ES2876155T3

ES2876155T3 - Escáner tridimensional y aparato para el procesamiento de objetos artificiales mediante el uso del mismo

Info

Publication number: ES2876155T3
Application number: ES17827932T
Authority: ES
Inventors: Jung Bon Moon
Original assignee: DDS Co
Current assignee: DDS Co
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2037-07-12
Also published as: EP3485841B1; JP2019525167A; CN109475394B; JP6735899B2; EP3485841A4; EP3485841A1; US20190254783A1; WO2018012862A1; US10792133B2; CN109475394A

Abstract

Un escáner 3D (10) que comprende: un dispositivo generador de patrones (620) que incluye una segunda lente (110b) configurada para irradiar un patrón de luz hacia un sujeto; un dispositivo de obtención de imágenes (610) que incluye una primera lente (110a) configurada para recibir una imagen omnidireccional del sujeto hacia el que se irradia el patrón de luz; una unidad de espejo (19) configurada para cambiar una trayectoria de luz proveniente de la primera lente (110a), caracterizado porque la primera lente (110a) tiene un ángulo de visión específico de acuerdo con un índice de refracción, al menos una superficie refractante y al menos una superficie de revestimiento reflectante, y en donde la segunda lente (110b) se configura para irradiar el patrón de luz hacia el sujeto en todas las direcciones.

Description

DESCRIPCIÓN

Escáner tridimensional y aparato para el procesamiento de objetos artificiales mediante el uso del mismo

Campo técnico

La presente invención se refiere a un sistema de procesamiento de objetos artificiales que incluye un escáner tridimensional (3D), un dispositivo de conversión de datos, un dispositivo de procesamiento/dispositivo de impresión 3D y similares, y más particularmente, a un escáner capaz de adquirir un modelo 3D de una cavidad bucal, un dispositivo de conversión de datos y un dispositivo de procesamiento/dispositivo de impresión 3D para procesar un objeto artificial.

Antecedentes de la técnica

Los escáneres 3D sin contacto que utilizan un láser o una luz tienen una amplia gama de aplicaciones. Es decir, la utilización de los escáneres 3D sin contacto se extiende a casi todos los campos de la sociedad, como ingeniería, películas, animación, diseño industrial, atención médica, obras de arte, artículos de lujo, materiales de duplicación y restauración de propiedades culturales, entretenimiento, etc.

En particular, para acortar el tiempo de fabricación de los productos en el campo industrial, los escáneres 3D se utilizan con el fin de reducir los costos en varias etapas, desde el desarrollo de los productos hasta la producción en masa. T ratar con algo que existe en la realidad como datos digitales 3D tiene muchas ventajas. No hay que realizar un trabajo en un campo peligroso cada vez, la información requerida se puede recuperar de un ordenador en cualquier momento, y las dimensiones 3D precisas y la información de forma de objetos reales permiten una predicción más exacta del futuro mediante la simulación y la reproducción.

Además, en el campo médico, los escáneres 3D se utilizan para fabricar instrumentos personalizados a las formas de los pacientes para fabricar instrumentos de ortodoncia, dientes y similares. Tradicionalmente, los métodos de modelado que utilizan yeso se digitalizan mediante un escáner 3D. Los instrumentos de ortodoncia, aparatos protésicos, prótesis, dentaduras postizas, etc., se diseñan a través de un software dedicado sobre la base de datos 3D escaneados y se procesan a través del software CAM. En particular, en el campo dental, un tratamiento de ortodoncia y un trabajo de restauración están precedidos por la toma de una impresión, que es una forma cóncava de los dientes de un paciente a tratar y posteriormente se realiza una operación de colada deslizante, que es una forma convexa para convertirse en una matriz para una operación de restauración. Además, un proceso general de modelado y producción de dentaduras postizas artificiales e implantadas personalizadas para pacientes individuales se realiza manualmente de acuerdo con el diagnóstico médico. En particular, una operación de procesamiento de dentaduras postizas artificiales e implantadas incluye varios procesos de producción complicados tales como fusión de porcelana (cerámica tradicional/antigua), moldeo por fundición a base de moldes y similares. El proceso general de procesamiento depende totalmente de la habilidad y la decisión psicológica de un técnico dental. Con el fin de mejorar la precisión y la estabilidad en el proceso de diseño y producción de dentaduras postizas artificiales e implantadas, los equipos de NOBELBIO-CARE y CEREC en Suiza ya hicieron esfuerzos para tomar prestada una técnica de proceso de producción de un campo industrial hace 27 años. Incluso con esta técnica, no es fácil diseñar una superficie de forma libre de la forma del diente. Además, la producción y formación de coronas artificiales se vio afectada debido a las limitaciones de los materiales de producción para el procesamiento como CAM/CNC/RP. Para superar el obstáculo, los técnicos han continuado intentándolo mediante el desarrollo de técnicas y la realización de pruebas clínicas de manera constante. Recientemente, a medida que se ha acelerado la evolución de una tecnología digital y una tecnología de material de prótesis artificial, una combinación de la odontología y la tecnología dental y CAD/c Am se está transformando en una tecnología real de evolución de fusión más allá de la tecnología de pruebas. Actualmente, varias soluciones y escáneres solo dentales compiten activamente en el mercado.

Mientras tanto, los escáneres 3D se pueden dividir en un escáner de tipo láser y un escáner de tipo cámara. El escáner de tipo láser puede escanear objetos en forma de proyección puntual o de medición de proyección de haz. El escáner de tipo cámara puede escanear objetos en forma de proyección o medición de área.

Estos escáneres 3D han cobrado importancia porque son capaces de medir un objeto a alta velocidad, medir con precisión un producto elástico, operar con un CAD que tiene varios propósitos y realizar una forma exacta. Sin embargo, los escáneres 3D tienen la desventaja de que son significativamente inferiores al proceso de medición de coordenadas 3D o de contacto en términos de precisión de la medición, se requiere procesamiento posterior de datos en una forma superpuesta de áreas de medición, se produce un error significativo cuando la imagen completa se obtiene combinando una pluralidad de áreas, y se retrasa la velocidad del proceso.

Con el fin de medir un objeto usando un escáner 3D, lo más general es que el objeto se muestre en varios ángulos y los puntos coincidentes de los respectivos escaneos se señalan posteriormente solo con un mouse por software para fusionar así una pluralidad de imágenes escaneadas. Sin embargo, este método tiene una limitación para obtener una imagen 3D exacta debido a una diferencia entre las imágenes combinadas que se produce de acuerdo con la habilidad de los usuarios y requiere no poco tiempo para la operación de fusión.

Debido a una gran cantidad de investigación y desarrollo para aumentar la tasa de procesamiento de imágenes 3D de los escáneres 3D, la tasa de procesamiento de imágenes 3D se ha reducido recientemente a varios minutos, pero en una situación en la que se requieren resultados rápidos como en un caso en que se requiera retroalimentar los resultados del diagnóstico a un paciente en una práctica médica, se evalúa el nivel actual de tiempo requerido para obtener una imagen 3D para no incumplir con los requerimientos mínimos del examen. El documento US2004/125381 es un ejemplo de un escáner 3D.

Descripción

Problema técnico

La presente invención proporciona un escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 1. El escáner 3D descrito, es capaz de crear un modelo 3D mediante la obtención de imágenes de una estructura oral fisiológica natural (forma y ángulo dental, posición y tamaño de un diente, etc.) de cada paciente sin distorsión, tal como es, y un sistema de procesamiento de objetos artificiales que utiliza dicho escáner.

También se describe un escáner 3D capaz de resolver un error de alineación del modelo 3D y un retraso en el tiempo de procesamiento de datos que ocurre cuando se obtienen continuamente imágenes por regiones de un sujeto para crear una imagen 3D y las imágenes capturadas se unen para crear un modelo 3D, y similares, como en la técnica relacionada, y un sistema de procesamiento de objetos artificiales que utiliza dicho escáner.

Solución Técnica

Un escáner 3D como el descrito incluye un dispositivo de obtención de imágenes que incluye una primera lente que tiene un ángulo de visión específico de acuerdo con un índice de refracción, que tiene al menos una superficie refractante y al menos una superficie de revestimiento reflectante, y que recibe una imagen omnidireccional y un dispositivo generador de patrones que irradia un patrón de luz hacia un sujeto, y el dispositivo de obtención de imágenes puede recibir una imagen omnidireccional del sujeto hacia el que se irradia el patrón óptico. Además, la primera lente del escáner 3D se puede configurar como una lente asférica que es una lente omnidireccional, una lente de tipo espejo y una lente de ojo de pez.

El dispositivo de obtención de imágenes del escáner 3D incluye además una unidad de espejo que cambia la trayectoria de la luz proveniente de la primera lente; y un sensor de imagen que obtiene una imagen de la unidad de espejo.

En otro aspecto, el escáner 3D puede obtener datos para generar una imagen 2D y un modelo 3D del sujeto. En este caso, el dispositivo de obtención de imágenes y el dispositivo generador de patrones se pueden sincronizar para extraer de ese modo información de profundidad de una imagen 2D y se puede generar un modelo 3D a partir de ella.

En otro aspecto, el dispositivo generador de patrones de 3D puede irradiar varios patrones de luz en todas las direcciones usando una segunda lente. La segunda lente se puede configurar como una lente omnidireccional, una lente de tipo espejo y una lente de ojo de pez. En el escáner 3D, el dispositivo generador de patrones puede incluir una fuente de luz, un modulador de fuente de luz que genera varios patrones ajustando la fuente de luz y un microespejo que irradia varios patrones generados. La fuente de luz se puede configurar como un solo diodo emisor de luz (LED) o un láser o como una pluralidad de elementos que tienen varios colores para generar un patrón de color. El microespejo se puede configurar como un espejo de sistema microelectromecánico (MEMS), un dispositivo de espejo digital (DMD) o similar.

En otro aspecto, el dispositivo generador de patrones puede incluir adicionalmente una lente cilíndrica que convierte la luz puntual de la fuente de luz en luz lineal, una lente especial que se convierte en un patrón de varias formas de cuadrícula y una lente colimadora que ajusta el tamaño de un patrón generado a un tamaño del microespejo.

En otro aspecto, el escáner 3D puede incluir un dispositivo de visualización que muestre una imagen 2D obtenida mediante la obtención de imágenes de un sujeto, una imagen 2D dividida por regiones, o un modelo de datos 3D generado a través de comunicación por cable y/o inalámbrica, un dispositivo de visualización portátil o un dispositivo de visualización de vista previa que se puede configurar en el escáner 3D. El sujeto puede ser un objeto que tiene una forma tal como una estructura general, un objeto, animales y plantas, un cuerpo humano, una cavidad bucal y similares, y en particular, se refiere a los dientes en una cavidad bucal y una estructura de la cavidad bucal.

En otro aspecto, un dispositivo de conversión de datos como el descrito crea un modelo 3D a partir de datos de imagen 2D e información de profundidad recibidos del escáner 3D descrito anteriormente. El dispositivo de conversión de datos puede diseñar dentaduras postizas, implantes, frenillos dentales o guías quirúrgicas en el modelo 3D creado y convertiros en datos de fabricación asistida por ordenador (CAM) para un dispositivo de procesamiento o impresora En otro aspecto, un dispositivo de procesamiento puede procesar al menos uno de diente artificial, puente, implante, guía quirúrgica, frenillo dental y una dentadura postiza a partir de los datos CAM recibidos desde el dispositivo de conversión de datos descrito anteriormente. Además, la impresora 3D puede generar al menos uno de diente artificial y encía artificial, una pluralidad de dientes conectados al paladar, implante, guía quirúrgica, frenillo dental y una dentadura postiza a partir de los datos CAM recibidos del dispositivo de conversión de datos descrito anteriormente.

Efectos Ventajosos

En la modalidad, el escáner 3D puede crear un modelo 3D de alta calidad y alta precisión minimizando la aparición de errores y la degradación de la precisión y el poder de resolución debido a la combinación de imágenes del escáner 3D oral existente.

Además, en la modalidad, se puede crear un modelo 3D fotografiando rápidamente, incluso sin aplicar polvo para evitar el reflejo de la luz en la cavidad bucal.

Adicionalmente, en la modalidad, el tiempo para obtener imágenes de un diente se puede acortar, disminuyendo significativamente el tiempo para el diagnóstico, como un diente, una dentadura postiza de un puente, ortodoncia, implante y similares, un plan de procedimiento y un tiempo de procedimiento.

Además, en la modalidad, no es necesario que un operador realice una operación de escaneo precisa mediante la minimización del número de veces que se obtiene la imagen de un sujeto, una velocidad de escaneo rápida y una operación de calibración del modelo 3D basada en la información del ángulo de rotación, y por lo tanto se puede mejorar la eficiencia del trabajo del trabajador, y se puede resolver el problema de que la precisión de una imagen 3D se degrada debido a variaciones entre una pluralidad de imágenes capturadas debido a vibraciones artificiales tales como apretones de manos o vibraciones mecánicas.

Además, en la modalidad, la satisfacción de un paciente y un médico, que son sujetos del servicio médico, se puede incrementar significativamente minimizando el tiempo para un tratamiento y diagnóstico.

Descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista que ilustra un escáner tridimensional (3D) y un dispositivo de visualización que muestra una imagen recibida del escáner 3D de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 2 es una vista en sección transversal que ilustra una primera lente de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Las Figuras 3 y 4 son vistas en sección transversal de una primera lente de acuerdo con otra modalidad de la presente invención.

La Figura 5 es un diagrama de configuración de cada dispositivo para explicar una relación de procesamiento de imágenes entre un escáner 3D y un dispositivo de conversión de datos.

La Figura 6 es un diagrama de flujo del procesamiento de imágenes de un escáner 3D y un dispositivo de conversión de datos.

La Figura 7 es una vista que ilustra los componentes de una unidad generadora de patrones que se puede aplicar a un escáner 3D de la presente invención.

Las Figuras 8 y 9 son vistas para explicar un modo en el que un patrón de líneas reflejado desde un microespejo se irradia hacia un sujeto.

La Figura 10 es una vista para explicar la dirección de un patrón de líneas diferenciado de acuerdo con la rotación en 90° de un microespejo.

La Figura 11 es un diagrama que ilustra otro ejemplo de una configuración de una unidad generadora de patrones en la Figura 7.

La Figura 12 es una vista esquemática de un escáner 3D de acuerdo con otra modalidad de la presente invención. La Figura 13 es un diagrama esquemático que ilustra una relación posicional entre una primera lente de un dispositivo de obtención de imágenes y una segunda lente de un dispositivo generador de patrones.

La Figura 14 ilustra un ejemplo de generación de un patrón de luz lineal.

La Figura 15 es una vista esquemática de un escáner 3D que tiene una unidad de proyección de acuerdo con otra modalidad de la presente invención.

La Figura 16 es un diagrama de bloques de un sistema de procesamiento de objetos artificiales que usa un escáner 3D de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La Figura 17 es una vista de un arco mandibular.

La Figura 18 es una vista que ilustra un ángulo de un arco mandibular.

La Figura 19 es una vista que ilustra una imagen de un maxilar superior capturada por un escáner 3D.

La Figura 20 es una vista que ilustra una imagen de una quijada capturada por un escáner 3D.

Mejores modos

A continuación, se describirá en detalle un sistema inalámbrico de transferencia de energía que incluye un sistemacargador inalámbrico de transferencia de energía de acuerdo con una modalidad de la presente especificación con referencia a los dibujos adjuntos. Las siguientes modalidades se proporcionan como ejemplos de la presente invención para los expertos en la técnica. En consecuencia, la presente invención no se limita a las siguientes modalidades y se puede realizar de diversas formas. En los dibujos, los tamaños y grosores de los dispositivos se exageran por conveniencia. Los mismos números de referencia se usarán a lo largo de los dibujos para referirse a piezas iguales o similares.

Las ventajas y características de la presente invención y los métodos para lograrlas se aclararán en detalle mediante las modalidades que se describen a continuación junto con los dibujos que se adjuntan. Sin embargo, las modalidades de la presente invención pueden implementarse de muchas formas diferentes y no deben interpretarse como que se limitan a las modalidades expuestas en la presente descripción. Más bien, estas modalidades se proporcionan para que esta divulgación sea exhaustiva y completa, y transmitirá plenamente el alcance de la invención a los expertos en la técnica, y se definen mediante la cobertura de las reivindicaciones de la presente invención. A lo largo de la especificación, se utilizarán los mismos números de referencia para designar componentes iguales o similares. En los dibujos, los tamaños o formas de los elementos se pueden ilustrar exageradamente para mayor claridad y conveniencia de la descripción.

Los términos usados en la presente descripción tienen el propósito de describir solo modalidades particulares y no pretenden ser limitantes de las modalidades de ejemplo. Como se usa en la presente descripción, se pretende que las formas del singular "un", "uno(a)" y "el(la)" incluyan también las formas del plural, a menos que el contexto claramente lo indique de otro modo. Se entenderá además que los términos "comprende" y/o "que comprende," cuando se usan en esta descripción, especifican la presencia de características, enteros, etapas, operaciones, elementos, y/o componentes establecidos, pero no excluye la presencia o adición de una o más de otras características, enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes, y/o sus grupos.

<Escáner 3D y dispositivo de visualización>

Con referencia a la Figura 1, un escáner 3D 10 de acuerdo con una modalidad de la presente invención puede incluir una unidad de lente omnidireccional. La unidad de lente omnidireccional puede adquirir una imagen omnidireccional de 360°. La unidad de lente omnidireccional puede incluir una lente omnidireccional que tiene un ángulo de visión específico en una dirección perpendicular a un plano de obtención de imágenes omnidireccional en dependencia de un índice de refracción. La lente omnidireccional puede ser una lente de tipo espejo, una lente de ojo de pez y una lente asférica. Sin embargo, la lente omnidireccional no se limita a ella y puede ser una lente configurada para adquirir información de imagen con respecto a la estructura de un diente presente en la mandíbula inferior (quijada) S1 o una mandíbula superior (maxilar) S2 adquiriendo una imagen omnidireccional en ángulo de 360°, específicamente, realizando la obtención de imágenes solo una vez.

El escáner 3D 10 puede incluir una pieza del tubo de la lente 11, una pieza de agarre 12 y una pieza de conexión 13 que conecta la pieza del tubo de la lente 11 y la pieza de agarre 12. La pieza de conexión 13 puede formarse integralmente o en combinación con la porción cilíndrica para hacer girar la porción cilíndrica 11 de la lente en la pieza de agarre 12.

La totalidad o una porción o un dispositivo de obtención de imágenes 610 (ver la Figura 12) y un dispositivo generador de patrones 620 (ver la Figura 12) que incluye la lente omnidireccional pueden estar incrustados en la pieza del tubo de la lente 11.

La unidad de agarre 12 se puede configurar como un dispositivo electrónico tal como un módulo de comunicación alámbrico o inalámbrico que se comunica con un dispositivo externo, una unidad de procesamiento de imágenes 320 que procesa una señal de imagen del dispositivo de obtención de imágenes, un activador que controla un microespejo, una fuente de luz y un modulador de fuente de luz 512 que genera un patrón, una memoria que almacena datos de imagen antes y después del procesamiento, una unidad de detección de información del ángulo de rotación, un controlador de iluminación que controla la iluminación de la pieza del tubo de la lente y un controlador que controla los componentes mencionados anteriormente.

Una estructura de la pieza de agarre 12 puede tener una forma tal como un tipo de pistola con un mango, un tipo de mango de un tipo de agarre eléctrico/tipo de cepillo de aseo, un tipo de bolígrafo y similares, y puede tener cualquier forma siempre que permita a un usuario agarre la pieza de agarre 12.

La pieza de conexión 13 se puede girar automáticamente en un ángulo de rotación específico mediante una pieza de accionamiento del tubo de la lente 14 configurada como un accionador, tal como un motor, o similar, o se puede girar manualmente. La pieza de accionamiento del tubo de la lente 14 puede funcionar mediante alimentación externa o una batería interna.

Cuando se obtiene la imagen de un sujeto, al menos una región de la pieza del tubo de la lente 11 se puede acercar al sujeto. Cuando el sujeto es una cavidad bucal, al menos una región de la pieza del tubo de la lente 11 se puede insertar en la cavidad bucal.

Cuando una región parcial de la pieza del tubo de la lente 11 se inserta en la cavidad bucal, que es un ejemplo del sujeto S, de acuerdo con la rotación de la pieza del tubo de la lente 11 del escáner 3D 10, se pueden tomar imágenes de todas las regiones de la cavidad bucal. Se puede crear un modelo 3D obteniendo imágenes simultáneamente de las mandíbulas superior e inferior independientemente de la dirección en la que esté orientada la región de recepción de luz 15. En detalle, cuando la región de recepción de luz 15 del escáner 3D 10 insertado en la cavidad bucal se enfrenta a una de las mandíbulas superior e inferior, se puede obtener una imagen de cualquiera de las mandíbulas superior e inferior y de al menos un diente, un conjunto de dientes, la encía y diversas estructuras de la cavidad bucal colocadas en las regiones de la mandíbula superior e inferior de la cavidad bucal se pueden formar imágenes para crear un modelo 3D.

El dispositivo de control integrado 20 de la presente invención controla varias funciones entre el escáner 3D 10 y el dispositivo de conversión de datos 30 e incluye una pieza de fuente de alimentación del escáner 3D y un módulo de comunicación cableado/inalámbrico que maneja la comunicación entre dos piezas. El módulo de comunicación alámbrico/inalámbrico del dispositivo de control integrado 20 puede incluir un dispositivo existente comercializado que usa un esquema de comunicación inalámbrica como Wibro, Wi-Fi y similares, un esquema de comunicación alámbrico tal como USB, serie y similares, y un esquema de comunicación de corto alcance como Bluetooth, RFID y similares. Así, el dispositivo de control integrado 20 puede manejar una función de transmisión de información de imagen 2D capturada por el escáner 3D y/o información de imagen (información de profundidad) en la que se irradió un patrón de luz hacia el sujeto, al dispositivo de conversión de datos 30.

El dispositivo de conversión de datos 30 puede corregir una imagen distorsionada de acuerdo con una curvatura de la lente omnidireccional (110a de la Figura 12) del escáner 3D con un valor de curvatura de la lente omnidireccional y convertir la imagen en una imagen plana. La imagen plana se puede transmitir al dispositivo de visualización (31 de la Figura 5) y/o un dispositivo de visualización de vista previa 16 de modo que se pueda monitorizar la imagen del sujeto.

Como dispositivo de visualización del dispositivo de conversión de datos de la presente invención, se puede utilizar un dispositivo de visualización de una tecnología existente comercializada tal como un dispositivo de visualización de cristal líquido (LCD), un dispositivo de visualización de emisión de campo (FED) y una pantalla táctil de entrada/salida.

El escáner 3D 10 puede extraer información de profundidad y monitorización 2D sin distorsionar todo el objeto, independientemente del tipo de sujeto. En el campo dental, el escáner 3D 10 puede proporcionar información de profundidad para generar una imagen 2D y una imagen 3D para detectar información como la estructura de un conjunto de dientes que incluye defectos como caries, placas y cálculos en toda la mandíbula superior o inferior, forma y tamaño de un diente, posición de un diente. Además, dado que se obtiene la imagen completa del conjunto de dientes, en lugar de obtener imágenes individuales de los dientes, se puede extraer la información de cada diente y mostrarla en la imagen completa.

En el método de la técnica relacionada de generar una mandíbula completa escaneando cada diente individual y cosiendo los dientes individuales escaneados con el escáner 3D de cavidad oral, puede ocurrir un error significativo en una combinación/registro al generar la mandíbula completa a partir de un diente individual. Por tanto, la técnica relacionada es difícil de aplicar a un paciente un aparato protésico producido finalmente.

Por lo tanto, el escáner 3D de la presente invención puede superar los problemas y limitaciones de la técnica relacionada y proporcionar una imagen 2D de alta precisión/alta resolución y un modelo 3d .

La Figura 2 es una vista en sección transversal de una primera lente para recibir una imagen omnidireccional de la presente invención, y las Figuras 3 y 4 son vistas en sección transversal de una primera lente de otra modalidad de acuerdo con la presente invención.

Una primera lente 110a puede incluir una pluralidad de superficies de refracción y una pluralidad de superficies de revestimiento reflectante, pero no se limita a las mismas.

La estructura de la primera lente 110a incluye una porción de refracción exterior 111c para refractar una imagen del sujeto en un ángulo de visión deseado, una porción de refracción interior 116 que tiene una capa de revestimiento reflectante interior 117 para reflejar la imagen del sujeto desde la porción de refracción exterior 111c, una porción horizontal 113 que tiene una capa de revestimiento reflectante exterior 114 para reflejar una imagen reflejada desde la porción interior de refracción 116, y una porción interior cóncava 115 que permite que la imagen del sujeto reflejada desde la porción horizontal 113 pase a través de ella. En este caso, la porción de refracción exterior 111c puede tener un ángulo de refracción y una relación de distorsión para tener un rango de ángulo de visión deseado, y en este caso, la curvatura de la porción de refracción exterior 111c puede ser menor que la curvatura de la porción de refracción interior 116 un eje central virtual CL de la primera lente 110a. Además, la porción interior cóncava 115 se puede formar en una región central de la porción de refracción interior 116 para transmitir eficazmente una imagen omnidireccional a un sensor de imagen.

La capa de revestimiento reflectante 114 de la primera lente 110a se puede reemplazar con una placa de reflexión y se puede disponer una placa de reflexión en la porción de refracción exterior 111c de la primera lente 110a en lugar de la capa de revestimiento reflectante exterior 114.

Además, dado que la propia primera lente 110a está formada como una superficie esférica en lugar de una superficie asférica, es posible aumentar la facilidad de procesamiento y reducir el costo de fabricación. Además, la porción de refracción exterior 111c, la porción cóncava interior 115 y la porción de refracción interior 116 están formadas como superficies esféricas, lo que permite obtener imágenes panorámicas, a la vez que se resuelve el problema de que es difícil procesarlas en las superficies asféricas.

Mientras tanto, por ejemplo, el ángulo de visión puede ser desde al menos una porción de la superficie exterior de la lente, específicamente, desde un límite entre la región donde se forma la capa de revestimiento reflectante 114 y la región que excluye la región, hasta un borde final.

Con referencia a las Figuras 3 y 4, la primera lente 110a puede incluir una primera lente secundaria 111x que tiene una primera superficie incidente 111d que es convexa en una superficie de esta, una primera superficie de salida 111e formada en la otra superficie de esta, y una primera superficie reflectante 111f formada en el centro de la primera superficie incidente 111d y una segunda lente secundaria 111y que tiene una segunda superficie incidente 111g formada en una superficie de esta, una segunda superficie reflectante 111h que es convexa en la otra superficie de esta, y una segunda superficie de salida 111i formada en el centro de la segunda superficie reflectante 111h, pero la presente invención no se limita en este sentido.

Las superficies de unión de la primera superficie de salida 111e y la segunda superficie incidente 111g se pueden formar de manera que se correspondan entre sí, pero no planas y pueden estar en estrecho contacto entre sí para unirse.

Una imagen del sujeto incidente a través de la primera superficie incidente 111d se puede reflejar desde la segunda superficie reflectante 111h después de pasar a través de las superficies de unión de la primera superficie de salida 111e y la segunda superficie incidente 111g, y la imagen del sujeto reflejada desde la superficie reflectante 111h se puede reflejar desde la primera superficie reflectante 111f después de pasar a través de las superficies de unión de la primera superficie de salida 111e y la segunda superficie incidente 111g y posteriormente salir a través de la segunda superficie de salida 111i después de pasar a través de las superficies de unión de la primera superficie de salida 111e y la segunda superficie incidente 111g.

La primera lente secundaria 111x en la que incide una fuente de luz externa y la segunda lente secundaria 111y que se unirá a la primera lente secundaria 111x pueden ser lentes de tipo reflectante/refractante que utilizan la reflexión y refracción de una fuente de luz, y se puede obtener una imagen omnidireccional de 360° (es decir, una imagen panorámica) a través de las dos lentes.

La primera superficie reflectante 111f y la segunda superficie reflectante 111h se pueden formar en varias formas, como una forma plana, una forma convexa o una forma cóncava, y se pueden revestir con un material como aluminio, plata o similar, que puede reflejar una fuente de luz (imagen del sujeto).

Cuando el diámetro de la segunda lente secundaria 111y es menor que el diámetro de la primera lente secundaria 111x y la primera superficie incidente 111d es convexa, la fuente de luz (imagen del sujeto) incidente desde el exterior se puede refractar en un ángulo predeterminado de manera que pueda ser recogida.

Se ha descrito la estructura de la primera lente 110a ejemplar, pero la presente invención no se limita a ella.

Los ángulos de refracción y las tasas de distorsión de las regiones de cada una de las superficies externa e interna de la primera lente 110a se pueden determinar teniendo en cuenta un valor de medición promedio de arcos humanos, valores de medición de los arcos superior e inferior y un tamaño del diente, y anchos biológicos combinados del canino y el premolar.

<Escáner 3D y dispositivo de conversión de datos>

La Figura 5 es un diagrama que ilustra una configuración específica de un escáner 3D y un dispositivo de conversión de datos de acuerdo con una modalidad de la presente invención, y la Figura 6 es un diagrama de flujo del procesamiento de imágenes de un escáner 3D y un dispositivo de conversión de datos.

Con referencia a la Figura 5, el escáner 3D 10 puede incluir una unidad de lente omnidireccional 100 y un sensor de imagen 18 capaz de detectar una imagen de un sujeto desde la unidad de lente omnidireccional 100.

La unidad de lente omnidireccional 100 puede incluir una lente omnidireccional capaz de detectar una imagen omnidireccional de 360° y una imagen en un ángulo de visión específico. Es posible que se requiera que el sensor de imagen 18 tenga un rendimiento de alta resolución para corregir una imagen distorsionada debido a una curvatura de la lente omnidireccional y puede incluir RGB, RGB-IR, IR, tiempo de vuelo (TOF), COMS, STACK, y así sucesivamente.

El escáner 3D 10 puede incluir una unidad de espejo 19 para convertir una trayectoria óptica y se puede configurar como un espejo plano con revestimiento especial, un prisma o similar. En este caso, el recubrimiento especial se refiere a un recubrimiento general para resolver problemas tales como empañamiento, humedad y contaminación de materias extrañas y similares.

Para transferir eficientemente una imagen desde la unidad de lente omnidireccional 100 al sensor de imagen 18, el escáner 3D 10 puede incluir una unidad de matriz de lentes 200 que tiene al menos una lente entre los dos elementos.

El escáner 3D 10 puede incluir además una unidad de procesamiento de imágenes 320, una unidad de comunicación (no mostrada) y un controlador 310.

La unidad de procesamiento de imágenes 320 puede incluir elementos tales como un convertidor de analógico a digital (ADC), un amplificador y un procesador de imágenes para procesar una señal de imagen emitida por el sensor de imagen 18, y en este caso, una salida del sensor de imagen puede ser una señal analógica o digital. La unidad de procesamiento de imágenes 320 se puede configurar en el dispositivo de conversión de datos 30 en la Figura 5 o se puede configurar de forma independiente, pero no se limita a ello. La unidad de procesamiento de imágenes 320 puede transmitir información de imagen 2D generada e información de profundidad al dispositivo de conversión de datos 30 a través de la unidad de comunicación, y el dispositivo de conversión de datos 30 puede crear un modelo 3D del sujeto usando la información de imagen 2D y la información de profundidad.

La unidad de comunicación se puede configurar como un módulo de comunicación alámbrico/inalámbrico para transmitir una imagen e información adquirida por el escáner 3D 10 al dispositivo de visualización 31 y/o al dispositivo de conversión de datos 30. El dispositivo de visualización 31 se puede configurar independientemente como en la modalidad de la Figura 5 o se puede configurar en el dispositivo de conversión de datos 30, pero no se limita a ello.

El escáner 3D 10 puede incluir además una unidad de detección de información de ángulo de rotación 330 que se puede configurar como un sensor capaz de proporcionar información de posición de un sensor giroscópico 331 o un sensor de aceleración 332.

La unidad de detección de información de ángulo de rotación 330 puede detectar información tal como una posición, una inclinación y un ángulo de rotación de la imagen adquirida del escáner 3D 10 en coordenadas de referencia 3D para proporcionar información para crear eficazmente un modelo 3D.

El controlador 310 controla las funciones generales necesarias para operar el escáner 3D 10. Por ejemplo, el controlador 310 puede controlar la activación del sensor de imagen 18, la unidad de procesamiento de imágenes 320, un dispositivo generador de patrones 17, una fuente de luz (no mostrada) que ilumina al sujeto, una unidad de comunicación (no mostrada) capaz de establecer una comunicación por cable/inalámbrica con el dispositivo de conversión de datos, o similar, y la unidad de detección de información de ángulo de rotación 330 y el interfuncionamiento entre ellos.

El dispositivo de conversión de datos 30 de la presente invención puede ser un dispositivo informático que tenga instalado cualquiera de los programas CAD, CAM y CAD/CAM. Por lo tanto, el dispositivo de conversión de datos 30 puede crear y diseñar un modelo 3D del sujeto sobre la base de la imagen y la información de profundidad proporcionada por el escáner 3D 10 y convertir el modelo 3D en datos CAM. La información se refiere a información tal como una posición, inclinación y un ángulo de rotación de la unidad de detección de información de ángulo de rotación 330.

En detalle, en el caso de obtención de imágenes del sujeto una pluralidad de veces utilizando el escáner 3D 10, si las posiciones del escáner 3D 10 difieren en cada momento de captura de imagen, la información de coordenadas de una pluralidad de datos de imagen 2D no coinciden. Por lo tanto, preferentemente, la información de coordenadas de la pluralidad de datos de imagen 2D coinciden entre sí.

En un método ilustrativo para hacer coincidir la información de coordenadas de la pluralidad de datos de imagen 2D, el software previamente instalado en el dispositivo de conversión de datos 30 puede rotar, desplazar y alinear las posiciones de los datos 2D sobre la base de la información de la unidad de detección de información de ángulo de rotación 330. Por tanto, dado que el dispositivo de conversión de datos 30 genera datos 3D a partir de los datos de imagen 2D usando la información de origen e información de ángulo de rotación del sistema de coordenadas de referencia, las posiciones se alinean rápidamente y se reduce la cantidad de cálculos, lo que mejora la velocidad general de procesamiento de datos. Además, dado que el dispositivo de conversión de datos 30 puede generar datos 3D resistentes a las fluctuaciones causadas por factores tales como el temblor de las manos en el momento en que el usuario del escáner 3D 10 tome la fotografía, la calidad de la imagen mejora significativamente.

La Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de generación de una imagen de monitorización 2D y un modelo 3D. El diagrama de flujo incluye obtener imágenes de un sujeto con un escáner 3D; crear una imagen de monitorización 2D a partir de la imagen capturada; detectar y corregir el temblor de la imagen 2D capturada; extraer información de profundidad, posición y ángulo de rotación de la imagen capturada; generar datos 3D alineados en posición a partir de la imagen 2D capturada y la información de profundidad, posición y ángulo de rotación; y crear un modelo 3D final de un sujeto a partir de los datos 3D alineados en posición. Sin embargo, la creación del modelo 3D no se limita al orden del diagrama de flujo.

<Escáner 3D con unidad generadora de patrones>

La Figura 7 es un diagrama que ilustra los componentes de generación de patrones que se pueden aplicar a un escáner 3D de la presente invención. Las Figuras 8 y 9 son vistas que ilustran un patrón en donde se forma una línea de luz reflejada desde un microespejo sobre un sujeto. La Figura 10 es una vista que ilustra que la dirección de la línea de luz varía de acuerdo con la rotación de 90° de un microespejo.

Con referencia a las Figuras 5 y 7 a la 10, el escáner 3D 10 de acuerdo con una modalidad de la presente invención puede incluir además una unidad generadora de patrones 500.

La unidad generadora de patrones 500 puede incluir un modulador de fuente de luz 510, una unidad de lente 520 y una unidad de microespejo 530.

La unidad generadora de luz 510 puede incluir un modulador de fuente de luz 512 o un activador y una fuente de luz 511. La fuente de luz 511 puede ser cualquiera de varias fuentes de luz tales como un diodo emisor de luz (LED) que tiene una banda de longitud de onda tal como luz visible, luz infrarroja y similares, un diodo láser y similares. Por ejemplo, la fuente de luz 511 puede incluir una combinación de elementos de fuente de luz roja, verde y azul que pueden emitir luz láser lineal, o solos. Por tanto, se puede aplicar cualquier fuente de luz al escáner 3D 10 siempre que pueda generar y emitir luz.

El modulador de fuente de luz 512 puede controlar la activación de la fuente de luz 511 y un tiempo de activación utilizando una señal binaria, es decir, una señal de modulación de impulsos, pero la presente invención no se limita a ello. Por ejemplo, el modulador de fuente de luz 512 enciende la fuente de luz 511 mientras la señal de modulación de pulso mantiene un nivel alto, y apaga la fuente de luz 511 mientras que la señal de modulación de pulso mantiene un nivel bajo.

La unidad de lente 520 puede incluir una lente 521 en la que los radios de un eje vertical y un eje horizontal para emitir luz lineal son diferentes, como una lente cilíndrica, una lente colimadora 522 y similares. La lente cilíndrica 521 tiene una forma semicilíndrica, en la que una superficie incidente para recibir luz es una superficie no curva y una superficie de salida para emitir luz recibida puede ser una superficie curva.

La lente colimadora 522 puede ajustar una longitud de línea de luz de acuerdo con el tamaño del microespejo 531 e irradiar la línea de luz que tiene la longitud ajustada hacia el microespejo 531. Es decir, la lente colimadora 522 puede irradiar la luz recibida para hacerla coincidir con el tamaño del micrómetro 531 enfocándola hacia el micrómetro 531.

En otra modalidad de la presente invención, la luz de la unidad generadora de luz 510 se puede irradiar directamente hacia el microespejo 531, y se puede irradiar un patrón hacia el sujeto.

En este caso, para reflejar sustancialmente la salida de luz del microespejo 531, las dimensiones de la superficie del micrómetro 531 se pueden aumentar en proporción al ángulo de una trayectoria óptica desde la unidad generadora de luz 510 y una distancia entre la unidad generadora de luz 510 y el micrómetro 531.

Además, la unidad de lente 520 no se limita a la configuración descrita anteriormente, sino que se puede configurar de diversas formas correspondientes a la exhibición de la creación realizada por una persona normal con experiencia en la técnica.

La unidad de microespejo 530 refleja la salida de luz lineal de la unidad de lente 520 para irradiar luz con patrón hacia el sujeto S e incluye un microespejo 531 y un controlador de espejo 532 que controla la activación del microespejo 531. Sin embargo, la presente invención no se limita a ello, y el controlador de espejo 532 se puede configurar por separado de la unidad de microespejo 530 o se puede configurar junto con el controlador 310.

La unidad de microespejo 530 puede controlar el movimiento de rotación arriba-abajo/izquierda-derecha del microespejo 531 controlando simultánea o independientemente un eje de rotación en una dirección horizontal y/o vertical.

El microespejo 531 se puede fabricar utilizando tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) pero no se limita a ello.

La luz, que ha pasado a través de la lente colimadora 522 en la trayectoria óptica desde la unidad generadora de luz 510, se puede enfocar sobre una superficie del microespejo 531 para ser reflejada y se puede convertir en un patrón de luz lineal de acuerdo con un ángulo de rotación del microespejo 531 de manera que irradie hacia el sujeto S.

Más específicamente, el controlador de espejo 532 puede determinar un ángulo de rotación alrededor de un eje longitudinal y/o soporte del eje transversal del microespejo 531. Se pueden irradiar tasas de líneas 2N/cuadro 2M hacia el sujeto S cuando el microespejo 531 se gira vertical y horizontalmente N o M veces por segundo dentro del rango de ángulo de rotación determinado del eje longitudinal y/o del soporte del eje transversal.

En la unidad generadora de patrones 500 del escáner 3D de acuerdo con la presente invención, una fuente de luz controlada por el modulador 512 de la fuente de luz emite luz puntual, y la lente cilíndrica 521 de la unidad de lente 520 convierte la luz puntual incidente en luz lineal de manera que pueda salir. En este caso, el grosor de la luz lineal generada se puede variar de acuerdo con una duración de alto nivel de la señal de modulación de impulsos del modulador de fuente de luz 512. La lente colimadora 522 de la unidad de lente 520 convierte la salida de luz lineal de la lente cilíndrica 521 en un tamaño de espejo de la unidad de microespejo 530. Por lo tanto, la unidad generadora de patrones 500 puede irradiar varios tipos de patrones hacia el sujeto ajustando intervalos entre la luz lineal y la luz lineal que tiene varios grosores.

Aunque se describe que la unidad de lente 520 descrita anteriormente incluye la lente cilíndrica 521 y la lente colimadora 522, la presente invención no se limita a estas. Es decir, la unidad de lente 520 puede incluir al menos una lente configurada para convertir la luz puntual en luz lineal e irradiar la luz lineal convertida hacia la unidad de microespejo 530.

El sensor de imagen 18 puede recibir un patrón de imagen irradiada secuencialmente sobre el sujeto S.

Además, se puede sincronizar un momento en donde el patrón de imagen se irradia hacia el sujeto y un momento en donde el sensor de imagen 18 recibe el patrón de imagen, y el controlador 310 puede realizar dicha sincronización.

En este caso, el patrón generado por la unidad generadora de patrones 500 e irradiado hacia el sujeto S puede distorsionarse por la irregularidad de la superficie del sujeto S, pero el dispositivo de conversión de datos 30 que recibe el patrón de imagen incluye información de distorsión del patrón desde el sensor de imagen 18 puede crear un modelo 3D preciso del sujeto S usando la información de distorsión del patrón.

El dispositivo de conversión de datos 30 o el escáner 3D 10 pueden incluir una memoria, y cuando el patrón secuencial se irradia sobre el sujeto S, la unidad de procesamiento de imágenes 320 puede recibir secuencialmente el patrón de imagen y almacenarla en la memoria. Además, la unidad de procesamiento de imágenes 320 puede extraer datos relacionados con las coordenadas 3D sobre la base de la información de la imagen almacenada en la memoria, configurar una estructura de alambre usando los datos de coordenadas 3D extraídos y formar un modelo 3D. Sin embargo, la presente invención no se limita a ello y la información de la imagen almacenada en la memoria se puede transmitir a un dispositivo externo, y el dispositivo externo puede formar un modelo 3D del sujeto S.

La Figura 11 es un diagrama que ilustra otro ejemplo de configuración de la unidad generadora de patrones de la Figura 7.

Con referencia a la Figura 11, la unidad de lente 520 de la unidad generadora de patrones 500 puede recibir una salida de luz desde la unidad generadora de luz 510 y luz de salida que tiene varias formas tales como una forma de cruz o radial usando una lente de patrón de iluminación estructurada 523.

La unidad de lente 520 puede permitir que la luz que tiene varias estructuras salga de la lente de patrón de iluminación estructurada 523 y se irradie hacia la unidad de microespejo 530.

La unidad de lente 520 puede estar configurada por la lente cilíndrica 521 o la lente de patrón de iluminación estructurada 523, puede incluir la lente cilíndrica 521 y un sistema óptico adicional, o puede incluir la lente de patrón de iluminación estructurada 523 y un sistema óptico adicional. Además, una estructura de salida de luz de la unidad de lente 520 puede variar en dependencia del grado de medición de la profundidad, la resolución, un punto focal y similares, de acuerdo con los tipos de sujeto S.

Mientras tanto, el dispositivo de conversión de datos 30 puede usar un algoritmo de técnica de triangulación para obtener datos 3D del sujeto en el dispositivo de conversión de datos 30 del escáner 103D de la presente invención. El algoritmo trigonométrico puede generar datos 3D a partir de una imagen del sujeto irradiada con varios patrones, información de distancia entre la unidad generadora de patrones 500 y el sensor de imagen 18, e información de ángulo entre ellos. En otras palabras, la información de profundidad para obtener un modelo 3D del sujeto se puede obtener sobre la base de un triángulo formado por un punto específico del sujeto hacia el que se irradia el patrón de luz, el sensor de imagen 18 y la unidad generadora de patrón 500.

La Figura 12 ilustra esquemáticamente un escáner 3D de acuerdo con otra modalidad de la presente invención. La Figura 13 ilustra esquemáticamente una relación posicional entre una primera lente del dispositivo de obtención de imágenes y una segunda lente del dispositivo generador de patrones. La Figura 14 es un diagrama que ilustra un ejemplo de generación de un patrón de luz lineal.

Con referencia a la Figura 12, un escáner 3D 600 de acuerdo con otra modalidad puede incluir un dispositivo de obtención de imágenes 610 ubicado en el número de referencia 11a y un dispositivo generador de patrones 620 ubicado en el número de referencia 11b, y en este caso, el dispositivo de obtención de imágenes y el dispositivo generador de patrones no se limitan a las posiciones anteriores, sino que se puede disponer en cualquier posición de la pieza del tubo de la lente 11.

El dispositivo de obtención de imágenes 610 del escáner 3D puede incluir una primera lente 110a, que tiene al menos una superficie refractante y una superficie reflectante capaz de recibir una imagen de 360° en todas las direcciones con un ángulo de visión específico de acuerdo con un índice de refracción y el sensor de imagen 18. En este caso, la primera lente 110a puede ser una lente asférica que es cualquiera de una lente omnidireccional, una lente de tipo espejo y una lente de ojo de pez. En este caso, el ángulo de visión puede variar desde el borde de una superficie exterior de la lente hasta un límite entre una superficie de revestimiento reflectante y la otra región. El dispositivo de obtención de imágenes 610 puede incluir la unidad de procesamiento de imágenes 320 y el controlador 310. El controlador 310 se ilustra para ser incluido en el dispositivo generador de patrones 620, pero ello es para facilitar la comprensión y el controlador 31 puede controlar la activación tanto del dispositivo de obtención de imágenes 610 como del dispositivo generador de patrones 620. Además, el dispositivo de obtención de imágenes 610 puede incluir además una unidad de matriz de lentes 200 para transferir eficazmente la luz que pasa a través de la primera lente 110a hacia el sensor de imagen 18. El dispositivo de obtención de imágenes 610 puede incluir además una unidad de espejo 19 para cambiar la trayectoria de la luz. Estos componentes ya se describieron anteriormente y se omitirá una descripción detallada de ellos.

El escáner 3D 600 de acuerdo con otra modalidad de la presente invención incluye un dispositivo generador de patrones 620. El dispositivo generador de patrones 620 incluye la fuente de luz 511, que proporciona luz de patrón al sujeto, la unidad de microespejo 530 incluye el microespejo 531, que refleja la luz de la fuente de luz 511, y una segunda lente 110b que emite luz desde el microespejo 531 en todas direcciones. La unidad de microespejo 530 puede controlar el microespejo 531 para que se incline o gire dentro de un ángulo específico. En este caso, el microespejo 531 tiene una alta frecuencia y, por tanto, puede funcionar muy rápidamente. La segunda lente 110b puede ser una lente asférica que puede ser una lente omnidireccional, una lente de tipo espejo y una lente de ojo de pez. El controlador 310 puede controlar directamente la fuente de luz o controlar el microespejo 531 y sincronizar un tiempo de irradiación del patrón de luz del dispositivo generador de patrones 620 con un tiempo de detección del sensor de imagen 18.

El microespejo 531 puede ser cualquiera de un espejo de escaneo de sistema microelectromecánico (MEMS), un espejo uniaxial, un espejo de escaneo MEMS biaxial y un dispositivo de microespejo digital (DMD).

En este caso, el DMD puede ser un dispositivo para la proyección de una imagen de acuerdo con un estado de reflexión Encendido/Apagado por parte de un elemento de espejo. El DMD, como un interruptor óptico semiconductor integrado con un activador del microespejo, puede incluir una celda de espejo reflectante, que es un microespejo de aleación de aluminio que tiene un tamaño de decenas a unos pocos micrómetros de manera que se corresponda con cada una de las celdas de memoria de una memoria estática de acceso aleatorio (SRAM), una unidad de activación de celda y una unidad de circuito de activación. El DMD puede incluir adicionalmente elementos tales como una rueda de color o una rueda de color de recuperación de color secuencial (SCR), y similares, para realizar un patrón de color.

El microespejo 531 tipo DMD tiene las ventajas de que tiene una alta reproducibilidad de color de acuerdo con un esquema digital, tiene una alta relación de contraste como para ser brillante y claro, no requiere conversión de digital a analógico para ser resistente al ruido, no requiere ni minimiza la corrección de una señal adicional, tiene una alta eficiencia óptica, tiene una excelente durabilidad como un dispositivo de silicio perfecto y tiene una alta tasa de operación.

La segunda lente 110b irradia una línea de luz láser LL, en forma de patrón de luz láser, hacia el sujeto en la región omnidireccional que tiene un índice de refracción de acuerdo con la inclinación o un ángulo de rotación del microespejo 531, y el sensor de imagen 18 del dispositivo de obtención de imágenes 610 detecta una imagen del sujeto hacia el que se irradia el patrón. Además, el dispositivo de conversión de datos 30 puede reconstruir un modelo 3D del sujeto a partir de la información de la imagen del sujeto irradiada con varios patrones de luz láser formados por el sensor de imagen 18.

Una línea recta virtual que pasa a través de un eje central de la primera lente 110a puede ser perpendicular al plano y una línea recta virtual que pasa a través de un eje central de la segunda lente 110b puede formar cierto ángulo (theta) con una línea recta perpendicular al plano. En este caso, el ángulo theta (0 a 90°) se puede determinar sobre la base de una estructura y una forma del escáner 3D 600, una distancia predeterminada d entre la primera lente 110a y la segunda lente 110b, una distancia focal y similar.

El dispositivo generador de patrones 620 puede incluir además la unidad de lente 520. Para transferir eficazmente la luz láser, la unidad de lente puede incluir una lente cilíndrica 521, una lente colimadora 522 y similares, y se le puede añadir una lente para un propósito especial. Además, estos componentes ya se han descrito anteriormente y, por lo tanto, se omitirá una descripción detallada de ellos.

La unidad de lente 520 convierte la salida de luz láser de la fuente de luz láser en luz lineal LL, y la línea láser convertida LL incide/refleja en el microespejo 531 para formar varios tipos de patrones de luz láser.

La Figura 14 es una modalidad de los dispositivos generadores de patrones 620 y 630 de la presente invención.

La fuente de luz 511 puede ser una fuente de luz de al menos uno de los diodos emisores de luz rojo, verde y azul y proporcionar luz de cada uno de los colores R, V y A o varios colores de luz combinando R, V y A colores.

La unidad de lente 520 convierte la salida de luz láser de la fuente de luz láser en luz lineal, y la luz lineal se puede convertir en patrones de luz lineal LLP que tienen varios grosores de acuerdo con la inclinación o rotación del microespejo 531 de manera que sean irradiados hacia el sujeto.

La unidad de lente 520 puede incluir una lente de patrón de iluminación estructurada, y en este caso, la unidad de lente 520 puede emitir patrones de luz que tienen varias estructuras.

El dispositivo generador de patrones 620 ubicado en una región del número de referencia 11b del escáner 3D 600 puede ser una unidad de proyección 630 que incluye un espejo proyector 632, un proyector 631 y un controlador 310 para controlar el espejo proyector 532 y el proyector 631.

La unidad de proyección 630 puede incluir la segunda lente 110b y el espejo proyector 632 puede cambiar la trayectoria de la luz irradiada desde el proyector 631.

El proyector 631 puede ser un proyector del tipo de pantalla de cristal líquido (LCD), un proyector del tipo de cristal líquido sobre silicio (LCOS) o un proyector del tipo de procesamiento de luz digital (DLP), pero la presente invención no se limita a estos y se puede emplear cualquier dispositivo como proyector 631 siempre que pueda irradiar un patrón de imagen hacia el sujeto.

El proyector 631 puede irradiar un patrón de imagen que incluye un patrón gris o un patrón de color hacia el sujeto a través de la segunda lente 110b bajo el control del controlador 310. El sensor de imagen 18 puede detectar la imagen del sujeto irradiado con el patrón de imagen usando la primera lente 110a. El dispositivo de conversión de datos 30 puede convertir una imagen 2D detectada por el sensor de imagen 18 en un modelo 3D usando el algoritmo trigonométrico.

El algoritmo trigonométrico utilizado por el dispositivo de conversión de datos 30 para generar un modelo 3D es un método en donde existe un identificador único en cada línea formada por cada patrón y se crea un modelo 3D generando coordenadas 3D utilizando un punto de intersección entre una ecuación plana predeterminada de un identificador predeterminado correspondiente y una posición real formada en el sujeto. Además, para obtener coordenadas 3D más precisas, se puede usar un patrón inverso para obtener un efecto de mejora del patrón.

El escáner 3D 600 puede tener una memoria en la que se pueden almacenar varios patrones. El controlador 310 puede controlar el patrón almacenado en la memoria que será irradiado como patrón de luz del proyector 631 o puede recibir varios patrones de un dispositivo externo y almacenarlos en la memoria.

La Figura 16 es un diagrama de bloques de un sistema de procesamiento de objetos artificiales 1 que incluye el escáner 3D 10 capaz de escanear una imagen omnidireccional de acuerdo con una modalidad de la presente invención, el dispositivo de conversión de datos 30 es capaz de crear con precisión un modelo 3D de un sujeto escaneado, diseñando el modelo 3D creado en varias formas, y convirtiendo el modelo 3D diseñado en datos CAM que pueden ser procesados por un dispositivo de procesamiento/impresora 3D 40, y el dispositivo de procesamiento/impresora 3D 40. Un dispositivo secundario del sistema de procesamiento de objetos artificiales 1 puede transmitir y recibir datos por cable/o de manera inalámbrica.

El dispositivo de conversión de datos 30 puede crear un modelo 3D a partir de datos de imagen e información de profundidad recibidos del escáner 3D 10. El dispositivo de conversión de datos 30 puede diseñar el modelo 3D creado en varias formas, convertir el modelo 3D diseñado en datos CAM y proporcionar los datos CAM convertidos al dispositivo de procesamiento/impresora 3D 40. Por lo tanto, el dispositivo de conversión de datos 30 puede ser un dispositivo de conversión de datos basado en CAD y/o CAM capaz de capturar y procesar una imagen 2D del sujeto, pero la presente invención no se limita a ello y se puede emplear cualquier dispositivo como dispositivo convertidor de datos, siempre que pueda crear un modelo 3D del sujeto utilizando datos de imagen capturados del escáner 3D y convirtiendo el modelo 3D creado en datos CAM.

Utilizando los datos CAM recibidos, el dispositivo de procesamiento/impresora 3D 40 puede crear un objeto artificial utilizado para el tratamiento dental, el diagnóstico, el tratamiento y la prevención, como aparatos protésicos, implantes, frenillos dentales o guías quirúrgicas.

La Figura 17 es una vista de un arco mandibular y la Figura 18 es una vista que ilustra un ángulo del arco mandibular.

La unidad de procesamiento de imágenes 320 o el dispositivo de conversión de datos 30 del escáner 3D 10 de la presente invención pueden proporcionar varios tipos de información precisa sobre una cavidad bucal, tales como formas y tamaños de arcos dentales de las mandíbulas superior e inferior, ángulos de del arco dental, formas y tamaños de un diente individual, distancias entre dientes y similares, sobre la base del modelo 3D creado, y mostrar la información correspondiente en el dispositivo de visualización 31 del dispositivo de visualización de vista previa 16.

La Figura 19 muestra un ejemplo de una imagen del maxilar (mandíbula superior) que puede ser capturada por un escáner 3D de la presente invención, y la Figura 20 muestra un ejemplo de quijada (mandíbula inferior).

Las Figuras 19 y 20 son imágenes capturadas por una lente omnidireccional y pueden mostrarse como imágenes 2D o imágenes panorámicas procesadas por el dispositivo de conversión de datos 30 o la unidad de procesamiento de imágenes 320 de manera que estén divididas por ciertas regiones, en las que las regiones negras en el medio de las imágenes pueden corresponder al paladar, la lengua y similares, que pueden procesarse por imágenes o eliminarse.

Los escáneres 3D orales convencionales tienen un campo de visión (FOV) limitado. Por lo tanto, los escáneres 3D orales convencionales no pueden obtener imágenes de todo el maxilar o la quijada de una sola vez y capturar una pluralidad de imágenes equivalentes a las áreas de medición para obtener imágenes de todo el maxilar o la quijada. Por el contrario, el escáner 3D de la presente invención puede capturar una imagen de toda la región de un sujeto mediante la lente omnidireccional de una sola vez. En consecuencia, el escáner 3D de la presente invención minimiza la aparición de errores y la degradación de la precisión y resolución debido a la combinación de las imágenes del escáner 3D oral convencional, creando así un modelo 3D de alta calidad y alta precisión. Además, el escáner 3D de la presente invención puede crear un modelo 3D obteniendo imágenes rápidamente incluso sin aplicar polvo para evitar el reflejo de la luz en la cavidad bucal. Por lo tanto, es posible acortar el tiempo para obtener imágenes de un diente, lo que puede reducir significativamente el diagnóstico, un plan de procedimiento y el tiempo de procedimiento de los dientes, del puente, de la dentadura postiza, la corrección del diente y el implante.

El escáner 3D de la presente invención se puede aplicar a otros campos diferentes del campo dental. Por ejemplo, el escáner 3D de la presente invención se puede aplicar a un campo de inspección de equipos para inspeccionar equipos semiconductores, producción en masa de PCB y similares, un campo médico como cirugía plástica o prótesis de pierna/mano protésica, reconocimiento facial, modelado 3D mediante un endoscopio, un campo industrial como el escaneo preciso de una estructura de un determinado espacio que es difícil de verificar a simple vista o la restauración de bienes culturales, y similares.

El escáner 3D de la presente invención puede adoptar varios esquemas de escaneo capaces de crear un modelo 3D tal como un esquema de estéreo/video, un esquema de imagen fija y similares, y esto se puede realizar mediante cualquiera de los esquemas mencionados anteriormente en el dispositivo de conversión de datos.

Como se describió anteriormente, debido a que la lente se configura para generar un patrón de luz a 360° en todas las direcciones y/o capturar una imagen a 360° en todas las direccione, en el escáner 3D y el sistema de procesamiento de objetos artificiales que usa el escáner 3D de la presente invención, se puede realizar un modelo 3D obteniendo imágenes de toda la región del sujeto de una vez. Por lo tanto, es posible resolver un problema de error ocasionado por la combinación de las imágenes parciales del sujeto y un problema de error acumulativo debido a un aumento en el número de imágenes parciales, así como minimizar el tiempo requerido para crear el modelo 3D de todo el sujeto.

Además, debido a que se proporcionan la lente asférica para obtener una imagen omnidireccional y el dispositivo generador de patrones para irradiar patrón de luz hacia el sujeto, en el escáner 3D y el sistema de procesamiento de objetos artificiales que usa el escáner 3D de acuerdo con la presente invención se puede eliminar la posibilidad de la presencia de una región de la superficie del sujeto no medida por la unidad de procesamiento de imágenes. Por tanto, se puede aumentar el ángulo de la técnica de triangulación tanto como sea posible al generar una imagen 3D de acuerdo con la técnica de triangulación, por lo que se pueden mejorar significativamente la precisión y calidad de la imagen 3D y la resolución de la imagen 3D.

De acuerdo con la presente invención, dado que no se requiere que el operador realice una operación de escaneo precisa mediante la minimización del número de veces que se obtienen imágenes del sujeto y una operación de calibración del modelo 3D basada en una velocidad de escaneo rápida y la información del ángulo de rotación, se puede mejorar la eficiencia operativa del operador y se puede resolverse el problema de que la precisión de la imagen 3D se degrada debido a variaciones entre una pluralidad de imágenes capturadas debido a vibraciones artificiales tales como apretones de manos o vibraciones mecánicas.

En caso de que la modalidad de la presente invención se utilice con fines médicos, se puede incrementar significativamente la satisfacción de un paciente y un médico, que son sujetos del servicio médico, minimizando el tiempo para un tratamiento y diagnóstico.

La presente invención se ha descrito con referencia a las modalidades, pero debe entenderse que un experto en la técnica o una persona de habilidad ordinaria en la técnica pueden cambiar y modificar de diversas formas la presente invención sin apartarse del alcance de la invención descrita en las reivindicaciones. Por tanto, el alcance técnico de la presente invención no debería limitarse a los contenidos descritos en la descripción detallada de la especificación, sino que debería estar definido por las reivindicaciones.

Aplicabilidad industrial

La presente invención se puede usar en el campo de escanear un sujeto tridimensionalmente y procesar un objeto artificial con respecto al sujeto que lo usa.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un escáner 3D (10) que comprende:

un dispositivo generador de patrones (620) que incluye una segunda lente (110b) configurada para irradiar un patrón de luz hacia un sujeto;

un dispositivo de obtención de imágenes (610) que incluye una primera lente (110a) configurada para recibir una imagen omnidireccional del sujeto hacia el que se irradia el patrón de luz;

una unidad de espejo (19) configurada para cambiar una trayectoria de luz proveniente de la primera lente (110a), caracterizado porque la primera lente (110a) tiene un ángulo de visión específico de acuerdo con un índice de refracción, al menos una superficie refractante y al menos una superficie de revestimiento reflectante, y

en donde la segunda lente (110b) se configura para irradiar el patrón de luz hacia el sujeto en todas las direcciones.

2. El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el dispositivo de obtención de imágenes (610) incluye además:

un sensor de imagen (18) para detectar la luz procedente de la unidad de espejo (19).

3. El escáner 3D (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera lente (110a) es una lente asférica que es cualquiera de una lente omnidireccional, una lente de tipo espejo y una lente de ojo de pez.

4. El escáner 3D (10) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde los datos para generar una imagen 2D del sujeto o un modelo 3D del sujeto se generan sobre la base de la lectura del sensor de imagen (18).

5. El escáner 3D (10) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el dispositivo de obtención de imágenes (610) se configura para sincronizar un tiempo en el que el dispositivo generador de patrones (620) irradia el patrón de luz y un tiempo en el que el sensor de imagen (18) detecta la luz.

6. El escáner 3D (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la segunda lente (110b) es una lente omnidireccional, una lente de tipo espejo y una lente de ojo de pez.

7. El escáner 3D (10) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:

una unidad de detección de información del ángulo de rotación (330) configurada para detectar la información del ángulo de rotación del escáner 3D para generar o corregir un modelo 3D del sujeto.

8. El escáner 3D (10) de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la unidad de detección de información del ángulo de rotación (330) incluye un sensor giroscópico y un sensor de aceleración.

9. El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el dispositivo generador de patrones (620) incluye además:

un microespejo (530) configurado para formar el patrón de luz sobre el sujeto; y

una fuente de luz (511) configurada para irradiar luz hacia el microespejo (19).

10. El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la fuente de luz (511) incluye al menos un diodo emisor de luz (LED) o láser.

11. El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el dispositivo generador de patrones (620) incluye además:

una lente, en la que un radio de un eje longitudinal y un radio de un eje transversal son diferentes, configurada para convertir la luz de la fuente de luz (511) en luz lineal e irradiar la luz lineal convertida hacia el microespejo (19); o

una lente de patrón de iluminación estructurada (523) configurada para convertir la luz de la fuente de luz (511) en un patrón de luz que tiene una estructura predeterminada e irradiar el patrón de luz convertido hacia el microespejo (19); y

una lente colimadora (522) configurada para enfocar e irradiar la luz lineal o el patrón de luz que tiene la estructura hacia el microespejo (19).

12. El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el dispositivo generador de patrones (620) incluye un modulador de fuente de luz (512) para controlar al menos uno de un tiempo de activación y un período de activación de la fuente de luz, ajustar los intervalos entre líneas de luz y los grosores de las líneas de luz irradiadas hacia el sujeto y generar una pluralidad de patrones de colores o monocromáticos en varias formas.

13. El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el sujeto es una cavidad bucal.

14. El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera lente (110a) incluye

- una porción de refracción exterior (111c) para refractar una imagen del sujeto en un ángulo de visión deseado, - una porción de refracción interior (116) que tiene una capa de revestimiento reflectante interior (117) para reflejar la imagen del sujeto proveniente de la porción de refracción exterior (111c),

- una porción horizontal (113) que tiene una capa de revestimiento reflectante exterior (114) para reflejar una imagen reflejada desde la porción de refracción interior (116), y

- una porción cóncava interior (115) que permite el paso de la imagen del sujeto reflejada desde la porción horizontal (113).

15. El escáner 3D de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la porción cóncava interior (115) está formada en una región central de la porción de refracción interior (116).