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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE4027328 A1
Publication typeApplication
Application numberDE19904027328
Publication date5 Mar 1992
Filing date29 Aug 1990
Priority date29 Aug 1990
Also published asDE4027328B4
Publication number19904027328, 904027328, DE 4027328 A1, DE 4027328A1, DE-A1-4027328, DE19904027328, DE4027328 A1, DE4027328A1, DE904027328
InventorsJoachim Dr Rer Nat Pfeiffer, Axel Dipl Ing Schwotzer, Marco Dr Sc Techn Brandestini
ApplicantSiemens Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Stereo camera for surface structure esp. of teeth - projects two beams from equal and opposite angles for illumination of surface monitored by image sensor
DE 4027328 A1
Abstract
Light from two LEDs or other sources (18) is projected by prisms (21) through slots (22,23) in a screen (24), and focused by lenses (L3,L4) on to the surface of a tooth (15). Linear reference patterns are generated by liq. crystal devices or gratings (19,20) in respective beams (13,14). Central rays (25,26) enclose an acute angle (beta) bisected by the optical axis (27) along which a reflected ray passes through a third slot in the screen (24) to a frame transfer CCD image sensor (17). ADVANTAGE - All details of surface structure can be represented and measured with two beams projected from different directions.
Claims(8)  translated from German
1. 3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbeson dere für zahnmedizinische Zwecke, 1. A 3D camera for the acquisition of surface structures, in particular for dental purposes,
mit Mitteln ( 18 ), durch die ein erstes und ein zweites Licht strahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbün del über einen ersten Projektionsstrahlengang ( 13 ) aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Projektionsstrahlengang ( 14 ) aus einer zweiten Richtung auf ein Aufnahmeobjekt ( 15 ) lenkbar ist, und through which a first and a second light beam bundles generated, the first Lichtstrahlenbün del via a first projection path (13) from a first direction and the second light beam through a second projection path (14) from a second direction, with means (18) a receiving object (15) is steerable, and
mit einem Beobachtungsstrahlengang ( 16 ), der einen Bildsensor ( 17 ) zum Empfangen des vom Aufnahmeobjekt ( 15 ) reflektierten Lichtes aufweist. with an observation beam path (16) having an image sensor (17) for receiving the object from the host (15) reflected light.
2. 3D-Kamera nach Anspruch 1 mit Mitteln ( 19 , 20 ) zum Erzeugen eines Referenzmusters, die in wenigstens einen Projektions strahlengang ( 13 , 14 ) schaltbar sind, derart, daß das Referenz muster auf das Aufnahmeobjekt ( 15 ) projizierbar ist. 2. A 3D camera according to claim 1 including means (19, 20) for generating a reference pattern which can be switched into at least one projection beam path (13, 14), such that the reference pattern on the receiving object (15) is projected.
3. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel ( 19 , 20 ) zum Erzeugen eines Referenzmusters so ausgeführt sind, daß unterschiedliche Referenzmuster auf das Aufnahmeobjekt ( 15 ) projizierbar sind. 3. A 3D camera according to claim 1 or 2, wherein said means (19, 20) are designed for generating a reference pattern so that different reference pattern on the receiving object (15) can be projected.
4. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für jeden Projektionsstrahlengang ( 13 , 14 ) ein Mittel ( 19 , 20 ) zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen ist. 4. A 3D camera according to any one of claims 1 to 3, wherein for each projection beam path (13, 14) includes means (19, 20) is provided for generating a reference pattern.
5. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Bild sensor ( 17 ) als Frame-Transfer-CCD ausgeführt ist. 5. A 3D camera according to any one of claims 1 to 4, wherein the image sensor (17) is configured as a frame transfer CCD.
6. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste und der zweite Projektionsstrahlengang ( 13 , 14 ) den gleichen Winkel zu einer Mittelachse ( 27 ) einnehmen, die durch die Winkelhalbierende des Winkels definiert ist, den die Projek tionsstrahlengänge ( 13 , 14 ) zueinander einnehmen. 6. A 3D camera according to any one of claims 1 to 5, wherein the first and second projection beam path (13, 14) assume the same angle to a central axis (27), which is defined by the bisector of the angle tion beam paths the projek ( 13, 14) taking each other.
7. 3D-Kamera nach Anspruch 1, 2 und 4, 5, wobei beide Projektionsstrahlengänge ( 13 , 14 ) einen leicht unterschied lichen Winkel zum Beobachtungsstrahlengang ( 16 ) bilden. 7. 3D camera according to claim 1, 2, and 4, 5, both projection beam paths form (13, 14) has a slightly different angle to the union observation beam path (16).
8. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Beobachtungsstrahlengang ( 16 ) deckungsgleich zur Mittel achse ( 27 ) ausgerichtet ist. 8. A 3D camera according to any one of claims 1 to 7, wherein the observation beam path (16) congruent to the central axis is aligned (27).
Description  translated from German

Aus der US-PS 45 75 805 ist eine 3D-Kamera bekannt, mit der eine Oberflächenstruktur eines Aufnahmeobjektes in Hinsicht auf Höhen- bzw. Tiefen-Unterschiede erfaßt werden kann. From US-PS 45 75 805 a 3D camera is known, with which a surface structure of a receiving object in terms of height or depth differences can be detected. Diese bekannte 3D-Kamera besitzt einen Projektions- und einen Beobachtungsstrahlengang, die einen Winkel zu einer optischen Achse der 3D-Kamera einnehmen. This known 3D camera has a projection and an observation beam path, taking an angle to an optical axis of the 3D camera. Im Projektionsstrahlengang ist eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahlenbündels in Richtung zu einem Aufnahmeobjekt angeordnet. In the projection path, a light source for emitting a light beam toward a subject is placed. Das vom Aufnahme objekt reflektierte Licht wird durch den Beobachtungsstrahlen gang zu einem Bildsensor der 3D-Kamera gelenkt. The object reflected from the recording light is directed through the observation beam output to an image sensor of the 3D camera. Die Signale des Bildsensors können einer Auswerteeinheit zugeführt werden, so daß ein Bild von der Oberflächenstruktur auf einer Anzeigevor richtung erstellt werden kann. The signals of the image sensor can be fed to an evaluation unit, so that an image of the surface structure on a Anzeigevor direction can be created. Diese 3 D-Kamera eignet sich insbesondere zur Erfassung einer Kavität eines Zahnes. These 3-D camera is particularly suitable for detecting a cavity of a tooth.

Aus der EP-02 50 993 A 2 ist ebenfalls eine solche 3D-Kamera bekannt. From EP-A 02 50 993 2 is also such a 3D-camera is known.

Zur Bestimmung der Höhen- bzw. Tiefen-Unterschiede der Ober flächenstruktur sind Mittel zur Erzeugung eines Referenzmusters vorgesehen, derart, daß das Referenzmuster auf die Oberflächen struktur projizierbar ist. For the determination of the height or depth differences of the upper surface structure means are provided for generating a reference pattern, such that the reference pattern is projected on the structure surfaces. Anhand des von der Oberflächenstruk tur reflektierten Lichtes, das auf den Bildsensor auftrifft, und in Verbindung mit einer Auswerteelektronik zur Ausführung eines in den oben genannten Dokumenten näher erläuterten, mit "phase-shifting Triangulation" bezeichneten Verfahrens, kann die Oberflächenstruktur in Hinsicht auf Höhen- bzw. Tiefen- Unterschiede berechnet und auf einem Monitor als pseudodrei dimensionales Bild dargestellt werden. One explained with reference to the light reflected from the surface of struc ture light incident on the image sensor, and in conjunction with an electronic evaluation unit for execution in the above mentioned documents in more detail, designated by "phase-shifting triangulation" method, the surface structure can with respect to height or depth differences are calculated and displayed on a monitor as a pseudo three-dimensional image.

Glanzstellen, die bei einer ungünstigen Oberflächenstruktur auftreten können, machen eine Vermessung der Oberflächen struktur an dieser Stelle unmöglich, da das dort stark reflek tierte Licht zu einer Übersteuerung des Bildwandlers in einem Bereich führt, auf dem dieses Licht auftrifft. Shiny spots that can occur in an unfavorable surface structure, make a measurement of the surface structure at this point impossible, because there the strong reflector oriented light leads to an overload of the image intensifier in an area on the incident that light. Außerdem können Objektflächen, deren Normale senkrecht zur optischen Achse des Projektions- und Beobachtungsstrahlenganges ausgerichtet sind, nicht erfaßt werden, da sie im optischen Schatten liegen. Also, object surfaces whose normal is oriented perpendicular to the optical axis of the projection and observation beam path can not be detected because they are located in the optical shadow. Auch ergeben sich an Kanten in den 3D-Meßdaten Artefakte, die aus der einseitigen Beleuchtung resultieren. Also found at the edges in the 3D measurement data artifacts resulting from the unilateral illumination.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine 3D-Kamera der eingangs genannten Art so auszuführen, daß die Oberflächenstruktur eines Aufnahmeobjektes in allen Einzelheiten gut darstellbar und er faßbar ist. The object of the invention is therefore to provide a 3D camera of the type mentioned to be designed so that the surface structure of a host object he is well represented and tangible in every detail. Es soll also eine korrekte Vermessung der Ober flächenstruktur ermöglicht werden. So it is a correct measurement of the upper surface structure are possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine 3D-Kamera zur Er fassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedi zinische Zwecke, mit Mitteln, durch die ein erstes und ein zweites Lichtstrahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbündel über einen ersten Projektionsstrahlengang aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Projektionsstrahlengang aus einer zweiten Richtung auf ein Aufnahmeobjekt lenkbar ist und mit einem Beobachtungsstrahlengang, der einen Bildsensor zum Empfangen des vom Aufnahmeobjekt reflektierten Lichtes aufweist, gelöst. The object is through a 3D camera for He Constitution of surface structures, especially for dental medi cal purposes, means by which a first and a second light beam can be generated, wherein the first light beam through a first projection path from a first direction and the second light beam through a second projection path from a second direction on a subject is steered using an observation beam path, which has an image sensor for receiving the reflected light from the receiving object solved.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß zwei Projek tionsstrahlengänge vorgesehen sind, so daß ein Aufnahmeobjekt aus verschiedenen Richtungen beleuchtet werden kann. A major advantage of the invention is that two projek tion beam paths are provided so that a receiving object from different directions can be illuminated. Alle Einzelheiten der Struktur der Oberfläche des Aufnahmeobjektes sind somit gut und eindeutig darstellbar und somit erfaßbar. Full details of the structure of the surface of the host object are thus well and clearly represented and thus detectable.

Zur Vermessung der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes ist es vorteilhaft, wenn Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen sind, die in wenigstens einen Projektionsstrahlen gang schaltbar sind, derart, daß das Referenzmuster auf die Oberflächenstruktur projizierbar ist. For measuring the surface texture of the host object, it is advantageous if means are provided for generating a reference pattern, which are output in at least one switchable projection beam such that the reference pattern is projected onto the surface structure.

Wird durch die Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vor zugsweise ein Gitter auf die Oberflächenstruktur projiziert, so hängt die Genauigkeit der Erfassung eines Strukturbereiches und die Höheninformation des Strukturbereiches von der Gitter periode des Gitters ab. Is projected by said means for generating a reference pattern before preferably a grid on the surface structure, the accuracy of detection of a structural region and the height information of the structure area of the grating depends on the grating period. Bei einer vorgegebenen Gitterperiode kann also nur ein bestimmter Höhenbereich der Oberflächenstruk tur eindeutig erfaßt werden. For a given grating period ie, only a certain height range of the surface struc ture be clearly detected. Vorteilhaft ist es daher, wenn die Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters so ausgeführt sind, daß unterschiedliche Referenzmuster auf die Oberflächenstruktur projizierbar sind. It is therefore advantageous if the means are designed for generating a reference pattern so that different patterns can be projected on the reference surface structure. Hierdurch wird die Größe des Eindeutigkeits bereiches, dh der Bereich, in dem die Höhe einer Struktur eindeutig bestimmt werden kann, wesentlich erhöht. As a result, the size of the uniqueness is area, ie the area in which the height of a structure can be clearly determined substantially increased. Insbesondere kann die Kavität eines Zahnes besonders exakt erfaßt werden, so daß ein Restaurationskörper erstellt werden kann, der sich optimal, dh mit geringster Spaltgröße, in die Kavität ein paßt. In particular, the cavity of a tooth can be very accurately detected, so that a restoration body can be created, the optimal number, ie with the lowest gap size, a fitted into the cavity. Hierzu kann insbesondere für jeden Projektionsstrahlen gang ein Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen sein. For this purpose, in particular, be provided for generating a reference pattern for every projection beam path means.

Ein besonders schneller Bildaufbau läßt sich erreichen, wenn der Bildsensor als Frame-Transfer-CCD-Wandler ausgeführt ist. A particularly fast pixel response can be achieved when the image sensor is designed as a frame-transfer CCD converter.

Ein besonders kompakter Aufbau der 3D-Kamera wird erreicht, wenn der erste und der zweite Projektionsstrahlengang den gleichen Winkel zu einer Mittelachse einnehmen, die durch die Winkelhalbierende des Winkels definiert ist, den die Projek tionsstrahlengänge zueinander einnehmen. A particularly compact construction of the 3D camera is achieved when the first and second projection beam path occupy the same angle to a central axis defined by the bisector of the angle which the beam paths occupy projek tion to each other. Hierbei ist der Beobachtungsstrahlengang vorzugsweise parallel zur oder auf der Mittelachse ausgerichtet. Here, the observation beam path is preferably aligned parallel to or on the center axis. Bei dieser Ausführungsform der 3D- Kamera können optische Abbildungsfehler optimal kompensiert werden. In this embodiment, the 3D camera optical aberrations can be optimally compensated for.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 1 ein Strahlengang einer 3D-Kamera nach dem Stand der Technik und anhand der Hereinafter, with reference to FIG. 1, a beam path of a 3D camera according to the prior art and with reference to the

Fig. 2 und 3 nach der Erfindung erläutert. Figs. 2 and 3 illustrates the present invention.

Fig. 4 dient zur Erläuterung. Fig. 4 is used for illustration.

Fig. 1 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung eine Licht quelle 1 zum Aussenden eines Lichtstrahlenbündels, das über einen Projektionsstrahlengang 2 zu einem Aufnahmeobjekt 3 lenkbar ist. Fig. 1 shows in a basic representation of a light source 1 for emitting a light beam that is steerable to a receiving object 3 via an optical projection path 2. Der Lichtweg führt hierbei über optische Linsen systeme L 1 , L 3 und L 4 , ein im Projektionsstrahlengang 2 ver stellbares Gitter 4 zum Erzeugen eines linienförmigen Referenz musters, ein Prisma 5 und eine erste Öffnung 6 einer Zweiloch blende 7 . The path leads through this optical lens systems L 1, L 3 and L 4, a ver in the projection path 2 stellbares grid 4 for generating a linear reference pattern, a prism 5 and a first opening 6 of a two-hole aperture. 7 Das vom Aufnahmeobjekt 3 reflektierte Licht ist durch einen Beobachtungsstrahlengang 8 zu einem Bildsensor 9 lenkbar. The reflected light from the receiving object 3 is steered by an observation beam path 8 to an image sensor 9. Im Beobachtungsstrahlengang 8 sind ein Prisma 10 , die optischen Linsensysteme L 3 , L 4 und die Zweilochblende 7 angeordnet, wobei der Lichtweg des vom Aufnahmeobjekt 3 reflektierten Lichtes durch eine zweite Öffnung 11 der Zweilochblende 7 führt. In the observation path 8 a prism 10, the optical lens systems L 3, L 4 and the two-hole aperture 7 are arranged, the optical path of the reflected light from the receiving object 3 through a second opening 11 of the two-hole aperture 7 results. Die Prismen 5 , 10 dienen zur Teilung des Lichtbündels des Projek tions- und Beobachtungsstrahlenganges 2 , 8 und sind so ausge richtet, daß der Projektionsstrahlengang 2 und der Beobach tungsstrahlengang 8 einen Winkel Alpha zueinander einnehmen. The prisms 5, 10 serve to divide the light beam of projek tion and observation beam path 2, 8 and are oriented so that the projection beam path 2 and the observation beam path 8 take each other an angle alpha. Eine optische Achse 12 dieser Anordnung ist durch die Winkel halbierende des Winkels Alpha definiert. An optical axis 12 of this assembly is defined by the angle bisector of the angle alpha. Die Oberflächenstruk tur des Aufnahmeobjektes 3 ist somit sowohl darstellbar als auch durch das Verfahren der "phase shifting Triangulation" berechenbar. The surface struc ture of the receiving object 3 is thus both represented and by the method of the "phase shifting triangulation" predictable.

Ein prinzipieller Strahlengang einer 3D-Kamera nach der Erfin dung ist in der Fig. 2 als Ausführungsbeispiel gezeigt. A principal beam path of a 3D camera according to the inven tion is shown in Fig. 2 as an exemplary embodiment.

Gekennzeichnet ist dieses Ausführungsbeispiel und im Unter schied zum Stand der Technik durch einen ersten und zweiten Projektionsstrahlengang 13 , 14 zum Lenken eines erzeugbaren Lichtstrahlenbündels aus verschiedenen Richtungen zu einem Aufnahmeobjekt 15 . Featured is this embodiment and the lower difference to the prior art by first and second projection beam path 13, 14 for directing a light beam can be generated from different directions to a receiving object 15th Das vom Aufnahmeobjekt 15 reflektierte Licht ist über einen Beobachtungsstrahlengang 16 zu einem Bildsensor 17 lenkbar. The reflected light from the receiving object 15 can be operated with one observation beam path 16 to an image sensor 17. Die Ausgangssignale des Bildsensors 17 werden einer aus dem Stand der Technik bekannten Rechenvorrichtung zur Er stellung eines Bildes von der Oberflächenstruktur des Aufnahme objektes 15 zugeführt. The output signals of the image sensor 17 are supplied to a known from the prior art computing device to position it an image of the surface structure of the host object 15.

Im Ausführungsbeispiel weist jeder Projektionsstrahlengang 13 , 14 Mittel 18 zum Erzeugen des Lichtstrahlenbündels auf, die beispielsweise aus einer LED in Verbindung mit einer Optik bestehen. In the embodiment, each projection beam path 13, 14 means 18 for generating the light beam, which for example consist of a LED in conjunction with an optical system. Selbstverständlich kann auch nur ein einziges Mittel 18 zum Erzeugen eines Lichtstrahlenbündels vorgesehen sein, wobei dann das Lichtstrahlenbündel über ein nicht gezeigtes Umlenkelement entweder in den einen oder in den anderen Projektionsstrahlengang 13 , 14 lenkbar ist. Of course, only one means 18 may be provided for generating a light beam, in which case the light beam is directed by means of a non-illustrated deflection in either the one or the other projection beam path 13, 14. Im ersten und zwei ten Projektionsstrahlengang 13 , 14 können zum Lenken des Licht strahlenbündels nicht näher gezeigte optische Elemente, bei spielsweise optische Linsensysteme L 1 bis L 4 , angeordnet sein, wenn dies erforderlich ist. In the first two and th projection beam path 13, 14 may for directing the light beams bundle not shown in detail optical elements, for example in optical lens systems L 1 to L 4, can be arranged if required.

Im Lichtweg jedes Projektionsstrahlenganges 13 , 14 ist ein Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen, das beispielsweise als LCD-Anordnung oder als Gitter 19 , 20 zum Erzeugen eines Linienmusters ausgeführt ist. In the light path of each projection beam path 13, 14 is a means for generating a reference pattern is provided which is embodied for instance as an LCD or as a lattice arrangement 19, 20 for generating a line pattern. Durch ein Prisma 21 , das ebenfalls im Lichtweg jedes Projektionssstrah lenganges 13 , 14 vorgesehen ist, wird das Lichtstrahlenbündel des ersten Projektionsstrahlenganges 13 durch eine erste Öffnung 22 und das Lichtstrahlenbündel des zweiten Projek tionsstrahlenganges 14 durch eine zweite Öffnung 23 einer Dreilochblende 24 aus verschiedenen Richtungen auf das Auf nahmeobjekt 15 gelenkt. Through a prism 21, which is also provided in the light path of each Projektionssstrah lenganges 13, 14, the light beam of the first projection beam path 13 through a first opening 22 and the light beam of the second projek tion beam path 14 through a second opening 23 of a three-hole diaphragm 24 from different directions On the measure object 15 directed. Der Zentralstrahl des Lichtstrahlen bündels des ersten Projektionsstrahlenganges 13 soll mit dem Bezugszeichen 25 und der Zentralstrahl des Lichtstrahlenbündels des zweiten Projektionsstrahlenganges 14 soll mit dem Bezugs zeichen 26 gekennzeichnet sein. The central beam of the light rays of the first bundle projection beam path 13 is designated by the reference numeral 25 and the central ray of the light beam of the second projection beam path 14 is to be marked with the reference sign 26. Es ist gezeigt, daß die Zentralstrahlen 25 , 26 der Lichtstrahlenbündel einen Winkel Beta zueinander einnehmen. It is shown that the central beams 25, 26 of the light beams are taking each other at an angle beta. Die Winkelhalbierende des Winkels Beta definiert eine optische Achse 27 dieser Anordnung. The bisector of the angle beta defining an optical axis 27 of this assembly. Im Ausführungsbeispiel ist der Zentralstrahl des Beobachtungs strahlenganges 16 deckungsgleich zur optischen Achse 27 . In the exemplary embodiment, the central ray of the observation beam path 16 is congruent to the optical axis 27th

Zur Darstellung der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes 15 kann wahlweise das Lichtstrahlenbündel des ersten oder zweiten Projektionsstrahlenganges 13 , 14 zur Ausleuchtung dienen. For the presentation of the surface structure of the receiving object 15 can optionally serve to illuminate the light beam of the first or second projection beam path 13, 14. Selbstverständlich können auch beide Lichtstrahlen bündel gleichzeitig auf das Aufnahmeobjekt 15 gelenkt werden. Of course, both light beams can be steered bunch simultaneously at the subject 15. Hierdurch wird die Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes 15 besonders gut ausgeleuchtet, so daß Details und Einzelheiten gut darstellbar sind. As a result, the surface structure of the receiving object 15 is particularly well lit, so that details and particulars are well represented.

Zur Erfassung der Höhen- bzw. Tiefenunterschiede und zur Er stellung eines Bildes der Oberflächenstruktur des Aufnahmeob jektes 15 kann besonders vorteilhaft ein Frame-Transfer-CCD- Bildsensor zur Anwendung kommen. For detecting the height or depth differences and He position of an image of the surface structure of the Aufnahmeob ject 15 may particularly advantageously be a frame-transfer CCD image sensor for use. Diese Bildsensoren werden im Halbbildbetrieb (even- und odd-Frame) verwendet, wobei während eines Halbbildes die gesamte Sensorfläche, die von einzelnen Fotozellen gebildet wird, aktiv ist. This image sensors are used in field operations (even and odd frame), during one field the entire sensor surface, which is formed by individual photocells is active. Zwei Halbbilder unter scheiden sich durch einen Versatz in Spaltenrichtung des Bild sensors von einer halben Fotozelle. Two fields differing by an offset in the column direction of the image sensor of half a photocell. Solche Bildsensoren be sitzen ein gutes Signal/Rauschsignal-Verhältnis, eine gute Auflösung und die Signale der Fotozellen können schnell aus gelesen werden. Such image sensors be sitting a good signal / noise ratio, good resolution and the signals of the photocells can be read quickly.

Während der Meßphase werden abwechselnd die Mittel 18 zum Erzeugen des Lichtstrahlenbündels des ersten und zweiten Projektionsstrahlenganges 13 , 14 aktiv geschaltet und das jeweilige Gitter 19 , 20 kontinuierlich um eine Gitterperiode weiterbewegt. During the measurement phase, the means 18 for generating the light beam of the first and second projection beam path 13, 14 are alternately activated and continues to move the respective grating 19, 20 continuously about a grating period. Eine geringere Störanfälligkeit kann dadurch er reicht werden, daß jeweils nur das Gitter 19 oder 20 verstellt wird, das in dem Projektionsstrahlengang 13 oder 14 angeordnet ist, dessen Mittel 18 zur Erzeugung des Lichtstrahlenbündels aktiv geschaltet ist, während das andere Gitter 19 oder 20 ortsfest ist. A lower susceptibility may thus it is sufficient to be that only the grating is shifted 19 or 20, which is arranged in the projection beam path 13 or 14, which means 18 activated to generate the light beam while the other grid 19 or 20 is stationary , Hierbei wird beispielsweise das vom Aufnahmeob jekt 15 reflektierte Licht des Lichtstrahlenbündels des ersten Projektionsstrahlenganges 13 vom even-Frame und das vom Auf nahmeobjekt 15 reflektierte Licht des Lichtstrahlenbündels des zweiten Projektionsstrahlenganges 14 vom odd-Frame des Bildsensors 17 erfaßt. In this example, the light reflected from Aufnahmeob project 15 light of the light beam of the first projection beam path 13 from the even-frame and the exception object from On 15 reflected light of the light beam of the second projection beam path 14 is detected by the odd frame of the image sensor 17. Während der Auslesephase der Signale des Bildsensors 17 sind die Mittel 18 zum Erzeugen der Lichtstrah lenbündel inaktiv, dh, es wird kein Lichtbündel gesendet. During the readout phase of the signals of the image sensor 17, the means 18 for generating the Shafts of Light lenbündel inactive, ie, it is sent no light bundle. Es werden somit jeweils vier Halbbilder erstellt, aus denen mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der "phase shifting Triangulation" jeweils ein separates "Höhenbild" (even-Höhenbild und odd-Höhenbild) der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes 15 berechnet und erstellt werden kann. In each case, four fields are thus created, from each of which a separate "height image" (even-height image and odd-level image) of the surface structure of the receiving object 15 can be calculated and created with the known from the prior art method of "phase shifting triangulation" ,

Mit den so berechneten Höhenbildern kann der gesamte Objektbe reich, dh die gesamte Oberflächenstruktur erfaßt werden. With the thus calculated height images of the entire Objektbe can rich, ie, the entire surface structure can be detected. Schattenbereiche und Glanzstellen, die zur Übersteuerung eines Bereiches des Bildsensors 17 in einem Höhenbild führen, können durch das andere Höhenbild erfaßt werden. Shadows and glossy areas, leading to override a region of the image sensor 17 at a height image can be detected by the other image height.

Vorzugsweise erzeugen die Gitter 19 , 20 Linienmuster mit ver schiedener Gitterperiode. Preferably, the grid produce 19, 20 line pattern with ver different grating period. Hierdurch ergibt sich, da der Umrechnungsfaktor von der gemessenen Phase in Höheninformation von der Gitterperiode abhängt, wobei die Gitterperiode auch den Eindeutigkeitsbereich bestimmt, daß sich der Höhenunterschied zweier Objektpunkte bei Verwendung des ersten Gitters mit einer ersten Gitterperiode in der Berechnung aus beispielsweise dem even-Höhenbild nicht unterscheidet, er sich bei der Verwendung des zweiten Gitters mit einer zweiten Gitterperiode in der Berechnung aus beispielsweise dem odd-Höhenbild um den prozen tualen Unterschied der beiden Gitterperioden unterscheidet. This results because the conversion factor from the measured phase in the amount of information depends on the grating period, the grating period and the uniqueness region determined that the difference in height between two object points when using the first grid with a first grating period in the calculation of, for example, the even-height image is no different, it is different to the 'percentage difference of the two grating periods in the use of the second grating with a second grating period in the calculation of, for example, the odd-height image. Mit Hilfe des even- und des odd-Höhenbildes kann also über den Ein deutigkeitsbereich eines Höhenbildes hinaus der Höhenunter schied eindeutig gemessen werden. With the help of the even and the odd-height image, so it can be clearly measured difference of height above the A deutigkeitsbereich a height image also. Die Vervielfachung des Ein deutigkeitsbereichs ist reziprok zum prozentualen Unterschied der jeweiligen Gitterperioden. The multiplication of A deutigkeitsbereichs is reciprocal to the percentage difference of each grating periods. Beispielsweise ergibt sich bei einem Unterschied der Gitterperioden von 20% eine Vergrößerung des Eindeutigkeitsbereichs um den Faktor 5. Zur Erläuterung wird hierzu auf die Fig. 4 verwiesen. For example, results from a difference of the grating periods of 20% of an enlargement of the unambiguity area by a factor of 5. For an explanation reference is made to Fig. 4 for this purpose. Mit dem Bezugszeichen h sei der Höhenunterschied zweier Objektpunkte gekennzeichnet. The reference symbol h, the height difference between two object points is marked. Aufgrund des Meß- und Berechnungsverfahrens kann mit einem ersten Gitter g 1 mit einer Gitterperiode x nur der Bereich a 1 eindeutig erfaßt werden. Due to the measurement and calculation procedure can be a 1 clearly detected with a first grating with a grating period G 1 x only the area. Für die Bereiche a 2 bis a 4 wiederholen sich die Werte, die bereits zum Bereich a 1 ermittelt wurden. For the areas a 2 to a 4, the values that have been calculated for a 1 repeat region. Mit einem Gitter g 2 mit einer Gitterperiode y, die größer ist als x, kann beispielsweise der Bereich b 1 eindeutig, jedoch weniger genau erfaßt werden. With a grating g 2 with a grating period y is greater than x, for example, the area b 1 can be clearly recognized, however, less accurate. Für die Bereiche b 2 bis b 3 wieder holen sich die Werte, die bereits im Bereich b 1 ermittelt wurden. For the regions b 2 to b 3 again, the values already identified in the region b 1 pick. Aufgrund dessen, daß dem Bereich a 2 ein bestimmter Wertebereich c 1 aus den Werten von b, dem Bereich a 3 ein anderer Wertebereich c 2 aus b und dem Bereich a 4 ein weiterer Wertebereich c 3 aus b zugeordnet ist, kann mittels dieser bei den Gitter g 1 , g 2 der gesamte Höhenunterschied h erfaßt werden. Due to the fact that the region a 2, a particular range of values c 1 c 3 is allocated from b from the values of b, the area a 3 a different range of values c 2 from b and the region a 4, a further range of values, by means of this in the grating g 1, g 2, the entire height difference h be detected.

Dieses Ziel läßt sich sinngemäß auch erreichen, wenn man die Gitter g 1 , g 2 gleich wählt, aber, wie in der Fig. 3 gezeigt, der Zentralstrahl 25 des ersten Projektionsstrahlenganges 13 einen ersten Winkel Gamma 1 und der Zentralstrahl 26 des zweiten Projektionsstrahlenganges 14 einen zweiten Winkel Gamma 2 , der unterschiedlich zum Winkel Gamma 1 ist, zur optischen Achse 27 einnimmt. This objective can be analogously also be obtained if the grating g 1, g 2 is selected, but, as shown in Fig. 3, the central beam 25 of the first projection beam path 13 a first angle gamma 1 and the central beam 26 of the second projection beam path 14 a second angle gamma 2 which is different from the angle gamma 1, the optical axis 27 occupies. Die parallaxen Winkel der Projektionsstrahlengänge 13 , 14 sind somit unterschiedlich gewählt. The parallax angle of the projection beam paths 13, 14 are thus chosen differently. Im übrigen besitzen Elemente, die bereits in der Fig. 2 erläutert wurden, in der Fig. 3 dieselben Bezugszeichen. For the rest, have elements which have already been explained in FIG. 2, FIG. 3, the same reference numerals.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den Beobachtungsstrahlen gang beispielsweise nur auf den ersten Projektionsstrahlengang 13 optimal abzustimmen. According to the invention, it is also possible the observation beam output optimally tune up only on the first projection path 13. Der zweite Projektionsstrahlengang 14 wird dann aktiviert, wenn sich Objektbereiche beispielsweise durch Glanzstellen oder Schattenbereiche nicht durch den ersten Projektionsstrahlengang 13 erfassen lassen. The second projection path 14 is then activated when object regions can not be detected by the first projection path 13, for example by shiny spots or shadow areas.

Erfindungsgemäß ist es möglich, eine LCD-Anordnung zur Erzeugung eines Referenzmusters in nur einem Projektions strahlengang anzuordnen. According to the invention, it is possible to arrange a LCD device for generating a reference pattern in only a projection beam path. Mit dieser LCD-Anordnung können Referenzmuster mit unterschiedlicher Gitterperiode erzeugt werden. This LCD assembly reference patterns can be created with different grating periods. Dann dient dieser Projektionsstrahlengang zur Erstel lung eines Höhenbildes einer Objektstruktur, der andere Projektionsstrahlengang kann beispielsweise zur Darstellung der Oberflächenstruktur aktiviert werden. Then, this projection path is used to Erstel ment of a height image of an object structure, the other projection path, for example, are activated to represent the surface structure.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann in einem Projek tionsstrahlengang ein erstes statisches Gitter mit einer ersten Gitterperiode und ein weiteres, in diesem Projektionsstrahlen gang verstellbares Gitter mit einer anderen Gitterperiode angeordnet werden. In another embodiment, in a projek tion beam path are arranged a first static lattice with a first grating period and another, in this projection rays output adjustable grid with a different grating period. Durch das Verfahren der "statischen" und der "phaseshifting Triangulation" kann ein großer Höhenunterschied zweier Objektpunkte eindeutig erfaßt werden. By the method of "static" and "phase shifting triangulation" can be a big difference in height between two object points are clearly detected.

Im weiteren kann das Lichtstrahlenbündel der Projektionsstrah lengänge 13 , 14 auch durch eine Lichtleitfaser zum Aufnahmeob jekt 15 gelenkt werden. Furthermore, the light beam can Projektionsstrah the beam paths 13, 14 by an optical fiber for Aufnahmeob project 15 are directed. Das Lichtstrahlenbündel kann dann bei spielsweise nach den Gittern 19 , 20 durch geeignete Mittel in die jeweilige Lichtleitfaser des ersten oder zweiten Projek tionsstrahlenganges 13 , 14 eingekoppelt werden. The light beam can then in example after the bars 19, 20 tion beam path by appropriate means in each fiber of the first or second projek 13, 14 are coupled. Es kann somit auf die Prismen 21 , 22 , die Dreilochblende 24 und das optische Linsensystem L 3 verzichtet werden. It is thus possible to dispense with the 3 prisms 21, 22, the three-hole aperture 24 and the optical lens system L.

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International ClassificationA61B1/247, A61C9/00, H04N13/00
Cooperative ClassificationA61C9/0053, H04N13/0203, A61C9/00, A61B1/247
European ClassificationA61C9/00, A61B1/247, A61B1/06, H04N13/02A
Legal Events
DateCodeEventDescription
5 Mar 1992OM8Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
4 Sep 19978110Request for examination paragraph 44
26 Nov 19988127New person/name/address of the applicant
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