Brevet FR2591470A1 — publié le 19870619

Procédé et dispositif de détermination de la couleur, en particulier d'une prothèse dentaire. L'invention concerne un procédé et un dispositif de déter- mination de la couleur à donner à un objet, en particulier une prothèse dentaire, à partir de la couleur d'un autre objet, notamment des dents adjacentes dans la bouche d'un patient. On sait qu'il est essentiel qu'une prothèse dentaire (une couronne, une dent à pivot, un bridge, etc.) ait une couleur aussi proche que possible de celle des dents adjacentes. Actuellement, la détermination de la couleur d'une prothèse se fait à la vue, en général par un dentiste qui compare des échantillons de couleurs aux dents de son patient. Cette façon de faire donne des résultats qui dépendent nécessairement de la capacité du dentiste à apprécier des différences entre des couleurs très voisines et qui, pour cette seule raison, ne sont pas toujours très satisfaisants. Il arrive en outre que la couleur ainsi choisie d'une pro- thèse soit très proche de celle des dents adjacentes lors- qu'elles sont éclairées par une source de lumière équiéner- gétique, et que cette couleur soit assez éloignée de celle des dents adjacentes lorsqu'elles sont éclairées par une source de lumière à raies telles qu'un tube fluorescent (phénomène de métamérisme). Par ailleurs, on sait qu'il existe, pour mesurer la couleur d'un objet, des colorimètres utilisant des filtres et per- mettant de déterminer les composantes trichromatiques X, Y, Z de la couleur d'un objet, par lesquelles on peut recons- tituer cette couleur à partir de trois couleurs primaires. Toutefois, la connaissance de ces composantes trichromatiques pour un éclairage donné ne permet pas de déterminer les valeurs de ces composantes pour un autre type d'éclairage. Ainsi, pour obtenir de bons résultats avec ces colorimètres, il faudrait réaliser des mesures de couleurs pour un grand nombre d'éclairages différents, ce qui est un inconvénient majeur. L'invention a notamment pour but d'éviter cet inconvénient. Elle a pour objet un procédé et un dispositif permettant de déterminer les couleurs apparentes d'un objet correspon- dant à différents types d'éclairage, à partir d'une mesure unique réalisée dans un éclairage quelconque. Elle a également pour objet un procédé et un dispositif du type précité, permettant de réaliser sans difficultés cette mesure pour des objets aussi difficilement accessibles que les dents d'une personne. L'invention propose donc un procédé de détermination de la couleur d'un objet, tel qu'une prothèse dentaire, à partir de la couleur d'autres objets, tels que les dents adjacentes dans la bouche d'un patient, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une prise d'informations in situ à l'aide d'une ou de plusieurs fibres optiques propres à être introduites dans la bouche du patient pour capter la lumière réfléchie par une dent adjacente à la prothèse, à transmettre par fibre optique la lumière réfléchie à un spectrocolorimètre et.à déterminer la réflectance spectrale diffuse de la dent, puis à déterminer par calcul les diffé- rentes colorations apparentes de la dent correspondant à différents types de lumière par lesquels elle peut être éclairée, pour définir ensuite la couleur de la prothèse qui réalisera le meilleur accord possible, sur le plan esthétique, avec les dents adjacentes. A partir de la réflectance spectrale diffuse de la dent éclairée, on peut déterminer par le calcul, après un échan- tillonnage approprié de cette réflectance spectrale diffuse, les composantes monochromatiques des colorations de cette dent pour la totalité des éclairages possibles et, dans la pratique, pour des sources de lumière normalisées (par exemple-une source de lumière d'égale énergie, les illu- minants normalisés C.I.E., une source à raies, etc.) qui correspondent à divers types d'éclairage possibles. L'invention permet donc, à partir d'une seule mesure, de disposer des composantes trichromatiques des couleurs appa- rentes d'une dent pour différents types d'éclairage, et donc de choisir par comparaison, la couleur de la prothèse dont les composantes trichromatiques se rapprocheront le plus de celles des couleurs apparentes de la dent. Selon une autre caractéristique de l'invention, on peut effectuer cette mesure de réflectance spectrale diffuse et de détermination des couleurs apparentes pour plusieurs dents du patient et pour plusieurs échantillonstests de couleurs de prothèse, afin de déterminer l'échantillon dont les couleurs apparentes se rapprochent le plus de celles des dents du patient. Avantageusement, pour définir la couleur de la prothèse, on peut privilégier la couleur apparente en éclairage naturel. L'invention prévoit également de visualiser sur un terminal graphique un ensemble représentant les dents adjacentes du patient et la prothèse, avec leurs couleurs apparentes respectives pour différents types d'éclairage. On peut ainsi vérifier visuellement, pour différents types d'éclairage, si la couleur choisie d'une prothèse corres- pond bien à celle des autres dents du patient. L'invention propose également un dispositif de détermination de la couleur d'une prothèse dentaire, à partir de la mesure de la couleur d'au moins une dent adjacente de la bouche d'un patient, caractérisé en.ce qu'il comprend un instrument de prise d'informations in situ, propre à être introduit dans la bouche du patient et comprenant des moyens à fibre optique de captation et de transmission de la lumière réflé- chie par une dent, un spectrocolorimètre dont une voie d'entrée à fibre optique est reliée auxdits moyens de cap- tation et de transmission, ce spectrocolorimètre comprenant des moyens de mesure et de détermination de la réflectance spectrale diffuse de la dent, et des moyens de calcul asso- ciés au spectrocolorimètre pour déterminer les différentes colorations apparentes de la dent correspondant à différents types d'éclairage. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'instrument de prise d'informations comprend une fibre optique associée à une source de lumière pour l'éclairage de la dent, une fibre optique de captation et de transmission de la lumière réfléchie par la dent, des moyens optiques de focalisation permettant une mesure locale sur une partie de la dent, et/ou des moyens d'homogénéisation de la lumière incidente ou réfléchie, tels par exemple qu'une microsphère intégrante. Le spectrocolorimètre utilisé est avantageusement du type comprenant un spectromètre à mosaïque d'éléments photo- détecteurs, associé à un microprocesseur et monté sur une carte optoélectronique qui porte également au moins deux voies de mesure à fibres optiques aboutissant à l'entrée du spectromètre et munies d'obturateurs assurant la commu- tation des voies de mesure, des moyens d'étalonnage des photodétecteurs en longueur d'onde, et des circuits électro- niques de lecture des photodétecteurs. L'une des voies de mesure du spectromètre est associée à la source de lumière, et l'autre est reliée à l'instrument de prise d'informations pour recevoir la lumière réfléchie par la dent éclairée. Le microprocesseur peut être associé à un terminal graphique, pour la visualisation d'un ensemble de dents comprenant la prothèse et les dents adjacentes, avec leurs couleurs apparentes correspondant à différents types d'éclairage. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique, à plus grande échelle, de l'instrument de prise d'informations, représenté en regard d'une dent. Dans le mode de réalisation représenté en figure 1, le dispositif selon l'invention est constitué essentiellement par l'association d'un spectrocolorimètre du type décrit dans la demande de brevet français No 85 15351 déposée le 16 octobre 1985, d'un instrument de prise d'informations in situ, et d'une source d'éclairage d'un type quelconque. Le spectrocolorimètre se compose d'un microprocesseur de commande et de calcul 10 et d'une carte optoélectronique 12 dont le contour a été représenté en trait pointillé et sur laquelle sont montés un spectromètre 14 du type à réseau de diffraction, par exemple à montage optique de Littrow, qui comprend une fente d'entrée 16, et une barrette ou mosaique 18 de photodétecteurs 20, qui sont par exemple des photodiodes au silicium. Les photodétecteurs 20 sont associés à des circuits électro- niques désignés par la référence 22, qui sont montés sur la carte 12 et comprennent des circuits, par exemple du type multiplex, de lecture des charges des détecteurs, un convertisseur analogique-numérique, une horloge program- mable de détermination du temps d'intégration des photo- détecteurs 20, des mémoires-tampon, ainsi que des circuits de traitement des informations numérisées. La carte 12 porte également des moyens d'étalonnage en longueur d'onde des photodétecteurs 20, qui sont constitués par deux diodes électroluminescentes 24, alimentées en courant continu sous commande du microprocesseur 10 et reliées par des fibres optiques 26 formant deux voies d'étalonnage à la fente d'entrée 16 du spectromètre. Chaque diode 24 émet, lorsqu'elle est alimentée, une radiation lumineuse de longueur d'onde déterminée, les longueurs d'onde des radiations des deux diodes étant assez distantes l'une de l'autre dans le spectre visible. Sur la carte 12 sont également prévues deux voies de mesure 28 à fibres optiques, dont une extrémité aboutit à la fente d'entrée 16 du spectromètre et dont l'autre extrémité peut être reliée, par l'intermédiaire d'un connecteur 30 monté sur la carte 12, à une voie de mesure 32a, 32b, respective- ment, formée par une fibre optique pouvant avoir une grande longueur si nécessaire. Chaque voie de mesure 28 sur la carte 12 est équipée d'un obturateur 34 qui est alimenté en courant continu sous commande du microprocesseur 10 et qui permet d'ouvrir et de fermer la voie de mesure correspondante 28. Une source de lumière 36, qui peut être par exemple une lampe émettant un rayonnement de référence spectrale, est reliée par une fibre optique 38 et un coupleur 40 en Y, d'une part à l'entrée de la voie de mesure 32a du spectro- mètre et, d'autre part, par une fibre optique 42 à un ins- trument 44 de prise d'informations, qui est relié également à l'autre voie de mesure 32b du spectromètre. 259 1 4 7 0 L'instrument 44 contient deux fibres optiques 46 et 48 qui sont raccordées respectivement aux fibres optiques 42 et 32b ou qui en constituent une extension, et qui débou- chent librement à l'extrémité de l'instrument 44. Celui-ci se présente en pratique sous la même forme qu'un instrument de dentiste et peut avoir un diamètre de l'ordre de quelques millimètres, de façon à pouvoir être introduit facilement dans la bouche d'un patient pour être amené en regard d'une dent 50. Cet instrument 44 peut comporter éventuellement des moyens optiques de focalisation (non représentés) permettant une prise locale d'informations en un point d'une dent. Il peut également comporter des moyens optiques d'homogénéi- sation de la lumière incidente ou réfléchie, tels par exemple qu'une microsphère intégrante associée à la fibre 46 ou 48 et permettant notamment de s'affranchir des variations d'incidence. On peut par exemple réaliser une prise d'infor- mations avec une géométrie 0/45 ou 45/0 (lumière incidente normale et lumière réfléchie reprise à 45 , ou inversement) ou 0/d ou d/0 (lumière incidente normale et lumière réfléchie reprise par la microsphère, ou inversement). Par ailleurs, comme déjà décrit dans la demande de brevet français No 85 15351, les extrémités des fibres optiques formant les voies d'étalonnage 26 et les voies de mesure 28 du spectromètre sont superposées les unes aux autres dans la fente d'entrée 16. Les photodétecteurs 20 doivent alors avoir une hauteur suffisante, correspondant à la hauteur des extrémités superposées des fibres optiques. Lorsque le spectromètre 14 est un montage optique de Littrow dont le rapport d'agrandissement est de 1/1, la hauteur des détecteurs 20 doit être au moins égale à la hauteur des extrémités superposées des quatre fibres optiques formant les voies d'étalonnage et de mesure, c'est-à-dire en fait à quatre fois le diamètre d'une fibre optique. En outre, un filtre 52 à densité dégradée de compensation, appelé correcteur plan focal, est placé sur les photodétec- 2 591470 teurs 20, de façon à ce que ces derniers reçoivent des flux énergétiques du même ordre de grandeur et, de préfé- rence, sensiblement égaux. On sait en effet que les fibres optiques ont une transmission spectrale défavorable dans le bleu, de telle sorte que les flux énergétiques des compo- santes spectrales entrant dans le spectromètre sont beau- coup plus faibles dans le bleu que dans le rouge, cette atténuation étant d'autant plus importante que la longueur des fibres optiques formant les voies de mesure est plus grande. Le correcteur plan focal 52 permet de rétablir une densité sensiblement régulière de flux énergétique sur les photodétecteurs 20. De plus, son utilisation est préférable à celle d'un ensemble de filtres bleus, qui ne laissent passer qu'une fraction du flux énergétique incident. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante: Les opérations d'étalonnage ou de calibrage des photodétec- teurs 20 peuvent être réalisées automatiquement de façon périodique, sur commande du microprocesseur 10 ou à volonté de l'utilisateur. Pour cela, les obturateurs 34 des voies de mesure 28 sont fermés, et des mesures sont réalisées par allumage d'une diode 24, l'autre étant éteinte, puis par allumage de l'autre diode 24, la première étant éteinte. Ces mesures sont répétées systématiquement à des intervalles de temps prédéterminés plus ou moins longs, les résultats des premières mesures étant conservés en mémoire et comparés aux résultats des mesures réalisées ensuite, pour vérifier leur concordance et recalibrer automatiquement l'ensemble de photodétecteurs 20 si nécessaire. Pour effectuer une mesure spectrométrique, les deux diodes 24 sont éteintes, une voie de mesure 28 est ouverte, l'autre étant fermée. Le flux énergétique reçu par les photodétec- teurs 20 est mesuré et comparé à leur seuil de saturation, pour déterminer le temps d'intégration par les photodétec- teurs du signal reçu et obtenir un signal aussi important que possible, mais inférieur au seuil de saturation. Le temps d'intégration, qui varie en général entre 1 ms et 1 s environ, est déterminé par une horloge programmable permettant d'asservir automatiquement le temps d'intégration à la valeur du flux énergétique reçu, pour l'obtention d'un signal représentant 90% de la dynamique des photodétec- teurs. Les signaux des détecteurs 20, c'est-à-dire en fait leurs charges, sont lus par des circuits de lecture du type multi- plex, ayant une fréquence de lecture constante égale à la fréquence maximale de lecture des détecteurs, c'est-à-dire celle qui correspond à la valeur minimale du temps d'inté- gration. La lecture des photodétecteurs se traduit par la remise à zéro de l'intégration pour la mesure suivante. Les signaux lus sur les détecteurs sont numérisés par un convertisseur analogique numérique et sont ensuite traités. Le bruit des photodétecteurs est mesuré par fermeture de toutes les voies de mesure, et ce bruit mesuré est automa- tiquement soustrait du signal de mesure obtenu par ouverture d'une voie de mesure du spectromètre. Pour déterminer les colorations apparentes d'une dent, on procède de la façon suivante: L'instrument 44 de prise d'informations est placé dans la bouche du patient, en regard de la zone de la dent dont on veut déterminer la couleur. Cette dent est éclairée par la source de lumière 36, par l'intermédiaire de la fibre optique 42, 46, aboutissant à l'extrémité de l'ins- trument 44 en regard de la dent 50. La lumière réfléchie par la dent et qui est modifiée par la couleur de celle-ci, est captée par la fibre optique 46 et transmise par la 3 voie de mesure 32b à la fente d'entrée 16 du spectromètre 14. Tout d'abord, la voie de mesure 32a associée à la lampe 36 est ouverte pour une mesure spectrométrique du rayonnement !0 émis par cette lampe, tandis que la voie de mesure 32b associée à la dent 50 est fermée, puis la voie de mesure 32a est fermée tandis que la voie de mesure 32b est ouverte pour une mesure spectrométrique de la lumière réfléchie par la dent 50, le rapport de ces deux mesures permettant de déterminer la réflectance spectrale diffuse D(>) de la dent. Les composantes trichromatiques X, Y et Z de la couleur de la dent sont déterminées à l'aide des relations sui- vantes: X = D(X)S(X)x(X)dA Y Y = A D(X)S(>)7(\)dX Z = D(X)S(X)z(À)dA o est la longueur d'onde, D(A) est la réflectance spectrale diffuse, S(À) est un coefficient spectral dépendant de la source d'éclairage, x(\), y(>), z(X) sont les composantes spectrales trichroma- tiques de l'observateur de référence colorimétrique C.I.E. Les coefficients trichromatiques x, y, z de la couleur de la dent sont donnés par les relations suivantes: x= X X+Y+Z y = Y X+Y+Z z= z X+Y+Z Lorsque l'on dispose de la réflectance spectrale diffuse D(>), on l'échantillonne en longueur d'onde par pas de longueur d'onde de 5 ou 10 nm par exemple et l'on calcule les composantes trichromatiques X, Y, Z à l'aide des rela- tions indiquées ci-dessus, pour un coefficient spectral S(>) correspondant. Les courbes S(>) pour des sources lumi- neuses de référence normalisées sont connues, avec un échan- tillonnage correspondant à celui de D(>), ainsi que les valeurs échantillonnées de x(>), y(X) (). On peut ainsi, à partir d'une seule mesure de la réflectance spectrale diffuse d'une dent, déterminer les composantes trichromatiques des colorations apparentes de cette dent pour différents types d'éclairage. Les mêmes opérations peuvent être répétées en plaçant l'ex- trémité de l'instrument 44 de prise d'informations en regard des échantillons-tests de couleur de prothèse, dont dispo- sent les dentistes et les prothésistes. Par comparaison des résultats, c'est-à-dire des colorations apparentes pour différents types d'éclairage, on peut déterminer l'échan- tillon-test dont la couleur se rapproche le plus de celle de la dent, pour différents types d'éclairage. En pratique, on aura tendance à privilégier, pour cette comparaison, la coloration en lumière naturelle. Il est bien entendu possible de répéter également ces opéra- tions de détermination de la réflectance spectrale diffuse et de calcul des composantes trichromatiques pour d'autres zones d'une dent du patient, ou pour d'autres dents adja- centes à la prothèse. Les résultats de ces mesures et de ces calculs peuvent être visualisés sur un terminal graphique 54 associé au microprocesseur 10, sur lequel on verra apparaître un ensemble de dents, ayant des formes types correspondant aux dents du patient et à la prothèse, et des couleurs correspondant aux colorations apparentes déterminées pour différents types d'éclairage. Cette visualisation permet de vérifier très rapidement l'accord esthétique entre la couleur d'un échantillon-test et celle des dents du patient. Le dispositif selon l'invention permet donc de déterminer de façon rapide et fiable la couleur à donner à une prothèse dentaire, en fonction de la couleur des dents adjacentes dans la bouche du patient. Les prothèses dentaires sont souvent réalisées avec une résine colorée par des pigments dont le dosage varie en fonction de la couleur à obtenir. L'invention, qui permet de déterminer de façon très précise la couleur à donner à la résine, permet également de déterminer le dosage corres- pondant des pigments et donc d'automatiser ce dosage. L'invention est également applicable à d'autres domaines techniques, lorsque la couleur à donner à un article doit être déterminée à partir de la couleur d'un autre article. Revendications. 1.- Procédé de détermination de la couleur, en particulier d'une prothèse dentaire à partir de la couleur d'un objet identique tel que les dents adjacentes dans la bouche d'un patient, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une prise d'informations in situ à l'aide d'une ou de plusieurs fibres optiques (46,48) propres à être introduites dans la bouche du patient pour capter la lumière réfléchie par une dent (50) adjacente à l'emplacement de la prothèse, à transmettre par fibre optique la lumière réfléchie à un spectrocolorimètre (10,12,14) et à déterminer la réflec- tance spectrale diffuse D(X) de la dent, puis à déterminer par calcul les différentes colorations apparentes de la dent correspondant à différents types de lumière par lesquels elle peut être éclairée, pour définir la couleur de la prothèse qui réalisera le meilleur accord possible, sur le plan esthétique, avec les dents adjacentes. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise un échantillonnage en longueurs d'ondes de la réflectance spectrale diffuse D(X) de la dent, on déter- mine le coefficient spectral S(X) correspondant à un type d'éclairage donné et on calcule les composantes trichroma- tiques X, Y, Z, de la couleur apparente de la dent pour cet éclairage. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on effectue ces déterminations de couleurs appa- rentes sur une ou plusieurs dents du patient et sur des échantillonstests de couleurs, pour déterminer l'échantillon dont les couleurs apparentes se rapprochent le plus de celles des dents du patient. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour définir la couleur de la pro- thèse, on privilégie la couleur apparente en éclairage naturel. 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on visualise sur un terminal graphique un ensemble représentant la prothèse et les dents adjacentes du patient avec leurs couleurs apparentes respectives. 6.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détermine, de façon automatique à partir des composantes ou des coefficients trichromatiques de la couleur déterminée, le dosage des pigments à ajouter à une résine pour obtenir cette couleur. 7.- Dispositif de détermination de la couleur à donner en particulier à une prothèse dentaire, à partir de la couleur d'au moins une dent adjacente dans la bouche d'un patient, caractérisé en ce qu'il comprend un instrument (44) de prise d'informations in situ, propre à être introduit dans la bouche du patient et comprenant des moyens à fibre optique (48,32b) de captation et de transmission de la lumière réfléchie par une dent (50), un spectrocolorimètre (10,12,14) dont une voie d'entrée (28) à fibre optique est reliée auxdits moyens (48,32b) de captation et de trans- mission, ce spectrocolorimètre comprenant des moyens (18,22) de mesure et de détermination de la référence spectrale diffuse de la dent, et des moyens (10) de calcul associés au spectrocolorimètre pour déterminer les différentes colo- rations apparentes de la dent correspondant à différents types d'éclairage. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'instrument (44) de prise d'informations comprend une fibre optique (46) associée à une source de lumière (36) pour l'éclairage de la dent, et une fibre optique (48) de captation et de transmission de la lumière réfléchie par la dent. 9.- Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit instrument (44) comprend des moyens optiques de focalisation permettant une mesure locale sur une partie de dent. 10.- Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit instrument (44) comprend des moyens d'homo- généisation du signal reçu, tels par exemple qu'une micro- sphère intégrante associée à la fibre optique (48) de capta- tion et de transmission de la lumière réfléchie par la dent. 11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, carac- térisé en ce que le spectrocolorimètre est du type compre- nant un spectromètre (14) à mosalque d'éléments photodétec- teurs (20), associé à un microprocesseur (10) et monté sur une carte optoélectronique (12) qui porte également au moins deux voies (28) de mesure à fibres optiques abou- tissant à l'entrée (16) du spectromètre et munies d'obtura- teurs (34) assurant la commutation des voies de mesure, des moyens (24,26) d'étalonnage des photodétecteurs (20) en longueurs d'ondes, et des circuits électroniques (22) de lecture des photodétecteurs. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'une des voies de mesure du spectromètre est associée à la source de lumière (36) et l'autre voie de mesure est reliée à l'instrument (44) de prise d'informations pour recevoir la lumière réfléchie par la dent éclairée. 13.- Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le microprocesseur (10) est relié à un terminal graphique permettant de visualiser un ensemble comprenant la prothèse et les dents adjacentes avec leurs couleurs apparentes.