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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE4034007 A1
Publication typeApplication
Application numberDE19904034007
Publication date30 Apr 1992
Filing date25 Oct 1990
Priority date25 Oct 1990
Also published asDE4034007C2
Publication number19904034007, 904034007, DE 4034007 A1, DE 4034007A1, DE-A1-4034007, DE19904034007, DE4034007 A1, DE4034007A1, DE904034007
InventorsJoachim Dr Rer Nat Pfeiffer
ApplicantSiemens Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Optical examination of teeth - involves coating measurement surface with fluorescent material and illuminating with matched light and evaluation of scattered light
DE 4034007 A1
Abstract
The method of optically detecting the surface structures of teeth involves coating the measurement structure with a fluorescent colouring and optically measuring it with a 3-D camera. A light source (2) matched to the fluorescent colouring projects a light beam onto the tooth surface via a projection beam path (5a). The scattered light passes to an image sensor (10) via an observation beam path (5b). The sensor is connected to evaluation electronics (11). USE/ADVANTAGE - The method enables improved optical tooth structure measurement, esp. in that it is simpler for the user because of the elimination of unwanted reflections.
Claims(5)  translated from German
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 ( 5 a) ein Lichtstrahlenbündel auf die Oberfläche des Zahnes gerichtet und das dort zurückgewor fene Streulicht über einen Beobachtungsstrahlengang ( 5 b) auf einen Bildsensor ( 10 ) gelenkt wird, dem eine Auswerte elektronik ( 11 ) vorgeschaltet ist. 1. A method for the optical detection of surface structures to a tooth, wherein the to be detected surface is first coated with a fluorescent color and then optically measured by means of a 3D-camera by means of a matched to the fluorescent color light source (2) via an optical projection path (5 a) directing a light beam onto the surface of the tooth and there zurückgewor fene scattered light is directed onto an image sensor (10) to which a translation module (11) is preceded by a viewing beam (b 5).
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine LED verwendet ist. 2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that an LED is used.
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. 3. A device for performing the method according to claim 1, characterized in that an emitting in the spectral range 450-500 nm light is used source.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Farb stoff für die Fluoreszenzfarbe Fluorescein verwendet ist. 4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that material is used as a color for the color fluorescent fluorescein.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Beobachtungsstrahlen gang ( 5 b) 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. 5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the observation beam path (5 b) a filter (9) is used which light from the light source (2) emitting wavelength absorbed or reflected, whereas for light of the of the fluorescence color emitting wavelength is permeable.
Description  translated from German

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. EP-00 54 785. A process for preparing medical area tronic, insbesonderer dental, fitting body is known, in which the surface structures on which the fitting body is set to be, after processing be optically detected will contact free space. 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. The three-dimensional Ver measurement is carried out by means of a recess formed as a hand instrument 3 D-camera in which a light source is arranged, from which through a suitable optical system is projected a light beam via an optical projection path to be detected surface structure, wherein the zurückge on the surface strewed light beam is fed via an observation beam path to an image sensor, the corresponding values from electronics is upstream.

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. After the teeth are translucent itself and the tooth top surfaces are relatively smooth (roughness <1μ), produced on the surface to be detected unwanted reflections which no or only inadequate measurement of the tooth surface it possible. 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. To avoid these reflections, we previously coats the surface of the prepared tooth before the opti rule survey using a suitable contrast powder such. As titanium oxide powder. Mit einem solchen Kontrastpuder, der eine Körnung aufweist, die oberhalb der Rauhigkeit der Zahnober fläche liegt, kann eine Mattierung der Zahnoberfläche erreicht werden. With such a contrast powder having a grain size, which is above the roughness of the tooth top surface, a dulling of the tooth surface can be achieved. 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. The backscattered light from the matted surface can be evaluated by the image sensor, in the known method a CCD element, better detected, and the signals obtained therefrom in the image sensor upstream transmitter GE more detail.

Um Meßfehler zu vermeiden, sollte die Mattierungsschicht gleichmäßig und dünn auf die Zahnoberfläche aufgebracht wer den. To avoid measurement errors which should matting applied thinly and evenly onto the tooth surface to who.

Die Mattierung mittels des Kontrastpuders stellte jedoch hohe Anforderungen an die Geschicklichkeit des Anwenders, insbeson dere um die geforderte gleichmäßige Beschichtung zu erzielen. However, the matting by means of contrast powder placed high demands on the skill of the user, in particular in order to achieve the required uniform coating.

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. The invention defined in claim 1. It is an object of the other hand to achieve an improvement, in particular from the point of the optical scanning of the tooth upper surface even easier and more enjoyable than to perform while avoiding unwanted reflections up the tab for the user.

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. In the proposed inventive fluorescent layer is advantageously applied in the form of a solution to the tooth surface, the light of emittier everything from the light source wavelength is strongly absorbed and conditions isotropic than longer wavelengths ver Dovetailed fluorescent light, and in all Raumrichtun-emitted.

Als Fluoreszenzfarbstoff kann an sich jedes nicht toxisches Material Verwendung finden; As a fluorescent dye can be used in every non-toxic material; vorteilhaft hat sich die Verwendung von Fluorescein gezeigt, welches blaues Licht stark absorbiert und gelb-grünes Licht fluoresziert. advantageous to use has been shown by fluorescein, which strongly absorbs blue light and fluoresces yellow-green light.

Als Lichtquelle kann prinzipiell jede auf den vorgesehenen Fluoreszenzfarbstoff abgestimmte Lichtquelle mit einem geeigneten Emissionsspektrum und ausreichend hoher Strah lungsdichte verwendet werden. The light source can be used in principle any density distribution tailored to the intended light source with a fluorescent dye suitable emission spectrum and sufficiently high Strah. Wegen ihrer kleinen Baugröße kann mit Vorteil eine LED verwendet werden; Because of their small size can be used to advantage an LED; eine solche kann sehr gut in ein als Handinstrument ausgebildete 3-D-Kamera eingebaut werden. such may very well be incorporated into a hand instrument designed as a 3-D camera. 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. The use of a green emitting light source can be provided, then a green absorbing and emitting yellow or red fluorescence must be selected zenzfarbe. 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. To increase the proportion of the diffusely scattered light ge in the fluorescent layer and thus to increase the signal strength on the image sensor, it is advantageous to use light with a relatively short wavelength. 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. With particular advantage and matching the aforementioned fluorescein dye is therefore a source of light inten siverer emission in the shorter wavelength, visible range, ie proposed "blue light". 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. To increase the efficiency is proposed according to a further advantageous embodiment of the invention, He, turn on a filter in the optical beam path, which is permeable to light emitted from the fluorescent light color, contrast, absorbed and / or reflected light of a different wavelength.

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. What is the spectral composition of the light must have ultimately determined in accordance with the available light sources, filters, and the fluorescent layer used, which, as he imagines, on the one hand must not be toxic, but on the other hand, must be readily soluble and to apply.

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine danach arbeitende Vor richtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. The inventive method and operate accordingly ago direction will be explained in more detail with reference to the drawings.

Die Figur zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine 3 D-Kamera mit Zuordnung zu einem schematisiert dargestellten Zahn, dessen Oberflächenstrukturen dreidimensional erfaßt werden sollen. The figure shows in a longitudinal sectional view of a 3-D camera and assigned to a tooth schematically shown, the surface of three-dimensional structures are to be detected. 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. After the construction of the 3-D camera is basically known and described in for example in US Patent 45 75 805 only necessary for understanding the present invention elements are described below.

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 5 a und einen Beobachtungsstrahlengang 5 b 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 . The main components of the projection and imaging system generally designated 1 3 D camera, a light source 2, a Kondensorglied 3, a grating mask 4, a beam splitter 5, the b forms a projection optical path 5 a and an observation optical path 5, from several lenses existing lens 6, an axially connect to it the elongated prism 7, a screw on the light output end-sensitive lens 8, a valve disposed in the observation path filter 9, an image sensor 10 and an adjoining evaluation 11th

Das von der Lichtquelle 2 ausgehende Strahlenbündel führt zunächst über den Projektionsstrahlengang 5 a und die Optiken 6 , 7 und 8 auf die mit 12 bezeichnete Oberfläche des zu vermes senden Zahnes 13 . The light emanating from the light source 2 radiation beam starts via projection optical path 5 a and the optics 6, 7 and 8 on the designated 12 surface of the tooth to send vermes 13th 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. The surface of the 12 to be measured Zah nes 13 is provided with a designated 14 thin, evenly coated fluorescent layer is suitably applied for. As a solution by brush or by Sprühvor direction. Das auf die Fluoreszenzschicht 14 auftreffende Licht wird in der Fluoreszenzschicht längerwellig verschoben, und anschließend isotrop, dh in allen Raumrich tungen emittierend, zurückgeworfen, von der Optik aufgenommen und über den Beobachtungsstrahlengang 5 b zum Bildsensor 10 geleitet, wo es in ein zeilengerastetes Videosignal umgewandelt und schließlich in der Elektronik 11 entsprechend verarbeitet wird. The incident on the fluorescent layer 14 light is shifted towards longer wavelengths in the fluorescent layer, and then isotropic, ie in all the Richland lines emitting thrown back, taken by the optics and passed over the observation path 5 b to the image sensor 10 where it is converted into a line-screened steady video signal and is finally processed accordingly in the electronics 11. Das verarbeitete Videosignal wird über ein nicht näher bezeichnetes Kabel einem extern der Kamera angeordneten Rechner und einer Bilddarstellungseinheit zugeführt. The processed video signal is supplied through a cable not further referred to an externally arranged camera, and a computer image display unit. Als Lichtquelle kann vorteilhafterweise eine LED vorgesehen werden. The light source is advantageously an LED can be provided. Der Bild sensor kann ein CCD-Element sein, welches nicht nur für nahes Infrarot, sondern auch für sichtbares Licht ausreichend empfind lich ist. The image sensor may be a CCD-element which is sufficiently SENS Lich not only near infrared, but also to visible light.

Der Fluoreszenzfarbstoff der Fluoreszenzfarbschicht 14 ist auf die Lichtquelle 2 abgestimmt, dh 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. The fluorescent dye of the fluorescent ink layer 14 is tuned to the light source 2, that is, when a green-emitting light source is used as a light source, a fluorescent color is to be used, then typically the emitted absorbs green and yellow or red. 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. A particularly good efficiency with respect to the signal processing can be achieved when a light source is used in the range 450 to 500 nm, ie "blue light" emitted. Dem entsprechend ist eine Fluoreszenzfarbe vorzusehen, die blau absorbiert und typischerweise dann grün emittiert. Accordingly, a fluorescent color is provided which absorbs blue and typically then emits green.

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. To eliminate stray light not usable, the filter 9 is provided which absorbs or reflects, whereas for light of other wavelengths which light emitted from the light source wavelength, in particular the wavelength emitted by the fluorescent dye is permeable.

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Classifications
International ClassificationG01B11/30, A61C13/00, A61C19/04, A61C9/00
Cooperative ClassificationA61C19/04, A61C13/0004, G01B11/303, A61C9/0053
European ClassificationA61C13/00C1, A61C19/04, G01B11/30B
Legal Events
DateCodeEventDescription
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2 Oct 19978110Request for examination paragraph 44
26 Nov 19988127New person/name/address of the applicant
Owner name: SIRONA DENTAL SYSTEMS GMBH, 64625 BENSHEIM, DE
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8 Nov 20018364No opposition during term of opposition