JP5102349B2 - 対象物の3次元測定のための配置および方法 - Google Patents
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Description
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
対象物(28)、特に半透明の対象物の少なくとも一部の3次元測定のための測定配置であって、
連続スペクトラムを有する1つの光源(10)と、
多焦点照射パターン(16)を生成するための1つの装置(14)と、
前記対象物の上の照射パターンの焦点を撮像する高色収差を有する1つの対物レンズ(18)と、
前記対物レンズによって前記対象物上へ共焦点的に撮像される焦点の波長スペクトラムを決定するためのCCDチップ検出器のような1つの検知器ユニット(40)と、
同じく、前記共焦点的に撮像された焦点と、検出器装置との間に配置される1つのスペクトル分散装置(34、36、38)とを具備し、
前記共焦点的に撮像された焦点の平面において、第1の穴(32)を有する穴の1つの第1のマトリックス(30)を配置し、それによって、前記第1の穴の幾何学的配置が、前記多焦点照射パターンの焦点の幾何学的配置に対応することを特徴とする測定配置。
[2]
前記分散装置(34、36、38)は、プリズムのような分散素子によって、前記検出器装置(40)上へ前記第1の穴(32)において撮像された焦点を撮像する光学システムを具備し、すべての焦点のそれぞれのスペクトルを横に広げることを特徴とする[1]の測定配置。
[3]
前記撮像する光学システムは、レンズまたはレンズシステムのような2つの光学システム(34、36))を備え、それらの間に位置する分散素子(38)を有していることを特徴とする[1]又は[2]の測定配置。
[4]
前記検出器装置(40)は、CCDチップセンサの部分であって、および、範囲に配置されるピクセルを備え、
前記スペクトル分散装置(34、36、38)は、前記穴の第1のマトリックス(30)に対して配置され、および/または、検出器装置は、オーバーラップなしで横に広げられたスペクトルがピクセル表面にぶつかるような方法で、分散装置に対して配置されていることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−3]の測定配置。
[5]
広がったスペクトラムは、連続的に横に広がるスペクトラムが、いかなる自由なピクセルなしで互いに接触するような方法でピクセル表面上にぶつかることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−4]の測定配置。
[6]
前記多焦点照射パターン(16)を生成するためのマイクロレンズアレイ(14)は、前記対物レンズ(18)の光源側に延びている第1の焦点の平面内で前記光源(10)のあとに配置されることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−5]の測定配置。
[7]
穴の配置された第2のマトリックスは、前記対物レンズ(18)の前記第1の焦点面に配置され、
その穴において、前記多焦点照射パターンの焦点は、撮像されることができ、または、その穴は、前記多焦点照射パターンを規定することを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−6]の測定配置。
[8]
前記対物レンズ(28)と、前記検出器装置(40)との間に、穴の第1のマトリックス(30)上へ光を偏向させる第1のビームスプリッタ(24)は、配置されることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−7]の測定配置。
[9]
前記測定配置は、前記対象物(28)を照らしている1つの第2の光源(64)を備えていることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−8]の測定配置
[10]
前記第2の光源(64)のスペクトル域は、前記第1の光源(10)の波長範囲の外であり、基本的に前記対象物(28)の形状を取得するために評価されることができることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−9]の測定配置。
[11]
前記第1のビームスプリッタ(24)と、対物レンズ(18)との間に、1つの第2のビームスプリッタ(66)が配置され、それを介して、前記対象物(28)を撮像している前記第2の光源(64)の光は、取得装置(62)上へ撮像されることができることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−10]の測定配置。
[12]
前記取得装置(62)は、カメラであることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−11]の測定配置。
[13]
前記第2のビームスプリッタ(66)は、焦点の共焦イメージングのための光の高透過率、および、前記第2の光源(64)の光に対して高反射を確保する光学設計のものであることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−12]の測定配置。
[14]
前記第2のビームスプリッタ(6)は、ダイクロイックフィルタであることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−13]の測定配置。
[15]
穴の前記第1のマトリックス(30)は、第1の穴(32)と関連していて、および、測定結果のバックグラウンドを決定することを予定される第2の穴(54)を備えていることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−14]の測定配置。
[16]
前記対物レンズ(18)と、前記対象物(28)との間に、ビーム偏向装置(26)を配置されることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−15]の測定配置。
[17]
前記ビーム偏向装置(26)を有する前記対物レンズ(18)は、口腔内で使用される測定配置のセクションであることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−16]の測定配置。
[18]
前記第1の光源(10)は、ハロゲンランプであることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−17]の測定配置。
[19]
前記第1の光源(10)は、白色光LEDまたはいくつかの着色したLEDを具備するかまたはそれらから成ることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−18]の測定配置。
[20]
前記第1の光源(10)の放射は、平行光学システム(12)の焦点面に位置づけられる出口端部を有するファイバ−光学部品の光ガイドを介して送られることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−19]の測定配置。
[21]
前記第1の光源(10)の放射は、ファイバ−光学部品の光ガイドを介して送られることができ、
その出口端部は、前記対物レンズ(18)の第1の物体平面において位置づけられ、
それで、それ自身は、マイクロレンズアレイの焦点の代わりに、照射パターンの焦点を形成することを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−20]の測定配置。
[22]
第1の光源(10)の放射は、1つのまたはいくつかのファイバ−光学部品光ガイドを介して送られ、
その出口端部は、平行光学システム(12)の焦点面に位置づけられ、そのあとに、ファイバ−光学部品の光ガイドの平行ビームがマイクロレンズアレイ(14)に到達することを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−21]の測定配置。
[23]
前記第1の光源(10)の放射は、前記対物レンズ(18)の第1の物体平面において位置される出口端部を有するファイバ−光学部品の光ガイドを介して送られることができることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−22]の測定配置。
[24]
マイクロレンズアレイ(14)、穴の第1のマトリックス(30)、および、第1のビームスパッタ(24)は、単一の構造上の素子として実施されることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−23]の測定配置。
[25]
前記ユニットは、立体形状にされたジオメトリを備えていることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−24]の測定配置。
[26]
少なくとも1つの平行平面板(70、72)は、前記第1のビームスプリッタ(24)と、前記対物レンズ(18)との間に配置されたものであり、および、前記平行平面板は、プレートによって規定される平面に走る2つの軸を中心に回転可能で実施されることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−25]の測定配置。
[27]
偏向ミラーのような前記偏向装置(26)は、移動可能で、および/または、傾斜可能であるように実施されることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−26]の測定配置。
[28]
測定ビームの光路は、平行平面板(56)を光路に挿入して、変わられることができることを特徴とする少なくとも1つの先行する[1−27]の測定配置。
[29]
対象物、特に、歯の少なくともセクションのような半透明な対象物の少なくとも1つのセクションの形状を測定する方法であって、
連続スペクトラムを有する光を生成するための1つの光源と、
多焦点照射パターンを生成するための1つの装置と、
対象物の上の照射パターンの焦点を撮像する高色収差を有する1つの対物レンズと、
前記対物レンズによって対象物上へ共焦点的に撮像される焦点の波長スペクトラムを決定する1つの検出器装置と、を使用し、
それによって、すべての焦点のスペクトルのピーク位置は、それぞれの波長スペクトラムの各々において決定され、それでイメージングビームの方向(z座標)に沿って対象物の範囲を計算され、
共焦点的に撮像された焦点の平面に、第1の穴を有する穴のマトリックスが配置され、その幾何学的配置が、多焦点照射パターンの配置と相関し、
第1の穴の位置は、イメージングビームに対して垂直に延びている平面(×、Y座標)の対象物上の焦点の位置を規定し、それによって、穴において撮像される焦点の波長スペクトルは、同時に検出器装置によって取得されることを特徴とする方法。
[30]
穴において撮像されるすべての単焦点の波長スペクトルは、穴の第1のマトリックスの下流に配置される分散装置を使用して横に広げられることを特徴とする[29]の方法。
[31]
前記検出器装置は、波長スペクトラムを取得するために、ピクセル範囲、および/または、分散装置が、焦点の波長スペクトラムが何らオーバーラップなくピクセル表面にぶつかる第1の穴に撮像される傾角を有する穴の第1のマトリックスに対して配置される、CCDセンサのピクセル範囲を具備することを特徴とする[29]または[30]の方法。
[32]
ピクセル表面、および/または、分散装置は、第1の穴において撮像される焦点の波長スペクトラムが何ら自由なピクセルなしで互いに接触するような方法で穴の第1のマトリックスに対して傾いて配置されることを特徴とする[29〜31]の少なくとも1の方法。
[33]
焦点の第1のスペクトルは、決定され、
光学素子は、ビーム経路の経路の長さが焦点の光路に配置されて変わり、
第2のスペクトルは、変えられたビーム経路で焦点から決定され、
スペクトルは、互いから減算され、および、
1つの反対符号を有する結果として生じる等しいピークから焦点の光の波長を決定することを特徴とする少なくとも1つの[29]の方法。
[34]
第1の穴と関連している第2の穴に到達する光のスペクトルを決定することによって、焦点のスペクトルのバックグラウンドのスペクトルカーブを決定し、
それによって、第2の穴の配置は、多焦点照射パターンの配置から外れることを特徴とする[29〜33]の少なくとも1の方法。
[35]
1つの第1の穴と関連しているいくつかの第2の穴の光のスペクトルは、バックグラウンドを決定するために平均化されることを特徴とする[29〜34]の少なくとも1の方法。
[36]
前記対象物は、口腔内で測定されることを特徴とする[29〜35]の少なくとも1の方法。
[37]
前記対象物を測定するために、前記対象物のセクションは、次々と測定され、
それによって次のセクションは、それがセクションのサイズの50%と、95%との間で構成する共通のサブセクションを備えていることを特徴とする[29〜36]の少なくとも1の方法。
[38]
前記対象物の少なくとも1つのセクションの形状を決定するために、前記サブセクションは、1秒あたり25画像と、50画像との間のフレームレートによって、続いて記録されることを特徴とする[29〜37]の少なくとも1の方法。
[39]
前記セクションを撮像するために、前記対象物と、前記対物レンズとの間に配置される偏向装置は、動かされることを特徴とする[29〜38]の少なくとも1の方法。
[40]
前記セクションを撮像するために、前記偏向装置、および、前記対象物は、ユニットとして動かされることを特徴とする[29〜39]の少なくとも1の方法。
[41]
前記セクションを測定するために、前記多焦点照射パターンは、動かされ、および、穴の第1のマトリックスは、同期をとって、動かされることを特徴とする[29〜40]の少なくとも1の方法。
[42]
前記対象物は、CCDチップのような画像−取得装置上へ撮像され、
それによって、スペクトル領域を撮像することが選択され、前記対象物に撮像される照射パターンが焦点がずれて撮像されることを特徴とする[29〜41]の少なくとも1つの方法。
Claims (32)
- 対象物(28)の少なくとも一部の3次元測定のための測定配置であって、
連続スペクトラムを有する1つの光源(10)と、
多焦点照射パターン(16)を生成するための1つの装置(14)と、
前記対象物の上の照射パターンの焦点を撮像する高色収差を有する1つの対物レンズ(18)と、
前記対物レンズによって前記対象物上へ共焦点的に撮像される焦点の波長スペクトラムを決定するための1つの検知器ユニット(40)と、
同じく、前記共焦点的に撮像された焦点と、検出器装置との間に配置される1つのスペクトル分散装置(34、36、38)とを具備し、
前記共焦点的に撮像された焦点の平面において、第1の穴(32)を有する穴の1つの第1のマトリックス(30)を配置し、それによって、前記第1の穴の幾何学的配置が、前記多焦点照射パターンの焦点の幾何学的配置に対応することを特徴とする測定配置。 - 前記分散装置(34、36、38)は、分散素子によって、前記検出器装置(40)上へ前記第1の穴(32)において撮像された焦点を撮像する光学システムを具備し、すべての焦点のそれぞれのスペクトルを横に広げることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 前記撮像する光学システムは、2つの光学システム(34、36))を備え、それらの間に位置する分散素子(38)を有していることを特徴とする請求項2の測定配置。
- 前記検出器装置(40)は、CCDチップセンサの範囲に配置されるピクセルを備え、
前記スペクトル分散装置(34、36、38)は、前記穴の第1のマトリックス(30)に対して配置され、および/または、検出器装置は、オーバーラップなしで横に広げられたスペクトルがピクセル表面にぶつかるような方法で、分散装置に対して配置されていることを特徴とする請求項1の測定配置。 - 広がったスペクトラムは、連続的に横に広がるスペクトラムが、いかなる自由なピクセルなしで互いに接触するような方法でピクセル表面上にぶつかることを特徴とする請求項2の測定配置。
- 前記多焦点照射パターン(16)を生成するためのマイクロレンズアレイ(14)は、前記対物レンズ(18)の光源側に延びている第1の焦点の平面内で前記光源(10)のあとに配置されることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 穴の配置された第2のマトリックスは、前記対物レンズ(18)の前記第1の焦点面に配置され、
その穴において、前記多焦点照射パターンの焦点は、撮像されることができ、または、その穴は、前記多焦点照射パターンを規定することを特徴とする請求項1の測定配置。 - 前記対物レンズ(28)と、前記検出器装置(40)との間に、穴の第1のマトリックス(30)上へ光を偏向させる第1のビームスプリッタ(24)は、配置されることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 前記測定配置は、前記対象物(28)を照らしている1つの第2の光源(64)を備えていることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 前記第2の光源(64)のスペクトル域は、前記第1の光源(10)の波長範囲の外であり、基本的に前記対象物(28)の形状を取得するために評価されることができることを特徴とする請求項9の測定配置。
- 前記第1のビームスプリッタ(24)と、対物レンズ(18)との間に、1つの第2のビームスプリッタ(66)が配置され、それを介して、前記対象物(28)を撮像している前記第2の光源(64)の光は、取得装置(62)上へ撮像されることができることを特徴とする請求項8の測定配置。
- 前記取得装置(62)は、カメラであることを特徴とする請求項11の測定配置。
- 前記第2のビームスプリッタ(66)は、焦点の共焦イメージングのための光の高透過率、および、前記第2の光源(64)の光に対して高反射を確保する光学設計のものであることを特徴とする請求項11の測定配置。
- 前記第2のビームスプリッタ(6)は、ダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項11の測定配置。
- 穴の前記第1のマトリックス(30)は、第1の穴(32)と関連していて、および、測定結果のバックグラウンドを決定することを予定される第2の穴(54)を備えていることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 前記対物レンズ(18)と、前記対象物(28)との間に、ビーム偏向装置(26)を配置されることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 前記ビーム偏向装置(26)を有する前記対物レンズ(18)は、口腔内で使用される測定配置のセクションであることを特徴とする請求項16の測定配置。
- 前記第1の光源(10)は、ハロゲンランプであることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 前記第1の光源(10)は、白色光LEDまたはいくつかの着色したLEDを具備するかまたはそれらから成ることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 前記第1の光源(10)の放射は、平行光学システム(12)の焦点面に位置づけられる出口端部を有するファイバ−光学部品の光ガイドを介して送られることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 前記第1の光源(10)の放射は、ファイバ−光学部品の光ガイドを介して送られることができ、
その出口端部は、前記対物レンズ(18)の第1の物体平面において位置づけられ、
それで、それ自身は、マイクロレンズアレイの焦点の代わりに、照射パターンの焦点を形成することを特徴とする請求項1の測定配置。 - 第1の光源(10)の放射は、1つのまたはいくつかのファイバ−光学部品光ガイドを介して送られ、
その出口端部は、平行光学システム(12)の焦点面に位置づけられ、そのあとに、ファイバ−光学部品の光ガイドの平行ビームがマイクロレンズアレイ(14)に到達することを特徴とする請求項1の測定配置。 - 前記第1の光源(10)の放射は、前記対物レンズ(18)の第1の物体平面において位置される出口端部を有するファイバ−光学部品の光ガイドを介して送られることができることを特徴とする請求項1の測定配置。
- マイクロレンズアレイ(14)、穴の第1のマトリックス(30)、および、第1のビームスパッタ(24)は、単一の構造上の素子として実施されることを特徴とする請求項6の測定配置。
- 少なくとも1つの平行平面板(70、72)は、前記第1のビームスプリッタ(24)と、前記対物レンズ(18)との間に配置されたものであり、および、前記平行平面板は、プレートによって規定される平面に走る2つの軸を中心に回転可能で実施されることを特徴とする請求項8の測定配置。
- 前記ビーム偏向装置(26)は、移動可能で、および/または、傾斜可能であるように実施されることを特徴とする請求項16の測定配置。
- 測定ビームの光路は、平行平面板(56)を光路に挿入して、変わられることができることを特徴とする請求項1の測定配置。
- 前記対象物(28)は、半透明である請求項1の測定配置。
- 前記検知器ユニット(40)は、CCDチップ検出器である請求項1の測定配置。
- 前記分散素子は、プリズムである請求項2の測定配置。
- 前記光学システムは、レンズまたはレンズシステムである請求項3の測定装置。
- 前記ビーム偏向装置(26)は、偏向ミラーである請求項26の測定配置。
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