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EP2686734A1 - Vorrichtung zum aufnehmen von bildern von dreidimensionalen objekten - Google Patents

Vorrichtung zum aufnehmen von bildern von dreidimensionalen objekten

Info

Publication number
EP2686734A1
EP2686734A1 EP12714526.6A EP12714526A EP2686734A1 EP 2686734 A1 EP2686734 A1 EP 2686734A1 EP 12714526 A EP12714526 A EP 12714526A EP 2686734 A1 EP2686734 A1 EP 2686734A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
projector
mirror
receiving area
region
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12714526.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Koinig
Jürgen Jesenko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
A Tron3d GmbH
Original Assignee
A Tron3d GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by A Tron3d GmbH filed Critical A Tron3d GmbH
Publication of EP2686734A1 publication Critical patent/EP2686734A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00193—Optical arrangements adapted for stereoscopic vision
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/0623—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements for off-axis illumination
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/24—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the mouth, i.e. stomatoscopes, e.g. with tongue depressors; Instruments for opening or keeping open the mouth
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/24—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the mouth, i.e. stomatoscopes, e.g. with tongue depressors; Instruments for opening or keeping open the mouth
    • A61B1/247—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the mouth, i.e. stomatoscopes, e.g. with tongue depressors; Instruments for opening or keeping open the mouth with means for viewing areas outside the direct line of sight, e.g. dentists' mirrors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B17/48—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor adapted for combination with other photographic or optical apparatus
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G03B35/08—Stereoscopic photography by simultaneous recording
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/005—Photographing internal surfaces, e.g. of pipe

Definitions

  • the invention relates to a device for capturing images of three-dimensional objects, in particular teeth, with a receiving area in which at least one mirror for deflecting a light or projection beam and / or an object reflected image is arranged, and with a handle portion.
  • Such devices are used in particular in the field of three-dimensional recording of teeth.
  • the scope of application extends to the recording of digital dental impressions and jaw impressions, the assistance with the diagnosis, the monitoring of dental treatments as well as the reliable control of inserted implants.
  • the scope of application extends to the recording of digital dental impressions and jaw impressions, the assistance with the diagnosis, the monitoring of dental treatments as well as the reliable control of inserted implants.
  • Industrial engineering for example in the field of endoscopy, can generally be stereometrically measured objects that are difficult to access.
  • a major disadvantage of known devices is that the recording devices (hand-held scanner), which penetrate to the objects to be imaged, usually unwieldy, bulky and
  • the object of the invention is therefore to provide a device for
  • This object is achieved in a device of the type mentioned in that a camera and / or a projector is arranged in the receiving area / are and that of
  • Angle between 10 ° and 40 ° relative to the handle portion is inclined.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a handpiece for the invention from the side
  • FIG. 2 shows the handpiece of Fig. 1 in plan view
  • Fig. 3 shows the handpiece of Fig. 1 from the front
  • FIGS. 1 to 3 shows the handpiece of FIGS. 1 to 3 in oblique view
  • Fig. 5 is a partial exploded view of a
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through the embodiment of FIG.
  • FIG. 7 shows a detail of FIG. 6,
  • Fig. 8 is a section through the device along the line VIII-VIII and
  • FIG. 9 shows a detail of an embodiment of a projector.
  • a preferred embodiment of a device 1 for three-dimensional recording of objects 10, in particular teeth is shown, which has a receiving area 2 and a handle portion 3. Between receiving area 2 and handle area 3, a central area 5 is arranged in the illustrated embodiment. Since the central region 5 has smaller outer dimensions than the receiving region 2, the
  • Receiving area 2 is a substantially conical
  • At the front end 4 of the receiving area 2 is rounded.
  • the receiving area 2 has a central axis 7, the
  • the angle between the central axis 7 and the central axis 8 is according to the invention between 10 ° and 40 °, said angle ⁇ in the illustrated embodiment (with a central region 5) divided into two angles ß and ⁇ , wherein the angle ß between the central axis 7 of the receiving part 2 and the central axis 9 of the central region 5 and the angle ⁇ between the central axis 9 of the central region 5 and the
  • the angle ⁇ is preferably between 3 ° and 15 ° and the angle ⁇ between 7 ° and 25 °.
  • the length of the mounting area is preferably between 10 and 60 mm, since within these limits both a good
  • an opening 12 (Fig. 5) is arranged in the receiving part 2, which is closed by a disc 13.
  • a projector 14 in particular a Random pattern, directed to the object 10 and with a
  • Camera system 15 images of the object 10 are recorded.
  • the receiving area 2 is thus opposite the handle area 3 by an angle ⁇ between 10 ° and 40 ° counter to the
  • FIGS. 5 to 8 show an embodiment of the invention in which the projector 14 emits a light beam 23 with a light source.
  • the light beam 23 passes through one or more shown in Fig. 9 transparent support 36, 37, for example, slides on which one after a
  • Random arranged pattern is arranged.
  • the pattern preferably consists of substantially randomly distributed, possibly irregularly shaped dots and / or lines, which are subsequently projected onto the object 10, for example a tooth.
  • a deflection mirror 26 which deflects a portion 23a of the light beam 23, in the embodiment of Fig. 7 the lowest part, to a first mirror 27, which directs the light on the object 10 subsequently.
  • Embodiment of FIG. 7 the middle part, meets directly on a second mirror 28, from which the light is also directed to the object 10.
  • the deflection mirror 26 is preferably a plane mirror, but could also be a convex or concave curved mirror if required.
  • the two mirrors 27 and 28 are preferably biaxially convexly curved mirrors with identical or different radii of curvature in the two axes, with which the respective portion of the radiation beam 23 can be scattered more strongly as required.
  • the arrangement and curvature of the deflecting mirror 26 and the first mirror 27 is so chosen that the part 23a of the light beam 23 in the image plane of the drawing has an opening angle ⁇ of about 30 °.
  • the arrangement and curvature of the second mirror 28 is chosen by way of example so that the part 23b of the light beam 23 in the
  • Image plane of the drawing has an opening angle ⁇ of about 25 °.
  • the opening angle of the parts 23a, 23b of the light beam 23 in the direction normal to the image plane of the drawing can, by suitable curvature of the mirrors 27, 28 be equal to or different from the respective opening angle ⁇ , ⁇ lying in the image plane.
  • a camera system 15 is arranged, which consists in the illustrated embodiment of two cameras 32, which stereoscopic images for
  • the two optical axes 29, 30 of the mirrors 27, 28 span a plane ⁇ , the two cameras 32, more precisely their lenses 33, lying symmetrically on both sides of this plane ⁇ .
  • the camera system 15 with the mirrors 26, 27 and their optical axes 29, 30 in a plane ⁇ which is a very precise image recording and thus
  • Incisors can occur, can be avoided very reliably.
  • a diaphragm 34 is disposed in the area above the deflection mirror 26, which blocks a third part 23c of the light beam 23 so that it does not cause unwanted reflections in the optics 33 of the cameras 32.
  • the diaphragm 34 may also be omitted or arranged or shaped differently.
  • All the mirrors 26, 27, 28, the diaphragm 34 and optionally also the camera system 15 can be adjustably fastened to corresponding holders 31 so that, if required, simple adjustment and / or calibration of the individual components is possible.
  • all or even a portion of the components described above may be mounted and preset on a carrier system which may then be inserted into a recorder. The case of the
  • Device 1 preferably consists of two housing halves 16, 17, which are designed mirror-symmetrically, whereby the
  • illustrated inventive arrangement is a very compact and slim design possible, which for example can be very well integrated into a handpiece for three-dimensional recording of teeth.
  • Projection and recording technique in an angled handpiece 1 incorporate, which is very slim and through the kink
  • FIG. 9 schematically shows an embodiment of the invention in which two transparent carriers 36, 37,
  • the pattern may consist essentially of randomly distributed, if necessary
  • the light passes in the illustrated embodiment first through a lens 35, then through the two carriers 36, 37, and subsequently through a symbolically through a lens 38th
  • the projector 14 of FIG. 9 can be used, for example, in a device shown in FIGS. 5 to 8, in which the light beam 23 is directed onto an object 10 via two mirrors 27 and 28. Since the light travels different distances, depending on whether it is either over the
  • Deflection mirror 26 and the mirror 27 or the mirror 28 encounters the object 10, in the projection of the present on a support pattern on the object 10 blurring of one or the other or both projections can arise.
  • Mirror 26, 27, 28 is not very large up to the object 10, for example, only a single carrier could be used, which either has stepped portions offset or indeed just but correspondingly strongly inclined to compensate for the path difference on average.
  • a single carrier could be used, which is coated on different areas or sections respectively on the front and on the back with a pattern. The thickness of the carrier material then determines the
  • FIG. 9 shows an oblique position of the carriers 36, 37 with respect to the propagation direction of the light, ie that the carriers 36, 37 are not exactly at right angles to the propagation direction of the light.
  • This embodiment of the invention is dan advantageous when the projector 14 and its optical
  • Cameras 32 is aligned.
  • the arrangement of the projector 14 in the angled transition region between the receiving area 2, in which the cameras are 32, and the central area 5 is particularly advantageous because in this way the
  • Recording area 2 can be kept relatively short, which significantly improves the handling of the handpiece 1. Due to the inclination of the carrier 36, 37 can through the

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Abstract

Eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Aufnahme von Objekten (10), insbesondere Zähnen, weist einen Aufnahmebereich (2), in dem wenigstens ein Spiegel (26, 27, 28) zum Umlenken eines Licht- oder Projektionsstrahls (23) und/oder eines vom Objekt (10) reflektierten Bildes angeordnet ist, und einen Griffbereich (3) auf. Eine Kamera (32) und/oder ein Projektor (14) ist/sind im Aufnahmebereich (2) angeordnet und der Aufnahmebereich (2) ist entgegen der Projektionsrichtung um einen Winkel (a) zwischen 10° und 40° gegenüber dem Griffbereich (3) geneigt.

Description

Vorrichtung zum Aufnehmen von Bildern von dreidimensionalen
Objekten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen von Bildern von dreidimensionalen Objekten, insbesondere Zähnen, mit einem Aufnahmebereich, in dem wenigstens ein Spiegel zum Umlenken eines Licht- oder Proj ektionsstrahls und/oder eines vom Objekt reflektierten Bildes angeordnet ist, und mit einem Griffbereich .
Derartige Vorrichtungen werden insbesondere im Bereich der dreidimensionalen Aufnahme von Zähnen verwendet. Der
Anwendungsbereich erstreckt sich dabei auf die Aufnahme von digitalen Zahn- und Kieferabdrücken, die Hilfestellung bei der Diagnose, die Überwachung von Zahnbehandlungen sowie die zuverlässige Kontrolle von eingesetzten Implantaten. Neben weiteren Einsatzgebieten im Bereich der Medizin- und
Industrietechnik, beispielsweise im Bereich der Endoskopie, können generell Objekte stereometrisch vermessen werden, die schwer zugänglich sind.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der AT 508 563 B, sind bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermess von Objekten wie Zähnen bekannt, welche dreidimensionale Bi liefern. Diese aber auch andere bekannte Vorrichtungen und Verfahren können bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen, um dreidimensionale Bilder zu erzeugen.
Ein wesentlicher Nachteil bekannter Vorrichtungen ist, dass die Aufnahmegeräte (handgeführte Scanner) , die zu den abzubildenden Gegenständen vordringen, meist unhandlich, sperrig und
geometrisch nicht für die effiziente Führung im Mund des
Patienten geformt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur
Verfügung zu stellen, die einfach zu handhaben ist und ein effizientes Vermessen im Mund ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass eine Kamera und/oder ein Projektor im Aufnahmebereich angeordnet ist/sind und dass der
Aufnahmebereich entgegen der Projektionsrichtung um einen
Winkel zwischen 10° und 40° gegenüber dem Griffbereich geneigt ist .
Durch die Abwinkelung des Aufnahmebereich entgegen der
Pro ektionsrichtung um einen Winkel zwischen 10° und 40° gegenüber dem Griffbereich wird die Sicht der die Vorrichtung benutzenden Person auf das aufzunehmende Objekt nicht mehr durch das Handstück bzw. die das Handstück haltende Hand behindert, was eine effizientere Aufnahme von Objekten auch unter beengten Verhältnissen erleichtert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen
Zeichnungen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines Handstücks für die Erfindung von der Seite,
Fig. 2 das Handstück von Fig. 1 in Draufsicht,
Fig. 3 das Handstück von Fig. 1 von vorne
Fig. 4 das Handstück der Fig. 1 bis 3 im Schrägriss,
Fig. 5 eine teilweise Explosionsdarstellung einer
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform von Fig.
5,
Fig. 7 ein Detail von Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie VIII-VIII und
Fig. 9 ein Detail einer Ausführungsform eines Projektors.
In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Aufnahme von Objekten 10, insbesondere Zähnen dargestellt, die einen Aufnahmebereich 2 und einen Griffbereich 3 aufweist. Zwischen Aufnahmebereich 2 und Griffbereich 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Mittelbereich 5 angeordnet. Da der Mittelbereich 5 kleinere Außenabmaße aufweist als der Aufnahmebereich 2, weist der
Aufnahmebereich 2 einen im Wesentlichen konischen
Übergangsbereich 6 zum Mittelbereich 5 hin auf. Am vorderen Ende 4 ist der Aufnahmebereich 2 abgerundet.
Der Aufnahmebereich 2 weist eine Mittelachse 7 auf, der
Griffbereich 3 der Mittelachse 8 und der Mittelbereich. 5 eine Mittelachse 9. Der Winkel zwischen der Mittelachse 7 und der Mittelachse 8 liegt erfindungsgemäß zwischen 10° und 40°, wobei sich dieser Winkel α im dargestellten Ausführungsbeispiel (mit einem Mittelbereich 5) in zwei Winkel ß und γ aufteilt, wobei der Winkel ß zwischen der Mittelachse 7 des Aufnahmeteils 2 und der Mittelachse 9 des Mittelbereichs 5 liegt und der Winkel γ zwischen der Mittelachse 9 des Mittelbereichs 5 und der
Mittelachse 8 des Griffteils 3 liegt. Der Winkel ß liegt bevorzugt zwischen 3° und 15° und der Winkel γ zwischen 7° und 25°. Die Länge des Auf ahmebereichs liegt bevorzugt zwischen 10 und 60 mm, da innerhalb dieser Grenzen sowohl eine gute
Handhabbarkeit des Handstücks 1 als auch ausreichend Raum zum Unterbringen der Projektions- und/oder Aufnahmetechnik
vorhanden ist.
An seiner dem aufzunehmendem. Objekt 10 zugewandten Seite 11 ist im Aufnahmeteil 2 eine Öffnung 12 (Fig. 5) angeordnet, die von einer Scheibe 13 verschlossen ist. Durch diese Scheibe 13 können mit einem Projektor 14 Licht, insbesondere ein Zufallsmuster, auf das Objekt 10 gerichtet und mit einem
Kamerasystem 15 Bilder des Objektes 10 aufgenommen werden. Der Aufnahmebereich 2 ist somit gegenüber dem Griffbereich 3 um einen Winkel α zwischen 10° und 40° entgegen der
Proj ektionsrichtung nach hinten geneigt.
In den Fig. 5 bis 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der Projektor 14 mit einer Lichtquelle ein Lichtbündel 23 abstrahlt. Das Lichtbündel 23 tritt durch einen oder mehrere in Fig. 9 dargestellte transparente Träger 36, 37, beispielsweise Dias, auf denen ein nach einem
Zufallsprinzip angeordnetes Muster angeordnet ist. Das Muster besteht bevorzugt aus im Wesentlichen zufällig verteilten, gegebenenfalls unregelmäßig geformten Punkten und/oder Linien, die in weiterer Folge auf das Objekt 10, beispielsweise einen Zahn, projiziert werden.
Im Strahlengang des Lichtbündels 23 liegt ein Umlenkspiegel 26, der einen Teil 23a des Lichtbündels 23, im Ausführungsbeispiel von Fig. 7 den untersten Teil, auf einen ersten Spiegel 27 umlenkt, der in weiterer Folge das Licht auf das Objekt 10 richtet. Ein weiterer Teil 23b des Lichtbündels 23, im
Ausführungsbeispiel von Fig. 7 der mittlere Teil, trifft direkt auf einen zweiten Spiegel 28, von dem das Licht ebenfalls auf das Objekt 10 gerichtet wird.
Der Umlenkspiegel 26 ist bevorzugt ein ebener Spiegel, könnte bei Bedarf aber auch ein konvex oder konkav gekrümmter Spiegel sein. Die beiden Spiegel 27 und 28 sind bevorzugt zweiachsig konvex gekrümmte Spiegel mit gleichen oder unterschiedlichen Krümmungsradien in den beiden Achsen, mit denen der jeweilige Anteil des Strahlenbündels 23 je nach Bedarf stärker gestreut werden kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung und Krümmung des Umlenkspiegels 26 und des ersten Spiegels 27 so gewählt, dass der Teil 23a des Lichtbündels 23 in der Bildebene der Zeichnung einen Öffnungswinkel δ von etwa 30° hat. Die Anordnung und Krümmung des zweiten Spiegels 28 ist beispielhaft so gewählt, dass der Teil 23b des Lichtbündels 23 in der
Bildebene der Zeichnung einen Öffnungswinkel ε von etwa 25° hat. Der Öffnungswinkel der Teile 23a, 23b des Lichtbündels 23 in Richtung normal zur Bildebene der Zeichnung kann durch geeignete Krümmung der Spiegel 27, 28 je nach Anforderung gleich oder unterschiedlich zum jeweiligen in der Bildebene liegenden Öffnungswinkel δ, ε sein.
Durch die in Fig. 7 beispielhaft gewählte Anordnung der Spiegel 27, 28 sind deren optische Achsen 29, 30 so zueinander geneigt, dass die Lichtbündelteile 23a, 23b aus unterschiedlichen
Richtungen auf des Objekt 10 treffen.
In Projektionsrichtung des Projektors 14 gesehen zwischen den beiden Spiegeln 27, 28, im dargestellten Ausführungsbeispiel etwas näher dem zweiten Spiegel 28, ist ein Kamerasystem 15 angeordnet, das im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Kameras 32 besteht, welche stereoskopische Bilder zur
dreidimensionalen Vermessung des Objektes 10 aufnehmen, indem sie mit einander überschneidenden Aufnahmebereichen Bilder aus unterschiedlichen Richtungen aufnehmen. Die beiden optischen Achsen 29, 30 der Spiegel 27, 28 spannen eine Ebene ω auf, wobei die beiden Kameras 32, genauer gesagt deren Objektive 33, symmetrisch zu beiden Seiten dieser Ebene ω liegen.
Durch diese bevorzugte Anordnung liegt das Kamerasystem 15 mit den Spiegeln 26, 27 bzw. deren optischen Achsen 29, 30 in einer Ebene ω, was eine sehr präzise Bildaufnahme und damit
Vermessung des Objekts ermöglicht. Durch die Projektion der Lichtbündelteile 23a, 23b durch Spiegel 26, 27, die zu beiden Seiten des Kamerasystems 15 liegen, erfolgt auch eine
Ausleuchtung bzw. Projektion des Zufallsmusters auf das Objekt 10 von zwei Seiten in dieser Ebene ω, wodurch - aus Sicht des Kamerasystems 15 betrachtet - Schatten oder Fehlstellen auf dem Objekt 10, die beispielsweise bei Backenzähnen oder
Schneidezähnen auftreten können, sehr zuverlässig vermieden werden können.
Grundsätzlich wäre es ebenso möglich, die Spiegel - vom
Projektor 14 aus betrachtet - neben den beiden Kameras 32 zu positionieren und gegebenenfalls die beiden Kameras 32 um 90° zu drehen, sodass sie beide in die Ebene ω liegen. Es sind auch mehr als zwei Spiegel, sowohl vor und/oder hinter als auch seitlich der Kameras 32 denkbar, um eine möglichst gute
Ausleuchtung bzw. Musterprojektion auf dem Objekt 10 zu
erhalten .
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich über dem Umlenkspiegel 26 eine Blende 34 angeordnet, die einen dritten Teil 23c des Lichtbündels 23 blockiert, damit dieser keine unerwünschten Reflexionen in der Optik 33 der Kameras 32 verursacht. Je nach Anordnung der Spiegel 26, 27, 28 und der Objektive 33 kann die Blende 34 auch weg gelassen oder anders angeordnet oder geformt sein.
Alle Spiegel 26, 27, 28, die Blende 34 sowie gegebenenfalls auch das Kamerasystem 15 können einstellbar an entsprechenden Halterungen 31 befestigt sein, damit bei Bedarf eine einfache Einstellung und/oder Kalibrierung der einzelnen Komponenten möglich ist. Außerdem können alle oder auch nur ein Teil der vorstehend beschriebenen Komponenten auf einem Trägersystem befestigt und voreingestellt sein, das anschließend in ein Aufnahmegerät eingesetzt werden kann. Das Gehäuse der
Vorrichtung 1 besteht vorzugsweise aus zwei Gehäusehälften 16, 17, die spiegelsymmetrisch ausgeführt sind, wodurch die
Vorrichtung sehr einfach zusammen gebaut werden kann.
Durch die gewählte und in der Zeichnung beispielhaft
dargestellte erfindungsgemäße Anordnung ist eine sehr kompakte und schlanke Bauweise möglich, welche beispielsweise sehr gut in ein Handstück zur dreidimensionalen Aufnahme von Zähnen integriert werden kann.
Bevorzugt kommt die in Verbindung mit den Fig. 5 bis 8
beschriebene Anordnung der Spiegel und Kameras bei Handstücken mit einem abgewinkelten Aufnahmebereich 2 und ggf.
Mittelbereich 5 zum Einsatz, da durch die Spiegel 26, 27, 28 eine besonders gute Möglichkeit geboten wird, die gesamte
Projektions- und Aufnahmetechnik in ein abgewinkeltes Handstück 1 einzubauen, das sehr schlank ist und durch den Knick
insbesondere bei Oralscannern besonders gut handhabbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann direkt ab der
Außenfläche des Scannerglases 13 bereits ein optimaler
Schärfegrad ohne das Risiko von Schatten oder Fehlstellen erreicht werden, um auch bei Auflage des Scanners auf einem Objekt, z.B. einem Zahn, dieses bereits vermessen werden kann, wogegen bekannte Scanner häufig in einem bestimmten Abstand zu den Zähnen gehalten werden müssen, was den Aufnahmeprozess , im Vergleich zur erfindungsgemäßen Möglichkeit auch direkt auf die Zähne auflegen zu können, signifikant erschwert.
In Fig. 9 ist schematisch eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der zwei transparente Träger 36, 37,
beispielsweise zwei Dias, auf denen nach einem Zufallsprinzip angeordnete Muster angeordnet sind, im Strahlengang eines
Lichtbündels 23 liegen, das von einer Lichtquelle 22,
beispielsweise einer LED ausgestrahlt wird. Das Muster kann im Wesentlichen aus zufällig verteilten, gegebenenfalls
unregelmäßig geformten, Punkten und/oder Linien bestehen. Das Licht geht in der dargestellten Ausführungsform zuerst durch eine Linse 35, dann durch die beiden Träger 36, 37, und in weiterer Folge durch ein symbolisch durch eine Linse 38
dargestelltes weiteres Linsensystem, das zur Ausrichtung des Proj ektionsstrahles 23 und zur Schärfeneinstellung dient. Der Projektor 14 von Fig. 9 kann beispielsweise bei einer in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Vorrichtung eingesetzt werden, bei der das Lichtbündel 23 über zwei Spiegel 27 und 28 auf ein Objekt 10 gerichtet wird. Da das Licht unterschiedlich lange Wege zurücklegt, je nach dem ob es entweder über den
Umlenkspiegel 26 und den Spiegel 27 oder über den Spiegel 28 auf das Objekt 10 trifft, können bei der Projektion des auf einem Träger vorhandenen Musters auf das Objekt 10 Unscharfen der einen oder anderen oder beider Projektionen entstehen.
Durch die Verwendung von zwei Trägern 36, 37 kann darauf
Rücksicht genommen und können Unscharfen individuell
ausgeglichen werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die beiden Träger 36, 37 in Ausbreitungsrichtung des
Lichts zueinander versetzt sind. Damit, liegt z.B. der Träger 36, der im Strahlengang des Lichtbündels 23b des Spiegels 28 liegt, weiter hinten bzw. weiter von der Linse 38 bzw. einem nachfolgenden Linsensystem entfernt als der Träger 37, der im Strahlengang des Lichtbündels 23a des Spiegels 27 liegt, sodass insgesamt der Weg des Lichts vom jeweiligen Träger 36, 37 über den/die jeweiligen Spiegel 26, 27, 28 bis zum Objekt 10 wieder ungefähr gleich lang ist. Maßgeblich sind die unterschiedlichen Abstände der Träger 36, 37 zum Linsensystem 38, da diese
Abstände die Position und Lage der Schärfeebene im Messraum bestimmen. Wenn die Wegdifferenz über den/die jeweiligen
Spiegel 26, 27, 28 bis zum Objekt 10 nicht sehr groß ist, könnte beispielsweise auch nur ein einziger Träger verwendet werden, der entweder stufenweise abgesetzte Abschnitte aufweist oder der zwar eben aber entsprechend stark geneigt ist, um die Wegdifferenz im Mittel zu kompensieren. Als weitere Möglichkeit könnte auch ein einziger Träger verwendet werden, der auf unterschiedlichen Bereichen bzw. Abschnitten jeweils auf der Vorderseite und auf der Rückseite mit einem Muster beschichtet ist. Die Dicke des Trägermaterials bestimmt dann die
Abstandsdifferenz. In Fig. 9 ist eine Schrägstellung der Träger 36, 37 zur Ausbreitungsrichtung des Lichts zu sehen, d.h. dass die Träger 36, 37 nicht exakt im rechten Winkel zu Ausbreitungsrichtung des Lichts liegen. Diese Ausführungsform der Erfindung ist dan von Vorteil, wenn der Projektor 14 bzw. dessen optische
Mittelachse 39 wie in der in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsform in einem Winkel ß größer 0° zum Aufnahmebereich 2 ausgerichtet ist, insbesondere die optische Mittelachse 39 nicht im rechten Winkel zur optischen Mittelachse 40 der
Kameras 32 ausgerichtet ist. Die Anordnung des Projektors 14 im abgewinkelten Übergangsbereich zwischen dem Aufnahmebereich 2, in dem sich die Kameras 32 befinden, und dem Mittelbereich 5 ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise der
Aufnahmebereich 2 relativ kurz gehalten werden kann, was die Handhabung des Handstücks 1 wesentlich verbessert. Durch die Schrägstellung der Träger 36, 37 können durch die
Schrägstellung des Projektors 14 verursachte Unschärfen des auf des Objekt 10 projizierten Musters ausgeglichen werden.

Claims

Ansprüche :
1. Vorrichtung zum Aufnehmen von Bildern von dreidimensionalen Objekten (10), insbesondere Zähnen, mit einem
Aufnahmebereich (2), in dem wenigstens ein Spiegel (26, 27, 28) zum Umlenken eines Licht- oder Proj ektionsstrahls (23) und/oder eines vom Objekt (10) reflektierten Bildes
angeordnet ist, und mit einem Griffbereich (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Kamera (32) und/oder ein
Projektor (14) im Aufnahmebereich (2) angeordnet ist/sind und dass der Aufnahmebereich (2) entgegen der
Projektionsrichtung um einen Winkel ( ) zwischen 10° und 40° gegenüber dem Griffbereich (3) geneigt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Griffbereich (3) und dem Aufnahmebereich (2) ein Mittelbereich (5) angeordnet ist, der gegenüber dem Griffbereich (3) und dem Aufnahmebereich (2) um jeweils einen Winkel (ß, γ) von wenigstens 3° geneigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich (5) gegenüber dem Griffbereich (3) um einen Winkel (γ) von 7° bis 25° geneigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (2) gegenüber dem Mittelbereich (5) um einen Winkel (ß) von 3° bis 15° geneigt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (2) eine Länge zwischen 10 mm und 60 mm aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (2) ein Gehäuse mit einer vorzugsweise von einer transparenten Scheibe (1.3·) verschlossenen Öffnung (12) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse mit zwei
spiegelsymmetrischen Gehäusehälften (16, 17) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Projektor (14) im Übergangsbereich zwischen dem Aufnahmebereich (2) und dem daran
anschließenden Mittelbereich (5) oder Griffbereich (3) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Spiegel (27, 28) jeweils ein Lichtbündel (23a, 23b) vom Projektor (14) aus unterschiedlichen Richtungen auf das Objekt (10)
reflektieren.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Spiegel (27) indirekt über einen Umlenkspiegel (26) und ein zweiter Spiegel (28) direkt vom Projektor (14) beschienen wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass zwei Spiegel (27, 28) auf
unterschiedlichen Seiten der Kamera (32) liegen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
gekennzeichnet durch zwei Kameras (32) mit einander
überschneidenden Aufnahmebereichen, welche Bilder aus unterschiedlichen Richtungen aufnehmen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der Projektor (14) ein nach einem Zufallsprinzip angeordnetes Muster auf das Objekt (10) proj iziert .
•14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang des Projektors (14) wenigstens ein
transparenter Träger (36, 37) mit dem Muster angeordnet ist .
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch
gekennzeichnet, dass das Muster im Wesentlichen aus
zufällig verteilten, gegebenenfalls unregelmäßig geformten, Punkten und/oder Linien besteht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1.4 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, dass der Träger (36, 37) Abschnitte
aufweist, die in Richtung des Strahlengangs zueinander versetzt sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Träger (36, 37) in Richtung des Strahlengangs zueinander versetzt sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Träger (36, 37) Abschnitte aufweist, die in Richtung des Strahlengangs zueinander versetzt sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens ein Träger (36, 37) mit Bezug zur Ausbreitungsrichtung des Lichts in einem Winkel ungleich 90° geneigt ist.
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