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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE4027328 B4
Publication typeGrant
Application numberDE19904027328
Publication date22 Jul 2004
Filing date29 Aug 1990
Priority date29 Aug 1990
Also published asDE4027328A1
Publication number19904027328, 904027328, DE 4027328 B4, DE 4027328B4, DE-B4-4027328, DE19904027328, DE4027328 B4, DE4027328B4, DE904027328
InventorsMarco Dr.Sc.Techn. Brandestini, Joachim Dr.rer.nat. Pfeiffer, Axel Dipl.-Ing. Schwotzer
ApplicantSirona Dental Systems Gmbh
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedizinische Zwecke A 3D camera for the acquisition of surface structures, in particular for dental purposes translated from German
DE 4027328 B4
Abstract  translated from German
3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedizinische Zwecke, mit Mitteln (18), durch die ein erstes und ein zweites Lichtstrahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbündel über einen ersten Projektionsstrahlengang (13) aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Proektionsstrahlen an (14) aus einer zweiten Richtung auf ein Aufnahmeobjekt (15) lenkbar ist und mit einem Beobachtungsstrahlengang (16), der einen Bildsensor (17) zum Empfangen des vom Aufnahmeobjekt (15) reflektierten Lichtes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Projektionsstrahlengang (13, 14) ein Mittel (19, 20) zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen ist, und beide Projektionsstrahlengänge über eine Dreilochblende (24) oder über eine zumindest teilweise gemeinsame Strahlführungsoptik verlaufen. A 3D camera for the acquisition of surface structures, in particular for dental purposes, comprising means (18), through which a first and a second light beam is generated, wherein the first light beam via a first optical projection path (13) from a first direction and the second light beam via a second Proektionsstrahlen to (14) from a second direction on a subject (15) is steerable and having an observation beam path (16) having an image sensor (17) for receiving from the receiving object (15) reflected light, characterized in that for each projection path (13, 14) means (19, 20) is provided for generating a reference pattern, and both projection beam paths over a three-hole aperture (24) or via an at least partially common beam delivery optics run.
Claims(7)  translated from German
  1. 3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedizinische Zwecke, mit Mitteln ( A 3D camera for the acquisition of surface structures, in particular for dental purposes, comprising means ( 18 18 ), durch die ein erstes und ein zweites Lichtstrahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbündel über einen ersten Projektionsstrahlengang ( ), Through which a first and a second light beam is generated, wherein the first light beam via a first optical projection path ( 13 13 ) aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Proektionsstrahlen an ( ) From a first direction and the second light beam about a second Proektionsstrahlen to ( 14 14 ) aus einer zweiten Richtung auf ein Aufnahmeobjekt ( ) In a second direction on a subject ( 15 15 ) lenkbar ist und mit einem Beobachtungsstrahlengang ( ) Is steered using an observation beam path ( 16 16 ), der einen Bildsensor ( ) Of an image sensor ( 17 17 ) zum Empfangen des vom Aufnahmeobjekt ( ) For receiving from the receiving object ( 15 15 ) reflektierten Lichtes aufweist, Having) the reflected light, dadurch gekennzeichnet characterized , dass für jeden Projektionsstrahlengang ( That for each projection path ( 13 13 , . 14 14 ) ein Mittel ( ) Means ( 19 19 , . 20 20 ) zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen ist, und beide Projektionsstrahlengänge über eine Dreilochblende ( ) Is provided for generating a reference pattern, and both projection beam paths through a three-pinhole ( 24 24 ) oder über eine zumindest teilweise gemeinsame Strahlführungsoptik verlaufen. Run) or via an at least partially common optical beam guidance.
  2. 3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedizinische Zwecke, mit Mitteln ( A 3D camera for the acquisition of surface structures, in particular for dental purposes, comprising means ( 18 18 ), durch die ein erstes und ein zweites Lichtstrahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbündel über einen ersten Projektionsstrahlengang ( ), Through which a first and a second light beam is generated, wherein the first light beam via a first optical projection path ( 13 13 ) aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Projektionsstrahlengang ( ) From a first direction and the second light beam about a second projection beam path ( 14 14 ) aus einer zweiten Richtung auf Aufnahmeobjekt ( ) From a second direction on subjects ( 15 15 ) lenkbar ist und mit einem Beobachtungsstrahlengang ( ) Is steered using an observation beam path ( 16 16 ), der einen Bildsensor ( ) Of an image sensor ( 17 17 ) zum Empfangen des vom Aufnahmeobjekt ( ) For receiving from the receiving object ( 15 15 ) reflektierten Lichtes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Projektionsstrahlengang ( Having) the reflected light, characterized in that for each projection beam path ( 13 13 , . 14 14 ) ein Mittel ( ) Means ( 19 19 , . 20 20 ) zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen ist, und beide Projektionsstrahlengänge über Lichtleitfasern verlaufen. ) Is provided for generating a reference pattern, and run both projection beam paths through optical fibers.
  3. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ( A 3D camera according to claim 1 or 2, characterized in that the means ( 19 19 , . 20 20 ) zum Erzeugen eines Referenzmusters so ausgeführt sind, dass unterschiedliche Referenzmuster auf das Aufnahmeobjekt ( ) Are designed for generating a reference pattern so that different reference samples at the subject ( 15 15 ) projizierbar sind. ) Can be projected.
  4. 3D-Kamera nach einem des Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor ( A 3D camera according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the image sensor ( 17 17 ) als Frame-Transfer-CCD ausgeführt ist. ) Is designed as a frame-transfer CCD.
  5. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Projektionsstrahlengang ( A 3D camera according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first and second projection beam path ( 13 13 , . 14 14 ) den gleichen Winkel zum Beobachtungsstrahlengang ( ) The same angle to the observation beam path ( 16 16 ) als Mittelachse ( ) As the central axis ( 27 27 ) einnehmen. ) Are taking.
  6. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Projektionsstrahlengänge ( A 3D camera according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the two projection beam paths ( 13 13 , . 14 14 ) einen leicht unterschiedlichen Winkel zum Beobachtungsstrahlengang ( ) Has a slightly different angle to the observation beam path ( 16 16 ) bilden. ) Make up.
  7. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ( A 3D camera according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the means ( 19 19 , . 20 20 ) zum Erzeugen des Referenzmusters verstellbar angeordnet und die Mittel zur Erzeugung der Lichtstrahlenbündel wechselweise aktiv schaltbar sind, wobei die Verstellung so erfolgt, dass während einer Messphase jeweils nur dasjenige Mittel ( ) Arranged to generate the reference pattern adjustable and the means for generating the light beams are alternately actively switched, wherein the adjustment is effected so that during a measuring phase only the one means ( 19 19 oder or 20 20 ) verstellt wird, welches in dem Projektionsstrahlengang ( ) Is adjusted, which in the projection beam path ( 13 13 oder or 14 14 ) angeordnet ist, dessen Mittel zur Erzeugung des Lichtbündels aktiv geschaltet ist, während das andere Mittel ( ) Is arranged, the agent is activated to generate the light beam, while the other means ( 20 20 oder or 19 19 ) ortsfest bleibt. ) Remains stationary.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Aus der From the US-PS 4,575,805 US-PS 4,575,805 ist eine 3D-Kamera bekannt, mit der eine Oberflächenstruktur eines Aufnahmeobjektes in Hinsicht auf Höhen- bzw. Tiefen-Unterschiede erfasst werden kann. is 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 Aufnahmeobjekt reflektierte Licht wird durch den Beobachtungsstrahlengang zu einem Bildsensor der 3D-Kamera gelenkt. The light reflected from the receiving object light is directed through the observation beam path 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 Anzeigevorrichtung erstellt werden kann. The signals of the image sensor can be fed to an evaluation unit, so that an image of the surface structure can be created on a display device. Diese 3D-Kamera eignet sich insbesondere zur Erfassung einer Kavität eines Zahnes. This 3D camera is particularly suitable for detecting a cavity of a tooth.
  • [0002] [0002]
    Aus der From the EP-0 250 993 A2 EP 0250993 A2 ist ebenfalls eine solche 3D-Kamera bekannt. is also such a 3D camera known. Zur Bestimmung der Höhen- bzw. Tiefen-Unterschiede der Oberflächenstruktur sind Mittel zur Erzeugung eines Referenzmusters vorgesehen, derart, dass das Referenzmuster auf die Oberflächenstruktur projizierbar ist. For the determination of the height or depth differences of the surface structure are provided for generating a reference pattern, such that the reference pattern is projected onto the surface structure means. Anhand des von der Oberflächenstruktur 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. Based on the light reflected from the surface structure of light incident on the image sensor and one explained in connection with an electronic evaluation unit for execution in the above mentioned documents in detail, with "phase - shifting triangulation" designated process, the surface structure can with respect to height or
  • [0003] [0003]
    Tiefenunterschiede berechnet und auf einem Monitor als pseudodreidimensionales Bild dargestellt werden. Depth differences are calculated and displayed on a monitor as a pseudo three image.
  • [0004] [0004]
    Glanzstellen, die bei einer ungünstigen Oberflächenstruktur auftreten können, machen eine Vermessung der Oberflächenstruktur an dieser Stelle unmöglich, da das dort stark reflektierte 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, making a measurement of the surface structure at this point impossible, because there the strong reflected 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 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.
  • [0005] [0005]
    Aus From US 4 705 401 US 4,705,401 ist es ferner bekannt, zwei Lichtquellen vorzusehen, die aus zwei verschiedenen Richtungen ein Lichtstrahlenbündel auf das Aufnahmeobjekt lenken, wobei das vom Aufnahmeobjekt reflektierte Licht über einen Beobachtungsstrahlengang von einem Bildsensor empfangen wird. it is also known to provide two light sources that draw from two different directions a light beam onto the receiving object, the object is from the receiving reflected light over an observation optical path of an image sensor received. Die bekannte Einrichtung weist keine Mittel zur Erzeugung eines Referenzmusters auf. The known device has no means for generating a reference pattern.
  • [0006] [0006]
    Aus From DE 40 07 502 A1 DE 40 07 502 A1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen Vermessung von Oberflächen aus dem Bereich der industriellen Fertigung bekannt. discloses a device for contactless measurement of surfaces in the field of industrial production. Bei dieser Vorrichtung werden mit Hilfe von zwei beabstandeten Lichtquellen und in deren Strahlengang angeordneten Gittern auf der Oberfläche des zu vermessenden Objekts Streifenmuster projiziert, die von einer Kamera detektiert und anschließend in einem Bildverarbeitungsrechner ausgewertet werden. In this device, spaced light sources and disposed in the beam path thereof gratings are projected onto the surface of the object to be measured by means of two strip patterns which are detected by a camera and then evaluated in an image processing computer.
  • [0007] [0007]
    Aufgabe der Erfindung ist es, eine 3D-Kamera der eingangs genannten Art so auszuführen, dass eine korrekte Vermessung der Oberflächenstruktur ermöglicht und die Oberflächenstruktur eines Zahnes in allen Einzelheiten gut darstellbar und erfassbar ist. The object of the invention is a 3D camera of the type mentioned to be designed so that correct measurement of the surface structure allows for and the surface structure of a tooth is detected and displayed well in detail.
  • [0008] [0008]
    Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Mittel gelöst. The object is achieved by the specified in the claims 1 and 2 means.
  • [0009] [0009]
    Wird durch die Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vorzugsweise ein Gitter auf die Oberflächenstruktur projiziert, so hängt die Genauigkeit der Erfassung eines Strukturbereiches und die Höheninformation des Strukturbereiches von der Gitterperiode des Gitters ab. Is preferably projected by the means for generating a reference pattern of a grating on the surface structure, the accuracy of detection of a structural region and the height information of the area structure from the grating period of the grating depends. Bei einer vorgegebenen Gitterperiode kann also nur ein bestimmter Höhenbereich der Oberflächenstruktur eindeutig erfasst werden. For a given grating period ie, only a certain height range of the surface structure can 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 Eindeutigkeitsbereiches, dh der Bereich, in dem die Höhe einer Struktur eindeutig bestimmt werden kann, wesentlich erhöht. As a result, the size of the uniqueness range, ie the range 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 einpasst. In particular, the cavity of a tooth can be detected more accurately so that a restoration body can be created, the optimal, ie fits into the cavity with minimum gap size.
  • [0010] [0010]
    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.
  • [0011] [0011]
    Ein besonders kompakter Aufbau der 3D-Kamera wird erreicht, wenn der erste und der zweite Projektionsstrahlengang den gleichen Winkel zum Beobachtungsstrahlengang als Mittelachse einnehmen. A particularly compact construction of the 3D camera is achieved when the first and second projection beam path occupy the same angle to the observation beam path as the central 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.
  • [0012] [0012]
    Nachfolgend werden anhand der Subsequently the basis of the
  • [0013] [0013]
    1 1 ein Strahlengang einer 3D-Kamera nach dem Stand der Technik und anhand der a beam path of a 3D camera according to the prior art and with reference to the
  • [0014] [0014]
    2 2 und and 3 3 Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Embodiments of the invention will be explained.
  • [0015] [0015]
    Die The 4 4 dient zur Erläuterung eines weiter unten beschriebenen Effekts. serves to illustrate an effect described below.
  • [0016] [0016]
    1 1 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung eine Lichtquelle shows in a schematic representation of a light source 1 1 zum Aussenden eines Lichtstrahlenbündels, das über einen Projektionsstrahlengang for emitting a light beam, the projection path through a 2 2 zu einem Aufnahmeobjekt to a receiving object 3 3 lenkbar ist. is steerable. Der Lichtweg führt hierbei über optische Linsensysteme L1, L3 und L4, ein im Projektionsstrahlengang The path leads through this optical lens systems L1, L3 and L4, in a projection path 2 2 verstellbares Gitter adjustable grid 4 4 zum Erzeugen eines linienförmigen Referenzmusters, ein Prisma for generating a linear reference pattern, a prism 5 5 und eine erste Öffnung and a first opening 6 6 einer Zweilochblende a two-pinhole 7 7 . , Das vom Aufnahmeobjekt The recording of the object 3 3 reflektierte Licht ist durch einen Beobachtungsstrahlengang reflected light is through an observation beam path 8 8 zu einem Bildsensor to an image sensor 9 9 lenkbar. steerable. Im Beobachtungsstrahlengang In the observation path 8 8 sind ein Prisma are a prism 10 10 , die optischen Linsensysteme L3, L4 und die Zweilochblende The optical lens systems L3, L4, and the two-pinhole 7 7 angeordnet, wobei der Lichtweg des vom Aufnahmeobjekt arranged, wherein the light path of the recording object 3 3 reflektierten Lichtes durch eine zweite Öffnung reflected light through a second opening 11 11 der Zweilochblende Two of the pinhole 7 7 führt. leads. Die Prismen The prisms 5 5 , . 10 10 dienen zur Teilung des Lichtbündels des Projektions- und Beobachtungs-strahlenganges serve to divide the light beam of the projection and observation beam path 2 2 , . 8 8 und sind so ausgerichtet, dass der Projektionsstrahlengang and are aligned so that the projection beam path, 2 2 und der Beobachtungsstrahlengang and the observation path 8 8 einen Winkel Alpha zueinander einnehmen. an angle alpha taking each other. Eine optische Achse dieser Anordnung ist durch die Winkelhalbierende des Winkels Alpha definiert. An optical axis of this arrangement is defined by the bisector of the angle alpha. Die Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes The surface structure of the receiving object 3 3 ist somit sowohl darstellbar als auch durch das Verfahren der "phase shifting triangulation" berechenbar. is thus both represented and by the method of the "phase shifting triangulation" predictable.
  • [0017] [0017]
    Ein prinzipieller Strahlengang einer 3D-Kamera als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der A principal beam path of a 3D camera as an embodiment of the invention, in the 2 2 gezeigt. shown.
  • [0018] [0018]
    Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen ersten und zweiten Projektionsstrahlengang This embodiment shows a first and second projection path 13 13 , . 14 14 zum Lenken eines erzeugbaren Lichtstrahlenbündels aus verschiedenen Richtungen zu einem Aufnahmeobjekt for directing a light beam can be generated from different directions to a receiving object 15 15 . , Das vom Aufnahmeobjekt The recording of the object 15 15 reflektierte Licht ist über einen Beobachtungsstrahlengang reflected light is a viewing path 16 16 zu einem Bildsensor to an image sensor 17 17 lenkbar. steerable. Die Ausgangssignale des Bildsensors The output signals of the image sensor 17 17 werden einer aus dem Stand der Technik bekannten Rechenvorrichtung zur Erstellung eines Bildes von der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes be a way known from the prior art arithmetic apparatus for forming an image of the surface structure of the receiving object 15 15 zugeführt. supplied.
  • [0019] [0019]
    Im Ausführungsbeispiel weist jeder Projektionsstrahlengang In the exemplary embodiment, each projection path 13 13 , . 14 14 Mittel Resources 18 18 zum Erzeugen des Lichtstrahlenbündels auf, die beispielsweise aus einer LED in Verbindung mit einer Optik bestehen. for generating on the light beam, which for example consist of a LED in conjunction with an optical system. Selbstverständlich kann auch nur ein einziges Mittel Of course, even a single agent 18 18 zum Erzeugen eines Lichtstrahlenbündels vorgesehen sein, wobei dann das Lichtstrahlenbündel über ein nicht gezeigtes Umlenkelement in den einen und anderen Projektionsstrahlengang be provided for generating a light beam, in which case the light beam on a deflecting element, not shown, in the one and the other projection beam path 13 13 , . 14 14 lenkbar ist. is steerable.
  • [0020] [0020]
    Zum Lenken des Lichtstrahlenbündels können im ersten und zweiten Projektionsstrahlengang For directing the light beam to the first and second projection path 13 13 , . 14 14 nicht näher gezeigte optische Elemente, beispielsweise optische Linsensysteme L1 bis L4, angeordnet sein, wenn dies erforderlich ist. be arranged optical elements not shown in detail, for example, optical lens systems L1 to L4, where this is necessary.
  • [0021] [0021]
    Im Lichtweg jedes Projektionsstrahlenganges In the light path of each projection ray path 13 13 , . 14 14 ist ein Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen, das beispielsweise als LCD-Anordnung oder als Gitter means for generating a reference pattern is provided, for example, as an LCD or as a lattice arrangement 19 19 , . 20 20 zum Erzeugen eines Linienmusters ausgeführt ist. is designed to produce a line pattern. Durch ein Prisma Through a prism 21 21 , das ebenfalls im Lichtweg jedes Projektonsstrahlenganges Which is also in the light path of each Projektonsstrahlenganges 13 13 , . 14 14 vorgesehen ist, wird das Lichtstrahlenbündel des ersten Projektionsstrahlenganges is provided, the light beam of the first projection beam path is 13 13 durch eine erste Öffnung through a first opening 22 22 und das Lichtstrahlenbündel des zweiten Projektionsstrahlenganges and the light beam of the second projection optical path 14 14 durch eine zweite Öffnung through a second opening 23 23 einer 30 Dreilochblende a 30 three-pinhole 24 24 aus verschiedenen Richtungen auf das Aufnahmeobjekt from different directions at the subject 15 15 gelenkt. steered. Der Zentralstrahl des Lichtstrahlenbündels des ersten Projektionsstrahlenganges The central ray of the light beam of the first projection beam path 13 13 soll mit dem Bezugszeichen to by the reference numeral 25 25 und der Zentralstrahl des Lichtstrahlenbündels des zweiten Projektionsstrahlenganges and the central ray of the light beam of the second projection optical path 14 14 soll mit dem Bezugszeichen to by the reference numeral 26 26 gekennzeichnet sein. be characterized. Es ist gezeigt, daß die Zentralstrahlen It is shown that the central beams 25 25 , . 26 26 der Lichtstrahlenbündel einen Winkel Beta zueinander einnehmen. the light beam at an angle beta occupy another.
  • [0022] [0022]
    Die Winkelhalbierende des Winkels Beta definiert eine Mittelachse The bisector of the angle beta defining a central axis 27 27 dieser Anordnung. this arrangement. Im Ausführungsbeispiel ist der Zentralstrahl des Beobachtungsstrahlenganges In the embodiment, the central ray of the observation beam path 16 16 deckungsgleich zur Mittelachse congruent to the central axis 27 27 . ,
  • [0023] [0023]
    Zur Darstellung der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes Showing the surface structure of the recording object 15 15 kann wahlweise das Lichtstrahlenbündel des ersten oder zweiten Projektionsstrahlenganges can either be the light beam of the first or second projection beam path 13 13 , . 14 14 zur Ausleuchtung dienen. are used for illumination. Selbstverständlich können auch beide Lichtstrahlenbündel gleichzeitig auf das Aufnahmeobjekt Of course, both light beams simultaneously at the subject 15 15 gelenkt werden. be steered. Hierdurch wird die Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes Thereby, the surface structure of the recording object 15 15 besonders gut ausgeleuchtet, so dass Details und Einzelheiten gut darstellbar sind. particularly well lit, so that details and particulars are well represented.
  • [0024] [0024]
    Zur Erfassung der Höhen- bzw. Tiefenunterschiede und zur Erstellung eines Bildes der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes For detecting the height or depth differences and for forming an image of the surface structure of the receiving object 15 15 kann besonders vorteilhaft ein Frame-Transfer-CCD-Bildsensor zur Anwendung kommen. can be particularly advantageous come a frame-transfer CCD image sensor used. 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 unterscheiden sich durch einen Versatz in Spaltenrichtung des Bildsensors von einer halben Fotozelle. Two fields differ by an offset in the column direction of the image sensor of half a photocell. Solche Bildsensoren besitzen ein gutes Signal/Rauschsignal Verhältnis, eine gute Auflösung und die Signale der Fotozellen können schnell ausgelesen werden. Such image sensors have good signal / noise signal ratio, good resolution and the signals of the photocells can be read quickly.
  • [0025] [0025]
    Während der Messphase werden abwechselnd die Mittel During the test phase, alternating the means 18 18 zum Erzeugen des Lichtstrahlenbündels des ersten und zweiten Projektionsstrahlenganges for generating the light beam of the first and second projection beam path 13 13 , . 14 14 aktiv geschaltet und das jeweilige Gitter activated and the respective grid 19 19 , . 20 20 kontinuierlich um eine Gitterperiode weiterbewegt. continuously advanced by one grating period. Eine geringere Störanfälligkeit kann dadurch erreicht werden, dass jeweils nur das Gitter A lower susceptibility to interference may be achieved that only the grid 19 19 oder or 20 20 verstellt wird, das in dem Projektionsstrahlengang is adjusted, which in the projection path 13 13 oder or 14 14 angeordnet ist, dessen Mittel is arranged, the means 18 18 zur Erzeugung des Lichtstrahlenbündels aktiv geschaltet ist, während das andere Gitter is activated to generate the light beam while the other grid 19 19 oder or 20 20 ortsfest ist. is stationary. Hierbei wird beispielsweise das vom Aufnahmeobjekt Here, for example, from the receiving object 15 15 reflektierte Licht des Lichtstrahlenbündels des ersten Projektionsstrahlenganges reflected light of the light beam of the first projection beam path 13 13 vom even-Frame und das vom Aufnahmeobjekt even from the frame and the main subject 15 15 reflektierte Licht des Lichtstrahlenbündels des zweiten Projektionsstrahlenganges reflected light of the light beam of the second projection optical path 14 14 vom odd-Frame des Bildsensors the odd frame of the image sensor 17 17 erfasst. recorded. Während der Auslesephase der Signale des Bildsensors During the selection phase of the signals of the image sensor 17 17 sind die Mittel the means 18 18 zum Erzeugen der Lichtstrahlenbündel inaktiv, dh, es wird kein Lichtbündel gesendet. for generating the light beam inactive, ie, it does not send light beam. 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 In each case, four fields are thus created, from which the known from the prior art method of "phase shifting triangulation", each a separate "height image" (even-height image and odd-level image) of the surface structure of the receiving object 15 15 berechnet und erstellt werden kann. can be calculated and created. Mit den so berechneten Höhenbildern kann der gesamte Objektbereich, dh die gesamte Oberflächenstruktur erfasst werden. With the thus calculated level images, the entire object space, ie, the entire surface structure can be detected. Schattenbereiche und Glanzstellen, die zur Übersteuerung eines Bereiches des Bildsensors Shadows and shine offices empowered to override a region of the image sensor 17 17 in einem Höhenbild führen, können durch das andere Höhenbild erfasst werden. result in a height image can be detected by the other image height.
  • [0026] [0026]
    Vorzugsweise erzeugen die Gitter Preferably, the grid produce 19 19 , . 20 20 Linienmuster mit verschiedener Gitterperiode. Line pattern with 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 prozentualen 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 differs by the percentage difference between 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 Eindeutigkeitsbereich eines Höhenbildes hinaus der Höhenunterschied eindeutig gemessen werden. With the help of the even and the odd-height image, so it can be clearly measured over the unambiguous range of image height, the height difference. Die Vervielfachung des Eindeutigkeitsbereichs ist reziprok zum prozentualen Unterschied der jeweiligen Gitterperioden. The multiplication of the unambiguous range 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 For example, results from a difference in lattice periods of 20% an increase in the unambiguous range by a factor of 5 5 . , Zur Erläuterung wird hierzu auf die To illustrate this, click the 4 4 verwiesen. referenced.
  • [0027] [0027]
    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 als eindeutig erfasst werden. Due to the measurement and calculation procedure can be clearly recognized as a 1 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 wiederholen sich die Werte, die bereits im Bereich b 1 ermittelt wurden. For the regions b 2 b 3 to the values that were already identified in the region b 1 repeat. 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 beiden 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 these two grating g 1, g 2, the entire height difference h be detected.
  • [0028] [0028]
    Dieses Ziel lässt sich sinngemäß auch erreichen, wenn man die Gitter g 1 , g 2 gleich wählt, aber, wie in der This objective can be analogously also be obtained if the grating g 1, g 2 selects the same, but, as in the 3 3 gezeigt, der Zentralstrahl shown, the central ray 25 25 des ersten Projektionsstrahlenganges of the first projection beam path 13 13 einen ersten Winkel Gamma a first angle gamma 1 1 und der Zentralstrahl and the central ray 26 26 des zweiten Projektionsstrahlenganges the second projection beam path 14 14 einen zweiten Winkel Gamma a second angle gamma 2 2 , der unterschiedlich zum Winkel Gamma That different from the angle gamma 1 1 ist, zum Beobachtungsstrahlengang is the observation path 16 16 einnimmt. occupies. Die parallaxen Winkel der Projektionsstrahlengänge The parallax angle of the projection beam paths 13 13 , . 14 14 sind somit unterschiedlich gewählt. are thus chosen differently. Im übrigen besitzen Elemente, die bereits in der For the rest, have elements that are already in the 2 2 erläutert wurden, in der were explained in the 3 3 dieselben Bezugszeichen. the same reference numerals.
  • [0029] [0029]
    Es ist auch möglich, den Beobachtungsstrahlengang beispielsweise nur auf den ersten Projektionsstrahlengang It is also possible the observation beam path, for example, only the first projection path 13 13 optimal abzustimmen. optimally match. Der zweite Projektionsstrahlengang The second projection path 14 14 wird dann aktiviert, wenn sich Objektbereiche beispielsweise durch Glanzstellen oder Schattenbereiche nicht durch den ersten Projektionsstrahlengang is activated when Target areas for example by shiny spots or shadow areas not by the first projection path 13 13 erfassen lassen. can be recorded.
  • [0030] [0030]
    Es ist möglich, eine LCD-Anordnung zur Erzeugung eines Referenzmusters vorzusehen. It is possible to provide an LCD device for generating a reference pattern. Mit dieser LCD-Anordnung können Referenzmuster mit unterschiedlicher Gitterperiode erzeugt werden. This LCD assembly reference patterns can be created with different grating periods.
  • [0031] [0031]
    In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann im Projektionsstrahlengang ein erstes statisches Gitter mit einer ersten Gitterperiode und ein weiteres, im selben Projektionsstrahlengang verstellbares Gitter mit einer anderen Gitterperiode angeordnet werde. In another embodiment, the projection optical path, a first static lattice with a first grating period and another adjustable in the same projection path grid with a different grating period was ordered. Durch das Verfahren der "statischen" und der "phase shifting triangulation" kann ein grober Höhenunterschied zweier Objektpunkte eindeutig erfasst werden. By the method of "static" and "phase shifting triangulation", a gross difference in height between two object points are clearly detected.
  • [0032] [0032]
    Im weiteren kann das Lichtstrahlenbündel der Projektionsstrahlengänge Furthermore, the light beams of the projection beam paths 13 13 , . 14 14 auch durch eine Lichtleitfaser zum Aufnahmeobjekt also through an optical fiber to the subject 15 15 gelenkt werden. be steered. Das Lichtstrahlenbündel kann dann beispielsweise nach den Gittern The light beam can then, for example, according to the grids 19 19 , . 20 20 durch geeignete Mittel in die jeweilige Lichtleitfaser des ersten oder zweiten Projektionsstrahlenganges by suitable means into the respective optical fiber of the first or second projection beam path 13 13 , . 14 14 eingekoppelt werden. are coupled. Es kann somit auf die Prismen It is thus possible on the prisms 21 21 , . 22 22 , die Dreilochblende , The three-pinhole 24 24 und das optische Linsensystem L3 verzichtet werden. and the optical lens system L3 be dispensed with.
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Classifications
International ClassificationA61C9/00, H04N13/00, A61B1/247
Cooperative ClassificationH04N13/0203, A61C9/0053, A61B1/247, A61C9/00
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
Owner name: SIRONA DENTAL SYSTEMS GMBH, 64625 BENSHEIM, DE
20 Jan 20058364No opposition during term of opposition