Objekten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen von Bildern von dreidimensionalen Objekten, insbesondere Zähnen, mit einem Aufnahmebereich, in dem wenigstens ein Spiegel zum Umlenken eines Licht- oder Proj ektionsstrahls und/oder eines vom Objekt reflektierten Bildes angeordnet ist, und mit einem Griffbereich .

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere im Bereich der dreidimensionalen Aufnahme von Zähnen verwendet. Der

Anwendungsbereich erstreckt sich dabei auf die Aufnahme von digitalen Zahn- und Kieferabdrücken, die Hilfestellung bei der Diagnose, die Überwachung von Zahnbehandlungen sowie die zuverlässige Kontrolle von eingesetzten Implantaten. Neben weiteren Einsatzgebieten im Bereich der Medizin- und

Industrietechnik, beispielsweise im Bereich der Endoskopie, können generell Objekte stereometrisch vermessen werden, die schwer zugänglich sind.

Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der AT 508 563 B, sind bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermess von Objekten wie Zähnen bekannt, welche dreidimensionale Bi liefern. Diese aber auch andere bekannte Vorrichtungen und Verfahren können bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen, um dreidimensionale Bilder zu erzeugen.

Ein wesentlicher Nachteil bekannter Vorrichtungen ist, dass die Aufnahmegeräte (handgeführte Scanner) , die zu den abzubildenden Gegenständen vordringen, meist unhandlich, sperrig und

geometrisch nicht für die effiziente Führung im Mund des

Patienten geformt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur

Verfügung zu stellen, die einfach zu handhaben ist und ein effizientes Vermessen im Mund ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass eine Kamera und/oder ein Projektor im Aufnahmebereich angeordnet ist/sind und dass der

Aufnahmebereich entgegen der Projektionsrichtung um einen

Winkel zwischen 10° und 40° gegenüber dem Griffbereich geneigt ist .

Durch die Abwinkelung des Aufnahmebereich entgegen der

Pro ektionsrichtung um einen Winkel zwischen 10° und 40° gegenüber dem Griffbereich wird die Sicht der die Vorrichtung benutzenden Person auf das aufzunehmende Objekt nicht mehr durch das Handstück bzw. die das Handstück haltende Hand behindert, was eine effizientere Aufnahme von Objekten auch unter beengten Verhältnissen erleichtert.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen

Zeichnungen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines Handstücks für die Erfindung von der Seite,

Fig. 2 das Handstück von Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 das Handstück von Fig. 1 von vorne

Fig. 4 das Handstück der Fig. 1 bis 3 im Schrägriss,

Fig. 5 eine teilweise Explosionsdarstellung einer

Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform von Fig.

5,

Fig. 7 ein Detail von Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie VIII-VIII und

Fig. 9 ein Detail einer Ausführungsform eines Projektors.

In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur dreidimensionalen Aufnahme von Objekten 10, insbesondere Zähnen dargestellt, die einen Aufnahmebereich 2 und einen Griffbereich 3 aufweist. Zwischen Aufnahmebereich 2 und Griffbereich 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Mittelbereich 5 angeordnet. Da der Mittelbereich 5 kleinere Außenabmaße aufweist als der Aufnahmebereich 2, weist der

Aufnahmebereich 2 einen im Wesentlichen konischen

Übergangsbereich 6 zum Mittelbereich 5 hin auf. Am vorderen Ende 4 ist der Aufnahmebereich 2 abgerundet.

Der Aufnahmebereich 2 weist eine Mittelachse 7 auf, der

Griffbereich 3 der Mittelachse 8 und der Mittelbereich. 5 eine Mittelachse 9. Der Winkel zwischen der Mittelachse 7 und der Mittelachse 8 liegt erfindungsgemäß zwischen 10° und 40°, wobei sich dieser Winkel α im dargestellten Ausführungsbeispiel (mit einem Mittelbereich 5) in zwei Winkel ß und γ aufteilt, wobei der Winkel ß zwischen der Mittelachse 7 des Aufnahmeteils 2 und der Mittelachse 9 des Mittelbereichs 5 liegt und der Winkel γ zwischen der Mittelachse 9 des Mittelbereichs 5 und der

Mittelachse 8 des Griffteils 3 liegt. Der Winkel ß liegt bevorzugt zwischen 3° und 15° und der Winkel γ zwischen 7° und 25°. Die Länge des Auf ahmebereichs liegt bevorzugt zwischen 10 und 60 mm, da innerhalb dieser Grenzen sowohl eine gute

Handhabbarkeit des Handstücks 1 als auch ausreichend Raum zum Unterbringen der Projektions- und/oder Aufnahmetechnik

vorhanden ist.

An seiner dem aufzunehmendem. Objekt 10 zugewandten Seite 11 ist im Aufnahmeteil 2 eine Öffnung 12 (Fig. 5) angeordnet, die von einer Scheibe 13 verschlossen ist. Durch diese Scheibe 13 können mit einem Projektor 14 Licht, insbesondere ein Zufallsmuster, auf das Objekt 10 gerichtet und mit einem

Kamerasystem 15 Bilder des Objektes 10 aufgenommen werden. Der Aufnahmebereich 2 ist somit gegenüber dem Griffbereich 3 um einen Winkel α zwischen 10° und 40° entgegen der

Proj ektionsrichtung nach hinten geneigt.

In den Fig. 5 bis 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der Projektor 14 mit einer Lichtquelle ein Lichtbündel 23 abstrahlt. Das Lichtbündel 23 tritt durch einen oder mehrere in Fig. 9 dargestellte transparente Träger 36, 37, beispielsweise Dias, auf denen ein nach einem

Zufallsprinzip angeordnetes Muster angeordnet ist. Das Muster besteht bevorzugt aus im Wesentlichen zufällig verteilten, gegebenenfalls unregelmäßig geformten Punkten und/oder Linien, die in weiterer Folge auf das Objekt 10, beispielsweise einen Zahn, projiziert werden.

Im Strahlengang des Lichtbündels 23 liegt ein Umlenkspiegel 26, der einen Teil 23a des Lichtbündels 23, im Ausführungsbeispiel von Fig. 7 den untersten Teil, auf einen ersten Spiegel 27 umlenkt, der in weiterer Folge das Licht auf das Objekt 10 richtet. Ein weiterer Teil 23b des Lichtbündels 23, im

Ausführungsbeispiel von Fig. 7 der mittlere Teil, trifft direkt auf einen zweiten Spiegel 28, von dem das Licht ebenfalls auf das Objekt 10 gerichtet wird.

Der Umlenkspiegel 26 ist bevorzugt ein ebener Spiegel, könnte bei Bedarf aber auch ein konvex oder konkav gekrümmter Spiegel sein. Die beiden Spiegel 27 und 28 sind bevorzugt zweiachsig konvex gekrümmte Spiegel mit gleichen oder unterschiedlichen Krümmungsradien in den beiden Achsen, mit denen der jeweilige Anteil des Strahlenbündels 23 je nach Bedarf stärker gestreut werden kann.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung und Krümmung des Umlenkspiegels 26 und des ersten Spiegels 27 so gewählt, dass der Teil 23a des Lichtbündels 23 in der Bildebene der Zeichnung einen Öffnungswinkel δ von etwa 30° hat. Die Anordnung und Krümmung des zweiten Spiegels 28 ist beispielhaft so gewählt, dass der Teil 23b des Lichtbündels 23 in der

Bildebene der Zeichnung einen Öffnungswinkel ε von etwa 25° hat. Der Öffnungswinkel der Teile 23a, 23b des Lichtbündels 23 in Richtung normal zur Bildebene der Zeichnung kann durch geeignete Krümmung der Spiegel 27, 28 je nach Anforderung gleich oder unterschiedlich zum jeweiligen in der Bildebene liegenden Öffnungswinkel δ, ε sein.

Durch die in Fig. 7 beispielhaft gewählte Anordnung der Spiegel 27, 28 sind deren optische Achsen 29, 30 so zueinander geneigt, dass die Lichtbündelteile 23a, 23b aus unterschiedlichen

Richtungen auf des Objekt 10 treffen.

In Projektionsrichtung des Projektors 14 gesehen zwischen den beiden Spiegeln 27, 28, im dargestellten Ausführungsbeispiel etwas näher dem zweiten Spiegel 28, ist ein Kamerasystem 15 angeordnet, das im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Kameras 32 besteht, welche stereoskopische Bilder zur

dreidimensionalen Vermessung des Objektes 10 aufnehmen, indem sie mit einander überschneidenden Aufnahmebereichen Bilder aus unterschiedlichen Richtungen aufnehmen. Die beiden optischen Achsen 29, 30 der Spiegel 27, 28 spannen eine Ebene ω auf, wobei die beiden Kameras 32, genauer gesagt deren Objektive 33, symmetrisch zu beiden Seiten dieser Ebene ω liegen.

Durch diese bevorzugte Anordnung liegt das Kamerasystem 15 mit den Spiegeln 26, 27 bzw. deren optischen Achsen 29, 30 in einer Ebene ω, was eine sehr präzise Bildaufnahme und damit

Vermessung des Objekts ermöglicht. Durch die Projektion der Lichtbündelteile 23a, 23b durch Spiegel 26, 27, die zu beiden Seiten des Kamerasystems 15 liegen, erfolgt auch eine

Ausleuchtung bzw. Projektion des Zufallsmusters auf das Objekt 10 von zwei Seiten in dieser Ebene ω, wodurch - aus Sicht des Kamerasystems 15 betrachtet - Schatten oder Fehlstellen auf dem Objekt 10, die beispielsweise bei Backenzähnen oder

Schneidezähnen auftreten können, sehr zuverlässig vermieden werden können.

Grundsätzlich wäre es ebenso möglich, die Spiegel - vom

Projektor 14 aus betrachtet - neben den beiden Kameras 32 zu positionieren und gegebenenfalls die beiden Kameras 32 um 90° zu drehen, sodass sie beide in die Ebene ω liegen. Es sind auch mehr als zwei Spiegel, sowohl vor und/oder hinter als auch seitlich der Kameras 32 denkbar, um eine möglichst gute

Ausleuchtung bzw. Musterprojektion auf dem Objekt 10 zu

erhalten .

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich über dem Umlenkspiegel 26 eine Blende 34 angeordnet, die einen dritten Teil 23c des Lichtbündels 23 blockiert, damit dieser keine unerwünschten Reflexionen in der Optik 33 der Kameras 32 verursacht. Je nach Anordnung der Spiegel 26, 27, 28 und der Objektive 33 kann die Blende 34 auch weg gelassen oder anders angeordnet oder geformt sein.

Alle Spiegel 26, 27, 28, die Blende 34 sowie gegebenenfalls auch das Kamerasystem 15 können einstellbar an entsprechenden Halterungen 31 befestigt sein, damit bei Bedarf eine einfache Einstellung und/oder Kalibrierung der einzelnen Komponenten möglich ist. Außerdem können alle oder auch nur ein Teil der vorstehend beschriebenen Komponenten auf einem Trägersystem befestigt und voreingestellt sein, das anschließend in ein Aufnahmegerät eingesetzt werden kann. Das Gehäuse der

Vorrichtung 1 besteht vorzugsweise aus zwei Gehäusehälften 16, 17, die spiegelsymmetrisch ausgeführt sind, wodurch die

Vorrichtung sehr einfach zusammen gebaut werden kann.

Durch die gewählte und in der Zeichnung beispielhaft

dargestellte erfindungsgemäße Anordnung ist eine sehr kompakte und schlanke Bauweise möglich, welche beispielsweise sehr gut in ein Handstück zur dreidimensionalen Aufnahme von Zähnen integriert werden kann.

Bevorzugt kommt die in Verbindung mit den Fig. 5 bis 8

beschriebene Anordnung der Spiegel und Kameras bei Handstücken mit einem abgewinkelten Aufnahmebereich 2 und ggf.

Mittelbereich 5 zum Einsatz, da durch die Spiegel 26, 27, 28 eine besonders gute Möglichkeit geboten wird, die gesamte

Projektions- und Aufnahmetechnik in ein abgewinkeltes Handstück 1 einzubauen, das sehr schlank ist und durch den Knick

insbesondere bei Oralscannern besonders gut handhabbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann direkt ab der

Außenfläche des Scannerglases 13 bereits ein optimaler

Schärfegrad ohne das Risiko von Schatten oder Fehlstellen erreicht werden, um auch bei Auflage des Scanners auf einem Objekt, z.B. einem Zahn, dieses bereits vermessen werden kann, wogegen bekannte Scanner häufig in einem bestimmten Abstand zu den Zähnen gehalten werden müssen, was den Aufnahmeprozess , im Vergleich zur erfindungsgemäßen Möglichkeit auch direkt auf die Zähne auflegen zu können, signifikant erschwert.

In Fig. 9 ist schematisch eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der zwei transparente Träger 36, 37,

beispielsweise zwei Dias, auf denen nach einem Zufallsprinzip angeordnete Muster angeordnet sind, im Strahlengang eines

Lichtbündels 23 liegen, das von einer Lichtquelle 22,

beispielsweise einer LED ausgestrahlt wird. Das Muster kann im Wesentlichen aus zufällig verteilten, gegebenenfalls

unregelmäßig geformten, Punkten und/oder Linien bestehen. Das Licht geht in der dargestellten Ausführungsform zuerst durch eine Linse 35, dann durch die beiden Träger 36, 37, und in weiterer Folge durch ein symbolisch durch eine Linse 38

dargestelltes weiteres Linsensystem, das zur Ausrichtung des Proj ektionsstrahles 23 und zur Schärfeneinstellung dient. Der Projektor 14 von Fig. 9 kann beispielsweise bei einer in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Vorrichtung eingesetzt werden, bei der das Lichtbündel 23 über zwei Spiegel 27 und 28 auf ein Objekt 10 gerichtet wird. Da das Licht unterschiedlich lange Wege zurücklegt, je nach dem ob es entweder über den

Umlenkspiegel 26 und den Spiegel 27 oder über den Spiegel 28 auf das Objekt 10 trifft, können bei der Projektion des auf einem Träger vorhandenen Musters auf das Objekt 10 Unscharfen der einen oder anderen oder beider Projektionen entstehen.

Durch die Verwendung von zwei Trägern 36, 37 kann darauf

Rücksicht genommen und können Unscharfen individuell

ausgeglichen werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die beiden Träger 36, 37 in Ausbreitungsrichtung des

Lichts zueinander versetzt sind. Damit, liegt z.B. der Träger 36, der im Strahlengang des Lichtbündels 23b des Spiegels 28 liegt, weiter hinten bzw. weiter von der Linse 38 bzw. einem nachfolgenden Linsensystem entfernt als der Träger 37, der im Strahlengang des Lichtbündels 23a des Spiegels 27 liegt, sodass insgesamt der Weg des Lichts vom jeweiligen Träger 36, 37 über den/die jeweiligen Spiegel 26, 27, 28 bis zum Objekt 10 wieder ungefähr gleich lang ist. Maßgeblich sind die unterschiedlichen Abstände der Träger 36, 37 zum Linsensystem 38, da diese

Abstände die Position und Lage der Schärfeebene im Messraum bestimmen. Wenn die Wegdifferenz über den/die jeweiligen

Spiegel 26, 27, 28 bis zum Objekt 10 nicht sehr groß ist, könnte beispielsweise auch nur ein einziger Träger verwendet werden, der entweder stufenweise abgesetzte Abschnitte aufweist oder der zwar eben aber entsprechend stark geneigt ist, um die Wegdifferenz im Mittel zu kompensieren. Als weitere Möglichkeit könnte auch ein einziger Träger verwendet werden, der auf unterschiedlichen Bereichen bzw. Abschnitten jeweils auf der Vorderseite und auf der Rückseite mit einem Muster beschichtet ist. Die Dicke des Trägermaterials bestimmt dann die

Abstandsdifferenz. In Fig. 9 ist eine Schrägstellung der Träger 36, 37 zur Ausbreitungsrichtung des Lichts zu sehen, d.h. dass die Träger 36, 37 nicht exakt im rechten Winkel zu Ausbreitungsrichtung des Lichts liegen. Diese Ausführungsform der Erfindung ist dan von Vorteil, wenn der Projektor 14 bzw. dessen optische

Mittelachse 39 wie in der in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsform in einem Winkel ß größer 0° zum Aufnahmebereich 2 ausgerichtet ist, insbesondere die optische Mittelachse 39 nicht im rechten Winkel zur optischen Mittelachse 40 der

Kameras 32 ausgerichtet ist. Die Anordnung des Projektors 14 im abgewinkelten Übergangsbereich zwischen dem Aufnahmebereich 2, in dem sich die Kameras 32 befinden, und dem Mittelbereich 5 ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise der

Aufnahmebereich 2 relativ kurz gehalten werden kann, was die Handhabung des Handstücks 1 wesentlich verbessert. Durch die Schrägstellung der Träger 36, 37 können durch die

Schrägstellung des Projektors 14 verursachte Unschärfen des auf des Objekt 10 projizierten Musters ausgeglichen werden.