Brevet FR2516785A1 — publié le 19830527

L'invention se rapporte a un procédé de mesure de la répartition spectrale de la lumière diffusée par des dents ou des objets en vue de leur reproduction en conservant leurs teintes et a' son moyen de mise en oeuvre. En pratique, l'estimation de la teinte des dents en vue de la fabrication d'une prothèse est faite par l'odontologiste en comparant, à l'aide d'une même source d'éclairage, la dent à extraire et les voisines , avec des dents artificielles disposées sur des "teintiers". L'expérience montre qu'en dépit des precautions prises, on ne peut déterminer avec précision la teinte à reproduire, même en absence de tout phénomène de métamérisme. De même, le procédé de colorimétrie consistant a mesurer à l'aide d'un photomètre trois quantités de lumière réflechie obtenues respectivement dans les trois bandes spectrales : bleue verte et rouge en vue de reconstituer la couleur ainsi définie n'a pu faire disparaitre les écarts de coloration observés entre la dent analysée et la prothèse. Ces écarts peuvent être dus notamment au fait que deux couleurs peuvent etre métamères c'est-à-dire presenter des courbes de dispersion spectrale différentes tout en donnant lieu à une meme impression colorée pour un éclairage donné. La détermination d'une teinte par la seule mesure de trois quantités de lumiere données dans les bandes spectrales du bleu, du vert et du rouge ne permet donc pas de définir d'une manière exhaustive la teinte de l'objet reproduit, celui-ci pouvant pour divers éclairages s'écarter sensiblement de la teinte déterminée par ce procédé de colorimétrie. En outre, les mesures effectuées sur des dents, en vue de comparer les résultats des prothèses en fonction des méthodes de détermination de leurs teintes, montrent que ces mesures sont sujettes à ae nombreuses causes d'écart de teintes. L'une d'elle est la dispersion des couleurs observées selon la zone examinée de la dent. ..même en prenant soin d'eiiectuer des mesures de colorimétrie pour la détermination des diiTérents quadrants d'une dent, par exemple en uivisant la surface de la dent par un quadrilla De la divisant en neuf parties, on constate pour certaines pla ges des écarts sensibles de teintes entre la prothèse et la et extraite. En outre après extraction, la teinte de la dent se modifie. L1 était donc nécessaire de pouvoir procéder de façon pratique a la détermination exacte des teintes des dents ou autres objets - en se fondant sur des mesures de spectrophotométrie qui jusqu'à ce jour ne pouvaient être réalisées, même en iaboratoire que sur des surfaces microscopiques de dents extraites ou artificielles. Connaissantles coefficient X#, Y#, Z# d'aptitudes colorimétrique respectivement au rouge, au vert et au bleu de l'oeil d'un observateur standard, ainsi que les valeurs de la fonction de dispersion énergétique spectrale S(X) d'une source de reférence, on détermine la fonction H(#) de la dispersion spectrale de la lumière réfléchie, transmise ou diffuse du corps éclairé par la source et l'on calcule les trois- intégrales donnant les trois stimulus X, Y et Z perçus par l'oeil. Ces trois valeurs permettent de calculer les coordonnées chromatiques x = X Y Z X + Y + Z X + Y + Z X + Y + Z Il suffit donc de connaître deux de ces coordonnées pour définir parfaitement une couleur, la somme x+y+z étant égale à 1. La luminance de cette couleur est définie par la relation dans laquelle Zy est la somme des coefficients d'aptitude colorimetrique de l'oeil à son maximum de sensibilité spectrale c'est-à-dire pour # = 555nm. Si liron trace la ligne des points dont les coordonnées chromatiques sont celles des couleurs correspondant à chacune des radiations monochromatiques du spectre visible on obtient une ligne se rapprochant d'un triangule. cette ligne que l'on gradue en longueur a'onde est fermée par la ligne des pourpres qui est la ligne des teintes sensibles reliant le pale bleu au pale rouge. Afin de pouvoir exprimer la couleur exacte d'un objet vu dans un éclairage donné il suffit uonc de calculer les coordonnées x, y dont la définition vient d'être rappelée et de connaître les coordonnées des sources d'éclairage des objets afin de prévoir les phénomènes de métamérisme. On a donc intérêt dans le cas d'une prothèse dentaire à exprimer la couleur des quadrants des dents telle qu'elle est vue sous une lumière blanche semblable a celle du jour de coordonnés x = 0,3101 et y =0,3162 qui correspond à un point voisin du centre du triangle définissant le spectre des couleurs. Si l'on désigne par C cette source de lumière et par M un échantillon, sa teinte est définie par la longueur d'onde #D dite dominante.La purete P de cette couleur est donnée par la valeur CM/C#D. Il est donc possible de reproduire toute teinte désirée des que les coordonnées chromatiques x et y sont données et d'éviter les phénomènes de métamérisme en élaborant un matériau dont la courbe de dispersion spectrale est identique à celle du modèle. Ainsi l'objet de l'invention est un procédé de mesure microscopique de la répartition spectrale R de la lumière diffusée par les dents et objets de toute nature en vue d'éviter les écarts entre les teintes d'origine et celles des prothèses dentaires ou des copies d'objets, ces mesures effectuées sur la totalité du spectre permettant de déterminer en outre les coordonnées chromatiques (x,y) à partir de la connaissance : des coefficients d'aptitude colorimétrique X#, Y#, Z#, cotes valeurs de la fonction de dispersion énergétique spectrale S(A) de la source lumineuse blanche et du calcul des valeurs x,y par sommat ion des valeurs correspondant a toutes les radiations du spectre visible espacées de 10 nm en 10 nm, caractérisé en ce que l'on mesure pour chaque longueur d'onde considérée l'intensité de la lumière réfléchie, transmise ou diffuse I provenant d'une plage donnée de la dent outre l'objet dont la teinte est a reproduire, cette plage ayant un diamètre de l'ordre de 1 mm et étant choisie, pour chaque partie de l'objet définie par quadrillage, en un lieu préalablement examinée optiquement pour s'assurer qu'elle ne contient aucune fissure profonde et aucune autre défectuosité capable d'affecter la valeur de la fonction ces ces mesures se répartissant sur toute l'étendue du spectre entre 380 nm et 770 nm et sur chacune des plages sélectionnées dans chacune des parties du quadrillaoe et en ce que l'on calcule les quantités R = Re x 1/Ie dans laquelle Re est la réflectance connue d'un échantillon donné pour une quantite de lumiè- re le réfléchie, transmise ou-diffuse provenant d'un échantillon étalon pour la oande (##) et les suivantes. L'expérience antre qu'en raison de la détermination ainsi effectuée de R(X) sur une série de- superficie de l'ordre de celle de plages d'un diamètre de 1 mm on peut alors non seulement, reproduire exactement la couleur de l'objet examiné en évitant tout phénomène de métamérisme, quelle que soit la-sour- ce de lumière utilisée pour le contrôle de cette reproduction, amis aussi exprimer quelle sera la couleur de l'objet vu sous différents éclairages et notamment sous lumière du jour. Un autre objet de l'invention est la prévision d'un appareillage de mise en oeuvre du procédé ainsi défini caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de visée optique de la dent ou de l'objet pour l'observation de plages d'un diamètre pouvant varier sur une étendue de quelques dizaines de microns à quelques millimètres, d'un moyen de sélection de bande étroite pour la longueur d'onde choisie > , d'un photomultiplicateur et d'un moyen de mesure de l'intensité de lumière réfléchie, transmise ou diffuse pour chaque longueur d'onde sélectionnée. Cet appareillage a lFavantage, en raison-du moyen de visée optique conjugué à l'ensemble des autres moyens, de permettre la sélection d'une plage à l'intérieur de chaque partie du quadrillage après examen de l'état de surface de la plage considérée et, en raison du moyens de mesure de l'intensité de la lumière reçue, de répéter les mesures pour chaque valeur nouvelle > à une cadence suffisamment rapide pour effectuer des mesures même in situ c'est-à-dire dans le cas d'un examen dentaire -avant arrachement ou traitement d'une dent. D'autres avantages et caracteristiques ressortiront de la description suivante faite en référence aux dessins annexés qui représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation du moyen de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention ainsi que quelques variantes. Sur les dessins La figure 1 représente sous forme schématique un appareillage de mise en oeuvre du procédé utilisant comme moyen de vi sée un microscope, La figure 2 représente une variante simplifiée de la partie optique de l'appareillage de la figure 1 et, La figure 3 représente sous forme schématique une variante ae l'appareiLlage utilisant comme moyen de visée une lunette. L'objet dont la couleur est a déterminer a été représenté schétnatiquement en 1 dans l'axe optique 2 du microscope 3 qui peut être un microréflectomètre conçu pour la mesure de la réflectance des minéraux polis. Son objectif 4 ayant été supprimé, ce dernier a été représenté en ponctué. Au-dessus de lui, la lame mince à face paral lèle 5 reçoit la lumière de bande spectrale choisie prove- nant du spectromètre à prisme 6 porteur de l'indicateur 7 de la bande choisie. La source lumineuse 8 est une source quelconque dont la dispersion spectrale S( > ) entre 380 et 770 nm est sans importance puisque la méthode de mesure est une méthode de comparaison. La lumière provenant du prisme 6 est reçue par le collecteur 20, le diaphragme d'ouverture 21, la diaphragme de champ 22 et la lentille de champ 23. On a intercalé entre la lame mince 5 et l'oculaire 9 une lentille de Bertrand 10 permettant d'obtenir une ouverture numérique de quelques degrés de sorte que l'on peut repérer et observer aisément au moyen de la source 24 et de l'oculaire 9 pourvu du diaphragme de mesure 25, une plage quelconque de l'objet 1 que l'on divise arbitrairement en un certain nombre de parties au moyen d'un quadrillage convenable. Après observation d'une de ces parties ou quadrants. On peut y sélectionner une plage d'un diamètre de l'ordre d'l mm par exemple dans laquelle on a vérifié qu'il n'existait aucune fissure profonde ou autre défectuosité qui serait susceptible de fausser la détermination de la couleur de l'objet observe. L'davantage d'un tel système est, qu'en raison de l'utilisation de la lentille de Bertrand 10 dont la distance focale est de l'ordre d'une vingtaine de centimètres, on peut mesurer avec exactitude la réflectance diffuse des dents sur des plages d'aussi petites dimensions qu'on le souhaite et qu'en outre ces mesures ne sont pas faussées par la non planéité des dents ni par l'état superficiel, même en présence de microrayures non profondes de la dent, la dent étant vue de loin et non de près comme dans un microscope ordinaire. I1 est donc possible d'obtenir une mesure correcte de la réflectance en prenant en compte les caractères optiques en profondeur de l'émail après réflexion sur les couches sous-jacentes. Ayant vérifié que toute l'étendue de la plage sélectionnée est exempte de défauts de surface tels que fissures profondes ayant une incidence sur la réflectance, on peut collecter le faisceau de lumière provenant de la source de mesure 8, la source d'observation 24 devenant inutile. Ayant sélectionné, successivement,de 10 nm en 10 nm, des longueurs d'ondes comprises entre 380 nm et 770 nm, la lumière réfléchie transmise ou diffuse est reçue par la photomultiplicateur 11 relié à tout indicateur 12 de la mesure de l'intensité lumineuse ainsi reçue. Ainsi, ayant déterminé une plage de l'objet à examiner on relève au moyen de l'indicateur 12, et successivement pour cha que bande d'ondes AX de valeur A les mesures des valeurs des intensités I de la lumière provenant de la plage choisie de l'objet afin de déterminer la valeur R = Re x I la valeur Re le de l'étalon étant primitivement connue par les mesures usuelles. L'étalon de mesure choisi est de préférence un échantillon blanc de BaSo4. ffi Les valeurs I et Ie fournies par l'appareil de mesure 12 peuvent être converties en données numériques que l'on peut éventuellement soit enregistrer et transmettre par tout dispositif enregistreur et émetteur 19, soit transmettre à tout microcalculateur 18 en vue de la détermination des coordonnées de couleur x et y de la plage sélectionnée dans la première zone définie par le quadrillage utilisé. I1 est clair que les supports des divers éléments peuvent être quelconques et que de ce fait ils n'ont pas été représentés. On comprendra de même que les moyens d'alimentation en tension incorporant la régulation de ces tensions et qui ne constituent pas l'invention en soi n'ont pas été représentés. A titre de variante on peut remplacer le prisme 6 du spectromètre de la figure 1 par un filtre interférentiel continu 13 figure 2 que l'on dispose de préférence entre l'oculaire 9 et le photomultiplicateur 11. Dans ce cas, la source 24 de lumière olanche sert a la fois de source de lumière et de source d'observation, l'ensemble des diaphragmes 21, 22 et des lentilles 20, 23 étant supprimé. Il suffit donc de déplacer le filtre interférentiel continu i3 pour passer d'une longueur d'onde à la suivante, le déplacement du filtre correspondant a un passage à la longueur 'or.de suivante > 10 ni. -\tin de montrer les variantes possibles par remplacement 'un des moyens utilises dans l'appareillage ce mise en oeuvre au procédé, on a schématisé à la figure 1 un binoculaire d'obser vation par son axe optique 26. Dans la variante de la figure 3 on a remplacé le microscope 3 des figures 1 et 2 par une lunette 17 équipée du support 34 et dont l'objectif 28 est une lentille de Bertrand. L'observation de la dent 30 peut être faite "in vivo" soit au moyen d'un oculaire simple soit d'un binoculaire 26. A cet effet l'axe de l'objectif 28 est horizontal et les sources de mesure et d'observation sont confondues en 24 comme dans le cas de la variante de la figure 2.Après observation de la partie de la dent 30 que l'on examine pour sélectionner une plage d'un diamètre d'1 mm sans défaut risquant de fausser les mesures de réflectance, on procède comme dans le cas de la figure 2, le photomultiplicateur 11 fournissant à l'électronique choisie 12, 19 ou 18 une donnée pour chaque longueur d'onde, la succession de ces données pour chaque longueur d'onde Oe 1Onm en 10 nm s'effectuant sous le contrôle du déplacement du filtre interférentiel continu 13 en dessous du diaphragme de mesure 25. L'électronique utilisée, schématisée par le calculateur 18 peut inclure des programmes automatiques lorsqu'il s'agit, comme dans le cas des figures 1 et 2, d'examiner des objets et non plus une dent in vivo. L'observateur ayant repéré une plage donnée dont la réflectance est susceptible d'être mesurée peut transmettre les coordonnées de la platine mobile supportant l'objet de sorte que le calculateur peut, après enregistrement de l'ensemble des plages à analyser, contrôler la totalité des opérations décrites. Les dispositifs de télécommandes pouvant être quelconques, on a représenté la télécommande de la platine 31 par la liaison 32 du calculateur 18 et celle de la commande du filtre interférentiel continu 13, ou du prisme 6 selon le cas, par la liaison 33. Cependant, même dans le cas d'observation des dents in vivo, il est aisé gracie aux liaisons du photomultiplicateur 11 de l'appareil de mesure 12, et des moyens d'enregistrement et de transmission 19, ou directement à partir de l'électronique 13, ae faire suivre la dernière phase de transmission de la valeur 1 par une prlaSe d'observation d'une autre portion ae surface du quadrillage, au cours de laquelle les valeurs des coordonnées chromatiques x, y, et éventuellement celle de la luminance, sont calculées à partir des valeurs I et le obtenues pour chaque bande , les fonctions S(), ;;(( > ), Y( > ), Z(X) et Re étant primitivement enregistrées ; la phase de transmission des nouvelles valeurs I s'effectue après la détermination d'une nouvelle plage d'analyse. Les valeurs Ie peuvent être mesurées et enregistrées soit pour chaque longueur d'onde sélectionnée immédiatement avant ou après la mesure correspondante de I soit indépendamment des mesures de I pour chaque longueur d'onde sélectionnée. Cette dernière méthode peut être utilisée lorsque le temps séparant les mesures des intensités I et celles des intensités Ie est inférieur à une valeur déterminée par la stabilité de la source d'éclairage et la stabilité de l'étalon utilisé. La méthode de mesure automatique et alternée des intensités I et Ie pour chaque longueur d'onde choisie s'effectue aisément au laboratoire par déviation automatique alternée du faisceau incident sur l'objet et sur l'étalon. HEVENDICATI9NS 1 > ) Procédé de mesure microscopique de la répartition spectrale de la lumière diffusée par des dents et objets de toute nature en vue d'éviter les écarts entre les teintes d'origine et celles des protheses dentaires ou des copies d'objets, ces mesures étant effectuées sur la totalité du spectre visible et permettant de déterminer en outre les coordonnées chromatiques (x,y) a partir de la connaissance : des coefficients d'aptitude colorimétrique X#, Y#, Z# et des valeurs de la fonction de dispersion énergétique spectrale s(,,) de la source de lumière blanche et du calcul des valeurs x,y par sommation des valeurs correspondant a toutes les radiations du spectre visible espacées de 10 nm en 10 nm caractérisé en ce que l'on mesure pour chaque longueur d'onde considerée l'intensité de la lumière réiléchie, transmise ou diffuse I provenant d'une plage donnée de la dent ou de l'objet dont la teinte est a reproduire, cette plage ayant un diamètre de l'ordre de 1 mm et étant choisie pour chaque partie de l'objet définie par quadrillage en un lieu préalablement examiné optiquement pour s'assurer qu'elle ne contient aucune fissure profonde ou défectuosité capable d'affecter la quantité R, ces mesures se répartissant sur toute l'étendue du spectre entre 380 nm et 770 nm et sur chacune des plages sélectionnées dans chacune des parties du quadrillage ou quadrant et en ce que l'on calcule les quantités R = - Ie dans laquelle Re est la réflectance connue d'un échantillon donné pour une quantité de lumière le réfléchie, transmise ou diffuse provenant d'un échantillon étalon pour la bande 4 et les suivantes. 2") Procédé tel que revendiqué en 1 selon lequel chaque phase d'observation d'une portion de surface définie par un quadrillage est suivie d'une phase de sélection d'une plage de cette portion en vue de son analyse, d'une phase de sélection de la longueur d'onde et de la transmission de la valeur 1 de l'intensité de la lumiere réfléchie, transmise ou diffusée par cette plage d un poste d'enregistrement et ou de calcul, cette uerniere phase se répétant entre 3d0 et 770 rm pour chaque bandedelcnoueur d'onde, la valeur Re pour chaque longueur 'on- de etant primitivenent enregistrée. 3) Procédé tel que revendiqué en 2 selon lequel la der- nière phase de trarsmission de la valeur I est suivie d'une phase d'observation d'une autre portion de surface du quadrillage au cours de laquelle les valeurs des coordonnées chromatiques x, y ainsi que celle de la luminance sont calculées à partir des valeurs I obtenues pour chaque #, les fonctions S(#), X#, Y#, Z#, Re et Ie étant primitivement enregistrées, la phase de transmission des nouvelles valeurs I s'effectuant après un choix d'une nouvelle plage d'analyse. 40) Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 a 5 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de visée optique de la dent ou de l'objet (1) pour observer des plages d'un diamètre variant de quelques dizaines de microns as quelques rnm et pour transmettre des faisceaux de lumière réfléchie transnise ou diffuse de la dent ou de l'objet, d'un diamètre de l'ordre du mm à un photomultiplicateur (11), d'un moyen de sélection (6,7,13) de la bande étroite de longueur d'onde choisie, d'un moyen de mesure (12) de la quantité de lumière réfléchie, transmise ou diffuse de la plage observée. 5 ) Appareillage tel que revendiqué en 4 dont le moyen de visee est un microscope (3) pourvu d'une lentille de Bertrand (10) et dont l'objectif (4) est supprimé. 60) Appareillage tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 4 et 5 dont le moyen de sélection de la bande À > est un spectromètre a prisme (6). 7C) Appareillage tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 4 et 5 dont le spectromètre est un filtre interférentiel continu (13). 8 ) Appareillage tel que revendiqué en 4 dont l'appareil de visée est une lunette (17) dont l'objectif (10) est la lentille de Bertrand d'un microscope. 9 ) Appareillage tel que revendiqué en 3 pourvu d'un filtre interférentiel cor,tinu t13) sur l'axe vertical de l'appareil comportant un diaphragme de mesure (25) entre le filtre (13) et le photomultiplicateur (11). 10ç) Appareillage tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 4 à 9 dont l'appareil de mesure t1aJ de la quantité de lwniêre provenant du photomultiplicateur t11) est connecté a un moyen de transmission (19). 11 ) Appareillage tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 4 a 10 dont l'appareil de mesure (12) de l'intensité de la lumière convertie en intensité électrique par le photomultiplicateur (11) est connecté à un ordinateur (18). 12 ) Appareillage tel que revendiqué en 11 dont le calculateur (18) contrôle le déplacement de la platine (31) et le changement de longueur d'onde (33).