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Optical examination of teeth - involves coating measurement surface with fluorescent material and illuminating with matched light and evaluation of scattered light

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Abstract

The method of optically detecting the surface structures of teeth involves coating the measurement structure with a fluorescent colouring and optically measuring it with a 3-D camera. A light source (2) matched to the fluorescent colouring projects a light beam onto the tooth surface via a projection beam path (5a). The scattered light passes to an image sensor (10) via an observation beam path (5b). The sensor is connected to evaluation electronics (11). USE/ADVANTAGE - The method enables improved optical tooth structure measurement, esp. in that it is simpler for the user because of the elimination of unwanted reflections.

Description

Aus der EP-00 54 785 ist ein Verfahren zur Herstellung medizi nischer, insbesonderer zahntechnischer, Paßkörper bekannt, bei dem die Oberflächenstrukturen, an denen der Paßkörper einge setzt werden soll, nach der Bearbeitung auf optischem Weg be rührungsfrei räumlich erfaßt werden. From EP-00 54 785 a method for producing is Medizi nic, insbesonderer dental, fitting body, in which the surface structures on which the fitting body is set to be, after processing be in an optical path are detected spatially contact free. Die dreidimensionale Ver messung erfolgt mittels einer als Handinstrument ausgebildeten 3 D-Kamera, in der eine Lichtquelle angeordnet ist, von der aus über eine geeignete Optik ein Lichtstrahlenbündel über einen Projektionsstrahlengang auf die zu erfassende Oberflächen struktur geworfen wird, wobei das an der Oberfläche zurückge streute Lichtstrahlenbündel über einen Beobachtungsstrahlengang einem Bildsensor zugeführt wird, dem eine entsprechende Aus werteelektronik vorgeschaltet ist. The three-dimensional Ver measurement is carried out by means of a formed as a hand instrument 3 D-camera in which a light source is arranged, via a suitable optical system is projected a light beam via an optical projection path to be detected surface structure of the group consisting of, wherein the Retired on the surface strewed light beam is supplied via an observation beam path an image sensor, a corresponding evaluation electronics is from upstream.

Nachdem die Zähne an sich transluszent sind und die Zahnober flächen relativ glatt sind (Rauhtiefe<1µ), entstehen an der zu erfassenden Oberfläche unerwünschte Reflexionen, die kein bzw. nur ein unzureichendes Vermessen der Zahnoberfläche er möglichen. After the teeth are translucent itself and the tooth top surfaces are relatively smooth (surface roughness <1μ), are formed on the surface to be detected unwanted reflections that no or only an insufficient measuring the tooth surface it possible. Um derartige Reflexionen zu vermeiden, überzieht man bisher die Oberfläche des präparierten Zahnes vor der opti schen Vermessung mit einem geeigneten Kontrastpuder, z. In order to prevent such reflections, by coating the surface of the previously prepared tooth prior to the optical measurement rule with a suitable contrast powder, z. B. mit Titanoxid-Puder. For example, with titanium oxide powder. Mit einem solchen Kontrastpuder, der eine Körnung aufweist, die oberhalb der Rauhigkeit der Zahnober fläche liegt, kann eine Mattierung der Zahnoberfläche erreicht werden. With such a contrast powder having a grain size, which is above the roughness of the tooth top surface, a dulling of the tooth surface can be achieved. Das von der mattierten Oberfläche zurückgestreute Licht kann von dem Bildsensor, bei dem bekannten Verfahren ein CCD- Element, besser detektiert und die daraus gewonnenen Signale in der dem Bildsensor vorgeschalteten Auswerteelektronik ge nauer ausgewertet werden. The back-scattered by the frosted surface light can be evaluated by the image sensor, in the known method a CCD element, better detected, and the signals obtained therefrom in the upstream of the image sensor evaluation electronics ge more precisely.

Um Meßfehler zu vermeiden, sollte die Mattierungsschicht gleichmäßig und dünn auf die Zahnoberfläche aufgebracht wer den. To avoid measurement errors, the matting should be evenly and thinly on the tooth surface applied to whoever.

Die Mattierung mittels des Kontrastpuders stellte jedoch hohe Anforderungen an die Geschicklichkeit des Anwenders, insbeson dere um die geforderte gleichmäßige Beschichtung zu erzielen. However, the matting by means of the contrast powder placed high demands on the skill of the user, and in particular in order to achieve the required uniform coating.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, demgegenüber eine Verbesserung zu erzielen, insbeson dere unter dem Aspekt, die optische Abtastung der Zahnober fläche für den Anwender noch einfacher und angenehmer als bis her bei Vermeidung unerwünschter Reflexionen durchführen zu können. The features specified in claim 1 invention aims to grunde, in contrast, to achieve an improvement, in particular from the point of the optical scanning of the tooth top surface for the user easier and more pleasant than until now to perform at avoiding unwanted reflections.

In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fluoreszenzschicht, die vorteilhafterweise in Form einer Lösung auf die Zahnoberfläche aufgetragen wird, wird Licht der von der Lichtquelle emittier ten Wellenlänge stark absorbiert und dann als längerwellig ver schobenes Fluoreszenzlicht isotrop, also in allen Raumrichtun gen wieder emittiert. In accordance with the invention proposed fluorescent layer is advantageously applied in the form of a solution to the tooth surface, light of emittier th from the light source wavelength is strongly absorbed and then isotropically longer wavelength ver deferred fluorescent light, so in all Raumrichtun gen re-emitted.

Als Fluoreszenzfarbstoff kann an sich jedes nicht toxisches Material Verwendung finden; As a fluorescent dye any non-toxic material can be used as such; vorteilhaft hat sich die Verwendung von Fluorescein gezeigt, welches blaues Licht stark absorbiert und gelb-grünes Licht fluoresziert. advantageously, the use of fluorescein showed strongly absorbs blue light and fluoresces yellow-green light.

Als Lichtquelle kann prinzipiell jede auf den vorgesehenen Fluoreszenzfarbstoff abgestimmte Lichtquelle mit einem geeigneten Emissionsspektrum und ausreichend hoher Strah lungsdichte verwendet werden. As a light source, each tailored to the intended dye fluorescence light source with a suitable emission spectrum and sufficiently high Strah can be used in principle lung density. Wegen ihrer kleinen Baugröße kann mit Vorteil eine LED verwendet werden; Because of their small size, an LED can be used to advantage; eine solche kann sehr gut in ein als Handinstrument ausgebildete 3-D-Kamera eingebaut werden. such may very well be incorporated into a hand tool formed as a 3-D camera. Auch die Verwendung einer grün emittierenden Lichtquelle kann vorgesehen werden, wobei dann eine grün absorbierende und gelb oder rot emittierende Fluores zenzfarbe gewählt werden muß. The use of a green-emitting light source can be provided, then a green-absorbing and emitting yellow or red fluorescence must be selected zenzfarbe. Um den Anteil des diffus ge streuten Lichts in der Fluoreszenzschicht zu vergrößern und damit die Signalstärke am Bildsensor zu erhöhen, ist es von Vorteil, Licht mit relativ kurzer Wellenlänge zu verwenden. To increase the proportion of diffusely scattered light ge in the fluorescent layer and thereby increase the signal strength at the image sensor, it is advantageous to use light of a relatively short wavelength. Mit besonderem Vorteil und passend zu dem vorerwähnten Fluorescein-Farbstoff wird deshalb eine Lichtquelle mit inten siverer Emission im kurzwelligeren, sichtbaren Bereich, also "blaues Licht" vorgeschlagen. With particular advantage, and therefore is suitable for the above-mentioned fluorescein dye, a light source with shorter wavelength inten siverer emission in visible range, thus proposed "blue light". Zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung vorgeschlagen, im Beobachtungsstrahlengang ein Filter einzuschalten, welches für Licht des von der Fluoreszenzfarbe emittierenden Lichts durchlässig ist, dagegen Licht anderer Wellenlänge absorbiert und/oder reflektiert. To increase of the efficiency is the He proposed the invention according to a further advantageous embodiment, to turn on a filter in the observation beam path, which is transparent to light of the light emitted from the fluorescent color light, on the other hand absorbs light of a different wavelength and / or reflected.

Welche spektrale Zusammensetzung das Licht letztlich aufweisen muß, bestimmt sich nach den verfügbaren Lichtquellen, Filtern sowie der verwendeten Fluoreszenzschicht, die, wie bereits er wähnt, einerseits nicht toxisch sein darf, andererseits aber gut löslich und applizierbar sein muß. Which spectral composition of the light must have ultimately determined by the available light sources, filters, and the fluorescent layer used, which, as already he imagines that one hand must not be toxic, but on the other hand, must be soluble and to apply.

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine danach arbeitende Vor richtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. The method according to the invention and then a working direction before will be explained in detail below with reference to the drawing.

Die Figur zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine 3 D-Kamera mit Zuordnung zu einem schematisiert dargestellten Zahn, dessen Oberflächenstrukturen dreidimensional erfaßt werden sollen. The figure shows in a longitudinal sectional view of a 3-D camera with association with a schematically illustrated tooth, the surface structures are to be detected in three dimensions. Nachdem der Aufbau der 3 D-Kamera prinzipiell bekannt und bei spielsweise in der US-PS 45 75 805 beschrieben ist, werden nachfolgend nur die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendigen Elemente beschrieben. is after the construction of the 3-D camera is known in principle and described in play, in US-PS 45 75 805, only the features necessary for understanding the present invention elements are described below.

Die wesentlichsten Komponenten des Projektions- und Abbildungs systems der allgemein mit 1 bezeichneten 3 D-Kamera sind eine Lichtquelle 2 , ein Kondensorglied 3 , eine Gittermaske 4 , ein Strahlenteiler 5 , der einen Projektionsstrahlengang 5 a und einen Beobachtungsstrahlengang 5 b bildet, ein aus mehreren Linsen bestehendes Objektiv 6 , ein sich axial daran anschließen des, langgestrecktes Prisma 7 , eine am Lichtaustrittsende be findliche Linse 8 , ein im Beobachtungsstrahlengang angeordnetes Filter 9 , ein Bildsensor 10 sowie eine sich daran anschließende Auswerteelektronik 11 . The main components of the projection and imaging system generally designated 1 3 D-camera, a light source 2, a Kondensorglied 3, a grating mask 4, a beam splitter 5, which forms a projection optical path 5 a and an observation beam path 5b, a multistep lenses existing lens 6, an axially connecting thereto of the elongated prism 7, one at the light output end be-sensitive lens 8, a valve disposed in the observation beam path filter 9, an image sensor 10 as well as an adjoining transmitter. 11

Das von der Lichtquelle 2 ausgehende Strahlenbündel führt zunächst über den Projektionsstrahlengang 5 a und die Optiken 6 , 7 und 8 auf die mit 12 bezeichnete Oberfläche des zu vermes senden Zahnes 13 . The light emanating from the light source 2 bundle of rays starts via the optical projection path 5 a and the lenses 6, 7 and 8 to the designated surface of 12 to send vermes tooth. 13 Die Oberfläche 12 des zu vermessenden Zah nes 13 ist mit einer mit 14 bezeichneten dünnen, gleichmäßig aufgetragenen Fluoreszenzschicht versehen, die in geeigneter Weise z. The surface 12 of the measuring Zah nes 13 is provided with a thin designated 14, applied uniformly fluorescent layer in a suitable manner such. B. als Lösung mittels Pinsel oder mittels Sprühvor richtung aufgetragen wird. B. is applied as a solution using a brush or by means of Sprühvor direction. Das auf die Fluoreszenzschicht 14 auftreffende Licht wird in der Fluoreszenzschicht längerwellig verschoben, und anschließend isotrop, dh in allen Raumrich tungen emittierend, zurückgeworfen, von der Optik aufgenommen und über den Beobachtungsstrahlengang 5 b zum Bildsensor 10 geleitet, wo es in ein zeilengerastetes Videosignal umgewandelt und schließlich in der Elektronik 11 entsprechend verarbeitet wird. The light incident on the fluorescent layer 14, light is displaced at longer wavelengths in the fluorescent layer, and then isotropically, ie in all spatial Rich obligations emitting thrown back, taken from the optical system and passed through the observation beam path 5 b to the image sensor 10 where it is converted into a line-scanned steady video signal and is ultimately processed according to the electronics. 11 Das verarbeitete Videosignal wird über ein nicht näher bezeichnetes Kabel einem extern der Kamera angeordneten Rechner und einer Bilddarstellungseinheit zugeführt. The processed video signal is supplied through a not designated in more detail cable an externally arranged camera computer and an image display unit. Als Lichtquelle kann vorteilhafterweise eine LED vorgesehen werden. As a light source advantageously has a LED may be provided. Der Bild sensor kann ein CCD-Element sein, welches nicht nur für nahes Infrarot, sondern auch für sichtbares Licht ausreichend empfind lich ist. The image sensor may be a CCD, which is sufficiently SENS Lich not only near-IR but also visible light.

Der Fluoreszenzfarbstoff der Fluoreszenzfarbschicht 14 ist auf die Lichtquelle 2 abgestimmt, dh wenn als Lichtquelle eine grün emittierende Lichtquelle verwendet wird, dann ist eine Fluoreszenzfarbe zu verwenden, die grün absorbiert und dann typischerweise gelb oder rot emittiert. The fluorescent dye of the fluorescent color layer 14 is tuned to the light source 2, that is, when a green-emitting light source is used as a light source, then a fluorescent color is to be used, the green is absorbed and then typically yellow or red emitted. Ein besonders guter Wirkungsgrad hinsichtlich der Signalauswertung läßt sich erzielen, wenn eine Lichtquelle verwendet wird, die im Bereich 450 bis 500 nm, also "blaues Licht", emittiert. An especially good efficiency with respect to the signal evaluation can be achieved when a light source is used in the range 450 to 500 nm, thus "blue light" emitted. Dem entsprechend ist eine Fluoreszenzfarbe vorzusehen, die blau absorbiert und typischerweise dann grün emittiert. is Accordingly, a fluorescent color provide, blue absorbed and then emitted typically green the.

Um nicht verwertbares Streulicht zu eliminieren, ist das Filter 9 vorgesehen, welches Licht der von der Lichtquelle emittierten Wellenlänge absorbiert oder reflektiert, dagegen für Licht der übrigen Wellenlängen, insbesondere der vom Fluoreszenzfarbstoff emittierten Wellenlänge, durchlässig ist. In order to eliminate non-usable scattered light, the filter 9 is provided which absorbs light emitted from the light source wavelength or reflected, whereas light of the other wavelengths, in particular the light emitted by the fluorescent dye wavelength, is transmissive.

Claims (5)

1. Verfahren zur optischen Erfassung von Oberflächenstrukturen an einem Zahn, bei dem die zu erfassende Oberfläche zunächst mit einer Fluoreszenzfarbe beschichtet und danach mit Hilfe einer 3 D-Kamera optisch vermessen wird, indem mittels einer auf die Fluoreszenzfarbe abgestimmten Lichtquelle ( 2 ) über einen Projektionsstrahlengang ( 5 a) ein Lichtstrahlenbündel auf die Oberfläche des Zahnes gerichtet und das dort zurückgewor fene Streulicht über einen Beobachtungsstrahlengang ( 5 b) auf einen Bildsensor ( 10 ) gelenkt wird, dem eine Auswerte elektronik ( 11 ) vorgeschaltet ist. 1. A method for the optical detection of surface structures to a tooth, wherein the surface to be recorded is first coated with a fluorescent color, and then measured optically by means of a 3-D camera by means of a matched to the fluorescent color light source (2) via an optical projection path is (5 a) directing a light beam onto the surface of the tooth and the zurückgewor there fene scattered light over an observation beam path (5 b) on an image sensor (10) directed to an evaluation electronics (11) is connected upstream.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine LED verwendet ist. 2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a LED is used.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine im Spektralbereich zwischen 450 und 500 nm emittierende Licht quelle verwendet ist. 3. A device for performing the method according to claim 1 characterized in that one emitting in the spectral range between 450 and 500 nm light source.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Farb stoff für die Fluoreszenzfarbe Fluorescein verwendet ist. 4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that material as a color is used for the fluorescent dye fluorescein.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Beobachtungsstrahlen gang ( 5 b) ein Filter ( 9 ) eingesetzt ist, welches Licht der von der Lichtquelle ( 2 ) emittierenden Wellenlänge absorbiert oder reflektiert, dagegen für Licht der von der Fluoreszenzfarbe emittierenden Wellenlänge durchlässig ist. 5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the observation beam path (5 b) a filter (9) is used which absorbs light from the light source (2) emitting wavelength or reflected, whereas for light of of the fluorescent color emitting wavelength is transparent.
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