一种牙科成像装置的制作方法

1.本实用新型涉及光学成像技术领域，具体而言，涉及一种牙科成像装置。


背景技术：

2.牙科成像系统能实现牙齿状况成像，目前最新的牙科成像系统中采用复眼设计模式，通过凹凸透镜对光进行收集；但是，该牙科成像系统需要特定的支架对凹凸透镜进行固定和封装，导致该牙科成像系统的体积无法进一步缩小，不利于在牙齿诊断过程中的精细操作。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种牙科成像装置。
4.本实用新型实施例提供了一种牙科成像装置，包括：光源、第一超透镜、透镜阵列以及图像传感器；所述光源用于向目标发射探测光；所述第一超透镜为平面超透镜，用于收集所述目标所反射的探测光，并将收集的探测光射入位于其出光侧的所述透镜阵列中；所述透镜阵列用于将射入的探测光聚焦至位于其出光侧的所述图像传感器中；所述图像传感器用于将聚焦射入的探测光由光信号转换成数字信号，得到所述目标的探测图像。
5.可选地，透镜阵列包括第二超透镜阵列，所述第二超透镜阵列包括多个阵列式排布的第二超透镜。
6.可选地，第二超透镜包括多个第二纳米结构，所述第二超透镜的相位分布满足：
[0007][0008]
其中，表示位于(x,y)处的第二纳米结构的相位；k2表示所述第二超透镜的出射光的波矢，且λ表示波长；n2表示所述第二超透镜出光侧对应的空间介质的折射率；f2表示所述第二超透镜的焦距。
[0009]
可选地，图像传感器包括多个像素单元；每个所述像素单元分别与每个所述第二超透镜一一对应，所述第二超透镜用于将射入的探测光聚焦至对应的像素单元中。
[0010]
可选地，第一超透镜与所述第二超透镜阵列为一体封装结构。
[0011]
可选地，第一超透镜、所述第二超透镜阵列与所述图像传感器为一体封装结构。
[0012]
可选地，第一超透镜与所述第二超透镜阵列之间填充有第一介质层；所述第一介质层在工作波段透明。
[0013]
可选地，第一介质层的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓或氢化非晶硅。
[0014]
可选地，第二超透镜阵列与所述图像传感器之间填充有第二介质层；所述第二介质层在工作波段透明。
[0015]
可选地，第二介质层的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化
镓或氢化非晶硅。
[0016]
可选地，该牙科成像装置还包括：支撑架；所述支撑架用于为所述图像传感器提供支撑。
[0017]
可选地，支撑架的材料包括：合金材料、玻璃或塑料。
[0018]
可选地，该牙科成像装置还包括：第一电极层和第二电极层；所述第一电极层用于向所述光源供电；所述第二电极层用于向所述图像传感器供电。
[0019]
可选地，第一超透镜为用于消除色差的超透镜。
[0020]
可选地，第一超透镜包括第一纳米结构，所述第一超透镜的相位分布满足：
[0021][0022]
其中，表示所述第一超透镜的相位；k1表示所述第一超透镜的出射光的波矢，且λ表示波长；n1表示所述第一超透镜出光侧对应的空间介质的折射率；(x,y)表示所述第一纳米结构在所述第一超透镜上的坐标；f1表示所述第一超透镜的焦距；θ表示射入所述第一超透镜的探测光的入射角度；θ
x
表示所述入射角度在x方向的分量；θy表示所述入射角度在y方向的分量。
[0023]
本实用新型实施例上述第一方面提供的方案中，与目前最新的牙科成像系统所采用的凹凸透镜的设计不同，本实用新型实施例采用第一超透镜作为收集目标所反射的探测光的装置，利用该第一超透镜的平面结构特点，不需要针对该第一超透镜设计特定的支架便可对其进行固定和封装；且第一超透镜具有体积轻薄、结构简单和成本较低等优势，能够使包含其的牙科成像装置的体积进一步缩小；而在进行牙齿诊断和精细操作的情况下，体积较小的牙科成像装置也更利于操作者(如牙医)使用。
[0024]
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]
图1示出了本实用新型实施例所提供的一种牙科成像装置的示意图；
[0027]
图2示出了本实用新型实施例所提供的牙科成像装置中，图像传感器包括多个像素单元的示意图；
[0028]
图3示出了本实用新型实施例所提供的牙科成像装置中，第一超透镜与第二超透镜阵列为一体封装结构的示意图；
[0029]
图4示出了本实用新型实施例所提供的牙科成像装置中，具有支撑架的示意图。
[0030]
图标：
[0031]
1-光源、2-第一超透镜、3-透镜阵列、4-图像传感器、5-支撑架、6-第一电极层、7-第二电极层、21-第一纳米结构、31-第二超透镜阵列、311-第二超透镜、41-像素单元、100-第一介质层、200-第二介质层。
具体实施方式
[0032]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0033]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0034]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0035]
本实用新型实施例提供了一种牙科成像装置，参见图1所示，该牙科成像装置包括：光源1、第一超透镜2、透镜阵列3以及图像传感器4。
[0036]
如图1所示，光源1用于向目标发射探测光；第一超透镜2为平面超透镜，用于收集目标所反射的探测光，并将收集的探测光射入位于其出光侧的透镜阵列3中；图1以第一超透镜2的上侧为其入光侧示出；透镜阵列3用于将射入的探测光聚焦至位于其出光侧的图像传感器4中；图像传感器4用于将聚焦射入的探测光由光信号转换成数字信号，得到目标的探测图像。
[0037]
本实用新型实施例所提供的牙科成像装置中，光源1可以是led(light-emitting diode，发光二极管)光源，由该光源1向目标发射探测光，该目标可以是口腔内部组织结构；在光源1将探测光射向该目标之后，该探测光会在该目标的表面形成反射，所反射的探测光能够被第一超透镜2所接收。其中，该第一超透镜2是平面结构的超透镜，目标所反射的探测光在射入该第一超透镜2后，将会被该第一超透镜2透射向位于该第一超透镜2出光侧的透镜阵列3(如图1所示，该透镜阵列3位于第一超透镜2的下侧)；该透镜阵列3可以是由多个传统透镜以阵列式排布得到的整体结构，以实现将入射光(如第一超透镜2所透射的探测光，且该探测光为第一超透镜2所收集的目标所反射的探测光)投射向位于该透镜阵列3出光侧(如图1中透镜阵列3下侧)的图像传感器4中的功能；具体地，透镜阵列3可以将射入其中的探测光聚焦至图像传感器4中，并由该图像传感器4将聚焦射入的探测光从光信号转换为数字信号(或者可以称为电信号)，得到所需的探测图像；其中，该探测图像是目标所对应的图像，能够反映该目标的相关探测信息；需要说明的是，本实用新型实施例对光信号转换为数
字信号的转换过程没有任何技术改进，该转换过程所采用的技术手段为现有技术。
[0038]
本实用新型实施例所提供的牙科成像装置，与目前最新的牙科成像系统所采用凹凸透镜的设计不同，本实用新型实施例采用第一超透镜2作为收集目标所反射的探测光的装置，利用该第一超透镜2为平面结构的特点，不需要针对该第一超透镜2设计特定的支架便可对其进行固定和封装；且第一超透镜2具有体积轻薄、结构简单和成本较低等优势，能够使包含其的牙科成像装置的体积进一步缩小；而在狭小的空间(如口腔内部)进行牙齿成像检测的情况下，体积较小的牙科成像装置也更利于操作者(如牙医)使用。
[0039]
可选地，参见图1所示，透镜阵列3包括第二超透镜阵列31，第二超透镜阵列31包括多个阵列式排布的第二超透镜311。
[0040]
如图1所示，透镜阵列3可以是第二超透镜阵列31，即，该透镜阵列3可以是由多个第二超透镜311(图1中以深浅不同的灰度区域表示相邻的两个第二超透镜311)以阵列式排布得到的整体结构(第二超透镜阵列31)；例如，本实用新型实施例可以选用第二超透镜阵列31替换由多个传统透镜构成的透镜阵列3。本实用新型实施例采用第二超透镜阵列31作为透镜阵列3，能够使该牙科成像装置进一步实现轻薄化，且能够进一步降低传统透镜所带来的较高成本。
[0041]
可选地，该第二超透镜311包括多个第二纳米结构，第二超透镜311的相位分布满足：
[0042][0043]
其中，表示位于(x,y)处的第二纳米结构的相位；k2表示第二超透镜311的出射光的波矢，且λ表示波长；n2表示第二超透镜311出光侧对应的空间介质的折射率；f2表示第二超透镜311的焦距。
[0044]
本实用新型实施例中，每一个第二超透镜311对射入其中的入射光(由第一超透镜2所收集的目标所反射的探测光)均具有一定的会聚功能，具体地，可以通过每一个第二超透镜311所具有的第二纳米结构实现该会聚功能。其中，第二纳米结构是全介质结构单元，可选的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓和氢化非晶硅等。优选地，可以采用氧化钛或氮化硅制作第二纳米结构，其中，氧化钛和氮化硅的折射率高，这两种材料对光的汇聚效果更好，且加工工艺较为成熟，更适合用来制作第二纳米结构。
[0045]
在焦距为f2的第二超透镜311中，当位于(x,y)处的第二纳米结构(如，以该第二超透镜311所在平面构建二维坐标系，以该第二超透镜311的中心为原点，横坐标为x且纵坐标为y处对应的第二纳米结构)的相位满足上述双曲相位分布公式：为y处对应的第二纳米结构)的相位满足上述双曲相位分布公式：时，可以实现将入射的波长为λ的入射光(由第一超透镜2所收集的目标所反射的探测光)进行会聚的功能。
[0046]
本实用新型实施例可以通过设计第二超透镜311表面每一个位置处的第二纳米结构所满足的相位，进而使第二超透镜311能够具有将入射光(由第一超透镜2所收集的目标所反射的探测光)聚焦至图像传感器4的功能。
[0047]
可选地，参见图2所示，图像传感器4包括多个像素单元41；图1中多个像素单元41
可以位于同一平面阵列式排布；每个像素单元41分别与每个第二超透镜311一一对应，第二超透镜311用于将射入的探测光聚焦至对应的像素单元41中。
[0048]
其中，阵列式排布的多个第二超透镜311可以与图像传感器4所包括的多个像素单元41形成一一对应的关系，例如，多个像素单元41也可以是阵列式排布的；并且，每一个第二超透镜311能够向相对应的像素单元41聚焦发射出射光，该出射光为射入第二超透镜311的探测光。本实用新型实施例可以令每一个第二超透镜311均对应一个像素单元41，以提高图像传感器4对聚焦射入的探测光的收集效率。
[0049]
可选地，参见图3所示，第一超透镜2与第二超透镜阵列31为一体封装结构；例如，可以将第一超透镜2与第二超透镜阵列31直接贴合在一起设置，如二者共用同一基底，以将二者构成一整体结构；而具有该结构的牙科成像装置不需要额外设置支架对该第一超透镜2与第二超透镜阵列31进行固定，大大减小了该牙科成像装置的体积和复杂度，有利于牙科成像装置的小型化和轻量化；此外，第一超透镜2与第二超透镜阵列31之间所采用的封装工艺可以达到纳米级的对准精度，有利于提升该牙科成像装置的成像质量。
[0050]
可选地，如图3所示，第一超透镜2、第二超透镜阵列31与图像传感器4为一体封装结构。
[0051]
本实用新型实施例中，由于第二超透镜阵列31与图像传感器4均可以与第一超透镜2一样，同为平面结构，因此，可以将三者进行一体封装，使三者构成一整体结构；例如，可以通过半导体加工工艺，以堆叠的方式将三者贴合在一起进行集成，实现了系统架构的高度集成；同时，通过半导体加工超透镜的工艺不仅可以实现光路的高精度对准，使该结构的牙科成像装置对光的收集效率更高，还可以进行量产加工。
[0052]
可选地，参见图3所示，第一超透镜2与第二超透镜阵列31之间填充有第一介质层100；第一介质层100在工作波段透明。
[0053]
本实用新型实施例中，还可以在该牙科成像装置中填充一层介质层，如第一介质层100；该第一介质层100可以设置于第一超透镜2与第二超透镜阵列31之间，为第一超透镜2提供一定的支撑；换句话说，该第一介质层100也可以理解为一体封装结构的第一超透镜2与第二超透镜阵列31所共用的基底；并且，为了使第一超透镜2所收集的目标所反射的探测光射入第二超透镜阵列31，该第一介质层100在该目标所反射的探测光所对应的波段(工作波段)具有高透过率。可选地，该第一介质层100的材料可以包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓或氢化非晶硅等。本实用新型实施例中，在第一超透镜2与第二超透镜阵列31之间填充第一介质层100，相比于在第一超透镜2与第二超透镜阵列31之间只填充空气而言要更加稳固，且便于使二者构成一体封装结构。
[0054]
可选地，参见图3所示，第二超透镜阵列31与图像传感器4之间填充有第二介质层200；第二介质层200在工作波段透明。
[0055]
本实用新型实施例中，还可以在该牙科成像装置的第二超透镜阵列31与图像传感器4之间设置第二介质层200，该第二介质层200可以为第二超透镜阵列31提供一定的支撑；并且，该第二介质层200在工作波段同样具有高透过率，使得由第二超透镜阵列31射出的探测光能够射向图像传感器4中。可选地，该第二介质层200的材料与第一介质层100的材料相同，也可以包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓或氢化非晶硅等，此处不再赘述。本实用新型实施例中，在第二超透镜阵列31与图像传感器4之间填充第二介质层
200，相比于在二者之间只填充空气而言要更加稳固，且这样的结构能够使该牙科成像装置更加小型化；此外，该第二介质层200还可以延伸为该牙科成像装置的手柄部分。
[0056]
可选地，参见图4所示，该牙科成像装置还包括：支撑架5；支撑架5用于为图像传感器4提供支撑。
[0057]
其中，可以在图像传感器4的非入光侧(如图4所示该图像传感器4的下侧)设置支撑架5，该支撑架5不仅可以为图像传感器4提供一定的支撑力，还可以间接支撑起整个牙科成像装置；并且，该支撑架5还可以与第二介质层200相结合(如贴合)，共同形成该牙科成像装置的手柄部分，使该手柄部分更加坚固，更便于操作者(如牙科医生)使用。可选地，支撑架5的材料可以包括：合金材料、玻璃或塑料，例如，铝合金、钢材、各种常见的玻璃或塑料等。
[0058]
可选地，参见图4所示，该牙科成像装置还包括：第一电极层6和第二电极层7；其中，可以将第一电极层6与光源1接触设置，例如，可以在该光源1的非出光侧表面接触设置第一电极层6，如图4中位于光源1的下侧表面接触设置第一电极层6；该第一电极层6用于向光源1供电，可采用常规的铜或者铝等金属材料制作该第一电极层6(如该第一电极层6也可以是一根金属导线)；此外，可以在该图像传感器4的非出光侧表面接触设置第二电极层7，如图4中位于图像传感器4的下侧表面接触设置第二电极层7，该第二电极层7用于向图像传感器4供电，该第二电极层7的材料可以与第一电极层6相同，此处不再赘述。需要说明的是，在该牙科成像装置包括第二介质层200的情况下，第一电极层6与第二电极层7可以贴合设置在第二介质层200的两侧表面，如图4所示。
[0059]
可选地，第一超透镜2为用于消除色差的超透镜；例如，该第一超透镜2是可以把不同颜色的光聚焦到同一点以修正色差的消色差超透镜。本实用新型实施例采用可消色差的超透镜作为第一超透镜2，能够消除该牙科成像装置所生成的探测图像的色差，提升该牙科成像装置的成像能力，进一步降低光学相差。
[0060]
由于现有的牙科成像系统其景深和视场范围有限，在近距离成像时观察范围小，需要精细移动该牙科成像系统才能观察到不同位置的牙齿情况，其操作难度大；因此本实用新型实施例通过对第一超透镜2的相位分布进行设计，可以得到能实现大视场角的光线收集效果的第一超透镜2。
[0061]
可选地，参见图1所示，该第一超透镜2包括第一纳米结构21，第一超透镜2的相位分布满足：
[0062][0063]
其中，表示第一超透镜2的相位；k1表示第一超透镜2的出射光的波矢，且λ表示波长；n1表示第一超透镜2出光侧对应的空间介质的折射率；(x,y)表示第一纳米结构21在第一超透镜2上的坐标；f1表示第一超透镜2的焦距；θ表示射入第一超透镜2的探测光的入射角度；θ
x
表示入射角度在x方向的分量；θy表示入射角度在y方向的分量。
[0064]
本实用新型实施例中，可以利用第一超透镜2所具有的第一纳米结构21实现扩大视场角的功能，例如，可以在设计第一超透镜2表面每一个位置处的第一纳米结构21时，将斜入射的目标所反射的探测光考虑进去，使得该第一超透镜2能够接收更大视场角的入射光(如包括斜入射的目标所反射的探测光)。其中，第一纳米结构21可以与上述第二纳米结构相同，为全介质结构单元(二者所调制的相位可能不同，具体基于实际需求而定)，且该第一纳米结构21可选的材料也可以与第二纳米结构相同，此处不再赘述。
[0065]
其中，在焦距为f1的第一超透镜2中，当位于(x,y)处的第一纳米结构21(如，以该第一超透镜2所在平面构建二维坐标系，以该第一超透镜2的中心为原点，横坐标为x且纵坐标为y处对应的第一纳米结构21)的相位满足上述相位分布公式：标为y处对应的第一纳米结构21)的相位满足上述相位分布公式：时，可以实现将以入射角度θ射入的入射光(由目标所反射的入射角度为θ的探测光)进行收集的功能。
[0066]
本实用新型实施例可以通过将入射角度为θ的入射光(由目标所反射的入射角度为θ的探测光，为三维坐标系下的角度)分解为沿x方向的分量θ，以及沿y方向的分量θy，并基于θ
x
与θy计算得到该第一超透镜2表面(x,y)位置处的第一纳米结构21，对于以入射角度θ射入的入射光(由目标所反射的探测光)所能提供的相位调制，使该第一超透镜2能够收集到斜入射的该目标所反射的探测光，扩大了该第一超透镜2的收集光线的视场角，进而提高该牙科成像装置成像的景深和在近距离成像时的观察范围，不需要精细移动该牙科成像装置便可使操作者观察到不同位置的牙齿情况，降低其操作难度。
[0067]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。