(57)【要約】      （修正有）【課題】少量の歯垢を確実に検出でき、しかも歯ブラシに容易に組み込むことができる小型でシンプルな構成の光測定装置を提供する。【解決手段】光測定装置は、第１の波長の光及びより長波長の第２の波長の光を出射する第１及び第２の光源２、３と、試料（歯）に第１及び第２の波長の光を照射したときに発生する第１及び第２の蛍光強度を検出する検出部と、交互に繰り返されそれぞれが基準信号（タイミング信号１０１）の周期よりも長い第１及び第２の期間のうち、第１の期間では基準信号に従い第１及び第２の光源２、３を交互に発光させ、第２の期間では基準信号に従い光源３のみを発光させる発光制御部と、基準信号に従い位相検波を行って、第１の出力信号、並びに第２の出力信号を生成する位相検波器１０４と、第１及び第２の出力信号を用いた演算により測定対象の蛍光物質量を算出する制御回路３０とを有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、
前記第１の波長よりも長波長である第２の波長の光を出射する第２の光源と、
試料に前記第１の波長の光を照射したときに発生する第１の蛍光強度、及び試料に前記第２の波長の光を照射したときに発生する第２の蛍光強度を検出する検出部と、
交互に繰り返されそれぞれが基準信号の周期よりも長い第１及び第２の期間のうち、前記第１の期間では前記基準信号に従い前記第１及び第２の光源を交互に発光させ、前記第２の期間では前記基準信号に従い前記第２の光源のみを発光させる発光制御部と、
前記基準信号に従い位相検波を行って、前記第１の期間における前記第１及び第２の蛍光強度に応じた第１の出力信号、並びに前記第２の期間における前記第２の蛍光強度に応じた第２の出力信号を生成する位相検波器と、
前記第１及び第２の出力信号を用いた演算により測定対象の蛍光物質量を算出する制御回路と、
を有することを特徴とする光測定装置。
【請求項２】
前記第１の波長の光は、歯及び歯垢に含まれる蛍光物質を励起させて、歯及び歯垢に由来する蛍光を発生させ、
前記第２の波長の光は、歯垢に含まれる蛍光物質に対する励起効率が前記第１の波長の光よりも低い、請求項１に記載の光測定装置。
【請求項３】
前記第１の波長は３５０ｎｍから４３０ｎｍの範囲内であり、
前記第２の波長は４３５ｎｍから５００ｎｍの範囲内である、請求項２に記載の光測定装置。
【請求項４】
前記第１の期間は前記第２の期間よりも長い、請求項２又は３に記載の光測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光測定装置を備えた歯ブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光測定装置及びこれを備えた歯ブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯磨きの際には、歯垢の付着量をモニターしながらその部位を集中して磨くと短い時間で効果的に歯垢を除去できることから、従来、いくつかの光学的な歯垢検出方法が提案されている。代表的なものは、歯垢に含まれる細菌あるいはう蝕部の細菌が口腔内環境で蛍光物質であるプロトポルフィリンＩＸ（以下、ＰＰＩＸという）を産生することを利用するものである。例えば、特許文献１〜５には、歯に特定の波長の励起光を照射し、蛍光物質が発する蛍光を検出することで歯垢の量あるいはう蝕の程度を定量する蛍光測定法が記載されている。
【０００３】
特許文献６には、液状試料を分析試験ストリップに導入し、試験ストリップの両端間に電圧信号を印加して合成電流信号を測定し、測定した合成電流信号を用いて同相及び直角位相信号を連続的に発生させ、同相及び直角位相信号に基づき位相シフト測定ブロックを用いて液状試料に対応する位相シフトを自動的に測定する方法が記載されている。同相及び直角位相信号を発生させる工程では、合成電流信号に対応する合成電圧信号を位相検波器に供給し、第１の位相を有する第１の基準信号を位相検波器に供給し、次いで、第１の位相とは９０°異なる第２の位相を有する第２の基準信号を位相検波器に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−７３５３１号公報
【特許文献２】特表２００２−５１５２７６号公報
【特許文献３】特開２０１１−１３１０５７号公報
【特許文献４】特許第３７３７５７９号公報
【特許文献５】国際公開第２０１６／１４０１９９号
【特許文献６】特開２０１４−２３５１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
歯に付着した歯垢が少量の場合、その付着部位を励起光で照射した際に得られる蛍光の中では、歯の自家蛍光の強度が強く、歯垢由来の蛍光は微弱である。歯垢からの蛍光の波長帯域（６３０〜６８０ｎｍ）で見ると、歯の強い自家蛍光に歯垢由来の弱い蛍光が重畳している状態であり、それらを効果的に分離して検出できる方式が求められる。さらに、その機構を歯ブラシに組み込むことが容易なシンプルな構成が求められている。
【０００６】
室内の照明などの影響を除去して強度が弱い歯垢由来の蛍光を検出するためには、蛍光強度から蛍光物質量を演算する制御部にロックインアンプを使用することが望ましい。特に、２相のロックインアンプを使用すれば、歯垢量と歯の蛍光物質量を同時に求めることができ、歯と検出部との距離による感度変化を補正することもできる。しかしながら、ロックインアンプは高価であり、ＡＤ変換回路を含めて２組の回路が必要となることから、歯ブラシサイズの光測定装置を実現するには、コスト及びサイズの点で障害となる。そこで、１相のロックインアンプを時分割駆動することで等価的に２相のロックインアンプとして使用することが考えられるが、単純に時分割駆動するだけでは各位相でのデータ量が半分になり、さらに光源の点灯のＤｕｔｙを５０％よりも小さくする必要があるので、測定精度が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、少量の歯垢を確実に検出でき、しかも歯ブラシに容易に組み込むことができる小型でシンプルな構成の光測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、第１の波長よりも長波長である第２の波長の光を出射する第２の光源と、試料に第１の波長の光を照射したときに発生する第１の蛍光強度、及び試料に第２の波長の光を照射したときに発生する第２の蛍光強度を検出する検出部と、交互に繰り返されそれぞれが基準信号の周期よりも長い第１及び第２の期間のうち、第１の期間では基準信号に従い第１及び第２の光源を交互に発光させ、第２の期間では基準信号に従い第２の光源のみを発光させる発光制御部と、基準信号に従い位相検波を行って、第１の期間における第１及び第２の蛍光強度に応じた第１の出力信号、並びに第２の期間における第２の蛍光強度に応じた第２の出力信号を生成する位相検波器と、第１及び第２の出力信号を用いた演算により測定対象の蛍光物質量を算出する制御回路とを有することを特徴とする光測定装置が提供される。
【０００９】
上記の光測定装置では、第１の波長の光は、歯及び歯垢に含まれる蛍光物質を励起させて、歯及び歯垢に由来する蛍光を発生させ、第２の波長の光は、歯垢に含まれる蛍光物質に対する励起効率が第１の波長の光よりも低いことが好ましい。
【００１０】
上記の光測定装置では、第１の波長は３５０ｎｍから４３０ｎｍの範囲内であり、第２の波長は４３５ｎｍから５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００１１】
上記の光測定装置では、第１の期間は第２の期間よりも長いことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記の光測定装置は、少量の歯垢を確実に検出でき、しかも歯ブラシに容易に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】紫色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した際にそれぞれの歯から得られる光のスペクトルを示すグラフである。
【図２】青色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した際にそれぞれの歯から得られる光のスペクトルを示すグラフである。
【図３】蛍光測定装置１の構成図である。
【図４】歯ブラシ型の蛍光測定装置４００の構成図である。
【図５】混色部４の構成例を示す図である。
【図６】歯ブラシヘッド４１の内部を示す構成図である。
【図７】比較例の制御部３１０の回路構成を示すブロック図である。
【図８】制御部３１０の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】実施例の制御部３００の回路構成を示すブロック図である。
【図１０】制御部３００の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１１】図１０の動作タイミングの変形例を示すタイミングチャートである。
【図１２】蛍光測定装置１，４００を用いた測定と制御部３００，３１０による出力信号の差異を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて、光測定装置及び光測定方法について詳細に説明する。ただし、本発明は図面又は以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
【００１５】
最初に光測定方法の原理を図１及び図２を用いて説明する。この光測定方法は、２つの異なる波長を有する励起光を交互に同一の歯に照射し、それぞれの波長の励起光により歯で生じた蛍光を歯垢に由来する蛍光波長領域で検出し、その蛍光強度の比あるいは差を用いることで、歯の自家蛍光に重畳した測定対象である歯垢に由来した蛍光を分離して検出するものである。
【００１６】
図１は、第１の波長として４０５ｎｍのピーク波長を有する紫色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した際にそれぞれの歯から得られる光のスペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）を示し、縦軸は第１の蛍光強度である蛍光強度Ｉを示す。細線は清浄な歯から得られるスペクトルＳ１を示しており、太線は歯垢が付着した歯から得られるスペクトルＳ１’を示している。４０５ｎｍ付近のピークＥ１は、照射された４０５ｎｍの紫色光が歯面で反射あるいは散乱されることにより検出された励起光である。５００ｎｍ付近にピークＰ０をもつブロードな蛍光は歯の自家蛍光である。６３５ｎｍ及び６７５ｎｍ付近のピークＰ１，Ｐ２は、歯垢に含まれる蛍光物質ＰＰＩＸから得られる蛍光スペクトルである。
【００１７】
清浄な歯から得られるスペクトルＳ１では歯垢由来のピークＰ１，Ｐ２は観察されないが、歯垢が付着した歯から得られるスペクトルＳ１’では歯垢由来の蛍光のピークＰ１，Ｐ２が観察される。同時に、スペクトルＳ１’は、スペクトルＳ１に比べて全波長域で一定の減衰を示している。これは、付着した歯垢によって励起光が吸収されるために生じる減衰であり、歯垢量に依存し、波長によらずほぼ一定の減衰を示す。
【００１８】
歯垢由来の蛍光のピークＰ１をより精度よく測定するためには、下記の数式（１）に示すように、その波長におけるスペクトル強度ｐ１’から歯の自家蛍光の成分ｔ１’を引いた歯垢由来の蛍光物質量Δｐを求める必要がある。
Δｐ  ＝  ｐ１’  −  ｔ１’                            ・・・（１）
【００１９】
つまり、歯垢が付着した状態で、かつ歯垢由来の蛍光を生じさせずに、歯の自家蛍光の成分ｔ１’を求める必要がある。このような条件について鋭意検討した結果、第１の波長、ここでは４０５ｎｍよりも長波長の第２の波長の光源を用いた際のスペクトルを取得すればよいことがわかった。
【００２０】
図２は、第２の波長として４６５ｎｍのピーク波長を有する青色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した際にそれぞれの歯から得られる光のスペクトルを示すグラフである。図１と同様に、グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）を示し、縦軸は第２の蛍光強度である蛍光強度Ｉを示す。細線は清浄な歯から得られるスペクトルＳ２を示しており、太線は歯垢が付着した歯から得られるスペクトルＳ２’を示している。
【００２１】
波長４６５ｎｍの青色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した場合には、歯の自家蛍光のブロードなピークＰ０は波長４０５ｎｍの紫色光を照射した場合と同様に観察されるが、ＰＰＩＸの励起が弱くなるため、歯垢由来のピークＰ１，Ｐ２は観察されない。したがって、第２の波長で励起した際の歯の自家蛍光の成分ｔ２’を第１の波長で励起した際の自家蛍光の成分ｔ１’として代用することが可能であり、歯垢由来の蛍光物質量Δｐは下記の数式（２）で近似できる。
Δｐ  ≒  ｐ１’  −  ｔ２’                            ・・・（２）
【００２２】
近似が成立するためには、第１の波長及び第２の波長の励起光の強度を事前に調整して自家蛍光の成分ｔ１’とｔ２’を揃えておく必要があるが、歯垢量に対して自家蛍光の減衰が比例関係にあることを利用して、清浄な歯で測定された自家蛍光の成分ｔ１とｔ２が一致するように励起光の強度を調整しておけばよい。あるいは、あらかじめ清浄な歯について自家蛍光の成分ｔ１とｔ２の比ｔ１／ｔ２を測定しておけば、下記の数式（３）のように補正することが可能である。
Δｐ  ≒  ｐ１’  −  ｔ２’×（ｔ１／ｔ２）            ・・・（３）
【００２３】
以上説明した原理により、２つの異なる波長を有する励起光を交互に歯に照射し、それぞれの波長の励起光により歯で生じた蛍光を歯垢由来の蛍光波長領域で検出し、それらの蛍光強度である第１の蛍光強度と第２の蛍光強度との比あるいは差を用いることで、歯の自家蛍光に重畳した歯垢に由来した蛍光を分離して検出することが可能となる。
【００２４】
次に、上記の光測定方法を実現するための蛍光測定装置を説明する。図３は、蛍光測定装置１の構成図である。蛍光測定装置１は、検査光として蛍光を利用する光測定装置の一例である。蛍光測定装置１は、歯垢に含まれる蛍光物質を励起するための光源部１００と、歯の表面で生じた蛍光の強度を検出するための検出部２００と、計測された蛍光強度から歯垢の付着量を求めて利用者に報知する制御部３００との３つのブロックから構成されている。
【００２５】
光源部１００は、第１の波長で発光する第１の光源２、第２の波長で発光する第２の光源３、混色部４、出射光用光学フィルター５、出射光用光導波路６及び出射光用集光部７を有している。混色部４、出射光用光学フィルター５、出射光用光導波路６及び出射光用集光部７は、第１の光源２及び第２の光源３からの光を測定対象の歯に照射するための光経路部分を構成する。
【００２６】
第１の光源２及び第２の光源３としては、小型で安価なＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザーを用いることができる。第１の光源２又は第２の光源３で発生する光の波長は、次のように選択される。第１の波長は、歯垢に含まれる蛍光物質に対する励起効率が高い波長を含み、第２の波長は第１の波長よりも長波長で、かつ励起効率が第１の波長よりも低いか、あるいはほぼゼロとなる波長に設定される。第１の波長は３５０ｎｍから４３０ｎｍの範囲内の波長であることが好ましく、第２の波長は４３５ｎｍから５００ｎｍの範囲内の波長であることが好ましい。具体例として、第１の光源２をピーク波長が４０５ｎｍの紫色ＬＥＤとし、第２の光源３をピーク波長が４６５ｎｍの青色ＬＥＤとすることができる。
【００２７】
混色部４は、第１の光源２及び第２の光源３で発生した光を測定対象である歯に照射した際に色むらが生じないようにするために、光の照射面内での光強度分布を第１の波長の光と第２の波長の光との間で均一とする機能を有する。光強度分布が第１の波長の光と第２の波長の光とで一致していることが重要であり、光強度分布を持つこと自体は差し支えないため、混色部４の設計の自由度は比較的高くなる。
【００２８】
出射光用光学フィルター５は、第１の光源２と第２の光源３の光を通過させ、歯垢由来の蛍光波長領域をカットするフィルターであり、５００ｎｍ以上の波長をカットする。出射光用光学フィルター５にショートパスフィルターを用いる場合、カットオフ波長は、第２の波長よりも十分長く、かつ歯垢に含まれる蛍光物質の蛍光波長よりも十分短波長に選べばよい。
【００２９】
出射光用光導波路６は、第１の光源２又は第２の光源３の光を測定対象の歯の付近まで減衰させずに運ぶためのものであり、その材質としては、例えばプラスチックやガラスが用いられる。また、出射光用光導波路６の外周をミラーコーティングして光漏れを防止することがより好ましい。また、出射光用光導波路６として、ライトパイプのようなミラーで囲まれた中空の光導波路を用いることもできる。
【００３０】
出射光用集光部７は、出射光用光導波路６中を伝播する光を歯の大きさ程度に集光して照射するためのレンズから構成される。第１の光源２又は第２の光源３からの励起光は、出射光用集光部７から、第１の照射光８又は第２の照射光９として歯１０に照射される。
【００３１】
検出部２００は、受光用集光部２１、受光用光導波路２２、受光用光学フィルター２３及び光検出器２４を有する。
【００３２】
受光用集光部２１は、歯で生じた蛍光を含む検査光２０を集光する。受光用光導波路２２は、受光用集光部２１と共に、集光された光を光検出器２４まで伝播するための光経路部分を構成する。蛍光測定装置１を歯ブラシに組み込む際には、歯ブラシのブラシ部分を受光用光導波路２２として、歯ブラシの先端を受光用集光部２１としてもよい。
【００３３】
受光用光学フィルター２３は、目的の蛍光以外の波長成分をカットするためのフィルターである。受光用光学フィルター２３は、歯垢に含まれる蛍光物質が発する蛍光波長領域である６２０ｎｍから６９０ｎｍの範囲を除く波長領域をカットするように設定することが好ましい。特に短波長側では、直接歯で反射した光源からの光の反射光が強く現れるので、これらをカットできるように、受光用光学フィルター２３にはシャープな減衰特性を持たせることが好ましい。歯垢からの蛍光スペクトルは６３０〜６４０ｎｍ付近と６７０〜６８０ｎｍ付近との２つの強いピークを有するので、受光用光学フィルター２３として、これらの蛍光スペクトルの形状に近づけた透過率特性を有するバンドパスフィルターを使うことで、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３４】
制御部３００は、制御回路３０と報知部３１とから構成されている。
【００３５】
制御回路３０は、マイクロコンピュータにより構成され、第１の光源２及び第２の光源３の明るさと点灯時間を制御して、歯に対して２つの波長の光を交互に照射させる。このように、第１の光源２の点灯時間と第２の光源３の点灯時間とを分けることによって、それぞれの光が歯に照射されて得られる蛍光物質の蛍光を区別して受光することが可能となる。第１の光源２を点灯して得られた蛍光強度をＰ１とし、第２の光源３を点灯して得られた蛍光強度をＰ２として、制御回路３０は、蛍光強度の比Ｐ１／Ｐ２、あるいは差（Ｐ１−Ｐ２）を求めることで、原理の項で説明したように、歯垢に含まれる蛍光物質量を求める。
【００３６】
報知部３１は、求められた蛍光物質量を歯ブラシの利用者に報知する。この報知には、ブザー音や圧電素子を用いた電子音を用いてもよい。電子音の場合、蛍光物質量に応じて音の高さや大きさ、断続音のピッチを変えることで利用者にフィードバックすることができる。さらには、音声合成による音声メッセージや、音楽などを用いてもよい。あるいは、報知部３１は、偏芯モーターを用いた振動報知や、ＬＥＤ点滅や色調を変えた光による報知、液晶表示による言語や図形、グラフによる報知を行ってもよい。さらに、報知部３１に無線通信を併用し、携帯電話やパーソナルコンピュータなどの外部機器に報知情報や測定に関する情報を送信して、外部機器で使用者に報知してもよい。
【００３７】
制御部３００は、２つの波長の光ごとに、検出した蛍光強度を記録し、それらを任意回数分だけ平均化処理してもよく、これによりノイズを軽減することができる。また、制御部３００は、蛍光灯などの室内光の影響を避けるために、第１の光源２及び第２の光源３の点灯時間を商用電源の周期とは異なる時間に設定して、これにより照明光の影響を軽減することができる。
【００３８】
また、制御部３００は、必要に応じて消灯を挟んで第１の光源２又は第２の光源３の発光を交互に照射してもよい。第１の光源２又は第２の光源３を点灯して取得した蛍光物質量から消灯して取得した蛍光物質量を減算することで、環境光の影響を軽減することが可能である。
【００３９】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、歯ブラシ型の蛍光測定装置４００の構成図である。
【００４０】
歯ブラシ型の蛍光測定装置４００は、検査光として蛍光を利用する光測定装置の一例であり、歯ブラシヘッド４１、柄部４２及び握り部４３から構成されている。第１の光源２及び第２の光源３は、握り部４３内に設けられた回路基板４４に制御回路３０（図３を参照）、報知部３１と共に搭載されている。第１の光源２及び第２の光源３からの光は、握り部４３に設けられた混色部４及び出射光用光学フィルター５と、柄部４２に設けられた長いテーパー形状の出射光用光導波路６ａとを介して、歯ブラシヘッド４１に導かれる。導かれた光は、歯ブラシヘッド４１内でミラーなどの手段などを用いて方向が変えられ、歯ブラシヘッド４１上の光照射部５０から、励起光として歯面に対して照射される。歯で生じた蛍光は、歯ブラシヘッド４１の光検出部５１に配置された蛍光を透過する材質の複数のブラシ４０を介して、光検出器２４に導かれる。
【００４１】
蛍光測定装置４００では、図４（Ｂ）に示すように、光照射部５０は歯ブラシヘッドの中央に配置され、光検出部５１は光照射部５０に隣接して設けられている。しかしながら、配置はこの例に限らず、例えば、複数の光照射部５０と複数の光検出部５１とを歯ブラシヘッドに設けてもよいし、それらを直線状に交互に配置してもよい。
【００４２】
光検出器２４で検出された蛍光は光電流に変換され、配線５２を介して回路基板４４に伝えられる。光電流から回路基板４４内に設けられた制御回路３０により蛍光物質量が求められ、その蛍光物質量が報知部３１によりブザーや電子音などで利用者に報知される。
【００４３】
握り部４３には、蛍光測定装置４００を駆動するための電源として電池４５が搭載されている。また、握り部４３には２つのスイッチ４６が設けられている。例えば、一方のスイッチ４６を用いて蛍光測定機能をオン・オフすることができ、他方のスイッチ４６を用いて、報知音を切り替えたり、蛍光の検出感度を調整したりすることができる。
【００４４】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、混色部４の構成例を示す図である。歯ブラシ型の蛍光測定装置４００では、第１の光源２又は第２の光源３から歯に照射される光の面内強度分布が変化しないことが重要であり、そのことが検出限界を決定する重要な指標となる。そのため、歯ブラシヘッド４１に設けられた出射光用集光部７に光が達する段階で、照射光の面内強度分布に波長依存性がないことが必要である。混色部４は、照射光の面内強度分布の波長依存性をなくす作用を担う。
【００４５】
図５（Ａ）は、テーパー形状のライトパイプを用いた混色部の構成例を示す図である。歯ブラシ型の蛍光測定装置４００の柄部４２から歯ブラシヘッド４１に渡って出射光用光導波路６ａとしてライトパイプを配置することで、長い光学経路を得ることができる。第１の光源２又は第２の光源３からの光は、ライトパイプ内で複数回の反射を繰り返すことで面内分布が均一化されるので、混色の効果を容易に高めることができる。つまり、出射光用光導波路６ａ自体が混色部として機能する。第１の光源２又は第２の光源３から斜めに出射した光６２は複数回の反射を繰り返す一方、出射光用光導波路６ａの端面に対してほぼ垂直に出射した光６１は反射回数が少なくなるが、長い光学経路のため有効な混色が可能となる。
【００４６】
図５（Ａ）に示すテーパー形状のライトパイプを出射光用光導波路６ａとして用いることで、混色部４を別途設けなくても出射光用光導波路６ａに混色部の機能をもたせることができ、簡便な構成で照射光の面内強度分布を均一に近づけることが可能となる。極端に斜めに出射した光はライトパイプ内での反射回数が多いため反射損失が無視できなくなるが、第１の光源２及び第２の光源３として出射角が狭い砲弾型ＬＥＤを使うことで、反射損失を減らし、同時に光結合効率を上げることができる。
【００４７】
ライトパイプは、ミラーを使った中空タイプでも、プラスチック製でもよい。プラスチック製の場合、外周に金属ミラーをコーティングすることで、光漏れを減少させることが可能である。ライトパイプの形状は、単純な直線形状でもテーパー状でもよいが、規則的なあるいは乱雑な反射面をパイプ内部に設けることで、混色の効果を容易に高めることが可能である。ライトパイプの断面形状は、丸型、楕円型、矩形、多角形などでもよく、そうした様々な形状のうちで、歯ブラシの形状及びデザインに合わせて適した構造を使い分けることも容易である。
【００４８】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す出射光用光導波路６ａに混色部４が追加された形態の説明図である。図５（Ｂ）に示す例では、混色部４として、入射端面にマイクロレンズアレイ６４が配置されたものが用いられている。こうして第１の光源２又は第２の光源３からの光を複数の点光源からの光６７，６９に変換することで、混色の効果がさらに高まる。
【００４９】
また、図５（Ｂ）に示す例では、第１の光源２及び第２の光源３としてＬＥＤチップが、４５度の反射ミラーを持ったミラー付き基板６３に実装されている。この構造により、第１の光源２及び第２の光源３から出射する光が前方に導かれるので、出射角が狭まる。さらに、ＬＥＤチップを使うことで光源の間隔を狭くできるため、照射光の面内強度分布をより均一に近づけることが可能である。
【００５０】
図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す出射光用光導波路６ａに別の構成の混色部４が追加された形態の説明図である。図５（Ｃ）に示す例では、混色部４として、第１の光源２及び第２の光源３からの出射光を散乱させる散乱体を含むものが用いられている。この混色部４は、光散乱粒子７１を含む透明な樹脂で、ミラー付き基板６３に搭載された第１の光源２及び第２の光源３を封止して形成されている。各光源からの光を多数の光散乱粒子７１で多重に散乱させることで、照射光の面内強度分布を均一に近づけることができる。また、混色部４の出射端面にマイクロレンズアレイ６４を追加してもよく、これにより混色の効果をさらに高めることが可能である。
【００５１】
図６は、歯ブラシヘッド４１の内部を示す構成図である。出射光用光導波路６ａを伝わる光は、歯ブラシヘッド４１内のミラー６ｂで向きを変え、出射光用光導波路６ｃを介して、出射光用集光部７から歯１０に向けて励起光として照射される。歯の表面に付着した歯垢及びその近辺の歯から生じた蛍光は、ブラシ４０と受光用光学フィルター２３を介して、光検出器２４で検出される。ブラシ４０の先端は、曲率を持たせることにより受光用集光部２１として機能し、続くブラシ４０は、受光用光導波路２２として機能する。また、受光用光学フィルター２３を取り囲むように遮光体２３ａが配置されており、遮光体２３ａは、環境光や励起光がブラシ４０を介さずに直接受光用光学フィルター２３に入射することを防ぐ。
【００５２】
受光用光学フィルター２３とブラシ４０の端面とをブラシ４０及び受光用光学フィルター２３の屈折率に近い屈折率を持つ光学接着剤で接着することで、散乱損失を防ぐことができる。また、受光用光学フィルター２３の機能を有する光学接着剤を使って、ブラシ４０の端面と光検出器２４の開口部２４ａとを接着することもできる。さらに、ブラシ４０の素材に光学フィルターとして機能するような素材を用いることも可能である。その際は、ブラシ４０の端面は、光検出器２４の開口部２４ａに配置され、光学接着剤で接着される。
【００５３】
蛍光を用いて歯垢を検出するには、上記の通り、歯からの蛍光と歯垢からの蛍光を分離して求める必要がある。例えば、ピーク波長が４０５ｎｍの紫色光で歯を励起すると、歯垢由来の蛍光と歯の自家蛍光の両方が発生するが、ピーク波長が４６５ｎｍの青色光で歯を励起すると、歯の自家蛍光だけが発生する。そこで、歯垢量を求めるには、紫色光で歯を励起したときの蛍光強度から、青色光で歯を励起したときの蛍光強度を差し引く必要がある。さらに、歯垢からの蛍光は微弱であり、歯垢由来の蛍光のピーク波長６３５ｎｍは蛍光灯のピーク波長６２０ｎｍに近いため、蛍光灯などの環境光の影響を取り除くことも必要である。蛍光灯の光を光学フィルターだけで除去することは困難であるため、制御部３００では、ノイズ除去能力が高く微弱な光を測定できるロックインアンプを使用する。
【００５４】
制御部３００は、１相（１組）のロックインアンプを時分割駆動して、等価的に２相（２組）のロックインアンプとして用いることで、歯と歯垢の蛍光強度を測定する。特に、制御部３００では、単純な時分割駆動の場合とは光源の点灯パターンを変えることで、歯と歯垢の蛍光の測定精度と環境光のノイズ除去特性を向上させる。以下では、単純な時分割駆動を行う比較例の制御部３１０（図７を参照）と比較して、蛍光測定装置１，４００（実施例）の制御部３００の回路構成と動作を説明する。
【００５５】
図７は、比較例の制御部３１０の回路構成を示すブロック図である。図８は、制御部３１０の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図９は、実施例の制御部３００の回路構成を示すブロック図である。図１０は、制御部３００の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【００５６】
図９に示す実施例の制御部３００は、制御回路３０及び報知部３１（図３を参照）に加えて、光源駆動回路８３，８４、インバータ８５、電流電圧変換回路８６、発振回路１００Ａ、間引き制御回路１０２Ａ及びロックインアンプ１０３を有する。これらは、握り部４３内の回路基板４４（図４を参照）上に設けられている。図７に示す比較例の制御部３１０の回路構成は、インバータ８５が間引き制御回路１０２Ｂに置き換えられている点のみが制御部３００のものと異なる。図７及び図９では、便宜的に、光源部１００内の第１の光源２及び第２の光源３、並びに検出部２００内の光検出器２４も併せて図示している。
【００５７】
発振回路１００Ａは、制御回路３０の制御の下で、周期Ｔの矩形波であるタイミング信号１０１（基準信号の一例）を生成する。
【００５８】
光源駆動回路８３は第１の光源２を駆動し、光源駆動回路８４は第２の光源３を駆動する。光源駆動回路８３，８４は、発振回路１００Ａからのタイミング信号１０１に基づいて、第１の光源２及び第２の光源３を交互に駆動する。制御部３００では、第１の光源２及び第２の光源３のうちで第２の光源３のみがインバータ８５を介して発振回路１００Ａに接続されているので、第１の光源２はタイミング信号１０１と同相で点灯し、第２の光源３はタイミング信号１０１とは逆相で点灯する。第１の光源２は、タイミング信号１０１の１周期内における前半の半周期に発光して、第１の波長の光（例えば４０５ｎｍの紫色光）を出射する。第２の光源３は、タイミング信号１０１の１周期内における後半の半周期に発光して、第２の波長の光（例えば４６５ｎｍの青色光）を出射する。
【００５９】
光検出器２４は、第１の光源が点灯し第１の波長の光が歯に照射されたときに歯から発生する蛍光の強度（第１の蛍光強度）と、第２の光源３が点灯し第２の波長の光が歯に照射されたときに歯から発生する蛍光の強度（第２の蛍光強度）を検出する。電流電圧変換回路８６は、光検出器２４の出力信号を電圧信号に変換して、光信号ＰＤを生成する。以下では、歯垢由来の蛍光による光信号ＰＤを「歯垢の蛍光量Ｐｐ」、歯の自家蛍光による光信号ＰＤを「歯の蛍光量Ｐｔ」という。
【００６０】
間引き制御回路１０２Ａは、制御回路３０からの間引き信号１０２に従って、時分割された複数の時間領域のうちで偶数番目の時間領域における第１の光源２の発光を禁止する信号を光源駆動回路８３に出力し、これにより、その時間領域における第１の光源２の発光を停止させる。以下では、複数の時間領域のうちで、奇数番目の時間領域のことを「第１の期間Ｔ１」、偶数番目の時間領域のことを「第２の期間Ｔ２」という。第１及び第２の期間は、タイミング信号１０１の周期Ｔよりも長い周期で交互に繰り返される。間引き制御回路１０２Ａは、第２の期間Ｔ２ではなく第１の期間Ｔ１に第１の光源２の発光を停止させてもよく、第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２のどちらを発光停止期間としても、制御部３００の動作は本質的に同じである。制御部３００では、発振回路１００Ａ、間引き制御回路１０２Ａ及びインバータ８５が発光制御部として機能する。
【００６１】
ロックインアンプ１０３は、位相検波器１０４及びＡ／Ｄコンバータ１０６を有する。位相検波器１０４は、タイミング信号１０１に従い光信号ＰＤを位相検波して光信号ＰＤ同士の差を求めることで、歯の蛍光量Ｐｔ及び歯垢の蛍光量Ｐｐに応じた同相検波出力１０５を生成する。制御部３００では、第１の期間Ｔ１には第１の光源２と第２の光源３が交互に点灯し、第２の期間Ｔ２には第２の光源３のみが点灯する。このため、位相検波器１０４は、同相検波出力１０５として、第１の期間Ｔ１には、第１及び第２の蛍光強度に応じた信号（第１の出力信号）を生成し、第２の期間Ｔ２には、第２の蛍光強度に応じた信号（第２の出力信号）を生成する。Ａ／Ｄコンバータ１０６は、同相検波出力１０５をデジタルの同相検波出力１０７（ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２）に変換して、制御回路３０に出力する。
【００６２】
制御回路３０は、発振回路１００Ａ及び間引き制御回路１０２Ａの動作を制御すると共に、第１及び第２の期間における同相検波出力１０７から、測定対象の蛍光物質量である歯の蛍光量Ｐｔ及び歯垢の蛍光量Ｐｐを算出する。
【００６３】
比較例の制御部３１０では、図７に示すように、発振回路１００Ａと光源駆動回路８３の間に間引き制御回路１０２Ａが、発振回路１００Ａと光源駆動回路８４の間に間引き制御回路１０２Ｂが、それぞれ設けられている。制御部３１０の間引き制御回路１０２Ａは、制御回路３０からの間引き信号１０２に従って、第１の期間Ｔ１のみ第１の光源２の発光を許可し、第２の期間Ｔ２における第１の光源２の発光を禁止する信号を光源駆動回路８３に出力する。間引き制御回路１０２Ｂは、間引き信号１０２に従って、第２の期間Ｔ２のみ第２の光源３の発光を許可し、第１の期間Ｔ１における第２の光源３の発光を禁止する信号を光源駆動回路８４に出力する。制御部３１０では、第１の光源２と第２の光源３の両方とも、第１の期間Ｔ１又は第２の期間Ｔ２におけるタイミング信号１０１の前半の半周期に発光する。
【００６４】
図８では、タイミング信号１０１をＴＩＭで表し、第１の光源２及び第２の光源３の点灯タイミングをそれぞれＶＬＥＤ，ＢＬＥＤで表す。ＰＤは、電流電圧変換回路８６から出力される光信号である。これらは、後述する図１０及び図１１でも同様である。以下では、簡単のため、紫色ＬＥＤである第１の光源２及び青色ＬＥＤである第２の光源３のことも、それぞれＶＬＥＤ，ＢＬＥＤという。
【００６５】
図８では、時分割駆動を制御する間引き信号１０２をＤＩＶで表す。図８に示す比較例の時分割駆動では、ＤＩＶが「Ｈ」の期間が、時分割の前半（奇数番目）の時間領域（第１の期間Ｔ１）であり、この期間にはＶＬＥＤが発光する。ＤＩＶが「Ｌ」の期間が、時分割の後半（偶数番目）の時間領域（第２の期間Ｔ２）であり、この期間にはＢＬＥＤが発光する。Ｔｓは、Ａ／Ｄコンバータ１０６によるデータ取得間隔（サンプリング時間）であり、これは後述する図１０及び図１１でも同様である。比較例では、一例として、タイミング信号１０１の周期Ｔを２５６μｓ（３．９１ｋＨｚ）、第１の期間Ｔ１、第２の期間Ｔ２及びデータ取得間隔Ｔｓを共に１２．５ｍｓ（８０Ｈｚ）とする。時分割駆動の周期はＴ１＋Ｔ２＝２Ｔｓ＝２５ｍｓ（４０Ｈｚ）である。
【００６６】
比較例の制御部３１０では、第１の期間Ｔ１でＴＩＭが「Ｈ」のときにはＶＬＥＤが点灯し、このときの光信号ＰＤは、歯の蛍光量Ｐｔと歯垢の蛍光量Ｐｐの和である（Ｐ１＝Ｐｔ＋Ｐｐ）。第２の期間Ｔ２でＴＩＭが「Ｈ」のときにはＢＬＥＤが点灯し、このときの光信号ＰＤは歯の蛍光量Ｐｔである（Ｐ２＝Ｐｔ）。ＴＩＭが「Ｌ」のときにはＶＬＥＤとＢＬＥＤは消灯し、このときの光信号ＰＤは０である。したがって、比較例の場合、第１及び第２の期間における同相検波出力１０７（ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２）は、
ＩＯＵＴ１＝（Ｐ１−０）／２＝（Ｐｔ＋Ｐｐ）／２
ＩＯＵＴ２＝（Ｐ２−０）／２＝Ｐｔ／２
であり、制御回路３０が算出する歯の蛍光量Ｐｔ及び歯垢の蛍光量Ｐｐは、
Ｐｔ＝２×ＩＯＵＴ２
Ｐｐ＝２×（ＩＯＵＴ１−ＩＯＵＴ２）
である。
【００６７】
このようにして、時分割駆動の周期２Ｔｓごとに、歯の蛍光量Ｐｔと歯垢の蛍光量Ｐｐのデータの組が得られる。比較例では、歯垢の蛍光量Ｐｐは、第１の期間Ｔ１での出力信号ＩＯＵＴ１から第２の期間Ｔ２での出力信号ＩＯＵＴ２を差し引くことで求められる。その際、第１の期間Ｔ１における歯の蛍光量Ｐｔを、第２の期間Ｔ２における歯の蛍光量Ｐｔで代用して差し引くため、比較例の光測定方法では、第１及び第２の期間でノイズの相関が小さい場合には、ノイズの影響を大きく受ける。
【００６８】
図１０では、時分割駆動を制御する間引き信号１０２をＶＩＮＨで表す。図１０に示す実施例の時分割駆動では、ＶＩＮＨが「Ｌ」の期間が、時分割の前半（奇数番目）の時間領域（第１の期間Ｔ１）であり、この期間にはＶＬＥＤとＢＬＥＤが交互に発光する。ＶＩＮＨが「Ｈ」の期間が、時分割の後半（偶数番目）の時間領域（第２の期間Ｔ２）であり、この期間にはＶＬＥＤの発光が禁止され、ＢＬＥＤのみが発光する。実施例では、一例として、タイミング信号１０１の周期Ｔを２５６μｓ（３．９１ｋＨｚ）、データ取得間隔Ｔｓを１２．５ｍｓ（８０Ｈｚ）、第１の期間Ｔ１を３Ｔｓ／２＝１８．７５ｍｓ、第２の期間Ｔ２をＴｓ／２＝６．２５ｍｓとする。時分割駆動の周期はＴ１＋Ｔ２＝２Ｔｓ＝２５ｍｓ（４０Ｈｚ）である。
【００６９】
実施例の制御部３００では、第１の期間Ｔ１でＴＩＭが「Ｈ」のときにはＶＬＥＤが点灯し、このときの光信号ＰＤは、歯の蛍光量Ｐｔと歯垢の蛍光量Ｐｐの和である（Ｐ１＝Ｐｔ＋Ｐｐ）。ＴＩＭが「Ｌ」のときにはＢＬＥＤが点灯し、このときの光信号ＰＤは歯の蛍光量Ｐｔである（Ｐ２＝Ｐｔ）。第２の期間Ｔ２でＴＩＭが「Ｈ」のときにはＶＬＥＤとＢＬＥＤは消灯し、このときの光信号ＰＤは０である。したがって、実施例の場合、第１及び第２の期間における同相検波出力１０７（ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２）は、
ＩＯＵＴ１＝（Ｐ１−Ｐ２）／２＝｛（Ｐｔ＋Ｐｐ）−Ｐｔ｝／２＝Ｐｐ／２
ＩＯＵＴ２＝（０−Ｐ２）／２  ＝−Ｐｔ／２
であり、制御回路３０が算出する歯の蛍光量Ｐｔ及び歯垢の蛍光量Ｐｐは、
Ｐｔ＝−２×ＩＯＵＴ２
Ｐｐ＝  ２×ＩＯＵＴ１
である。
【００７０】
歯垢の蛍光量Ｐｐは、歯垢量が多いほど大きくなるが、歯垢量が少なくても、測定装置と測定対象の歯との間の距離が近いほど大きくなる。このため、制御部３００は、歯垢の蛍光量Ｐｐに加えて歯の蛍光量Ｐｔも算出する。両者の比をとれば、測定距離の変動による歯垢の蛍光量Ｐｐへの影響を補正することができる。
【００７１】
実施例では、第１の期間Ｔ１の出力信号ＩＯＵＴ１は、ＶＬＥＤ点灯時に生じる歯及び歯垢の蛍光量とＢＬＥＤ点灯時に生じる歯の蛍光量との差成分であるから、ＩＯＵＴ１として歯垢の蛍光量が直接求められる。歯の蛍光量も、第２の期間Ｔ２の出力信号ＩＯＵＴ２として直接求められる。制御部３００も、歯垢の蛍光量を求める際に異なる時刻での蛍光量Ｐ１，Ｐ２の差分をとるが、その時間差は、タイミング信号１０１の周期Ｔと同程度であり、制御部３１０の場合の蛍光量同士の時間差であるデータ取得間隔Ｔｓよりもはるかに小さい。このため、制御部３００では、時分割駆動をすることにより生じる測定誤差は、制御部３１０の場合よりも小さい。
【００７２】
歯垢の蛍光は歯の蛍光に比べて弱いので、制御部３００では、歯垢を検出する時間の割合、すなわち、時分割駆動の１周期における第１の期間Ｔ１の割合を増やせば、歯垢量の測定精度を向上させることができる。また、歯の蛍光量は、上記の通り、測定距離の変動による影響を補正するために補助的に用いられるものであるから、歯の蛍光量が得られる第２の期間Ｔ２は短くてもよい。したがって、実施例の時分割駆動では、第１の期間Ｔ１は第２の期間Ｔ２よりも長いことが好ましい。
【００７３】
実施例では、Ｔ１：Ｔ２＝３：１とすると、１周期２ＴｓにおいてＶＬＥＤは３／８の期間点灯し、ＢＬＥＤは４／８の期間点灯する。この値は見かけの点灯期間であり、歯垢量を測定する期間Ｔ１におけるＶＬＥＤとＢＬＥＤの点灯期間は共に３／８であり、歯の蛍光を測定する期間Ｔ２におけるＢＬＥＤの点灯期間は１／８となる。これが測定精度を考慮した際の実質的な点灯期間となる。
【００７４】
時分割駆動を行わず、２相のロックインアンプを使用して、ＶＬＥＤとＢＬＥＤを交互に、かつ５０％よりも小さいＤｕｔｙαで駆動した場合、αがＶＬＥＤとＢＬＥＤの見かけの点灯時間になる。実施例の時分割駆動に合わせてα＝３／８とすると、２相のロックインアンプの出力ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２は、
ＩＯＵＴ１＝αＰｐ＝（３／８）Ｐｐ
ＩＯＵＴ２＝（１／２−α）（Ｐｐ＋Ｐｔ）＝（１／８）（Ｐｐ＋Ｐｔ）
となる。歯の蛍光量ＰｔはＩＯＵＴ１とＩＯＵＴ２から求められるが、各式の係数が実質的なＬＥＤの点灯Ｄｕｔｙと考えられる。検出精度を考慮すると、歯垢の蛍光量を検出する場合の点灯時間はＶＬＥＤ，ＢＬＥＤ共に３／８となる一方、歯の蛍光量の検出精度は実質的な点灯Ｄｕｔｙの小さいＩＯＵＴ２で規定され、歯の蛍光量を検出する場合の実質的な点灯時間は検出原理から１／２−α＝１／８となる。
【００７５】
したがって、実施例では、１相のロックインアンプを使用しているにもかかわらず、２相のロックインアンプを使用する場合と同等の測定精度を得ることが可能である。用途により、歯に対して相対的に歯垢の検出感度を上げたい場合には、第２の期間Ｔ２を短くし、第１の期間Ｔ１を長くすることができる。
【００７６】
図１１は、図１０の動作タイミングの変形例を示すタイミングチャートである。図１１では、第２の期間Ｔ２においてＶＬＥＤではなくＢＬＥＤの点灯を停止させる場合の動作タイミングを示しており、時分割駆動を制御する間引き信号１０２をＢＩＮＨで表す。図１１に示す変形例の時分割駆動では、ＢＩＮＨが「Ｌ」の期間が、時分割の前半（奇数番目）の時間領域（第１の期間Ｔ１）であり、この期間にはＶＬＥＤとＢＬＥＤが交互に発光する。ＢＩＮＨが「Ｈ」の期間が、時分割の後半（偶数番目）の時間領域（第２の期間Ｔ２）であり、この期間にはＢＬＥＤの発光が禁止され、ＶＬＥＤのみが発光する。
【００７７】
変形例の場合、第１及び第２の期間における同相検波出力１０７（ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２）は、
ＩＯＵＴ１＝（Ｐ１−Ｐ２）／２＝｛（Ｐｔ＋Ｐｐ）−Ｐｔ｝／２＝Ｐｐ／２
ＩＯＵＴ２＝（Ｐ１−０）／２  ＝（Ｐｔ＋Ｐｐ）／２
であり、制御回路３０が算出する歯の蛍光量Ｐｔ及び歯垢の蛍光量Ｐｐは、
Ｐｔ＝２×（ＩＯＵＴ２−ＩＯＵＴ１）
Ｐｐ＝２×ＩＯＵＴ１
である。
【００７８】
変形例の時分割駆動では、歯の蛍光量Ｐｔを求めるために第１の期間Ｔ１での出力信号ＩＯＵＴ１と第２の期間Ｔ２での出力信号ＩＯＵＴ２との差分をとる必要があるので、比較例の場合と同等の測定誤差が生じる。このため、変形例のように、実施例の場合と同様の点灯パターンを採用し、歯垢由来の蛍光が発生するＶＬＥＤの点灯時間を実施例の場合よりも長くしても、測定精度の向上には寄与しない。したがって、単に一方の期間で２つの光源を交互に駆動し、他方の期間で一方の光源だけを駆動すればよいわけではなく、実施例のように、他方の期間ではＢＬＥＤだけを駆動することが望ましい。実施例では、時分割駆動を行い、かつ一方の期間でＢＬＥＤだけを駆動することにより、各期間の出力信号として歯及び歯垢の蛍光量が直接得られ、２つの期間を跨って出力信号の差分をとる必要がないので、比較例及び変形例の場合と比べて測定精度が向上する。
【００７９】
図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、蛍光測定装置１，４００を用いた測定と制御部３００，３１０による出力信号の差異を説明する図である。図１２（Ａ）は、歯垢１１が付着した２つの歯１０に対して、図中に点線の矢印で示す水平方向右向きに励起光の照射スポット１２を移動させながら、歯及び歯垢の蛍光量を測定する様子を示す。歯間付近の歯面に付着した歯垢は除去しにくいため、図１２（Ａ）に示した状況は、歯垢量の測定では一般的である。図１２（Ｂ）〜図１２（Ｄ）は、図１２（Ａ）に示す点線に沿って歯列を測定したときに検出される歯及び歯垢の蛍光強度の変化を示す。各図の横軸は時間ｔを、縦軸は蛍光強度Ｉを表す。
【００８０】
図１２（Ｂ）は、データ取得間隔Ｔｓが十分短く、４０５ｎｍの紫色光で歯を励起したときの蛍光量と４６５ｎｍの青色光で歯を励起したときの蛍光量とを同時に測定できる理想的な測定装置を用いた場合の蛍光強度を示す。グラフの実線は、４０５ｎｍの励起光での蛍光強度（歯垢の蛍光強度Ｉｐと歯の蛍光強度Ｉｔとの和）であり、点線は、４６５ｎｍの励起光での蛍光強度（歯の蛍光強度Ｉｔ）である。歯垢の蛍光強度Ｉｐ及び歯の蛍光強度Ｉｔは、上記した歯垢の蛍光量Ｐｐ及び歯の蛍光量Ｐｔと実質的に同じである。グラフの実線と点線の差分である図中に矢印で示したベクトルが、歯垢の蛍光強度Ｉｐに相当する。４０５ｎｍの励起光での蛍光強度には、歯間付近の歯垢が付着している部分にピークが見られる。
【００８１】
図１２（Ｃ）は、比較例の時分割駆動で測定した場合の蛍光強度を示す。図１２（Ｃ）では、時分割された奇数番目の時間領域（第１の期間）をＴ１，Ｔ３，・・・で表し、偶数番目の時間領域（第２の期間）をＴ２，Ｔ４，・・・で表す。Ｐ１は第１の期間Ｔ１での出力信号ＩＯＵＴ１であり、Ｐ２は第２の期間Ｔ２での出力信号ＩＯＵＴ２である。奇数番目の時間領域で得られる出力信号ＩＯＵＴ１は、４０５ｎｍの励起光による歯垢の蛍光強度Ｉｐ’’と歯の蛍光強度Ｉｔ’’との和であり、偶数番目の時間領域で得られる出力信号ＩＯＵＴ２は、４６５ｎｍの励起光による歯の蛍光強度Ｉｔ’’である。これらの出力信号は、データ取得間隔Ｔｓごとに交互に得られる。歯垢の蛍光量は出力信号ＩＯＵＴ１，ＩＯＵＴ２の差分で求められるため、図中に矢印で示したベクトルが、歯垢の蛍光強度Ｉｐ’’に相当する。
【００８２】
図１２（Ａ）における左側の歯１０の左端から測定する際、照射スポット１２の移動に伴い歯１０に当たる励起光量が増加するために、蛍光強度も増加する。第１の期間Ｔ１の蛍光強度であるＰ１（＝Ｉｐ’’＋Ｉｔ’’）と第２の期間Ｔ２の蛍光強度であるＰ２（＝Ｉｔ’’）との差分は、左側の歯１０の左端には歯垢がないため０になるはずであるが、比較例では、図１２（Ｃ）の左端の矢印で示すように負の大きな値として算出される。図１２（Ｃ）に矢印（ベクトル）で示した歯垢の蛍光強度Ｉｐ’’は図１２（Ｂ）における実線と破線のグラフの差分とは大きく異なり、歯の両端や歯垢が付着している歯間付近などの蛍光量が大きく変化するところで特に測定誤差が生じていることが分かる。この測定誤差は、互いに異なる時刻、すなわち、照射スポット１２が時間と共に移動することによる互いに異なる位置での蛍光強度を用いて歯垢量を算出するために生じる。
【００８３】
図１２（Ｄ）は、実施例の時分割駆動で測定した場合の蛍光強度を示す。実施例の場合、奇数番目の時間領域では、４０５ｎｍと４６５ｎｍの励起光を交互に照射することで歯垢の蛍光強度Ｉｐ’が得られ、偶数番目の時間領域では、４６５ｎｍの励起光により歯の蛍光強度Ｉｔ’が得られる。図１２（Ｄ）では、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）と同様に、歯垢の蛍光強度Ｉｐ’を矢印（ベクトル）でも示している。
【００８４】
図１２（Ｂ）と図１２（Ｄ）を比較すると分かるように、実施例では、理想的な測定装置の場合に近い結果が得られる。実際の測定装置で時分割駆動を行う場合、データ取得間隔Ｔｓは有限の長さを持ち、２波長での蛍光量を同時に測定することはできないが、実施例の時分割駆動であれば、比較例の場合よりも測定精度が上がることが分かる。これは、実施例の場合、時分割された異なる時間領域間での蛍光量同士の差分をとる必要がないので、照射スポット１２が移動することによる蛍光量の誤差が比較例の場合ほど問題にならないためである。また、実施例の場合、歯と歯垢の蛍光強度が交互に求められ、歯垢の蛍光強度Ｉｐ’と歯の蛍光強度Ｉｔ’とが異なる時間での蛍光強度であるが、歯の蛍光強度Ｉｔ’は内挿すれば概ね正確に求められるので、異なる時間で求めた蛍光量でも特に問題はない。
【００８５】
以上説明したように、波長の異なる２つの光で歯を励起し、蛍光を１波長で計測することにより、自家蛍光から歯垢由来の蛍光を分離して計測することが可能となり、シンプルな構成で精度よく歯垢を検出できる蛍光測定装置が得られる。よって、この蛍光測定装置を搭載した歯ブラシであれば、きちんと磨けているかどうかを確認しながら歯を磨くことができる。
【００８６】
特に、実施例の制御部３００では、図１０に示した時分割駆動を行うことにより、ロックインアンプ１台で歯と歯垢の蛍光を分離して測定できるので、ローコスト化の効果が大きい。また、歯垢の蛍光量に関しては、図８に示した比較例の場合よりも測定誤差が減り、時分割駆動を行わずに２相のロックインアンプを使用する場合と同等の精度が得られる。歯の蛍光量に関しては、比較例の場合と比べれば精度は低下するが、２相のロックインアンプを使用する場合と同等の精度が得られる。ただし、歯の蛍光量は、歯と測定装置との距離による影響の補正や、測定位置が歯間か歯面かの判定などに補助的に用いられるものであるため、実施例の場合でも必要な精度を確保することが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１，４００    蛍光測定装置
２    第１の光源
３    第２の光源
３０    制御回路
１００    光源部
１００Ａ    発振回路
１０２Ａ，１０２Ｂ    間引き制御回路
１０３    ロックインアンプ
１０４    位相検波器
２００    検出部
３００    制御部
【図１】
2019174361.tif 000003
【図２】
2019174361.tif 000004
【図３】
2019174361.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019174361.tif 000010
【図９】
2019174361.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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