DE4027328B4 - 3D camera for the detection of surface structures, in particular for dental purposes - Google Patents

3D camera for the detection of surface structures, in particular for dental purposes Download PDF

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Abstract

3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedizinische Zwecke, mit Mitteln (18), durch die ein erstes und ein zweites Lichtstrahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbündel über einen ersten Projektionsstrahlengang (13) aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Proektionsstrahlen an (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, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Projektionsstrahlengang (13, 14) ein Mittel (19, 20) zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen ist, und beide Projektionsstrahlengänge über eine Dreilochblende (24) oder über eine zumindest teilweise gemeinsame Strahlführungsoptik verlaufen.3D camera for capturing surface structures, in particular for dental purposes, with means (18) by means of which a first and a second light beam can be generated, the first light beam via a first projection beam path (13) from a first direction and the second light beam via a second projection beam at (14) can be directed from a second direction onto a recording object (15) and with an observation beam path (16) which has an image sensor (17) for receiving the light reflected by the recording object (15), characterized in that for each projection beam path (13, 14) is provided with means (19, 20) for generating a reference pattern, and both projection beam paths run over a three-hole diaphragm (24) or over at least partially common beam guiding optics.

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Description

Aus der US-PS 4,575,805 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 Aufnahmeobjekt reflektierte Licht wird durch den Beobachtungsstrahlengang 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 Anzeigevorrichtung erstellt werden kann. Diese 3D-Kamera eignet sich insbesondere zur Erfassung einer Kavität eines Zahnes.From the U.S. Patent 4,575,805 a 3D camera is known with which a surface structure of a recording object can be recorded with regard 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 by the subject is directed through the observation beam path 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 3D camera is particularly suitable for capturing a cavity in a tooth.

Aus der EP-0 250 993 A2 ist ebenfalls eine solche 3D-Kamera bekannt. Zur Bestimmung der Höhen- bzw. Tiefen-Unterschiede der Oberflächenstruktur sind Mittel zur Erzeugung eines Referenzmusters vorgesehen, derart, dass das Referenzmuster auf die Oberflächenstruktur projizierbar ist. Anhand des von der Oberflächenstruktur 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.From the EP-0 250 993 A2 Such a 3D camera is also known. To determine the differences in height or depth of the surface structure, means are provided for generating a reference pattern such that the reference pattern can be projected onto the surface structure. On the basis of the light reflected from the surface structure, which strikes the image sensor and in connection with evaluation electronics for executing a method described in more detail in the above-mentioned documents, referred to as "phase-shifting triangulation", the surface structure can be

Tiefenunterschiede berechnet und auf einem Monitor als pseudodreidimensionales Bild dargestellt werden.Depth differences calculated and displayed on a monitor as a pseudo-three-dimensional image.

Glanzstellen, die bei einer ungünstigen Oberflächenstruktur auftreten können, machen eine Vermessung der Oberflächenstruktur an dieser Stelle unmöglich, da das dort stark reflektierte 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 may occur, make it impossible to measure the surface structure at this point because the light strongly reflected there to overdrive the image converter leads in an area on which this light strikes. In addition, object areas whose Normal perpendicular to the optical axis of the projection and observation beam path are not captured because they are in the optical shadow lie. There are also artefacts at edges in the 3D measurement data that result from the one-sided lighting result.

Aus US 4 705 401 ist es ferner bekannt, zwei Lichtquellen vorzusehen, die aus zwei verschiedenen Richtungen ein Lichtstrahlenbündel auf das Aufnahmeobjekt lenken, wobei das vom Aufnahmeobjekt reflektierte Licht über einen Beobachtungsstrahlengang von einem Bildsensor empfangen wird. Die bekannte Einrichtung weist keine Mittel zur Erzeugung eines Referenzmusters auf.Out US 4,705,401 it is also known to provide two light sources which direct a light beam onto the object to be photographed from two different directions, the light reflected by the object being received by an image sensor via an observation beam path. The known device has no means for generating a reference pattern.

Aus DE 40 07 502 A1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen Vermessung von Oberflächen aus dem Bereich der industriellen Fertigung bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden mit Hilfe von zwei beabstandeten Lichtquellen und in deren Strahlengang angeordneten Gittern auf der Oberfläche des zu vermessenden Objekts Streifenmuster projiziert, die von einer Kamera detektiert und anschließend in einem Bildverarbeitungsrechner ausgewertet werden.Out DE 40 07 502 A1 a device for the contactless measurement of surfaces from the field of industrial production is known. In this device, striped patterns are projected on the surface of the object to be measured with the aid of two spaced-apart light sources and gratings arranged in their beam path, which are detected by a camera and then evaluated in an image processing computer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine 3D-Kamera der eingangs genannten Art so auszuführen, dass eine korrekte Vermessung der Oberflächenstruktur ermöglicht und die Oberflächenstruktur eines Zahnes in allen Einzelheiten gut darstellbar und erfassbar ist.The object of the invention is a 3D camera of the type mentioned in such a way that a correct measurement the surface structure enables and the surface structure of a tooth can be easily represented and recorded in all details is.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Mittel gelöst.The object is achieved by the in the claims 1 and 2 specified agents solved.

Wird durch die Mittel zum Erzeugen eines Referenzmusters vorzugsweise ein Gitter auf die Oberflächenstruktur projiziert, so hängt die Genauigkeit der Erfassung eines Strukturbereiches und die Höheninformation des Strukturbereiches von der Gitterperiode des Gitters ab. Bei einer vorgegebenen Gitterperiode kann also nur ein bestimmter Höhenbereich der Oberflächenstruktur 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 Eindeutigkeitsbereiches, 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 einpasst.Is through the means of production a reference pattern, preferably a grid on the surface structure projected so hangs the accuracy of the detection of a structural area and the height information of the structure area from the lattice period of the lattice. at A given grid period can therefore only a certain height range the surface structure be clearly recorded. It is therefore advantageous if the funds to generate a reference pattern are designed so that different Reference pattern on the surface structure are projectable. Hereby the size of the uniqueness area, i.e. the area where the height structure can be clearly determined, significantly increased. In particular can the cavity of a tooth can be recorded particularly precisely, so that a restoration body is created that can be optimal, i.e. with the smallest gap size into which cavity fits.

Ein besonders schneller Bildaufbau lässt sich erreichen, wenn der Bildsensor als Frame-Transfer-CCD-Wandler ausgeführt ist.A particularly fast image construction let yourself reach 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 zum Beobachtungsstrahlengang als Mittelachse einnehmen. Bei dieser Ausführungsform der 3D Kamera können optische Abbildungsfehler optimal kompensiert werden.A particularly compact structure of the 3D camera is achieved when the first and the second projection beam path the same angle to the observation beam path as the central axis take in. In this embodiment the 3D camera optical aberrations can be optimally compensated.

Nachfolgend werden anhand derBelow are based on the

1 ein Strahlengang einer 3D-Kamera nach dem Stand der Technik und anhand der 1 a beam path of a 3D camera according to the prior art and based on the

2 und 3 Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. 2 and 3 Embodiments of the invention explained.

Die 4 dient zur Erläuterung eines weiter unten beschriebenen Effekts.The 4 serves to explain an effect described below.

1 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung eine Lichtquelle 1 zum Aussenden eines Lichtstrahlenbündels, das über einen Projektionsstrahlengang 2 zu einem Aufnahmeobjekt 3 lenkbar ist. Der Lichtweg führt hierbei über optische Linsensysteme L1, L3 und L4, ein im Projektionsstrahlengang 2 verstellbares Gitter 4 zum Erzeugen eines linienförmigen Referenzmusters, ein Prisma 5 und eine erste Öffnung 6 einer Zweilochblende 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 Projektions- und Beobachtungs-strahlenganges 2, 8 und sind so ausgerichtet, dass der Projektionsstrahlengang 2 und der Beobachtungsstrahlengang 8 einen Winkel Alpha zueinander einnehmen. Eine optische Achse dieser Anordnung ist durch die Winkelhalbierende des Winkels Alpha definiert. Die Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes 3 ist somit sowohl darstellbar als auch durch das Verfahren der "phase shifting triangulation" berechenbar. 1 shows in a basic representation a light source 1 for emitting a bundle of light rays that are transmitted via a projection beam path 2 to a subject 3 is steerable. The light path leads through optical lens systems L1, L3 and L4, one in the projection beam path 2 adjustable grille 4 to create a linear reference pattern, a prism 5 and a first opening 6 a two-hole aperture 7 , That of the subject 3 reflected light is through an observation beam path 8th to an image sensor 9 steerable. In the observation beam path 8th are a prism 10 , the optical lens systems L3, L4 and the two-hole aperture 7 arranged, the light path of the subject 3 reflected light through a second opening 11 the two-hole aperture 7 leads. The prisms 5 . 10 serve to divide the light beam of the projection and observation beam path 2 . 8th and are aligned so that the projection beam path 2 and the observation beam path 8th take an alpha angle to each other. An optical axis of this arrangement is defined by the bisector of the angle alpha. The surface structure of the subject 3 is thus both representable and calculable using the "phase shifting triangulation" method.

Ein prinzipieller Strahlengang einer 3D-Kamera als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der 2 gezeigt.A basic beam path of a 3D camera as an exemplary embodiment of the invention is shown in FIG 2 shown.

Dieses Ausführungsbeispiel zeigt 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 Erstellung eines Bildes von der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes 15 zugeführt.This exemplary embodiment shows a first and second projection beam path 13 . 14 for directing a light beam that can be generated from different directions to a subject 15 , That of the subject 15 reflected light is via an observation beam path 16 to an image sensor 17 steerable. The output signals of the image sensor 17 become a computing device known from the prior art for creating an image of the surface structure of the object to be photographed 15 fed.

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 in den einen und anderen Projektionsstrahlengang 13, 14 lenkbar ist.In the exemplary embodiment, each projection beam path has 13 . 14 medium 18 to generate the light beam, which consist, for example, of an LED in conjunction with an optical system. Of course, only one remedy can be used 18 be provided for generating a light beam, the light beam then via a deflection element (not shown) into one and the other projection beam path 13 . 14 is steerable.

Zum Lenken des Lichtstrahlenbündels können im ersten und zweiten Projektionsstrahlengang 13, 14 nicht näher gezeigte optische Elemente, beispielsweise optische Linsensysteme L1 bis L4, angeordnet sein, wenn dies erforderlich ist.To direct the light beam in the first and second projection beam path 13 . 14 Optical elements, not shown, for example optical lens systems L1 to L4, may be arranged 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 Projektonsstrahlenganges 13, 14 vorgesehen ist, wird das Lichtstrahlenbündel des ersten Projektionsstrahlenganges 13 durch eine erste Öffnung 22 und das Lichtstrahlenbündel des zweiten Projektionsstrahlenganges 14 durch eine zweite Öffnung 23 einer 30 Dreilochblende 24 aus verschiedenen Richtungen auf das Aufnahmeobjekt 15 gelenkt. Der Zentralstrahl des Lichtstrahlenbündels des ersten Projektionsstrahlenganges 13 soll mit dem Bezugszeichen 25 und der Zentralstrahl des Lichtstrahlenbündels des zweiten Projektionsstrahlenganges 14 soll mit dem Bezugszeichen 26 gekennzeichnet sein. Es ist gezeigt, daß die Zentralstrahlen 25, 26 der Lichtstrahlenbündel einen Winkel Beta zueinander einnehmen.In the light path of every projection beam path 13 . 14 a means for generating a reference pattern is provided, for example as an LCD arrangement or as a grid 19 . 20 for generating a line pattern. Through a prism 21 , which is also in the light path of each projecton beam path 13 . 14 is provided, 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 a 30 three-hole aperture 24 from different directions on the subject 15 directed. The central beam of the light beam of the first projection beam path 13 should be with the reference symbol 25 and the central beam of the light beam of the second projection beam path 14 should be with the reference symbol 26 to be marked. It is shown that the central rays 25 . 26 the light beam is at an angle beta to one another.

Die Winkelhalbierende des Winkels Beta definiert eine Mittelachse 27 dieser Anordnung. Im Ausführungsbeispiel ist der Zentralstrahl des Beobachtungsstrahlenganges 16 deckungsgleich zur Mittelachse 27.The bisector of the angle beta defines a central axis 27 this arrangement. In the exemplary embodiment, the central beam of the observation beam path 16 congruent to the central 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 Lichtstrahlenbündel 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.To display the surface structure of the subject 15 can select the light beam of the first or second projection beam path 13 . 14 serve for illumination. Of course, both bundles of light beams can be simultaneously on the subject 15 be directed. This will make the surface structure of the subject 15 particularly well illuminated, so that details and details can be displayed well.

Zur Erfassung der Höhen- bzw. Tiefenunterschiede und zur Erstellung eines Bildes der Oberflächenstruktur des Aufnahmeobjektes 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 unterscheiden sich durch einen Versatz in Spaltenrichtung des Bildsensors von einer halben Fotozelle. Solche Bildsensoren besitzen ein gutes Signal/Rauschsignal Verhältnis, eine gute Auflösung und die Signale der Fotozellen können schnell ausgelesen werden.To record the differences in height or depth and to create an image of the surface structure of the subject 15 a frame transfer CCD image sensor can be used particularly advantageously. 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 a half photocell by an offset in the column direction of the image sensor. Such image sensors have a good signal / noise signal 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 erreicht 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 Aufnahmeobjekt 15 reflektierte Licht des Lichtstrahlenbündels des ersten Projektionsstrahlenganges 13 vom even-Frame und das vom Aufnahmeobjekt 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 Lichtstrahlenbündel 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. Mit den so berechneten Höhenbildern kann der gesamte Objektbereich, 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.During the measurement phase, the means alternate 18 for generating the light beam of the first and second projection beam paths 13 . 14 activated and the respective grid 19 . 20 continuously moved by a grid period. Less susceptibility to faults can be achieved if only the grid is used 19 or 20 is adjusted that in the projection beam path 13 or 14 is arranged, the means 18 is activated to generate the light beam, while the other grating 19 or 20 is stationary. Here, for example, that of the subject 15 reflected light of the light beam of the first projection beam path 13 of the even frame and that of the subject 15 reflected light from the light beam of the second projection beam path 14 from the odd frame of the image sensor 17 detected. During the readout phase of the signals from the image sensor 17 are the means 18 to generate the light beam inactive, that is, it will not Beam of light sent. In this way, four fields are created, from which a separate "elevation image" (even elevation image and odd elevation image) of the surface structure of the object to be photographed is made using the "phase shifting triangulation" method known from the prior art 15 can be calculated and created. With the height images calculated in this way, the entire object area, ie the entire surface structure, can be recorded. Shadow areas and glossy areas, which are used to overdrive an area of the image sensor 17 lead in one elevation image can be captured by the other elevation image.

Vorzugsweise erzeugen die Gitter 19, 20 Linienmuster mit verschiedener 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 prozentualen Unterschied der beiden Gitterperioden unterscheidet. Mit Hilfe des even- und des odd-Höhenbildes kann also über den Eindeutigkeitsbereich eines Höhenbildes hinaus der Höhenunterschied eindeutig gemessen werden. Die Vervielfachung des Eindeutigkeitsbereichs 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 4 verwiesen.The grids preferably produce 19 . 20 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 height image, the height difference can be clearly measured beyond the uniqueness range of a height image. The multiplication of the uniqueness range is reciprocal to the percentage difference of the respective lattice periods. For example, if the grid periods differ by 20%, the uniqueness range is increased by a factor 5 , For explanation, please refer to the 4 directed.

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 als 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 wiederholen 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 beiden Gitter g1, g2 der gesamte Höhenunterschied h erfasst werden.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 detected as unique 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, for example the area b 1 can be detected unambiguously, but less precisely. For areas b 2 to b 3 , the values that were already determined in area b 1 are repeated. Due to the fact that the area a 2 is assigned a certain value area c 1 from the values of b, the area a 3 another value area c 2 from b and the area a 4 another value area c 3 from b, these two grids can be used g 1 , g 2 the total height difference h are recorded.

Dieses Ziel lässt sich sinngemäß auch erreichen, wenn man die Gitter g1, g2 gleich wählt, aber, wie in der 3 gezeigt, der Zentralstrahl 25 des ersten Projektionsstrahlenganges 13 einen ersten Winkel Gamma 1 und der Zentralstrahl 26 des zweiten Projektionsstrahlenganges 14 einen zweiten Winkel Gamma 2 , der unterschiedlich zum Winkel Gamma 1 ist, zum Beobachtungsstrahlengang 16 einnimmt. Die parallaxen Winkel der Projektionsstrahlengänge 13, 14 sind somit unterschiedlich gewählt. Im übrigen besitzen Elemente, die bereits in der 2 erläutert wurden, in der 3 dieselben Bezugszeichen.This goal can also be achieved analogously if you select the grids g 1 , g 2 the same, but as in the 3 shown the central ray 25 of the first projection beam path 13 a first angle gamma 1 and the central ray 26 of the second projection beam path 14 a second angle gamma 2 that is different from the angle gamma 1 is to the observation beam path 16 occupies. The parallax angles of the projection beam paths 13 . 14 are therefore chosen differently. Otherwise have elements that are already in the 2 were explained in the 3 the same reference numerals.

Es ist auch möglich, den Beobachtungsstrahlengang 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.It is also possible to direct the observation beam path onto the first projection beam path, for example 13 to coordinate optimally. The second projection beam path 14 is activated when object areas, for example due to glossy areas or shadow areas, do not pass through the first projection beam path 13 get recorded.

Es ist möglich, eine LCD-Anordnung zur Erzeugung eines Referenzmusters vorzusehen. Mit dieser LCD-Anordnung können Referenzmuster mit unterschiedlicher Gitterperiode erzeugt werden.It is possible to use an LCD arrangement To provide a reference pattern. With this LCD arrangement can Reference patterns with different grating periods can be generated.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann im Projektionsstrahlengang ein erstes statisches Gitter mit einer ersten Gitterperiode und ein weiteres, im selben Projektionsstrahlengang verstellbares Gitter mit einer anderen Gitterperiode angeordnet werde. Durch das Verfahren der "statischen" und der "phase shifting triangulation" kann ein grober Höhenunterschied zweier Objektpunkte eindeutig erfasst werden.In another embodiment can have a first static grating in the projection beam path a first grating period and a further one, in the same projection beam path adjustable grid arranged with a different grid period will. Through the method of "static" and "phase shifting triangulation" a rough one can Height difference two object points are clearly recorded.

Im weiteren kann das Lichtstrahlenbündel der Projektionsstrahlengänge 13, 14 auch durch eine Lichtleitfaser zum Aufnahmeobjekt 15 gelenkt werden. Das Lichtstrahlenbündel kann dann beispielsweise nach den Gittern 19, 20 durch geeignete Mittel in die jeweilige Lichtleitfaser des ersten oder zweiten Projektionsstrahlenganges 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 also through an optical fiber to the subject 15 be directed. The light beam can then, for example, after the grating 19 . 20 by suitable means in the respective optical fiber of the first or second projection beam path 13 . 14 be coupled. It can thus be on the prisms 21 . 22 who have favourited Three Hole Bezel 24 and the optical lens system L3 can be dispensed with.

Claims (7)

3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedizinische Zwecke, mit Mitteln (18), durch die ein erstes und ein zweites Lichtstrahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbündel über einen ersten Projektionsstrahlengang (13) aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Proektionsstrahlen an (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, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Projektionsstrahlengang (13, 14) ein Mittel (19, 20) zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen ist, und beide Projektionsstrahlengänge über eine Dreilochblende (24) oder über eine zumindest teilweise gemeinsame Strahlführungsoptik verlaufen.3D camera for recording surface structures, in particular for dental purposes, with means ( 18 ), by means of which a first and a second light beam can be generated, the first light beam via a first projection beam path ( 13 ) from a first direction and the second light beam via a second projection beam ( 14 ) from a second direction to a subject ( 15 ) is steerable and with an observation beam path ( 16 ) which has an image sensor ( 17 ) to receive the from the object ( 15 ) has reflected light, characterized that for each projection beam path ( 13 . 14 ) a means ( 19 . 20 ) is provided for generating a reference pattern, and both projection beam paths via a three-hole diaphragm ( 24 ) or run over an at least partially common beam guidance optics. 3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedizinische Zwecke, mit Mitteln (18), durch die ein erstes und ein zweites Lichtstrahlenbündel erzeugbar ist, wobei das erste Lichtstrahlenbündel über einen ersten Projektionsstrahlengang (13) aus einer ersten Richtung und das zweite Lichtstrahlenbündel über einen zweiten Projektionsstrahlengang (14) aus einer zweiten Richtung auf Aufnahmeobjekt (15) lenkbar ist und mit einem Beobachtungsstrahlengang (16), der einen Bildsensor (17) zum Empfangen des vom Aufnahmeobjekt (15) reflektierten Lichtes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Projektionsstrahlengang (13, 14) ein Mittel (19, 20) zum Erzeugen eines Referenzmusters vorgesehen ist, und beide Projektionsstrahlengänge über Lichtleitfasern verlaufen.3D camera for recording surface structures, especially for dental purposes cke, with means ( 18 ), by means of which a first and a second light beam can be generated, the first light beam 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 to the object ( 15 ) is steerable and with an observation beam path ( 16 ) which has an image sensor ( 17 ) to receive the from the object ( 15 ) reflected light, characterized in that for each projection beam path ( 13 . 14 ) a means ( 19 . 20 ) is provided for generating a reference pattern, and both projection beam paths run over optical fibers. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (19, 20) zum Erzeugen eines Referenzmusters so ausgeführt sind, dass unterschiedliche Referenzmuster auf das Aufnahmeobjekt (15) projizierbar sind.3D camera according to claim 1 or 2, characterized in that the means ( 19 . 20 ) for generating a reference pattern are designed so that different reference patterns on the subject ( 15 ) are projectable. 3D-Kamera nach einem des Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (17) als Frame-Transfer-CCD ausgeführt ist.3D camera according to one of claims 1 to 3, characterized in that the image sensor ( 17 ) is designed as a frame transfer CCD. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Projektionsstrahlengang (13, 14) den gleichen Winkel zum Beobachtungsstrahlengang (16) als Mittelachse (27) einnehmen.3D camera according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first and the second projection beam path ( 13 . 14 ) the same angle to the observation beam path ( 16 ) as a central axis ( 27 ) take in. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Projektionsstrahlengänge (13, 14) einen leicht unterschiedlichen Winkel zum Beobachtungsstrahlengang (16) bilden.3D camera according to one of claims 1 to 4, characterized in that both projection beam paths ( 13 . 14 ) a slightly different angle to the observation beam path ( 16 ) form. 3D-Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (19, 20) zum Erzeugen des Referenzmusters verstellbar angeordnet und die Mittel zur Erzeugung der Lichtstrahlenbündel wechselweise aktiv schaltbar sind, wobei die Verstellung so erfolgt, dass während einer Messphase jeweils nur dasjenige Mittel (19 oder 20) verstellt wird, welches in dem Projektionsstrahlengang (13 oder 14) angeordnet ist, dessen Mittel zur Erzeugung des Lichtbündels aktiv geschaltet ist, während das andere Mittel (20 oder 19) ortsfest bleibt.3D camera according to one of claims 1 to 6, characterized in that the means ( 19 . 20 ) adjustable to generate the reference pattern and the means for generating the light beams are alternately actively switchable, the adjustment being carried out in such a way that only that means (measurement) 19 or 20 ) which is in the projection beam path ( 13 or 14 ) is arranged, the means for generating the light beam is activated, while the other means ( 20 or 19 ) remains stationary.
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