ES2334182T3

ES2334182T3 - Aparato y procedimiento para medir caracteristicas opticas de un objeto.

Info

Publication number: ES2334182T3
Application number: ES97901920T
Authority: ES
Inventors: Wayne D. Jung; Russel W. Jung; Alan R. Loudermilk
Original assignee: Vita Zahnfabrik H Rauter GmbH and Co KG
Current assignee: Vita Zahnfabrik H Rauter GmbH and Co KG
Priority date: 1996-01-02
Filing date: 1997-01-02
Publication date: 2010-03-05
Anticipated expiration: 2017-01-02
Also published as: DE69739604D1; JP4243263B2; NO983057L; US5745229A; NO983057D0; ATE444478T1; KR19990076942A; US6040902A; EP0909376B1; EP0909376A1; JP2005308764A; AU733060B2; JP2000502804A; CA2238498A1; WO1997024587A1; JP3981154B2; AU1571397A; KR100432764B1; EP0909376A4; US5883708A

Abstract

SE EXPONEN SISTEMAS Y PROCEDIMIENTOS PARA LA MEDICION DE LAS CARACTERISTICAS DE COLORES/OPTICAS. UNOS ELEMENTOS/OPTICOS (7) DE FIBRA RECEPTORA PERIMETRALES SE ENCUENTRAN SEPARADOS DE UN ELEMENTO/OPTICA (5) DE FIBRA CENTRAL DE FUENTE, Y VIENDOSE LA LUZ RECIBIDA, REFLEJADA DE LA SUPERFICIE DEL OBJETO (20). LA LUZ PROCEDENTE DE LA OPTICA DE FIBRA PERIMETRAL (7) PASA A UNA VARIEDAD DE FILTROS. EL SISTEMA UTILIZA LA OPTICA DE FIBRA DEL RECEPTOR PERIMETRAL (7) PARA DETERMINAR INFORMACION RESPECTO A LA ALTURA Y ANGULO DE LA SONDA (1) CON RELACION AL OBJETO (20) QUE SE MIDE. BAJO CONTROL DEL PROCESADOR (20), LA MEDICION DEL COLOR PUEDE HACERSE A UNA ALTURA Y ANGULO PREESTABLECIDOS. SE EXPONEN DIVERSAS DISPOSICIONES DE FOTOMETROS ESPECTRALES EN COLOR. SE PUEDEN OBTENER IGUALMENTE DATOS SOBRE TRANSLUCENCIA, FLUORESCENCIA, Y/O TEXTURA SUPERFICIAL. PUEDE PROPORCIONARSE UNA REALIMENTACION AUDIO PARA GUIAR EL USO DEL SISTEMA POR PARTE DEL OPERADOR. LA SONDA (1) PUEDE TENER UNA PUNTA DESMONTABLE O BLINDADA PARA IMPEDIR LA CONTAMINACION.

Description

Aparato y procedimiento para medir características ópticas de un objeto.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato para medir características ópticas de un diente translúcido con una sonda manual que presenta mínimos problemas de dependencia de altura o de dependencia angular.

Antecedentes de la invención

En la técnica se conocen diversos dispositivos de mediciones cromáticas/ópticas, tales como espectrofotómetros y colorímetros. Para entender las limitaciones de tales dispositivos convencionales, es necesario entender ciertos principios relacionados con el color. Sin entrar en consideraciones teóricas, se proporciona el siguiente análisis.

El color de un objeto determina la manera en la que la luz se refleja desde la superficie del objeto. Cuando la luz incide sobre un objeto, la luz reflejada variará en intensidad y en longitud de onda dependiendo del color de la superficie del objeto. Por lo tanto, un objeto rojo reflejará luz roja con mayor intensidad que un objeto azul o un objeto verde y, de manera correspondiente, un objeto verde reflejará luz verde con mayor intensidad que un objeto rojo o un objeto azul.

Un procedimiento para cuantificar el color de un objeto es iluminarlo con un espectro de banda ancha o luz "blanca", y medir las propiedades espectrales de la luz reflejada en todo el espectro visible y comparar el espectro reflejado con el espectro de luz incidente. Tales instrumentos requieren normalmente un espectrofotómetro de banda ancha, los cuales son generalmente caros, voluminosos y relativamente engorrosos de manejar, limitando de ese modo la aplicación práctica de tales instrumentos.

Para determinadas aplicaciones, los datos de banda ancha proporcionados por un espectrofotómetro no son necesarios. Para tales aplicaciones se han fabricado o propuesto dispositivos que cuantifican el color en términos de un valor numérico o un conjunto relativamente pequeño de valores representativos del color del objeto.

Se sabe que el color de un objeto puede representarse mediante tres colores. Por ejemplo, el color de un objeto puede representarse mediante valores de rojo, verde y azul, un valor de intensidad y valores de diferencia de color, mediante un valor CIE o mediante lo que se conoce como "valores triestímulo" u otras numerosas combinaciones ortogonales. Es importante que los tres valores sean ortogonales; es decir, cualquier combinación de dos elementos del conjunto no puede incluirse en el tercer elemento.

Un procedimiento de este tipo para cuantificar el color de un objeto es iluminar un objeto con luz "blanca" de banda ancha y medir la intensidad de la luz reflejada después de que haya atravesado filtros de banda estrecha. Normalmente se utilizan tres filtros (tales como rojo, verde y azul) para proporcionar valores de luz triestímulo representativos del color de la superficie. Otro procedimiento adicional es iluminar un objeto con tres fuentes de luz monocromática (tal como roja, verde y azul), una cada vez, y después medir la intensidad de la luz reflejada con un único sensor de luz. Después, las tres mediciones se convierten en un valor triestímulo representativo del color de la superficie. Tales técnicas de medición cromática pueden utilizarse para generar valores triestímulo equivalentes representativos del color de la superficie. Generalmente no importa si una fuente de luz "blanca" se utiliza con una pluralidad de sensores cromáticos (o un emisor continuo en el caso de un espectrofotómetro), o si una pluralidad de fuentes de luz coloreada se utiliza con un único sensor de luz.

Sin embargo, las técnicas convencionales presentan dificultades. Cuando la luz incide sobre una superficie y se refleja hacia un receptor de luz, la altura del sensor de luz y el ángulo del sensor con respecto a la superficie y a la fuente de luz también afectan a la intensidad de la luz recibida. Puesto que la determinación del color se realiza midiendo y cuantificando la intensidad de la luz recibida para diferentes colores, es importante que la dependencia de altura y la dependencia angular del receptor de luz se eliminen o se tengan en cuenta de alguna manera.

Un procedimiento para eliminar la dependencia de altura y la dependencia angular de la fuente y del receptor de luz es proporcionar una disposición de montaje fija donde la fuente y el receptor de luz sean estacionarios y el objeto siempre se coloque y se mida a una altura y un ángulo prefijados. La disposición de montaje fija limita enormemente la aplicabilidad de un procedimiento de este tipo. Otro procedimiento es añadir soportes de montaje a la fuente de luz y a la sonda receptora y tocar el objeto con la sonda para mantener una altura y un ángulo constantes. El soporte de un aparato de este tipo debe estar lo bastante separado para garantizar que se mantenga un ángulo constante (normalmente perpendicular) con respecto al objeto. Un aparato de este tipo tiende a ser muy difícil de utilizar con objetos pequeños o con objetos de difícil acceso, y en general no funciona de manera satisfactoria en la medición de objetos con superficies curvas.

Se ha propuesto la utilización de dispositivos de medición cromática en el campo de la odontología. En la odontología moderna, el color del diente se cuantifica normalmente de manera manual comparando el diente de un paciente con un conjunto de "guías de tonalidades". Existen numerosas guías de tonalidades disponibles para los dentistas con el fin de elegir adecuadamente el color deseado de una prótesis dental. Tales guías de tonalidades se han utilizado durante décadas y la determinación del color se realiza de manera subjetiva por el dentista sosteniendo un conjunto de guías de tonalidades cerca de los dientes de un paciente y tratando de encontrar la mejor correspondencia. Sin embargo, desafortunadamente, la mejor correspondencia se ve afectada con frecuencia por el color de la luz ambiental de la clínica del dentista, por el color circundante del maquillaje del paciente o de su ropa y por el grado de cansancio del dentista.

Una cuantificación cromática subjetiva similar también se lleva a cabo en la industria de la pintura comparando el color de un objeto con una guía de referencia de pinturas. Existen numerosas guías de pintura disponibles en la industria y la determinación del color también se ve afectada normalmente por el color de la luz ambiental, el cansancio del usuario y la sensibilidad cromática del usuario. Muchas personas no distinguen determinados colores (daltónicos), lo que complica adicionalmente la determinación del color.

En general, la cuantificación cromática se necesita en muchas industrias. Algunas aplicaciones, pero obviamente no todas, incluyen: odontología (color de los dientes); dermatología (color de lesiones de la piel); decoración de interiores (color de la pintura, tejidos); la industria textil; reparaciones automovilísticas (colores de pintura coincidentes); fotografía (color de reproducciones, referencia cromática de fotografías con respecto al objeto que está fotografiándose); impresión y litografía; cosmética (color del cabello y de la piel, matizado del maquille); y otras aplicaciones en las que resulte útil medir el color de una manera adecuada y fiable.

Sin embargo, con respecto a tales aplicaciones, las limitaciones de las técnicas de mediciones cromáticas/ópticas reducen normalmente la utilidad de tales técnicas. Por ejemplo, el alto coste y la voluminosidad de los espectrómetros de banda ancha típicos y las disposiciones de montaje fijas o el soporte requerido para hacer frente a la dependencia de altura y la dependencia angular, limitan normalmente la aplicabilidad de tales técnicas convencionales.

Además, otra limitación de tales procedimientos y dispositivos convencionales es que la resolución de los problemas de dependencia de altura y de dependencia angular requiere normalmente el contacto con el objeto que se está midiendo. En determinadas aplicaciones, puede ser deseable medir y cuantificar el color de un objeto con una sonda pequeña que no requiera el contacto con la superficie del objeto. Por ejemplo, en determinadas aplicaciones tal contacto no es deseable por razones higiénicas. En otras aplicaciones tales como la decoración de interiores, el contacto con el objeto puede dañar la superficie (por ejemplo si el objeto está recién pintado) o puede provocar de otro modo efectos no deseados.

En resumen, existe la necesidad de un procedimiento y de una sonda manual de bajo coste y de pequeño tamaño que pueda medir y cuantificar de manera fiable el color y otras características ópticas de un diente translúcido.

La patente US 4.616.933 (Lévêque et al) describe la determinación de un cambio de color, en una intensidad de pico, de un tejido opaco animal o humano que se realiza por encima de una altura mínima definida por la construcción de una sonda que presenta un conjunto de un haz de fibras coaxiales y contempla almacenar una única medición con un único sensor/único filtro en la "altura de pico". Esta determinación de cambio de color es muy diferente de la medición del color de un diente translúcido. El aparato no posibilita la obtención de una medición numérica absoluta correspondiente al color. El fenómeno de los picos es un fenómeno de reflexión de superficie.

El documento EP 0 049 905 A1 (Fraunhofer-Gesellschaft) se refiere a un aparato para la medición del color de la superficie de las encías para determinar el grado de inflamación y otras dolencias de las encías a partir del color de las encías, es decir, un aparato para determinar el color de la superficie de un tejido humano. No menciona expresamente y no puede medir el color de los dientes, los cuales son muy translúcidos a diferencia de las encías, las cuales pueden presentar propiedades menos translúcidas pero que muestran básicamente el color de superficie, siendo ésa la intención expresa de la medición.

La patente US 3.327.584 (Kissinger) propone una sonda de proximidad dirigida principalmente a la medición en el campo mecánico, concretamente las distancias de los huecos. La medición se basa fundamentalmente en el fenómeno de los picos de la reflexión de superficie de un objeto opaco y utiliza un concepto similar al concepto aplicado por la patente US 4.616.933. La medición de objetos translúcidos y la medición de las características espectrales/translúcidas de un objeto no se contemplan.

La geometría de 45º/0º para la medición de la iluminación/reflexión se conoce a partir del documento Principles of Color Technology.

La patente US 4.589.846 (Annoni) se refiere a un soporte de fuente de luz de transiluminación de dientes para iluminar un diente cerca de su superficie desde un lado y para medir la luz recibida en el lado opuesto. Las características de la superficie de un diente no se miden.

El documento DE 90 12 977 U1se refiere a la determinación cromática de un diente iluminando un diente con una sonda que contiene una pluralidad de fibras ópticas dispuestas de manera circular y que mide la luz que proviene del diente con una fibra óptica interna alojada también en la sonda, sosteniéndose la punta de la sonda mediante contacto con el diente. Las fibras ópticas de iluminación y la fibra óptica de medición forman un ángulo.

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El documento US 4184175 desvela un dispositivo para medir un diente translúcido, que presenta un recubrimiento (95 en la figura 2) que incluye una ventana óptica (94, 97).

Resumen de la invención

Según la presente invención se proporcionan un procedimiento y un aparato definidos por las reivindicaciones independientes adjuntas para medir el color y otras características ópticas de un diente traslúcido de manera fiable y con mínimos problemas de dependencia de altura y de dependencia angular. Realizaciones preferidas y desarrollos adicionales se definen en las reivindicaciones dependientes.

Se proporciona una sonda manual que contiene una pluralidad de fibras ópticas. La luz se dirige desde una (o más) fuente(s) de luz hacia el diente que va a medirse, que en determinadas realizaciones preferidas es un fibra óptica central emisora de luz (también pueden utilizarse otras fuentes de luz y disposiciones de fuentes de luz). La luz devuelta desde el diente se detecta mediante una pluralidad de receptores de luz. Los receptores de luz (que pueden ser fibras ópticas receptoras de luz) incluyen una pluralidad de receptores perimétricos (que pueden ser fibras ópticas receptoras, etc.). En determinadas realizaciones preferidas se utilizan tres fibras ópticas perimétricas para realizar mediciones a una altura y ángulo deseados y predeterminados, minimizando de ese modo los problemas de dependencia de altura y de dependencia angular existentes en los procedimientos convencionales. En determinadas realizaciones, la presente invención también puede medir las características translúcidas y fluorescentes del objeto que está midiéndose, así como la textura de la superficie y/u otras características ópticas o de la superficie.

La presente invención puede incluir elementos constituyentes de un espectrofotómetro de banda ancha o, como alternativa, puede incluir elementos constituyentes de un colorímetro de tipo triestímulo. La presente invención puede utilizar una pluralidad de dispositivos de medición cromática con el fin de medir el color de una manera práctica, fiable y eficaz, y en determinadas realizaciones preferidas incluye un conjunto de filtros de color y una pluralidad de sensores de color. Se incluye un microprocesador para fines de control y de cálculo. Se incluye un sensor de temperatura para medir la temperatura con el fin de detectar condiciones anormales y/o para compensar los efectos de temperatura de los filtros o de otros componentes del sistema. Además, la presente invención puede incluir retroalimentación de audio para guiar al operador en la realización de mediciones cromáticas/ópticas, así como uno o más dispositivos de visualización para visualizar información de control, de estado u otra información.

Con la presente invención, las mediciones cromáticas/ópticas pueden realizarse con una sonda manual de una manera práctica y fiable, esencialmente libres de problemas de dependencia de altura y de dependencia angular, sin recurrir a elementos de fijación, soportes u otras disposiciones mecánicas no deseables para fijar la altura y el ángulo de la sonda con respecto al diente translúcido sin hacer contacto con la superficie del diente.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención puede entenderse de manera más completa mediante la descripción de determinadas realizaciones preferidas junto con los dibujos adjuntos, en los que:

la fig. 1 es un diagrama que ilustra una realización preferida de la presente invención;

la fig. 2 es un diagrama que ilustra una sección transversal de una sonda según una realización preferida de la presente invención;

la fig. 3 es un diagrama que ilustra una disposición de sensores y de receptores de fibra óptica utilizados en una realización preferida de la presente invención;

las fig. 4A a 4C ilustran determinadas consideraciones geométricas de fibras ópticas;

las fig. 5A y 5B ilustran la amplitud de luz recibida por los receptores de luz de fibra óptica en función de la altura desde un objeto;

la fig. 6 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento de medición cromática según una realización de la presente invención;

las fig. 7A y 7B ilustran una cubierta protectora que puede utilizarse en determinadas realizaciones de la presente invención;

las fig. 8A y 8B ilustran puntas de sonda extraíbles que pueden utilizarse en determinadas realizaciones de la presente invención;

la fig. 9 ilustra un haz de fibras ópticas según otra realización preferida de la presente invención;

las fig. 10A, 10B, 10C y 10D ilustran y describen otras configuraciones de haces de fibras ópticas que pueden utilizarse según otras realizaciones preferidas adicionales de la presente invención;

la fig. 11 ilustra un conjunto de sensores ópticos lineales que pueden utilizarse en determinadas realizaciones de la presente invención;

la fig. 12 ilustra un conjunto de sensores ópticos matriciales que pueden utilizarse en determinadas realizaciones de la presente invención;

las fig. 13A y 13B ilustran determinadas propiedades ópticas de un conjunto de filtros que pueden utilizarse en determinadas realizaciones de la presente invención;

las fig. 14A y 14B ilustran ejemplos de intensidades de luz recibidas de receptores utilizados en determinadas realizaciones de la presente invención;

la fig. 15 es un diagrama de flujo que ilustra tonos de audio que pueden utilizarse en determinadas realizaciones preferidas de la presente invención;

la fig. 16 ilustra un ejemplo de la presente invención, que utiliza una pluralidad de anillos receptores de luz que pueden utilizarse para realizar mediciones con la sonda sostenida sustancialmente de manera estacionaria con respecto al objeto que está midiéndose;

las fig. 17 y 18 ilustran un ejemplo de la presente invención que utiliza un movimiento mecánico y que también puede utilizarse para realizar mediciones con la sonda sostenida sustancialmente de manera estacionaria con respecto al objeto que está midiéndose;

las fig. 19A a 19C ilustran ejemplos de la presente invención en los que conductos de luz coherente pueden servir como puntas de sonda extraíbles.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La presente invención se describirá en mayor detalle con referencia a determinadas realizaciones preferidas. Tal y como se describirá posteriormente en este documento, varios refinamientos y sustituciones de las diversas realizaciones son posibles en base a los principios y enseñanzas de este documento.

Con referencia a la fig. 1 se describirá una realización preferida a modo de ejemplo de un sistema y de un procedimiento de mediciones de características cromáticas/ópticas según la presente invención.

La punta de sonda 1 contiene una pluralidad de fibras ópticas, cada una de las cuales puede constituir una o más fibras ópticas. En una realización preferida, las fibras ópticas contenidas en la punta de sonda 1 incluyen una única fibra óptica emisora de luz y tres fibras ópticas receptoras de luz. El uso de tales fibras ópticas para medir el color u otras características ópticas de un diente translúcido se describirá posteriormente en este documento. La punta de sonda 1 está acoplada a un cuerpo de sonda 2 sobre el que está fijado un conmutador 17. El conmutador 17 se comunica con un microprocesador 10 a través de hilos metálicos 18 y proporciona, por ejemplo, un mecanismo por el cual un operador puede activar el dispositivo con el fin de realizar una medición cromática/óptica. Las fibras ópticas de la punta de sonda 1 terminan en el extremo delantero de la misma (es decir, el extremo alejado del cuerpo de sonda 2). El extremo delantero de la punta de sonda 1 está dirigido hacia la superficie del diente que va a medirse, tal y como se describirá en mayor detalle posteriormente. Las fibras ópticas de la punta de sonda 1 se extienden de manera óptica a través del cuerpo de sonda 2 y a través de un cable de fibra óptica 3 hacia sensores de luz 8 que están acoplados al microprocesador 10.

Debe observarse que el microprocesador 10 incluye componentes asociados convencionales, tales como memorias (memorias programables tales como PROM, EPROM o EEPROM; memorias de trabajo tales como DRAM o SRAM; y/u otros tipos de memorias tales como memorias no volátiles, tal como FLASH), circuitos periféricos, relojes y fuentes de alimentación, aunque por motivos de claridad tales componentes no se muestran de manera explícita. Otros tipos de de dispositivos informáticos (tales como otros sistemas de microprocesador, matrices lógicas programables, etc.) se utilizan en otras realizaciones de la presente invención.

En la realización de la fig. 1, las fibras ópticas del cable de fibra óptica 3 terminan en un conector de empalme 4. Desde el conector de empalme 4, cada una de las tres fibras ópticas receptoras utilizadas en esta realización se empalma con por lo menos cinco fibras ópticas más pequeñas (denotadas de manera genérica como fibras 7), que en esta realización son fibras con el mismo diámetro, pero que en otras realizaciones pueden tener diámetros diferentes (tal como una fibra perimétrica o de mayor o menor "altura/ángulo", tal y como se describirá en mayor detalle en este documento). Una de las fibras de cada grupo de cinco fibras se dirige hacia los sensores de luz 8 a través de un filtro de densidad neutra (tal y como se describirá en mayor detalle con referencia a la fig. 3), y tales fibras filtradas de manera neutra se utilizan de manera colectiva con el objetivo de determinar la altura/ángulo (y también pueden utilizarse para medir características de superficie, tal y como se describirá en mayor detalle en este documento). Cuatro de las fibras restantes de cada grupo de fibras se dirige hacia los sensores de luz 8 a través de filtros cromáticos y se utilizan para realizar la medición cromática/óptica. En otras realizaciones adicionales no se utiliza el conector de empalme 4 y los haces de fibras de, por ejemplo, cinco o más fibras, se extienden cada uno desde los sensores de luz 8 hasta el extremo delantero de la punta de sonda 1. En determinadas realizaciones, las fibras no utilizadas u otros materiales pueden incluirse como parte de un haz de fibras con el objetivo de, por ejemplo, facilitar el proceso de fabricación del haz de fibras. Lo que debe observarse es que, para los fines de la presente invención, una pluralidad de elementos o fibras ópticas receptoras de luz (tales como las fibras 7) se presentan a los sensores de luz 8, representando la luz de los elementos/fibras ópticas receptoras de luz la luz reflejada desde el diente 20. Aunque las diversas realizaciones descritas en este documento presentan equilibrios y beneficios que pueden no haber sido evidentes antes de la presente invención (y que por lo tanto pueden ser novedosos de manera independiente), lo que es importante para el presente análisis es que la luz de los elementos/fibras ópticas en el extremo delantero de la punta de sonda 1 se presenta a los sensores 8 para mediciones cromáticas/ópticas, para la determinación del ángulo/altura, etc.

La fuente de luz 11 de la realización preferida es una fuente de luz halógena (de, por ejemplo 5 a 100 vatios, con el vataje particular elegido para la aplicación particular), que puede estar bajo el control del microprocesador 10. La luz de la fuente de luz 11 se refleja desde un espejo frío 6 hacia la fibra óptica emisora 5. La fibra óptica emisora 5 se dirige hacia el extremo delantero de la punta de sonda 1 y proporciona el estímulo luminoso utilizado con el objetivo de realizar las mediciones descritas en este documento. El espejo frío 6 refleja la luz visible y deja pasar luz infrarroja, y se utiliza para reducir la cantidad de luz infrarroja generada por la fuente de luz 11 antes de que la luz se introduzca en la fibra óptica emisora 5. Tal reducción de luz infrarroja de la luz de una fuente halógena, tal como la fuente de luz 11, puede ayudar a evitar la saturación de los sensores de luz recibida, lo que puede reducir la sensibilidad global del sistema. La fibra 15 recibe luz directamente desde la fuente de luz 11 y se dirige hacia los sensores de luz 8 (lo que puede realizarse a través de un filtro de densidad neutra). El microprocesador 10 supervisa la salida de luz de la fuente de luz 11 a través de la fibra 15 y, por lo tanto, puede supervisar y, si fuera necesario compensar, la variación de la salida de la fuente de luz 11. En determinadas realizaciones, el microprocesador 10 también puede hacer sonar una alarma (tal como a través de un altavoz 16) o proporcionar de otro modo alguna indicación si se detecta un funcionamiento anormal o no deseado de la fuente de luz 11.

La salida de datos de los sensores de luz 8 se dirige al microprocesador 10. El microprocesador 10 procesa los datos de los sensores de luz 8 para generar una medición del color y/o de otras características. El microprocesador 10 también está acoplado a conmutadores de teclado numérico 12, que sirven como un dispositivo de entrada. A través de los conmutadores de teclado numérico 12, el operador puede introducir comandos o información de control, o información relacionada con el diente que está midiéndose, etc. En general, los conmutadores de teclado numérico 12, u otros dispositivos de entrada de datos adecuados (tales como conmutadores de pulsador, basculantes, de membrana u
otros conmutadores, etc.), sirven como un mecanismo para introducir información deseada en el microprocesador 10.

El microprocesador 10 también se comunica con un UART 13, el cual permite que el microprocesador 10 se acople a un dispositivo externo tal como un ordenador 13A. En tales realizaciones, los datos proporcionados por el microprocesador 10 pueden procesarse según se desee para la aplicación particular tal como, por ejemplo, el cálculo de la media, la conversión de formatos o para varias opciones de visualización o de impresión, etc. En la realización preferida, el UART 13 está configurado para proporcionar lo que se conoce como una interfaz RS232, como la que se utiliza comúnmente en los ordenadores personales.

El microprocesador 10 también se comunica con una LCD 14 con el objetivo de visualizar información de estado, de control u otra información según se desee para la aplicación particular. Por ejemplo, pueden mostrarse barras de color, diagramas u otras representaciones gráficas del color u otros datos recopilados y/o el diente medido. En otras realizaciones se utilizan otros dispositivos de visualización tales como CRT, LED de tipo matricial, luces y otros mecanismos para generar indicios visibles del estado del sistema, etc. Después de la inicialización del sistema, por ejemplo, la LCD 14 puede proporcionar una indicación de que el sistema está estable, listo y disponible para realizar mediciones cromáticas.

Un altavoz 16 también está acoplado al microprocesador 10. El altavoz 16, en una realización preferida tratada más en detalle posteriormente, sirve para proporcionar retroalimentación de audio al operador, lo que puede servir para guiar al operador en la utilización del dispositivo. El altavoz 16 también puede servir para proporcionar información de estado u otra información que informe al operador sobre el estado del sistema, incluyendo un tono de audio, pitidos u otra indicación audible (es decir, voz) de que el sistema se ha iniciado y está disponible para realizar mediciones. El altavoz 16 también puede presentar información de audio indicativa de los datos medidos, de la guía de tonalidades o de valores de referencia correspondientes a los datos medidos, o una indicación del estado de las mediciones cromáticas/ópticas.

El microprocesador 10 también recibe una entrada de datos de un sensor de temperatura 9. Dado que muchos tipos de filtros (y quizás fuentes de luz u otros componentes) sólo pueden funcionar de manera fiable en un intervalo de temperatura dado, el sensor de temperatura 9 sirve para proporcionar información de temperatura al microprocesador 10. En particular, los filtros cromáticos como tales pueden estar incluidos en sensores de luz 8, pueden ser sensibles a la temperatura y sólo pueden funcionar de manera fiable en un determinado intervalo de temperatura. En determinadas realizaciones, si la temperatura está dentro de un intervalo válido, el microprocesador 10 puede compensar las variaciones de temperatura de los filtros cromáticos. En tales realizaciones, los filtros cromáticos están caracterizados para filtrar características en función de la temperatura, ya sea mediante datos proporcionados por el fabricante de los filtros o a través de mediciones en función de la temperatura. Tales datos de compensación de temperatura de filtro pueden almacenarse en forma de una tabla de consulta en la memoria, o pueden almacenarse como un conjunto de coeficientes polinómicos a partir de los cuales el microprocesador 10 puede calcular las características de temperatura de los filtros.

En general, bajo el control del microprocesador 10, que puede responder a la activación por parte del operador (a través de, por ejemplo, los conmutadores de teclado numérico 12 o el conmutador 17), la luz se dirige desde la fuente de luz 11, se refleja desde el espejo frío 6 a través de la fibra óptica emisora 5 (y a través del cable de fibra óptica 3, el cuerpo de sonda 2 y la punta de sonda 1, o a través de otro elemento emisor de luz adecuado) y se dirige sobre el diente 20. La luz reflejada desde el diente 20 atraviesa los elementos/fibras ópticas receptoras de la punta de sonda 1 hasta los sensores de luz 8 (a través del cuerpo de sonda 2, el cable de fibra óptica 3 y las fibras 7). En base a la información generada por los sensores de luz 8, el microprocesador 10 genera un resultado de la medición cromática/óptica u otra información al operador. La medición cromática u otros datos generados por el microprocesador 10 pueden visualizarse en la pantalla 14, pasar por el UART 13 hasta el ordenador 13A, o utilizarse para generar información de audio que se presenta al altavoz 16. Otros aspectos operativos de la realización preferida ilustrada en la fig. 1 se explicarán posteriormente.

A continuación se describirá con referencia a la fig. 2 una realización preferida de una disposición de fibra óptica presentada en el extremo delantero de la punta de sonda 1. Tal y como se ilustra en la fig. 2, una realización preferida de la presente invención utiliza una única fibra óptica central emisora de luz, denotada como fibra óptica emisora de luz S, y una pluralidad de fibras ópticas receptoras de luz perimétricas, denotadas como receptores de luz R1, R2 y R3. Tal y como se ilustra, una realización preferida de la presente invención utiliza tres fibras ópticas perimétricas, aunque en otras realizaciones se utilizan dos, cuatro u otro número de fibras ópticas receptoras. Tal y como se describirá en mayor detalle en este documento, la fibras ópticas receptoras de luz perimétricas no sólo sirven para proporcionar luz reflejada con el objetivo de realizar la medición cromática/óptica, sino que tales fibras perimétricas también sirven para proporcionar información relacionada con el ángulo y la altura de la punta de sonda 1 con respecto a la superficie del diente que está midiéndose, y además puede proporcionar información relacionada con las características de superficie del diente que está midiéndose.

En la realización preferida ilustrada, las fibras ópticas receptoras R1 a R3 están colocadas de manera simétrica alrededor de la fibra óptica emisora S, con una separación de 120 grados aproximadamente entre sí. Debe observarse que la separación t se proporciona entre las fibras ópticas receptoras R1 a R3 y la fibra óptica emisora S. Aunque la colocación angular precisa de las fibras ópticas receptoras alrededor del perímetro del haz de fibras no es en general crítica, se ha determinado que tres fibras ópticas receptoras separadas en 120 grados pueden proporcionar, por lo general, resultados aceptables. Tal y como se ha mencionado anteriormente, en determinadas realizaciones cada una de las fibras ópticas receptoras de luz R1 a R3 constituyen una única fibra, la cual se divide en el conector de empalme 4 (se hace referencia de nuevo a la fig. 1) o, en realizaciones alternativas, las fibras ópticas receptoras de luz R1 a R3 constituyen cada una un haz de fibras que contiene, por ejemplo, por lo menos cinco fibras por haz. Se ha determinado que con fibras disponibles de tamaño uniforme puede fabricarse fácilmente un haz de, por ejemplo, siete fibras (aunque, como resultará evidente para un experto en la materia, el número preciso de fibras puede determinarse según el número deseado de fibras ópticas receptoras, consideraciones de fabricación, etc.). El uso de las fibras ópticas receptoras de luz R1 a R3 para realizar mediciones cromáticas/ópticas según la presente invención se describirá en detalle posteriormente en este documento, aunque en este punto puede observarse que las fibras ópticas receptoras R1 a R3 pueden servir para detectar si, por ejemplo, el ángulo de la punta de sonda 1 con respecto a la superficie del diente que está midiéndose está a 90 grados, o si la superficie del diente que está midiéndose contiene textura de superficie y/o irregularidades espectrales. En caso de que la punta de sonda 1 sea perpendicular a la superficie del diente que está midiéndose y que la superficie del diente que está midiéndose sea un reflector difuso (es decir, un reflector mate en comparación con un reflector espectral o brillante que puede presentar "puntos calientes"), entonces la intensidad de luz introducida en las fibras perimétricas debe ser aproximadamente la misma. También debe observarse que la separación t sirve para ajustar la altura óptima a la que deben realizarse las mediciones cromáticas/ópticas (tal y como se describirá posteriormente).

En un aspecto particular de la presente invención, el área entre las fibras ópticas de la punta de sonda 1 puede estar completa o parcialmente rellena con un material y/o superficie antirreflectante (que puede ser una superficie mate negra, contorneada u otra superficie antirreflectante). El hecho de que dicha área expuesta de la punta de sonda 1 sea antirreflectante ayuda a reducir las reflexiones no deseadas, ayudando de ese modo a aumentar la precisión y la fiabilidad de la presente invención.

A continuación se describirá con referencia a la fig. 3 una disposición parcial de sensores y de fibras ópticas receptoras de luz que se utilizan en una realización preferida de la presente invención. Las fibras 7 representan fibras ópticas receptoras de luz que transmiten la luz reflejada desde el diente que está midiéndose a los sensores de luz 8. En una realización preferida se utilizan dieciséis sensores (dos conjuntos de ocho), aunque por motivos de claridad sólo se muestran 8 en la fig. 3 (en esta realización preferida, el sistema de circuitos de la fig. 3 se duplica, por ejemplo, para dar como resultado dieciséis sensores). En otras realizaciones se utiliza otro número de sensores según la presente invención.

La luz de las fibras 7 se presenta a los sensores 8, que en una realización preferida atraviesa los filtros 22 hacia elementos de detección 24. En esta realización preferida, los elementos de detección 24 incluyen convertidores de luz a frecuencia fabricados por Texas Instruments y vendidos con el número de pieza TSL230. Tales convertidores constituyen, en general, conjuntos de fotodiodos que integran la luz recibida desde las fibras 7 y transmiten una señal de CA con una frecuencia proporcional a la intensidad (no frecuencia) de la luz incidente. Sin entrar en consideraciones teóricas, el principio básico de tales dispositivos es que, a medida que aumenta la intensidad, la tensión de salida del integrador aumenta más rápidamente, y cuando más corto sea el tiempo de subida del integrador, mayor será la frecuencia de salida. Las salidas de los sensores TSL230 son señales digitales compatibles TTL o CMOS que pueden transmitirse a varios dispositivos lógicos digitales.

Las salidas de los elementos de detección 24 son, en esta realización, señales asíncronas de frecuencias que dependen de la intensidad de luz presentada a los elementos de detección particulares, las cuales se presentan al procesador 26. En una realización preferida, el procesador 26 es un Microchip PIC16C55 o un microprocesador PIC16C57 que, tal y como se describirá en mayor detalle en este documento, implementa un algoritmo para medir las frecuencias de las señales transmitidas por los elementos de detección 24. En otras realizaciones se utiliza un microprocesador/microcontrolador más integrado, tal como los microcontroladores SH RISC de Hitachi, para proporcionar una integración de sistema adicional, etc.

Tal y como se ha descrito anteriormente, el procesador 26 mide las frecuencias de las señales transmitidas desde los elementos de detección 24. En una realización preferida, el procesador 26 implementa un bucle de temporización software y, a intervalos periódicos, el procesador 26 lee los estados de las salidas de los elementos de detección 24. Un contador interno se incrementa en cada ciclo del bucle de temporización software. La precisión del bucle de temporización se determina generalmente mediante la base de tiempo de un oscilador de cristal (no mostrado en la fig. 3) acoplado al procesador 26 (normalmente, tales osciladores son bastante estables). Después de leer las salidas de los elementos de detección 24, el procesador 26 aplica una operación OR exclusiva ("XOR") con los últimos datos leídos (en una realización preferida, tales datos se leen en longitud de octetos). Si ha cambiado algún bit, la operación XOR generará un 1, y si no ha cambiado ningún bit, la operación XOR generará un 0. Si el resultado es distinto de cero, el octeto de entrada se guarda junto con el valor del contador interno (que se incrementa a cada ciclo del bucle de temporización software). Si el resultado es cero, el sistema espera (por ejemplo, no ejecuta ninguna instrucción de funcionamiento) la misma cantidad de tiempo que si los datos tuvieran que guardarse, y continúa el funcionamiento del bucle. El proceso continúa hasta que las ocho entradas hayan cambiado por lo menos dos veces, lo que permite una medición de medio periodo completo de cada entrada. Tras la finalización del proceso del bucle, el procesador 26 analiza los octetos de entrada almacenados y los estados del contador interno. Debería haber de 2 a 16 entradas guardadas (para el total de 8 sensores de la fig. 3) y estados de contador (si dos o más entradas cambian al mismo tiempo se guardan simultáneamente). Tal y como entenderá un experto en la materia, los valores almacenados del contador interno contienen información que determina el periodo de las señales recibidas desde los elementos de detección 24. El periodo puede calcularse mediante una resta adecuada de los valores del contador interno en los tiempos en los que haya cambiado un bit de entrada. El procesador 26 proporciona al microprocesador 10 estos periodos calculados para cada una de las salidas de los elementos de detección (véase, por ejemplo, la fig. 1). A partir de tales periodos calculados puede calcularse una medida de las intensidades de luz
recibidas.

Debe observarse que el sistema de circuitos de detección y la metodología ilustrada en la fig. 3 se han determinado para proporcionar una manera práctica y adecuada por la que medir las intensidades de luz recibidas por los elementos de detección 24. En otras realizaciones se utilizan otros circuitos y metodologías (otros esquemas de detección a modo de ejemplo se describirán posteriormente en este documento).

Tal y como se ha mencionado anteriormente con referencia a la fig. 1, una de las fibras 7 mide la fuente de luz 11, lo que puede realizarse a través de un filtro de densidad neutra, lo que sirve para reducir la intensidad de la luz recibida con el fin de mantener la intensidad de manera aproximada en el intervalo de las otras intensidades de luz recibidas. Tres de las fibras 7 provienen además de las fibras ópticas receptoras perimétricas R1 a R3 (véase, por ejemplo, la fig. 2) y atraviesan además filtros de densidad neutra. Tales fibras receptoras 7 sirven para proporcionar datos a partir de los cuales puede determinarse la información de ángulo/altura y/o las características de superficie.

Las doce fibras restantes (del total de 16 fibras de la realización preferida) de las fibras 7 atraviesan filtros cromáticos y se utilizan para realizar la medición cromática. En una realización preferida, los filtros cromáticos son filtros de gelatina Wratten de corte agudo de Kodak, los cuales dejan pasar luz con longitudes de onda mayores que el valor de corte del filtro (es decir, valores de rojo), y absorben luz con longitudes de onda inferiores al valor de corte del filtro (es decir, valores de azul). Los filtros de "corte agudo" están disponibles en una amplia variedad de frecuencias/longitudes de onda de corte, y los valores de corte pueden seleccionarse generalmente mediante una selección adecuada del filtro de corte deseado. En una realización preferida, los valores de corte de filtro se eligen para cubrir todo el espectro visible y, en general, para presentar separaciones entre bandas de aproximadamente el intervalo de banda visible (u otro intervalo deseado) dividido por el número de receptores/filtros. Como ejemplo, 700 nanómetros menos 400 nanómetros, divido por 11 bandas (generadas por doce receptores/sensores cromáticos), genera una separación entre bandas de 30 nanómetros aproximadamente.

Con un conjunto de filtros de corte como los descritos anteriormente, y sin entrar en consideraciones teóricas o limitarse a las realizaciones específicas descritas en este documento, el espectro óptico recibido puede medirse/calcularse restando las intensidades de luz de los receptores cromáticos "adyacentes". Por ejemplo, banda 1 (400 nm hasta 430 nm) = (intensidad de receptor 12) menos (intensidad de receptor 11), y así sucesivamente para las bandas restantes. Un conjunto de filtros de corte de este tipo y los valores de intensidad que pueden obtenerse mediante el filtrado con un conjunto de este tipo se describirán en mayor detalle con relación a las fig. 13A a 14B.

Debe observarse en este punto que en realizaciones alternativas se utilizan otras disposiciones de filtros cromáticos. Por ejemplo, pueden utilizarse filtros de paso banda o de "muesca", tales como los que pueden desarrollarse utilizando los filtros basados en vidrio de Schott (ya sea fabricados a partir de diferentes filtros de paso largo/paso corto o de otra manera).

En una realización preferida de la presente invención, las características específicas de la fuente de luz, filtros, sensores y fibras ópticas, etc., se normalizan/calibran dirigiendo la sonda hacia, y midiendo, un modelo de color conocido. Tal normalización/calibración puede realizarse colocando la sonda en un elemento de fijación adecuado, con la sonda dirigida desde una posición predeterminada (es decir, altura y ángulo) del modelo de color conocido. Tales datos de normalización/calibración medidos pueden almacenarse, por ejemplo, en una tabla de consulta, y utilizarse por el microprocesador 10 para normalizar o corregir el color medido u otros datos. Tales procedimientos pueden llevarse a cabo durante la puesta en marcha, a intervalos periódicos regulares, mediante una orden del operador,
etc.

Lo que debe observarse a partir de la descripción anterior es que el sistema de circuitos y las fibras ópticas de recepción y de detección ilustrados en la fig. 3 proporcionan una manera práctica y adecuada para determinar el color midiendo la intensidad de la luz reflejada desde la superficie del diente que está midiéndose.

También debe observarse que un sistema de este tipo mide la banda espectral de la luz reflejada desde el diente y, una vez medida, tales datos espectrales pueden utilizarse de varias maneras. Por ejemplo, tales datos espectrales pueden visualizarse directamente como valores de banda de intensidad-longitud de onda. Además, los valores de tipo triestímulo pueden calcularse fácilmente (mediante, por ejemplo, una matriz matemática convencional), como cualquier otro valor cromático deseado. En una realización particular útil en aplicaciones dentales (tales como para prótesis dentales), los datos cromáticos se transmiten en forma de una correspondencia o correspondencias más próximas con el (los) valor(es) de la guía de tonalidades dentales. En una realización preferida, diversas guías de tonalidades existentes (tales como las guías de tonalidades distribuidas por Vita Zahnfabrik) se caracterizan y se almacenan en una tabla de consulta, o en referencias cromáticas de Pantone de la industria de artes gráficas, y los datos de mediciones cromáticas se utilizan para seleccionar el valor o los valores de la guía de tonalidades más próximo(s), lo que puede ir acompañado de un nivel de confianza u otro factor adecuado que indique el grado de proximidad de la correspondencia o correspondencias, incluyendo, por ejemplo, lo que se conoce como valores \DeltaE o intervalos de valores \DeltaE, o criterios basados en desviaciones estándar, tal como la minimización de desviación estándar. En otras realizaciones adicionales, los datos de mediciones métricas se utilizan (como con las tablas de consulta) para seleccionar materiales para la composición de la pintura o de la cerámica para, por ejemplo, un diente protésico. Existen otros muchos usos de tales datos espectrales medidos según la presente invención.

Se sabe que determinados objetos, tales como los dientes humanos, pueden volverse fluorescentes, y tales características ópticas también pueden medirse según la presente invención. Una fuente de luz con un componente ultravioleta puede utilizarse para generar datos cromáticos/ópticos más precisos con respecto a tales objetos. En determinadas realizaciones, una fuente de wolframio/halógena (tal como la utilizada en una realización preferida) puede combinarse con una fuente de luz ultravioleta (tal como una fuente de vapor de mercurio, una fuente de xenón u otra fuente de luz fluorescente, etc.) para generar una salida de luz que pueda hacer que el diente se vuelva fluorescente. Como alternativa, puede utilizarse otra fuente de luz ultravioleta, combinada con un filtro de bloqueo de luz visible, para iluminar el diente. Tal fuente de luz ultravioleta puede combinarse con luz de un LED rojo (por ejemplo) para proporcionar una indicación visual de cuándo está activada la luz ultravioleta y también para ayudar en el posicionamiento direccional de la sonda que está funcionando con una fuente de luz de este tipo. Puede realizarse una segunda medición utilizando la fuente de luz ultravioleta de manera análoga a la descrita anteriormente, ignorándose la banda del LED rojo u otra fuente de luz complementaria. Por lo tanto, la segunda medición puede utilizarse para generar una indicación de la fluorescencia del diente que está midiéndose. Con una fuente de luz ultravioleta de este tipo se requiere normalmente una fibra óptica de sílice (o de otro material adecuado) para transmitir la luz al diente (los materiales estándar de fibras ópticas tales como vidrio y plástico no propagan, por lo general, la luz ultravioleta de manera deseada, etc.).

Tal y como se ha descrito anteriormente, la presente invención utiliza, en determinadas realizaciones preferidas, una pluralidad de fibras ópticas receptoras perimétricas separadas de y alrededor de una fibra óptica emisora central para medir el color y determinar información relacionada con la altura y el ángulo de la sonda con respecto la superficie del diente que está midiéndose, lo que puede incluir otra información de características de superficie, etc. Sin entrar en consideraciones teóricas, a continuación se describirán con referencia a las fig. 4A a 4C determinados principios relacionados con este aspecto de la presente invención.

La fig. 4A ilustra una fibra óptica de salto de índice típica que consiste en un núcleo y un revestimiento. Para este análisis, se supone que el núcleo tiene un índice de refracción de n_{0} y que el revestimiento tiene un índice de refracción de n_{1}. Aunque el siguiente análisis está dirigido a fibras "de salto de índice", los expertos en la materia apreciarán que este análisis también puede aplicarse, en general, a fibras de gradiente de índice.

Con el fin de propagar la luz sin pérdidas, la luz debe incidir en el núcleo de la fibra óptica en un ángulo mayor que el ángulo crítico, lo que puede representarse como sen^{-1}{n_{1}/n_{0}}, donde n_{0} es el índice de refracción del núcleo y n_{1} es el índice de refracción del revestimiento. Por lo tanto, toda la luz debe penetrar en la fibra en un ángulo de aceptación igual o inferior a fi, siendo fi = 2 \times sen^{-1} {\sqrt{(n_{0}{}^{2} - n_{1}{}^{2})}}, o no se propagará de una manera deseada.

Para que la luz entre en una fibra óptica, ésta debe introducirse dentro del ángulo de aceptación fi. De manera similar, cuando la luz sale de una fibra óptica, saldrá de la fibra óptica dentro de un cono de ángulo fi ilustrado en la fig. 4A. El valor \sqrt{(n_{0}{}^{2} - n_{1}{}^{2})} se refiere a la apertura de la fibra óptica. Por ejemplo, una fibra óptica típica puede tener una abertura de 0,5, y ángulo de aceptación de 60º.

Considérese la utilización de una fibra óptica como una fuente de luz. Un extremo se ilumina mediante una fuente de luz (tal y como la fuente de luz 11 de la fig. 1), y el otro se sostiene cerca de una superficie. La fibra óptica emitirá un cono de luz como el ilustrado en la fig. 4A. Si la fibra óptica se sostiene de manera perpendicular a una superficie, creará un patrón de luz circular sobre la superficie. A medida que se eleve la fibra óptica, el radio r del círculo aumentará. A medida que descienda la fibra óptica, el radio del patrón de luz disminuirá. Por lo tanto, la intensidad de la luz (energía de luz por área unitaria) en el área circular iluminada aumentará a medida que descienda la fibra óptica y disminuirá a medida que se eleve la fibra óptica.

Generalmente, el mismo principio se cumple para una fibra óptica que se utilice como un receptor. Considérese el montaje de un sensor de luz en un extremo de una fibra óptica y sujétese el otro extremo cerca de una superficie iluminada. La fibra óptica sólo puede propagar luz sin pérdidas cuando la luz que penetra en la fibra óptica incide sobre el extremo de la fibra óptica cerca de la superficie si la luz penetra en la fibra óptica dentro de su ángulo de aceptación fi. Una fibra óptica utilizada como un receptor de luz cerca de una superficie solo aceptará y propagará luz desde el área circular de radio r sobre la superficie. A medida que la fibra óptica se eleve desde la superficie, el área aumenta. A medida que la fibra óptica descienda hacia la superficie, el área disminuye.

Considérense dos fibras ópticas paralelas entre sí tal y como se ilustra en la fig. 4B. Por motivos de simplicidad, las dos fibras ópticas ilustradas son idénticas en tamaño y apertura. Sin embargo, el siguiente análisis puede aplicarse generalmente a fibras ópticas que sean diferentes en tamaño y apertura. Una fibra óptica es una fibra óptica emisora, la otra fibra óptica es una fibra óptica receptora. Puesto que las dos fibras ópticas están sostenidas de manera perpendicular a una superficie, la fibra óptica emisora emite un cono de luz que ilumina un área circular de radio r. La fibra óptica receptora solo puede aceptar luz que esté dentro de su ángulo de aceptación fi o luz que se reciba dentro de un cono de ángulo fi. Si la única luz disponible es la emitida por la fibra óptica emisora, entonces la única luz que puede aceptar la fibra óptica receptora es la luz que incide sobre la superficie en la intersección de los dos círculos, tal y como se ilustra en la fig. 4C. A medida que las dos fibras ópticas ascienden desde la superficie, aumenta la proporción de la intersección de las dos áreas circulares con respecto al área circular de la fibra óptica emisora. A medida que se aproximan a la superficie, disminuye la proporción de la intersección de las dos áreas circulares con respecto al área circular de la fibra óptica emisora. Si las fibras ópticas se sostienen muy cerca de la superficie, las áreas circulares ya no se cruzarán y la fibra óptica receptora no recibirá luz emitida desde la fibra óptica emisora.

Tal y como se ha mencionado anteriormente, la intensidad de la luz en el área circular iluminada por la fibra emisora aumenta a medida que la fibra desciende hacia la superficie. Sin embargo, la intersección de los dos conos disminuye a medida que el par de fibras ópticas desciende. Por lo tanto, a medida que el par de fibras ópticas desciende hacia una superficie, la intensidad total de luz recibida por la fibra óptica receptora aumenta hasta un valor máximo y después disminuye bruscamente a medida que el par de fibras ópticas desciende adicionalmente hacia la superficie. Finalmente, la intensidad disminuirá esencialmente hasta cero (suponiendo que el objeto que esté midiéndose no sea translúcido, tal y como se describirá en mayor detalle en este documento), y permanecerá esencialmente a cero hasta que el par de fibras ópticas esté en contacto con la superficie. Por lo tanto, a medida que un par emisor-receptor de fibras ópticas, como el descrito anteriormente, se sitúe cerca de una superficie y a medida que su altura varíe, la intensidad de luz recibida por la fibra óptica receptora alcanzará un valor máximo en un pico o "altura crítica" hc.

De nuevo sin entrar en consideraciones teóricas, se ha observado una propiedad interesante de la altura crítica hc. La altura crítica hc es una función básica de la geometría de parámetros fijos, tales como las aperturas de las fibras, los diámetros de las fibras y la separación entre fibras. Puesto que la fibra óptica receptora de la disposición ilustrada sólo detecta un valor máximo y no intenta cuantificar el valor, su máximo es independiente, en general, de las características de la superficie. Solo es necesario que la superficie refleje suficiente luz desde el área de intersección de las fibras ópticas emisora y receptora para que esté dentro del intervalo de detección del sensor de luz de fibra óptica receptora. Por lo tanto, en general, una superficie de color rojo, verde, azul o de cualquier color presentará un máximo en la misma altura crítica hc. De manera similar, superficies reflectantes lisas y superficies rugosas también tendrán valores de intensidad variables en el valor máximo, pero en términos generales tales superficies presentarán un máximo a la misma altura crítica hc. El valor real de la intensidad de luz será una función del color de la superficie y de las características de superficie pero, por lo general, no lo será la altura en la que se genera el valor de intensidad máximo. Esto es particularmente cierto con respecto a tipos o categorías similares de materiales tales como dientes, objetos industriales, etc.

Aunque el anterior análisis se ha centrado en dos fibras ópticas perpendiculares a una superficie, puede aplicarse un análisis similar a pares de fibras ópticas en otros ángulos. Cuando una fibra óptica no es perpendicular a una superficie, ilumina generalmente un área elíptica. De manera similar, el área de aceptación de una fibra óptica receptora se vuelve, por lo general, elíptica. A medida que el par de fibras ópticas se acerca a la superficie, la fibra óptica receptora también detectará un valor máximo a una altura crítica independientemente del color o de las características de la superficie. Sin embargo, el valor de intensidad máximo medido cuando el par de fibras ópticas no es perpendicular a la superficie será inferior al valor de intensidad máximo medido cuando el par de fibras ópticas es perpendicular a la superficie.

A continuación se describirá, haciendo referencia ahora a las fig. 5A y 5B, la intensidad de luz recibida a medida que un par emisor-receptor de fibras ópticas se desplaza hacia y desde una superficie. La fig. 5A ilustra la intensidad de la luz recibida en función del tiempo. La fig. 5B correspondiente ilustra la altura del par de fibras ópticas desde la superficie del objeto que está midiéndose. Las fig. 5A y 5B ilustran (por motivos de simplicidad) una velocidad de movimiento relativamente uniforme del par de fibras ópticas hacia y desde la superficie del objeto que está midiéndose (aunque también pueden aplicarse ilustraciones/análisis similares para velocidades no uniformes).

La fig. 5A ilustra la intensidad de la luz recibida a medida que el par de fibras ópticas se desplaza hacia y después desde una superficie. Aunque la fig. 5A ilustra la relación de intensidad para una única fibra óptica receptora, se espera observar relaciones de intensidad similares para otras fibras ópticas receptoras tales como, por ejemplo, las múltiples fibras ópticas receptoras de las fig. 1 y 2. En general, con la reivindicación preferida descrita anteriormente, cada uno de los quince receptores de fibra óptica (de las fibras 7) presentará curvas similares a la ilustrada en la fig. 5A.

La fig. 5A ilustra cinco regiones. En la región 1, la sonda se desplaza hacia la superficie del objeto que está midiéndose, lo que provoca que la intensidad de luz recibida aumente. En la región 2, la sonda se desplaza pasada la altura crítica, y la intensidad de luz recibida llega a un pico y después disminuye bruscamente. En la región 3, la sonda está esencialmente en contacto con la superficie del objeto que está midiéndose. Tal y como se ilustra, la intensidad recibida en la región 3 variará dependiendo de la translucidez del objeto que está midiéndose. Si el objeto es opaco, la intensidad de luz recibida será muy baja, o casi cero (quizá fuera del intervalo del sistema de circuitos de detección). Sin embargo, si el objeto es translúcido, la intensidad de luz será bastante alta, pero en general será inferior al valor de pico. En la región 4, la sonda asciende y la intensidad de luz aumenta bruscamente hasta un valor máximo. En la región 5, la sonda asciende alejándose del objeto, y la intensidad de luz disminuye de nuevo.

Tal y como se ilustra, deben detectarse dos valores de intensidad de pico (denominados en lo sucesivo como P1 y P2) a medida que el par de fibras ópticas se desplace hacia y desde el objeto a la altura crítica hc. Si los picos P1 y P2 generados por una fibra óptica receptora tienen el mismo valor, esto indica generalmente que la sonda se ha desplazado hacia y desde la superficie del objeto que va a medirse de manera uniforme. Si los picos P1 y P2 tienen valores diferentes, entonces estos valores pueden indicar que la sonda no se ha desplazado hacia y desde la superficie del objeto de una manera deseada, o que la superficie es curva o está texturizada, tal y como se describirá en mayor detalle en este documento. En ese caso, los datos pueden considerarse dudosos y rechazarse. Además, los picos P1 y P2 para cada una de las fibras ópticas perimétricas (véase, por ejemplo, la fig. 2) deben generarse a la misma altura crítica (suponiendo los atributos geométricos de las fibras ópticas perimétricas, tales como la apertura, el diámetro y la separación desde la fibra óptica emisora, etc.). Por lo tanto, las fibras ópticas perimétricas de una sonda que se desplaza de manera uniforme y perpendicular hacia y desde la superficie del objeto que está midiéndose deben presentar los picos P1 y P2 que se generan a la misma altura crítica. La supervisión de las fibras receptoras de las fibras ópticas receptoras perimétricas y la búsqueda de picos P1 y P2 simultáneos (o casi simultáneos, por ejemplo, dentro de un intervalo predeterminado), proporciona un mecanismo para determinar si la sonda está sostenida a un ángulo perpendicular deseado con respecto al objeto que se está midiendo.

Además, el nivel de intensidad relativo de la región 3 sirve para indicar el nivel de translucidez del objeto que está midiéndose. De nuevo, tales principios pueden aplicarse, por lo general, a la totalidad de fibras ópticas receptoras de la sonda (véase, por ejemplo, las fibras 7 de las fig. 1 y 3). En base a tales principios, a continuación se describirán técnicas de medición según la presente invención.

La fig. 6 es un diagrama de flujo que ilustra una técnica de medición según la presente invención. La etapa 49 indica el inicio o el comienzo de una medición cromática/óptica. Durante la etapa 49 puede llevarse a cabo cualquier procedimiento de inicialización, diagnóstico y configuración del equipo. Puede proporcionarse al operador información de audio o visual u otros indicios para informarle de que el sistema está disponible y listo para realizar una medición. El operador inicia la medición cromática/óptica desplazando la sonda hacia el diente que va a medirse, lo que puede ir acompañado, por ejemplo, de la activación del conmutador 17 (véase la fig. 1).

En la etapa 50, el sistema supervisa de manera constante los niveles de intensidad de las fibras ópticas receptoras (véase, por ejemplo, las fibras 7 de la fig. 1). Si la intensidad aumenta, la etapa 50 se repite hasta que se detecte un pico. Si se detecta un pico, el proceso avanza hasta la etapa 52. En la etapa 52, la intensidad de pico medida P1 y el tiempo en el que se generó dicho pico se almacenan en memoria (tal como en la memoria incluida como parte del microprocesador 10), y el proceso avanza hasta la etapa 54. En la etapa 54, el sistema sigue supervisando los niveles de intensidad de las fibras ópticas receptoras. Si la intensidad desciende, se repite la etapa 54. Si se detecta un "valle" o meseta (es decir, la intensidad deja de disminuir, lo que generalmente indica un contacto o casi un contacto con el diente), entonces el proceso avanza hasta la etapa 56. En la etapa 56, la intensidad de superficie medida (IS, surface intensity) se almacena en memoria y el proceso avanza hasta la etapa 58. En la etapa 58, el sistema sigue supervisando los niveles de intensidad de las fibras receptoras. Si la intensidad aumenta, la etapa 58 se repite hasta que se detecte un pico. Si se detecta un pico, el proceso avanza hasta la etapa 60. En la etapa 60, la intensidad de pico medida P2 y el tiempo en el que se generó dicho pico se almacenan en memoria y el proceso avanza hasta la etapa 62. En la etapa 62, el sistema sigue supervisando los niveles de intensidad de las fibras ópticas receptoras. Una vez que los niveles de intensidad recibidos empiecen a disminuir desde el pico P2, el sistema percibe que se ha entrado en la región 5 (véase, por ejemplo, la fig. 5A) y el proceso avanza hasta la etapa 64.

En la etapa 64, el sistema, bajo el control del microprocesador 10, puede analizar los datos recopilados tomados por el sistema de circuitos de detección para las diversas fibras ópticas receptoras. En la etapa 64 pueden compararse los picos P1 y P2 de una o más de las diversas fibras ópticas. Si cualquiera de los picos P1 y P2 para cualquiera de las diversas fibras ópticas receptoras presenta un valor de pico diferente, entonces los datos pueden rechazarse y se repetirá todo el proceso de medición cromática. Nuevamente, distintos valores de los picos P1 y P2 pueden indicar, por ejemplo, que la sonda se ha desplazado de manera no perpendicular o de otra manera no estable (es decir, un movimiento angular o lateral) y, por ejemplo, el pico P1 puede representar un primer punto del diente, mientras que el pico P2 puede representar un segundo punto del diente. Puesto que los datos son dudosos, en una realización preferida de la presente invención, los datos tomados en tales circunstancias se rechazan en la etapa 64.

Si los datos no se rechazan en la etapa 64, el proceso avanza hasta la etapa 66. En la etapa 66, el sistema analiza los datos tomados a partir de los receptores de filtro de densidad neutra de cada una de las fibras ópticas perimétricas (por ejemplo, R1 a R3 de la fig. 2). Si los picos de las fibras ópticas perimétricas no se han generado en o cerca del mismo punto de tiempo, esto puede indicar, por ejemplo, que la sonda no se sostuvo de manera perpendicular a la superficie del diente que está midiéndose. Puesto que una alineación no perpendicular de la sonda con la superficie del diente que está midiéndose puede provocar resultados dudosos, en una realización preferida de la presente invención, los datos tomados en tales circunstancias se rechazan en la etapa 66. En una realización preferida, la detección de picos simultáneos o casi simultáneos (picos dentro de un intervalo de tiempo predeterminado), sirve como un criterio de aceptación de los datos, ya que una alineación perpendicular se indica generalmente mediante picos simultáneos o casi simultáneos de las fibras ópticas perimétricas. En otras realizaciones, la etapa 66 incluye un análisis de los valores de pico P1 y P2 de las fibras ópticas perimétricas. En tales realizaciones, el sistema busca determinar si los valores de pico de las fibras ópticas perimétricas (quizá normalizados con algunos datos de calibración iniciales) son iguales dentro de un intervalo definido. Si los valores de pico de las fibras ópticas perimétricas están dentro del intervalo definido, los datos pueden aceptarse, y si no, los datos pueden rechazarse. En otras realizaciones adicionales se utiliza una combinación de una detección de picos simultáneos y de valores idénticos como criterios de aceptación/rechazo de los datos, y/o el operador puede tener la capacidad (como, por ejemplo, a través de los conmutadores de teclado numérico 12) de controlar uno o más de los intervalos de criterios de aceptación. Con esta capacidad, la sensibilidad del sistema puede alterarse de manera controlada por el operador dependiendo de la aplicación particular, del entorno operativo, etc.

Si los datos no se rechazan en la etapa 66, el proceso avanza hasta la etapa 68. En la etapa 68, los datos pueden procesarse de una manera deseada para generar datos de salida de mediciones cromáticas/ópticas. Por ejemplo, tales datos pueden normalizarse de alguna manera o ajustarse en base a la compensación de temperatura o a otros datos detectados por el sistema. Los datos también pueden convertirse a diferentes formatos de visualización o a otros formatos, dependiendo del uso previsto de los datos. Además, los datos que indican la translucidez del diente también pueden cuantificarse y/o visualizarse en la etapa 68. Después de la etapa 68, el proceso puede avanzar hasta la etapa inicial 49 o el proceso puede terminar, etc.

Según el proceso ilustrado en la fig. 6, tres valores de intensidad de luz (P1, P2 e IS) se almacenan por cada fibra óptica receptora para realizar mediciones cromáticas, de translucidez, etc. Si los valores de pico P1 y P2 almacenados no son iguales (para algunos o todos los receptores), esto indica que la sonda no se ha sostenido de manera estable sobre un área, y los datos pueden rechazarse (en otras realizaciones, los datos pueden no rechazarse, aunque los datos resultantes pueden utilizarse para generar una media de los datos medidos). Además, los valores de pico P1 y P2 para las tres fibras ópticas perimétricas de densidad neutra deben ser iguales o aproximadamente iguales; si esto no es el caso, entonces esto indica que la sonda no se ha sostenido de manera perpendicular o que se ha medido una superficie curva. En otras realizaciones, el sistema intenta compensar las superficies curvas y/o los ángulos no perpendiculares. En cualquier caso, si el sistema no puede realizar una medición cromática/óptica, o si los datos se rechazan debido a que los valores de pico P1 y P2 son diferentes hasta un grado inaceptable, entonces se informa al operador para que pueda realizar otra medición u otra acción (tal como ajustar la sensibilidad).

Con un sistema construido y que funciona de la manera descrita anteriormente pueden realizarse mediciones cromáticas/ópticas de un objeto con datos aceptados que no presentan dependencias de altura ni dependencias angulares. Los datos que no se haya tomado a la altura crítica o los datos que no se hayan tomado con la sonda dispuesta de manera perpendicular a la superficie del objeto que está midiéndose, etc., se rechazan en una realización preferida de la presente invención. En otras realizaciones, los datos recibidos desde las fibras ópticas perimétricas pueden utilizase para calcular el ángulo de la sonda con respecto a la superficie del objeto que está midiéndose, y en tales realizaciones los datos de superficies no perpendiculares o curvas pueden compensarse en lugar de rechazarse. También debe observarse que los valores de pico P1 y P2 para las fibras ópticas perimétricas de densidad neutra proporcionan una medición de la luminancia (valor de gris) de la superficie del objeto que está midiéndose, y también sirve para cuantificar el valor cromático.

La translucidez del objeto que está midiéndose puede cuantificarse como una relación o un porcentaje tal como, por ejemplo, (IS/P1) X 100%. En otras realizaciones se utilizan otros procedimientos para cuantificar los datos de translucidez proporcionados según la presente invención, tales como otras funciones aritméticas que utilizan IS y P1 o P2, etc.

En otro aspecto particular de la presente invención, los datos generados según la presente invención pueden utilizarse para implementar una máquina automática de mezcla/generación de materiales. Determinados objetos/materiales, tales como prótesis dentales, están hechos de porcelana o de otros polvos/materiales que pueden combinarse en las relaciones correctas para formar el color deseado de los objetos/prótesis. Determinados polvos contienen con frecuencia pigmentos que cumplen normalmente la ley de Beer y/o que actúan según las ecuaciones de Kubelka-Munk y/o las ecuaciones de Saunderson (si fuera necesario) cuando se mezclan en una fórmula. Los datos cromáticos y otros datos tomados a partir de una medición según la presente invención pueden utilizarse para determinar o predecir cantidades de pigmento deseadas o de otros materiales para la fórmula. Los polvos de porcelana y otros materiales están disponibles en diferentes colores, opacidades, etc. Determinados objetos, tales como las prótesis dentales, pueden disponerse en capas para simular el grado de translucidez del diente deseado. Los datos generados según la presente invención también pueden usarse para determinar el grosor y la posición de las capas de porcelana o de otro material para obtener de manera más aproximada el color deseado, la translucidez, las características de superficie, etc. Además, en base a los datos de fluorescencia para el diente deseado, la fórmula del material puede ajustarse para incluir una cantidad deseada de material de tipo fluorescente. En otras realizaciones adicionales, la información de características de superficie, como la textura (tal y como se describirá en mayor detalle en este documento), puede utilizarse para añadir un material de texturización a la fórmula, lo que puede llevarse a cabo según la presente invención.

Para más información relacionada con la tecnología referente a las fórmulas de pigmentos y materiales, se hace referencia a: "The Measurement of Appearance", segunda edición, editado por Hunter y Harold, copyright 1987; "Principles of Color Technology", de Billmeyer y Saltzman, copyright 1981; y "Pigment Handbook", editado por Lewis, copyright 1988. Se considera que todo lo anterior se ha publicado por John Wiley & Sons, Inc., Nueva York, NY, y todo ello se incorpora en este documento como referencia.

En determinadas realizaciones operativas, tales como aplicaciones dentales, la contaminación de la sonda es un motivo de preocupación. En determinadas realizaciones de la presente invención se proporcionan herramientas para reducir tal contaminación.

Las fig. 7A y 7B ilustran una cubierta protectora que puede utilizarse para fijarse al extremo de la punta de sonda 1. Una cubierta protectora de este tipo consiste en un cuerpo 80, cuyo extremo está cubierto por una ventana óptica 82, que en una realización preferida consiste en una estructura que presenta una delgada ventana de zafiro. En una realización preferida, el cuerpo 80 consiste en acero inoxidable. El cuerpo 80 se fija al extremo de la punta de sonda 1 y puede sujetarse, por ejemplo, mediante hendiduras formadas en el cuerpo 80 que encajan con nervaduras 84 (que pueden ser una pinza de apriete u otro elemento de retención) formadas en la punta de sonda 1. En otras realizaciones se utilizan otros procedimientos para fijar una cubierta protectora de este tipo a la punta de sonda 1. La cubierta protectora puede extraerse de la punta de sonda 1 y esterilizarse en un autoclave típico, en vapor caliente, en un quimiclave o en otro sistema de esterilización.

El grosor de la ventana de zafiro debe ser inferior a la altura crítica de la sonda con el fin de conservar la capacidad de detectar picos según la presente invención, y preferentemente presenta un grosor inferior a la altura mínima a la que los conos emisor/receptor se solapan (véanse las fig. 4B y 4C). También se considera que las ventanas de zafiro pueden fabricarse de una manera reproducible y, por lo tanto, cualquier atenuación de luz desde una cubierta a otra puede reproducirse. Además, cualquier distorsión de las mediciones cromáticas/ópticas generada por la ventana de zafiro puede calibrarse por el microprocesador 10.

De manera similar, en otras realizaciones el cuerpo 80 presenta una cubierta con un orificio en el centro (en lugar de una ventana de zafiro), estando situado el orificio sobre las fibras ópticas emisoras/receptoras. La cubierta con el orificio sirve para impedir que la sonda haga contacto con la superficie, reduciendo de ese modo el riesgo de contaminación. Debe observarse que, con tales realizaciones, el orificio está situado de manera que la luz desde/hacia los elementos emisores/receptores de luz de la punta de sonda no quede afectada negativamente por la cubierta.

Las fig. 8A y 8B ilustran otra realización de una punta de sonda extraíble que puede utilizarse para reducir la contaminación según la presente invención. Tal y como se ilustra en la fig. 8A, la punta de sonda 88 es extraíble e incluye cuatro (o un número diferente, dependiendo de la aplicación) conectores de fibra óptica 90 que están situados dentro de un protector óptico 92 acoplado al conector 94. El protector óptico 92 sirve para evitar "interferencias" entre fibras ópticas adyacentes. Tal y como se ilustra en la fig. 8B, en esta realización la punta extraíble 88 está fijada al alojamiento de punta de sonda 93 mediante una pinza de apriete 96 (otras herramientas de retención extraíbles se utilizan en otra realizaciones). El alojamiento de punta de sonda 93 puede fijarse a un conector de base 95 mediante un tornillo u otro elemento de fijación convencional. Debe observarse que, con esta realización, pueden proporcionarse puntas de diferente tamaño para diferentes aplicaciones y que una etapa inicial del proceso puede ser instalar la punta dimensionada de manera adecuada (o adaptada) para la aplicación particular. La punta extraíble 88 también puede esterilizarse en un autoclave típico, en vapor caliente, en un quimiclave o en otro sistema de esterilización, o desecharse. Además, todo el conjunto de punta de sonda está construido de manera que pueda desmontarse fácilmente para su limpieza o reparación. En determinadas realizaciones, los elementos emisores/receptores de luz de la punta extraíble están hechos de vidrio, sílice o materiales similares, haciéndolos por tanto particularmente adecuados para los autoclaves o procedimientos de limpieza a presión/de alta temperatura similares, y en otras realizaciones determinadas los elementos emisores/receptores de luz de la punta extraíble están hechos de plástico u otros materiales similares que
pueden tener un coste inferior, haciéndolos particularmente adecuados para puntas extraíbles de tipo desechable, etc.

En otras realizaciones adicionales puede utilizarse un blindaje de plástico, papel o de otro tipo (que puede desecharse, limpiarse, reutilizarse, etc.) para hace frente a los problemas de contaminación que puedan existir en la aplicación particular. En tales realizaciones, la metodología puede incluir la colocación de un blindaje de este tipo sobre la punta de sonda antes de realizar las mediciones cromáticas/ópticas y puede incluir la extracción y desechado/limpieza del blindaje después de realizar las mediciones cromáticas/ópticas, etc.

A continuación se describirá con referencia a la fig. 9 una realización triestímulo de la presente invención. En general, el sistema global ilustrado en la fig. 1 y tratado en detalle en este documento puede utilizarse en esta realización. La fig. 9 ilustra una sección transversal de las fibras ópticas de la punta de sonda utilizadas en esta realización.

La punta de sonda 100 incluye una fibra óptica emisora central 106, rodeada por (y separada de) tres fibras ópticas receptoras perimétricas 104 y tres fibras ópticas receptoras cromáticas 102. Las tres fibras ópticas receptoras perimétricas 104 están acopladas de manera óptica a filtros de densidad neutra y sirven como sensores de altura/ángulo de manera análoga a la realización descrita anteriormente. Las tres fibras ópticas receptoras cromáticas están acopladas de manera óptica a filtros triestímulo adecuados, tales como filtros de rojo, de verde y de azul. Con esta realización puede realizarse una medición de valores cromáticos triestímulo del diente, y el proceso descrito con referencia a la fig. 6 puede aplicarse, por lo general, a esta realización. En particular, las fibras ópticas perimétricas 104 pueden utilizarse para detectar picos simultáneos o para detectar si la sonda es perpendicular al diente que se está midiendo. Además, en esta realización también pueden utilizarse los datos de mediciones cromáticas tomados a la altura crítica.

La fig. 10A ilustra una realización de la presente invención similar a la realización descrita con referencia a la fig. 9. La punta de sonda 100 incluye una fibra óptica emisora central 106 rodeada por (y separada de) tres fibras ópticas receptoras perimétricas 104 y una pluralidad de fibras ópticas receptoras cromáticas 102. El número de fibras ópticas receptoras cromáticas 102 y de filtros asociados con tales fibras ópticas receptoras 102 puede elegirse en base a la aplicación particular. Al igual que en la realización de la fig. 9, el proceso descrito con referencia a la fig. 6 puede aplicarse, por lo general, a esta realización.

La fig. 10B ilustra una realización de la presente invención en la que una pluralidad de fibras ópticas receptoras rodea a una fibra óptica emisora central 240. Las fibras ópticas receptoras están dispuestas en anillos que rodean a la fibra óptica emisora central. La fig. 10B ilustra tres anillos de fibras ópticas receptoras (que consisten en las fibras ópticas 242, 244 y 246, respectivamente), en los que hay seis fibras ópticas receptoras por anillo. Los anillos pueden disponerse en círculos sucesivos más grandes, tal y como se ilustra, para cubrir todo el área del extremo de la sonda, siendo idéntica (o casi idéntica) la distancia desde cada fibra óptica receptora de un anillo dado a la fibra óptica central. La fibra óptica central 240 se utiliza como la fibra óptica emisora de luz y está conectada a la fuente de luz de manera similar a la fibra óptica emisora de luz 5 ilustrada en la fig. 1.

Las diversas fibras ópticas receptoras están acopladas cada una a dos o más fibras ópticas de manera similar a la disposición ilustrada en la fig. 1 para el conector de empalme 4. Una fibra óptica de un conector de empalme de este tipo para cada fibra óptica receptora atraviesa un filtro de densidad neutra y después se dirige hacia un sistema de circuitos de sensor de luz similar al sistema de circuitos de sensor de luz ilustrado en la fig. 3. Una segunda fibra óptica del conector de empalme por fibra óptica receptora atraviesa un filtro de gelatina Wratten de corte agudo y después se dirige hacia el sistema de circuitos de sensor de luz tal y como se describe en este documento. Por lo tanto, cada una de las fibras ópticas receptoras de la punta de sonda incluye tanto elementos de medición cromática como elementos "perimétricos" o de medición de luz neutra.

La fig. 10D ilustra la geometría de una sonda 260 (tal y como se ha descrito anteriormente) que ilumina un área de una superficie difusa plana 272. La sonda 260 crea un patrón de luz 262 que se refleja de manera difusa desde la superficie 272 en un patrón hemisférico uniforme 270. Con un patrón de reflexión de este tipo, la luz reflejada que incide sobre los elementos receptores de la sonda será igual (o casi igual) para todos los elementos si la sonda es perpendicular a la superficie, tal y como se ha descrito anteriormente en este documento.

La fig. 10C ilustra una sonda que ilumina una superficie rugosa 268 o una superficie que refleja luz de manera espectral. La luz reflejada espectral presentará puntos o regiones calientes 266 en los que la intensidad de luz reflejada es considerablemente mayor que en otras áreas 264. El patrón de luz reflejado será desigual en comparación con una superficie lisa como la ilustrada en la fig. 10D.

Puesto que una sonda como la ilustrada en la fig. 10B presenta una pluralidad de fibras ópticas receptoras dispuestas sobre una gran área de superficie, la sonda puede utilizarse para determinar la textura de superficie de la superficie, así como para medir el color, la translucidez, etc., de la superficie, tal y como se ha descrito anteriormente en este documento. Si la intensidad de luz recibida por las fibras ópticas receptoras es igual para todas las fibras ópticas dentro de un anillo dado de fibras ópticas receptoras, entonces, por lo general, la superficie es difusa y lisa. Sin embargo, si la intensidad de luz de las fibras receptoras de un anillo varía entre las mismas, entonces, por lo general, la superficie es rugosa o espectral. Comparando las intensidades de luz medidas de las fibras ópticas receptoras de un anillo dado y entre cada anillo, puede cuantificarse la textura y otras características de la superficie.

La fig. 11 ilustra una realización de la presente invención en la que se utilizan sensores ópticos lineales y un filtro de gradiente de color en lugar de los sensores de luz 8 (y los filtros 22, etc.). Las fibras ópticas receptoras 7, que pueden estar acopladas de manera óptica a la punta de sonda 1 como en la realización de la fig. 1, están acopladas de manera óptica a un sensor óptico lineal 112 a través de un filtro de gradiente cromático 110. En esta realización, el filtro de gradiente cromático 110 puede consistir en series de filas estrechas de filtros de corte sobre un sustrato transparente o abierto que están construidas para corresponderse con la posición de las áreas de detección del sensor óptico lineal 112. Un ejemplo de un sensor óptico lineal 112 disponible comercialmente es el sensor con número de pieza TSL213 de Texas Instruments, que presenta 61 fotodiodos en una disposición lineal. Las fibras ópticas receptoras de luz 7 están dispuestas de manera correspondiente en una línea sobre el sensor óptico lineal 112. Puede elegirse el número de fibras ópticas receptoras para la aplicación particular siempre que se incluya el número suficiente para cubrir de manera más o menos uniforme la longitud total del filtro de gradiente cromático 110. Con esta realización, la luz se recibe y se transmite desde las fibras ópticas receptoras 7, y la luz recibida por el sensor óptico lineal 112 se integra durante un corto periodo de tiempo (determinado por la intensidad de la luz, las características de los filtros y la precisión deseada). La salida del sensor óptico lineal 112 se digitaliza mediante un ADC 114 y se transmite a un microprocesador 116 (que puede ser el mismo procesador que el microprocesador 10 u otro procesador).

En general, con la realización de la fig. 11, las fibras ópticas receptoras perimétricas pueden utilizarse como en la realización de la fig. 1 y, en general, el proceso descrito con referencia a la fig. 6 también puede aplicarse a esta realización.

La fig. 12 ilustra una realización de la presente invención en la que se utiliza un sensor óptico matricial y una rejilla de filtros cromáticos en lugar de los sensores de luz 8 (y los filtros 22, etc.). Las fibras ópticas receptoras 7, que pueden estar acopladas de manera óptica a la punta de sonda 1 como en la realización de la fig. 1, están acopladas de manera óptica a un sensor óptico matricial 122 a través de una rejilla de filtros 120. La rejilla de filtros 120 es un conjunto de filtros que consiste en una pluralidad de pequeños filtros de punto coloreado que dejan pasar bandas estrechas de luz visible. La luz de las fibra ópticas receptoras 7 atraviesa puntos de filtro correspondientes y se dirige hacia puntos correspondientes del sensor óptico matricial 122. En esta realización, el sensor óptico matricial 122 puede ser un conjunto de sensores ópticos monocromo, tales como de tipo CCD o de otro tipo de elemento de detección de luz como el que puede utilizarse en una cámara de vídeo. La salida del sensor óptico matricial 122 se digitaliza mediante un ADC 124 y se transmite a un procesador 126 (que puede ser el mismo procesador que el microprocesador 10 u otro procesador). Bajo el control del microprocesador 126, el sensor óptico matricial 126 recopila datos de las fibras ópticas receptoras 7 a través de la rejilla de filtros cromáticos 120.

En general, con la realización de la fig. 12, las fibras ópticas receptoras perimétricas pueden utilizarse como en la realización de la fig. 1 y, en general, el proceso descrito con referencia a la fig. 6 también puede aplicarse a esta realización.

Como resultará evidente a partir de la descripción anterior, con la presente invención pueden fabricarse varios tipos de fotómetros cromáticos/ópticos espectrales (o colorímetros de tipo triestímulo), con las fibras ópticas receptoras perimétricas utilizadas para recopilar datos cromáticos/ópticos esencialmente libres de desviaciones de altura y de desviaciones angulares. Además, en determinadas realizaciones, la presente invención permite realizar mediciones cromáticas/óptica a una altura crítica desde la superficie del diente que está midiéndose y, por lo tanto, pueden tomarse datos cromáticos/ópticos sin hacer contacto físico con el diente que está midiéndose (en tales realizaciones, los datos cromáticos/ópticos se toman solamente haciendo pasar la sonda a través de la región 1 y hacia la región 2, pero sin llegar necesariamente a la región 3 de las fig. 5A y 5B). Tales realizaciones pueden utilizarse si el contacto con la superficie no es deseable en una aplicación particular. Sin embargo, en las realizaciones descritas anteriormente, el contacto físico (o casi el contacto físico) de la sonda con el diente puede permitir la utilización de las cinco regiones de las fig. 5A y 5B, permitiendo de ese modo realizar mediciones para que también pueda obtenerse información de translucidez. Generalmente, ambos tipos de realizaciones están dentro del alcance de la invención descrita en este documento.

A continuación se proporcionará una descripción adicional con respecto a los filtro de corte del tipo descrito con relación a la(s) realización(es) preferida(s) de las fig. 1 y 3 (tales como los filtros 22 de la fig. 3). La fig. 13A ilustra las propiedades de un único filtro de gelatina Wratten de corte agudo de Kodak descrito con relación a la fig. 3. Un filtro de corte de este tipo deja pasar luz por debajo de una frecuencia de corte (es decir, por encima de una longitud de onda de corte). Tales filtros pueden fabricarse para presentar una amplia gama de frecuencias/longitudes de onda de corte. La fig. 13B ilustra una pluralidad de tales filtros, doce en una realización preferida, con frecuencias/longitudes de onda de corte elegidas de manera que esencialmente toda la banda visible quede cubierta por el conjunto de filtros de corte.

Las fig. 14A y 14B ilustran mediciones de intensidad a modo de ejemplo utilizando una disposición de filtro de corte como la ilustrada en la fig. 13B, primero en el caso de una superficie blanca que está midiéndose (fig. 14A), y también en el caso de una superficie azul que está midiéndose (fig. 14B). Tal y como se ilustra en la fig. 14A, en el caso de una superficie blanca, las fibras ópticas perimétricas filtradas de manera neutra, que se utilizan para detectar la altura, el ángulo, etc., producirán generalmente la intensidad más alta (aunque esto depende por lo menos en parte de las características de los filtros de densidad neutra). Como resultado del filtrado de corte escalonado proporcionado por los filtros que presentan las características ilustradas en la fig. 13B, las intensidades restantes disminuirán su valor gradualmente tal y como se ilustra en la fig. 14A. En el caso de una superficie azul, las intensidades disminuirán su valor generalmente tal y como se ilustra en la fig. 14B. Sin embargo, independientemente de la superficie, las intensidades de los filtros siempre disminuirán su valor tal y como se ilustra, siendo el valor de intensidad más alto la salida del filtro que presenta el valor de corte de longitud de onda más bajo (es decir, que deja pasar toda la luz visible hasta la azul), y siendo el valor de intensidad más bajo la salida del filtro que presenta el valor de corte de longitud de onda más alto (es decir, que deja pasar solamente la luz visible roja). Tal y como se entenderá a partir de la descripción anterior, cualquier dato cromático detectado que no encaje con los perfiles de intensidad decrecientes de las fig. 14A y 14B puede detectarse como anormal y, en determinadas realizaciones, la detección de una condición de este tipo da como resultado el rechazo de los datos, la generación de un mensaje de error, el inicio de una rutina de diagnóstico, etc.

Se hace referencia a las fig. 1 y 3 y a la descripción relacionada para un análisis detallado acerca de cómo puede utilizarse una disposición de filtro de corte según la presente invención.

La figura 15 es un diagrama de flujo que ilustra tonos de audio que pueden utilizarse en determinadas realizaciones preferidas de la presente invención. Se ha descubierto que los tonos de audio (como tonos, pitidos, voz, etc., tal y como se describirá) presentan un medio particularmente útil e instructivo para guiar a un operador en el uso adecuado de un sistema de medición cromática del tipo descrito en este documento.

El operador puede iniciar una medición cromática/óptica mediante la activación de un conmutador (tal como el conmutador 17 de la fig. 1) en la etapa 150. Después, si el sistema está listo (configurado, inicializado, calibrado, etc.), se emite un tono de descenso de la sonda (por ejemplo, a través del altavoz 16 de la fig. 1) en la etapa 152. El sistema intenta detectar una intensidad de pico P1 en la etapa 154. Si se detecta un pico, en la etapa 156 se determina si el pico medido P1 cumple con los criterios aplicables (tal y como se ha descrito anteriormente con relación a las fig. 5A, 5B y 6). Si el pico medido P1 se acepta, se genera un primer tono de aceptación de pico en la etapa 160. Si el pico medido P1 no se acepta, se genera un tono de no aceptación en la etapa 158 y el sistema puede esperar a que el operador inicie una medición cromática/óptica adicional. Suponiendo que se haya aceptado el primer pico, el sistema intenta detectar una intensidad de pico P2 en la etapa 162. Si se detecta un segundo pico, en la etapa 164 se determina si el pico medido P2 cumple con los criterios aplicables. Si se acepta el pico medido P2, el proceso avanza hasta la etapa 166 de cálculo cromático (en otras realizaciones, un segundo tono de aceptación de pico también se genera en la etapa 166). Si el pico medido P2 no se acepta, se genera un tono de no aceptación en la etapa 158 y el sistema puede esperar a que el operador inicie una medición cromática/óptica adicional. Suponiendo que se haya aceptado el segundo pico, se realiza un cálculo cromático/óptico en la etapa 166 (tal como, por ejemplo, que el microprocesador 10 de la fig. 1 procese la salida de datos de los sensores de luz 8, etc.). En la etapa 168, se determina si el cálculo cromático cumple los criterios aplicables. Si se acepta el cálculo cromático, se genera un tono de aceptación en la etapa 170. Si el cálculo cromático no se acepta, se genera un tono de no aceptación en la etapa 158 y el sistema puede esperar a que el operador inicie una medición cromática/óptica adicional.

Con tonos de audio únicos presentados a un operador según el estado de funcionamiento particular del sistema, el uso del sistema por parte del operador puede facilitarse en gran medida. Tal información de audio también tiende a aumentar el nivel de destreza y de satisfacción del operador ya que, por ejemplo, los tonos de aceptación proporcionan una retroalimentación positiva y alentadora cuando el sistema se maneja de manera deseada.

A continuación se describirán ejemplos adicionales de la presente invención con referencia a las fig. 16 a 18. Las realizaciones descritas anteriormente se basan en general en el movimiento de la sonda con respecto al diente que está midiéndose. Aunque tales realizaciones son de gran utilidad en muchas aplicaciones, en determinadas aplicaciones tales como la robótica, el control industrial, la fabricación automatizada, etc. (tal como colocar el objeto y/o la sonda para que estén próximos entre sí, detectar las propiedades cromáticas/ópticas del objeto y después tratar el objeto, por ejemplo, clasificarlo, en base a las propiedades cromáticas/ópticas detectadas, para un procesamiento industrial adicional, empaquetado, etc.) puede ser deseable realizar las mediciones con la sonda sostenida o situada de manera sustancialmente estacionaria por encima de la superficie del objeto que va a medirse (en tales ejemplos, la sonda colocada no puede ser manual como en otros ejemplos determinados).

La fig. 16 ilustra un ejemplo adicional de este tipo. La sonda de este ejemplo incluye una pluralidad de sensores perimétricos y una pluralidad de sensores cromáticos acoplados a receptores 312 a 320. Los sensores cromáticos y los componentes relacionados, etc., pueden construirse para funcionar de manera análoga a las realizaciones descritas anteriormente. Por ejemplo, los cables de fibra óptica o similares pueden transportar la luz de una fuente 310 que se recibe mediante los receptores 312 a 320 a filtros de corte agudo, midiéndose la luz recibida en longitudes de onda definidas de manera precisa (véase, por ejemplo, las figs. 1, 3 y 11 a 14 y la descripción relacionada). Las características cromáticas/ópticas del objeto pueden determinarse a partir de la pluralidad de mediciones de sensor cromático, lo que puede incluir tres sensores de este tipo en el caso de un instrumento triestímulo, u 8, 12, 15 o más sensores cromáticos para un sistema de banda ancha más completo (el número preciso puede determinarse mediante la resolución cromática deseada, etc.).

En este ejemplo se utiliza un número relativamente mayor de sensores perimétricos (en lugar de, por ejemplo, los tres sensores perimétricos utilizados en determinadas realizaciones preferidas de la presente invención). Tal y como se ilustra en la fig. 16, se utiliza una pluralidad de tríadas de receptores 312 a 320 acoplados a sensores perimétricos, donde cada tríada de la implementación preferida consiste en tres fibras ópticas situadas a la misma distancia desde la fuente de luz 310, que en el ejemplo preferido es una fibra óptica emisora de luz. Las tríadas de sensores/receptores perimétricos pueden configurarse como anillos de sensores concéntricos alrededor de la fibra óptica central emisora de luz. En la fig. 16 se ilustran diez de tales anillos de tríadas, aunque en otros ejemplos puede utilizarse un número mayor o menor de anillos de tríadas, dependiendo de la precisión deseada y del ámbito de funcionamiento, así como de consideraciones de costes, etc.

La sonda ilustrada en la fig. 16 puede funcionar en un intervalo de alturas (es decir, distancias desde el objeto que está midiéndose). Al igual que en los ejemplos anteriores, tales características de altura se determinan básicamente por la geometría y los materiales constituyentes de la sonda, determinando la separación del anillo mínimo de sensores perimétricos la altura mínima, determinando la separación del anillo máximo de sensores perimétricos la altura máxima, etc. Por lo tanto, es posible fabricar sondas de diversos intervalos de altura, precisión, etc., modificando el número de anillos de sensores perimétricos y el intervalo de las distancias de los anillos con respecto a la fibra óptica emisora central. Debe observarse que tales ejemplos pueden ser particularmente adecuados cuando se miden tipos de materiales similares, etc.

Tal y como se ha descrito anteriormente, los elementos receptores de luz para la pluralidad de sensores perimétricos/receptores pueden ser elementos individuales tales como convertidores de luz a frecuencia TSL230 de Texas Instruments, o pueden construirse con elementos dispuestos de manera rectangular o similares, como los que pueden encontrarse en una cámara CCD. En otros ejemplos se utiliza otro tipo de banda ancha de elementos de medición de luz. Dado el gran número de sensores perimétricos utilizados en tales ejemplos (como 30 en el ejemplo de la fig. 16), puede ser deseable un conjunto de elementos de detección de tipo cámara CCD. Debe observarse que los niveles de intensidad absolutos de la luz medida por los sensores perimétricos no son tan críticos para tales ejemplos de la presente invención; en tales ejemplos, las diferencias entre las tríadas de sensores de luz perimétricos se utilizan de manera ventajosa con el fin de obtener mediciones ópticas.

Las mediciones ópticas pueden realizarse con una sonda de este tipo sosteniéndola/colocándola cerca de la superficie del objeto que se está midiendo (es decir, dentro del intervalo de alturas aceptables de la sonda particular). La fuente de luz que proporciona luz a la fuente de luz 310 se activa y se mide la luz reflejada recibida por los receptores 312 a 320 (acoplados a los sensores perimétricos). Se compara la intensidad de luz de los anillos de tríadas de sensores. Generalmente, si la sonda es perpendicular a la superficie y la superficie es plana, la intensidad de luz de los tres sensores de cada tríada debería ser aproximadamente igual. Si la sonda no es perpendicular a la superficie o si la superficie no es plana, la intensidad de luz de los tres sensores de una tríada no será igual. Por lo tanto, es posible determinar si la sonda es perpendicular a la superficie que está midiéndose, etc. También es posible compensar las superficies no perpendiculares ajustando matemáticamente las mediciones de intensidad de luz de los sensores cromáticos con la discrepancia en las mediciones de las tríadas de sensores perimétricos.

Puesto que los tres sensores que forman tríadas de sensores están a diferentes distancias (radios) desde la fuente de luz central 310, se espera que varíen las intensidades de luz medidas por los receptores de luz 312 a 320 y por los sensores perimétricos. Para cualquier tríada de sensores dada, a medida que la sonda se acerca a la superficie, la intensidad de luz recibida aumentará hasta un máximo y después disminuirá bruscamente a medida que la sonda se acerque a la superficie. Al igual que en los ejemplos descritos anteriormente, la intensidad disminuye rápidamente a medida que la sonda se desplaza a una distancia inferior a la altura crítica y disminuye rápidamente a cero o a casi cero para objetos opacos. El valor de la altura crítica depende principalmente de la distancia del receptor particular con respecto a la fuente de luz 310. Por lo tanto, las tríadas de sensores alcanzarán picos a diferentes alturas críticas. Analizando la variación de los valores de luz recibidos por las tríadas de sensores, puede determinarse la altura de la sonda. De nuevo, esto es particularmente cierto cuando se miden tipos de materiales similares.

Inicialmente, el sistema se calibra contra un fondo neutro (por ejemplo, un fondo gris), y los valores de calibración se almacenan en una memoria no volátil (véase, por ejemplo, el procesador 10 de la fig. 1). En general, para cualquier color o intensidad dados, la intensidad de los sensores perimétricos/receptores (independientemente de la distancia con respecto a la fibra óptica emisora central) variará de manera equitativa. Por lo tanto, una superficie blanca generará las intensidades más altas para los sensores perimétricos, y una superficie negra generará las intensidades más bajas. Aunque el color de la superficie afectará a las intensidades de luz medidas de los sensores perimétricos, les afectará sustancialmente por igual. Sin embargo, la altura de la sonda desde la superficie del objeto afectará a las tríadas de sensores de diferente manera. En el intervalo de altura mínima de la sonda, la tríada de sensores del anillo más pequeño (el más próximo a la fibra óptica emisora) estará a, o cerca de, su valor máximo. El resto de anillos de tríadas medirá la luz a intensidades más bajas que sus valores máximos. A medida que la sonda se eleve/posicione desde la altura mínima, la intensidad del anillo de sensores más pequeño disminuirá y la intensidad del siguiente anillo de sensores aumentará hasta un valor máximo y después disminuirá en intensidad a medida que la sonda siga elevándose/posicionándose. Esto sucede de manera similar en el tercer anillo, el cuarto anillo, etc. Por lo tanto, el patrón de intensidades medidas por los anillos de triadas dependerá de la altura. En tales ejemplos, las características de este patrón pueden medirse y almacenarse en tablas de consulta RAM no volátiles (o similares) para la sonda, calibrándose en un accesorio utilizando una superficie de color neutro. De nuevo, la intensidad real de la luz no es tan importante en tales ejemplos, pero sí que lo es el grado de discrepancia entre los anillos de sensores
perimétricos.

Para determinar una medición de la altura de la sonda desde la superficie que está midiéndose, se miden las intensidades de los sensores perimétricos (acoplados a los receptores 312 a 320). La diferencia de intensidad de luz del anillo interno de sensores perimétricos con respecto al siguiente anillo, etc., se analiza y se compara con los valores de la tabla de consulta para determinar la altura de la sonda. Por tanto, la altura determinada de la sonda con respecto a la superficie puede utilizarse por el procesador del sistema para compensar las intensidades de luz medidas por los sensores cromáticos con el fin de obtener lecturas de reflectancia que, por lo general, son independientes de la altura. Al igual que en los ejemplos descritos anteriormente, las mediciones de reflectancia pueden usarse para determinar las características ópticas del objeto que está midiéndose, etc.

Debe observarse que los tonos de audio, tal y como se ha descrito anteriormente, pueden utilizarse de manera ventajosa cuando un ejemplo de este tipo se utiliza en una configuración manual. Por ejemplo, los tonos de audio de impulsos, frecuencias y/o intensidades variables pueden emplearse para indicar el estado de funcionamiento del instrumento, cuándo el instrumento está situado dentro de un intervalo aceptable de mediciones cromáticas, cuándo se han realizado mediciones cromáticas válidas o inválidas, etc. En general, los tonos de audio descritos anteriormente pueden adaptarse para utilizarse de manera ventajosa en tales ejemplos adicionales.

La fig. 17 ilustra un ejemplo adicional de la presente invención. La implementación preferida de este ejemplo consiste en una fuente de luz central 310 (que en la implementación preferida en una fibra óptica central emisora de luz), rodeada por una pluralidad de receptores de luz 322 (que en la implementación preferida consiste en tres fibras ópticas receptoras de luz perimétricas). Las tres fibras ópticas receptoras de luz perimétricas, al igual que en los ejemplos descritos anteriormente, pueden empalmarse a fibras ópticas adicionales que se dirigen hacia sensores/receptores de intensidad de luz, los cuales pueden implementarse con convertidores de luz a frecuencia TSL230 de Texas Instruments, tal y como se ha descrito anteriormente. Una fibra de cada receptor perimétrico está acoplada a un sensor y se mide en el ancho de banda total (o sustancialmente en el mismo ancho de banda), mediante, por ejemplo, un filtro de densidad neutra, y otras de las fibras de los receptores perimétricos están acopladas a sensores de manera que la luz pasa a través de filtros de corte agudo o de muesca para medir la intensidad de luz en distintos intervalos de frecuencia de luz (de nuevo como en los ejemplos descritos anteriormente). Por lo tanto, hay sensores de luz cromáticos y sensores "perimétricos" neutros, como en los ejemplos descritos anteriormente. Los sensores cromáticos se utilizan para determinar el color u otras características ópticas del objeto, y los sensores perimétricos se utilizan para determinar si la sonda es perpendicular a la superficie y/o se utilizan para compensar los ángulos no perpendiculares en determinados intervalos angulares.

En el ejemplo de la fig. 17, el ángulo de las fibras ópticas de detección perimétricas se modifica mecánicamente con respecto a la fibra óptica emisora central. El ángulo de los sensores/receptores perimétricos con respecto a la fibra óptica emisora central se mide y se utiliza tal y como se describirá a continuación. Un mecanismo mecánico a modo de ejemplo, cuyos detalles no son críticos siempre que se obtenga un movimiento deseado y controlado de los receptores perimétricos con respecto a la fuente de luz, se describe con referencia a la fig. 18.

La sonda se sostiene dentro del intervalo útil del instrumento (determinado por la configuración y construcción particulares, etc.) y se inicia una medición cromática. El ángulo de los sensores/receptores perimétricos con respecto a la fuente de luz central varía desde el paralelo hasta apuntar hacia la fibra óptica emisora central. Aunque el ángulo se modifique, las intensidades de los sensores de luz para los sensores perimétricos (por ejemplo, sensores neutros) y para los sensores cromáticos se miden y se guardan junto con el ángulo de los sensores en el momento de la medición de luz. Las intensidades de luz se miden en un intervalo de ángulos. A media que el ángulo aumenta, la intensidad de luz aumentará hasta un valor máximo y después disminuirá a medida que el ángulo siga aumentando. El ángulo en el que los valores de luz alcanzan un máximo se utiliza para determinar la altura de la sonda desde la superficie. Tal y como resultará evidente para los expertos en la materia en base a las enseñanzas proporcionadas en este documento, con datos de calibración adecuados puede utilizarse una geometría sencilla para calcular la altura en base a los datos medidos durante la variación del ángulo. La medición de la altura puede utilizarse entonces para compensar la intensidad de las mediciones cromáticas/ópticas y/o utilizarse para normalizar valores cromáticos, etc.

La fig. 18 ilustra un ejemplo de una disposición mecánica para ajustar y medir el ángulo de los sensores perimétricos. Cada sensor/receptor perimétrico 322 está montado con un brazo pivotante 326 en la estructura de sonda 328. El brazo pivotante 326 se engancha a un anillo central 332 de manera que formen un mecanismo de leva. El anillo central 332 incluye una muesca que sujeta una parte del brazo pivotante 326 para formar el mecanismo de leva. El anillo central 332 puede moverse de manera perpendicular con respecto a la estructura de sonda 328 mediante un accionador lineal 324 y un husillo roscado 330. La posición del anillo central 332 con respecto al accionador lineal 324 determina el ángulo de los sensores/receptores perimétricos 322 con respecto a la fuente de luz 310. Tales datos de posiciones angulares relacionados con la posición del accionador lineal 324 pueden calibrarse de antemano y almacenarse en una memoria no volátil y utilizarse posteriormente para generar datos de mediciones de características cromáticas/ópticas tal y como se ha descrito anteriormente.

A continuación se describirá con referencia a las fig. 19A a 19C un ejemplo adicional de la presente invención utilizando una punta de sonda extraíble alternativa. Tal y como se ilustra en la fig. 19A, este ejemplo utiliza un conducto de luz coherente extraíble 340 tal como una punta extraíble. El conducto de luz 340 es un segmento corto de un conducto de luz que preferentemente puede ser un haz fundido de pequeñas fibras ópticas, en el que las fibras se mantienen sustancialmente paralelas entre sí y cuyos extremos están muy pulidos. La sección transversal 350 del conducto de luz 340 se ilustra en la fig. 19B. Conductos de luz similares al conducto de luz 340 se han utilizado en lo que se conoce como boroscopios y también se han utilizado en aplicaciones médicas, como en endoscopios.

El conducto de luz 340 de este ejemplo sirve para conducir la luz desde la fuente de luz hasta la superficie del objeto que está midiéndose, y también para recibir la luz reflejada desde la superficie y conducirla hasta las fibras ópticas receptoras de luz 346 de un asidero de sonda 344. El conducto de luz 340 se sujeta con respecto a las fibras ópticas 346 mediante mandíbulas de apriete 342 u otros elementos de fijación adecuados o acoplados que coloquen de manera fiable el conducto de luz 340 para conducir la luz de manera eficaz hacia/desde las fibras ópticas 346. Las fibras ópticas 346 pueden separarse en distintos conductos de luz/fibras 348 que pueden acoplarse a sensores de luz apropiados, etc., como en los ejemplos descritos anteriormente.

En general, la apertura de las fibras ópticas utilizadas en el conducto de luz 340 puede elegirse para que coincida con la apertura de las fibras ópticas de la fuente de luz y de los receptores de luz. Por lo tanto, la parte central del conducto de luz puede conducir luz desde la fuente de luz e iluminar la superficie como si estuviera constituida por una única fibra dentro de un haz de fibras. De manera similar, la parte exterior del conducto de luz puede recibir luz reflejada y conducirla hasta las fibras ópticas receptoras de luz como si estuviera constituida por fibras únicas. El conducto de luz 340 presenta extremos que preferentemente están muy pulidos y cortados en perpendicular, particularmente el extremo que conduce luz hasta las fibras ópticas 346. De manera similar, el extremo de las fibras ópticas 346 que hace contacto con el conducto de luz 340 también está muy pulido y cortado en perpendicular con un alto grado de precisión para minimizar la reflexión de la luz y las interferencias entre la fibra óptica emisora de luz y las fibras ópticas receptoras de luz y entre fibras ópticas receptoras adyacentes. El conducto de luz 340 ofrece ventajas significativas incluidas en la fabricación e instalación de una punta extraíble de este tipo. Por ejemplo, la punta de sonda no necesita estar particularmente alineada con el soporte de punta de sonda; en cambio, sólo necesita sostenerse contra el soporte de punta de sonda al igual que con un mecanismo de compresión (tal como las mandíbulas de apriete 342) para conducir luz de manera eficaz hacia/desde las fibras ópticas 346. Por lo tanto, un mecanismo de punta extraíble puede implementarse sin lengüetas de alineación o similares, facilitando de ese modo una instalación sencilla de la punta de sonda extraíble. Por lo tanto, esta punta de sonda fácilmente instalable puede extraerse y limpiarse antes de su instalación, facilitando de ese modo la utilización del aparato de mediciones cromáticas/ópticas para los dentistas, profesionales médicos u otras personas que trabajen en un entorno en los que la contaminación sea un problema. El conducto de luz 340 también puede implementarse, por ejemplo, como una pequeña sección del conducto de luz, lo que puede facilitar una producción masiva sencilla y de bajo coste, etc.

Un ejemplo adicional de una punta de sonda de conducto de luz de este tipo se ilustra como el conducto de luz 352 de la fig. 19C. El conducto de luz 352 es un conducto de luz que es más estrecho en un extremo (extremo 354) que en el otro extremo (extremo 356). Conductos de luz contorneados/de sección decreciente tales como el conducto de luz 352 pueden fabricarse calentando y estirando un haz de pequeñas fibras ópticas como parte del proceso de fusión. Tales conductos de luz presentan una interesante propiedad adicional de aumento o reducción. Tal fenómeno se produce debido a que hay el mismo número de fibras en ambos extremos. Por lo tanto, la luz que penetra en el extremo estrecho 354 se conduce hacia el extremo más ancho 356 y puesto que el extremo más ancho 356 cubre un área más grande, tiene un efecto de aumento.

El conducto de luz 352 de la fig. 19C puede utilizarse de manera similar al conducto de luz 340 (que, en general, puede ser cilíndrico) de la fig. 19A. Sin embargo, el conducto de luz 352 mide áreas más pequeñas debido a su reducido tamaño en el extremo 354. Por lo tanto, puede fabricarse un cuerpo de sonda relativamente más grande en el que la fibra óptica emisora esté bastante separada de las fibras ópticas receptoras, lo que puede proporcionar la ventaja de reducir la reflexión de la luz y las interferencias en la unión, manteniendo al mismo tiempo una pequeña área de medición de sonda. Además, los tamaños relativos del extremo estrecho 354 del conducto de luz 352 pueden variar. Esto permite que el operador seleccione el tamaño/la característica de la punta de sonda extraíble según las condiciones de la aplicación particular. Tal capacidad de seleccionar los tamaños de las puntas de sonda proporciona una ventaja adicional para realizar mediciones características ópticas en una variedad de aplicaciones y entornos operativos.

Como resulta evidente para los expertos en la materia en vista de las descripciones de este documento, los conductos de luz 340 y 352 de las figs. 19A a 19C no tienen que ser necesariamente cilíndricos/de sección decreciente según se ha ilustrado, sino que pueden ser curvos para aplicaciones específicas, donde una punta de sonda curva puede emplearse de manera ventajosa (tal como en un espacio reducido o de difícil acceso). También resulta evidente que el conducto de luz 352 de la fig. 19C puede invertirse (con el extremo estrecho 354 conduciendo luz hacia las fibras ópticas 346, etc., y con el extremo ancho 356 colocado para realizar mediciones) con el fin cubrir áreas más grandes.

Además, y para resaltar la gran utilidad y variabilidad de los diversos conceptos y técnicas inventivos desvelados en este documento, para los expertos en la materia resulta evidente, en vista de las descripciones de este documento, que el aparato y la metodología pueden utilizarse para medir las propiedades ópticas de los objetos utilizando otros elementos de enfoque y de recopilación además de las fibras ópticas utilizadas en los ejemplos preferidos de este documento. Por ejemplo, también pueden utilizarse lentes, espejos u otros elementos ópticos para fabricar tanto el elemento emisor de luz como el elemento receptor de luz. Una señal luminosa intermitente u otra fuente de luz comúnmente disponible, como ejemplos particulares, puede utilizarse como el elemento emisor de luz, y un telescopio común con un fotorreceptor puede utilizarse como el elemento receptor en una realización de la invención a gran escala. Tales refinamientos que utilizan las enseñanzas proporcionadas en este documento están expresamente dentro del alcance de la presente invención.

Como será evidente para los expertos en la materia, pueden realizarse determinados refinamientos según la presente invención. Por ejemplo, una fibra óptica central emisora de luz se utiliza en determinadas realizaciones preferidas en lugar de otras disposiciones emisoras de luz (tales como una pluralidad de fibras emisoras de luz, etc.). Además, se utilizan tablas de consulta para diversos aspectos de la presente invención, pero también pueden utilizarse de manera similar cálculos de tipo polinómico. Por lo tanto, aunque se han descrito varias realizaciones preferidas de la presente invención para fines ilustrativos, los expertos en la materia apreciarán que varias modificaciones, adiciones y/o sustituciones son posibles sin apartarse del alcance de la presente invención tal y como se describe en las realizaciones.

Claims

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1. Procedimiento para determinar las características ópticas de un diente translúcido (20), que comprende las etapas de:

a. colocar la punta (1, 100) de una sonda (2, 260) proporcionando luz a una superficie del diente (20) desde por lo menos una fuente de luz (5, 106; 240; 310) y recibiendo luz procedente del diente (20) a través de por lo menos un receptor de luz (7; 102, 104; 242, 244, 246; 312 a 320), estando separados la por lo menos una fuente de luz y el por lo menos un receptor de luz para definir una altura mínima como una distancia predeterminada desde la superficie por debajo de la cual el por lo menos un receptor de luz no recibe luz de la por lo menos una fuente de luz que se refleja de manera especular desde la superficie del diente;

b. determinar un primer valor de intensidad de pico con uno o más primeros sensores (8) a medida que la sonda se desplaza hacia el diente (20);

c. determinar y almacenar las intensidades de la luz recibida por el por lo menos un receptor de luz mediante una pluralidad de segundos sensores de luz (8; 24; 112; 122) acoplados al por lo menos un receptor de luz llevados con la sonda a un punto alejado de la superficie del diente pero inferior a la altura mínima si se detecta un valle después del primer pico;

d. determinar un segundo valor de intensidad de pico con uno o más de los primeros sensores a medida que la sonda se aleja del diente (20);

e. comparar el primer y el segundo valor de intensidad de pico;

f. aceptar las intensidades almacenadas recibidas por los segundos sensores (8) si el primer y el segundo valor de intensidad de pico comparados están dentro de un intervalo predeterminado; y

g. rechazar las intensidades almacenadas recibidas por los segundos sensores si el primer y el segundo valor de intensidad de pico comparados están fuera del intervalo predeterminado, y

h. procesar las intensidades de luz almacenadas para generar datos de mediciones de salida cromáticas/ópticas de características ópticas del diente (20) incluyendo por lo menos características espectrales.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los datos de mediciones de salida cromáticas/ópticas de características ópticas del diente (20) se generan en base a los datos de los segundos sensores (8) cuando el primer y el segundo valor de intensidad de pico son sustancialmente iguales.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende además la etapa de determinar un valor de intensidad intermedio con los primeros sensores en un tiempo intermedio entre el tiempo en el que se determinan el primer y el segundo valor de intensidad de pico, en el que el valor de intensidad intermedio corresponde a la translucidez del diente (20).
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el valor de intensidad intermedio se determina cuando un elemento de recubrimiento extraíble que presenta un cuerpo (80), cuyo extremo está cubierto por una ventana óptica (82) que tiene un grosor inferior a la altura mínima, aplicado a la punta de la sonda está en contacto o casi en contacto con el diente (20).
5. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de preparar un segundo diente (20) en base a los datos indicativos de las características ópticas del diente (20), en el que los materiales constituyentes del segundo diente (20) se seleccionan en base a dichos datos.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que los materiales constituyentes se seleccionan en base a las ecuaciones de Kubelka-Munk y/o las ecuaciones de Saunderson.
7. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende además las etapas de:

realizar por lo menos una medición de un modelo de referencia con el elemento de recubrimiento (80, 82) aplicado a la sonda, en el que, como parte de la medición del modelo de referencia, la luz de la fuente de luz se proporciona al modelo de referencia a través del elemento de recubrimiento (80, 82) y la luz devuelta desde el modelo de referencia se proporciona a los sensores a través del elemento de recubrimiento (80, 82);

en el que, como parte de la etapa de medir las características ópticas del diente (20), la luz de la fuente de luz se proporciona al diente (20) a través del elemento de recubrimiento (80, 82) y la luz devuelta desde el diente (20) se proporciona a los sensores a través del elemento de recubrimiento (80, 82);

en el que la medición que genera datos indicativos de las características ópticas del diente (20) se basa en parte en datos de la medición de modelo de referencia.
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8. Aparato para determinar las características ópticas de un diente translúcido (20), que comprende:

una sonda (2, 260) con una punta (1; 100) adaptada para proporcionar luz a una superficie del diente desde por lo menos una fuente de luz (5, 106, 240; 310), y para recibir luz desde el diente a través de por lo menos un receptor de luz (7; 102; 104; 242, 244, 246; 312 a 320), estando separados la por lo menos una fuente de luz y el por lo menos un receptor de luz para definir una altura mínima como una distancia predeterminada desde la superficie por debajo de la cual el por lo menos un receptor de luz no recibe luz de la por lo menos una fuente de luz que se refleja de manera especular desde dicha superficie;

sensores de luz (8; 24; 112; 122) acoplados al por lo menos un receptor de luz para determinar la intensidad de la luz recibida por el receptor de luz cuando la sonda está en un punto alejado de la superficie del diente pero inferior a la altura mínima;

un dispositivo informático (10) acoplado a los sensores de luz y adaptado para llevar a cabo las etapas b. a h. de la reivindicación 1.
9. Aparato según la reivindicación 8, en el que la sonda (2, 260) comprende una o más fibras ópticas emisoras de luz (5, 106) acopladas a una fuente de luz (11) y una pluralidad de fibras ópticas receptoras de luz (7; 102, 104) acopladas a los sensores (8).
10. Aparato según la reivindicación 9, en el que cada una de la pluralidad de fibras ópticas receptoras de luz está separada en una primera distancia de una primera fibra óptica emisora de luz de la sonda, y en el que la pluralidad de fibras ópticas receptoras de luz está separadas de fibras ópticas receptoras de luz adyacentes de la sonda en una segunda distancia.
11. Aparato según la reivindicación 8, en el que los sensores (8) comprenden primeros sensores y segundos sensores (8, 24, 122, 124), en el que los primeros sensores comprenden sensores de medición de luz que miden el mismo ancho de banda, y en el que los segundos sensores comprenden un espectrofotómetro cromático.
12. Aparato según la reivindicación 8, en el que los sensores comprenden primeros sensores y segundos sensores, en el que los primeros sensores comprenden sensores de medición de luz que miden el mismo ancho de banda, y en el que los segundos sensores comprenden un dispositivo de medición triestímulo cromático.