Highlight 2014

Im vergangenen Jahr wurde intensiv an der Entwicklung unseres neuen Goniometers zur winkelauflösenden Streulichtmessung gearbeitet (Abb. 1).

Theta-Theta-Goniometer

Abb. 1: Theta-Theta-Goniometer. Links sieht man die Montagehalterung für eine Laserdiode. Rechts ist der HDR CCD-Sensor montiert. Die beiden Arme rotieren um ein gemeinsames Zentrum. Im Rotationszentrum ist auf diese Foto eine Spektralon-Referenzprobe montiert.

Die optischen Eigenschaften von Zähnen sind sehr komplex (Oberflächenmikrotextur, mehrere Schichten unterschiedlicher optischer Eigenschaften, z. B. Transparenz, Fluoreszenz, Farbe ...). Gleichzeitig sind die Zähne im Vergleich zu den üblichen Industrieobjekten sehr klein und ihre Oberfäche ist keine perfekte Ebene. All diese Komponenten erschwerden es, Farbe oder Glanz mit den üblichen Geräten (z. B. Spektralphotometer oder Glanzmessgerät) zu vermessen, deren Messfenster meist > 50 mm² groß sind.

Mit dem Goniometer ist es möglich, winkelabhängig Reflexion, Transmission und Farbe in sehr kleinen Messarealen zu messen. Die Proben werden im Zentrum von zwei koaxial montierten Rotationsbühnen befestigt. An einem der Dreharme ist eine Lichtquelle, am anderen Dreharm ein Detektor befestigt (Abb. 2).

Goniometer von oben

Abb. 2: Hier sieht man das Goniometer von oben. Die beiden Rotationstische werden von Schrittmotoren gesteuert, die es erlauben, die Winkel mit einer Genauigkeit von <= 30" (" = Sekunden) bei einer unidirektionalen Wiederholgenauigkeit von <= 2" anzusteuern.

Die Lichtquellen sind variabel, d.h. es können Laserdioden unterschiedlicher Wellenlängen aber auch eine Xenon-Lichtquelle, als Weißlicht oder über einen Monochromator ausgewählte Wellenlängen, für die Beleuchtung verwendet werden. Ebenso sind die Detektoren austauschbar. Neben HDR Kameras können auch Photodioden für Leistungsmessgeräte oder Spektrophotometer adaptiert werden.

Abb. 3 zeigt beispielsweise die Beleuchtung eines Zahnes mit einer roten Laserdiode zur Messung der winkelabhängigen Reflexion.

Zahn mit Laserspot

Abb. 3: Beleuchtung eines Zahnes mit einer roten Laserdiode. Der minimale Focusdurchmesser beträgt bei dieser Laserdiode 100 µm. Bei den Messungen hat sich aber gezeigt, dass die BRDF-Werte weniger streuen, wenn der Focus etwas aufgeweitet wird.

Unser Ziel ist es u.a., Erkenntnisse über die spektrale und winkelabhängige Variabilität der BRDF von Zähnen zu gewinnen. BRDF steht für Bidirectional Reflectance Distribution Function. Neben der Reflexion kann auch die Transmission evaluiert werden (BTDF = Bidirectional Transmittance Distribution Function). Die Grundlagen kann man z. B. in Stover (1995)1 nachlesen.

Unsere ersten Ergebnisse werde ich bei der IADR 2015 in Boston präsentiert.

Poliklinik für Zahnerhaltung und Parodontologie der LMU-München

Homepage der Poliklinik für Zahnerhaltung und Parodontologie der LMU-München


  1. Stover, J. C.: Optical Scattering. Measurement and Analysis. 1995 (2. Auflage) SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington, USA. ↩