DE102005019510A1 - Contour data detection method, e.g. for use in dentistry, involves determining position of signal extraction surface relative to object, and conflating light beam reflected from object in beam splitter - Google Patents

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    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry

Abstract

Contour data detection method involves reflecting a reference beam (30) traversed in an axial direction by a reference mirror (32) and leading by a focusable lens (28) on an object (14). A position of a signal extraction surface (38) is determined relative to the object with movement of the reference mirror. A light beam reflected from the object is conflated in a beam splitter and overlaid in an image sensor. An independent claim is included for a device for use in the above method.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung von Konturdaten dreidimensionaler Objekte, insbesondere semitransparenter Objekte wie Zähne durch Anwendung einer Interferenz- und/oder Autokorrelationsmessung mit zumindest einer Lichtquelle kurzer Kohärenzlänge sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for acquiring contour data three-dimensional objects, in particular semitransparent objects such as Teeth through Using an interference and / or autocorrelation measurement with at least one light source of short coherence length and to a device to carry out of the procedure.

Ein Verfahren der oben genannten Art ist beispielsweise in der DE 43 09 056 A1 beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren handelt es sich um ein interferometrisches Verfahren zur Ermittlung der Entfernung und der Streuintensität von streuenden Punkten. Diese werden von einer breitbandigen, räumlich partiellen kohärenten Lichtquelle beleuchtet und befinden sich in einem Arm eines Interferometers. Als Lichtquelle wird beispielsweise eine Glühlampe oder eine Superlumineszenzdiode angegeben. Am Ausgang des Interferometers wird das Licht in ein Spektrum zerlegt und aus der Helligkeitsverteilung im Spektrum wird die Information über die Entfernung und die Streuintensität ermittelt. Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist, dass die Auflösung in z-Richtung, d. h. in die Tiefe des Objektes begrenzt ist.A method of the type mentioned above is for example in the DE 43 09 056 A1 described. The known method is an interferometric method for determining the distance and the scattering intensity of scattering points. These are illuminated by a broadband, spatially partial coherent light source and are located in one arm of an interferometer. As a light source, for example, an incandescent lamp or a super-luminescent diode is specified. At the output of the interferometer, the light is split into a spectrum and the information about the distance and the scattering intensity is determined from the brightness distribution in the spectrum. A disadvantage of the method described is that the resolution in the z-direction, that is limited in the depth of the object.

In dem Aufsatz von Prof. Dr. G. Häusler: "„KOHÄRENZRADAR" – ein optischer 3D-Sensor mit einer Genauigkeit von 1 μm", INFO BÖRSE LASER, Nr. 36/April 1999, VDI Technologiezentrum, wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermessung einer Oberflächengestalt beschrieben. Das Messprinzip beruht auf Weißlicht-Interferometrie, wobei durch eine besondere Beleuchtung gezielt lokale Speckle erzeugt werden, so dass sich auch verschiedenste optisch raue Objekte, wie gefräste Flächen oder Gummi, sogar menschliche Haut, interferometrisch vermessen lassen. Nach dem Verfahren vergleicht man im Prinzip die Weglänge des Lichtes für jeden Objektpunkt mit der Länge des korrespondierenden Referenzweges im Interferometer. Nur wenn die Weglängen annähernd gleich sind, entsteht ein Interferenzkontrast im entsprechenden Bildpunkt. Während der Sensor sich auf das Objekt zubewegt, wird der Zeitpunkt des maximalen Interferenzkontrastes für jeden Bildpunkt individuell bestimmt und die jeweilige Sensorposition abgespeichert.In the essay by Prof. dr. G. Häusler: "" KOHÄRENZRADAR "- one optical 3D sensor with an accuracy of 1 μm ", INFO BÖRSE LASER, No. 36 / April 1999, VDI Technology Center, will be a procedure and a Device for measuring a surface shape described. The Measuring principle is based on white light interferometry, with a special lighting specifically generates local speckle be, so that also a variety of optically rough objects, such as milled surfaces or rubber, even human skin, measured interferometrically to let. After the procedure one compares in principle the path length of the Light for every object point with the length of the corresponding reference path in the interferometer. Only if the path lengths nearly are the same, an interference contrast arises in the corresponding Pixel. While the sensor moves towards the object, the time of the maximum interference contrast for each pixel individually determined and stored the respective sensor position.

Aus der DE 40 34 007 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, wobei zur Gewinnung von dreidimensionalen Daten zur Vermeidung störender Streustrahlung aus der Tiefe eines semitransparenten Objekts wie beispielsweise eines Zahns oder eines zahnärztlichen Füllstoffes eine Beschichtung des Objekts vorgesehen ist, die diese Streustrahlung verhindert. Diese Schicht muss jedoch durch den Zahnarzt aufgetragen werden, ist also ein zusätzlicher Arbeitsschritt, der zudem im Falle eines Einpuderns größerer Areale des Zahnkranzes zu Reizungen der Atemwege des Patienten durch Aspiration der Staubartikel führen kann.From the DE 40 34 007 A1 a method and a device is known, wherein for obtaining three-dimensional data for avoiding disturbing scattered radiation from the depth of a semi-transparent object such as a tooth or a dental filler, a coating of the object is provided which prevents this scattered radiation. However, this layer must be applied by the dentist, so is an additional step, which can also lead to irritation of the respiratory tract of the patient by aspiration of the dust article in the case of powdering larger areas of the sprocket.

In der US 6,697,164 B1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, wobei der Einfluss der Streustrahlung durch eine konfokale Optik reduziert wird. Bei diesem Verfahren wird ein Array aus einfallenden Lichtstrahlen in einen optischen Strahlengang eingeleitet, der durch eine Fokussierungsoptik auf eine Probenfläche geleitet wird. Die Fokussierungsoptik definiert eine oder mehrere Fokalebenen vor der Probenfläche in einer durch die Optik veränderbaren Position, wobei jeder Lichtstrahl seinen Fokus an einer von den einen oder mehreren Fokalebenen hat. Die Strahlen erzeugen eine Vielzahl von Leuchtpunkten auf der Kontur. Von jedem dieser Leuchtpunkte wird die Intensität erfasst. Die oben erwähnten Schritte werden mehrmals wiederholt, wobei jedes Mal die Position der Fokalebene relativ zu der Kontur verändert wird. Für jeden der Leuchtpunkte wird eine leuchtpunktspezifische Position ermittelt, die einer Position der jeweiligen Fokalebene entspricht, welche zu einer maximalen gemessenen Intensität eines jeweiligen reflektierten Lichtstrahls führt. Auf der Basis der ermittelten leuchtpunktspezifischen Positionen werden Daten generiert, die die Topologie der Kontur repräsentieren.In the US Pat. No. 6,697,164 B1 describes a method and a device, wherein the influence of scattered radiation is reduced by a confocal optics. In this method, an array of incident light rays is introduced into an optical beam path, which is guided by a focusing optics on a sample surface. The focusing optics define one or more focal planes in front of the sample surface in an optically variable position, each light beam having its focus at one of the one or more focal planes. The rays produce a plurality of luminous spots on the contour. From each of these luminous points, the intensity is detected. The above-mentioned steps are repeated several times, each time changing the position of the focal plane relative to the contour. For each of the luminous points, a luminaire-specific position is determined, which corresponds to a position of the respective focal plane, which leads to a maximum measured intensity of a respective reflected light beam. On the basis of the determined luminaire-specific positions, data is generated that represents the topology of the contour.

Die beschriebene Vorrichtung zur Erfassung einer Oberflächentopologie eines Bereichs einer dreidimensionalen Struktur umfasst eine Probe mit einer abzutastenden Kontur. Ferner ist eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Arrays einfallender Lichtstrahlen, welche zu der Struktur entlang eines optischen Pfads übertragen werden, vorgesehen, um Leuchtpunkte auf dem Bereich zu erzeugen. Eine Licht fokussierende Optik definiert eine oder mehre Fokalebenen vor der Probenstruktur in einer Position, die durch die Optik veränderbar ist. Jeder Lichtstrahl hat seinen Fokus auf einer der mehren Fokalebenen. Des Weiteren ist ein Verschiebungsmechanismus mit der Fokusoptik gekoppelt, um diese relativ zu der Struktur entlang einer Achse, die durch die einfallenden Lichtstrahlen definiert ist, zu verschieben. Des Weiteren ist ein Detektor vorgesehen, mit einem Array von Sensorelementen zur Messung der Intensität jedes einer Vielzahl von Lichtstrahlen, die von den Leuchtpunkten entgegengesetzt zu dem einfallenden Licht reflektiert werden. Ein Prozessor ist mit dem Detektor gekoppelt, um für jeden Lichtstrahl eine leuchtpunktspezifische Position zu ermitteln. Da ein reflektierter Lichtstrahl die Maximalintensität erreicht, wenn sich die Reflektionsposition in der Fokalebene befindet, kann damit seine spezifische Position ermittelt werden. Auf der Basis der ermittelten leuchtpunktspezifischen Positionen werden Daten der Topologie des Bereiches erzeugt.The described device for detecting a surface topology a region of a three-dimensional structure comprises a sample with a contour to be scanned. Furthermore, a light source for Generation of an array of incident light rays, which to the Structure are transmitted along an optical path, provided, to create luminous spots on the area. A light focusing Optics defines one or more focal planes in front of the sample structure in a position that is changeable by the optics. Every ray of light has its focus on one of the multiple focal planes. Furthermore a displacement mechanism is coupled to the focus optics to this relative to the structure along an axis passing through the incident Beams of light is defined to shift. Furthermore, one is Detector provided with an array of sensor elements for measurement the intensity each of a variety of light rays coming from the illuminated points be reflected opposite to the incident light. One The processor is coupled to the detector to provide a light spot specific for each light beam Position to determine. Since a reflected light beam reaches the maximum intensity, if the reflection position is in the focal plane, can so that its specific position can be determined. On the base The determined luminaire - specific positions are data of the Topology of the area generated.

Durch Anwendung einer aus der oben genannten US 6,697,194 B1 bekannten konfokalen Optik kann der Einfluss der Streustrahlung deutlich reduziert werden.By applying one of the above US Pat. No. 6,697,194 B1 known confocal optics, the influence of scattered radiation can be significantly reduced.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Genauigkeit der Oberflächenerfassung verbessert wird.From that Based on the present invention, the problem is based a device and a method of the type mentioned above to further develop that the accuracy of the surface detection is improved.

Das Problem wird durch ein Verfahren dadurch gelöst,
dass ein Strahlenbündel paralleler Lichtstrahlen erzeugt wird,
dass das Strahlenbündel durch einen Strahlteiler geführt und über eine Fokussieroptik auf das Objekt geleitet wird,
dass in dem Strahlteiler aus dem Strahlenbündel ein Referenzstrahl abgespalten und von einem in axialer Richtung verschiebbaren Referenzspiegel reflektiert und über die Fokussieroptik auf das Objekt geleitet wird,
dass mit Verschieben des Referenzspiegels eine Position einer Signalgewinnungsfläche relativ zu dem Objekt festgelegt wird,
dass beim Durchfahren der Signalgewinnungsfläche durch das Objekt zeitlich und räumlich veränderte Signalmuster erfasst werden und
dass die von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen in dem Strahlteiler zusammengeführt und in dem Bildsensor überlagert werden.
The problem is solved by a method in that
that a beam of parallel light beams is generated,
that the beam is guided through a beam splitter and directed to the object via focusing optics,
a reference beam is split off from the beam in the beam splitter and reflected by a reference mirror, which is displaceable in the axial direction, and is guided onto the object via the focusing optics,
in that, with displacement of the reference mirror, a position of a signal acquisition surface relative to the object is determined,
that when passing through the signal acquisition surface by the object temporally and spatially altered signal patterns are detected and
in that the light beams reflected from the object are brought together in the beam splitter and superimposed in the image sensor.

Nachdem Stand der Technik in Form der DE 43 09 056 A1 wird das Objekt mit einer kontinuierlichen Beleuchtung, d. h. mit einem nicht unterbrochenen, gleichförmigen Strahlenbündel bestrahlt, wodurch eine aufwändige Auswertung benötigt wird. Im Gegensatz dazu arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Raster von beabstandeten Lichtstrahlen, d. h. einem Strahlenbündel paralleler Lichtstrahlen, so dass Streuungen, innerhalb des zu messenden Objekts, zwischen den reflektierten Strahlen detektierbar sind und die benachbarten Strahlen nicht beeinflusst werden.After state of the art in the form of DE 43 09 056 A1 the object is irradiated with a continuous illumination, ie with a non-interrupted, uniform beam, whereby a complex evaluation is needed. In contrast, the inventive method operates with a grid of spaced light beams, ie a beam of parallel light beams, so that scattering, within the object to be measured, between the reflected beams are detectable and the adjacent beams are not affected.

Bei der Lichtquelle kann es sich um weißes Licht handeln. Alternativ kann das Licht auch von zumindest einer superlumineszenten Diode oder einem Array aus einzelnen oder mehreren superlumineszenten Dioden oder zumindest einer breitbandigen Hochleistungsleuchtdiode oder einem Array aus einzelnen oder mehreren relativ breitbandigen Hochleistungsleuchtdioden erzeugt werden. Ebenso ist eine Kombination mehrerer Laserdioden mit gegeneinander versetzter Zentralwellenlänge möglich, wobei ein Wellenlängenversatz im Bereich von 5 – 150 nm, bevorzugt im Bereich von 10 – 50 nm liegen kann.at the light source may be white light. alternative The light may also be from at least one super-luminescent diode or an array of single or multiple superluminescent ones Diodes or at least a broadband high power light emitting diode or an array of single or multiple relatively broadband High power LEDs are generated. Likewise is a combination multiple laser diodes with mutually offset central wavelength possible, wherein a wavelength offset in the range of 5 - 150 nm, preferably in the range of 10 - 50 nm.

Vorzugsweise liegt die Kohärenzlänge lc der verwendeten Lichtquellen im Bereich 2 ≤ lc ≤ 20 μm, bei einer Emissionsleistung PE der Lichtquellen im Bereich 1 ≤ PE ≤ 100 mW vorzugsweise 3 ≤ PE ≤ 50 mW.The coherence length l c of the light sources used is preferably in the range 2 ≦ l c ≦ 20 μm, with an emission power P E of the light sources in the range 1 ≦ P E ≦ 100 mW, preferably 3 ≦ P E ≦ 50 mW.

Abweichend vom Stand der Technik können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl Oberflächen- als auch Tiefeninformationen, und zwar durch Auswahl der geeigneten Wellenlänge, bei der der Streukoeffizient des Objekts entsprechend hoch oder niedrig ist, gewonnen werden.deviant from the prior art can after the method according to the invention both surface as well as depth information, by selecting the appropriate one Wavelength, in which the scattering coefficient of the object is correspondingly high or is low, won.

Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise ist vorgesehen, dass Licht kurzer Kohärenzlänge einer einzelnen oder mehrerer Lichtquellen über einen Beamexpander aufgeweitet und auf ein Linsenarray projiziert wird, das daraus eine Vielzahl paralleler Einzelstrahlen erzeugt. Die parallelen Einzelstrahlen laufen durch einen Strahlteiler, einen Beamshifter und über eine axial verschiebbare Fokussieroptik zum Objekt, dessen Geometriedaten gemessen werden sollen. Der Beamshifter dient dazu, das Strahlenbündel um Bruchteile des Abstands zwischen zwei Einzelstrahlen zu verschieben, um so die Auflösung zu erhöhen. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Beamshifter als planare Platte ausgebildet, die senkrecht zur Strahlrichtung in X- und Y-Richtung leicht verkippt werden kann. Im Strahlteiler wird ein Referenzstrahl aufgespalten und an einem Referenzspiegel reflektiert. Der Referenzspiegel ist in axialer Richtung verschiebbar angeordnet und legt mit der Länge eines Referenzarms eine Signalgewinnungsfläche, Idealerweise eine Ebene, in einem Messarm des Interferometers fest. Diese kann identisch sein mit der Fokusebene der Fokussieroptik, kann jedoch auch von dieser ver schieden sein, um weitere Informationen zum Streuverhalten des semitransparenten Objekts für die anschließende Bildverarbeitung zu gewinnen.According to one preferred procedure is provided that light short coherence length of a one or more light sources spread over a Beamexpander and projected onto a lens array, which makes it a variety generated parallel single beams. The parallel single beams run by a beam splitter, an beam shifter and an axially displaceable Focusing optics to the object whose geometry data are measured should. The beam shifter serves to move the beam around To shift fractions of the distance between two individual beams, so the resolution too increase. In the preferred embodiment the Beamshifter is designed as a planar plate, the vertical to the beam direction in the X and Y directions can be easily tilted. In the beam splitter, a reference beam is split and on a Reference mirror reflected. The reference mirror is in the axial direction slidably arranged and lays with the length of a reference arm Signal acquisition area, Ideally, a plane stuck in a measuring arm of the interferometer. This can be identical to the focal plane of the focusing optics, However, it can also be different from this for more information to the scattering behavior of the semitransparent object for the subsequent image processing to win.

Auf dem Rückweg vom Objekt werden im Strahlteiler beide Lichtpfade zusammengeführt und in dem Detektor überlagert. Liegen die Weglängenunterschiede des Referenzarms und des Messarms im Bereich der Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle zeigen sich bei axialer Bewegung des Referenzarmspiegels Maxima und Minima auf dem Detektor.On the way back From the object both light paths are merged in the beam splitter and into superimposed on the detector. Are the path length differences of the reference arm and the measuring arm in the range of the coherence length of the used light source show up with axial movement of the Referenzarmspiegels Maxima and minima on the detector.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Vielzahl von Einzelstrahlen direkt in einem VCSEL-Array erzeugt werden. Dies hat den Vorteil der einzelnen Adressierbarkeit der Einzelstrahlen.According to one alternative embodiment may generates the plurality of individual beams directly in a VCSEL array become. This has the advantage of individual addressability of Individual beams.

Eine Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Strahlführung auch durch dispersionsarme Monomodefaserbündel realisiert werden kann. Dabei wird die Lichtquelle nach Expansion in eine Vielzahl parallel geführter Fasern eingekoppelt. Die Auskopplung erfolgt ebenfalls über eine Fokussieroptik. Die Funktionen des Strahlteilers übernehmen in diesem Fall Faserkoppler.A continuation of the method according to the invention provides that the beam guidance can also be realized by dispersion-poor monomode fiber bundles. In this case, the light source after expansion into a plurality of parallel fibers coupled. The decoupling also takes place via a focusing optics. The functions of the beam splitter take over fiber couplers in this case.

Es kann eine Differenzmessung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen durchgeführt werden. Erfindungsgemäß können diese Messungen mit Wellenlängen durchgeführt werden, bei denen das semitransparente Objekt jeweils einen sehr unterschiedlichen Streu- und Absorptionskoeffizienten aufweist, um daraus ein Differenzbild zu erstellen.It a differential measurement with at least two different wavelengths can be performed. According to the invention, these Measurements with wavelengths carried out be in which the semitransparent object each one very has different scattering and absorption coefficients, to create a difference image.

Zur Verbesserung des Signal-Störsignalverhältnisses ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von Frames, d.h., der gesamte Bildinhalt des Bildsensors einer definierten Zeitperiode (Sampling-Zeit) beim Durchfahren des Referenzarms im Speicher eines an den Bildsensor angeschlossenen Bildverarbeitungsrechners abgelegt und miteinander verrechnet werden.for Improvement of the signal-to-interference ratio It is envisaged that a plurality of frames, that is, the entire Image content of the image sensor of a defined time period (sampling time) when passing through the reference arm in the memory one to the image sensor connected image processing computer stored and with each other will be charged.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass die Lichtquelle zur Erzeugung eines aus einer Vielzahl paralleler Einzelstrahlen bestehenden Strahlenbündels ausgebildet ist, dass ein Referenzspiegel vorgesehen ist, an dem ein in dem Strahlteiler abgespaltetes Referenzstrahlenbündel reflektiert wird, dass der Referenzspiegel in Richtung des Lichtstrahls verschiebbar angeordnet ist und mit der Länge eines Referenzarms eine Signalgewinnungsfläche im Bereich des Objekts festlegt, dass beim Durchfahren der Signalgewinnungsfläche durch das Objekt eine Vielzahl von zeitlich und räumlich verschiedenen Signalmustern erfassbar sind, die im Speicher einer an dem Bildsensor angeschlossenen Bildverarbeitungsrechner speicherbar und miteinander verrechenbar sind.A inventive device is characterized among other things by the fact that the light source for Generation of one consisting of a plurality of parallel individual beams Beam formed is that a reference mirror is provided on which a in the Beam splitter split reference beam is reflected that the reference mirror slidably disposed in the direction of the light beam is and with the length a reference arm, a signal acquisition surface in the region of the object determines that when driving through the signal extraction surface by the object a variety of temporally and spatially different signal patterns detectable are storable in the memory of an image processing computer connected to the image sensor and are billable with each other.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der den Zeichnungen zu entnehmenden Ausführungsbeispiele. Dabei werden ausdrücklich auch Merkmale und Merkmalskombinationen nachfolgend beschriebener Ausführungsbeispiele beansprucht.Further Details, advantages and features of the invention do not arise only from the claims, the characteristics to be taken from these - alone and / or in combination - but also from the following description of the drawings to be taken Embodiments. It is expressly Also features and feature combinations described below embodiments claimed.

1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung 10 zur Erfassung von Konturdaten einer Freiformfläche 12 eines semitransparenten Objektes 14. 1 shows a schematic structure of a device 10 for acquiring contour data of a freeform surface 12 a semitransparent object 14 ,

Das Licht einer Lichtquelle 16 kurzer Kohärenzlänge wird über einen Beam Expander 18 aufgeweitet und auf ein Linsenarray 20 projiziert, das daraus ein Strahlenbündel 22 einer Vielzahl paralleler Einzelstrahlen erzeugt. Diese laufen durch einen Strahlteiler 24, einen Beamshifter 26 und über eine axial verschiebare Fokussieroptik 28 zum Objekt 14, dessen Geometriedaten gemessen werden sollen.The light of a light source 16 short coherence length is via a beam expander 18 expanded and on a lens array 20 projected it into a bundle of rays 22 generated a plurality of parallel individual beams. These run through a beam splitter 24 , a beamshifter 26 and via an axially displaceable focusing optics 28 to the object 14 whose geometry data is to be measured.

Der Beamshifter 26 dient dazu, das Strahlenbündel 22 um Bruchteile des Abstands zwischen zwei Einzelstrahlen zu verschieben, um so die Auflösung zu erhöhen. In einem Ausführungsbeispiel ist der Beamshifter 26 als planparallele Platte ausgebildet, die senkrecht zur Strahlrichtung in x und y leicht verkippt werden kann.The beamshifter 26 serves to the beam 22 to shift fractions of the distance between two individual beams so as to increase the resolution. In one embodiment, the beamshifter 26 formed as a plane-parallel plate which can be tilted slightly perpendicular to the beam direction in x and y.

Im Strahlteiler 24 wird ein Referenzstrahl 30 abgespalten und an einem Referenzspiegel 32 reflektiert. Der Referenzspiegel 32 ist in axialer Richtung gemäß Pfeil 34 verschiebbar angeordnet und legt mit der Länge L eines Referenzarms 36 eine Signalgewinnungsfläche 38, idealerweise eine Ebene, in einem Messarm 40 eines Interferometers fest. Diese kann identisch sein mit einer Fokusebene der Fokussieroptik 28, kann jedoch auch von dieser verschieden sein, um weitere Informationen zum Streuverhalten des semitransparenten Objekts 14 für die anschließende Bildverarbeitung zu gewinnen. Auf dem Rückweg vom Objekt 14 werden im Strahlteiler 24 beide Lichtpfade zusammengeführt und in einem Bildsensor 42 überlagert.In the beam splitter 24 becomes a reference beam 30 split off and at a reference mirror 32 reflected. The reference mirror 32 is in the axial direction according to arrow 34 slidably arranged and lays with the length L of a reference arm 36 a signal extraction area 38 ideally a plane in a measuring arm 40 of an interferometer. This can be identical to a focal plane of the focusing optics 28 but may be different from this for more information on the scattering behavior of the semitransparent object 14 to win for the subsequent image processing. On the way back from the object 14 be in the beam splitter 24 both light paths merged and in an image sensor 42 superimposed.

Liegen die Weglängenunterschiede des Referenzarms 36 und des Messarms 40 im Bereich der Kohärenzlänge der verwendeten Lichtquelle 16, zeigen sich bei axialer Bewegung des Referenzarmspiegels 32 Minima und Maxima auf dem Bildsensor 42.Are the Weglängenunterschiede of the reference arm 36 and the measuring arm 40 in the range of the coherence length of the light source used 16 , show up during axial movement of the reference mirror 32 Minima and maxima on the image sensor 42 ,

2 zeigt eine rasterförmige Verteilung von Beleuchtungspunkten 44 auf dem Messobjekt 14 sowie auf dem Bildsensor 42. Am Bildsensor wird gleichzeitig nur eine Untermenge 46 von verfügbaren Pixeln 48 direkt von einem korrespondierenden Lichtstrahl beleuchtet. Eine Verschiebung des Rasters erfolgt zwischen den Frames um Bruchteile des Abstands der Beleuchtungsstrahlen. 2 shows a grid-shaped distribution of illumination points 44 on the test object 14 as well as on the image sensor 42 , The image sensor is only a subset at the same time 46 of available pixels 48 illuminated directly by a corresponding light beam. A shift of the grid occurs between the frames by fractions of the distance of the illumination beams.

Die Vielzahl der parallelen Einzelstrahlen (Beleuchtungsraster) werden so korrespondierend zentriert auf jeweils ein oder wenige Pixel 46 des Bildsensors 42 abgebildet. Rund um jedes illuminierte Pixel 46 bzw. jeder Pixelgruppe befindet sich ein primär nicht illuminierter Bereich, der jedoch im Fall des Auftretens von Streulicht ebenfalls beleuchtet wird, was bei einem semitransparenten Objekt der Normalfall ist. Damit wird das Signal-Störsignalverhältnis verschlechtert.The plurality of parallel individual beams (illumination grid) are correspondingly centered on one or a few pixels 46 of the image sensor 42 displayed. Around every illuminated pixel 46 or each pixel group is a primarily non-illuminated area, which is also illuminated in the event of the occurrence of stray light, which is the normal case for a semi-transparent object. This deteriorates the signal-to-noise ratio.

Um dennoch dreidimensionale Daten der Oberfläche 12 des Objekts 14 gewinnen zu können, wird erfindungsgemäß eine Vielzahl von Frames, d.h. der gesamte Bildinhalt des Bildsensors 42 einer definierten Zeitperiode (Samplingzeit) beim Durchfahren des Referenzarms 36 im Speicher eines an den Bildsensor 42 angeschlossenen Bildverarbeitungsrechner abgelegt und miteinander verrechnet.Nevertheless, three-dimensional data of the surface 12 of the object 14 To be able to win, according to the invention a plurality of frames, ie the entire image content of the image sensor 42 a defined time period (sampling time) while driving through of the reference arm 36 in memory one to the image sensor 42 stored image processing computer stored and charged with each other.

Kennt man eine Stellung des Referenzarms 36 in dem definitiv kein Messsignal des Objekts 14 vorliegen kann (z.B. in der kürzesten Stellung des Referenzarmes, bei dem die Messebene 38 kurz oberhalb des Objektes 14 liegt), kann davon ausgegangen werden, dass Restsignale, die dennoch aufgetreten sind, Störsignale sind und können als solche klassifiziert werden. Bewegt man die Signalgewinnungsfläche 38 durch Verschieben des Referenzarmspiegels weiter in Richtung Messobjekt, entsteht irgendwann ein Schnittpunkt bzw. eine Schnittlinie ggf. auch eine Schnittfläche zwischen Signalgewinnungsfläche 38 und der Objektkontur 12. Dann kommt es an den korrespondierenden Pixeln des Bildsensors 42 zu charakteristischen Intensitätsschwankungen, die sich in von Frame zu Frame wechselnden Bildmustern ausdrücken. Die beim Verfahren eher statischen Intensitätsverteilungen können dagegen abgegrenzt werden. So kann beim Durchfahren der Signalgewinnungsfläche durch das Messobjekt durch Verknüpfen der zeitlich – räumlichen Signalmuster der konsekutiven Frames ein Helligkeitsmustersensor aufgebaut werden.Does one know a position of the reference arm 36 in that definitely no measurement signal of the object 14 may be present (eg in the shortest position of the reference arm, in which the measuring plane 38 just above the object 14 is), it can be assumed that residual signals which have nevertheless occurred are interference signals and can be classified as such. If you move the signal acquisition surface 38 by moving the reference mirror further in the direction of the object to be measured, at some point an intersection or a line of intersection, if appropriate, also a cut surface between the signal extraction surface 38 and the object contour 12 , Then it comes to the corresponding pixels of the image sensor 42 to characteristic intensity fluctuations that express themselves in frame-by-frame changing image patterns. By contrast, the intensity distributions which are rather static in the method can be delimited. Thus, when passing the signal acquisition surface through the measurement object, a brightness pattern sensor can be set up by linking the temporal-spatial signal pattern of the consecutive frames.

Zur Oberflächenkonturdatenextraktion wird a-priori Wissen in Form einer Datenbank genutzt, die typische Kombinationen aus Streu-, Absorptions- und Anisotropiefaktoren, der entsprechenden semitransparenten Materialien enthalten. Damit wird die zu erwartende Streulichtverteilung berechnet. Ein Berechnungsverfahren, das die optischen Eigenschaften semitransparenter Gewebe beschreibt ist z.B. in der Dissertation von Weniger K. FU Berlin 2004 beschrieben.for Surface contour data extraction is used a-priori knowledge in the form of a database, the typical Combinations of scattering, absorption and anisotropy factors, contain the corresponding semi-transparent materials. In order to the expected scattered light distribution is calculated. A calculation method, which describes the optical properties of semitransparent tissue is e.g. in the dissertation of Less K. FU Berlin 2004 described.

Ebenso wird, soweit die zu erwartende Kontur bekannt ist, also einer bestimmten Konturklasse zugeordnet werden kann, dies dazu genutzt Daten mit Prioritäten zu versehen.As well becomes, as far as the expected contour is known, so a certain Contour class can be assigned to data used with this priorities to provide.

Der Ablauf der Messung wird von einem Microcontroller gesteuert. Dies beinhaltet das Verschieben der Fokussieroptik und des Referenzarmspiegels, wie auch die Bewegung des Beamshifters.Of the Sequence of the measurement is controlled by a microcontroller. This involves shifting the focusing optics and the reference mirror, as well as the movement of the beamshifter.

3 D Konturdaten, die teilüberlappend von verschiedenen Positionen des Bildsensors aus aufgenommen werden, werden mittels Software zu einem Gesamtdatensatz kombiniert.3 D contour data, partially overlapping taken from different positions of the image sensor, are combined by means of software into an overall data record.

Aus den extrahierten Konturdaten des gemessenen Objekts wird ein STL-File erstellt, der mit geeigneten CAD/CAM Systemen weiterbearbeitet werden kann.Out the extracted contour data of the measured object becomes an STL file created using suitable CAD / CAM systems can.

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gewinnung von 3D Daten semitransparenter Objekte durch Anwendung von Interferenzmessung/Autokorrelationsmessungen mit Lichtquellen kurzer Kohärenzlänge. Dies kann im Extremfall weißes Licht sein, jedoch auch von einer oder einem Array superlumineszenter Dioden, oder von einer oder einem Array mehrerer relativ breitbandiger Hochleistungsleuchtdioden stammen. Ebenso ist eine Kombination mehrerer Laserdioden mit gegeneinander versetzter Zentralwellenlänge möglich. Der Wellenlängenversatz kann 5 – 150 nm, bevorzugt 10 – 50 nm betragen.The The present invention describes an apparatus and a method for obtaining 3D data of semitransparent objects by applying Interference measurement / autocorrelation measurements with light sources short Coherence length. This can in extreme cases white Be light, but also of one or an array superluminescent Diodes, or from one or an array of several relatively broadband High-performance LEDs come. Likewise, a combination of several Laser diodes with mutually offset central wavelength possible. Of the Wavelength offset can be 5-150 nm, preferably 10 - 50 nm amount.

Die Kohärenzlänge lc die bestimmend ist für die longitudinale Auflösung einer OCT Messung ist für eine gaußförmige Spektralverteilung gegeben durch:

Figure 00100001
The coherence length l c, which is decisive for the longitudinal resolution of an OCT measurement, is given for a Gaussian spectral distribution by:
Figure 00100001

Die Kohärenzlänge sollte bevorzugt im Bereich 2 – 20 μm liegen, bei Emissionsleistungen im Bereich 1 bis 100 mW bevorzugt 3 – 50 mW. Ein Zusammenhang zwischen der Zentralwellenlänge und der Bandbreite (FWHM) der Lichtquelle und der Kohärenzlänge ist in 3 dargestellt.The coherence length should preferably be in the range 2 to 20 μm, with emission powers in the range 1 to 100 mW, preferably 3 to 50 mW. A correlation between the central wavelength and the bandwidth (FWHM) of the light source and the coherence length is in 3 shown.

Abweichend vom Stand der Technik soll in dem beschriebenen Verfahren lediglich die Oberflächeninformation gewonnen werden. Es können daher auch Lichtquellen mit Wellenlängen gewählt werden, bei denen der Streukoeffizient des Objekts hoch ist. Damit wird eine Differenzmessung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen möglich.deviant The prior art should in the described method only the surface information be won. It can Therefore, light sources with wavelengths are selected in which the scattering coefficient of the object is high. This will be a difference measurement with at least two different wavelengths possible.

Erfindungsgemäß können dies zwei Messungen mit Wellenlängen sein, bei denen das semitransparente Objekt 14 jeweils sehr unterschiedlichen Streu- und Absorptionskoeffizienten aufweist, um daraus ein Differenzbild zu erstellen.According to the invention, these may be two measurements with wavelengths in which the semitransparent object 14 each having very different scattering and absorption coefficients in order to create a difference image.

Im Falle eines hohen Streukoeffizienten wird sich dann im Nahfeld des Beleuchtungspunktes ein kleiner jedoch heller Streuhof bilden. Im Falle eines kleinen Streukoeffizienten wird sich das Streulicht weit im semitransparenten Medium ausbreiten jedoch im Nahfeld eine geringere Intensität aufweisen. Dies eröffnet erweiterte Auswertungsmöglichkeiten durch die Bildverarbeitungssoftware.in the Case of a high scattering coefficient will then be in the near field of the Illumination point to form a small but bright Streuhof. in the In case of a small scattering coefficient, the scattered light will be far in the semi-transparent medium, however, a smaller spread in the near field intensity exhibit. This opens extended evaluation options the image processing software.

Im Falle von Zahnhartsubstanz liegt ein Wellenlängenbereich mit hohem Streukoeffizienten im blauen und ultravioletten Spektralbereich, wobei Wellenlängen unter 350 nm wegen der Gefahr der Induktion von DNA Strangbrüchen und Radikalbildung vermieden werden sollten. Der Streukoeffizient liegt im Fall von Zahnhartsubstanz im Bereich 8 – 90 l/mm bei Absorptionskoeffizienten im Bereich von 0,1 – 1,5 l/mm. Bei zahnärztlichen Füllungsmaterialien liegt der Streukoeffizient hier im Bereich 8 – 25 l/mm und der Absorptionskoeffizient bei 0,3 – 4 l/mm.In the case of dental hard tissue, there is a wavelength range with high scattering coefficients in the blue and ultraviolet spectral regions, and wavelengths below 350 nm should be avoided because of the danger of inducing DNA strand breaks and radical formation. The scattering coefficient is in the case of hard tooth substance in the range 8 - 90 l / mm with absorption coefficients in the range of 0.1 - 1.5 l / mm. In the case of dental filling materials, the scattering coefficient is in the range 8 - 25 l / mm and the absorption coefficient at 0.3 - 4 l / mm.

Wellenlängenbereiche geringer Streuung liegen dagegen für semitransparente Objekte im roten und infraroten Spektralbereich. Für Zahnhartsubstanz liegt der Streukoeffizient im Bereich von 1 – 40 l/mm für Zahnschmelz an der unteren Grenze und für Dentin im oberen Bereich. Füllungswerkstoffe liegen im Bereich 3 – 20 l/mm. Beispiele für Streukoeffizienten und Adsorptionskoeffizienten von Schmelz und Dentin sind den 4 und 5 zu entnehmen.On the other hand, wavelength ranges of low scattering are for semitransparent objects in the red and infrared spectral range. For hard tooth substance, the scattering coefficient is in the range of 1 - 40 l / mm for enamel at the lower limit and for dentin in the upper range. Filling materials are in the range 3 - 20 l / mm. Examples of scattering coefficients and adsorption coefficients of enamel and dentin are the 4 and 5 refer to.

Limitierend im nahen Infrarot ist die abnehmende spektrale Empfindlichkeit des Detektors. Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform fällt diese bei einem CMOS Sensor bei 1000 nm unter 5%. Ebenfalls ist die Verwendung eines CCD Sensors möglich. Weiterhin lässt sich mit geeigneten Sensoren der Wellenlängenbereich ins Infrarot erweitern. Geeignet sind dazu beispielsweise InAs- oder HgCdTe-Detektoren mit denen der Bereich 2, 5 bis 10 μm abgedeckt werden kann.limiting in the near infrared is the decreasing spectral sensitivity of the Detector. In a preferred embodiment, this is included a CMOS sensor at 1000 nm below 5%. Also is the use a CCD sensor possible. Continue lets expand the wavelength range into the infrared with suitable sensors. Suitable These include, for example, InAs or HgCdTe detectors the range 2, 5 to 10 microns covered can be.

Falls der Spektralbereich des nahen Infrarot, beispielsweise 750 – 1000 nm genutzt wird, kann die dann verfügbare Tiefeninformation auch zur Kariesdiagnostik genutzt werden. Falls zwei oder mehrere Wellenlängen simultan genutzt werden sollen, kann eine RGB-Variante eines CMOS-Sensors genutzt werden, die im roten, grünen und blauen Spektralbereich Empfindlichkeitsmaxima aufweist.If the spectral range of the near infrared, for example 750 - 1000 nm used, then available Depth information can also be used for caries diagnosis. If two or more wavelengths can be used simultaneously, an RGB variant of a CMOS sensor to be used in red, green and blue spectral region having sensitivity maxima.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung 50 zur Erfassung von Konturdaten dreidimensionaler Objekte, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. In Erweiterung der Vorrichtung 10 gemäß 1 ist eine Mitlaufvorrichtung 52 vorgesehen, die eine simultane axiale Längenänderung des Referenzarms 36 beim Verschieben der Fokussierlinse 28 entlang des Pfeils 54 ermöglicht. Hierzu sind in der Mitlaufvorrichtung 52 Umlenkspiegel 56 angeordnet. Ein weiterer Umlenkspiegel 58 ist in Verlängerung des aus dem Strahlteiler 24 austretenden Lichtstrahls angeordnet, um eine Umlenkung des Lichtstrahls auf den in der Mitlaufvorrichtung angeordnete Spiegelanordnung 56 zu erreichen. Um bei dieser Anordnung dennoch eine Trennung der Fokusebene von der Signalgewinnungsebene zu ermöglichen, kann der Spiegel 32 vorzugsweise getrennt axial in Richtung des Pfeils 60 verschoben werden. 6 shows a schematic representation of an alternative embodiment of a device 50 for acquiring contour data of three-dimensional objects, wherein the same elements are identified by the same reference numerals. In extension of the device 10 according to 1 is a tracking device 52 provided that a simultaneous axial change in length of the reference arm 36 when moving the focusing lens 28 along the arrow 54 allows. These are in the Mitlaufvorrichtung 52 deflecting 56 arranged. Another deflection mirror 58 is in extension of the beam splitter 24 Exiting light beam arranged to deflect the light beam on the arranged in the tracking device mirror assembly 56 to reach. In order to still allow separation of the focal plane of the signal acquisition plane in this arrangement, the mirror 32 preferably separated axially in the direction of the arrow 60 be moved.

7 zeigt eine Außenkontur eines Sensorgehäuses 62 zum Einsatz in der Zahnheilkunde zum intraoralen Scanning von Zähnen. Um ein komfortables Arbeiten im Mund eines Patienten zu ermöglichen, müssen sich die Abmessungen an die Anatomie des Patienten orientieren. Eine keilförmige Anordnung ist eine bevorzugte Ausführungsform. 7 shows an outer contour of a sensor housing 62 for use in dentistry for intraoral scanning of teeth. To allow comfortable working in the mouth of a patient, the dimensions must be based on the anatomy of the patient. A wedge-shaped arrangement is a preferred embodiment.

8 zeigt eine Unterseite 64 des Sensorgehäuses 62, in dem ein Scanfenster 66 angeordnet ist. Die Länge des Scanfensters 66 ermöglicht eine simultane Erfassung eines Quadranten. 8th shows a bottom 64 of the sensor housing 62 in which a scan window 66 is arranged. The length of the scan window 66 allows simultaneous detection of a quadrant.

Claims (31)

Verfahren zur Erfassung von Konturdaten dreidimensionaler Objekte 14, insbesondere semitransparenter Objekte wie Zähne, durch Anwendung einer Interferenz- und/oder Autokorrelationsmessung mit zumindest einer Lichtquelle kurzer Kohärenzlänge (16), dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlenbündel (22) paralleler Lichtstrahlen erzeugt wird, dass das Strahlenbündel (22) durch einen Strahlteiler (24) geführt und über eine Fokussieroptik (28) auf das Objekt (14) geleitet wird, dass in dem Strahlteiler (24) aus dem Strahlenbündel (22) ein Referenzstrahl (30) abgespalten und von einem in axialer Richtung verschiebbaren Referenzspiegel (32) reflektiert und über die Fokussieroptik (28) auf das Objekt (14) geleitet wird, dass mit Verschieben des Referenzspiegels (32) eine Position einer Signalgewinnungsfläche (38) relativ zu dem Objekt (14) festgelegt wird, dass beim Durchfahren der Signalgewinnungsfläche (38) durch das Objekt (14) zeitlich und räumlich veränderte Signalmuster erfasst werden und dass die von dem Objekt (14) reflektierten Lichtstrahlen in dem Strahlteiler zusammengeführt und in dem Bildsensor überlagert werden.Method for acquiring contour data of three-dimensional objects 14 , in particular semitransparent objects such as teeth, by using an interference and / or autocorrelation measurement with at least one light source of short coherence length ( 16 ), characterized in that a radiation beam ( 22 ) parallel light beams is generated, that the beam ( 22 ) by a beam splitter ( 24 ) and a focusing optics ( 28 ) on the object ( 14 ), that in the beam splitter ( 24 ) from the beam ( 22 ) a reference beam ( 30 ) split off and by a displaceable in the axial direction reference mirror ( 32 ) and via the focusing optics ( 28 ) on the object ( 14 ), that with shifting the reference mirror ( 32 ) a position of a signal acquisition surface ( 38 ) relative to the object ( 14 ) is determined that when driving through the signal acquisition surface ( 38 ) through the object ( 14 ) temporally and spatially changed signal patterns are detected and that of the object ( 14 ) are collimated in the beam splitter and superimposed in the image sensor. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (16) mit einer Kohärenzlänge lc im Bereich von 2 ≤ lc ≤ 20 μm bei einer Emissionsleistung PE der Lichtquelle im Bereich von 1 ≤ PE ≤ 100 mW vorzugsweise 3 ≤ PE ≤ 50 mW verwendet wird.Method according to claim 1, characterized in that a light source ( 16 ) having a coherence length l c in the range of 2 ≦ l c ≦ 20 μm at an emission power P E of the light source in the range of 1 ≦ P E ≦ 100 mW, preferably 3 ≦ P E ≦ 50 mW. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle (16) weißes Licht und/oder zumindest eine superlumineszente Diode und/oder ein Array von superlumineszenten Dioden und/oder zumindest eine breitbandige Hochleistungsleuchtdiode und/oder ein Array von mehreren breitbandigen Hochleistungsleuchtdioden verwendet wird.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the light source ( 16 ) white light and / or at least one superluminescent diode and / or an array of superluminescent diodes and / or at least one broadband high power light emitting diode and / or an array of a plurality of broadband high power light emitting diodes is used. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht kurzer Kohärenzlänge im Falle einer einzelnen oder weniger Lichtquellen (16) über einen Beam-Expander (18) aufgeweitet und zur Erzeugung eines eine Vielzahl paralleler Einzelstrahlen aufweisenden Strahlenbündels (22) auf ein Linsenarray (20) projiziert wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light of short coherence length in the case of a single or fewer light sources ( 16 ) via a beam expander ( 18 ) and for generating a beam having a plurality of parallel individual beams ( 22 ) on a lens array ( 20 ) is projected. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Einzelstrahlen direkt in einem VCSEL-Array erzeugt wird.Method according to at least one of the above going claims, characterized in that the plurality of individual beams is generated directly in a VCSEL array. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination mehrerer Laserdioden mit gegeneinander versetzter Zentralwellenlänge verwendet wird, wobei ein Wellenlängenversatz Λλ Im Bereich 5 ≤ Λλ ≤ 150 nm vorzugsweise 10 ≤ Λλ ≤ 50 nm beträgt.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a combination of a plurality of laser diodes with mutually offset central wavelength is used, wherein a wavelength offset Λλ in the range 5 ≦ Λλ ≦ 150 nm, preferably 10 ≦ Λλ ≦ 50 nm. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenzmessung mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen verwendet wird, bei denen ein semitransparentes dreidimensionales Objekt jeweils unterschiedliche Streu- und Absorptionskoeffizienten aufweist.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a difference measurement with at least two different wavelengths is used in which a semitransparentes three-dimensional Object each different scattering and absorption coefficients having. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von während einer Zeitperiode (Sampling-Zeit) beim Verfahren des Referenzspiegels (32) erfassten Bildinhalte (Signalmuster) des Bildsensors im Speicher eines Bildverarbeitungsrechners abgelegt und miteinander verrechnet werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a plurality of during a time period (sampling time) in the process of the reference mirror ( 32 ) captured image content (signal pattern) of the image sensor stored in the memory of an image processing computer and charged to each other. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenbündel (22) mittels eines Beamshifters (26) um Bruchteile des Abstandes zwischen zwei Einzelstrahlen verschoben wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the radiation beam ( 22 ) by means of a beam shifter ( 26 ) is shifted by fractions of the distance between two individual beams. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als planparallele Platte ausgebildete Beamshifter (26) senkrecht zur Strahlrichtung in X- und Y-Richtung leicht verkippt wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the beam shifter formed as a plane-parallel plate ( 26 ) is tilted slightly perpendicular to the beam direction in the X and Y directions. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bildsensor (42) ein CMOS-Sensor verwendet wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that as an image sensor ( 42 ) a CMOS sensor is used. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bildsensor (42) ein CCD-Sensor verwendet wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that as an image sensor ( 42 ) a CCD sensor is used. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren InAs- oder HgCdTe-Detektoren eingesetzt werden.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that used as sensors InAs or HgCdTe detectors become. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Lichtquelle im Spektralbereich des nahen Infrarot, beispielsweise 700 – 1000 nm eine verfügbare Tiefeninformation zur Kariesdiagnostik benutzt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that when using a light source in Spectral range of the near infrared, for example 700-1000 nm an available one Depth information is used for caries diagnosis. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine simultane Nutzung von zwei oder mehr Wellenlängen eine RGB-Variante eines CMOS-Sensors verwendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a simultaneous use of two or more wavelengths an RGB variant a CMOS sensor is used. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlführung durch ein dispersionsarmes Monomodefaserbündel erfolgt, wobei das Licht der Lichtquelle nach Expansion in eine Vielzahl parallel geführter Fasern eingekoppelt und über eine Fokussieroptik ausgekoppelt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the beam guidance is effected by a dispersion-poor single-mode fiber bundle, wherein the light of the light source after expansion into a plurality run in parallel Fibers coupled in and over a focusing optics is coupled out. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Oberflächenkonturdatenextraktion a-priori Wissen in Form von in einer Datenbank gespeicherten typischen Kombinationen aus Streu- , Absorptions- und Anisotopiefaktoren der entsprechenden semitransparenten Materialien verwendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that for surface contour data extraction a-priori knowledge in the form of typical combinations stored in a database from scattering, absorption and anisotropy factors of the corresponding semitransparent materials is used. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Daten auf der Grundlage von Konturklassen für abzutastende Objekte bewertet (gewichtet) und/oder mit einer Priorität versehen werden.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the data obtained based on of contour classes for objects to be scanned are weighted and / or prioritized become. Vorrichtung zur Erfassung von Konturdaten eines dreidimensionalen Objektes (14), insbesondere semitransparenten Objekts wie Zahn, umfassend: – eine Lichtquelle (16) kurzer Kohärenzlänge zur Erzeugung zumindest eines Lichtstrahls, – einen Strahlteiler (24) zur Ableitung eines Anteils des Lichtstrahls (22) durch eine Fokussieroptik (28) auf das Objekt (14) sowie einen Bildsensor (42) zur Erfassung der von dem Objekt 14 reflektieren Lichtstrahlen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) zur Erzeugung eines aus einer Vielzahl paralleler Einzelstrahlen bestehenden Strahlenbündels (22) ausgebildet ist, dass ein Referenzspiegel (32) vorgesehen ist, an dem ein in dem Strahlteiler (24) abgespaltetes Referenzstrahlenbündel (30) reflektiert wird, dass der Referenzspiegel (32) in Richtung des Lichtstrahls verschiebbar angeordnet ist und mit der Länge eines Referenzarms (36) eine Signalgewinnungsfläche (38) im Bereich des Objekts (14) festlegt, dass beim Durchfahren der Signalgewinnungsfläche (38) durch das Objekt (14) eine Vielzahl von zeitlich und räumlich verschiedenen Signalmustern erfassbar sind, die im Speicher einer an dem Bildsensor (42) angeschlossenen Bildverarbeitungsrechner speicherbar und miteinander verrechenbar sind.Device for acquiring contour data of a three-dimensional object ( 14 ), in particular a semitransparent object such as a tooth, comprising: - a light source ( 16 ) short coherence length for generating at least one light beam, - a beam splitter ( 24 ) for deriving a portion of the light beam ( 22 ) by focusing optics ( 28 ) on the object ( 14 ) as well as an image sensor ( 42 ) for detecting the object 14 reflect light rays, characterized in that the light source ( 16 ) for generating a beam consisting of a plurality of parallel individual beams (US Pat. 22 ) is designed such that a reference mirror ( 32 ) is provided, on which a in the beam splitter ( 24 ) split reference beam ( 30 ) is reflected, that the reference mirror ( 32 ) is slidably disposed in the direction of the light beam and with the length of a reference arm ( 36 ) a signal acquisition surface ( 38 ) in the area of the object ( 14 ) determines that when passing through the signal acquisition surface ( 38 ) through the object ( 14 ) a plurality of temporally and spatially different signal patterns are detectable, which in the memory of a on the image sensor ( 42 ) connected image processing computer can be stored and offset with each other. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) eine einzelne Lichtquelle oder mehrere Lichtquellen aufweist, wobei der einzelnen Lichtquelle oder den Lichtquellen ein Beam-Expander (18) zur Aufweitung des Lichtstrahls und ein Linsenarray (22) zur Erzeugung des mehrere parallele Einzelstrahlen aufweisenden Strahlenbündels (22) nachgeordnet ist.Device according to claim 19, characterized in that the light source ( 16 ) has a single light source or multiple light sources, wherein the individual light source or the light sources, a beam expander ( 18 ) for expanding the light beam and a lens array ( 22 ) for generating the beam having a plurality of parallel individual beams ( 22 ) is subordinate. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang des Strahlenbündels (22) vor dem Strahlteiler (24) ein Beamshifter (26) angeordnet ist.Apparatus according to claim 19 or 20, characterized in that in the beam path of the beam ( 22 ) in front of the beam splitter ( 24 ) a beamshifter ( 26 ) is arranged. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beamshifter (26) als planparallele Platte ausgebildet ist, die senkrecht zur Strahlrichtung in X- und Y-Richtung leicht verkippbar ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the beamshifter ( 26 ) is formed as a plane-parallel plate which is slightly tiltable perpendicular to the beam direction in the X and Y directions. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) eine weißes Licht erzeugende Lichtquelle ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 16 ) is a white light-generating light source. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) eine superlumineszente Diode oder ein Array von superlumineszenten Dioden ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 16 ) is a super-luminescent diode or an array of super-luminescent diodes. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) eine Hochleistungsleuchtdiode oder ein Array mehrerer relativ breitbandiger Hochleistungsleuchtdioden ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 16 ) is a high power light emitting diode or an array of several relatively wide band high power light emitting diodes. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) eine Kombination mehrerer Laserdioden mit gegeneinander versetzter Zentralwellenlänge ist, wobei der Wellenlängenversatz Λλ im Bereich 5 ≤ Λλ ≤ 150 nm vorzugsweise 10 ≤ Λλ ≤ 50 nm beträgt.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 16 ) is a combination of a plurality of laser diodes with mutually offset central wavelength, wherein the wavelength offset Λλ in the range 5 ≦ Λλ ≦ 150 nm, preferably 10 ≦ Λλ ≦ 50 nm. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohärenzlänge der Lichtquelle (16) im im Bereich von 2 ≤ lc ≤ 20 μm bei einer Emissionsleistung PE der Lichtquelle im Bereich von 1 ≤ PE ≤ 100 mW vorzugsweise 3 ≤ PE ≤ 50 mW.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the coherence length of the light source ( 16 ) in the range of 2 ≦ l c ≦ 20 μm at an emission power P E of the light source in the range of 1 ≦ P E ≦ 100 mW, preferably 3 ≦ P E ≦ 50 mW. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (16) als VCSEL-Array ausgebildet ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 16 ) is designed as a VCSEL array. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mitlaufvorrichtung (52) aufweist, die eine simultane axiale Längenänderung des Referenzarms (36) beim Verschieben der Fokussierlinse (28) ermöglicht.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a tracking device ( 52 ) having a simultaneous axial change in length of the reference arm ( 36 ) when moving the focusing lens ( 28 ). Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitlaufvorrichtung (52) eine Spiegelanordnung (56) zur Umleitung des Referenzstrahls vorgesehen ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the follower device ( 52 ) a mirror arrangement ( 56 ) is provided for the diversion of the reference beam. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beam-Expander (18) über eine Vielzahl parallel geführter Fasern wie dispersionsarmes Monomodebündel mit dem als Faserkoppler ausgebildeten Strahlteiler (24) verbunden ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the beam expander ( 18 ) via a multiplicity of fibers guided in parallel, such as dispersion-poor monomode bundles with the beam splitter in the form of a fiber coupler (US Pat. 24 ) connected is.
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