(57)【要約】      （修正有）【課題】歯の表層の状態について精度良く解析することが可能な情報処理装置等を提供する。【解決手段】コンピュータ１１は、歯または歯科用材料に対し分光エリプソメータ１により光を照射し、歯または歯科用材料から反射した光の偏光状態を取得する取得部と、歯または歯科用材料の上側にボイドを含むラフネス層が設けられたモデルに基づく光の偏光状態を算出する第1算出部と、取得した偏光状態及び算出した偏光状態に基づきラフネス層に対応する表面層の特性値を算出する第２算出部とを備える。【選択図】図１
2016128780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯または歯科用材料に対し分光エリプソメータまたはポラリメータにより光を照射し、前記歯または歯科用材料から反射した光の偏光状態を取得する取得部と、
歯または歯科用材料の上側にボイドを含むラフネス層が設けられたモデルに基づく光の偏光状態を算出する第１算出部と、
取得した偏光状態及び算出した偏光状態に基づき前記ラフネス層に対応する表面層の特性値を算出する第２算出部と
を備える情報処理装置。
【請求項２】
前記第２算出部は、
表面層の膜厚を算出する膜厚算出部
を備える請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記第２算出部により算出した表面層のボイドの割合及び膜厚に基づき、表面層の粗さを示す有効粗さを算出する特性値算出部
を備える請求項１または２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記第２算出部は、
浸すまたは塗布した時間が相違する複数の歯または歯科用材料に対して、前記取得部により取得した偏光状態、及び、前記第１算出部により算出した偏光状態に基づき、各歯または歯科用材料の前記ラフネス層に対応する表面層の特性値を算出する
請求項１から３のいずれか一つに記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記第２算出部は、
浸すまたは塗布した時間が相違する複数の歯または歯科用材料に対して、前記取得部により取得した偏光状態、及び、前記第１算出部により算出した偏光状態に基づき、各歯または歯科用材料の前記ラフネス層に対応する表面層の第１特性値と、前記複数の歯または歯科用材料に対してブラッシングした後の複数の歯または歯科用材料に対して、前記取得部により取得した偏光状態、及び、前記第１算出部により算出した偏光状態に基づき、各歯または歯科用材料の前記ラフネス層に対応する表面層の第２特性値とを算出する
請求項１から３のいずれか一つに記載の情報処理装置。
【請求項６】
各歯または歯科用材料の前記第１特性値と第２特性値との変化量を出力する変化量出力部を備える
請求項５に記載の情報処理装置。
【請求項７】
歯または歯科用材料に対し分光エリプソメータまたはポラリメータにより光を照射し、前記歯または歯科用材料から反射した光の偏光状態を取得し、
歯または歯科用材料の上側にボイドを含むラフネス層が設けられたモデルに基づく光の偏光状態を算出し、
取得した偏光状態及び算出した偏光状態に基づき前記ラフネス層に対応する表面層の特性値を算出する
コンピュータを用いた情報処理方法。
【請求項８】
コンピュータに、
歯または歯科用材料に対し分光エリプソメータまたはポラリメータにより光を照射し、前記歯または歯科用材料から反射した光の偏光状態を取得し、
歯または歯科用材料の上側にボイドを含むラフネス層が設けられたモデルに基づく光の偏光状態を算出し、
取得した偏光状態及び算出した偏光状態に基づき前記ラフネス層に対応する表面層の特性値を算出する
処理を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理装置、情報処理方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来カメラ、レーザ光等の機器を用いて歯の状態を計測するシステム等が知られている（例えば、特許文献１または２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３３０２９号公報
【特許文献１】特開２０１２−２１３４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の計測方法では歯の表層の状態について精度良く解析を行うことができなかった。
【０００５】
一つの側面では、歯の表層の状態について精度良く解析することが可能な情報処理装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に開示する情報処理装置は、歯または歯科用材料に対し分光エリプソメータまたはポラリメータにより光を照射し、前記歯または歯科用材料から反射した光の偏光状態を取得する取得部と、歯または歯科用材料の上側にボイドを含むラフネス層が設けられたモデルに基づく光の偏光状態を算出する第１算出部と、取得した偏光状態及び算出した偏光状態に基づき前記ラフネス層に対応する表面層の特性値を算出する第２算出部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
一つの側面では、歯の表層の状態について精度良く解析することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】分光エリプソメータのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】モデルを示す説明図である。
【図３】履歴ファイルのレコードレイアウトを示す説明図である。
【図４】各層の体積比、膜厚及び光学定数の算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】各層の体積比、膜厚及び光学定数の算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】有効粗さの算出処理手順を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２に係る履歴ファイルのレコードレイアウトを示す説明図である。
【図８】正常な歯と、脱灰した歯との比較を示す説明図である。
【図９】実施の形態３に係る履歴ファイルのレコードレイアウトを示す説明図である。
【図１０】変化量算出処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】変化量を示す説明図である。
【図１２】浸す時間に応じた変化量の遷移を示すグラフである。
【図１３】実施の形態４に係るコンピュータのハードウェア群を示すブロック図である。
【図１４】格納容器の概要を示す説明図である。
【図１５】モデルを示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は分光エリプソメータのハードウェア構成を示すブロック図である。分光エリプソメータ１はキセノンランプ２、光照射器３、ステージ４、光取得器５、分光器７、データ取込機８、モータ制御機９、及び、コンピュータ１０等を含んで構成される。分光エリプソメータ１は、歯または歯科用部材を計測する。歯は人間（ヒト）、動物等の歯の他、セラミックまたは金属等を用いた人工歯でも良い。また歯科用部材は歯への充填剤、貼付部材、またはクラウン等である。また、歯または歯科用部材表面に唾液、人工唾液またはプロテイン等のペリクル(Pellicle)を塗布しても良い。以下では人間の歯を用いた例を挙げて説明し、歯を試料５０という。その他、実施形態では歯の表層は歯の表面からサブミクロン〜数ミクロンの深さ領域であるものとする。なお、試料５０は歯を切断したものを用いても良い。また分光エリプソメータに代えてポラリメータを用いても良い。
【００１０】
分光エリプソメータ１は、試料５０に偏光した光を照射すると共に、試料５０で反射した光を取得して反射光の偏光状態を測定し、この測定結果と試料５０に応じたモデルに基づき試料５０の各膜層の特性を解析するものである。分光エリプソメータ１は、一対の光照射器３及び光取得器５を有する測定器を含む測定解析系の部分及び駆動系部分に大別される。分光エリプソメータ１は測定解析系の部分として、キセノンランプ２及び光照射器３を第１光ファイバケーブル１５ａで接続し、ステージ４上に載置した試料５０へ偏光した状態の光を照射して光を入射させると共に、試料５０で反射した光を光取得器５で取り込む構成にしている。
【００１１】
光取得器５は第２光ファイバケーブル１５ｂを介して分光器７に接続されており、分光器７は波長毎に測定を行って測定結果をアナログ信号としてデータ取込機８へ伝送する。データ取込機８は、アナログ信号を所要値に変換してコンピュータ１０へ伝送し、コンピュータ１０で解析を行う。
【００１２】
また、図１に示すように、分光エリプソメータ１は駆動系部分として、ステージ４、光照射器３、光取得器５及び分光器７に第１モータＭ１〜第６モータＭ６を夫々設けている。各モータＭ１〜Ｍ６の駆動をコンピュータ１０に接続したモータ制御機９で制御することで、ステージ４、光照射器３、光取得器５及び分光器７を測定に応じた適切な位置、姿勢に変更する。モータ制御機９は、コンピュータ１０から出力される指示に基づき各モータＭ１〜Ｍ６の駆動制御を行う。
【００１３】
次に、分光エリプソメータ１の上述した各部分を順番に詳述する。まず、キセノンランプ２は光源であり、複数の波長成分を含む白色光を発生し、発生した白色光を光照射器３へ第１光ファイバケーブル１５ａを介して送る。光照射器３は半円弧状のレール６上に配置され、内部には偏光子３ａを有しており、白色光を偏光子３ａで偏光し、偏光状態の光を試料５０へ照射する。また、光照射器３は、第４モータＭ４が駆動されることでレール６に沿って移動し、照射する光のステージ４のステージ面４ａの垂線Ｈに対する角度（入射角度φ）を調整可能にしている。
【００１４】
ステージ４は移動レール部（図示せず）に摺動可能に配置されており、第１モータＭ１〜第３モータＭ３の駆動によりステージ４を図１中のＸ方向、Ｙ方向（図１の紙面に直交する方向）及び高さ方向となるＺ方向へ夫々移動可能にしている。ステージ４の移動により、試料５０へ光を入射させる箇所も適宜変更でき、試料５０の面分析なども行えるようにしている。なお、ステージ４の試料５０を載置するステージ面４ａは、光の反射を防止するため黒色にされている。
【００１５】
光取得器５は試料５０で反射した光を取得し、取得した光の偏光状態を測定するものである。光取得器５は、光照射器３と同様にレール６上に配置されており、ＰＥＭ（Photo Elastic Modulator：光弾性変調器）５ａ及び検光子（Analyzer）５ｂを内蔵し、試料５０で反射された光を、ＰＥＭ５ａを介して検光子５ｂへ導いている。また、光取得器５は、第５モータＭ５の駆動によりレール６に沿って移動可能であり、基本的に光照射器３の移動に連動して反射角度φと入射角度φとが同角度になるようにモータ制御機９で制御されている。なお、光取得器５に内蔵されたＰＥＭ５ａは、取り込んだ光を所要周波数（例えば５０ｋＨｚ）で位相変調することにより直線偏光から楕円偏光を得ている。また、検光子５ｂは、ＰＥＭ５ａで位相変調された各種偏光の中から選択的に偏光を取得して測定する。
【００１６】
分光器７は、反射ミラー、回折格子、フォトマルチプライヤー（ＰＭＴ：光電子倍増管）及び制御ユニット等を内蔵し、光取得器５から第２光ファイバケーブル１５ｂを通じて送られた光を反射ミラーで反射して回折格子へ導いている。回折格子は第６モータＭ６により角度を変更し出射する光の波長を可変する。分光器７の内部へ進んだ光はＰＭＴで増幅され、光の量が少ない場合でも、測定された信号（光）を安定化させる。また、制御ユニットは測定された波長に応じたアナログ信号を生成してデータ取込機８へ送出する処理を行う。なお、ポラリメータを用いる場合は、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）を組み合わせた構成にすることも可能である。
【００１７】
データ取込機８は、分光器７からの信号に基づき反射光の偏光状態（ｐ偏光、ｓ偏光）の振幅比Ψ及び位相差Δを波長毎に算出し、算出した結果をコンピュータ１０へ送出する。なお、振幅比Ψ及び位相差Δは、ｐ偏光の振幅反射係数Ｒｐ及びｓ偏光の振幅反射係数Ｒｓに対し以下の数式（１）の関係が成立する。
Ｒｐ／Ｒｓ＝ｔａｎΨ・ｅｘｐ（ｉ・Δ）・・・（１）
但し、ｉは虚数単位である（以下同様）。また、Ｒｐ／Ｒｓは偏光変化量ρという。
【００１８】
また、コンピュータ１０は、データ取込機８で得られた偏光状態の振幅比Ψ及び位相差Δと、試料に応じたモデルとに基づき試料の解析を行うと共に、ステージ４の移動等に対する制御を行う。なお、ステージ４の傾きを変更するモータを設けても良い。
【００１９】
コンピュータ１０は、コンピュータ本体１１、ディスプレイ１２、キーボード１３及びマウス１４等から構成されており、コンピュータ本体１１はＣＰＵ１１ａ、記憶部１１ｂ、ＲＡＭ１１ｃ、及びＲＯＭ１１ｄを内部バスで接続している。ＣＰＵ１１ａは記憶部１１ｂに記憶された各種コンピュータプログラムに従って後述するコンピュータ１０に関する種々の処理を行うものであり、ＲＡＭ１１ｃは処理に係る各種データ等を一時的に記憶し、ＲＯＭ１１ｄにはコンピュータ１０の機能に係る内容等を記憶する。
【００２０】
なお、コンピュータ１０の記憶部１１ｂは、解析用のコンピュータプログラム等の各種プログラムを予め記憶すると共に、ディスプレイ１２へ表示するための各種メニュー画像のデータ、試料に係る既知のデータ、相異する構造のモデルパターン、モデルの作成に利用される複数の分散式等を記憶する。その他、各種データを保存する履歴ファイル１５１が設けられている。
【００２１】
試料５０の解析に関し、予め歯の上に有効媒質近似（ＥＭＡ：Effective Medium Approximation）を利用して、ボイド（空隙）を含む１または複数のラフネス層が形成されたモデルを用意する。図２はモデルを示す説明図である。歯の上側に表面層として第１層及び第２層が形成されているモデルである。歯の上側に形成される第１層は歯が９０％、ボイドが１０％であるものとする。また第２層は第１層の上に形成され、歯が７０％、ボイドが３０％であるものとする。ユーザはキーボード１３からモデルにおける各層における歯の割合及びボイドの割合を適宜入力する。ユーザは歯から離れるにつれてボイドの割合が大きくなり、歯の割合が小さくなる数値を入力すればよい。なお、ボイドには歯に元々存在するボイドと脱灰により生じたボイドとが含まれる。
【００２２】
ＣＰＵ１１ａは、入力された各層の歯の割合及びボイドの割合を受け付け、記憶部１１ｂに記憶する。なお、モデルは歯の上に１層または複数層形成されていれば良く２層に限るものではない。また歯及びボイドの割合は一例であり、上述した例に限るものではない。コンピュータ１０は試料５０の光学特性として第１層及び第２層の屈折率及び消衰係数（以下、場合により光学定数で代表する）を解析すると共に、第１層及び第２層の膜厚等も解析する。
【００２３】
ＣＰＵ１１ａは、モデルを用いて試料５０の第１層及び第２層の膜厚及び複素屈折率を求める。複素屈折率Ｎは、解析する膜層の屈折率ｎ及び消衰係数ｋとした場合、以下の光学式で表した数式（２）の関係が成立する。
Ｎ＝ｎ−ｉｋ・・・（２）
【００２４】
また、入射角度をφ、光照射器３が照射する光の波長をλとすると、データ取込機８から出力されるエリプソメータで測定された振幅比Ψ及び位相差Δ（偏光状態）は、解析する第１層及び第２層の膜厚ｄ、屈折率ｎ及び消衰係数ｋに対して以下の数式（３）の関係が成立する。
（ｄ，ｎ，ｋ）＝Ｆ（ρ）＝Ｆ（Ψ（λ，φ），Δ（λ，φ））・・・（３）
【００２５】
コンピュータ１０は、解析する第１層及び第２層の膜厚、及び複数のパラメータを有する複素誘電率の波長依存性を示す分散式を用いて、記憶したモデルから理論的な演算で得られるモデルスペクトル（ΨM （λi ）、ΔM （λi ））（偏光状態）と、データ取込機８から出力される測定結果に係る測定スペクトル（ΨE （λi ）、ΔE （λi ））（偏光状態）との差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う。なお、適用される分散式の一例を下記の数式（４）に示す。
【００２６】
【数１】
2016128780.tif 000003
【００２７】
数式（４）において左辺のεは複素誘電率を示し、ε∞、εs は誘電率を示し、Γ0 、ΓD 、γj は粘性力に対する比例係数（damping factor）を示し、ωoj、ωt 、ωp は固有角振動数（oscillator frequency, transverse frequency, plasma frequency）を示す。なお、ε∞は高周波における誘電率（high frequency dielectric constant）であり、εs は低周波における誘電率（static dielectric constant）であり、ｆj ＝（εSj−ε∞）である。また、複素誘電率ε（ε（λ）に相当）、及び複素屈折率Ｎ（Ｎ（λ）に相当）は、下記の数式（５）の関係が成立する。
ε（λ）＝Ｎ2 （λ）・・・（５）
【００２８】
なお、フィッティングを簡単に説明すると、試料５０を測定した場合でＴ個の測定データ対をＥｘｐ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ）、Ｔ個のモデルの計算データ対をＭｏｄ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ）としたときに測定誤差は正規分布すると考えて標準偏差をσi とした際の最小二乗法に係る平均二乗誤差χ2 は下記の数式（６）で求められる。なお、Ｐはパラメータの数である。平均二乗誤差χ2 の値が小さいときは、測定結果と作成したモデルの一致度が大きいことを意味するため、複数のモデルを比較する場合、平均二乗誤差χ2 の値が最も小さいものがベストモデルに相当する。
【００２９】
【数２】
2016128780.tif 000004
【００３０】
以上述べたモデルに基づくフィッティングを行うことにより、ＣＰＵ１１ａは、試料５０の第１層及び第２層の体積比（Volume Fraction）、膜厚及び分散式のパラメータを算出する。体積比は各層のモデルにおいて歯とボイドとの体積の比であり、図２の１層目では９：１となる。最後に、ＣＰＵ１１ａは、第１層及び第２層の体積比、膜厚、分散式のパラメータ、及びボイド等を参照することで、試料５０の第１層及び第２層の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を算出する。なお、光学定数を既知として膜厚と体積比をフィッティングしても良い。
【００３１】
図３は履歴ファイル１５１のレコードレイアウトを示す説明図である。履歴ファイル１５１は試料ＩＤフィールド、測定日時フィールド、層フィールド、体積比フィールド、膜厚フィールド、及び光学定数フィールド等を含む。試料ＩＤフィールドには、試料５０を特定するための識別情報（以下、試料ＩＤという）が記憶されている。測定日時は試料５０を測定した日時が試料ＩＤに対応付けて記憶されている。
【００３２】
層フィールドには、層の種別が記憶されている。図３の例では、第２層及び第１層のレコードが用意されている。体積比フィールドには資料ＩＤに対応付けて歯とボイドとの体積比が記憶されている。膜厚フィールドには、上述した方法により算出された各層の膜厚が記憶されている。光学定数フィールドには、上述した方法により算出された各層の屈折率及び消衰係数が試料ＩＤに対応付けて記憶されている。
【００３３】
以上のハードウェア構成において各種ソフトウェア処理を、フローチャートを用いて説明する。図４及び図５は各層の体積比、膜厚及び光学定数の算出処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１ａはキーボード１３からモデルの層数を受け付ける（ステップＳ４１）。ＣＰＵ１１ａは、モデルのボイドの割合を受け付ける（ステップＳ４２）。ＣＰＵ１１ａは、ボイドの割合に基づき空気の割合を算出し、層数と、ボイド及び空気の割合とをモデル名に対応付けて記憶部１１ｂに記憶する（ステップＳ４３）。このようにして予めモデルを作成しておけば良い。
【００３４】
ＣＰＵ１１ａは、モデルの選択を受け付ける（ステップＳ４４）。ＣＰＵ１１ａは、受け付けたモデルを記憶部１１ｂから読み出す（ステップＳ４５）。ＣＰＵ１１ａは、計測に際し試料ＩＤを生成する（ステップＳ４６）。ＣＰＵ１１ａは、選択されたモデルに対応して、予め記憶されていた初期値となる体積比、膜厚及び分散式のパラメータを記憶部１１ｂから読み出す（ステップＳ４７）。ＣＰＵ１１ａは読み出したモデルに基づき、モデルスペクトルΨM、ΔMを算出し、結果を記憶部１１ｂに記憶する（ステップＳ４８）。
【００３５】
ＣＰＵ１１ａ試料５０に光を照射し、測定スペクトルΨE、ΔEを計測し、計測した値を記憶部１１ｂに記憶する（ステップＳ４９）。ＣＰＵ１１ａは、測定した測定スペクトルΨE、ΔEと、モデルスペクトルΨM、ΔMとに基づいて、フィッティングを行う（ステップＳ５１）。具体的には、ＣＰＵ１１ａは、フィッティングのため読み出した、測定スペクトルΨE、ΔEとモデルスペクトルΨM、ΔMとを比較し測定スペクトルとモデルスペクトルとの差が最小になるように体積比、膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う。ＣＰＵ１１ａはこのフィッティング結果として最小二乗法を用い、平均二乗誤差χ2 を得る。平均二乗誤差χ2 は上述した数式（２）により算出することができる。
【００３６】
フィッティングの結果としてＣＰＵ１１ａは算出した平均二乗誤差χ2 が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ５２）。なお、この所定値は記憶部１１ｂに記憶されている。ＣＰＵ１１ａは、算出した平均二乗誤差χ2 が所定値以下でないと判断した場合（ステップＳ５２でＮＯ）、処理をステップＳ５３へ移行させる。ＣＰＵ１１ａは、モデルの初期値として設定した体積比、膜厚及び分散式のパラメータを適宜変更して、再びモデルスペクトルΨM、ΔMを算出する（ステップＳ５３）。なお、この変更はＣＰＵ１１ａによる変更であっても良いし、オペレータによる変更であっても良い。その後、再びステップＳ５１へ移行し、同様の処理を繰り返す。
【００３７】
ＣＰＵ１１ａは、算出した平均二乗誤差χ2 が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ５２でＹＥＳ）、処理をステップＳ５４へ移行させる。ＣＰＵ１１ａは、フィッティングで得られた体積比、膜厚及び分散式のパラメータを採用すべき値として決定する（ステップＳ５４）。なお、ステップＳ５２の処理においては、所定の値以下となるまで、処理を行うようにしている。しかし、所定時間内に各モデルへ設定すべき初期膜厚及び分散式のパラメータを逐次変更し、所定時間内で最小の平均二乗誤差をとる場合の膜厚及び分散式のパラメータを結果として採用するようにしても良い。
【００３８】
また入射角度φ及び反射角度φをパラメータとしても良い。
【００３９】
ＣＰＵ１１ａは、第１層及び第２層の体積比、膜厚、分散式のパラメータ、及びボイド等を参照することで、試料５０の第１層及び第２層の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を算出する（ステップＳ５５）。ＣＰＵ１１ａは算出した各層の体積比、屈折率、消衰係数及び膜厚を、試料ＩＤに対応付けて履歴ファイル１５１に記憶する（ステップＳ５６）。これにより歯の最下層及び上側の層をデータ化することができ、表面状態を適切に把握することが可能となる。また層を複数層とすることで、より精度良く計測することが可能となる。
【００４０】
実施の形態２
実施の形態２は有効粗さを算出する形態に関する。ＣＰＵ１１ａは、モデルの各層のボイドの割合及び各層の膜厚に基づき、各層の粗さを示す有効粗さを算出する。虫歯は酸による脱灰が進行したものであり歯表面のミネラル密度が小さくなる現象である。有効粗さは各層の膜厚に、ボイドの割合を乗じ、各層の乗じた値を合計することで求める。なお、有効粗さの単位は例えばｎｍとすればよい。
【００４１】
図６は有効粗さの算出処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１ａは、履歴ファイル１５１を参照し、各層の膜厚を読み出す（ステップＳ６１）。ＣＰＵ１１ａは、履歴ファイル１５１の体積比を参照し、各層のボイドの割合を読み出す（ステップＳ６２）。ＣＰＵ１１ａは、膜厚にボイドの割合を乗じる（ステップＳ６３）。ＣＰＵ１１ａは、各層の乗算値の合計を有効粗さとして算出する（ステップＳ６４）。実施形態１で述べた例では第１層のボイドの割合が0.1であるので、第１層の膜厚に割合0.1を乗じる。また第２層のボイドの割合は0.3であるので、第２層の膜厚に割合0.3を乗じる。最後に各層の乗じた値の合計を有効粗さとして算出する。ＣＰＵ１１ａは、試料ＩＤに対応付けて有効粗さを記憶する（ステップＳ６５）。
【００４２】
図７は実施の形態２に係る履歴ファイル１５１のレコードレイアウトを示す説明図である。さらに有効粗さフィールドが設けられている。ＣＰＵ１１ａは、算出した有効粗さを試料ＩＤに対応付けて履歴ファイル１５１に記憶する。図７の例では試料ＩＤ３１１の有効粗さは１９０．０と記憶されている。
【００４３】
図８は正常な歯と、脱灰した歯との比較を示す説明図である。正常な歯と脱灰が進行した歯との２つの試料５０を用意し、上述した方法により、各層の膜厚及び各試料５０の有効粗さを算出した。正常な歯の１層目の膜厚は80.2nm、２層目の膜厚は7.1nmである。１層目に膜厚に空気の割合0.1、２層目の膜厚に空気の割合0.3を乗じ、これらを加算すると有効粗さ10.2nmとなる。一方、脱灰した歯の１層目の膜厚は126.8nm、２層目の膜厚は108.5nmである。１層目に膜厚に空気の割合0.1、２層目の膜厚に空気の割合0.3を乗じ、これらを加算すると有効粗さ45.2nmとなる。図８から脱灰により表面のミネラルが少なくなり、表面の粗さが増加していることが理解できる。これにより、歯の状態を容易に把握することが可能となる。
【００４４】
本実施の形態２は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４５】
実施の形態３
実施の形態３はブラッシング前後での変化を計測する形態に関する。実施の形態３では歯または歯科用材料に物理的・化学的変化をもたらした上で計測を行う。本実施形態ではその一例として歯に唾液または薬液を、浸すまたは塗布する。以下の実施形態では歯に唾液を浸す例を挙げて説明する。試料５０を浸さないもの、３分浸すもの、３０分浸すもの、６０分浸すものを用意する。さらに、浸さない試料５０を計測すると共に、ブラッシングした後の試料５０をも計測した。また浸した試料５０を計測すると共に、浸した試料５０に対してブラッシングした後の試料５０をも計測した。
【００４６】
図９は実施の形態３に係る履歴ファイル１５１のレコードレイアウトを示す説明図である。試料５０を浸さず、かつブラッシングを行っていないものを試料ＩＤ「０前」としている。試料５０を浸さず、かつブラッシングを行ったものを試料ＩＤ「０後」としている。試料５０を３分浸し、かつブラッシングを行っていないものを試料ＩＤ「３前」としている。試料５０を３分浸し、かつブラッシングを行ったものを試料ＩＤ「３後」としている。
【００４７】
試料５０を３０分浸し、かつブラッシングを行っていないものを試料ＩＤ「３０前」としている。試料５０を３０分浸し、かつブラッシングを行ったものを試料ＩＤ「３０後」としている。試料５０を６０分浸し、かつブラッシングを行っていないものを試料ＩＤ「６０前」としている。試料５０を６０分浸し、かつブラッシングを行ったものを試料ＩＤ「６０後」としている。なお、本実施形態で示す時間は一例であり、これに限るものではない。適宜浸す時間が異なる試料５０を用意すればよい。
【００４８】
ＣＰＵ１１ａは、実施の形態１及び２で述べた方法により、試料ＩＤに対応付けて計測及び算出した光学定数、膜厚、有効粗さを履歴ファイル１５１に記憶する。履歴ファイル１５１にはさらに変化量が設けられている。変化量は浸す時間が同じである試料ＩＤに対応付けてブラッシング前後で有効粗さがどの程度変化したかの変化量を記憶している。ＣＰＵ１１ａは、浸す時間が同じ有効粗さを読み出し、ブラッシング後の有効粗さからブラッシング前の有効粗さを減じることにより変化量を算出する。ＣＰＵ１１ａは、算出した変化量を試料ＩＤに対応付けて履歴ファイル１５１に記憶する。なお、本実施形態では差分を用いたが、これに限るものではない。例えばブラッシング後の有効粗さをブラッシング前の有効粗さで除した変化率を変化量として算出しても良い。
【００４９】
図１０は変化量算出処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１ａは、浸していない試料５０のブラッシング前の有効粗さを履歴ファイル１５１から読み出す（ステップＳ１０１）。ＣＰＵ１１ａは、浸していない試料５０のブラッシング後の有効粗さを履歴ファイル１５１から読み出す（ステップＳ１０２）。ＣＰＵ１１ａは、ブラッシング後の有効粗さとブラッシング前の有効粗さの差を変化量として算出し、試料ＩＤに対応付けて履歴ファイル１５１に記憶する（ステップＳ１０３）。
【００５０】
ＣＰＵ１１ａは、浸した試料５０のブラッシング前の有効粗さを履歴ファイル１５１から読み出す（ステップＳ１０４）。ＣＰＵ１１ａは、浸した試料５０のブラッシング後の有効粗さを履歴ファイル１５１から読み出す（ステップＳ１０５）。ＣＰＵ１１ａは、ブラッシング後の有効粗さとブラッシング前の有効粗さの差を変化量として算出し、試料ＩＤに対応付けて履歴ファイル１５１に記憶する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
ＣＰＵ１１ａは、全ての浸す時間についての変化量を算出したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。ＣＰＵ１１ａは、全ての処理を終えていないと判断した場合（ステップＳ１０７でＮＯ）、異なる浸す時間についての処理を行わせるべく、処理をステップＳ１０４に戻す。ＣＰＵ１１ａは、全ての処理を終えたと判断した場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、処理を終了する。
【００５２】
図１１は変化量を示す説明図である。浸す時間が０、３分、３０分及び６０分とした各試料５０のブラッシング前後の膜厚及び有効粗さを示している。またブラッシング前後の有効粗さの差を変化量として示している。図１２は浸す時間に応じた変化量の遷移を示すグラフである。横軸は唾液に浸す時間であり、単位は分である。縦軸は変化量であり、単位はnmである。
【００５３】
浸す時間が０分の場合の変化量は33.3nm、浸す時間が３分の場合の変化量は33.1nm、浸す時間が３０分の場合の変化量は24.8nm、浸す時間が６０分の場合の変化量は5.8nmである。唾液に浸す時間が長いと、ブラッシングによる表面の削れる具合が小さくなっていることが理解できる。このように、唾液または人工唾液に浸す時間及びブラッシングによる影響をも的確に把握することが可能となる。
【００５４】
本実施の形態３は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１及び２と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
実施の形態４
図１３は実施の形態４に係るコンピュータ１０のハードウェア群を示すブロック図である。コンピュータ１０を動作させるためのプログラムは、ディスクドライブ等の読み取り部１０ＡにCD-ROM、DVD（Digital Versatile Disc）ディスク、メモリーカード、またはUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の可搬型記録媒体１Ａを読み取らせて記憶部１１ｂに記憶しても良い。さらに、当該プログラムは、インターネット等の通信網Ｎを介して接続される他のサーバコンピュータ（図示せず）からダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
【００５６】
図１３に示すコンピュータ１０は、上述した各種ソフトウェア処理を実行するプログラムを、可搬型記録媒体１Ａから読み取り、或いは、通信網Ｎを介して他のコンピュータ（図示せず）からダウンロードする。当該プログラムは、制御プログラムとしてインストールされ、ＲＡＭ１１ｃにロードして実行される。これにより、上述したコンピュータ１０として機能する。
【００５７】
本実施の形態４は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１から３と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５８】
実施の形態５
実施の形態５は、格納容器を設ける形態に関する。図１４は格納容器の概要を示す説明図である。図１５はモデルを示す説明図である。図１５に示すようにペリクルが塗布された試料５０は格納容器１２０内に格納しても良い。格納容器１２０は断面視において底部が矩形状、頂部が台形をなしている。格納容器１２０の底部には試料５０を把持するための把持部材５７が設けられている。格納容器１２０は水、生理食塩水等の液体を蓄えることが可能である。また把持部材５７により唾液等が塗布された試料５０が浮き上がることを防止している。なお、把持部材５７に代えて、金属製のおもり等により試料５０を格納容器１２０底面に設置するようにしても良い。格納容器１２０頂部の斜面には透過窓１２２、１２２が組み込まれている。
【００５９】
光照射器３の出射面と透過窓１２２の格納容器１２０外面側とは相互に当接されており、同様に、光取得器５の受光面と透過窓１２２の筐体１２０外面側とは相互に当接されている。なお、光照射器３及び光取得器５を透過窓１２２から隔離して設けても良い。光照射器３からの入射光は斜辺に設けられる透過窓１２２に対して略垂直に入射し、試料５０を照射する。試料５０からの反射光は透過窓１２２に対して略垂直に入射し、光取得器５へ到達する。ＣＰＵ１１ａは、２層目の上側のペリクルを３層目のモデルとしてフィッティングを行い、各層の体積比、膜厚及び光学定数を求める。これにより、試料５０表面に塗布された唾液を乾燥させることなく計測を行うことが可能となる。
【００６０】
本実施の形態５は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１から４と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【符号の説明】
【００６１】
１        分光エリプソメータ
１Ａ      可搬型記録媒体
２        キセノンランプ
３        光照射器
４        ステージ
５        光取得器
６        レール
７        分光器
８        データ取込機
９        モータ制御機
１０      コンピュータ
１５１    履歴ファイル
５０      試料
【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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