RU2262673C2

RU2262673C2 - Method and device for determining optical characteristics of multilayer objects

Info

Publication number: RU2262673C2
Application number: RU2003113564/28A
Authority: RU
Inventors: Е.И. Чернов (RU); Е.И. Чернов; О.Л. Головков (RU); О.Л. Головков
Original assignee: Чернов Евгений Иванович; Головков Олег Леонидович
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2005-10-20

Abstract

FIELD: method and device can be used for determining optical characteristics of multilayer objects (layers of enamel and dentine) containing internal matter which is partially transparent and dissipates light diffusely.

SUBSTANCE: radiation is applied to surface of tested object and subsequently registered at output of receiving light guide. Area of partial darkening is formed onto surface of object at the receiving light guide's exit window. Area of darkening provides distribution of dissipated radiation power density, which changes within space. Dissipated radiation enters input window of light guide and is registered. Optical characteristics of multilayer object are judged from the dissipated radiation. Device for realization of the method has illuminating unit provided with exit window, radiation registration unit, at least two photosensitive elements, signal control and processing unit, and receiving light guide. Illuminating unit's exit window and receiving light guide are mounted coaxial to each other. Photosensitive elements of radiation registration unit are optically matched with exit window of receiving light guide and are disposed coaxial to each other for registration of volumetric distribution of radiation power dissipated by tested object.

EFFECT: improved precision.

7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области оптических измерений и может использоваться для определения оптических характеристик многослойных объектов с частично прозрачной и диффузно рассеивающей свет внутренней средой, преимущественно зубов.The invention relates to the field of optical measurements and can be used to determine the optical characteristics of multilayer objects with a partially transparent and diffusely scattering light internal medium, mainly teeth.

Известен способ определения оптических характеристик многослойных объектов, преимущественно зубов, при котором освещают исследуемый объект и устанавливают рядом с ним элементы шкалы, имеющей разные оптические характеристики (например, элементы цветовой шкалы), определяют тот элемент шкалы, который наиболее близок по оптическим характеристикам (например, по цвету) к исследуемому объекту и который затем принимается за меру искомых оптических характеристик (например, за меру цвета) для исследуемого объекта [1].A known method for determining the optical characteristics of multilayer objects, mainly teeth, in which an object under study is illuminated and scale elements having different optical characteristics (for example, color scale elements) are placed next to it, determine the scale element that is closest in optical characteristics (for example, by color) to the object under study and which is then taken as a measure of the desired optical characteristics (for example, as a measure of color) for the object under study [1].

Устройство для осуществления данного способа содержит стандартное осветительное устройство и шкалу (например, шкалу цветовых раскрасок VITA при исследовании зуба) [1].A device for implementing this method contains a standard lighting device and a scale (for example, a VITA color scale for examining a tooth) [1].

Недостатком известного способа и устройства является низкая достоверность в определении оптических характеристик объектов, обусловленная субъективным фактором (например, цветовое восприятие у разных операторов разное и меняется от состояния организма). Кроме того, этим способом невозможно определить оптические характеристики разных слоев (например, эмали и дентина у зуба).The disadvantage of this method and device is the low reliability in determining the optical characteristics of objects, due to the subjective factor (for example, the color perception of different operators is different and varies from the state of the body). In addition, in this way it is impossible to determine the optical characteristics of different layers (for example, tooth enamel and dentin).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения оптических характеристик многослойных объектов с частично прозрачной и диффузно рассеивающей свет внутренней средой, заключающийся в подаче излучения на поверхность исследуемого объекта коаксиально относительно приемного световода, формировании на объекте в зоне входного окна приемного световода затемненной области, в регистрации рассеянного излучения, исходящего от затемненной области, по параметрам которого судят об оптических характеристиках исследуемого объекта [2].Closest to the proposed technical solution is a method for determining the optical characteristics of multilayer objects with a partially transparent and diffusely scattering light internal medium, which consists in supplying radiation to the surface of the object under study coaxially with respect to the receiving fiber, forming a darkened area at the object in the entrance window of the receiving fiber, in registration scattered radiation coming from a darkened area, the parameters of which judge the optical characteristics and Followed object [2].

Устройство для реализации способа содержит осветительный блок с выходным окном, блок регистрации излучения, подключенный выходом к блоку управления и обработки сигналов, выход которого подключен к входу осветительного блока, приемный световод, выходное окно которого оптически связано с входным окном блока регистрации излучения, при этом выходное окно осветительного блока и приемный световод установлены коаксиально относительно друг друга и входное окно приемного световода предназначено для установки на поверхность объекта [2].A device for implementing the method comprises a lighting unit with an output window, a radiation registration unit connected by an output to a control and signal processing unit, the output of which is connected to an input of the lighting unit, a receiving fiber, the output window of which is optically connected to the input window of the radiation registration unit, while the output the window of the lighting unit and the receiving fiber are installed coaxially relative to each other and the input window of the receiving fiber is intended for installation on the surface of the object [2].

Недостатком известного способа и устройства является невозможность определить оптические характеристики отдельных слоев, например спектральные показатели светорассеяния эмали и дентина зуба как исследуемого объекта.A disadvantage of the known method and device is the inability to determine the optical characteristics of individual layers, for example, spectral light scattering of enamel and dentin of a tooth as an object under study.

Изобретение решает задачу обеспечения регистрации оптических характеристик отдельных слоев многослойных объектов с частично прозрачной и диффузно рассеивающей свет внутренней средой, преимущественно зубов.The invention solves the problem of ensuring registration of the optical characteristics of individual layers of multilayer objects with a partially transparent and diffusely scattering light internal medium, mainly teeth.

Сущность изобретения заключается в автоматизации технологии определения оптических характеристик отдельных слоев объектов с частично прозрачной диффузно рассеивающей свет внутренней средой.The essence of the invention lies in the automation of the technology for determining the optical characteristics of individual layers of objects with a partially transparent diffusely scattering light internal medium.

Технический результат от использования изобретения заключается в обеспечении определения оптических характеристик слоев (эмали и дентина) таких объектов, как, например, зубов.The technical result from the use of the invention is to provide a determination of the optical characteristics of the layers (enamel and dentin) of such objects as, for example, teeth.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения оптических характеристик многослойных объектов с частично прозрачной и диффузно рассеивающей свет внутренней средой, преимущественно зубов, заключающемся в подаче излучения на поверхность исследуемого объекта коаксиально относительно приемного световода и в регистрации излучения на выходе приемного световода, в зоне входного окна приемного световода формируют область частичного затемнения и регистрируют пространственное распределение плотности мощности рассеянного излучения в области частичного затемнения, по которому судят об оптических характеристиках многослойного объекта.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for determining the optical characteristics of multilayer objects with a partially transparent and diffusely scattering light internal medium, mainly teeth, which consists in supplying radiation to the surface of the object under study coaxially relative to the receiving fiber and in registering radiation at the output of the receiving fiber, in the zone the input window of the receiving fiber form a region of partial dimming and register the spatial distribution of power density scattered radiation in the region of partial dimming, which is used to judge the optical characteristics of a multilayer object.

Целесообразно в области частичного затемнения формировать переменное во времени пространственное распределение плотности мощности рассеянного излучения.It is advisable in the field of partial dimming to form a time-varying spatial distribution of the power density of the scattered radiation.

Указанный технический результат также достигается тем, что в устройстве для определения оптических характеристик многослойных объектов, содержащем осветительный блок с выходным окном, блок регистрации излучения, подключенный выходом к блоку управления и обработки сигналов, выход которого подключен к входу осветительного блока, приемный световод, выходное окно которого оптически связано с входным окном блока регистрации излучения, при этом выходное окно осветительного блока и приемный световод установлены коаксиально относительно друг друга и входное окно приемного световода предназначено для установки на поверхности объекта, блок регистрации излучения имеет не менее двух фоточувствительных элементов.The specified technical result is also achieved by the fact that in the device for determining the optical characteristics of multilayer objects containing a lighting unit with an output window, a radiation registration unit connected to the output of the control and signal processing unit, the output of which is connected to the input of the lighting unit, a receiving fiber, an output window which is optically connected with the input window of the radiation registration unit, while the output window of the lighting unit and the receiving fiber are installed coaxially relative to each other and the input window of the receiving fiber is intended for installation on the surface of the object, the radiation registration unit has at least two photosensitive elements.

Целесообразно, чтобы фоточувствительные элементы блока регистрации излучения были выполнены коаксиально относительно друг друга.It is advisable that the photosensitive elements of the radiation registration unit are coaxial with respect to each other.

Приемный световод может быть выполнен не менее чем из двух оптических волноводов, каждый из которых оптически связан с отдельным фоточувствительным элементом блока регистрации излучения.The receiving fiber can be made of at least two optical waveguides, each of which is optically coupled to a separate photosensitive element of the radiation registration unit.

Целесообразно, чтобы оптические волноводы приемного световода были выполнены коаксиальными относительно друг друга.It is advisable that the optical waveguides of the receiving fiber were made coaxial with respect to each other.

Целесообразно, чтобы устройство содержало второй осветительный блок, выход которого оптически связан с одним из оптических волноводов приемного световода, а выход другого оптического волновода оптически связан с входом блока регистрации излучения, входы второго осветительного блока электрически связаны с выходами блока управления и обработки сигналов.It is advisable that the device contains a second lighting unit, the output of which is optically connected to one of the optical waveguides of the receiving fiber, and the output of the other optical waveguide is optically connected to the input of the radiation registration unit, the inputs of the second lighting unit are electrically connected to the outputs of the control and signal processing unit.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allows us to establish that the applicant has not found technical solutions characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype made it possible to identify a set of essential (with respect to the technical result perceived by the applicant) distinctive features in the claimed object set forth in the claims.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Сведений об известности отличительных признаков в совокупности признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого изобретения, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".Information about the fame of the distinguishing features in the totality of the features of the known technical solutions with the achievement of the same as the claimed invention, there is no positive effect. Based on this, it was concluded that the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Способ и устройство определения оптических характеристик многослойных объектов с частично прозрачной и диффузно рассеивающей свет внутренней средой, преимущественно зубов, поясняется фиг.1-5.A method and apparatus for determining the optical characteristics of multilayer objects with a partially transparent and diffusely scattering light internal medium, mainly teeth, is illustrated in FIGS. 1-5.

На фиг.1 показана коаксиальная подача излучения относительно приемного световода на поверхности объекта (фронтальный вид).Figure 1 shows the coaxial supply of radiation relative to the receiving fiber on the surface of the object (front view).

На фиг.2 показана установка приемного световода непосредственно на поверхность объекта (вид сбоку).Figure 2 shows the installation of the receiving fiber directly on the surface of the object (side view).

На фиг.3 представлено устройство для определения оптических характеристик многослойных объектов.Figure 3 presents a device for determining the optical characteristics of multilayer objects.

На фиг.4 представлено коаксиальное исполнение фоточувствительных элементов и приемный световод с коаксиальным размещением оптических волноводов относительно друг друга.Figure 4 shows the coaxial design of the photosensitive elements and the receiving fiber with the coaxial placement of the optical waveguides relative to each other.

На фиг.5 представлено устройство для определения оптических характеристик многослойных объектов с дополнительным осветительным блоком.Figure 5 presents a device for determining the optical characteristics of multilayer objects with an additional lighting unit.

Способ определения оптических характеристик многослойных объектов, преимущественно зубов, заключается в следующем.The method for determining the optical characteristics of multilayer objects, mainly teeth, is as follows.

На поверхность исследуемого объекта 1 подают излучение, сформированное коаксиально относительно приемного световода 2. Часть излучения, падающего на поверхность объекта, проникает внутрь него, поглощается и диффузно рассеивается в слоях объекта (для зуба - в эмали и дентине). Так как световод 2 закрывает от попадания излучения часть поверхности объекта 1, расположенной под входным окном приемного световода 1, то на исследуемом объекте в зоне входного окна световода возникает область частичного затемнения. На фиг.2 кривая 3 характеризует пространственное распределение интенсивности рассеянного излучения внутри оптического объекта (для продольного сечения объекта относительно оптической оси приемного световода). Следует отметить, что при изменении спектрального показателя светорассеяния слоя (например, эмали) изменяется крутизна кривой 3 при переходе из освещенной области объекта в "затемненную" (фиг.2). При увеличении показателя светорассеяния вышеуказанный переход оказывается более плавным. У зубов за первым слоем (эмаль) со слабым диффузным рассеянием располагается сильно рассеивающий поглощающий слой (дентин), поэтому для эмали кривая 3 (фиг.2) имеет сильно выраженный провал в зоне затемнения, а для дентина кривая 3 оказывается плавной, практически без провала. Таким образом, если определить крутизну вышеуказанного перехода (в районе провала) кривой 3, то можно определить и показатель светорассеяния слоя (эмали зуба). Для этого регистрируют по отдельности излучение по крайней мере от двух участков затемненной области. Целесообразно участки выбирать таким образом, чтобы они были коаксиально расположены относительно друг друга. При этом центральный (первый) участок должен приходиться на максимально затемненную зону (минимум кривой 3, фиг.2), а внешний край второго (или последнего) участка должен быть как можно дальше удален от центрального. В этом случае можно точнее определить крутизну нужного участка кривой 3, а следовательно, показатель ε_э (λ) светорассеяния слоя (эмали зуба) для разных длин волн λ (целесообразно определять на трех длинах волн). ε_э (λ) определяется из полученной экспериментальным путем функции (определялась для разных типов эмали, разных типов зубов и место положения точки измерения)Radiation formed coaxially relative to the receiving fiber 2 is supplied to the surface of the object under study 1. Part of the radiation incident on the surface of the object penetrates into it, is absorbed and diffusely scattered in the layers of the object (for tooth, in enamel and dentin). Since the optical fiber 2 covers part of the surface of the object 1 located under the input window of the receiving optical fiber 1 from radiation, the region of partial dimming appears on the object under study in the area of the optical input window. In Fig. 2, curve 3 characterizes the spatial distribution of the intensity of the scattered radiation inside the optical object (for a longitudinal section of the object relative to the optical axis of the receiving fiber). It should be noted that when changing the spectral index of light scattering of the layer (for example, enamel), the steepness of curve 3 changes when switching from the illuminated region of the object to the “darkened” one (Fig. 2). With an increase in the light scattering index, the above transition turns out to be smoother. For teeth behind the first layer (enamel) with weak diffuse scattering, there is a strongly scattering absorbing layer (dentin), therefore, for enamel, curve 3 (Fig. 2) has a pronounced dip in the darkening zone, and for dentin, curve 3 is smooth, almost without a dip . Thus, if we determine the steepness of the above transition (in the region of failure) of curve 3, we can also determine the light scattering coefficient of the layer (tooth enamel). To do this, separately register radiation from at least two parts of the darkened region. It is advisable to select the sections so that they are coaxially located relative to each other. In this case, the central (first) section should fall on the most darkened zone (minimum of curve 3, Fig. 2), and the outer edge of the second (or last) section should be as far away as possible from the central one. In this case it is possible to determine more accurately the slope of the desired portion of the curve 3, and therefore, the index ε _e (λ) light scattering layer (tooth enamel) for different wavelengths λ (it is advisable to determine at three wavelengths). ε _e (λ) is determined from the function obtained experimentally (determined for different types of enamel, different types of teeth and the location of the measurement point)

где P1(λ), Р2(λ) - мощности излучения, исходящие соответственно от первого (центрального) и второго (кольцевого) участков затемненной области.where P1 (λ), P2 (λ) are the radiation powers emanating from the first (central) and second (ring) sections of the darkened region, respectively.

Показатель ε_д (λ) светорассеяния дентина (второго слоя) определяется из функции, полученной экспериментальным путем для разных типов дентинаThe scattering coefficient ε _d (λ) of dentin (second layer) is determined from the function obtained experimentally for different types of dentin

Следует отметить, что при исследовании объектов с большим количеством слоев, чем зубы, количество участков затемненной области, от которых регистрируется излучение, должно быть больше 2.It should be noted that when examining objects with a larger number of layers than teeth, the number of areas of the darkened area from which radiation is recorded should be more than 2.

Показатели светорассеяния ε_э (λ), ε_д (λ) можно определить и иначе, если в области частичного затемнения формируют переменное во времени пространственное распределение плотности мощности рассеянного излучения, что можно обеспечить за счет подачи на исследуемый объект в разные моменты времени световых потоков с разной расходимостью. При этом выражения (1)-(3) не изменяются, но Р1(λ) - мощность излучения, соответствующая одному пространственному распределению плотности мощности рассеянного излучения в частично затемненной области (для одного временного интервала), при подаче светового потока с одной расходимостью, а Р2(λ) - мощность излучения, соответствующая другому пространственному распределению плотности мощности рассеянного излучения в частично затемненной области (для второго временного интервала), при подаче светового потока с другой расходимостью.The light scattering indices ε _e (λ), ε _d (λ) can also be determined differently if in the partial darkening region a spatial distribution of the power density of the scattered radiation is formed over time, which can be achieved by supplying light to the object under study at different times different divergences. In this case, expressions (1) - (3) do not change, but P1 (λ) is the radiation power corresponding to one spatial distribution of the power density of the scattered radiation in a partially darkened region (for one time interval), when a light flux with one divergence is applied, and P2 (λ) is the radiation power corresponding to another spatial distribution of the power density of the scattered radiation in a partially darkened region (for the second time interval), when a light flux with a different divergence is applied.

Способ определения оптических характеристик многослойных объектов с частично прозрачной и диффузно рассеивающей свет внутренней средой, преимущественно зубов, реализуется с помощью устройства, блок-схема которого представлена на фиг.3 (блок питания не показан). Устройство содержит осветительный блок 4 с выходным окном 5, блок 6 регистрации излучения, подключенный выходами к блоку 7 управления и обработки сигналов, выход которого подключен к входу осветительного блока 4, приемный световод 2, выходное окно которого оптически связано с входом блока 6 регистрации излучения.A method for determining the optical characteristics of multilayer objects with a partially transparent and diffusely scattering light internal medium, mainly teeth, is implemented using a device whose block diagram is shown in Fig. 3 (power supply is not shown). The device comprises a lighting unit 4 with an output window 5, a radiation recording unit 6 connected by outputs to the control and signal processing unit 7, the output of which is connected to the input of the lighting unit 4, a receiving fiber 2, the output window of which is optically connected to the input of the radiation registration unit 6.

Световод 2 может быть выполнен из оптически прозрачного материала (стекла) в виде цилиндра. Световод 2 может также быть выполнен не менее чем из двух оптических волноводов 8, 9, коаксиально установленных относительно друг друга (фиг.4, изображение торца световода). Для повышения механической прочности приемного световода 2 и исключения проникновения в него излучения со стороны окна 5 он устанавливается в твердую оптически непрозрачную (металлическую) трубочку (на фиг.3 не показано).The light guide 2 can be made of optically transparent material (glass) in the form of a cylinder. The fiber 2 can also be made of at least two optical waveguides 8, 9, coaxially mounted relative to each other (figure 4, the image of the end of the fiber). To increase the mechanical strength of the receiving fiber 2 and to prevent the penetration of radiation from it from the side of the window 5, it is installed in a solid optically opaque (metal) tube (not shown in Fig. 3).

Выходное окно 5 осветительного блока 4 выполнено в виде цилиндра из оптически прозрачного материала, внутри которого установлен приемный световод 2.The output window 5 of the lighting unit 4 is made in the form of a cylinder of optically transparent material, inside of which a receiving fiber 2 is installed.

Осветительный блок 4 может быть выполнен в виде трех групп 10, 11, 12 элементов излучения, работающих в разных областях спектра излучения. Все элементы излучения устанавливаются по кругу на внутренней стороне окна 5. Причем элементы каждого цвета устанавливаются с одинаковым угловым смещением относительно друг друга. Например, в качестве элементов излучения могут быть использованы элементы многоэлементных светодиодов LF59EMBGMBC.The lighting unit 4 can be made in the form of three groups of 10, 11, 12 radiation elements operating in different regions of the radiation spectrum. All radiation elements are installed in a circle on the inner side of the window 5. Moreover, the elements of each color are installed with the same angular displacement relative to each other. For example, elements of multi-element LEDs LF59EMBGMBC can be used as radiation elements.

Блок 6 регистрации излучения содержит не менее двух фотоприемных устройств (по числу участков затемненной области, от которых регистрируется рассеянное излучение) 13, 14. Для эффективного оптического согласования выходного окна приемного световода 2 с фотоприемными устройствами 13, 14 их фоточувствительные элементы 15, 16 (фиг.4) целесообразно выполнять с коаксиальным расположением относительно друг друга (фиг.4).The radiation registration unit 6 contains at least two photodetector devices (according to the number of areas of the darkened region from which the scattered radiation is recorded) 13, 14. For effective optical matching of the output window of the receiving fiber 2 with the photodetector 13, 14 their photosensitive elements 15, 16 (Fig. .4) it is advisable to perform with a coaxial arrangement relative to each other (figure 4).

Один из вариантов исполнения блока 7 управления и обработки сигналов представлен на фиг.3. Блок 7 содержит микроконтроллер 17, имеющий на аналоговых входах, к которым подключаются выходы фотоприемных устройств 13, 14, коммутатор, своим выходом подключенный к входу аналого-цифрового преобразователя (например, микроконтроллер типа MSP430P325), цифровой индикатор 18 и электрическую кнопку 19 запуска. При этом одна часть (три выхода) микроконтроллера 17 через балластные резисторы (на фиг.3 не показаны) подключена к светодиодам 10, 11, 12 осветительного блока 4, вторая часть выходов - к входам индикатора 18. Кнопка 19 запуска подключена к входу запуска микроконтроллера.One embodiment of the control and signal processing unit 7 is shown in FIG. 3. Block 7 contains a microcontroller 17, which has analog inputs at which the outputs of photodetectors 13, 14 are connected, a switch connected to the input of an analog-to-digital converter (for example, a microcontroller of the MSP430P325 type), a digital indicator 18 and an electric start button 19. In this case, one part (three outputs) of the microcontroller 17 is connected through ballast resistors (not shown in FIG. 3) to the LEDs 10, 11, 12 of the lighting unit 4, the second part of the outputs to the inputs of the indicator 18. The start button 19 is connected to the start input of the microcontroller .

При реализации способа, когда в области частичного затемнения формируют переменное во времени пространственное распределение плотности мощности рассеянного излучения, в устройство (фиг.5) дополнительно вводится второй осветительный блок 20, который может состоять из трех групп элементов излучения 21, 22, 23, аналогичных элементам излучения 10, 11, 12. При этом выход осветительного блока 20 оптически связан с одним из оптических волноводов приемного световода 2, выход другого оптического волновода приемного световода 2 оптически связан с входом блока 6 регистрации излучения. Входы осветительного блока 20 электрически подключены к выходам блока 7 управления и обработки сигналов. Следует отметить, что оптический волновод приемного световода 2, по которому подается излучение от блока 20, может не касаться исследуемого объекта (выступает в виде ступеньки) и должен находиться ближе к объекту, чем выходное окно осветительного блока 5. За счет чего и обеспечивается разная расходимость световых потоков, падающих на исследуемый объект, поступающих от оптического волновода приемного световода 2 и от выходного окна осветительного блока 5.When implementing the method, when a time-varying spatial distribution of the power density of the scattered radiation is formed in the partial dimming region, a second lighting unit 20 is additionally introduced into the device (Fig. 5), which can consist of three groups of radiation elements 21, 22, 23, similar to the elements radiation 10, 11, 12. The output of the lighting unit 20 is optically coupled to one of the optical waveguides of the receiving fiber 2, the output of the other optical waveguide of the receiving fiber 2 is optically coupled to the input b eye 6, radiation detection. The inputs of the lighting unit 20 are electrically connected to the outputs of the control and signal processing unit 7. It should be noted that the optical waveguide of the receiving fiber 2, through which the radiation is supplied from block 20, may not touch the object under study (acts as a step) and should be closer to the object than the output window of the lighting unit 5. Due to this, different divergence is ensured light fluxes incident on the object under study, coming from the optical waveguide of the receiving fiber 2 and from the output window of the lighting unit 5.

Устройство работает следующим образом. На первом этапе входное окно приемного световода 2 устанавливают на поверхность исследуемого объекта 1, нажимают кнопку 19. При этом на управляющий вход микроконтроллера 17 поступает сигнал, по которому с выходов микроконтроллера по очереди на элементы излучения 10, 11, 12 поступают электрические импульсы (импульсы подсветки), вызывающие свечение этих элементов. Световые сигналы с выхода элементов 10, 11, 12 проходят выходное окно 5, которое представляет собой некогерентный световод, создающий равномерное и коаксиальное распределение плотности мощности световых потоков на поверхности калибровочной пластины. Часть светового потока, рассеянного во внутренней среде калибровочной пластины, попадает во входное окно приемного световода 2. Если световод 2 выполнен монолитным, то фоточувствительные элементы 8, 9 должны быть установлены на таком расстоянии (примерно 5 мм и зависит от диаметра световода), чтобы большинство прямых световых пучков с выхода световода (они соответствуют центральному участку затемненной области, кривая 3, фиг.2) попадали на фоточувствительный элемент 8, а большинство наклонных пучков (соответствуют краевому участку в затемненной области, кривая 3, фиг.2) - на фоточувствительный элемент 9. Если световод 2 выполнен из двух (не менее чем из двух) коаксиально расположенных относительно друг друга оптических волноводов, то торец световода 2 должен устанавливаться вплотную к чувствительным элементам 8, 9. При этом диаметр элемента 8 должен быть равен диаметру волновода 15 (регистрируется излучение от центрального участка затемненной области, кривая 3, фиг.2) и внешний диаметр элемента 9 должен быть не меньше внешнего диаметра волновода 16 (регистрируется излучение краевого участка затемненной области, кривая 3, фиг.2). В течение времени работы каждой из групп элементов излучения 10, 11 или 12 выходы фотоприемных устройств поочередно через коммутатор микроконтроллера 17 подключается к входу аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 17. Таким образом, в память микроконтроллера 17 заносятся цифровые эквиваленты Р1(λ), P2(λ). Табличные значения функций (2), (1) занесены в память микроконтроллера 17, который с учетом Р1(λ), Р2(λ) вычисляет ε_э (λ), ε(λ). Результат вычисления отображается на цифровом индикаторе 18.The device operates as follows. At the first stage, the input window of the receiving fiber 2 is installed on the surface of the test object 1, the button 19 is pressed. At the same time, a signal is transmitted to the control input of the microcontroller 17, through which electrical pulses (backlight pulses ), causing the glow of these elements. The light signals from the output of the elements 10, 11, 12 pass through the output window 5, which is an incoherent fiber, creating a uniform and coaxial distribution of the power density of the light fluxes on the surface of the calibration plate. Part of the light flux scattered in the internal environment of the calibration plate enters the input window of the receiving fiber 2. If the fiber 2 is solid, then the photosensitive elements 8, 9 should be installed at such a distance (approximately 5 mm and depends on the diameter of the fiber), so that most direct light beams from the output of the light guide (they correspond to the central region of the darkened region, curve 3, Fig. 2) fell on the photosensitive element 8, and most of the inclined beams (correspond to the edge region in the dark region 3, Fig. 2) - to the photosensitive element 9. If the optical fiber 2 is made of two (at least two) optical waveguides coaxially located relative to each other, then the end of the optical fiber 2 should be installed close to the sensitive elements 8, 9 In this case, the diameter of element 8 should be equal to the diameter of waveguide 15 (radiation from the central region of the darkened region is recorded, curve 3, Fig. 2) and the external diameter of element 9 must be no less than the external diameter of waveguide 16 (radiation of the boundary part of the shaded area, curve 3, figure 2). During the operating time of each of the groups of radiation elements 10, 11, or 12, the outputs of the photodetectors are alternately connected through the switch of the microcontroller 17 to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller 17. Thus, the digital equivalents P1 (λ), P2 (λ ) The tabular values of functions (2), (1) are stored in the memory of the microcontroller 17, which, taking into account P1 (λ), P2 (λ), calculates ε _e (λ), ε (λ). The result of the calculation is displayed on digital display 18.

Следует отметин, что для повышения точности перед (или после) измерением оптических характеристик исследуемого объекта можно произвести измерение оптических характеристик калиброванной пластины, которые известны. Тогда в выражениях (1), (2) вместо P1(λ), Р2(λ) следует применять:It should be noted that to increase the accuracy before (or after) measuring the optical characteristics of the object under study, it is possible to measure the optical characteristics of a calibrated plate, which are known. Then in the expressions (1), (2) instead of P1 (λ), P2 (λ), one should apply:

где P1₀(λ), Р2₀(λ) - мощности излучения, зарегистрированные соответственно от центрального (первого) и кольцевого (второго) участков затемненной области при работе с калибровочной пластиной. Калибровочную пластину целесообразно выполнять двухслойной (при использовании в качестве исследуемых объектов зубов) из белого материала. При этом верхний слой следует выполнять из материала со слабым светорассеянием (эквивалент эмали), а нижний слой - из материала с сильным светорассеянием (эквивалент дентина).where P1 ₀ (λ), P2 ₀ (λ) are the radiation powers recorded respectively from the central (first) and annular (second) sections of the darkened region when working with a calibration plate. It is advisable to perform a calibration plate with a two-layer (when using teeth as the studied objects) of white material. In this case, the upper layer should be made of a material with weak light scattering (equivalent to enamel), and the lower layer should be made of a material with strong light scattering (equivalent to dentin).

Устройство на фиг.5 работает практически аналогично устройству на фиг.3. Отличие только в том, что поочередно включаются осветительные блоки 4 и 20. И блок регистрации излучения 6 регистрирует на выходе волновода (премного волновода) световода 2 попеременно излучения Р1₀(λ), Р2₀(λ).The device in figure 5 works almost similarly to the device in figure 3. The only difference is that the lighting units 4 and 20 are turned on alternately. And the radiation registration unit 6 registers the radiation P1 ₀ (λ), P2 ₀ (λ) alternately at the output of the waveguide (primary waveguide) of the light guide 2.

На основе заявляемого изобретения был создан экспериментальный прибор. Исследования его показали, что он правильно определяет показатели светорассеяния эмали и дентина зубов, на основании которых определялся и цвет зубов в соответствии со стоматологической шкалой цветовых раскрасок VITA.Based on the claimed invention, an experimental device was created. His studies showed that he correctly determines the light scattering indices of enamel and dentin of the teeth, on the basis of which the color of the teeth was determined in accordance with the VITA color scale.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Синяк М.А. Спектрофотометр: взгляд изнутри // "Publish" - 2000 г., №2.1. Sinyak M.A. Spectrophotometer: an inside look // Publish - 2000, No. 2.

2. Патент США 5759030 А, 02.06.1998.2. US patent 5759030 A, 02/02/1998.

Claims

1. The method of determining the optical characteristics of multilayer objects with a partially transparent and diffusely scattering light internal medium, mainly teeth, which consists in supplying radiation to the surface of the object under study coaxially with respect to the receiving fiber and registering radiation at the output of the receiving fiber, characterized in that on the surface of the object in the area of the input window of the receiving fiber form a region of partial dimming, providing a spatial distribution of power density and scattered light coming into the entrance window of the receiving fiber, record the spatial power distribution of the scattered radiation in the region of partial darkening by which is judged on the optical characteristics of the multilayer object.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the region of partial dimming, a spatially variable spatial distribution of the power density of the scattered radiation is formed.

3. A device for determining the optical characteristics of multilayer objects, comprising a lighting unit with an output window, a radiation registration unit having at least two photosensitive elements, connected by outputs to a control and signal processing unit, the output of which is connected to the input of the lighting unit, a receiving fiber, an output window which is optically connected with the input window of the radiation registration unit, while the output window of the lighting unit and the receiving fiber are coaxially mounted relative to each other uga and the input window of the receiving fiber is intended for installation on the surface of the studied object, characterized in that the photosensitive elements of the radiation registration unit are optically aligned with the output window of the receiving fiber and are located coaxially relative to each other with the possibility of recording the spatial distribution of the radiation power scattered by the studied object.

4. The device according to claim 3, characterized in that the receiving fiber is made of at least two optical waveguides, each of which is optically coupled to a separate photosensitive element of the radiation registration unit.

5. The device according to claim 4, characterized in that the optical waveguides of the receiving fiber are made coaxial with respect to each other.

6. The device according to claim 4, characterized in that it contains a second lighting unit, the output of which is optically connected to one of the optical waveguides of the receiving fiber, and the output of the other optical waveguide is optically connected to the input of the radiation registration unit, the inputs of the second lighting unit are electrically connected to outputs of the control unit and signal processing.