KR20170135857A

KR20170135857A - 대상물을 광학적으로 측정하기 위한 방법 및 측정 시스템

Info

Publication number: KR20170135857A
Application number: KR1020177028529A
Authority: KR
Inventors: 안더스 아담슨; 프랭크 티엘; 울프 윌러스
Original assignee: 시로나 덴탈 시스템스 게엠베하
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-12-08
Anticipated expiration: 2036-04-11
Also published as: EP3280972B1; CN107427231B; JP2018518209A; US20180078128A1; DE102015206341A1; EP3280972A1; DK3280972T3; CN107427231A; WO2016162552A1; CA2981200C; US10390693B2; US20190328222A1; US11129522B2; KR102244532B1; JP6856542B2; CA2981200A1

Abstract

본 발명은 치과용 카메라(5) 및 광학 부착물(6)을 포함하는, 대상물(2)을 광학적으로 측정하기 위한 측정 시스템(1)에 관한 것이다. 이 경우, 광학 부착물(6)은 광학 부착물(6)이 음의 초점 길이를 갖도록 하는 방식으로 형상을 가지고 배열되어서, 치과용 카메라(5)의 측정 필드 또는 측정 용적(9)이 광학 부착물(6)에 의해 확대되는, 적어도 하나의 렌즈(7, 8)를 포함한다.

Description

대상물을 광학적으로 측정하기 위한 방법 및 측정 시스템{1}

본 발명은 치과용 카메라 및 광학 부착물을 포함하는, 대상물을 광학적으로 측정하기 위한 방법 및 측정 시스템에 관한 것이다.

치과 대상물을 광학적으로 측정하기 위한 다수의 방법 및 측정 장치가 선행 기술로부터 알려져 있다.

공개된 문헌 DE 100 43 749 A1은 이미지 획득을 위한 치과 핸드피스 및 여기 방사선을 검사하고자 하는 치아 조직의 영역으로 향하게 하기 위한 수단을 개시하고 있으며, 이 경우 카메라는 센서 헤드 및 카메라 모듈로 구성된 2개의 파트에 설계되어 있다. 서로 다른 광학 성질을 갖는 서로 다른 렌즈 튜브를 사용함으로써, 카메라에는 서로 다른 영상 성질이 구비될 수 있고, 결과적으로, 각각의 적용예에 맞게 조정될 수 있다. 부착물 안에 이미지를 전송하기 위해, 프리즘 형태의 편향 장치가 사용된다.

이 치과용 카메라의 단점은 치과용 카메라가 치아를 측정하는 데에만 사용될 수 있다는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 광학적으로 측정하는데 사용되며 치아뿐만 아니라 보다 큰 대상물의 이미지를 생성할 수 있는 측정 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 치과용 카메라 및 광학 부착물을 포함하는, 대상물을 광학적으로 측정하기 위한 측정 시스템에 관한 것이다. 이 경우, 광학 부착물은 광학 부착물이 음의 초점 길이를 갖도록 하는 방식으로 형상을 가지고 배열되어서, 치과용 카메라의 측정 필드 또는 측정 용적이 광학 부착물에 의해 확대되는, 적어도 하나의 렌즈를 포함한다.

치과용 카메라는 임의의 휴대용 치과용 카메라일 수도 있다. 이는 2차원 또는 심지어 3차원 측정 방법에 기초한다.

대상물은 환자의 치아 또는 환자의 얼굴일 수도 있다. 광학 부착물에는 종래의 치과용 카메라에 고정되기 위해서 고정 수단이 구비될 수도 있다. 고정 수단은 예를 들어, 이미 공지된 거울 슬리브의 고정 수단에 대응할 수도 있다.

고정 수단은 예를 들어, 스냅 잠금(snap-lock) 기구 및 판 스프링(leaf spring)을 포함할 수도 있어서, 부착물이 치과용 카메라에 장착될 때, 부착물이 치과용 카메라에 대해 그 위치에 스냅 잠금되고, 그렇게 함으로써, 그 위치에 고정된다.

따라서, 광학 부착물은 단일 렌즈 또는 심지어 복수의 광학 렌즈로 구성된 렌즈 시스템을 포함할 수도 있으며, 이는 광학 부착물이 음의 초점 길이를 가지고 측정 용적을 확장하도록 하는 방식으로 서로에 대하여 배치되고 형상을 갖는다. 광학 부착물은 예를 들어, 평면-볼록 렌즈(plano-convex lens) 및 볼록-평면 렌즈(convex-planar lens) 또는 오목-볼록 렌즈(concave-convex lens) 및 볼록-오목 렌즈(convex-concave lens)로 구성될 수도 있다. 측정 필드는 치과용 카메라가 대상물을 측정하는 영역이다. 3차원 광학 치과용 카메라의 경우, 대상물의 측정 용적이 측정된다. 2차원 카메라의 경우 이 측정 필드 또는 3차원 카메라의 경우 측정 용적이 광학 부착물을 사용하여 상당히 확대되어서, 더 큰 대상물을 측정할 수 있다.

측정 시스템의 한 가지 이점은 종래의 치과용 카메라가 치아 측정을 위해서 뿐만 아니라, 환자의 얼굴 또는 얼굴의 일부와 같은 더 큰 대상물을 광학 부착물을 사용하여 측정하기 위해 사용될 수 있다는 점이다.

유리하게는, 상기 치과용 카메라는 2차원 측정 방법 또는 3차원 측정 방법에 기초할 수 있다.

그 결과, 광학 부착물은 2차원 치과용 카메라 및 3차원 치과용 카메라 모두에 사용될 수 있다.

유리하게는, 치과용 카메라는 2차원 비디오 영상 방법, 3차원 삼각측량 측정 방법, 3차원 공초점 측정 방법 또는 백색광 간섭계 측정 방법에 기초할 수 있다.

삼차원 삼각측량 측정 방법은, 예를 들면, 주지의 프린지 투사법(fringe projection method)일 수도 있으며, 여기에서 명암 프린지 패턴이 측정할 대상물 위로 투사된다. 그런 다음 투사된 프린지 패턴은 치과용 카메라를 이용하여 투사에 대한 공지된 시야각에서 취해진다. 소위 위상 변위법(phase shift method)을 사용하여, 패턴에서 프린지의 위치를 반영하는 투사 좌표가 결정된다. 조명 빔과 관찰 빔 사이의 공지된 삼각측량 각도에서, 대상물의 각각의 측정 포인트의 3D 공간 좌표가 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 대상물의 각 측정 포인트에 대해 공간 좌표가 결정되고, 대상물의 표면의 3차원 이미지가 산출된다.

3차원 공초점 측정 방법의 경우, 치과 대상물 표면을 서서히 샘플링하고, 초점면을 서서히 변위시킨다. 초점면 외부의 빛은 핀홀을 이용하여 가능한 한 많이 차단된다. 상이한 초점면들의 개별 스텝들의 측정된 이미지 데이터는 측정될 대상물의 3차원 이미지를 산출하는데 사용될 수 있다.

2차원 비디오 영상 방법은 공지된 측정 방법이며, 대상물의 연속적인 2차원 이미지를 생성한다.

백색광 간섭계의 경우, 기준 빔 또는 대상물 빔에서의 경로 길이가 거의 동일할 때, 결과가 색 간섭이 되도록, 낮은 가간섭성 길이(coherence length)의 광이 사용된다. 경로 길이가 변경되면, 간섭 패턴이 변경되어, 대상물의 표면으로부터의 거리가 간섭 패턴에 기초하여 결정될 수 있다.

치과용 카메라는 2차원 비디오 영상 방법과 3차원 삼각측량 방법을 결합한 측정 방법을 기반으로 할 수도 있다. 이 경우에, 삼각측량 측정 방법으로부터의 3차원 이미지는 컬러 2차원 비디오 이미지와 중첩되어, 3차원 컬러 이미지가 생성된다.

유리하게는, 광학 부착물은 연결 수단에 의해 치과용 카메라에 착탈식으로 연결될 수 있다.

본 측면은 사용자가 부착물이 없는 카메라를 이용하여, 치아와 같은 더 작은 대상물을 측정하고 부착물이 있는 카메라를 이용하여, 얼굴의 일부와 같은 더 큰 대상물을 측정할 수 있게 한다. 카메라 상의 광학 부착물의 고정 수단은 광학 부착물이 카메라에 대하여 소정의 위치와 배향으로 배치되도록 하는 방식으로 설계되어 있다. 연결 수단은 예를 들어, 나사 결합(threaded joint)일 수도 있다.

유리하게는, 치과용 카메라의 측정 필드 또는 측정 용적은 광학 부착물에 의해, 5 이상인, 배율 상수로 확대될 수 있다.

따라서, 에지 길이가 15mm 내지 20mm인 입방체 형태의 치과용 카메라의 통상적인 측정 용적은, 예를 들어 30mm 이상의 에지 길이를 갖는, 확대된 측정 용적으로 확장될 수 있다. 그 용적은 또한 예를 들어 100mm 이상과 같은, 훨씬 더 큰 에지 길이를 가질 수도 있다. 측정 용적의 에지 길이는 입, 코 및/또는 눈과 같은 얼굴의 관련 부분이 정합될 수 있는 방식으로 선택해야 한다.

유리하게는, 광학 부착물은 조명 빔 및 치과용 카메라의 관찰 빔을 대상물에 편향시키는 빔 편향기(deflector)를 또한 포함할 수 있다.

상기 빔 편향기는, 예를 들어, 미러 또는 프리즘일 수도 있으며; 이러한 방식으로 이미지의 측정 방향은 카메라의 길이방향에 수직으로 연장될 수 있다. 이 기능은 특히 치아를 측정할 때 유리하다.

유리하게는, 광학 부착물은 광학 부착물이 음의 초점 길이를 갖도록 하는 방식으로 형상을 가지고 서로에 대하여 배열되어 있는 복수의 렌즈를 포함할 수도 있다.

따라서, 결과적으로, 복수의 광학 렌즈가 음의 초점 길이를 생성하는데 사용된다.

유리하게는, 10mm와 20mm 사이의 에지 길이를 갖는 입방체 형태의 3차원 치과용 카메라의 측정 용적은 30mm 이상의 에지 길이를 갖는 확대된 측정 용적으로 광학 부착물에 의해 확대될 수 있다.

결과적으로, 얼굴의 일부가 부착물이 있는 카메라로 측정될 수 있다.

또한, 본 발명은 착탈식 광학 부착물이 있는 치과용 카메라에 의해 대상물을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 경우, 광학 부착물이 음의 초점 길이를 가져서, 치과용 카메라의 측정 필드 또는 측정 용적이 광학 부착물에 의해 확대된다.

따라서, 본 발명의 방법은 신규한 광학 부착물이 있는 종래의 치과용 카메라에 의해 더 큰 측정 필드를 측정하는 것을 가능하게 한다.

유리하게는, 상기 치과용 카메라는 2차원 측정 방법 또는 3차원 측정 방법에 기초할 수도 있다.

본 측면은 본 발명이 2차원 또는 3차원 치과용 카메라에도 적용될 수 있게 한다.

유리하게는, 상기 치과용 카메라는 2차원 비디오 영상 방법, 3차원 삼각측량 측정 방법, 3차원 공초점 측정 방법 또는 백색광 간섭계 측정 방법에 기초할 수 있다.

결과적으로, 본 방법은 상술한 측정 방법에 기초하는 치과용 카메라에 사용될 수 있다.

결과적으로, 측정 필드가 상당히 확대된다.

유리하게는, 제1 단계에서, 환자의 치아는 광학 부착물이 없는 치과용 카메라에 의해 측정될 수 있고, 치아의 제1 이미지가 생성된다. 그런 다음 제2 단계에서 환자의 얼굴의 적어도 일부는 확대된 측정 필드 또는 측정 용적을 갖는 광학 부착물이 있는 치과용 카메라에 의해 측정되고, 얼굴의 제2 이미지가 생성된다. 그런 다음 치아의 제1 이미지와 얼굴의 제2 이미지가 정합되어 복합체 이미지를 형성한다.

이러한 방식으로, 부착물이 없는 치과용 카메라는 치아의 상황을 측정하는데 사용될 수 있고, 부착물이 있는 카메라는 얼굴의 적어도 일부를 측정하는데 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 얼굴의 측정된 부분으로는, 예를 들어 콧구멍, 턱의 모양 및 동시에 치아, 특히 송곳니의 첨단 팁과 같은 특징적인 영역을 포함할 수도 있다.

촬상된 치아는 정합 중 부착물이 없는 카메라에 의해 생성된 보다 정확한 치아 이미지로 교체될 수 있다. 얼굴의 일부와 치아를 모두 포함하는, 이러한 이미지는 치과 기술자 또는 치과 의사가 얼굴 모양, 콧구멍 폭 또는 턱 모양을 고려하는 치료 전략을 수립할 수 있게 한다. 따라서, 이 정보는 치아 보철물을 설계하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 치아 보철물은 자연 치아의 심미적인 시각적 인상을 모방하기 위해, 두 개의 송곳니의 첨단 팁 사이의 거리가 콧구멍의 폭과 일치하도록 하는 방식으로 설계될 수 있다.

본 발명은 도면들을 참조하여 설명된다. 도면들에서
도 1은 치과용 카메라 및 광학 부착물을 포함하는 측정 시스템을 도시하며;
도 2는 광학 부착물이 없는 치과용 카메라의 관찰 빔의 빔 경로를 예시하기 위한 스케치를 보여주며;
도 3은 광학 부착물이 있는 치과용 카메라의 관찰 빔의 빔 경로를 예시하기 위한 스케치를 보여주며;
도 4는 광학 부착물이 있는 카메라에 의한 얼굴 및 치아의 일부의 이미지를 도시한다.

예시적인 실시예들

도 1은 환자(3)의 얼굴 및/또는 환자의 치아(4)일 수 있는, 대상물(2)을 광학적으로 측정하기 위한 측정 시스템(1)을 도시한다. 측정 시스템(1)은 종래의 치과용 카메라(5), 및 제1 평면-볼록 렌즈(7)와 제2 볼록-평면 렌즈(8)를 갖는 광학 부착물(6)을 포함한다. 두 렌즈(7 및 8)는 광학 부착물(6)이 음의 초점 거리를 갖도록 하는 방식으로 형상을 가지고 카메라(5)에 대하여 배치되어 있다. 치아(4)와 같은 작은 대상물은 광학 부착물(6)이 없는 카메라(5)에 의해 측정되며, 이 경우 치과용 카메라(5)의 측정 용적(9)은 비교적 작고 입방체와 같은 형상일 때에는, 예를 들어, 10mm와 20mm 사이의 에지 길이(10)를 가질 수도 있다. 이 측정 용적(9)은 광학 부착물(6)에 의해 100 mm 이상의 에지 길이(12)를 갖는 확대된 측정 용적(11)으로 확대된다. 광학 부착물(6)이 없는 치과용 카메라(5)의 제1 조명 빔(13)을 점선으로 표시하고 있다. 광학 부착물(6)이 있는 치과용 카메라(5)의 제2 조명 빔(14)은 확대된 측정 용적(11)의 한계를 정의한다.

따라서, 측정 시스템(1)은 제1 단계에서 치아(4)가 광학 부착물(6)이 없는 카메라(5)에 의해 측정되고, 이어서 제2 단계에서 환자의 얼굴(3)의 일부분이 광학 부착물(6)이 있는 동일한 카메라(5)에 의해 측정되는 방법을 위해 사용 가능하다. 그런 다음, 두 이미지는 후속적으로 서로에 대하여 정합될 수 있다. 치과용 카메라(5)는 삼차원 삼각측량 방법 또는 공초점 측정 방법에 기초할 수도 있다.

도 2는 광학 부착물(6)이 없는 치과용 카메라(5)의 조명 빔(14)의 빔 길이를 예시하는 스케치이다. 치과용 카메라(5)의 디자인은 임의의 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 치과용 카메라(5)는 미러 슬리브를 가질 수도 있는데, 이는 도 1에 도시되고 치과용 카메라(5)의 길이방향 축에 수직인 조명 빔(14)을 편향시킨다. 그러나, 치과용 카메라(5)는 도 2에 도시된 바와 같이, 미러 슬리브 없이 사용될 수도 있다. 이 경우에, 조명 빔(14)은 치과용 카메라(5)의 길이방향 축(20)의 방향으로 방출된다. 도 2에서, 작은 측정 용적(9)은 점선으로 도시되어 있고, 이 측정 용적은 치아의 일부분만을 측정한다.

도 3은 제1 렌즈(7) 및 제2 렌즈(8)를 포함하는 광학 부착물(6)이 있는 도 2로부터의 카메라(5)의 스케치를 도시한다. 따라서, 광학 부착물(6)은 제1 렌즈(31)와 제2 렌즈(32)로 구성된 치과용 카메라(5)의 대물렌즈(30)에 더하여, 확장된 측정 필드(11)의 조명 빔(14)의 빔 경로에 배열된다. 따라서, 이러한 배열은 치과용 카메라(5)의 측정 용적(9)이 상기 확장된 측정 용적(11) 까지 만큼 멀리, 이 경우에는 에지 길이(10) 뿐만 아니라 깊이 측정 범위(33)로 확대될 수 있게 한다. 삼각측량 측정 방법에서, 깊이 측정 범위의 배율은 초점이 더 길기 때문에 삼각측량 각이 그에 따라 감소된다는 사실에 기초한다. 공초점 측정 방법에서, 더 긴 초점으로 인해 깊이 측정 범위가 확대되는 결과를 초래한다. 도 3은 조명 빔(14)이 넓어지는 방식을 개략적인 형태로 도시하고, 결과적으로, 초점 포인트(34) 또한 도 1에서 보다 서로에게서 더 멀리 떨어져 있다.

도 4는 도 1로부터의 광학 부착물(6)이 있는 카메라(5)에 의해 촬영된 얼굴(3)의 일부 및 치아(4)의 이미지(40)를 도시한다. 정확성을 향상시키기 위해, 부착물(6)이 없는 카메라(5)에 의해 촬영된 치아의 보다 정확한 이미지를 얼굴(3)의 이미지와 정합할 수 있다. 부착물(6)이 없는 카메라(5)에 의해 촬영된 치아(4)의 이미지가 더 높은 해상도를 갖기 때문이다. 얼굴(3)의 이미지(40)는 치과 기술자 또는 치과 의사가 얼굴 모양(41), 콧구멍 폭(42), 턱 모양(43) 및/또는 송곳니 첨단 팁(45)으로부터의 거리(44)를 고려하는 치료 전략을 수립할 수 있게 한다. 도 4에 도시된 경우에, 콧구멍 폭(42)은 거리(44)와 일치한다. 이것은 대부분의 사람들의 자연스러운 상태에 대응한다. 따라서, 치아 보철물을 설계할 때 자연 치아를 모방하기 위해, 콧구멍 폭(42)도 고려된다.

1 측정 시스템
2 대상물
3 환자 / 환자의 얼굴
4 치아
5 치과용 카메라
6 광학 부착물
7 제1 렌즈
8 제2 렌즈
9 측정 용적
10 에지 길이
11 확대된 측정 용적
12 에지 길이
13 제1 조명 빔
14 제2 관찰 빔
20 길이방향 축
30 대물렌즈
31 제1 렌즈
32 제2 렌즈
33 깊이 측정 범위
34 초점 포인트
40 이미지
41 얼굴 모양
42 콧구멍 폭
43 턱
44 거리
45 첨단 팁

Claims

치과용 카메라(5) 및 광학 부착물(6)을 포함하는, 대상물(2)을 광학적으로 측정하기 위한 측정 시스템(1)으로, 상기 광학 부착물(6)은 상기 광학 부착물(6)이 음의 초점 길이를 갖도록 하는 방식으로 형상을 가지고 배열되어서, 상기 치과용 카메라(5)의 측정 필드 또는 측정 용적(9)이 상기 광학 부착물(6)에 의해 확대되는, 적어도 하나의 렌즈(7, 8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 치과용 카메라(5)는 2차원 측정 방법 또는 3차원 측정 방법에 기초하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제2항에 있어서, 상기 치과용 카메라(5)는 2차원 비디오 영상 방법, 3차원 삼각측량 측정 방법, 3차원 공초점 측정 방법 또는 백색광 간섭계 측정 방법에 기초하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 부착물(6)은 연결 수단에 의해 상기 치과용 카메라(5)에 착탈식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치과용 카메라(5)의 측정 필드 또는 측정 용적(9)은 상기 광학 부착물(6)에 의해, 5 이상인, 배율 상수로 확대되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 부착물(6)은 조명 빔(13, 14) 및 상기 치과용 카메라(5)의 관찰 빔을 대상물(3, 4)에 편향시키는 빔 편향기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 부착물(6)은 상기 광학 부착물(6)이 음의 초점 길이를 갖도록 하는 방식으로 형상을 가지고 서로에 대하여 배열되어 있는 복수의 렌즈(7, 8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 10mm와 20mm 사이의 에지 길이를 갖는 입방체 형태의 3차원 치과용 카메라(5)의 측정 용적(9)은, 상기 광학 부착물(6)에 의해 30mm 이상의 에지 길이를 갖는 확대된 측정 용적(11)으로 확대되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
착탈식 광학 부착물(6)이 있는 치과용 카메라(5)에 의해 대상물(3, 4)을 측정하기 위한 방법으로, 상기 광학 부착물(6)은 음의 초점 길이를 가져서, 상기 치과용 카메라의 측정 필드 또는 측정 용적(9)이 상기 광학 부착물(6)에 의해 확대되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 치과용 카메라(5)는 2차원 측정 방법 또는 3차원 측정 방법에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 치과용 카메라(5)는 2차원 비디오 영상 방법, 3차원 삼각측량 측정 방법, 3차원 공초점 측정 방법 또는 백색광 간섭계 측정 방법에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 부착물(6)에 의해 상기 치과용 카메라(5)의 측정 필드 또는 측정 용적(9)은 5 이상인, 배율 상수로 확대되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 환자의 치아(4)는 상기 광학 부착물(6)이 없는 치과용 카메라(5)에 의해 측정되고, 치아의 제1 이미지가 생성되고, 여기서 상기 환자의 얼굴(3)의 적어도 일부분은 상기 확대된 측정 필드 또는 측정 용적(11)을 갖는 상기 광학 부착물(6)이 있는 치과용 카메라(5)에 의해 측정되고; 그리고 상기 얼굴의 제2 이미지가 생성되고, 여기서 후속하여 상기 치아(4)의 제1 이미지와 상기 얼굴(3)의 제2 이미지가 정합되어 복합체 이미지를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.