DE19923657A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Farbe eines Gegenstandes, insbesondere eines Zahnes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Farbe eines Gegenstandes, insbesondere eines Zahnes, bei dem Licht unterschiedlicher Wellenlänge von einem lichtzuführenden Lichtleiter (1) auf den zu untersuchenden Gegenstand (12) gestrahlt wird, von dem Gegenstand (12) ausgesandtes Licht von einem lichtabführenden Lichtleiter (2, 3) aufgenommen und nachfolgend mittels eine Spektralanalyse analysiert wird. DOLLAR A Um mit relativ kleinem Aufwand ein natürliches Farbverhalten des Gegenstandes, auch unter unterschiedlichen Lichtverhältnissen und Beleuchtungssituationen nachbilden zu können, wird vorgeschlagen, daß das Licht von dem lichtzuführenden Lichtleiter (1) auf einen Einleitbereich (6) der Oberfläche (16) des Gegenstands (12) gestrahlt wird, und der lichtabführende Lichtleiter (2, 3) derartig angeordnet ist, daß von ihm Licht aufgenommen wird, das aus einem vom Einleitbereich (6) getrennten Ausgabebereich (7, 8) der Oberfläche (16) ausgesandt wird, wobei eine Aufnahme von Licht, das von der lichtzuführenden Einrichtung (1) direkt über die Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) zu der lichtaufnehmenden Einrichtung (2, 3) reflektiert wird, verhindert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Farbe eines Gegenstandes, insbesondere eines Zahnes, bei dem Licht unterschiedlicher Wellenlänge von einem lichtzuführenden Lichtleiter auf den zu untersuchenden Gegenstand gestrahlt wird, von dem Gegenstand ausgesandtes Licht von einem lichtabführenden Lichtleiter aufgenommen und nachfolgend mittels einer Spektralanalyse analysiert wird.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Bestimmung der Farbe eines Gegenstandes, mit einer Lichtquelle, mindestens einem lichtzuführenden Lichtleiter zum Überführen des Lichtes der Lichtquelle auf den zu untersuchenden Gegenstand, mindestens einem lichtabführenden Lichtleiter zum Aufnehmen von von dem Gegenstand ausgesandten Licht, und Auswertemitteln für eine Spektralanalyse des von dem lichtabfüh­ renden Lichtleiter aufgenommenen Lichtes.

Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen werden beispielsweise bei der Bestimmung der Farbe eines Zahnes in der Mundhöhle eines Pa­ tienten verwendet. Eine derartige Bestimmung der Zahnfarbe ist insbesondere für die Herstellung von Zahnprothesen wie Brücken, Kronen, sowie für Zahnfüllungen hilfreich, bei denen es aus ästhetischen Gründen wünschenswert ist, daß der künstliche Zahn bzw. Zahnteil möglichst natürlich wirkt. Die DE 195 34 517 A1 zeigt ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung. Hierbei wird Licht von drei monochromatischen Lichtquellen auf einen Zahn abgestrahlt und von dem Zahn reflektiertes Licht spektral analysiert. Aus einer Messung der Lichtintensität des aufgenommenen Lichtes in Abhängigkeit von der Wellenlänge kann auf ein Farbverhalten des gemessenen Zahnbereichs geschlossen werden.

Durch eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren kann zwar bereits ein Farbwert des untersuchten Teilbereichs des Gegenstandes ermittelt werden. Es zeigt sich jedoch in der Pra­ xis, daß die hierbei ermittelten Werte das natürliche Farbver­ halten eines Zahnes nur unzureichend wiedergeben. Insbesondere kann bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen, Beleuchtungswin­ keln und Intensitäten der Lichtquelle bzw. der Lichtquellen der Umgebung der künstliche Zahn bzw. Zahnbereich gegenüber dem na­ türlichen Zahn bzw. Zahnbereich unterschiedlich wirken. Hierbei zeigt sich insbesondere, daß die Messung des von einem Zahn in einer Mundhöhle reflektierten Licht oftmals stark von der Be­ feuchtung des Zahnes und der speziellen geometrischen Anordnung von Lichtquelle und Beobachter abhängt. Die Meßergebnisse hängen im allgemeinen weiterhin von der individuellen manuellen Bedin­ gung, zum Beispiel dem auf das Meßgerät ausgeübten Druck usw. ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik Verbesserungen zu schaffen und insbesondere eine genaue Bestimmung der Farbe bzw. des Farbverhaltens eines Gegen­ standes auch unter unterschiedlichen Lichtverhältnissen und Be­ leuchtungssituation sowie bei unterschiedlicher individueller Handhabung der Meßvorrichtung mit relativ geringem Aufwand zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren gelöst, indem das Licht von dem lichtzuführenden Lichtleiter auf einen Einleitbereich der Oberfläche des Gegenstands gestrahlt wird, und der lichtabführende Lichtleiter auf einen vom Einleitbereich getrennten Ausgabebereich der Oberfläche gerichtet wird derar­ tig, daß er von dem Ausgabebereich ausgesandtes Licht aufnimmt, wobei eine Aufnahme von Licht, das von dem lichtzuführenden Lichtleiter direkt über die Oberfläche des Gegenstands zu dem lichtaufnehmenden Lichtleiter reflektiert wird, verhindert ist.

Bei der eingangs genannten Vorrichtung wird diese Aufgabe ge­ löst, indem die Vorrichtung Anlagemittel zur Anlage an den zu untersuchenden Gegenstand aufweist, und bei Anlage der Anlage­ mittel an dem Gegenstand eine Lichtausgabefläche des lichtzufüh­ renden Lichtleiters und eine Lichtaufnahmefläche des lichtabfüh­ renden Lichtleiters auf den Gegenstand gerichtet sind, und eine Reflektionsbedingung für eine direkte Reflektion von Licht von der Lichtausgabefläche des lichtzuführenden Lichtleiters über die Oberfläche des Gegenstandes zu der Lichtaufnahmefläche des lichtabführenden Lichtleiters unerfüllt ist.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Farbbestimmung nicht auf Grundlage von Licht durchzuführen, das direkt von der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes reflektiert wird. Derartiges durch eine direkte Reflektion aufgenommenes Licht hängt stark von den speziellen Reflektionsbedingungen, wie der bereits genannten Befeuchtung des Gegenstandes, beispielsweise eines Zahnes in der Mundhöhle, oder der Oberflächenbeschaffen­ heit, zum Beispiel der Rauhigkeit der Oberfläche ab. Bei einer direkten Reflektion von Licht an der Oberfläche eines Gegenstan­ des unterscheidet sich die Absorption unterschiedlicher Spektralbereiche des sichtbaren Lichtes im allgemeinen nur ge­ ring. Somit wird im allgemeinen eine zu "weiße" Farbe des Gegen­ standes festgestellt. Weiterhin wird die von einem Betrachter wahrgenommene Farbe eines Gegenstandes im allgemeinen von der Absorbtion des Lichtes unter diffusen Bedingungen und nicht bei Vorliegen einer Reflektionsbedingung für eine direkte Reflektion abhängen.

Erfindungsgemäß wird somit angestrebt, Licht aufzunehmen, das in dem zu untersuchenden Gegenstand gestreut wurde. Indem eine di­ rekte Reflektion an der Oberfläche des Gegenstandes verhindert wird, wird Licht gemessen, das in den Gegenstand eingestrahlt wurde und in ihm gestreut wurde. Durch eine derartige Streuung des Lichtes in dem Gegenstand kann ein gemittelter Farbwert über unterschiedliche Bereiche des Gegenstandes erreicht werden.

Die Aufnahme von direkt reflektiertem Licht kann insbesondere verhindert werden, indem eine Reflektionsbedingung von einem lichtzuführenden Lichtleiter zu einem lichtaufnehmenden Licht­ leiter nicht erfüllt ist. Dies kann beispielsweise erreicht wer­ den, indem die Lichtleiter mit ihrer Lichtausgabefläche bzw. Lichtaufnahmefläche direkt auf die Oberfläche des zu untersu­ chenden Gegenstandes gesetzt werden. Hierdurch kann die Aufnahme von direkt reflektiertem Licht mit relativ einfachen Mitteln, insbesondere auch ohne die Verwendung zusätzlicher Abschirmein­ richtungen und Justageeinrichtungen, erreicht werden. Bei der Verwendung von Lichtleitern aus Fasermaterial können die Licht­ fasern mit ihren planaren Enden direkt auf den zu untersuchenden Gegenstand gesetzt werden. Weiterhin können an den Enden der Lichtleiter transparente, weiche Adapterstücke, zum Beispiel aus Silikon oder einem Gel angebracht sein, die sich der Form der Oberfläche des Gegenstandes anpassen, und somit die Entstehung von Luftzwischenräumen zwischen Lichtleiter und Zahn mit uner­ wünschten optischen Eigenschaften verhindern.

Erfindungsgemäß kann vorteilhafterweise das Farbverhalten bzw. Absorbtionsverhalten im Bereich des sichtbaren Lichtes des zu untersuchenden Gegenstandes genauer untersucht werden, indem das von dem Gegenstand ausgesandte Licht an mehreren Stellen der Oberfläche des Gegenstandes aufgenommen und analysiert wird.

Durch einen Vergleich von Messungen unterschiedlicher Ausgabebe­ reiche, die zu dem Einleitbereich des Lichtes in dem Gegenstand unterschiedliche Abstände haben, kann Licht aufgenommen werden, das im statistischen Mittel unterschiedlich tief in den Gegen­ stand eingedrungen ist. Somit können gemittelte Werte für unter­ schiedliche Schichttiefen des Gegenstandes ermittelt werden. Diese unterschiedlichen Farbwerte bzw. Absorptionswerte des Ge­ genstandes können nachfolgend dazu genutzt werden, den künstli­ chen Bereich entweder ebenfalls mit unterschiedlichem Farbver­ halten in Abhängigkeit von der Schichttiefe auszubilden, oder einen über mehrere Schichttiefen gemittelten Farbwert für das Ersatzmaterial zu wählen.

Die Messung von Licht aus Ausgabebereichen mit unterschiedlichem Abstand zu dem Einleitbereich des Lichtes kann zum einen durch­ geführt werden, indem ein lichtzuführender Leiter und ein licht­ abführender Lichtleiter verwendet werden, deren Abstand zuein­ ander variabel ist.

Vorteilhafterweise werden jedoch mehrere, mindestens zwei, lichtabführende Lichtleiter mit unterschiedlichen Abständen zu dem lichtzuführenden Lichtleiter verwendet. Die Abstände der Lichtleiter untereinander sind vorteilhafterweise fest. Somit kann das Licht in unterschiedlichen Ausgabebereichen gleichzei­ tig aufgenommen werden, ohne daß bei einer Verstellung des lichtabführenden Lichtleiters Änderungen der geometrischen An­ ordnung, zum Beispiel durch eine Bewegung eines Patienten oder des Meßkopfes mit den Lichtleitern, zwischen verschiedenen Mes­ sungen auftreten können. Indem mindestens drei, vorzugsweise mit gleichen Abständen zueinander angeordnete lichtabführende Licht­ leiter verwendet werden, kann die Genauigkeit der Bestimmung des Farbverhaltens bzw. Absorbtionsverhaltens als Funktion der Schichttiefe erhöht werden. Hierdurch ist unter anderem auch eine Interpolation oder Extrapolation auf weitere Schichttiefen möglich.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhafterweise weiterhin möglich, nicht lediglich gestreutes Licht aufzunehmen, sondern zusätzlich auch an der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes mehr­ fach reflektiertes Licht zu messen. Somit kann nicht nur das Farbverhalten des Gegenstandes in unterschiedlichen Schichttie­ fen, sondern auch ein Reflektionsverhalten bei unterschiedlichen Beleuchtungen ermittelt werden. Ein derartiges Meßverfahren ist insbesondere für Gegenstände vorteilhaft, bei dem die Farbwahr­ nehmung durch einen Beobachter oder Betrachter auch von dem Re­ flektionsverhalten bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen und Beleuchtungssituation abhängt. Erfindungsgemäß kann derartiges mehrfach reflektiertes Licht aufgenommen werden, indem der lichtzuführende Lichtleiter und zumindest ein lichtabführender Lichtleiter mit einem Abstand von der Oberfläche des Gegenstan­ des angeordnet werden, so daß ein nicht unerheblicher Teil des Lichtes von der Oberfläche des Gegenstandes seitlich wegreflek­ tiert werden kann. Erfindungsgemäß wird dieses seitlich wegre­ flektierte Licht durch eine Reflektionseinrichtung, zum Beispiel eine Abdeckung, wiederum auf die Oberfläche des zu untersuchen­ den Gegenstandes zurück reflektiert. Dies kann insbesondere durch eine Abdeckung mit reflektierender Innenfläche erreicht werden, die auf den zu untersuchenden Gegenstand gesetzt wird und hierbei gleichzeitig eine Abschirmung der lichtaufnehmenden Lichtleiter vor Fremdlicht aus der Umgebung sicherstellt. Indem die Innenfläche der Abdeckung diffus reflektierend ausgebildet wird, kann eine Mehrfachreflektion in verschiedene Richtungen erreicht werden, so daß eine gute Mittelung über verschiedene Reflektionsbedingungen erreicht werden kann. Somit kann eine Messung von Licht, das teilweise gestreut wurde und teilweise diffus mehrfach reflektiert wurde, erreicht werden, wodurch eine typische Wahrnehmung eines Gegenstands durch einen Betrachter bei diffusen Lichtverhältnissen nachgebildet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann neben der Farbbestimmung eines Zahnes in der Mundhöhle eines Patienten auch zu der Er­ mittlung der Farbe beispielsweise von Porzellanmaterial.

Zur Erzeugung des Lichtes kann beispielsweise eine polychromati­ sche Lichtquelle, zum Beispiel eine Xenon-Lampe oder Xenon- Blitzlampe verwendet werde, die ein definiertes Spektrum sicht­ baren Lichtes erzeugt. Dieses Licht weist vorteilhafterweise eine möglichst gleichmäßige Intensität über den Wellenlängenbe­ reich sichtbaren Lichtes auf, das heißt, es ist möglichst "wei­ ßes" Licht. Alternativ dazu können auch mehrere monochromatische Lichtquellen, zum Beispiel in den Grundfarben Rot, Grün und Blau, verwendet werden und zusammen oder getrennt dem lichtzu­ führenden Lichtleiter zugeführt werden.

Die spektrale Auswertung des von dem lichtabführenden Lichtlei­ ter oder den lichtabführenden Lichtleitern aufgenommenen Lichtes kann insbesondere durch eine wellenlängenselektive Einrichtung zur Trennung von Licht unterschiedlicher Wellenlänge erfolgen. Dies kann zum einen durch eine wellenlängendispersive Einrich­ tung, wie zum Beispiel ein Prisma oder ein Gitter erfolgen, die das aufgenommene Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge räum­ lich auffächert und somit eine nachfolgende Messung der Licht­ intensität pro Wellenlängenbereich ermöglicht.

Vorteilhafterweise kann die wellenlängenselektive Einrichtung auch mehrere parallel geschaltete Farbfilter aufweisen, so daß nachfolgend Teillichtmengen ausgewählter Wellenlängenbereiche gemessen werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeich­ nungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 2 - einen Ausschnitt aus der Vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 - einen entsprechenden Ausschnitt einer zweiten Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 - einen entsprechenden Ausschnitt einer dritten Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5, 6 - Ausschnitte aus erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit Einrichtungen zur Spektralanalyse.

Gemäß Fig. 1 wird Licht von einer Lichtquelle 10 ausgesendet. Diese Lichtquelle kann zum Beispiel Licht in einem größeren Spektralbereich aussenden, vorteilhafterweise zumindest weitge­ hend weißes Licht mit einer relativ gleichmäßigen Intensität im sichtbaren Spektralbereich. Weiterhin können auch mehrere monochromatische Lichtteilquellen, zum Beispiel drei Lichtteil­ quellen im roten, grünen und blauen Spektralbereich verwendet werden, die in bekannter Weise ein Farbendreieck zur Bestimmung der Farbe von Licht im sichtbaren Spektralbereich bilden.

Zumindest ein Teil des von der Lichtquelle 10 ausgesandten Lichts wird über einen lichtzuführenden Lichtleiter 1 zu einem Zahn 12 befördert. Von dem Zahn 12 ausgesandtes Licht wird wie­ derum von einem lichtabführenden Lichtleiter 2 zurückgeführt und über Auswertemittel 26, 28, 30 analysiert. Diese Auswertemittel können gemäß Fig. 1 ein Gitter 26 oder Prisma umfassen, durch das das aufgenommene Licht spektral zerlegt wird. Das spektral zerlegte Licht kann anschließend gemäß Fig. 1 auf eine licht­ empfindliche Anordnung 28, zum Beispiel ein Photodiodenarray, geleitet werden, so daß die Intensität von Licht unter­ schiedlicher Wellenlänge direkt durch Dioden des Arrays gemessen werden können. Die Lichtintensität pro Wellenlänge bzw. Frequenz kann anschließend von einer Auswerteeinheit 30 ausgewertet wer­ den, so daß die Farbe des aufgenommenen Lichtes bestimmt werden kann.

Erfindungsgemäß soll die Aufnahme von direkt auf der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes reflektiertem Licht möglichst weitgehend verhindert werden. Hierzu können gemäß Fig. 2 der lichtzuführende Lichtleiter 1 mit einem äußeren Ende 4 und der lichtabführende Lichtleiter 2 mit einem äußeren Ende 5 direkt auf eine Oberfläche 16 des zu untersuchenden Gegenstandes 12 gesetzt werden. Eine Lichtausgabefläche 14 des lichtzuführenden Lichtleiters 1 bildet somit eine erste Anlagefläche, eine Licht­ aufnahmefläche 15 des lichtabführenden Lichtleiters 2 bildet entsprechend eine zweite Anlagefläche zur Anlage an der Oberflä­ che 16 des zu untersuchenden Gegenstandes. Dabei sind die Anla­ geflächen 14 und 15 vorteilhafterweise im wesentlichen parallel zu der Oberfläche 16. Die Lichtausgabefläche 14 liegt dabei an einem Einleitbereich 6 der Oberfläche 16 an; entsprechend liegt die Lichtaufnahmefläche 15 des lichtabführenden Lichtleiters 2 an einer Austrittsfläche 7 der Oberfläche 16.

Da die Lichtausgabefläche 14 des lichtzuführenden Lichtleiters 1 direkt vor bzw. an dem Eingabebereich 6 liegt, wird kaum Licht von dem Einleitbereich 6 nach außen reflektiert werden. Aufgrund von Unebenheiten in der Oberfläche 16 kann jedoch eine gewisse Lichtmenge schräg austreten und reflektiert werden, die zweckmä­ ßigerweise durch eine Abschirmung, zum Beispiel eine Gummiblen­ de, zwischen den Lichtleitern 1 und 2 unterdrückt wird. Der Großteil des Lichtes wird jedoch in den Gegenstand 12 gelangen und dort an Unregelmäßigkeiten in dem Zahn oder Korngrenzen des polykristallinen Zahnmaterials gestreut werden. Aufgrund des Farbverhaltens bzw. Absorbtionsverhaltens des Zahnmaterials tritt eine wellenlängenabhängige Absorbtion im Spektralbereich des sichtbaren Lichtes auf. Die subjektiv empfundene Farbe des Gegenstandes 12 setzt sich dabei aus dem nicht oder weniger stark absorbierten Wellenlängenbereichen des Lichtes zusammen.

Da die Lichtausgabefläche 15 direkt vor bzw. an dem Ausgabebe­ reich 7 der Oberfläche 16 liegt, kann im wesentlichen nur aus dem Inneren des Zahnes 12 durch den Ausgabebereich 7 hindurch­ tretendes Licht aufgenommen werden, jedoch kaum bzw. überhaupt nicht Licht, das an der Oberfläche 16 reflektiert wurde. Somit ist insbesondere die Aufnahme von Licht, das von der Lichtausga­ befläche 14 ausgesandt wurde, an der Oberfläche 16 direkt re­ flektiert wurde und anschließend in die Lichtaufnahmefläche 14 gelangt, weitgehend verhindert. Weiterhin kann auch anderes Fre­ mdlicht aus der Umgebung kaum in die Lichtaufnahmefläche 15 des lichtabführenden Lichtleiters 2 eindringen. Das Licht kann grundsätzlich innerhalb unterschiedlicher Schichttiefen des Zah­ nes 12 gestreut werden, wobei das genaue Streuverhalten von ei­ nem Abstand d zwischen dem lichtzuführenden Lichtleiter 1 und dem lichtabführenden Lichtleiter 2 abhängt.

Bei der Ausführungsform von Fig. 3 werden ein erster lichtab­ führender Lichtleiter 2 und ein zweiter lichtabführender Licht­ leiter 3 verwendet, die gegenüber dem lichtzuführenden Lichtlei­ ter 1 unterschiedliche Abstände d1, d2 aufweisen. Hierbei wird der zweite lichtabführende Lichtleiter 3, der einen größeren Abstand d2 von dem lichtzuführenden Leiter 1 aufweist, insgesamt eine geringere Lichtintensität aufnehmen als der erste lichtab­ führende Lichtleiter 2. Gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsform wird jedoch nicht nur die Lichtintensität mit zuneh­ mendem Abstand d verändert, sondern auch die spektrale Zusammen­ setzung des Lichtes, das heißt die relative Lichtintensität pro Wellenlängeneinheit. In die jeweiligen Lichtleiter 2, 3 im we­ sentlichen Licht eintreten, das eine möglichst geringe Weg­ strecke in dem Zahnmaterial zurückgelegt hat. Somit wird in bei­ de Lichtleiter überwiegend Licht eintreten, das in oberflächen­ nahen Bereichen gestreut wurde. Beide Lichtleitern nehmen jedoch auch Licht auf, das in tiefere Schichten des Zahnmaterials ge­ langt ist. In tiefere Schichten des Zahnmaterials gestreute Lichtmengen tragen bei einem größeren Abstand d2 jedoch stärker zur Gesamtintensität bei, als bei einem kleineren Abstand d1, da der Beitrag einer Schicht in einer Tiefe t zur Gesamtintensität im wesentlichen eine Funktion von d und t darstellt.

Somit werden bei einem größeren Abstand d2 zwischen lichtabfüh­ rendem Lichtleiter 3 und lichtzuführendem Lichtleiter 1 größere Schichttiefen in die Mittelung über das Absorbtionsverhalten einbezogen als bei einem kleineren Abstand d1. Die Darstellung der Fig. 3 ist hierzu schematisch vereinfacht, da bei der Streuung von Licht in dem Gegenstand 12 von jedem der beiden lichtabführenden Lichtleiter 2 und 3 auch Licht aufgenommen wird, das in tiefere und höhere Schichten des Gegenstands 12 eingedrungen ist.

Durch einen Vergleich der Spektralzusammensetzungen des von dem ersten lichtabführenden Lichtleiter 2 und dem zweiten lichtab­ führenden Lichtleiter 3 aufgenommenen Lichtes kann somit auf ein Streuverhalten und/oder Absorptionsverhalten in unterschiedli­ chen Schichttiefen des Zahnes 12 geschlossen werden. Somit kann beispielsweise auf das Absorbtionsverhalten in oberflächennahen Bereichen des Gegenstands, die im wesentlichen für die subjekti­ ve Farbempfindung des Beobachters relevant ist, abgestellt wer­ den.

Zusätzlich zu den zwei lichtabführenden Lichtleitern der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform können noch weitere lichtabfüh­ rende Lichtleiter vorgesehen werden. Vorteilhafterweise kann ein Bündel bzw. Array aus lichtabführenden Fasern verwendet werden, deren Auflageflächen bzw. Lichtaufnahmeflächen in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Durch eine derartige Viel­ zahl von Spektralkurven kann ein Verhalten in einer gewünschten Schichttiefe genau berechnet werden und gegebenenfalls weitere Werte für andere Schichttiefen interpoliert bzw. extrapoliert werden.

In den Ausführungsformen der Fig. 2, 3 kann vorteilhafterwei­ se eine Abdeckung um die Lichtleiter zur Unterdrückung von Fremdlicht gelegt werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der ebenfalls eine Aufnahme von direkt auf der Oberfläche 16 des Zahnes 12 reflektiertem Licht verhindert wird. Hierbei wird an­ stelle der in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform oder ins­ besondere auch ergänzend eine Messung vorgenommen, bei der die äußeren Enden 4 und 5 der Lichtleiter 1 und 2 nicht direkt an der Oberfläche 16 des Gegenstands 12 anliegen, sondern von ihr beabstandet sind. Eine Abdeckung 17 sorgt zum einen für einen definierten Abstand der Lichtleiter 1 und 2 von der Oberfläche 16 des Gegenstandes 12 und verhindert zum anderen, daß Fremd­ licht von außen eindringt. Sie bildet somit mit der Oberfläche 16 des Gegenstandes 12 einen geschlossenen oder zumindest weit­ gehend geschlossenen Raum, der gewissermaßen als Ulbricht-Kugel. Die Innenfläche 20 der Abdeckung 17 ist aus einem reflektieren­ dem, vorzugsweise diffus reflektierenden Material. Die Oberflä­ che ist insbesondere aus einem farblich neutralen, im Bereich des sichtbaren Lichtes möglichst weitgehend gleichmäßig bzw. gar nicht absorbierenden Material, das heißt einem "weißen" Material gefertigt. Hierfür kann zum Beispiel Bariumsulfid verwendet wer­ den. Bei dieser Ausführungsform wird neben gestreutem Licht auch an der Oberfläche 16 mehrfach reflektiertes Licht aufgenommen; es ist lediglich die Aufnahme von direkt reflektiertem Licht verhindert. Die Aufnahme von Licht, das direkt von der Lichtaus­ gabefläche des lichtzuführenden Lichtleiters 1 über die Oberflä­ che 16 zu der Lichtaufnahmefläche des lichtabführenden Lichtlei­ ters 2 gelangt, kann zum Beispiel durch eine in der Figur nicht gezeigte Blende zwischen den Lichtleitern 1 und 2 verhindert werden. Die Aufnahme von direkt reflektiertem Licht würde einen zu großen Beitrag zu dem Gesamtsignal liefern, so daß das ge­ streute Licht und insbesondere auch das mehrfach reflektierte Licht in den Gesamtwert nicht mehr hinreichend eingehen würden.

Licht, das von der Lichtausgabefläche 14 des lichtzuführenden Lichtleiters 1 nach unten ausgestrahlt wird, tritt zumindest teilweise in das Innere des Gegenstandes 12 ein und wird gegebe­ nenfalls teilweise an der Oberfläche reflektiert. Das in den Gegenstand 12 eingedrungene Licht wird teilweise nach mehrfacher Streuung im Inneren des Gegenstandes 12 an Verunreinigungen oder Korngrenzen innerhalb des Bereichs der Abdeckung 17 aus der Oberfläche 16 des Gegenstandes 12 hinaustreten und zum Teil von der Lichtaufnahmefläche 15 des lichtabführenden Lichtleiters 2 aufgenommen. Weiterhin wird an der Oberfläche 16 reflektiertes Licht von der Innenfläche 20 der Abdeckung 17 weiterreflektiert werden und nach weiterer Reflektion bzw. weiteren Reflektionen zum Teil wiederum in den Gegenstand 12 eindringen und in ihm gestreut werden oder direkt von der Lichtaufnahmefläche 15 des lichtabführenden Lichtleiters 2 aufgenommen werden. Somit wird eine Mischung von Streuung und Mehrfachreflektion erreicht, so daß das vom lichtabführenden Lichtleiter 2 wegtransportierte Licht eine entsprechende Mischung aus gestreutem, mehrfach re­ flektiertem sowie gestreutem und mehrfach reflektierten Licht aufweist. Eine derartige Mischung kann ebenfalls als eine gute Mittelung für das bei natürlicher Betrachung bei unterschiedli­ chen Lichtverhältnissen entstehende Gesamtfarbverhalten eines Zahnes genommen werden.

Die Spektralanalyse des von dem lichtabführenden Lichtleiter 2 und gegebenenfalls weiteren lichtabführenden Lichtleitern aufge­ nommenen Lichtes kann gemäß Fig. 1 durch ein wellenlängendis­ persives Element, wie zum Beispiel ein Gitter 26 oder ein Prisma erfolgen. Hierbei wird das Licht nachfolgend von einer lichtemp­ findlichen Meßeinrichtung, zum Beispiel einem Photodiodenarray 28 wellenlängenabhängig vermessen, wobei die Meßwerte direkt von einer Auswerteeinheit bzw. Recheneinheit 30 weiterverarbeitet werden können, so daß eine direkte Farbzuordnung zu den Meßwer­ ten möglich ist.

Alternativ dazu kann gemäß Fig. 5 das aus dem Ende des Licht­ leiters 2 austretende Licht über parallel angeordnete Farbfil­ ter, zum Beispiel einen Rotfilter 22, einen Grünfilter 23 und ein Blaufilter 24, zu lichtempfindlichen Meßeinrichtungen 25, 27, 29, beispielsweise Photodioden, geleitet werden. Für eine quantitative Bestimmung der Farbanteile kann diese Meßeinrich­ tung vorab geeicht werden.

Weiterhin können gemäß Fig. 6 drei Leitungen 31, 32 und 33 ver­ wendet werden, die an dem Meßkopf getrennt Licht aufnehmen und über Farbfilter 22, 23 und 24 zu Meßeinrichtungen 25, 27 und 29 führen. Am Meßkopf können diese Leitungen an der Auflagefläche des Lichtleiters zum Beispiel konzentrisch zueinander angeord­ nete Aufnahmeflächen aufweisen.

Die Meßsignale der Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 können anschließend analog Fig. 1 von einer Recheneinrichtung 30 wei­ terverarbeitet werden. Diese beiden Ausführungsformen können insbesondere mit einer Verwendung von drei monochromatischen Lichtteilquellen kombiniert werden.

Claims (22)

1. Verfahren zur Bestimmung der Farbe eines Gegenstandes, ins­ besondere eines Zahnes (12), bei dem Licht unterschiedli­ cher Wellenlänge von einem lichtzuführenden Lichtleiter (1) auf den zu untersuchenden Gegenstand (12) gestrahlt wird, von dem Gegenstand (12) ausgesandtes Licht von einem licht­ abführenden Lichtleiter (2, 3) aufgenommen und nachfolgend mittels einer Spektralanalyse analysiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Licht von dem lichtzuführenden Lichtleiter (1) auf ei­ nen Einleitbereich (6) der Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) gestrahlt wird, und
der lichtabführende Lichtleiter (2, 3) auf einen vom Ein­ leitbereich (6) getrennten Ausgabebereich (7, 8) der Ober­ fläche (16) gerichtet wird derartig, daß er von dem Ausga­ bebereich ausgesandtes Licht aufnimmt,
wobei eine Aufnahme von Licht, das von dem lichtzuführenden Lichtleiter (1) direkt über die Oberfläche (16) des Gegen­ stands (12) zu dem lichtaufnehmenden Lichtleiter (2, 3) reflektiert wird, verhindert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reflektionsbedingung von einer Lichtausgabefläche (14) des lichtzuführenden Lichtleiters (1) über die Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) zu einer Lichtaufnahmefläche (15, 19) des lichtabführenden Lichtleiters (2, 3) unerfüllt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
ein erster lichtabführender Lichtleiter (1) verwendet wird, der auf einen ersten Ausgabebereich (7) der Oberfläche (16) gerichtet ist, der von dem Einleitbereich (6) einen ersten Abstand (d1) aufweist, und mindestens ein zweiter lichtab­ führender Lichtleiter (3) verwendet wird, der auf einen zweiten Ausgabebereich (8) der Oberfläche (16) gerichtet ist, wobei der zweite Ausgabebereich (8) einen zweiten Ab­ stand (d2) zu dem Einleitbereich (6) aufweist, der von dem ersten Abstand (d1) verschieden ist,
das von dem ersten lichtabführenden Lichtleiter (2) und dem zweiten lichtabführenden Lichtleiter (3) aufgenommene Licht jeweils mittels einer Spektralanalyse analysiert wird, und
aus den Meßwerten bei dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand ein Absorptionsverhalten des Gegenstandes in Abhän­ gigkeit von seiner Schichttiefe ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der lichtzuführende Lichtleiter (1) mit einer Lichtausgabefläche (14) und der lichtabführende Lichtleiter (2) bzw. die lichtabführenden Lichtleiter mit einer Licht­ aufnahmefläche (15, 19) auf die Oberfläche (16) des Gegen­ stands (12) gesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der lichtzuführende Lichtleiter (1) und der lichtabführende Lichtleiter (2 von der Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) beabstandet angeordnet werden, wobei eine Abdeckung (17) auf die Oberfläche (16) gesetzt wird und einen Bereich der Oberfläche umgibt, der den Einleitbereich (6) und den Ausgabebereich (7) umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenfläche (20) der Abdeckung (17) im Spektralbereich des sichtbaren Lichtes reflektierend, vorzugsweise diffus re­ flektierend, ausgebildet ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß polychromatisches Licht auf den Gegenstand (12) eingestrahlt wird, und das von dem lichtabführenden Lichtleiter (2) bzw. den lichtabführenden Lichtleitern (2, 3) aufgenommene Licht spektral in mehrere, vorzugsweise mindestens drei Lichtteilmengen zerlegt wird, die gemessen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgenommene Licht durch mehrere parallel geschaltete Lichtfilter, vorzugsweise einen Rotfilter, einen Grünfilter und einen Blaufilter, geleitet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gegenstand ein Zahn (12) in einer Mund­ höhle ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gegenstand ein Textilgewebe ist.

11. Vorrichtung zur Bestimmung der Farbe eines Gegenstandes (12), zum Beispiel eines Zahnes, insbesondere zum Durchfüh­ ren eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Lichtquelle (10),
mindestens einem lichtzuführenden Lichtleiter (1) zum Über­ führen des Lichtes der Lichtquelle auf den zu untersuchen­ den Gegenstand (12),
mindestens einem lichtabführenden Lichtleiter (2, 3) zum Aufnehmen von von dem Gegenstand (12) ausgesandten Licht, und
Auswertemitteln (26, 28, 30) für eine Spektralanalyse des von dem lichtabführenden Lichtleiter aufgenommenen Lichtes,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung Anlagemittel (14, 15, 19, 17) zur Anlage an den zu untersuchenden Gegenstand (12) aufweist, und
bei Anlage der Anlagemittel an dem Gegenstand eine Licht­ ausgabefläche (14) des lichtzuführenden Lichtleiters (1) und eine Lichtaufnahmefläche (15, 19) des lichtabführenden Lichtleiters (2, 3) auf den Gegenstand (12) gerichtet sind, und eine Reflektionsbedingung für eine direkte Reflektion von Licht von der Lichtausgabefläche (14) des lichtzufüh­ renden Lichtleiters (1) über die Oberfläche (16) des Gegen­ standes (12) zu der Lichtaufnahmefläche (15, 19) des licht­ abführenden Lichtleiters (2, 3) unerfüllt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein erster lichtabführender Lichtleiter (2) und ein zweiter lichtabführender Lichtleiter (3) zur Aufnahme und Weiterführung von von dem zu untersuchenden Gegenstand (12) ausgesandten Licht vorgesehen sind, wobei die Licht­ aufnahmeflächen (15, 19) der mindestens zwei lichtabführen­ de Lichtleiter (2, 3) unterschiedliche Abstände zu der Lichtausgabefläche (14) des lichtzuführenden Lichtleiters (1) aufweisen, und die Auswertemittel aus einer Analyse des von dem ersten lichtabführenden Lichtleiters (2) aufgenom­ menen Lichtes und des vom zweiten lichtabführenden Licht­ leiters (3) aufgenommenen Lichtes auf ein Absorbtionsver­ halten in Abhängigkeit von der Schichttiefe des Gegenstan­ des (12) schließen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei, vorzugsweise mehr als drei lichtabführende Lichtleiter in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtausgabefläche (14) des licht­ zuführenden Lichtleiters (1) als erste Anlagefläche zur Anlage an dem zu untersuchenden Gegenstand (12) und die Lichtaufnahmefläche (15) des mindestens einen lichtabfüh­ renden Lichtleiters als zweite Anlagefläche zur Anlage an dem zu untersuchenden Gegenstand ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den Lichtleitern verbundene Abdeckung (17) zur Anlage an dem zu untersuchenden Gegen­ stand (12) vorgesehen ist, wobei bei Anlage der Abdeckung (17) an dem Gegenstand der lichtzuführende Lichtleiter (1) und zumindest ein lichtabführender Lichtleiter (2) von der Oberfläche (16) des zu untersuchenden Gegenstandes (12) beabstandet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (17) den lichtzuführenden Lichtleiter (1) und den mindestens einen lichtabführenden Lichtleiter (2) um­ gibt und bei Anlage an der Oberfläche (16) des zu untersu­ chenden Gegenstandes (12) mit dieser einen geschlossenen Raum bildet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abdeckung eine im Spektralbereich des sicht­ baren Lichtes reflektierende, vorzugsweise diffus reflek­ tierende Innenfläche (20) aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertemittel eine wellenlängense­ lektive Einrichtung (22, 23, 24; 26) zur Trennung von auf­ genommenem Licht unterschiedlicher Wellenlänge aufweisen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenlängenselektive Einrichtung mindestens drei par­ allel geschaltete Farbfilter, vorzugsweise einen Rotfilter (22), einen Grünfilter (23) und einen Blaufilter (24), durch die Teilmengen des aufgenommenen Lichtes gelangen, und weiterhin Meßeinrichtungen (25, 27, 29), vorzugsweise lichtempfindliche Dioden, zur Messung des durch die Farb­ filter hindurchgelangten Lichtes aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenlängenselektive Einrichtung ein wellenlängendis­ persives Element, zum Beispiel ein Prisma oder Gitter (26) zur Spektralzerlegung des aufgenommenen Lichtes sowie eine nachgeordnete lichtempfindliche Meßeinrichtung (28), vor­ zugsweise ein lichtempfindliches Diodenarray, aufweist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) ein definiertes Spektrum an sichtbarem Licht aufweist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) mehrere monochro­ matische Lichtteilquellen, vorzugsweise jeweils eine Licht­ teilquelle für rotes, grünes und blaues Licht, aufweist.