APARATO Y PROCEDIMIENTO PARA MEDIR CARACTERISTICAS OPTICAS DE UN OBJETO.

SE EXPONEN SISTEMAS Y PROCEDIMIENTOS PARA LA MEDICION DE LAS CARACTERISTICAS DE COLORES/OPTICAS.

UNOS ELEMENTOS/OPTICOS (7) DE FIBRA RECEPTORA PERIMETRALES SE ENCUENTRAN SEPARADOS DE UN ELEMENTO/OPTICA (5) DE FIBRA CENTRAL DE FUENTE, Y VIENDOSE LA LUZ RECIBIDA, REFLEJADA DE LA SUPERFICIE DEL OBJETO (20). LA LUZ PROCEDENTE DE LA OPTICA DE FIBRA PERIMETRAL (7) PASA A UNA VARIEDAD DE FILTROS. EL SISTEMA UTILIZA LA OPTICA DE FIBRA DEL RECEPTOR PERIMETRAL (7) PARA DETERMINAR INFORMACION RESPECTO A LA ALTURA Y ANGULO DE LA SONDA (1) CON RELACION AL OBJETO (20) QUE SE MIDE. BAJO CONTROL DEL PROCESADOR (20), LA MEDICION DEL COLOR PUEDE HACERSE A UNA ALTURA Y ANGULO PREESTABLECIDOS. SE EXPONEN DIVERSAS DISPOSICIONES DE FOTOMETROS ESPECTRALES EN COLOR. SE PUEDEN OBTENER IGUALMENTE DATOS SOBRE TRANSLUCENCIA, FLUORESCENCIA, Y/O TEXTURA SUPERFICIAL. PUEDE PROPORCIONARSE UNA REALIMENTACION AUDIO PARA GUIAR EL USO DEL SISTEMA POR PARTE DEL OPERADOR. LA SONDA (1) PUEDE TENER UNA PUNTA DESMONTABLE O BLINDADA PARA IMPEDIR LA CONTAMINACION

Aparato y procedimiento para medir características ópticas de un objeto.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato para medir características ópticas de un diente translúcido con una sonda manual que presenta mínimos problemas de dependencia de altura o de dependencia angular.

Antecedentes de la invención

En la técnica se conocen diversos dispositivos de mediciones cromáticas/ópticas, tales como espectrofotómetros y colorímetros. Para entender las limitaciones de tales dispositivos convencionales, es necesario entender ciertos principios relacionados con el color. Sin entrar en consideraciones teóricas, se proporciona el siguiente análisis.

El color de un objeto determina la manera en la que la luz se refleja desde la superficie del objeto. Cuando la luz incide sobre un objeto, la luz reflejada variará en intensidad y en longitud de onda dependiendo del color de la superficie del objeto. Por lo tanto, un objeto rojo reflejará luz roja con mayor intensidad que un objeto azul o un objeto verde y, de manera correspondiente, un objeto verde reflejará luz verde con mayor intensidad que un objeto rojo o un objeto azul.

Un procedimiento para cuantificar el color de un objeto es iluminarlo con un espectro de banda ancha o luz "blanca", y medir las propiedades espectrales de la luz reflejada en todo el espectro visible y comparar el espectro reflejado con el espectro de luz incidente. Tales instrumentos requieren normalmente un espectrofotómetro de banda ancha, los cuales son generalmente caros, voluminosos y relativamente engorrosos de manejar, limitando de ese modo la aplicación práctica de tales instrumentos.

Para determinadas aplicaciones, los datos de banda ancha proporcionados por un espectrofotómetro no son necesarios. Para tales aplicaciones se han fabricado o propuesto dispositivos que cuantifican el color en términos de un valor numérico o un conjunto relativamente pequeño de valores representativos del color del objeto.

Se sabe que el color de un objeto puede representarse mediante tres colores. Por ejemplo, el color de un objeto puede representarse mediante valores de rojo, verde y azul, un valor de intensidad y valores de diferencia de color, mediante un valor CIE o mediante lo que se conoce como "valores triestímulo" u otras numerosas combinaciones ortogonales. Es importante que los tres valores sean ortogonales; es decir, cualquier combinación de dos elementos del conjunto no puede incluirse en el tercer elemento.

Un procedimiento de este tipo para cuantificar el color de un objeto es iluminar un objeto con luz "blanca" de banda ancha y medir la intensidad de la luz reflejada después de que haya atravesado filtros de banda estrecha. Normalmente se utilizan tres filtros (tales como rojo, verde y azul) para proporcionar valores de luz triestímulo representativos del color de la superficie. Otro procedimiento adicional es iluminar un objeto con tres fuentes de luz monocromática (tal como roja, verde y azul), una cada vez, y después medir la intensidad de la luz reflejada con un único sensor de luz. Después, las tres mediciones se convierten en un valor triestímulo representativo del color de la superficie. Tales técnicas de medición cromática pueden utilizarse para generar valores triestímulo equivalentes representativos del color de la superficie. Generalmente no importa si una fuente de luz "blanca" se utiliza con una pluralidad de sensores cromáticos (o un emisor continuo en el caso de un espectrofotómetro), o si una pluralidad de fuentes de luz coloreada se utiliza con un único sensor de luz.

Sin embargo, las técnicas convencionales presentan dificultades. Cuando la luz incide sobre una superficie y se refleja hacia un receptor de luz, la altura del sensor de luz y el ángulo del sensor con respecto a la superficie y a la fuente de luz también afectan a la intensidad de la luz recibida. Puesto que la determinación del color se realiza midiendo y cuantificando la intensidad de la luz recibida para diferentes colores, es importante que la dependencia de altura y la dependencia angular del receptor de luz se eliminen o se tengan en cuenta de alguna manera.

Un procedimiento para eliminar la dependencia de altura y la dependencia angular de la fuente y del receptor de luz es proporcionar una disposición de montaje fija donde la fuente y el receptor de luz sean estacionarios y el objeto siempre se coloque y se mida a una altura y un ángulo prefijados. La disposición de montaje fija limita enormemente la aplicabilidad de un procedimiento de este tipo. Otro procedimiento es añadir soportes de montaje a la fuente de luz y a la sonda receptora y tocar el objeto con la sonda para mantener una altura y un ángulo constantes. El soporte de un aparato de este tipo debe estar lo bastante separado para garantizar que se mantenga un ángulo constante (normalmente perpendicular) con respecto al objeto. Un aparato de este tipo tiende a ser muy difícil de utilizar con objetos pequeños o con objetos de difícil acceso, y en general no funciona de manera satisfactoria en la medición de objetos con superficies curvas.

Se ha propuesto la utilización de dispositivos de medición cromática en el campo de la odontología. En la odontología moderna, el color del diente se cuantifica normalmente de manera manual comparando el diente de un paciente con un conjunto de "guías de tonalidades". Existen numerosas guías de tonalidades disponibles para los dentistas con el fin de elegir adecuadamente el color deseado de una prótesis dental. Tales guías de tonalidades se han utilizado durante décadas y la determinación del color se realiza de manera subjetiva por el dentista sosteniendo un conjunto de guías de tonalidades cerca de los dientes de un paciente y tratando de encontrar la mejor correspondencia. Sin embargo, desafortunadamente, la mejor correspondencia se ve afectada con frecuencia por el color de la luz ambiental de la clínica del dentista, por el color circundante del maquillaje del paciente o de su ropa y por el grado de cansancio del dentista.

Una cuantificación cromática subjetiva similar también se lleva a cabo en la industria de la pintura comparando el color de un objeto con una guía de referencia de pinturas. Existen numerosas guías de pintura disponibles en la industria y la determinación del color también se ve afectada normalmente por el color de la luz ambiental, el cansancio del usuario y la sensibilidad cromática del usuario. Muchas personas no distinguen determinados colores (daltónicos), lo que complica adicionalmente la determinación del color.

En general, la cuantificación cromática se necesita en muchas industrias. Algunas aplicaciones, pero obviamente no todas, incluyen: odontología (color de los dientes); dermatología (color de lesiones de la piel); decoración de interiores (color de la pintura, tejidos); la industria textil; reparaciones automovilísticas (colores de pintura coincidentes); fotografía (color de reproducciones, referencia cromática de fotografías con respecto al objeto que está fotografiándose); impresión y litografía; cosmética (color del cabello y de la piel, matizado del maquille); y otras aplicaciones en las que resulte útil medir el color de una manera adecuada y fiable.

Sin embargo, con respecto a tales aplicaciones, las limitaciones de las técnicas de mediciones cromáticas/ópticas reducen normalmente la utilidad de tales técnicas. Por ejemplo, el alto coste y la voluminosidad de los espectrómetros de banda ancha típicos y las disposiciones de montaje fijas o el soporte requerido para hacer frente a la dependencia de altura y la dependencia angular, limitan normalmente la aplicabilidad de tales técnicas convencionales.

Además, otra limitación de tales procedimientos y dispositivos convencionales es que la resolución de los problemas de dependencia de altura y de dependencia angular requiere normalmente el contacto con el objeto que se está midiendo. En determinadas aplicaciones, puede ser deseable medir y cuantificar el color de un objeto con una sonda pequeña que no requiera el contacto con la superficie del objeto. Por ejemplo, en determinadas aplicaciones tal contacto no es deseable por razones higiénicas. En otras aplicaciones tales como la decoración de interiores, el contacto con el objeto puede dañar la superficie (por ejemplo si el objeto está recién pintado) o puede provocar de otro modo efectos no deseados.

En resumen, existe la necesidad de un procedimiento y de una sonda manual de bajo coste y de pequeño tamaño que pueda medir y cuantificar de manera fiable el color...

1. Procedimiento para determinar las características ópticas de un diente translúcido (20), que comprende las etapas de:

a. colocar la punta (1, 100) de una sonda (2, 260) proporcionando luz a una superficie del diente (20) desde por lo menos una fuente de luz (5, 106; 240; 310) y recibiendo luz procedente del diente (20) a través de por lo menos un receptor de luz (7; 102, 104; 242, 244, 246; 312 a 320), estando separados la por lo menos una fuente de luz y el por lo menos un receptor de luz para definir una altura mínima como una distancia predeterminada desde la superficie por debajo de la cual el por lo menos un receptor de luz no recibe luz de la por lo menos una fuente de luz que se refleja de manera especular desde la superficie del diente;

b. determinar un primer valor de intensidad de pico con uno o más primeros sensores (8) a medida que la sonda se desplaza hacia el diente (20);

c. determinar y almacenar las intensidades de la luz recibida por el por lo menos un receptor de luz mediante una pluralidad de segundos sensores de luz (8; 24; 112; 122) acoplados al por lo menos un receptor de luz llevados con la sonda a un punto alejado de la superficie del diente pero inferior a la altura mínima si se detecta un valle después del primer pico;

d. determinar un segundo valor de intensidad de pico con uno o más de los primeros sensores a medida que la sonda se aleja del diente (20);

e. comparar el primer y el segundo valor de intensidad de pico;

f. aceptar las intensidades almacenadas recibidas por los segundos sensores (8) si el primer y el segundo valor de intensidad de pico comparados están dentro de un intervalo predeterminado; y

g. rechazar las intensidades almacenadas recibidas por los segundos sensores si el primer y el segundo valor de intensidad de pico comparados están fuera del intervalo predeterminado, y

h. procesar las intensidades de luz almacenadas para generar datos de mediciones de salida cromáticas/ópticas de características ópticas del diente (20) incluyendo por lo menos características espectrales.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los datos de mediciones de salida cromáticas/ópticas de características ópticas del diente (20) se generan en base a los datos de los segundos sensores (8) cuando el primer y el segundo valor de intensidad de pico son sustancialmente iguales.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende además la etapa de determinar un valor de intensidad intermedio con los primeros sensores en un tiempo intermedio entre el tiempo en el que se determinan el primer y el segundo valor de intensidad de pico, en el que el valor de intensidad intermedio corresponde a la translucidez del diente (20).

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el valor de intensidad intermedio se determina cuando un elemento de recubrimiento extraíble que presenta un cuerpo (80), cuyo extremo está cubierto por una ventana óptica (82) que tiene un grosor inferior a la altura mínima, aplicado a la punta de la sonda está en contacto o casi en contacto con el diente (20).

5. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de preparar un segundo diente (20) en base a los datos indicativos de las características ópticas del diente (20), en el que los materiales constituyentes del segundo diente (20) se seleccionan en base a dichos datos.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que los materiales constituyentes se seleccionan en base a las ecuaciones de Kubelka-Munk y/o las ecuaciones de Saunderson.

7. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende además las etapas de:

realizar por lo menos una medición de un modelo de referencia con el elemento de recubrimiento (80, 82) aplicado a la sonda, en el que, como parte de la medición del modelo de referencia, la luz de la fuente de luz se proporciona al modelo de referencia a través del elemento de recubrimiento (80, 82) y la luz devuelta desde el modelo de referencia se proporciona a los sensores a través del elemento de recubrimiento (80, 82);

en el que, como parte de la etapa de medir las características ópticas del diente (20), la luz de la fuente de luz se proporciona al diente (20) a través del elemento de recubrimiento (80, 82) y la luz devuelta desde el diente (20) se proporciona a los sensores a través del elemento de recubrimiento (80, 82);

en el que la medición que genera datos indicativos de las características ópticas del diente (20) se basa en parte en datos de la medición de modelo de referencia.

8. Aparato para determinar las características ópticas de un diente translúcido (20), que comprende:

una sonda (2, 260) con una punta (1; 100) adaptada para proporcionar luz a una superficie del diente desde por lo menos una fuente de luz (5, 106, 240; 310), y para recibir luz desde el diente a través de por lo menos un receptor de luz (7; 102; 104; 242, 244, 246; 312 a 320), estando separados la por lo menos una fuente de luz y el por lo menos un receptor de luz para definir una altura mínima como una distancia predeterminada desde la superficie por debajo de la cual el por lo menos un receptor de luz no recibe luz de la por lo menos una fuente de luz que se refleja de manera especular desde dicha superficie;

sensores de luz (8; 24; 112; 122) acoplados al por lo menos un receptor de luz para determinar la intensidad de la luz recibida por el receptor de luz cuando la sonda está en un punto alejado de la superficie del diente pero inferior a la altura mínima;

un dispositivo informático (10) acoplado a los sensores de luz y adaptado para llevar a cabo las etapas b. a h. de la reivindicación 1.

9. Aparato según la reivindicación 8, en el que la sonda (2, 260) comprende una o más fibras ópticas emisoras de luz (5, 106) acopladas a una fuente de luz (11) y una pluralidad de fibras ópticas receptoras de luz (7; 102, 104) acopladas a los sensores (8).

10. Aparato según la reivindicación 9, en el que cada una de la pluralidad de fibras ópticas receptoras de luz está separada en una primera distancia de una primera fibra óptica emisora de luz de la sonda, y en el que la pluralidad de fibras ópticas receptoras de luz está separadas de fibras ópticas receptoras de luz adyacentes de la sonda en una segunda distancia.

11. Aparato según la reivindicación 8, en el que los sensores (8) comprenden primeros sensores y segundos sensores (8, 24, 122, 124), en el que los primeros sensores comprenden sensores de medición de luz que miden el mismo ancho de banda, y en el que los segundos sensores comprenden un espectrofotómetro cromático.

12. Aparato según la reivindicación 8, en el que los sensores comprenden primeros sensores y segundos sensores, en el que los primeros sensores comprenden sensores de medición de luz que miden el mismo ancho de banda, y en el que los segundos sensores comprenden un dispositivo de medición triestímulo cromático.