DE102009017801A1

DE102009017801A1 - Dentale oder medizinische Kamera

Info

Publication number: DE102009017801A1
Application number: DE102009017801A
Authority: DE
Inventors: Raimund Dipl.-Ing. Maier (FH)
Original assignee: Duerr Dental SE
Current assignee: Duerr Dental SE
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2010-10-21

Abstract

Eine dentale oder medizinische Kamera (10) weist ein Gehäuse (12), eine Optik (34, 36, 38) und einen Bildwandler (44) auf, wobei der Bildwandler (44) ortsfest im Gehäuse (12) angeordnet ist. Zur Scharfstellung weist die Optik (34, 36, 38) eine Linse (42) mit steuerbarer Brennweite auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine dentale oder medizinische Kamera mit einem Gehäuse, einer Optik und einem Bildwandler.
Stand der Technik
Eine derartige Kamera wird in der DE 101 25 772 A1 beschrieben.
Der Bildwandler einer solchen Kamera wird dazu verwendet, ein von der Optik der Kamera abgebildetes Bild in elektrische Signale umzuwandeln. Um eine Scharfstellung auf unterschiedlich weit entfernte Abbildungsgegenstände, wie beispielsweise Zähne, zu erreichen wird bei der bekannten Kamera der Bildwandler längs der optischen Achse der Optik verschoben.
Aufgrund der erforderlichen Positionierungsgenauigkeit der zur Verschiebung des Bildwandlers verwendeten Mechanik, ist diese teuer. Die Mechanik muss zudem im Laufe der Endmontage der Kamera eine präzise mechanische Kalibrierung zur Kompensation von Herstellungs- und Montagetoleranzen erhalten, beispielsweise über eine Scharfstellung auf ”unendlich”.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine dentale oder medizinische Kamera anzugeben, bei der eine mechanische Kalibrierung der Lage von Optik und Bildwandler entfallen kann.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine dentale oder medizinische Kamera mit einem Gehäuse, einer Optik und ei nem Bildwandler, bei der die Optik eine Linse mit steuerbarer Brennweite aufweist und der Bildwandler ortsfest. im Gehäuse angeordnet ist.
Anstatt also die Relativlage zwischen Bildwandler und Optik einzujustieren, wird die Linse mit steuerbarer Brennweite dazu verwendet, die Bildebene der Optik in die Sensorebene des Bildwandlers zu verlagern. Damit kann auf eine aufwändige Mechanik zur Verschiebung des Bildwandlers verzichtet werden. Als Linsen mit steuerbarer Brennweite kommen beispielsweise deformierbare Linsen in Frage, die einen Linsenkörper aus einem transparenten elastischen Material aufweisen, der mit entsprechenden Linsenfassungen deformiert werden kann, oder auch Linsen mit Flüssigkeitsmenisken, die durch elektrische Felder beeinflussbar sind.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linse mit steuerbarer Brennweite eine Flüssiglinse ist. Die Funktionsweise einer Flüssiglinse mit steuerbarer Brennweite beruht darauf, dass der Benetzungswinkel einer Flüssigkeit an einer Grenzfläche zu einem Festkörper durch die elektrostatische Wirkung einer Steuerelektrode variiert werden kann. Daraus ergibt sich für die Grenzfläche zwischen einem Flüssigkeitsvolumen und einem umgebenden Medium, wie beispielsweise Luft oder einer anderen Flüssigkeit mit unterschiedlicher optischer Dichte, eine einstellbare Wölbung. Da unterschiedlich gewölbte Grenzflächen zweier optischer Medien eine unterschiedliche Brechkraft haben, ist durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen eine Linse mit steuerbarer Brennweite realisierbar. Eine solche Flüssiglinse erfordert also keinerlei mechanische Aktoren, sodass die Änderung der Brechkraft schnell und zuverlässig gesteuert werden kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linse mit steuerbarer Brennweite eine Brennweite hat, die auf etwa Unendlich und etwa 100 cm, vorzugsweise etwa 10 cm, und dazwischen liegende Werte einstellbar ist. Dadurch dass die Brennweite in den angegebenen Bereichen beispielsweise in diskreten Schritten oder kontinuierlich auf verschiedene Werte eingestellt werden kann, ist ein ausreichend großer Bereich zur Anpassung der Bildebene auf die Position der Sensorebene des Bildwandlers gegeben.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linse mit steuerbarer Brennweite eine Apertur zwischen etwa 5 mm und etwa 1 mm, vorzugsweise zwischen etwa 3,5 mm und etwa 2,5 mm, hat. Aufgrund eines eng bemessenen Bauraums in dentalen oder medizinischen Kameras haben sich Linsen mit steuerbarer Brennweite, die eine Apertur in den genannten Bereichen haben, als vorteilhafter Kompromiss zwischen Baugröße, Lichtstärke und Tiefenschärfe herausgestellt. Dabei wird hier mit Apertur der maximale Durchmesser bezeichnet, durch den Licht durch die Linse mit steuerbarer Brennweite hindurchtreten kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass alle optischen Elemente der Optik ortsfest im Gehäuse angeordnet sind. Dadurch, dass außer dem Bildwandler auch alle optischen Elemente der Optik ortsfest angeordnet sind, kann insgesamt auf teure Mechaniken innerhalb der Kamera verzichtet werden, sodass sich die Konstruktion der Kamera deutlich vereinfacht.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linse mit steuerbarer Brennweite mit einer Steuereinheit verbunden ist, die mit zumindest einem Korrektursignal beaufschlagbar ist und abhängig von letzterem ein Steuersignal für die steuerbare Linse bereitstellt. Die Kalibrierung der Kamera erfolgt so durch einfaches Anlegen eines Korrektursignals, welches beispielsweise von einem Justierwiderstand oder einem digitalen Speicher bereitgestellt wird. Das Korrektursignal wird von der Steuereinheit dazu verwendet, die Brennweite der Linse mit steuerbarer Brennweite so einzustellen, dass die Kamera beispielsweise auf ”unendlich” fokussiert ist, d. h. ein weit entfernter Gegenstand optimal auf der Sensorebene des Bildwandlers abgebildet wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linse mit steuerbarer Brennweite mit einer Steuereinheit verbunden ist, die mit einem Fokussiersignal beaufschlagbar ist und abhängig von letzterem ein Steuersignal für die steuerbare Linse bereitstellt. Mit dem Fokussiersignal kann die Kamera nach der Montage auf unterschiedliche Gegenstandsweiten scharf gestellt werden. Damit ist es möglich, die Kamera an unterschiedliche Abbildungserfordernisse des Einsatzes anzupassen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fokussiersignal von einem Betätigungselement erzeugt wird. Über das Betätigungselement wird dem Anwender der Kamera die Möglichkeit gegeben, im laufenden Betrieb Einfluss auf die Scharfstellung der Kamera zu nehmen. Als Betätigungselemente können dabei beispielsweise ein Rändelrad, ein um den Umfang der Kamera angeordneter Drehring (gegebenenfalls mit Anschlägen), zwei Tasten oder ein Wechselschieber dienen, die über eine nachgeschaltete Elektronik das Fokussiersignal an die Steuereinheit übergeben. Besonders vorteilhaft können als Betätigungselement kapazitive Sensoren innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, sodass die Außenfläche des Gehäuses der Kamera als geschlossene Fläche ausgebildet werden kann. Damit wird eine aus medizinischen Gründen gebotene Reinigung der dentalen oder medizinischen Kamera vereinfacht.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Optik eine objektseitige Linsenanordnung, eine mittlere Linsenanordnung und eine wandlerseitige Linsenanordnung aufweist. Eine Optik mit einer solchen Aufteilung der Linsenanordnung hat sich als vorteilhaft zum Erreichen guter Abbildungseigenschaften erwiesen. Dabei kann eine Linsenanordnung nur eine einzelne oder auch mehrere Linsen umfassen, die beispielsweise als Achromaten eine Korrektur chromatischer Aberrationsfehler erlauben.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linse mit steuerbarer Brennweite Teil der wandlerseitigen Linsenanordnung ist oder diese darstellt. Eine Anordnung der steuerbaren Linse in der wandlerseitigen Linsenanordnung ermöglicht eine Verlagerung der Bildebene, ohne dass die anderen Linsenanordnungen geändert werden müssen. Wie bereits bemerkt, kann die Linse mit steuerbarer Brennweite nur einen Teil oder die gesamte Linsenanordnung darstellen. Insbesondere im Fall einer Flüssiglinse, kann die steuerbare Linse als bauliche Einheit zusammen mit einer Korrekturlinse vorliegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden an Hand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Darin zeigt:
1: eine schematische Schnittansicht einer elektrisch kalibrierbaren Dentalkamera.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Dentalkamera 10 mit einem länglichen Gehäuse 12, das einen in der Zeichnung links liegenden um 90° abgewinkelten Endabschnitt 14 hat.
Als Abschluss trägt der abgewinkelte Endabschnitt 14 eine plane Glasplatte 16, die flüssigkeitsdicht mit dem Gehäuse 12 verbunden ist und das transparente, meist rund oder oval ausgeführte, Eintrittsfenster der Dentalkamera 10 darstellt.
Im Randbereich der Glasplatte 16 sind innerhalb des Gehäuses 12 LEDs 18 angeordnet, die als Lichtquellen zur Beleuchtung eines abzubildenden Gegenstands, wie den in der 1 schematisch angedeuteten Zähnen 20a und 22a, dienen.
Das von den Zähnen 20a und 22a reflektierte Licht 24 fällt, wie gestrichelt stark schematisch dargestellt, durch den Zentralbereich der Glasplatte 16 in das Innere des Gehäuses 12.
Im Übergangsbereich zwischen dem abgewinkelten Endabschnitt 14 und dem im Wesentlichen länglichen Hauptteil des Gehäuses 12 ist ein Halbwürfelprisma 26 mit einer Spiegelfläche angeordnet. Das Halbwürfelprisma 26, das als Ablenkungsprisma dient, ist derart angeordnet, dass das einfallende Licht 24 in Richtung einer im länglichen Hauptteil des Gehäuses 12 angeordneten Optik abgelenkt wird.
Das Halbwürfelprisma 26 wird dabei von am Gehäuse 12 angeformten Halterungen 28 und 30 präzise ausgerichtet, sodass die Hauptrichtung des einfallenden Lichts 24 in Richtung einer optischen Achse 32 der Kameraoptik abgelenkt wird.
Die Optik umfasst eine objektseitige Linsenanordnung 34, eine mittlere Linsenanordnung 36 sowie eine bildseitige Linsenanordnung 38, wobei in 1 sowohl die Linsenan ordnungen als auch der Strahlverlauf des einfallenden Lichts 24 in Bezug auf Brechkraft und Abstände der Linsenanordnungen nur stark schematisiert wiedergegeben ist. Jede Linsenanordnung kann eine einzelne oder mehrere Linsen aufweisen, wobei die Linsen und die Linsenanordnungen insgesamt sowohl positive als auch negative Brechkraft aufweisen können. So hat beispielsweise die objektseitige Linsenanordnung 34 die Wirkung einer konkav-konvexen Linse.
Die Linsenanordnungen sind über ringförmige Linsenfassungen 40 und/oder nicht gezeigte hülsenförmige Präzisionsabstandshalter innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet.
Die bildseitige Linsenanordnung 38 weist eine Flüssiglinse 42 auf, deren Brennweite über eine angelegte Steuerspannung, die typischerweise zwischen 0 V und etwa 60 V liegt, im Bereich zwischen Unendlich und etwa 10 cm eingestellt werden kann.
Dem Strahlverlauf weiter folgend, weist die Dentalkamera 10 nach der bildseitigen Linsenanordnung 38 einen CCD-Chip 44 als Bildwandler auf, der an der nach rechts gerichteten Stirnseite 45 des Gehäuses 12 ortsfest angeordnet ist. Der CCD-Chip 44 hat eine Sensorebene S, die bei korrekter Scharfstellung mit der Bildebene B der Kameraoptik zusammenfällt.
Über eine Wandlerelektronik 46 und ein Videokabel 48 wird das von dem CCD-Chip 44 aufgenommene Bild an einen nicht gezeigten Monitor übermittelt.
Mit der Flüssiglinse 42 ist eine Steuereinheit 50 über eine Steuerleitung 52 verbunden.
Obwohl die Steuereinheit 50 in 1 außerhalb des Gehäu ses 12 der Dentalkamera 10 schematisiert dargestellt ist, wird diese bei einem realen Ausführungsbeispiel im Inneren des Gehäuses 12 angeordnet oder beispielsweise als Teil der Wandlerelektronik 46 ausgebildet sein.
Die Steuereinheit 50 umfasst eine Leistungsstufe 54, einen Digital-Analog-Umsetzer 56, einen digitalen Kennlinienkreis 58 sowie einen Summierer 60.
Die Steuerleitung 52 ist mit der Leistungsstufe 54 verbunden, welche die Steuerspannung für die Flüssiglinse 42 ausgibt.
Die Leistungsstufe 54 verstärkt dazu eine von dem Digital-Analog-Umsetzer 56 kommende Spannung.
Dieser wiederum erhält sein digitales Eingangssignal von dem Kennlinienkreis 58, der dazu dient, eventuell auftretende nicht lineare Abhängigkeiten der Brechkraft der Flüssiglinse 42 von der angelegten Steuerspannung auszugleichen.
Der Kennlinienkreis 58 wiederum erhält sein Eingangssignal von dem Summierer 60, an dem ein Korrektursignal anliegt, das beispielsweise durch einen Justierwiderstand 62 gegeben ist, der während einer Kalibrierungsphase der Dentalkamera 10 eingestellt wurde. Stattdessen ist auch die Speicherung des Korrektursignals in einem digitalen Speicher möglich.
Weiter erhält der Summierer 60 ein Fokussiersignal von einem variablen Widerstand 64, der über ein Rändelrad 66 angesteuert wird.
Das Rändelrad 66 ist an geeigneter Stelle am Gehäuse 12 angeordnet, sodass der Verwender der Dentalkamera 10 während der Verwendung einen leichten Zugang zu diesem hat. Anstelle des einstellbaren Widerstands 64 kann man auch eine digitale Fokussiersignalquelle vorsehen, z. B. in Form eines Auf/Ab-Zählers, der durch in das Gehäuse 12 eingelassene Sensoren betätigt wird.
Wie durch die gepunktet dargestellten Zähne 20b und 22b angedeutet, kann der Verwender durch Betätigung des Rändelrads 66 die Dentalkamera 10 auf unterschiedliche Aufnahmeentfernungen im Aufnahmebereich 68 einstellen.
Dabei wird das auf dem CCD-Chip 44 abgebildete Bild scharf abgebildet, obwohl alle optischen Elemente der Dentalkamera 10 ortsfest in dem Gehäuse 12 angeordnet sind.
Schließlich weist die Dentalkamera 10 an geeigneter Stelle im Strahlengang mindestens eine einstellbare Blende auf, die hier als Irisblende 70 ausbildet ist, wobei jedoch auch radial verschiebbare oder drehbare Mehrlochblenden zum Einsatz kommen können. Eine Stellvorrichtung der Facettenlochblende 70 ist ebenfalls über eine Leitung mit der Steuereinheit 50 verbunden und wird von dieser über nicht gezeigte Schaltkreise angesteuert. Dies ermöglicht die Anpassung der Blende an unterschiedliche Fokussierungen.
Man kann ferner die Flüssiglinse und eine motorisch verstellbare Blende abgestimmt aufeinander verstellen. Dabei liegt vorzugsweise die Blendenöffnung bei intraoraler Fokussierung bei circa 0.6 mm und bei extraoraler Fokussierung bei circa 1.5 mm.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Steuereinheit 50 auch einen Controller umfassen, der die Steuerspannung für die Flüssiglinse 42 über einen DC/DC-Wandler steuert. Dadurch ist man noch flexibler in der Wahl des Betäti gungselements für die Linsenverstellung. So kann die Betätigung leicht über eine Schalterwippe zur feinen Änderung der Fokussierung, über einen 3-Stufen-Schalter für die Fokusbereiche Makro/Intraoral/Extraoral und/oder über einen Autofokus erfolgen.
Die einstellbaren Gegenstandsweiten der Kameraoptik liegen für eine Dentalkamera in der Praxis im Bereich von ca. 1 mm bis ca. 100 mm. Die Bildweite liegt zwischen ca. 3 mm und ca. 10 mm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10125772 A1 [0002]

Claims

Dentale oder medizinische Kamera (10) mit einem Gehäuse (12), einer Optik (34, 36, 38) und einem Bildwandler (44), dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (34, 36, 38) eine Linse (42) mit steuerbarer Brennweite aufweist und der Bildwandler (44) ortsfest im Gehäuse (12) angeordnet ist.
Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (42) mit steuerbarer Brennweite eine Flüssiglinse (42) ist.
Kamera nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (42) mit steuerbarer Brennweite eine Brennweite hat, die auf etwa Unendlich und etwa 100 cm, vorzugsweise etwa 10 cm, und dazwischen liegende Werte einstellbar ist.
Kamera nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (42) mit steuerbarer Brennweite eine Apertur zwischen etwa 5 mm und etwa 1 mm, vorzugsweise zwischen etwa 3,5 mm und etwa 2,5 mm, hat.
Kamera nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle optischen Elemente der Optik (34, 36, 38) ortsfest im Gehäuse (12) angeordnet sind.
Kamera nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (42) mit steuerbarer Brennweite mit einer Steuereinheit (50) verbunden ist, die mit zumindest einem Korrektursignal beaufschlagbar ist und abhängig von letzterem ein Steuersignal für die steuerbare Linse (42) bereitstellt.
Kamera nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (42) mit steuerbarer Brennweite mit einer Steuereinheit verbunden ist, die mit einem Fokussiersignal beaufschlagbar ist und abhängig von letzterem ein Steuersignal für die steuerbare Linse (42) bereitstellt.
Kamera nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussiersignal von einem Betätigungselement (66) erzeugt wird.
Kamera nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (34, 36, 38) eine objektseitige Linsenanordnung (34), eine mittlere Linsenanordnung (36) und eine wandlerseitige Linsenanordnung (38) aufweist.
Kamera nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (42) mit steuerbarer Brennweite Teil der wandlerseitigen Linsenanordnung (38) ist oder diese darstellt.