已經(jīng)開發(fā)了各種方法用于光學(xué)測(cè)量表面形貌。例如，已經(jīng)開發(fā)和采用了能夠用于光學(xué)測(cè)量患者的牙齒的表面形貌的光學(xué)系統(tǒng)和方法。例如，測(cè)得的牙齒的表面形貌能夠用于設(shè)計(jì)和制造義齒，以及/或者用于確定正畸治療計(jì)劃以矯正咬合不正。

一種用于光學(xué)測(cè)量表面形貌的技術(shù)采用了激光三角法來(lái)測(cè)量牙齒表面與光學(xué)距離探頭之間的距離，該探頭插入到患者的口腔中。然而，由于例如來(lái)自牙齒表面的次優(yōu)的反射率，導(dǎo)致經(jīng)由激光三角法而測(cè)得的表面形貌可能比期望的精度低。

在能夠從西門子公司(Siemens GmbH)或西諾德牙科設(shè)備公司(Sirona Dental Systems)市售的CEREC-1和CEREC-2系統(tǒng)中實(shí)施的用于光學(xué)測(cè)量表面形貌的其他技術(shù)分別使用光切法和相移法。兩個(gè)系統(tǒng)均采用特殊設(shè)計(jì)的手持探頭測(cè)量準(zhǔn)備的牙齒的三維坐標(biāo)。然而，這兩種方法均要求在牙齒上沉積特定的被覆物(即，分別為測(cè)量粉末和白色顏料懸浮液)。被覆層的厚度應(yīng)該滿足特定的并且難以控制的需求，這可能導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。

在另一技術(shù)中，基于利用探頭對(duì)表面的物理掃描和通過(guò)例如利用光學(xué)器件或其他遙感裝置確定探頭的位置而進(jìn)行牙齒表面形貌的測(cè)繪。

美國(guó)專利No.5372502公開了一種用于三維測(cè)量的光學(xué)探頭。

將各種圖案投射到待測(cè)量的牙齒上，并且利用光學(xué)探頭捕獲相應(yīng)的多個(gè)扭曲的圖案。每個(gè)捕獲的圖案均能夠用于細(xì)化形貌測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供了用于測(cè)量三維結(jié)構(gòu)的表面形貌的設(shè)備和方法。在多個(gè)實(shí)施例中，用于測(cè)量表面形貌的設(shè)備被配置為針對(duì)設(shè)備的光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同位置和/或朝向而利用光束照亮三維結(jié)構(gòu)(例如，患者的齒列)。公開的設(shè)備和方法采用了在不相對(duì)于光學(xué)探頭而光學(xué)地移動(dòng)光束的焦點(diǎn)位置的情況下的三維結(jié)構(gòu)的共焦掃描，而是使用光學(xué)探頭相對(duì)于結(jié)構(gòu)的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了更小、更快并且更具成本效益的光學(xué)器件。

從而，在一個(gè)方面中，描述一種設(shè)備用于測(cè)量三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。設(shè)備被配置為測(cè)量多個(gè)返回光束中的每個(gè)返回光束的特性，所述返回光束通過(guò)利用多個(gè)光束照射三維結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生。針對(duì)設(shè)備與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同位置和/或朝向測(cè)量特性。

在另一方面中，描述一種設(shè)備用于測(cè)量三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。在多個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備包括光學(xué)探頭、光學(xué)系統(tǒng)以及處理單元。光學(xué)探頭相對(duì)于三維結(jié)構(gòu)移動(dòng)。光學(xué)系統(tǒng)將多個(gè)入射光束中的每個(gè)入射光束聚焦到相對(duì)于光學(xué)探頭并且遠(yuǎn)離光學(xué)探頭的各自的焦點(diǎn)位置。通過(guò)利用入射光束照射三維結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生返回光束。針對(duì)光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同相對(duì)位置和/或朝向，至少部分地基于測(cè)量的返回光束的特性，處理單元確定三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。

在另一方面中，描述一種用于測(cè)量三維結(jié)構(gòu)的表面形貌的方法。方法包括將多個(gè)入射光束中的每個(gè)入射光束聚焦到相對(duì)于光學(xué)探頭并且遠(yuǎn)離光學(xué)探頭的各自的焦點(diǎn)。通過(guò)利用入射光束照射三維結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生返回光束。針對(duì)光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同的相對(duì)位置和/或朝向測(cè)量返回光束的特性，以生成三維結(jié)構(gòu)的表面形貌數(shù)據(jù)。

通過(guò)閱讀說(shuō)明書、權(quán)利要求書和附圖，本發(fā)明的其它目的和特征將變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

在所附權(quán)利要求中具體闡述本發(fā)明的新穎特征。通過(guò)參考以下詳細(xì)說(shuō)明將獲得對(duì)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)的更好理解，所述詳細(xì)說(shuō)明闡述了使用本發(fā)明的原理的說(shuō)明性實(shí)施例，并且其附圖為：

圖1A和1B利用方框圖示意性地示出了根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的共焦表面形貌測(cè)量設(shè)備(圖1B是圖1A的延續(xù))；

圖2A是根據(jù)實(shí)施例的共焦表面形貌測(cè)量設(shè)備的探測(cè)部件的頂視圖；

圖2B是穿過(guò)圖2A的探測(cè)部件的縱截面圖，描繪了穿過(guò)其中的示例性光線；

圖2C和2D是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的圖2A的探測(cè)部件的端視圖；

圖3A示出了根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的使用固定焦點(diǎn)位置來(lái)掃描結(jié)構(gòu)的光學(xué)探頭；

圖3B示出圖3A的光學(xué)探頭在使用固定焦點(diǎn)位置掃描結(jié)構(gòu)期間的另一視圖；

圖4A示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的被配置為將多個(gè)光束聚焦到各自的焦點(diǎn)位置的光學(xué)組件；

圖4B示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的被配置為將多個(gè)光束聚焦到斜的焦平面的另一光學(xué)組件；

圖5示出根據(jù)多各實(shí)施例的用于將光束陣列聚焦到斜的焦平面的微透鏡陣列；

圖6A示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的被配置為將多個(gè)光束聚焦到斜的焦平面的另一光學(xué)組件；

圖6B示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的通過(guò)圖6A的光學(xué)組件的返回光束的光學(xué)路徑；

圖7A示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的被配置為將多個(gè)光束聚焦到斜的焦平面的另一光學(xué)組件；

圖7B示出圖7A的光學(xué)組件的展開配置；以及

圖8是簡(jiǎn)化的方框圖，描述了根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的使用固定焦點(diǎn)位置測(cè)量表面形貌的方法的步驟。

具體實(shí)施方式

本文描述了采用表面形貌的共焦測(cè)量的設(shè)備和方法。在一些方法中，諸如其公開內(nèi)容全部通過(guò)參考并入本文的美國(guó)專利No.6697164描述的方法中，測(cè)量設(shè)備產(chǎn)生的入射光束用于確定三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。設(shè)備包括光學(xué)探頭，光束從該光學(xué)探頭發(fā)出以照亮該結(jié)構(gòu)。光束通過(guò)聚焦光學(xué)器件聚焦到光學(xué)探頭外部的各個(gè)交點(diǎn)(還稱為焦點(diǎn)位置)。為了測(cè)量三維表面形貌，通過(guò)相對(duì)于光學(xué)探頭的多個(gè)位置而光學(xué)掃描焦點(diǎn)位置。焦點(diǎn)位置沿著入射光束的傳播方向相對(duì)于光學(xué)探頭移動(dòng)(軸向掃描)。焦點(diǎn)位置還能夠與傳播方向正交地移動(dòng)(橫向掃描)。本文中關(guān)于光的方向的任何描述能夠被認(rèn)為是指光的主射線(主光線)的方向。類似地，本文中關(guān)于光的傳播方向的任何描述能夠被認(rèn)為是光的主射線的傳播方向。通常，通過(guò)例如經(jīng)由諸如電流計(jì)鏡、電動(dòng)機(jī)和/或伸縮式掃描機(jī)構(gòu)這樣的適當(dāng)裝置而機(jī)械移動(dòng)光學(xué)元件，來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)于光學(xué)探頭的軸向掃描和/或橫向掃描。然而，使用這樣的軸向掃描或橫向掃描構(gòu)件可能增加測(cè)量設(shè)備的尺寸、重量和成本。

相比之下，本公開的設(shè)備和方法在不光學(xué)移動(dòng)焦點(diǎn)位置相對(duì)于光學(xué)探頭的位置的情況下進(jìn)行三維表面形貌的共焦測(cè)量。與以上描述的光學(xué)掃描相對(duì)于光學(xué)探頭的焦點(diǎn)位置的方法相比，本文描述的方法將各光束聚焦至各自的焦點(diǎn)，所述各自的交點(diǎn)相對(duì)于光學(xué)探頭具有固定空間布置。光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)移動(dòng)用于使焦點(diǎn)相對(duì)于結(jié)構(gòu)移動(dòng)。測(cè)量光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的距離用于光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同位置和/或朝向。然后結(jié)合關(guān)于探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置的數(shù)據(jù)來(lái)處理數(shù)據(jù)，以確定被測(cè)量的結(jié)構(gòu)的表面形貌。通過(guò)避免使用光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)，本文公開的設(shè)備和方法相對(duì)于現(xiàn)有的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)可以是更小、更快并且更有成本效益的。

在多個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)測(cè)量用入射光束照明結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的返回光束的一個(gè)以上的特性來(lái)確定光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的距離。這樣的特性能夠包括例如返回光束的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、偏振、相移、干涉和/或色散。本文關(guān)于光強(qiáng)的任何描述也能夠適用于光的其他合適的特性，反之亦然。特性的測(cè)量能夠用于檢測(cè)入射光束是否聚焦在結(jié)構(gòu)的表面上，并且從而確定光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的距離。

例如，能夠基于測(cè)量返回光束的強(qiáng)度而確定結(jié)構(gòu)的表面形貌。在多個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備配置為使得當(dāng)入射光束聚焦在結(jié)構(gòu)的表面時(shí)，從結(jié)構(gòu)返回的任意特定光束的強(qiáng)度是最大的。通過(guò)相對(duì)于結(jié)構(gòu)移動(dòng)探頭，能夠通過(guò)識(shí)別相應(yīng)返回反射光束的強(qiáng)度何時(shí)為最大值，確定對(duì)于特定光束的探頭與結(jié)構(gòu)之間的距離以及探頭相對(duì)于結(jié)構(gòu)的位置和朝向。然后能夠基于測(cè)量的返回光束的強(qiáng)度以及光學(xué)探頭相對(duì)于結(jié)構(gòu)的位置和/或朝向而確定結(jié)構(gòu)的表面形貌。

作為另一實(shí)例，能夠通過(guò)使用空間頻率分析以識(shí)別結(jié)構(gòu)的哪些區(qū)域在焦點(diǎn)上，來(lái)確定表面形貌。在多個(gè)實(shí)施例中，聚焦區(qū)域?qū)确蔷劢箙^(qū)域更高的空間頻率。因此，能夠通過(guò)識(shí)別區(qū)域的空間頻率何時(shí)為最大，從而針對(duì)探頭相對(duì)于結(jié)構(gòu)的特定位置和朝向，確定探頭與結(jié)構(gòu)上的特定區(qū)域之間的距離。該方法能夠用于確定具有空間細(xì)節(jié)的結(jié)構(gòu)的表面形貌。

本文描述的設(shè)備和方法能夠用于測(cè)量任意合適的三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。在多個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)行光學(xué)測(cè)量以產(chǎn)生表示患者牙列的三維表面形貌的數(shù)據(jù)。例如，數(shù)據(jù)能夠用于產(chǎn)生能夠被顯示和操縱的牙列的三維虛擬模型。三維虛擬模型能夠用于例如定義患者牙列的空間關(guān)系，其用于為患者創(chuàng)建牙修復(fù)體(例如，齒冠或齒橋)，提供數(shù)字模型或物理模型用于記錄保存目的，建立治療計(jì)劃，制造正畸矯正器或任何其他牙科目的。表面形貌數(shù)據(jù)能夠被存儲(chǔ)和/或傳輸或輸出到諸如制造裝置，該制造裝置能夠用于例如制造患者牙列的物理模型，牙科技師使用該物理模型來(lái)為患者創(chuàng)建牙修復(fù)體。

在一個(gè)方面中，提供一種設(shè)備，用于測(cè)量三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。該設(shè)備能夠被配置為：(a)將多個(gè)光束中的每個(gè)光束均相對(duì)于設(shè)備聚焦到各自固定的焦點(diǎn)位置；(b)測(cè)量通過(guò)用光束照射三維結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的多個(gè)返回光束中的每一個(gè)返回光束的特性，所述特性是針對(duì)設(shè)備與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同位置和/或朝向所測(cè)量的；并且(c)對(duì)于裝置與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同位置和/或朝向，至少部分地基于測(cè)量的返回光束的特性來(lái)確定三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。

在另一方面中，提供一種設(shè)備，用于測(cè)量三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。該設(shè)備包括被配置為相對(duì)于三維結(jié)構(gòu)移動(dòng)的光學(xué)探頭。設(shè)備包括照射單元，該照射單元被配置為產(chǎn)生多個(gè)入射光束，每個(gè)入射光束均包含第一波長(zhǎng)組分。該設(shè)備包括光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)被配置為將多個(gè)入射光束的每個(gè)入射光束的第一波長(zhǎng)組分相對(duì)光學(xué)探頭聚焦至各自固定的焦點(diǎn)位置。該設(shè)備包括檢測(cè)器單元，該檢測(cè)器單元被配置為測(cè)量多個(gè)返回光束中的每個(gè)返回光束的特性，所述返回光束通過(guò)利用入射光束照射三維結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生。設(shè)備包括與檢測(cè)器單元結(jié)合的處理單元，該處理單元被配置為針對(duì)光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同的相對(duì)位置和/或朝向，至少部分地基于測(cè)量的多個(gè)返回光束的特性來(lái)確定三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。在多個(gè)實(shí)施例中，特性是強(qiáng)度。

在多個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)器單元包括傳感器元件的二維陣列。每個(gè)傳感器元件均能夠被配置為測(cè)量多個(gè)返回光束的相應(yīng)返回光束的特性。光學(xué)系統(tǒng)能夠被配置為根據(jù)由照明單元產(chǎn)生的光形成入射光束的二維圖案，入射光束的二維圖案與由傳感器元件的二維陣列測(cè)量的返回光束相對(duì)應(yīng)。光學(xué)系統(tǒng)能夠包括光學(xué)擴(kuò)束器單元，光學(xué)擴(kuò)束器單元被配置為擴(kuò)展由照射單元產(chǎn)生的光，以形成入射光束的二維圖案。照射單元能夠被配置為產(chǎn)生入射光束的二維圖案，該入射光束的二維圖案與由傳感器元件的二維陣列所測(cè)量的返回光束相對(duì)應(yīng)。

入射光束能夠相對(duì)于光學(xué)探頭聚焦到多個(gè)相應(yīng)的焦距。在多個(gè)實(shí)施例中，入射光束能夠被布置在具有第一行和最后一行的多行中。各行中的入射光束能夠被聚焦到相應(yīng)的共同焦距。第一行和最后一行的焦距能夠相差預(yù)定長(zhǎng)度。例如，預(yù)定長(zhǎng)度能夠是5mm至25mm。傳感器元件能夠布置在一個(gè)平面中，該平面被定向?yàn)殛P(guān)于入射光束的第一波長(zhǎng)組分的焦距對(duì)返回光束進(jìn)行共焦傳感。在一些實(shí)施例中，傳感器元件的平面與返回光束是非正交的。

在多個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)探頭通過(guò)相對(duì)于結(jié)構(gòu)的多個(gè)不同的位置和/或朝向而移動(dòng)。從而，能夠至少部分地基于光學(xué)探頭相對(duì)于三維結(jié)構(gòu)的位置和/或朝向，根據(jù)測(cè)量的特性重建三維表面形貌。能夠使用任意合適的方法確定光學(xué)探頭與結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置和/或朝向。在多個(gè)實(shí)施例中，處理單元包括一個(gè)以上的處理器，以及有形非暫時(shí)性存儲(chǔ)裝置。有形非暫時(shí)性存儲(chǔ)裝置能夠存儲(chǔ)可以由一個(gè)以上的處理器執(zhí)行的指令，以使得一個(gè)以上的處理器處理測(cè)量性能的數(shù)據(jù)，使用檢測(cè)單元針對(duì)光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同的相對(duì)位置和/或朝向而產(chǎn)生測(cè)量性能的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)能夠由一個(gè)以上的處理器處理，以確定光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置和/或朝向。

在多個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備還包括被配置為收集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置。處理單元能夠包括一個(gè)以上的處理器，以及有形非暫時(shí)的存儲(chǔ)裝置。有形非暫時(shí)性存儲(chǔ)設(shè)備能夠存儲(chǔ)由一個(gè)以上的處理器執(zhí)行的指令，以使得一個(gè)以上的處理器處理使運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，以確定光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置和/或朝向。例如，運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置能夠包括攝像機(jī)，并且運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)能夠包括圖像數(shù)據(jù)。在另一實(shí)例中，運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置能夠包括陀螺儀和/或加速度計(jì)。作為另一實(shí)例，運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置能夠包括電磁傳感器。

能夠使用多個(gè)入射光束的任何合適的配置。例如，光學(xué)系統(tǒng)能夠被配置為將光束的第一波長(zhǎng)組分聚焦到相對(duì)于掃描儀的至少10個(gè)不同的焦距，并且焦距能夠具有至少10mm的范圍。

在另一方面中，提供用于測(cè)量三維結(jié)構(gòu)的表面形貌的方法。該方法能夠包括產(chǎn)生多個(gè)入射光束，每個(gè)入射光束包括第一波長(zhǎng)組分。每個(gè)入射光束的第一波長(zhǎng)組分能夠聚焦到相對(duì)于光學(xué)探頭的各焦點(diǎn)位置。針對(duì)光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同的相對(duì)位置和/或朝向，能夠測(cè)量通過(guò)用入射光束照射三維結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的多個(gè)返回光束中的每一個(gè)返回光束的特性。能夠處理針對(duì)光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)不同相對(duì)位置和/或朝向的測(cè)量特性，以生成三維結(jié)構(gòu)的表面形貌數(shù)據(jù)。能夠使用表面形貌數(shù)據(jù)生成三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。在多個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量的特性是強(qiáng)度。在多個(gè)實(shí)施例中，方法包括跟蹤光學(xué)探頭與三維結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置和/或朝向中的變化。

入射光束能夠被布置在具有第一行和最后一行的多行中。例如，各行中的入射光束能夠被聚焦到相應(yīng)的共同焦距。第一行和最后一行的焦距能夠相差預(yù)定長(zhǎng)度。例如，預(yù)定長(zhǎng)度能夠是至少10mm。入射光束能夠相對(duì)于探頭聚焦到任意合適的相應(yīng)固定位置。例如，光束的波長(zhǎng)組分能夠相對(duì)于掃描儀聚焦到至少10個(gè)不同的焦距，并且焦距可以具有至少10mm的范圍。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，其中在各個(gè)附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖1A和1B示出用于光學(xué)測(cè)量表面形貌的設(shè)備20。設(shè)備20包括結(jié)合到處理器24的光學(xué)裝置22。示出的實(shí)施例對(duì)于測(cè)量患者牙齒26的表面形貌是特別有益的。例如，設(shè)備20能夠被用于測(cè)量患者牙齒的至少一個(gè)牙齒或者牙齒的一部分缺失這樣的部分的表面形貌，以產(chǎn)生用于隨后在針對(duì)患者的假體(例如，齒冠或齒橋)的設(shè)計(jì)和/或制造中使用的表面形貌數(shù)據(jù)。然而，應(yīng)注意，本發(fā)明不限于測(cè)量牙齒的表面形貌，并且，加以必要的修改，也適用于對(duì)象的三維結(jié)構(gòu)的成像的各種其他應(yīng)用(例如，用于考古學(xué)對(duì)象的記錄，用于任何合適項(xiàng)目的三維結(jié)構(gòu)的成像，諸如生物組織等)。

在示出的實(shí)施例中，光學(xué)裝置22包括發(fā)射光的光源(例如，半導(dǎo)體激光單元28)，如箭頭30所表示的。光束30能夠包括單一波長(zhǎng)組分或者多個(gè)波長(zhǎng)組分。在一些情況下，具有多個(gè)波長(zhǎng)組分的光可以由多個(gè)光源產(chǎn)生。光通過(guò)偏光器32，這使得通過(guò)偏光器32的光具有一定的偏振。然后光進(jìn)入光學(xué)擴(kuò)束器34，這增加了光束30的直徑。然后光束30通過(guò)模塊38，該模塊例如可以是將母光束30分成多個(gè)光束36的光柵或微透鏡陣列，此處，為了易于圖示，將光束36用單線表示。

光學(xué)裝置22還包括部分透明鏡40，其具有小中心孔徑。鏡40允許光從激光單元28傳輸通過(guò)下游的光學(xué)器件，但是反射在相反方向上行進(jìn)的光。應(yīng)注意，原則上，可以使用具有類似功能的其他光學(xué)器件(例如，分束器)而不是部分透明鏡。鏡40中的孔徑提高了設(shè)備的測(cè)量精度。由于該鏡結(jié)構(gòu)，只要區(qū)域不對(duì)焦，光束就在被成像的對(duì)象的照射區(qū)域上產(chǎn)生光環(huán)。當(dāng)光束相對(duì)于成像對(duì)象聚焦時(shí)，光環(huán)變成強(qiáng)烈聚焦的照明點(diǎn)。因此，在離焦與對(duì)焦時(shí)的測(cè)量強(qiáng)度之間的差較大。該類鏡的另一優(yōu)點(diǎn)在于，與分束器相反，避免了在分束器中發(fā)生的內(nèi)部反射，因此信噪比更大。

光學(xué)裝置22還包括聚焦光學(xué)器件42、中繼光學(xué)器件44和內(nèi)窺鏡探頭部件46。聚焦光學(xué)器件42能夠包括合適的光學(xué)器件，用于將光束36相對(duì)于探頭部件46聚焦到固定空間位置處的多個(gè)相應(yīng)的焦點(diǎn)，如下所述。在多個(gè)實(shí)施例中，聚焦光學(xué)器件42是靜態(tài)的，使得光學(xué)裝置22不采用機(jī)構(gòu)來(lái)相對(duì)于探頭部件46掃描焦點(diǎn)(例如，軸向或橫向)。在多個(gè)實(shí)施例中，中繼光學(xué)器件44被配置為保持光束的傳播的特定數(shù)值孔徑。

內(nèi)窺鏡探頭部件46能夠包括透光介質(zhì)，其可以是在其內(nèi)限定了光透射路徑的中空物體或者由透光材料(例如，玻璃體或管)制成的物體。透光介質(zhì)可以是剛性的或柔性的(例如，光纖)。在多個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)窺鏡探頭部件46包括確保全內(nèi)反射并將入射光束朝向患者的牙齒26引導(dǎo)的這樣類型的鏡。從而內(nèi)窺鏡46發(fā)射照射在患者的牙齒26的表面上的多個(gè)入射光束48。

內(nèi)窺鏡46能夠包括一個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)跟蹤元件47(例如，陀螺儀、加速度計(jì)、用于光學(xué)跟蹤的目標(biāo)以及電磁傳感器)。在多個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)跟蹤元件47響應(yīng)于內(nèi)窺鏡46的移動(dòng)而生成運(yùn)動(dòng)跟蹤信號(hào)。在多個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)跟蹤信號(hào)由處理器24處理，以跟蹤內(nèi)窺鏡46在六個(gè)自由度(即，三個(gè)平移自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度)中的空間布置的變化。

在多個(gè)實(shí)施例中，入射光束48形成相對(duì)于笛卡爾參考系50布置在平面中并沿著Z軸傳播的光束的二維陣列。光束48能夠被聚焦到限定了合適的焦平面的各焦點(diǎn)，所述焦平面例如是與Z軸正交的平面(例如，X-Y平面)或非正交平面。當(dāng)入射光束48入射到不平坦表面上時(shí)，所產(chǎn)生的照明點(diǎn)52的陣列在不同的(X_i，Y_i)位置處沿著Z軸彼此移位。從而，雖然在一個(gè)位置處的照明點(diǎn)52可以針對(duì)內(nèi)窺鏡46與牙齒26之間的給定相對(duì)空間布置而聚焦，但是在其他位置處的照明點(diǎn)52可能是離焦的。

因此，聚焦點(diǎn)的返回光束的光強(qiáng)度將處于其峰值，而其他點(diǎn)處的光強(qiáng)度將不處于峰值。從而，對(duì)于各個(gè)照明點(diǎn)，測(cè)量光強(qiáng)用于內(nèi)窺鏡46與牙齒26之間的不同的相對(duì)空間布置。通常，將求出強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，并且其中導(dǎo)數(shù)等于零的內(nèi)窺鏡46與牙齒26之間的相對(duì)空間布置可以用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)與內(nèi)窺鏡26與牙齒26之間的相對(duì)空間布置關(guān)聯(lián)使用，以確定牙齒的表面形貌。如上所述，由于使用具有孔徑的鏡40，入射光在離焦時(shí)在表面上形成光盤，并且僅在聚焦時(shí)形成強(qiáng)烈聚焦的光斑。結(jié)果，當(dāng)接近對(duì)焦位置時(shí)，距離導(dǎo)數(shù)將表現(xiàn)出較大的數(shù)值變化，從而提高了測(cè)量的精度。

從每個(gè)照明點(diǎn)52反射的光包括在由入射光束行進(jìn)的光路的相反方向上的、最初在Z軸上行進(jìn)的光束。每個(gè)返回光束54都對(duì)應(yīng)于一個(gè)入射光束36。鑒于鏡40的不對(duì)稱性質(zhì)，返回光束54被反射到檢測(cè)組件60的方向上。檢測(cè)組件60包括偏光器62，偏光器62具有與偏光器32的偏振平面垂直定向的優(yōu)選偏振平面。返回的偏振光束54通過(guò)通常為透鏡或多個(gè)透鏡的成像光學(xué)器件64，并且然后通過(guò)針孔陣列66。每個(gè)返回光束54至少部分地穿過(guò)針孔陣列66的各個(gè)針孔。可以是電荷耦合裝置(CCD)或任何其它合適的圖像傳感器的傳感器陣列68包括傳感元件的矩陣。在多個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)傳感元件代表圖像的像素，并且各個(gè)感測(cè)元件與陣列66中的一個(gè)針孔相對(duì)應(yīng)。

傳感器陣列68連接到處理器單元24的圖像捕捉模塊80。利用處理器24以下面描述的方式分析由傳感器陣列68的各個(gè)傳感元件所測(cè)量的光強(qiáng)。雖然在圖1A和1B中將光學(xué)裝置22描述為測(cè)量光強(qiáng)，但是裝置22還能夠被配置為測(cè)量其他合適的特性(例如，波長(zhǎng)、偏振、相移、干擾和色散)，如本文前面所述。在多個(gè)實(shí)施例中，傳感器陣列68的平面與返回光束54正交(例如，與返回光束的傳播方向正交)。在一些實(shí)施例中，傳感器陣列68的平面不與返回光束54正交，如下文所述。

光學(xué)裝置22包括控制半導(dǎo)體激光器28的操作的控制模塊70。在從每個(gè)傳感元件獲取代表光強(qiáng)度(或其他特性)的數(shù)據(jù)期間，控制模塊70使圖像捕獲模塊80的操作與激光器28的操作同步。由處理器24經(jīng)處理軟件82處理強(qiáng)度數(shù)據(jù)以及內(nèi)窺鏡46與牙齒26之間的相對(duì)空間布置的數(shù)據(jù)，以獲得代表牙齒26的外表面的三維形貌的數(shù)據(jù)。下面描述用于處理特性數(shù)據(jù)和相對(duì)空間布置數(shù)據(jù)的方法的示例性實(shí)施例。測(cè)量的結(jié)構(gòu)的所得的三維表示能夠顯示在顯示器84上，并且通過(guò)用戶控制模塊85(通常為計(jì)算機(jī)鍵盤)操作用以觀看(例如，從不同角度觀看，放大或縮小)。另外，代表表面形貌的數(shù)據(jù)能夠通過(guò)諸如調(diào)制解調(diào)器88或任意合適的通信網(wǎng)絡(luò)(例如，電話網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng))這樣的適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)端口傳輸?shù)浇邮苷?例如，到異地CAD/CAM設(shè)備)。

通過(guò)捕獲針對(duì)內(nèi)窺鏡46與結(jié)構(gòu)之間的不同的相對(duì)空間布置(例如，在牙齒區(qū)段的情況下，從頰側(cè)方向、舌側(cè)方向和/或可選地從牙齒上方)而測(cè)量的內(nèi)窺鏡46與結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)距離數(shù)據(jù)，能夠生成結(jié)構(gòu)的精確的三維表示。三維數(shù)據(jù)和/或所得到的三維表示能夠用于創(chuàng)建在計(jì)算機(jī)環(huán)境中的三維結(jié)構(gòu)的虛擬模型和/或以任何合適的方式(例如，經(jīng)由計(jì)算機(jī)控制銑床，諸如立體光刻設(shè)備或3D打印設(shè)備這樣的快速成型設(shè)備)制造的物理模型。

現(xiàn)在參考圖2A和2B，示出了根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的探測(cè)部件90。在多個(gè)實(shí)施例中，探測(cè)部件90形成內(nèi)窺鏡46的至少一部分。探測(cè)部件90能夠由透光材料(例如，玻璃、水晶、塑料等)制成，并且包括遠(yuǎn)端段91和近端段92，該遠(yuǎn)端段91和近端段92在93處以透光的方式緊密粘合在一起。傾斜面94被反射鏡層95覆蓋。限定了傳感表面97的透明盤96(例如，由玻璃、水晶、塑料或任何其它合適的透明材料制成)沿著光路遠(yuǎn)離反射鏡層95安置，以在透明盤96與遠(yuǎn)端段91之間留出空氣間隙98。透明盤96利用保持結(jié)構(gòu)(未示出)固定在適當(dāng)位置。示意性地呈現(xiàn)了三條光線99?？梢钥闯觯饩€99以探測(cè)部件90的壁全反射的角度從探測(cè)部件90的壁反射，從反射鏡層95反射，然后通過(guò)傳感表面97傳播。雖然光線99能夠以各焦距的任意合適的組合聚焦到探測(cè)部件90外部，但是在多個(gè)實(shí)施例中，光線99聚焦在探測(cè)部件90外部的焦平面100上。例如，如圖2C所示，其示出了探測(cè)部件90的端視圖III-III，光線99聚焦至共同的焦距，從而被聚焦在探測(cè)部件90外部的焦平面100上，該焦平面100與光線99的傳播方向(本文中還稱為Z軸)垂直。作為另一實(shí)例，如圖2D所示，其示出了探測(cè)部件90的端視圖III-III，光線99聚焦到不同的焦距，從而被聚焦在不與Z軸垂直的焦平面100上。雖然示出并描述了焦點(diǎn)位置的兩種配置，但是能夠采用焦點(diǎn)位置的任意合適的配置。

圖3A和3B示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的在全局笛卡爾坐標(biāo)系204中掃描結(jié)構(gòu)202的光學(xué)探頭200。(圖3B示出圖3A中定義的截面I-I)。光學(xué)探頭200能夠與本文描述的任意合適的掃描裝置或系統(tǒng)一起使用，諸如光學(xué)裝置22。從光學(xué)探頭200發(fā)出的入射光束206的二維陣列被布置于在X方向上延伸的多行中，包括第一行208和最后一行210。光束206的陣列的各行都沿著Z軸聚焦到各個(gè)共同的焦距，從而形成了斜的焦平面212。第一行208與最后一行210的焦距在Z方向上相差預(yù)定長(zhǎng)度214。光學(xué)探頭200能夠相對(duì)結(jié)構(gòu)202移動(dòng)，以利用光束206掃描結(jié)構(gòu)202。例如，如圖3B所描述的，光學(xué)探頭200能夠在Y方向上從第一位置216平移到第二位置218。

在多個(gè)實(shí)施例中，光束206陣列中的各行均沿著Z方向聚焦到不同的深度，從而產(chǎn)生不與Z軸正交的焦平面212。因此，隨著光學(xué)探頭200相對(duì)于結(jié)構(gòu)202移動(dòng)，光束206的焦平面212掃過(guò)結(jié)構(gòu)202的三維體積。例如，隨著光學(xué)探頭200從位置216平移到位置218，焦平面212掃過(guò)具有Z深度214的三維體積。因此，通過(guò)光學(xué)探頭200相對(duì)于結(jié)構(gòu)202的連續(xù)移動(dòng)，光學(xué)探頭200能夠在Z方向上掃描結(jié)構(gòu)202，同時(shí)保持了光束206的各個(gè)焦距恒定。雖然圖3B描述了光學(xué)探頭200在Y方向上的移動(dòng)，但是在多個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)探頭200可以在六個(gè)自由度上移動(dòng)(例如，三個(gè)平移自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度)到光學(xué)探頭200與結(jié)構(gòu)202之間的多個(gè)不同的相對(duì)位置和/或朝向。

能夠以任意合適的配置設(shè)置光束206的陣列。例如，光束206的陣列能夠被聚焦到相對(duì)于光學(xué)探頭200的任意合適的數(shù)量的不同焦距，諸如3、5、10、50或100個(gè)或者更多個(gè)不同的焦距。光束206的陣列的焦距能夠被配置為具有任意合適的范圍，諸如至少5mm、7.5mm或10mm以上。光束206的陣列中的第一行208與最后一行210的焦距可以相差任意合適的長(zhǎng)度，諸如5mm以下、10mm、15mm或25mm以上。例如，焦距的差可以在5mm至25mm的范圍的長(zhǎng)度內(nèi)。

能夠由適用于將各個(gè)光束的波長(zhǎng)組分聚焦到各自的焦點(diǎn)位置(例如，斜的焦平面212)的任意系統(tǒng)或裝置產(chǎn)生光束206的陣列。在多個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)裝置22的一個(gè)以上的光學(xué)器件能夠用于將光束的陣列聚焦到相對(duì)探頭的多個(gè)固定的焦點(diǎn)位置。例如，本文描述的光學(xué)器件的合適的實(shí)施例能夠包括在光柵或微透鏡陣列38、聚焦光學(xué)器件42、中繼光學(xué)器件44、內(nèi)窺鏡46內(nèi)的光學(xué)器件或者它們的合適的組合中。光學(xué)器件能夠被配置為與遠(yuǎn)心和/或非遠(yuǎn)心共焦聚焦光學(xué)器件一起使用。

圖4A示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的用于將多個(gè)光束聚焦到各自的焦點(diǎn)位置的光學(xué)組件300。在光學(xué)組件300中，從光源陣列304(例如，微透鏡陣列)發(fā)出的光束302的陣列由聚焦光學(xué)器件306聚焦，并且從鏡308(例如，設(shè)置在內(nèi)窺鏡探測(cè)部件內(nèi)的鏡)反射以形成焦平面310。鏡308能夠被定位為相對(duì)于光軸的45°角，以產(chǎn)生正交的焦平面310。

圖4B示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的用于將多個(gè)光束聚焦到斜的焦平面的光學(xué)組件320。與光學(xué)組件300相似，系統(tǒng)320包括產(chǎn)生光束陣列322的光源陣列324、聚焦光學(xué)器件326、以及鏡328。鏡328以相對(duì)于光軸的合適的角度傾斜，諸如30°角，以產(chǎn)生相對(duì)于掃描儀332傾斜的焦平面330。焦平面330能夠用于使用本文描述的固定焦點(diǎn)位置掃描三維結(jié)構(gòu)，諸如牙齒334。

圖5示出根據(jù)多個(gè)各實(shí)施例的用于將光束陣列聚焦到斜的焦平面的微透鏡陣列400。微透鏡陣列400的微透鏡(例如，微透鏡元件402)被布置在包括第一行406和最后一行408的多行404中。每行微透鏡均配置為將光束聚焦到不同的焦距，從而產(chǎn)生斜的焦平面。

圖6A示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的用于將多個(gè)光束聚焦到斜的焦平面的光學(xué)組件500。光學(xué)組件500包括傾斜的光源陣列502，光源陣列502可以是以相對(duì)于光軸的合適的角度傾斜的微透鏡陣列。傾斜的光源陣列502所產(chǎn)生的光束504的陣列通過(guò)聚焦光學(xué)器件506，并且從鏡508反射以形成斜的焦平面501，如本文所述地適用于以固定的焦點(diǎn)位置掃描結(jié)構(gòu)512。圖6B示出返回光束514通過(guò)光學(xué)組件500的光路。從結(jié)構(gòu)512反射的返回光束514通過(guò)聚焦光學(xué)器件506返回，并且被擴(kuò)束器516引導(dǎo)在傳感器陣列518上。如前所述，傳感器陣列518能夠包括布置在平面中的多個(gè)傳感器元件。在多個(gè)實(shí)施例中，傳感器陣列518相對(duì)于返回光束514是非正交的，使得傳感器元件的平面相對(duì)于返回光束514的傳播方向是傾斜的。平面能夠以與光源陣列502相同的量?jī)A斜，以便允許返回光束502的共焦傳感。

圖7A示出根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的用于將多個(gè)光束聚焦到斜的焦平面的光學(xué)組件600。圖7B示出光學(xué)組件600的展開配置。在光學(xué)組件600中，從光源陣列602發(fā)出的光束604的陣列通過(guò)聚焦光學(xué)器件606。非對(duì)稱光學(xué)器件608被安置在聚焦光學(xué)器件606與鏡610之間，并且被配置為將光束聚焦到斜的焦平面612，該斜的焦平面612適于用如本文描述的固定焦點(diǎn)位置掃描結(jié)構(gòu)614。任何合適的光學(xué)元件或光學(xué)元件的組合均能夠用作為非對(duì)稱光學(xué)器件608。例如，非對(duì)稱光學(xué)器件608能夠包括以相對(duì)于光軸的合適的角度傾斜的離軸透鏡。作為代替或者組合，非對(duì)稱光學(xué)器件608能夠包括菲涅耳透鏡，菲涅耳透鏡包括多個(gè)區(qū)段，該多個(gè)區(qū)段被配置為將多個(gè)光束中的每一個(gè)光束折射到各自的焦點(diǎn)位置，以便產(chǎn)生合適的斜的焦平面。

能夠通過(guò)將局部強(qiáng)度數(shù)據(jù)在空間上彼此匹配來(lái)重建結(jié)構(gòu)的全局表面形貌。在多個(gè)實(shí)施例中，在掃描過(guò)程期間的光學(xué)探頭與結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置和/或朝向用于確定強(qiáng)度數(shù)據(jù)之間的空間關(guān)系，并且從而匹配數(shù)據(jù)。任意合適的方法或者方法的組合能夠用于跟蹤光學(xué)探頭或者光學(xué)探頭的合適部分(例如，內(nèi)窺鏡46的掃描尖端或探測(cè)部件90)相對(duì)于結(jié)構(gòu)的位置和/或朝向，諸如合適的運(yùn)動(dòng)估計(jì)或運(yùn)動(dòng)跟蹤方法。例如，一個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置能夠用于產(chǎn)生適用于確定光學(xué)探頭相對(duì)于三維結(jié)構(gòu)的位置和/或朝向的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

在多個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)跟蹤方法用于確定探頭相對(duì)于結(jié)構(gòu)的關(guān)于六個(gè)自由度的空間布置。例如，運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置能夠包括外置攝像機(jī)(或任意其它合適的圖像傳感器)，以隨著其在掃描過(guò)程期間在多個(gè)不同的位置和/或朝向之間移動(dòng)而產(chǎn)生探頭的圖像數(shù)據(jù)。攝像機(jī)能夠捕獲探頭的任意合適部分的圖像，諸如位于患者口腔外部的部分。作為代替或組合，攝像機(jī)能夠捕獲放置于探頭的一個(gè)以上的合適部分上的一個(gè)以上的合適的標(biāo)記(例如，包括在運(yùn)動(dòng)跟蹤元件47中)的圖像。能夠使用任何合適的機(jī)器視覺(jué)方法(例如，運(yùn)動(dòng)算法的結(jié)構(gòu)，攝影測(cè)量方法，圖像配準(zhǔn)/對(duì)準(zhǔn)方法和/或光流估計(jì)方法，例如Lucas-Kanade方法)來(lái)處理圖像以估計(jì)探頭相對(duì)于結(jié)構(gòu)的位置和/或朝向?？蛇x地，攝像機(jī)能夠集成到探頭中或與探頭結(jié)合，使得能夠使用諸如本文所述的機(jī)器視覺(jué)方法這樣的合適的自我運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，來(lái)分析由攝像機(jī)捕獲的圖像數(shù)據(jù)，以確定探頭相對(duì)于結(jié)構(gòu)的位置和/或朝向。

作為代替或組合，運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置能夠使用基于慣性的估計(jì)方法來(lái)確定探頭的相對(duì)位置和/或朝向。例如，運(yùn)動(dòng)傳感器能夠包括慣性測(cè)量單元，諸如慣性傳感器。慣性傳感器能夠是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置。在多個(gè)實(shí)施例中，慣性傳感器包括多個(gè)加速度計(jì)和/或多個(gè)陀螺儀，其被配置為檢測(cè)探頭關(guān)于三個(gè)平移度和/或三個(gè)旋轉(zhuǎn)度的運(yùn)動(dòng)。

在另一實(shí)施例中，能夠使用電磁跟蹤(EMT)系統(tǒng)來(lái)跟蹤探頭相對(duì)于結(jié)構(gòu)的位置和/或朝向。例如，EMT場(chǎng)能夠由合適的發(fā)生器或發(fā)射器提供，并且能夠基于由傳感器檢測(cè)的電磁信號(hào)來(lái)確定EMT傳感器在場(chǎng)內(nèi)的位置和/或朝向(例如，相對(duì)于最多三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和三個(gè)平移自由度)。能夠使用任何合適數(shù)量和配置的EMT場(chǎng)發(fā)生器和EMT傳感器。例如，EMT場(chǎng)發(fā)生器能夠位于掃描過(guò)程的場(chǎng)地處的固定位置(例如，結(jié)合到手術(shù)臺(tái)或患者座椅)，并且EMT傳感器能夠被安置在探頭上(例如，包括在運(yùn)動(dòng)跟蹤元件47中)，以跟蹤探頭的運(yùn)動(dòng)。在多個(gè)實(shí)施例中，EMT傳感器還被放置在三維結(jié)構(gòu)上或三位結(jié)構(gòu)附近(例如，在患者的頭、臉、頜和/或牙齒上)，以在測(cè)量過(guò)程期間考慮結(jié)構(gòu)的任何運(yùn)動(dòng)。作為代替或組合，EMT場(chǎng)發(fā)生器能夠被放置在結(jié)構(gòu)上，并且用于跟蹤具有結(jié)合的EMT傳感器的探頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相反，EMT場(chǎng)發(fā)生器能夠位于探頭上，并且EMT傳感器能夠位于結(jié)構(gòu)上。

能夠使用任意合適的方法處理運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，以確定探頭相對(duì)于結(jié)構(gòu)的位置和/或朝向。例如，能夠與卡爾曼濾波器組合使用運(yùn)動(dòng)跟蹤算法來(lái)處理數(shù)據(jù)?？蛇x地，處理可以使用從本文描述的多個(gè)不同類型的運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和設(shè)備接收的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

圖8是簡(jiǎn)化的方框圖，描述了根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的用于測(cè)量三維結(jié)構(gòu)的表面形貌的方法700的步驟。諸如本文描述的實(shí)施例這樣的任意合適的光學(xué)裝置或系統(tǒng)能夠用于實(shí)踐方法700。

在步驟710中，產(chǎn)生了多個(gè)入射光束。在多個(gè)實(shí)施例中，本文所述的光學(xué)裝置22能夠用于形成光束的二維圖案。

在步驟720中，多個(gè)入射光束中的每個(gè)入射光束均聚焦到相對(duì)于光學(xué)探頭的各自的焦點(diǎn)位置。能夠使用任意合適的聚焦機(jī)構(gòu)，諸如本文描述的實(shí)施例。在多個(gè)實(shí)施例中，光束被聚焦以形成斜的焦平面，以利用探頭的運(yùn)動(dòng)提供Z掃描，如前文所述。

在步驟730中，對(duì)于探頭與結(jié)構(gòu)之間的多個(gè)相對(duì)位置和/或朝向，用入射光束照射三維結(jié)構(gòu)。在多個(gè)實(shí)施例中，光束被聚焦到斜的焦平面，使得探頭通過(guò)相對(duì)于結(jié)構(gòu)的多個(gè)位置和/或朝向的移動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的三維掃描，如本文所述。通過(guò)利用入射光束照射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了多個(gè)返回光束，每個(gè)返回光束均與入射光束相對(duì)應(yīng)。

在步驟740中，測(cè)量了從三維結(jié)構(gòu)返回的多個(gè)光束的每個(gè)光束的特性。如前文所述，特性可以是光束的任何合適的可測(cè)量參數(shù)，例如強(qiáng)度、波長(zhǎng)、偏振、相移、干涉或色散。能夠使用被配置為測(cè)量各個(gè)光束的特性的任意合適的裝置。例如，能夠使用諸如包括傳感器元件的二維陣列的傳感器(例如，傳感器陣列68)這樣的合適的檢測(cè)器單元，如前文所述?；诰劢构鈱W(xué)器件和光源陣列的配置，傳感器陣列可以與返回光束正交或者非正交。

在步驟750中，處理(例如，利用處理器24)測(cè)量的特性以及相應(yīng)的光學(xué)探頭與結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置和/或朝向，以對(duì)于結(jié)構(gòu)生成表面形貌數(shù)據(jù)。能夠使用用于處理測(cè)量的特性的數(shù)據(jù)的任意合適的方法，諸如本文描述的實(shí)施例。在多個(gè)實(shí)施例中，基于通過(guò)如本文所述跟蹤光學(xué)探頭的相對(duì)位置和/或朝向而獲得的數(shù)據(jù)(例如，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和/或圖像數(shù)據(jù))，來(lái)匹配測(cè)量的特性的數(shù)據(jù)。

在步驟760中，例如使用本文描述的處理器24產(chǎn)生用于三維結(jié)構(gòu)的表面形貌。得到的結(jié)構(gòu)的三維表示能夠用于任意合適的應(yīng)用，諸如本文描述的牙齒和正畸過(guò)程。

雖然本文已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯的是，這樣的實(shí)施例僅以示例的方式提供。在不脫離本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)想到多種變化、改變和替換。應(yīng)當(dāng)理解，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)可以采用本文所述的本發(fā)明實(shí)施例的各種替代方案。意圖是以下權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍，并且由此涵蓋這些權(quán)利要求的范圍內(nèi)的方法和結(jié)構(gòu)及其等同物。