Brevet FR2757760A1 — publié le 19980703

La présente invention appelée "WORKINGSCOPETM" (marque déposée), concerne un système alliant la vidéo, L'optique et l'électronique et pennettant aux chirurgiens-dentistes d'effectuer un travail dans la bouche d'un patient uniquement eii suivant ses gestes sur lin écran de contrôle, malgré la buée et les projections provoquées par la turbine et les différentes pièces à main uti- lisées dans la profession dentaire. Ce travail doit s'effectuer quelles que soient les positions relatives de l'opérateur, du plan de travail et de la camé ra. Les conditions requises pour réaliser cette invention sont de deux ordres. Il est nécessaire 1. d'une pal t que la tête de prise de vue de la caméra qiti prend les ima ges de la bouche du patient destinées à être retransmises sur un écran possède : 1.1 un système de prise de vue avec un retour d'angle supérieur ou égal à 90 , pour pouvoir prendre la face arrière des dents, 1.2 ne ailivée de lumière proche de la fenêtre de prise de vue pour éclairer le champ de vision, 1.3 un système de rotation d'image associé, 1 4 1110 système d'inversion d'images, 2. et d'autre pal t qu'il existe à proximité de la fenêtre de prise de vue de la caméra une arrivée d'air de force et de température convenable pour que la buée et les projections puissent être chassées de l'objectif, permettant ainsi d'obtenir ulule image correcte de la zone observée. La nécessité d'avoir un bloc optique possédant u17 système de rotation d'image associé à un système d'inversion d'images est dû ait fait que le dentiste doit déplacer constamment la fenêtre de prise de vite de la caméra autour des dents du patient. Dans ce cas en effet, l'image obtenue sur l'écran de contrôle s'mverse constamment chaque fois que le praticien passe d'un côté à l'autre d'une dent ou d'un maxillaire à l'autre. L'image d'une dent obtenue par rapport à sa position réelle dans la bouche du patient est le pro duit d'une rotation et d'une homothétie (directe ou indirecte), l'angle de rota tiolo dépendant de Tangle de prise de vue de la caméra, l'homothétie directe ou indirecte s'inversant lorsque la caméra se déplace autour de la dent filmée. II s'agit lè d'un effet de retournement dans l'espace, que l'on pourrait appeler effet caméra , qui est à rapprocher de l'effet miroir auquel est confienté le Chirurgien-dentiste lorsqu'il travaille en regardant une dent dans son miroir à main. L'effet caméra diffère de l'effet miroir dans le fait que lorsqu'on déplace sa main dans une direction, son image dans le miroir se déplace dans la même direction or sur l'écran de contrôle, L'image de la main prise par une caméra se déplace en sens inverse. L'effet "caméra" est un retournement dans l'espace qiti dépend essentielle ment des positions relatives de l'outil que tient l'opérateur, de l'objet filmé et de la caméra. I1 suffit de déplacer l'un de ces trois facteurs par rapport aux deux autres pour que le déplacement de limage de l'outil que tient l'opérateur, ne se fasse plus dans le même sens que l'outil. Ceci oblige le praticien à une gymnastique d'esprit quasiment perpétuelle et réclame habilité impossible, même poiti. itne personne exercée et entraînée, lorsque la caméra doit se déplacer constamment pour examiner toutes les faces d'un objet. Lorsque le chirurgien-dentiste veut travailler en bouche son premier geste est, pour une question de confort, d'orienter l'image de l'objet sur laquelle il a l'intention de travailler, dans la position la plus favorable. Pour cela il doit pouvoir redresser l'image obtenue sur l'écran de contrôle. Cette position était figée, il doit ensuite placer l'extrémité de la tête de prise de vue de la caméra de manière à ce que le champ de travail sur l'écran de contrôle soit visible tout en n'étant pas gêné par l'image de l'outil avec le quel il travaille. Pour cela, le corps de la caméra était fixé, le Chirtirgien- dentiste doit pouvoir toumer l'extrémité de la tête de prise de vite de la caméra entre ses doigts, ce qiti nécessite que le bloc caméra et l'extrémité du système optique de la caméra soient mobiles l'un par rapport à l'autre. Par ailleurs toutes ces opérations doivent pouvoir s'effectuer sans que la buée et les projections diverses ne viennent se déposer siti. l'optique de prise de vue. A ce jour il n'existe aucun appareil remplissant toutes les conditions nécessaires à un travail en bouche dans des conditions convenables. ll existe un nombre considérable de micro caméra dentaires se tenninant par un embout en forme d'endoscope, déconnectable ou non, possédant un système optique avec prise de vue à 90 , certaines possèdent une arrivée d'air à leur- extrémité distale pour chasser la buée, mais il n'existe pas de caméras dont l'embout en forme d'endoscope avec prise de vue à 90 puisse pivoter indéfiniment autour de son axe tout en ayant une arrivée d'air à son extré mité distale. Le dispositif selon l'invention appelé "WORKINGSCOPETM", marque déposée, apporte celle solution pratique aux problèmes posés par le travail sous contrôle d'écran qiti vielle d'être exposé. Il se présente soits la fonne d'un appareil comprenant trois parties principales : 1. Un boîtier caméra renfermant: 1.1. le capteur CCD d'une caméra vidéo, 1.2. un faisceau de fibres optiques réparti en anneau tout autour du capteur CCD, dans la partie distale du boîtier caméra, qui conduit les rayons lumi neux en provenance de la source de lumière, non représentée, située en amont du dispositif selon l'invention, 1.3. un orifice d'arrivée d'air pulsé situé dans l'anneau de fibres optiques en provenance, via une canalisation, d'une source d'air pulsé, non représentée. située en amont dit dispositif selon l'inveiotion, 2. Un endoscope qiti vient s'encliqueter sur ledit boîtier caméra. Ledit endoscope ayant son axe confondu avec l'axe du capteitr CCD, le boîtier caméra et l'endoscope restant mobiles l'un par rapport à l'autre. C'est cette mobilité qui permet, en infligeant une rotation à l'endoscope, le boîtier caméra restant fixe, de pouvoir faire toitmer l'image, sur l'écran de contrôle, d'un objet filmé L'endoscope a trois fonctions principales a - transmettre les images dit cloamp de prise de vite jusqu'au capteur CCD de la caméra, b transmettre le flux lumineux nécessaire à éclairer le champ de vision. Dans les endoscopes classiqites la transmission de lumière se fait par fibres opti qites, l'originalité de la présente invention est que la transmission de lumière se fait par réflexion de la lumière entre deux miroirs cylindriques concentriques séparés par iui vide d'air, ce qiti permet de surcroît la libre circulation d'un flux d'air entre les deux parois des miroirs. Le but de ce système mixte est de véhiculer concomitamment le flux lumineux et le flux d'air et de pouvoir ainsi les récupérer à l'extrémité distale de l'endoscope sitar un embout pouvant tounier indéfiioiinent sur lui-même. c - transmettre le flux d'air qui doit en soufflant sur la fenêtre de prise de vite, éliminer la buée et les projections. Cet endoscope est constitué 2.1. d'un corps constitué de deux tubes cylindriques concentriques, le tube extérieur ayant le même diamètre intérieur que le diamètre extérieur de l'anneau de fibres optiques ceintllrallt le boîtier caméra et le tube intérieur ayant le même diamètre extérieur que le diamètre intérieur de l'anneau de fibres optiques la face intérieure du tube extérieur et la face extérieure du tube intérieur comportant un revêtement miroir de telle manière que les surfaces réfléchissantes desdits cylindres soient en vis-à-vis et soient séparées par itu vide d'air, dont l'épaisseur est la même que celle dit faisceau de fibres optiques permettant la libre circulation des rayons lumineux et de l'air. Les rayons lumineux en provenance de la couronne lumineuse entourant le capteur CCD du boîtier caméra se réfléchissent entre les surfaces miroirs des deux cylindres concentriques et aboutissent à l'extrémité distale de l'endoscope en formant une couronne lumineuse. 2.2. d'un système optique situé à l'intérieur du miroir convexe cylindrique et de même axe que celui-ci confonné pour permettre une prise de vue directe dans l'axe de l'endoscope. 3. Un manchon venant recouvrir l'endoscope toitt en restant libre de toumer sitar lui-même avec ou sans bittée. Ledit manchon comporte à son extrémité distale une fenêtre de prise de vue et ime fenêtre laissant le passage aux rayons lumineux en provenance de la source de lumière via le boîtier caméra et l'endoscope. L'angle que fait l'axe optique dudit manchon avec l'axe de l'endoscope est supérieur oit égal à 90 Les types de matocloons les plus utilisés sont ceux avec un retour d'angle à 90 , 135 et rétro. Dans une forme de réalisation selon l'invention, la fenêtre de sortie du flux lumineux du manchon est constituée d'un ou de plusieurs filtres colorés permettant la polymérisation des composites. Dans itne variante selon l'invention, le oit les filtres colorés peuvent être in tercalés sur l'axe optique dit système à un endroit quelconque entre la source de lumière et la fenêtre de sortie des rayons lumineux. Le manchon comporte à son extrémité distale 1.1. un système optique, sitité à l'intérieur de l'extrémité distale dudit man cllon, dans le prolongement du système optique de l'endoscope. Ledit système optique étant composé de prismes et de miroirs qui modifient l'angle de prise de vue de l'endoscope. Ledit système optique étant logé à l'intérieur d'un tube miroir convexe prolongeant le tube miroir convexe de l'endoscope et de même diamètre que celiti-ci. Ledit miroir convexe du manchon venant en bittée avec le tube miroir convexe de l'endoscope. 1.2. iui système de miroirs ou de prismes oit des deux, situés dans le prolongement des rayons lumineux circulant dans l'elldoscope, en provenance de la source de lumière, conformé de manière à ce qite lesdits rayons lumi neitx viennent éclairer le champ de vision. Ledit système de miroirs et de prismes étant logé entre le système optique dit nianchon et son extrémité distale, à l'extrémité distale d'un tube miroir concave cylindrique prolongeant le tube miroir concave de l'endoscope et de même diamètre et venant en bittée avec ltli. Ainsi les rayons lumineux en provenance de la cotlromle litmineitse de la partie distale de l'endoscope, pénètrent dans la partie distale dit manchon en se réílécllissallt entre les deux parois cylindriques des tubes miroirs conVexe et concave et viennent se réfléchir siti. le système de prismes et de miroirs qiti modifient leur direction pour venir éclairer le champ de prise de vite à travers la fenêtre de sortie des rayons litmineux dit manchon. Dans une autre forîne de réalisation de l'invention, la transmission de lumière dans le mancloon est réalisé par fibres optiques ou par une association de fibres optiques de prismes et de miroirs. 1.3 itu orifice de sortie d'air proche de la fenêtre de prise de vue dudit manchon. Le flitx d'air, en provenance de l'extrémité de la canalisation d'air pulsé située dans la couronne de fibres optiques ceinturant le capteur CCD dit boîtier caméra, circule librelnellt entre les deux miroirs concentriques constituant le corps de l'endoscope et vient buter sur la partie distale du manchon recouvrant l'endoscope et s'échappe par ledit orifice conformé de manière à ce que ledit flux d'air se répartisse uniformément sur la fenêtre de prise de vite dudit manchon. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractere limitatif des exemples de réalisation de l'invention. - La figure 1 est une coupe longitudinale schématique générale du dispositif selon l'invention. - La figure 2 est une coupe longitudinale schématique dit boîtier caméra (1) du dispositif selon l'invention. - La figure 3 est une coupe longitudinale scllématiqlle de 1 'endoscope (2) dit dispositif selon I 'invetotion. - La figure 4 est une coupe longitudinale schématique d'un manchon avec retour d'angle à 90 , du dispositif selon l'invention. - La figure 5 est la coupe transversale schématique A-A du boîtier caméra ( I ) du dispositif selon l'iiovention. - La figure 6 est la coupe transversale schématique B-B du dispositif selon l'invention, ait niveau de la partie distale (26) dit boîtier caméra (1). - La figure 7 est la coupe transversale schématique F-F dit dispositif selon l'invention ait niveau de l'endoscope (2) selon une variante avec manchon avec fibres optiques. - La figure 8 est la coupe transversale schématique G-G, au niveau du système optique d'un un manchon (3) avec fibres optiques et retour d'angle de 90 . - La figure 9 est une coulpe transversale scllématique E-E d'un manchon (3), à retour angle de 90 , au niveau du prisme de renvoi de lumière. - La figitre 10 est Lune coulpe longitudinale scllélnatique générale dit dispositif selon l'invention, selon une variante avec manchon à retour d'angle de 90 et fibres optiques. - La figure 11 est ulule coupe longitudinale schématique d'un manchou avec fibres optiques à retour d'angle de 90 . - La figure 12 est la coupe transversale schématique C-C d'un man clooto (3) ait niveau de son système optique (16), selon une variante avec manchon à retour d'angle de 90 - La figure 13 est une coupe transversale schématique D-D, au niveau du prisme de renvoi de lumière, d'un manchon (3) à retour d'angle de 90 - La figure 14 est une coupe transversale schématique H-H, de l'endoscope (2). En référence à ces dessins, le dispositif suivant un premier mode de réalisation selon l'invention comporte trois parties principales: 1. Un boîtier caméra (1) renfermant: 1.1. le capteur CCD (4) d'lune caméra vidéo, 1.2. un faisceau de fibres optiques (5), réparti eto anneau (6) tout autour du capteur CCD (4), daims la partie distale (26) du boîtier caméra (1), qui con duit les rayons lumineux en provenance de la source de lumière, non représentée, située en amont dit dispositif selon l'invention, 1.3. un orifice d'arrivée d'air pulsé (25) situé dans l'anneau de fibres optiques (6) en provenallce, via une canalisation (7), d'une source d'air pulsé non représentée, sititée en amont du dispositif selon l'invention, 2. Un endoscope (2) qui vient s'encliqueter sur le boîtier caméra (1). Ledit endoscope (2) ayant son axe (8) confondu avec l'axe du capteur CCD (4), le boîtier caméra (1) et l'endoscope (2) restant mobiles l'un par rapport à l'autre. C'est cette mobilité qui permet, en infligeant une rotation à l'endoscope (2), le boîtier caméra (1) restant fixe, de pouvoir faire tourner l'image, sur l'écran de contrôle, d'un objet filmé. Cet endoscope (2) est constitué: 2.1.d'un corps constitué de deux tubes cylindriques concentriques, le tube extérieur ayant le même diamètre intérieur que le diamètre extérieur de l'anneau de fibres optiques (6) ceinturant le boîtier caméra (1) et le tube intérieitr ayant le même diamètre extérieur que le diamètre intérieur de l'anneau de fibres optiques (6) ; la face intérieure dit titbe extérieur (9) et la face extérieure du titbe intérieur (10) comportant un revêtement miroir de telle manière que les surfaces réfléchissantes desdits cylindres soient en visà-vis et soient séparées par un vide d'air (11), dont l'épaisseur est la même que celle du faisceau de fibres optiques (6), permettant la libre circulation des rayons lumineux et de l'air. Les rayons lumineux en provenance de la couronne lumineuse (6) entourant le capteur CCD (4) du boîtier caméra (1) se réfléchissent elltre les surfaces miroirs des deux cylindres concentriques (9 et 10) et aboutissent à l'extrémité distale (22) de l'endoscope (2) en formant une couronne lumineuse (12), 2.2 d'un système optique (13) situé en partie à l'intérieur dit tube miroir convexe cylindrique (10) et de même axe (8) que celui-ci conformé pour permettre itto prise de vite directe dans l'axe (8) de l'endoscope (8). 3. Un manchon (3) venant recouvrir l'endoscope (2) tolet en restant libre de tourner sur lui-même avec oit sans butée. Ledit mancloon (3) comporte à solo extrémité distale (15) itue fenêtre de prise de vite (24) et itne fenêtre (29) laissant le passage aux rayons lumineux en provenance d'une source de lumière, non représentée, via le boîtier caméra et l'endoscope (2). L'angle (17) que fait l'axe optique (14) dudit manchon (3) avec l'axe (8) de l'endoscope (2) est supérieur oit égal à 90 Les types de manchons les plus utilisés sont ceux avec itn retour d'angle à 900, 135 (non représenté) et rétro (non représenté). Dans ime forme de réalisation selon l'invention, la fenêtre (29) de sortie du flitx lumineux est constittlée d'un ou de plusieurs filtres colorés permettant la polymérisation des composites. Dans ittoe variante selon l'invention, le Oit les filtres colorés peuvent être intercalés sur l'axe optique (8 et 14) du système à un endroit quelconque entre la source de lumière et la fenêtre de sortie des rayons lllminellx (29). Le manchon comporte à son extrémité distale: 1.1. un système optique (16), situé à l'intérieur de l'gxtrémité distale (15) dudit manchon (3), dans le prolongement dit système optique (13) de l'endoscope (2). Ledit système optique (16) étant cotnposé de prismes oit de miroirs ou de la combinaison des deux et conformé de manière à ce qu'il modifie l'angle de prise de vue (17) de l'endoscope (2). Ledit système optique (16) étant logé à l'intérieur d'un tube miroir convexe (18) prolongeant le tube miroir convexe (10) de l'endoscope et de même diamètre que celui-ci. Ledit miroir convexe (18) du manchon (3) venant en butée avec le tube miroir convexe (10) de l'endoscope (2). 1 .2 un système de miroirs oit de prismes ou des deux (19), situés dans le prolongement des rayons lumineux circulant dans l'endoscope (2), en provenance de la soitrce de lumière, cotofonooé de manière à ce que lesdits rayons lumineux vtetoioent éclairer le champ de visioti (20). Ledit système de miroirs et de prismes (19) étant logé entre le système optique (16) du manchon (3) et son extrémité distale (15), à l'extrémité distale d'un tube miroir concave cylitodriqite (21) prolongeant le tube miroir concave (9) de l'endoscope (2) de même section que celui-ci et venant en butée avec lui. Ainsi les rayons lumineux en provenance de la couronne lumineuse (6) de la partie distale (22) de l endoscope (2), pénètrent dans la partie distale (15) du manchon (3) en se réfléchissant entre les deux parois cylindriques des tubes miroirs convexe (18) et concave (21) et viennent se réfléchir sur le système de prismes et de miroirs (19) qui modifient leur direction pour venir éclairer le champ de prise de vue (20) à travers la fenêtre (29) de sortie des rayons lumineux dit Inanchon (3). Dans une autre forme de réalisation de l'invention, la tratosinission de lu tooière dans le manchon est réalisé par fibres optiques oit par une association de fibres optiques de prismes et de miroirs. 1.3 un orifice de sortie d'air (23) proche de la fenêtre de prise de vite (24) dudit manc REVENDICATIONS 1) Dispositif permettant d'effectuer un travail dans la bouche d'un patient uniquement en suivant ses vestes sur un écran de contrôle, malgré la buée et les projections, constitué 1. D'un boîtier caméra (1) renfermant: 1.1. le capteur CCD (4) d'lune caméra vidéo, 1.2. un faisceait de fibres optiques (5), réparti en anneau (6) toitt autour du captueur CCD (4) dans la partie distale dit boîtier caméra (1), qiti conduit les rayons lumineux en provenance de la source de lumière, 1.3. une canalisation d'air pulsé (7) laissant le passage à itn flux d'air en prove natice d'ulve source d'air pulsé, 2. D'ion endoscope (2), dont l'axe (8) est confondu avec celui dit capteur CCD (4) dit boîtier caméra (1), qiti vient s'encliqueter siti. ledit boîtier caméra (1), le système optique (13) dudit endoscope (2) ayant son axe (8) confondu avec celui de l'endoscope (2). 3. D'un manchon (3) dont l'axe (14) de sortie a une direction différente de celle de l'endoscope (2), et qiti vient recouvrir l'endoscope (2), le manchon (3) renfermant dans SOI1 extrémité distale (15) itn système optique (16), dans le prolongement dit système optique (13) de l'endoscope (2), ledit système optique (16) étant composé de prismes ou de miroirs ou de la combinaison des deux et conformé de manière à ce qu'il modifie l'angle de prise de vue (17) de l'endoscope (2), - caractérisé en ce que le corps de l'endoscope (2) est constitué de deux tubes cylindriques concentriques, le tube extérieur (9) ayant le même diamètre intérieur que le diamètre extérieur de l'anneau de fibres optiques (6) ceinturant le boîtier catnéra (1) et le tube intérieur (10) ayant le même diamètre extérieur que le diamètre intérieur de l'anneau de fibres optiques (6), la face intérieure du tube extérieur (9) et la face extérieure dit tube intérieur (10) comportant un revêtement miroir de telle manière que les surfaces réfléchissantes desdits cylindres soient en vis-à-vis et soient séparées par un vide d'air (11) dont l'épaisseur est la même que celle du faisceau de fibres optiques (6) poitr que les rayons lumineux en provenance de la couronne lumineuse (6) entourant le capteur CCD (4) dit boîtier caméra (1) pénètrent et se réfléchissent entre les surfaces miroirs des deux cylindres concentriques (9 et 10) pour aboutir à l'extrémité distale (22) de l'endoscope (2). 2) Dispositif selon la revendication I caractérisé - en ce que le système optique (13) de l'endoscope est situé à l'intérieur du tube miroir convexe cylindrique (10), de même axe (8) que celui-ci. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé: - en ce que la canalisation d'air pulsé (7) laissant le passage au flux d'air en provenance d celle source d'air pulsé non représentée, est sititée dans l'anneau de fibres optiques (6). 4) Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé - en ce que l'endoscope (2) et le boîtier caméra (1) peitvent pivoter librement l'un par rapport à l'autre autour de leur axe commun (8). 5) Dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisé - en ce que le matocloon (3) comporte à soio extrémité distale (15) une fe être de prise de vite (24) et itne fenêtre (29) laissant le passage des rayons lumineux et que en outre ledit mancloon (3) comporte un système optique (16) dotot laxe de sortie (14) fait avec l'axe optique (8) de l'endoscope (8) un angle (17) supérieur ou égal à 900, et que en outre ledit système optique (16) dudit manchon (3) est logé, en partie, à l'intérieur d'un tube miroir convexe (18) prolongeant le titbe miroir convexe (10) de l'endoscope (2) et de même diamètre que celui-ci, ledit miroir convexe (18) venant en bittée avec ledit tube miroir convexe (10). 6) Dispositif selon les revendications I à 5 caractérisé - en ce que l'extrémité distale (15) dit manchon colllporte un système de miroirs oit de prismes ou des deux (19), situés dans le prolongement des rayons lumineux circulant dans l'eiodoscope (2), en provenance de la source de lumière, conformé de manière à ce que lesdits rayons lumineux viennent éclairer le champ de vision (20), ledit système de miroirs et de prismes (19) étant logé entre le système optique (16) du manchon (3) et l'extrémité distale (15) dudit manchon (3), à @ extrémité distale d'un tube miroir concave cylindrique (21) prolongeant le tube miroir concave (9) de l'endoscope (2) de même section que celuici et venant en butée avec lui. 7) Dispositif selon les revendications 1 à 6 caractérisé - en ce que les manchons (3) venant recouvrir l'endoscope (2) peuvent tourner librement sur eux-mêmes avec ou sans butée. 8) Dispositif selon les revendications 1 et 7 caractérisé: - en ce que les manchons (3) compoltent un orifice de sortie d'air (23) situé à proximité de leur être de prise de vite (24). 9) Dispositif selon les revendications 1 à 6 caractérisé: - en ce que le manchon (3) possède à son extrémité distale une fenêtre de sortie (29) dit flux lumineux constititée d'un ou de plusieurs filtres de couleur pennettant la polymérisation des composites. 10) Dispositif selon les revendications 1 et 7 caractérisé - en ce que la transmission des rayons lumineux à l'intérieur dit manchon (3) peut se faire par fibres optiques (27) ou par une combinaison de fibres optiques, de prismes et de miroirs.