DE19923657B4

DE19923657B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Farbe eines Gegenstandes, insbesondere eines Zahnes

Info

Publication number: DE19923657B4
Application number: DE19923657A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Werner Twachtmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-22
Filing date: 1999-05-22
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2019-05-23
Also published as: DE19923657A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Farbe eines Gegenstandes (12), 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 einer Spektralanalyse analysiert wird;
wobei
das Licht von dem lichtzuführenden Lichtleiter (1) auf einen Einleitbereich (6) der Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) gestrahlt wird, und
der lichtabführende Lichtleiter (2, 3) auf einen vom Einleitbereich (6) getrennten Ausgabebereich (7, 8) der Oberfläche(16) gerichtet wird derartig, dass er von dem Ausgabebereich ausgesandtes Licht aufnimmt,
wobei eine Aufnahme von Licht, das von dem lichtzuführenden Lichtleiter (1) direkt über die Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) zu dem lichtaufnehmenden Lichtleiter (2, 3) reflektiert wird, verhindert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
der lichtzuführende Lichtleiter (1) und der lichtabführende Lichtleiter (2) von der Oberfläche (16) des Gegenstandes...

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 Spektral- analyse analysiert wird, wobei das Licht von dem lichtzuführenden Lichtleiter auf einen Einleitbereich der Oberfläche des Ge- genstands gestrahlt wird und der lichtabführende Lichtleiter auf einen vom Einleitbereich getrennten Ausgabebereich der Oberfläche gerichtet wird derartig 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 wird.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Bestimmen 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 ausgesandtem Licht, Auswertemitteln für eine Spektralanalyse des von dem lichtabführenden Lichtleiter aufge- nommenen Lichtes, und Anlagemitteln zur Anlage an den zu untersuchenden Gegenstand, wobei bei Anlage der Anlagemittel an dem Gegenstand eine Lichtausgabefläche des lichtzuführenden Licht- leiters und eine Lichtaufnahmefläche des lichtabführenden Licht- leiters auf den Gegenstand gerichtet sind und eine direkte Reflexion von Licht von der Lichtausgabefläche des lichtzuführenden Lichtleiters über die Oberfläche des Gegenstandes zu der. Lichtaufnahmefläche des lichtabführenden Lichtleiters verhindert wird.
Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen werden beispielsweise bei der Bestimmung der Farbe eines Zahnes in der Mundhöhle eines Patienten verwendet. Eine derartige Bestimmung der Zahnfarbe ist insbesondere für die Herstellung von Zahnprothesen wie Brücken, Kronen, sowie für Zahnfüllungen hilfreich, bei denen es aus asthetischen 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 Zahn- bereichs geschlossen werden.

In der DE 90 12 977 U1 ist eine Vorrichtung zum Messen der Zahnfarbe mit einem direkt auf den Zahn aufzusetzenden Messkopf offenbart, der eine Mehrzahl van äußeren Wellenleitern zur Be- leuchtung des Zahnes und einen inneren Wellenleiter zur Aufnahme des vom Zahn abgestrahlten Lichtes hat.

In der DE 34 28364 C2 ist eine Farberkennungsanordnung mit dreiauf verschiedene Grundfarben ansprechenden Lichtempfangselementen beschrieben, denen ein vor nicht selbst leuchtenden Körpern reflektierter Lichtstrom über ein Lichtelement zugeleitet wird. Die Beleuchtung der Körper erfolgt durch eine Blitzlampe über ein Beleuchtungs- Lichtleitelement aus einer Mehrzahl von Lichtleitfasern, die in einem Abtastrohr eine Lichtempfangsfläche konzentrisch umgebende ringförmige Lichtaustrittsfläche bilden.

In der JP 09-210792 A ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Farbe eines Zahnes beschrieben, bei der eine Abdeckung mit reflektierender Innenfläche eingesetzt wird, um das von einer Lichtquelle emittierte. Licht indirekt auf ein vorbestimmtes Gebiet eines Messsensors zu leiten und dort zu bündeln.

Weiterhin ist aus der WO 99/01745 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zahnfarbenbestimmung bekannt, bei dem Licht unterschiedlicher Wellenlänge von einem lichtzuführenden Lichtleiter auf den zu untersuchenden Gegenstand gestrahlt wird, von dem Gegenstand aus gesandtes Licht von einem lichtabführenden Lichtleiter aufgenommen und nachfolgend mittels einer Spektralanalyse analysiert wird. Das Licht wird von dem lichtzuführenden Lichtleiter auf einen Einleitbereich der Oberfläche des Gegenstandes gestrahlt. Der lichtabführende Lichtleiter ist auf einen vom Einleitbereich getrennten Ausgabebereich der Oberfläche derartig gerichtet, dass er von dem Ausgabebereich ausgesandtes Licht aufnimmt. Dabei wird eine Aufnahme von Licht, dass von dem lichtzuführenden Lichtleiter direkt über die Oberfläche des Gegenstandes zu dem lichtaufnehmenden Lichtleiter reflektiert wird, verhindert. Der lichtzuführende Lichtleiter und der licht abführende Lichtleiter sind von der Oberfläche des Gegenstandes beanstandet angeordnet.

Das Dokument beschreibt weiterhin eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des geltenden Anspruchs 8.

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 Praxis, daß die hierbei ermittelten Werte das natürliche Farbverhalten eines Zahnes nur unzureichend wiedergeben. Insbesondere kann bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen, Beleuchtungswinkeln 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 Befeuchtung 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 Gegenstandes auch unter unterschiedlichen Lichtverhältnissen und Beleuchtungssituation sowie bei unterschiedlicher individueller Handhabung der Messvorrichtung mit relativ geringem Aufwand zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren gelöst, indem der lichtzuführende Lichtleiter und der lichtabführende Lichtleiter von der Oberfläche des Gegenstandes beanstandet angeordnet werden und eine die Lichtleiter umgebende Abdeckung auf die Oberfläche gesetzt wird und die Innenfläche der Abdeckung im Spektralbereich des durch den lichtzuführenden Lichtleiter zuge- führten Lichtes reflektierend ausgebildet ist.

Bei der eingangs genannten Vorrichtung wird diese Aufgabe gelöst, indem eine mit den Lichtleitern verbundene Abdeckung (17) zur Anlage an dem zu untersuchenden Gegenstand (12) vorgesehen ist, wobei bei Anlage der Abdeckung (17) an dem Gegenstand der lichtzuführende Lichtleiter (1) und zumindest ein lichtabführen- der Lichtleiter (2) von der Oberfläche (16) des zu untersuchenden Gegenstandes (12)beanstandet sind, und dass die Abdeckung eine im Spektralbereich des sichtbaren Lichtes reflektierende Innenfläche (20) aufweist

Erfindungsgemäß ist es möglich, nicht lediglich gestreutes Licht aufzunehmen, sondern zusätzlich auch an der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes mehrfach reflektiertes Licht zu messen. Somit kann nicht nur das Farbverhalten des Gegenstandes in unterschiedlichen Schichttiefen, sondern auch ein Reflexionsverhalten bei unterschiedlichen Beleuchtungen ermittelt werden. Ein derartiges Messverhalten ist insbesondere für Gegenstände vorteilhaft, bei dem die Farbwahrnehmung durch einen Beobachter oder Betrachter auch von dem Reflexionsverhalten bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen und Beleuchtungssituationen abhängt Dabei kann derartiges mehrfach reflektiertes Licht aufge- nommen werden, indem eine die Lichtleiter umgebende Abdeckung auf die Oberfläche des Gegenstandes gesetzt wird, so dass ein nicht unerheblicher Teil des Lichtes von der Oberfläche des Ge genstandes seitlich wegreflektiert werden kann. Erfindungsgemäß wir dieses seitlich wegreflektierte Licht durch die den Lichtleiter umgebende Abdeckung wiederum auf die Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes zurück reflektiert. Dies wird durch eine Abdeckung mit reflektierender Innenfläche erreicht, 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 vorzugsweise diffus reflektierend ausgebildet wird, kann eine Mehrfachreflexion in verschiedene Richtungen erreicht werden, so dass eine gute Mitteilung über verschiedene Reflexionsbedingungen 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.

Die Farbabstimmung wird somit nicht auf Grundlage von Licht durchgeführt, das direkt von der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes reflektiert wird. Derartiges durch eine direkte Reflexion aufgenommenes Licht hängt stark von den speziellen Reflexionsbedingungen, wie der bereits genannten Befeuchtung des Gegenstandes, beispielsweise eines Zahnes in der Mundhöhle, oder der Oberflächenbeschaffenheit, zum Beispiel der Rauhigkeit der Oberfläche ab. Bei einer direkten Reflexion von Licht der Oberfläche eines Gegenstandes unterscheidet sich die Absorp- tion unterschiedlicher Spektralbereiche des sichtbaren Lichtes im Allgemeinen nur gering. Somit wird im Allgemeinen eine zu „weiße" Farbe des Gegenstands festgestellt. Weiterhin wird die von einem Betrachter wahrgenommene Farbe eines Gegenstandes im Allgemeinen von der Absorption des Lichtes unter diffusen Bedingungen und nicht bei Vorliegen einer Reflexionsbedingung für eine direkte Reflexion abhängen.

Es wird somit angestrebt, Licht aufzunehmen, das in dem zu untersuchenden Gegenstand gestreut wurde. Indem eine direkte Reflexion 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 wird verhindert, indem eine Reflexionsbedingung von einem lichtzuführenden Lichtleiter zu einem lichtaufnehmenden Lichtleiter nicht erfüllt ist.

An den Enden der Lichtleiter können 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 unerwünschten optischen Eigenschaften verhindern.

Vorteilhafterweise kann das Farbverhalten bzw. Absorptionsver- halten 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 Ausgabebereiche, die zu dem Einleitbereich des Lichtes in dem Gegenstand unterschiedliche Abstände haben, kann Licht aufgenommen werden, das im statistischen Mittel unterschiedlich tief in den Gegenstand eingedrungen ist. Somit können gemittelte Werte für unterschiedliche Schichttiefen des Gegenstandes ermittelt werden. Diese unterschiedlichen Farbwerte bzw. Absorptionswerte des Gegenstandes können nachfolgend dazu genutzt werden, den künstlichen Bereich entweder ebenfalls mit unterschiedlichem Farbverhalten 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 Einleitebereich des Lichtes kann zum einen durchgeführt werden, indem ein lichtzuführender Leiter und ein licht- abführender Lichtleiter verwendet werden, deren Abstand zueinander 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 gleichzeitig aufgenommen werden, ohne dass bei einer Verstellung des 1ichtabführenden Lichtleiters Änderungen der geometrischen Anordnung, zum Beispiel durch eine Bewegung eines Patienten oder des Messkopfes mit den Lichtleitern, zwischen verschiedenen Messungen auftreten können. Indem mindestens drei, vorzugsweise mit gleichen Abständen zueinander angeordneten lichtabführende Lichtleiter verwendet werden, kann die Genauigkeit der Bestimm- mung des Farbverhaltens bzw. Absorptionsverhaltens als Funktion der Schichttiefe erhöht werden. Hierdurch ist unter anderem auch eine Interpolation oder Extrapolation auf weitere Schichttiefen möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann neben der Farbbestimmung eines Zahnes in der Mundhöhle eines Patienten auch zu der Ermitt- lung der Farbe beispielsweise von Porzellanmaterial verwenden werden.

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

Die spektrale Auswertung des von dem lichtabführenden Lichtleiter 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 Einrichtung, 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 Lichtintensität pro Wellenlängenbereich ermöglicht.

Vorteilhafter kann die wellenlängenselektive Einrichtung auch mehrere parallel geschaltete Farbfilter aufweisen, so dass nach folgend Teillichtmengen ausgewählter Wellenlängenbereiche gemessen werden können.

Es zeigen:

1 – eine Vorrichtung zur Bestimmung der Farbe eines Zahnes;

2, 3 – Ausschnitte aus der Vorrichtung von 1. Die erfindungsgemäße Abdeckung sowie Beabstandung der Lichtleiter von der Oberfläche des Gegenstandes ist hier nicht dargestellt.

4 – einen Ausschnitt aus der Vorrichtung von 1 mit der erfindungsgemäßen Abdeckung. Die Lichtwellenleiter sind entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren von der Oberfläche des Gegenstandes beabstandet.

5, 6 – Ausschnitte aus erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit Einrichtungen zur Spektranalyse.

Gemäß 1 wird Licht von einer Lichtqelle 10 ausgesendet. Diese Lichtqelle 10 kann zum Beispiel Licht in einem größeren Spektralbereich aussenden, vorteilhafterweise zumindest weitgehend weißes Licht mit einer relativ gleichmäßigen Intensität im sichtbaren Spektralbereich. Weiterhin können auch mehrere monochromatische Lichtteilquellen, zum Beispiel drei Lichtteilquellen 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 1 ein Gitter 26 oder Prisma umfassen, durch das das aufgenommene Licht spektral zerlegt wird. Das spektral zerlegte Licht kann anschließend gemäß 1 auf eine lichtempfindliche Anordnung 28, zum Beispiel ein Photodiodenarray, geleitet werden, so dass die Intensität von Licht unterschiedlicher Wellenlänge direkt durch Dioden des Arrays gemessen werden können. Die Lichtintensität pro Wellenlänge bzw. Frequenz kann anschließend von einer Auswerteeinheit 30 ausgewertet werden, so dass die Farbe des aufgenommenen Lichtes bestimmt werden kann.

Um die Aufnahme von direkt auf der Oberfläche des zu untersuchenden Gegenstandes reflektiertem Licht möglichst weitgehend zu verhindern können gemäß 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 Lichtaufnahmefläche 15 des lichtabführenden Lichtleiters 2 bildet entsprechend eine zweite Anlagefläche zur Anlage an der Oberfläche 16 des zu untersuchenden Gegenstandes. Dabei sind die Anlageflächen 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 zweckmäßigerweise durch eine Abschirmung, zum Beispiel eine Gummiblende, 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 Farbverhahtens bzw. Absorptionsverhaltens des Zahnmaterials tritt eine wellenlängenabhängige Absorption 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 Ausgabebereich 7 der Oberfläche 16 liegt, kann im Wesentlichen nur aus dem Inneren des Zahnes 12 durch den Ausgabebereich 7 hindurchtretendes 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 Lichtausgabefläche 14 ausgesandt wurde, an der Oberfläche 16 direkt reflektiert wurde und anschließend in die Lichtaufnahmefläche 14 gelangt, weitergehend verhindert. Weiterhin kann auch anderes Fremdlicht aus der Umgebung kaum in die Lichtaufnahmefläche 15 des lichtabführenden Lichtleiters 2 eindringen. Das Licht kann grundsätzlich innerhalb unterschiedlicher Schichttiefen des Zahnes 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 in der von 3 ausschnittsweise gezeigten Vorrichtung werden ein erster lichtabführender Lichtleiter 2 und ein zweiter lichtabführender Lichtleiter 3 verwendet, die gegenüber dem lichtzuführenden Lichtleiter 1 unterschiedliche Abstände d1, d2 aufweisen. Hierbei wird der zweite lichtabführende Lichtleier 3, der einen größeren Abstand d2 von dem lichtzuführende Leiter 1 aufweist, insgesamt eine geringere Lichtintensität aufnehmen als der erste lichtabführende Lichtleiter 2. Gemäß dieses Beispiels wird jedoch nicht nur die Lichtintensität mit zunehmendem Abstand d verändert, sondern auch die spektrale Zusammensetzung des Lichtes, das heißt die relative Lichtintensität pro Wellenlängeneinheit. In die jeweiligen Lichtleiter 2, 3 wird im Wesentlichen Licht eintreten, das eine möglichst geringe Wegstrecke in dem Zahnmaterial zurückgelegt hat. Somit wird in beide Lichtleiter überwiegend Licht eintreten, das in oberflächennahen Bereichen gestreut wurde. Beide Lichtleitern nehmen jedoch auch Licht auf, das in tiefere Schichten des Zahnmaterials gelangt ist. In tiefere Schichten des Zahnmaterials _ gestreut Lichtmengen tragen bei einem größeren Abstand d2 jedoch stärker zur Gesamtintensität bei, als bei einem kleineren Abstand d1, da der Beitrag einer Schicht in eine Tiefe t zur Gesamtintensität im wesentlichen eine Funktion von d und t darstellt.

Somit werden bei einem größeren Abstand d2 zwischen lichtabführendem Lichtleiter 3 und lichtzuführendem Lichtleiter 1 größere Schichttiefen in die Mittelung über das Absorptionsverhalten einbezogen als bei einem kleineren Abstand d1. Die Darstellung der 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 lichtabführenden Lichtleiter 3 aufgenommenen Lichtes kann somit auf ein Streuverhalten und/oder Absorptionsverhalten in unterschiedlichen Schichttifen des Zahnes 12 geschlossen werden. Somit kann beispielsweise auf das Absorptionsverhalten in oberflächennahen Bereichen des Gegenstands, die im Wesentlichen für die subjektive Farbempfindung des Beobachters relevant ist, abgestellt werden.

Zusätzlich zu den zwei lichtabführenden Lichtleitern des in 3 gezeigten Beispiels können noch weitere lichtabführende 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 Vielzahl 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 Vorrichtungen entsprechend der Figuren 2, 3 kann eine Abdeckung um die Lichtleiter zur Unterdrückung von Fremdlicht gelegt werden.

4 zeigt hingegen eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der ebenfalls eine Aufnahme von direkt auf der Oberfläche 16 des Zahnes 12 reflektiertem Licht verhindert wird. Hierbei wird anstelle der in 2 und 3 gezeigten Vorrichtungen 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 beanstandet 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 Fremdlicht 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 wirkt. Die Innenfläche 20 der Abdeckung 17 ist aus einem reflektierendem, vorzugsweise diffus reflektierendem Material. Die Oberfläche ist insbesondere aus einem farblich neutralen, im Bereich des sichtbaren Lichtes möglichst weitgehend gleichmäßig bzw. gar nicht absorbierenden Materials, das heißt einem „wei- ßem" Material gefertigt. Hierfür kann zum Beispiel Bariumsulfid verwendet werden. 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 Lichtausgabefläche des lichtzuführenden Lichtleiters 1 über die Oberfläche 16 zu der Lichtaufnahmefläche des lichtabführenden Lichtleiters 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 gestreute Licht und insbesondere auch das mehrfach reflektierte Licht in den Gesamtwert nicht mehr hinreichend einge- hen würden.

Licht, das von der Lichtausgabefläche 14 des lichtzuführenden Lichtleiters 1 nach unten gestrahlt wird, tritt zumindest teilweise in das Innere des Gegenstandes 12 ein und wird gegebenenfalls 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 Reflexion bzw. weiteren Reflexionen 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 Mehrfachreflexion erreicht, so dass das vom lichtabführenden Lichtleiter 2 wegtransporierte Licht eine entsprechende Mischung aus gestreutem, mehrfach reflektiertem sowie gestreutem und mehrfach reflektierten Licht aufweist. Eine derartige Mischung kann ebenfalls als eine. gute Mittelung für das bei natürlicher Betrachtung bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen entstehende Gesamtfarbverhalten eines. Zahnes genommen werden.

Die Spektralanalyse des von dem lichtabführenden Lichtleiter 2. und gegebenenfalls weiteren lichtabführenden Lichtleitern aufgenommenen Lichtes kann gemäß der 1 durch ein wellenlängendispersives Element, wie zum Beispiel ein Gitter 26 oder ein Prisma erfolgen. Hierbei wird das Licht nachfolgend von einer lichtempfindlichen 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 Messwerten möglich ist.

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

Weiterhin können gemäß 6 drei Leitungen 31, 32 und 33 verwendet 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 angeordnete Aufnahmeflächen aufweisen.

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

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Farbe eines Gegenstandes (12), 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 einer Spektralanalyse analysiert wird; wobei das Licht von dem lichtzuführenden Lichtleiter (1) auf einen Einleitbereich (6) der Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) gestrahlt wird, und der lichtabführende Lichtleiter (2, 3) auf einen vom Einleitbereich (6) getrennten Ausgabebereich (7, 8) der Oberfläche(16) gerichtet wird derartig, dass er von dem Ausgabebereich ausgesandtes Licht aufnimmt, wobei eine Aufnahme von Licht, das von dem lichtzuführenden Lichtleiter (1) direkt über die Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) zu dem lichtaufnehmenden Lichtleiter (2, 3) reflektiert wird, verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtzuführende Lichtleiter (1) und der lichtabführende Lichtleiter (2) von der Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) beabstandet angeordnet werden, und eine die Lichtleiter (1, 2) umgebende Abdeckung (17) auf die Oberfläche (16) gesetzt wird, wobei die Innenfläche (20) der Abdeckung (17) im Spektralbereich des durch den lichtzuführenden Lichtleiter (1) zugeführten Lichtes reflektierend ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster lichtabführender Lichtleiter (2) 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 lichtabführender Lichtleiter (3) verwendet wird, der auf einen zweiten Ausgabebereich (8) der Oberfläche (16) gerichtet ist, wobei der zweite Ausgabebereich (8) einen zweiten Abstand (d2) zu dem Einleitbereich (6) aufweist, der von dem ersten Abstand (d1) verschieden ist, daß das von dem ersten lichtabführenden Lichtleiter (2) und dem zweiten lichtabführenden Lichtleiter (3) aufgenommene Licht jeweils mittels einer Spektralanalyse analysiert wird, und daß aus den Messwerten bei dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand ein Absorptionsverhalten des Gegenstandes in Abhängigkeit von seiner Schichttiefe ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenfläche (20) der Abdeckung (17) im Spektralbereich des sichtbaren Lichtes diffus reflektierend ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß polychromatisches Licht auf den Gegenstand (12) eingestrahlt wird, und das von dem bzw. den lichtabführenden Lichtleitern (2, 3) aufgenommene Licht spektral in mehrere, vorzugsweise mindestens drei Lichtteilmengen zerlegt wird, die gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgenommene Licht durch mehrere parallel geschaltete Lichtfilter, vorzugsweise einen Rotfilter, einen Grünfilter und einen Blaufilter, geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (12) ein Zahn in einer Mundhöhle ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand ein Textilgewebe ist.
Vorrichtung zur Bestimmung der Farbe eines Gegenstandes (12), insbesondere eines Zahnes, mit einer Lichtquelle (10), mindestens einem lichtzuführenden Lichtleiter (1) zum Überführen des Lichtes der Lichtquelle (10) auf den zu untersuchenden Gegenstand (12), mindestens einem lichtabführenden Lichtleiter (2, 3) zum Aufnehmen des von dem Gegenstand (12) ausgesandten Licht Auswertemitteln (26, 28, 30) für eine Spektralanalyse des von dem lichtabführenden Lichtleiter (2, 3) aufgenommenen Lichtes, und Anlagemitteln (14, 15, 16) zur Anlage an den zu untersuchenden Gegenstand (12), wobei bei Anlage der Anlagemittel am Gegenstand (12) eine Lichtausgabefläche (14) des lichtzuführenden Lichtleiters (1) und eine Lichtaufnahmefläche (15) des lichtabführenden Lichtleiters (2, 3) auf den Gegenstand (12) gerichtet sind und eine direkte Reflexion von Licht von der Lichtausgabefläche (14) des lichtzuführenden Lichtleiters (1) über die Oberfläche (16) des Gegenstandes (12) zu der Lichtaufnahmefläche (15) des lichtabführenden Lichtleiters (2, 3) verhindert wird dadurch gekennzeichnet, daß als Anlagemittel eine mit den Lichtleitern (1, 2, 3) verbundene Abdeckung (17) zur Anlage am zu untersuchenden Gegenstand (12) vorgesehen ist, wobei bei An lage der Abdeckung (17) am Gegenstand (12) der lichtzuführende Lichtleiter (1) und zumindest ein lichtabführender Lichtleiter (2, 3) von der Oberfläche (16) des zu untersuchenden Gegenstandes (12) beabstandet sind, und dass die Abdeckung eine im Spektralbereich des sichtbaren Lichtes reflektierende Innenfläche (20) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein erster und ein zweiter lichtabführender Lichtleiter (2, 3) zur Aufnahme und Weiterführung von von dem zu untersuchenden Gegenstand (12) ausgesandten Licht vorgesehen sind, wobei die Lichtaufnahmeflächen (15) der mindestens zwei lichtabführende 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) aufgenommenen Lichtes und des vom zweiten lichtabführenden Lichtleiter (3) aufgenommenen Lichtes auf ein Absorptionsverhalten in Abhängigkeit von der Schichttiefe des Gegenstandes (12) schließen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei, vorzugsweise mehr als drei lichtabführende Lichtleiter in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (17) den lichtzuführenden Lichtleiter (1) und den mindestens einen lichtabführenden Lichtleiter (2, 3) umgibt und bei Anlage an der Oberfläche (16) des zu untersuchenden Gegenstandes (12) mit dieser einen geschlossenen Raum bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertemittel eine wellenlängenselektive Einrichtung (22, 23, 24, 26) zur Trennung von auf genommenem Licht in unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenlängenselektive Einrichtung mindestens drei parallel 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 Farbfilter hindurchgelangten Lichtes aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenlängenselektive Einrichtung ein wellenlängendispersives Element, zum Beispiel ein Prisma oder Gitter (26), zur Spektralzerlegung des aufgenommenen Lichtes sowie eine nachgeordnete lichtempfindliche Meßeinrichtung (28), vorzugsweise ein lichtempfindliches Diodenarray, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtqelle (10) ein definiertes Spektrum im Sichtbaren aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) mehrere monochromatische Lichtteilquellen, vorzugsweise jeweils eine Lichtteilquelle für rotes, grünes und blaues Licht, aufweist.