DE202013103339U1

DE202013103339U1 - Scan-System

Info

Publication number: DE202013103339U1
Application number: DE202013103339U
Authority: DE
Original assignee: ZFX GmbH
Current assignee: ZFX GmbH
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2023-07-25

Abstract

Scan-System, umfassend: eine Beleuchtungseinrichtung, die derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl zu erzeugen; eine Fixiereinheit, die derart konfiguriert ist, eine in dem Beleuchtungsstrahl zu vermessende Probe mechanisch zu lagern, wobei der Beleuchtungsstrahl so konfiguriert ist, dass er von der Probe reflektiert wird, um ein reflektiertes Licht zu erzeugen; und einen Sensor, der angewinkelt weg von der Beleuchtungseinrichtung positioniert und derart konfiguriert ist, das reflektierte Licht aufzunehmen; wobei der Beleuchtungsstrahl ein Wellenlängenspektrum mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 100 nm aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Abtast- bzw. Scan-System zum Beleuchten einer Probe, zum Reflektieren von Beleuchtungslicht weg von der Probe und zum Erfassen des Beleuchtungslichts.
HINTERGRUND
Das veröffentlichte Dokument DE 10 2008 048 963 A1 diskutiert einen Scanner, der eine dreidimensionale Geometrie eines Objektes ermitteln kann. Der Scanner verwendet sowohl eine statische Lichtquelle als auch eine dynamische Lichtquelle, wobei die statische und dynamische Lichtquelle ausgeprägt verschiedene Beleuchtungsspektren besitzen, um einen Datensatz des Objektes zu erhalten.
Das US-Patent Nr. 5,818,587 diskutiert eine Vorrichtung zum Vermessen eines Bildes eines Zahnes oder eines Zahnfleischs eines Patienten. In der Vorrichtung wird Licht, das durch eine Lichtquelle emittiert und durch den Zahn oder das Zahnfleisch übertragen wird, dazu verwendet, zweidimensionale Bilder oder computertomographische Bilder des Zahns oder des Zahnfleisches zu erhalten.
ÜBERBLICK
Ein Scan-System kann eine Beleuchtungseinrichtung, die derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl zu erzeugen, und eine Fixiereinheit aufweisen, die derart konfiguriert ist, eine in dem Beleuchtungsstrahl zu vermessende Probe mechanisch zu lagern. Der Beleuchtungsstrahl kann von der Probe weg reflektiert werden, um reflektiertes Licht zu erzeugen. Das System kann ferner einen Sensor aufweisen, der angewinkelt weg von der Beleuchtungseinrichtung positioniert und derart konfiguriert ist, das reflektierte Licht zu empfangen. Der Beleuchtungsstrahl kann ein Wellenlängenspektrum mit einer FWHM von weniger als 100 nm besitzen. Bei einigen Beispielen kann die Fixiereinheit in Bezug auf die Beleuchtungseinrichtung und den Sensor positioniert sein. Bei einigen Beispielen kann der Sensor zumindest ein Bildgebungselement aufweisen, das ein Bild der beleuchteten Probe erzeugt. Bei einigen Beispielen kann der Beleuchtungsstrahl ein Kalibrierungsmuster aufweisen. Bei einigen Beispielen können der Beleuchtungsstrahl und das reflektierte Licht angewinkelt zwischen zehn Grad und fünfzehn Grad beabstandet sein. Bei einigen Beispielen kann der Beleuchtungsstrahl grünes Licht erzeugen. Bei einigen Beispielen werden mehrere Bilder jeweils von einer verschiedenen Orientierung genommen und die mehreren Bilder können dazu verwendet werden, eine dreidimensionale Darstellung der Probe zu bilden.
Um das vorliegende Scan-System, wie hier offenbart ist, weiter zu veranschaulichen, ist hier eine nicht beschränkende Liste von Beispielen vorgesehen:
Bei Beispiel 1 kann ein Scan-System eine Beleuchtungseinrichtung, eine Fixiereinheit und einen Sensor umfassen. Die Beleuchtungseinrichtung kann derart konfiguriert sein, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenlängenspektrum zu erzeugen, das eine Halbwertsbreite (FWHM von engl.: full width-at-half-maximum”) von kleiner als 100 nm besitzt. Die Fixiereinheit kann derart konfiguriert sein, eine Probe mechanisch zu lagern, die in dem Beleuchtungsstrahl gemessen werden soll, wobei dieser derart konfiguriert sein kann, dass er von der Probe weg reflektiert wird, um reflektiertes Licht zu erzeugen. Der Sensor kann angewinkelt weg von der Beleuchtungseinrichtung positioniert und zur Aufnahme des reflektierten Lichtes konfiguriert sein.
Bei Beispiel 2 kann das Scan-System von Beispiel 1 optional derart konfiguriert sein, dass die Fixiereinheit auf Grundlage einer Position der Beleuchtungseinrichtung und des Sensors positioniert ist.
Bei Beispiel 3 kann das Scan-System von einem oder einer Kombination der Beispiele 1 oder 2 optional derart konfiguriert sein, dass der Sensor zumindest ein Bildgebungselement aufweist, das so konfiguriert ist, ein Bild der Probe auf Grundlage des empfangenen reflektierten Lichts zu erzeugen.
Bei Beispiel 4 kann das Scan-System von einem oder einer Kombination der Beispiele 1 bis 3 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Kalibrierungsmuster zu erzeugen.
Bei Beispiel 5 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–4 derart konfiguriert sein, dass der Beleuchtungsstrahl und das reflektierte Licht angewinkelt zwischen zehn Grad und fünfzehn Grad inklusive beabstandet sind.
Bei Beispiel 6 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–5 optional derart konfiguriert sein, dass ein Winkelabstand zwischen dem Beleuchtungsstrahl und dem reflektierten Licht während des Betriebs fixiert ist.
Bei Beispiel 7 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–6 optional derart konfiguriert sein, dass der Beleuchtungsstrahl und das reflektierte Licht während des Betriebs beide in fixierten Orientierungen vorliegen.
Bei Beispiel 8 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–7 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung so konfiguriert ist, dass ein Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenlängenspektrum erzeugt wird, das eine Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 70 nm besitzt.
Bei Beispiel 9 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–7 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung so konfiguriert ist, dass ein Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenlängenspektrum erzeugt wird, das eine Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 40 nm besitzt.
Bei Beispiel 10 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–9 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung so konfiguriert ist, dass ein Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenspektrum erzeugt wird, das eine Spitzenwellenlänge zwischen 513 nm und 523 nm inklusive besitzt.
Bei Beispiel 11 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–9 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung so konfiguriert ist, dass ein Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenspektrum erzeugt wird, das eine Spitzenwellenlänge zwischen 500 nm und 570 nm inklusive besitzt.
Bei Beispiel 12 kann das Scan-System eines oder einer Kombination von Beispielen 1–11 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung so konfiguriert ist, dass ein Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenspektrum erzeugt wird, das monomodal ist.
Bei Beispiel 13 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–9 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung so konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Emissionsbereich zu erzeugen, der durch Wellenlängenwerte bei 10% des Maximums definiert ist, wobei der Emissionsbereich einen die kurze Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 470 nm und 480 nm inklusive und einen die lange Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 565 nm und 575 nm inklusive besitzt.
Bei Beispiel 14 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–13 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, die so konfiguriert sind, den Beleuchtungsstrahl zu erzeugen; wobei jede Lichtquelle der Mehrzahl von Lichtquellen einen jeweiligen Emissionsbereich besitzt, der durch Wellenlängenwerte bei 10% des Maximums definiert ist; und die Emissionsbereiche der Mehrzahl von Lichtquellen sich einander alle überlappen.
Bei Beispiel 15 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–13 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, die so konfiguriert sind, den Beleuchtungsstrahl zu erzeugen; und das Wellenlängenspektrum des Beleuchtungsstrahles ein resultierendes Wellenlängenspektrum aus einer Kombination der Mehrzahl von Lichtquellen ist.
Bei Beispiel 16 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–13 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, die so konfiguriert sind, den Beleuchtungsstrahl zu erzeugen; und zumindest zwei Lichtquellen aus der Mehrzahl von Lichtquellen räumlich voneinander beabstandet sind.
Bei Beispiel 17 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–13 optional derart konfiguriert sein, dass die Beleuchtungseinrichtung zumindest eine Licht emittierende Diode aufweist, die derart konfiguriert ist, den Beleuchtungsstrahl zu erzeugen.
Bei Beispiel 18 kann das Scan-System nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–17 optional ferner einen Controller umfassen, der derart konfiguriert ist, ein elektrisches Signal an die Fixiereinheit zur Bewegung der Fixiereinheit zu liefern, ein elektrisches Signal an die Beleuchtungseinrichtung zu liefern und ein elektrisches Signal von dem Sensor zu empfangen, das einem Bild der Probe entspricht.
Bei Beispiel 19 kann das Scan-System von Beispiel 18 optional derart konfiguriert sein, dass der Controller so konfiguriert ist, dass abwechselnd eine Position der Fixiereinheit eingestellt und ein Bild der Probe an der eingestellten Position aufgenommen wird.
Bei Beispiel 20 kann das Scan-System von Beispiel 19 optional derart konfiguriert sein, dass der Controller so konfiguriert ist, dass eine dreidimensionale Geometrie, die die Probe repräsentiert, erzeugt wird, wobei die dreidimensionale Geometrie unter Verwendung von Triangulation mit einem oder mehreren empfangenen Bildern der Probe erzeugt wird.
Bei Beispiel 21 umfasst ein Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Darstellung einer Probe das Erzeugen eines Beleuchtungsstrahls mit einem Kalibrierungsmuster unter Verwendung einer Mehrzahl von Licht emittierenden Dioden, das umfasst, dass ein Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenspektrum erzeugt wird, das eine Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 40 nm, eine Spitzenwellenlänge zwischen 513 nm und 523 nm und einen Emissionsbereich aufweist, der durch Wellenlängenwerte bei 10% des Maximums definiert ist, wobei der Emissionsbereich einen die kurze Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 470 nm und 480 nm und einen die lange Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 565 nm und 575 nm aufweist; das Beleuchten der Probe mit dem Beleuchtungsstrahl; das Reflektieren des Beleuchtungsstrahls weg von der Probe, um reflektiertes Licht zu erzeugen; das Sammeln des reflektierten Lichts unter einem Winkelabstand zwischen zehn Grad und fünfzehn Grad in Bezug auf eine Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungsstrahls; und das Verwenden des reflektierten Lichts, um ein Bild der Probe zu bilden.
Bei Beispiel 22 kann das Verfahren von Beispiel 21 ferner optional ein abwechselndes Umpositionieren der Probe an einer Mehrzahl von Orientierungen und Aufzeichnen von Bildern der Probe bei einer oder mehreren der Mehrzahl von Orientierungen umfassen.
Bei Beispiel 23 kann das System oder Verfahren nach einem oder einer Kombination der Beispiele 1–22 optional derart konfiguriert sein, dass alle Elemente, Betriebsabläufe oder anderen Optionen, die dargestellt sind, zur Verwendung oder Auswahl davon verfügbar sind.
Diese und andere Beispiele und Merkmale des vorliegenden Scan-Systems und -verfahrens sind teilweise in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt. Der Überblick ist dazu beabsichtigt, nicht beschränkende Beispiele des vorliegenden Gegenstandes bereitzustellen. Es ist nicht beabsichtigt, eine ausschließliche oder erschöpfende Erläuterung der Erfindung bereitzustellen. Die detaillierte Beschreibung unten ist dazu vorgesehen, weitere Information über das vorliegende Scan-System und -Verfahren bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen, die nicht unbedingt maßstabsgetreu sind, können gleiche Bezugszeichen ähnliche Komponenten in verschiedenen Ansichten beschreiben. Gleiche Bezugszeichen mit verschiedenen Buchstabensuffixen können verschiedene Beispiele ähnlicher Komponenten repräsentieren. Die Zeichnungen veranschaulichen allgemein beispielhaft, jedoch nicht beschränkend verschiedene Ausführungsformen, die in dem vorliegenden Dokument diskutiert sind.
1 ist eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Scan-Systems.
2 ist eine Aufzeichnung eines beispielhaften Wellenlängenspektrums von Beleuchtungslicht, das in dem Scan-System von 1 verwendet ist.
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Betriebsverfahrens des Scan-Systems von 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Scan-Systems 100. Ein derartiges Scan-System 100 ist gut zur Verwendung als ein Dentalscanner bzw. als eine Dental-Abbtasteinrichtung geeignet, wie in einem Dentallabor. Bei einigen Anwendungen kann das System 100 prothetische Dentalobjekte scannen, die noch nicht in den Mund eines Patienten implantiert worden sind. Das System 100 kann eine oder mehrere Abtastungen bzw. Scans eines Objektes ausführen, wobei die Scans von verschiedenen Winkeln und/oder Orientierungen genommen werden, und kann die Scans verwenden, um eine dreidimensionale Darstellung des gescannten Objekts zu erzeugen. Die dreidimensionale Darstellung kann ein Datensatz sein. Der Datensatz kann dazu verwendet werden, Visualisierungen des gescannten Objekts auszuführen, kann zur Auslegung eines oder mehrerer zusätzlicher Elemente zur Kopplung mit dem gescannten Element verwendet werden und/oder kann an externe Vorrichtungen geliefert werden, die eine Nachbildung des Objektes herstellen können. Es sind genauso andere Verwendungen für das Scan-System denkbar.
Bei dem dargestellten Beispiel weist das Scan-System ein Gehäuse 130 auf. Das Gehäuse 130 weist eine Fixiereinheit 126 auf, die eine zu vermessende Probe 108 aufnehmen kann. Geeignete Proben 108 können, sind jedoch nicht darauf beschränkt, ein Dentalobjekt, wie ein Modell eines Kiefers eines Patienten, ein Modell eines oder mehrerer Teile eines Kiefers eines Patienten und eine Dentalprothese aufweisen. Die Fixiereinheit 126 lagert die Probe 108 mechanisch. Die Probe 108 kann entfernbar an der Fixiereinheit 126 befestigt sein, wie durch eine oder mehrere mechanische Klemmen, eine oder mehrere Unterdruckklemmen, eine oder mehrere Magnetklemmen und/oder einen oder mehrere Bänder. Alternativ dazu kann die Probe 108 auf der Fixiereinheit 126 ohne zusätzliche Befestigungsmechanismen ruhen. Die Fixiereinheit 126 kann in dem Gehäuse 130 stationär sein oder kann in Ansprechen auf ein elektrisches Signal 128 von einem Controller 118 positionierbar sein. Ein Positionieren der Fixiereinheit 126 kann ein Verschieben der Fixiereinheit 126 in einer, zwei oder drei Dimensionen, ein Drehen der Fixiereinheit 126 um eine, zwei oder drei orthogonale Achsen oder eine beliebige Kombination der Verschiebungen und Drehungen aufweisen. Allgemein ist es erwünscht, dass die Positionierung der Fixiereinheit umfasst, dass ein gewünschter Bereich an der Probe 108 einem Beleuchtungsstrahl 104 ausgesetzt wird und sichergestellt wird, dass der gewünschte Bereich durch einen Sensor 116 für zumindest eine der Positionen der Fixiereinheit bildlich erfasst wird.
Das Gehäuse 130 weist ferner eine Beleuchtungseinrichtung 102 auf, die einem Beleuchtungsstrahl 104 in Ansprechen auf eine Steuerung eines elektrischen Signals 122 von dem Controller 118 erzeugt. Die Beleuchtungseinrichtung 102 kann stationär sein oder kann in Ansprechen auf das elektrische Signal 122 von dem Controller 118 positionierbar sein. Der Beleuchtungsstrahl 104 wird auf die Probe 108 an der Fixiereinheit 126 gelenkt. Der Beleuchtungsstrahl 104 kann kollimiert sein oder divergieren.
Die Beleuchtungseinrichtung 102 weist eine oder mehrere Lichtquellen auf. Geeignete Lichtquellen können umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, eine oder mehrere Licht emittierende Dioden (LEDs), eine oder mehrere Laserdioden, einen oder mehrere Gaslaser, eine oder mehrere fluoreszierende Lampen, eine oder mehrere Glühlichtquellen, eine oder mehrere Breitbandquellen oder eine beliebige Kombination des Obigen. Eine Lichtquelle, die mehrere Elemente aufweist, kann solche Elemente aufweisen, die in enger Nähe gruppiert sind, kann ein oder mehrere der Elemente räumlich beabstandet von den anderen aufweisen oder kann alle Elemente räumlich beabstandet voneinander aufweisen. Für eine Lichtquelle mit einem relativ breiten Wellenlängenspektrum, wie einer Glühlichtquelle, kann die Beleuchtungseinrichtung 102 ein optionales Spektralfilter aufweisen, das Wellenlängen innerhalb eines charakteristischen Durchlassbandes durchlässt und Wellenlängen außerhalb des Durchlassbandes blockiert.
Der Beleuchtungsstrahl 104 kann optional ein Kalibrierungsmuster 106, wie eine Reihe dunkler Streifen oder ein dunkles Gittermuster oder eine Reihe dunkler Punkte oder Messmarken aufweisen. Der Beleuchtungsstrahl 104 beleuchtet die Probe 108, so dass das Kalibrierungsmuster 106 auf die Probe 108 überlagert ist. Das Kalibrierungsmuster 106 wird durch die Geometrie der Probe 108 verformt, so dass Merkmale, wie Streifen, in dem Kalibrierungsmuster 106, bei nicht normaler bzw. nicht rechtwinkliger Einfallsrichtung entlang der Form der Probe 108 gebogen erscheinen. Bei dem Beispiel von 1 ist das Kalibrierungsmuster 106 ein rechtwinkliges Gitter, das auf die Probe 108 als eine Reihe von Kurven 110 gezeichnet ist, die um die Geometrie der Probe 108 gewunden erscheinen.
Das Gehäuse 130 weist ferner einen Sensor 116 auf, der das reflektierte Licht 112 aufnimmt, das von der Probe 108 reflektiert wird. Der Sensor 116 kann in dem Gehäuse 130 stationär sein oder kann in Ansprechen auf ein elektrisches Signal 120 von dem Controller 118 positionierbar sein. In Bezug auf die veranschaulichte 1 wird angenommen, dass der Sensor 116 stationär ist, so dass das elektrische Signal 120 von dem Sensor zu dem Controller 118 fließt.
Der Sensor 116 kann ein oder mehrere Bildgebungselemente aufweisen, wie eine Linse oder einen Spiegel, die ein Bild der Probe 108 auf einem Sensorelement bilden, wie einem Mehrfachpixelarray-Detektor. Der Sensor 116 kann Licht sammeln, das in den Sensor 116 innerhalb eines bestimmten Kegelwinkels 114 eintritt, wobei der Kegelwinkel groß genug ist, dass die Probe 108 an der Fixiereinheit 126 enthalten ist.
Das reflektierte Licht 112 kann das auf die Probe 108 überlagerte Kalibrierungsmuster 106 aufweisen. Das Kalibrierungsmuster 106 kann durch die Geometrie der Probe 108 mit einem Verzerrungsgrad verzerrt sein, der durch einen Winkel 124 zwischen dem Beleuchtungsstrahl 104 und dem reflektierten Licht 112 bestimmt ist. Für einen Winkel 124 von Null Grad, bei dem der Sensor 116 die Probe 108 unter normalem bzw. rechtwinkligem Einfall in Bezug auf den Beleuchtungsstrahl 104 betrachten würde, würde eine relativ große Lichtmenge an dem Sensor ankommen, was erwünscht ist, jedoch wenig oder keine Verzerrung des Kalibrierungsmusters 106, was nicht erwünscht ist. Für zunehmende Winkel 124 nimmt die an dem Sensor 116 ankommende Lichtmenge ab, jedoch steigt die Verzerrung des Kalibrierungsmusters 106. In der Praxis ist es erwünscht, einen Ausgleich zwischen Lichtpegel und Verzerrungsgrad zu erreichen. Bevorzugte Winkel 124 können im Bereich von zehn bis fünfzehn Grad liegen, obwohl geeignete Winkel auch so klein wie fünf Grad oder so groß wie zwanzig Grad, fünfundzwanzig Grad oder dreißig Grad sein können.
Der Sensor 116 nimmt ein Bild der Probe 108 ab, wandelt dieses in ein elektrisches Signal 120 um und führt das elektrische Signal 120 an den Controller 118. Der Controller 118 kann das elektrische Signal 120 empfangen, das elektrische Signal 120 in Intensitätsdaten als eine Funktion eines Ortes in einem Bild umwandeln und kann die relativen Positionen und Orientierungen der Beleuchtungseinrichtung 102, der Fixiereinheit 126 und des Sensors 116 verwenden, um eine dreidimensionale Geometrie der Probe 108 zu ermitteln. Eine derartige Ermittlung verwendet allgemein mehrere Bilder der Probe 108, die von einer Mehrzahl von Orientierungen in Bezug auf die Beleuchtungseinrichtung 102 und den Sensor 116 erhalten werden. Bei verschiedenen Beispielen bleiben die Beleuchtungseinrichtung 102 und der Sensor 116 fixiert, die Fixiereinheit 126 verschiebt sich und/oder dreht sich durch einen Bereich von Positionen und/oder Winkeln in zwei Dimensionen, und der Sensor 116 nimmt Bilder zwischen Bewegungen der Fixiereinheit 126 auf. Sobald die Bilder aufgenommen sind, verwendet der Controller 118 die Technik der Triangulation, um die dreidimensionale Geometrie der Probe 108 zu ermitteln. Sobald eine dreidimensionale Geometrie ermittelt worden ist, kann die dreidimensionale Geometrie als ein Datensatz gesichert werden, kann einem Anwender aus einem oder mehreren Betrachtungspunkten angezeigt werden, kann dazu verwendet werden, die Form eines oder mehrerer prothetischen Dentalteile zu planen, kann dazu verwendet werden, Implantierungsstrategien für das eine oder die mehreren prothetischen Dentalteile zu planen, oder kann für andere geeignete Zwecke verwendet werden.
Bei einigen Beispielen weist der Controller 118 einen Computer auf, der die Berechnungen ausführen kann, um die dreidimensionale Geometrie aus der Reihe von Bildern zu entnehmen. Bei anderen Beispielen kann der Controller 118 eine Schnittstelle zu einem externen Computer oder Netzwerk aufweisen, so dass die Berechnungen außerhalb des Systems 100 ausgeführt werden können.
Es ist herausgefunden worden, dass das Wellenlängenspektrum der Lichtquelle(n) in der Beleuchtungseinrichtung 102 die Qualität der an dem Sensor 116 empfangenen Bilder beeinflusst und daher die Qualität der durch das System 100 ermittelten dreidimensionalen Geometrie beeinflusst. 2 ist eine beispielhafte Aufzeichnung 200 des Wellenlängenspektrums des Beleuchtungslichts, das in dem Scan-System 100 von 1 verwendet ist. Die Aufzeichnung 200 von 2 ist bei der Bereitstellung graphischer Darstellungen von verschiedenen der definierten Größen, wie nachfolgend diskutiert ist, hilfreich.
Die Aufzeichnung 200 zeigt das Spektrum, das als eine normalisierte Leistung (P) als eine Funktion der Wellenlänge (λ) aufgetragen ist. Das Spektrum besitzt eine Spitzenleistung mit einem Wert P von 1,0 bei einer Spitzenwellenlänge, die als Element 212 gezeigt ist. Das Spektrum besitzt eine Breite, die als eine Halbwertsbreite (FWHM) definiert ist, wie als Element 204 gezeigt ist. Das Spektrum besitzt einen Emissionsbereich mit einem unteren und oberen Wellenlängerand, die durch Wellenlängenwerte bei 10% des Maximums definiert und durch Elemente 210 und 214 begrenzt sind, wobei eine Emissionsbereichsbreite als Element 206 gezeigt ist. Das Spektrum fällt bei den Elementen 208 und 216 auf Null.
In Bezug auf die Breite des Spektrums 202 ist herausgefunden worden, dass ein relativ schmales Wellenlängenspektrum bessere Ergebnisse erzeugt, als ein relativ breites Wellenlängenspektrum. Ein derartiges relativ schmales Wellenlängenspektrum kann die Wirkungen der chromatischen Aberration in der Bild gebenden Linse oder den Bild gebenden Linsen in dem Sensor 116 reduzieren. Licht mit einer einzelnen Spitzenwellenlänge 212 kann als monomodal bezeichnet werden. Ein derartiges monomodales Licht kann ein relativ schmales Wellenlängenspektrum besitzen. Bei einigen Beispielen kann ein derartiges monomodales Licht relative Leistungsbeiträge (P) haben, die an jeder Seite der Spitzenwellenlänge 212 monoton abnehmen. Das monomodale Licht besitzt eine Spektralbreite, die durch eine FWHM 204 der Leistung (P) definiert sein kann. Geeignete Spektralbreiten 204 umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, kleiner als 30 nm, kleiner als 40 nm, kleiner als 70 nm und kleiner als 100 nm, obwohl auch andere geeignete Spektralbreiten 204 verwendet werden können. Im Gegensatz dazu kann ein breites Wellenlängenspektrum mehrere diskrete Wellenlängenspitzen und/oder eine einzelne Wellenlängenverteilung aufweisen, die eine FWHM 204 von größer als 100 nm besitzt.
Bei einigen Beispielen, bei denen die Beleuchtungseinrichtung 102 mehrere Lichtquellen, wie mehrere LEDs aufweist, ist es erwünscht, das Wellenlängenspektrum der Lichtquellen so nahe zueinander, wie es praktisch ist, zu machen. In der Praxis kann eine geringfügige Variation von Quelle zu Quelle vorhanden sein. Bei einigen Beispielen besitzt das resultierende Wellenlängenspektrum von den kombinierten Quellen eine FWHM 204 von kleiner als 100 nm. Bei einigen Beispielen ist das resultierende Wellenlängenspektrum aus den kombinierten Quellen monomodal. Bei einigen Beispielen besitzt jede Quelle einen Emissionsbereich 206 mit die kurze (210) und lange (214) Wellenlänge betreffenden Rändern, die durch die Wellenlängenwerte bei 10% vom Maximum definiert sind, und die Emissionsbereiche 206 der Quellen überlappen sich alle gegenseitig. Für jedes der obigen Beispiele ist das Licht aus den kombinierten Quellen monomodal.
Bezug nehmend auf die Spitzenwellenlänge 212 des Spektrums 202 wurde unerwartet herausgefunden, das Licht in dem Grünanteil des Spektrums bessere Ergebnisse als in anderen Anteilen des Spektrums erzeugt. Beispielsweise wird, da die Beugungstheorie vorhersagt, dass das am kleinsten auflösbare Merkmal in einem Bild proportional zu der Wellenlänge des Beleuchtungslichts ist, der Fachmann darüber unterrichtet, Beleuchtungslicht mit einer relativ kurzen Wellenlänge zu verwenden, wie in dem ultravioletten oder violetten Anteil des Spektrums. Jedoch ist herausgefunden worden, dass die optischen Eigenschaften von typischen Objekten, die in Dentallaboratorien gescannt werden können, unzufriedenstellende Ergebnisse erzeugen können, wenn die Objekte mit ultraviolettem oder violettem Licht beleuchtet werden. Beispielsweise kann, wenn ein derartiges typisches Objekt mit ultraviolettem oder violettem Licht beleuchtet wird, das resultierende Bild einen nicht akzeptabel geringen Kontrast aufweisen. Es ist herausgefunden worden, dass der Kontrast verbessert werden kann, wenn das Beleuchtungslicht in dem Grünanteil des Spektrums liegt. Zusätzlich ist herausgefunden worden, dass ultraviolettes oder violettes Licht einige der Materialien schädigen kann, die für prothetische Dentalobjekte und andere typische Objekte verwendet werden, die in Dentallaboratorien gescannt werden. Ferner können die optischen Elemente in dem Sensor möglicherweise nicht effizient oder überhaupt nicht mit ultraviolettem Licht funktionieren.
Werte der Spitzenwellenlänge 212, die zur Verwendung in dem beispielhaften Scan-System 100 geeignet sind, umfassen 518 nm und weisen Bereiche von 513 nm bis 523 nm, 500 nm bis 570 nm, 470 nm bis 580 nm und 450 nm bis 600 nm auf. Werte des die kurze Wellenlänge betreffenden Randes 210, die durch einen Wellenlängenwert bei 10% des Maximums definiert sind, wie in 2, die zur Verwendung in dem beispielhaften Scan-System 100 geeignet sind, weisen einen Bereich von 470 nm bis 480 nm auf. Werte des die lange Wellenlänge betreffenden Randes 214, die durch einen Wellenlängenwert bei 10% des Maximums definiert sind, wie in 2, die zur Verwendung in dem beispielhaften Scan-System 100 geeignet sind, weisen einen Bereich von 565 nm bis 575 nm auf. Diese numerischen Werte und Bereiche sind auf Systeme anwendbar, die entweder eine Einzellichtquelle verwenden oder Mehrfachlichtquellen verwenden. Für die Verwendung von Mehrfachlichtquellen ist das durch das Beispiel in 2 gezeigte Spektrum ein resultierendes Wellenlängenspektrum aus den kombinierten Quellen.
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb 300 des Scan-Systems 100. Der Schritt 302 beleuchtet die Probe mit einem Beleuchtungsstrahl, wobei der Beleuchtungsstrahl durch eine Mehrzahl Licht emittierender Dioden erzeugt wird, wobei der Beleuchtungsstrahl ein Wellenlängenspektrum besitzt, wobei das Wellenlängenspektrum eine Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 40 nm besitzt, eine Spitzenwellenlänge zwischen 513 nm und 523 nm besitzt und einen Emissionsbereich aufweist, der durch Wellenlängenwerte bei 10% des Maximums definiert ist, wobei der Emissionsbereich einen die kurze Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 470 nm und 480 nm besitzt, wobei der Emissionsbereich einen die lange Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 565 nm und 575 nm besitzt, und wobei der Beleuchtungsstrahl ein Kalibrierungsmuster aufweist. Der Schritt 304 reflektiert den Beleuchtungsstrahl weg von der Probe, um reflektiertes Licht zu erzeugen. Der Schritt 306 sammelt das reflektierte Licht unter einem Winkelabstand zwischen zehn Grad und fünfzehn Grad in Bezug auf eine Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungsstrahls. Der Schritt 308 verwendet das reflektierte Licht, um ein Bild der beleuchteten Probe zu bilden. Der Schritt 310 positioniert die Probe um. Der Schritt 312 zeichnet ein Bild der beleuchteten umpositionierten Probe auf. Die Schritte 310 und 312 werden nach Bedarf abwechselnd wiederholt.
Die obige detaillierte Beschreibung weist Bezüge auf die begleitenden Zeichnungen auf, die einen Teil der detaillierten Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen veranschaulichend spezifische Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeführt sein kann. Diese Ausführungsformen werden hier auch als ”Beispiele” bezeichnet. Derartige Beispiele können Elemente zusätzlich zu denen aufweisen, die gezeigt oder beschrieben sind. Jedoch ziehen die vorliegenden Erfinder auch Beispiele in Betracht, bei denen nur diejenigen Elemente, die gezeigt oder beschrieben sind, vorgesehen sind. Überdies ziehen die vorliegender Erfinder auch Beispiele in Betracht, die eine beliebige Kombination oder Permutation derjenigen Elemente, die gezeigt oder beschrieben sind (oder eines oder mehrerer Aspekte davon), entweder in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder ein oder mehrere Aspekte davon) oder in Bezug auf andere Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon), wie hier gezeigt oder beschrieben ist, verwenden.
In diesem Dokument sind die Begriffe ”ein/e/r,es” dazu verwendet, wie es in Patentdokumenten üblich ist, um eines oder mehr als eines aufzuweisen, unabhängig von anderen Fällen oder Verwendungen von ”zumindest eines” oder ”eines oder mehr”. In diesem Dokument wird der Begriff ”oder” dazu verwendet, ein nicht exklusives Oder zu bezeichnen, so dass ”A” oder ”B” ”A aber nicht B”, ”B aber nicht A” und ”A und B” aufweist, sofern es nicht anders angegeben ist. In diesem Dokument sind die Begriffe ”mit” und ”in dem” als die einfachen Äquivalente der Begriffe ”umfassend” und ”wobei” verwendet. Auch sind in den folgenden Ansprüchen die Begriffe ”mit” und ”umfassend” mit offenem Ende zu verstehen, d. h. ein System, eine Vorrichtung, ein Gegenstand oder ein Prozess, das/die/der Elemente zusätzlich zu denen aufweist, die nach einem derartigen Term in einem Anspruch aufgelistet sind, sind dennoch als innerhalb des Schutzumfangs dieses Anspruches befindlich anzusehen. Überdies sind in den folgenden Ansprüchen die Begriffe ”erstes”, ”zweites” und ”drittes”, etc. lediglich als Hinweise zu verstehen und sind nicht dazu bestimmt, numerische Anforderungen auf ihre Objekte aufzuerlegen.
Die obige detaillierte Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht beschränkend ermittelt. Beispielsweise können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können, wie durch einen Fachmann, bei Betrachtung der obigen Beschreibung verwendet werden. Sie wird mit dem Einvernehmen eingereicht, dass sie nicht dazu verwendet wird, den Schutzumfang oder die Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder zu beschränken. Auch können in der obigen detaillierten Beschreibung verschiedene Merkmale miteinander gruppiert sein, um die Offenbarung einfacher zu gestalten. Dies sei nicht als Absicht auszulegen, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für irgendeinen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten offenbarten Ausführungsform liegen. Somit sind die folgenden Ansprüche hierdurch in der detaillierten Beschreibung als Beispiele oder Ausführungsformen enthalten, wobei jeder Anspruch selbst als eine separate Ausführungsform gilt, und es ist denkbar, dass derartige Ausführungsformen miteinander in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen kombiniert werden können. Der Schutzumfang der Erfindung sei mit Bezug auf die angefügten Ansprüche zusammen mit dem vollständigen Schutzumfang von Äquivalenten, zu denen derartige Ansprüche auslegbar sind, ermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008048963 A1 [0002]
US 5818587 [0003]

Claims

Scan-System, umfassend: eine Beleuchtungseinrichtung, die derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl zu erzeugen; eine Fixiereinheit, die derart konfiguriert ist, eine in dem Beleuchtungsstrahl zu vermessende Probe mechanisch zu lagern, wobei der Beleuchtungsstrahl so konfiguriert ist, dass er von der Probe reflektiert wird, um ein reflektiertes Licht zu erzeugen; und einen Sensor, der angewinkelt weg von der Beleuchtungseinrichtung positioniert und derart konfiguriert ist, das reflektierte Licht aufzunehmen; wobei der Beleuchtungsstrahl ein Wellenlängenspektrum mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 100 nm aufweist.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Fixiereinheit auf Grundlage einer Position der Beleuchtungseinrichtung und des Sensors positioniert ist.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei der Sensor zumindest ein Bildgebungselement aufweist, das derart konfiguriert ist, ein Bild der Probe auf Grundlage des empfangenen reflektierten Lichts zu erzeugen.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Kalibrierungsmuster zu erzeugen.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung derart positioniert ist, dass der Beleuchtungsstrahl und das reflektierte Licht angewinkelt zwischen zehn Grad und fünfzehn Grad inklusive beabstandet sind.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei ein Winkelabstand zwischen dem Beleuchtungsstrahl und dem reflektierten Licht während des Betriebs fixiert ist.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei der Beleuchtungsstrahl und das reflektierte Licht während des Betriebs beide in fixierten Orientierungen vorliegen.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenlängenspektrum zu erzeugen, das eine Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 70 nm besitzt.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenlängenspektrum zu erzeugen, das eine Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 40 nm besitzt.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenlängenspektrum zu erzeugen, das eine Spitzenwellenlänge zwischen 513 nm und 523 nm inklusive aufweist.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenlängenspektrum zu erzeugen, das eine Spitzenwellenlänge zwischen 500 nm und 570 nm inklusive aufweist.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Wellenlängenspektrum zu erzeugen, das monomodal ist.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Emissionsbereich zu erzeugen, der durch Wellenlängenwerte bei 10% des Maximums definiert ist, wobei der Emissionsbereich einen die kurze Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 470 nm und 480 nm inklusive und einen die lange Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 565 nm und 575 nm inklusive aufweist.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, die derart konfiguriert sind, den Beleuchtungsstrahl zu erzeugen; wobei jede Lichtquelle der Mehrzahl von Lichtquellen einen jeweiligen Emissionsbereich aufweist, der durch Wellenlängenwerte bei 10% des Maximums definiert ist; und wobei die Emissionsbereiche der Mehrzahl von Lichtquellen sich alle gegenseitig überlappen.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, die derart konfiguriert sind, den Beleuchtungsstrahl zu erzeugen; und wobei das Wellenlängenspektrum des Beleuchtungsstrahls ein resultierendes Wellenlängenspektrum aus einer Kombination der Mehrzahl von Lichtquellen ist.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, die derart konfiguriert sind, den Beleuchtungsstrahl zu erzeugen; und wobei zumindest zwei Lichtquellen aus der Mehrzahl von Lichtquellen räumlich voneinander beabstandet sind.
Scan-System nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung zumindest eine Licht emittierende Diode aufweist, die derart konfiguriert ist, den Beleuchtungsstrahl zu erzeugen.
Scan-System nach Anspruch 1, ferner mit einem Controller, der derart konfiguriert ist, ein elektrisches Signal an die Fixiereinheit zur Bewegung der Fixiereinheit zu liefern, ein elektrisches Signal an die Beleuchtungseinrichtung zu liefern und ein elektrisches Signal von dem Sensor zu empfangen, das einem Bild der Probe entspricht.
Scan-System nach Anspruch 18, wobei der Controller derart konfiguriert ist, abwechselnd eine Position der Fixiereinheit einzustellen und ein Bild der Probe an der eingestellten Position aufzunehmen.
Scan-System nach Anspruch 19, wobei der Controller derart konfiguriert ist, eine dreidimensionale Geometrie zu erzeugen, die die Probe repräsentiert, wobei die dreidimensionale Geometrie unter Verwendung von Triangulation mit einem oder mehreren empfangenen Bildern der Probe erzeugt wird.
Scan-System, umfassend: eine Beleuchtungseinrichtung, die derart konfiguriert ist, einen Beleuchtungsstrahl mit einem Kalibrierungsmuster zu erzeugen; eine Fixiereinheit, die derart konfiguriert ist, eine in dem Beleuchtungsstrahl zu vermessende Probe mechanisch zu lagern, wobei die Fixiereinheit in Bezug auf die Beleuchtungseinrichtung positioniert ist, so dass der Beleuchtungsstrahl von der Probe reflektiert wird, um reflektiertes Licht zu erzeugen; einen Sensor, der angewinkelt weg von der Beleuchtungseinrichtung um einen Winkel zwischen zehn und fünfzehn Grad inklusive positioniert und derart konfiguriert ist, das reflektierte Licht aufzunehmen, und mit zumindest einer Linse, die ein Bild der Probe erzeugt; und einen Controller, der derart konfiguriert ist, ein elektrisches Signal an die Fixiereinheit zur Bewegung der Fixiereinheit zu liefern, ein elektrisches Signal an die Beleuchtungseinrichtung zu liefern und ein elektrisches Signal von dem Sensor aufzunehmen, das einem Bild der Probe entspricht; wobei der Beleuchtungsstrahl ein Wellenlängenspektrum mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von kleiner als 40 nm, eine Spitzenwellenlänge zwischen 513 nm und 523 nm inklusive und einen Emissionsbereich aufweist, der durch Wellenlängenwerte bei 10% des Maximums definiert ist, wobei der Emissionsbereich einen die kurze Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 470 nm und 480 nm inklusive und einen die lange Wellenlänge betreffenden Rand zwischen 565 nm und 575 nm inklusive aufweist.
Scan-System nach Anspruch 21, wobei der Controller derart konfiguriert ist, abwechselnd eine Position der Fixiereinheit einzustellen und ein Bild der Probe an der eingestellten Position aufzunehmen.