Brevet FR2637980A1 — publié le 19900420

APPAREIL DE PRISE D'INFORMATIONS COLORIMETRIQUES IN SITU, EN PARTICULIER SUR UNE DENT EN BOUCHE. L'invention concerne un appareil de prise d'informations colorimétriques in situ, en particulier sur une dent en bouche pour la détermination de la couleur à donner à une prothèse dentaire voisine de la dent. L'appareil selon l'invention a également d'autres applications, chaque fois qu'il est nécessaire ou utile de déterminer avec précision la couleur d'un objet, notamment pour définir la couleur à donner à un autre ob- jet, identique au premier objet cité ou de même type que celui-ci. Dans le domaine dentaire, on a proposé d'utiliser des spectrocolorimètres permettant de déter- miner, dans la bouche d'un patient, la couleur des dents adjacentes à l'emplacement d'une prothèse, pour donner à cette prothèse une couleur qui réalisera le meilleur accord possible sur le plan esthétique avec les dents adjacentes. Un tel spectrocolorimètre doit nécessairement être associé à un instrument de prise d'informations colo- rimétriques sur la dent visée. Il doit donc être aisément manipulable, de préférence à l'aide d'une seule main, et il 2 Z doit surtout permettre des mesures fidèles et reproduc- tibles de la couleur de la dent. En fait, l'éclairage d'une zone déterminée de la dent, la reprise de la lumière réflé- chie et diffusée, son analyse au moyen d'un colorimètre et le traitement des résultats de mesure posent des problèmes qui sont loin d'être résolus dans la technique actuelle et qui se traduisent parfois par des résultats peu satisfai- sants au niveau du choix de la couleur donnée à la pro- thèse, notamment en raison du phénomène de métamérisme. L'invention a pour objet un appareil de prise Z5 d'informations colorimétriques in situ, qui permette d'éviter les inconvénients de la technique antérieure. L'invention a également pour objet un appareil de ce type, qui soit extrêmement compact et dans lequel est intégré l'essentiel des moyens nécessaires à la prise d'informations colorimétriques et au traitement de ces in- formations, tout en restant aisément manipulable et en ayant des dimensions et une configuration telles que son extrémité puisse être appliquée directement sur la dent dont on veut déterminer la couleur. L'invention propose donc, à cet effet, un appa- reil de prise d'informations colorimétriques in situ, en particulier sur une dent en bouche, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'un boîtier compact manipulable au moyen d'une seule main, comprenant une poignée dans la- quelle sont logés des circuits électroniques de traitement de signaux, et un corps dans lequel sont logés une source d'éclairage, un système optique de transmission du faisceau lumineux émis par la source, un système optique de reprise de la lumière, et un spectromètre monté entre ce système de reprise et un ensemble de photodétecteurs, ces derniers étant reliés aux circuits électroniques de traitement logés dans la poignée. Un tel appareil est très compact et quasi-auto- nome, puisqu'il suffit de le relier à une source d'énergie électrique pour le rendre opérationnel. Selon une autre caractéristique de l'invention, les circuits électroniques de traitement comprennent des circuits de pré-amplification, d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique des signaux des photodétec- teurs. Avantageusement, ces circuits comprennent éga- lement une interface de liaison à un microprocesseur, ce dernier et ses mémoires étant également logis dans la poi- gnée de l'appareil. On peut également prévoir, sur une des faces du bottier de l'appareil, un écran plat par exemple à plasma ou à cristaux liquides pour la visualisation des résultats de mesures. Dans. un mode de réalisation préféré de l'invention, la source d'éclairage est une lampe à éclairs, en particulier du type arc Xenon, associée à un circuit électronique d'alimentation et séparée des circuits élec- troniques de traitement des signaux par une paroi de blin- dage électromagnétique. Une telle lampe présente l'avantage d'émettre un faisceau lumineux proche de l'illuminant CIE normalisé D65 correspondant à la lumière du jour. De plus, la répar- tition spectrale de l'éclair lumineux émis par la lampe est sensiblement constante, et la consommation en énergie est faible. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, cette source lumineuse est associée à un cir- cuit de mesure du flux lumineux émis, qui est relié aux circuits de traitement des signaux. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le spectromètre est du type à réseau par transmission et est associé à un ensemble de filtres op- tiques d'équilibrage du niveau du signal lumineux sur les photodétecteurs. La géométrie linéaire de ce type de spectro- mètre est favorable -à la diminution de l'encombrement de l'appareil. L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaî- tront à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence au dessin annexé, dans lequel la figure unique est une vue schématique en coupe d'un ap- pareil selon l'invention. Cet appareil, désigné généralement par la réfé- rence 10, comprend un boîtier 12 constitué essentiellement d'une poignée 14 et d'un corps 16, faisant entre eux un angle obtus. Le corps 16 du bottier contient une source d'éclairage 18, telle qu'une lampe à éclairs du type arc Xenon, associée d'une part à un circuit 20 d'alimentation électrique et à un détecteur 22 de niveau de flux lumineux, et d'autre part à un système optique 24 de transmission du faisceau lumineux vers l'objet visé, par exemple une dent 26 dans la bouche d'un patient. Le système de transmission 24 comprend un tube cylindrique monté de façon étanche dans un orifice de la paroi 25 d'extrémité avant du corps 16 de l'appareil, et qui contient des moyens optiques tels qu'une lentille biconvexe 28 transformant le faisceau lumineux émis par la source 18 en un faisceau de rayon sensiblement parallèle, pour éclairer l'objet 26 de façon sensiblement homogène. L'extrémité avant du tube 24 se termine par un hublot 30 monté de façon étanche, de telle sorte que le système optique de transmission puisse être nettoyé par trempage du tube dans une solution antiseptique. A l'extrémité avant du système de transmission est également monté un embout 32 d'application sur l'objet 26. Cet embout 32 comprend des ajours importants, de façon à ce que le faisceau lumineux délivré par le système de transmission 24 puisse arriver sur l'objet 26, de façon également à ce que la personne qui tient l'appareil 10 puisse appliquer sans problème l'embout 32 sur la partie visée de l'objet 26, et de façon aussi à ce que la lumière réfléchie et diffusée par l'objet 26 puisse être captée par un système optique de reprise 34 monté de façon étanche dans un orifice de la paroi d'extrémité avant 25 du boî- tier. Le faisceau lumineux délivré par le système 24 et l'embout 32 est sensiblement homogène à rayons paral- lèles et éclaire une surface relativement importante de la dent, largement supérieure à la surface visée par le sys- z,5 tème optique de reprise. Ce système optique de-reprise est formé d'un tube comprenant une face d'entrée 36 dont l'axe est orienté à 45' de la direction d'éclairage et derrière laquelle est disposé un prisme 38 à réflexion totale permettant de dé- vier le faisceau lumineux capté dans une direction paral- lèle à celle du faisceau lumineux d'éclairage, vers un spectromètre 40 logé dans le corps 16 du boîter 12. Le spectromètre 40 est du type à réseau par transmission, à géométrie sensiblement linéaire, associé à un système optique de focalisation et à un jeu de filtres ainsi qu'à un ensemble 50 de photodétecteurs, par exemple une barrette de photodiodes. Les sorties du détecteur 22 de flux lumineux et des photodétecteurs 50 sont reliées à un ensemble de cartes électroniques 52 logées dans la poignée 14 du bottier. Ces cartes sont essentiellement des circuits électroniques for- mant notamment un circuit de pré-amplification des signaux des photodétecteurs 50, un circuit d'échantillonnage de ces signaux, et un circuit de conversion analogique-numérlque. Dans l'exemple de réalisation représenté, ces circuits sont reliés, par un cordon 54 traversant le fond de la poignée 14, à un microprocesseur 56, extérieur à l'appareil 10, et qui peut être associé à un clavier 58, à une imprimante 60 et à un écran de visualisation 64. De fa- çon classique, le microprocesseur 56 est associé également à des mémoires et à une interface avec les circuits des cartes électroniques 52. Dans une variante de réalisation, on peut pré- volr que le microprocesseur 56, ses mémoires et le circuit d'interface avec les cartes électroniques 52, soient inté- grés à l'intérieur de la poignée 14, cet ensemble de cir- cuits ayant des dimensions très réduites, et que l'écran de visualisation 64 est un écran plat, par exemple à plasma ou à cristaux liquides, monté sur une face du bottier 12, par exemple sur la face supérieure du corps 16. On voit sur le dessin que le spectromètre 40 se trouve directement en dessous de la source d'éclairage 18 et de son circuit d'alimentation 20. Pour éviter toute per- turbation du fonctionnement des détecteurs 22 et 50 et des circuits électroniques portés par les cartes 52, on prévoit une paroi de blindage électromagnétique 66 autour de la source 18 et de son alimentation 20. Cet appareil fonctionne de la façon suivante: les circuits et composants divers étant alimentés en éner- gie électrique, il suffit d'appliquer l'embout 32 contre l'objet visé, par exemple une dent 26, de façon à ce que le faisceau lumineux émis par la source d'éclairage 18 soit sensiblement perpendiculaire à la surface visée de l'objet. Un bouton de commande placé sur le bottier 12, par exemple sur la poignée 14, permet de déclencher un éclair de durée très courte et de puissance instantanée importante, avec une répartition spectrale correspondant sensiblement à celle de la lumière du jour. La génération d'une puissance lumineuse instantanée importante et la synchronisation de l'émission de l'éclair et de la lecture des photodétecteurs permettent d'éliminer totalement l'influence de la lu- mière ambiante sur la mesure. L'éclair lumineux produit par la lampe est transformé en un faisceau de rayons parallèles dans la len- tille biconvexe 28 et arrive perpendiculairement sur la surface de l'objet 26. Simultanément, le niveau de flux lumineux émis est mesurée par le détecteur 22. La lumière réfléchie et diffusée par l'objet 26 est captée, à 45' de la direction d'éclairage, par le prisme 38 à réflexion totale et envoyée vers l'orifice d'entrée du spectromètre 40, de façon à y former une image de la zone visée de l'objet 26. Les filtres optiques inté- grés dans le spectromètre permettent d'équilibrer les ni- veaux de signal reçus par les divers détecteurs, et donc d'homogénéiser la courbe de réponse du système de mesure. Ces filtres permettent également de limiter la lumière pa- rasite sur les détecteurs 50, liée aux différents ordres de diffraction du réseau supérieurs à 1. Les détecteurs 50, qui sont par exemple des photodiodes au silicium, peuvent être en nombre limité. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, la barrette de photodétecteurs 50 comprend 7 photodétecteurs, permettant d'échantillonner la réflectance spectrale dif- fuse de l'objet 26 sur sept intervalles de longueur d'onde. Les signaux des photodétecteurs 50 sont traités par les circuits des cartes électroniques 52 (pré-amplifi- cation, échantillonnage, numérisation) et transmis au mi- croprocesseur 56, par exemple pour la détermination et l'enregistrement en mémoire de la réflectance spectrale diffuse de l'objet 26, le calcul des composantes trichroma- tiques, et le calcul des coordonnées chromatiques dans un espace donné, tel par exemple que (L*, a*, b*). La mesure du niveau de flux émis par la source d'éclairage à chaque mesure permet, par un simple rapport de niveaux de flux, de rendre les mesures indépendantes du niveau de flux émis. On peut donc utiliser dans l'appareil selon l'invention une source d'éclairage 18 telle qu'une lampe à éclairs, à arc Xenon, qui présente l'inconvénient d'une variation du niveau de flux lumineux lors de l'émission d'éclairs successifs, mais l'avantage de conser- ver une répartition spectrale sensiblement constante pour les différents éclairs. De plus, une telle lampe a des di- mensions réduites, une faible consommation électrique et fournit une puissance lumineuse instantanée importante. De façon générale, l'invention présente l'avantage de regrouper tous les composants d'une installa- tion industrielle de spectrocolorimétrie en un ensemble lé- ger et compact, manipulable au moyen d'une seule main, et qui permet des mesures in situ sur des objets relativement peu accessibles tels que les dents de la bouche d'un pa- tient. L'appareil selon l'invention a également l'avantage de respecter les normes relatives aux appareils utilisés en milieu médical (notamment nettoyage et stérili- sation simples et rapides, et faible consommation d'énergie électrique). Il peut fonctionner sur accumulateurs ou être relié à un réseau électrique d'alimentation. REVENDICATIONS 1) Appareil de prise d'informations colorimé- triques in situ, en particulier sur une dent en bouche, ca- ractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'un bottier compact (12) manipulable au moyen d'une seule main, compre- nant une poignée (14) dans laquelle sont logés des circuits électroniques (52) de traitement de signaux, et un corps (16) dans lequel sont logés une source (18) d'éclairage, un système optique (24) de transmission du faisceau lumineux émis par la source, un système optique (34) de reprise de la lumière, et un spectromètre (40) monté entre ce système de reprise et un ensemble de photodétecteurs (50), ces der- niers étant reliés aux circuits électroniques (52) de trai- tement logés dans la poignée (14). 2) Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les circuits électroniques de traitement comprennent des circuits de pré-amplification, d'échantillonnage et de conversion analogique-numérique des signaux des photodétecteurs (50). 3) Appareil selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que les circuits (52) logés dans la poignée (14) comprennent également une interface de liaison à un microprocesseur (56). 4) Appareil selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les microprocesseurs et ses mémoires sont également logés dans la poignée (14). ) Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend, sur une de ses faces, un écran plat, par exemple à plasma ou à cristaux liquides, pour la visualisation des résultats de mesures. 6) Appareil selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que la source d'éclairage (18) est une lampe à éclairs, par exemple du type arc Xenon, associée à un circuit électronique (20) d'alimentation et séparée des circuits électroniques (52) de traitement des signaux par une paroi (66) de blindage électro-magnétique. 7) Appareil selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse (18) est associée à un circuit (22) de mesure du flux lumineux émis, qui est relié aux circuits (52) de traitement de si- gnaux. 8) Apparell selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le système optique de transmission (24) est monté dans un tube cylindrique étanche et se termine par un embout (32) d'application sur l'objet dont il faut déterminer la couleur. 9) Appareil selon la revendication 8, caracté- risé en ce que le système optique de transmission (24) et l'embout (32) délivrent un faisceau lumineux sensiblement homogène à rayons parallèles éclairant une surface d'objet, en particulier de dent, largement supérieure à celle visée par le système optique de reprise (34). ) Apparell selon l'une des revendications - précédentes, caractérisé en ce que le système optique de reprise (34) comprend des moyens (38) de déviation du fais- ceau lumineux et des moyens de formation d'une image d'un objet sur l'orifice d'entrée du spectromètre (40). 11) Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le spectromètre (40) est du type à réseau par transmission et est associé a un en- semble de filtres optiques (46) d'équilibrage du niveau du -signal lumineux sur les photodétecteurs (50) et de suppres- sion des ordres de diffraction supérieurs à 1.