DE4027328A1 - Stereo camera for surface structure esp. of teeth - projects two beams from equal and opposite angles for illumination of surface monitored by image sensor - Google Patents

Stereo camera for surface structure esp. of teeth - projects two beams from equal and opposite angles for illumination of surface monitored by image sensor

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Abstract

Light from two LEDs or other sources (18) is projected by prisms (21) through slots (22,23) in a screen (24), and focused by lenses (L3,L4) on to the surface of a tooth (15). Linear reference patterns are generated by liq. crystal devices or gratings (19,20) in respective beams (13,14). Central rays (25,26) enclose an acute angle (beta) bisected by the optical axis (27) along which a reflected ray passes through a third slot in the screen (24) to a frame transfer CCD image sensor (17). ADVANTAGE - All details of surface structure can be represented and measured with two beams projected from different directions.

Description

Aus der US-PS 45 75 805 ist eine 3D-Kamera bekannt, mit der eine Oberflächenstruktur eines Aufnahmeobjektes in Hinsicht auf Höhen- bzw. Tiefen-Unterschiede erfaßt werden kann. Diese bekannte 3D-Kamera besitzt einen Projektions- und einen Beobachtungsstrahlengang, die einen Winkel zu einer optischen Achse der 3D-Kamera einnehmen. Im Projektionsstrahlengang ist eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahlenbündels in Richtung zu einem Aufnahmeobjekt angeordnet. Das vom Aufnahme­ objekt reflektierte Licht wird durch den Beobachtungsstrahlen­ gang zu einem Bildsensor der 3D-Kamera gelenkt. Die Signale des Bildsensors können einer Auswerteeinheit zugeführt werden, so daß ein Bild von der Oberflächenstruktur auf einer Anzeigevor­ richtung erstellt werden kann. Diese 3D-Kamera eignet sich insbesondere zur Erfassung einer Kavität eines Zahnes.From US-PS 45 75 805 a 3D camera is known with which a surface structure of a subject can be detected with respect to differences in height or depth. This known 3D camera has a projection and an observation beam path, which take an angle to an optical axis of the 3D camera. A light source for emitting a light beam in the direction of a recording object is arranged in the projection beam path. The light reflected from the object is directed through the observation beam to an image sensor of the 3D camera. The signals of the image sensor can be fed to an evaluation unit, so that an image of the surface structure can be created on a display device. This 3-D camera is particularly suitable for detecting a cavity of a tooth.

Aus der EP-02 50 993 A2 ist ebenfalls eine solche 3D-Kamera bekannt.Such a 3D camera is also known from EP-02 50 993 A 2 .

Zur Bestimmung der Höhen- bzw. Tiefen-Unterschiede der Ober­ flächenstruktur sind Mittel zur Erzeugung eines Referenzmusters vorgesehen, derart, daß das Referenzmuster auf die Oberflächen­ struktur projizierbar ist. Anhand des von der Oberflächenstruk­ tur reflektierten Lichtes, das auf den Bildsensor auftrifft, und in Verbindung mit einer Auswerteelektronik zur Ausführung eines in den oben genannten Dokumenten näher erläuterten, mit "phase-shifting Triangulation" bezeichneten Verfahrens, kann die Oberflächenstruktur in Hinsicht auf Höhen- bzw. Tiefen- Unterschiede berechnet und auf einem Monitor als pseudodrei­ dimensionales Bild dargestellt werden. To determine the height and depth differences of the upper surface structure are means of generating a reference pattern provided such that the reference pattern on the surfaces structure is projectable. Based on the surface structure reflected light that strikes the image sensor and in connection with evaluation electronics for execution one explained in more detail in the documents mentioned above, with "phase-shifting triangulation" method, can the surface structure in terms of height or depth Differences calculated and on a monitor as a pseudo three dimensional image.  

Glanzstellen, die bei einer ungünstigen Oberflächenstruktur auftreten können, machen eine Vermessung der Oberflächen­ struktur an dieser Stelle unmöglich, da das dort stark reflek­ tierte Licht zu einer Übersteuerung des Bildwandlers in einem Bereich führt, auf dem dieses Licht auftrifft. Außerdem können Objektflächen, deren Normale senkrecht zur optischen Achse des Projektions- und Beobachtungsstrahlenganges ausgerichtet sind, nicht erfaßt werden, da sie im optischen Schatten liegen. Auch ergeben sich an Kanten in den 3D-Meßdaten Artefakte, die aus der einseitigen Beleuchtung resultieren.Shiny spots with an unfavorable surface structure surface measurement structure impossible at this point, because it is very reflective tated light to overdrive the image converter in one Area where this light strikes. You can also Object surfaces whose normal is perpendicular to the optical axis of the Projection and observation beam path are aligned, cannot be detected because they are in the optical shadow. Also Artefacts result from edges in the 3D measurement data the one-sided lighting result.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine 3D-Kamera der eingangs genannten Art so auszuführen, daß die Oberflächenstruktur eines Aufnahmeobjektes in allen Einzelheiten gut darstellbar und er­ faßbar ist. Es soll also eine korrekte Vermessung der Ober­ flächenstruktur ermöglicht werden.The object of the invention is therefore a 3D camera of the beginning mentioned type so that the surface structure of a Recording object well represented in all details and he is graspable. So it should be a correct measurement of the waiter surface structure are made possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine 3D-Kamera zur Er­ fassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedi­ zinische Zwecke, mit Mitteln, durch die ein erstes und ein zweites Lichtstrahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbündel über einen ersten Projektionsstrahlengang aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Projektionsstrahlengang aus einer zweiten Richtung auf ein Aufnahmeobjekt lenkbar ist und mit einem Beobachtungsstrahlengang, der einen Bildsensor zum Empfangen des vom Aufnahmeobjekt reflektierten Lichtes aufweist, gelöst.According to the invention, the object is achieved by a 3D camera setting of surface structures, especially for dental medi interest purposes, by means of which a first and a second beam of light can be generated, the first Beams of light over a first projection beam path from a first direction and the second light beam via a second projection beam path from a second Direction towards a recording object is steerable and with a Observation beam path that receives an image sensor of the light reflected by the subject, solved.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß zwei Projek­ tionsstrahlengänge vorgesehen sind, so daß ein Aufnahmeobjekt aus verschiedenen Richtungen beleuchtet werden kann. Alle Einzelheiten der Struktur der Oberfläche des Aufnahmeobjektes sind somit gut und eindeutig darstellbar und somit erfaßbar.A major advantage of the invention is that two projects tion beam paths are provided so that a subject can be illuminated from different directions. All Details of the structure of the surface of the subject are therefore well and clearly representable and thus detectable.

Zur Vermessung der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes ist es vorteilhaft, wenn Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen sind, die in wenigstens einen Projektionsstrahlen­ gang schaltbar sind, derart, daß das Referenzmuster auf die Oberflächenstruktur projizierbar ist.To measure the surface structure of the subject  it is advantageous if means for generating a reference pattern are provided in at least one projection beam are switchable, such that the reference pattern on the Surface structure is projectable.

Wird durch die Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vor­ zugsweise ein Gitter auf die Oberflächenstruktur projiziert, so hängt die Genauigkeit der Erfassung eines Strukturbereiches und die Höheninformation des Strukturbereiches von der Gitter­ periode des Gitters ab. Bei einer vorgegebenen Gitterperiode kann also nur ein bestimmter Höhenbereich der Oberflächenstruk­ tur eindeutig erfaßt werden. Vorteilhaft ist es daher, wenn die Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters so ausgeführt sind, daß unterschiedliche Referenzmuster auf die Oberflächenstruktur projizierbar sind. Hierdurch wird die Größe des Eindeutigkeits­ bereiches, d. h. der Bereich, in dem die Höhe einer Struktur eindeutig bestimmt werden kann, wesentlich erhöht. Insbesondere kann die Kavität eines Zahnes besonders exakt erfaßt werden, so daß ein Restaurationskörper erstellt werden kann, der sich optimal, d. h. mit geringster Spaltgröße, in die Kavität ein­ paßt. Hierzu kann insbesondere für jeden Projektionsstrahlen­ gang ein Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen sein.Is provided by the means for generating a reference pattern preferably a grid is projected onto the surface structure, so the accuracy of capturing a structural area depends and the height information of the structure area from the grid period of the grid. With a given grid period can only a certain height range of the surface structure be clearly recorded. It is therefore advantageous if the Means for generating a reference pattern are designed that different reference patterns on the surface structure are projectable. This will make the size of the uniqueness area, d. H. the area where the height of a structure can be clearly determined, significantly increased. In particular the cavity of a tooth can be detected particularly precisely, so that a restoration body can be created that is optimal, d. H. into the cavity with the smallest gap size fits. This can be done in particular for each projection beam a means for generating a reference pattern is provided be.

Ein besonders schneller Bildaufbau läßt sich erreichen, wenn der Bildsensor als Frame-Transfer-CCD-Wandler ausgeführt ist.A particularly fast image construction can be achieved if the image sensor is designed as a frame transfer CCD converter.

Ein besonders kompakter Aufbau der 3D-Kamera wird erreicht, wenn der erste und der zweite Projektionsstrahlengang den gleichen Winkel zu einer Mittelachse einnehmen, die durch die Winkelhalbierende des Winkels definiert ist, den die Projek­ tionsstrahlengänge zueinander einnehmen. Hierbei ist der Beobachtungsstrahlengang vorzugsweise parallel zur oder auf der Mittelachse ausgerichtet. Bei dieser Ausführungsform der 3D- Kamera können optische Abbildungsfehler optimal kompensiert werden.A particularly compact structure of the 3D camera is achieved if the first and the second projection beam path the take the same angle to a central axis through the Bisector of the angle defined by the project beam paths to each other. Here is the Observation beam path preferably parallel to or on the Center axis aligned. In this embodiment the 3D Camera can optimally compensate for optical aberrations will.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 1 ein Strahlengang einer 3D-Kamera nach dem Stand der Technik und anhand derA beam path of a 3D camera according to the prior art and on the basis of FIG

Fig. 2 und 3 nach der Erfindung erläutert. Fig explained. 2 and 3 according to the invention.

Fig. 4 dient zur Erläuterung. Fig. 4 is used for explanation.

Fig. 1 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung eine Licht­ quelle 1 zum Aussenden eines Lichtstrahlenbündels, das über einen Projektionsstrahlengang 2 zu einem Aufnahmeobjekt 3 lenkbar ist. Der Lichtweg führt hierbei über optische Linsen­ systeme L1, L3 und L4, ein im Projektionsstrahlengang 2 ver­ stellbares Gitter 4 zum Erzeugen eines linienförmigen Referenz­ musters, ein Prisma 5 und eine erste Öffnung 6 einer Zweiloch­ blende 7. Das vom Aufnahmeobjekt 3 reflektierte Licht ist durch einen Beobachtungsstrahlengang 8 zu einem Bildsensor 9 lenkbar. Im Beobachtungsstrahlengang 8 sind ein Prisma 10, die optischen Linsensysteme L3, L4 und die Zweilochblende 7 angeordnet, wobei der Lichtweg des vom Aufnahmeobjekt 3 reflektierten Lichtes durch eine zweite Öffnung 11 der Zweilochblende 7 führt. Die Prismen 5, 10 dienen zur Teilung des Lichtbündels des Projek­ tions- und Beobachtungsstrahlenganges 2, 8 und sind so ausge­ richtet, daß der Projektionsstrahlengang 2 und der Beobach­ tungsstrahlengang 8 einen Winkel Alpha zueinander einnehmen. Eine optische Achse 12 dieser Anordnung ist durch die Winkel­ halbierende des Winkels Alpha definiert. Die Oberflächenstruk­ tur des Aufnahmeobjektes 3 ist somit sowohl darstellbar als auch durch das Verfahren der "phase shifting Triangulation" berechenbar. Fig. 1 shows a basic illustration of a light source 1 for emitting a light beam, which is steerable via a projection beam path 2 to a recording object 3 . The light path leads here via optical lens systems L 1 , L 3 and L 4 , a ver adjustable in the projection beam path 2 grating 4 for generating a linear reference pattern, a prism 5 and a first opening 6 of a two-hole aperture 7th The light reflected by the object 3 can be directed through an observation beam path 8 to an image sensor 9 . In the observation beam path 8, a prism 10, the optical lens system L 3, L 4, and the two-hole aperture 7 are arranged, wherein the light path of the light reflected by the recording object 3 light lead through a second opening 11 of the two-hole aperture. 7 The prisms 5 , 10 are used to divide the light beam of the projection and observation beam path 2 , 8 and are so directed that the projection beam path 2 and the observation beam path 8 form an angle alpha to one another. An optical axis 12 of this arrangement is defined by the angle bisecting the angle alpha. The surface structure of the recording object 3 is thus both representable and calculable by the "phase shifting triangulation" method.

Ein prinzipieller Strahlengang einer 3D-Kamera nach der Erfin­ dung ist in der Fig. 2 als Ausführungsbeispiel gezeigt.A basic beam path of a 3D camera according to the inven tion is shown in FIG. 2 as an embodiment.

Gekennzeichnet ist dieses Ausführungsbeispiel und im Unter­ schied zum Stand der Technik durch einen ersten und zweiten Projektionsstrahlengang 13, 14 zum Lenken eines erzeugbaren Lichtstrahlenbündels aus verschiedenen Richtungen zu einem Aufnahmeobjekt 15. Das vom Aufnahmeobjekt 15 reflektierte Licht ist über einen Beobachtungsstrahlengang 16 zu einem Bildsensor 17 lenkbar. Die Ausgangssignale des Bildsensors 17 werden einer aus dem Stand der Technik bekannten Rechenvorrichtung zur Er­ stellung eines Bildes von der Oberflächenstruktur des Aufnahme­ objektes 15 zugeführt.This exemplary embodiment is characterized and in contrast to the prior art by a first and second projection beam path 13 , 14 for guiding a light beam that can be generated from different directions to a recording object 15 . The light reflected by the recording object 15 can be directed to an image sensor 17 via an observation beam path 16 . The output signals of the image sensor 17 are fed to a computing device known from the prior art for providing an image of the surface structure of the recording object 15 .

Im Ausführungsbeispiel weist jeder Projektionsstrahlengang 13, 14 Mittel 18 zum Erzeugen des Lichtstrahlenbündels auf, die beispielsweise aus einer LED in Verbindung mit einer Optik bestehen. Selbstverständlich kann auch nur ein einziges Mittel 18 zum Erzeugen eines Lichtstrahlenbündels vorgesehen sein, wobei dann das Lichtstrahlenbündel über ein nicht gezeigtes Umlenkelement entweder in den einen oder in den anderen Projektionsstrahlengang 13, 14 lenkbar ist. Im ersten und zwei­ ten Projektionsstrahlengang 13, 14 können zum Lenken des Licht­ strahlenbündels nicht näher gezeigte optische Elemente, bei­ spielsweise optische Linsensysteme L1 bis L4, angeordnet sein, wenn dies erforderlich ist.In the exemplary embodiment, each projection beam path 13 , 14 has means 18 for generating the light beam, which consist, for example, of an LED in conjunction with an optical system. Of course, only a single means 18 for generating a light beam can also be provided, in which case the light beam can then be steered either into one or the other projection beam path 13 , 14 via a deflection element (not shown). In the first and two th projection beam path 13 , 14 , optical elements (not shown in more detail), for example optical lens systems L 1 to L 4 , can be arranged for directing the light beam if this is necessary.

Im Lichtweg jedes Projektionsstrahlenganges 13, 14 ist ein Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen, das beispielsweise als LCD-Anordnung oder als Gitter 19, 20 zum Erzeugen eines Linienmusters ausgeführt ist. Durch ein Prisma 21, das ebenfalls im Lichtweg jedes Projektionssstrah­ lenganges 13, 14 vorgesehen ist, wird das Lichtstrahlenbündel des ersten Projektionsstrahlenganges 13 durch eine erste Öffnung 22 und das Lichtstrahlenbündel des zweiten Projek­ tionsstrahlenganges 14 durch eine zweite Öffnung 23 einer Dreilochblende 24 aus verschiedenen Richtungen auf das Auf­ nahmeobjekt 15 gelenkt. Der Zentralstrahl des Lichtstrahlen­ bündels des ersten Projektionsstrahlenganges 13 soll mit dem Bezugszeichen 25 und der Zentralstrahl des Lichtstrahlenbündels des zweiten Projektionsstrahlenganges 14 soll mit dem Bezugs­ zeichen 26 gekennzeichnet sein. Es ist gezeigt, daß die Zentralstrahlen 25, 26 der Lichtstrahlenbündel einen Winkel Beta zueinander einnehmen. Die Winkelhalbierende des Winkels Beta definiert eine optische Achse 27 dieser Anordnung. Im Ausführungsbeispiel ist der Zentralstrahl des Beobachtungs­ strahlenganges 16 deckungsgleich zur optischen Achse 27.A means for generating a reference pattern is provided in the light path of each projection beam path 13 , 14 , which is designed, for example, as an LCD arrangement or as a grating 19 , 20 for generating a line pattern. Through a prism 21 , which is also provided in the light path of each projection beam path 13 , 14 , the light beam of the first projection beam path 13 through a first opening 22 and the light beam of the second projection beam path 14 through a second opening 23 of a three-hole aperture 24 from different directions On the object 15 steered. The central beam of the light beam of the first projection beam path 13 should be identified by the reference symbol 25 and the central beam of the light beam of the second projection beam path 14 should be identified by the reference symbol 26 . It is shown that the central rays 25 , 26 of the light beams are at an angle beta to one another. The bisector of the angle beta defines an optical axis 27 of this arrangement. In the exemplary embodiment, the central beam of the observation beam path 16 is congruent with the optical axis 27 .

Zur Darstellung der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes 15 kann wahlweise das Lichtstrahlenbündel des ersten oder zweiten Projektionsstrahlenganges 13, 14 zur Ausleuchtung dienen. Selbstverständlich können auch beide Lichtstrahlen­ bündel gleichzeitig auf das Aufnahmeobjekt 15 gelenkt werden. Hierdurch wird die Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes 15 besonders gut ausgeleuchtet, so daß Details und Einzelheiten gut darstellbar sind.The light beam of the first or second projection beam path 13 , 14 can optionally be used to illuminate the surface structure of the recording object 15 . Of course, both light beams can be directed simultaneously bunch at the subject 15th As a result, the surface structure of the recording object 15 is illuminated particularly well, so that details and details can be represented well.

Zur Erfassung der Höhen- bzw. Tiefenunterschiede und zur Er­ stellung eines Bildes der Oberflächenstruktur des Aufnahmeob­ jektes 15 kann besonders vorteilhaft ein Frame-Transfer-CCD- Bildsensor zur Anwendung kommen. Diese Bildsensoren werden im Halbbildbetrieb (even- und odd-Frame) verwendet, wobei während eines Halbbildes die gesamte Sensorfläche, die von einzelnen Fotozellen gebildet wird, aktiv ist. Zwei Halbbilder unter­ scheiden sich durch einen Versatz in Spaltenrichtung des Bild­ sensors von einer halben Fotozelle. Solche Bildsensoren be­ sitzen ein gutes Signal/Rauschsignal-Verhältnis, eine gute Auflösung und die Signale der Fotozellen können schnell aus­ gelesen werden.A frame transfer CCD image sensor can be used particularly advantageously to detect the differences in height and depth and to provide an image of the surface structure of the recording object 15 . These image sensors are used in field operation (even and odd frames), the entire sensor area, which is formed by individual photocells, being active during a field. Two fields differ from one another in half a photo cell due to an offset in the column direction of the image sensor. Such image sensors have a good signal / noise ratio, a good resolution and the signals from the photocells can be read out quickly.

Während der Meßphase werden abwechselnd die Mittel 18 zum Erzeugen des Lichtstrahlenbündels des ersten und zweiten Projektionsstrahlenganges 13, 14 aktiv geschaltet und das jeweilige Gitter 19, 20 kontinuierlich um eine Gitterperiode weiterbewegt. Eine geringere Störanfälligkeit kann dadurch er­ reicht werden, daß jeweils nur das Gitter 19 oder 20 verstellt wird, das in dem Projektionsstrahlengang 13 oder 14 angeordnet ist, dessen Mittel 18 zur Erzeugung des Lichtstrahlenbündels aktiv geschaltet ist, während das andere Gitter 19 oder 20 ortsfest ist. Hierbei wird beispielsweise das vom Aufnahmeob­ jekt 15 reflektierte Licht des Lichtstrahlenbündels des ersten Projektionsstrahlenganges 13 vom even-Frame und das vom Auf­ nahmeobjekt 15 reflektierte Licht des Lichtstrahlenbündels des zweiten Projektionsstrahlenganges 14 vom odd-Frame des Bildsensors 17 erfaßt. Während der Auslesephase der Signale des Bildsensors 17 sind die Mittel 18 zum Erzeugen der Lichtstrah­ lenbündel inaktiv, d. h., es wird kein Lichtbündel gesendet. Es werden somit jeweils vier Halbbilder erstellt, aus denen mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der "phase­ shifting Triangulation" jeweils ein separates "Höhenbild" (even-Höhenbild und odd-Höhenbild) der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes 15 berechnet und erstellt werden kann.During the measuring phase, the means 18 for generating the light beam of the first and second projection beam paths 13 , 14 are alternately switched on and the respective grating 19 , 20 is moved continuously by one grating period. A lower susceptibility to interference can he be sufficient that only the grating 19 or 20 is adjusted, which is arranged in the projection beam path 13 or 14 , the means 18 for generating the light beam is activated, while the other grating 19 or 20 is stationary . Here, for example, the object 15 reflected by the recording object of the light beam of the first projection beam path 13 from the even frame and the object 15 reflected by the light beam of the second projection beam path 14 from the odd frame of the image sensor 17 is detected. During the readout phase of the signals of the image sensor 17 , the means 18 for generating the light beam are inactive, ie, no light beam is transmitted. Four fields are thus created, from which a separate “height image” (even height image and odd height image) of the surface structure of the recording object 15 can be calculated and created using the “phase shifting triangulation” method known from the prior art .

Mit den so berechneten Höhenbildern kann der gesamte Objektbe­ reich, d. h. die gesamte Oberflächenstruktur erfaßt werden. Schattenbereiche und Glanzstellen, die zur Übersteuerung eines Bereiches des Bildsensors 17 in einem Höhenbild führen, können durch das andere Höhenbild erfaßt werden.With the height images calculated in this way, the entire object area can be covered, ie the entire surface structure can be detected. Shadow areas and glossy areas that lead to overriding an area of the image sensor 17 in one elevation image can be detected by the other elevation image.

Vorzugsweise erzeugen die Gitter 19, 20 Linienmuster mit ver­ schiedener Gitterperiode. Hierdurch ergibt sich, da der Umrechnungsfaktor von der gemessenen Phase in Höheninformation von der Gitterperiode abhängt, wobei die Gitterperiode auch den Eindeutigkeitsbereich bestimmt, daß sich der Höhenunterschied zweier Objektpunkte bei Verwendung des ersten Gitters mit einer ersten Gitterperiode in der Berechnung aus beispielsweise dem even-Höhenbild nicht unterscheidet, er sich bei der Verwendung des zweiten Gitters mit einer zweiten Gitterperiode in der Berechnung aus beispielsweise dem odd-Höhenbild um den prozen­ tualen Unterschied der beiden Gitterperioden unterscheidet. Mit Hilfe des even- und des odd-Höhenbildes kann also über den Ein­ deutigkeitsbereich eines Höhenbildes hinaus der Höhenunter­ schied eindeutig gemessen werden. Die Vervielfachung des Ein­ deutigkeitsbereichs ist reziprok zum prozentualen Unterschied der jeweiligen Gitterperioden. Beispielsweise ergibt sich bei einem Unterschied der Gitterperioden von 20% eine Vergrößerung des Eindeutigkeitsbereichs um den Faktor 5. Zur Erläuterung wird hierzu auf die Fig. 4 verwiesen. Mit dem Bezugszeichen h sei der Höhenunterschied zweier Objektpunkte gekennzeichnet. Aufgrund des Meß- und Berechnungsverfahrens kann mit einem ersten Gitter g1 mit einer Gitterperiode x nur der Bereich a1 eindeutig erfaßt werden. Für die Bereiche a2 bis a4 wiederholen sich die Werte, die bereits zum Bereich a1 ermittelt wurden. Mit einem Gitter g2 mit einer Gitterperiode y, die größer ist als x, kann beispielsweise der Bereich b1 eindeutig, jedoch weniger genau erfaßt werden. Für die Bereiche b2 bis b3 wieder­ holen sich die Werte, die bereits im Bereich b1 ermittelt wurden. Aufgrund dessen, daß dem Bereich a2 ein bestimmter Wertebereich c1 aus den Werten von b, dem Bereich a3 ein anderer Wertebereich c2 aus b und dem Bereich a4 ein weiterer Wertebereich c3 aus b zugeordnet ist, kann mittels dieser bei­ den Gitter g1, g2 der gesamte Höhenunterschied h erfaßt werden.Preferably, the grids 19 , 20 generate line patterns with different grating periods. As a result, since the conversion factor depends on the phase measured in height information on the grid period, the grid period also determining the uniqueness range that the height difference between two object points when using the first grid with a first grid period is calculated in the calculation from, for example, the even height image does not differ, it differs when using the second grating with a second grating period in the calculation from, for example, the odd height image by the percentage difference of the two grating periods. With the help of the even and the odd elevation image, the height difference can be clearly measured beyond the area of clarity of an elevation image. The multiplication of the area of clarity is reciprocal to the percentage difference of the respective grid periods. For example, if the grid periods differ by 20%, the uniqueness range is increased by a factor of 5. For an explanation, reference is made to FIG. 4. The height difference between two object points is identified with the reference symbol h. Because of the measurement and calculation method, only the area a 1 can be uniquely detected with a first grating g 1 with a grating period x. For areas a 2 to a 4 , the values that were already determined for area a 1 are repeated. With a grating g 2 with a grating period y that is greater than x, the range b 1 can be detected unambiguously, however, with less precision. For areas b 2 to b 3 again the values are obtained which have already been determined in area b 1 . Due to the fact that the area a 2 is assigned a certain value range c 1 from the values of b, the area a 3 another value range c 2 from b and the area a 4 another value range c 3 from b, by means of this the Grid g 1 , g 2 the total height difference h can be detected.

Dieses Ziel läßt sich sinngemäß auch erreichen, wenn man die Gitter g1, g2 gleich wählt, aber, wie in der Fig. 3 gezeigt, der Zentralstrahl 25 des ersten Projektionsstrahlenganges 13 einen ersten Winkel Gamma1 und der Zentralstrahl 26 des zweiten Projektionsstrahlenganges 14 einen zweiten Winkel Gamma2, der unterschiedlich zum Winkel Gamma1 ist, zur optischen Achse 27 einnimmt. Die parallaxen Winkel der Projektionsstrahlengänge 13, 14 sind somit unterschiedlich gewählt. Im übrigen besitzen Elemente, die bereits in der Fig. 2 erläutert wurden, in der Fig. 3 dieselben Bezugszeichen.This goal can also be achieved analogously if the grids g 1 , g 2 are selected the same, but, as shown in FIG. 3, the central beam 25 of the first projection beam path 13 has a first angle gamma 1 and the central beam 26 of the second projection beam path 14 a second angle gamma 2 , which is different from the angle gamma 1 , to the optical axis 27 . The parallax angles of the projection beam paths 13 , 14 are therefore chosen differently. Otherwise, elements which have already been explained in FIG. 2 have the same reference symbols in FIG. 3.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den Beobachtungsstrahlen­ gang beispielsweise nur auf den ersten Projektionsstrahlengang 13 optimal abzustimmen. Der zweite Projektionsstrahlengang 14 wird dann aktiviert, wenn sich Objektbereiche beispielsweise durch Glanzstellen oder Schattenbereiche nicht durch den ersten Projektionsstrahlengang 13 erfassen lassen.According to the invention, it is also possible to optimally match the observation beam path, for example, only to the first projection beam path 13 . The second projection beam path 14 is activated when object areas, for example due to glossy areas or shadow areas, cannot be detected by the first projection beam path 13 .

Erfindungsgemäß ist es möglich, eine LCD-Anordnung zur Erzeugung eines Referenzmusters in nur einem Projektions­ strahlengang anzuordnen. Mit dieser LCD-Anordnung können Referenzmuster mit unterschiedlicher Gitterperiode erzeugt werden. Dann dient dieser Projektionsstrahlengang zur Erstel­ lung eines Höhenbildes einer Objektstruktur, der andere Projektionsstrahlengang kann beispielsweise zur Darstellung der Oberflächenstruktur aktiviert werden.According to the invention, it is possible to use an LCD arrangement Generation of a reference pattern in only one projection arrange beam path. With this LCD arrangement you can Generated reference patterns with different grating periods will. Then this projection beam path is used for the first the elevation of an object structure, the other Projection beam path can be used for illustration, for example the surface structure can be activated.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann in einem Projek­ tionsstrahlengang ein erstes statisches Gitter mit einer ersten Gitterperiode und ein weiteres, in diesem Projektionsstrahlen­ gang verstellbares Gitter mit einer anderen Gitterperiode angeordnet werden. Durch das Verfahren der "statischen" und der "phaseshifting Triangulation" kann ein großer Höhenunterschied zweier Objektpunkte eindeutig erfaßt werden.In a further exemplary embodiment, in a project tion beam path a first static grating with a first Lattice period and another, in this projection rays adjustable grating with a different grating period to be ordered. Through the process of "static" and the "phase shifting triangulation" can be a big difference in altitude two object points can be clearly recorded.

Im weiteren kann das Lichtstrahlenbündel der Projektionsstrah­ lengänge 13, 14 auch durch eine Lichtleitfaser zum Aufnahmeob­ jekt 15 gelenkt werden. Das Lichtstrahlenbündel kann dann bei­ spielsweise nach den Gittern 19, 20 durch geeignete Mittel in die jeweilige Lichtleitfaser des ersten oder zweiten Projek­ tionsstrahlenganges 13, 14 eingekoppelt werden. Es kann somit auf die Prismen 21, 22, die Dreilochblende 24 und das optische Linsensystem L3 verzichtet werden.Furthermore, the light beam of the projection beam paths 13 , 14 can also be guided by an optical fiber to the receiving object 15 . The bundle of light rays can then be coupled in, for example, after the gratings 19 , 20 by suitable means into the respective optical fiber of the first or second projection beam path 13 , 14 . The prisms 21 , 22 , the three-hole aperture 24 and the optical lens system L 3 can thus be dispensed with.

Claims (8)

1. 3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbeson­ dere für zahnmedizinische Zwecke,
mit Mitteln (18), durch die ein erstes und ein zweites Licht­ strahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbün­ del über einen ersten Projektionsstrahlengang (13) aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Projektionsstrahlengang (14) aus einer zweiten Richtung auf ein Aufnahmeobjekt (15) lenkbar ist, und
mit einem Beobachtungsstrahlengang (16), der einen Bildsensor (17) zum Empfangen des vom Aufnahmeobjekt (15) reflektierten Lichtes aufweist.1. 3D camera for recording surface structures, in particular for dental purposes,
with means ( 18 ) through which a first and a second light beam can be generated, the first light beam del via a first projection beam path ( 13 ) from a first direction and the second light beam via a second projection beam path ( 14 ) from a second direction a recording object ( 15 ) is steerable, and
With an observation beam path ( 16 ) which has an image sensor ( 17 ) for receiving the light reflected by the object ( 15 ). 2. 3D-Kamera nach Anspruch 1 mit Mitteln (19, 20) zum Erzeugen eines Referenzmusters, die in wenigstens einen Projektions­ strahlengang (13, 14) schaltbar sind, derart, daß das Referenz­ muster auf das Aufnahmeobjekt (15) projizierbar ist.2. 3D camera according to claim 1 with means ( 19 , 20 ) for generating a reference pattern, which can be switched in at least one projection beam path ( 13 , 14 ), such that the reference pattern can be projected onto the object ( 15 ). 3. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel (19, 20) zum Erzeugen eines Referenzmusters so ausgeführt sind, daß unterschiedliche Referenzmuster auf das Aufnahmeobjekt (15) projizierbar sind.3. 3D camera according to claim 1 or 2, wherein the means ( 19 , 20 ) for generating a reference pattern are designed so that different reference patterns can be projected onto the object ( 15 ). 4. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für jeden Projektionsstrahlengang (13, 14) ein Mittel (19, 20) zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen ist.4. 3D camera according to one of claims 1 to 3, wherein for each projection beam path ( 13 , 14 ) a means ( 19 , 20 ) is provided for generating a reference pattern. 5. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Bild­ sensor (17) als Frame-Transfer-CCD ausgeführt ist.5. 3D camera according to one of claims 1 to 4, wherein the image sensor ( 17 ) is designed as a frame transfer CCD. 6. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste und der zweite Projektionsstrahlengang (13, 14) den gleichen Winkel zu einer Mittelachse (27) einnehmen, die durch die Winkelhalbierende des Winkels definiert ist, den die Projek­ tionsstrahlengänge (13, 14) zueinander einnehmen. 6. 3D camera according to one of claims 1 to 5, wherein the first and the second projection beam path ( 13 , 14 ) take the same angle to a central axis ( 27 ), which is defined by the bisector of the angle that the projection beam paths ( 13 , 14 ) to each other. 7. 3D-Kamera nach Anspruch 1, 2 und 4, 5, wobei beide Projektionsstrahlengänge (13, 14) einen leicht unterschied­ lichen Winkel zum Beobachtungsstrahlengang (16) bilden.7. 3D camera according to claim 1, 2 and 4, 5, wherein both projection beam paths ( 13 , 14 ) form a slightly different angle to the observation beam path ( 16 ). 8. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Beobachtungsstrahlengang (16) deckungsgleich zur Mittel­ achse (27) ausgerichtet ist.8. 3D camera according to one of claims 1 to 7, wherein the observation beam path ( 16 ) is aligned with the central axis ( 27 ).
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