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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE69920023 T2
Publication typeGrant
Application numberDE1999620023
PCT numberPCT/IL1999/000431
Publication date15 Sep 2005
Filing date5 Aug 1999
Priority date5 Aug 1998
Also published asDE69920023D1, DE69928453D1, DE69928453T2, DE69928453T3, EP1102963A1, EP1102963B1, EP1327851A1, EP1327851B1, EP1327851B2, EP1645842A2, EP1645842A3, EP1645842B1, EP2439489A2, EP2439489A3, EP2439489B1, US6697164, US6940611, US7092107, US7230725, US7477402, US7630089, US7796277, US7944569, US7990548, US8310683, US8638447, US8638448, US9089277, US9615901, US20040090638, US20050264828, US20060158665, US20070109559, US20090148807, US20090153879, US20100165357, US20100165358, US20110279825, US20130094031, US20130177866, US20140104620, US20150282903, US20170196664, WO2000008415A1
Publication number1999620023, 99620023, DE 69920023 T2, DE 69920023T2, DE-T2-69920023, DE1999620023, DE69920023 T2, DE69920023T2, DE99620023, PCT/1999/431, PCT/IL/1999/000431, PCT/IL/1999/00431, PCT/IL/99/000431, PCT/IL/99/00431, PCT/IL1999/000431, PCT/IL1999/00431, PCT/IL1999000431, PCT/IL199900431, PCT/IL99/000431, PCT/IL99/00431, PCT/IL99000431, PCT/IL9900431
InventorsNoam Babayoff, Isaia Glaser-Inbari
ApplicantCadent Ltd.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Vermessen eines dreidimensionalen körpers durch konfokale fokussierung einer matrix von lichtstrahlen Measuring a three-dimensional body by confocal focusing a matrix of beams translated from German
DE 69920023 T2
Abstract  available in
Claims(4)  translated from German
  1. Sondenelement ( Probe element ( 90 90 ) zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Oberflächentopologie eines Zahnbereichs ( ) For use in a device for determining a surface topology of a tooth portion ( 26 26 ), das eine Erfassungsabschlussfläche ( ), The detection end surface ( 97 97 ) zum Platzieren nahe bei dem Zahnbereich aufweist, und wobei das Sondenelement ( ) At the tooth portion comprises for placing close, and wherein said probe element ( 90 90 ) die Form eines länglichen, transparenten Körpers hat, der eine Frontfläche, einen Abschlussspiegel ( ) Has the shape of an elongated transparent body having a front surface, a degree level ( 95 95 ) und obere, untere und seitliche Wände, die sich dazwischen erstrecken, aufweist, wobei die Erfassungsabschlussfläche ( ) And upper, lower and side walls extending therebetween, said sensing end face ( 97 97 ) der äußeren Oberfläche der unteren Wand dem Abschlussspiegel ( ) Of the outer surface of the bottom wall of the end mirror ( 95 95 ) benachbart zugeordnet ist, wobei die untere Wand einen vorderen Abschnitt, der sich von der Frontfläche verschwenkt zu der oberen Wand einwärts erstreckt, und einen hinteren Abschnitt, der im Wesentlichen in die gleiche Richtung gerichtet ist wie die obere Wand, aufweist, wobei die Frontfläche relativ zu der oberen Wand geneigt ist, um sicherzustellen, dass Lichtstrahlen, die auf die Frontfläche rechtwinklig dazu einfallen, auf die obere Wand unter einem Winkel auftreffen, der deren interne Totalreflektion liefert, und ferner mittels interner Totalreflektion zwischen der oberen Wand und dem hinteren Abschnitt der unteren Wand in Richtung auf den Abschlussspiegel ( ) Is associated with adjacent, said lower wall having a forward portion which pivots from the front surface extends to the top wall inwardly, and a rear portion, which is directed in the same direction substantially like the upper wall, wherein the front surface is inclined relative to the upper wall, to ensure that light beams incident at right angles thereto on the front surface on the top wall are incident at an angle which provides the total internal reflection, and also by means of total internal reflection between the top wall and the rear portion the bottom wall toward the end mirror ( 95 95 ) abprallen, um dadurch auf die Erfassungsabschlussfläche ( ) Bounce, thereby detecting the termination area ( 97 97 ) umgelenkt zu werden. ) To be deflected.
  2. Sondenelement nach Anspruch 1, bei welchem die Erfassungsabschlussfläche ( Probe member according to claim 1, wherein the detecting end surface ( 97 97 ) die Form einer transparenten Platte hat, die zu der äußeren Oberfläche der unteren Wand fixiert ist und davon durch einen Luftspalt ( ) Has the form of a transparent plate that is fixed to the outer surface of the lower wall thereof and by an air gap ( 98 98 ) beabstandet ist. ) Is spaced apart.
  3. Sondenelement nach Anspruch 1 oder 2, welches in der Seitenansicht betrachtet eine Dicke aufweist, die im Wesentlichen entlang des vorderen Abschnitts der unteren Wand größer ist, als entlang des hinteren Abschnitts der unteren Wand. Probe member according to claim 1 or 2, which viewed in the side view has a thickness which is substantially greater along the front portion of the bottom wall than along said rear section of the bottom wall.
  4. Vorrichtung ( Device ( 20 20 ) zum Bestimmen einer Oberflächentopologie eines Zahnbereichs ( ) For determining a surface topology of a tooth portion ( 26 26 ), aufweisend: ein Sondenelement ( ), Comprising: a probe member ( 90 90 ) mit einer Erfassungsabschlussfläche ( ) With a detection end surface ( 97 97 ) zum Plazieren in der Nähe an dem Zahnbereich ( ) For placing near to the posterior region ( 26 26 ); ); eine Beleuchtungseinheit ( an illumination unit ( 28 28 , . 32 32 , . 34 34 , . 38 38 ) zum Bereitstellen einer Anordnung von einfallenden Lichtstrahlen, die in Richtung auf den Zahnbereich ( ) For providing an array of incident light rays toward the posterior region, the ( 26 26 ) entlang eines optischen Wegs durch die Sondeneinheit ( ) Along an optical path through the probe unit ( 90 90 ) übertragen werden, um beleuchtete Flecken auf dem Bereich zu erzeugen; ) Are transmitted to generate illuminated spots on said area; eine Lichtfokussierungsoptik ( a light focusing optics ( 42 42 , . 44 44 ), die eine oder mehrere Fokusebenen vor der Abschlussfläche an einer durch die Optik veränderbaren Position definiert, wobei jeder Lichtstrahl seinen Fokus in einer der Fokusebenen hat; ) Defining one or more focal planes in front of the end surface at a position changeable by the optics, each light beam having its focus at one of the focal planes; eine Translationseinrichtung ( a translation device ( 70 70 , . 72 72 ) zum Verlagern der Fokusebenen relativ zu dem Zahnbereich ( ) For displacing the focal plane relative to the posterior region ( 26 26 ) entlang einer Achse (Z), die durch die Ausbreitung der einfallenden Lichtstrahlen ( ) Along an axis (Z) defined by the propagation of the incident light beams ( 48 48 ) definiert wird; ) Is defined; einen Detektor ( a detector ( 60 60 ) mit einer Anordnung von Messelementen ( ) Having an array of sensing elements ( 68 68 ) zum Messen einer Intensität von jedem aus einer Mehrzahl von abbildenden Lichtstrahlen, die von den Flecken zurückgestrahlt werden und sich entlang eines optischen Wegs entgegengesetzt zu dem der einfallenden Lichtstrahlen ausbreiten; ) Spread for measuring an intensity of each of a plurality of imaging light rays reflected from the spots and oppositely along an optical path at which the incident light beams; einen Prozessor ( a processor ( 24 24 ), der mit dem Detektor ( ) Connected to the detector ( 60 60 ) gekoppelt ist, um für jeden Lichtstrahl eine fleckspezifische Position zu bestimmen, welche die Position der entsprechenden Fokusebene der einen oder mehreren Fokusebenen ist, die eine maximale gemessene Intensität des zurückgestrahlten Lichtstrahls ergibt, und um basierend auf den bestimmten fleckspezifischen Positionen Daten zu generieren, die für die Topologie des Bereichs ( ) Is coupled to determine for each light beam a spot-specific position, which is the position of the corresponding focal plane of the one or more focal planes, which results in a maximum measured intensity of the reflected light beam, and in order on the determined spot-specific positions to generate based data, the for the topology of the region ( 26 26 ) repräsentativ sind; ) Are representative; wobei das Sondenelement ( wherein the probe element ( 90 90 ) das von Anspruch 1, 2 oder 3 ist. ) Is of Claim 1, 2 or 3.
Description  translated from German
  • GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Aufnahmetechniken und betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Oberflächentopologie eines Zahnbereichs und ein Sondenelement dafür. The invention is in the field of imaging techniques and relates to a device for determining a surface topology of a tooth portion and a probe element for it.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
  • [0002] [0002]
    Es wurde eine große Vielfalt von Verfahren und Systemen zum direkten optischen Vermessen von Zähnen und für die nachfolgende automatische Herstellung von Zahnprotesen entwickelt. There has been developed a wide variety of methods and systems for direct optical measurement of teeth and the subsequent automatic manufacture of dentures. Der Ausdruck "direkte optische Vermessung" bedeutet Erfassen der Zähne in der Mundhöhle eines Patienten. The term "direct optical measurement" signifies detecting the teeth in the oral cavity of a patient. Das erleichtert das Erhalten von digitalen Konstruktionsdaten, die für die computerunterstützte Konstruktion (computer-assisted design; CAD) oder die computerunterstützte Herstellung (computer-assisted manufacture; CAM) von Zahnersatz notwendig sind, ohne dass irgendwelche Gussabdrücke von den Zähnen gemacht werden müssen. This facilitates the obtaining of digital design data for the computer-aided design (computer-assisted design, CAD); without any cast smears made from the teeth of dentures are necessary or computer-aided manufacturing (CAM computer-assisted manufacture). Derartige Systeme weisen typischerweise eine optische Sonde, die mit einem optischen Messwertgeber oder einem optischen Empfänger, beispielsweise einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (charge coupled device; CCD), gekoppelt ist, und einen Prozessor auf, der eine geeignete Bildverarbeitungstechnik implementiert, um das gewünschte Produkt virtuell zu konstruieren und herzustellen. Such systems typically comprise an optical probe with an optical transmitter or an optical receiver, such as a charge coupled device (charge coupled device CCD) is coupled, and a processor implementing a suitable image processing technique to the desired product virtually design and manufacture.
  • [0003] [0003]
    Eine herkömmliche Technik dieser spezifizierten Art basiert auf einem Lasertriangulationsverfahren zur Messung der Distanz zwischen der Zahnoberfläche und der optischen Distanzsonde, die in die Mundhöhle des Patienten eingebracht wird. A conventional technique of this kind specified is based on a laser triangulation for measuring the distance between the tooth surface and the optical distance probe, which is introduced into the oral cavity of the patient. Der Hauptnachteil dieser Technik besteht aus Folgendem. The main disadvantage of this technique consists of the following. Es wird angenommen, dass die Zahnoberfläche optimal reflektiert, zB durch Lambert- Reflexion. It is believed that the tooth surface reflects optimally, for example, by Lambert reflection. Leider ist das in der Praxis nicht der Fall, und häufig sind die erhaltenen Daten nicht genau. Unfortunately, this is not the case in practice and often the data obtained are not accurate.
  • [0004] [0004]
    Andere Techniken, die in CEREC-1- und CEREC-2-Systemen enthalten sind, die kommerziell von Siemens GmbH oder Sirona Dental Systems erhältlich sind, verwenden das Lichtschnittverfahren bzw. das Phasenverschiebungsverfahren. Other techniques contained in CEREC 1 and CEREC 2 systems, which are available from Siemens Sirona Dental Systems GmbH or commercially, using the light-section method and the phase shift method. Beide Systeme verwenden eine speziell konstruierte, in der Hand gehaltene Sonde, um die dreidimensionalen Koordinaten eines vorbereiteten Zahns zu vermessen. Both systems employ a specially designed, hand-held probe to measure the three-dimensional coordinates of a prepared tooth. Jedoch benötigen diese Verfahren eine spezielle Ummantelung (zB Vermessungspulver bzw. eine Suspension aus weißen Pigmenten), die auf den Zahn aufzubringen sind. However, these methods require a special coating (for example, surveying powder or a suspension of white pigments), to be applied to the tooth. Die Dicke der Ummantelungsschicht soll spezielle, schwierig zu kontrollierende Anforderungen erfüllen, was zu Ungenauigkeiten in den Vermessungsdaten führt. The thickness of the coating layer should meet specific, difficult to control requirements, which leads to inaccuracies in the measurement data.
  • [0005] [0005]
    Die Oberfläche kann durch noch eine weitere Technik abgebildet werden, bei der ein Erfassen einer Zahnoberfläche auf einem körperlichen Abtasten der Oberfläche mittels einer Sonde und auf einem Bestimmten der Sondenposition, zB durch eine optische oder eine andere Fernmesseinrichtung, basiert. The surface can be imaged by yet another technique in which a detection of a tooth surface on a physical scanning of the surface by means of a probe and the probe on a particular position, for example by an optical or other remote sensing means, based.
  • [0006] [0006]
    US-Patent Nr. 5 372 502 beschreibt eine optische Sonde für ein dreidimensionales Vermessen. US Pat. No. 5,372,502 describes an optical probe for three-dimensional surveying. Der Betrieb der Sonde basiert auf Folgendem. The operation of the probe is based on the following. Verschiedene Muster werden auf den zu vermessenden Zahn oder die zu vermessenden Zähne projiziert und eine korrespondierende Mehrzahl von verzerrten Mustern werden durch die Sonde erfasst. Various patterns are projected onto the tooth to be measured or the teeth to be measured and a corresponding plurality of distorted patterns are captured by the probe. Jede Interaktion stellt eine Verfeinerung der Topografie zur Verfügung. Each interaction represents a refinement of the topography available.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
  • [0007] [0007]
    Die vorliegende Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche 4 und 1 bestimmt. The present invention is defined by the independent claims 1 and 4.
  • [0008] [0008]
    Eine komplette dreidimensionale Darstellung der Gesamtstruktur kann durch Bestimmen der Oberflächentopologien benachbarter Bereiche, zeitweise von zwei oder mehr relativ zu der Struktur unterschiedlichen Winkellagen, und dann durch Kombinieren derartiger Oberflächentopologien, zB in einer per se bekannten Weise, erhalten werden. A complete three-dimensional representation of the overall structure can be in a manner known per se obtained by determining surface topologies of adjacent portions, at times from two or more relative to the structure different angular positions, and then combining such surface topologies, for example. Daten, die für eine derartige Darstellung repräsentativ sind, können beispielsweise für eine virtuelle oder eine physikalische Rekonstruktion einer Struktur verwendet werden und können an eine andere Vorrichtung oder ein anderes System für eine derartige Rekonstruktion, zB an eine CAD/CAM-Vorrichtung, gesendet werden. Data that are representative of such a representation may, for example, for a virtual or a physical reconstruction of a structure can be used and can to another device or another system for such reconstruction, are sent, for example, to a CAD / CAM device. Typischerweise, aber nicht ausschließlich, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Kommunikationanschluss zum Verbinden mit einem Kommunikationsnetz auf, das ein Computernetzwerk, ein Telefonnetz oder ein drahtloses Kommunikationsnetz, etc. sein kann. Typically, but not exclusively, the device of the invention comprises a communication port for connecting to a communication network, etc. may be a computer network, a telephone network or a wireless communication network.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • [0009] [0009]
    Um die Erfindung zu verstehen und zu erkennen, wie sie in der Praxis ausgeführt werden kann, wird jetzt eine bevorzugte Ausführungsform mittels eines lediglich nicht beschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gilt: In order to understand the invention and to see how it may be carried out in practice, a preferred embodiment will now be described by way of non-limiting example only with reference to the accompanying drawings, where:
  • [0010] [0010]
    1A 1A und and 1B 1B sind eine schematische Darstellung mittels eines Blockdiagramms einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ( are a schematic representation by means of a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the invention ( 1B 1B ist eine Fortsetzung von is a continuation of 1A 1A ); );
  • [0011] [0011]
    2A 2A ist eine Draufsicht eines Sondenelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; is a plan view of a probe element according to an embodiment of the invention;
  • [0012] [0012]
    2B 2B ist ein Längsschnitt durch eine Gerade II-II in is a longitudinal section through a line II-II in 2A 2A , die auch einige beispielhafte dadurch verlaufende Strahlen darstellt; Which also represents some exemplary thereby extending beams;
  • [0013] [0013]
    3 3 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Sondenelements; is a schematic representation of another embodiment of a probe element; und and
  • [0014] [0014]
    4 4 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, wo der Ursprungslichtstrahl und somit jeder der einfallenden Lichtstrahlen aus mehreren Lichtanteilen zusammengesetzt ist, die je von einem unterschiedlichen Lichtemitter stammen. is a schematic representation of an embodiment where the source light beam and thus each of the incident light rays is composed of several light components, each originating from a different light emitter.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENT
  • [0015] [0015]
    Es wird zuerst auf It is first to 1A 1A und and 1B 1B Bezug genommen, die mittels eines Blockdiagramms eine Vorrichtung darstellen, die allgemein mit dem Bezugszeichen Reference is made, by means of a block diagram illustrating an apparatus generally designated by the reference numeral 20 20 bezeichnet wird, die aus einer mit einem Prozessor is referred to, which consists of a processor with a 24 24 gekoppelten optischen Vorrichtung coupled optical device 22 22 besteht. there. Die in The in 1 1 dargestellte Ausführungsform ist insbesondere zum Bestimmen der dreidimensionalen Struktur eines Abschnitts von Zähnen embodiment shown is particularly useful for determining the three dimensional structure of a portion of teeth 26 26 , insbesondere für einen Abschnitt von Zähnen, wo mindestens ein Zahn oder ein Bereich eines Zahnes fehlt, zum Zwecke des Generierens von Daten eines derartigen Abschnitts für eine nachfolgende Verwendung bei der Konstruktion oder der Herstellung einer Prothese des mindestens einen fehlenden Zahns oder des Bereichs, beispielsweise einer Krone oder einer Brücke, nützlich. , In particular for a section of teeth, where at least one tooth or portion of a tooth is missing, for the purpose of generating data of such a segment for subsequent use in the design or manufacture of a prosthesis of the at least one missing tooth or the range, for example a crown or a bridge, useful. Man sollte jedoch erkennen, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist und mutatis mutandis auch eine Vielfalt anderer Abbildungsanwendungen von dreidimensionalen Strukturen von Objekten, beispielsweise das Aufzeichnen von archäologischen Objekten, das Aufnehmen einer dreidimensionalen Struktur eines beliebigen aus einer Vielfalt von biologischen Geweben, etc., betrifft. However, it should be appreciated that the invention is not limited to this embodiment and, mutatis mutandis, a variety of other imaging applications of three-dimensional structures of objects, such as the recording of archaeological objects, receiving a three-dimensional structure of any of a variety of biological tissues, etc. . concerns.
  • [0016] [0016]
    Die optische Vorrichtung The optical device 22 22 umfasst in dieser speziellen Ausführungsform eine Halbleiterlasereinheit comprises in this particular embodiment, a semiconductor laser unit 28 28 , die ein Laserlicht emittiert, wie durch einen Pfeil Emitting a laser light, as indicated by arrow 30 30 dargestellt wird. is shown. Das Licht verläuft durch einen Polarisator The light passes through a polarizer 32 32 , der eine bestimmte Polarisation des durch den Polarisator , Of a particular polarization of the polarizer by 32 32 verlaufenden Lichts verursacht. caused running light. Das Licht tritt dann in eine optische Aufspreizeinrichtung The light then enters into an optical spreading device 34 34 ein, welche die numerische Apertur des Lichtstrahls a, which is the numerical aperture of the light beam 30 30 verbessert. improved. Der Lichtstrahl The light beam 30 30 verläuft dann durch ein Modul then passes through a module 38 38 , das zB ein Gitter oder eine Mikrolinsenanordnung sein kann, das den Ursprungstrahl Which may be for example a grid or a microlens array, the origin of the beam 30 30 in eine Mehrzahl von einfallenden Lichtstrahlen into a plurality of incident light beams 36 36 aufteilt, die hier zur Vereinfachung der Darstellung durch eine einzige Linie dargestellt werden. divides that are shown here for simplicity of illustration by a single line. Die Arbeitsprinzipien des Moduls The operating principles of the module 38 38 sind per se und der Fachwelt bekannt, und diese Prinzipien werden folglich hier nicht näher ausgeführt. are known per se and the art, and these principles are thus not performed in more detail here.
  • [0017] [0017]
    Die Lichteinheit The light unit 22 22 weist ferner einen teilweise durchlässigen Spiegel also includes a partially transmissive mirror 40 40 mit einer kleinen zentralen Öffnung auf. with a small central opening. Er erlaubt ein Übertragen von Licht von der Laserquelle über die nachgeschaltete Optik, aber reflektiert Licht, das in der entgegengesetzten Richtung verläuft. It allows a transmitting light from the laser source through the downstream optics, but reflects light traveling in the opposite direction. Man sollte erkennen, dass im Prinzip statt eines teilweise durchlässigen Spiegels andere optische Komponenten mit einer ähnlichen Funktion ebenfalls verwendet werden können, zB ein Strahlteiler. It should be appreciated that in principle, rather than a partially transparent mirror other optical components with a similar function can be also used, such as a beam splitter. Die Öffnung in dem Spiegel The opening in the mirror 40 40 verbessert die Messgenauigkeit der Vorrichtung. improves the measurement accuracy of the device. Auf Grund dieser Spiegelstruktur führen die Lichtstrahlen zu einem Lichtring auf der beleuchteten Fläche des abgebildeten Objekts, solange die Fläche nicht im Fokus ist; Because of this mirror structure, the light rays lead to a ring of light on the illuminated surface of the imaged object, as long as the surface is not in focus; und der Ring wird sich in einen komplett beleuchteten Fleck wandeln, sobald sie im Fokus ist. and the ring will change into a completely illuminated spot once it is in focus. Das wird sicherstellen, dass eine Differenz zwischen der gemessenen Intensität, die außerhalb bzw. innerhalb des Fokuszustandes auftritt, größer sein wird. This will ensure that a difference between the measured intensity that occurs outside or inside the focus state, will be greater. Ein weiterer Vorteil eines Spiegels dieser Art gegenüber einem Strahlteiler ist, dass im Fall des Spiegels interne Reflexionen vermieden werden, die bei Strahlteilern auftreten, und folglich der Störabstand verbessert wird. Another advantage of a mirror of this type with respect to a beam splitter is that in the case of the mirror internal reflections are avoided, which occur with beam splitters, and thus the signal to noise ratio is improved.
  • [0018] [0018]
    Die Einheit weist ferner eine konfokale Optik The unit also includes a confocal optical system 42 42 , die typischerweise in einem telezentrischen Modus arbeitet, eine Relaisoptik , Typically operating in a telecentric mode, a relay optics 44 44 und ein endoskopisches Sondenelement and an endoscopic probe element 46 46 auf. on. Die Elemente The elements 42 42 , . 44 44 und and 46 46 sind generell so, wie sie per se bekannt sind. are generally as they are known per se. Man sollte jedoch erkennen, dass eine telezentrische, konfokale Optik Vergrößerungsveränderungen auf Grund der Distanz vermeidet und die gleiche Vergrößerung des Bildes über einen großen Bereich von Distanzen in der Z-Richtung beibehält (wobei die Z-Richtung die Richtung der Strahlausbreitung ist). However, it should be appreciated that a telecentric confocal optics avoids magnification changes due to the distance and the same magnification of the image over a large range of distances in the Z direction keeps (the Z-direction, the direction of beam propagation is). Die Relaisoptik ermöglicht, eine bestimmte numerische Apertur der Strahlausbreitung beizubehalten. The relay optics allows to maintain a certain numerical aperture of the beam propagation.
  • [0019] [0019]
    Das endoskopische Sondenelement weist typischerweise ein starres lichtleitendes Medium auf, das ein hohles Objekt sein kann, das in sich einen Licht leitweg definiert, oder ein Objekt sein kann, das aus einem lichtleitenden Material gemacht ist, zB einem Glaskörper oder einem Glasrohr. The endoscopic probe member typically comprises a rigid light-guiding medium on which can be a hollow object defining within itself a light route, or may be an object that is made of a light-conducting material, for example a glass body or a glass tube. An seinem Ende weist die endoskopische Sonde typischerweise einen Spiegel der Art auf, der eine interne Totalreflexion sicherstellt und der folglich die einfallenden Lichtstrahlen auf den Abschnitt von Zähnen At its end, the endoscopic probe typically on a mirror of the kind ensuring a total internal reflection and thus the incident light rays onto the portion of teeth 26 26 lenkt. deflected. Das Endoskop The endoscope 46 46 emittiert folglich eine Mehrzahl von einfallenden Lichtstrahlen consequently emits a plurality of light beams incident 48 48 , die auf die Oberfläche des Abschnitts von Zähnen auftreffen. Impinging on the surface of the portion of teeth.
  • [0020] [0020]
    Die einfallenden Lichtstrahlen The incident light beams 48 48 bilden eine Anordnung von Lichtstrahlen, die in einer XY-Ebene in dem kartesischen Rahmen forming an array of light beams in an XY plane in the Cartesian frame 50 50 angeordnet sind und die sich entlang der Z-Achse ausbreiten. are arranged and propagating along the z-axis. Da die Oberfläche, auf welche die einfallenden Lichtstrahlen auftreffen, eine unebene Oberfläche ist, sind die beleuchteten Flecken Since the surface on which impinge the incident light rays, is an uneven surface, the illuminated spots 52 52 an unterschiedlichen (X i , Y i ) Orten entlang der Z-Achse voneinander versetzt. at different (X i, Y i) locations along the Z-axis offset from one another. Während ein Fleck an einem Ort im Fokus des optischen Elements While a spot at a place in the focus of the optical element 42 42 sein kann, können folglich Flecke an anderen Orten außerhalb des Fokus sein. may thus stains may be other places out of focus. Darum wird die Lichtintensität der zurückgestrahlten Lichtstrahlen (siehe unten) der Flecke im Fokus an ihrem Spitzenwert sein, während die Lichtintensität bei anderen Flecken außerhalb des Spitzenwerts sein wird. Therefore, the light intensity of the reflected light rays (see below) of the spots in focus at its peak be, while the light intensity in other spots will be outside of the peak value. Folglich werden für jeden beleuchteten Fleck eine Mehrzahl von Messungen der Lichtintensität an unterschiedlichen Positionen entlang der Z-Achse und für jeden derartigen (X i , Y i ) Ort durchgeführt, wobei typischerweise die Ableitung der Intensität über die Distanz (Z) durchgeführt wird, wobei das Z i , das ein abgeleitetes Maximum ergibt, die Fokusdistanz Z 0 ist. Accordingly, a plurality, for each illuminated spot carried out by measurements of the light intensity at different positions along the Z-axis and for each such (X i, Y i) place, typically the derivative of the intensity over distance (Z) is carried out, wherein Z i, which yields a derivative maximum, the focus distance Z 0. Wie zuvor dargelegt wurde, wo das einfallende Licht in Folge der Verwendung des punktuell unterbrochenen Spiegels As previously set forth, where the incident light due to the use of the selectively interrupted mirror 40 40 , eine Lichtscheibe auf der Oberfläche bildet, wenn es sich außerhalb des Fokus befindet, und nur einen vollständigen Lichtfleck bildet, wenn es sich im Fokus befindet, wird die Ableitung über die Distanz größer sein, wenn sie sich der Fokusposition nähert, was folglich die Genauigkeit der Messung vergrößert. A lens form on the surface when it is out of focus, and only a complete light spot forms when it is in focus, the derivative over the distance will be greater when the focus position approaches, thus the accuracy the measurement increases.
  • [0021] [0021]
    Das von jedem der Lichtflecken gestreute Licht umfasst einen Strahl, der sich anfänglich auf der Z-Achse entlang der entgegengesetzten Richtung des optischen Wegs bewegt, der durch die einfallenden Lichtstrahlen zurückgelegt wurde. The scattered light from each of the light spots includes a beam which initially moves along the Z axis along the opposite direction of the optical path that has been traveled by the incident light beams. Jeder zurückgestrahlte Lichtstrahl Each light reflected beam 54 54 korrespondiert mit einem der einfallenden Lichtstrahlen corresponds to one of the incident light beams 36 36 . , Angesichts der unsymmetrischen Eigenschaften des Spiegels Given the unsymmetrical properties of mirror 40 40 werden die zurückgestrahlten Lichtstrahlen in Richtung der Detektionsoptik reflektiert, die allgemein mit dem Bezugszeichen the retroreflected light rays are reflected toward the detection optics, generally by the reference numeral 60 60 bezeichnet ist. is called. Die Detektionsoptik weist einen Polarisator The optical detection system includes a polarizer 62 62 auf, der eine Ebene einer bevorzugten Polarisation hat, die normal zu der Ebenenpolarisation des Polarisators on, which has a plane of a preferred polarization normal to the polarization plane of the polarizer 32 32 orientiert ist. is oriented. Der zurückgestrahlte polarisierte Lichtstrahl The backscattered polarized light beam 54 54 verläuft durch eine Abbildungsoptik passes through an imaging optical system 64 64 , typischerweise eine Linse oder eine Mehrzahl von Linsen, und dann durch eine Matrix , Typically a lens or a plurality of lenses, and then by a matrix 66 66 , die eine Anordnung von kleinen Löchern aufweist. Which has an array of small holes. Die CCD-Kamera hat eine Anordnung von Erfassungselementen, die je ein Pixel des Bildes repräsentieren, wobei jedes einzelne mit einem kleinen Loch in der Matrix The CCD camera has an array of sensing elements each representing a pixel of the image, each with a small hole in the matrix 66 66 korrespondiert. corresponds.
  • [0022] [0022]
    Die CCD-Kamera ist mit dem Bildaufnahmemodul The CCD camera is connected to the image capture module 80 80 einer Prozessoreinheit a processor unit 24 24 verbunden. connected. Folglich wird jede in jedem der Erfassungselemente der CCD-Kamera gemessene Lichtintensität dann durch den Prozessor in einer nachstehend zu beschreibenden Weise erfasst und analysiert. Consequently, each measured in each of the sensing elements of the CCD camera light intensity is then detected by the processor in a manner to be described hereinafter and analyzed.
  • [0023] [0023]
    Die Einheit The unit 22 22 weist ferner ein Steuerungsmodul further comprises a control module 70 70 auf, das mit einer Steuereinrichtung sowohl eines Halbleiterlasers in that a control device both a semiconductor laser 28 28 als auch eines Motors and a motor 72 72 verbunden ist. is connected. Der Motor The engine 72 72 ist mit der telezentrischen konfokalen Optik with the telecentric confocal optics 42 42 zum Verändern des relativen Ortes der Fokusebene der Optik for changing the relative location of the focal plane of the optic 42 42 entlang der Z-Achse gekoppelt. coupled along the Z-axis. Bei einer einzelnen Betriebssequenz veranlasst ein Steuerungsmodul In a single operation sequence causes a control module 70 70 den Motor the motor 72 72 , das optische Element zu verschieben, um den Ort der Fokusebene zu verändern und dann, nach Empfang einer Rückkopplung, dass sich der Ort geändert hat, veranlasst das Steuerungsmodul To move the optical element to change the location of the focal plane and then, after receipt of a feedback that the location has changed, causing the control module 70 70 den Laser the laser 28 28 , einen Lichtpuls zu erzeugen. To produce a light pulse. Gleichzeitig wird es ein Bilderfassungsmodul At the same time it is an image acquisition module 80 80 synchronisieren, um Daten zu erfassen, die für die Lichtintensität von jedem der Erfassungselemente repräsentativ sind. Sync to capture data representative of the light intensity of each of the sensing elements. Bei den nachfolgenden Sequenzen wird sich die Fokusebene in der gleichen Weise ändern, und die Datenerfassung wird über einen breiten Fokusbereich einer Optik In the following sequences the focal plane will change in the same manner, and the data acquisition is over a wide focal range of optics 44 44 , . 44 44 fortgeführt. continued.
  • [0024] [0024]
    Ein Bilderfassungsmodul An image detection module 80 80 ist mit einer CPU is connected to a CPU 82 82 verbunden, die dann die relative Intensität eines jeden Pixel über den gesamten Bereich der Fokusebenen der Optik connected, then the relative intensity of each pixel over the entire range of focal planes of optics 42 42 , . 44 44 bestimmt. determined. Wie oben beschrieben ist, wird die gemessene Intensität maximal, sobald sich ein bestimmter Lichtfleck im Fokus befindet. As described above, the measured intensity becomes maximum, as soon as a certain light spot is in focus. Folglich kann für jedes Pixel durch Bestimmen des Z i , das der maximalen Lichtintensität entspricht, oder durch Bestimmen des Maximums der Ableitung der Lichtintensität nach dem Abstand die relative Position eines jeden Lichtflecks entlang der Z-Achse bestimmt werden. Can thus be determined for each pixel by determining the Z i corresponding to the maximum light intensity, or by determining the maximum of the derivative of the light intensity according to the distance, the relative position of each light spot along the Z axis. Folglich können Daten erhalten werden, die für das dreidimensionale Muster einer Oberfläche in dem Abschnitt von Zähnen repräsentativ sind. Consequently, data can be obtained which are representative of the three-dimensional pattern of a surface in the section of teeth. Diese dreidimensionale Repräsentation kann auf einer Anzeigeeinrichtung This three-dimensional representation on a display device may 84 84 angezeigt werden und zur Betrachtung, beispielsweise zur Betrachtung aus unterschiedlichen Winkeln, zum Heranzoomen oder zum Herauszoomen, durch das Benutzersteuerungsmodul display and for viewing, for example, for viewing from different angles, to zoom in or zoom out, through the user control module 86 86 (typischerweise eine Computertastatur) manipuliert werden. (Typically a computer keyboard) to be manipulated. Zusätzlich können Daten, die für die Oberflächentopologie repräsentativ sind, über einen geeigneten Datenanschluss, zB ein Modem In addition, data that is representative of the surface topology may, via a suitable data connection, such as a modem 88 88 , über ein beliebiges Kommunikationsnetz, zB eine Telefonleitung Via any communication network, such as a telephone line 90 90 , an einen Empfänger (nicht gezeigt), zB an eine CAD/CAM-Einrichtung (nicht gezeigt), die sich an einem anderen Ort befindet, gesendet werden. To a receiver (not shown), for example to a CAD / CAM apparatus (not shown), which is located at a different location, to be sent.
  • [0025] [0025]
    Durch das Aufnehmen eines Bildes auf diese Weise aus zwei oder mehr Winkellagen um die Struktur, zB in dem Fall eines Abschnitts von Zähnen aus der buccalen Richtung, aus der lingalen Richtung und optional von oberhalb der Zähne, kann eine genaue dreidimensionale Repräsentation des Abschnitts von Zähnen rekonstruiert werden. By picking up an image in this manner from two or more angular positions around the structure, for example in the case of a portion of teeth from the buccal direction, from the lingalen direction and optionally from above the teeth, an accurate three-dimensional representation of the portion of teeth be reconstructed. Dies kann eine virtuelle Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur in einer computerisierten Umgebung oder eine physikalische Rekonstruktion in einer CAD/CAM-Einrichtung ermöglichen. This may allow a virtual reconstruction of the three-dimensional structure in a computerized environment or a physical reconstruction in a CAD / CAM facility.
  • [0026] [0026]
    Wie zuvor schon betont wurde, ist eine spezielle und bevorzugte Anwendung ein Abbilden eines Abschnitts von Zähnen mit mindestens einem fehlenden Zahn oder eines Bereichs eines Zahns, und das Bild kann dann für die Konstruktion und nachfolgende Herstellung einer Krone oder einer beliebigen anderen Prothese verwendet werden, die in diesen Abschnitt einzupassen ist. As previously already pointed out, a special and preferred application is a mapping of a portion of teeth with at least one missing tooth or a portion of a tooth, and the image can then be used for the design and subsequent manufacture of a crown or any other prosthesis, to be fitted in this section.
  • [0027] [0027]
    Es wird jetzt auf It is on now 2A 2A und and 2B 2B Bezug genommen, die ein Sondenelement Reference is made, the probe element 90 90 gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellen. represent accordance with a presently preferred embodiment of the invention. Das Sondenelement Said probe member 90 90 ist aus einem lichtdurchlässigen Material, typischerweise Glas, gemacht und ist aus einem vorderen Abschnitt is made of a light-transmissive material, typically glass made, and is made of a front portion 91 91 und einem hinteren Abschnitt and a rear portion 92 92 zusammengesetzt, die eng miteinander in einer optisch durchlässigen Weise bei assembled at the closely in an optically transmissive way 93 93 miteinander verklebt sind. are glued together. Eine abgeschrägte Fläche A tapered surface 94 94 ist mit einer totalreflektierenden Spiegelschicht is a totally reflecting mirror layer 95 95 bedeckt. covered. Eine Glasscheibe A glass pane 96 96 , die eine Erfassungsoberfläche , The detection surface a 97 97 definiert, ist an der Unterseite in einer Weise angeordnet, die einen Luftspalt defined, is arranged at the bottom in a way that an air gap 98 98 bestehen lässt. can exist. Die Scheibe wird durch eine nicht gezeigte Halterungstruktur in der Position bestimmt. The disc is determined by a not shown support structure in the position. Drei Lichtstrahlen Three light beams 99 99 sind schematisch dargestellt. are shown schematically. Wie erkannt werden kann, treffen sie an den Wänden des Sondenelements unter einen Winkel auf, bei dem die Wände total reflektierend sind und treffen schließlich auf einen Spiegel As can be seen, they take on the walls of the probe element at an angle to where the walls are totally reflective and eventually take on a mirror 94 94 auf und werden von dort durch die Erfassungsfläche to and from there through the detection surface 97 97 hindurch weg reflektiert. through reflecting off. Die Lichtstrahlen fokussieren auf einer Fokusebene The light rays focus on a focal plane 100 100 , deren Position mit der Fokussierungsoptik (nicht in dieser Figur gezeigt) geändert werden kann. Whose position with the focusing optics (not shown in this figure) can be changed.
  • [0028] [0028]
    Es wird jetzt auf It is on now 3 3 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer endoskopischen Sonde gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist. Reference is made, which is a schematic illustration of an endoscopic probe in accordance with an embodiment of the invention. Die endoskopische Sonde, die allgemein mit dem Bezugszeichen The endoscopic probe, generally designated by the reference numeral 101 101 bezeichnet ist, weist einen Schaft is referred to, has a shaft 102 102 auf, der einen Lichtleitweg definiert (der zB einen leeren länglichen Raum enthält, aus einem lichtleitenden Material gemacht ist oder einen Innenraum aufweist, der aus einem lichtleitendem Material gemacht ist). on which a conduction path defined (for example, contains an empty longitudinal space, is made of a light conducting material or has an interior that is made of a light-conducting material). Eine Sonde A probe 102 102 hat ein wannenartiges Sondenende has a trough-like probe end 104 104 mit zwei seitlichen Sondenelementen with two lateral probe elements 106 106 und and 108 108 und einem oberen Sondenelement and an upper probe member 110 110 . , Die optischen Fasern haben lichtemittierende Enden in Elementen The optical fibers have light ends in elements 106 106 , . 108 108 und and 110 110 , wodurch das Licht in einer Richtung emittiert wird, die normal zu den Ebenen ist, die durch diese Elemente in Richtung des Inneren der wannenartigen Struktur Whereby the light is emitted in a direction which is normal to the planes defined by these members towards the interior of the trough-like structure 104 104 definiert werden. be defined. Die Sonde wird über einen Abschnitt von Zähnen The probe is a portion of teeth 120 120 platziert, der in dem dargestellten Fall aus zwei Zähnen placed, in the illustrated case of two teeth 122 122 und and 124 124 und einem Stempel and a punch 126 126 eines Zahns zum Platzieren einer Krone darauf besteht. a tooth for placing a crown insists. Eine derartige Sonde wird das gleichzeitige Abbilden der Oberflächentopologie des Abschnitts von Zähnen aus drei Winkeln und nachfolgend das Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur dieses Abschnitts ermöglichen. Such a probe will allow simultaneous imaging the surface topology of the portion of teeth from three angles and then generating a three-dimensional structure of this section.
  • [0029] [0029]
    Es wird jetzt auf It is on now 4 4 Bezug genommen. Reference is made. In dieser Figur ist eine Anzahl von Komponenten einer Vorrichtung, die generell mit dem Bezugszeichen In this figure, a number of components of a device which generally by the reference numeral 150 150 bezeichnet ist, gemäß einer anderen Ausführungsform gezeigt. is designated, shown according to another embodiment. Andere nicht gezeigte Komponenten können jenen der in Other components are not shown to those in the 1 1 gezeigten Ausführungsform ähneln. similar to the embodiment shown. Bei dieser Vorrichtung ist ein Ursprungslichtstrahl In this device, a light beam originating 152 152 eine Kombination von Licht, das von einer Anzahl von Laserlichtemittern a combination of light emitted from a plurality of laser light emitters 154A 154A , . 154B 154B und and 154C 154C emittiert wird. is emitted. Eine optische Aufspreizeinheit An optical Aufspreizeinheit 156 156 spreizt den einzelnen Ursprungsstrahl in eine Anordnung von einfallenden Lichtstrahlen spreads each source beam into an array of incident light beams 158 158 auf. on. Einfallende Lichtstrahlen verlaufen durch einen unidirektionalen Spiegel Incident light rays pass through a one-way mirror 160 160 und dann durch eine Optikeinheit and then through an optical unit 162 162 in Richtung eines Objekts in the direction of an object 164 164 . ,
  • [0030] [0030]
    Die verschiedenen Lichtanteile, die den Ursprungstrahl The various light components that the original beam 152 152 zusammensetzen, können zB unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, wobei von jedem der Laseremitter composed, for example, different wavelengths, said of each of the laser emitter 154A 154A - - 154C 154C eine unterschiedliche Wellenlänge gesendet wird. a different wavelength is transmitted. Folglich wird der Ursprungslichtstrahl Consequently, the origin of the light beam is 152 152 und jeder der einfallenden Lichtstrahlen and each of the incident light beams 158 158 aus drei verschiedenen Lichtanteilen zusammengesetzt sein. be composed of three different light components. Das Abbild der Optik oder einer optischen Anordnung, die jedem der Lichtemitter zugeordnet ist, kann derart gestaltet sein, dass jeder Lichtanteil auf einer unterschiedlichen Ebene P A , P B bzw. The image of the optics, or an optical arrangement associated with each of the light emitters may be configured such that each light component on a different plane P A, P B and P C fokussiert. P C focused. Folglich trifft in der in Consequently, meets in the in 3 3 gezeigten Position ein einfallender Lichtstrahl position shown an incident light beam 158A 158A auf die Oberfläche an einem Fleck on the surface in one spot 170A 170A auf, der in der spezifischen optischen Anordnung der Optik in which in the specific optical arrangement of optics 162 162 in dem Fokuspunkt für einen Lichtanteil A ist (der durch den Lichtemitter is in the focal point for a light component A (which by the light emitter 154A 154A emittiert wird). emitted). Folglich erreicht der zurückgestrahlte Lichtstrahl Consequently reached the retroreflected beam 172A 172A , der durch eine Detektionsoptik , Which by detection optics 174 174 verläuft, eine gemessene Maximalintensität des Lichtanteils A, der durch eine zweidimensionale Anordnung von Spektralphotometern runs, a measured maximum intensity of the light portion A, formed by a two-dimensional array of spectrophotometers 176 176 , beispielsweise einer CCD-Kamera aus drei Chips, gemessen wird. Such as a CCD camera from three chips, is measured. Ähnlich werden unterschiedliche Maximalintensitäten für Flecken Similarly, different maximum intensities for stains 170B 170B und and 170C 170C für Lichtanteile B bzw. C erreicht. reached for the light components B and C respectively.
  • [0031] [0031]
    Folglich kann durch Verwenden unterschiedlicher Lichtanteile, die gleichzeitig je auf eine unterschiedliche Ebene fokussiert sind, die Messzeit reduziert werden, da verschiedene Fokusebenenbereiche gleichzeitig gemessen werden können. Consequently, by using different light components, which are at the same time each focused on a different plane, the measuring time can be reduced as different focal plane ranges can simultaneously be measured.
Classifications
International ClassificationA61C13/00, G01B11/24, A61B5/107, A61B1/24, A61C9/00
Cooperative ClassificationA61B1/00096, A61C5/77, A61B1/06, A61C9/0066, G01B11/24, A61B5/1077, A61C9/0053, A61B5/4547, A61C13/0004, G01B11/25, A61B5/0088, A61B5/0064, A61B1/24
European ClassificationA61B5/00P1A, A61C13/00C1, G01B11/24, A61B5/107L, A61B5/00P12D, G01B11/25, A61C9/00E3L5