(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの異なる波長の光を出力する際に使用するための３個のＬＥＤを有し、評価部位へ波長変調光を出力するよう構成される光源であって、前記波長変調光は、特定の歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数の非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有するよう波長変調周波数で変調され、前記特定の歯垢は、（ｉ）前記特定の歯垢以外の歯垢、及び（ｉｉ）前記特定の歯垢以外の干渉種、のうちの１又は複数のスペクトル特性と異なるスペクトル特性を示す、光源と、
前記評価部位から受信される光を検出するよう構成される少なくとも１つの感光装置を有する光検出器であって、前記検出された光は、（ｉ）部位反射光、及び（ｉｉ）部位放射光、のうちの１又は複数を有する、光検出器と、
前記光源及び前記光検出器に動作可能に結合され、シーケンス生成器を有する発光制御モジュールと、高調波成分検出モジュールと、を有する制御部と、
を有し、
前記シーケンス生成器は、前記特定の歯垢の前記吸収及び前記蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における前記非線形性に対応する前記波長の近くに中心のある前記周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するために、前記３個のＬＥＤの発光を順序付けるよう構成される少なくとも１つの発光制御信号を出力し、前記少なくとも１つの発光制御信号を介して前記波長変調光を出力するよう前記光源を制御し、
前記高調波成分検出モジュールは、（ｉ）部位反射光を含む吸収スペクトル、及び（ｉｉ）部位放射光の中の蛍光放射を含む励起スペクトル、のうちの少なくとも１つに含まれる前記波長変調周波数の複数の異なる高調波成分を検出し、前記検出した複数の異なる高調波成分に対応する異なる種類の歯垢の存在を検出する、歯垢検出装置。
【請求項２】
さらに、前記高調波成分検出モジュールは、前記少なくとも１つの高調波成分を検出するよう並びに他の周波数で変調された信号を拒否するよう構成される少なくとも１つのロックイン増幅器を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記３個のＬＥＤは、それぞれ狭スペクトル光を出力する青色ＬＥＤを有し、前記３つの異なる狭スペクトル光は、４３８ｎｍ、４４４ｎｍ、及び４５０ｎｍを有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
さらに、前記３個のＬＥＤは、前記３つの異なる狭スペクトル光の所要の範囲をカバーするのに十分な放射スペクトルを有し、前記光源は、それぞれ前記３個のＬＥＤの出力にある３個の除去フィルタを更に有し、ＬＥＤ毎に１つの除去フィルタがあり、前記３個の除去フィルタの各々は、前記３つの異なる狭スペクトル光のうちのそれぞれ１つの通過帯域を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光検出器は、１つの帯域通過フィルタを更に有し、前記帯域通過フィルタは、前記特定の歯垢の前記吸収スペクトルにおける前記非線形性に対応する前記波長の近くに中心のある前記部位反射光の所望帯域を分離するとともに、部位反射光の他の帯域を拒否する通過帯域を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
広帯域放射スペクトル固定波長光源と、前記広帯域放射スペクトル固定波長光源の出力に配置される可調フィルタと、を有する光源であって、可調フィルタは、異なる波長の間で前記可調フィルタの通過帯域を調節するよう動作し、前記光源は、評価部位へ波長変調光を出力するよう構成され、前記波長変調光は、特定の歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数の非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有するよう波長変調周波数で変調され、前記特定の歯垢は、（ｉ）前記特定の歯垢以外の歯垢、及び（ｉｉ）前記特定の歯垢以外の干渉種、のうちの１又は複数のスペクトル特性と異なるスペクトル特性を示す、光源と、
前記評価部位から受信される光を検出するよう構成される少なくとも１つの感光装置を有する光検出器であって、前記検出された光は、（ｉ）部位反射光、及び（ｉｉ）部位放射光、のうちの１又は複数を有する、光検出器と、
前記光源及び前記光検出器に動作可能に結合され、発光制御モジュールと高調波成分検出モジュールとを有する制御部と、
を有し、
前記発光制御モジュールは、少なくとも１つの発光制御信号を出力するよう構成され、前記特定の歯垢の前記吸収及び前記蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における前記非線形性に対応する前記波長の近くに中心のある前記周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するよう及び前記波長変調光を出力するよう前記可調フィルタを調整するよう構成される少なくとも１つの発光制御信号を介して前記光源を制御し、
前記高調波成分検出モジュールは、（ｉ）部位反射光を含む吸収スペクトル、及び（ｉｉ）部位放射光の中の蛍光放射を含む励起スペクトル、のうちの少なくとも１つに含まれる前記波長変調周波数の複数の異なるの高調波成分を検出し、前記検出した複数の異なる高調波成分に対応する異なる種類の歯垢の存在を検出する、歯垢検出装置。
【請求項７】
波長可調光源を有する光源であって、前記波長可調光源は、異なる波長の中で調節されるよう動作し、前記光源は、評価部位へ波長変調光を出力するよう構成され、前記波長変調光は、特定の歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数の非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有するよう波長変調周波数で変調され、前記特定の歯垢は、（ｉ）前記特定の歯垢以外の歯垢、及び（ｉｉ）前記特定の歯垢以外の干渉種、のうちの１又は複数のスペクトル特性と異なるスペクトル特性を示す、光源と、
前記評価部位から受信される光を検出するよう構成される少なくとも１つの感光装置を有し、前記検出された光は、（ｉ）部位反射光、及び（ｉｉ）部位放射光、のうちの１又は複数を有する、光検出器と、
前記光源及び前記光検出器に動作可能に結合され、発光制御モジュールと高調波成分検出モジュールとを有する制御部と、
を有し、
前記発光制御モジュールは、少なくとも１つの発光制御信号を出力するよう構成され、前記特定の歯垢の前記吸収及び前記蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における前記非線形性に対応する前記波長の近くに中心のある前記周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するよう及び前記波長変調光を出力するよう前記波長可調光源を調整するよう構成される少なくとも１つの発光制御信号を介して前記光源を制御し、
前記高調波成分検出モジュールは、（ｉ）部位反射光を含む吸収スペクトル、及び（ｉｉ）部位放射光の中の蛍光放射を含む励起スペクトル、のうちの少なくとも１つに含まれる前記波長変調周波数の複数の異なる高調波成分を検出し、前記検出した複数の異なる高調波成分に対応する異なる種類の歯垢の存在を検出する、歯垢検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の参照］
本願は、米国仮特許出願番号第６２／０５６７９７号、２０１４年９月２９日出願の利益を請求する。
【０００２】
本発明の実施形態は、概して、口腔ヘルスケア機器及び方法に関し、より具体的には、歯垢検出機器及び歯垢検出のための方法に関する。
【発明の概要】
【０００３】
口腔ヘルスケアは、良好な衛生及び歯の健康の支援において重要である。特に、良好な口腔ヘルスケアは、歯の歯垢の除去を含む。歯の歯垢は、臨床的に、除去可能な及び固定した修復を含む口内の固い表面に頑強に付着する構造化された弾力のある黄色がかった灰色の物質として定義される。さらに、歯の歯垢は、細菌及び液体で満たされた多数の溝を有する組織化された構造により特徴付けられる口腔生物膜を有する。歯垢は、主に、唾液グリコール−タンパク質及び細胞外多糖のマトリクス状の細菌で構成される。さらに、１グラムの歯垢は、約１０１１個の細菌を含む。５００より多くの異なる微生物種が、歯の歯垢の中で見付かる。さらに、歯の表面状の位置に基づき、歯の歯垢は、歯肉縁上の歯垢と歯肉縁下の歯垢とに分類される。
【０００４】
歯の歯垢は、数百種もの細菌の複雑性を有する。歯の歯垢の化膿は、口の中の場所、年齢、時間、口内環境、及び他の要因に依存して非常に変化しやすい。この変化しやすさにも拘わらず、歯の歯垢の分析は、再現可能なパターンに従い発展することが示されている。歯の歯垢の中の培養可能な細菌の大部分は、ミュータンス連鎖球菌、口腔内連鎖球菌、及びメテオ（miteor）連鎖球菌である。
【０００５】
歯肉縁上の歯垢に関しては、歯の歯垢は、初期に歯肉縁及び歯間空間に沿って成長し更に歯冠方向へ伸びる標準的な成長パターンに従う。歯の溝のような粗い表面、義歯ベース、及び冠は、より多くの歯垢を抱える。歯の状態の変化に関して、歯垢情報は、上顎に比べると下顎において、及び臼歯領域において、早く生じる。さらに、歯磨き習慣、喫煙、ダイエット、唾液の化学組成、及び菌膜のような個々の変数も、歯垢形成に影響する。
【０００６】
したがって、ユーザに彼らが彼らの歯から実際に歯垢を除去しているか否か、及び彼らが完全に歯垢を除去したか否かを知らせることにより、ユーザが歯をクリーニングするときユーザを助けることが望ましい。このように、ユーザは、良好な口腔健康法習慣へと指導されるのに加えて、安心を提供される。望ましくは、情報は、ブラッシング中にリアルタイムに提供されるべきである。そうでなければ、需要者承認が低い可能性があるからである。例えば、ユーザが現在ブラッシングしている位置に歯垢が無いときの信号を、歯ブラシがユーザに提供し、ユーザがクリーニングされるべき次の歯磨き位置へ移動できるならば、有用である。これは、ユーザのブラッシング時間を短縮でき、並びに、より良いより意識的なブラッシングルーチンに導くことができる。
【０００７】
干渉種が存在するとき、例えば歯磨き粉の泡に囲まれた振動するブラシシステムにおいて、歯垢を検出する能力を有する電動歯ブラシ又は他の口腔ヘルスケア機器が望ましい。検出システムは、除去可能な歯垢層を有する表面と、清浄菌膜／結石／歯牙充填／歯表面との間の対比を提供すべきである。しかしながら、歯垢の存在又は不存在を検出するための既存の電動歯ブラシは、知られていない。
【０００８】
したがって、従来の問題を克服するために改良された方法及び装置が望ましい。
【０００９】
本開示の実施形態によると、装置及び方法は、有利なことに、ブラッシングルーチンの間にリアルタイムに歯垢を検出する方法を提供する。装置及び方法は、１又は複数の歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルの形状に基づき、歯垢検出を実施する。特に、１又は複数の歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルの非線形性は、探査（probing）光源の波長を周期的に変化することにより、吸収及び放射高調波の生成を可能にする。これらの高調波の同期測定は、背景信号を大幅に抑制した歯垢検出を可能にする。
【００１０】
他の実施形態によると、歯の歯垢を検出する光プローブ及び方法は、歯ブラシに統合できる。歯垢検出方法は、１又は複数の歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルの非線形形状による高調波の生成、及びこれらの高調波のうちの１つの後続の検出に基づく。検出は、吸収スペクトル（反射光）及び／又は放射スペクトル（蛍光励起）において行われる。
【００１１】
一態様によると、歯垢検出機器は、光源、光検出器、及び制御部を有する。光源は、評価部位に、波長変調光（λｅｘ）を出力するよう構成される。波長変調光は、選択歯垢の吸収及び／又は蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有する波長変調周波数で変調される。選択歯垢は、（ｉ）非選択歯垢、及び（ｉｉ）選択歯垢以外の干渉種、のうちの１又は複数のスペクトル特性と異なるスペクトル特性を示す。光検出器は、評価部位から受信される光（λｓｉｔｅ）を検出するよう構成される。検出された光（λｓｉｔｅ）は、（ｉ）部位反射光（λｒｅｆｌ）、及び（ｉｉ）部位放射光（λｅｍ）、のうちの１又は複数を有する。制御部は、光源及び光検出器に動作可能に結合され、（ｉ）波長変調光を出力するよう光源を制御し、及び（ｉｉ）検出された光（λｓｉｔｅ）及び基本波より高い波長変調周波数の少なくとも１つの高調波に応じて歯垢を検出する。
【００１２】
別の態様によると、前記制御部は、少なくとも１つの励振制御信号により、前記波長変調光を出力するよう前記光源を制御する励振制御モジュールと、（ｉ）部位反射光を含む吸収スペクトル、及び（ｉｉ）部位放射光の中の蛍光放射を含む励起スペクトル、のうちの少なくとも１つに含まれる基本波成分より高い前記波長変調周波数の少なくとも１つの高調波成分を検出する高調波成分検出モジュールと、を有する。さらなる態様では、前記高調波成分検出モジュールは、前記波長変調周波数の前記少なくとも１つの高調波成分を検出するよう並びに他の周波数で変調された信号を拒否するよう構成される少なくとも１つのロックイン増幅器を有する。
【００１３】
更に別の態様によると、前記制御部は、検出された歯垢、並びに、（ｉ）歯垢の存在、（ｉｉ）若い歯垢、（ｉｉｉ）成熟歯垢、及び（ｉｖ）歯垢の不存在、を有するグループから選択される少なくとも１つを有する、前記評価部位における特性の指示に応じて、少なくとも１つの信号を出力する。別の態様によると、波長を周期的に変化することは、（ｉ）前記選択歯垢の前記吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における非線形性と一致する中心波長、（ｉｉ）前記中心波長より短い波長、（ｉｉｉ）前記中心波長より長い波長、を有する波長の使用を含む。
【００１４】
更に別の態様によると、歯垢検出機器は、（ｉ）前記光源から前記評価部位への前記波長変調光、及び（ｉｉ）前記評価部位から前記光検出器への前記検出された光、のうちの少なくとも１つの経路の中に光学的に結合される、光フィルタ、光ファイバ、集光素子、焦点調節光素子、のうちの少なくとも１つを含む光モジュール、を更に有する。
【００１５】
一実施形態では、前記光源は、３つの異なる波長の光を出力する際に使用するための３個のＬＥＤを有し、前記光検出器は、少なくとも１つの感光装置を有し、前記発光制御モジュールは、前記選択歯垢の前記吸収及び前記蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における前記非線形性に対応する前記波長の近くに中心のある前記周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するために、前記３個のＬＥＤの発光を順序付けるよう構成される前記少なくとも１つの発光制御信号を出力するシーケンス生成器を有する。
【００１６】
別の態様では、前記３個のＬＥＤは、それぞれ狭スペクトル光を出力する青色ＬＥＤを有し、前記３つの異なる狭スペクトル光は、４３８ｎｍ、４４４ｎｍ、及び４５０ｎｍを有する。さらに別の態様では、前記３個のＬＥＤは、前記３つの異なる狭スペクトル光の所要の範囲をカバーするのに十分な放射スペクトルを有し、前記光源は、それぞれ前記３個のＬＥＤの出力にある３個の除去フィルタを更に有し、ＬＥＤ毎に１つの除去フィルタがあり、前記３個の除去フィルタの各々は、前記３つの異なる狭スペクトル光のうちのそれぞれ１つの通過帯域を有する。
【００１７】
別の態様によると、前記光源は、レーザダイオードを有し、前記光検出器は、少なくとも１つの感光装置を有し、前記発光制御モジュールは、前記選択歯垢の前記吸収及び前記蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における前記非線形性に対応する前記波長の近くに中心のある前記周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するために、前記レーザダイオードを励起するよう構成される前記少なくとも１つの発光制御信号を出力する。
【００１８】
更に別の実施形態によると、前記光検出器は、部位反射光を検出する際に使用するための感光装置と、１つの帯域通過フィルタと、を有し、前記帯域通過フィルタは、前記選択歯垢の前記吸収スペクトルにおける前記非線形性に対応する波長の近くに中心のある前記部位反射光の所望帯域を分離するとともに、部位反射光の他の帯域を拒否する通過帯域を有する。
【００１９】
更なる実施形態によると、前記光源は、広帯域放射スペクトル固定波長光源と、前記広帯域放射スペクトル固定波長源の出力に配置される可調フィルタと、を有し、可調フィルタは、異なる波長の間で前記可調フィルタの通過帯域を調節するよう動作し、前記光検出器は、少なくとも１つの感光装置を有し、前記発光制御モジュールは、前記選択歯垢の前記吸収及び前記蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における前記非線形性に対応する前記波長の近くに中心のある前記周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するよう前記可調フィルタを調整するよう構成される前記少なくとも１つの発光制御信号を出力する。
【００２０】
更に別の実施形態では、前記光源は、波長可調光源を有し、前記波長可調光源は、異なる波長の中で調節されるよう動作し、前記光検出器は、少なくとも１つの感光装置を有し、前記発光制御モジュールは、前記選択歯垢の前記吸収及び前記蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における前記非線形性に対応する前記波長の近くに中心のある前記周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するよう、前記波長可調光源を調整するよう構成される前記少なくとも１つの発光制御信号を出力する。
【００２１】
別の態様によると、口腔ヘルスケア機器は、本願明細書の実施形態による歯垢検出機器を有する。口腔ヘルスケア機器であって、前記歯垢検出装置を含み、前記歯垢検出装置の少なくとも第１の部分を収容するハンドル部分と、前記ハンドル部分から延在し、光モジュールを介して前記歯垢検出装置に光学的に結合される遠端部分であって、前記遠端部分を介して歯垢の存在について部位を評価し、前記遠端部分は、（ｉ）歯ブラシの毛、（ｉｉｉ）歯ブラシの毛の存在のないプローブ、のうちの少なくとも１つを有し、前記光モジュールは、（ｉ）前記光源から前記評価部位への前記波長変調光、（ｉｉ）前記評価部位から前記光検出器への前記検出された光、のうちの少なくとも１つの経路の中に光学的に結合される光学フィルタ、光ファイバ、集光素子、及び焦点調節光素子、のうちの少なくとも１つを含む、遠端部分と、を更に有する。
【００２２】
更なる態様によると、歯垢検出方法は、評価部位へ波長変調光を供給するステップであって、前記波長変調光は、選択歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数の非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有するよう波長変調周波数で変調され、前記選択歯垢は、（ｉ）非選択歯垢、及び（ｉｉ）前記選択歯垢以外の干渉種、のうちの１又は複数のスペクトル特性と異なるスペクトル特性を示す、ステップと、前記評価部位から受信される光を検出するステップであって、前記検出された光は、（ｉ）部位反射光、及び（ｉｉ）部位放射光、のうちの１又は複数を有する、ステップと、前記検出された光及び基本波より高い前記波長変調周波数の少なくとも１つの高調波に応じて歯垢を検出するステップと、を有する。
【００２３】
本発明の更なる利点及び利益は、以下の詳細な説明を読み理解することにより、当業者に明らかになるだろう。
【００２４】
本開示の実施形態は、種々のコンポーネント及びコンポーネントの配置の形式、並びに種々のステップ及びステップの配置の形式を取ることができる。したがって、図面は、種々の実施形態を説明することのみを目的とし、実施形態を限定するものと見なされるべきではない。図中、同様の番号は同様の要素を表す。さｒない、図は縮尺通りに描かれない場合があることに留意する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】抽出された人間の歯及び体外の若い及び成熟歯垢サンプルの各々の正規化励起スペクトルのグラフである。
【図２】抽出された人間の歯並びに体外の若い及び成熟歯垢サンプルの各々のシミュレートされた蛍光放射のサンプル数の関数としてプロットされた、のこぎり歯状の変調波長応答の説明図である。
【図３】抽出された人間の歯並びに体外の若い及び成熟歯垢サンプルの各々のシミュレートされた蛍光放射のサンプル数の関数としてプロットされた、正弦波状の変調波長応答の説明図である。
【図４】本開示の一実施形態による、図３の信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）周波数分析の片側振幅スペクトルの説明図であり、数字１により識別される第１高調波は基本高調波を有する。
【図５】本開示の一実施形態による、第１高調波を拡大した図４の片側振幅スペクトルの詳細な観察の説明図である。
【図６】本開示の一実施形態による、第２高調波を拡大した図４の片側振幅スペクトルの詳細な観察の説明図である。
【図７】本開示の一実施形態による、歯垢検出装置の説明のためのブロック図である。
【図８】本開示の一実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出する３個のＬＥＤを有する光源を備える歯垢検出装置のブロック図である。
【図９】本開示の一実施形態による、図８の光源の３個のＬＥＤの発光シーケンスの説明のためのタイミング図である。
【図１０】本開示の一実施形態による、歯垢検出装置を有する口腔ヘルスケア機器の説明のためのブロック図である。
【図１１】本開示の別の実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出する３個のＬＥＤを有する光源を備える歯垢検出装置のブロック図である。
【図１２】本開示の一実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出するレーザダイオード光源を備える歯垢検出装置のブロック図である。
【図１３】本開示の一実施形態による、評価部位反射光を単独で用いて歯垢を検出する制御部及び光検出器を有する歯垢検出装置のブロック図である。
【図１４】本開示の一実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出する広帯域放射スペクトル源及び可調フィルタを有する光源を備える歯垢検出機器のブロック図である。
【図１５】本開示の別の実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出する波長可調源を有する光源を備える歯垢検出装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本開示の実施形態並びにそれらの種々の特長及び利点の詳細は、図に及び以下の説明に詳細に記載され及び／又は示される非限定的な例を参照して一層完全に説明される。留意すべきことに、本願明細書に明示的に記載されなくても、当業者が理解するように、図示される特徴は、必ずしも縮尺通りではなく、一実施形態の特徴は他の実施形態と共に用いられても良い。良く知られた装置、コンポーネント及び／又は処理技術の説明は、本開示の実施形態を不明瞭にしないために省略される場合がある。本願明細書で用いられる例は、単に、本発明の実施形態が実施され得る方法の理解を助け、及び更に当業者が本発明の実施形態を実施できるようにすることを意図している。したがって、本願明細書の例は、添付の請求の範囲及び適用法によってだけ定められる本開示の実施形態の範囲を限定するとみなされるべきではない。
【００２７】
本開示の実施形態は、変化し得る本願明細書に記載の特定の技術、プロトコル、装置、機器、材料、アプリケーション、等に限定されないことが理解され得る。本願明細書で用いられた用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的として使用されており、請求される実施形態の範囲に限定することを目的としていないことが理解されるべきである。本願明細書及び請求の範囲で用いられるとき、単数を表す語（「a」、「an」及び「the」）は、特に文脈上明示されない限り、複数の参照も含むことに留意しなければならない。
【００２８】
特に定められない限り、本願明細書で用いられた全ての技術的及び科学的用語は、本開示の実施形態の属する分野の当業者により通常理解されるものと同じ意味を有する。好適な方法、装置、及び材料が記載されるが、本願明細書に記載のものと類似する又は等価ないかなる方法及び材料も、本実施形態の実施又は試験において使用できる。
【００２９】
本開示の実施形態によると、装置及び方法は、有利なことに、ブラッシングルーチンの間にリアルタイムに歯垢を検出する方法を提供する。装置及び方法は、１又は複数の歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルの形状に基づき、歯垢検出を実施する。特に、１又は複数の歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルの非線形性は、探査光源の波長を周期的に変化することにより、吸収及び放射高調波の生成を可能にする。これらの高調波の同期測定は、背景信号を大幅に抑制した歯垢検出を可能にする。本願明細書に記載のように、歯垢検出方法は、１又は複数の歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルの非線形形状による高調波の生成、及びこれらの高調波のうちの１つの後続の検出に基づく。検出は、吸収スペクトル（反射光）及び／又は放射スペクトル（蛍光励起）において行われる。
【００３０】
歯垢の自己蛍光特性は、一般に知られており、歯垢の種類、つまり若い歯垢又は成熟歯垢に依存して、２つの「色」に分けることができる。これら２つのうち、後者は、青色光により励起されると赤色蛍光体を示すので、容易に検出される。しかしながら、良好な口腔衛生を実践するとき、この種の歯垢には希にしか出会うべきではない。したがって、若い歯垢の検出が、より重要である。残念ながら、若い歯垢は、歯の硬組織と同じ蛍光特性、つまり青色励起による緑色蛍光体（約５００−５１０ｎｍにピークがある）を示す。これは、エナメル上の若い歯垢の蛍光検出を実現不可能にする。更に悪いことに、歯の合成充填物が、若い歯垢と類似の蛍光特性を示す。しかしながら、一方で、歯垢と他者、つまり歯の硬組織及び充填物との励起スペクトルに大きな相違がある。
【００３１】
図１を参照すると、抽出された人間の歯及び体外の若い及び成熟歯垢サンプルの各々の正規化励起スペクトルのグラフ１０が示される。図１では、正規化相対蛍光強度は、励起波長（ｎｍ）の関数として描かれる。正規化励起スペクトルは、歯の場合に参照符号１２により、成熟歯垢サンプルの場合に参照符号１４により、及び若い歯垢の場合に参照符号１６により識別される。全てのスペクトルは、Edinburgh  Instruments  FLSP９２０時間分解蛍光分光計で記録された。励起及び放射測定のために、Ｘｅ９００連続キセノンランプを用いて定常状態構成が適用された。さらに、以下の設定が使用された。スペクトルは、１ｎｍ励起分解能、１ｎｍ放射分解能、及び０．５ｘ４ｍｍ励起スポットサイズを与える励起及び放射単色光分光器の１．１ｍｍスリット開口により記録された。使用した検出器は、２００ｎｍから約８７０ｎｍまでのスペクトル範囲を有するFLSP９２０標準光電子倍増管（Hamamatsu、R９２８P）であった。検出器動作温度は、−２０℃まで能動的に制御された。スペクトルは、暗電流、励起強度、及び検出器感度の補正と共に記録された。
【００３２】
図１で、相対蛍光強度の（参照符号１８により示される）ピークは、若い歯垢の正規化スペクトルの相対蛍光強度１６において約４５０ｎｍ（つまり、４４４ｎｍに更に近い）近くで明確に観察できる。約４５０ｎｍ（例えば、４４０ｎｍ乃至４６０ｎｍ）の同じ波長で、成熟歯垢の正規化スペクトルの相対蛍光強度１４において特定の非線形性が存在し、一方で、そこでは人間の歯の励起スペクトル１２は局所的に線形である。
【００３３】
有利なことに、本開示の実施形態は、歯垢を検出するために、約４５０ｎｍ近くの励起スペクトルにおける非線形性を利用する。特に、検出光の中の高調波の同期検出により、歯の硬組織、歯磨き粉、歯茎（歯肉）及び充填物のものに似た背景信号は、有利なことに拒否される。一方で、同時に、歯垢は確実に検出できる。本開示の実施形態は、有利なことに、成熟歯垢と若い歯垢との間の区別も可能にする。本願明細書で議論する説明のための例の実施形態は、約４５０ｎｍの波長範囲で長じる非線形性を考慮するが、スペクトルの中に有効に使うことができる更なる非線形性範囲が存在する。本願明細書で議論する例は、適用可能な光源、例えばダイオードレーザ又はＬＥＤの可用性のために、４５０ｎｍに焦点を当てる。（例えば、Creeは、４４５ｎｍ乃至４６５ｎｍに渡り２．５ｎｍ幅のビンで４５０ｎｍＬＥＤを製造する）。また、４５０ｎｍは、歯垢蛍光体について良好な励起波長である。しかしながら、他の波長範囲を有する光源が将来利用可能になるので、スペクトルの中の他の非線形性範囲の開発も使用できる。
【００３４】
各々の事項（つまり、歯の硬組織、若い及び成熟歯垢）が、４４５ｎｍ乃至４７０ｎｍの４つの期間の波長、つまりのこぎり歯状の変調波長で線形に掃引される歯の部位を探査する光源からの光により励起された場合に何が起こるかを決定するために、シミュレーションが使用された。応答は、図２のシミュレートされた蛍光放射である。
【００３５】
図２を参照すると、抽出された人間の歯、並びに体外の若い及び成熟歯垢サンプルの各々について、シミュレートされた蛍光放射のサンプル数の関数として、のこぎり歯状の変調波長応答（任意の単位（ａ．ｕ．）で表される）の、参照符号２０により識別されるグラフが示される。抽出された人間の歯、成熟歯垢、及び若い歯垢の、のこぎり歯状の変調波長応答は、それぞれ参照符号２２、２４、及び２６により識別される。個々の応答２２、２４、及び２６は、それぞれ、軌跡が重なり合わないように、表示の目的でのみオフセットが与えられていることに留意すべきである。さらに、表示目的で並びに若い及び成熟歯垢における反対の効果を示すために、掃引範囲は強調されている。例えば、サンプル数０〜２０００に及ぶ参照符号２８により識別される間隔において、成熟歯垢の変調波長応答２４は上方向に面する曲線特性を示すが、若い歯垢の変調波長応答２６は下方向に面する曲線特性を示す。この反対の効果は、両方の種類の歯垢の間の周波数スペクトルにおける位相差に変換される。
【００３６】
更に図２を参照すると、歯の応答２２は波長変化に従わない、つまりいかなる歪曲も見られないことが明らかである。しかしながら、成熟及び若い歯垢の両方の応答、２４及び２６は、それぞれ非線形性を明確に示す。この非線形性は、同期検出を用いて検出できる高調波を導入する。他方で、若い歯垢の直接周波数倍増能力は、のこぎり歯状の変調波長応答からは未だ明確ではない。これは、正弦波変調波長応答に関連する次の図で明らかになる。
【００３７】
図３を参照すると、抽出された人間の歯、並びに体外の若い及び成熟歯垢サンプルの各々について、シミュレートされた蛍光放射のサンプル数の関数としてプロットされた、正弦波状の変調波長応答（任意の単位（ａ．ｕ．）で表される）の、参照符号３０により識別されるグラフが示される。抽出された人間の歯、成熟歯垢、及び若い歯垢の、正弦波状の変調波長応答は、それぞれ参照符号３２、３４、及び３６により識別される。個々の応答３２、３４、及び３６は、それぞれ、軌跡が重なり合わないように、表示の目的でのみオフセットが与えられていることに留意すべきである。さらに、表示目的で並びに若い及び成熟歯垢における反対の効果を示すために、掃引範囲は強調されている。図示のように、サンプル数０〜２００に及ぶ参照符号３８により識別される間隔において、成熟歯垢の変調波長応答３４は正弦波特性を示し、若い歯垢の変調波長応答３６は周波数の逓倍した正弦波特性を示す。更に図３を参照すると、励起光源出力の波長変調は、若い歯垢の蛍光励起又は放射の非線形性（例えば、放射ピーク）に対応する波長の近くに中心がある。
【００３８】
図４を参照すると、図３の信号の高速フーリエ変換（Fast  Fourier  Transform：ＦＦＴ）周波数分析の片側振幅スペクトルの説明図４０が示される。より詳細には、図４は、図３の信号のＦＦＴを説明する。ここで、垂直軸｜Ｓ（ｆ）｜は、スペクトルの大きさを周波数の関数として表し、水平軸は高調波を表す。第１高調波は、数字１により識別され、基本高調波を有する。第２高調波は数字２により識別され、第３高調波は数字３により識別され、以下同様である。ＦＦＴは、正及び負の両方の周波数を生じる。しかしながら、片側振幅スペクトルは、基本的に、負の周波数を廃棄し、振幅を補正する（つまり、負の周波数のエネルギを補償するために正の周波数の振幅を逓倍する）。図４では、人間の歯、成熟歯垢、及び若い歯垢の、片側振幅スペクトルが、それぞれ参照符号４２、４４、及び４６により識別される。
【００３９】
図４の片側振幅スペクトル４０では、第１高調波における人間の歯から生じるスペクトル貢献の大きさは４２１で識別され、第１高調波における成熟歯垢から生じるスペクトル貢献の大きさは４４１で識別され、第１高調波における人間の歯からのものより僅かに大きい。しかしながら、図５を参照して更に議論されるように、第１高調波における若い歯垢から生じるスペクトル貢献は、成熟歯垢及び歯からのものより有意に小さい。更に図４を参照すると、第２高調波において若い歯垢から生じるスペクトル貢献の大きさは４６２で識別され、スペクトル貢献の大きさは成熟歯垢からは少なく、歯からは最少量であることに更に留意する。同様に、第３高調波は、４４３で識別される成熟歯垢からの貢献を示す。一方で、識別されないが、第３高調波は、成熟歯垢のものより少ない若い歯垢からの貢献も含む。同様に、第４高調波は、４６４で識別される若い歯垢による主要な貢献を示す。第５及び第６高調波における貢献は、有意に小さく、この図では識別できない。
【００４０】
図５を参照すると、第１高調波を拡大した、図４の片側振幅スペクトルの詳細な説明図５０が示される。この図では、図４におけるように、人間の歯、成熟歯垢、及び若い歯垢の、片側振幅スペクトルが、それぞれ参照符号４２、４４、及び４６により識別される。期待されるように、いかなる有用な情報も、図中の基本波又は第１高調波１から得られない。図５では、しかしながら、ある程度までの軌跡の重なり合い、歯の基本波成分４２１及び成熟歯垢の基本波成分４４１は、ほぼ等しく大きい。一方で、若い歯垢の基本波成分４６１は小さい又は無い。
【００４１】
図６を参照すると、本開示の一実施形態による、第２高調波２を拡大した図４の片側振幅スペクトルの詳細な観察の説明図６０である。この図では、第２高調波は、若い歯垢からの最大の貢献４６２を示す（これは、図４に参照符号４６４及び４６６により示される第４及び第６高調波の場合にも言える）。一方で、第２高調波（及びより高次の高調波）における歯からの貢献４２２は、少なくとも大きさの順序でより低い（例えば、ＦＦＴ漏れにより生じる場合がある）。第２高調波２における成熟歯垢からの貢献の推定は、４４２で示される。これは、若い歯垢からのもの４６２よりも小さい。
【００４２】
第２高調波の同期測定は、したがって、歯垢検出を歯の背景信号から独立させる。さらに、成熟及び若い歯垢の分離は、（ｉ）第３高調波から、又は（ｉｉ）第２高調波における位相から、可能である。一実施形態では、成熟及び若い歯垢の第２高調波における位相からの分離は、第３高調波において追加ロックイン増幅器を確保するために好ましい。言い換えると、第２高調波において位相を検出することは、第３高調波における信号を検出するための追加のロックイン増幅器の必要を排除し得る。しかしながら、更に留意すべきことに、デジタルロックイン増幅器の使用により実施される実施形態は、第３高調波を検出するために追加ファームウェアを必要とするだけである。
【００４３】
本開示の実施形態によると、歯垢検出信号は、反射信号（つまり、吸収スペクトル）及び／又は放射スペクトル（つまり、蛍光）の使用を有し得る。蛍光を用いると、成熟歯垢と若い歯垢との間の分離も、波長フィルタリングを通じて可能である。
【００４４】
本開示の実施形態は、さらに、探査光源の波長を周期的に変化することにより引き起こされる、受信光の中の高調波の生成に基づく効果も利用する。幾つかの実施形態では、２以上の波長生成手段、反射光を検出するための１以上の光検出手段、及び１以上の同期検出手段（例えば、ロックイン増幅器）を備える光源が含まれる。
【００４５】
図７を参照すると、本開示の一実施形態による、歯垢検出機器又は装置７０の説明のためのブロック図が示される。歯垢検出装置７０は、少なくとも、光源７２と、光検出器７４と、制御部７６と、を有する。光源７２は、参照符号７８により識別される波長変調光（λｅｘ）を、例えば歯８２にある評価部位８０へ出力するよう構成される。光源７２に関連する更なる詳細は、図８及び１１〜１５を参照して本願明細書に後述される。
【００４６】
一実施形態では、光源７２の出力波長変調光７８は、選択歯垢の吸収及び／又は蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有するように、波長変調周波数で変調される。選択歯垢は、（ｉ）非選択歯垢、及び（ｉｉ）選択歯垢以外の干渉種、のうちの１又は複数のスペクトル特性と異なるスペクトル特性を示す。例えば、選択歯垢は、若い歯垢、成熟歯垢、及び／又は若い歯垢と成熟歯垢との両方を有し得る。選択歯垢が若い歯垢であるとして選択される場合、非選択歯垢は成熟歯垢を有する。同様に、選択歯垢が成熟歯垢であるとして選択される場合、非選択歯垢は若い歯垢を有する。さらに、選択歯垢が若い歯垢及び成熟歯垢の両者を有する場合、非選択歯垢は不適用である。さらに、選択歯垢以外の干渉種は、歯の硬組織、歯の充填物、歯磨き粉、及びそれらのいかなる組合せも含み得る。他の干渉種も可能である。
【００４７】
光検出器７４は、評価部位８０から受信される参照符号８４により識別される光（λｓｉｔｅ）を検出するよう構成される。検出された光（λｓｉｔｅ）８４は、（ｉ）部位反射光（λｒｅｆｌ）、及び（ｉｉ）部位放射光（λｅｍ）、のうちの１又は複数を有する。光検出器７４に関連する更なる詳細は、図８及び１１〜１５を参照して本願明細書に後述される。
【００４８】
制御部７６は、参照符号８６により示される適切な信号線により光源７２及び光検出器７４に動作可能に結合される。制御部７６は、（ｉ）波長変調光を出力するよう光源７２を制御し、及び（ｉｉ）検出された光（λｓｉｔｅ）８４及び基本波より高い波長変調周波数の少なくとも１つの高調波に応じて歯垢を検出するよう、光源７２を制御するよう構成される。一実施形態では、制御部７６は、本願明細書で議論されるような種々の機能を実行し、さらに所与の歯垢検出実装方法及び／又は歯垢検出アプリケーションの要件に従う、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、集積回路、個別アナログ若しくはデジタル回路コンポーネント、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらのいかなる組合せ、のうちの１又は複数を含む。制御部７６は、本願明細書に記載されるような、種々のモジュール、例えば、発光制御モジュール、高調波成分検出モジュール、等のうちの１又は複数を更に有し得る。制御部７６に関連する更なる詳細は、図８及び１１〜１５を参照して本願明細書に後述される。
【００４９】
図７を更に参照すると、歯垢検出装置７０は、発光制御モジュール８８、例えば信号線８６により少なくとも制御部７６に動作可能に結合される高調波成分検出モジュール９０を更に有し得る。歯垢検出装置７０は、光モジュール９２を更に有し得る。一実施形態では、光モジュール９２は、（ｉ）光源７２から評価部位８０への波長変調光（λｅｘ）７８、及び（ｉｉ）評価部位８０から検出器７４への検出光（λｓｉｔｅ）８４、のうちの少なくとも１つの経路の中に光学的に結合される、光フィルタ、光ファイバ、集光素子、焦点調節光素子、のうちの少なくとも１つを含む。発光制御モジュール８８、高調波成分検出モジュール９０、及び光モジュール９２に関連する更なる詳細は、図８及び１１〜１５を参照して本願明細書に後述される。
【００５０】
歯垢検出装置７０は、メモリ９４、ユーザインタフェース９６、電源若しくは電力供給９８、及び通信モジュール１００を更に有し得る。これらは、全て、信号線８６により少なくとも制御部７６に動作可能に結合される。一実施形態では、メモリ９４はいかなる適切なメモリ装置も有し得る。メモリ装置は、少なくとも１又は複数の検出信号に基づく情報を該メモリ装置に少なくとも格納する、及び後に該情報を該メモリ装置から少なくとも読み出す制御部７６に少なくとも動作可能に結合される。ユーザインタフェース９６は、いかなる適切なユーザインタフェースも含み得る。該ユーザインタフェースは、少なくとも制御部７６に動作可能に結合される。ここで、検出された歯垢検出信号に応答して、ユーザインタフェース９６は、評価部位において検出された歯垢存在の状態を少なくとも示すユーザ知覚可能信号を少なくとも出力する。例えば、ユーザインタフェース９６は、入力／出力装置、触覚出力装置、タッチスクリーン、表示装置、照明出力装置、可聴出力装置、及びそれらのいかなる組合せを有するグループから選択された少なくとも１つを有し得る。
【００５１】
制御部７６は、検出された歯垢、並びに、（ｉ）歯垢の存在、（ｉｉ）若い歯垢、（ｉｉｉ）成熟歯垢、及び（ｉｖ）歯垢の不存在、を有するグループから選択される少なくとも１つを有する、評価部位における特性の指示に応じて、少なくとも１つの信号を出力する。したがって、所与の歯垢検出実装方法及び／又は歯垢検出アプリケーションの要件に従い選択されるいかなる適切なユーザ知覚信号を有し得る。ユーザ知覚信号は、検出された歯垢、並びに、（ｉ）歯垢の存在、（ｉｉ）若い歯垢、（ｉｉｉ）成熟歯垢、及び（ｉｖ）歯垢の不存在、を有するグループから選択される少なくとも１つを有する、評価部位における特性を示す。
【００５２】
電源９８は、所与の歯垢検出実装方法及び／又はアプリケーションのための、いかなる適切な電源又は電力供給も有し得る。例えば、電動歯ブラシを有する口腔ヘルスケア機器では、電源９８は再充電可能な電源を有し得る。電源９８は、歯垢検出装置７０の外部にあるソースを介して又は非再充電可能な電源から、電力を有し得る。
【００５３】
通信モジュール１００は、少なくとも制御部７６に動作可能に結合する。ここで、検出信号に応答して、通信モジュール１００は、少なくとも検出状態信号をリモート装置（１０２、１０４）に出力する。ここで、検出状態信号は、評価部位における歯垢の存在の検出状態を少なくとも示す。検出状態信号は、（ｉ）歯垢の存在、（ｉｉ）若い歯垢、（ｉｉｉ）成熟歯垢、及び（ｉｖ）歯垢の不存在、を有するグループから選択される少なくとも１つを有する、評価部位における特性を更に示しても良い。一実施形態では、リモート装置（１０２、１０４）は、移動電話機（図示しない）、スマートフォン１０２、ネットワーク１０４を介して通信する有線ネットワーク可能装置（図示しない）、ネットワーク１０４を介して通信する無線ネットワーク可能装置（図示しない）、及びそれらのいかなる組合せから選択される少なくとも１つを有する。
【００５４】
図８を参照すると、本開示の一実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出する３個のＬＥＤ１０６を有する光源７２を備える歯垢検出装置７０のブロック図が示される。図９に示すように、３個のＬＥＤ１０６は、時間に応じてシーケンス１０８の中で作動される。例えば、図９を参照して、第１の期間１１０の間、作動シーケンスは次の通りである。（参照符号１１２で示されるように）ＬＥＤ１がオフ、ＬＥＤ２がオン、ＬＥＤ３がオフ；（参照符号１１４で示されるように）ＬＥＤ１がオン、ＬＥＤ２がオフ、ＬＥＤ３がオフ；（参照符号１１６で示されるように）ＬＥＤ１がオフ、ＬＥＤ２がオン、ＬＥＤ３がオフ；（参照符号１１８で示されるように）ＬＥＤ１がオフ、ＬＥＤ２がオフ、ＬＥＤ３がオン。第１の期間１１０のシーケンスは、Ｔ＝１／１ｆの期間を有する。ここで、１ｆは、基本周波数である。
【００５５】
一実施形態では、光源７２の出力は、周期的に変化する波長である。ここで、波長は、中心波長の近くに中心のある特定範囲に渡り変化する。中心波長は、本願明細書で上述したような、スペクトルにおける非線形性と一致する。波長が周期的に変化する周波数、つまり波長変調周波数は、１ｆの値を有する。したがって、１ｆは、図９のシーケンス１０８が繰り返される周波数である。
【００５６】
例えば、周期的に変化する波長の光出力は、（ｉ）選択歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における非線形性と一致する（例えば、ＬＥＤ２から出力される光の波長における）中心波長、（ｉｉ）（例えば、ＬＥＤ１から出力される光の波長における）中心波長より短い波長、（ｉｉｉ）（例えば、ＬＥＤ３から出力される光の波長における）中心波長より長い波長、を有する波長を含む。一例では、非線形性は４４４ｎｍに位置すると仮定する。４４４ｎｍの波長は、青色光の波長である。青色光の周波数は、６．６７ｘ１０１４Ｈｚである。ここで、青色光の周波数は、本開示の実施形態の状況では関係ない。本例では、変調されるのは４４４ｎｍの波長（つまり、色）であり、先ず色がより紫に、次に再び青に、よりシアンに、最後に再び青にされる。色（つまり波長）サイクルが毎秒１０００回繰り返される（つまり１ｋＨｚ）と仮定する。したがって、波長変調周波数は、１ｋＨｚである。第２高調波（例えば、若い歯垢を示す信号）は、次に２ｋＨｚになり得る。
【００５７】
図８に戻ると、一実施形態では、光検出器７４は、２つのフォトダイオード１２０及び増幅器を有し、レンズ、複合放物面型集光器（Compound  parabolic  concentrator：ＣＰＣ）又はその両方のような集光及び焦点調節器も有し得る。光検出器７４は、２つの帯域通過フィルタ１２２を更に有する。ここで、２つの帯域通過フィルタは、２種類の歯垢（つまり、若い歯垢及び成熟歯垢）の２つの蛍光帯域（赤色及び緑色）を分離し、評価部位８０から反射された励起光７８を拒否する。
【００５８】
さらに図８の実施形態に関し、制御部７６は、発光制御モジュール８８、及び高調波成分検出モジュール９０、を更に有し得る。発光制御モジュールは、少なくとも１つの発光制御信号により、波長変調光７８を出力するよう光源７２を制御するよう構成される。高調波成分検出モジュール９０は、（ｉ）部位反射光（λｒｅｆｌ）を有する吸収スペクトル、及び（ｉｉ）部位放射光（λｅｍ）の中の蛍光放射を含む励起スペクトル、のうちの少なくとも１つに含まれる基本波成分より高い波長変調周波数の少なくとも１つの高調波成分を検出するよう構成される。一実施形態では、高調波成分検出モジュール９０は、波長変調周波数の少なくとも１つの高調波成分を検出するよう並びに他の周波数で変調された信号を拒否するよう構成される少なくとも１つのロックイン増幅器を有する。
【００５９】
一実施形態では、高調波成分検出モジュール９０は、少なくとも１つのロックイン増幅器を有する。ロックイン増幅器は、第２高調波（２ｆ）を検出し、基本波（１ｆ）で変調される歯の蛍光発光を拒否するよう構成される。別の実施形態では、高調波成分検出モジュールは、同期整流器を有し、その後に低域通過フィルタが続く。更に別の実施形態では、高調波成分検出モジュールは、高Ｑ帯域通過フィルタを有する。
【００６０】
更に図８を参照すると、評価部位８０は、自由空間により歯垢検出装置７０から離れている。更なる実施形態では、歯垢検出装置７０と評価部位８０との間に示されるような自由空間の代わりに、検出装置７０と評価部位８０との間に光学的に結合される繊維光学系又は光ファイバも可能である。
【００６１】
図８に示すように、光源７２は、３つの異なる波長の光を出力する際に使用するための３個のＬＥＤを有し、光検出器７４は、少なくとも１つの感光装置を有し（例えば、２個の感光装置が使用でき、２つの波長帯域のうちの１つを検出する際に１つの感光装置が使用される）、発光制御モジュール８８は、選択歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力７８を生成するために、３個のＬＥＤ１０６の励起を順序付けるよう構成される少なくとも１つの発光制御信号を出力するシーケンス生成器を有する。別の態様では、３個のＬＥＤは、それぞれ狭スペクトル光を出力する青色ＬＥＤを有し、３つの異なる狭スペクトル光は、４３８ｎｍ、４４４ｎｍ、及び４５０ｎｍを有する。
【００６２】
図１０を参照すると、本開示の一実施形態による、歯垢検出装置７０を有する口腔ヘルスケア機器１２４の説明のためのブロック図が示される。口腔ヘルスケア機器１２４は、歯垢検出装置７０の少なくとも第１の部分を収容するハンドル部分１２６を有する。遠端部分１２８は、ハンドル部分１２６から延在し、光モジュール９２を介して、遠端部分により歯垢の存在について部位８０を評価する歯垢検出装置７０に光学的に結合される。遠端部分１２８は、（ｉ）歯ブラシの毛１３０、（ｉｉｉ）歯ブラシの毛の存在が無いプローブ１３２、のうちの少なくとも１つを有する。一実施形態では、光モジュール９２は、（ｉ）光源７２から評価部位８０への波長変調光（λｅｘ）、及び（ｉｉ）評価部位８０から検出器７４への検出光（λｓｉｔｅ）、のうちの少なくとも１つの経路の中に光学的に結合される、光フィルタ、光ファイバ、集光素子、焦点調節光素子、のうちの少なくとも１つを含む。遠端部分１２８は、適切な光ファイバ１３４も有し得る。ここで、光ファイバは、歯垢検出装置７０から遠端部分１２８のプローブ１３２まで延在する。一実施形態では、口腔ヘルスケア機器１２４は、電動歯ブラシを有する。ここで、ハンドル部分１２６は、ブラッシングイベントを実行するために遠端１２８に所望の駆動エネルギを供給する適切な駆動系１３６を収容する。口腔ヘルスケア機器１２４は、本開示の実施形態のうちの１又は複数に従う歯垢検出装置７０による歯垢の検出を含む。
【００６３】
図１１を参照すると、本開示の別の実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出する３個のＬＥＤ１０６を有する光源７２を備える歯垢検出装置７０のブロック図が示される。図１１の実施形態は、図８の実施形態と類似しており、以下の相違がある。本実施形態では、３個のＬＥＤ１０６は、３つの異なる狭スペクトル光の所要の範囲をカバーするのに十分な放射スペクトルを有する。光源７２は、３個の除去フィルタ１３８を更に有する。３個の除去フィルタ１３８のそれぞれは、３個のＬＥＤの出力に配置され、ＬＥＤ毎に１つの除去フィルタがある。３個の除去フィルタ１３８の各々は、３つの異なる狭スペクトル光のうちの対応する１つの通過帯域を有する。
【００６４】
図１２を参照すると、本開示の一実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出するレーザダイオード光源７２を備える歯垢検出装置７０のブロック図が示される。図１２の実施形態は、図８の実施形態と類似しており、以下の相違がある。本実施形態によると、光源７２は、レーザダイオード１４０を有する。さらに、発光制御モジュール８８は、選択歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するために、レーザダイオード１４０を励起するよう構成される少なくとも１つの発光制御信号を出力する。例えば、発光制御モジュール８８は、適切な駆動電流生成器を有し得る。
【００６５】
図示のように、図１２の実施形態は、単一の光源を使用する。ダイオードレーザの放射は駆動電流によりシフトすることが良く知られている。この動作は、若い歯垢の放射ピークに渡る波長掃引を生成するために利用できる。さらに、検出経路は、レーザダイオード出力の強度変動を補償するよう構成されるべきである。このような強度変動補償は、ロックイン増幅器又はフォトダイオード増幅器の時間依存利得補償により行うことができる。言い換えると、利得補償は、レーザダイオードの駆動電流に固定される。
【００６６】
図１３を参照すると、本開示の一実施形態による、評価部位反射光を単独で用いて歯垢を検出する制御部７６及び光検出器７４を有する歯垢検出装置７０のブロック図が示される。図１３の実施形態は、図８、１１、１２、１４、及び１５の他の実施形態と類似しており、以下の相違がある。本実施形態では、光検出器７４は、部位反射光を検出する際に使用するための感光装置１４２と、１つの帯域通過フィルタ１４４と、を有し、帯域通過フィルタは、選択歯垢の吸収スペクトルにおける非線形性に対応する波長の近くに中心のある部位反射光の所望帯域を分離するとともに、部位反射光の他の帯域を拒否する通過帯域を有する。
【００６７】
図１３の実施形態に関して気付くことは、本実施形態は、蛍光発光に基づくのではなく、評価部位反射光の検出に基づくことである。検出ブランチは、１つの帯域通過フィルタ（つまり、吸収ピークに中心がある）、及び１つの検出器を有する。若い歯垢は、第２高調波２ｆを用いて検出され、成熟又は古い歯垢は第３高調波３ｆを用いて検出される。
【００６８】
図１４を参照すると、本開示の一実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出する広帯域放射スペクトル源１４６及び可調フィルタ１４８を有する光源７２を備える歯垢検出装置７０のブロック図が示される。図１４の実施形態は、図８、１１、１２、１３、及び１５の他の実施形態と類似しており、以下の相違がある。本実施形態では、光源７２は、広帯域放射スペクトル固定波長光源１４６、及び広帯域放射スペクトル固定波長光源の出力に配置される可調フィルタ１４８を有する。ここで、可調フィルタは、異なる波長の間で可調フィルタの通過帯域を調節するよう動作する。固定波長源１４６は、適切な広帯域放射スペクトルを提供する。可調フィルタ（又は変調フィルタ）１４８は、例えば、可調ファブリペローフィルタ又は液晶可調フィルタを有し得る。発光制御モジュール８８は、選択歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するために、可調フィルタ１４８を調整するよう構成される少なくとも１つの発光制御信号を出力する。例えば、発光制御モジュール８８は、適切なフィルタ調整回路及び／又はモジュールを有し得る。
【００６９】
図１５を参照すると、本開示の別の実施形態による、評価部位放射光及び／又は反射光を用いて歯垢を検出する波長可調源１５０を有する光源７２を備える歯垢検出装置７０のブロック図が示される。図１５の実施形態は、図８、１１、１２、１３、及び１４の他の実施形態と類似しており、以下の相違がある。本実施形態では、光源７２は、波長可調光源１５０を有する。ここで、波長可調光源は、異なる波長の間で調節されるよう動作する。波長可調源は、例えば、ＺｎＯナノロッド等からの可調色を有する発光装置を有し得る。さらに、発光制御モジュール８８は、選択歯垢の吸収及び蛍光励起スペクトルのうちの１又は複数における非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有する、結果として生じる光出力を生成するために、波長可調光源１５０を調整するよう構成される少なくとも１つの発光制御信号を出力する。例えば、発光制御モジュール８８は、適切な波長調整回路及び／又はモジュールを有し得る。
【００７０】
更に別の実施形態では、歯垢検出方法は、評価部位へ波長変調光（λｅｘ）を供給するステップを有する。波長変調光は、選択歯垢の吸収及び発光励起スペクトルのうちの１又は複数における非線形性に対応する波長の近くに中心のある周期的に変化する波長を有するよう、波長変調周波数で変調される。ここで、選択歯垢は、（ｉ）他の歯垢、及び（ｉｉ）選択歯垢以外の干渉種、のうちの１又は複数のスペクトル特性と異なるスペクトル特性を示す。評価部位から受信される光（λｓｉｔｅ）が検出される。ここで、検出された光（λｓｉｔｅ）は、（ｉ）部位反射光（λｒｅｆｌ）、及び（ｉｉ）部位放射光（λｅｍ）、のうちの１又は複数を有する。方法は、検出された光（λｓｉｔｅ）、及び基本波より高い波長変調周波数の少なくとも１つの高調波成分に応じて、歯垢を検出するステップを更に有する。
【００７１】
本開示の実施形態は、主に、第２高調波に関して記載されたが、他の高調波の使用も想定される。幾つかの例では、第２高調波だけの使用で十分である。しかしながら、非線形性は一様な形状を有すると仮定される。スペクトルの一様な形状は、第２高調波を含む偶数次高調波を生じるだろう。本願明細書で議論するように、第２高調波は、最高振幅を有し、したがって、検出に最適である。しかしながら、若い歯垢の４４４ｎｍの非線形性は純粋に一様ではなく、他の高調波も導入し得ることに留意する。さらに、中心周波数は、非線形性の上に正確に位置しない場合がある。これは、高調波の分布にも影響するだろう。さらには、１つの高調波が歯垢検出のために十分であり、追加の高調波は、一層堅牢な歯垢検出を更に提供できる。制御部により実施されるデジタル信号処理の使用は、より多くの周波数を同時に検出することを可能にし、したがって、歯垢検出においてより大きな特異性を得ることを可能にする。
【００７２】
ほんの少数の例示的な実施形態だけが詳細に上述されたが、当業者は、本開示の新規な教示及び実施形態の利点から実質的に逸脱することなく例示的な実施形態において多くの変形が可能であることを直ちに理解するだろう。例えば、実施形態は、有利なことに、専門の及び／又は特殊な設定を含む電動歯ブラシ及び／又は他の口腔ヘルスケアアプリケーションにおいて使用できる。したがって、全てのこのような変形は、以下の請求の範囲に定められるように、本開示の実施形態の範囲内に包含されると意図される。請求の範囲において、手段及び機能の項は、記載の機能を並びに構造的等価物だけでなく等価な構造を実行するとき、本願明細書に記載した構造をカバーすることが意図される。
【００７３】
さらに、１又は複数の請求項において括弧内に記載されたいかなる参照符号も、請求項を制限すると見なされるべきではない。用語「有する（comprising又はcomprises）」等は、全体としていかなる請求項中に及び明細書に列挙された以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素の単数の参照は、該要素の複数の存在を排除するものではなく、逆も同様である。実施形態のうちの１又は複数は、アナログ及び／又はデジタル実装を含む複数の別個の要素を有するハードウェアにより及び／又は適切にプログラムされたコンピュータにより、実施され得る。複数の手段を列挙している装置の請求項では、これらの複数の手段は、１つの同一のハードウェア要素により実装することができる。特定の量が相互に異なる従属請求項に記載されるという事実は、これらの量の組合せが有利に用いることが出来ないことを示すものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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