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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE69928453 T3
Publication typeGrant
Application numberDE1999628453
Publication date27 Dec 2012
Filing date5 Aug 1999
Priority date5 Aug 1998
Also published asDE69920023D1, DE69920023T2, DE69928453D1, DE69928453T2, 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 number1999628453, 99628453, DE 69928453 T3, DE 69928453T3, DE-T3-69928453, DE1999628453, DE69928453 T3, DE69928453T3, DE99628453
InventorsNoam Babayoff, Isaia Glaser-Inbari
ApplicantCadent Ltd.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Vermessen eines dreidimensionalen Körpers durch konfokale Fokussierung mit einem Spiegel mit zentraler Apertur Measuring a three-dimensional body by confocal focusing with a mirror with a central aperture translated from German
DE 69928453 T3
Abstract  available in
Images(4)
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Claims(17)  translated from German
  1. 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 Platzieren proximal zum Zahnbereich ( ) For placing proximal to the posterior region ( 26 26 ); ); eine Beleuchtungseinheit ( an illumination unit ( 28 28 , . 32 32 , . 34 34 , . 38 38 ) zum Bereitstellen einer Anordnung von Auflicht-Strahlen ( ) For providing an array of incident radiation ( 48 48 ), welche zu dem Zahnbereich ( ), Which to the posterior region ( 26 26 ) entlang einem optischen Pfad durch das Sondenelement ( ) Along an optical path through the probe element ( 90 90 ) übertragen werden, um beleuchtete Punkte ( ) Will be transmitted to illuminated points ( 52 52 ) auf dem Bereich zu erzeugen; ) To produce on the area; eine lichtfokussierende Optik ( a light focusing optics ( 42 42 , . 44 44 ), welche eine oder mehrere fokale Ebenen vor der Abschlussfläche bei einer durch die Optik veränderbaren Position definiert, wobei jeder Lichtstrahl seinen Fokus ( ) Defining one or more focal planes in front of the end surface at a position changeable by the optics, each light beam its focus ( 52 52 ) auf einer der fokalen Ebenen hat; ) Has on one of the focal planes; ein Translationsmechanismus ( a translation mechanism ( 70 70 , . 72 72 ) zum Verlagern der fokalen Ebenen relativ zum Zahnbereich ( ) For displacing the focal planes relative to the posterior region ( 26 26 ) entlang einer Achse (Z), welche definiert ist durch die Ausbreitung der Auflicht-Strahlen ( ) Along an axis (Z), which is defined by the propagation of the incident light rays ( 48 48 ); ); einen Detektor ( a detector ( 60 60 ) mit einer Anordnung ( ) Having an array ( 68 68 ) von Erfassungselementen zum Messen der Intensität von jedem einer Mehrzahl von abbildenden Lichtstrahlen, welche von den Punkten zurückkehren und sich entlang eines optischen Pfads ausbreiten, welcher entgegengesetzt zu dem der Auflicht-Strahlen ist; ) Of sensing elements, which is opposite to that of the incident beam is to measure the intensity of each of a plurality of imaging light rays return of the points and propagate along an optical path; einen Spiegel ( a mirror ( 49 49 ), welcher zwischen der Beleuchtungseinheit ( ) Positioned between the illumination unit ( 18 18 , . 32 32 , . 34 34 , . 38 38 ) und der lichtfokussierenden Optik ( ) And the light focusing optics ( 42 42 , . 44 44 ) vorgesehen ist, wobei der Spiegel ( Is), wherein the mirror ( 40 40 ) eine zentrale Apertur hat und die Auflicht-Strahlen in Richtung der lichtfokussierenden Optik ( ) Has a central aperture and the incident-beam direction in the light-focusing optics ( 42 42 , . 44 44 ) hindurchlassen kann und die abbildenden Lichtstrahlen zu dem Detektor ( ) Capable of transmitting and the imaging light beam to the detector ( 60 60 ) mittels einer Fläche des Spiegels, welche die Apertur umgibt, reflektieren kann; ) Can by means of a surface of the mirror surrounding said aperture, reflect; einen mit dem Detektor verbundenen Prozessor ( a detector connected to the processor ( 24 24 ) zum Bestimmen für jeden Lichtstrahl einer punktspezifischen Position, welche die Position der entsprechenden Fokalebene der einen oder mehreren Fokalebenen ist, welche die maximale gemessene Intensität des zurückgekehrten Lichtstrahls ergeben, und zum Erzeugen, basierend auf den punktspezifischen Positionen, von Daten, welche repräsentativ für die Topologie des Bereichs sind. ) For determining 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 give the maximum measured intensity of the returned light beam, and for generating, based on the point-specific items of data representative of the topology of the area are.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Sondenelement ( The apparatus of claim 1, wherein the probe element ( 90 90 ) die Form eines gestreckten transparenten Körpers mit einer Vorderfläche, einem Endspiegel ( ) Has the shape of an elongated transparent body having a front surface, an end mirror ( 95 95 ) und sich dazwischen erstreckenden Wänden oben, unten und seitlich hat, wobei die Erfassungsabschlussfläche ( ) And extending therebetween walls above, below and to the side, wherein the sensing end surface ( 97 97 ) mit der äußeren Fläche der Unterwand benachbart dem Endspiegel assoziiert ist, wobei die Unterwand einen Vorderbereich hat, welcher sich einwärts von der Vorderfläche quer zu der Oberwand erstreckt und einen mit der Oberwand im Wesentlichen kodirektional ausgerichteten Bereich hat, wobei die Vorderfläche bezüglich der Oberwand geneigt ist. ) Is adjacent to the outer surface of the bottom wall associated end mirror, said bottom wall has a front region which extends inwardly from said front face transversely to said top wall and has a with the upper wall substantially co-directional aligned portion, wherein the front surface inclined with respect to the top wall is.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erfassungsabschlussfläche ( Apparatus according to claim 2, wherein said detecting end surface ( 97 97 ) in Form einer transparenten Platte ( ) In the form of a transparent plate ( 96 96 ) ist, welche an der Außenfläche der Unterwand befestigt und durch eine Luftlücke ( ) Is, which is fixed to the outer surface of the bottom wall and through an air gap ( 98 98 ) davon beabstandet ist. ) Is spaced therefrom.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Beleuchtungseinheit eine Quelle ( The apparatus of claim 1, wherein the illumination unit comprises a source ( 28 28 ) aufweist, welche einen Stamm-Lichtstrahl und einen Strahlteiler ( ) Which a master light beam and a beam splitter ( 38 38 ) zum Teilen des Stamm-Strahls in die Anordnung aus Auflicht-Strahlen aufweist. ) For parts of the stem-beam in the arrangement of incident light rays.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Beleuchtungseinheit eine Gitter- oder Mikrolinsen-Anordnung ( Apparatus according to claim 4, wherein the illumination unit comprises a grating or microlens array ( 38 38 ) aufweist. ) Has.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend einen Polarisator ( Device according to one of claims 1 to 5, comprising a polarizer ( 32 32 ) zum Polarisieren der Auflicht-Strahlen. ) To polarize the incident light rays.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, aufweisend einen Polarisationsfilter ( Apparatus according to claim 6, comprising a polarization filter ( 62 62 ) zum Ausfiltern von Lichtkomponenten der zurückgekehrten Lichtstrahlen mit der Polarisation der Auflicht-Strahlen. ) For filtering out light components of the returned light beams with the polarization of the incident light rays.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die Beleuchtungseinheit mindestens zwei Lichtquellen ( Device according to one of claims 1 to 7, wherein the illumination unit comprises at least two light sources ( 154A 154A , . 154B 154B , . 154C 154C ) aufweist und bei welcher jeder Auflicht-Strahlen aus Lichtkomponenten von den mindestens zwei Lichtquellen gebildet ist. ), And wherein each incident beam is formed of light components of the at least two light sources.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die mindestens zwei Lichtquellen Lichtkomponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren. The apparatus of claim 8, wherein the at least two light sources emitting light components having different wavelengths.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die lichtfokussierende Optik eine unterschiedliche Fokalebene für jede Lichtkomponente definiert und der Detektor unabhängig die Intensität jeder Lichtkomponente detektiert. The apparatus of claim 9, wherein said light focusing optics defines a different focal plane for each light component and the detector independently detects the intensity of each light component.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die mindestens zwei Lichtquellen so angeordnet sind, dass optische Pfade unterschiedlicher Längen für die Auflicht-Strahlen definiert werden, welche durch jede der mindestens zwei Lichtquellen emittiert werden. The apparatus of claim 8, wherein the at least two light sources are arranged so that optical paths of different lengths for the incident light beams are defined, which are emitted by each of the at least two light sources.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher die lichtfokussierende Optik ( Device according to one of claims 1 to 11, wherein said light focusing optics ( 42 42 ) in einem telezentrischen konfokalen Modus arbeitet. ) Operates in a telecentric confocal mode.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher die lichtfokussierende Optik optische Fasern aufweist. Device according to one of claims 1 to 12, wherein said light focusing optics comprises optical fibers.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher die Sensorelemente eine Anordnung ( Device according to one of claims 1 to 13, wherein the sensor elements, an arrangement ( 68 68 ; ; 176 176 ) von Ladungskoppelelementen (CCD) sind. ) Of charge coupled device (CCD) is.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Detektoreinheit eine Lochblendenanordnung ( The apparatus of claim 15, wherein the detector unit comprises a pinhole array ( 66 66 ) aufweist, wobei jede Lochblende mit einer der CCDs in der CCD-Anordnung korrespondiert. ), Each pinhole corresponds to one of the CCDs in the CCD array.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend eine Einrichtung ( Device according to one of claims 1 to 15, comprising means ( 24 24 ) zum Erzeugen von Daten für die Übertragung zu einer CAD/CAM-Vorrichtung. ) For generating data for transmission to CAD / CAM device.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, aufweisend eine Kommunikationsschnittstelle ( The apparatus of claim 16, comprising a communication interface ( 88 88 ) eines Kommunikationsmediums. ) Of a communication medium.
Description  translated from German
  • GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
  • [0001] [0001]
    Diese Erfindung ist im Gebiet der bildgebenden Verfahren und bezieht sich auf ein Gerät zur Bestimmung der Oberflächentopologie eines Zahnbereichs. This invention is in the field of imaging techniques and relates to a device for determining the surface topology of a tooth area.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
  • [0002] [0002]
    Eine große Anzahl Verfahren und Systeme wurden entwickelt für direkte optische Messung von Zähnen und der anschließenden automatischen Herstellung von Zahnersatz. A large number of methods and systems have been developed for direct optical measurement of teeth and the subsequent automatic manufacture of dentures. Der Ausdruck ”direkte optische Messung” bezeichnet das Vermessen von Zähnen in der Mundhöhle eines Patienten. The term "direct optical measurement" denotes the measurement of teeth in the oral cavity of a patient. Dies erleichtert das Erhalten von digitalen Konstruktionsdaten, welche notwendig sind für computer-assisted design (CAD) oder computer-assisted manufacture (CAM) von Zahnersatz ohne die Notwendigkeit, einen Abdruck der Zähne gießen zu müssen. This makes it easier to obtain digital design data which are necessary for computer-assisted design (CAD) or computer-assisted manufacture (CAM) of dentures without the need to have to water an imprint of the teeth. Solche Systeme umfassen typischerweise eine optische Sonde gekoppelt mit einer optischen Erfassungseinrichtung oder einem optischen Empfänger, z. B. ein CCD (charge coupled device) und einen Prozessor, welcher eine geeignete Bildverarbeitungstechnik implementiert, um das gewünschte Produkt virtuell zu entwerfen und herzustellen. Such systems typically comprise an optical probe coupled to an optical detector or an optical receiver, eg. As a CCD (Charge Coupled Device) and a processor which implements a suitable image processing technique to design and produce the desired product virtually.
  • [0003] [0003]
    Ein konventionelles Verfahren dieser Art basiert auf einem Laser-Triangulationsverfahren zur Messung des Abstands zwischen der Oberfläche des Zahns und der optischen Abstandssonde, welche in die Mundhöhle des Patienten eingebracht wird. A conventional method of this type is based on a laser-triangulation method for measurement of the distance between the surface of the tooth and the optical distance probe, which is introduced into the oral cavity of the patient. Der Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht im Folgenden. The main disadvantage of this method consists in the following. Es wird angenommen, dass die Oberfläche des Zahns optimal reflektiert, z. B. mit Lambert-Reflexion. It is believed that the surface of the tooth reflects optimally, z. B. Lambert with reflection. Unglücklicherweise ist dies in der Praxis nicht der Fall, und die erhaltenen Daten sind häufig ungenau. Unfortunately, this is in practice not the case, and the obtained data are often inaccurate.
  • [0004] [0004]
    Andere Techniken, welche in den CEREC-1 und CEREC-2 Systemen, im Handel von der Siemens GmbH oder von den Sirona Dental Systemen erhältlich, ausgeführt sind, verwenden das Lichtschnittverfahren bzw. das Phasenverschiebungsverfahren. Other techniques that are performed in the CEREC 1 and CEREC 2 systems, commercially available from Siemens GmbH or by Sirona Dental Systems available, using the light-section method and the phase shift method. Beide Systeme verwenden eine speziell entworfene in der Hand haltbare Sonde, um die dreidimensionalen Koordinaten eines präparierten Zahns zu messen. Both systems employ a specially designed hand-holdable probe to measure the three-dimensional coordinates of a prepared tooth. Diese Verfahren benötigen jedoch eine spezifische Beschichtung (dh Messpulver bzw. eine weiße Pigmentsuspension), die auf den Zahn aufgebracht werden muss. However, these methods require a specific coating (ie, measuring powder or a white pigment suspension), which must be applied to the tooth. Die Dicke der Beschichtung sollte spezifische, schwer zu erfüllende Anforderungen erfüllen, was zu Ungenauigkeiten der Messdaten führt. The thickness of the coating should meet specific, hard-to-meet requirements, leading to inaccuracies in the measured data.
  • [0005] [0005]
    In einem weiteren Verfahren basiert das Kartieren der Zahnoberfläche auf einem physikalischen Abtasten der Oberfläche durch eine Sonde und durch Bestimmen der Sondenposition, z. B. durch optische oder andere entkoppelte Verfassungseinrichtungen, so dass die Oberfläche abgebildet werden kann. In another method, the mapping of the tooth surface is based on a physical scanning of the surface by a probe and by determining the probe position, for. Example, by optical or other means decoupled constitution, so that the surface can be imaged.
  • [0006] [0006]
    US. US. Patent Nr. 5 372 502 Pat. No. 5,372,502 beschreibt eine optische Sonde für dreidimensionales Erfassen. describes an optical probe for detecting three-dimensional. Der Betrieb der Sonde basiert auf dem Folgenden: Verschiedene Muster werden auf den oder die zu messenden Zahn (Zähne) projiziert, und eine entsprechende Vielzahl von verzerrten Mustern werden durch die Sonde aufgenommen. The operation of the probe is based on the following: Various patterns are projected onto the tooth or to be measured (teeth), and a corresponding plurality of distorted patterns are captured by the probe. Jede Interaktion ermöglicht eine Verfeinerung der Topografie. Every interaction allows refinement of the topography.
  • Zusammenfassung der Erfindung Summary of the Invention
  • [0007] [0007]
    Die vorliegende Erfindung ist durch den unabhängigen Anspruch 1 gegeben. The present invention is defined by the independent claim 1.
  • [0008] [0008]
    Eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform betrifft die Bildgebung einer dreidimensionalen Topologie eines Zahnsegments, insbesondere eines solchen, bei welchem ein Zahn oder mehrere Zähne fehlen. A preferred, non-limiting embodiment relates to the imaging of a three-dimensional topology of a toothed segment, in particular of such, in which a tooth or several teeth are missing. Dies kann die Erzeugung von Daten für die folgende Verwendung bei der Konstruktion und Herstellung von beispielsweise Prothesen eines Zahns oder mehrerer Zähne zum Einbau in das Zahnsegment ermöglichen. This can enable the generation of data for the subsequent use in the design and manufacture of prostheses, for example of a tooth or teeth to be fitted in the toothed segment. Besondere Beispiele sind die Herstellung von Kronen oder Brücken. Particular examples are the manufacture of crowns or bridges.
  • [0009] [0009]
    Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Oberflächentopologie eines Bereichs einer dreidimensionalen Struktur zur Verfügung gestellt, aufweisend: There is provided a method for determining the surface topology of a portion of a three-dimensional structure is available, comprising:
    • (a) Bereitstellen einer Anordnung von Auflicht-Strahlen, welche sich entlang einem optischen Pfad ausbreiten, welcher durch eine fokussierende Optik und eine Sondenfläche führt; (A) providing an array of incident light beams propagating along an optical path, which leads through a focusing optics and a probe surface; wobei die fokussierende Optik eine oder mehrere fokale Ebenen vor der Sondenfläche in einer durch die Optik veränderbaren Position definiert, wobei jeder Lichtstrahl einen Fokus auf einer der einen oder mehreren fokalen Ebenen hat; wherein the focusing optics defining one or more focal planes in front of the probe surface in a variable position by the optics, each light beam has a focus on one of the one or more focal planes; wobei die Strahlen eine Mehrzahl von beleuchteten Punkten auf der Struktur erzeugen; the beams generating a plurality of illuminated points on the structure;
    • (Zwei) Detektieren der Intensität der reflektierten Lichtstrahlen, welche sich von jedem dieser Punkte entlang einem optischen Pfad entgegengesetzt zu dem des Auflichts bewegen; (Two) move detecting the intensity of the reflected light beam which is opposite from each of these points along an optical path of the incident light of;
    • (c) mehrfaches Wiederholen der Schritte (a) und (b), wobei jedes Mal die Position der fokalen Ebene relativ zur Struktur verändert wird; (C) multiple repetition of steps (a) and (b), each time the position of the focal plane is changed relative to the structure; und and
    • (a) für jeden der beleuchteten Punkte Bestimmen einer punktspezifischen Position, welches die Position der entsprechenden fokalen Ebene ist und eine maximal gemessene Intensität eines entsprechenden reflektierten Lichtstrahls liefert; (A) provides for each of the illuminated spots determining a spot-specific position, which is the position of the corresponding focal plane, and a maximum measured intensity of a corresponding reflected light beam; und and
    • (b) basierend auf den bestimmten punktspezifischen Positionen Erzeugen von Daten, welche für die Topologie des Bereichs repräsentativ sind. (B) based on the determined spot-specific positions generating data representative of the topology of the area.
  • [0010] [0010]
    Eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Oberflächentopologie eines Bereichs einer dreidimensionalen Struktur wird zur Verfügung gestellt, aufweisend: A device for determining a surface topology of a portion of a three-dimensional structure is provided, comprising:
    • – ein Sondenelement mit einer Erfassungsfläche; - A probe element with a sensing surface;
    • – eine Beleuchtungseinheit zum Bereitstellen einer Anordnung von Auflicht-Strahlen, welche zu der Struktur entlang einem optischen Pfad durch das Sondenelement übertragen werden, um beleuchtete Punkte auf dem Bereich zu erzeugen; - An illumination unit for providing an array of incident light beams which are transmitted to the structure along an optical path through the probe element to generate illuminated spots on said area;
    • – eine Licht-fokussierende Optik, welche eine oder mehrere fokale Ebenen vor der Sondenfläche bei einer durch die Optik veränderbaren Position definiert, wobei jeder Lichtstrahl seinen Fokus auf einer der einen oder mehreren fokalen Ebenen hat; - A light focusing optics defining one or more focal planes in front of the probe surface at a position changeable by the optics, each light beam having its focus on one of the one or more focal planes;
    • – ein Translationsmechanismus, welcher mit der fokussierenden Optik gekoppelt ist, zum Verlagern der fokalen Ebenen relativ zu der Struktur entlang einer Achse, welche definiert ist durch die Ausbreitung der Auflicht-Strahlen; - A translation mechanism, which is coupled to the focusing lens, for displacing the focal planes relative to the structure along an axis, which is defined by the propagation of the incident light beams;
    • – einen Detektor mit einer Anordnung von Erfassungselementen zum Messen der Intensität von jedem einer Mehrzahl von abbildenden Lichtstrahlen, welche von den Punkten zurückkehren und sich entlang einem optischen Pfad ausbreiten, welche entgegengesetzt zu dem der Auflicht-Strahlen ist; - A detector having an array of sensing elements for measuring the intensity of each of a plurality of imaging light rays return of the points and propagate along an optical path, which to that of the incident beam is opposite;
    • – einen mit dem Detektor verbundenen Prozessor zum Bestimmen für jeden Lichtstrahl einer punktspezifischen Position, welche die Position der entsprechenden Fokalebene der einen oder mehreren Fokalebenen ist, welche die maximale gemessene Intensität des zurückgekehrten Lichtstrahls ergeben, und zum Erzeugen, basierend auf den punktspezifischen Positionen von Daten, welche repräsentativ für die Topologie des Bereichs sind. - An input connected to the detector processor for determining 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 give the maximum measured intensity of the returned light beam, and for generating, based on the point-specific items of data which are representative of the topology of the area.
  • [0011] [0011]
    Das Sondenelement, die Beleuchtungseinheit und die fokussierende Optik und der Translationsmechanismus sind vorzugsweise gemeinsam in einer Vorrichtung enthalten, typischerweise eine in der Hand haltbare Vorrichtung. The probe element, the illumination unit and the focusing optics and the translation mechanism are preferably contained together in a device, typically a hand-holdable device. Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise auch den Detektor. The apparatus preferably also includes the detector.
  • [0012] [0012]
    Die Bestimmung der punktspezifischen Positionen führt tatsächlich zur Bestimmung des Fokalabstands. The determination of the point-specific positions actually leads to the determination of the Fokalabstands. Die Bestimmung der punktspezifischen Position kann gemacht werden durch Messen der Intensität an sich, oder typischerweise durch Messen der Ableitung des Abstands (S) von der Intensitätskurve (I) (dI/dS) und Bestimmen der relativen Position, in welcher diese abgeleitete Funktion eine maximale Intensität anzeigt. The determination of the point-specific position can be made by measuring the intensity per se, or more typically by measuring the derivative of the distance (S) of the intensity curve (I) (dI / ds) and determining the relative position in which this derived function maximum intensity displays. Der Begriff ”punktspezifische Position (PSP)” wird verwendet werden, um die relative fokussierte Position zu bezeichnen, unabhängig von der Weise, auf welche sie bestimmt wurde. The term "point-in position (PSP)" will be used to denote the relative focus position, regardless of the manner in which it was determined. Es versteht sich, dass die PSP immer eine relative Position ist, da die absolute Position von der Position der Erfassungsfläche abhängt. It is understood that the PSP is always a relative position as the absolute position depending on the position of the sensing area. Die Erzeugung der Oberflächentopologie erfordert jedoch keine Kenntnis der absoluten Position, da alle Dimensionen im kubischen Betrachtungsfeld absolut sind. However, the generation of the surface topology does not require knowledge of the absolute position, since all dimensions in the cubic field of view are absolute.
  • [0013] [0013]
    Die PSP für jeden beleuchteten Punkt wird für unterschiedliche Punkte unterschiedlich sein. The PSP for each illuminated point will be different for different points. Die Position jedes Punkts in einem XY-Referenzsystem ist bekannt und durch Kenntnis der relativen Positionen der benötigten Fokalebene, um die maximale Intensität zu erhalten (nämlich durch Bestimmen der PSP), kann die Z-Koordinate oder Tiefenkoordinate mit jedem Punkt assoziiert werden und somit durch Kenntnis der XYZ-Koordinaten von jedem Punkt die Oberflächentopologie erzeugt werden. The position of each point in an XY reference system is known and by knowing the relative positions of the required focal plane, in order to obtain the maximum intensity (namely, by determining the PSP), the Z coordinate or depth coordinate can be associated and therefore with each point by knowledge of the XYZ-coordinates are generated by each point, the surface topology.
  • [0014] [0014]
    Um die Z-Koordinate (nämlich die PSP) von jedem beleuchteten Punkt zu bestimmen, wird die Position der Fokalebene über den gesamten Bereich der Tiefe oder Z-Komponente für den gemessenen Oberflächenbereich gescannt bzw. durchlaufen. Around the Z-coordinate (namely the PSP) to determine illuminated by every point, the position of the focal plane over the entire region of the depth or Z-component of the measured surface area is scanned or traversed. Gemäß einer weiteren Ausführungsform haben die Strahlen Komponenten, welche jeweils eine unterschiedliche Fokalebene haben. According to a further embodiment, the beam components, each having a different focal plane. So kann gemäß dieser letzteren Ausführungsform durch unabhängige Bestimmung der PSP für die unterschiedlichen Lichtkomponenten, z. B. zwei oder drei mit entsprechenden zwei oder drei Fokalebenen, die Position der Fokalebenen durch die fokussierende Optik geändert werden, um nur einen Teil des möglichen Tiefenbereichs zu durchlaufen, wobei alle Fokalebenen gemeinsam den erwarteten Tiefenbereich abdecken. Thus, according to this latter embodiment by independent determination of the PSP for the different light components such. As two or three with corresponding two or three focal planes, the position of the focal plane of the focusing optics can be modified to run through only a portion of the potential depth range with all focal planes together the expected depth range covered. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bestimmung der PSP ein Durchlaufen der Fokalebene von nur einem Teil des potenziellen Tiefenbereichs und für beleuchtete Punkte, bei welchen eine maximale beleuchtete Intensität nicht erreicht wurde, wird die PSP bestimmt durch Extrapolation von den gemessenen Werten oder durch andere mathematische Signalverarbeitungsverfahren. According to a further embodiment, the determination of PSP comprises a passage through the focal plane of only a portion of the potential depth range and for illuminated points at which a maximum illumination intensity is not achieved, the PSP is determined by extrapolation of the measured values or by other mathematical signal processing techniques ,
  • [0015] [0015]
    Die Erfindung ist geeignet zum Bestimmen einer Oberflächentopologie einer großen Vielzahl von dreidimensionalen Strukturen. The invention is suitable for determining a surface topology of a wide variety of three-dimensional structures. Eine bevorzugte Verwendung liegt in der Bestimmung der Oberflächentopologie eines Zahnbereichs. A preferred use is in the determination of the surface topology of a tooth portion.
  • [0016] [0016]
    Die Vorrichtung wird verwendet, um ein Objekt zu konstruieren, welches innerhalb der Struktur angepasst werden soll. The device is used to construct an object which is to be adjusted within the structure. Gemäß der obigen bevorzugten Ausführungsform ist ein solches Objekt mindestens ein Zahn oder ein Bereich eines Zahns, welcher in einem Zahnbereich fehlt. According to the above preferred embodiment, such an object at least one tooth or portion of a tooth, which is missing in a posterior region. Spezifische Beispiele umfassen eine an einem Zahnstumpf anzupassende Krone oder eine innerhalb der Zähne anzupassende Brücke. Specific examples include to be adapted to a tooth stump or a crown to be adjusted within the teeth bridge.
  • [0017] [0017]
    Die Mehrzahl von Auflicht-Strahlen werden erzeugt durch Aufteilen eines Stamm-Strahls. The majority of incident light rays are generated by splitting a parent beam. Alternativ kann jeder Auflicht-Strahl oder eine Gruppe von Auflicht-Strahlen von einer jeweils unterschiedlichen Lichtquelle ausgestrahlt werden. Alternatively, each incident-beam or a group of incident light rays are emitted from a respective different light source. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gelangt das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht durch eine Diffraktions- oder Refraktionsoptik, um die Anordnung von Lichtstrahlen zu erhalten. According to a preferred embodiment, the light emitted from the light source passes through a diffraction or Refraktionsoptik to obtain the array of light beams. Der Stamm-Strahl ist Licht, welches von einer einzelnen Lichtquelle ausgestrahlt wird. The parent beam of light which is emitted from a single light source. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der Stammstrahl aus unterschiedlichen Lichtkomponenten, welche durch unterschiedliche Lichtquellen erzeugt werden, wobei sich die unterschiedlichen Lichtkomponenten durch mindestens einen detektierbaren Parameter unterscheiden. According to a further embodiment, the master beam of light from different components, which are generated by different light sources, with the different light components differ by at least one detectable parameter. Solch ein Parameter kann beispielsweise Wellenlänge, Phase, unterschiedliche Dauer oder Pulsmuster, usw. sein. Such parameters can be, for example, wavelength, phase, different duration or pulse patterns, etc. Typischerweise hat jede der Lichtkomponenten ihren Fokus in einer Ebene mit unterschiedlichem Abstand von der Struktur im Vergleich zu den anderen Lichtkomponenten. Typically, each of the light components its focus in a plane with different distances from the structure in comparison to the other light components. In einem solchen Fall, wenn die Fokalebene der Optik geändert wird, werden simultan unterschiedliche Tiefenbereiche (oder Bereiche der Z-Komponente) durchlaufen (gescannt). In such a case, if the focal plane of the optical system is changed, different depth ranges are simultaneously (or portions of the Z component) through (scanned). In einem solchen Fall gibt es für jeden beleuchteten Punkt mindestens eine Lichtkomponente, welche eine maximale Intensität ergibt, und der Fokalabstand, welcher mit dieser Lichtkomponente assoziiert ist, definiert dann die Z-Komponente des jeweiligen Punkts. In such a case, there is for each illuminated point at least one light component, which results in a maximum intensity, and the focal distance, which is associated with this light component then defines the Z-component of the respective point.
  • [0018] [0018]
    Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Auflicht-Strahlen polarisiert. According to one embodiment of the invention, the incident light rays are polarized. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Vorrichtung typischerweise ein Polarisationsfilter zum Ausfiltern der reflektierten Lichtstrahlen, wobei die Lichtkomponenten die Polarisation des Auflichts haben, wodurch das Licht, welches erfasst wird, jenes ist, welches eine entgegengesetzte Polarisation zu der des Auflichts hat. According to this embodiment, the device typically comprises a polarization filter for filtering out the reflected light beams, wherein the light components having the polarization of the incident light, whereby the light which is detected, that is, which has an opposite polarization to that of the incident light.
  • [0019] [0019]
    Die Daten, welche für die Topologie repräsentativ sind, können für eine virtuelle Rekonstruktion der Oberflächentopologie verwendet werden, insbesondere für Rekonstruktion in einer Computerumgebung. The data are representative of the topology can be used for a virtual reconstruction of the surface topology, and in particular for reconstruction in a computer environment. Die rekonstruierte Topologie kann auf einem Bildschirm dargestellt werden, gedruckt werden, etc., was an sich allgemein bekannt ist. The reconstructed topology can be displayed on a screen, printed, etc., which is generally known per se. Ferner können die Daten, welche repräsentativ für die Topologie sind, auch für visuelle oder physikalische Konstruktion eines Objekts verwendet werden, welches in die Struktur eingepasst werden soll. Further, the data which are representative of the topology can be used for visual or physical construction of an object which is to be fitted into the structure. In dem Fall der oben erwähnten bevorzugten Ausführungsform, bei welchem die Struktur ein Zahnbereich mit mindestens einem fehlenden Zahn oder Zahnteil ist, ist das Objekt eine Prothese eines oder mehrerer Zähne, z. B. eine Krone oder eine Brücke. In the case of the above-mentioned preferred embodiment, in which the structure of a tooth region with at least one missing tooth or tooth part, the object is a prosthesis of one or more teeth, e.g., as a crown or a bridge.
  • [0020] [0020]
    Durch Bestimmen von Oberflächentopologien von benachbarten Bereichen, teilweise von zwei oder mehr unterschiedlichen Winkelpositionen relativ zur Struktur, und dann Kombinieren solcher Oberflächentopologien auf beispielsweise eine an sich bekannte Weise kann eine vollständige dreidimensionale Darstellung der gesamten Struktur erhalten werden. By determining surface topology of adjacent areas, partly from two or more different angular positions relative to the structure, and then combining these surface topologies, for example, a known manner, a complete three-dimensional representation of the entire structure can be obtained. Daten, welche für eine derartige Darstellung repräsentativ sind, können beispielsweise für eine virtuelle oder physikalische Rekonstruktion der Struktur verwendet werden, können an eine weitere Vorrichtung oder ein weiteres System eine derartige Rekonstruktion weitergegeben werden, z. B. an eine CAD/CAM-Vorrichtung. Data which are representative of such a representation can be used for a virtual or physical reconstruction of the structure, for example, such a reconstruction can be passed to another device or another system, such. As a CAD / CAM device. Typischerweise, aber nicht ausschließlich, umfasst die Vorrichtung der Erfindung eine Kommunikationsschnittstelle zur Verbindung mit einem Kommunikationsnetzwerk, welches ein Computernetzwerk sein kann, ein Telefonnetzwerk, ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk, etc. Typically, but not exclusively, the apparatus of the invention comprises a communication interface for connecting to a communication network, which may be a computer network, a telephone network, a wireless communication network, etc.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • [0021] [0021]
    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: In order to understand the invention and to see how it may be carried out in practice, a preferred embodiment will be described by means of a purely non-limiting example, with reference to the accompanying drawings now:
  • [0022] [0022]
    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 ); );
  • [0023] [0023]
    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;
  • [0024] [0024]
    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 da hindurch verlaufende Strahlen darstellt; Which also represents some exemplary therethrough extending beams;
  • [0025] [0025]
    3 3 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines sondenelements; is a schematic representation of another embodiment of a probe element; und and
  • [0026] [0026]
    4 4 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, wo der Stamm-Lichtstrahl und somit jeder der Auflicht-Strahlen aus mehreren Lichtkomponenten zusammengesetzt ist, die von einer jeweils unterschiedlichen Lichtquelle stammen. is a schematic representation of an embodiment where the parent light beam, and thus each of the incident beams is composed of several light components, each originating from a different light source.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENT
  • [0027] [0027]
    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 Bereichs von Zähnen embodiment shown is particularly useful for determining the three dimensional structure of a portion of teeth 26 26 , insbesondere für einen Bereich von Zähnen, wo mindestens ein Zahn oder ein Bereich eines Zahnes fehlt, zum Zwecke des Generierens von Daten eines derartigen Bereichs 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 range of teeth, where at least one tooth or portion of a tooth is missing, for the purpose of generating data of such a range for a subsequent use in the construction or the 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.
  • [0028] [0028]
    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(n) optische(n) Expander/Aufspreizeinrichtung The light then enters a (n) optical (n) expander / 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 z. B. ein Gitter oder eine Mikrolinsenanordnung (Mikrolinsenarray) sein kann, das den Stammstrahl That z. B. may be a grating or a microlens array (microlens array), the parent beam the 30 30 in eine Mehrzahl von Auflicht-Strahlen into a plurality of reflected 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.
  • [0029] [0029]
    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, z. B. 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, for. Example, 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.
  • [0030] [0030]
    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).
  • [0031] [0031]
    Die Relaisoptik ermöglicht, eine bestimmte numerische Apertur der Strahlausbreitung beizubehalten. The relay optics allows to maintain a certain numerical aperture of the beam propagation.
  • [0032] [0032]
    Das endoskopische Sondenelement weist typischerweise ein starres lichtleitendes Medium auf, das ein hohles Objekt sein kann, das in sich einen Lichtleitpfad definiert, oder ein Objekt sein kann, das aus einem lichtleitenden Material gemacht ist, z. B. einem Glaskörper oder einem Glasrohr. The endoscopic probe member typically comprises a rigid light-guiding medium on which can be a hollow object defining a Lichtleitpfad in itself, 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 Auflicht-Strahlen auf den Bereich 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 to the area of teeth 26 26 lenkt. deflected. Das Endoskop The endoscope 46 46 emittiert folglich eine Mehrzahl von Auflicht-Strahlen consequently emits a plurality of reflected light beams 48 48 , die auf die Oberfläche des Bereichs von Zähnen auftreffen. Impinging on the surface of the region of teeth.
  • [0033] [0033]
    Die Auflichtstrahlen The Auflichtstrahlen 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 Auflichtstrahlen auftreffen, eine unebene Oberfläche ist, sind die beleuchteten Flecken Since the surface on which impinge the Auflichtstrahlen, an uneven surface is, 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.
  • [0034] [0034]
    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 Auflichtstrahlen 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 Auflichtstrahlen. Jeder zurückgestrahlte Lichtstrahl Each light reflected beam 54 54 korrespondiert mit einem der Auflicht-Strahlen corresponds to one of the incident light rays 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 einer Lochblende in der Matrix The CCD camera has an array of sensing elements each representing a pixel of the image, each with an aperture in the matrix 66 66 korrespondiert. corresponds.
  • [0035] [0035]
    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 Consequently, each measured in each of the sensing elements of the CCD camera light intensity is then determined by the processor 24 24 in einer nachstehend zu beschreibenden Weise erfasst und analysiert. recorded in a manner to be described hereinafter and analyzed.
  • [0036] [0036]
    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.
  • [0037] [0037]
    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 Bereich von Zähnen repräsentativ sind. Consequently, data can be obtained which are representative of the three-dimensional pattern of a surface in the region 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, z. B. 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, z. B. eine Telefonleitung Via any communication network, such. As a telephone line 90 90 , an einen Empfänger (nicht gezeigt), z. B. 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.
  • [0038] [0038]
    Durch das Aufnehmen eines Bildes auf diese Weise aus zwei oder mehr Winkellagen um die Struktur, z. B. in dem Fall eines Bereichs von Zähnen aus der buccalen Richtung, aus der lingalen Richtung und optional von oberhalb der Zähne, kann eine genaue dreidimensionale Repräsentation des Bereichs 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 range of teeth from the buccal direction from the direction lingalen and optionally from above the teeth, an accurate three-dimensional representation of the area to be reconstructed teeth. 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.
  • [0039] [0039]
    Wie zuvor schon betont wurde, ist eine spezielle und bevorzugte Anwendung ein Abbilden eines Bereichs 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 Bereich einzupassen ist. As previously already pointed out, a special and preferred application is a mapping of a range 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 area.
  • [0040] [0040]
    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.
  • [0041] [0041]
    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 z. B. 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 (z. B. 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 Bereich von Zähnen The probe is over a range 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 Bereichs von Zähnen aus drei Winkeln und nachfolgend das Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur dieses Bereichs ermöglichen. Such a probe will allow the simultaneous imaging of the surface topology of the range of teeth from three angles and subsequently the generation of a three-dimensional structure of this region.
  • [0042] [0042]
    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 Auflicht-Strahlen spreads each source beam into an array of incident light rays 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 . ,
  • [0043] [0043]
    Die verschiedenen Lichtanteile, die den Stammstrahl The different light components, the master beam the 152 152 zusammensetzen, können z. B. unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, wobei von jedem der Laseremitter composed, eg. as may have different wavelengths, from each of the laser emitter 154A 154A –C eine unterschiedliche Wellenlänge gesendet wird. C sends a different wavelength. Folglich wird der Ursprungslichtstrahl Consequently, the origin of the light beam is 152 152 und jeder der Auflicht-Strahlen and each of the incident light rays 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 Auflicht-Strahl position shown an incident light beam 158A 158A auf die Oberfläche an einem Punkt to the surface at a point 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 mit drei Chips, gemessen wird. Such as a CCD camera with 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.
  • [0044] [0044]
    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 ClassificationA61B5/107, A61C9/00, A61B1/24, A61C13/00, A61C19/04, G01B11/24
Cooperative ClassificationA61B1/00096, A61C5/77, A61C9/0066, A61B1/06, G01B11/24, A61C9/0053, A61B5/4547, A61B5/1077, A61B5/0064, A61C13/0004, A61B5/0088, G01B11/25, A61B1/24
European ClassificationG01B11/25, G01B11/24, A61B5/107L, A61C13/00C1, A61B5/00P1A, A61B5/00P12D, A61C9/00E3L5