EP3071929A1 - Optisches messsystem und verfahren zur dreidimensionalen optischen vermessung eines objekts - Google Patents

Optisches messsystem und verfahren zur dreidimensionalen optischen vermessung eines objekts

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EP3071929A1
EP3071929A1 EP14815255.6A EP14815255A EP3071929A1 EP 3071929 A1 EP3071929 A1 EP 3071929A1 EP 14815255 A EP14815255 A EP 14815255A EP 3071929 A1 EP3071929 A1 EP 3071929A1
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EP
European Patent Office
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measuring system
convex lens
optical measuring
lens
optical
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14815255.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas Wewer
Mark Weber
Georg Wiora
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Sirona Dental Systems GmbH
Original Assignee
Sirona Dental Systems GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61C9/0053—Optical means or methods, e.g. scanning the teeth by a laser or light beam
    • A61C9/006—Optical means or methods, e.g. scanning the teeth by a laser or light beam projecting one or more stripes or patterns on the teeth
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras

Definitions

  • the invention relates to an optical measuring system and a method for three-dimensional measurement of an object, wherein the measurement system comprises at least a lens array, a subsequently arranged in the direction of an illumination beam path of the lens array first convex lens as well as a subsequently arranged in the direction of the illumination beam path of the first convex ⁇ lens, a object to be measured facing second convex lens having.
  • optical measuring systems for the three-dimensional measurement of objects which use a lens array, for example a microlens grid with round lenses.
  • WO 00/08415 A1 describes a measuring system for the three-dimensional measurement of objects by means of a matrix of light points projected onto the object.
  • the structure of the measuring system is confocal and the matrix of light points is generated for example by means of a microlens array.
  • EP 0 485 803 A1 A similar optical measuring system with a confocal design for three-dimensional measurement is known from EP 0 485 803 A1, wherein an illumination grid is described, which is produced by means of a lens array.
  • Lens arrays often consist of round, for example, square or hexagonal lenses arranged and therefore have gaps between the individual lenses.
  • The- se gaps are often gefer ⁇ manufactured from the same material, there are also the lenses from the and are therefore also often transparent so that light can pass through them.
  • this light passes through the interstices unbroken, while light incident perpendicularly on the lenses of the lens array is deflected or focused by them in the direction of their respective focal point.
  • the light striking the gaps thus does not follow the desired beam path generated by the lenses of the lens array. However, where this light continues to remain in the beam path or in the measurement system, it can affect the imaging quality of the Messsys ⁇ tems.
  • the intermediate spaces can be coated, for example, with an opaque layer. This can prevent through the interstices of a TRANSMISSI ⁇ on of light. If the spaces with an absorbent Oberflä ⁇ che coated, so it is possible to absorb the incident light at least substantially or even almost completely from ⁇ .
  • the gaps can also be coated with a re- inflecting the side layer and filled with a entspre ⁇ chendem agent.
  • a coating with microstructures such as, for example, reflective cones or pyramids, can be provided, by means of which the incident light is blanked out or deflected out of the beam path.
  • chromium or chromium oxide layers are known as a coating of interstices of lens arrays.
  • a disadvantage of the coating of the intermediate spaces is the additionally necessary process step of the coating which leads to additional costs in the production of the lens array.
  • the incident light on the layer is not completely absorbed or reflected in the desired direction, but is at least partially diffusely reflected or scattered. As a result, this light continues to remain in the system and, as stray light, adversely affects the imaging quality of the system
  • Measurement system With scattered light is called light, which does not follow the desired beam path, but propagated diffusely through the measuring system.
  • the lens array is constructed of square lenses.
  • the production of such lens arrays is more complicated and thus the production of the lens array more expensive.
  • US 2007/0296956 A1 discloses an optical design which makes it possible to remove rays which would not be deflected by an object to be measured and falsify the measurement result from a measuring beam path by means of an absorbing means.
  • the invention relates to an optical measuring system for dreidi ⁇ dimensional measurement of an object, said at least one illumination beam emitting light source, an existing of MEH ⁇ reren lenses lens array, a propagation in Direction of the illumination beams along an illumination beam path of the lens array subsequently arranged first convex lens and a subsequent in the direction of propagation of the illumination beams of the first convex lens arranged next to an object to be measured facing second convex lens.
  • the optical measuring system includes wei ⁇ terhin an agent that absorbs incident light or out deflects the illumination beam path.
  • the means is arranged in the propagation direction of the illumination beams in front of the second convex lens or on the second convex lens on a side of the second convex lens facing the first convex lens. Furthermore, the means extending in a direction substantially perpendicular to an optical axis of the measuring system level over a range which includes the optical axis of the measuring system or is spaced apart therefrom is not more than 1/6 of a diameter of the first Konvexlin ⁇ se.
  • a lens array consists of several in a plane next to ⁇ arranged, preferably identical lenses so that their focal planes coincide.
  • Focal plane of a lens denotes a parallel to the lens or perpendicular to the optical axis of the lens extending plane in which the focus or focal point of the lens is in which thus parallel to the lens incident light is focused on a focal point Siert. Due to the individual lenses of the lens array, for example perpendicular incident illumination are divided ⁇ rays in a plurality of individual beams which, depending ⁇ wells produce a focus point in a common focal plane of all Linsens of the array, so that in this common focus plane of an array of light spots seen in particular.
  • lens arrays often have gaps between the lenses, which usually also consist of the material of the lenses without further coating and are thus transparent.
  • the spaces are usually formed as flat surfaces.
  • a portion of illuminating rays falling perpendicular to the lens array can transmit through the gaps without being bent.
  • This part of the illumination beams thus does not follow the intended further beam path of the measuring system, but runs diffusely through the further measuring system and disturbs the recording quality.
  • This light can be removed according to the invention by means of the means approximately at the level of the second convex lens in the region of the optical axis of the measuring system, whereby the recording quality of the measuring system increases.
  • the first convex lens may, for example, be located at the location of the intermediate image of the optical measuring system. However, for reasons of technical implementation, the position of the first convex lens can also deviate from the location of the intermediate image .
  • Such a lens is often referred to as a field lens ⁇ net.
  • the object facing the second convex lens is often referred to as ektivlinse.
  • the optical axis of a system of optical components such as the optical Messsys ⁇ tem invention, resulting from the symmetry axes of the optical elements.
  • most focus points are on the optical axis.
  • the agent is the light removed from the measuring system, it can also be referred to as a light trap or antipinhole. With the means it is possible, in particular, to remove interfering light from the measuring system.
  • Agent of the invention now is to remove this light in the focal plane of the ⁇ ser first convex lens, so a size as ver ⁇ tively small extension of the means extends in the plane perpendicular to the optical axis of the system, if that is in the range of the optical axis is arranged, since the light which has passed through the interstices collects in the focus ⁇ point of the first convex lens, ie at the intersection of the op ⁇ table axis of the system with the focal plane of the first convex lens.
  • the agent may, for example, have absorbing surfaces. As a result, for example, an absorption of
  • the means may also have reflective surfaces that direct the incident light out of the further beam path.
  • the incident on the light means can ⁇ example, by means of reflective surfaces to a arranged outside the beam path absorbent Lichtfal ⁇ le, so an agent which light is removed by absorption from the system, to be redirected.
  • the theoretical achievable fill factor of the lenses is 78.5%. Accordingly, the gaps make up 21.5% of the area.
  • the agent according to the invention is particularly suitable for optical measuring systems in the dental field, for example dental cameras.
  • the light scattered back from the object could also be reflected or scattered, depending on the design of the agent in the region of the agent, and thus continue to remain as stray light in the measuring system. Since the venture of the Obwalden such as a tooth, backscattered light ⁇ intensity but usually a whole is low, thus it is expected no significant proportion of scattered light. losses The picture quality can thus also be neglected.
  • the means may be formed as part of the second convex lens.
  • This can be a particularly easy to produce and / or to be adjusted in the measuring system variant of the agent.
  • the agent can be formed absorbing agent as a light ⁇ de black, flat surface, such as a ent ⁇ speaking coating which is applied in the region of the midpoint on the side facing the first convex lens surface of the second convex lens.
  • the agent could also partially extend into the second convex lens.
  • Confocal measuring systems typically have a diaphragm or a pinhole in an image or intermediate image plane.
  • the light yield in passing through this aperture can be improved by the use of a lens array, the above-described disadvantages in turn prevented by the inventions according dung means or at least reduced ⁇ the can.
  • the plurality of lenses of the lens array may be round, wherein the lens array may have at least one gap between the plurality of round lenses.
  • lens arrays with very small lenses and Lin ⁇ senabêtn, such as microlens grid are technical reasons often can not be produced with surface filling square lenses.
  • Lens arrays with an arrangement of lenses with a round outer contour in a square or hexagonal packing are often technically feasible in a simple manner.
  • senarrays have gaps between the run ⁇ the lenses, the gaps are usually from isti ⁇ technical reasons of the same material as the lenses and thus translucent.
  • Such lens arrays are produced, for example, a mask by methods such as are customary in semiconductor technology support and a subsequently produced ⁇ molten surface. For production reasons, the proportion of spaces between such lens arrays is usually around 35%.
  • the at least one intermediate space can be translucent and have a plane-parallel surface.
  • the size of the agent may be so small that light passing through the gaps is detected by the means be that as little light that passes through the lenses of the lens array is detected by the means.
  • the lens array can be arranged so that the optical axis of the measuring system extends through an interspace of the lens array.
  • the lens array can be arranged so that the optical axis of the measuring system coincides with the center of a lens of the lens array.
  • the position of the lens array in the measuring system is very well defined. This he ⁇ facilitates, for example, the adjustment.
  • the second convex lens may be disposed in the Fo ⁇ kusebene the first convex lens.
  • the first convex lens may be disposed in the Fo ⁇ kusebene the first convex lens.
  • ⁇ at the focal point ideally located at the intersection of the longitudinal axis or the lens surface of the second convex lens having the optical axis.
  • the means can be arranged in the focal plane of the first convex lens. Since the illumination beam typically form a parallel light beam which is perpendicularly incident on the lens array so that the plane passing through the interstices of light typically also impinges perpendicularly on the first Kon ⁇ vexlinse, this light collecting lines in one point in the focal plane of the first convex lens. If composition of the invention in this focal plane positio ned ⁇ so rich even very small dimensions from within this plane in order to hold the ER by means of the agent, the entire passing through the interstices of the lens array light.
  • the agent may be a light-absorbing matte black surface.
  • the agent may be an n-sided pyrami ⁇ denförmiger, mirrored on the outer surfaces of the mirror.
  • the means may be a conical mirror mirrored on the outside of the lateral surface.
  • the means may be a plane mirror inclined to the optical axis.
  • So arranged plane mirror makes it possible to be ⁇ Sonder's easily the incident light by Refle ⁇ xion in a similar direction from the beam path zulenken challenges.
  • the flat, reflective surface of the mirror can be, for example, at an angle to the optical axis angeord ⁇ net, which is less than 90 °, for example, 45 °.
  • the lens array may be coated on both sides with egg ⁇ ner antireflection layer.
  • the measuring system can be part of a intraora ⁇ len dental camera.
  • Intraoral dental cameras should not be too large or too heavy because of their appli ⁇ -making territory. It's there to use ⁇ her usual for the optical measurement set-up in the camera as Linsensarray microlens arrays. Since such microlens arrays for manufacturing reasons mostly translucent spaces between the lenses aufwei ⁇ sen and because the agent of the invention is also very suitable for small on ⁇ buildings, it is particularly suitable for use in intraoral dental cameras.
  • the intraoral dental camera can be a handle part, a front part which can be inserted into an oral cavity and having a beam deflector disposed at a free end of the front part.
  • the invention relates to a method for three-dimensional optical measurement of an object by means of an optical measuring system, for example in the vorange ⁇ gangenen described.
  • the method at least reach the illumination beam by a lens array and min- least a first and a second lens array in the Rich ⁇ tung a propagation direction of the illumination beam along an illumination beam path in the order named following convex lens on the object.
  • a portion of the light rays is absorbed or in the region of an optical axis of the optical measuring system, in a region from ⁇ propagation direction of the illuminating beam before or at the second convex lens directed out of the illumination beam path ⁇ .
  • FIG. 2 shows a part of the optical confocal measurement setup of the intraoral dental illustrated in FIG.
  • FIG. 3 shows a further arrangement of a lens array in an optical confocal measuring system
  • Fig. 4 shows a detail of a lens array
  • Fig. 5 two pyramidal and a cone-shaped
  • FIG. 6 shows a part of an optical confocal measuring system with a plane mirror as means according to the invention.
  • Fig. 1 shows a as an intra-oral dental camera out ⁇ imaginary optical measuring system 1, having a handle portion 14 and an insertable into the oral cavity of a patient front part 15.
  • the central part of the optical components of the optical measuring system 1 are once again in Fig. 2 Darge ⁇ provides. For better clarity, only parts of beam paths are shown in the measuring devices shown.
  • the central components or at least parts thereof could also be used in a measuring system 1 constructed deviating from FIG. 1 in order to obtain a measuring system 1 according to the invention.
  • the light coming from a light source 3 of BL LEVEL ⁇ tung beam 18 is projected by a collector lens 2 via a beam splitter 4 as a parallel light beam perpendicular to a lens array. 5
  • the light from the light source 3 could be passed to the camera via a light ⁇ conductor, for example a glass fiber.
  • a light ⁇ conductor for example a glass fiber.
  • the light it would also be possible for the light to be directed to the lens array 5 via the beam splitter 4 without the deflection. It can all known solutions for confocal measurement setups, especially Kame intraoral ⁇ ras appropriate, be used.
  • the lens array 5 comprises a plurality of lenses 12, the play, have a round outer contour with ⁇ and may be arranged in a parallel wrap, so that between the lenses 12 gaps. 13 Such a lens array 5 is shown in FIG. 4.
  • the incident on the lenses 12 of the lens array 5 light of the illumination beams 18 is divided into a plurality of substantially parallel light beams.
  • the lenses 12 could also be hexagonal or elliptical in shape.
  • the arrangement, as well as the number of lenses 12 and their size depends on we ⁇ sentlichen on the type of application, such as the size of the object to be measured and / or on the desired size of the optical measurement system. 1
  • the lenses 12 of the lens array 5 each produce a ver ⁇ justtes image of the light source 3.
  • Another optical component may be, for example, a beam deflector 16, as shown in Fig.l. From the object 9 backscattered or reflected light passes through at least the second and the first convex lens 8, 6 and the lens array 5 in the direction of propagation of the illumination beam 18 opposite direction and is, for example, as sketched in Fig. 1, via a
  • the inventive measuring system 1 as approximately, for example here in the execution in Fig. 1, it is particular ⁇ DERS important that the Linsensarray 5 is as small as possible, such as a microlens array or a microlens grid, since the Whole structure should have the smallest possible dimensions so that it can be easily held with one hand and at least partially inserted into a patient's mouth.
  • the Linsensarray 5 is as small as possible, such as a microlens array or a microlens grid, since the Whole structure should have the smallest possible dimensions so that it can be easily held with one hand and at least partially inserted into a patient's mouth.
  • Number of lenses 12 depends essentially on the desired number of light or measuring points or the desired resolution.
  • the intermediate spaces 13 of the lens array 5 in the exemplary embodiment have eonsubstantially plane-parallel surfaces. Characterized occurs perpendicular incident light loading ⁇ leuchtungsstrahlen 18 without changing direction, substantially unbroken and unbent through the interstices 13 therethrough while the lens array 5 light incident Ich ⁇ deflected by the refractive power of the lens 12 is on the lenses 12th While the incident on the lens 12 light in the following by means of the further components of the measuring system 1, in particular the first and second convex lens 6, 8, directed onto the object 9 and the Suitege- scattered or reflected from the object 9 part of this light in Wesentli ⁇ opposite to the illumination beams 18, the measuring system 1 passes through and onto the recording unit 17. is formed, is the light passing through the interstices 13 as a light disturbing light in the system and adversely impressed ⁇ the imaging quality of the measurement system. 1
  • the second convex lens 8 has a light-absorbing surface as a means 7 in the area around an optical axis 10 of the measuring system 1.
  • this may be a dull black surface.
  • Light that strikes the means 7 is at least largely absorbed.
  • Perpendicular to the lens array 5 striking light, which is transmitted through the gaps 13 unbroken, perpendicular to the first convex lens 6, which focuses this. If, as in Fig.
  • the second convex lens 8 is arranged 11 of the first convex lens 6 in the region of a focal plane, which is focused unbroken passing through the lens array 5 light in the range of opti ⁇ rule axis 10 to the second convex lens 8, absorbed by the arranged in this area as a means 7 light absorbing surface and thus removed from the beam path used for the measurement of the object 9.
  • Another way to remove the light passing through the interstices 13 of light from the beam path is to direct the light, for example by means of a reflective Oberflä ⁇ che from the measuring system 1, or at least out of the beam path of the illumination beam 18 out.
  • the means 7, for example, as a mirror with ei ⁇ ner four, three or n-sided pyramidal o- conical mirrored outer surface with a pointing in the direction of the first convex lens 6 tip and a ner before the second convex lens 8 or on surface of the second convex lens 8 can be arranged. forms his. Corresponding mirror shapes of the means 7 are shown in FIG. 5.
  • the means 7 according to the invention can also be designed as a plane mirror, which is tilted to the optical axis 10 of the measuring system 1 in the region of the optical axis 10 at a distance in front of or at the second convex lens 8, whereby incident light is deflected out of the beam path ,
  • This variant is sketched in FIG.
  • the light directed out of the beam path can then be removed elsewhere outside the beam path by means of an absorber 19, ie an absorbing means.
  • an absorber 19 ie an absorbing means. This has the advantage that it is not so incorporated ⁇ limits on the size or dimensions of the absorber 19, such as at an absorbance of the light within or at least in the region of the beam path of the measuring system.
  • the light guided out of the beam path could also be directed out of the entire measuring system 1, for example, by means of further optical components.
  • the lens array 5 shown in Fig. 2 respects ⁇ Lich the optical axis 10 of the measuring system 1 aligned so that the optical axis 10 of the measuring system 1 by ei ⁇ NEN space 13 of the lens array 5 proceeds, so it is possible to light only, which passes through the interspaces 13 of the lens array 5, to be removed from the beam path by the means 7, while the passing through the lenses 12 of the lens array 5 light is imaged past the means 7 on the object 9.
  • the means 7 must be made so small in respect of a plane perpendicular to the optical axis 10 that the beam paths of all the beams generated by the lenses 12 of the lens array 5 pass by the means 7.
  • NEN all generated by the lenses 12 of the lens array 5 rays and focus points for measuring the object 9 ver ⁇ are used.
  • the lens array 5 are arranged so that the optical axis ver ⁇ 10 passes through one of the lenses 12 of the lens array 5, as shown in Fig. 3, the Justie ⁇ tion of the lens array 5 is particularly simple and reliable manner.
  • part of the light passing through the lenses 12 is also removed by the means 7 from the beam path and the lens 12 of the lens array 5, through which the optical axis 10 of the Messsys ⁇ tems 1 runs, produces no or at least one very limited in terms of light intensity
  • the means 7 may also be advantageous for the means 7 to be somewhat optical To arrange axis 10 spaced.
  • the means 7 could for example be arranged at a distance of up to 1/6 of a diameter (20) of the first convex lens.
  • the means 7 is arranged in the propagation direction in front of the focal plane 11 of the first convex lens 6. It is also conceivable, for example, that the means 7 in a plane perpendicular to the optical axis 10 spans an area which is at a distance from and surrounds the optical axis 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem (1) sowie ein Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung eines Objekts (9), wobei das Messsystem (1) mindestens ein Linsenarray (5), eine nachfolgend angeordnete erste Konvexlinse (6) sowie eine weiter nachfolgend angeordnete, einem zu vermessenden Objekt (9) zugewandte zweite Konvexlinse (8) aufweist und weiterhin ein Mittel (7) umfasst, das auftreffendes Licht absorbiert oder aus dem Beleuchtungsstrahlengang herauslenkt und vor der zweiten Konvexlinse (8) oder auf einer der ersten Konvexlinse (6) zugewandten Seite der zweiten Konvexlinse (8) an der zweiten Konvexlinse (8) im Bereich der optischen Achse (10) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Optisches Messsystem und Verfahren zur dreidimensionalen optischen Vermessung eines Objekts
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem sowie ein Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung eines Objekts, wobei das Messsystem mindestens ein Linsenarray, eine in Richtung eines Beleuchtungsstrahlengangs dem Linsenarray nachfolgend angeordnete erste Konvexlinse sowie eine in Richtung des Beleuchtungsstrahlengangs der ersten Konvex¬ linse nachfolgend angeordnete, einem zu vermessenden Objekt zugewandte zweite Konvexlinse, aufweist.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind optische Messsysteme zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten bekannt, welche ein Linsenarray, beispielsweise ein Mikrolinsenraster mit runden Linsen verwenden.
Die WO 00/08415 AI beschreibt beispielsweise ein Messsystem zum dreidimensionalen Vermessen von Objekten mittels einer auf das Objekt projizierten Matrix von Lichtpunkten. Der Aufbau des Messsystems ist konfokal und die Matrix aus Lichtpunkten wird beispielsweise mittels eines Mikrolinsen- arrays erzeugt.
Ein ähnliches optisches Messsystem mit konfokalem Aufbau zur dreidimensionalen Vermessung ist aus der EP 0 485 803 AI bekannt, wobei ein Beleuchtungsraster beschrieben wird, welches mittels eines Linsenarrays erzeugt wird.
Linsenarrays bestehen häufig aus runden, beispielsweise quadratisch oder hexagonal angeordneten Linsen und weisen daher Zwischenräume zwischen den einzelnen Linsen auf. Die- se Zwischenräume sind häufig aus demselben Material gefer¬ tigt, aus dem auch die Linsen bestehen und sind daher häufig ebenfalls transparent, so dass Licht auch durch sie hindurchtreten kann. Dieses Licht tritt beispielsweise bei einer planen Oberfläche der Zwischenräume und senkrechtem Auftreffen ungebrochen durch die Zwischenräume, während senkrecht auf die Linsen des Linsenarrays treffendes Licht von diesen in Richtung ihres jeweiligen Fokuspunkts hin abgelenkt bzw. fokussiert wird. Das auf die Zwischenräume treffende Licht folgt also nicht dem gewünschten durch die Linsen des Linsenarrays erzeugten Strahlengang. Soweit dieses Licht weiterhin im Strahlengang bzw. im Messsystem verbleibt, kann es jedoch die Abbildungsqualität des Messsys¬ tems beeinträchtigen. Um das Durchleuchten der Zwischenräume und damit das Auf¬ treten von störendem Licht zu verhindern, können die Zwischenräume beispielsweise mit einer lichtundurchlässigen Schicht beschichtet werden. Hierdurch kann eine Transmissi¬ on von Licht durch die Zwischenräume verhindert werden. Werden die Zwischenräume mit einer absorbierenden Oberflä¬ che beschichtet, so ist es möglich, das auftreffende Licht zumindest größtenteils oder sogar nahezu vollständig zu ab¬ sorbieren .
Die Zwischenräume können aber auch mit einer zur Seite re- flektierenden Schicht beschichtet bzw. mit einem entspre¬ chendem Mittel ausgefüllt werden. Beispielsweise kann eine Beschichtung mit Mikrostrukturen, wie beispielsweise reflektierenden Kegeln oder Pyramiden, vorgesehen werden, durch die das auftreffende Licht ausgeblendet oder aus dem Strahlengang herausgelenkt wird.
Als Beschichtung von Zwischenräumen von Linsenarrays sind beispielsweise Chrom- oder Chromoxid-Schichten bekannt. Ein Nachteil der Beschichtung der Zwischenräume ist jedoch der zusätzlich notwendige Prozessschritt des Beschichtens der zu Mehrkosten bei der Produktion des Linsenarrays führt .
Je nach Beschichtung kann es auch sein, dass das auftreffende Licht an der Schicht nicht vollständig absorbiert o- der in die gewünschte Richtung reflektiert wird, sondern zumindest teilweise diffus reflektiert oder gestreut wird. Dadurch verbleibt dieses Licht auch weiterhin im System und beeinträchtigt als Streulicht die Abbildungsqualität des
Messsystems. Mit Streulicht wird Licht bezeichnet, welches nicht dem gewünschten Strahlengang folgt, sondern diffus durch das Messsystem propagiert.
Weiterhin besteht auch die Möglichkeit Zwischenräume völlig zu vermeiden, indem das Linsenarray aus quadratischen Linsen aufgebaut wird. Allerdings ist die Herstellung solcher Linsenarrays aufwendiger und dadurch die Herstellung des Linsenarrays teuerer.
Aus der US 2007/0296956 AI ist ein optischer Aufbau be- kannt, der es ermöglicht, Strahlen, die nicht durch ein zu vermessendes Objekt abgelenkt werden und das Messergebnis versfälschen würden, aus einem Messstrahlengang mittels eines absorbierenden Mittels zu entfernen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein optisches Mess- System mit einem Linsenarray bereitzustellen, welches nicht die vorgenannten Probleme und Nachteile aufweist.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem zur dreidi¬ mensionalen Vermessung eines Objekts, das mindestens eine Beleuchtungsstrahlen aussendende Lichtquelle, ein aus meh¬ reren Linsen bestehendes Linsenarray, eine in Ausbreitungs- richtung der Beleuchtungsstrahlen entlang eines Beleuchtungsstrahlengangs dem Linsenarray nachfolgend angeordnete erste Konvexlinse sowie eine in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen der ersten Konvexlinse nachfolgend an- geordnete, einem zu vermessenden Objekt zugewandte zweite Konvexlinse aufweist. Das optische Messsystem umfasst wei¬ terhin ein Mittel, das auftreffendes Licht absorbiert oder aus dem Beleuchtungsstrahlengang herauslenkt. Das Mittel ist in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen vor der zweiten Konvexlinse oder an der zweiten Konvexlinse auf einer der ersten Konvexlinse zugewandten Seite der zweiten Konvexlinse angeordnet. Weiterhin erstreckt sich das Mittel in einer im wesentlichen senkrecht zu einer optischen Achse des Messsystems stehenden Ebene über einen Bereich, der die optische Achse des Messsystems einschließt oder zu dieser nicht mehr als 1/6 eines Durchmessers der ersten Konvexlin¬ se beabstandet ist.
Ein Linsenarray besteht aus mehreren in einer Ebene neben¬ einander angeordneten, möglichst identischen Linsen, so dass ihre Fokusebenen zusammenfallen. Fokusebene einer Linse bezeichnet eine parallel zur Linse bzw. senkrecht zur optischen Achse der Linse verlaufende Ebene, in welcher der Fokus bzw. Brennpunkt der Linse liegt, in der also parallel auf die Linse treffendes Licht auf einen Fokuspunkt fokus- siert wird. Durch die einzelnen Linsen des Linsenarrays werden beispielsweise senkrecht auftreffende Beleuchtungs¬ strahlen in mehrere einzelne Strahlen aufgeteilt, welche in einer gemeinsamen Fokusebene aller Linsens des Arrays je¬ weils einen Fokuspunkt erzeugen, so dass sich insbesondere in dieser gemeinsamen Fokusebene eine Matrix aus Lichtpunkten ergibt . Insbesondere aus herstellungstechnischen Gründen weisen Linsenarrays zwischen den Linsen häufig Zwischenräume auf, die meist ebenfalls aus dem Material der Linsen ohne weite¬ re Beschichtung bestehen und somit lichtdurchlässig sind. Im Gegensatz zu den Linsen sind die Zwischenräume meist als plane Flächen ausgebildet. Dadurch kann ein Teil von senkrecht auf das Linsenarray fallenden Beleuchtungsstrahlen ungebeugt durch die Zwischenräume transmittieren . Dieser Teil der Beleuchtungsstrahlen folgt also nicht dem vorgese- henen weiteren Strahlengang des Messsystems, sondern verläuft diffus durch das weitere Messsystem und stört die Aufnahmequalität . Dieses Licht kann erfindungsgemäß mittels des Mittels ungefähr auf Höhe der zweiten Konvexlinse im Bereich der optischen Achse aus dem Messsystem entfernt werden, wodurch sich die Aufnahmequalität des Messsystems erhöht .
Die erste Konvexlinse kann sich beispielsweise am Ort des Zwischenbilds des optischen Messsystems befinden. Aus Grün¬ den der technischen Umsetzung kann die Position der ersten Konvexlinse allerdings auch vom Ort des Zwischenbilds ab¬ weichen. Eine solche Linse wird oft als Feldlinse bezeich¬ net .
Die dem Objekt zugewandte zweite Konvexlinse wird häufig als Ob ektivlinse bezeichnet. Die optische Achse eines Systems aus optischen Komponenten, wie beispielsweise das erfindungsgemäße optische Messsys¬ tem, ergibt sich aus den Symmetrieachsen der optischen Elemente. In einem konfokalen Messsystem liegen beispielsweise die meisten Fokuspunkte auf der optischen Achse. Durch das Mittel wird der Teil des Lichts der Beleuchtungs¬ strahlen, welcher auf das Mittel trifft, absorbiert oder aus dem Messsystem herausgelenkt. Da das Mittel das Licht aus dem Messsystem entfernt, kann es auch als Lichtfalle oder Antipinhole bezeichnet werden. Mit dem Mittel ist es insbesondere möglich, störendes Licht aus dem Messsystem zu entfernen . Treffen beispielsweise parallele Beleuchtungsstrahlen senkrecht auf das Linsenarray und werden im Bereich der Zwi¬ schenräume ungebeugt transmittiert , so trifft das durch die Zwischenräume verlaufende Licht senkrecht auf die erste Konvexlinse. Befindet sich nun das erfindungsgemäße Mittel zum Entfernen dieses Lichts im Bereich der Fokusebene die¬ ser ersten Konvexlinse, so reicht eine flächenmäßig ver¬ hältnismäßig kleine Erstreckung des Mittels in der Ebene senkrecht zur optischen Achse des Systems aus, wenn dass Mittel im Bereich der optischen Achse angeordnet wird, da das durch die Zwischenräume getretene Licht sich im Fokus¬ punkt der ersten Konvexlinse, also im Schnittpunkt der op¬ tischen Achse des Systems mit der Fokusebene der ersten Konvexlinse sammelt.
Das Mittel kann beispielsweise absorbierende Flächen auf- weisen. Hierdurch kann beispielsweise eine Absorption von
96% oder mit speziellen Beschichtungen sogar eine Absorption von bis zu 99,5% des auf diese Oberfläche auftreffenden Lichts erreicht werden.
Das Mittel kann auch reflektierende Flächen aufweisen, die das auftreffende Licht aus dem weiteren Strahlengang heraus lenken. Das auf das Mittel treffende Licht kann beispiels¬ weise mittels reflektierender Oberflächen auf eine außerhalb des Strahlengangs angeordnete absorbierende Lichtfal¬ le, also ein Mittel, welches Licht mittels Absorption aus dem System entfernt, umgelenkt werden.
Für ein Linsenarrays mit lichtdurchlässigen Zwischenräumen errechnet sich der Anteil des ungebeugt durch das Linsenar- ray tretenden und zumindest potentiell die Abbildungsquali¬ tät störenden Lichts aus dem Füllfaktor der Linsen des verwendeten Linsenarrays . Bei einer quadratischen Anordnung runder Linsen ist der theoretische erreichbare Füllfaktor der Linsen 78,5%. Entsprechend machen die Zwischenräume 21,5% der Fläche aus. Allerdings erfordert beispielsweise die technische Umsetzung eines Mikrolinsenarrays häufig zu¬ sätzliche Zwischenräume, weshalb sich der Anteil der Zwi¬ schenräume eines Mikrolinsenarrays üblicherweise auf über 35% erhöht. Dieses Licht kann mittels des erfindungsgemäßen Mittels aus dem Strahlengang des Systems entfernt werden.
Allerdings ist es möglich, dass auch Licht, das vom Objekt zurückgestreut wird, Bildinformationen enthält und entgegen der Richtung des Beleuchtungsstrahlengangs durch das Mess- System läuft, je nach Ausgestaltung des Mittels im Bereich des Mittels absorbiert wird. Da die zurückreflektierte Streukeule, also die Abstrahlcharakteristik, von stark streuend reflektierenden Oberflächen, beispielsweise einem Zahn, einen großen Öffnungswinkel hat, ist der relative An- teil des vom Objekt kommenden und durch das Mittel absor¬ bierten Lichts jedoch relativ gering. Der Intensitätsrückgang, der durch das Vorsehen des Mittels stattfindet, ist vernachlässigbar. Folglich ist das erfindungsgemäße Mittel insbesondere für optische Messsysteme im dentalen Bereich, z.B. dentale Kameras geeignet.
Das vom Objekt zurück gestreute Licht könnte allerdings je nach Ausgestaltung des Mittels im Bereich des Mittels auch reflektiert oder gestreut werden und dadurch weiterhin als Streulicht, im Messsystem verbleiben. Da die von dem Ob- jekt, wie beispielsweise einem Zahn, zurückgestreute Licht¬ intensität meist jedoch insgesamt gering ist, ist hierdurch kein wesentlicher Streulichtanteil zu erwarten. Minderungen der Abbildungsqualität hierdurch können somit ebenfalls vernachlässigt werden.
Vorteilhafterweise kann das Mittel als Teil der zweiten Konvexlinse ausgebildet sein. Dies kann eine besonders einfach herzustellende und/oder im Messsystem zu justierende Variante des Mittels darstellen. Beispielsweise kann das Mittel als eine Licht absorbieren¬ de, matte, schwarze Fläche ausgebildet sein, z.B. eine ent¬ sprechende Beschichtung, welche im Bereich des Mittelpunkts auf der der ersten Konvexlinse zugewandten Oberfläche der zweiten Konvexlinse aufgebracht ist. Das Mittel könnte auch teilweise in die zweite Konvexlinse hineinreichen.
Vorteilhafterweise kann es sich bei dem optischen Messsys¬ tem um ein konfokales Messsystem handeln. Konfokale Messsysteme weisen typischerweise eine Blende bzw. ein Pinhole in einer Bild- oder Zwischenbildebene auf. Die Lichtausbeute beim Durchgang durch diese Blende kann durch den Einsatz eines Linsenarrays verbessert werden, dessen vorbeschriebene Nachteile wiederum durch das erfin- dungsgemäße Mittel vermieden oder zumindest vermindert wer¬ den können.
Vorteilhafterweise können die mehreren Linsen des Linsenarrays rund sein, wobei das Linsenarray zwischen den mehreren runden Linsen mindestens einen Zwischenraum aufweisen kann. Insbesondere Linsenarrays, mit sehr kleinen Linsen und Lin¬ senabständen, beispielsweise Mikrolinsenraster , sind aus produktionstechnischen Gründen oftmals nicht mit flächenfüllenden quadratischen Linsen herstellbar. In einfacher Weise technisch umsetzbar sind oftmals Linsenarrays mit ei- ner Anordnung von Linsen mit einer runden Außenkontur in einer quadratischen oder hexagonalen Packung. Solche Lin- senarrays weisen allerdings Zwischenräume zwischen den run¬ den Linsen auf, wobei die Zwischenräume meist aus produkti¬ onstechnischen Gründen aus demselben Material wie die Linsen und damit lichtdurchlässig sind. Solche Linsenarrays werden beispielsweise aus einem durch Maskenverfahren, wie sie in der Halbleitertechnik üblich sind, hergestellten Träger und einer anschließend aufge¬ schmolzenen Oberfläche erzeugt. Produktionstechnisch bedingt liegt der Anteil der Zwischenräume solcher Linsenar- rays üblicherweise bei ca. 35%.
Vorteilhafterweise kann der mindestens eine Zwischenraum lichtdurchlässig sein und eine planparallele Oberfläche aufweisen .
Herstellungstechnisch ist es besonders einfach, die Zwi- schenräume aus dem gleichen Material zu fertigen, aus dem die Linsen bestehen. Durch eine plane Ausbildung der Zwischenräume kann senkrecht auf die Zwischenräume auftreffen¬ des Licht ohne Änderung seiner Ausbreitungsrichtung durch alle Zwischenräume hindurchlaufen, so dass es von der ers- ten Konvexlinse auf einen einzigen Fokuspunkt im Bereich der optischen Achse auf Höhe der Fokusebene der ersten Konvexlinse abgebildet wird, wo es mittels des erfindungsgemä¬ ßen Mittels aus dem Strahlengang des Messsystems entfernbar ist . Da so all das durch die Zwischenräume tretende und nicht zur Vermessung des Objekts beitragende Licht in einem ein¬ zigen Fokuspunkt gesammelt und dort durch das Mittel aus dem Messsystem entfernt wird, ist es möglich das Mittel ei¬ nerseits so groß auszubilden, dass möglichst all das durch die Zwischenräume tretende Licht von dem Mittel erfasst wird, andererseits kann die Größe des Mittels so klein sein, dass möglichst wenig Licht, welches durch die Linsen des Linsenarrays tritt, von dem Mittel erfasst wird.
Vorteilhafterweise kann das Linsenarray so angeordnet sein, dass die optische Achse des Messsystems durch einen Zwi- schenraum des Linsenarrays verläuft.
Hierdurch sind alle Zentralstrahlen der durch die einzelnen Linsen des Linsenarrays erzeugten Lichtstrahlen zur optischen Achse beabstandet, so dass diese Lichtstrahlen mög¬ lichst nicht auf das um die optische Achse oder nahe der optischen Achse angeordnete Mittel treffen. Dies ermöglicht es, möglichst nur solches Licht, welches durch die Zwi¬ schenräume des Linsenarrays tritt, aus dem Messsystem zu entfernen, während das durch die Linsen des Linsenarrays fokussierte Licht ungehindert für die Beleuchtung und Ver¬ messung des Objekts verwendbar ist.
Vorteilhafterweise kann das Linsenarray so angeordnet sein, dass die optische Achse des Messsystems mit dem Mittelpunkt einer Linse des Linsenarrays zusammenfällt.
Durch diese alternative Anordnung des Linsenarrays relativ zur optischen Achse des Messsystems ist die Position des Linsenarrays im Messsystem sehr gut definiert. Dies er¬ leichtert beispielsweise das Justieren.
Vorteilhafterweise kann die zweite Konvexlinse in der Fo¬ kusebene der ersten Konvexlinse angeordnet sein. Hierdurch wird Licht, welches senkrecht auf die erste Kon¬ vexlinse trifft auf die zweite Konvexlinse fokussiert, wo¬ bei sich der Fokuspunkt idealer Weise im Schnittpunkt der Längsachse oder der Linsenoberfläche der zweiten Konvexlinse mit der optischen Achse befindet. Licht von parallelen, senkrecht auf das Linsenarray treffenden Beleuchtungsstrah¬ len, welches durch die Zwischenräume des Linsenarrays tritt, wird somit in einem einzigen Fokuspunkt im Bereich der zweiten Konvexlinse gesammelt. Hierdurch kann das Mit¬ tel direkt an der zweiten Konvexlinse angeordnet oder als Teil der zweiten Konvexlinse ausgebildet sein, wobei die Größe des Mittels in der Ebene senkrecht zur optischen Ach¬ se im Wesentlichen nur der Größe dieses Fokuspunkts ent¬ sprechen muss.
Vorteilhafterweise kann das Mittel in der Fokusebene der ersten Konvexlinse angeordnet sein. Da die Beleuchtungsstrahlen typischerweise ein paralleles Lichtbündel bilden, welches senkrecht auf das Linsenarray trifft, so dass das durch die Zwischenräume verlaufende Licht typischerweise ebenfalls senkrecht auf die erste Kon¬ vexlinse trifft, sammelt sich dieses Licht in einem einzi- gen Punkt in der Fokusebene der ersten Konvexlinse. Wird das erfindungsgemäße Mittel in dieser Fokusebene positio¬ niert, so reichen schon sehr geringe Abmessungen innerhalb dieser Ebene aus, um das gesamte durch die Zwischenräume des Linsenarrays tretende Licht mittels des Mittels zu er- fassen.
Vorteilhafterweise kann das Mittel eine Licht absorbierende matte schwarze Fläche sein.
Dies stellt eine besonders einfach Möglichkeit dar, das auftreffende Licht durch Absorption aus dem Messsystem zu entfernen.
Vorteilhafterweise kann das Mittel ein n-seitiger, pyrami¬ denförmiger, auf den Außenflächen verspiegelter Spiegel sein .
Dies ermöglicht es, das auftreffende Licht durch Reflexion aus dem Strahlengang herauszulenken . Vorteilhafterweise kann das Mittel ein kegelförmiger, auf der Außenseite der Mantelfläche verspiegelter Spiegel sein.
Dies stellt eine weitere Möglichkeit dar, das auftreffende Licht aus dem Strahlengang herauszulenken . Vorteilhafterweise kann das Mittel ein zur optischen Achse geneigt angeordneter, planer Spiegel sein.
Ein so angeordneter planer Spiegel ermöglicht es, auf be¬ sonders einfache Weise das auftreffende Licht durch Refle¬ xion in eine ähnliche Richtung aus dem Strahlengang heraus- zulenken. Die plane, spiegelnde Fläche des Spiegels kann beispielsweise in einem Winkel zur optischen Achse angeord¬ net werden, der kleiner 90°, beispielsweise 45° beträgt.
Vorteilhafterweise kann das Linsenarray beidseitig mit ei¬ ner Antireflexschicht beschichtet sein.
Hierdurch wird der Anteil des Lichts, welcher an der Oberfläche des Linsensarrays reflektiert wird, reduziert und somit die Entstehung von störendem Streulicht vermieden.
Vorteilhafterweise kann das Messsystem Teil einer intraora¬ len dentalen Kamera sein. Intraorale dentale Kameras dürfen aufgrund ihres Anwen¬ dungsgebiets nicht zu groß oder zu schwer sein. Es ist da¬ her üblich für den optischen Messaufbau in der Kamera als Linsensarray Mikrolinsenarrays einzusetzen. Da solche Mik- rolinsenarrays aus herstellungstechnischen Gründen meist Lichtdurchlässige Zwischenräume zwischen den Linsen aufwei¬ sen und da das erfindungsgemäße Mittel auch für kleine Auf¬ bauten sehr gut geeignet ist, eignet es sich besonders für den Einsatz in intraoralen dentalen Kameras.
Vorteilhafterweise kann die intraorale dentale Kamera ein Griffteil, ein in eine Mundhöhle einbringbares Vorderteil und einen an einem freien Ende des Vorderteils angeordneten Strahlumlenker aufweisen.
Dies stellt eine übliche Ausgestaltung einer intraoralen dentalen Kamera dar, die für die Erzeugung von Aufnahmen von Zähnen im Mund eines Patienten ausgelegt ist. Eine er¬ findungsgemäße intraorale Kamera könnte aber beispielsweise auch ohne einen Strahlumlenker auskommen, beispielsweise, wenn der Sensor ausreichend klein ist oder nur Bilder der Schneidezähne erzeugt werden sollen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur dreidimensionalen optischen Vermessung eines Objekts mittels eines optischen Messsystems, beispielsweise des im vorange¬ gangenen Beschriebenen. Gemäß dem Verfahren gelangen Beleuchtungsstrahlen zumindest durch ein Linsenarray und min- destens eine erste und eine zweite dem Linsenarray in Rich¬ tung einer Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen entlang eines Beleuchtungsstrahlengangs in der genannten Reihenfolge folgende Konvexlinse auf das Objekt. Ein Teil der Beleuchtungsstahlen wird im Bereich einer optischen Achse des optischen Messsystems, in einem Bereich in Aus¬ breitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen vor oder an der zweiten Konvexlinse absorbiert oder aus dem Beleuchtungs¬ strahlengang herausgelenkt.
Gerade bei der Verwendung von Linsenarrays mit lichtdurch- lässigen Zwischenräumen ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, störendes Licht, z.B. das durch die Zwischenräu¬ me tretende Licht, auf einfache Weise aus dem zur Vermes¬ sung verwendeten Strahlengang zu entfernen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die Fig. 1 ein als intraorale dentale Kamera ausgebildetes optisches Messsystem mit einem optischen konfokalen Messaufbau,
Fig. 2 einen Teil des optischen konfokalen Messaufbaus der in Fig. 1 dargestellten intraoralen dentalen
Kamera,
Fig. 3 eine weitere Anordnung eines Linsenarrays in einem optischen konfokalen Messsystem,
Fig. 4 einen Ausschnitt eines Linsenarrays, Fig. 5 zwei pyramidenförmige und einen kegelförmigen
Spiegel ,
Fig. 6 einen Teil eines optischen konfokalen Messsystems mit einem planen Spiegel als erfindungsgemäßes Mittel . Ausführungsbeispiele
Die Fig. 1 zeigt ein als intraorale dentale Kamera ausge¬ bildetes optisches Messsystem 1, mit einem Griffteil 14 und einem in die Mundhöhle eines Patienten einbringbaren Vorderteil 15. Der zentrale Teil der optischen Komponenten des optischen Messsystems 1 sind nochmals in Fig. 2 darge¬ stellt. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nur Teile von Strahlengängen in die dargestellten Messvorrichtungen eingezeichnet. Die zentralen Komponenten oder zumindest Teile davon könnten auch in einem von der in Fig. 1 abwei- chenden aufgebauten Messsystem 1 Verwendung finden, um ein erfindungsgemäßes Messsystem 1 zu erhalten.
Das von einer Lichtquelle 3 kommende Licht von Beleuch¬ tungsstrahlen 18 wird von einer Kollektorlinse 2 über einen Strahlteiler 4 als paralleles Lichtbündel senkrecht auf ein Linsenarray 5 projiziert. Das Licht der Lichtquelle 3 könnte auch über einen Licht¬ leiter, beispielsweise eine Glasfaser zur Kamera geleitet werden. Weiterhin wäre es auch möglich, dass Licht ohne die Umlenkung über den Strahlteiler 4 auf das Linsenarray 5 zu leiten. Es können alle bereits bekannten Lösungen für konfokale Messaufbauten, insbesondere die für intraorale Kame¬ ras geeigneten, verwendet werden.
Das Linsenarray 5 besteht aus mehreren Linsen 12, die bei¬ spielsweise eine runde Außenkontur aufweisen und in einer parallelen Packung angeordnet sein können, so dass zwischen den Linsen 12 Zwischenräume 13 bestehen. Ein solches Linsenarray 5 ist in Fig. 4 dargestellt. Das auf die Linsen 12 des Linsenarrays 5 treffende Licht der Beleuchtungsstrahlen 18 wird in mehrere im Wesentlichen parallel verlaufende Lichtstrahlen aufgeteilt.
Die Linsen 12 könnten auch hexagonal angeordnet sein oder eine elliptische Form aufweisen. Die Anordnung, wie auch die Anzahl der Linsen 12 und ihre Größe richtet sich im we¬ sentlichen nach der Art der Anwendung, beispielsweise nach der Größe des zu vermessenden Objekts und/oder nach der angestrebten Größe des optischen Messsystems 1.
Die Linsen 12 des Linsenarrays 5 erzeugen jeweils ein ver¬ kleinertes Abbild der Lichtquelle 3. Die Fokuspunkte der einzelnen Linsen 12 des Linsenarrays 5 werden mittels einer erste Konvexlinse 6 und einer zweiten Konvexlinse 8, die in dieser Reihenfolge in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen 18 auf das Linsenarray 5 folgen, sowie optio¬ nal mittels weiterer optischer Komponenten auf ein Objekt 9 abgebildet, so dass auf dem Objekt 9 ein Feld aus Licht- punkten entsteht. Eine weitere optische Komponente kann beispielsweise ein Strahlumlenker 16 sein, wie er in Fig.l dargestellt ist. Vom Objekt 9 zurückgestreutes bzw. reflektiertes Licht durchläuft zumindest die zweite und die erste Konvexlinse 8, 6 sowie das Linsensarray 5 in zur Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen 18 entgegengesetzter Richtung und wird beispielsweise, wie in Fig. 1 skizziert, über ein
Blendenarray bzw. eine Blendenplatte 21 auf eine Aufnahme¬ einheit 17 abgebildet.
Wird das erfindungsgemäßes Messsystem 1 beispielsweise als intraorale Dentalkamera eingesetzt, wie es hier im Ausfüh- rungsbeispiel in Fig. 1 dargestellt ist, so ist es beson¬ ders wichtig, dass das Linsensarray 5 möglichst klein ist, z.B. ein Mikrolinsenarray bzw. Mikrolinsenraster , da der gesamte Aufbau möglichst kleine Abmessungen haben sollte, damit er leicht mit einer Hand gehalten und zumindest teil- weise in einen Patientenmund eingeführt werden kann. Die
Anzahl der Linsen 12 richtet sich im wesentlichen nach der gewünschten Anzahl von Licht- bzw. Messpunkten bzw. der gewünschten Auflösung.
Die Zwischenräume 13 des Linsenarrays 5 weisen im Ausfüh- rungsbeispiel im eWsentlichen planparallele Oberflächen auf. Dadurch tritt senkrecht auftreffendes Licht der Be¬ leuchtungsstrahlen 18 ohne Richtungsänderung, im Wesentlichen ungebrochen und ungebeugt durch die Zwischenräume 13 hindurch, während das auf die Linsen 12 des Linsenarrays 5 treffende Licht durch die Brechkraft der Linsen 12 abge¬ lenkt wird. Während das auf die Linsen 12 treffende Licht im Folgenden mittels der weiteren Komponenten des Messsystems 1, insbesondere der ersten und zweiten Konvexlinse 6, 8, auf das Objekt 9 gelenkt und der vom Objekt 9 zurückge- streute bzw. reflektierte Teil dieses Lichts im Wesentli¬ chen entgegengesetzt zu den Beleuchtungsstrahlen 18 das Messsystem 1 durchläuft und auf die Aufnahmeeinheit 17 ab- gebildet wird, befindet sich das durch die Zwischenräume 13 tretende Licht als störendes Licht im System und beein¬ trächtigt die Abbildungsqualität des Messsystems 1.
Um dieses störende Licht aus dem Messsystem 1 zu entfernen, weist die zweite Konvexlinse 8 im Bereich um eine optische Achse 10 des Messsystems 1 eine Licht absorbierende Fläche als ein Mittel 7 auf. Beispielsweise kann dies eine matte schwarze Oberfläche sein. Licht, welches auf das Mittel 7 trifft, wird zumindest größtenteils absorbiert. Senkrecht auf das Linsensarray 5 treffendes Licht, welches durch die Zwischenräume 13 ungebrochen transmittiert wird, trifft senkrecht auf die erste Konvexlinse 6 auf, welche dieses fokussiert. Ist nun, wie in Fig. 2 dargestellt, die zweite Konvexlinse 8 im Bereich einer Fokusebene 11 der ersten Konvexlinse 6 angeordnet, so wird das ungebrochen durch das Linsenarray 5 tretende Licht im Bereich der opti¬ schen Achse 10 auf die zweite Konvexlinse 8 fokussiert, durch die in diesem Bereich als Mittel 7 angeordnete Licht absorbierende Fläche absorbiert und damit aus dem für die Vermessung des Objekts 9 verwendeten Strahlengang entfernt.
Eine weitere Möglichkeit, das durch die Zwischenräume 13 tretende Licht aus dem Strahlengang zu entfernen, ist, das Licht beispielsweise mittels einer reflektierenden Oberflä¬ che aus dem Messsystem 1 oder zumindest aus dem Strahlen- gang der Beleuchtungsstrahlen 18 heraus zu lenken.
Hierzu kann das Mittel 7 beispielsweise als Spiegel mit ei¬ ner vier-, drei- oder auch n-seitigen pyramidenförmigen o- der kegelförmigen verspiegelten Außenfläche mit einer in Richtung der ersten Konvexlinse 6 zeigenden Spitze und ei- ner vor der zweiten Konvexlinse 8 oder auf der Oberfläche der zweiten Konvexlinse 8 anordnenbaren Grundfläche ausge- bildet sein. Entsprechende Spiegelformen des Mittels 7 sind in Fig. 5 dargestellt.
Das erfindungsgemäße Mittel 7 kann auch als planer Spiegel ausgestaltet sein, der zur optischen Achse 10 des Messsys- tems 1 gekippt im Bereich der optischen Achse 10 in einem Abstand vor oder an der zweiten Konvexlinse 8 angeordnet ist, wodurch auftreffendes Licht aus dem Strahlengang herausgelenkt wird. Diese Variante ist in Fig. 6 skizziert.
Das aus dem Strahlengang herausgelenkte Licht kann dann an anderer Stelle außerhalb des Strahlengangs mittels eines Absorbers 19, also einem absorbierenden Mittel, entfernt werden. Dies hat den Vorteil, dass man hinsichtlich der Größe bzw. der Abmessungen des Absorbers 19 nicht so einge¬ schränkt ist, wie bei einer Absorption des Lichts innerhalb oder zumindest im Bereich des Strahlengangs des Messsystems 1.
Das aus dem Strahlengang herausgelenkte Licht könnte aber auch beispielsweise mittels weiterer optischer Komponenten aus dem gesamten Messsystem 1 heraus gelenkt werden. Ist das Linsenarray 5 wie in Fig. 2 dargestellt hinsicht¬ lich der optischen Achse 10 des Messsystems 1 so ausgerichtet, dass die optische Achse 10 des Messsystems 1 durch ei¬ nen Zwischenraum 13 des Linsenarrays 5 verläuft, so ist es möglich, nur Licht, welches durch die Zwischenräume 13 des Linsenarrays 5 tritt, von dem Mittel 7 aus dem Strahlengang zu entfernen, während das durch die Linsen 12 des Linsenarrays 5 tretende Licht am Mittel 7 vorbei auf das Objekt 9 abgebildet wird. Hierfür muss das Mittel 7 allerdings hin¬ sichtlich einer zur optischen Achse 10 senkrecht verlaufen- den Ebene so klein ausgebildet sein, dass die Strahlengänge aller durch die Linsen 12 des Linsenarrays 5 erzeugten Strahlen an dem Mittel 7 vorbeilaufen. In diesem Fall kön- nen alle durch die Linsen 12 des Linsenarrays 5 erzeugten Strahlen und Fokuspunkte zur Vermessung des Objekts 9 ver¬ wendet werden.
Wird das Linsenarray 5 so angeordnet, dass die optische Achse 10 durch eine der Linsen 12 des Linsenarrays 5 ver¬ läuft, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, so ist die Justie¬ rung des Linsenarrays 5 besonders einfach und zuverlässig möglich .
Dafür wird allerdings zusätzlich zu dem durch die Zwischen- räume 13 des Linsenarrays 5 tretenden Licht auch ein Teil des durch die Linsen 12 tretenden Lichts durch das Mittel 7 aus dem Strahlengang entfernt und die Linse 12 des Linsen¬ arrays 5, durch welche die optische Achse 10 des Messsys¬ tems 1 verläuft, erzeugt gar keinen oder zumindest einen hinsichtlich der LichtIntensität sehr eingeschränkten
Lichtpunkt auf dem Objekt 9.
Wird das erfindungsgemäße Messsystem 1 beispielsweise mit zur optischen Achse 10 hin leicht verkippten optischen Komponenten umgesetzt, um beispielsweise Rückreflexe der opti- sehen Komponenten aus dem zur Abbildung verwendeten Strahlengang des Messsystems 1 herauszubekommen, so kann es auch vorteilhaft sein, das Mittel 7 etwas zur optischen Achse 10 beabstandet anzuordnen. Das Mittel 7 könnte beispielsweise in einem Abstand von bis zu 1/6 eines Durchmessers (20) der ersten Konvexlinse angeordnet werden.
Dies könnte auch dann vorteilhaft sein, wenn das Mittel 7 in Ausbreitungsrichtung vor der Fokusebene 11 der ersten Konvexlinse 6 angeordnet wird. Es ist beispielsweise auch vorstellbar ist, dass das Mittel 7 in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse 10 einen Bereich überspannt, der zur optischen Achse 10 beabstandet ist und diese umgibt. Bezugs zeichenliste
1 Optisches Messsystem
2 Kollektorlinse
3 Lichtquelle
4 Strahlteiler
5 Linsenarray
6 Erste Konvexlinse
7 Mittel
8 Zweite Konvexlinse
9 Objekt
10 Optische Achse
11 Fokusebene der ersten Konvexlinse
12 Linse
13 Zwischenraum
14 Griffteil
15 In die Mundhöhle einbringbares Vorderteil
16 Strahlumlenker
17 Aufnahmeeinheit
18 Beleuchtungsstrahlen
19 Absorber
20 Durchmesser der ersten Konvexlinse
21 Blendenplatte

Claims

Patentansprüche
Optisches Messsystem (1) zur dreidimensionalen Vermessung eines Objekts (9), aufweisend mindestens eine Be¬ leuchtungsstrahlen (18) aussendende Lichtquelle (3), mindestens ein Linsenarray (5) aus mehreren Linsen (12), eine in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen (18) entlang eines Beleuchtungsstrahlengangs dem Linsenarray (5) nachfolgend angeordnete erste Kon¬ vexlinse (6) sowie eine in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen (18) der ersten Konvexlinse (6) nachfolgend angeordnete, einem zu vermessenden Objekt (9) zugewandte zweite Konvexlinse (8), dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (7), das auftreffendes Licht absorbiert oder aus dem Beleuchtungsstrahlengang heraus lenkt, in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen (18) vor der zweiten Konvexlinse (8) oder auf einer der ersten Konvexlinse (6) zugewandten Seite der zweiten Konvexlinse (8) an der zweiten Konvexlinse (8) angeord¬ net ist und sich in einer im wesentlichen senkrecht zu einer optische Achse (10) des Messsystems (1) stehenden Ebene über einen Bereich erstreckt, der die optische Achse (10) des Messsystems (1) einschließt oder zu die¬ ser nicht mehr als 1/6 eines Durchmessers (20) der ers¬ ten Konvexlinse (6) beabstandet ist.
Optisches Messsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) als Teil der zweiten Konvexlinse (8) ausgebildet ist.
Optisches Messsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Messsystem (1) ein konfokales Messsystem ist.
Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Linsen (12) des Linsenarrays (5) rund sind und dass das Lin- senarray (5) zwischen den mehreren runden Linsen (12) mindestens einen Zwischenraum (13) aufweist.
5. Optisches Messsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass der mindestens eine Zwischenraum
(13) lichtdurchlässig ist und planparallele Oberflächen aufweist .
6. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 4 o- der 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray (5) im optischen Messsystem (1) so angeordnet ist, dass die optische Achse (10) des Messsystems (1) durch einen der Zwischenräume (13) des Linsenarrays (5) verläuft.
7. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray (5) so im optischen Messsystem (1) angeordnet ist, dass die optische Achse (10) des Messsystems (1) mit dem Mittel¬ punkt einer Linse (12) des Linsenarrays (5) zusammen¬ fällt .
8. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Konvexlinse
(8) in der Fokusebene (11) der ersten Konvexlinse (6) angeordnet ist.
9. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) in der Fokusebene (11) der ersten Konvexlinse (6) angeordnet ist .
10. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) eine Licht absorbierende, matte, schwarze Fläche ist.
11. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) ein n- seitiger, pyramidenförmiger, auf den Außenflächen ver- spiegelter Spiegel ist.
12. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) ein ke- gelförmiger, auf der Außenseite der Mantelfläche ver- spiegelter Spiegel ist.
13. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) ein zur optischen Achse (10) geneigt angeordneter, planer Spie- gel ist.
14. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray (5) beidseitig mit einer Antireflexschicht beschichtet ist.
15. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (1)
Teil einer intraoralen dentalen Kamera ist.
16. Optisches Messsystem (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die intraorale dentale Kamera ein Griffteil (14), ein in eine Mundhöhle einbringbares Vorderteil (15) und einen an einem freien Ende des Vor¬ derteils (15) angeordneten Strahlumlenker (16) aufweist.
17. Verfahren zur dreidimensionalen optischen Vermessung eines Objekts (9) mittels eines optischen Messsystems (1), wobei Beleuchtungsstrahlen (18) zumindest durch ein Linsenarray (5) und mindestens eine erste und eine zweite dem Linsenarray (5) in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen (18) entlang eines Beleuchtungsstrahlengangs in der genannten Reihenfolge folgende Konvexlinse (6, 8) auf das Objekt (9) gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Beleuchtungsstrahlen (18) in einem Bereich in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen (18) vor oder an der zweiten Konvexlinse (8) absorbiert oder aus dem Beleuchtungsstrahlengang herausgelenkt wird, wobei der Bereich eine opti- sehe Achse (10) des optischen Messsystems (1) ein¬ schließt oder zu dieser nicht mehr als 1/6 eines Durch¬ messers (20) der ersten Konvexlinse (6) beabstandet ist .
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