Optisches Messsystem und Verfahren zur dreidimensionalen optischen Vermessung eines Objekts

Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem sowie ein Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung eines Objekts, wobei das Messsystem mindestens ein Linsenarray, eine in Richtung eines Beleuchtungsstrahlengangs dem Linsenarray nachfolgend angeordnete erste Konvexlinse sowie eine in Richtung des Beleuchtungsstrahlengangs der ersten Konvex ^¬ linse nachfolgend angeordnete, einem zu vermessenden Objekt zugewandte zweite Konvexlinse, aufweist.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind optische Messsysteme zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten bekannt, welche ein Linsenarray, beispielsweise ein Mikrolinsenraster mit runden Linsen verwenden.

Die WO 00/08415 AI beschreibt beispielsweise ein Messsystem zum dreidimensionalen Vermessen von Objekten mittels einer auf das Objekt projizierten Matrix von Lichtpunkten. Der Aufbau des Messsystems ist konfokal und die Matrix aus Lichtpunkten wird beispielsweise mittels eines Mikrolinsen- arrays erzeugt.

Ein ähnliches optisches Messsystem mit konfokalem Aufbau zur dreidimensionalen Vermessung ist aus der EP 0 485 803 AI bekannt, wobei ein Beleuchtungsraster beschrieben wird, welches mittels eines Linsenarrays erzeugt wird.

Linsenarrays bestehen häufig aus runden, beispielsweise quadratisch oder hexagonal angeordneten Linsen und weisen daher Zwischenräume zwischen den einzelnen Linsen auf. Die- se Zwischenräume sind häufig aus demselben Material gefer ^¬ tigt, aus dem auch die Linsen bestehen und sind daher häufig ebenfalls transparent, so dass Licht auch durch sie hindurchtreten kann. Dieses Licht tritt beispielsweise bei einer planen Oberfläche der Zwischenräume und senkrechtem Auftreffen ungebrochen durch die Zwischenräume, während senkrecht auf die Linsen des Linsenarrays treffendes Licht von diesen in Richtung ihres jeweiligen Fokuspunkts hin abgelenkt bzw. fokussiert wird. Das auf die Zwischenräume treffende Licht folgt also nicht dem gewünschten durch die Linsen des Linsenarrays erzeugten Strahlengang. Soweit dieses Licht weiterhin im Strahlengang bzw. im Messsystem verbleibt, kann es jedoch die Abbildungsqualität des Messsys ^¬ tems beeinträchtigen. Um das Durchleuchten der Zwischenräume und damit das Auf ^¬ treten von störendem Licht zu verhindern, können die Zwischenräume beispielsweise mit einer lichtundurchlässigen Schicht beschichtet werden. Hierdurch kann eine Transmissi ^¬ on von Licht durch die Zwischenräume verhindert werden. Werden die Zwischenräume mit einer absorbierenden Oberflä ^¬ che beschichtet, so ist es möglich, das auftreffende Licht zumindest größtenteils oder sogar nahezu vollständig zu ab ^¬ sorbieren .

Die Zwischenräume können aber auch mit einer zur Seite re- flektierenden Schicht beschichtet bzw. mit einem entspre ^¬ chendem Mittel ausgefüllt werden. Beispielsweise kann eine Beschichtung mit Mikrostrukturen, wie beispielsweise reflektierenden Kegeln oder Pyramiden, vorgesehen werden, durch die das auftreffende Licht ausgeblendet oder aus dem Strahlengang herausgelenkt wird.

Als Beschichtung von Zwischenräumen von Linsenarrays sind beispielsweise Chrom- oder Chromoxid-Schichten bekannt. Ein Nachteil der Beschichtung der Zwischenräume ist jedoch der zusätzlich notwendige Prozessschritt des Beschichtens der zu Mehrkosten bei der Produktion des Linsenarrays führt .

Je nach Beschichtung kann es auch sein, dass das auftreffende Licht an der Schicht nicht vollständig absorbiert o- der in die gewünschte Richtung reflektiert wird, sondern zumindest teilweise diffus reflektiert oder gestreut wird. Dadurch verbleibt dieses Licht auch weiterhin im System und beeinträchtigt als Streulicht die Abbildungsqualität des

Messsystems. Mit Streulicht wird Licht bezeichnet, welches nicht dem gewünschten Strahlengang folgt, sondern diffus durch das Messsystem propagiert.

Weiterhin besteht auch die Möglichkeit Zwischenräume völlig zu vermeiden, indem das Linsenarray aus quadratischen Linsen aufgebaut wird. Allerdings ist die Herstellung solcher Linsenarrays aufwendiger und dadurch die Herstellung des Linsenarrays teuerer.

Aus der US 2007/0296956 AI ist ein optischer Aufbau be- kannt, der es ermöglicht, Strahlen, die nicht durch ein zu vermessendes Objekt abgelenkt werden und das Messergebnis versfälschen würden, aus einem Messstrahlengang mittels eines absorbierenden Mittels zu entfernen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein optisches Mess- System mit einem Linsenarray bereitzustellen, welches nicht die vorgenannten Probleme und Nachteile aufweist.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem zur dreidi ^¬ mensionalen Vermessung eines Objekts, das mindestens eine Beleuchtungsstrahlen aussendende Lichtquelle, ein aus meh ^¬ reren Linsen bestehendes Linsenarray, eine in Ausbreitungs- richtung der Beleuchtungsstrahlen entlang eines Beleuchtungsstrahlengangs dem Linsenarray nachfolgend angeordnete erste Konvexlinse sowie eine in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen der ersten Konvexlinse nachfolgend an- geordnete, einem zu vermessenden Objekt zugewandte zweite Konvexlinse aufweist. Das optische Messsystem umfasst wei ^¬ terhin ein Mittel, das auftreffendes Licht absorbiert oder aus dem Beleuchtungsstrahlengang herauslenkt. Das Mittel ist in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen vor der zweiten Konvexlinse oder an der zweiten Konvexlinse auf einer der ersten Konvexlinse zugewandten Seite der zweiten Konvexlinse angeordnet. Weiterhin erstreckt sich das Mittel in einer im wesentlichen senkrecht zu einer optischen Achse des Messsystems stehenden Ebene über einen Bereich, der die optische Achse des Messsystems einschließt oder zu dieser nicht mehr als 1/6 eines Durchmessers der ersten Konvexlin ^¬ se beabstandet ist.

Ein Linsenarray besteht aus mehreren in einer Ebene neben ^¬ einander angeordneten, möglichst identischen Linsen, so dass ihre Fokusebenen zusammenfallen. Fokusebene einer Linse bezeichnet eine parallel zur Linse bzw. senkrecht zur optischen Achse der Linse verlaufende Ebene, in welcher der Fokus bzw. Brennpunkt der Linse liegt, in der also parallel auf die Linse treffendes Licht auf einen Fokuspunkt fokus- siert wird. Durch die einzelnen Linsen des Linsenarrays werden beispielsweise senkrecht auftreffende Beleuchtungs ^¬ strahlen in mehrere einzelne Strahlen aufgeteilt, welche in einer gemeinsamen Fokusebene aller Linsens des Arrays je ^¬ weils einen Fokuspunkt erzeugen, so dass sich insbesondere in dieser gemeinsamen Fokusebene eine Matrix aus Lichtpunkten ergibt . Insbesondere aus herstellungstechnischen Gründen weisen Linsenarrays zwischen den Linsen häufig Zwischenräume auf, die meist ebenfalls aus dem Material der Linsen ohne weite ^¬ re Beschichtung bestehen und somit lichtdurchlässig sind. Im Gegensatz zu den Linsen sind die Zwischenräume meist als plane Flächen ausgebildet. Dadurch kann ein Teil von senkrecht auf das Linsenarray fallenden Beleuchtungsstrahlen ungebeugt durch die Zwischenräume transmittieren . Dieser Teil der Beleuchtungsstrahlen folgt also nicht dem vorgese- henen weiteren Strahlengang des Messsystems, sondern verläuft diffus durch das weitere Messsystem und stört die Aufnahmequalität . Dieses Licht kann erfindungsgemäß mittels des Mittels ungefähr auf Höhe der zweiten Konvexlinse im Bereich der optischen Achse aus dem Messsystem entfernt werden, wodurch sich die Aufnahmequalität des Messsystems erhöht .

Die erste Konvexlinse kann sich beispielsweise am Ort des Zwischenbilds des optischen Messsystems befinden. Aus Grün ^¬ den der technischen Umsetzung kann die Position der ersten Konvexlinse allerdings auch vom Ort des Zwischenbilds ab ^¬ weichen. Eine solche Linse wird oft als Feldlinse bezeich ^¬ net .

Die dem Objekt zugewandte zweite Konvexlinse wird häufig als Ob ektivlinse bezeichnet. Die optische Achse eines Systems aus optischen Komponenten, wie beispielsweise das erfindungsgemäße optische Messsys ^¬ tem, ergibt sich aus den Symmetrieachsen der optischen Elemente. In einem konfokalen Messsystem liegen beispielsweise die meisten Fokuspunkte auf der optischen Achse. Durch das Mittel wird der Teil des Lichts der Beleuchtungs ^¬ strahlen, welcher auf das Mittel trifft, absorbiert oder aus dem Messsystem herausgelenkt. Da das Mittel das Licht aus dem Messsystem entfernt, kann es auch als Lichtfalle oder Antipinhole bezeichnet werden. Mit dem Mittel ist es insbesondere möglich, störendes Licht aus dem Messsystem zu entfernen . Treffen beispielsweise parallele Beleuchtungsstrahlen senkrecht auf das Linsenarray und werden im Bereich der Zwi ^¬ schenräume ungebeugt transmittiert , so trifft das durch die Zwischenräume verlaufende Licht senkrecht auf die erste Konvexlinse. Befindet sich nun das erfindungsgemäße Mittel zum Entfernen dieses Lichts im Bereich der Fokusebene die ^¬ ser ersten Konvexlinse, so reicht eine flächenmäßig ver ^¬ hältnismäßig kleine Erstreckung des Mittels in der Ebene senkrecht zur optischen Achse des Systems aus, wenn dass Mittel im Bereich der optischen Achse angeordnet wird, da das durch die Zwischenräume getretene Licht sich im Fokus ^¬ punkt der ersten Konvexlinse, also im Schnittpunkt der op ^¬ tischen Achse des Systems mit der Fokusebene der ersten Konvexlinse sammelt.

Das Mittel kann beispielsweise absorbierende Flächen auf- weisen. Hierdurch kann beispielsweise eine Absorption von

96% oder mit speziellen Beschichtungen sogar eine Absorption von bis zu 99,5% des auf diese Oberfläche auftreffenden Lichts erreicht werden.

Das Mittel kann auch reflektierende Flächen aufweisen, die das auftreffende Licht aus dem weiteren Strahlengang heraus lenken. Das auf das Mittel treffende Licht kann beispiels ^¬ weise mittels reflektierender Oberflächen auf eine außerhalb des Strahlengangs angeordnete absorbierende Lichtfal ^¬ le, also ein Mittel, welches Licht mittels Absorption aus dem System entfernt, umgelenkt werden.

Für ein Linsenarrays mit lichtdurchlässigen Zwischenräumen errechnet sich der Anteil des ungebeugt durch das Linsenar- ray tretenden und zumindest potentiell die Abbildungsquali ^¬ tät störenden Lichts aus dem Füllfaktor der Linsen des verwendeten Linsenarrays . Bei einer quadratischen Anordnung runder Linsen ist der theoretische erreichbare Füllfaktor der Linsen 78,5%. Entsprechend machen die Zwischenräume 21,5% der Fläche aus. Allerdings erfordert beispielsweise die technische Umsetzung eines Mikrolinsenarrays häufig zu ^¬ sätzliche Zwischenräume, weshalb sich der Anteil der Zwi ^¬ schenräume eines Mikrolinsenarrays üblicherweise auf über 35% erhöht. Dieses Licht kann mittels des erfindungsgemäßen Mittels aus dem Strahlengang des Systems entfernt werden.

Allerdings ist es möglich, dass auch Licht, das vom Objekt zurückgestreut wird, Bildinformationen enthält und entgegen der Richtung des Beleuchtungsstrahlengangs durch das Mess- System läuft, je nach Ausgestaltung des Mittels im Bereich des Mittels absorbiert wird. Da die zurückreflektierte Streukeule, also die Abstrahlcharakteristik, von stark streuend reflektierenden Oberflächen, beispielsweise einem Zahn, einen großen Öffnungswinkel hat, ist der relative An- teil des vom Objekt kommenden und durch das Mittel absor ^¬ bierten Lichts jedoch relativ gering. Der Intensitätsrückgang, der durch das Vorsehen des Mittels stattfindet, ist vernachlässigbar. Folglich ist das erfindungsgemäße Mittel insbesondere für optische Messsysteme im dentalen Bereich, z.B. dentale Kameras geeignet.

Das vom Objekt zurück gestreute Licht könnte allerdings je nach Ausgestaltung des Mittels im Bereich des Mittels auch reflektiert oder gestreut werden und dadurch weiterhin als Streulicht, im Messsystem verbleiben. Da die von dem Ob- jekt, wie beispielsweise einem Zahn, zurückgestreute Licht ^¬ intensität meist jedoch insgesamt gering ist, ist hierdurch kein wesentlicher Streulichtanteil zu erwarten. Minderungen der Abbildungsqualität hierdurch können somit ebenfalls vernachlässigt werden.

Vorteilhafterweise kann das Mittel als Teil der zweiten Konvexlinse ausgebildet sein. Dies kann eine besonders einfach herzustellende und/oder im Messsystem zu justierende Variante des Mittels darstellen. Beispielsweise kann das Mittel als eine Licht absorbieren ^¬ de, matte, schwarze Fläche ausgebildet sein, z.B. eine ent ^¬ sprechende Beschichtung, welche im Bereich des Mittelpunkts auf der der ersten Konvexlinse zugewandten Oberfläche der zweiten Konvexlinse aufgebracht ist. Das Mittel könnte auch teilweise in die zweite Konvexlinse hineinreichen.

Vorteilhafterweise kann es sich bei dem optischen Messsys ^¬ tem um ein konfokales Messsystem handeln. Konfokale Messsysteme weisen typischerweise eine Blende bzw. ein Pinhole in einer Bild- oder Zwischenbildebene auf. Die Lichtausbeute beim Durchgang durch diese Blende kann durch den Einsatz eines Linsenarrays verbessert werden, dessen vorbeschriebene Nachteile wiederum durch das erfin- dungsgemäße Mittel vermieden oder zumindest vermindert wer ^¬ den können.

Vorteilhafterweise können die mehreren Linsen des Linsenarrays rund sein, wobei das Linsenarray zwischen den mehreren runden Linsen mindestens einen Zwischenraum aufweisen kann. Insbesondere Linsenarrays, mit sehr kleinen Linsen und Lin ^¬ senabständen, beispielsweise Mikrolinsenraster , sind aus produktionstechnischen Gründen oftmals nicht mit flächenfüllenden quadratischen Linsen herstellbar. In einfacher Weise technisch umsetzbar sind oftmals Linsenarrays mit ei- ner Anordnung von Linsen mit einer runden Außenkontur in einer quadratischen oder hexagonalen Packung. Solche Lin- senarrays weisen allerdings Zwischenräume zwischen den run ^¬ den Linsen auf, wobei die Zwischenräume meist aus produkti ^¬ onstechnischen Gründen aus demselben Material wie die Linsen und damit lichtdurchlässig sind. Solche Linsenarrays werden beispielsweise aus einem durch Maskenverfahren, wie sie in der Halbleitertechnik üblich sind, hergestellten Träger und einer anschließend aufge ^¬ schmolzenen Oberfläche erzeugt. Produktionstechnisch bedingt liegt der Anteil der Zwischenräume solcher Linsenar- rays üblicherweise bei ca. 35%.

Vorteilhafterweise kann der mindestens eine Zwischenraum lichtdurchlässig sein und eine planparallele Oberfläche aufweisen .

Herstellungstechnisch ist es besonders einfach, die Zwi- schenräume aus dem gleichen Material zu fertigen, aus dem die Linsen bestehen. Durch eine plane Ausbildung der Zwischenräume kann senkrecht auf die Zwischenräume auftreffen ^¬ des Licht ohne Änderung seiner Ausbreitungsrichtung durch alle Zwischenräume hindurchlaufen, so dass es von der ers- ten Konvexlinse auf einen einzigen Fokuspunkt im Bereich der optischen Achse auf Höhe der Fokusebene der ersten Konvexlinse abgebildet wird, wo es mittels des erfindungsgemä ^¬ ßen Mittels aus dem Strahlengang des Messsystems entfernbar ist . Da so all das durch die Zwischenräume tretende und nicht zur Vermessung des Objekts beitragende Licht in einem ein ^¬ zigen Fokuspunkt gesammelt und dort durch das Mittel aus dem Messsystem entfernt wird, ist es möglich das Mittel ei ^¬ nerseits so groß auszubilden, dass möglichst all das durch die Zwischenräume tretende Licht von dem Mittel erfasst wird, andererseits kann die Größe des Mittels so klein sein, dass möglichst wenig Licht, welches durch die Linsen des Linsenarrays tritt, von dem Mittel erfasst wird.

Vorteilhafterweise kann das Linsenarray so angeordnet sein, dass die optische Achse des Messsystems durch einen Zwi- schenraum des Linsenarrays verläuft.

Hierdurch sind alle Zentralstrahlen der durch die einzelnen Linsen des Linsenarrays erzeugten Lichtstrahlen zur optischen Achse beabstandet, so dass diese Lichtstrahlen mög ^¬ lichst nicht auf das um die optische Achse oder nahe der optischen Achse angeordnete Mittel treffen. Dies ermöglicht es, möglichst nur solches Licht, welches durch die Zwi ^¬ schenräume des Linsenarrays tritt, aus dem Messsystem zu entfernen, während das durch die Linsen des Linsenarrays fokussierte Licht ungehindert für die Beleuchtung und Ver ^¬ messung des Objekts verwendbar ist.

Vorteilhafterweise kann das Linsenarray so angeordnet sein, dass die optische Achse des Messsystems mit dem Mittelpunkt einer Linse des Linsenarrays zusammenfällt.

Durch diese alternative Anordnung des Linsenarrays relativ zur optischen Achse des Messsystems ist die Position des Linsenarrays im Messsystem sehr gut definiert. Dies er ^¬ leichtert beispielsweise das Justieren.

Vorteilhafterweise kann die zweite Konvexlinse in der Fo ^¬ kusebene der ersten Konvexlinse angeordnet sein. Hierdurch wird Licht, welches senkrecht auf die erste Kon ^¬ vexlinse trifft auf die zweite Konvexlinse fokussiert, wo ^¬ bei sich der Fokuspunkt idealer Weise im Schnittpunkt der Längsachse oder der Linsenoberfläche der zweiten Konvexlinse mit der optischen Achse befindet. Licht von parallelen, senkrecht auf das Linsenarray treffenden Beleuchtungsstrah ^¬ len, welches durch die Zwischenräume des Linsenarrays tritt, wird somit in einem einzigen Fokuspunkt im Bereich der zweiten Konvexlinse gesammelt. Hierdurch kann das Mit ^¬ tel direkt an der zweiten Konvexlinse angeordnet oder als Teil der zweiten Konvexlinse ausgebildet sein, wobei die Größe des Mittels in der Ebene senkrecht zur optischen Ach ^¬ se im Wesentlichen nur der Größe dieses Fokuspunkts ent ^¬ sprechen muss.

Vorteilhafterweise kann das Mittel in der Fokusebene der ersten Konvexlinse angeordnet sein. Da die Beleuchtungsstrahlen typischerweise ein paralleles Lichtbündel bilden, welches senkrecht auf das Linsenarray trifft, so dass das durch die Zwischenräume verlaufende Licht typischerweise ebenfalls senkrecht auf die erste Kon ^¬ vexlinse trifft, sammelt sich dieses Licht in einem einzi- gen Punkt in der Fokusebene der ersten Konvexlinse. Wird das erfindungsgemäße Mittel in dieser Fokusebene positio ^¬ niert, so reichen schon sehr geringe Abmessungen innerhalb dieser Ebene aus, um das gesamte durch die Zwischenräume des Linsenarrays tretende Licht mittels des Mittels zu er- fassen.

Vorteilhafterweise kann das Mittel eine Licht absorbierende matte schwarze Fläche sein.

Dies stellt eine besonders einfach Möglichkeit dar, das auftreffende Licht durch Absorption aus dem Messsystem zu entfernen.

Vorteilhafterweise kann das Mittel ein n-seitiger, pyrami ^¬ denförmiger, auf den Außenflächen verspiegelter Spiegel sein .

Dies ermöglicht es, das auftreffende Licht durch Reflexion aus dem Strahlengang herauszulenken . Vorteilhafterweise kann das Mittel ein kegelförmiger, auf der Außenseite der Mantelfläche verspiegelter Spiegel sein.

Dies stellt eine weitere Möglichkeit dar, das auftreffende Licht aus dem Strahlengang herauszulenken . Vorteilhafterweise kann das Mittel ein zur optischen Achse geneigt angeordneter, planer Spiegel sein.

Ein so angeordneter planer Spiegel ermöglicht es, auf be ^¬ sonders einfache Weise das auftreffende Licht durch Refle ^¬ xion in eine ähnliche Richtung aus dem Strahlengang heraus- zulenken. Die plane, spiegelnde Fläche des Spiegels kann beispielsweise in einem Winkel zur optischen Achse angeord ^¬ net werden, der kleiner 90°, beispielsweise 45° beträgt.

Vorteilhafterweise kann das Linsenarray beidseitig mit ei ^¬ ner Antireflexschicht beschichtet sein.

Hierdurch wird der Anteil des Lichts, welcher an der Oberfläche des Linsensarrays reflektiert wird, reduziert und somit die Entstehung von störendem Streulicht vermieden.

Vorteilhafterweise kann das Messsystem Teil einer intraora ^¬ len dentalen Kamera sein. Intraorale dentale Kameras dürfen aufgrund ihres Anwen ^¬ dungsgebiets nicht zu groß oder zu schwer sein. Es ist da ^¬ her üblich für den optischen Messaufbau in der Kamera als Linsensarray Mikrolinsenarrays einzusetzen. Da solche Mik- rolinsenarrays aus herstellungstechnischen Gründen meist Lichtdurchlässige Zwischenräume zwischen den Linsen aufwei ^¬ sen und da das erfindungsgemäße Mittel auch für kleine Auf ^¬ bauten sehr gut geeignet ist, eignet es sich besonders für den Einsatz in intraoralen dentalen Kameras.

Vorteilhafterweise kann die intraorale dentale Kamera ein Griffteil, ein in eine Mundhöhle einbringbares Vorderteil und einen an einem freien Ende des Vorderteils angeordneten Strahlumlenker aufweisen.

Dies stellt eine übliche Ausgestaltung einer intraoralen dentalen Kamera dar, die für die Erzeugung von Aufnahmen von Zähnen im Mund eines Patienten ausgelegt ist. Eine er ^¬ findungsgemäße intraorale Kamera könnte aber beispielsweise auch ohne einen Strahlumlenker auskommen, beispielsweise, wenn der Sensor ausreichend klein ist oder nur Bilder der Schneidezähne erzeugt werden sollen.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur dreidimensionalen optischen Vermessung eines Objekts mittels eines optischen Messsystems, beispielsweise des im vorange ^¬ gangenen Beschriebenen. Gemäß dem Verfahren gelangen Beleuchtungsstrahlen zumindest durch ein Linsenarray und min- destens eine erste und eine zweite dem Linsenarray in Rich ^¬ tung einer Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen entlang eines Beleuchtungsstrahlengangs in der genannten Reihenfolge folgende Konvexlinse auf das Objekt. Ein Teil der Beleuchtungsstahlen wird im Bereich einer optischen Achse des optischen Messsystems, in einem Bereich in Aus ^¬ breitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen vor oder an der zweiten Konvexlinse absorbiert oder aus dem Beleuchtungs ^¬ strahlengang herausgelenkt.

Gerade bei der Verwendung von Linsenarrays mit lichtdurch- lässigen Zwischenräumen ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, störendes Licht, z.B. das durch die Zwischenräu ^¬ me tretende Licht, auf einfache Weise aus dem zur Vermes ^¬ sung verwendeten Strahlengang zu entfernen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die Fig. 1 ein als intraorale dentale Kamera ausgebildetes optisches Messsystem mit einem optischen konfokalen Messaufbau,

Fig. 2 einen Teil des optischen konfokalen Messaufbaus der in Fig. 1 dargestellten intraoralen dentalen

Kamera,

Fig. 3 eine weitere Anordnung eines Linsenarrays in einem optischen konfokalen Messsystem,

Fig. 4 einen Ausschnitt eines Linsenarrays, Fig. 5 zwei pyramidenförmige und einen kegelförmigen

Spiegel ,

Fig. 6 einen Teil eines optischen konfokalen Messsystems mit einem planen Spiegel als erfindungsgemäßes Mittel . Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt ein als intraorale dentale Kamera ausge ^¬ bildetes optisches Messsystem 1, mit einem Griffteil 14 und einem in die Mundhöhle eines Patienten einbringbaren Vorderteil 15. Der zentrale Teil der optischen Komponenten des optischen Messsystems 1 sind nochmals in Fig. 2 darge ^¬ stellt. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nur Teile von Strahlengängen in die dargestellten Messvorrichtungen eingezeichnet. Die zentralen Komponenten oder zumindest Teile davon könnten auch in einem von der in Fig. 1 abwei- chenden aufgebauten Messsystem 1 Verwendung finden, um ein erfindungsgemäßes Messsystem 1 zu erhalten.

Das von einer Lichtquelle 3 kommende Licht von Beleuch ^¬ tungsstrahlen 18 wird von einer Kollektorlinse 2 über einen Strahlteiler 4 als paralleles Lichtbündel senkrecht auf ein Linsenarray 5 projiziert. Das Licht der Lichtquelle 3 könnte auch über einen Licht ^¬ leiter, beispielsweise eine Glasfaser zur Kamera geleitet werden. Weiterhin wäre es auch möglich, dass Licht ohne die Umlenkung über den Strahlteiler 4 auf das Linsenarray 5 zu leiten. Es können alle bereits bekannten Lösungen für konfokale Messaufbauten, insbesondere die für intraorale Kame ^¬ ras geeigneten, verwendet werden.

Das Linsenarray 5 besteht aus mehreren Linsen 12, die bei ^¬ spielsweise eine runde Außenkontur aufweisen und in einer parallelen Packung angeordnet sein können, so dass zwischen den Linsen 12 Zwischenräume 13 bestehen. Ein solches Linsenarray 5 ist in Fig. 4 dargestellt. Das auf die Linsen 12 des Linsenarrays 5 treffende Licht der Beleuchtungsstrahlen 18 wird in mehrere im Wesentlichen parallel verlaufende Lichtstrahlen aufgeteilt.

Die Linsen 12 könnten auch hexagonal angeordnet sein oder eine elliptische Form aufweisen. Die Anordnung, wie auch die Anzahl der Linsen 12 und ihre Größe richtet sich im we ^¬ sentlichen nach der Art der Anwendung, beispielsweise nach der Größe des zu vermessenden Objekts und/oder nach der angestrebten Größe des optischen Messsystems 1.

Die Linsen 12 des Linsenarrays 5 erzeugen jeweils ein ver ^¬ kleinertes Abbild der Lichtquelle 3. Die Fokuspunkte der einzelnen Linsen 12 des Linsenarrays 5 werden mittels einer erste Konvexlinse 6 und einer zweiten Konvexlinse 8, die in dieser Reihenfolge in Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen 18 auf das Linsenarray 5 folgen, sowie optio ^¬ nal mittels weiterer optischer Komponenten auf ein Objekt 9 abgebildet, so dass auf dem Objekt 9 ein Feld aus Licht- punkten entsteht. Eine weitere optische Komponente kann beispielsweise ein Strahlumlenker 16 sein, wie er in Fig.l dargestellt ist. Vom Objekt 9 zurückgestreutes bzw. reflektiertes Licht durchläuft zumindest die zweite und die erste Konvexlinse 8, 6 sowie das Linsensarray 5 in zur Ausbreitungsrichtung der Beleuchtungsstrahlen 18 entgegengesetzter Richtung und wird beispielsweise, wie in Fig. 1 skizziert, über ein

Blendenarray bzw. eine Blendenplatte 21 auf eine Aufnahme ^¬ einheit 17 abgebildet.

Wird das erfindungsgemäßes Messsystem 1 beispielsweise als intraorale Dentalkamera eingesetzt, wie es hier im Ausfüh- rungsbeispiel in Fig. 1 dargestellt ist, so ist es beson ^¬ ders wichtig, dass das Linsensarray 5 möglichst klein ist, z.B. ein Mikrolinsenarray bzw. Mikrolinsenraster , da der gesamte Aufbau möglichst kleine Abmessungen haben sollte, damit er leicht mit einer Hand gehalten und zumindest teil- weise in einen Patientenmund eingeführt werden kann. Die

Anzahl der Linsen 12 richtet sich im wesentlichen nach der gewünschten Anzahl von Licht- bzw. Messpunkten bzw. der gewünschten Auflösung.

Die Zwischenräume 13 des Linsenarrays 5 weisen im Ausfüh- rungsbeispiel im eWsentlichen planparallele Oberflächen auf. Dadurch tritt senkrecht auftreffendes Licht der Be ^¬ leuchtungsstrahlen 18 ohne Richtungsänderung, im Wesentlichen ungebrochen und ungebeugt durch die Zwischenräume 13 hindurch, während das auf die Linsen 12 des Linsenarrays 5 treffende Licht durch die Brechkraft der Linsen 12 abge ^¬ lenkt wird. Während das auf die Linsen 12 treffende Licht im Folgenden mittels der weiteren Komponenten des Messsystems 1, insbesondere der ersten und zweiten Konvexlinse 6, 8, auf das Objekt 9 gelenkt und der vom Objekt 9 zurückge- streute bzw. reflektierte Teil dieses Lichts im Wesentli ^¬ chen entgegengesetzt zu den Beleuchtungsstrahlen 18 das Messsystem 1 durchläuft und auf die Aufnahmeeinheit 17 ab- gebildet wird, befindet sich das durch die Zwischenräume 13 tretende Licht als störendes Licht im System und beein ^¬ trächtigt die Abbildungsqualität des Messsystems 1.

Um dieses störende Licht aus dem Messsystem 1 zu entfernen, weist die zweite Konvexlinse 8 im Bereich um eine optische Achse 10 des Messsystems 1 eine Licht absorbierende Fläche als ein Mittel 7 auf. Beispielsweise kann dies eine matte schwarze Oberfläche sein. Licht, welches auf das Mittel 7 trifft, wird zumindest größtenteils absorbiert. Senkrecht auf das Linsensarray 5 treffendes Licht, welches durch die Zwischenräume 13 ungebrochen transmittiert wird, trifft senkrecht auf die erste Konvexlinse 6 auf, welche dieses fokussiert. Ist nun, wie in Fig. 2 dargestellt, die zweite Konvexlinse 8 im Bereich einer Fokusebene 11 der ersten Konvexlinse 6 angeordnet, so wird das ungebrochen durch das Linsenarray 5 tretende Licht im Bereich der opti ^¬ schen Achse 10 auf die zweite Konvexlinse 8 fokussiert, durch die in diesem Bereich als Mittel 7 angeordnete Licht absorbierende Fläche absorbiert und damit aus dem für die Vermessung des Objekts 9 verwendeten Strahlengang entfernt.

Eine weitere Möglichkeit, das durch die Zwischenräume 13 tretende Licht aus dem Strahlengang zu entfernen, ist, das Licht beispielsweise mittels einer reflektierenden Oberflä ^¬ che aus dem Messsystem 1 oder zumindest aus dem Strahlen- gang der Beleuchtungsstrahlen 18 heraus zu lenken.

Hierzu kann das Mittel 7 beispielsweise als Spiegel mit ei ^¬ ner vier-, drei- oder auch n-seitigen pyramidenförmigen o- der kegelförmigen verspiegelten Außenfläche mit einer in Richtung der ersten Konvexlinse 6 zeigenden Spitze und ei- ner vor der zweiten Konvexlinse 8 oder auf der Oberfläche der zweiten Konvexlinse 8 anordnenbaren Grundfläche ausge- bildet sein. Entsprechende Spiegelformen des Mittels 7 sind in Fig. 5 dargestellt.

Das erfindungsgemäße Mittel 7 kann auch als planer Spiegel ausgestaltet sein, der zur optischen Achse 10 des Messsys- tems 1 gekippt im Bereich der optischen Achse 10 in einem Abstand vor oder an der zweiten Konvexlinse 8 angeordnet ist, wodurch auftreffendes Licht aus dem Strahlengang herausgelenkt wird. Diese Variante ist in Fig. 6 skizziert.

Das aus dem Strahlengang herausgelenkte Licht kann dann an anderer Stelle außerhalb des Strahlengangs mittels eines Absorbers 19, also einem absorbierenden Mittel, entfernt werden. Dies hat den Vorteil, dass man hinsichtlich der Größe bzw. der Abmessungen des Absorbers 19 nicht so einge ^¬ schränkt ist, wie bei einer Absorption des Lichts innerhalb oder zumindest im Bereich des Strahlengangs des Messsystems 1.

Das aus dem Strahlengang herausgelenkte Licht könnte aber auch beispielsweise mittels weiterer optischer Komponenten aus dem gesamten Messsystem 1 heraus gelenkt werden. Ist das Linsenarray 5 wie in Fig. 2 dargestellt hinsicht ^¬ lich der optischen Achse 10 des Messsystems 1 so ausgerichtet, dass die optische Achse 10 des Messsystems 1 durch ei ^¬ nen Zwischenraum 13 des Linsenarrays 5 verläuft, so ist es möglich, nur Licht, welches durch die Zwischenräume 13 des Linsenarrays 5 tritt, von dem Mittel 7 aus dem Strahlengang zu entfernen, während das durch die Linsen 12 des Linsenarrays 5 tretende Licht am Mittel 7 vorbei auf das Objekt 9 abgebildet wird. Hierfür muss das Mittel 7 allerdings hin ^¬ sichtlich einer zur optischen Achse 10 senkrecht verlaufen- den Ebene so klein ausgebildet sein, dass die Strahlengänge aller durch die Linsen 12 des Linsenarrays 5 erzeugten Strahlen an dem Mittel 7 vorbeilaufen. In diesem Fall kön- nen alle durch die Linsen 12 des Linsenarrays 5 erzeugten Strahlen und Fokuspunkte zur Vermessung des Objekts 9 ver ^¬ wendet werden.

Wird das Linsenarray 5 so angeordnet, dass die optische Achse 10 durch eine der Linsen 12 des Linsenarrays 5 ver ^¬ läuft, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, so ist die Justie ^¬ rung des Linsenarrays 5 besonders einfach und zuverlässig möglich .

Dafür wird allerdings zusätzlich zu dem durch die Zwischen- räume 13 des Linsenarrays 5 tretenden Licht auch ein Teil des durch die Linsen 12 tretenden Lichts durch das Mittel 7 aus dem Strahlengang entfernt und die Linse 12 des Linsen ^¬ arrays 5, durch welche die optische Achse 10 des Messsys ^¬ tems 1 verläuft, erzeugt gar keinen oder zumindest einen hinsichtlich der LichtIntensität sehr eingeschränkten

Lichtpunkt auf dem Objekt 9.

Wird das erfindungsgemäße Messsystem 1 beispielsweise mit zur optischen Achse 10 hin leicht verkippten optischen Komponenten umgesetzt, um beispielsweise Rückreflexe der opti- sehen Komponenten aus dem zur Abbildung verwendeten Strahlengang des Messsystems 1 herauszubekommen, so kann es auch vorteilhaft sein, das Mittel 7 etwas zur optischen Achse 10 beabstandet anzuordnen. Das Mittel 7 könnte beispielsweise in einem Abstand von bis zu 1/6 eines Durchmessers (20) der ersten Konvexlinse angeordnet werden.

Dies könnte auch dann vorteilhaft sein, wenn das Mittel 7 in Ausbreitungsrichtung vor der Fokusebene 11 der ersten Konvexlinse 6 angeordnet wird. Es ist beispielsweise auch vorstellbar ist, dass das Mittel 7 in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse 10 einen Bereich überspannt, der zur optischen Achse 10 beabstandet ist und diese umgibt. Bezugs zeichenliste

1 Optisches Messsystem

2 Kollektorlinse

3 Lichtquelle

4 Strahlteiler

5 Linsenarray

6 Erste Konvexlinse

7 Mittel

8 Zweite Konvexlinse

9 Objekt

10 Optische Achse

11 Fokusebene der ersten Konvexlinse

12 Linse

13 Zwischenraum

14 Griffteil

15 In die Mundhöhle einbringbares Vorderteil

16 Strahlumlenker

17 Aufnahmeeinheit

18 Beleuchtungsstrahlen

19 Absorber

20 Durchmesser der ersten Konvexlinse

21 Blendenplatte