專利名稱：用于物體的三維測(cè)量的測(cè)量組件和方法
用于物體的三維測(cè)量的測(cè)量組件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于物體、尤其是半透明物體的至少 一部分的三 維測(cè)量的測(cè)量組件，包括帶有連續(xù)光譜的光源、用于產(chǎn)生多焦
(multifokalen)照明圖案(Beleuchtungsmuster)的裝置、帶有大色像差 (chromatische Aberration,有時(shí)或稱色差)用于將照明圖案的焦點(diǎn)成像 (abbilden)到物體上的物鏡、用于確定通過(guò)物鏡共焦地成像在物體上的 焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜的檢測(cè)單元(例如CCD面檢測(cè)器)，以及布置在共焦地 被成像的焦點(diǎn)和檢測(cè)裝置之間的光語(yǔ)色散裝置。
此外，本發(fā)明還涉及一種通過(guò)使用用于產(chǎn)生帶有連續(xù)光譜的光線 的光源、用于產(chǎn)生多焦照明圖案的裝置、帶有大色像差用于將照明圖 案的焦點(diǎn)成像到物體上的物鏡、用于確定通過(guò)物鏡共焦地成像在物體 上的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜的檢測(cè)裝置以用于物體尤其是半透明物體的至 少一截段(例如牙齒的至少一截段)的形狀的測(cè)量的方法，其中，基于 相應(yīng)的波長(zhǎng)光譜確定每個(gè)焦點(diǎn)的光譜峰值位置(Peaklage)，從其中計(jì)算 在成像光束方向上(Z-坐標(biāo))的物體的延伸(Erstreckung)。
在許多技術(shù)領(lǐng)域中，必須確定也就是說(shuō)測(cè)量物體的三維結(jié)構(gòu)。其 中包括對(duì)于假牙制作而言所必需的牙齒形狀的確定。如果根據(jù)常規(guī)方 法借助石膏復(fù)制來(lái)制作牙齒仿制品，則須致力于拋棄相應(yīng)的傳統(tǒng)的方 法而以無(wú)接觸的方式來(lái)確定牙齒形狀的幾何尺寸。
由現(xiàn)有技術(shù)可知很多用于獲取形體三維結(jié)構(gòu)的方法。如果使用光 學(xué)方法，則應(yīng)該提及條紋投影方法或者說(shuō)相移方法、光學(xué)相干斷層攝 像或全息攝像。在牙科技術(shù)領(lǐng)域中，相移方法已經(jīng)得到應(yīng)用。
但已證實(shí)，相應(yīng)的光學(xué)方法尤其是在強(qiáng)散射的物體情形下(例如其 用于牙齒時(shí)就是這種情況)，不能顯示出所期望的結(jié)果。在條紋投影方法中，散射例如會(huì)導(dǎo)致條紋模糊且因此導(dǎo)致分辨率降低。
如下方法也是已知的，在該方法中在使用共焦成像情形下不是整 個(gè)物體而僅在 一 定區(qū)域中以 一 個(gè)清晰的焦點(diǎn)或若干個(gè)焦點(diǎn)而#皮照射。
為了拍攝完整的二維圖像，該一個(gè)焦點(diǎn)或多個(gè)焦點(diǎn)須掃描越過(guò)該物 體。如果要獲取三維結(jié)構(gòu)，則須軸向移動(dòng)焦平面。
備選地可使用合適的帶有高度地依賴于波長(zhǎng)的焦距的光學(xué)系統(tǒng)
的寬帶光源以用于該一個(gè)焦點(diǎn)或多個(gè)焦點(diǎn)的成^f象。由此，焦點(diǎn)依賴于 波長(zhǎng)在到物鏡的不同距離處被清晰地成像。在焦點(diǎn)通過(guò)物鏡反向地成 像之后，在相應(yīng)的物距下被清晰地成像的顏色的焦平面中可檢測(cè)強(qiáng)度
最大值(Intensitaetsmaximum)。因此，通過(guò)確定光譜峰值位置可確定在 該點(diǎn)上物體至物鏡的距離且因此最終確定物體的三維結(jié)構(gòu)。在此，通 過(guò)光譜計(jì)以點(diǎn)方式或通過(guò)帶有攝像機(jī)芯片的線光譜計(jì)以線方式實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)。
由文件EP-B-0 321 529可知一種用于測(cè)量帶有大色#^差的物#:和 物體之間距離的測(cè)量組件。使用布置在具有入口狹縫的光譜色散儀之 前的黑白CCD面才聶l象機(jī)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。由此，針對(duì)每個(gè)點(diǎn)的波長(zhǎng)信息 都被轉(zhuǎn)換成位置信息，以便獲得物體表面的輪廓圖像。
文件EP-B-0 466 979涉及一種用于同步共焦地產(chǎn)生圖像的裝置。 為此，通過(guò)孔光柵光圈(例如尼普柯夫圓盤)產(chǎn)生被聚焦地成像到物體 上的光點(diǎn)。CCD陣列攝像機(jī)被用作檢測(cè)單元。
由文件DE-A-102 42 374可知一種帶有成像光學(xué)系統(tǒng)(該成像光學(xué) 系統(tǒng)帶有色像差)的共焦的距離傳感器，其被用于電子領(lǐng)域中的檢查。 作為光源，可使用帶有數(shù)個(gè)點(diǎn)光源的這樣的光源。作為光線接收器使 用點(diǎn)檢測(cè)器，其中，每個(gè)點(diǎn)檢測(cè)器與一個(gè)點(diǎn)光源彼此相關(guān)聯(lián)且被布置 成4皮此共焦。
由文件DE-A-103 21 885可知一種利用彩色深度分裂用于物體的 三維測(cè)量的共焦測(cè)量組件，在該組件中借助于微透鏡陣列產(chǎn)生大量焦 點(diǎn)并將其成像到物體上。反射光線被返回聚焦到微透鏡焦點(diǎn)的平面中。通過(guò)該裝置可測(cè)量被測(cè)物體的二維或三維纟鼓觀輪廓或二維或三維 的透明度或反射率輪廓。
本發(fā)明的目的在于，如此地改進(jìn)用于尤其是半透明的、例如牙齒 等的物體的形狀的三維確定的測(cè)量組件和方法，即，即使在運(yùn)動(dòng)的物
體的情形下也可在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)生成具有高精度的表面輪廓。尤 其地應(yīng)可測(cè)量散射的或強(qiáng)散射的、提供非常高的白光背景的物體，從 而使得在牙醫(yī)或牙科技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用也成為可能。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，先前所述類型的測(cè)量組件主要作如下設(shè)置，即， 在共焦地被成像的焦點(diǎn)的平面中布置有帶有第一多個(gè)孔的第一孔圖
案(Lochmuster)，其中，第一多個(gè)孔的幾何布置與多焦照明圖案的焦點(diǎn) 的幾何布置相對(duì)應(yīng)(entsprechen)。
不同于已知組件，在具有大的色像差的物鏡的焦平面(轟擊 (auftreffen)在物體上的焦點(diǎn)成像在該焦平面處)中布置有孔圖案或針孔 陣列，因此，照明圖案被反向地從被測(cè)物體共焦地成像到該孔圖案或 針孔陣列上。在此，第一孔圖案的第一多個(gè)孔的幾何關(guān)系如此地相對(duì) 于照明圖案而調(diào)整，即，實(shí)現(xiàn)明確的分配，以4吏得由此可將垂直于穿 過(guò)物鏡的光路而伸延的平面中的位置坐標(biāo)分配給孔圖案的孔中的焦 點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，在面上分布的多個(gè)孔或針孔布置在物鏡的焦平面 中，照明圖案被從物體反向地共焦地成像到其中。在此，被成像在物 體上的焦點(diǎn)以依賴于波長(zhǎng)并依賴于物鏡和物體之間的距離的方式而 被成像到針孔中，然后通過(guò)檢測(cè)裝置以光譜的方式讀取焦點(diǎn)。在此， 根據(jù)本發(fā)明尤其地作如下設(shè)置，即，在光譜線轟擊到檢測(cè)裝置的像素 上之前，檢測(cè)裝置上游的色散裝置將成像在相應(yīng)的孔中的焦點(diǎn)的光譜 線(Spektrallinien)橫向地?cái)U(kuò)展開(kāi)(aufspreizen)。對(duì)此作如下設(shè)置，即， 檢測(cè)裝置包括布置在面中的CCD面?zhèn)鞲衅鞯南袼?，其中，色散裝置 相對(duì)第一孔圖案或檢測(cè)裝置如此地相對(duì)傾斜地伸延，即，使得可將被橫向地?cái)U(kuò)展開(kāi)的光譜無(wú)重疊地成像在像素面上。在此，尤其地作如下 設(shè)置，即，使得被擴(kuò)展開(kāi)的光譜如此地轟擊到像素面上，即，相繼地
橫向地被擴(kuò)展開(kāi)的光譜無(wú)像素地過(guò)渡到彼此中(pixelfrei ineinander uebergehen)。
關(guān)于光譜色散裝置的傾斜須作如下說(shuō)明。光譜色散裝置的光譜擴(kuò) 展方向與相鄰點(diǎn)的連接線構(gòu)成例如6.5。的角度，以使得可供光譜擴(kuò)張 和評(píng)價(jià)所用的像素線段大于相鄰針孔間的距離。光i普色散裝置(例如色 散棱鏡)之后的光軸的傾斜為例如15°。
因此，根據(jù)本發(fā)明建議了一種色彩測(cè)量單元(Farbmesseinheit),其 包括用于沿著一直線的每個(gè)針孔的光線的光譜擴(kuò)展的色散元件和在 其上成像有被以光譜的方式擴(kuò)展開(kāi)的測(cè)量點(diǎn)的CCD芯片。因此得出 與線光鐠計(jì)相似的但帶有如下區(qū)別的裝置，即，測(cè)量點(diǎn)并不是布置在 線上而是均勻地布置在整個(gè)測(cè)量面上。針孔陣列的各個(gè)孔與線光譜計(jì) 的長(zhǎng)狹縫相對(duì)應(yīng)。
在此，照明圖案如此地-故與色彩測(cè)量單元相協(xié)調(diào)，也就是"i兌，如 此地被選擇，即，使得各個(gè)焦點(diǎn)之間的空隙被用于光線的光譜分解和 沿直線的測(cè)量。
相應(yīng)于照明圖案通過(guò)圖像拍攝得到若干在測(cè)量場(chǎng)上分布的網(wǎng)格 點(diǎn)，也就是測(cè)量點(diǎn)。如果網(wǎng)格點(diǎn)間的距離大于所要求的分辨率，須相 應(yīng)地移動(dòng)照明圖案。這可通過(guò)測(cè)量組件中的合適的光學(xué)元件(例如平面 平行板(planparallele Platte))或是通過(guò)測(cè)量組件自身的連續(xù)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí) 現(xiàn)，其中，將所產(chǎn)生的單張圖像結(jié)合成總的圖像。
如果孔圖案或在針孔陣列中的多個(gè)孔的布置可給出在垂直于穿 過(guò)物鏡的光路而伸延的平面中的位置坐標(biāo)，則所須的高度信息可作為 Z坐標(biāo)軸而通過(guò)成像在相應(yīng)的孔中的焦點(diǎn)的光譜評(píng)價(jià)而被確定，因?yàn)椋?焦點(diǎn)依賴于波長(zhǎng)在離物鏡的不同距離處被清晰地成像且僅有這樣的 焦點(diǎn)被成像到針孔陣列的孔中 一 一 這種焦點(diǎn)在其 一側(cè)被成像到物體 上。
ii為了產(chǎn)生照明圖案，可例如作如下設(shè)置，即，微透鏡陣列布置在 光源之后，用于在物鏡的在光源側(cè)伸延的第 一焦平面中產(chǎn)生多焦照明 圖案。但是，也可以將這樣的第二孔圖案布置在物鏡的第一焦平面中， 即，多焦照明圖案的焦點(diǎn)可被成像到該第二孔圖案的多個(gè)孔中，或者， 該第二孔圖案的多個(gè)孔本身限定了該多焦照明圖案。
為了將焦點(diǎn)成像到第一孔圖案的平面中，在物鏡和檢測(cè)裝置之間
布置有第一分束器(Strahlteiler)。另外，第二分束器可布置在物鏡和照 明圖案之間，尤其是在物鏡和第一分束器之間，以便獲得物體的實(shí)時(shí) 圖像(Live-Bild)。在此，優(yōu)選地作如下設(shè)置，即，利用第二光源來(lái)照 射物體，其中，第二光源的光譜范圍同樣可位于第一光源的波長(zhǎng)范圍
之外，該波長(zhǎng)范圍主要可被評(píng)價(jià)以用于物體的形狀獲取。實(shí)時(shí)圖像可 通過(guò)攝像機(jī)而被拍攝。
與此無(wú)關(guān)地，第二分束器應(yīng)在光學(xué)上如此地設(shè)計(jì)，即，得到針對(duì) 用于焦點(diǎn)的共焦成像的光的高透射。如果使用位于第 一光源波長(zhǎng)范圍 外的光譜范圍來(lái)生成實(shí)時(shí)圖像，則第二分束器優(yōu)選地為二向性濾光器 (dichroitischer Filter),其除了對(duì)第一照明源的光的高透射外還具有對(duì) 第二光源的光的高反射。為了獲得盡可能清晰的實(shí)時(shí)圖像，有利的是， 拍攝所用的光譜范圍盡可能地為窄帶的，這可通過(guò)使用布置在攝像機(jī) 或攝像機(jī)芯片之前的濾譜器和/或通過(guò)使用窄帶式的第二光源來(lái)實(shí)現(xiàn)。
但需說(shuō)明的是，使用第二光源并不是強(qiáng)制必須的。相反，成像在 物體上的焦點(diǎn)可能已足夠用于產(chǎn)生實(shí)時(shí)圖像。
在本發(fā)明的改進(jìn)方案中可作如下設(shè)置，即，第一孔圖案具有與第 一多個(gè)孔相關(guān)聯(lián)的用于測(cè)量結(jié)果的背景確定的第二多個(gè)孔，其位于照 明圖案外。
為了得到緊湊的結(jié)構(gòu)單元可作如下設(shè)置，即，在物鏡和物體之間 設(shè)置有光束轉(zhuǎn)向裝置(例如鏡子)，從而得到構(gòu)造上簡(jiǎn)單的、用于該測(cè) 量組件在口腔內(nèi)的使用的結(jié)構(gòu)形式。
第一光源尤其地為卣素?zé)簟５?，也可使用白光LED或若千個(gè)彩色LED。
備選地存在如下可能性，即，第一光源的輻射可通過(guò)這樣的光導(dǎo) 體而被供應(yīng)，即，其退耦端(Auskoppelende,有時(shí)或稱輸出端)位于物鏡 的第 一物平面中且因此作為微透鏡陣列的焦點(diǎn)的替代而自身表現(xiàn)為 焦點(diǎn)。備選地，優(yōu)選地一個(gè)光導(dǎo)體的退耦端位于平行一交正光學(xué)系統(tǒng)的 焦平面中，其后被平行校正的光導(dǎo)體光束落到微透鏡陣列上。
為了實(shí)現(xiàn)圖像樣片和第一孔圖案及布置在它們之間的第一分束 器的明確的幾何關(guān)系，作如下設(shè)置，即，微透鏡陣列、第一孔圖案和 第一分束器構(gòu)造成一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。在此，尤其地得出立方體幾何形狀。
為了能以方便的方式測(cè)量物體的不同的部分區(qū)域，在第一分束器 和物鏡之間布置有可相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)平面平行板。尤 其地，在存在一平面平行板時(shí)，其布置成可繞兩個(gè)在由平板所張成 (aufgespannt)的平面中伸延的軸而轉(zhuǎn)動(dòng)。
轉(zhuǎn)向裝置(例如轉(zhuǎn)向鏡)也可被可移動(dòng)地或可轉(zhuǎn)動(dòng)地布置以便測(cè)量 物體的不同的部分區(qū)域。
開(kāi)頭所述類型的方法因如下原因而出眾，即，在共焦地被成像的 焦點(diǎn)的平面中布置有帶有第一多個(gè)孔的第一孔圖案，其幾何布置與多 焦照明圖案的幾何布置相關(guān)，并且，通過(guò)第一多個(gè)孔的位置來(lái)定義垂 直于成像光束而伸延的平面(X-， Y-坐標(biāo))中的物體上的焦點(diǎn)的位置， 其中，成像在孔中的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜同時(shí)被檢測(cè)裝置所獲取。
在此作如下設(shè)置，即，利用布置在第一孔圖案下游的色散裝置將 每個(gè)成像在孔中的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光i普橫向地?cái)U(kuò)展開(kāi)。
本發(fā)明尤其建議，檢測(cè)裝置具有獲取波長(zhǎng)光譜的CCD傳感器的 像素面，像素面和/或色散裝置相對(duì)于第一孔圖案如此地傾斜地取向， 即，使得成像在第一多個(gè)孔中的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜無(wú)重疊地轟擊在像素 面上。
在此應(yīng)如此地進(jìn)行像素面和色散裝置相對(duì)于第一孔圖案的取向， 即，使得成像在第一多個(gè)孔中的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜無(wú)重疊地過(guò)渡到彼此中。
為了在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)并以所需的精度來(lái)確定被清晰地成像在各 個(gè)孔中的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)，作如下設(shè)置，即，由焦點(diǎn)獲得第一光譜，改變 光路路徑長(zhǎng)度的光學(xué)元件被布置到焦點(diǎn)的光路中，獲得帶有改變的光 路的焦點(diǎn)的第二光譜，將這兩個(gè)光譜彼此相減且基于所產(chǎn)生的不同符 號(hào)的相等的峰值來(lái)確定焦點(diǎn)光輻射的波長(zhǎng)。
根據(jù)另外的用于確定代表焦點(diǎn)的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍特征的測(cè)量曲 線中的峰值的建議，作如下設(shè)置以用于確定背景，即，通過(guò)確定轟擊 到第二多個(gè)孔(其與第 一 多個(gè)孔相關(guān)聯(lián))中的光線的光i普來(lái)確定焦點(diǎn)的 光譜的背景的光譜曲線，其中，第二多個(gè)孔的布置偏離多焦照明圖案 的布置。在此，優(yōu)選地，與一個(gè)第一孔相關(guān)聯(lián)的若干個(gè)第二孔的光線 的光譜被平均以用于背景確定。
如果依次地測(cè)量物體的部分區(qū)域以測(cè)量物體，則相繼的部分區(qū)域
應(yīng)包括共同的子部分區(qū)域，其占相應(yīng)的部分區(qū)域的50%至95%。因此， 各次測(cè)量之間方便的關(guān)聯(lián)是可能的。另外，可作如下設(shè)置，即，為了 確定物體的至少一截段的形狀，以每秒25到50幅圖像之間的圖像頻 率依次地拍攝這些部分區(qū)域。
該測(cè)量方法優(yōu)選地設(shè)置用于牙齒或者說(shuō)牙齒區(qū)域的口腔內(nèi)測(cè)量。 為此，可將帶有轉(zhuǎn)向裝置的物鏡插入到口部區(qū)域中以進(jìn)行測(cè)量。
本發(fā)明另外的細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征不僅可從各權(quán)利要求以及從這些 權(quán)利要求所獲悉的特征(獨(dú)立地和/或組合地)中得出，還可從由附圖描 述所獲悉的優(yōu)選的實(shí)施例中得出。
其中
圖l以原理圖顯示了測(cè)量組件的第一實(shí)施形式， 圖2顯示了照明圖案， 圖3顯示了光譜分布 圖4顯示了測(cè)量曲線
14圖5顯示了帶有第一和第二多個(gè)孔的孔布置
圖6顯示了帶有分束器的微透鏡陣列和針孔陣列的單體式 (monolithisch)實(shí)施形式。
圖7顯示了測(cè)量組件的第二實(shí)施形式,且
圖8顯示了通過(guò)兩個(gè)測(cè)量曲線相減所確定的峰值位置。
在這些其中基本相同的元件設(shè)有相同參考標(biāo)號(hào)的圖中，顯示了測(cè) 量組件的不同實(shí)施形式，從而尤其地以在口腔內(nèi)的方式掃描 一顆牙齒 或其區(qū)域或若干顆牙齒或它們的區(qū)域，以便獲取三維形狀。在此，代 表形狀的數(shù)據(jù)可以數(shù)字的形式提供被使用，從而可以通常的方式用 CAD/CAM方法從尤其經(jīng)預(yù)燒結(jié)的陶覺(jué)坯中制造出牙齒仿制品。
在此，測(cè)量組件包括作為基本元件的光源10，例如卣素?zé)?，其?線通過(guò)透鏡12被進(jìn)行平行校正。被平行校正的光線束落到微透鏡陣 列14上，其在大色像差的物鏡18的焦平面中成像出照明圖案16。由 樣丈透鏡陣列14產(chǎn)生的照明圖案可例如具有20mmx 15mm的大小(帶有 約1600個(gè)焦點(diǎn))，或例如具有5mm x 6.5mm的大小，帶有約2000個(gè) 焦點(diǎn)(成250pm間距)。在圖2中純粹示范性地顯示了相應(yīng)的照明圖案 14，其中通過(guò)參考標(biāo)號(hào)20,22示范性地指出了兩個(gè)焦點(diǎn)。
照明圖案16可如此地/沒(méi)計(jì)，即，4吏得所得到的焦點(diǎn)20，22的直徑 相應(yīng)地約為25lam或約為12pm。
為了改善照明結(jié)構(gòu)可將微透鏡陣列14與位于物鏡18的物平面中 的與之相協(xié)調(diào)的針孔陣列相結(jié)合。在此，針孔陣列的孔與通過(guò)焦點(diǎn) 20,22構(gòu)成的照明圖案在幾何上或根據(jù)位置而相協(xié)調(diào)。
根據(jù)

圖1的圖示，源自光源IO的光線在照明圖案16后落到分束 器24上，透射的部分自其而落到帶有大色像差的物鏡18上。
根據(jù)所繪圖示，分束器24顯示為帶有部分反光層的板。備選地 也可為其它分光元件。舉例來(lái)說(shuō)，例如分束器立方體。也可考慮環(huán)狀 的鏡子或較小的鏡子，其中，分別地，外側(cè)或內(nèi)側(cè)的光束部分用于下文所說(shuō)明的4企測(cè)或用于照明。
通過(guò)轉(zhuǎn)向裝置26(例如轉(zhuǎn)向鏡)將穿過(guò)物鏡18的光束成像到4寺測(cè) 量的物體28(例如牙齒)上。在此，照明圖案16的平面和物體28之間 的距離如此地選擇，即，焦點(diǎn)在通過(guò)轉(zhuǎn)向裝置26轉(zhuǎn)向后被成像到物 體28的表面上，其中，視物體表面至物鏡18的距離而定，不同的顏 色(也就是說(shuō)，波長(zhǎng))被清晰地成像。在此，所選擇的圖像比例 (Abbildungsmassstab)決定了測(cè)量場(chǎng)的大小和分辨率。
由物體28所發(fā)出的輻射或者說(shuō)光線部分地落回到物鏡18中且在 分束器24處的部分反射后落到第一孔圖案或針孔陣列30上，其多個(gè) 孔在孔的彼此間距離、大小和總體幾何布置方面與照明圖案16相對(duì) 應(yīng)。
換句話說(shuō)，針孔陣列30的(也就是，其多個(gè)孔的)軸向和橫向位置 如此地選擇，即，使得在物體28的表面上的焦點(diǎn)共焦地被成像到針 孔陣列30的孔中。因此，針孔陣列30的每個(gè)孔限定了被成像的焦點(diǎn) (在物體28的表面上)的X-, Y-坐標(biāo)。
在圖5中示出了針孔陣列30的設(shè)計(jì)方案，其中，空心的圓圈32 在其布置和延伸方面與照明圖案16的焦點(diǎn)的圖案相對(duì)應(yīng)。
通過(guò)物鏡18的大色像差，在相應(yīng)的由照明圖案16的焦點(diǎn)的位置 所限定的測(cè)量點(diǎn)處，根據(jù)其至物鏡18的距離，僅一種確定的顏色清 晰地被成像出，也就是說(shuō)，僅一種確定的波長(zhǎng)滿足共焦條件。相應(yīng)地， 在透射穿過(guò)針孔陣列30的相應(yīng)的孔32的光線的光譜中在該波長(zhǎng)處出 現(xiàn)強(qiáng)度最大值。
隨著測(cè)量點(diǎn)密度的增加和物體28的光線輻射的增加，除了峰值 波長(zhǎng)外，越來(lái)越多的白光部分也穿過(guò)孔或針孔。為了盡管如此仍能在 適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)并以所要求的精度確定代表焦點(diǎn)的峰值波長(zhǎng)，作如下設(shè) 置，即，在針孔陣列30之后布置有與照明圖案16且因此與針孔陣列 30的孔圖案相協(xié)調(diào)的光譜計(jì)組件，其在實(shí)施例中由光學(xué)系統(tǒng)34,36和 布置在這兩者之間的可為棱鏡38的光譜色散元件組成。通過(guò)可由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)34,36將針孔陣列30成 像到作為檢測(cè)裝置40的CCD面?zhèn)鞲衅魃?。光譜色散元件，也就是棱 鏡38，引起帶有強(qiáng)度最大值的出現(xiàn)在孔中的焦點(diǎn)的光線的波長(zhǎng)范圍的 橫向光譜擴(kuò)展，從而使得，針孔陣列30的每個(gè)孔被成像到CCD面?zhèn)?感器40(也就是布置在平面中的像素)上的一條直線上，其中，如同在 行列光譜計(jì)中，沿該直線的位置與特定的波長(zhǎng)相關(guān)。在此，由光學(xué)系 統(tǒng)34,36和棱鏡30構(gòu)成的光譜色散單元和CCD傳感器40相對(duì)于針孔 陣列30如此地定位，即，使得針孔陣列30的相繼的多個(gè)孔的橫向地 被擴(kuò)展開(kāi)的光語(yǔ)線 一 一 其現(xiàn)在形成了在像素上的線 一 一 無(wú)空隙或幾 乎無(wú)空隙地過(guò)渡到彼此中而不發(fā)生重疊。
因此由圖3可看出，測(cè)量點(diǎn)間的所有像素由于該原因均被用于光 語(yǔ)擴(kuò)展且由此用于峰值位置的確定。實(shí)心圓圏42代表測(cè)量點(diǎn)且伸延 向下一測(cè)量點(diǎn)44的箭頭46代表了成像在與測(cè)量點(diǎn)42相對(duì)應(yīng)的針孔 陣列的孔中的焦點(diǎn)的被橫向地?cái)U(kuò)展開(kāi)的光譜線。
如果示范性地選擇上面所述的帶有所述尺寸的照明圖案和帶有1 百萬(wàn)像素(像素大小6.7pm x 6.7pm)的6.4mm x 4.8mm大小的CCD芯 片或攝像機(jī)芯片，則每個(gè)測(cè)量點(diǎn)有186個(gè)像素可供光譜擴(kuò)展使用。在 線寬為2個(gè)像素時(shí)(與針孔直徑相對(duì)應(yīng))對(duì)于大約2000個(gè)背景點(diǎn)和大約 2000個(gè)測(cè)量點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了用于光譜擴(kuò)展的帶有各93個(gè)元素的 行列光譜計(jì)。拍^l圖像后，圖像信息或測(cè)量數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)在CCD傳感 器上已完成或是在外部單元上完成。為此，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)中通過(guò)合適 的算法確定光語(yǔ)的峰值位置且由此確定每個(gè)測(cè)量點(diǎn)到物體28的距離。 因此，利用一張圖像可在網(wǎng)格點(diǎn)或測(cè)量點(diǎn)中獲得物體28的三維結(jié)構(gòu)， 其中，分辨率依賴于所選擇的焦點(diǎn)距離和物鏡18的圖像比例。
如果網(wǎng)格點(diǎn)的間距大于所要求的分辨率且/或無(wú)法從透視中獲取 三維結(jié)構(gòu)，則可相應(yīng)地移動(dòng)照明圖案16。如果測(cè)量組件為手動(dòng)操縱的 設(shè)備，則可通過(guò)測(cè)量組件的連續(xù)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)物體28的完全獲取， 其中，將所生成的單張圖像以合適的方式結(jié)合成總的圖像。
17就如所提到的，當(dāng)物體28強(qiáng)烈散射時(shí)，不僅被清晰地成像的焦 點(diǎn)的波長(zhǎng)而且連相當(dāng)大量的白光也被成像到針孔陣列30的孔32中， 所以，必須采取方法以消除或降低由此引起的背景。
為了說(shuō)明在測(cè)量和評(píng)價(jià)中白光背景的意義，在圖4中顯示了作為 該物體28的牙齒處的典型的測(cè)量信號(hào)48。在測(cè)量信號(hào)48處的白光背 景的部分越高，則每個(gè)測(cè)量點(diǎn)中背景52的光譜曲線須被知道得越精 確，以用于確定代表焦點(diǎn)的波長(zhǎng)的峰值50的位置。為此可使用如下 方法，其純?cè)硇缘赝ㄟ^(guò)圖5而被說(shuō)明。那么，針孔陣列30除了焦 點(diǎn)被成像到其中的孔32外還具有另外的不與照明圖案14相一致的孔 54。與根據(jù)圖5的優(yōu)選的布置相應(yīng)，不與照明圖案14相一致的孔54 位于與照明圖案14相應(yīng)的孔32之間。在焦點(diǎn)不被成像到其中的孔54 中的光語(yǔ)大致代表了鄰近的、其中成像有焦點(diǎn)且因此形成測(cè)量點(diǎn)的孔 32的背景信號(hào)。在此，備選地，單個(gè)鄰近的基本上僅包含白光的孔 54的測(cè)量信號(hào)可被用作背景，或者，若干個(gè)鄰近的孔54的平均值被 用于背景52的確定。在此，孔54可被稱為未被照亮的孔或針孔而孔 32可被稱為被照亮的孔或針孔。
相應(yīng)于其中成像有焦點(diǎn)的被照亮的孔或第一多個(gè)孔32以及被用 于背景確定的第二多個(gè)孔54(其也被稱為未被照亮的孔)的布置，則與 在其中焦點(diǎn)的數(shù)量與針孔或孔32的數(shù)量相一致的變型相比，對(duì)每個(gè)
測(cè)量點(diǎn)而言僅有一半的像素可供光譜擴(kuò)展使用。
用于確定白光部分的另 一的可能性是使用平面平行板56，其布置 到位于第一分束器24和光束轉(zhuǎn)向裝置26之間、尤其位于物鏡18和 第一分束器24之間的光路中。在光路中的平面平行板56引起焦點(diǎn)的 軸向移動(dòng)，其最終在測(cè)量信號(hào)中引起峰值位置的移動(dòng)。通過(guò)在一個(gè)位 置處的帶有和沒(méi)有平面平行板56的連續(xù)的圖像拍攝，對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn) 而言可獲得帶有不同峰值位置和相同背景的兩個(gè)光譜。由此，通過(guò)兩 個(gè)光譜的相減，可消除背景。在圖8中顯示了通過(guò)兩個(gè)光譜相減所得 到的典型信號(hào)曲線。人們可清楚地看到由相減所確定的峰值58,60,其距離由平面平行板56來(lái)確定。
對(duì)于用于確定未知的物距的進(jìn)一步的評(píng)價(jià)而言，可使用不同的特
性參數(shù)，尤其是兩個(gè)極值(也就是峰值58,60)和/或交零的光語(yǔ)位置。
可設(shè)置有實(shí)時(shí)圖像獲取以用于輔助定位并用于各單個(gè)圖像的關(guān) 聯(lián)(用于產(chǎn)生總圖像)。為此，在實(shí)施例中設(shè)置有另外的攝像機(jī)芯片62, 物體28成像到其上。額外地可設(shè)置有另外的光源64,其優(yōu)選地通過(guò) 轉(zhuǎn)向裝置26而照射物體28。作為一個(gè)光源64的替代，也可設(shè)置若干 個(gè)光源。對(duì)于實(shí)時(shí)圖像拍攝，光源64應(yīng)發(fā)射出在這樣的光譜范圍中 的光線，該光譜范圍位于原本的測(cè)量所使用的波長(zhǎng)范圍之外。由此， 實(shí)時(shí)圖像和測(cè)量彼此獨(dú)立是可能的。
為了分光，可將具有對(duì)于測(cè)量信號(hào)的高透射和對(duì)于實(shí)時(shí)圖像信號(hào) 的高反射的第二分束器66(例如二向性濾光器)應(yīng)用到物鏡18和第一 分束器24之間的光路中。
如所提到的，同樣使用物鏡18以用于將物體28成像到攝像機(jī)芯 片62上，其中，攝像機(jī)芯片62的軸向位置如此地選擇，即，使得大 約在測(cè)量區(qū)域的中部中，實(shí)時(shí)圖像是清晰的。
尤其地在用于牙齒測(cè)量的口腔內(nèi)應(yīng)用中，測(cè)量組件或測(cè)量?jī)x器的 結(jié)構(gòu)大小和結(jié)構(gòu)形式非常重要。因此，在本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案中，可僅 將物鏡18和光束轉(zhuǎn)向裝置26布置在手持儀器的可插入到口腔空間中 的口腔內(nèi)部分中。其它部件可被集成在手持儀器的口腔外部分中或集 成在單獨(dú)的儀器單元中。在光源緊湊的情形下，在手持儀器中的集成 是可行的。
作為卣素?zé)?0的替代，也可考慮其它光源，例如帶有合適的平 行校正光學(xué)系統(tǒng)的若干個(gè)不同顏色的LED或一個(gè)白光LED。
光源10可備選地被集成在外部?jī)x器中且光線通過(guò)纖維而被引導(dǎo) 到該手持儀器中，其中，光導(dǎo)體的退耦端位于平行校正透鏡12的焦 點(diǎn)處，或若干個(gè)相應(yīng)的光導(dǎo)體的退耦端本身扮演了照明圖案的焦點(diǎn)(代 替微透鏡陣列的焦點(diǎn))。為了產(chǎn)生多焦照明圖案16,作為微透鏡陣列14的替代或補(bǔ)充， 還可使用可布置在各圖中所示的照明圖案16的平面中的針孔陣列。
給定微透鏡陣列14和針孔陣列30的精確的幾何和空間關(guān)系對(duì)于 測(cè)量組件的精確測(cè)量和方便的手持性而言是重要的。為了使這一點(diǎn)成 為現(xiàn)實(shí)，可選擇原理上可由圖6獲悉的單體式實(shí)施形式。在可具有立 方體幾何形狀的該單體式實(shí)施形式中還進(jìn)一步集成了第一分束器24。
如果物體28不是通過(guò)單次的拍攝，而是通過(guò)大量的拍攝(也就是 通過(guò)單獨(dú)的多個(gè)圖像)而被測(cè)量或掃描，則各個(gè)圖像須具有彼此間的明 確的關(guān)聯(lián)以使方便的評(píng)價(jià)成為可能。為此，尤其地可作如下設(shè)置，即， 各個(gè)圖像部分地重疊，重疊部分占每個(gè)圖像的50 %至95 %。在物體 28上引入固定點(diǎn)可備選地或補(bǔ)充地作為對(duì)于各個(gè)圖像的重疊的輔助 手段。
作為對(duì)所提到的優(yōu)選地構(gòu)造成手持儀器的測(cè)量?jī)x器的手工移動(dòng) 的備選，可將控制元件集成在測(cè)量組件中以便移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)。在此，最 大的需要的移動(dòng)路徑相應(yīng)于測(cè)量點(diǎn)距離扣除所期望的分辨率，即，在 所說(shuō)明的實(shí)施例中在所期望的分辨率下為225(im(250,孔間距離 -25pm分辨率)。
由圖7得出用于獲得單個(gè)圖像的一種可能性。那么，可在測(cè)量光 束中——更確切地說(shuō)在實(shí)施例中在物鏡18前——布置平面平行板 70,72,其中，也可使用帶有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(見(jiàn)箭頭74,76)的一個(gè)板。在此， 轉(zhuǎn)動(dòng)軸優(yōu)選地在由平面平行板70,72所限定的平面中伸延。另外一種 可能的實(shí)施形式是使用可移動(dòng)或可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向鏡(例如轉(zhuǎn)向裝置26)作 為可變的光束轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
關(guān)于實(shí)時(shí)圖像需作如下說(shuō)明，即，尤其地當(dāng)照明圖案在用于實(shí)時(shí) 圖像獲取的光譜范圍中不清晰時(shí)，備選地可棄用額外的光源。
此外，可使用衍射元件以用于產(chǎn)生大色像差，和/或使用衍射元件 或光柵作為色散元件，和/或使用CMOS檢測(cè)器作為CCD芯片的替代， 和/或使用LCD調(diào)制器或DMD作為微透鏡陣列的替代以用于產(chǎn)生照明圖案。
權(quán)利要求
1.一種用于物體(28)、尤其是半透明物體的至少一部分的三維測(cè)量的測(cè)量組件，包括帶有連續(xù)光譜的光源(10)、用于產(chǎn)生多焦照明圖案(16)的裝置(14)、帶有大色像差用于將所述照明圖案的焦點(diǎn)成像到所述物體上的物鏡(18)、例如CCD面檢測(cè)器等的用于確定通過(guò)所述物鏡共焦地被成像到所述物體上的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜的檢測(cè)單元(40)，以及布置在共焦地被成像的焦點(diǎn)和檢測(cè)裝置之間的光譜色散裝置(34，36，38)，其特征在于，在共焦地被成像的焦點(diǎn)的平面中布置有帶有第一多個(gè)孔(32)的第一孔圖案(30)，其中，所述第一多個(gè)孔的幾何布置與所述多焦照明圖案的焦點(diǎn)的幾何布置相對(duì)應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量組件，其特征在于，所述色散裝置 (34,36,38)包括將成像在所述第一多個(gè)孔(32)中的焦點(diǎn)成像到所述檢測(cè) 裝置(40)上的光學(xué)系統(tǒng)，其帶有將每個(gè)焦點(diǎn)的相應(yīng)的光譜橫向地?cái)U(kuò)展 開(kāi)的色散元件，例如棱鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量組件，其特征在于，所述成像 光學(xué)系統(tǒng)包括帶有布置在其間的所述色散元件(38)的、例如透鏡或透 鏡系統(tǒng)等的兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)(34,36)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述檢測(cè)裝置(40)包括CCD面?zhèn)鞲衅鞯牟贾迷诿嬷械南袼?，并且，?述光i普色散裝置(34,36，38)相對(duì)于所述第一孔圖案(30)和/或所述檢測(cè) 裝置相對(duì)于所述色散裝置如此地布置，即，使得被橫向地?cái)U(kuò)展開(kāi)的光 語(yǔ)無(wú)重疊地轟擊在像素面上。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 被擴(kuò)展開(kāi)的光語(yǔ)如此地轟擊到像素面上，即，相繼地被橫向地?cái)U(kuò)展開(kāi) 的光譜無(wú)像素地過(guò)渡到彼此中。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 在所述物鏡(18)的在光源側(cè)伸延的第一焦平面中在所述光源(10)之后布置有微透鏡陣列(14)，用于產(chǎn)生所述多焦照明圖案(16)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 在所述物鏡(l8)的第一焦平面中布置有第二孔圖案，所述多焦照明圖 案的焦點(diǎn)可被成像在該第二孔圖案的多個(gè)孔中，或，該第二孔圖案的 多個(gè)孔限定了所述多焦照明圖案。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 在所述物鏡(28)和所述檢測(cè)裝置(40)之間布置有將光轉(zhuǎn)向到所述第一 孔圖案(30)上的第 一分束器(24)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述測(cè)量組件具有照射所述物體(28)的第二光源(64)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第二光源(64)的光譜范圍位于所述第一光源(10)的波長(zhǎng)范圍之夕卜， 其主要可被評(píng)價(jià)以用于所述物體(28)的形狀獲取。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 在所述第一分束器(24)和所述物鏡(18)之間布置有第二分束器(66)，通 過(guò)它可將對(duì)所述物體(28)進(jìn)行成像的所述第二光源(64)的光成像到獲 取裝置(62)上。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述獲取裝置(62)為攝像機(jī)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第二分束器(66)在光學(xué)上作如下設(shè)計(jì)，即，得到針對(duì)用于所述焦 點(diǎn)的共焦成像的光的高透射和針對(duì)所述第二光源(64)的光的高反射。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第二分束器(66)是二向性濾光器。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第 一孔圖案(30)具有與所述第 一多個(gè)孔(32)相關(guān)聯(lián)的用于確定測(cè) 量結(jié)果的背景的第二多個(gè)孔(54)。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于，在所述物鏡(18)和所述物體(28)之間布置有光束轉(zhuǎn)向裝置(26)。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 帶有所述光束轉(zhuǎn)向裝置(26)的物鏡(18)是所述測(cè)量組件的在口腔內(nèi)使 用的截段。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第一光源(10)是卣素?zé)簟?br> 19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第一光源(10)包括白光LED或若干個(gè)彩色LED或由它們所組成。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第一光源(10)的輻射可通過(guò)這樣的光導(dǎo)體而^f皮供應(yīng)，該光導(dǎo)體的 退耦端位于平行校正光學(xué)系統(tǒng)(12)的焦平面中。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第一光源(10)的輻射可通過(guò)這樣的光導(dǎo)體而被供應(yīng)，其退耦端位 于所述物鏡(l8)的第一物平面中且由此作為所述^t透鏡陣列的焦點(diǎn)的 替代而本身形成所述照明圖案的焦點(diǎn)。
22. 4艮據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第一光源(10)的輻射可通過(guò)這樣的一個(gè)或多個(gè)光導(dǎo)體而被供應(yīng)， 其退耦端位于平行校正光學(xué)系統(tǒng)(12)的焦平面中，在其之后，所述光 導(dǎo)體的經(jīng)平行校正的光束落到所述微透鏡陣列(14)上。
23. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述第一光源(10)的輻射可通過(guò)這樣的光導(dǎo)體而被供應(yīng)，其退耦端位 于所述物鏡(18)的第一物平面中。
24. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述微透鏡陣列(14)、所述第一孔圖案(30)、以及所述第一分束器(24) 構(gòu)造成結(jié)構(gòu)單元。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 所述單元具有立方體幾何形狀。
26. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所迷的測(cè)量組件，其特征在于，在所述第一分束器(24)和所述物鏡(18)之間布置有至少一個(gè)平面平行中伸延的軸而轉(zhuǎn)動(dòng)。
27. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 例如轉(zhuǎn)向鏡等的所述轉(zhuǎn)向裝置(26)構(gòu)造成可移動(dòng)和/或可翻轉(zhuǎn)的。
28. 根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的測(cè)量組件，其特征在于， 可通過(guò)將所述平面平行板(56)推入到光路中來(lái)改變測(cè)量光束的光程。
29. —種用于物體、尤其是半透明物體的至少一個(gè)截段、例如牙 齒的至少一截段的形狀的測(cè)量的方法，使用用于產(chǎn)生帶有連續(xù)光譜的 光線的光源、用于產(chǎn)生多焦照明圖案的裝置、帶有大色像差用于將所 述照明圖案的焦點(diǎn)成像到所述物體上的物鏡、用于確定通過(guò)所述物鏡 共焦地成像到所述物體上的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜的檢測(cè)裝置，其中，基于 相應(yīng)的波長(zhǎng)光譜確定每個(gè)焦點(diǎn)的光i普峰值位置，基于該峰值位置而計(jì) 算在成像光束方向(Z-坐標(biāo))上所述物體的延伸，其特征在于，在共焦 地被成像的焦點(diǎn)的平面中布置有帶有第 一多個(gè)孔的第 一孔圖案，該第 一多個(gè)孔的幾何布置與所述多焦照明圖案的布置相關(guān)，并且，通過(guò)所 述第一多個(gè)孔的位置而限定垂直于成像光束而伸延的平面(X-,Y-坐標(biāo)) 中的物體上的焦點(diǎn)的位置，其中，被成像在所述多個(gè)孔中的焦點(diǎn)的波 長(zhǎng)光譜同時(shí)地被所述檢測(cè)裝置所獲取。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，利用布置在所述 第 一孔圖案之后的色散裝置將每個(gè)成像在孔中的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜橫 向地?cái)U(kuò)展開(kāi)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的方法，其特征在于，所述檢測(cè) 裝置具有獲取所述波長(zhǎng)光譜的CCD傳感器的像素面，所述像素面和/ 或所述色散裝置相對(duì)于所述第一孔圖案如此傾斜地取向，即，使得成 像在所述第一多個(gè)孔中的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜無(wú)重疊地轟擊在所述像素 面上。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29至31中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述像素面和/或所述色散裝置相對(duì)于所述第一孔圖案如此傾斜地取向，即，使得成像在所述第一多個(gè)孔中的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜無(wú)像素地過(guò)渡到彼此中。
33. 根據(jù)權(quán)利要求29至32中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由焦點(diǎn)確定第一光譜，將改變所述光路的路徑長(zhǎng)度的光學(xué)元件布置到所述焦點(diǎn)的光if各中，由帶有改變的光路的焦點(diǎn)確定第二光譜，將所述兩個(gè)光譜彼此相減，并且，基于所產(chǎn)生的不同符號(hào)的相等的峰值確定所述焦點(diǎn)的光的波長(zhǎng)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求29至33中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)確定在與所述第 一多個(gè)孔相關(guān)聯(lián)的第二多個(gè)孔中轟擊的光線的光語(yǔ)來(lái)確定所述焦點(diǎn)的光譜的背景的光譜曲線，其中，所述第二多個(gè)孔的布置偏離所述多焦照明圖案的布置。
35. 根據(jù)權(quán)利要求29至34中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將與一個(gè)第一孔相關(guān)聯(lián)的若干個(gè)第二孔的光線的光譜加以平均以用于背景確定。
36. 根據(jù)權(quán)利要求29至35中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述物體以在口月空內(nèi)的方式凈皮測(cè)量。
37. 根據(jù)權(quán)利要求29至36中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了測(cè)量所述物體，依次地測(cè)量所述物體的部分區(qū)域，其中，相繼的部分區(qū)域包括共同的子部分區(qū)域，其占所述部分區(qū)域的50%至95%。
38. 才艮據(jù)權(quán)利要求29至37中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了確定所述物體的至少一個(gè)截段的形狀，以在每秒25和50個(gè)圖像之間的圖像頻率依次地拍攝所述所述部分區(qū)域。
39. 根據(jù)權(quán)利要求29至38中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將布置在所述物體和所述物鏡之間的轉(zhuǎn)向裝置移位以用于所述部分區(qū)域的成像。
40. 根據(jù)權(quán)利要求29至39中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述轉(zhuǎn)向裝置與所述物體作為單元進(jìn)行移位以用于所述部分區(qū)域的成像。
41. 根據(jù)權(quán)利要求29至40中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 為確定所述部分區(qū)域，將所述多焦照明圖案移位，并且，所述第一孔 圖案同步地被移位。
42. 根據(jù)權(quán)利要求29至41中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 通過(guò)例如CCD芯片等的圖像獲取裝置將所述物體成像，其中，為了 成像選用這樣的光譜范圍，在該光譜范圍中，成像在物體上的照明圖 案模糊地被成像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于物體(28)的至少一部分的三維測(cè)量的測(cè)量組件和方法，包括帶有連續(xù)光譜的光源(10)、用于產(chǎn)生多焦照明圖案(16)的裝置(14)、帶有大色像差的用于將照明圖案的焦點(diǎn)成像到物體上的物鏡(18)、用于確定通過(guò)物鏡共焦地被成像在物體上的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)光譜的檢測(cè)單元(40)、和布置在共焦地被成像的焦點(diǎn)和檢測(cè)裝置之間的光譜色散裝置(34，36，38)。為了在運(yùn)動(dòng)的物體的情形下也能在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)生成具有高精度的表面輪廓，作如下建議，即，在共焦地被成像的焦點(diǎn)的平面中布置有帶有第一多個(gè)孔(32)的第一孔圖案(30)，其中，第一多個(gè)孔的幾何布置與多焦照明圖案的焦點(diǎn)的幾何布置相對(duì)應(yīng)。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101688771SQ200880013077
公開(kāi)日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者K·斯托克, M·米勒, R·希布斯特, R·格拉澤 申請(qǐng)人:德固薩有限責(zé)任公司