用于确定对象的材料特性的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定对象的材料特性、尤其是优选半透明对象的光学特性的方法。为了获得材料特性而无需费事的测量方法，建议为了确定所述材料特性利用参照物体的光谱分辨的数据计算利用共焦3D测量系统确定的对象的测量数据的光谱分辨的数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种 用于确定对象的材料特性，尤其是优选半透明对象如牙齿或下颚区域的光学特性的方法。
技术介绍
在对三维对象进行光学测量时，出于多种原因可能重要的是了解待测量区域的材料特性，尤其是光学特性。这既涉及表面的数据又涉及在半透明对象情况下关于体积中材料特性的信息。例如，对于由不同的材料组成的对象可能重要的是也以3D数据组不同地显示这些材料，或者应用与材料有关的滤光算法。同样，当已知分隔线的分布时，可以将专用的滤光器(或用于处理数据的算法)选择性地应用于待扫描对象内的材料边界。此外，对于嵌入在具有变化的几何形状的环境中的几何形状不变的对象可能重要的是借助对象的不同光学特性来分隔这些对象，只要这样的光学特性存在。除了使用材料特性来用于3D再现之外，还可以将对材料特性的确定例如用于显示材料隔间或者在牙齿区域中用于识别龋齿、发炎或合成填充物的状态(颜色，聚合度)。由DE-A-10 2007 019 267已知借助色散共聚技术对尤其是半透明对象进行3D测量。但是，所测量的光谱数据被用于确定多个测量点的z坐标。因此，z坐标的确定是与材料无关的。同样已知不同材料的光谱漫反射数据和光学特性(W0-A-2005/068953)。US-A-2010/0033719涉及用于确定组织的光学特性的方法和装置。为此借助共焦光谱仪逐点地从该组织的不同区域确定光谱照片，以从而达到关于该组织的反射和吸收特性的结论。DE-A-10 2006 007 172的主题是用于快速地、位置分辨地、平面地、光谱学地分析对象的方法和装置。在此使用针孔的光栅化的平面阵列。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务是提供一种用于确定对象的材料特性、尤其是光学特性的方法，优选在牙齿区域中的光学特性，而不需要费事的测量方法。还可以用结构简单的测量设备工作，所述测量设备使得可以进行简单的操作。为了解决该任务，本专利技术主要规定，为了确定材料特性利用参照物体的光谱分辨的数据计算用共焦3D测量系统确定的对象的测量数据的光谱分辨的数据，其中对测量点确定在测量系统至这些测量点(即所述对象)的距离相互不同时的多个光谱分辨的数据。在此，共焦3D测量系统尤其是共焦的色散3D测量系统，如在DE-A-10 2007 019267中可得出的，其公开内容明确地以及全部地包含于此。作为参照物体尤其是使用由高漫散射的材料如二氧化钛或漫反射板(Spektralon)制成的参照物体。根据本专利技术，人们使用每个测量点的通过3D扫描仪的光学原理光谱分辨的数据，以利用对材料特性和材料差异的知识，只要这些材料在其光学特性如折射率、各向异性因子、散射系数和吸收系数方面相互不同或还通过荧光相互不同。为此根据DE-A-10 2007 019 267使用至少一个光源，尤其是具有连续光谱的光源、用于产生多焦点照射图案的装置、具有大色差的用于将照射图案的焦点成像在对象上的物镜、 用于确定成像在对象的物镜上的焦点的波长光谱的检测装置，其中从相应的波长光谱中确定每个焦点的光谱的峰值位置，从该峰值位置中计算对象在成像射线方向(Z坐标)上的延伸。在此在共焦地经由物镜成像的焦点的平面中设置具有第一孔的第一孔图案，所述第一孔的几何布置与多焦点照射图案的几何布置相关。通过第一孔的位置预先给定在垂直于成像射线分布的平面中(X，Y坐标)焦点在对象上的位置，其中在这些孔中成像的焦点的波长光谱由检测装置获取。在此，每个在孔中成像的焦点的波长光谱通过后置的散射装置横向展开。此外，孔图案的第一孔与第二孔对应，其中第二孔的布置与多焦点照射图案的布置不同。由此散射的反射信号落在第二孔上；因为焦点经由物镜没有成像在第二孔中。由此作为测量方法既可以使用测量点中的直接返回反射(在包含菲涅尔分量的匹配的角度时)，在半透明对象的情况下与来自测量点的附近环境的散射的反射信号在测量孔境内叠加，也可以使用返回散射信号高达在例如5 μ m至3mm的范围内、优选10 μ m至200 μ m的小距离的空间移位的观察，或者使用这两个信号的组合。通过直接返回反射，也就是所成像的焦点之一的漫反射的辐射，尤其是可以推断粗糙度，也就是材料的漫散射特性；因为强烈的菲涅尔反射只在存在很小的粗糙度的地方才被获取到。从而根据由未被照射的点所确定的光谱可以得出关于体积散射的结论。通过共焦条件和色散光学元件，在每个Z深度处都是窄的波长范围占据主导。其它波长范围遭到抑制。在已知3D测量的Z深度情况下，可以计算出该效应，因为共焦光学元件的性能是已知的。但是，对于深度测量所需的该特性在对材料特性进行分析时会导致在受到抑制的波长范围内信噪比的恶化或者导致可使用光谱范围的限制。因此根据本专利技术建议，对于相同的测量点，但是在测量装置至对象的不同距离处确定多个光谱，以从而对这些光谱加权或者计算这些光谱的平均值。由此可以改善不利的信噪比。还要注意，可能引起光谱中的特定特性，例如通过非材料特性的影响导致的峰值的歪斜位置，例如表面的倾斜位置。这要经历特殊的分析，以避免错误地推断待确定的材料特性。在本专利技术的另一种突出的设计中规定，进行附加的、光学的、非共焦的测量以用于确定材料特性。这可以在已知的和从DE-A-10 2007 019 267中得到的装置中借助实现实时图像的产生的装置来执行。在存在一个或多个加性、非共焦的参照通道以例如用于在3D测量期间实现实时图像的情况下，可以将该一个或多个参照通道一起用于由光学特性确定材料。测量对象的全面照射可以经由一个或多个附加的光源来进行。如果附加光源的波长范围位于3D测量系统的波长范围之外，则达到两个测量系统的最大程度的互相独立。替换的，两个系统可以交替地测量。参照通道中的多个波长可以优选用不同LED或激光二极管的时间错开的交替接通来实现。光源的脉冲化与测量传感器的图像重复速率同步。由此在两个光源的情况下用相同的波长来照射每个第二图像。作为传感器可以尤其是在利用多个光源进行顺序照射的情况下使用单色传感器，或者使用彩色传感器，例如RGB芯片。还可以将多个单色传感器与合适的彩色分频器组合。附加的成像传感器可以具有自己的物镜地通过射线输出耦合定位在彩色物镜之前，或者在使用该彩色物镜来进行成像的条件下定位在该彩色物镜之后。还可以进行具有自己的光学成像的第二测量，该光学成像不与彩色物镜的光学成像共轴。如果将彩色物镜用于成像，则可以将彩色传感器定位成使得波长被清晰地成像并且提供结构分辨率。其它波长提供光谱信息，但是具有减小的空间分辨率。或者将多个单色传感器与合适的二色滤光器组合地使用，其中优选相应于彩色物镜的散射将传感器的各个轴向位置与相应的成像平面协调。选择性地还可以使用具有较高图像速率的单色传感器。例如可以将三个LED与帧速率同步。第一图像利用清晰的成像而提供结构分辨率，后续的图像有利于确定颜色。在此，对于最终分辨率起决定作用的是最不清晰的成像。有效的、可调的帧速率由于颜色通道的数量而减小。因为下式成立有效的帧速率=帧速率/颜色通道的数量。 根据应用，代替照射波长的改变可以选择由白光源和滤光轮构成的组合。当然在参照通道中使用合适的滤光器的条件下也可以使用荧光分析。表面的表面粗糙度或光滑度必要时可以经由多个帧(也就是图像)来确定，因为菲涅尔反射仅在测量系统的测量表面和光轴存在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T埃特尔，
申请(专利权)人：德固萨有限责任公司，
类型：
国别省市：