DE4034007A1 - Verfahren und vorrichtung zur optischen erfassung von oberflaechenstrukturen an zaehnen - Google Patents

Description

Aus der EP-00 54 785 ist ein Verfahren zur Herstellung medizi­ nischer, insbesonderer zahntechnischer, Paßkörper bekannt, bei dem die Oberflächenstrukturen, an denen der Paßkörper einge­ setzt werden soll, nach der Bearbeitung auf optischem Weg be­ rührungsfrei räumlich erfaßt werden. Die dreidimensionale Ver­ messung erfolgt mittels einer als Handinstrument ausgebildeten 3 D-Kamera, in der eine Lichtquelle angeordnet ist, von der aus über eine geeignete Optik ein Lichtstrahlenbündel über einen Projektionsstrahlengang auf die zu erfassende Oberflächen­ struktur geworfen wird, wobei das an der Oberfläche zurückge­ streute Lichtstrahlenbündel über einen Beobachtungsstrahlengang einem Bildsensor zugeführt wird, dem eine entsprechende Aus­ werteelektronik vorgeschaltet ist.

Nachdem die Zähne an sich transluszent sind und die Zahnober­ flächen relativ glatt sind (Rauhtiefe<1µ), entstehen an der zu erfassenden Oberfläche unerwünschte Reflexionen, die kein bzw. nur ein unzureichendes Vermessen der Zahnoberfläche er­ möglichen. Um derartige Reflexionen zu vermeiden, überzieht man bisher die Oberfläche des präparierten Zahnes vor der opti­ schen Vermessung mit einem geeigneten Kontrastpuder, z. B. mit Titanoxid-Puder. Mit einem solchen Kontrastpuder, der eine Körnung aufweist, die oberhalb der Rauhigkeit der Zahnober­ fläche liegt, kann eine Mattierung der Zahnoberfläche erreicht werden. Das von der mattierten Oberfläche zurückgestreute Licht kann von dem Bildsensor, bei dem bekannten Verfahren ein CCD- Element, besser detektiert und die daraus gewonnenen Signale in der dem Bildsensor vorgeschalteten Auswerteelektronik ge­ nauer ausgewertet werden.

Um Meßfehler zu vermeiden, sollte die Mattierungsschicht gleichmäßig und dünn auf die Zahnoberfläche aufgebracht wer­ den.

Die Mattierung mittels des Kontrastpuders stellte jedoch hohe Anforderungen an die Geschicklichkeit des Anwenders, insbeson­ dere um die geforderte gleichmäßige Beschichtung zu erzielen.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, demgegenüber eine Verbesserung zu erzielen, insbeson­ dere unter dem Aspekt, die optische Abtastung der Zahnober­ fläche für den Anwender noch einfacher und angenehmer als bis­ her bei Vermeidung unerwünschter Reflexionen durchführen zu können.

In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fluoreszenzschicht, die vorteilhafterweise in Form einer Lösung auf die Zahnoberfläche aufgetragen wird, wird Licht der von der Lichtquelle emittier­ ten Wellenlänge stark absorbiert und dann als längerwellig ver­ schobenes Fluoreszenzlicht isotrop, also in allen Raumrichtun­ gen wieder emittiert.

Als Fluoreszenzfarbstoff kann an sich jedes nicht toxisches Material Verwendung finden; vorteilhaft hat sich die Verwendung von Fluorescein gezeigt, welches blaues Licht stark absorbiert und gelb-grünes Licht fluoresziert.

Als Lichtquelle kann prinzipiell jede auf den vorgesehenen Fluoreszenzfarbstoff abgestimmte Lichtquelle mit einem geeigneten Emissionsspektrum und ausreichend hoher Strah­ lungsdichte verwendet werden. Wegen ihrer kleinen Baugröße kann mit Vorteil eine LED verwendet werden; eine solche kann sehr gut in ein als Handinstrument ausgebildete 3-D-Kamera eingebaut werden. Auch die Verwendung einer grün emittierenden Lichtquelle kann vorgesehen werden, wobei dann eine grün absorbierende und gelb oder rot emittierende Fluores­ zenzfarbe gewählt werden muß. Um den Anteil des diffus ge­ streuten Lichts in der Fluoreszenzschicht zu vergrößern und damit die Signalstärke am Bildsensor zu erhöhen, ist es von Vorteil, Licht mit relativ kurzer Wellenlänge zu verwenden. Mit besonderem Vorteil und passend zu dem vorerwähnten Fluorescein-Farbstoff wird deshalb eine Lichtquelle mit inten­ siverer Emission im kurzwelligeren, sichtbaren Bereich, also "blaues Licht" vorgeschlagen. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung vorgeschlagen, im Beobachtungsstrahlengang ein Filter einzuschalten, welches für Licht des von der Fluoreszenzfarbe emittierenden Lichts durchlässig ist, dagegen Licht anderer Wellenlänge absorbiert und/oder reflektiert.

Welche spektrale Zusammensetzung das Licht letztlich aufweisen muß, bestimmt sich nach den verfügbaren Lichtquellen, Filtern sowie der verwendeten Fluoreszenzschicht, die, wie bereits er­ wähnt, einerseits nicht toxisch sein darf, andererseits aber gut löslich und applizierbar sein muß.

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine danach arbeitende Vor­ richtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine 3 D-Kamera mit Zuordnung zu einem schematisiert dargestellten Zahn, dessen Oberflächenstrukturen dreidimensional erfaßt werden sollen. Nachdem der Aufbau der 3 D-Kamera prinzipiell bekannt und bei­ spielsweise in der US-PS 45 75 805 beschrieben ist, werden nachfolgend nur die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendigen Elemente beschrieben.

Die wesentlichsten Komponenten des Projektions- und Abbildungs­ systems der allgemein mit 1 bezeichneten 3 D-Kamera sind eine Lichtquelle 2, ein Kondensorglied 3, eine Gittermaske 4, ein Strahlenteiler 5, der einen Projektionsstrahlengang 5a und einen Beobachtungsstrahlengang 5b bildet, ein aus mehreren Linsen bestehendes Objektiv 6, ein sich axial daran anschließen­ des, langgestrecktes Prisma 7, eine am Lichtaustrittsende be­ findliche Linse 8, ein im Beobachtungsstrahlengang angeordnetes Filter 9, ein Bildsensor 10 sowie eine sich daran anschließende Auswerteelektronik 11.

Das von der Lichtquelle 2 ausgehende Strahlenbündel führt zunächst über den Projektionsstrahlengang 5a und die Optiken 6, 7 und 8 auf die mit 12 bezeichnete Oberfläche des zu vermes­ senden Zahnes 13. Die Oberfläche 12 des zu vermessenden Zah­ nes 13 ist mit einer mit 14 bezeichneten dünnen, gleichmäßig aufgetragenen Fluoreszenzschicht versehen, die in geeigneter Weise z. B. als Lösung mittels Pinsel oder mittels Sprühvor­ richtung aufgetragen wird. Das auf die Fluoreszenzschicht 14 auftreffende Licht wird in der Fluoreszenzschicht längerwellig verschoben, und anschließend isotrop, d. h. in allen Raumrich­ tungen emittierend, zurückgeworfen, von der Optik aufgenommen und über den Beobachtungsstrahlengang 5b zum Bildsensor 10 geleitet, wo es in ein zeilengerastetes Videosignal umgewandelt und schließlich in der Elektronik 11 entsprechend verarbeitet wird. Das verarbeitete Videosignal wird über ein nicht näher bezeichnetes Kabel einem extern der Kamera angeordneten Rechner und einer Bilddarstellungseinheit zugeführt. Als Lichtquelle kann vorteilhafterweise eine LED vorgesehen werden. Der Bild­ sensor kann ein CCD-Element sein, welches nicht nur für nahes Infrarot, sondern auch für sichtbares Licht ausreichend empfind­ lich ist.

Der Fluoreszenzfarbstoff der Fluoreszenzfarbschicht 14 ist auf die Lichtquelle 2 abgestimmt, d. h. wenn als Lichtquelle eine grün emittierende Lichtquelle verwendet wird, dann ist eine Fluoreszenzfarbe zu verwenden, die grün absorbiert und dann typischerweise gelb oder rot emittiert. Ein besonders guter Wirkungsgrad hinsichtlich der Signalauswertung läßt sich erzielen, wenn eine Lichtquelle verwendet wird, die im Bereich 450 bis 500 nm, also "blaues Licht", emittiert. Dem­ entsprechend ist eine Fluoreszenzfarbe vorzusehen, die blau absorbiert und typischerweise dann grün emittiert.

Um nicht verwertbares Streulicht zu eliminieren, ist das Filter 9 vorgesehen, welches Licht der von der Lichtquelle emittierten Wellenlänge absorbiert oder reflektiert, dagegen für Licht der übrigen Wellenlängen, insbesondere der vom Fluoreszenzfarbstoff emittierten Wellenlänge, durchlässig ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur optischen Erfassung von Oberflächenstrukturen an einem Zahn, bei dem die zu erfassende Oberfläche zunächst mit einer Fluoreszenzfarbe beschichtet und danach mit Hilfe einer 3 D-Kamera optisch vermessen wird, indem mittels einer auf die Fluoreszenzfarbe abgestimmten Lichtquelle (2) über einen Projektionsstrahlengang (5a) ein Lichtstrahlenbündel auf die Oberfläche des Zahnes gerichtet und das dort zurückgewor­ fene Streulicht über einen Beobachtungsstrahlengang (5b) auf einen Bildsensor (10) gelenkt wird, dem eine Auswerte­ elektronik (11) vorgeschaltet ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine LED verwendet ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine im Spektralbereich zwischen 450 und 500 nm emittierende Licht­ quelle verwendet ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Farb­ stoff für die Fluoreszenzfarbe Fluorescein verwendet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Beobachtungsstrahlen­ gang (5b) ein Filter (9) eingesetzt ist, welches Licht der von der Lichtquelle (2) emittierenden Wellenlänge absorbiert oder reflektiert, dagegen für Licht der von der Fluoreszenzfarbe emittierenden Wellenlänge durchlässig ist.