DE102016000415A1 - Device for the three-dimensional detection of a surface structure - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum dreidimensionalen Erfassen einer Oberflächenstruktur (11; 11'; 11'), insbesondere zum Erfassen von Zähnen (13), mit einer chromatisch-konfokalen Optik (40, 42, 44), die eine optische Achse (41) umfasst, und mit einer Lichtquelle (16), die ein Raster von lateral zur optischen Achse beabstandeten Einzellichtquellen (34) aufweist. Dabei bildet die Optik die Einzellichtquellen (34) derart auf die Oberflächenstruktur (11; 11'; 11'') ab, dass dort ein Raster von Messpunkten (49) erzeugt wird, die voneinander lateral beabstandet sind. Eine Bildaufnahmeeinheit (50) ist optisch äquivalent zu den Einzellichtquellen (34) angeordnet, um das Raster von Messpunkten (49) zu erfassen. Ferner ist eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (70) dazu eingerichtet, die Lichtquelle (16) derart anzusteuern, dass die Einzellichtquellen (34) in zeitlicher Abfolge Licht mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung abgeben, und mit Hilfe der Bildaufnahmeeinheit (50) das Raster von Messpunkten (49) korreliert mit der zeitlichen Abfolge des von den Einzellichtquellen (34) abgegebenen Lichts zu erfassen.The invention relates to a device (10) for three-dimensionally detecting a surface structure (11, 11 ', 11'), in particular for detecting teeth (13), with a chromatic-confocal optic (40, 42, 44) having an optical axis (41), and a light source (16) having a grid of individual light sources (34) spaced laterally from the optical axis. In this case, the optics images the individual light sources (34) onto the surface structure (11, 11 ', 11 ") in such a way that a grid of measuring points (49) is produced there, which are laterally spaced from one another. An image pickup unit (50) is optically equivalent to the individual light sources (34) arranged to detect the grid of measurement points (49). Furthermore, a control and evaluation device (70) is set up to control the light source (16) in such a way that the individual light sources (34) emit light with different spectral composition in chronological order, and with the aid of the image recording unit (50) the grid of measuring points ( 49) correlates with the time sequence of the light emitted by the individual light sources (34).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Erfassen einer Oberflächenstruktur, insbesondere zum Erfassen von Zähnen,

  • a) mit einer chromatisch-konfokalen Optik, die eine optische Achse umfasst, und
  • b) mit einer Lichtquelle, die ein Raster von lateral zur optischen Achse beabstandeten Einzellichtquellen aufweist,
  • c) wobei die Optik die Einzellichtquellen derart auf die Oberflächenstruktur abbildet, dass dort ein Raster von Messpunkten erzeugt wird, die voneinander lateral beabstandet sind,
  • d) wobei eine Bildaufnahmeeinheit optisch äquivalent zu den Einzellichtquellen angeordnet ist, um das Raster von Messpunkten zu erfassen.
The invention relates to a device for the three-dimensional detection of a surface structure, in particular for the detection of teeth,
  • a) with a chromatic-confocal optical system comprising an optical axis, and
  • b) with a light source having a grid of individual light sources spaced laterally from the optical axis,
  • c) wherein the optics images the individual light sources onto the surface structure in such a way that a grid of measuring points is generated there, which are laterally spaced from one another,
  • d) wherein an image pickup unit is arranged optically equivalent to the individual light sources to detect the grid of measurement points.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Related Art

Aus der DE 10 2006 007 172 B4 ist eine Vorrichtungen bekannt, bei der eine chromatisch konfokale Messanordnung verwendet wird, um eine Oberflächenstruktur dreidimensional zu erfassen.From the DE 10 2006 007 172 B4 For example, a device is known in which a chromatic confocal measuring arrangement is used to detect a surface structure three-dimensionally.

Der chromatisch-konfokalen Messanordnung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Brechkraft einer Linse im Allgemeinen von der Wellenlänge des hindurchtretenden Lichts abhängig ist. Dadurch weist eine Linse je nach Wellenlänge räumlich unterschiedlich verlaufende Fokusflächen und damit auch Bildflächen auf. Dieser Effekt ist bei optischen Systemen als chromatische Aberration bekannt und wird als unerwünschter Bildfehler angesehen, der beispielsweise durch die Verwendung von Achromaten oder Apochromaten möglichst korrigiert werden soll.The chromatic-confocal measuring arrangement is based on the knowledge that the refractive power of a lens is generally dependent on the wavelength of the light passing through. As a result, depending on the wavelength, a lens has spatially differently extending focus areas and thus also image areas. This effect is known in optical systems as chromatic aberration and is regarded as an undesirable image defect, which should be corrected as much as possible, for example, by the use of achromats or apochromats.

Bei der chromatischen-konfokalen Messanordnung macht man sich jedoch die sogenannte chromatische Längsaberration (CLA) zu Nutze, indem Weißlicht über eine Optik mit einer möglichst großen CLA auf eine Oberfläche abgebildet wird. Auf diese Weise wird der kurzwellige, blaue Anteil des Lichts näher bei der Optik gebündelt als der langwellige, rote Anteil.In the case of the chromatic-confocal measuring arrangement, however, the so-called longitudinal chromatic aberration (CLA) is utilized by imaging white light onto a surface via optics with the largest possible CLA. In this way, the short-wave, blue portion of the light is focused closer to the optics than the long-wave, red portion.

Das von der Oberfläche rückgestreute Licht wird über die chromatische Optik und einen Strahlteiler konfokal auf ein Spektrometer abgebildet.The backscattered light from the surface is confocal imaged on a spectrometer via the chromatic optics and a beam splitter.

Befindet sich die Oberfläche nun beispielsweise an jenem Ort, an welchem das blaue Licht gebündelt wird, gelangt das rückgestreute blaue Licht nahezu vollständig wieder in die Optik. Für das blaue Licht ist somit die chromatisch-konfokale Bedingung erfüllt. Das rote Licht hingegen wird aufgrund der unscharfen Fokussierung auf der Oberfläche größtenteils in Richtungen gestreut, die nicht in den konfokalen Strahlengang der Optik fallen. Insgesamt wird dadurch erheblich weniger rotes Licht auf das Spektrometer fallen.If the surface is now, for example, at the place where the blue light is focused, the backscattered blue light almost completely returns to the optics. For the blue light thus the chromatic-confocal condition is met. The red light, on the other hand, due to the blurred focus on the surface, is mostly scattered in directions that do not fall within the confocal optical path of the optic. Overall, significantly less red light will fall on the spectrometer.

Durch Bestimmen der spektralen Anteile des rückgestreuten Lichts mit Hilfe des Spektrometers kann daher die Entfernung der Oberfläche zur Messanordnung erfassen werden.By determining the spectral components of the backscattered light with the aid of the spectrometer, therefore, the distance of the surface from the measuring arrangement can be detected.

Um ein dreidimensionales Bild der Oberfläche zu erhalten, werden die bekannten chromatisch-konfokalen Messanordnungen über die zu erfassende Oberfläche gescannt.In order to obtain a three-dimensional image of the surface, the known chromatic-confocal measuring arrangements are scanned over the surface to be detected.

Zur Vermeidung der Scanbewegung wird bei der Vorrichtung nach der DE 10 2006 007 172 B4 mit Hilfe einer Rasteranordnung von Einzellichtquellen auf der Oberfläche ein Raster von lateral beabstandeten Messpunkten erzeugt, deren Farbspektrum mit Hilfe eines hochauflösenden Bildwandlers mit Abbildungsoptik und eines vorgeschalteten Prismas oder Gitters bestimmt wird. Auf diese Weise erhält man die Topografie der Oberfläche, ohne dass die Messanordnung bezüglich des Objekts verschoben werden müsste.To avoid the scanning movement is in the device according to the DE 10 2006 007 172 B4 generates a grid of laterally spaced measuring points with the aid of a grid arrangement of individual light sources on the surface, the color spectrum of which is determined with the aid of a high-resolution image converter with imaging optics and an upstream prism or grating. In this way one obtains the topography of the surface without having to move the measuring arrangement with respect to the object.

Nachteilig an den bisher verwendeten Vorrichtungen ist der relativ hohe aparative Aufwand und die Baugröße für die Kombination aus Prisma bzw. Gitter und Bildwandler mit Abbildungsoptik als Spektrometer.A disadvantage of the devices used hitherto is the relatively high cost and expense for the combination of prism or grating and image converter with imaging optics as a spectrometer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Erfassen einer Oberflächenstruktur, insbesondere zum Erfassen von Zähnen, anzugeben, bei der die Bildaufnahmeeinheit besser, insbesondere kleiner und kostengünstiger, realisiert werden kann.The object of the invention is therefore to provide a device for three-dimensional detection of a surface structure, in particular for detecting teeth, in which the image-recording unit can be better, in particular smaller and less expensive, realized.

Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe mit einer Vorrichtung eingangs genannter Art gelöst, bei der

  • e) eine Steuer- und Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist,
  • – die Lichtquelle derart anzusteuern, dass die Einzellichtquellen in zeitlicher Abfolge Licht mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung abgeben, und
  • – mit Hilfe der Bildaufnahmeeinheit das Raster von Messpunkten korreliert mit der zeitlichen Abfolge des von den Einzellichtquellen abgegebenen Lichts zu erfassen.
According to the invention the above object is achieved with a device of the type mentioned, in the
  • e) a control and evaluation device is provided, which is set up to
  • To control the light source in such a way that the individual light sources emit light of different spectral composition in chronological order, and
  • - To detect the grid of measuring points correlated with the temporal sequence of the light emitted from the individual light sources with the aid of the image recording unit.

Der Erfinder hat erkannt, dass keine aufwendige Kombination aus Prisma bzw. Gitter und Bildwandler mit Abbildungsoptik als Spektrometer notwendig ist, wenn die unterschiedlich farbigen spektralen Anteile anstatt zeitgleich in zeitlicher Abfolge an der Bildaufnahmeeinheit auftreffen. Dadurch ersetzt die Zeitachse eine für das Erfassen der spektralen Anteile üblicherweise notwendige Dispersionsrichtung.The inventor has recognized that no complex combination of prism or grid and Image converter with imaging optics is necessary as a spectrometer when the differently colored spectral components impinge instead of simultaneously on the image acquisition unit in time sequence. As a result, the time axis replaces a dispersion direction which is usually necessary for detecting the spectral components.

Beim Erfassen der von den Messpunkten stammenden Intensitäten in der Bildaufnahmeeinheit wird dann die zeitliche Abfolge der Beleuchtung berücksichtigt, um zu bestimmen, für welche Farbe die konfokale Bedingung am besten erfüllt ist. Daraus lässt sich dann für jeden Messpunkt der Abstand zur Oberflächenstruktur ermitteln. Entscheidend ist dabei jeweils die Abfolge innerhalb eines Paares von Einzellichtquelle und zugehörigem Messpunkt. Untereinander kann die zeitliche Abfolge der spektralen Zusammensetzung an den Einzellichtquellen unterschiedlich sein.Upon detecting the intensities originating from the measurement points in the image acquisition unit, the temporal sequence of the illumination is then taken into account in order to determine for which color the confocal condition is best fulfilled. From this, the distance to the surface structure can then be determined for each measuring point. Decisive in each case is the sequence within a pair of individual light source and associated measuring point. The time sequence of the spectral composition at the individual light sources can be different among one another.

Unter unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung des von den Einzellichtquellen in zeitlicher Abfolge abgegebenen Lichts ist hier vor allem eine unterschiedliche Farbe des Lichts insbesondere mit einem jeweils möglichst engen Wellenlängenband zu verstehen. Vorzugsweise ist die zeitliche Abfolge der spektralen Zusammensetzungen so gewählt, dass das Zentrum des Wellenlängenbandes sich kontinuierlich verändert. Obwohl je nach gewünschter Auflösung auch voneinander beabstandete Wellenlängenbänder denkbar sind, folgen die Wellenlängenbänder vorteilhaft jedoch spektral dicht aufeinander.Under different spectral composition of the light emitted from the individual light sources in time sequence light is to be understood here especially a different color of the light, in particular with a respective narrowest wavelength band. Preferably, the time sequence of the spectral compositions is selected so that the center of the wavelength band changes continuously. Although, depending on the desired resolution and spaced-apart wavelength bands are conceivable, the wavelength bands follow advantageous but spectrally close to each other.

Als Lichtquelle, die eine solche zeitliche Abfolge der Beleuchtung erzeugen kann, kommen beispielsweise unterschiedlich farbige LEDs oder dergleichen in Frage, die auf denselben Messpunkt abgebildet werden. Vorzugsweise weist die Lichtquelle jedoch vor einem Rasterelement zum Erzeugen der Einzellichtquellen ein dispersives Element mit einer Dispersionsrichtung, insbesondere ein optisches Gitter mit einer Beugungsrichtung, und mindestens eine zumindest teilweise in Dispersionsrichtung ausgerichtete Zeile von einzeln ansteuerbaren breitbandigen Lichtquellen, vorzugsweise Weißlichtquellen, insbesondere LEDs, auf. Unter breitbandigen Lichtquellen wird hier vor allem verstanden, dass der Wechsel der Lichtquellen ohne die Verwendung des dispersiven Elements nicht zu einer ausreichenden Auflösung der chromatisch-konfokalen Bedingung führen würde. Durch die Verwendung des dispersiven Elements fällt beim Schalten der breitbandigen Lichtquellen dennoch nacheinander Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge auf das Rasterelement, wodurch die Einzellichtquellen wiederum in entsprechender zeitlicher Abfolge ausreichend unterschiedlich farbiges Licht abgeben.As a light source that can produce such a temporal sequence of lighting, for example, different colored LEDs or the like come into question, which are mapped to the same measuring point. Preferably, however, the light source in front of a raster element for generating the individual light sources, a dispersive element with a dispersion direction, in particular an optical grating with a diffraction direction, and at least one aligned at least partially in the dispersion direction row of individually controllable broadband light sources, preferably white light sources, in particular LEDs on. Broadband light sources are understood here in particular as meaning that the change of the light sources without the use of the dispersive element would not lead to a sufficient resolution of the chromatic-confocal condition. By using the dispersive element, however, when the broadband light sources are switched, light of different wavelengths successively falls on the raster element, as a result of which the individual light sources in turn emit color light of sufficiently different color in a corresponding chronological sequence.

Als Rasterelement kann die Lichtquelle beispielsweise eine Lochrasterblende mit einem Raster von Blendenöffnungen umfassen. Dabei kann der Lochrasterblende ein Mikrolinsenarray vorgeschaltet sein. In diesem Zuge kann auch eine Kondensorlinse zur Anwendung kommen, um möglichst viel Lichtintensität in die Blendenöffnungen zu fokussieren. Alternativ können die Einzellichtquellen auch durch ein aufgespaltetes Lichtfaserbündel dargestellt werden.As a raster element, the light source may comprise, for example, a perforated screen with a grid of apertures. In this case, the hole screen aperture may be preceded by a microlens array. In this course, a condenser lens can be used to focus as much light intensity in the apertures. Alternatively, the individual light sources can also be represented by a split optical fiber bundle.

Vorzugsweise ist die Steuer- und Auswerteeinrichtung derart eingerichtet ist, dass die breitbandigen Lichtquellen in beliebiger aber fest vorgegebener Reihenfolge aktiviert und deaktiviert werden.Preferably, the control and evaluation device is set up such that the broadband light sources are activated and deactivated in any desired but fixed sequence.

Dabei können die breitbandigen Lichtquellen mit derselben Frequenz getaktet aktiviert und deaktiviert werden, wobei die Taktungen der einzelnen Weißlichtquellen zueinander phasenverschoben sind. Die Abfolge von farbigem Licht in den Messpunkten ist damit zeitlich zumindest versetzt.In this case, the broadband light sources clocked at the same frequency can be activated and deactivated, wherein the timings of the individual white light sources are mutually out of phase. The sequence of colored light in the measuring points is thus at least offset in time.

Vorzugsweise wendet man eine zur Dispersionsrichtung korrelierende, beispielsweise eine proportionale, zumindest eine monoton steigende oder monoton fallende Phasenverschiebung an, wobei der Betrag der Phasenverschiebung dem gewünschten Dispersionsbereich angepasst ist. Unter der Voraussetzung, dass das über die Mikrolinsen-Optik in die Blendenöffnungen gelangende Licht von mindestens 2 benachbarten LEDs ausgeht, was unter Verwendung von sehr kleinen LEDs und einer entsprechenden Dimensionierung der Mikrolinsenoptik erreicht werden kann, ergibt sich ein praktisch kontinuierliches verändern der zentralen Wellenlänge des Lichtes welches durch die Blendenöffnung gelangt. Die Frequenz, mit welcher so die Lichtfarbe periodisch, kontinuierlich, und rampenförmig durchlaufen wird, entspricht der Taktfrequenz der breitbandigen Lichtquellen. Die Bildaufnahmeeinheit umfasst vorzugsweise ebenfalls ein Rasterelement, dessen Raster optisch äquivalent zum Raster der Einzellichtquellen angeordnet ist. Im einfachsten Fall wird dies durch ein exklusives Auslesen, bzw. Berücksichtigen der entsprechenden Bildpunkte des Bildaufnahmesensors realisiert, und in einem weniger einfachen aber ggf. notwendigen Fall ist dies eine Lochrasterblende, die ein Raster von Blendenöffnungen aufweist.Preferably, one applies to a direction of dispersion correlating, for example, a proportional, at least one monotonically increasing or monotonically decreasing phase shift, wherein the amount of phase shift is adapted to the desired dispersion range. Assuming that the light passing into the apertures via the microlens optics emanates from at least two adjacent LEDs, which can be achieved using very small LEDs and a corresponding dimensioning of the microlens optics, a practically continuous change in the central wavelength of the Light which passes through the aperture. The frequency with which the light color is passed through periodically, continuously, and in steps, corresponds to the clock frequency of the broadband light sources. The image recording unit preferably also comprises a raster element whose raster is optically equivalent to the raster of the individual light sources. In the simplest case, this is realized by an exclusive reading, or taking into account of the corresponding pixels of the image sensor, and in a less simple but possibly necessary case, this is a hole grid aperture having a grid of apertures.

Vorzugsweise umfasst die Bildaufnahmeeinheit einen flächigen Bildaufnahmesensor, der zumindest an den Positionen, an welchen die Messpunkte abgebildet sind, eine zeitliche Diskriminierung der von den Messpunkten rückgestreuten Intensität erlaubt.Preferably, the image acquisition unit comprises a planar image acquisition sensor which, at least at the positions at which the measurement points are imaged, permits temporal discrimination of the intensity backscattered by the measurement points.

Vorzugsweise wird dies durch einen Lock-in-Kamera-Sensor möglich. Solche Lock-in-Kamera-Sensoren liefern am Ausgang prinzipiell neben dem Amplitudensignal für jeden Pixel zumindest auch noch ein Phasensignal für einen gegebenenfalls dem Photonenstrom aufgeprägten Wechselanteil.This is preferably made possible by a lock-in-camera sensor. Such lock-in-camera sensors provide at the output, in principle, in addition to the amplitude signal for each pixel at least also nor a phase signal for an optionally charged to the photon current alternating component.

Eine aufwändige Version eines solchen Lock-in-Kamera-Sensors mit erhöhter Empfindlichkeit und Aufnahmegeschwindigkeit und besserer Dynamik steht als pOCT-Sensor (parallel Optical low-Coherence Tomography Sensor) oder Fast-Lock-in-Sensor am Markt zur Verfügung. Eine einfachere Version eines solchen Lock-in-Kamera-Sensors ist mittlerweile als Time-of-Flight-Image-Sensor (TOF-Sensor), auch Distance-Aerea-Image-Sensor (DAI-Sensor) genannt, auf dem Markt kostengünstig erhältlich. Bei einem solchen ToF- oder DAI-Sensor werden für jedes Pixel jeweils mindestens zwei Speicherelemente zum Speichern einer erfassten Photonenintensität verwendet, wobei über eine Synchronisierungseinrichtung und/oder einen Triggeranschluss bestimmt wird in welches der Speicherelemente die momentan auftreffende Photonenintensität aufintegriert wird.An elaborate version of such a lock-in-camera sensor with increased sensitivity and recording speed and better dynamics is available as a pOCT (parallel optical low coherence tomography sensor) or fast lock-in sensor on the market. A simpler version of such a lock-in-camera sensor is now available on the market as a time-of-flight image sensor (TOF sensor), also known as a distance aerea image sensor (DAI sensor) , In such a ToF or DAI sensor, at least two storage elements are used for each pixel for storing a detected photon intensity, wherein a synchronization device and / or a trigger connection is used to determine in which of the storage elements the instantaneous incident photon intensity is integrated.

Ein solches Verhalten, dass die auftreffende Photonenintensität eines Messpunktes im Wechsel in verschiedenen Speicherelementen aufintegriert werden, lässt sich auch durch einen Full-Frame CCD-Sensor (FF-CCD), oder durch einen Frame-Transfer-CCD-Sensor (FT-CCD), oder durch einen Time-Delayed-Integration-Sensor (TDI) realisieren. Diese Sensoren arbeiten alle nach dem Prinzip, dass die durch die auftreffenden Photonen abgetrennten Ladungen zum Auslesen durch andere Aufnahmezellen (Charged-Coupled-Devices (CCD)) hindurch geleitet werden. Zur Realisierung der hier notwendigen Funktionalität müssen zwischen den auf dem Sensor abgebildeten Messpunkten in Richtung der Ladungskopplung des Sensors noch ausreichend unbelichtete CCD-Zellen zur Verfügung stehen die selbst kein Licht aufnehmen dürfen, also z. B. durch eine zu den Messpunkten passende Rasterblende abgedeckt sind. Dabei könnte auch ein weiteres feststehendes Mikrolinsenarray hilfreich sein um die für gewöhnlich mehr als 10 μm großen Blendenöffnungen der Lochrasterblende auf die Pixeldimension, welche für gewöhnlich kleiner als 10 μm ist, zu verkleinern. Wenn es gelingt die Rasterblendenmatrix und das Mikrolinsenarray so anzuordnen, dass jeder Messpunkt eine eigene Ladungskette, ohne Beeinflussung durch andere Messpunkte hat, so kann in vorteilhafter Weise die Ladungskette eines FF-CCD-Sensors oder TDI-Sensors kontinuierlich ausgelesen werden und sogar noch innerhalb der Auslesung die Integrationszeit durch Ändern der Taktfrequenz kontinuierlich geändert werden. Die ausgelesenen Bilder würden dann in den Spalten jeweils ein Hell-Dunkel-Signal tragen in dessen Phasenverschiebung relativ zum Auslesetakt die Zeitinformation beinhaltet ist.Such a behavior that the incident photon intensity of a measuring point is alternately integrated in different memory elements can also be determined by a full-frame CCD sensor (FF-CCD) or by a frame transfer CCD sensor (FT-CCD). , or realized by a time-delayed integration sensor (TDI). These sensors all operate on the principle that the charges separated by the incident photons are passed through other charged-coupled devices (CCDs) for readout. In order to realize the functionality required here, sufficiently unexposed CCD cells must still be available between the measuring points imaged on the sensor in the direction of the charge coupling of the sensor which themselves must not receive any light, ie, for example. B. are covered by a matching to the measuring points grid aperture. In this case, another fixed microlens array could be helpful to reduce the usually more than 10 microns aperture apertures of the hole screen aperture on the pixel dimension, which is usually less than 10 microns to zoom out. If it is possible to arrange the screen diaphragm matrix and the microlens array so that each measurement point has its own charge chain, without being influenced by other measurement points, advantageously the charge chain of an FF-CCD sensor or TDI sensor can be continuously read out and even within the Readout the integration time can be changed continuously by changing the clock frequency. The read-out images would then each carry a light-dark signal in the columns whose phase shift relative to the read-out clock the time information is included.

Mit CCD- und TDI-Sensoren ist aber auch durch eine gezielte synchronisierte vor- und/oder rückwärtige Ladungsverschiebung während einer Bildintegration der gleiche Effekt wie im DAI/ToF-Sensor, allerdings mit verminderter Geschwindigkeit, darstellbar.With CCD and TDI sensors, however, the same effect as in the DAI / ToF sensor, although at a reduced speed, can also be represented by a specific synchronized forward and / or backward charge shift during image integration.

Bei all den genannten Lock-in-Kamera-Sensoren lassen sich aus den ausgelesenen Bilddaten ein Amplituden- und ein Phasensignal gewinnen. Dies ermöglicht eine zeitliche Diskriminierung der von den Messpunkten rückgestreuten Intensität. Die zeitliche Diskriminierung erfolgt dabei mit einer für das dreidimensionale Erfassen der Oberflächenstruktur ausreichend hohen Geschwindigkeit.With all the mentioned lock-in-camera sensors, it is possible to obtain an amplitude signal and a phase signal from the image data read. This allows a temporal discrimination of the backscattered from the measurement points intensity. The temporal discrimination takes place with a sufficiently high speed for the three-dimensional detection of the surface structure.

Alternativ kann die Bildaufnahmeeinheit einen CMOS-Bildwandler mit schneller Auslesemöglichkeit umfassen. CMOS-Bildwandler sind aufgrund ihrer Auslesestrategie prinzipiell geeignet, dass nur kleine Teilbereiche in entsprechend höherer Geschwindigkeit ausgelesen werden. Da bei der hier notwendigen Bildaufnahmeeinheit die Gesamtfläche aller Messpunkte auf dem Sensor nur weniger als 3%, im Extremfall sogar nur 0,1% der gesamten Bildfläche beträgt, kann der CMOS-Sensor bei geeigneter Ansteuerung und geeigneter Auslegung des Messpunkterasters, welches gegebenenfalls auch durch optische Abbildung oder durch Umleitung über optische Fasern erreicht werden kann, mit bis zu 1000facher Bildrate ausgelesen werden. Auch hiermit ist dann prinzipiell eine ausreichende zeitliche Diskriminierung bzw. eine Bestimmung der Phasenlage des Wechselanteils des ankommenden Photonenstroms möglich. Bei einer Umleitung des Ausleselichtes durch optische Fasern kann zudem besonders vorteilhaft auf beliebige kostengünstige oder schnelle Sensorformate, oder auch auf einen einfachen Zeilensensor, oder, da TDI-Sensoren meistens sehr schmal und länglich gebaut sind, auch auf solche kostengünstigere Standard-TDI-Sensoren zurückgegriffen werden.Alternatively, the image acquisition unit may comprise a CMOS image converter with fast readout capability. Due to their read-out strategy, CMOS image converters are in principle suitable for reading only small subranges in a correspondingly higher speed. Since in the image recording unit required here, the total area of all measuring points on the sensor is only less than 3%, in extreme cases, even only 0.1% of the total image area, the CMOS sensor with suitable control and suitable design of the measuring point grid, which may also by optical mapping or by redirecting via optical fibers can be read out with up to 1000 times frame rate. In principle, sufficient temporal discrimination or determination of the phase position of the alternating component of the incoming photon current is then possible as well. In a diversion of the readout light by optical fibers can also be particularly advantageous to any cost or fast sensor formats, or on a simple line sensor, or, since TDI sensors are usually built very narrow and elongated, also resorted to such lower-cost standard TDI sensors become.

Eine weitere Möglichkeit die zeitliche Diskriminierung mit einem gewöhnlichen Kamera-Sensor mit gewöhnlicher Bildrate zu erzielen, ist durch Anwendung einer schnellen Relativbewegung des aus den Blenden austretenden Lichtes über die Kamera-Sensoroberfläche. Vorzugsweise wird hierzu eine kreisförmige Bewegung des Lichtes der Blendenpunkte, mit einem maximalen Durchmesser etwas kleiner als dem minimalen Abstand der Messblenden entsprechend, durchgeführt. Hierzu kann z. B. der Kamera-Sensor, vorteilhafter Weise jedoch auch nur ein ca. 1:1 bis 1:2 abbildendes Mikrolinsenarray, kreisförmig mit einem Radius von beispielsweise 30–60 μm unter der Aufnahmelochrasteblende mit einem ganzzahlig vielfachen der Bildwiederholrate, und einem ganzzahligen Bruchteil der Licht-Modulationsfrequenz um die Lichtachse schwingen. Der gleiche Effekt könnte durch eine zwischen der Aufnahmelochrasteblende und dem der Kamera-Sensor rotierenden Faserplatte mit schräg gestellten Fasern, oder über eine rotierende oder vibrierende Spiegelplatte oder über eine rotierende oder vibrierende durchsichtige Keilplatte, oder über ein mikromechanisches Spiegel-Array erreicht werden.Another way to achieve temporal discrimination with a conventional ordinary frame rate camera sensor is by applying a fast relative movement of the light exiting the aperture over the camera sensor surface. Preferably, for this purpose, a circular movement of the light of the aperture points, with a maximum diameter slightly smaller than the minimum distance of the metering orifices, carried out. For this purpose, z. B. the camera sensor, but advantageously also only an approximately 1: 1 to 1: 2 imaging microlens array, circular with a radius of, for example, 30-60 microns under the Aufnahmelochrasteblende with an integer multiple of the frame rate, and an integer fraction of Light modulation frequency oscillate around the light axis. The same effect could be caused by a slanted fiber plate rotating between the pickup hole stopper and the camera sensor Fibers, or via a rotating or vibrating mirror plate, or via a rotating or vibrating transparent wedge plate, or via a micromechanical mirror array.

Eine geeignete zeitliche Diskriminierung des Photonenstroms in den Messpunkten ist nicht nur bei einem periodisch wellenförmig modulierten Photonenstrom in Sinus-, Dreieck- oder Rechteckform, sondern auch bei pulsförmig modulierten Photonenströmen möglich. Eine Diskriminierung eines pulsförmigen Signals ist vorzugsweise mit allen genannten CCD, TDI und CMOS-Sensoren möglich. Zur zeitlichen Diskriminierung von pulsförmigen Photonenströmen sind auch flächige Detektoren aus dem Gebiet der Röntgentechnik (Timepix-Detektoren) geeignet, die den direkten Eintrittszeitpunkt einzelner Photonenquanten mit sehr hoher zeitlicher Auflösung bestimmen.A suitable temporal discrimination of the photon current in the measuring points is not only possible with a periodically wave-shaped modulated photon current in sine, triangular or rectangular form, but also with pulsed modulated photon currents. Discrimination of a pulsed signal is preferably possible with all mentioned CCD, TDI and CMOS sensors. For temporal discrimination of pulse-shaped photon currents and surface detectors from the field of X-ray technology (timepix detectors) are suitable, which determine the direct entry time of individual photon quanta with very high temporal resolution.

Falls die ankommende Lichtmenge zu gering ist können alle genannten Sensoren gegebenenfalls zur Erhöhung der Empfindlichkeit durch vorgesetzte Lichtverstärkungssysteme wie Mikrokanal-Bildverstärker ergänzt werden. Bei den CCD-Sensoren sind hierfür EMCCD-Sensoren geeignet, welche bereits intern innerhalb der Ladungskette eine Ladungsmultiplikation durchführen.If the incoming light amount is too low, all of the above sensors may be supplemented to increase the sensitivity by using advanced light amplification systems such as microchannel image intensifiers. In the case of the CCD sensors, EMCCD sensors are suitable for this, which already carry out a charge multiplication internally within the charge chain.

Vorzugsweise ist der Triggeranschluss der oben genannten Bildaufnahmeeinheiten mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden und diese dazu eingerichtet, den Triggeranschluss mit derselben Frequenz wie die breitbandigen Lichtquellen anzusteuern. Es ist aber auch möglich, dass die Bildaufnahmeeinheit ein Triggersignal zur Ansteuerung der Lichtquellen und des Mikrolinsenarrays sendet. Dadurch kann eine Korrelation der zeitlichen Abfolge innerhalb der Messeinrichtung hergestellt werden. Die Frequenz der Beleuchtungseinrichtung kann dabei zwischen dem 1-fachen und bis zum mehreren Millionenfachen der gewünschten Messpunkt-Bildrate betragen und wird im Wesentlichen durch den Bildwandler bestimmt.The trigger connection of the above-mentioned image recording units is preferably connected to the control and evaluation unit and configured to control the trigger connection with the same frequency as the broadband light sources. But it is also possible that the image pickup unit sends a trigger signal for driving the light sources and the microlens array. As a result, a correlation of the time sequence within the measuring device can be established. The frequency of the illumination device can be between 1 times and up to several million times the desired measuring point frame rate and is essentially determined by the image converter.

Vorzugsweise ist die Steuer- und Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet, aus den von der Bildaufnahmeeinheit gelieferten Messpunktdaten den Abstand der Oberflächenstruktur zur Optik zu bestimmen. Beispielsweise kann bei einem DAI-Sensor die Steuer- und Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, den Abstand aus dem Verhältnis der in den beiden Speicherelementen eines Pixels erfassten Intensitäten zu bestimmen.Preferably, the control and evaluation unit is further configured to determine the distance of the surface structure to the optics from the measurement point data supplied by the image acquisition unit. For example, in the case of a DAI sensor, the control and evaluation unit can be set up to determine the distance from the ratio of the intensities detected in the two memory elements of a pixel.

Unter chromatischer Optik wird in der vorliegenden Anmeldung eine Optik (auch nur eine Linse) verstanden, die eine chromatische Längsaberration CLA aufweist, die ausreicht, um mit den Wellenlängen des verwendeten Lichts den gewünschten Messbereich/Auflösung der Tiefeninformation über die Oberflächenstruktur abzudecken. Vorzugsweise ist daher die Optik eine hyperchromatische Optik, wodurch ein größerer Tiefenmessbereich erreicht wird. Eine hyperchromatische Optik hat eine äquivalente Abbesche Zahl, die kleiner ist als die Abbesche Zahl aller Einzelelemente, d. h. sie hat eine besonders hohe CLA. Vorzugsweise könnte die chromatische Optik durch eine elektrisch verstellbare Linse, vorzugsweise eine Flüssiglinse, ergänzt werden um einen ausreichenden durchgängigen Tiefenmessbereich zu gewährleisten.Chromatic optics in the present application is understood to mean an optic (even a single lens) which has a longitudinal chromatic aberration CLA sufficient to cover the desired measuring range / resolution of the depth information about the surface structure with the wavelengths of the light used. Preferably, therefore, the optics is a hyperchromatic optics, whereby a larger depth measurement range is achieved. A hyperchromatic optic has an equivalent Abbe number smaller than the Abbe number of all individual elements, d. H. she has a particularly high CLA. Preferably, the chromatic optics could be supplemented by an electrically adjustable lens, preferably a liquid lens, to ensure a sufficient continuous depth measurement range.

Sämtliche obige Überlegungen zur Bildaufnahmeeinheit, gelten unabhängig von der Ausgestaltung der Lichtquelle auch für den Fall, dass anstatt der breitbandigen Lichtquellen mit dispersivem Element anderweitig Einzellichtquellen erzeugt werden, deren spektrale Zusammensetzung zeitlich variiert werden kann. Eine solche Lichtquelle kann beispielsweise aus mehreren farbigen LEDs oder aus mehreren farbigen Laserlichtquellen, oder aus Weißlichtquellen mit nachgeschalteten Bandpass-Farbfiltern bestehen, welche mit geeigneten optischen Mitteln z. B. Prismen oder dichroitischen Spiegeln auf das Messpunktraster abgebildet werden und zeitlich individuell ansteuerbar sind. Vorteilhaft wäre hierbei die Überlappung der Wellenlängenbänder dieser Lichtquellen, wobei schmale Lücken zwischen den Wellenlängenbändern dieser Lichtquellen auch noch durch eine entsprechende konfokale Unschärfe, oder durch die elektrisch verstellbare Linse, ausgeglichen werden können.All the above considerations regarding the image recording unit, regardless of the design of the light source, also apply to the case in which individual light sources are otherwise produced instead of the broadband light sources with a dispersive element whose spectral composition can be varied over time. Such a light source may consist for example of a plurality of colored LEDs or of a plurality of colored laser light sources, or of white light sources with downstream bandpass color filters, which are provided with suitable optical means z. B. prisms or dichroic mirrors are mapped to the measuring point grid and are individually controlled in time. In this case, it would be advantageous to overlap the wavelength bands of these light sources, wherein narrow gaps between the wavelength bands of these light sources can also be compensated by a corresponding confocal blur, or by the electrically adjustable lens.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nachstehend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Darin zeigt:The invention will be explained with reference to several embodiments with reference to the drawings. It shows:

1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Intraoralkamera zum dreidimensionalen Erfassen einer Oberflächenstruktur; 1 a schematic longitudinal section through an intraoral camera for three-dimensional detection of a surface structure;

2 eine perspektivische Darstellung einer Beleuchtungs- und Bildaufnahmeeinheit der Intraoralkamera; 2 a perspective view of a lighting and image pickup unit of the intraoral camera;

3 eine schematische Darstellung der Intraoralkamera, bei welcher die Bildaufnahmeeinheit einen Lock-In-Sensor und die Lichtquelle eine Weißlicht-LED-Zeile aufweist; 3 a schematic representation of the intraoral camera, in which the image pickup unit has a lock-in sensor and the light source has a white light LED line;

4 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Beleuchtungs- und Bildaufnahmeeinheit der Intraoralkamera; 4 a perspective view of another illumination and image recording unit of the intraoral camera;

5 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Beleuchtungs- und Bildaufnahmeeinheit der Intraoralkamera; 5 a perspective view of another illumination and image recording unit of the intraoral camera;

6 eine schematische Darstellung der Intraoralkamera, bei welcher die Bildaufnahmeeinheit einen gewöhnlichen Kamera-Sensor aufweist und die Lichtquelle aus wenigen speziellen farbigen LEDs besteht; 6 a schematic representation of the intraoral camera, in which the image pickup unit has a common camera sensor and the light source consists of a few special colored LEDs;

7 eine schematische Darstellung des Detektorpixels und der Ansteuersignale der Intraoralkamera, bei welcher die Bildaufnahmeeinheit einen Timepix-Detektor aufweist und die Lichtquelle kurze Lichtblitze aussendet; 7 a schematic representation of the detector pixel and the drive signals of the intraoral camera, in which the image pickup unit has a timepix detector and the light source emits short flashes of light;

8 eine schematische Darstellung der gewonnen Bilder einer Intraoralkamera, bei welcher die Bildaufnahmeeinheit einen CCD- oder einen TDI-Kamera-Sensor aufweist. 8th a schematic representation of the images obtained an intraoral camera, in which the image pickup unit has a CCD or a TDI camera sensor.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER ASUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1 zeigt beispielhaft für eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Erfassen einer Oberflächenstruktur eine Intraoralkamera 10 zur Anwendung in der Dentalmedizin, insbesondere zum Erfassen von Zähnen 13 und deren Oberflächenstruktur 11. 1 shows an example of a device for three-dimensional detection of a surface structure of an intraoral camera 10 for use in dental medicine, in particular for detecting teeth 13 and their surface structure 11 ,

Die Intraoralkamera 10 weist ein längliches Gehäuse 12 auf, welches die wesentlichen Komponenten der Intraoralkamera 10 aufnimmt.The intraoral camera 10 has an elongated housing 12 on which the essential components of the intraoral camera 10 receives.

Im Inneren des Gehäuses 12 ist an dessen proximalen Ende 14 eine Lichtquelle 16 angeordnet, deren detaillierter Aufbau besser aus 2 ersichtlich ist.Inside the case 12 is at its proximal end 14 a light source 16 arranged, their detailed structure better 2 is apparent.

Die Lichtquelle 16 weist zur Erzeugung des Beleuchtungslichts zunächst eine Zeile 18 von mehreren (hier zehn) nebeneinander angeordneten Weißlicht-LEDs 20.n (20.1 bis 20.10) als einzeln ansteuerbare Weißlichtquellen auf.The light source 16 has to generate the illumination first a line 18 of several (here ten) juxtaposed white light LEDs 20.n ( 20.1 to 20:10 ) as individually controllable white light sources.

Ferner weist die Lichtquelle 16 als dispersives Element ein Gitter 22 mit einer Gitterebene 24 und einer Dispersionsrichtung 26 auf.Furthermore, the light source points 16 as a dispersive element a grid 22 with a grid plane 24 and a dispersion direction 26 on.

Die Zeile 18 und das Gitter 22 sind dabei derart versetzt zueinander angeordnet, dass für jede Weißlicht-LED 20.n die nullte Beugungsordnung des Gitters 22 nicht unter 0° senkrecht aus dem Gitter 22 austritt, sondern bereits einen Auslenkungswinkel aufweist. Insbesondere ist die Zeile 18 dabei so angeordnet, dass eine senkrechte Projektion der Zeile 18 auf die Gitterebene 24 zumindest eine Richtungskomponente in Dispersionsrichtung 26 aufweist. Vorzugsweise ist die Projektionsrichtung parallel zur Dispersionsrichtung 26. In den Ausführungsbeispielen ist die Zeile 18 aus Kostengründen jeweils geradlinig ausgeführt. Die theoretisch bevorzugte Gestalt der Zeile 18 wäre jedoch ein Kreisbogen, dessen Mittelpunkt im Zentrum des Gitters 22 liegt.The line 18 and the grid 22 are offset from one another in such a way that for each white light LED 20.n the zeroth diffraction order of the lattice 22 not below 0 ° vertically out of the grid 22 exits, but already has a deflection angle. In particular, the line 18 doing so arranged a vertical projection of the line 18 on the grid level 24 at least one directional component in the dispersion direction 26 having. Preferably, the projection direction is parallel to the dispersion direction 26 , In the embodiments, the line is 18 each carried out in a straight line for cost reasons. The theoretically preferred shape of the line 18 however, would be a circular arc whose center is in the center of the grid 22 lies.

Aufgrund der Beugungswirkung des Gitters 22 werden die spektralen Anteile des von den Weißlicht-LEDs 20.n kommenden Beleuchtungslichts in Dispersionsrichtung 26 voneinander getrennt, wobei je nachdem welche Weißlicht-LED 20.n aktiviert ist, im Strahlengang nach dem Gitter 22 jeweils unterschiedlich farbiges Beleuchtungslicht erzeugt wird.Due to the diffraction effect of the grid 22 become the spectral components of the white light LEDs 20.n coming illumination light in the dispersion direction 26 separated from each other, depending on which white light LED 20.n is activated, in the beam path after the grid 22 each different colored illumination light is generated.

Im Strahlengang nach dem Gitter 22 sind ferner ein Mikrolinsenarray 30 und eine Beleuchtungslochrasterblende 32 so angeordnet, dass das vom Gitter 22 kommende, in 1. Ordnung gebeugte, farbige Beleuchtungslicht auf Blendenöffnungen 34 der Beleuchtungslochrasterblende 32 fokussiert wird.In the beam path after the grid 22 are also a microlens array 30 and a lighting hole screen 32 so arranged that from the grid 22 next, diffracted in 1st order, colored illumination light on apertures 34 the illumination hole screen 32 is focused.

Alle Weißlicht-LEDs 20.n der Zeile 18 sind dabei unterhalb der Strahlrichtung 17 der 0. Beugungsordnung der untersten Gitterlinien des Gitters 22 angeordnet, damit kein ungebeugtes weißes Licht durch die Blendenöffnungen 34 tritt. Zur besseren Ausnutzung des von den Weißlicht-LEDs 20.n ausgesendeten Lichtes befindet sich in diesem Strahlengang zudem eine Kondensorlinse 28, welche je nach Position als eine normale konvexe Linse oder als konvexe Zylinderlinse ausgeführt ist.All white light LEDs 20.n the line 18 are below the beam direction 17 the 0th diffraction order of the lowest grid lines of the grid 22 arranged so that no undiffracted white light through the apertures 34 occurs. For better utilization of the white light LEDs 20.n emitted light is located in this beam path also has a condenser lens 28 , which is designed depending on the position as a normal convex lens or as a convex cylindrical lens.

Im weiteren Verlauf des Strahlengangs folgt eine chromatisch-konfokale Optik 40 mit einer optischen Achse 41, entlang welcher ein Polarisationsfilter 43, ein Strahlteilerwürfel 42, eine Verzögerungsplatte 47 und eine hyperchromatische Linsengruppe 44 angeordnet sind. Durch ein weiteres, im zurücklaufenden Strahlengang vor der Bildaufnahmeeinheit 50 eingebautes Polarisationsfilter 53, kann Störlicht, welches nicht den vorgesehenen optischen Strahlengang durchlaufen hat, gemindert werden. Zu diesem Zweck wird als Strahlteilerwürfel 42 vorzugsweise auch ein polarisierender Strahlteilerwürfel 42 verwendet. ein Strahlteilerwürfel 42 und eine hypochromatische Linsengruppe 44 angeordnet ist. Ferner umfasst die Optik 40 am distalen Ende 15 der Intraoralkamera 10 einen Umlenkspiegel 46, mit welchem der Strahlengang auf ein seitlich am Gehäuse 12 angeordnetes Sichtfenster 48 umgelenkt wird.In the further course of the beam path follows a chromatic-confocal optics 40 with an optical axis 41 along which a polarizing filter 43 , a beam splitter cube 42 , a delay plate 47 and a hyperchromatic lens group 44 are arranged. By another, in the returning beam path in front of the image pickup unit 50 built-in polarization filter 53 , Sturgeon light, which has not passed through the intended optical path, can be reduced. For this purpose, as a beam splitter cube 42 preferably also a polarizing beam splitter cube 42 used. a beam splitter cube 42 and a hypochromatic lens group 44 is arranged. Furthermore, the look includes 40 at the distal end 15 the intraoral camera 10 a deflecting mirror 46 with which the beam path on one side of the housing 12 arranged viewing window 48 is diverted.

Die Optik 40 ist derart ausgestaltet, dass die Blendenöffnungen 34 der Beleuchtungslochrasterblende 32 auf die zu erfassende Oberfläche 11 abgebildet werden. Die Blendenöffnungen 34 stellen so Einzellichtquellen dar, die auf der Oberflächenstruktur 11 ein Raster von beleuchteten Messpunkten 49 erzeugen. Die Beleuchtungslochrasterblende 32 und die Optik 40 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass die Messpunkte 49 lateral etwa zwischen 100 μm und 500 μm voneinander beabstandet sind, um ein Übersprechen zwischen den Messpunkten 49 zu verhindern.The optics 40 is designed such that the apertures 34 the illumination hole screen 32 on the surface to be detected 11 be imaged. The apertures 34 thus represent individual light sources that are on the surface structure 11 a grid of illuminated measuring points 49 produce. The illumination hole screen 32 and the optics 40 are coordinated so that the measuring points 49 are laterally spaced approximately between 100 .mu.m and 500 .mu.m apart from one another in order to crosstalk between the measuring points 49 to prevent.

Die Intraoralkamera 10 weist ferner eine Bildaufnahmeeinheit 50 auf, die optisch äquivalent zur Lichtquelle 16 neben dem Strahlteilerwürfel 42 angeordnet ist.The intraoral camera 10 also has an image pickup unit 50 on, the optically equivalent to light source 16 next to the beam splitter cube 42 is arranged.

Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 umfasst die Bildaufnahmeeinheit 50 einen Bildwandler 52 sowie eine Aufnahmelochrasterblende 54, die ebenfalls ein Raster von Blendenöffnungen 56 umfasst. In diesem Fall bedeutet eine optisch äquivalente Anordnung der Lichtquelle 16 und der Bildaufnahmeeinheit 50, dass die Optik 40 die Blendenöffnungen 34 der Beleuchtungslochrasterblende 32 und die Blendenöffnungen 56 der Aufnahmelochrasterblende 54 auf dieselben Messpunkte 49 auf der Oberflächenstruktur 11 abbildet.In the embodiment of 1 to 3 includes the image capture unit 50 a picture converter 52 and a recording grid 54 which also has a grid of apertures 56 includes. In this case, an optically equivalent arrangement means the light source 16 and the image capture unit 50 that the optics 40 the apertures 34 the illumination hole screen 32 and the apertures 56 the recording grid aperture 54 to the same measuring points 49 on the surface texture 11 maps.

Auf die Aufnahmelochrasterblende 54 wird vorzugsweise verzichtet, wenn der Bildwandler kein CCD-Sensor und die Pixel des Bildwandlers zumindest etwas kleiner sind, als die vorgesehenen Blendenöffnungen 56 sind. Die Funktion der Aufnahmelochrasterblende kann dann einfach durch unterlassene Berücksichtigung der normalerweise durch die Aufnahmelochrasterblende 54 abgedeckten Aufnahmepixel 58 des Bildwandlers 52 erfolgen.On the recording grid aperture 54 is preferably omitted if the image converter is not a CCD sensor and the pixels of the image converter at least slightly smaller than the intended apertures 56 are. The function of the recording aperture can then simply by neglecting the consideration of the normally accepted by the recording grid 54 covered recording pixels 58 of the image converter 52 respectively.

Als Bildwandler 52 ist ein Lock-in-Kamera-Sensor vorgesehen, wobei es lediglich von der geforderten Messgeschwindigkeit und Auflösung und dem vorhandenen Störlicht abhängig ist ob hier ein Fast-lock-in-Sensor (pOCT) oder ein Time-of-Flight-Sensor (DAI-Sensor) oder ein entsprechend betriebener CCD-Sensor oder sogar ein entsprechend ausgewerteter schneller CMOS-Sensor verwendet wird. Die hier wesentliche Eigenschaft der Bildaufnahmeeinheit 50 bzw. des Bildwandlers ist, dass jeder Pixel, der Licht an der Position der Blendenöffnungen 56 empfängt, einen Lock-in-Bearbeitungsmechanismus beinhaltet, und somit neben dem Amplitudensignal A auch noch die Phasenlage φ des Wechselanteils des Photonenstroms angibt (vgl. 3). Je nach Typ des verwendeten Lock-in-Kamera-Sensors erfolgt die Ermittlung der Phasenlage φ jedoch auch erst in der Steuer- und Auswerteeinheit 70.As an image converter 52 a lock-in-camera sensor is provided, it depends only on the required measurement speed and resolution and the existing stray light whether a fast-lock-in-sensor (pOCT) or a time-of-flight sensor (DAI Sensor) or a correspondingly operated CCD sensor or even a correspondingly evaluated fast CMOS sensor is used. The here essential property of the image acquisition unit 50 or the imager is that each pixel, the light at the position of the apertures 56 receives, includes a lock-in processing mechanism, and thus in addition to the amplitude signal A also indicates the phase angle φ of the alternating component of the photon current (see. 3 ). Depending on the type of lock-in-camera sensor used, the determination of the phase angle φ, however, also takes place only in the control and evaluation unit 70 ,

Schließlich umfasst die Intraoralkamera 10 noch eine Steuerund Auswerteeinheit 70, die in 1 zu Zwecken der besseren Darstellbarkeit außerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist. Selbstverständlich kann die Steuer- und Auswerteeinheit 70 jedoch auch vollständig oder teilweise innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet sein.Finally, the intraoral camera includes 10 another control and evaluation unit 70 , in the 1 for purposes of better displayability outside the housing 12 is arranged. Of course, the control and evaluation unit 70 but also completely or partially within the housing 12 be arranged.

Die Steuer- und Auswerteeinheit 70 ist zur Steuerung der Weißlicht-LEDs 20.n mit der Zeile 18 der Lichtquelle 16 verbunden. Obwohl eine solche Verbindung am realen System wohl über eine Digitalverbindung, eine Multiplexverbindung oder dergleichen realisiert ist, sind in 3 zum besseren Verständnis jeweils einzelne Leitungen 72.n zu den entsprechenden Weißlicht-LEDs 20.n gezeigt. Dies gilt generell für hier gezeigte Verbindungen.The control and evaluation unit 70 is for controlling the white light LEDs 20.n with the line 18 the light source 16 connected. Although such a connection on the real system is probably realized via a digital connection, a multiplex connection or the like, are in 3 For better understanding in each case individual lines 72.n to the corresponding white light LEDs 20.n shown. This generally applies to connections shown here.

Eingangsseitig ist die Steuer- und Auswerteeinheit 70 über eine Ausleseleitung 73 mit dem Bildwandler 52 verbunden, wobei in dieser Ausleseleitung 73 das Phasensignal φ und das Amplitudensignal A, oder zumindest Rohsignale die zur Berechnung des Phasen- und Amplitudensignals geeignet sind, übertragen wird.On the input side is the control and evaluation unit 70 via a readout line 73 with the image converter 52 connected, in this readout line 73 the phase signal φ and the amplitude signal A, or at least raw signals which are suitable for calculating the phase and amplitude signal, is transmitted.

Ferner ist die Steuer- und Auswerteeinheit 70 über eine Triggerleitung 74 mit der Bildaufnahmeeinheit 50a verbunden, welche den Nullpunkt der Phasenlage überträgt.Furthermore, the control and evaluation unit 70 via a trigger line 74 with the image acquisition unit 50a connected, which transmits the zero point of the phase angle.

Nicht gezeigt ist eine Verbindung der Steuer- und Auswerteeinheit 70 zu einem üblicherweise vorhandenen Anzeigegerät, meist ein Computer mit einem Monitor, der zugleich eine Berechnung der vollständigen Oberflächenstruktur aus den einzelne Aufnahmen, eine Speicherung und eine messtechnische Auswertung der Aufnahmen.Not shown is a connection of the control and evaluation unit 70 to a commonly available display device, usually a computer with a monitor, the same time a calculation of the complete surface structure of the individual recordings, a storage and a metrological evaluation of the images.

Die Intraoralkamera 10 arbeitet wie folgt:
Mit Hilfe der Steuer- und Auswerteeinheit 70 werden die Weißlicht-LEDs 20.n über die Leitungen 72.n mit Ansteuersignale S.n beaufschlagt.
The intraoral camera 10 works as follows:
With the help of the control and evaluation unit 70 become the white light LEDs 20.n over the wires 72.n acted upon with control signals Sn.

Vorzugsweise werden hier Ansteuersignale verwendet, die zu einer sinus-, dreieck- oder rechteckförmigen Lichtemission führen. In 3 sind beispielsweise Rechtecksignale dargestellt, welche, wie ersichtlich, zueinander jeweils derart Phasenverschoben sind, dass jede Weißlicht-LED 20.n ungefähr eine Phasenverschiebung von maximal φ/m zur nächsten LED verschoben ist. φ ist hierbei der prinzipbedingte Phasenmessbereich des verwendeten Bildaufnahmesensors welcher meistens zumindest π (180° bzw. +/–90°) und maximal 2π (360° bzw. +/–180°) beträgt, und m ist hierbei die Anzahl (vgl. 20.m in 2) der LEDs die notwendig ist um den für den Tiefenmessbereich notwendigen Wellenlängenbereich in der Dispersionseinrichtung darzustellen. Die Gesamtanzahl n der LEDs ist also größer als m, da die Beleuchtungslochrasterblende 32 auch in Dispersionrichtung 26 ausgedehnt ist, und auch die am Rand liegenden Blendenöffnungen 34 den gesamten Wellenlängenbereich übertragen sollen. Die LED 20.x könnte also das gleiche Ansteuersignal wie die LED 20.(x + m) und ggf. 20.(x + 2m) erhalten. Die Frequenz der Ansteuersignale Sn ist hingegen für alle LEDs 20.n gleich und wird erheblich durch den verwendeten Bildaufnahmesensor bestimmt. Bei ToF, bzw. DAI-Sensoren liegt sie im Bereich von 500 kHz bis 40 MHz. Bei pOCT-Sensoren ist der gewöhnliche Arbeitsbereich zwischen 1 kHz und 100 kHz. Wird die Lock-in-Funktion durch einen der genannten geeigneten CCD-Sensoren dargestellt können prinzipiell Frequenzen im Bereich von 1 kHz bis 50 MHz verwendet werden. Falls das Phasensignal unter Verwendung eines CMOS-Sensors gewonnen wird beträgt die Frequenz vorzugsweise maximal einen Bruchteil der maximalen Bildausleserate des Sensors, also weniger als 1 kHz. Die Frequenz sollte jedoch mindestens ein Vielfaches der gewünschten Messpunktabtastrate betragen, also mindestens 100 Hz.Preferably, drive signals are used here, which lead to a sinusoidal, triangular or rectangular light emission. In 3 For example, rectangular signals are shown which, as can be seen, are each phase-shifted relative to one another in such a way that each white-light LED 20.n approximately a phase shift of a maximum of φ / m is shifted to the next LED. φ here is the principle-related phase measurement range of the image sensor used which is usually at least π (180 ° or +/- 90 °) and a maximum of 2π (360 ° or +/- 180 °), and m is the number (see. 20.m in 2 ) of the LEDs necessary to represent the wavelength range necessary for the depth measurement range in the dispersion device. The total number n of the LEDs is thus greater than m, since the illumination hole grid aperture 32 also in dispersion direction 26 is extended, and also the marginal apertures 34 to transmit the entire wavelength range. The LED 20.x So could the same drive signal as the LED 20. (x + m) and possibly 20. (x + 2m) receive. The frequency of the drive signals Sn, however, is for all LEDs 20.n is the same and is considerably determined by the imaging sensor used. For ToF, or DAI sensors, it is in the range of 500 kHz to 40 MHz. For pOCT sensors the usual working range is between 1 kHz and 100 kHz. If the lock-in function is represented by one of the mentioned suitable CCD sensors, frequencies in the range can in principle be represented from 1 kHz to 50 MHz. If the phase signal is obtained using a CMOS sensor, the frequency is preferably at most a fraction of the maximum image readout rate of the sensor, that is less than 1 kHz. However, the frequency should be at least a multiple of the desired measuring point sampling rate, ie at least 100 Hz.

Aufgrund dessen, dass jede Weißlicht-LED 20.n unter einem anderen Winkel zum Gitter 22 bezüglich der Dispersionsrichtung 26 steht und die unterschiedlichen spektralen Anteile des einfallenden Lichts am Gitter 22 unterschiedlich stark gebeugt werden, wird jede Blendenöffnungen 34 der Beleuchtungslochrasterblende 32 in zeitlicher Abfolge von unterschiedlich farbigem Beleuchtungslicht beleuchtet. Dadurch erscheinen die Blendenöffnungen 34 als Einzellichtquellen, die in zeitlicher Abfolge ihre Farbe ändern.Due to the fact that every white light LED 20.n at a different angle to the grid 22 with respect to the dispersion direction 26 stands and the different spectral components of the incident light at the grid 22 each aperture is diffracted differently 34 the illumination hole screen 32 illuminated in time sequence by differently colored illumination light. As a result, the apertures appear 34 as individual light sources that change their color in chronological order.

Da an den Blendenöffnungen 34 das austretende Licht für jede Lichtfarbe eine definierte Phasenlage besitzt und durch die konfokale Diskriminierung in der Aufnahmelochrasterblende 54 nur Photonen eines schmalen Wellenlängenbandes in den jeweiligen Pixel 58 gelangt, korreliert die Phasenlage des Pixelsignals der Bildaufnahmeeinheit 50a direkt mit dem Abstand des Messpunktes von der Objektivlinse.Because at the apertures 34 the emergent light has a defined phase position for each light color and by the confocal discrimination in the recording aperture grid 54 only photons of a narrow band of wavelengths in the respective pixels 58 passes correlates the phase angle of the pixel signal of the image pickup unit 50a directly with the distance of the measuring point from the objective lens.

Für die zeitliche Abfolge sind grundsätzliche beliebige Muster denkbar. Die Reihenfolge innerhalb der Abfolge muss jedoch festgelegt sein, damit eine Korrelation mit den Daten der Bildaufnahmeeinheit möglich ist.For the timing of any fundamental patterns are conceivable. However, the order within the sequence must be fixed in order to allow correlation with the data of the image acquisition unit.

Über den Strahlteiler 42 und die hyperchromatische Linsengruppe 44 werden die Einzellichtquellen auf die Oberflächenstruktur 11 des Zahnes 13 abgebildet.About the beam splitter 42 and the hyperchromatic lens group 44 become the individual light sources on the surface structure 11 of the tooth 13 displayed.

Aufgrund der erhöhten chromatischen Längsabberation der hyperchromatischen Linsengruppe 44 werden die Einzellichtquellen jedoch je nach momentaner Farbe in unterschiedlicher Entfernung von der Linsengruppe 44 fokussiert. Daher wird jeweils nur dann eine Einzellichtquelle scharf in einen Messpunkt 49 auf der Oberflächenstruktur 11 abgebildet, wenn die Entfernung der Oberflächenstruktur 11 mit der Fokussierungsentfernung der jeweiligen Farbe übereinstimmt. Die anderen Farben werden über einen größeren lateralen Bereich ausgeschmiert, wodurch sie nur noch zu einem kleinen Teil durch die Optik 40 zurück, durch die gegebenenfalls zugehörige Messblende 56, in den zugehörigen Aufnahmepixel 58 des Bildwandlers gelangen.Due to the increased chromatic longitudinal aberration of the hyperchromatic lens group 44 However, the individual light sources, depending on the current color at different distances from the lens group 44 focused. Therefore, only one individual light source becomes sharp in one measurement point at a time 49 on the surface texture 11 Shown when removing the surface texture 11 coincides with the focusing distance of the respective color. The other colors are smeared over a larger lateral area, leaving them only a small part through the optics 40 back, through the optionally associated orifice plate 56 , in the associated recording pixels 58 get the image converter.

Beispielsweise wird bei typischen hypochromatischen Linsengruppen 44, wie in 3 gezeigt, blaues Licht B näher zur Linsengruppe hin fokussiert als rotes Licht R. Verläuft die Oberflächenstruktur 11 also wie in 3 als gestrichelte Linie 11' gezeigt, so erscheint der beleuchtete Lichtpunkt zu jenem Zeitpunkt scharf, zu welchem von der Einzellichtquelle her blaues Licht B einfällt. Umgekehrt wäre bei der gestrichelt dargestellten Linie 11'' der Zeitpunkt des roten Lichts R maßgeblich.For example, in typical hypochromatic lens groups 44 , as in 3 shown, blue light B closer to the lens group focused as red light R. Runs the surface structure 11 so as in 3 as a dashed line 11 ' As shown, the illuminated spot of light appears sharp at that time, to which blue light B is incident from the single light source. Conversely, the dashed line would be shown 11 '' the time of the red light R decisive.

Das von der Oberflächenstruktur 11 zurückgestreute Licht eines scharfen Messpunktes 49 fällt dann wieder weitestgehend derart in die Optik 40 der Intraoralkamera 10, dass der Messpunkt 49 aufgrund des Strahlteilerwürfels 42 in die zugehörige Blendenöffnung 56 bzw. den zugehörigen Aufnahmepixel 58 der Bildaufnahmeeinheit 50a abgebildet wird.That of the surface structure 11 backscattered light of a sharp measuring point 49 then falls again as far as possible in the optics 40 the intraoral camera 10 that the measuring point 49 due to the beam splitter cube 42 in the associated aperture 56 or the associated recording pixel 58 the image acquisition unit 50a is shown.

Um die erforderliche Tiefenauflösung senkrecht zur Oberflächenstruktur 11 zu erhalten, kommt nun der Lock-In-Kamera-Sensor als Bildwandler 52 zum Einsatz.To the required depth resolution perpendicular to the surface structure 11 to get, now comes the lock-in-camera sensor as an image converter 52 for use.

Wie anhand der durchgezogenen Linie 11 in 3 erkennbar ist, hat die Oberflächenstruktur 11, in dem Messpunkt 49, der zu dem betrachteten Pixel 58 des Lock-in-Kamera-Sensors gehört, einen Abstand zur Optik 40, bei welchem die chromatisch konfokale Bedingung am ehesten für die Lichtfarbe Rot erfüllt ist, welche für diese laterale Messpunktposition durch die Beugung 1. Ordnung am Gitter 22 nur im Lichtstrahl L2 aus der LED 20.2 stammen kann. Das detektierte Lichtsignal im Pixel 58 hat somit die Phasenlage der Leuchtdiode 20.2. Für den Messpunkt 49' stammt diese Lichtfarbe hingegen aus dem Lichtstrahl L1 aus der Leuchtdiode 20.1. und trägt somit deren Phasensignal. Wäre die Oberfläche 11 hingegen durch die Linie 11' dargestellt, so würde das Phasensignal des Pixels 58 durch den Lichtstrahl L2 + m aus der LED 20.m + 2 bestimmt, da nur deren blauer Lichtanteil durch das Gitter in 1. Ordnung in diese Richtung gebeugt wird, und die chromatisch konfokale Bedingung im Punkt B erfüllt ist. Zunächst scheint durch diese Funktionsweise theoretisch nur die Messung von m Tiefenstufen möglich zu sein, da die Lichtstrahlen L, welche den Tiefenmessbereich abdecken, ja nur aus LEDs stammen die im Winkelbereich der 1. Beugungsordnung zwischen den Lichtwellenlängen des konfokalen Tiefenbereichs der hyperchromatischen Linsengruppe liegen. Aufgrund der endlichen Kleinheit der Blenden 34 und 56 gibt es jedoch einen fließenden Übergang zwischen diesen theoretischen Tiefenstufen. So wird im Falle des Messpunktes 49 auch eine kleine Lichtmenge aus der LED 20.3 über den Lichtstrahl L3 zur Beleuchtung des Pixels 58 beitragen, da auch dieses Licht sogar über den gleichen Beugungswinkel am Rand der Blende 34 noch eine identische Wellenlänge zum Messpunkt 49 sendet. Zusätzlich gelangt wegen der Kegelform der farbigen Lichtstrahlen und der endlichen Kleinheit der Messblende 56 auch noch ein nennenswerter Anteil des Lichtes mit benachbarten Wellenlängen in den Aufnahmepixel 58. Dieses Licht stammt dann ebenfalls zu einem kleinen Anteil aus den benachbarten LEDs. Die hinter der Messblende 56, bzw. im Aufnahmepixel 58 gemessene Phase entspricht somit einer Überlagerung des Phasensignals aus mindestens 2 benachbarten LEDs der LED-Zeile 18 und ändert sich kontinuierlich mit dem Abstand des Messpunktes 49.As with the solid line 11 in 3 is recognizable, has the surface texture 11 in the measuring point 49 which is the pixel under consideration 58 of the lock-in-camera sensor, a distance to the optics 40 in which the chromatic confocal condition is most likely to be satisfied for the red light color, which for that lateral measuring point position is due to the diffraction 1 , Order at the grid 22 only in the light beam L2 from the LED 20.2 can come. The detected light signal in the pixel 58 thus has the phase of the LED 20.2 , For the measuring point 49 ' On the other hand, this light color originates from the light beam L1 from the light-emitting diode 20.1 , and thus carries its phase signal. Would be the surface 11 however, by the line 11 ' represented, then the phase signal of the pixel 58 through the light beam L2 + m from the LED 20.m + 2 determined, since only the blue light component is diffracted by the lattice in 1st order in this direction, and the chromatic confocal condition is met in the point B. At first, theoretically only the measurement of m depth steps seems to be possible by this mode of operation, since the light beams L which cover the depth measurement range are indeed only from LEDs which lie in the angular range of the 1st diffraction order between the light wavelengths of the confocal depth range of the hyperchromatic lens group. Due to the finite smallness of the panels 34 and 56 However, there is a smooth transition between these theoretical depths. This becomes the case of the measuring point 49 also a small amount of light from the LED 20.3 over the light beam L3 for illuminating the pixel 58 contribute, because even this light even over the same diffraction angle at the edge of the aperture 34 another identical wavelength to the measuring point 49 sends. In addition, due to the conical shape of the colored light rays and the finite smallness of the measuring aperture 56 also still a significant proportion of the light with adjacent wavelengths in the recording pixels 58 , This light comes then also to a small extent from the neighboring LEDs. The behind the orifice plate 56 , or in the recording pixel 58 measured phase thus corresponds to a superposition of the phase signal from at least 2 adjacent LEDs of the LED line 18 and changes continuously with the distance of the measuring point 49 ,

Analog hierzu ist in 7 dargestellt wie die Lichtquellen (16, 16a, 16b, 16c) für einen Betrieb mit überlagerten pulsförmigen Lichtblitzen durch die Signale Sn, Sm beispielsweise angesteuert werden können, um einen Timepix-Detektor als Bildaufnahmesensor 52 in der Bildaufnahmeeinheit 50a zu verwenden. In 7 ist ein einzelner Aufnahmepixel 58 des Timepix-Detektors (T-Pixel) dargestellt. Der ankommende überlagerte Lichtblitz trägt die Tiefeninformation in seiner relativen Ankunftszeit T. Die Photodiode PD und der Verstärker V des T-Pixels erzeugen einen Spannungspuls UP welcher im Komperator K mit der Schwellenspannung US verglichen wird. Der durch das Triggersignal ST gestartete Zähler zählt die Impulse des Zeitsignals SZ bis er durch das Komperatorsignal UK gestoppt wird und liefert so als Ergebnis die relative Ankunftszeit T des überlagerten Lichtblitzes. Da der T-Pixel gegebenenfalls nicht gleichzeitig die Amplitude oder den Zeitpunkt der Unterschreitung der Schwellenspannung UP detektiert ist es gegebenenfalls Notwendig einen 2. Messvorgang mit umgekehrte Impusfolge der Signale Sn, Sm durchzuführen, um die Tiefenmessung nicht zu sehr durch Amplitudenunterschiede der in den Messpunkten 49 gestreuten Lichtblitze zu verfälschen. Vorzugsweise sind die Steuerimpulse Sn, Sm sinusförmig und zum nächsten Nachbar jeweils um 2/3π in ihrer Phase verschoben. Bei geeigneter Dimensionierung der Blenden 34 und 54 und bei geeigneter Positionierung und Dimensionierung der LEDs sind dann, ebenso wie bei der Verwendung symmetrischer Ansteuerung, auch Abständeermittelbar, die nicht einer exakten Fokuslage entsprechen.Analogous to this is in 7 represented as the light sources ( 16 . 16a . 16b . 16c ) for operation with superimposed pulsed light flashes by the signals S n , S m, for example, can be controlled to a timepix detector as an image sensor 52 in the image capture unit 50a to use. In 7 is a single recording pixel 58 of the timepix detector (T-pixel). The incoming superimposed flash of light carries the depth information in its relative arrival time T. The photodiode PD and the amplifier V of the T-pixel generate a voltage pulse U P which is compared in the comparator K with the threshold voltage U S. The counter started by the trigger signal S T counts the pulses of the time signal S Z until it is stopped by the comparator signal U K and thus supplies as a result the relative arrival time T of the superposed flash of light. If the T-pixel may not simultaneously detect the amplitude or the time when the threshold voltage U P is undershot, it may be necessary to carry out a second measuring operation with reversed impulse sequence of the signals S n , S m so as not to affect the depth measurement too much by amplitude differences in FIG the measuring points 49 distorted light flashes. Preferably, the control pulses S n , S m are sinusoidal and shifted to the nearest neighbor by 2 / 3π in their phase. With suitable dimensioning of the panels 34 and 54 and with suitable positioning and dimensioning of the LEDs, as well as the use of symmetrical control, it is then also possible to determine distances which do not correspond to an exact focus position.

4 zeigt eine weitere chromatisch modulierte Lichtquelle die an der in 1 dargestellten Intraoral-3D-Kamera 10 verwendet werden kann. Bei dieser Lichtquelle 16b wird ein Konzentrator 27 verwendet der lediglich notwendig ist um die bereits in den Lichtquellen 21.1 bis 21.3 auf ein begrenztes, verschiedenfarbiges, breites, Wellenlängenband eingegrenztes Farbspektrum zusammenzuführen und zentral durch die Blendenöffnungen 34 des Blendenrasters 32 zu führen. Der Konzentrator 27 ist dann vorzugsweise ein dispersives Element und hier als Prisma ausgeführt. Zur Umlenkung und Verlängerung des Strahlengangs wird vorzugsweise noch ein Umlenkspiegel 19 und eine Blende 23 zur Unterdrückung des direkt in Richtung strahlenden Lichtes eingebaut. Der Konzentrator 27, sowie der Umlenkspiegel 19 und die Blende 23 können dabei auch ganz entfallen wenn die Lichtquellen 21.1 bis 21.m extrem klein ausgeführt sind, sodass die Abbildung jeder Lichtquelle praktisch vollständig durch die Blendenöffnungen 34 in jeden zugehörigen Messpunkt, und zurück durch die Blendenöffnungen 56 in die Bildaufnahmeeinheit gelangt. Eine solche Lichtquelle 16c ist in 5 dargestellt. Vorzugsweise werden in den Lichtquellen 16b und 16c nur wenige, vorzugsweise zwischen 3 und 7, Einzellichtquellen 21.1 bis 21.3 bzw. 21.4 verwendet, deren Wellenlängenspektrum zumindest eine sinus- oder dreiecksähnliche Form besitzen. Zusätzlich müssen sich diese Wellenlängenspektren jeweils bis ca. zu ihrer mittleren Wellenlänge gegenseitig überlappen. In 6 sind Beispielsweise solche bevorzugt verwendeten Wellenlängenspektren I21.1(λ) bis I21.4(λ) für eine Lichtquelle 16b oder 16c mit 4 Einzellichtquellen und die zugehörigen Ansteuersignale S1 bis S4 dargestellt. Angesteuert werden diese Einzellichtquellen ebenfalls mit einem periodischen Signal gleicher Frequenz, welches zu einer sinus- oder dreiecksähnlichen Photonen-Intensitätsmodulation führt. Die Modulation erfolgt ebenfalls phasenversetzt, wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben. Entsprechend der kleineren Anzahl von z. B. m = 4 Lichtquellen 21.1 bis 21.4 ist der Verschiebungswinkel der Signale S1 bis S4 deutlich größer. Er hat vorzugsweise den Wert 2π/(m + 1). Das durch die Blendenöffnungen 34 der Beleuchtungslochrasterblende 32 gelangende Licht ist dann prinzipiell nahezu weißes Licht, da über eine Ansteuerperiode hinweg alle Wellenlängen ausgesendet werden. Genau betrachtet hat aber jede Wellenlänge Durch Überlagerung der beteiligten Lichtquellen eine eigene Phasenlage die sich kontinuierlich zur Wellenlänge verhält. 4 shows another chromatically modulated light source at the in 1 illustrated intraoral 3D camera 10 can be used. In this light source 16b becomes a concentrator 27 used only necessary to those already in the light sources 21.1 to 21.3 to merge a limited, different colors, wide, wavelength band limited color spectrum and centrally through the apertures 34 of the aperture grid 32 respectively. The concentrator 27 is then preferably a dispersive element and designed here as a prism. For deflecting and extending the beam path is preferably still a deflection mirror 19 and a panel 23 to suppress the direct in the direction of radiant light installed. The concentrator 27 , as well as the deflection mirror 19 and the aperture 23 can be omitted altogether if the light sources 21.1 to 21.m Extremely small, so that the image of each light source is almost completely through the apertures 34 into each associated measuring point, and back through the apertures 56 enters the image recording unit. Such a light source 16c is in 5 shown. Preferably, in the light sources 16b and 16c only a few, preferably between 3 and 7, individual light sources 21.1 to 21.3 respectively. 21.4 used, whose wavelength spectrum have at least one sinusoidal or triangular-like shape. In addition, these wavelength spectra must overlap each other up to approximately their mean wavelength. In 6 For example, those preferably used wavelength spectra I 21.1 (λ) to I 21.4 (λ) for a light source 16b or 16c with 4 individual light sources and the associated control signals S 1 to S 4 shown. These individual light sources are also controlled by a periodic signal of the same frequency, which leads to a sinusoidal or triangular-like photon intensity modulation. The modulation is also phase-shifted, as described in the embodiment 1. According to the smaller number of z. B. m = 4 light sources 21.1 to 21.4 is the shift angle of the signals S 1 to S 4 significantly larger. It preferably has the value 2π / (m + 1). That through the apertures 34 the illumination hole screen 32 reaching light is then in principle almost white light, since all wavelengths are emitted over a drive period. Exactly considered, however, each wavelength has its own phase position due to superposition of the light sources involved, which behaves continuously to the wavelength.

Das in der Bildaufnahmeeinheit 50 detektierte Signal hat jetzt eine alleinig durch Überlagerung der durch die konfokale Bedingung gefilterten schmalen Farbanteile aus zumindest 2 der überlappenden Spektren I21.m(λ) bestimmte Phasenlage, welche ebenso mit der Tiefe des Messpunktes korreliert wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben.That in the image acquisition unit 50 Signal detected now has a phase determined solely by superposition of the narrow color components filtered by the confocal condition from at least 2 of the overlapping spectra 21.m (λ) , which also correlates with the depth of the measurement point as described in Example 1.

Eine einzelne Lichtquelle des Ausführungsbeispiels 2 mit einem vorzugsweise verwendeten Wellenlängenspektrum I21.m(λ) kann beispielsweise aus einer farbigen LED, welche bereits ein ausreichendes Wellenlängenband emittiert, oder beispielsweise aus einer blau emittierenden LED oder Laserdiode mit einem nachgeschalteten fluoreszierenden Farbstoff welcher ein entsprechendes Wellenlängenband emittiert, oder aus einer breitbandig emittierenden weißen LED mit einem nachgeschalteten Farbfilter, welcher ein entsprechendes Wellenlängenband durchlässt, hergestellt werden.A single light source of the embodiment 2 with a preferably used wavelength spectrum I 21.m (λ) , for example, from a colored LED, which already emits a sufficient wavelength band, or, for example, from a blue emitting LED or laser diode with a downstream fluorescent dye which emits a corresponding wavelength band, or from a broadband emitting white LED with a downstream color filter, which passes a corresponding wavelength band can be produced.

Da mit den verfügbaren Wellenlängenspektren von Leuchtdioden und den verfügbaren Floureszenzfarbstoffen, und auch mit Farbfiltern in der Praxis jedoch nicht jedes Wellenlängenspektrum darstellbar ist, und auch die Objekte nicht jede Wellenlänge gleich gut zurück streuen könnten, insbesondere mit solchen Lichtquellen 21.m, schlecht messbare Zonen oder Lücken im Tiefenmessbereich entstehen. Zur Behebung dieses Mangels ist in der chromatischen Linsengruppe 44 eine elektrisch verstellbare Linse 45 eingefügt, welche durch eine entsprechende Ansteuerung durch die Steuereinheit 70 eine passende Verschiebung des Tiefenmessbereichs bewirkt. Vorzugsweise wird hierbei eine stufige Ansteuerung, welche mit dem Bildaufnahmezyklus des Kamera-Sensors 52 synchronisiert ist verwendet. Es ist jedoch auch möglich die Linse 45 periodisch anzusteuern, dann muss jedoch die Steuerfrequenz der Lichtquellen 20.n, 21.m ein ganzzahlig vielfaches diese periodischen Signals betragen.As with the available wavelength spectra of light emitting diodes and the available Floureszenzfarbstoffen, and also with color filters in practice, however, not every wavelength spectrum can be represented, and also the objects could not equally well backscatter each wavelength, especially with such light sources 21.m , poorly measurable zones or gaps in the depth measuring range arise. To remedy this deficiency is in the chromatic lens group 44 an electrically adjustable lens 45 inserted, which by a corresponding control by the control unit 70 causes a proper shift of the depth measuring range. Preferably, in this case, a stage control, which with the image recording cycle of the camera sensor 52 synchronized is used. However, it is also possible the lens 45 However, the control frequency of the light sources must be controlled periodically 20.n . 21.m an integer multiple this periodic signal amount.

Zur Detektion können hier ebenfalls die Lock-in-Kamera Sensorprinzipien verwendet werden. Eine pulsförmige Modulation der Photonenintensität ist hier auch prinzipiell möglich jedoch nicht sinnvoll, da dann zumindest auch noch die Intensitätsverhältnisse des ankommenden Photonenstromes ausgewertet werden müssten.For detection, the lock-in-camera sensor principles can also be used here. A pulse-shaped modulation of the photon intensity is also possible in principle here, but not meaningful, since then at least also the intensity ratios of the incoming photon stream would have to be evaluated.

In 5 und 6 ist jedoch für das Ausführungsbeispiel 2 eine Bildaufnahmeeinheit 50b dargestellt, bei welcher ein gewöhnlicher Kamera-Sensor 52 verwendet werden kann. Zur zeitlichen Diskriminierung der in den Messblenden 56 ankommenden Photonenströme werden die Messblenden über ein korrespondierendes Mikrolinsenarray 80, welches durch einen Antrieb 82, vorzugsweise ein Piezoschwinger oder ein magnetisches Schwingsystem, in eine kreisende Schwingbewegung 88 versetzt wird, auf den gewöhnlichen Kamera-Sensor 52 abgebildet. Bei einem vorzugsweise verwendeten leicht vergrößernden Abbildungsmaßstab von ca. 1:1 bis 1:2 entsteht auf dem Kamera-Sensor 52 an jeder Messpunktposition eine kleine ringförmige Belichtung 89, deren Radius ca. doppelt bis 3fach so groß ist wie die Schwingbewegung 88 des Mikrolinsenarrays 80. Die Frequenz für die Lichtquellensignale S1 bis Sm muss dabei ein ganzzahlig vielfaches der Schwingfrequenz des Mikrolinsenarrays SML betragen. Der ringförmigen Belichtung 89 ist dann eine Modulation entsprechend der Phasenlage der ankommenden konfokal diskriminierten Lichtfarbe aufgeprägt. Aus dem Winkel φ dieses Ringmusters lässt sich somit die Tiefe des zugehörigen Messpunktes bestimmen. Im in 5 abgebildeten Beispiel wurde als Steuerfrequenz für die Lichtquellensignale S die doppelte Frequenz der Schwingfrequenz des Mikrolinsenarrays SML gewählt.In 5 and 6 However, for the embodiment 2 is an image pickup unit 50b shown in which a common camera sensor 52 can be used. For temporal discrimination in the measuring orifice 56 incoming photon currents are the measuring apertures on a corresponding microlens array 80 which by a drive 82 , Preferably a piezoelectric vibrator or a magnetic oscillating system, in a circular swinging motion 88 is placed on the ordinary camera sensor 52 displayed. At a preferably used slightly magnifying magnification of about 1: 1 to 1: 2 is formed on the camera sensor 52 at each measuring point position a small annular exposure 89 whose radius is about twice to 3 times as large as the swinging motion 88 of the microlens array 80 , The frequency for the light source signals S 1 to S m must be an integer multiple of the oscillation frequency of the microlens array S ML . The annular exposure 89 is then a modulation according to the phase of the incoming confocal discriminated light color imprinted. From the angle φ of this ring pattern can thus determine the depth of the associated measuring point. Im in 5 In the example shown, the control frequency for the light source signals S was twice the frequency of the oscillation frequency of the microlens array S ML .

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006007172 B4 [0002, 0009] DE 102006007172 B4 [0002, 0009]

Claims (18)

Vorrichtung (10) zum dreidimensionalen Erfassen einer Oberflächenstruktur (11; 11'; 11''; 11'''), insbesondere zum Erfassen von Zähnen (13), a) mit einer chromatisch-konfokalen Optik (40, 42, 44), die eine optische Achse (41) umfasst, und b) mit einer Lichtquelle (16; 16a; 16b; 16c), die ein Raster von lateral zur optischen Achse (41) beabstandeten Einzellichtquellen (34) aufweist, c) wobei die Optik (40, 42, 44) die Einzellichtquellen (34) derart auf die Oberflächenstruktur (11; 11'; 11''; 11''') abbildet, dass dort ein Raster von Messpunkten (49) erzeugt wird, die voneinander lateral beabstandet sind, d) wobei eine Bildaufnahmeeinheit (50; 50a; 50b) optisch äquivalent zu den Einzellichtquellen (34) angeordnet ist, um das Raster von Messpunkten (49) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass e) eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (70) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, – die Lichtquelle (16; 16a; 16b; 16c) derart anzusteuern, dass die Einzellichtquellen (34) in zeitlicher Abfolge Licht mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung abgeben, und – mit Hilfe der Bildaufnahmeeinheit (50; 50a; 50b) das Raster von Messpunkten (49) korreliert mit der zeitlichen Abfolge des von den Einzellichtquellen (34) abgegebenen Lichts zu erfassen.Contraption ( 10 ) for the three-dimensional detection of a surface structure ( 11 ; 11 '; 11 ''; 11 ''' ), in particular for detecting teeth ( 13 ), a) with a chromatic-confocal optic ( 40 . 42 . 44 ), which has an optical axis ( 41 ) and b) with a light source ( 16 ; 16a ; 16b ; 16c ), which is a raster from lateral to the optical axis ( 41 ) spaced individual light sources ( 34 ), c) the optics ( 40 . 42 . 44 ) the individual light sources ( 34 ) on the surface structure ( 11 ; 11 '; 11 ''; 11 ''' ) shows that there is a grid of measuring points ( 49 ), which are laterally spaced from each other, d) wherein an image pickup unit ( 50 ; 50a ; 50b ) optically equivalent to the individual light sources ( 34 ) is arranged around the grid of measuring points ( 49 ), characterized in that e) a control and evaluation device ( 70 ), which is designed to: - illuminate the light source ( 16 ; 16a ; 16b ; 16c ) in such a way that the individual light sources ( 34 ) emit light with different spectral composition in chronological order, and - with the aid of the image recording unit ( 50 ; 50a ; 50b ) the grid of measuring points ( 49 ) correlates with the time sequence of the individual light sources ( 34 ) to detect emitted light. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16a) vor einem Rasterelement (30, 32) zum Erzeugen der Einzellichtquelle (34) ein dispersives Element (22) mit einer Dispersionsrichtung (26) und mindestens eine zumindest teilweise in Dispersionsrichtung (26) ausgerichtete Zeile (18) von einzeln ansteuerbaren breitbandigen Lichtquellen (20.n) aufweist, sodass beim Ansteuern der breitbandigen Lichtquellen (20.n) auf das Rasterelement (30, 32) nacheinander Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge fällt.Device according to claim 1, characterized in that the light source ( 16a ) in front of a raster element ( 30 . 32 ) for generating the single light source ( 34 ) a dispersive element ( 22 ) with a dispersion direction ( 26 ) and at least one at least partially in the dispersion direction ( 26 ) aligned line ( 18 ) of individually controllable broadband light sources ( 20.n ), so that when driving the broadband light sources ( 20.n ) on the grid element ( 30 . 32 ) successively light with different wavelengths falls. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16b, 16c) vor einem Rasterelement (30, 32) und einem Konzentrator (19, 27, 28) zum Erzeugen der Einzellichtquellen (34) zumindest zwei breitbandige, einzeln ansteuerbare Lichtquellen (21.m) aufweist, deren Wellenlängenspektrum jeweils eine dreiecksähnliche Intensitätsverteilung aufweist, welche sich zumindest Teilweise überlappen, sodass durch eine periodische phasenversetzte sinusähnliche Ansteuerung der ansteuerbaren Lichtquellen eine periodische Spektrumsverschiebung des Lichtes der Einzellichtquellen (34) durch Überlagerung des Lichtes der breitbandige, einzeln ansteuerbaren Lichtquellen (21.m) erfolgt.Device according to claim 1, characterized in that the light source ( 16b . 16c ) in front of a raster element ( 30 . 32 ) and a concentrator ( 19 . 27 . 28 ) for generating the individual light sources ( 34 ) at least two broadband, individually controllable light sources ( 21.m ) whose wavelength spectrum in each case has a triangular-like intensity distribution which at least partially overlap, so that a periodic phase-offset sinusoidal activation of the controllable light sources results in a periodic spectrum shift of the light of the individual light sources ( 34 ) by superposition of the light of the broadband, individually controllable light sources ( 21.m ) he follows. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chromatische Optik (40) polarisierende Komponenten (42, 43, 47, 53) enthält, derart eingebaut, dass im Wesentlichen nur das von der Oberfläche 11 gestreute, und aus der Lichtquelle (16, 16a, 16b) stammende Licht in die Bildaufnahmeeinheit (50, 50a, 50b) gelangt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the chromatic optics ( 40 ) polarizing components ( 42 . 43 . 47 . 53 ), incorporated in such a way that substantially only that of the surface 11 scattered, and from the light source ( 16 . 16a . 16b ) into the image acquisition unit ( 50 . 50a . 50b ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chromatische Linsengruppe (44) eine hyperchromatische Linsengruppe ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the chromatic lens group ( 44 ) is a hyperchromatic lens group. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chromatische Linsengruppe (44) eine elektromechanisch verstellbare Linse (45) enthält, derart gestaltet, dass Lücken im Tiefenmessbereich, welche durch unzureichende Wellenlängenbänder der Lichtquellen (20.n, 21.m) entstehen überbrückt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the chromatic lens group ( 44 ) an electromechanically adjustable lens ( 45 ), designed such that gaps in the depth measuring range caused by insufficient wavelength bands of the light sources ( 20.n . 21.m ) to be bridged. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzeln ansteuerbaren Lichtquellen (20.n, 21.m) in beliebiger aber fest vorgegebener Reihenfolge angesteuert werden.Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the individually controllable light sources ( 20.n . 21.m ) can be controlled in any but fixed order. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzeln ansteuerbaren breitbandigen Lichtquellen (20.n, 21.m) mit derselben Frequenz eines nahezu zeitlich symmetrischen Hell-Dunkel-Steuersignals angesteuert werden, wobei die Steuersignale der Lichtquellen (20.n, 21.m) zueinander phasenverschoben sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the individually controllable broadband light sources ( 20.n . 21.m ) are driven at the same frequency of an almost temporally symmetrical light-dark control signal, the control signals of the light sources ( 20.n . 21.m ) are out of phase with each other. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanisch verstellbare Linse (45) eine Flüssiglinse ist, welche durch die Steuereinheit mit den Lichtquellen (20.n, 21.m) korreliert wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electromechanically adjustable lens ( 45 ) is a liquid lens, which by the control unit with the light sources ( 20.n . 21.m ) is correlated. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Synchronisationsleitung (74) die Steuereinrichtung (70) und die Bildaufnahmeeinheit (50, 50a) in Verbindung stehen um die einzeln ansteuerbaren breitbandigen Lichtquellen (20.n, 21.m) mit der Abtastfrequenz der Bildaufnahmeeinheit zu synchronisieren.Device according to one of the preceding claims, characterized in that via a synchronization line ( 74 ) the control device ( 70 ) and the image acquisition unit ( 50 . 50a ) are connected to the individually controllable broadband light sources ( 20.n . 21.m ) to synchronize with the sampling frequency of the image pickup unit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit eine Aufnahmelochrasterblende (54) mit optisch äquivalent zu den Lichtquellen (34) angeordneten Lochblenden (56) enthält, welche durch ein Array aus optischen Fasern auf eine beliebige Anordnung der Detektorpixel (58) umleitet.Device according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the image recording unit has a recording aperture ( 54 ) with optically equivalent to the light sources ( 34 ) arranged pinhole ( 56 ), which is guided by an array of optical fibers to an arbitrary arrangement of the detector pixels (FIG. 58 ) redirects. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit eine Aufnahmelochrasterblende (54) mit optisch äquivalent zu den Lichtquellen (34) angeordneten Lochblenden (56) enthält, welche durch ein lateral bewegliches Mikrolinsenarray (80) auf einen beliebigen Bildaufnahmesensor (52) abgebildet wird, wobei das lateral bewegliches Mikrolinsenarray (80) zumindest in einer Richtung durch einen Antrieb (82) in eine periodische Bewegung (88) versetzt wird, wobei die Ansteuerfrequenz (Sn, Sm) der Lichtquellen (20.n, 21.m) ein ganzzahlig vielfaches der zur Ansteuerfrequenz (SML) des Mikrolinsenarrays beträgt, und die Ansteuersignale der Lichtquellen (Sn, Sm) mit dem Ansteuersignal (SML) des Mikrolinsenarrays durch die Steuereinheit (70) korreliert wird,.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the image recording unit a receiving aperture ( 54 ) with optically equivalent to the light sources ( 34 ) arranged pinhole ( 56 ), which is guided by a laterally movable microlens array ( 80 ) on any image sensor ( 52 ), wherein the laterally movable microlens array ( 80 ) at least in one direction by a drive ( 82 ) into a periodic movement ( 88 ), wherein the drive frequency (Sn, Sm) of the light sources ( 20.n . 21.m ) is an integer multiple of the drive frequency (S ML ) of the microlens array, and the drive signals of the light sources (Sn, Sm) with the drive signal (S ML ) of the microlens array by the control unit ( 70 ) is correlated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (50, 50a) einen Fast-Lock-In-Kamera-Sensor (pOCT-Sensor) umfasst, bei welchem jedes Pixel (58) ein Amplitudensignal (A) und ein Phasensignal (φ) des ankommenden Photonenstroms ausgibt, welches direkt mit einer Lock-In-Auswerteschaltung im Pixel 58 gewonnen wird.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the image recording unit ( 50 . 50a ) comprises a fast-lock-in-camera sensor (pOCT sensor), in which each pixel ( 58 ) outputs an amplitude signal (A) and a phase signal (φ) of the incoming photon current, which directly with a lock-in evaluation circuit in the pixel 58 is won. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (50, 50a) einen Time-Of-Flight-Kamera-Sensor (TOF- oder DAI-Sensor) umfasst, bei welchem jedes Pixel (58) mehrere Amplitudensignale ausgibt woraus sich das Phasensignal des ankommenden Photonenstroms durch die Steuereinheit (70) berechnen lässt.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the image recording unit ( 50 . 50a ) comprises a time-of-flight camera sensor (TOF or DAI sensor) in which each pixel ( 58 ) outputs a plurality of amplitude signals from which the phase signal of the incoming photon current through the control unit ( 70 ) can be calculated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (50, 50a, 50b) einen Ladungsgkoppelten-Kamerasensor (FF-CCD-, FT-CCD-, TDI-Sensor) umfasst, bei welchem das Phasensignal der Messpunkte durch Auswertung des Amplitudenbildes welches durch eine besondere Ansteuerung (74) der Ladungskopplung gewonnen wurde, durch die Steuereinheit berechnet wird.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the image recording unit ( 50 . 50a . 50b ) comprises a charge-coupled camera sensor (FF-CCD, FT-CCD, TDI sensor), in which the phase signal of the measuring points by evaluation of the amplitude image which by a special control ( 74 ) of the charge coupling was calculated by the control unit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (50, 50a, 50b) einen CMOS-Kamera-Sensor umfasst, bei welchem das Phasensignal der Messpunkte durch Auswertung des Amplitudenbildes welches durch schnelles, ausschließliches Auslesen der durch die Messpunkte 56 belichteten Pixel gewonnen wurde, durch die Steuereinheit berechnet wird.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the image recording unit ( 50 . 50a . 50b ) comprises a CMOS camera sensor, in which the phase signal of the measuring points by evaluation of the amplitude image which by fast, exclusive reading of the through the measuring points 56 pixel obtained was calculated by the control unit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (50b) einen CMOS-Kamera-Sensor umfasst, bei welchem das Phasensignal der Messpunkte durch Auswertung des Amplitudenbildes (89) welches durch eine laterale Bewegung (88) des Mikrolinsenarrays (80) gewonnen wurde, durch die Steuereinheit berechnet wird.Device according to one of claims 1 to 10 and 12, characterized in that the image recording unit ( 50b ) comprises a CMOS camera sensor, in which the phase signal of the measuring points by evaluation of the amplitude image ( 89 ) which by a lateral movement ( 88 ) of the microlens array ( 80 ) is calculated by the control unit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (50, 50a, 50b) einen Impulse detektierenden Strahlungsbildsensor (Timepix Detektor) umfasst, bei welchem in jedem Pixel die Ankunftszeit eines Pulses gemessen wird, wobei hierfür kurze, intensive Steuersignale (Sm, Sm) welche vorzugsweise sinusförmigem Verlauf der Lichtblitze erzeugen, und welche weiterhin vorzugsweise zum nächsten Nachbar jeweils um 2/3π in ihrer Phase verschoben sind, verwendet werden, und die Tiefeninformation aus den Ankunftszeiten der Lichtblitze durch die Steuereinheit berechnet wird.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the image recording unit ( 50 . 50a . 50b ) comprises a pulse-detecting radiation image sensor (time-pixel detector), in which the arrival time of a pulse is measured in each pixel, for which short, intensive control signals (S m , S m ) which preferably sinusoidal course of light flashes generate, and which further preferably to the next Neighbor each shifted by 2 / 3π in their phase, are used, and the depth information from the arrival times of the flashes of light is calculated by the control unit.
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