CN107049542B - 扫描装置以及扫描物体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扫描装置及扫描物体的方法，扫描装置包含光阀、处理模块，投影照明、反射模组、投影成像、物体照明、影像感测及取像光学模组。光阀用于接收投影照明模组提供的第一光束并发出投影光束。投影成像模组且具有第一光轴。物体照明模组用于提供第二光束。投影光束、第二光束经反射模组反射后投射至物体上。物体照明模组包含的物体照明光源用于提供第二光束，投影光束和/或第二光束投射至物体上后，经物体反射而投射至反射模组后形成取像光束，物体照明模组具有第二光轴。取像光学模组具有第三光轴。处理模块用于控制第一光束和/或第二光束，并根据图像数据获得物体的三维建模数据和/或物体色泽数据；第二光轴位于第一与第三光轴之间。

Description

扫描装置以及扫描物体的方法

技术领域

本发明涉及扫描物体领域，尤其涉及一种用于扫描牙齿的扫描装置以及扫描物体的方法。

背景技术

近几年发展出手持式口腔扫描仪，以数字印模法来取代传统印模，也使假牙的设计和制作得以数位化。如此一来不但可提高效率，也减少因繁复的技工步骤或传统印模材而造成的变形误差。

尽管各厂牌的口腔扫描仪在近几年不断推陈出新，有逐渐部分取代传统印模方法的趋势，但现有技术中并未涉及可根据实际需求获得三维建模数据和/或牙齿色泽数据的手持式口腔扫描仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扫描装置以及扫描物体的方法，以解决上述问题。

为了达到上述目的，第一方面，本发明提供一种扫描装置，用以扫描物体，该扫描装置包含：投影照明模组、光阀、反射模组、投影成像模组、物体照明模组、影像感测模组、取像光学模组以及处理模块。投影照明模组用于提供第一光束。光阀用于接收该第一光束并根据该第一光束发出投影光束以投射图案。投影成像模组配置于该影像光束的传递路径上且具有第一光轴，该投影成像模组位于该光阀与该反射模组之间，该投影成像模组用于引导该投影光束投射至该反射模组，该投影光束经该反射模组反射后投射至该物体上。物体照明模组用于提供第二光束并引导该第二光束投射至该反射模组，该第二光束经该反射模组反射后投射至该物体上，该物体照明模组包含物体照明光源，该物体照明光源用于提供该第二光束，该投影光束和/或该第二光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成取像光束，该物体照明模组具有第二光轴。影像感测模组用于根据该取像光束获得图像数据。取像光学模组配置于该取像光束的传递路径上且具有第三光轴，该取像光学模组位于该反射模组与该影像感测模组之间，该取像光学模组用于引导该取像光束投射至该影像感测模组。处理模块耦接于该投影照明模组、该光阀、该物体照明光源以及该影像感测模组，该处理模块用于控制该投影照明模组提供该第一光束和/或该物体照明光源提供该第二光束，该处理模块还用于根据该图像数据获得该物体的三维建模数据和/或物体色泽数据。其中，该第二光轴位于该第一光轴与该第三光轴之间。

较佳的，该投影成像模组包含：第一偏振元件，该投影光束经由该第一偏振元件入射至该反射模组，经由该反射模组反射后入射至该物体。

较佳的，该取像光学模组包含：第二偏振元件，该取像光束经由该第二偏振元件后入射至该影像感测模组。

较佳的，该反射模组具有全反射面，该投影光束和/或该第二光束经由该全反射面反射后入射至该物体，该投影光束和/或该第二光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该全反射面后，经该全反射面反射形成该取像光束。

较佳的，该反射模组包含：反射元件、四分之一波片以及分光元件。四分之一波片设置于该反射元件与该物体之间；分光元件设置于该反射元件与该四分之一波片之间，该投影光束和/或该第二光束穿过该分光元件之后入射至该反射元件，经该反射元件反射穿过该分光元件、该四分之一波片后投射至该物体，该投影光束和/或该第二光束经该物体反射而穿过该四分之一波片后，入射至该分光元件，经该分光元件反射形成该取像光束。

较佳的，该处理模块控制该投影照明模组与该物体照明光源同时提供该第一光束与该第二光束，并同步控制该影像感测模组根据该取像光束获取该图像数据，该处理模块根据该图像数据获得该三维建模数据和该物体色泽数据，其中该取像光束为该投影光束和该第二光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成的。

较佳的，该处理模块控制该投影照明模组与该物体照明光源依序提供该第一光束与该第二光束，并同步控制该影像感测模组根据该取像光束获取该图像数据，该处理模块根据该图像数据获得该三维建模数据和该物体色泽数据，其中该取像光束为该投影光束、该第二光束依序投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成的。

较佳的，该处理模块控制该物体照明光源提供该第二光束并同步控制该影像感测模组根据该取像光束获取该图像数据，该处理模块根据该图像数据获得该物体色泽数据，其中该取像光束为该第二光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成的。

较佳的，该处理模块控制该投影照明模组提供该第一光束并同步控制该影像感测模组根据该取像光束获取该图像数据，该处理模块根据该图像数据获得该三维建模数据，其中该取像光束为该投影光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成的。

第二方面，本发明提供一种扫描物体的方法，用于上述第一方面所述的扫描装置，该方法包括：

该处理模块依据指令，调配该光阀产生图案，控制该投影照明模组提供该第一光束和/或该物体照明光源提供该第二光束，并控制该影像感测模组获取该图像数据；

该处理模块根据该图像数据获得该物体的三维模型数据和/或物体色泽数据。

与现有技术相比，本发明提供的扫描装置以及扫描物体的方法，物体照明光源提供供影像感测模组获得物体色泽数据的光束，投影照明模组提供供影像感测模组获得三维建模数据的光束，将用于获得三维建模数据的光源与用于获得物体色泽数据的光源分离且分轴设置，使得扫描装置可以根据实际需求获得三维建模数据和/或物体色泽数据，投影成型模组具有的第一光轴、物体照明模组具有的第二光轴、以及取像光学模组具有的第三光轴不同轴，且第二光轴位于第一光轴与第三光轴之间，能够改善物体照明光源的光效率，增加光通量，提升牙面的光照度，维持物体色泽数据的准确度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种扫描装置的方块示意图；

图2为本发明实施例提供的一种扫描装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种扫描装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种扫描物体的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

图1为本发明实施例提供的一种扫描装置的方块示意图；图2为本发明实施例提供的一种扫描装置的结构示意图。如图1、图2所示，扫描装置100包含：投影照明模组10、光阀20、反射模组30、投影成像模组40、物体照明模组60、取像光学模组70、影像感测模组80以及处理模块90。投影照明模组10用于提供第一光束L1，如图2所示，投影照明模组10可以包含第一光源101以及第四透镜102，具体的，第一光源101为单色光源，第一光源101用于发出第一光束L1。光阀20用于接收第一光束L1并根据第一光束L1发出投影光束L2以投射图案；具体的，光阀20可以为数字微镜元件(di gital mi cro-mirror device，DMD)、硅基液晶面板(l iquid-crystal-on-s i l i con panel)等，本发明中以光阀20为DMD为例进行说明，但并不以此为限。投影成像模组40配置于影像光束的传递路径上且具有第一光轴，投影成像模组40位于光阀20与发射模组之间，投影成像模组40用于引导投影光束L2投射至反射模组30，投影光束L2经反射模组30反射后投射至物体200上。物体照明模组60用于提供第二光束L3并引导第二光束L3以使得第二光束L3能够照射牙齿表面，如图2所示，物体照明模组60可以包含物体照明光源601以及第三透镜602，物体照明光源601用于提供第二光束L3，物体照明模组60具有第二光轴，物体照明模组60提供第二光束L3并引导第二光束L3投射至反射模组30，第二光束L3经反射模组30反射后投射至物体200上，在本发明的另一实施例中，物体照明模组60可以仅包含物体照明光源601；具体的，物体照明光源601可以为单色光源或多色光源。投影光束L2和/或第二光束L3投射至物体200上后，经物体200反射而投射至反射模组30后，经反射模组30反射形成取像光束L6。影像感测模组80用于根据取像光束L6获得图像数据，具体的，影像感测模组80可以为电荷耦合器件(Charge-coupl ed Dev i ce，CCD)。取像光学模组70配置于取像光束L6的传递路径上且具有第三光轴，取像光学模组70位于反射模组30与影像感测模组80之间，取像光学模组70用于引导取像光束L6投射至影像感测模组80。处理模块90耦接于投影照明模组10、光阀20、物体照明光源601以及影像感测模组80，处理模块90用于控制投影照明模组10提供第一光束L1和/或物体照明光源601提供第二光束L3，处理模块90还用于根据图像数据获得物体200的三维建模数据和/或物体色泽数据。处理模块90具体耦接于投影照明模组10中的第一光源101，处理模块90控制投影照明模组10提供第一光束L1具体可以为：处理模块90控制第一光源101产生第一光束L1。扫描装置100用以扫描物体200，具体的，扫描装置100可以为口腔扫描仪，物体200可以为牙齿。其中，第二光轴位于第一光轴与第三光轴之间。较佳的，第二光轴与第三光轴之间的夹角、第二光轴与第一光轴之间的夹角小于90度，如图2、图3所示，以使得扫描装置可以设计地更为紧凑。

反射模组30具有全反射面302，如图2所示，反射模组30为具有全反射面302的反射镜301，投影光束L2和/或第二光束L3经由全反射面302反射后入射至物体200，投影光束L2和/或第二光束投射至物体200上后，经物体200反射而投射至全反射面302后，经全反射面302反射形成取像光束L6。

图3为本发明实施例提供的另一种扫描装置的结构示意图。图3所示的扫描装置100′与上述图2所示的扫描装置100的区别在于，图3所示的扫描装置100′中的反射模组30′可以包含：反射元件311、四分之一波片313以及分光元件312。四分之一波片313设置于反射元件311与物体200之间。分光元件312设置于反射元件311与四分之一波片313之间，投影光束L2和/或第二光束L3穿过分光元件312之后入射至反射元件311，经反射元件311反射穿过分光元件312、四分之一波片313后投射至物体200，投影光束L2和/或第二光束L3经物体200反射而穿过四分之一波片313后，入射至分光元件312，经分光元件312反射形成取像光束L6。具体的，分光元件312可以为分光偏振片。

如图2、图3所示，投影成像模组40可以包含：第一透镜401、第一偏振元件402，投影光束L2依次经由第一透镜401、第一偏振元件402后入射至反射模组30或30′，经由反射模组30或30′反射后入射至物体200。

如图2、图3所示，取像光学模组70可以包含：第二透镜701、第二偏振元件702，取像光束L6依次经由第二偏振元件702、第二透镜701后入射至影像感测模组80。

在本发明的一实施例中，处理模块90控制物体照明光源601提供第二光束L3并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据，处理模块90根据图像数据获得物体色泽数据，其中取像光束L6为第二光束L3投射至物体200上后，经物体200反射而投射至反射模组30后，经反射模组30反射形成的。

在本发明的一实施例中，处理模块90控制投影照明模组10提供第一光束L1并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据，处理模块90可以根据图像数据获得三维建模数据，其中取像光束L6为投影光束L2投射至物体200上后，经物体200反射而投射至反射模组30后，经反射模组30反射形成的。

在本发明的一实施例中，处理模块90控制投影照明模组10与物体照明光源601同时提供第一光束L1与第二光束L3，并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据，处理模块90根据图像数据获得三维建模数据和物体色泽数据，其中取像光束L6为投影光束L2和第二光束L3投射至物体200上后，经物体200反射而投射至反射模组30后，经反射模组30反射形成的。

在本发明的一实施例中，处理模块90控制投影照明模组10与物体照明光源601依序提供第一光束L1与第二光束L3，并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据，处理模块90根据图像数据获得三维建模数据和物体色泽数据，其中，取像光束L6为投影光束L2、第二光束L3依序投射至物体200上后，经物体200反射而投射至反射模组30后，经反射模组30反射形成的。

需要说明的是，当仅需要获得三维建模数据时，处理模块90可控制仅提供第一光束L1，当仅需要物体色泽数据时，处理模块90可控制仅提供第二光束L3，进而能够根据实际需求，更灵活地使用扫描装置100。当需要同时获得三维建模数据和物体色泽数据时，可以采用两种方式，第一种，处理模块90依序控制投影照明模组10提供第一光束L1、物体照明光源601提供第二光束L3，并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据，以依序获得三维建模数据、物体色泽数据，第二种，控制同时提供第一光束L1和第二光束L3，并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据，以获得三维建模数据和物体色泽数据。

图4为本发明实施例提供的一种扫描物体200的方法的流程示意图。图4所示的扫描物体200的方法用于上述扫描装置100，该方法可以包括以下步骤：

S401、处理模块90依据指令，调配光阀20产生图案，控制投影照明模组10提供第一光束L1和/或物体照明光源601提供第二光束L3，并控制影像感测模组80获取图像数据。

S402、处理模块90根据图像数据获得物体200的三维模型数据和/或物体色泽数据。

其中，“处理模块90控制投影照明模组10提供第一光束L1和/或物体照明光源601提供第二光束L3，并控制影像感测模组80获取图像数据”的步骤可以包括：处理模块90控制物体照明光源601提供第二光束L3并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据；步骤S402可以包括：处理模块90根据图像数据获得物体色泽数据。其中，取像光束L6为第二光束L3投射至物体200上后，经物体200反射而投射至反射模组30后，经反射模组30反射形成的。

其中，“处理模块90控制投影照明模组10提供第一光束L1和/或物体照明光源601提供第二光束L3，并控制影像感测模组80获取图像数据”的步骤可以包括：处理模块90控制投影照明模组10提供第一光束L1并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据；步骤S402可以包括：处理模块90根据图像数据获得三维建模数据。其中，取像光束L6为投影光束L2投射至物体200上后，经物体200反射而投射至反射模组30后，经反射模组30反射形成的。

其中，“处理模块90控制投影照明模组10提供第一光束L1和/或物体照明光源601提供第二光束L3，并控制影像感测模组80获取图像数据”的步骤可以包括：处理模块90控制投影照明模组10与物体照明光源601同时提供第一光束L1与第二光束L3，并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据；步骤S402可以包括：处理模块90根据图像数据获得三维建模数据和物体色泽数据。其中，取像光束L6为投影光束L2和第二光束L3投射至物体200上后，经物体200反射而投射至反射模组30后，经反射模组30反射形成的。

其中，“处理模块90控制投影照明模组10提供第一光束L1和/或物体照明光源601提供第二光束L3，并控制影像感测模组80获取图像数据”的步骤可以包括：处理模块90控制投影照明模组10与物体照明光源601依序提供第一光束L1与第二光束L3，并同步控制影像感测模组80根据取像光束L6获取图像数据；步骤S402可以包括：处理模块90根据图像数据获得三维建模数据和物体色泽数据。其中，取像光束L6为投影光束L2、第二光束L3依序投射至物体200上后，经物体200反射而投射至反射模组30后，经反射模组30反射形成的。

本发明提供的扫描装置以及扫描物体的方法，物体照明光源提供供影像感测模组获得物体色泽数据的光束，投影照明模组提供供影像感测模组获得三维建模数据的光束，将用于获得三维建模数据的光源与用于获得物体色泽数据的光源分离且分轴设置，使得扫描装置可以根据实际需求获得三维建模数据和/或物体色泽数据，投影成型模组具有的第一光轴、物体照明模组具有的第二光轴、以及取像光学模组具有的第三光轴不同轴，且第二光轴位于第一光轴与第三光轴之间，能够改善物体照明光源的光效率，增加光通量，提升牙面的光照度，维持物体色泽数据的准确度。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种扫描装置，用以扫描物体，其特征在于，该扫描装置包含：

投影照明模组，用于提供第一光束；

光阀，用于接收该第一光束并根据该第一光束发出投影光束以投射图案；

反射模组；

投影成像模组，配置于该投影光束的传递路径上且具有第一光轴，该投影成像模组位于该光阀与该反射模组之间，该投影成像模组用于引导该投影光束投射至该反射模组，该投影光束经该反射模组反射后投射至该物体上；

物体照明模组，用于提供第二光束并引导该第二光束投射至该反射模组，该第二光束经该反射模组反射后投射至该物体上，该物体照明模组包含物体照明光源，该物体照明光源用于提供该第二光束，该投影光束和/或该第二光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成取像光束，该物体照明模组具有第二光轴；

影像感测模组，用于根据该取像光束获得图像数据；

取像光学模组，配置于该取像光束的传递路径上且具有第三光轴，该取像光学模组位于该反射模组与该影像感测模组之间，该取像光学模组用于引导该取像光束投射至该影像感测模组；以及

处理模块，耦接于该投影照明模组、该光阀、该物体照明光源以及该影像感测模组，该处理模块用于控制该投影照明模组提供该第一光束和/或该物体照明光源提供该第二光束，该处理模块还用于根据该图像数据获得该物体的三维建模数据和/或物体色泽数据；

其中，该第二光轴位于该第一光轴与该第三光轴之间。

2.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，该投影成像模组包含：第一偏振元件，该投影光束经由该第一偏振元件入射至该反射模组，经由该反射模组反射后入射至该物体。

3.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，该取像光学模组包含：第二偏振元件，该取像光束经由该第二偏振元件后入射至该影像感测模组。

4.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，该反射模组具有全反射面，该投影光束和/或该第二光束经由该全反射面反射后入射至该物体，该投影光束和/或该第二光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该全反射面后，经该全反射面反射形成该取像光束。

5.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，该反射模组包含：

反射元件；

四分之一波片，设置于该反射元件与该物体之间；以及

分光元件，设置于该反射元件与该四分之一波片之间，该投影光束和/或该第二光束穿过该分光元件之后入射至该反射元件，经该反射元件反射穿过该分光元件、该四分之一波片后投射至该物体，该投影光束和/或该第二光束经该物体反射而穿过该四分之一波片后，入射至该分光元件，经该分光元件反射形成该取像光束。

6.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，该处理模块控制该投影照明模组与该物体照明光源同时提供该第一光束与该第二光束，并同步控制该影像感测模组根据该取像光束获取该图像数据，该处理模块根据该图像数据获得该三维建模数据和该物体色泽数据，其中该取像光束为该投影光束和该第二光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成的。

7.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，该处理模块控制该投影照明模组与该物体照明光源依序提供该第一光束与该第二光束，并同步控制该影像感测模组根据该取像光束获取该图像数据，该处理模块根据该图像数据获得该三维建模数据和该物体色泽数据，其中该取像光束为该投影光束、该第二光束依序投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成的。

8.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，该处理模块控制该物体照明光源提供该第二光束并同步控制该影像感测模组根据该取像光束获取该图像数据，该处理模块根据该图像数据获得该物体色泽数据，其中该取像光束为该第二光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成的。

9.如权利要求1所述的扫描装置，其特征在于，该处理模块控制该投影照明模组提供该第一光束并同步控制该影像感测模组根据该取像光束获取该图像数据，该处理模块根据该图像数据获得该三维建模数据，其中该取像光束为该投影光束投射至该物体上后，经该物体反射而投射至该反射模组后，经该反射模组反射形成的。

10.一种扫描物体的方法，用于权利要求1-9任一项所述的扫描装置，其特征在于，该方法包括：

该处理模块依据指令，调配该光阀产生图案，控制该投影照明模组提供该第一光束和/或该物体照明光源提供该第二光束，并控制该影像感测模组获取该图像数据；

该处理模块根据该图像数据获得该物体的三维模型数据和/或物体色泽数据。