０２）の測定容積（１０４、１４４）中の前記歯形状部（３００）の表面の三次元キャプチャのための３Ｄ測定カメラ（１０２）であって、前記３Ｄ測定カメラ（１０２）は、光軸（１０６）を有する、３Ｄ測定カメラ（１０２）と、
   ｂ）前記歯形状部（３００）を保持及び位置決めするための手段と、
   ｂ）前記３Ｄ測定カメラ（１０２）と前記歯形状部（３００）との相対的な位置決めのための手段と、
   ｃ）前記歯形状部（３００）を保持及び位置決めする手段が、前記３Ｄ測定カメラ（１０２）によって光学的にキャプチャすることができる領域の外側のパーキング位置の中に移動することができるように設計されている、前記３Ｄ測定カメラ（１０２）と前記歯形状部（３００）との機械制御された相対的な位置決めのための手段と、
   ｄ）前記歯形状部（３００）を前記３Ｄ測定カメラ（１０２）の測定容積（１４４）の範囲内に手動位置決めするための作業プレート（７０８）であって、
   ｄ１）前記作業プレート（７０８）は、前記光軸（１０６）に垂直に整列されており、
   ｄ２）前記作業プレート（７０８）は、前記３Ｄ測定カメラ（１０２）から見ると、前記歯形状部（３００）を保持及び位置決めするための手段の背後に配置されている、作業プレートと、を有する、口腔外歯科用スキャナ。
2. ａ１）第一の線形軸（１１２）に沿って前記３Ｄ測定カメラ（１０２）を移動するための第一のカメラ上昇モジュール（１０８）と、
   ａ２）第二の回転軸（１１６）を伴う第二の傾動モジュール（１１４）と、
   ａ３）第三の回転軸（１２０）を伴う第三の旋回モジュール（１１８）と、
   ａ４）第四の線形軸（１２４）を伴う第四のモデル高さ補償上昇モジュール（１２２）と、
   ａ５）第五の回転軸（１２８）を伴う第五のモデル回転モジュール（１２６）と、
   ａ６）前記歯形状部（３００）を保持するためのモデルプレート（１３０）と、
   ｂ１）前記第二の傾動モジュール（１１４）は、前記第一のカメラ上昇モジュール（１０８）に一方向にかつ回転可能に固定されていることと、
   ｂ２）前記第三の旋回モジュール（１１８）は、前記第二の傾動モジュール（１１４）に一方向にかつ回転可能に固定されていることと、
   ｂ３）前記第四のモデル高さ補償上昇モジュール（１２２）は、前記第三の旋回モジュール（１１８）に移動可能に固定されていることと、
   ｂ４）前記モデル回転モジュール（１２６）は、前記モデル回転モジュール（１２６）の第五の回転軸（１２８）が前記第四の線形軸（１２４）に平行であるように、前記モデル高さ補償上昇モジュール（１２２）に取り付けられていることと、
   ｂ５）前記モデルプレート（１３０）は、前記モデル回転モジュール（１２６）に回転可能に支持され、前記モデルプレートの中心（１４０）は、前記第五の回転軸（１２８）上にあることと、
   ｃ）前記第一の線形軸（１１２）と、前記第二の回転軸（１１６）と、前記第三の回転軸（１２０）とは、それぞれ相互に垂直であり、前記測定容積（１４４）の中心（１４２）において一致することと、を特徴とする、請求項１に記載の口腔外歯科用スキャナ。
3. 前記第五の回転軸（１２８）は、前記第二及び第三の回転軸（１１６、１２０）が、前記第五の回転軸（１２８）が前記第一の線形軸（１１２）と平行に整列させられるように設置されるときに、前記第一の線形軸（１１２）から少し離れていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の口腔外歯科用スキャナ。
4. 前記３Ｄ測定カメラ（１０６）と前記歯形状部（３００）との相対的な位置決めのための手段は、中立位置に関して次の角度及び／又は移動範囲を有すること、すなわち、
   ａ）前記３Ｄ測定カメラ（１０２）を移動するための前記第一のカメラ上昇モジュール（１０８）の第一の線形軸（１１２）は、プラス２５ｍｍからマイナス１７０ｍｍまでの移動範囲（１１０）を有することと、
   ｂ）前記第二の傾動モジュール（１１４）の第二の回転軸（１１６）は、プラス６０°からマイナス６０°までの角度範囲（１３４）を有することと、
   ｃ）前記第三の旋回モジュール（１１８）の第三の回転軸（１２０）は、プラス６０°からマイナス１０５°までの角度範囲（１３６）を有することと、
   ｄ）前記第四のモデル高さ補償上昇モジュール（１２２）の第四の線形軸（１２４）は、プラス２５ｍｍからマイナス２５ｍｍまでの移動範囲（１３７）を有することと、
   ｅ）前記第五のモデル回転モジュール（１２６）の第五の回転軸（１２８）は、３６０°及び／又はその倍数の角度範囲を有することと、を特徴とする、請求項１〜３のうちの一項に記載の口腔外歯科用スキャナ。
5. ａ）前記モデルプレート（１３０）が円形であり、半径を有することと、
   ｂ）前記３Ｄ測定カメラ（１０２）の画像フィールド（２００）の対角線（２０２）が少なくとも前記モデルプレート（１３０）の半径と同じ長さであることと、を特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の口腔外歯科用スキャナ。
6. 前記第二及び第三の回転軸（１１６、１２０）が、前記第五の回転軸（１２８）が前記第一の線形軸（１１２）に平行であるように設置されるとき、前記第一の線形軸（１１２）からの前記第五の回転軸（１２８）の距離（１４６）は、少なくとも２２ｍｍであるが２６ｍｍ以下であり、好ましくは２４ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の口腔外歯科用スキャナ。
7. ａ）前記３Ｄ測定カメラ（１０２）は、光学画像−記録カメラ及び構造投光機を有することと、
   ｂ）前記歯形状部（３００）の表面の三次元キャプチャは、平面三角測量の原理に基づいていることと、を特徴とする、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の口腔外歯科用スキャナ。
8. 前記カメラ上昇モジュール（１０８）は、前記３Ｄ測定カメラ（１０２）のオートフォーカシングのための画像処理装置に接続されていることを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の口腔外歯科用スキャナ。
9. 前記歯形状部（３００）の手動位置決め中の、前記３Ｄ測定カメラ（１０２）の粗い位置決めのための少なくとも１つの光電子ビームを有することを特徴とする、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の口腔外歯科用スキャナ。
   
   
   

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