WO2003036944A1

WO2003036944A1 - Miniaturisierte kamera mit einem stab- oder rohrförmigen gehäuse

Info

Publication number: WO2003036944A1
Application number: PCT/EP2001/012137
Authority: WO
Inventors: Georg Kothmeier; Aleksander Wlodarski; Uwe Sarbach
Original assignee: Cobra Electronic Gmbh
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-05-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine miniaturisierte Kamera mit einer in einem stab- oder rohrförmigen Gehäuse angeordneten photosensitiven CCD-Matrix und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung, insbesondere zum Einsatz oder zur Verwendung in einem zahnärztlichen Diagnoseinstrument. Im Kopfende des stabförmigen Gehäuses ist eine Aussparung vorgesehen, in die eine optische Platte eingesetzt ist. Die optische Platte weist mindestens eine im sichtbaren Spektralbereich undurchsichtige Beschichtung auf, wobei die Beschichtung für eine Blendenöffnung geringen Durchmessers sowie um die Blendenöffnung angeordnete grössere Beleuchtungsöffnungen unterbrochen ist. Lichteintrittsseitig hinter der Blendenöffnung ist eine Linse, bevorzugt unmittelbar an der Platte befestigt vorgeshen und in einem Fokusabstand zur Linse die CCD-Matrix innerhalb des Kopfendes angeordnet. Unterhalb der Beleuchtungsöffnungen werden als Strahlungsquellen lichtemittierende Dioden, bevorzugt Weisslichtdioden befestigt, wobei durch die Beschichtung der optischen Platte eine unerwünschte unmittelbare Einkopplung von Strahlung der lichtemittierenden Dioden in die Optik, bestehend aus Blendenöffnung und Linse, verhinderbar ist.

Description

MINIATURISIERTE KAMERA MIT EINEM STAB- ODER ROHRFORMIGEN GEHAUSE

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine miniaturisierte Kamera mit einer in einem stab- oder rohrformigen Gehäuse angeordneten photosensitiven CCD-Matrix und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung, insbesondere zum Einsatz oder zur Verwendung in einem zahnärztlichen Diagnoseinstrument, gemäß Oberbegriff des Patent- anspruchs 1.

Aus der EP 0 123 548 AI ist eine Vorrichtung zum Aufspüren von Kavitäten im Zahnbereich bekannt, welche mit einer Halogen- Lichtquelle arbeitet und wobei Strahlungsenergie im sichtbaren Bereich über einen Lichtwellenleiter von der entfernt aufgestellten externen Quelle in den Mundraum geführt wird. Über einen weiteren Lichtleiter gelangt dann das aufgenommene Bild zurück zu einem bei der Quelle angeordneten Projektions-Bildschirm, auf dem das empfangene Bild darstellbar ist.

Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß das von einer externen Lichtquelle herangeführte Licht durch den Einsatz der Lichtwellenleiter einer unerwünschten Dämpfung und damit einem Intensitätsverlust unterliegt. Weiterhin ist die Bildauflösung aufgrund der geringen Anzahl von Lichtleiterfasern des verwendeten Glasfaserkabels gering.

Ein zahnärztliches Diagnoseinstrument zur bildgebenden Darstellung des Inneren von Zahn- bzw. daran anschließenden Gewebe- bereichen unter Durchstrahlung mit optischem Licht ist in der WO94/20011 offenbart. Dort ist ein manuell positionierbarer Aufnahmekopf vorhanden, wobei der Aufnahmekopf mit einer bildgebenden Infrarot- Empfangsoptik und einer Bildwandlereinrichtung versehen ist, von der aus die aufgenommenen Signale einer nachgeschalteten Anzei- geeinheit zugeführt werden. Ein Sendeteil weist eine Sendeoptik auf, welche Infrarotstrahlung in einem an die Empfangsoptik und die Bildwandlereinrichtung angepaßten Wellenlängenbereich und ausreichender Energie abgibt, so daß der zu diagnostizierende Zahn bzw. Zahnfleischbereich durchstrahlt werden kann. Zusätz- lieh soll die Möglichkeit bestehen, eine weitere Quelle für sichtbares Licht am Aufnahmekopf mit einer bevorzugten Abstrah- lungsrichtung anzuordnen. Die Infrarotquelle und die Sendeoptik sollen jeweils in einem Griff- oder Haltestab untergebracht werden, wobei Sende- bzw. Empfangsoptik im wesentlichen am freien Ende des Stabes befindlich sind. Als Bildwandlereinrichtung findet eine flächenhafte Anordnung miniaturisierter Photosensoren, insbesondere in Form eines ladungsgekoppelten Bauelements (CCD) Anwendung.

Die in der WO94/20011 gezeigte Ausbildung eines Diagnoseinstruments ist nur mittelbar bildgebend, da dort auf eine Durchstrahlung des Zahnes abgestellt wird. Ein weiterer Nachteil besteht in der ü-förmigen Ausbildung mit gegenüberliegender Empfangsoptik und Lichtquelle.

Weitere bekannte intraorale Kameras, z.B. die unter dem Markennamen Dentview der E. Hahnenkratt GmbH vertriebene Kamera besitzt ein Handstück mit einem auswechselbaren Kopfteil, welches eine 90°-Fixfokus-Optik aufweist. Der eigentliche Photoempfänger bzw. Bildwandler ist von der Eingangsoptik entfernt angeordnet und es sind zusätzlich strahlumlenkende Mittel erforderlich.

Die Beleuchtung erfolgt über eine externe Lichtquelle mittels eines Lichtleitfaserbündels, das zum auswechselbaren Teil des Handstücks führt.

Eine derartige Lichtquelle, in der Regel ein Halogenstrahler, entwickelt erhebliche Wärme und muß bereits aus diesem Grund möglichst weit von der Lichtaustrittsoptik bzw. dem Bildwandler angeordnet werden.

Es besteht nun prinzipiell die Möglichkeit, für die zusätzliche Lichtquelle auf lichtemittierende Dioden, insbesondere Weißlicht-LEDs, zurückzugreifen. Der Vorteil eines solchen kalten Strahlers ist die wesentlich geringere Wärmeentwicklung. Jedoch ist die maximal erreichbare Beleuchtungsstärke im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen um den Faktor 10 bis 40 reduziert. Eine solche geringere Lichtstärke schränkt jedoch das nutzbare Verhältnis zwischen Objektabstand zu Tiefenschärfe ein. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn nicht nur intraorale, sondern auch extraorale Aufnahmen, d.h. Aufnahmen im Fernbereich mit ein und derselben Kamera gefertigt werden sollen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine miniaturisierte Kamera mit einer in einem stab- oder rohrformigen Gehäuse angeordneten photosensitiven CCD-Matrix und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung anzugeben, die nicht nur kostengünstig her- stellbar ist, sondern welche zusätzlich die Möglichkeit bietet, Strahlungsquelle, Eingangsoptik und photosensitive CCD-Matrix, d.h. den Bildwandler in unmittelbarer Nähe anzuordnen, ohne daß ein optisches Übersprechen eintritt. Weiterhin soll mittels der zu schaffenden Kamera die Möglichkeit gegeben sein, eine Fo- kusänderung und damit eine Tiefenschärfenvarianz zu erreichen, ohne daß in aufwendiger Weise Eingangsoptik und Bildwandler zueinander neu positioniert werden müssen.

Letztendlich soll die miniaturisierte Kamera allen Anforderungen insbesondere in ergonomischer und hygienischer Hinsicht genügen, die an ein zahnärztliches Diagnoseinstrument gestellt werden.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Kamera- anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen. Der Grundgedanke der Erfindung besteht zunächst darin, daß im Kopfbereich des stabförmigen Gehäuses eine Aussparung vorgesehen ist, in die eine optische Platte eingesetzt wird. Diese optische Platte besitzt eine mindestens im sichtbaren 5 Spektralbereich undurchlässige Beschichtung, bevorzugt eine

Rückseitenbeschichtung, wobei diese Beschichtung für eine Blendenöffnung geringen Durchmessers sowie um die Blendenöffnung angeordnete größere Beleuchtungsöffnungen unterbrochen ist.

0 Die Beschichtung kann eine Schwarzchrom-Schicht umfassen, welche über eine geeignete Maske durch Ätzen strukturiert wurde, d.h. die über die gewünschte Blendenöffnung sowie die Beleuchtungsöffnungen verfügt.

5 Lichteintrittsseitig ist hinter der Blendenöffnung eine Linse bevorzugt unmittelbar an der optischen Platte befestigt. In einem Fokusabstand zur Linse befindet sich die CCD-Matrix. Alle vorgenannten Komponenten sind innerhalb des Kopfendes des stabförmigen Gehäuses angeordnet. zo

Unterhalb der Beleuchtungsöffnung sind als Strahlungsquellen lichtemittierende Dioden, bevorzugt Weißlichtdioden befestigt, wobei durch die Beschichtung der optischen Platte eine unerwünschte unmittelbare Einkopplung von Strahlung der licht-

»5 emittierenden Dioden in die Optik, bestehend aus Blendenöffnung und Linse, verhinderbar ist, so daß ein optisches Übersprechen vermieden werden kann.

Obwohl die als Lochblende wirkende Blendenöffnung nach Art einer 10 Lochkamera in unmittelbarer Nähe zu den Beleuchtungsöffnungen und den Strahlungsquellen befindlich ist, wird eine Überstrahlung durch die strukturierte Beschichtung wirksam verhindert. Andererseits befinden sich die Strahlungsquellen in unmittelbarer Nähe zum zu beleuchtenden Objekt, ohne daß eine Dämpfung >5 herbeiführende Mittel, wie z.B. Lichtleitfasern, notwendig sind.

In Weiterbildung der Erfindung besteht die Möglichkeit, zur Fokusveränderung im Raum zwischen Linse und CCD-Matrix ein oder mehrere optisch dichte Medien anzuordnen. Beispielsweise kann ein Saphirglas über einen beweglichen Schieber in den Zwischenraum verbracht werden. Auf diese Weise kann der Fokus stufenweise verändert werden.

Eine nachgeschaltete Signalvorverarbeitungs- bzw. -verarbei- tungseinheit bzw. ein MikroController zur Kamerasteuerung kann derart programmiert sein, daß mit Veränderung des Fokus eine Optimierung der Bildauswertung je nach gegebener Fokuslage er- folgt. Aufwendige Einstell- und manuelle Abgleicharbeiten beim Arbeiten mit einer solchen Kamera können daher entfallen.

Der erwähnte bewegliche Schieber zum Lageverändern des im stab- förmigen Gehäuse befindlichen optisch dichten Mediums, z.B. ei- nes Saphirglases, kann mit einem elektromagnetischen, hydraulischen, pneumatischen, aber auch einem manuellen Handantrieb in Verbindung stehen.

Bevorzugt sind sämtliche mechanische Komponenten im Inneren ei- nes geschlossenen Gehäuses befindlich, so daß dieses geschlossen und dicht ausführbar ist, mit den sich hieraus ergebenden Vorteilen hinsichtlich leichter Desinfizier- bzw. Sterilisierbar- keit. Die notwendigen Steuerungsbefehle können softwareseitig von einer übergeordneten Bedieneinheit über eine geeignete Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden.

Zur weiteren Verrringerung des Bauraums besteht bevorzugt die Möglichkeit, eine Nacktchip-CCD-Matrix oder einen Sensor in sogenannter Tape-Bauform einzusetzen.

Ziel der angestrebten Miniaturisierung ist es, insbesondere den Kamerakopf in seiner Dickenausdehnung so zu gestalten, daß dieser im wesentlichen Abmessungen annimmt, die denjenigen üblicher zahnärztlicher Instrumente, z.B. einem Winkelspiegel, entspre- chen, so daß alle möglicherweise kritischen Stellen im Mundraum eines Patienten in einfacher Weise betrachtet und damit diagnostiziert werden können. Die als Strahlungsquellen bevorzugt verwendeten lichtemittierenden Dioden sind von einer steuerbaren Konstantstromquelle getrieben, wobei die Leuchtstärke in Abhängigkeit vom Umgebungslicht regelbar ist.

Für den Fall notwendiger extraoraler Aufnahmen besteht die Möglichkeit, die internen Strahlungsquellen abzuschalten. Zusätzlich kann beim Übergang auf Fremdlichtbetrieb die Signalvorver- arbeitungs-Elektronik der Kamera auf die nun geänderte Farbtemperatur umschalten.

Die optische Platte kann in einer Ausführungsform der Erfindung mehrschichtig ausgebildet sein. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die Platte aus Quarzglas oder Saphirglas auszubilden, wobei mindestens zwei Glasschichten miteinander stabilitätserhö- hend verkittet werden, so daß ein unerwünschtes Zersplittern beim Anwenden der Kamera im Mundraum eines Patienten ausgeschlossen wird.

Zur Verbesserung der Detaildarstellung besteht weiterhin die Möglichkeit, daß das Deckglas in Kombination aus niedrig- und hochbrechendem Glas für eine wirksame Komakorrektur optimiert wird. Damit wird der Nachteil der unter Bauraumaspekt an sich vorteilhaften, nur einzigen korrigierenden Linse im Zusammenhang mit der Lochblendenöffnung ausgeräumt.

Im Sinne der vorerwähnten Sicherheit gegen Zersplittern oder Zerstören der optischen Platte kann die zur CCD-Matrix gerichtete Seite mindestens abschnittsweise im Bereich der Beschichtung mit einem zähelastischen Kunststoff oder einem Silikonkautschuk versehen werden.

Zum Ableiten der im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen allerdings geringeren Wärmeenergie sind die eingesetzten Strahlungsquellen, nämlich die lichtemittierenden Dioden auf einem wärmeleitenden Träger größerer Fläche befestigt, wobei sich ein Teil dieses Trägers in das kopfferne Ende, beispielsweise hin zu einem Griffstück erstreckt. Ebenso wie der Einsatz eines CCD-Nacktchips vorgeschlagen wurde, besteht die Möglichkeit, die lichtemittierenden Dioden als SMD- Bauelemente oder aber auch als Nacktchip unmittelbar auf einem Träger zu befestigen, wobei der Träger wärmeleitende Eigenschaf- ten aufweist oder mit einem wärmeabführenden Material verbunden ist.

Wie bereits erwähnt, werden die LEDs unmittelbar unterhalb der Beleuchtungsöffnungen befestigt, wobei zwischen einem Leucht- dioden-Verdrahtungsträger und der Unterseite der optischen Platte, die Leuchtdiode gegen seitlichen Lichtaustritt abschirmend, eine Reflexionsfläche angeordnet ist.

Diese Reflexionsfläche kann aus einem Tubus bestehen, in dessen Inneren die jeweilige lichtemittierende Diode oder eine solche Diodengruppe angeordnet ist.

Das Kameragehäuse besitzt bevorzugt eine dort aufgenommene digitale Signalvorverarbeitungs-Schaltung sowie einen Bildspeicher. Mit Hilfe des integrierten Bildspeichers kann in einfacher Weise ohne kostenaufwendige nachgeschaltete Elektronik eine Vor- her/Nachher-Beurteilung einer durchgeführten Behandlung erfolgen.

Ebenso kann im Gehäuse ein Mikrocontroller mit Programmspeicher zur Kamerasteuerung angeordnet werden, wobei weiterhin über die genannte digitale Schnittstelle eine externe Programmaktualisierung durch Eingabe entsprechender neuer Parameter möglich wird. Damit gelingt es, trotz eines an sich hermetisch geschlossenen Gehäuses dann, wenn erforderlich, ein softwareseitiges Up- dating der entsprechenden Firmware vorzunehmen bzw. die Kamera entsprechend der jeweiligen Einsatzbedingungen zu konfigurieren. Die Schnittstelle kann weiterhin als USB-Schnittstelle (Universal Serieller Bus) ausgeführt werden, so daß die Möglichkeit besteht, komprimierte Videobilder direkt zu übertragen, ohne daß ein zusätzlicher Fra egrabber erforderlich ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch das Kopfende des stab- förmigen Kameragehäuses;

Fig. 2 eine Ansicht der Unterseite der im Kopfbereich befestigten optischen Platte mit Linse und einer als Ringleuchte ausgebildeten Diodenanordnung; und

Fig. 3 eine Draufsicht sowie eine Seitenansicht der als Deckglas verwendeten optischen Platte.

Bei der miniaturisierten Kamera gemäß Fig. 1 wird von einem stabförmigen Gehäuse 1 mit einem Kopfende 2 ausgegangen, wobei in einer Aussparung des Kopfendes 2 eine optische Platte 3 bzw. ein Deckglas eingesetzt ist.

Die optische Platte 3 ist mit einer strukturierten Beschichtung aus z.B. Schwarzchrom (siehe Fig. 3) versehen und besitzt nahezu im Mittelpunkt eine Blendenöffnung 4. Diese Blendenöffnung 4 ergibt sich lediglich durch Ztzentfernen eines Teils der Beschichtung.

Beim Ausführungsbeispiel liegt der Durchmesser der Blendenöffnung 4 im Bereich von 0,8 mm bis maximal 1 mm. Unterhalb dieser Blendenöffnung 4 ist eine Linse 5 mit Halterung 6 befestigt.

Blendenöffnung 4 und Linse 5 wirken nach Art einer Camera obscu- ra bzw. Lochkamera und bilden ein umgekehrtes, seitenvertauschtes Abbild auf dem photosensitiven Bereich der CCD-Matrix 7 ab. Diese CCD-Matrix 7 befindet sich der Linse 5 bzw. der optischen Platte 3 gegenüberliegend.

Wie aus Fig. 2 deutlich wird, sind den ebenfalls durch Ätzen geschaffenen Beleuchtungsöffnungen 8 jeweils lichtemittierende Dioden 9 zugeordnet. Diese lichtemittierenden Dioden 9 können unmittelbar mit der Unterseite der optischen Platte 3 in Verbindung stehen oder aber auf einem separaten Verdrahtungsträger (nicht gezeigt) angeordnet werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, nicht gezeigte Schirmflächen bzw. Reflexionsflächen so anzuordnen, daß ein seitliches Austreten von Strahlung und damit ein Übersprechen hin zur CCD-Matrix 7 verhinderbar ist. Beispielsweise kann für jede der lichtemittierenden Dioden 9 der Anordnung ein Tubus (nicht gezeigt) vorgesehen sein.

Zur Fokusveränderung besteht die Möglichkeit, über einen nicht gezeigten Antrieb ein optisch bezogen auf Luft dichteres Medium in den Raum zwischen Linse 5 und CCD-Matrix 7 einzuschieben. Dieses optisch dichtere Medium kann beispielsweise eine Saphir- platte 10 sein. Eine derartige Nachfokussierung kann automatisch, z.B. durch Auswertung hochfrequenter Anteile im momentanen Bild erfolgen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die Mög- lichkeit, mehrere, jeweils eine unterschiedliche optische Dichte aufweisende Platten oder Scheiben in den genannten Zwischenraum einzubringen, so daß eine entsprechende stufige Veränderung der Fokuslage erfolgen kann. Die Signalvorverarbeitung kann dann auf die jeweilige Fokuslage optimiert, d.h. durch Vorgabe konkreter Steuerungsparameter eingestellt werden.

Im intraoralen Bereich überwiegt bei einer Beleuchtung mit bevorzugt eingesetzten Weißlicht-LEDs die Farbtemperatur von ca. 12000 Kelvin. Im extraoralen Bereich bei üblicher Fremd- lichtbeleuchtung liegt die Farbtemperatur bei etwa 3000 Kelvin. Um die hierdurch entstandenen Farbunterschiede auszugleichen oder zu vermeiden, besteht die Möglichkeit, bei Umschaltung auf extraoralen Betrieb entweder den Weißlichtanteil der Dioden kurzzeitig zu erhöhen, d.h. die Lichtstärke zu optimieren, oder aber alternativ die lichtemittierenden Dioden vollständig abzuschalten und die Kamera bezüglich ihrer Parameter auf die dann gegebene Farbtemperatur einzustellen. Eine Ansteuerschaltung ist bei gewünschter kurzzeitiger Erhöhung des LED-Stroms zur Opti- mierung der Beleuchtungsstärke in der Lage, thermische Überlastungen zu erkennen und über eine geeignete Zeitsteuerung oder Strombegrenzung eine Überlastung zu verhindern.

Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei dem genutzten Prinzip einer Lochkamera mit nur einer korrigierenden Linse in Verbindung mit der geringen Blendengröße ein verstärktes Koma als Abbildungsfehler auftritt. Aufgrund des angestrebten geringen Bauraums sowie der dann möglicherweise höheren Kosten wird der Ein- satz eines mehrlinsigen Objektivs nicht in Betracht gezogen. Zur Verringerung des Komas wird erfindungsgemäß ein Deckglas verwendet, das aus einer Kombination aus einem niedrig- und hochbrechenden Material besteht.

Mit Blick auf die Fig. 3 sei nochmals deutlich gemacht, daß die Schwarzchrom-Beschichtung 11 unerwünschte Reflexe oder Streulicht, das aufgrund der Materialstärke der optischen Platte nicht zu vermeiden ist, wirkungsvoll dämpft, so daß ein Eindringen von Licht, welches nicht vom Objekt herrührt, im Bereich der Blendenöffnung verhinderbar ist. Auf diese Weise kann wirksam die Abbildungsqualität der Kamera verbessert werden.

Bei einer angestrebten Verwendung der Kamera als zahnärztliches Diagnoseinstrument und der vorgesehenen Frontabdeckung als Gla- steil besteht die Gefahr, daß bei einem versehentlichen Biß auf die Glas-Abdeckung diese splittert und Teile in den Mundraum gelangen.

Um diese Gefahr zu verringern, wird ein Frontdeckglas mit dem Saphirglas, d.h. der eigentlichen optischen Platte 3, verkittet, so daß eine sicherheitsglasähnliche Struktur entsteht. Alternativ kann die Rückseite der Glasplatte mit einem zähelastischen Silikonkautschuk oder einem ähnlichen zähelastischen Material versehen werden.

Der oder die erwähnten Verdrahtungstr,,ger für die lichtemittierenden Dioden 9 können aus einem wärmeleitenden Material bestehen oder mit einem wärmeleitenden Mittel in Verbindung gebracht werden, so daß beim Betrieb der lichtemittierenden Dioden 9 entstehende Wärmeenergie vom photosensitiven, d.h. vom Kopf e- reich hin zu einem ferneren Ende, z.B. zum erwähnten Handstück geleitet werden kann. Auf diese Weise gelingt es, den Wirkungsgrad der lichtemittierenden Dioden zu erhalten.

Die in Fig. 3 gezeigte optische Platte, welche in die Aussparung des Kopfendes des stabförmigen Gehäuses (siehe Fig. 1) eingesetzt wird, besitzt beispielsweise die Form eines regelmäßigen Vielecks und besteht aus Quarzglas einer Dicke von im wesentli- chen 0, 5 mm.

Die Rückseite der optischen Platte 3 ist mit der erwähnten beispielsweise Schwarzchrom-Beschichtung 11 versehen. Die Vorderseite weist eine Antireflexionsschicht 12 auf.

Bei der optischen Platte nach Fig. 3 befindet sich im Zentrum die Blendenöffnung .

Sechs Beleuchtungsöffnungen 8 sind regelmäßig verteilt im Außenbereich der optischen Platte 3 durch Freiätzen eines entspre- chenden Teils der Schwarzchrom-Beschichtung 11 erzeugt. Die Beleuchtungsöffnungen 8 besitzen einen Durchmesser im Bereich von 2 mm bis im wesentlichen 3 mm. Der Mittelpunkt jeder der Beleuchtungsöffnungen 8 liegt auf einem um die Blendenöffnung 4 geschlagenen Kreis mit einem Durchmesser von im wesentlichen 9 mm bis 10 mm. Aus den maßlichen Angaben des Ausführungsbeispiels wird deutlich, wie kleinbauend der optische Teil der Kamera gestaltet wurde.

Beim zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind die lichtemittierenden Dioden 9 als diskrete Bauelemente ausgeführt. Es kann jedoch auch ein Träger vorgesehen sein, der unverkappte LED-Chips aufnimmt, wobei eine aufgebrachte Strahlungstrans- formationsmasse Licht einer Wellenlänge im blauen Bereich in Weißlicht ändert. Eine derartige Ausführungsform entspricht ei- ner unmittelbar integrierten Strahlungsquelle.

Durch den gewonnenen Bauraum im stabförmigen Gehäuse bei der vorgestellten Kamera, die ohne strahlumlenkende Mittel auskommt, kann das Gehäuse nunmehr mindestens Teile der Signal- vorverarbeitungs-Elektronik und/oder einen MikroController mit Programmspeicher zur Kamerasteuerung aufnehmen, so daß die phe- riphere Elektronik wesentlich einfacher gestaltbar ist. Der vorgesehene Programmspeicher ist dann in der Lage, mit Hilfe des im Gehäuse integrierten Mikrocontrollers entsprechende Firmware aufzunehmen, wobei über eine entsprechende Schnittstelle eine Änderung der Daten bzw. Programmparameter je nach Applikation möglich ist.

Für das Gehäuse der Kamera kann bevorzugt auf nachstehende Technologie zurückgegriffen werden. So erfolgt nach Einbau der Elektronik- und Optikkomponenten ein Verkleben eines zwei- oder mehrteiligen Kunststoffgehäuses . Im Anschluß hieran werden vor- handene Klebereste z.B. durch Überschleifen entfernt und es wird das komplette Gehäuse mit einem geschlossenen metallischen Überzug versehen. Dieser Überzug kann z.B. aus Titan, aber auch eloxiertem Aluminium bestehen. Hieraus ergibt sich der Vorteil einer absolut glatten und geschlossenen Oberfläche und es ver- bessert sich die Schmutz- und Kratzunempfindlichkeit im Vergleich zu einem unbeschichteten Kunststoffmaterial.

Um Einzelaufnahmen abspeichern zu können, wird bei bekannten Lösungen auf einen Fußtaster oder Fußschalter zurückgegriffen, um unscharfe Speicherbilder zu vermeiden, die dann entstehen, wenn zum Auslösen eines Grabbing auf eine Schalteinrichtung zurückgegriffen wird, die sich am oder im Handstück selbst befindet. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist hingegen im Gehäuse bzw. Handstück der Kamera ein Bewegungssensor vorgesehen, der erst dann einen abzuspeichernden Bildinhalt freigibt, wenn sich die Kamera bzw. die Kameraoptik bezogen auf den Abbildungsbereich in relativer Ruhe befindet. Alternativ oder ergänzend kann durch Auswertung des Schärfecharakteristikums über hochfrequente Anteile im Bild erst dann abgespeichert werden, wenn ein Maximal- oder ein vorgegebener Schärfegrad erreicht wurde.

Eine weitere Verbesserung beim Abspeichern von Einzelaufnahmen oder Bildsequenzen ist dann gegeben, wenn hierfür, d.h. zur Speicherung nur Halbbilder verwendet werden. Damit wird im Gegensatz zur Aufnahme und Übertragung von Vollbildern, die sich normgemäß aus zwei Halbbildern zusammensetzen, eine mögliche Unscharfe vermieden, die sich in der gegebenen Zeitlücke zwischen den Halbbildern besonders deutlich einstellt, wenn hier eine Bewegung der Kamera erfolgt.

Bei einer beabsichtigten Speicherung von Vollbildern kann durch die Verwendung des oben erwähnten Bewegungssensors oder durch Auswertung des Bildinhalts selbst das zweite Halbbild, welches gegebenenfalls zum ersten Halbbild verschoben ist, in die korrekte Position überführt werden.

Eine weitere effektive Möglichkeit zur Nutzung des Bewegungs- sensors besteht in folgendem Sachverhalt, üblicherweise wird die Beleuchtung bzw. die Kamera oder Videoelektronik dann abgeschaltet, wenn die Kamera in eine hierfür vorgesehene Ablage überführt oder von einer Halteeinrichtung aufgenommen wird. Es ist jedoch nicht auszuschließen, daß es hierbei zu Fehlfunktionen kommt und ein fortdauernder Betrieb der Beleuchtung und der

Elektronik eine unnötige Erwärmung des Handstücks und einen damit verbundenen Verschleiß der lichtemittierenden Dioden nach sich zieht. Wenn der Bewegungssensor über eine bestimmte Zeitspanne eine Bewegungsinaktivität detektiert, kann hier ein Ab- schalten und ein Übergang des Systems in einen Sleep-Modus realisiert werden. Bei einer erneuten Bewegung wird wiederum die Kamera in den aktiven Modus überführt.

Bezugs zeichenliste

1 stabförmiges Gehäuse

2 Kopfende

3 optische Platte

4 Blendenöffnung

5 Linse

6 Linsenhalterung

7 CCD-Matrix

8 Beleuchtungsöffnung

9 LED

10 Saphirplatte

11 Schwärzehrom-BeSchichtung

12 AntireflexionsSchicht

Claims

Patenuansprüche

1. Miniaturisierte Kamera mit einer in einem stab- oder rohrformigen Gehäuse angeordneten photosensitiven CCD-Matrix und einer integrierten Beleuchtungseinrichtung, insbesondere zum Einsatz oder zur Verwendung in einem zahnärztlichen Diagnoseinstrument, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopfende des stabförmigen Gehäuses eine Aussparung vorgesehen wird, in die eine optische Platte eingesetzt ist; die optische Platte eine mindestens im sichtbaren Spektralbereich undurchlüssige Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung für eine Blendenöffnung geringen Durchmessers sowie um die Blendenöffnung gruppierte größere Beleuchtungsöffnungen unterbrochen ist; lichteintrittsseitig hinter der Blendenöffnung eine Linse, bevorzugt unmittelbar an der optischen Platte befestigt, vorgesehen und in einem Fokusabstand zur Linse die CCD-Matrix innerhalb des Kopfendes angeordnet ist; unterhalb der Beleuchtungsöffnungen als Strahlungsquellen lich- temittierende Dioden, bevorzugt Weißlichtdioden, befestigt sind, wobei durch die Beschichtung der optischen Platte eine unerwünschte unmittelbare Einkopplung von Strahlung der lichtemittierenden Dioden in die Optik, bestehend aus Blendenöffnung und Linse, verhinderbar ist.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokusveränderung in den Abstand zwischen Linse und CCD- Matrix ein optisch dichteres Medium anordenbar ist.

3. Kamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch dichtere Medium auf einem beweglichen Schieber befestigt ist.

4. Kamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Schieber mit einem elektromagnetischen, hydraulischen, pneumatischen oder manuellen Handantrieb in Verbindung steht.

5. Kamera nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als CCD-Matrix zur Verringerung des Bauraums ein Nacktchip oder ein Sensor in TAPE-Bauform eingesetzt ist.

6. Kamera nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Dioden mit einer steuerbaren Konstant- Stromquelle verbunden sind, wobei die Leuchtstärke in Abhängigkeit von den Umgebungslicht-Verhältnissen regelbar ist.

7. Kamera nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der optischen Platte rückseitig aufgebracht ist und vorzugsweise aus durch Ätzen strukturiertem Schwarzchrom besteht.

8. Kamera nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Platte mehrschichtig ausgebildet ist.

9. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Platte aus einer Schichtenfolge von niedrig- und hochbrechendem Glas besteht.

10. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Platte aus Quarzglas oder Saphirglas besteht, wobei mindestens zwei Glasschichten miteinander stabilitätserhöhend verkittet sind.

11. Kamera nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur CCD-Matrix gerichtete Seite der optischen Platte mindestens abschnittsweise im Bereich der Beschichtung mit einem zä- helastischen Kunststoff oder Silikonkautschuk beschichtet ist.

12. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen auf einem wärmeleitenden Träger großer Fläche befestigt sind, wobei sich ein Teil des Trägers in das köpfferne Ende des stabförmigen Gehäuses erstreckt.

13. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Dioden als Nacktchips oder SMD-Bau- elemente unmittelbar auf einem Träger befestigt sind, wobei der Träger wärmeleitende Eigenschaften aufweist oder mit einem wärmeabführenden Material verbunden ist.

14. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierenden Dioden unmittelbar unterhalb der Beleuchtungsöffnungen befestigt sind, wobei zwischen einem Verdrahtungsträger für die lichtemittierenden Dioden und der Unterseite der optischen Platte, die lichtemittierenden Dioden gegen seitlichen Lichtaustritt abschirmend, eine Reflexionsfläche angeordnet ist.

15. Kamera nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche aus einem Tubus besteht, in dessen Inneren eine oder eine Gruppe von lichtemittierenden Dioden angeordnet ist.

16. Kamera nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse eine digitale Signalvorverarbeitungs-Schaltung sowie ein Bildspeicher angeordnet ist.

17. Kamera nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse ein Mikrocontroller mit einem Programmspeicher zur Kamerasteuerung angeordnet ist, wobei weiterhin über eine digi- tale Schnittstelle eine externe Programmaktualisierung durch Eingabe neuer Parameter erfolgt.