DE60021417T2

DE60021417T2 - Optisches Meßgerät

Info

Publication number: DE60021417T2
Application number: DE60021417T
Authority: DE
Inventors: L. James OVERBECK; A. Michael GALEN; J. Richard VAN ANDEL; L. Christian BOES
Original assignee: X Rite Inc
Current assignee: X Rite Inc
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2020-12-09
Also published as: US20050122518A1; DE60036232T2; US20030035107A1; JP2003515417A; DE60036232D1; ATE299665T1; EP1237464A2; US20030189706A1; US6750971B2; WO2001041632A3; WO2001041632A2; US6867864B2; US7050168B2; US7030986B2; US20030053061A1; EP1237464B1; DE60021417D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmung für Instrumente zum Messen optischer Charakteristika – z. B. Farbe, Lichtdurchlässigkeit und/oder Glanz – von Objekten, und insbesondere für solche Instrumente, die bei dentalen Anwendungen verwendet werden. Eine Abschirmung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in WO-A-97/25913 beschrieben.
Die Bestimmung von Schattierung oder Farbe eines Objektes ist ein Vorgang, der auf dem Gebiet der Zahnheilkunde häufig durchgeführt wird. Um Zahnwiederherstellungen eines beschädigten Zahnes durchzuführen, vergleicht ein Zahnarzt visuell die Farbe des zu ersetzenden Zahnes mit einer Sammlung von Farbmustern. Diese Farbmuster sind physische Muster, die die Farbe von kommerziell erhältlichem Wiederherstellungsmaterial wie z. B. Keramiken wiedergeben. Diese Muster umfassen die genaue Spezifikation von Materialien, die zum Herstellen eines wiederhergestellten Zahnes mit der Schattierung des ursprünglichen Zahnes, wie sie durch den visuellen Vergleich des Zahnarztes ermittelt wurde, benötigt wird. Wenn der Zahnarzt ein Farbmuster ermittelt hat, das mit der Farbe des Zahnes oder in einigen Fällen mit der Farbe verbliebener benachbarter Zähne übereinstimmt, ist er in der Lage, die benötigte Wiederherstellung anzufertigen. Dieser Vorgang ist jedoch sehr zeitaufwendig und sehr subjektiv und führt häufig zu Zahnwiederherstellungen mit unpassender Schattierung.
Auf dem Gebiet der Zahnheilkunde werden häufig intraorale Kameras verwendet, um Bilder von Zähnen zu gewinnen und um Behandlungspläne für Zahnlöcher und andere mechanische Rekonstruktionen festzulegen. Diese Kameras sind so gestaltet, daß sie beweglich und in der Lage sind, Messungen an engen Stellen durchzuführen, die häufig im Mund vorgefunden werden, jedoch bewahren sie nicht die Farbtreue – d. h. sie nehmen nicht die richtige Farbe auf – des zu vermessenden Objektes.
Einige Zahnärzte versuchen, intraorale Kameras zur Unterstützung bei dem Vorgang der Bestimmung der Schattierung zu verwenden. Leider weisen übliche intraorale Kameras zwei Nachteile auf: eine Abstandsempfindlichkeit aufgrund der Beleuchtungsgeometrie und einen Farbunterscheidungsfehler aufgrund von Sensorbeschränkungen.
Im Hinblick auf das erste Problem verwenden interorale Kameras üblicherweise eine faseroptische Beleuchtung, um die Größe des Handgriffes zu verringern. Eine derartige Einrichtung ist in US-Re. 36.434 von Hamlin et al., wiedererteilt am 7. Dezember 1999, beschrieben. Das Ziel von Hamlin und den meisten interoralen Kameras ist es, an einem Handgriff eine kleine Meßspitze bereitzustellen, die zum gründlichen Untersuchen verwendet werden kann, um Bereiche im Mund zu erreichen. Obgleich eine faseroptische Beleuchtung zum Bereitstellen hoher Beleuchtungsgrade sinnvoll und mit kleinen Meßsondenspitzen vereinbar ist, besteht ein Nachteil jeder kleinen Lichtquelle, die einen größeren Bereich beleuchtet darin, daß der Projektionsstrahl aus divergentem Licht sein muß. Die Intensität eines divergenten Strahls ist gegeben durch das untenstehende fotometrische Entfernungsgesetz:
wobei I die Intensität, D der Abstand von der Lichtquelle und ΔD eine Zunahme des Abstandes D von der Lichtquelle ist. Gleichung 1 ist in 1 veranschaulicht, in der eine faseroptische Quelle 115 einen Lichtstrahl 112 bei Abständen D und D plus ΔD projiziert. Dabei ist die Intensität von Strahl 112 bei Abstand D gemäß der Gleichung 1 bei Abstand D von der Lichtquelle 115 größter als bei Abstand D plus ΔD.
Es ist bekannt, daß dann, wenn die Abstandsänderung zu der Lichtquelle in Bezug auf den Abstand zu der Quelle erheblich ist, sich die Lichtintensität erheblich ändert, und eine sogenannte ungleichmäßige Beleuchtung entsteht. Insbesondere bei Objekten, die in der Nähe der Faseroptiken angeordnet sind, sind bestimmte Bereiche der Objekte ungleichmäßig beleuchtet, da das Licht von der Lichtquelle rasch streut, wenn es sich von der Quelle fortbewegt. Darüber hinaus kann das Objekt in unterschiedlichen Bereichen ungleichmäßig beleuchtet sein, wenn mehrere Lichtquellen zum Beleuchten eines Objektes verwendet werden.
Ein Beispiel einer ungleichmäßigen Beleuchtung der Oberfläche eines Objektes wird verständlich bei weiterer Bezugnahme auf 1. Wie es dort gezeigt ist, wird eine gekrümmte Oberfläche eines Zahnes T, der für Beschreibungszwecke leicht vergrößert dargestellt ist, im Strahl 112, der von der Lichtquelle 115 projiziert wird, beleuchtet. Ein Bereich 113 des Zahnes befindet sich bei Abstand D von der Lichtquelle 115, und ein Bereich 114 befindet sich bei Abstand D plus ΔD von der Lichtquelle 115. Wie oben beschrieben, ist die Lichtintensität bei Abstand D größer als bei Abstand D plus ΔD. Demgemäß werden die Bereiche 113 und 114 nicht mit der gleichen Lichtintensität beleuchtet, d. h. die Beleuchtung ist ungleichmäßig. Von dem Zahn T reflektiertes Licht messende Sensoren sammeln inkonsistente Farbinformationen von diesen Bereichen.
Ein Beispiel einer ungleichmäßigen Beleuchtung von Bereichen eines Objekts bei einer Mehrzahl von faseroptischen Lichtquellen ist in 2 dargestellt. Beispielhafte faseroptische Lichtquellen 120 und 122 projizieren Lichtstrahlen 130 und 140 zum Beleuchten des Zahnes T. Diese Lichtstrahlen werden von dem Zahn reflektiert und von einem der Einfachheit halber nicht gezeigten Bildsensor gesammelt. Der Zahnbereich 122 wird, wie es zu sehen ist, hauptsächlich von dem Lichtstrahl 140 beleuchtet, während Bereich 124 von einer Kombination der Lichtstrahlen 130 und 140 beleuchtet wird. Natürlich ist diese Beleuchtung dreidimensional, auch wenn sie lediglich in zwei Dimensionen dargestellt ist. Ferner wird der Zahn, wenn mehr faseroptische Lichtquellen hinzugefügt werden, in noch mehr Bereiche mit unterschiedlicher Beleuchtungsüberlappung unterteilt. Ausgehend von dieser ungleichmäßigen Beleuchtung sammelt ein Farbsensor, der das von dem Zahn reflektierte Licht mißt, von Bereich zu Bereich stets inkonsistente Farbinformationen. Was beispielsweise als "hellere Schattierung" im Bereich 122 gemessen wird, kann aufgrund der ungleichmäßigen Beleuchtung als "dunklere Schattierung" in Bereich 124 gemessen werden.
Bei einer ungleichmäßigen Beleuchtung sind übliche interorale Kameras kritisch von der Anordnung der Lichtquelle abhängig, welche bei einer praktischen Anwendung nicht beibehalten werden kann. Dies führt zu erheblichen Fehlern, welche die Bestimmung der Zahnfarbe beeinflussen.
Es wurden andere, insbesondere für die Bestimmung der Zahnfarbe ausgelegte Einrichtungen vorgeschlagen, die eine bidirektionale faseroptische Beleuchtung verwenden. Ein solches Verfahren ist im US-Patent 6,038,024 von Berner, erteilt am 14. März 2000, beschrieben. Eine Einschränkung dieses Beleuchtungsverfahrens ist, daß die Beleuchtungsintensität bei der Überschneidung der zwei projizierten Strahlen maximal ist. Oftmals werden erhebliche Abschnitte der vermessenen Bereiche von keinem der beiden Strahlen beleuchtet und weisen daher einen geringeren und unvorhersehbaren Beleuchtungswert auf.
Die ungleichmäßige Beleuchtung von Berner ist in 3 gezeigt. Ein Lichtwellenleiterbündel 150 wird an einem Ende mit Licht beschickt. Vor der Sondenspitze gabelt sich das Bündel oder wird in zwei Bündel 152 und 154 geteilt. Die Bündel werden mechanisch in einer festen Winkeligkeit auf den Zielzahn T gerichtet. In den Lichtweg zwischen dem Lichtwellenleiterbündel und dem Ziel T werden oftmals Kollimatorlinsen 156, 158 eingebracht, um die Abstandsempfindlichkeit der Lichtintensität zu vermindern. Jedes Bündel erzeugt einen Lichtstrahl 162 und 164, welche von zwei Richtungen mit Kollimatorlinsen 156, 158 auf den Zahn T projiziert werden. Wie zu sehen ist, überschneiden sich die Strahlen 162 und 164 auf dem Zahn T und führen dazu, daß die Intensität im Bereich 169 größer ist als die Intensität im Bereich 167 und 171, da diese Bereiche 167 und 171 sowie weitere periphäre Bereiche einzeln von den Lichtstrahlen 164 und 162 beleuchtet werden. Die von dem Zahn T reflektierten Strahlen sind zur Vereinfachung nicht gezeigt.
Bei dieser ungleichmäßigen Beleuchtung sammelt ein das von dem Zahn reflektierte Licht messender Farbsensor von Bereich zu Bereich stets inkonsistente Farbwertinformationen. Was beispielsweise als "hellere Schattierung" im Bereich 167 gemessen wird, kann aufgrund der ungleichmäßigen Beleuchtung als "dunklere Schattierung" im Bereich 169 gemessen werden. Darüber hinaus ist bei mehreren Lichtquellenwegen ein Glanzartifaktpotenzial erhöht. Wo Blendartifakte (glare artifacts) bestehen, ist die Farbe des Zieles eher von dem Bild der Lichtquelle selber als von dem gewünschten Zahnsubjekt verwaschen.
Neben der ungleichmäßigen Beleuchtung verwenden heutige interorale Kameras Farbfiltermatrix(CFA)-Bildsensoren, die häufig zu einer ungenauen Farbmessung beitragen, da die Filtermatrix auf das Bild angewendet wird. Viele interorale Kameras umfassen Farbfiltermatrixen wie beispielsweise Rot-, Grün, Blau(RGB)-Matrixen und Cyan-, Magenta-, Gelb-, Grün(CMYG)-Matrixen, um ein paar zu nennen. Üblicherweise sind diese Farbfiltermatrixen aus einer Mehrzahl von benachbarten "Pixeln" genannten Elementen (d. h. Bildelementen) gebildet. Jedes Pixel mißt lediglich die Lichtbandbreite, für deren Erfassung es ausgelegt ist. Daher wird in einem Bereich eines Bildes, der einem Pixel entspricht, lediglich die für dieses Pixel spezifische Lichtbandbreite angezeigt, auch wenn das zu vermessende Objekt in diesem Bereich andere Farben umfassen mag.
Der Betrieb von und Probleme mit Farbfiltermatrixen sind einfacher unter Bezugnahme auf eine bestimmte Matrix zu verstehen. In 4 sind einige wenige Pixel eines CFA-RGB-Sensors als R, B, G dargestellt. Diese R-, G- und B-Pixel erfassen, fangen oder messen roten, grünen bzw. blauen Wellenlängen entsprechendes Licht, das auf den Sensor trifft. Der RGB-Sensor konvertiert diese erfaßten Wellenlängen in elektronische Daten und leitet diese Daten zur Darstellung eines Farbbildes des Zahnes auf einem Monitor an einen Prozessor weiter. Obgleich RGB-Sensoren ein Mittel zum Erfassen von Farbdaten eines Zahnes darstellen, stellen diese Daten oftmals keine genaue Darstellung der wirklichen Farbe oder Farbverteilung des Zahnes dar.
CFAs messen die Farbe hauptsächlich aufgrund von zwei Faktoren nicht genau: Pixelbeabstandung und schlechte Farbtreue. Der Pixelbeabstandungs-Faktor kann unter Bezugnahme auf den RGB-Sensor in 4 verstanden werden. Jedes einzelne R-, G- und B-Pixel in der RGB-Matrix 100 erfaßt lediglich eine von einem Punkt auf dem Zahn reflektierte Lichtbandbreite, beispielsweise nur rot, nur grün oder nur blau. Wenn daher die Zahnabschnitte 101 und 102 beleuchtet werden und Licht zu der RGB-Matrix reflektieren und dieses Licht von den entsprechenden G- bzw. B-Pixeln detektiert wird, werden lediglich grüne Bandbreiten von dem grünen Pixel und lediglich blaue Bandbreiten von dem B-Pixel erfaßt. Auch wenn Abschnitt 101 in Wirklichkeit blau, grün, rot oder gelb sein sollte oder eine beliebige andere Farbe des Spektrums aufweist, und folglich die entsprechenden Bandbreiten reflektiert, wird lediglich die grüne Bandbreite, wenn überhaupt, von dem Pixel G in dem Abschnitt 101 detektiert. Entsprechend kann Abschnitt 102 grün sein oder eine beliebige andere Farbe aufweisen, jedoch werden diese Farben von dem B-Pixel nicht detektiert, da blau die einzige Bandbreite ist, die dieses erfassen kann.
Demgemäß erfassen RGB-Sensoren lediglich eine Bandbreite für jeden Punkt auf dem Zahn, auch wenn dieser Punkt mehrere Bandbreiten reflektieren sollte. Daraus folgt, daß sämtliche Meßdaten für diesen Punkt lediglich Daten umfassen, die selektiv von dem diesem Punkt zugeordneten R-, G-, oder B-Pixel erfaßt wurden. Ferner reflektieren Prothesen, die nach diesen, mit einem RGB-Sensor erfaßten Meßdaten hergestellt werden, die wahre Farbe eines jeden Punktes des Zahnes nicht genau. Dieses Phänomen gilt für sämtliche CFA-Sensoren.
Der zweite, die Farbmessung beeinflussende Faktor ist die schlechte Farbtreue von CFAs. Der Massenmarkt für Farbsensoren, insbesondere für CFAs, betrifft Konsumelektronik und Videoanwendungen. Das Ziel derartiger Einrichtungen ist es, eine gute Bildauflösung, eine hohe Bilderfassungsgeschwindigkeit und eine angemessene Farbtreue bereitzustellen, wie es für Rundfunk- und persönliche Bildanwendungen benötigt wird. CFAs sind so gestaltet, daß deren Herstellung günstig ist, sie eine direkte Erfassung von RGB-Daten bereitstellen und eine angemessene Leistung bei geringem Licht liefern. Diese Gestaltungsziele werden auf Kosten der Farbtreue erreicht. Genauer gesagt, heutige RGB-CFAs erfassen ausgewählte Wellenlängen von auf diesen auftreffendem Licht, jedoch erfassen sie bei diesem Vorgang nebenher auch ungewollte Wellenlängen. Z. B. ist ein Blaupixel einer RGB-Matrix mit einem Polymer beschichtet, das so angelegt ist, daß es (a) lediglich Licht von blauen Bandbreiten durch den Polymer durchtreten läßt – und wie ein Filter fungiert – und von diesem Pixel gemessen wird und (b) alle übrigen Wellenlängen abschwächt, d.h. diese daran hindert, von diesem Pixel gemessen zu werden. Übliche CFA-Filter schwächen ungewollte Wellenlängen lediglich um 1/10 des Wertes der maximalen Durchlässigkeit des Filters. Dieser Mangel an Unterdrückung von Licht außerhalb der interessierenden Wellenlängen vermindert die Farbtreue auf ein für eine genaue Farbmessung nicht akzeptables Ausmaß.
Aufgrund von durch Pixelbeabstandung und eine schlechte Farbtreue verursachte Signalerkennungsprobleme sind Sensoren vom CFA-Typ für eine befriedigende Bestimmung der Zahnfarbe nicht genau genug.
Gegenwärtig umfassen die meisten interoralen Kameras eine Hülle zum Abdecken des Beleuchtungsabschnittes und/oder des Bildsensors. Übliche Hüllen sind Einwegartikel, so daß sie ersetzt werden können, wenn sie versehentlich oder absichtlich in Kontakt mit einem Mund eines Patienten geraten. Durch ein Ersetzen einer Hülle zwischen Messungen bei verschiedenen Patienten kann ein Zahnarzt eine Ausbreitung von Verunreinigungssubstanzen wie beispielsweise infektiösen Wirkstoffen von einem ersten Patienten auf einen nachfolgenden Patienten verhindern. Obwohl diese schützenden Hüllen eine Ausbreitung von Verunreinigungssubstanzen verhindern, ist ihre Funktionalität ausschließlich auf diesen sanitären Zweck begrenzt.
Übliche interorale Kameras umfassen ferner eine handgeführte Sonde, die ein Zahnarzt in einen Mund eines Patienten einführt und mit dieser Farbbilder aufnimmt. Über ein Kabel überträgt die Sonde erfaßte Farbmessungen an einen Computer, der anschließend diese Messungen zum Erzeugen von Bildern und zum Darstellen dieser Bilder auf einem Monitor zur Ansicht durch den Zahnarzt bearbeitet. Der Nachteil beim Erfassen von Bildern eines Zahnes mit diesen üblichen Sonden besteht darin, daß der Zahnarzt von der Sonde zu dem Monitor hin- und herschauen muß, um sicherzustellen, daß die Sonde zum Erhalten des gewünschten Bildes auf dem Monitor über dem Zahn angeordnet ist. Dies kann natürlich eine ungewollte Frustration beim Ausrichten der Sonde zum Erfassen von Messungen des Zahnes verursachen.
In vielen Fällen geraten interorale Kameras oder Teile davon absichtlich oder versehentlich in Kontakt mit einem interoralen Hohlraum eines Patienten, wodurch Verunreinigungssubstanzen einschließlich infektiöser Stoffe, Speichel und/oder Nahrungsreste auf die Einrichtung übertragen werden. Zusätzlich zur Verwendung sanitärer Hüllen wie dies oben beschrieben ist, säubern oder sterilisieren die Betreiber bekannter interoraler Kameras die Kameras häufig. Dies ist oft eine ermüdende Aufgabe, da die Kameras eine Vielzahl von Knöpfen, die schwierig zu säubern sind, und/oder Lichtwellenleiterbündel umfassen, die nahezu unmöglich zu sterilisieren sind, ohne die optischen Charakteristika der Fasern zu beschädigen, da Sterilisierungsmittel in die Lichtwellenleiter eintreten und die Beleuchtungs- oder Meßfähigkeiten vermindern. Folglich müssen Benutzer bekannter Kameras beim Betrieb und beim Reinigen dieser Kameras eine zeitaufwendige Sorgfalt walten lassen.
Üblicherweise nimmt ein Zahnarzt eine Farbbestimmung visuell unter Verwendung von Farbmustern vor. Eine Vorschrift, welche Wiederherstellungsort und die Farbe beschreibt, wird zu dem Dentallabor gesendet. Dort versucht ein Techniker, die Zahnfarbe zu kopieren, um aus verfügbaren keramischen oder synthetischen Materialien eine Prothese anzufertigen. Sobald die Prothese hergestellt ist, wird diese an den Zahnarzt zur Einbringung in den Patienten zurückgesendet.
Nachdem die Prothese in der Nähe des beschädigten Zahnes und/oder benachbarter Zähne des Patienten angeordnet ist, kann der Zahnarzt bestimmen, ob die Prothese eine annehmbare Nach bildung des beschädigten Zahnes ist. Natürlich muß der Zahnarzt eine zweite Prothese zur Verfügung haben, die von einem Labor unter Verwendung seiner vorgeschlagenen Veränderungen angefertigt wurde, wenn die Prothese nicht genau paßt. Es kann sogar eine zweite Farbbestimmung des Zahnes notwendig sein. Auch die zweite Prothese muß von dem Zahnarzt mit dem beschädigten Zahn verglichen werden, um eine angemessene Übereinstimmung sicherzustellen. Dieser Vorgang ist sehr kostenintensiv, wenn eine Mehrzahl von Prothesen hergestellt werden muß, um eine befriedigende Übereinstimmung zu erzielen. Darüber hinaus benötigt dieser Vorgang die Zeit der Patienten, die für wiederholte Besuche erscheinen müssen, bevor eine passende Prothese hergestellt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das optische Meßinstrument eine multifunktionale sanitäre Abschirmung. Neben einem Verhindern einer Kontamination durch ein Verbreiten von einem Patienten zu dem nächsten, weisen diese Abschirmungen eine vorgegebene Länge auf, um einen optimalen Abstand zwischen (a) der Lichtquelle und/oder (b) dem Bildsensor und dem zu vermessenden Objekt zu erreichen. Die Abschirmung umfaßt ferner einen Referenzstreifen, vorzugsweise hellgrau, welcher in Bildern enthalten ist, die von dem optischen Meßinstrument aufgenommen werden. Der diesem Referenzstreifen zugeordnete Meßwert bei den erfaßten Bildern wird während der Messung mit Werten verglichen, die während der Instrumentenkalibrierung erhalten wurden. Dieser Vergleich stellt ein Verfahren nicht nur zum Bestimmen der Intensitätsschwankung der Lampe – und der Beleuchtung im allgemeinen –, sondern auch ein Verfahren zum Bestimmen von Änderungen der Farbtemperatur der Lampe bereit. Diese beiden Werte werden verwendet, um genaue Farbmeßdaten von dem abgebildeten Zahn zu erhalten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Einwegabschirmung ferner aus einem undurchsichtigen Material gefertigt, das verhindert, daß Umgebungslicht in die Abschirmung eintritt und die von dem optischen Meßinstrument durchgeführten Messungen beeinflußt.
Bei einem anderen Aspekt der Erfindung ist das optische Meßinstrument so gestaltet, daß ein Benutzer des Instrumentes ein Bild eines Objektes auf einer Anzeige, vorzugsweise einer Flüssigkristallanzeige (LCD), entlang einer Sichtlinie betrachten kann, die der Sichtlinie entspricht, entlang welcher ein Bildsensor des Instrumentes ein Bild des Objektes aufnimmt. Folglich betrachtet der Benutzer das Objekt mit der gleichen Perspektive, mit welcher der Bildsensor das Bild des Objektes aufnimmt. Bei dieser Betrachtung entlang der "Sichtlinie" kann der Benutzer den Bildsensor des optischen Meßinstrumentes so ausrichten, daß er genau das Bild aufnimmt, welches sie wünscht, und zwar einfach durch Schauen auf den LCD. Sie braucht nicht auf das Objekt zu schauen, welches sie zu vermessen wünscht, und dann ihren Kopf zum Betrachten eines gesonderten Monitors zu drehen, um zu bestätigen, daß das, was sie von dem Sensor erwartet aufzunehmen, das ist, was wirklich auf genommen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenansicht der Intensität von Licht, welches von einer faseroptischen Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik projiziert wird;
2 zeigt eine Seitenansicht einer ungleichmäßigen Beleuchtung von einer faseroptischen Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik;
3 zeigt eine Seitenansicht einer ungleichmäßigen Beleuchtung von einer gegabelten faseroptischen Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines RGB-Sensors einer bekannten interoralen Kamera, welche Farbdaten von einem Zahn erfaßt;
5 zeigt eine Seitenansicht einer allgemeinen Searchlight-Leuchtvorrichtung;
6 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines optischen Meßinstrumentes;
7 zeigt eine Seitenansicht eines Bereiches mit einer konstanten Bestrahlung;
8 zeigt eine Seitenansicht eines geänderten Bereiches von konstanter Bestrahlung, verwendet bei der Searchlight-Beleuchtung;
9 zeigt einen Graphen, welcher eine Beleuchtungsintensität von verschiedenen Lichtquellen vergleicht, wenn ein relativer Abstand zu einem Objekt verändert wird;
10 zeigt eine Schnittansicht von einer Leuchtvorrichtung;
11 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Abbildungssubsystems;
12 zeigt ein Ablaufschema eines Ausrichtungsvorganges des Abbildungssubsystems;
13 zeigt eine Endansicht einer sanitären Abschirmung gemäß der vorliegenden Erfindung;
14 zeigt eine Seitenansicht der sanitären Abschirmung bei Verwendung;
15 zeigte eine Seitenansicht eines Sichtlinien-Merkmals des optischen Meßinstrumentes;
16 zeigt eine perspektivische Ansicht des Sichtlinien-Merkmals;
17 zeigt eine perspektivische Ansicht eines abgedichteten Fensters des optischen Meßinstrumentes; und
18 zeigt eine perspektivische Ansicht des optischen Meßinstrumentes in einer Docking-Station.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Das optische Meßinstrument 10 wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Das optische Meßinstrument 10 umfaßt allgemein ein Gehäuse 12, eine Anzeige 18, einen Prozessor 20, ein Abbildungssubsystem 50, eine Leuchtvorrichtung 80, eine Stromquelle 90 und eine sanitäre Abschirmung 300. Das Gehäuse 12 umfaßt Teile 12a und 12b, um einen einfachen Zusammenbau und einen einfachen Zugriff auf die intern befindlichen Komponenten zu ermöglichen. Die Teile des Gehäuses sitzen ineinander und dichten miteinander ab, um ein Gehäuse zu bilden, das eine Kontamination sensitiver interner Komponenten durch Staub und Chemikalien verhindert. Das Gehäuse 12 kann aus einem be liebigen Material hergestellt sein, jedoch ist ein leichtes, einfach zu säuberndes, synthetisches Material wie beispielsweise Kunststoff für eine handgeführte Verwendung und Stoßfestigkeit bevorzugt.
Die Anzeige 18 und der Prozessor 20 können separat oder, wie dargestellt, als eine Einheit integriert sein. Die Anzeige 18 ist vorzugsweise eine Flüssigkristallanzeige (LCD). Das LCD weist vorzugsweise eine Touch-Screen-Schnittstelle auf, um eine Bildsteuerung, Datenanzeige und ein Ziel-Feedback durch einen Videobildsucher zur Verfügung zu stellen. Es ist ersichtlich, daß beliebige andere Anzeigebildschirme verwendet werden können. Wahlweise kann das optische Meßinstrument über ein (nicht gezeigtes) Kabel an einen Monitor oder eine (nicht gezeigte) Anzeige angeschlossen sein, die zum Anzeigen von von dem Instrument aufgenommenen Bildern von dem Instrument entfernt ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel steht der Prozessor 20 in einer elektrischen Verbindung mit der Anzeige 18, der Beleuchtungsanordnung 80 und dem Abbildungssubsystem 50. Dieser Prozessor ist in der Lage, digitalisierte Daten, die von dem Abbildungssubsystem 50 erfaßt wurden, zu bearbeiten und diese so zu formatieren, daß ein Bild dieser digitalisierten Daten auf dem Anzeigebildschirm 18 ausgegeben wird. Der Prozessor formatiert vorzugsweise digitalisierte Messungen wie beispielsweise Normalfarbwertbandbreiten, die von dem Bildsensor 56 erfaßt wurden, um ein Bild des vermessenen Objektes auf der Anzeige 18 anzuzeigen.
Der Prozessor 20 umfaßt einen Port 22 zum Anschließen des Instruments 10 an eine Docking-Station, wie sie detaillierter weiter unten beschrieben ist, um Bilder und/oder Daten, die von dem optischen Meßinstrument erfaßt worden sind, auf einen Computer zu laden, der für weitere Analysen mit der Docking-Station verbunden ist. Der Port 22 steht ferner in (nicht gezeigter) elektronischer Verbindung mit der Stromquelle 90, so daß die Stromquelle wieder aufgeladen werden kann, wenn das Instrument 10 sich in seiner Docking-Station befindet.
Die Leuchtvorrichtung 80 ist vorzugsweise in dem Gehäuse 12 in einer festen Relation zu dem Abbildungssubsystem 50 befestigt. Dies wird erreicht über Anschlüsse 82, die von beliebiger Konfiguration sein können, zum Halten der zwei Anordnungen in einer festen Beziehung zueinander. Die feste Beziehung ist vorzugsweise so konfiguriert, daß die Leuchtvorrichtung 80 ein Objekt, wie beispielsweise einen Zahn, mit Licht in einem ausgewählten Winkel beleuchtet und das von dem Zahn reflektierte Licht von dem Abbildungssubsystem 50 in einem ausgewählten Winkel erfaßt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beleuchtet die Leuchtvorrichtung ein Objekt in einem Winkel von 18 Grad von der Normalen und das Abbildungssubsystem 50 sammelt von dem Objekt reflektiertes Licht bei einer Orientierung in einer Normalen zu der Oberfläche des Objekts. Diese Konfiguration hilft dabei Blendartifakte zu vermindern.
Natürlich können die Leuchtvorrichtung 80 und das Abbildungssubsystem 50 in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung in einer beliebigen Winkelkonfiguration ausgerichtet sein. Beispielsweise können sowohl die Beleuchtung als auch die Bilderfassung in einer Normalen zu dem Zahn erfolgen. Es ist ersichtlich, daß die Beziehung zwischen der Leuchtvorrichtung 80 und dem Abbildungssubsystem 50 so gestaltet sein kann, daß bei einer Kombination mit einem bekannten Strahlungsteiler sowohl Beleuchtung als auch Erfassung von von einem Objekt reflektierten Licht in einer Normalen zu der Objektoberfläche erfolgen können.
Es ist ersichtlich, daß andere übliche Leuchtvorrichtungen in das optische Meßsystem eingesetzt werden können, wenn dies die Anwendung erfordert. Die Vorrichtungen können ferner Polarisatoren umfassen, die den Effekt von Spiegelglanz bei dem erfaßten Bild begrenzen.
Searchlight-Beleuchtung
Das optische Meßinstrument verwendet eine Searchlight-Beleuchtung, um Objekte bei Messungen von optischen Charakteristika zu beleuchten. Wie hierin verwendet, bedeutet "optische Charakteristika" Charakteristika wie beispielsweise Far be, Schattierung, Lichtdurchlässigkeit, Glanz und/oder Form. "Searchlight-Beleuchtung" bedeutet eine Beleuchtung, bei welcher das zu vermessende Objekt mit einer konstanten Bestrahlung beleuchtet wird. Diese Definition ist einfacher zu verstehen unter Bezugnahme auf die 7 und 8. Die 7 zeigt das Phänomen der konstanten Bestrahlung, welches von J. Scheuch in seinem Artikel Modeling of Constant Irradiance Illumination System, Seiten 22–27, SPIE Vol. 3428 (1998) beschrieben ist.
Wie beschrieben, zeigt 7 eine gebündelte gleichmäßige Lichtquelle 600. Der Durchmesser der integrierten kugelförmigen Austrittsöffnung 620 ist bezeichnet mit ∅_S, während ∅_L den Durchmesser der Bündeloptik 628, in diesem Falle eine dünne Linse, bezeichnet. Die effektive Brennweite der Optik ist mit f bezeichnet. Jeder Punkt der Austrittsöffnung der integrierten Kugel 620 erzeugt rechts von der Linse 628 einen Strahl gebündelter Strahlen 640a und 630a. Die ursprünglichen Lichtstrahlen 630 und 640, gebildet an der oberen und unteren Kante der Austrittsöffnung 620, sind gezeigt. Das schattierte Dreieck 650 rechts von der Linse 628 stellt den Bereich oder Kegel gleichmäßiger Bestrahlung dar. Obwohl als ein zweidimensionales Dreieck dargestellt, ist offensichtlich, daß der Bereich an sich ein dreidimensionaler Kegel ist. Natürlich kann der Bereich konstanter Bestrahlung Kegel verschiedener Formen annehmen, wenn dies gewünscht ist, und zwar abhängig von der Öffnung 620 und der Linse 628. Bei jedem Punkt in diesem Bereich 650, der normal zu der optischen Achse 645 ist, hat die Strahlung einen konstanten Wert. Bei Punkten außerhalb des Kegels nimmt die Strahlung ab, wenn der Abstand von dem Kegel zunimmt. Der paraxiale Abstand von der Linse zu der Spitze des Kegels wird als kritischer Abstand Z_c bezeichnet und ist gegeben zu:
Bei jedem Punkt z entlang der optischen Achse, an dem z < z_c, kann der Durchmesser des gleichmäßigen Feldes ∅_F angenähert werden durch:
Der Bereich gleichmäßiger Strahlung kann in der Länge entlang der optischen Achse 745 verlängert werden, wie dies in 8 gezeigt ist. Indem die Austrittsöffnung 720 bei dem Brennpunkt der achromatischen Doppellinse 738 angeordnet wird, kann der Bereich gleichmäßiger Strahlung 760 um einen wesentlichen Abstand entlang der optischen Achse 745 verlängert werden, wie es detaillierter weiter unten beschrieben ist.
Der Vorteil der Searchlight-Beleuchtung gegenüber herkömmlichen Beleuchtungstechniken ist in dem Graphen von 9 mit dem Titel: "Lichtintensität von verschiedenen Lichtquellen bei variierenden Abstand" gezeigt. Dieser Graph veranschaulicht die Lichtintensität entlang der zentralen Achse von (a) einer theoretischen punktförmigen Beleuchtung 706, (b) einer üblichen faseroptischen Leuchtvorrichtung 704 und (c) einer Searchlight-Quelle 702, welche bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird. In dem Graphen zeigt die Y-Achse die Lichtintensität entlang einer zentralen Achse der Lichtquellen, wobei sich diese in die gleiche Richtung erstreckt, in die das Licht projiziert wird. Die X-Achse stellt den relativen Abstand von dem Ziel, d.h. dem zu vermessenden Objekt, zu jeder Quelle dar.
Wie gezeigt, ist die Intensität entlang der zentralen Achse von der theoretischen Punktquelle 706 und der faseroptischen Leuchtvorrichtung 704 sehr stark, wenn das Ziel diesen Quellen nahe ist, aber die Intensität nimmt rasch ab, wenn der relative Abstand von der Quelle zu dem Ziel zunimmt. Im Gegensatz dazu bleibt die Intensität entlang der optischen Achse bei einer Searchlight-Leuchtvorrichtung 702, welche per Definition eine konstante Strahlung aufweist, in einem Abstand innerhalb des Betriebsbereiches der Leuchtvorrichtung im wesentlichen gleichmäßig, wie es hier anhand eines Beispiels gezeigt ist, und zwar von einem relativen Abstand von ungefähr 0,95 bis ungefähr 1,0. Bei einem Abstand von etwas mehr als 1,05 beginnt die Intensität des Searchlights graduell abzunehmen, jedoch mit einer wesentlich geringeren Rate als bei der theoretischen Punktlichtquelle 706 und der üblichen faseroptischen Leuchtvorrichtung 704.
Natürlich beginnt auch die Intensität der Searchlight-Beleuchtung entlang der optischen Achse abzunehmen, wenn der Abstand der Lichtquelle vom Ziel wesentlich erhöht wird (nicht gezeigt auf dem Graphen). Jedoch sind zum Zwecke des Ausführens des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beleuchtete Ziele oder Objekte bei einem vorgewählten Abstand von der Searchlight-Quelle angeordnet, so daß sie im wesentlichen innerhalb des Bereichs konstanter Strahlung sind.
Der Graph gemäß 9 und zugehörige Daten sind lediglich exemplarisch; Ziele, die bei anderen relativen Abständen von den Lichtquellen angeordnet sind, können von der Searchlight-Quelle anders beleuchtet werden, als dies gezeigt ist. Darüber hinaus kann ein Objekt, das bei relativen Abständen größer als 1 angeordnet ist, noch als in dem Bereich konstanter Strahlung betrachtet werden, auch wenn die Lichtintensität bei Searchlight-Quellen entlang einer zentralen Achse bei relativen Abständen größer als ungefähr "1" abnimmt. Wie hierin unter Bezugnahme auf die vorliegende Erfindung verwendet, bedeutet "konstante Strahlung" eine Strahlung (oder Licht), die im wesentlichen eine gleichmäßige Intensität in drei Dimensionen aufweist, nämlich die X- und Y-Dimension und die Z-Dimension, welche vorzugsweise axial zu der zentralen Achse der Lichtquelle ausgerichtet ist. Wie es hierin unter Bezugnahme auf die vorliegende Erfindung verwendet wird, bedeutet "im wesentlichen gleichmäßig", daß das Licht vorzugsweise um ±4% in einer beliebigen der drei Dimensionen variiert, insbesondere um ±2% in einer beliebigen der drei Dimensionen und am bevorzugtesten um ±1% in einer beliebigen der drei Dimensionen.
Das optische Meßinstrument verwendet zum Beleuchten eines Objekts eine Searchlight-Beleuchtung, während die optischen Charakteristika des Objektes vermessen werden. 5 zeigt allgemein eine Searchlight-Leuchtvorrichtung und 10 zeigt die Searchlight-Leuchtvorrichtung des optischen Meßinstrumentes.
Es wird Bezug genommen auf 5. Die Lichtstrahlen 530 und 540 werden durch eine Austrittsöffnung 520 von Lichtquelle 518, welche als eine integrierte Kugel dargestellt ist, aber eine beliebige gleichmäßige diffuse Quelle sein kann, projiziert. Die Lichtstrahlen werden auf eine Linse 528 projiziert, die bei einem vorgewählten Abstand M von der Lichtquelle 518 angeordnet ist. In Abhängigkeit von der gewünschten Größe des Bereiches konstanter Strahlung 560 wird der Abstand M experimentell bestimmt. Die Lichtstrahlen 530 und 540 werden durch eine Linse 528 geleitet und bilden einen Bereich konstanter Strahlung 560, der die Lichtstrahlen 530a und 540a umfaßt. Die Linse kann natürlich jede Konfiguration aufweisen, die in der Lage ist, Bereiche von konstanter Strahlung zu bilden und muß nicht auf die gezeigte achromatische Doppellinse beschränkt sein.
Die Searchlight-Leuchtvorrichtung 80 einschließlich der Quelle 518 und der Linse 528 ist vorzugsweise bei einem vorgewählten Abstand D von dem Zentrum des Objektes, für welches optische Messungen durchzuführen sind, angeordnet. Das Zentrum des nominalen Objektes oder Ziels kann zwischen ungefähr 50 mm und ungefähr 100 mm von der Linse, vorzugsweise von etwa 60 mm bis etwa 70 mm von der Linse, insbesondere von ungefähr 63 mm bis ungefähr 67 mm von der Linse und am bevorzugtsten ungefähr 65 mm von der Linse angeordnet werden. Der Abstand D legt einen Referenz-Abstand fest, innerhalb welchem sämtliche Punkte des optisch zu vermessenden Objektes in dem Bereich konstanter Strahlung 560 beleuchtet werden. Für Zwecke des Vornehmens optischer Vermessungen von Zähnen ist es bevorzugt, einen erheblichen Abschnitt des Zahnes oder verbleibender Zähne mit dem Bereich konstanter Strahlung 560 zu beleuchten.
Um einen Abstand D festzulegen und sicherzustellen, daß die Punkte des zu vermessenden Objektes innerhalb des Bereiches konstanter Strahlung liegen, wird ein Spacer verwendet, um die Leuchtvorrichtung 80 von dem Zahn zu beabstanden. Vorzugsweise wird eine sanitäre Abschirmung, welche detaillierter weiter unten beschrieben ist, an dem die Leuchtvorrichtung umfassenden optischen Meßgerät befestigt, so daß, wenn die Abschirmung an oder benachbart zu dem Zahn angeordnet ist, der Abstand D festgelegt wird und der Zahn in dem Bereich konstanter Strahlung angeordnet wird. Es ist ersichtlich, daß die Leuchtvorrichtung 80 so angeordnet wird, daß das Licht des Bereiches konstanter Strahlung reflektiert wird und durch das Abbildungssubsystem des im Detail weiter unten beschriebenen bevorzugten optischen Meßgerätes erfaßt wird.
Unter Bezugnahme auf 10 wird nun die Leuchtvorrichtung 80 beschrieben. Die Leuchtvorrichtung 80 umfaßt im allgemeinen eine Lichtquelle 818, bei welcher es sich vorzugsweise um eine Halogenlampe handelt, die weißes Licht emitiert. Natürlich kann, abhängig von der gewünschten Anwendung, jede übliche Lampe, Glühlampe oder gleichmäßige und diffuse Lichtquelle verwendet werden. Vorzugsweise ist die Lichtquelle 818 in einem Teilgehäuse 854 umfaßt, das von dem Hauptgehäuse 850 entfernbar ist, so daß die Lichtquelle 818 ersetzt oder gewartet werden kann. Ein Fokussierungsreflektor 810 fokussiert Licht von der Lichtquelle 818 durch eine Öffnung 820, so daß Lichtstrahlen auf die Linse 828 projiziert werden. Wahlweise kann die Öffnung 820 benachbart einen strahlformenden Diffusor 816 aufweisen, der eine gleichmäßige Lichtverteilung bereitstellt und Lichtstrahlen homogenisiert, um eine gleichmäßige Anwendung beim Übertragen von Licht von der Lichtquelle 818 zu der Linse 828 bereitzustellen. Der bevorzugte strahlformende Diffusor ist bei Physical Optics Corporation aus Torrance, Kalifornien erhältlich. Natürlich kann jeder Diffusor, der die Gleichmäßigkeit des von einer Lichtquelle zu einer Linsen übertragenden Lichtes homogenisiert und/oder erhöht, verwendet werden.
Lichtstrahlen von der Lichtquelle 818 werden durch eine Öffnung 820 projiziert, deren Größe von der gewünschten Anwendung und einer Verteilung der Searchlight-Beleuchtung durch die Leuchtvorrichtung 80 bestimmt ist. Die Öffnung kann wahl weise mit einem Wärmeabsorber 814 bedeckt sein, welcher vorzugsweise in der Form einer wärmeabsorbierenden Glasplatte oder synthetischen Materials vorliegt. Der Wärmeabsorber 814 absorbiert überschüssige, von der Lichtquelle 818 erzeugte Wärme. Natürlich kann dieser Wärmeabsorber 814 bei Anwendungen fortgelassen werden, bei denen es keine Besorgnis über die Wärmebildung gibt.
Die Leuchtvorrichtung 80 umfaßt ferner einen Lichtbegrenzer 832, der das Licht von der Öffnung 820 auf die Linse 828 genau einstellt. Es ist ersichtlich, daß optische Rückstreuungsmittel 852 in dem Gehäuse 850 enthalten sind, um eine übermäßige Rückstreuung von Licht zu vermeiden, daß das von der Lichtquelle 818 zu der Linse 828 übertragene Licht irritieren kann. Natürlich können die Mittel 852 eingefärbt sein, beispielsweise mit einer schwarzen oder dunklen Farbe, um die Rückstreuung von Licht weiter zu reduzieren.
Das Leuchtvorrichtungsgehäuse hält die Linse 828 bei einem vorgegebenen Abstand von der Lichtquelle 818, um die von der Leuchteinrichtung 80 projizierte Searchlight-Beleuchtung zu optimieren. Natürlich kann, wie es oberhalb unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist, der Abstand von der Linse zu der Lichtquelle verändert werden, um die gewünschte Searchlight-Beleuchtung zu erhalten. Die Linse ist vorzugsweise eine achromatische Doppellinse, aber, wie ersichtlich ist, kann jede Linse verwendet werden, die in der Lage ist, einen Bereich konstanter Strahlung bei erheblichen Abständen entlang der optischen Achse der Linse zur Verfügung zu stellen.
Es wird Bezug genommen auf 6. Die Leuchtvorrichtung 80 ist in einer festen Ausrichtung zu dem optischen Abbildungssubsystem 50 angeordnet, so daß das von dem zu vermessenden Objekt reflektierte Licht zurück auf das Abbildungssubsystem 50 zum Erfassen und anschließenden Vermessen von optischen Charakteristika eines Objektes reflektiert wird. Im Betrieb verhält sich die in 10 gezeigte Leuchtvorrichtung wie es oben unter Bezugnahme auf die allgemeine, in 5 gezeigte erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung beschrieben ist.
Abbildungssubsystem
Unter Bezugnahme auf die 6 und 11 wird nun das Abbildungssubsystem 50 beschrieben. Das Abbildungssubsystem steht in elektrischer Verbindung mit dem Prozessor 22, um eine Übertragung von Daten optischer Charakteristika in digitalisierter Form, erfaßt von dem Abbildungssubsystem 50, zu dem Prozessor 20 zu ermöglichen. Die elektrischen Stifte 52 können mit einem (nicht gezeigten) Kabel verbunden sein, das diese elektrische Verbindung mit dem Prozessor 20 zur Verfügung stellt. Darüber hinaus kann der Anschluß 52 mit einem zusätzlichen (nicht gezeigten) Kabel verbunden sein, das eine elektrische Verbindung mit der Stromquelle 90 zur Verfügung stellt, um den Betrieb von Motor 54 und Bildsensor 56, dargestellt in 11, zu ermöglichen.
Es wird insbesondere auf 11 Bezug genommen. Das Abbildungssubsystem umfaßt eine in einer Abdeckung 59 befestigte Linse 58, eine Filterradanordnung 60, welche drehbar an einem auf einer Trägerplatte 66 befestigten Schrittmotor 54 befestigt ist und von diesem angetrieben wird, einen Positionssensor 62 zum Indizieren einer Drehung des Filterrades 60 und einen Bildsensor 56. Das Subsystem kann wahlweise eine Infrarotblockierlinse 64 umfassen, um zu verhindern, daß Infrarotbandbreiten den Bildsensor erreichen. Sämtliche dieser Elemente sind so ausgerichtet, daß von einem Zahn reflektiertes Licht L durch die Linse 58, eines der Filterelemente 60a–f und den Infrarotblocker 64 übertragen wird und schließlich auf den Bildsensor 56 trifft und von diesem aufgefangen oder erfaßt wird. Der Bildsensor 56 wandelt dieses Licht L in eine digitalisierte Form um und überträgt die digitalisierte Form an den Prozessor 20.
Wahlweise kann das Abbildungssubsystem so ausgebildet sein, daß die Filteranordnung zwischen einer Lichtquelle und dem (nicht gezeigten) zu vermessenden Objekt angeordnet ist. Auf diese Weise würde Licht von der Lichtquelle durch die Filteranordnungselemente übertragen werden, bevor es von dem Zahn reflektiert wird, jedoch würde reflektiertes, auf den Bildsen sor treffendes Licht nach wie vor Bandbreiten aufweisen, die selektiv von den Filterelementen übertragen werden.
Die Linse 58 weist vorzugsweise über das Spektrum des sichtbaren Lichtes in dem Wellenlängenbereich von 380–700 nm eine geringe chromatische Abberation auf. Die Linse fokussiert Licht L in Richtung auf den Bildsensor 56 und bewirkt, daß bei diesem Vorgang das Licht durch die Elemente 60a–60f des Filterrades übertragen wird. Die Filterradanordnung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein 180°-Ausschnitt und umfaßt sechs Elemente. Natürlich kann die Anordnung eine beliebige Form haben und eine beliebige Anzahl von Filterelementen umfassen.
Die Filterradanordnung 60 des bevorzugten Ausführungsbeispiels umfaßt Filterelemente 60a–f, wobei die Filterelemente 60a–d eine vorgewählte Bandpaßfunktion haben. "Bandpaßfunktion" meint eine Information, die verwendet wird, um zu spezifizieren, wie ein Filter spezifische Lichtwellenlängen absorbiert, wenn das Licht, auch als "Strahl" bezeichnet, durch ein Material übertragen wird. Vorzugsweise weist das Filterelement 60a eine Bandpaßfunktion auf, welche es ihm ermöglicht, nur X-Normalfarbwert-Bandbreiten zu übertragen und sämtliche anderen Bandbreiten abzuschwächen; 60b weist eine Bandpaßfunktion auf, die es ihm ermöglicht, lediglich Y-Normalfarbwert-Bandbreiten zu übertragen und sämtliche anderen Bandbreiten abzuschwächen; 60c weist eine Bandpaßfunktion auf, die es ihm ermöglicht, lediglich Z-Normalfarbwert-Bandbreiten zu übertragen und sämtliche anderen Bandbreiten abzuschwächen; und 60d weist eine Bandpaßfunktion auf, die es ihm ermöglicht, lediglich X'-Normalfarbwert-Bandbreiten zu übertragen und sämtliche anderen Bandbreiten abzuschwächen. Diese Filter schwächen gleichbleibend Bandbreiten außerhalb gewählter Bandbreiten auf weniger als ungefähr 1/40, vorzugsweise weniger als 1/100 und insbesondere auf weniger als ungefähr 1/1000 des Wertes der maximalen Durchlässigkeit des Filters. Natürlich können die Filterelemente 60a–d eine beliebige gewünschte Bandpaßfunktion und Abschwächung aufweisen und ihre Anzahl kann geändert werden, so daß lediglich eine gewählte Anzahl von Filtern bei der Messung verwendet wird.
Wahlweise kann die Filteranordnung 60 ein undurchlässiges Element 60e zum Festlegen einer Dunkelstrominformation des Bildsensors 56 aufweisen. Die Dunkelstrominformation stellt den Strom dar, der in einem Bildsensor fließt, wenn keine optische Strahlung auf den Sensor trifft. Dieser Strom verzerrt die elektronischen Signale, die von dem Sensor zu dem Prozessor übertragen werden. Daher ist es bevorzugt, diese Dunkelstrominformation zu messen und sie von den zu dem Sensor übertragenen elektronischen Signalen, die während des Erfassens von Bandbreiten erzeugt werden, zu subtrahieren, so daß nachfolgende Messungen einer optischen Charakteristik diese Dunkelstrominformationen nicht enthalten. Das Filterrad kann ferner einen offenen Elementfreiraum 60f umfassen, welcher sämtliche Lichtwellenlängen zu dem Bildsensor übertragt. Ein Übertragen sämtlicher Lichtwellenlängen zu dem Bildsensor kann wünschenswert sein, wenn zu Beginn ein Bild eines Objektes aufgenommen wird, um beim Identifizieren von Bereichen des Zahnes mit hohem Glanz zu unterstützen.
Es wird Bezug genommen auf 11. Der Filter ist indiziert mit einem Index 69, der mit einem Positionssensor 62 zusammenwirkt, um das Timing der Bilderfassung des Bildsensors 56 und ein Ausrichten von individuellen Filterelementen 60a–f über dem Bildsensor 56 zu synchronisieren. Der Positionssensor kann ein Photodioden-Positionssensor oder ein beliebiger anderer Sensor sei, der in der Lage ist, eine Bewegung des Filterrades 60 durch Erkennen der Position des Indexes 69 zu erfassen. Der Positionssensor 62 steht in elektrischer Verbindung mit dem Prozessor 20, so daß der Prozessor den Schrittmotor 54 starten kann. Der Schrittmotor 24 dreht die Filterradanordnung sequentiell in vorgewählten Winkelinkrementen, um Elemente 60a–60f des Filterrades über den Bildsensor anzuordnen, so daß Licht durch die lichtübertragenden Elemente zu dem Bildsensor 56 übertragen wird.
Der Schrittmotor 54 ist auf der Rückseite der Trägerplatte 66 derart befestigt, daß eine Kontamination, eine Magnetfeld wechselwirkung und ein Wärmeaustausch von dem Motor zu dem Bildsensor 56 begrenzt ist. Der Schrittmotor dreht das sektorierte Filterrad 60 auf eine "indexed versus free-spinning"-Art.
Der Bildsensor 56 ist vorzugsweise ein komplementärer Metalloxidhalbleiter (CMOS). Es ist ersichtlich, daß ein beliebiger monochromatischer Sensor oder Photodetektor anstelle des CMOS verwendet werden kann, einschließlich aber nicht begrenzt auf einen ladungsgekoppeltes Bauelement(CCD)-Sensor. Es ist ersichtlich, daß der Bildsensor Bandbreiten des Lichtes L, das durch entsprechende Filterelemente 60a–d übertragen wird, erfaßt oder auffängt, diese Funktionen in eine digitalisierte Form konvertiert und die digitalisierte Form, auch als elektronische Signale bezeichnet, zu dem Prozessor 20 überträgt.
Der Schrittmotor 54 und der Bildsensor 56 sind beide synchronisiert, vorzugsweise durch den Prozessor 20, so daß der Bildsensor 56 die durch jedes Filterelement 60a–d übertragenen Bandbreiten erfaßt, wenn diese Filter nacheinander über dem Bildsensor 56 ausgerichtet werden. Der Positionssensor stellt eine Rückmeldung über eine Wechselwirkung mit Index 69 an den Prozessor 20 bereit, um den Schrittmotor 54 auf eine gewünschte weise zu starten und zu deaktivieren.
Unter Bezugnahme auf 11 wird nun der Betrieb des Abbildungssubsystems beschrieben. Von einem Objekt, vorzugsweise von einem Zahn, reflektiertes Licht bewegt sich entlang eines Weges L durch die Linse 58. Die Linse 58 fokussiert von dem Zahn reflektiertes Licht auf den Bildsensor 56. Dabei werden durch eines der Filterradelemente 60a–f ausgewählte Bandbreiten des Lichtes L übertragen. Jede Übertragung von Licht L durch einen einzelnen Filter und jeder Vorgang, bei welchem kein Licht durch das undurchlässige Element übertragen wird, und jeder Vorgang, bei dem sämtliches Licht durch das offene Element übertragen wird, wird als ein "Einzelbild" bezeichnet. Der Schrittmotor 54 richtet sequentiell jedes der Filterelemente 60a–60d und wahlweise das undurchlässige bzw. das offene Filterelement 60e bzw. 60f über dem Bildsensor 56 aus. Der Bildsensor 56 erfaßt bei Anordnung jedes Filterelements über dem Sensor ein Einzelbild. So erfaßt der Bildsensor 56 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Bild für Bild verschiedene Normalfarbwertbandbreiten, die durch die Elemente des Filterrades 60 durchgelassen werden.
Die Ausrichtung der Elemente 60a–f wird durch den Schrittmotor 54 gesteuert, welcher von dem Prozessor 20 gesteuert wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich der Schrittmotor, wenn eine Farbmessung von Licht L, welches von einem Zahn reflektiert wird, initialisiert wird, in einem Park-Modus, d. h. Index 69 ist mit dem Positionssensor 62 ausgerichtet. Während der Messung weist der Prozessor den Schrittmotor an, über eine Mehrzahl von partiellen Bewegungen aus dem Park-Modus zu drehen, wobei die Filterradanordnung 60 folglich mehrfach um vorgewählte Winkel gedreht wird. Diese Winkel sind so gewählt, daß jedes Filterradelement 60a–60f über dem Bildsensor angeordnet wird, so daß der Bildsensor 56 ein Einzelbild von Daten für Licht erfaßt, welches individuell durch je eines der Filterelemente oder bei Dunkelstrom in Bewegung wenn Element 60e über dem Sensor angeordnet ist. Auf diese Weise wird zu einer bestimmten Zeit oder bei einem einzigen Einzelbild lediglich eine Bandbreite zu dem Bildsensor übertragen und von diesem erfaßt.
Der Bildsensor 56 nimmt drei Farbmessungen für einen Zahn vor. Jede Messung weist neun Einzelbilder von Daten auf, welche nachfolgend in einem Prozessor 20 gespeichert werden und zum Bilden einer einzigen Messung bzw. eines einzigen "Bildes" des Zahnes kombiniert werden. Diese Einzelbilder stellen zwei Transmissionen von X-Bandbreiten von Licht L durch einen Filter 60a, zwei Transmissionen von Y-Bandbreiten von Licht L durch Filter 60b, zwei Transmissionen von Z-Bandbreiten von Licht L durch Filter 60c, zwei Transmissionen von X'-Bandbreiten von Licht L durch Filter 60d und ein einziges Dunkelstrominformations-Einzelbild dar, wenn das undurchlässige Element 60e über dem Bildsensor 56 angeordnet ist. Diese Verdopplung von Einzelbildern hilft dabei, die mit der Zeit gesammelten Bandbreiten zu integrieren und kann Daten, die für eine Stabilisierung des Bildes benötigt werden, bereitstellen.
Wie hierin verwendet, bedeutet "Stabilisierung" eine Kombination der Einzelbilder von Daten, die zu verschiedenen Zeitpunkten erfaßt worden sind, so daß das resultierende Bild nicht anzeigt, daß das optische Meßinstrument zwischen den Zeitpunkten bewegt wurde, während deren die Einzelbilder aufgenommen wurden. Mehrere von dem Sensor erfaßte Einzelbilder werden rechtzeitig separiert, da es einen kleinen Zeitraum dauert, um ein erstes Einzelbild über beispielsweise Filterelement 60a zu erfassen, die Filterradanordnung 60 mit dem Schrittmotor 54 zu bewegen und das nächste Einzelbild durch Filterelement 60b zu erfassen. Während dieses geringen Zeitraums kann der Benutzer des optischen Meßinstrumentes versehentlich das Instrument durch Drehen oder Schütteln bewegen. Demgemäß kann das Einzelbild, welches für ein Filterelement erfaßt wurde, von anderen Einzelbildern geringfügig abweichen und die Einzelbilder passen nicht Punkt für Punkt zusammen. Um dies zu korrigieren, verwendet der Prozessor, sobald die Daten von dem Sensor in die digitalisierte Form konvertiert wurden und an den Prozessor übertragen wurden, einen speziellen Algorithmus, um die Einzelbilder auszurichten, so daß eine wesentliche Anzahl von Punkten von einem erfaßten Einzelbild mit einer wesentlichen Anzahl von Punkten der anderen erfaßten Einzelbildern übereinstimmen.
Ein Flußschema, welches konzeptuell den Vorgang des Ausrichtens von Einzelbildern aufzeigt, ist in 12 gezeigt. Dieser Vorgang wird vorzugsweise von dem Prozessor des Instrumentes ausgeführt, kann aber wahlweise, wenn gewünscht, von einem separaten Computer ausgeführt werden. Ein Ausrichten der Einzelbilder kann mit der Auswahl von zwei oder mehr auszurichtenden Bildern beginnen; 1002. Ein Teilbereich beider Bilder, welcher das gewünschte Objekt enthält, wird gekennzeichnet; 1004. Die Helligkeit dieser gekennzeichneten Bilder wird normalisiert; 1005. Ein anfänglicher Korrelationswert zwischen Bildern wird berechnet und ein Schleifenzähler wird auf Null gesetzt; 1006. Bei dem Makroschritt 1 wird eine Rückfrage angeboten: Weist die Korrelation zwischen den Bildern einen annehmbaren Wert auf; 1008? wenn ja springt der Vorgang zu Ma kroschritt 2 und Schritt 1030, bei dem die entgültigen Werte für den Korrelationswert-Schleifenzähler, Schleifenzähler, Zeilen-Offset, Spalten-Offset und Winkelrotation zurückgegeben werden. Ab diesem Schritt geht der Vorgang weiter zu "Fertig"; 1032.
Wenn "Nein" die Antwort auf die Rückfrage 1008 ist, geht der Vorgang mit Schritt 1010 weiter, bei dem eine Fehlerfunktion, die eine Spaltenfehlausrichtung der beiden Bildern auswertet, berechnet wird. Bei Schritt 1012 wird ein Bild neu angeordnet, um die Spaltenfehlausrichtung zu beseitigen. Bei Schritt 1014 wird eine Fehlerfunktion, die eine Zeilenfehlausrichtung auswertet, berechnet. Bei Schritt 1016 wird eine Korrelation ausgewertet; wenn sich die Korrelation vermindert hat, wird die Zeilenbewegung rückgängig gemacht. Bei Schritt 1018 wird ein Bild neu angeordnet, um die Zeilenfehlausrichtung zu beheben. Bei 1020 wird eine Korrelation ausgewertet; wenn sie sich vermindert hat, wird die Spaltenbewegung rückgängig gemacht. Bei Schritt 1024 wird eine Fehlerfunktion berechnet, die eine Winkelfehlausrichtung auswertet. Bei Schritt 1026 wird die Korrelation ausgewertet. Wenn sich die Korrelation vermindert hat, wird die Drehung rückgängig gemacht.
Bei Schritt 1028 wird eine Rückfrage angeboten Wurde die Schleifengrenze erreicht? Wenn ja springt der Vorgang zu Makroschritt 2 und 1030, wo er endgültige Werte für Korrelationswertschleifenzähler, Schleifenzähler, Zeilen-Offset, Spalten-Offset und Winkelrotation zurückgibt. Der Vorgang geht weiter zu "Fertig"; 1032. Bei Schritt 1028 wird ein Korrelationswert zwischen Bildern berechnet, wenn die Antwort nein ist; 1034, und der Vorgang springt wieder zu Makroschritt 1, um, wenn notwendig, sämtliche Schritte beliebig oft zu wiederholen, so daß der Vorgang zu "Fertig" weitergehen kann; 1032. Natürlich kann die Abfolge des bevorzugten Vorganges verändert werden. Schritte können verändert und/oder selektiv wiederholt werden. Andere Schritte können in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung hinzugefügt werden.
Wenn die Punkte jedes Einzelbildes mit sämtlichen der Punkte aller anderen Einzelbilder ausgerichtet sind werden die Einzelbilder gemeinsam angezeigt, um ein Bild des Objektes zu erzeugen, welches das von dem Sensor erfaßte Licht wiedergibt. Vorzugsweise umfassen eine wesentliche Anzahl, wenn nicht sogar alle Punkte dieses Bildes sämtliche der Normalfarbwertbandbreiten, d. h. die X-, Y-, Z- und X'-Normalfarbwertbandbreiten, welche von dem Bildsensor erfaßt wurden. Das Bild wird vorzugsweise auf der Anzeige 18 angezeigt und in dem Mikroprozessor 20 gespeichert. Das Bild kann von dem Mikroprozessor auf einen Personalcomputer geladen werden. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen von dem Abbildungssystem lediglich Normalfarbwertbandbreiten erfaßt werden, ist ersichtlich, daß kein Bedarf zum Ausführen langer Berechnungen zum Herleiten der Normalfarbwerte besteht, wenn die Ausgabe des Systems im Normalfarbwertformat stattfindet.
Es ist ferner ersichtlich, daß von dem Bildsensor erfaßte Bandbreiten zu einem Bild des Objektes in Bereiche gleichmäßiger Bandbreiten kombiniert und gemittelt werden können. Es ist ferner möglich, solche benachbarten Bildpunkte arithmetisch in Farbzonen zu kombinieren, deren Farbabweichung zwischen diesen benachbarten Bildpunkten einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt. Auf diesem Wege kann der vermessene Zahn in mehrere Farbzonen mit verschiedenen Farben oder Bandbreiten unterteilt werden. Bei einer Prothese kann die maximale Anzahl solcher Farbzonen begrenzt sein, da ein Zahnarzt oder ein Hersteller von Wiederherstellungen üblicherweise eine Prothese in eine begrenzte Anzahl von Farbzonen unterteilt.
Neben dem Abgleichen von Punkten zum Stabilisieren und/oder Ausrichten der Einzelbilder zum Bilden eines Bildes des Zahnes, kann der Prozessor ferner Meßfehler erkennen, wenn Einzelbilder ungenau erfaßt worden sind. Wenn der Benutzer des optischen Meßinstrumentes das Meßinstrument beispielsweise beim Erfassen nachfolgender Einzelbilder stark dreht oder hoch und runter oder zur Seite bewegt, kann sich eins oder mehrere dieser erfaßten Einzelbilder stark von den anderen unterscheiden. Beispielsweise kann aufgrund der starken Bewegung des optischen Meßinstrumentes zwischen Einzelbildern ein Einzelbild von einem Zahn und das nächste von einem Gummi sein. Folglich wäre es schwierig, die Punkte eines Einzelbildes mit den entsprechenden Punkten der anderen Einzelbilder auszurichten, da die Einzelbilder sich stark unterscheiden würden.
In Fällen, in denen der Prozessor erkennt, daß die erfaßten Einzelbilder sich so stark voneinander unterscheiden, daß entsprechende Punkte verschiedener Einzelbilder nicht zum Erzeugen eines Bildes des Zahnes kombiniert werden können, zeigt der Prozessor dem Benutzer an, daß die Messung wiederholt werden muß. Der Hinweis kann mit einem Anzeigemittel oder mit einem beliebigen anderen üblichen Alarmmittel mitgeteilt werden. Entsprechend wiederholt der Benutzer die Messung der optischen Charakteristika des Zahnes, um zufriedenstellende Daten zu erfassen. Folglich gewährleistet das optische Meßinstrument, daß genaue und vollständige Bilder zur weiteren Bearbeitung und Herstellung von dentalen Prothesen erfaßt werden.
Darüber hinaus weist der Prozessor vorzugsweise die Fähigkeit auf, drei oder mehr Bilder des Objektes zu speichern. Diese Bilder können unter Verwendung geeigneter Welding-Software zum Kombinieren einer Mehrzahl von Bildern zu einem einzigen Bild rekombiniert oder verschmolzen werden. Beispielsweise kann der Zahnarzt die Welding-Software zum Anordnen einzelner, von dem optischen Meßinstrument geladener Bilder zu einem einzigen Bild verwenden, das die Anordnung von einem der Zähne im Mund eines Patienten wiedergibt, die den beschädigten Zahn umgeben.
Die verwendete erfindungsgemäße Abschirmung in Verbindung mit dem optischen Meßinstrument ist allgemein in den 13 und 14 dargestellt. Die Abschirmung 300 weist üblicherweise einen Hohlkörper mit einem konischen Abschnitt 320 auf, jedoch können die Dimensionen und Größe der Abschirmung und ihrer Komponenten für verschiedene Anwendungen verändert werden. Die Abschirmung ist vorzugsweise hohl, so daß sie Licht ungehindert durchleitet, d. h. ein erstes Ende 322 steht in "Lichtverbindung" mit einem zweiten Ende 310. An einem Ende des konischen Abschnittes ist das erste Ende 310 gelegen, welches eine Öffnung 312 definiert. Die Öffnung 312 kann von beliebiger Größe sein, abhängig von der Lichtquelle und der Lichtmen ge, die von dem zu vermessenden Objekt reflektiert wird. Referenz-Farbstreifen 330 begrenzen die Ränder der Öffnung. Diese Streifen sind benachbart zu der Öffnung oder zumindest so angeordnet, daß sie in dem Bildfeld 350 sind. Das Bildfeld ist das Feld, welches mit einem Bild erfaßt wird, welches von einem Bildsensor des optischen Meßinstrumentes aufgenommen wird. Die Referenz-Streifen können auf dem konischen Abschnitt 320 sein, solange sie sich in den aufgenommenen Bildern befinden. Vorzugsweise ist die Farbe der Referenz-Streifen gebrochen weiß, jedoch kann jede andere Farbe verwendet werden, solange der Streifen eine definierte Farbe aufweist.
Beim Betrieb ist der Referenz-Streifen in dem Bildfeld 350 umfaßt, wenn das optische Meßinstrument ein Bild eines Objektes erfaßt. Die vermessenen Referenz-Streifenwerte werden mit Werten, die während einer Instrumentenkalibrierung bestimmt wurden, verglichen. Dieser Vergleich stellt ein Verfahren zum Bestimmen nicht nur der Lampenintensitätsvariation bereit, sondern stellt auch ein Verfahren zum Bestimmen von Änderungen der Lampenfarbtemperatur bereit. Diese beiden Werte müssen bekannt sein, um genaue Farbmeßdaten von dem abgebildeten Zahn bereitzustellen. Auf alle anderen Objekte in dem Bildfeld 350, wie beispielsweise einen Zahn, werden Lampenkompensationsfaktoren angewendet, um die wirklichen Farben dieser Objekte zu bestimmen. Ein Echtfarbenbild des Objektes kann dann anhand dieser Echtfarben erstellt werden.
Das Innere des Abschirmungshohlkörpers ist vorzugsweise lichtundurchlässig oder anderweitig mit einem dunklen Material eingefärbt, welches Umgebungslicht außerhalb der Abschirmung am Eintritt in die Abschirmung und der Verfälschung der in dem Gesichtsfeld 350 erfaßten Daten hindert.
Die Abschirmung 300 kann ferner an dem ersten Ende 310 angeordnete Bestimmungsmittel 340 aufweisen. Die Bestimmungsmittel sind vorzugsweise so an dem Ende 310 angeordnet, daß sie in dem Bildfeld 350 umfaßt sind, wenn ein Bild aufgenommen wird. Diese Bestimmungsmittel können von beliebiger Art sein, aber vorzugsweise weisen sie auf Herkunftsangaben, wie beispielsweise den Hersteller oder Vertreiber der Einwegabschir mung hin, um eine Fälschung zu verhindern. Die Bestimmungsmittel 340 können ferner Patienteninformationen, eine Postennummer der Abschirmung, ein Verfallsdatum oder beliebige andere Informationen, die relevant für den Patienten oder das optische Meßinstrument sind, enthalten. Die Bestimmungsmittel können aufgedruckt, umfaßt, befestigt oder auf eine beliebige andere übliche Art der Abschirmung zugeordnet sein. Beispielsweise können die Bestimmungsmittel ein gedrucktes klebendes Label oder ein Barcode sein.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel legt die Abschirmung einen vorgegebenen Abstand eines Objektes von einer Lichtquelle 80 oder einen Bildsensor 56 fest, wie es in 14 gezeigt ist. Die Länge der Abschirmung L ist voreingestellt, so daß, wenn die Öffnung 312 benachbart zu oder in Kontakt mit dem zu vermessenden Objekt, beispielsweise dem Zahn T, angeordnet ist, sich die Lichtquelle 80 oder der Bildsensor 56 in einem spezifischen Abstand D zu dem Objekt T befindet. Demzufolge kann die genaue Beleuchtung oder Erfassung durch die Leuchtvorrichtung 80 oder den Sensor 56 bei jeder Messung genau wiederholt werden. Dieser spezielle Abstand ist auch voreingestellt, um eine Diffusion oder Streuung des von der Lichtquelle 80 zum Zeitpunkt, an dem das Licht die Öffnung oder das zu vermessende Objekt erreicht, erzeugten Lichts zu verhindern.
Die Abschirmung 300 kann an dem optischen Meßinstrument auf jede bekannte übliche Art befestigt sein, wie es in 17 gezeigt ist. Vorzugsweise umfaßt die Abschirmung Klemmen 324, die lösbar an Stiften 224 des optischen Meßgerätes anklemmen. Natürlich kann die Abschirmung mit jeder üblichen Befestigung an dem optischen Meßinstrument befestigt sein, wenn dies die Anwendung erfordert.
Es ist ersichtlich, daß die Abschirmung aus Papier oder Kunststoff oder einem anderen Material sein kann, welches verwerfbar, säuberbar, wiederverwendbar oder ähnliches ist, um sämtlichen Kontaminationsbedenken entgegenzutreten, die bei einer bestimmten Anwendung bestehen können. Die Abschirmung kann ferner verwerfbar oder wiederverwendbar sein. Im Falle von wiederverwertbaren Abschirmungen ist die Abschirmung vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das einer Sterilisation in einem üblichen Autoklaven, heißem Dampf, einer chemische Behandlung oder einem Sterilisationssystem wiederstehen kann.
Sichtlinien-Betrachtung
15 und 16 veranschaulichen das Sichtlinien-Betrachten gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Das optische Meßinstrument 10 umfaßt ein Gehäuse 12 und eine darin befestigte Anzeige 18. Wie oberhalb beschrieben, ist ferner ein Bildsensor in dem Gehäuse enthalten. Der Bildsensor erfaßt Bilder von einer Bildsensorsicht 402, auch bezeichnet als "Abtastlinie". Die Abtastlinie erstreckt sich aus dem Gehäuse 12 durch die installierte Abschirmung 300 zu dem Objekt, von welchem ein Bild aufgenommen werden soll, beispielsweise dem Zahn 4. Das Objekt sollte derart in der Abtastlinie 402 angeordnet sein, daß das optische Meßinstrument die optischen Charakteristika des Objektes abtasten und messen kann.
Sobald der Bildsensor eine Messung des Objektes in der Abtastlinie 402 vornimmt, wird diese Messung von dem Prozessor des Instrumentes (siehe 6) bearbeitet und zu dem LCD 18 übermittelt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt das LCD die Daten als Bild an. Das Bild kann vergrößert oder verkleinert werden, wenn dies gewünscht ist. Natürlich kann jede übliche dynamische Anzeige anstelle eines LCD verwendet werden.
Ist das Bild auf der Anzeige 18 angezeigt, kann ein Benutzer 6 die Anzeige entlang einer Sichtlinie 400 betrachten. Diese Sichtslinie 400 ist an der Abtastlinie 402 ausgerichtet, so daß der Benutzer 6 den Zahn auf der Anzeige in der gleichen Perspektive sieht, wie der Bildsensor den Zahn abtastet. Eine Manipulation der Abtastlinie 402 entspricht vorzugsweise einem anderen, auf der Anzeige 18 ausgegebenem Bild. Wenn ein Benutzer beispielsweise die Einrichtung und folglich die Abtastlinie 402 zur Rechten des Zahnes 4 bewegt, entspricht die Bildausgabe auf dem Bildschirm 18 diesem Objekt, egal welches Objekt sich rechts von dem Zahn befindet. Grundsätzlich kann ein Benutzer die Einrichtung zum Neuausrichten der Abtastlinie manipulieren, indem er ein Bild auf dem Bildschirm betrachtet, und zwar ohne seinen normalen Denkprozeß zum Erfassen und Betrachten eines Bildes umzukehren oder anderweitig zu ändern.
Es wird Bezug genommen auf 15. Die Anzeige 18 ist vorzugsweise parallel hinter dem Bildsensor 56 in dem Gehäuse 12 ausgerichtet, und vorzugsweise ist die Anzeige 18 im allgemeinen rechtwinklig zu der Abtastlinie 402 und/oder der Sichtlinie 400. Natürlich können der Bildschirm 18, der Sensor 56, die Abtastlinie oder die Sichtlinie in anderen Anordnungen ausgerichtet sein, so daß die Sichtlinie 400 achsfluchtend mit der Abtastlinie 402 ist.
Das optische Meßinstrument 10 ist auf eine beliebige Art konfiguriert, die es dem Benutzer ermöglicht, das Instrument 10 zu manipulieren und gleichzeitig das gleiche Bild, daß von dem Sensor abgetastet wird, auf einer Anzeige des Instruments zu betrachten, ohne periodisch von dem Bildschirm wegschauen und die Abtastlinie des Bildsensors neu ausrichten zu müssen. Folglich kann der Benutzer nur die Anzeige entlang der Gesichtslinie 400 betrachten, um die Abtastlinie 402 genau so auszurichten, daß das Instrument das Bild von dem Zahn wie gewünscht aufnimmt.
Verschlossene Einheit
Es wird Bezug genommen auf die 16 und 17. Das optische Meßinstrument umfaßt im allgemeinen das Gehäuse 12, welches in zwei Teile 12a und 12b unterteilt ist, die Anzeige 18 und ein Fenster 230. Es wird insbesondere auf 17 Bezug genommen. Der vordere Abschnitt des Gehäuses 12 definiert eine von dem Fenster 230 abgedeckte Öffnung 240. Die Öffnung ermöglicht es, daß Licht aus dem Inneren des Gehäuses 12 projiziert wird, und ermöglicht es, daß von einem Objekt reflektiertes Licht zurück in das Gehäuse 12 treten kann und von einem (nicht gezeigten) Bildsensor abgetastet wird. Die Öffnung 240 kann eine Vielzahl von Konfigurationen und Größen haben, die eine Beleuchtung und Abtastung von Charakteristika wie gewünscht vereinfachen.
Die Öffnung ist von einer inneren Lippe 210 kreisförmig umfangen, die vorzugsweise als Teil des Gehäuses 12 ausgebildet ist. Über der Lippe ist ein Fenster oder eine Abdeckplatte 230 angeordnet. Vorzugsweise ist diese Abdeckung aus Kunststoff, Glas oder einem anderen synthetischen Material hergestellt, das eine hocheffiziente Transmission von Licht durch dieses ermöglicht. Zwischen der Lippe 210 und dem Fenster 230 ist eine Dichtung 220 angeordnet. Die Dichtung kann ein beliebiges Dichtungsmittel oder Dichtung, beispielsweise ein versiegelnder Kleber, sein, die "Verunreinigungen" – d. h. Staub, Schmutz, Verunreinigungen, Reinigungsmittel und Chemikalien, an einem Eindringen in das Innere des Gehäusekörpers 12 durch und um die Öffnung 240 hindert.
Die Anzeige 18 ist vorzugsweise an oder mit dem Gehäuse 12 auf eine Art versiegelt, die verhindert, daß Verschmutzungen ins Innere eindringen. Es ist bevorzugt, daß die Anzeige berührungsempfindlich und in der Lage ist, ein Mittel zum Steuern und Betreiben der Einrichtung zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise gibt es keine Schwierigkeit, um externe, in dem Gehäuse umfaßte Knöpfe herum zu reinigen.
Die Teile 12a und 12b sind vorzugsweise auf eine Art zusammengefügt, die ebenfalls Verschmutzungen am Eindringen in das Innere des Gehäusekörpers entlang der Abschnitte der Teile, an denen die Unterteile miteinander verbunden oder zusammengefügt sind, hindert.
Wie beschrieben hindern sämtliche der oben beschriebenen Elemente, nämlich das versiegelte Fenster 240, die zusammengepaßten Teile 12a, 12b und die Anzeige 18 Verschmutzungen am Eindringen in das Innere der Einrichtung, wenn die Verschmutzungen in Kontakt mit dieser Einrichtung kommen, beispielsweise wenn die Einrichtung mit Reinigungs- oder Sterilisierungsmitteln abgewischt wird oder wenn die Einrichtung auf einem schmutzigen Boden fallengelassen wird. Jedoch verhindern diese Elemente ein Eintreten der Verschmutzungen ins Innere der Einrichtung nur bedingt, wenn die Einrichtung vollständig in Verschmutzungen getaucht wird, beispielsweise wenn die Einrichtung in flüssige Reinigungsmittel getaucht wird.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann bei einigen Ausführungsbeispielen einen Port 22 oder eine Verbindung zum Kommunizieren mit einer Docking-Station (18), eine Berechnungseinrichtung und/oder eine (nicht gezeigte) Stromquelle umfassen. Üblicherweise ist es schwierig, diesen Port abzudichten und zu verhindern, daß Verschmutzungen in das Innere des Gehäuses 12 eintreten.
Das optische Meßinstrument wird einfach keimfrei gemacht und/oder sterilisiert. Benutzer können es ohne erhebliche Bedenken, daß Entkeimungs- oder Sterilisierungsmittel oder andere Reinigungsmittel in das Innere des Gehäuses 12 laufen, wodurch evtl. die inneren Komponenten des Instrumentes beschädigen werden können, durch Abreiben reinigen. Natürlich ist Vorsicht geboten, um eine Verbindung oder einen Anschluß nicht übermäßigen Verschmutzungen auszusetzen, um zu vermeiden, daß diese Verschmutzungen in das Innere der Einrichtung eindringen. Bei Zeiten der Nichtbenutzungen oder Benutzung in staubigen Regionen ist das Risiko, daß Staub oder Verschmutzungen in das Gehäuse eindringen, erheblich erhöht.
Herstellung einer dentalen Prothese
Der Vorgang des Erzeugens einer dentalen Wiederherstellung oder Prothese aus optischen Messungen, die von einem beschädigten Zahn oder umliegenden Zähnen stammen, wird nun beschrieben. Zu Beginn verwendet ein Zahnarzt das optische Meßinstrument, um die optischen Charakteristika eines Zahnes oder von Zähnen, die eine Zone umgeben, die zuvor durch einen Zahn besetzt war, zu vermessen. Diese optischen Messungen werden in dem optischen Meßinstrument in ein Bild oder eine Mehrzahl von Bildern umgewandelt. Die Bilder können von dem optischen Meßinstrument auf einen Computer geladen werden, wo sie gespeichert werden können. Natürlich kann das Bild in einem beliebigen geeigneten Dateiformat gespeichert werden. Sobald das Bild auf dem Computer gespeichert ist, bildet es die sogenannte Wiederherstellungsdatei. Wie es dem Fachmann ersichtlich ist, können ausgehend von dieser Wiederherstellungsdatei die gemessenen optischen Charakteristika von dem Computer mathematisch manipuliert werden, um als ein durchschnittliches Kennfeld, ein Raster von individuellen Charakteristika, als konturiertes Kennfeld oder beliebiges anderes gewünschtes Format betrachtet zu werden.
Anschließend überträgt der Zahnarzt über beliebige geeignete Mittel die Wiederherstellungsdatei an ein Prothesen herstellendes Labor. Vorzugsweise wird die Datei jedoch unter Verwendung einer elektronischen Netzwerkkorrespondenz weitergeleitet.
In dem Labor lädt ein Techniker die Wiederherstellungsdatei herunter, um den Mund des Patienten und insbesondere die neue Prothese für den beschädigten oder fehlenden Zahn zu rekonstruieren. Zu dieser Wiederherstellung fähige Software ist von X-Rite, Incorporated of Grandville, Michigan, erhältlich. Nachdem der Techniker die Prothese hergestellt hat, wird ein Bild der Prothese, vorzugsweise mit dem optischen Meßinstrument, auf genommen.
Das Bild der Prothese wird in ein Bild des Mundes des Patienten, welches aus der Wiederherstellungsdatei erhalten wurde, zum Bestimmen der Qualität und Genauigkeit der Wiederherstellung eingefügt. Dies kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Zunächst kann der Techniker sein eigenes optisches Meßinstrument verwenden, um Messungen an der Prothese zum Erzeugen eines Bildes, auch bezeichnet als "Prothesendaten", vorzunehmen. Dann nimmt er dieses Bild und fügt es in ein aus der Wiederherstellungsdatei stammendes Bild des Mundes des Patienten ein. Natürlich kann der Techniker ebenfalls die Prothesendaten mit dem Bild des ursprünglichen Zahnes vergleichen, sofern eins existiert. Der Techniker führt einen Vergleich zwischen dem Bild des Zahnes und dem Bild des Mundes des Patienten oder des beschädigten Zahnes durch, bevor die Wiederherstellung von dem Labor ausgeliefert wird. Der Techniker kann dann die Qualität und Genauigkeit der Wiederherstellung bestimmen und entscheiden, ob oder ob sie nicht an den Zahnarzt zur Einbringung in den Mund des Patienten versendet wird.
Der Techniker kann auch die optische Meßeinrichtung zum Vornehmen von Messungen der Prothese verwenden, um ein Bild der Prothese zu erzeugen und dieses Bild an den Zahnarzt senden. Der Zahnarzt kann das neue Zahnbild dann visuell in ein bestehendes Bild des Mundes des Patienten einfügen, um die Qualität und Genauigkeit der Wiederherstellung zu bestimmen. Auf der Grundlage seiner oder ihrer Beurteilung kann der Zahnarzt dann das Labor kontaktieren, um die Wiederherstellung zu bestätigen oder abzulehnen. In Fällen, in denen die Wiederherstellung bestätigt wird, versendet das Labor die Wiederherstellung zur Einbringung in den Mund des Patienten an den Zahnarzt. In Fällen, in denen der Zahnarzt die Wiederherstellung ablehnt, weil sie nicht genau genug übereinstimmt, stellt das Labor eine weitere Wiederherstellung her und nimmt ein neues Bild dieser Wiederherstellung auf. Das neue Bild wird an den Zahnarzt zum Vergleich des neuen Bildes mit dem Bild des beschädigten Zahnes weitergeleitet. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, bis eine genaue Wiederherstellung hergestellt worden ist.
Wahlweise kann der Techniker die Prothese einfach herstellen und an den Zahnarzt senden. Der Zahnarzt verwendet sein eigenes optisches Meßinstrument, um ein Bild der Prothese zu erhalten. Diese Prothesendaten werden visuell in ein Bild des Mundes des Patienten eingefügt oder mit einem Bild des beschädigten Zahnes verglichen, um die Qualität und Genauigkeit der Wiederherstellung zu bestimmen. Wenn die Wiederherstellung annehmbar ist, wird der Zahnarzt sie in den Mund des Patienten einbringen. Wenn die Wiederherstellung nicht annehmbar ist, kann der Zahnarzt bei dem Labor anfragen, eine weitere Wiederherstellung herzustellen oder die Wiederherstellung derart zu verändern, daß sie ein genaues Duplikat des ursprünglichen Zahnes ist, für dessen Ersetzung sie gedacht war.
Docking-Station
Es wird Bezug genommen auf 18. Das optische Meßinstrument 10 liegt oder ruht in der Docking-Station 14, wenn es nicht in Benutzung ist oder wenn Bilder von dem Instrument 10 auf einen (nicht gezeigten) Computer geladen werden, der mit der Docking-Station für weitere Analysen dieser Bilder oder zum weiterleiten dieser Bilder an eine dritte Person verbunden ist. Die Docking-Station 14 umfaßt eine Stütze 15 zum Halten des Instruments in einer griffbereiten Stellung. Das Instrument ruht ferner in Port 24, der einen (nicht gezeigtes) Stecker zum Koppeln an Portal 22 (siehe 6) zum Laden von Bildern oder Wiederaufladen der Stromquelle 19 des Instrumentes 10 umfaßt. Die Docking-Station kann ferner eine Datenverbindung zum herunterladen/heraufladen von Patienteninformationen und/oder herunterladen/heraufladen eines Bildes und veränderter Patienteninformationen an/von dem Instrument 10 aufweisen. Natürlich kann jede gewünschte Information herauf-/heruntergeladen werden.
Wahlweise kann das Instrument einen Sender und/oder Empfänger umfassen, so daß es mit einem anderen Instrument, mit einer Docking-Station und/oder direkt mit einer Computereinrichtung unter Verwendung einer drahtlosen Verbindung kommunizieren kann, wobei Daten über Radiofrequenzen, Lichtmodulationen oder andere drahtlose Kommunikationsmittel übertragen werden können.

Claims

Eine Abschirmung (300) für eine Einrichtung (10) zum Messen der Farbe von dentalen Objekten in einem Sichtfeld, mit einem einteiligen integralen Hauptteil, der einen Hohlraum begrenzt, durch den Beleuchtungslicht tritt, wobei der Hauptteil eine vorgegebene Länge hat und Mittel (324) zum Befestigen des Hauptteils an einem Instrument aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil eine Beleuchtungs-Referenz-Zone (330) im Sichtfeld (350) enthält, wenn die im Betrieb befindliche Einrichtung ein Bild von einem Objekt aufnimmt.
Eine Abschirmung nach Anspruch 1, wobei die Befestigungsmittel Mittel zum lösbaren Befestigen des Hauptteils an der Farbmeßeinrichtung aufweisen.
Eine Abschirmung nach Anspruch 2, wobei der Hauptteil ein Einwegartikel ist.
Eine Abschirmung nach Anspruch 3, wobei der Hauptteil undurchsichtig ist, um Umgebungslicht am Eintritt in den Hohlraum zu hindern.
Eine Abschirmung nach Anspruch 4, mit Bestimmungsmitteln (340) zum Bereitstellen von Informationen, die im Sichtfeld aufgenommen werden.
Eine Abschirmung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hauptteil ein erstes (310) und ein zweites (322) Ende aufweist, wobei das erste Ende in einem vorgewählten Abstand von dem zweiten Ende angeordnet ist, wobei das erste Ende eine erste Apertur (312) begrenzt, die in einer gewählten Position gegenüber und benachbart dem Objekt anzuordnen ist, dessen Farbe zu messen ist, wobei das zweite Ende eine zweite Apertur begrenzt, die nahe der Meßeinrichtung anzuordnen ist, wobei sich die dem Hauptteil zugeordnete Referenz-Zone in der Nähe der ersten Apertur befindet.
Eine Abschirmung nach Anspruch 6, wobei die Einrichtung eine Beleuchtungsquelle (80) aufweist und wobei der Hauptteil ein einheitlicher Hohlkörper ist, wobei ein Objekt durch die erste Apertur vermeßbar ist; und wobei das erste Ende die dem Hauptteil zugeordneten Referenz-Zone in der Nähe der ersten Apertur aufweist.
Eine Abschirmung nach Anspruch 7, wobei die Mittel zum Befestigen des Hauptteils an einem Instrument Umgebungslicht am Eindringen in den Hauptteil hindern; und ferner Mittel zum Anzeigen wenigstens einer der Angaben der Herkunft der Abschirmung, der Charge (Partie) der Abschirmung, des Verfallsdatums der Abschirmung und Patienteninformationen enthaltend, wobei die Anzeigemittel in der Nähe der ersten Apertur und im Sichtfeld angeordnet sind.
Eine Abschirmung nach Anspruch 1, wobei der Hauptteil ein Einwegartikel ist.
Eine Abschirmung nach Anspruch 1, wobei der Hauptteil wiederverwendbar ist.
Ein Instrument (10) zum Gewinnen eines Farbbildes eines Zahns innerhalb eines Sichtfeldes (350), wobei das Instrument aufweist: ein Gehäuse; eine Beleuchtungsquelle (80) innerhalb des Gehäuses zum Beleuchten des Sichtfeldes; eine Bildabtasteinrichtung (56) innerhalb des Gehäuses zum Abtasten eines Bildes des Zahns; und eine Einweg-Abschirmung (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Ein Instrument nach Anspruch 11, wobei die Einweg-Abschirmung lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist und einen gewünschten Abstand zwischen dem Zahn und der Bildabtasteinrichtung bildet.
Ein Instrument nach Anspruch 12, wobei das zweite Ende eine lichtundurchlässige Abdichtung gegen das Gehäuse bildet.
Ein Instrument nach Anspruch 12, wobei die Referenz-Zone einen Kompensationsfaktor für die Beleuchtung herstellt.