(57)【要約】  光照射装置（１００）は、波長および光軸が異なる光を出射する複数の光源（１０１ａ，１０１ｂ）と、複数の光源（１０１ａ，１０１ｂ）の光を１軸の光学系で導光させる導光路（１０２）と、複数の光源（１０１ａ，１０１ｂ）と導光路（１０２）との間に設けられ、複数の光源（１０１ａ，１０１ｂ）から出射された光の入射角度範囲を拡大させて導光路（１０２）の一端に入射させるレンズ（１０３）とを備える。また、複数の光源（１０１ａ，１０１ｂ）とレンズ（１０３）との間に、導光路（１０２）の光軸上に所定の大きさを有し導光路（１０２）への光の入射を防ぐ遮光部を備えてもよい。
2019188264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長および光軸が異なる光を出射する複数の光源と、
複数の前記光源の光を１軸の光学系で導光させる導光路と、
複数の前記光源と前記導光路との間に設けられ、複数の前記光源から出射された光の入射角度範囲を拡大させて前記導光路の一端に入射させるレンズと、
を備えたことを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
複数の前記光源と前記レンズとの間に設けられ、前記導光路の光軸上に所定の大きさを有し前記導光路への前記光の入射を防ぐ遮光部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記レンズは球レンズであることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記球レンズの直径に対し、前記導光路のコア径が同一または、それ以下であることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記遮光部は、前記レンズの入射面側に形成された吸収体、または反射体であることを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
【請求項６】
前記導光路の一端から入射された複数の波長の光を、前記導光路を介して対象物に照射することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項７】
前記導光路の一端から入射された複数の波長の光を、前記導光路を介して対象物に照射させ、前記対象物からの反射光に基づき、前記対象物の表面状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項８】
複数のうち一方の前記光源は、前記対象物としての歯牙への照射により歯垢が蛍光する波長であり、他方の前記光源は、前記歯牙への照射により歯垢の蛍光が生じない波長であり、
一方および他方の前記光源を時分割駆動したときにそれぞれ前記反射光の光強度差に基づき、前記歯垢を検出する制御回路を備えたことを特徴とする請求項７に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長および光軸が異なる２つの光源を１軸の光軸系で導光させる光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる２つの光源を対象物に照射させ、反射光を波長別に分光することで、対象物の状態を波長別に検出することができる。このような光学系を有する光照射検出装置は、例えば、齲蝕歯の検出に用いることができる。【０００３】
関連する技術として、従来、例えば、内視鏡の導光部材（ライトガイド）と光源との間に球レンズを配置し、輝度ムラを均一化させる技術がある（例えば、下記特許文献１参照。）。また、内視鏡の導光部材（ライトガイド）に対し、調光機構により照明光の強度分布を中心と周辺部の差を抑制した技術がある（例えば、下記特許文献２参照。）。また、プロジェクタ等のレーザ光源を集光レンズにより導光手段の入射端面に対し垂直以外の角度で入射させることで、均一な強度分布を得る技術がある（例えば、下記特許文献３参照。）。また、波長の異なる複数の光源を光ファイバ内で混合する場合に、光ファイバ内における発色光の変化を抑制する技術がある（例えば、下記特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２６０３３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９５９７４号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／０８８４６６号
【特許文献４】特開２０１６−１３３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の技術は、短い導光路内で複数の波長の光源の光の強度パターン（色ムラ）を小さくするよう混色させることができなかった。特許文献１〜３の技術は、光源は単色光であり、複数の波長の光源を有していない。特許文献４の技術では、光ファイバを導波させながら光軸方向での発光色の変化（色ムラ）を抑制するものであり、光ファイバを短くした場合に色ムラを抑制することができない。【０００６】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、複数の波長の光源を一軸の光学系で導光させ、光学系の長さが短くても色ムラを抑制できる光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる光照射装置は、波長および光軸が異なる光を出射する複数の光源と、複数の前記光源の光を１軸の光学系で導光させる導光路と、複数の前記光源と前記導光路との間に設けられ、複数の前記光源から出射された光の入射角度範囲を拡大させて前記導光路の一端に入射させるレンズと、を備えたことを特徴とする。【０００８】
また、複数の前記光源と前記レンズとの間に設けられ、前記導光路の光軸上に所定の大きさを有し前記導光路への前記光の入射を防ぐ遮光部を備えたことを特徴とする。【０００９】
また、前記レンズは球レンズであることを特徴とする。【００１０】
また、前記球レンズの直径に対し、前記導光路のコア径が同一または、それ以下であることを特徴とする。【００１１】
また、前記遮光部は、前記レンズの入射面側に形成された吸収体、または反射体であることを特徴とする。【００１２】
また、前記導光路の一端から入射された複数の波長の光を、前記導光路を介して対象物に照射することを特徴とする。【００１３】
また、前記導光路の一端から入射された複数の波長の光を、前記導光路を介して対象物に照射させ、前記対象物からの反射光に基づき、前記対象物の表面状態を検出することを特徴とする。【００１４】
また、複数のうち一方の前記光源は、前記対象物としての歯牙への照射により歯垢が蛍光する波長であり、他方の前記光源は、前記歯牙への照射による歯垢の蛍光が生じない波長であり、一方および他方の前記光源を時分割駆動したときにそれぞれ前記反射光の光強度差に基づき、前記歯垢を検出する制御回路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明にかかる光照射装置によれば、複数の波長の光源を一軸の光学系で導光させ、光学系の長さが短くても色ムラを抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる光照射装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる光照射装置のレンズによる光分散を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる光照射装置による２波長の光の色ムラのシミュレーション結果の色分布を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１にかかる光照射装置による２波長の光の色ムラの解析モデルを示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１にかかる光照射装置による２波長の光の色ムラの解析結果を数値化した図表である。
【図６】図６は、２波長光源のうち一波長の光の分散状態を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかる光照射装置の構成例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２にかかる光照射装置の遮光部による光の色ムラの解析結果を数値化した図表である。
【図９】図９は、実施の形態２にかかる光照射装置の遮光部のサイズと色ムラの関係を示す図表である。
【図１０】図１０は、各実施の形態にかかる光照射装置の他の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、歯牙の各位置による自家蛍光強度の変化を説明する図表である。
【図１２】図１２は、歯垢検出歯ブラシの構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３にかかる光照射装置の各種レンズによる光分散を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光照射装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光照射装置の構成例を示す図である。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。図１には、光照射検出装置１００のうち、実施の形態１の主な構成にかかる光照射装置、すなわち光の出射構造部分のみを記載してある。光照射検出装置１００の光検出部分の構造については後述する。
【００１９】
光照射検出装置１００の光の出射構造部分１１０は、複数の異なる波長の光源１，２（１０１）と、導光路１０２と、レンズ１０３と、を含み構成される。光源１（１０１ａ）と、光源２（１０１ｂ）は、異なる波長の光を出射し、これら光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）は、互いが近接して配置されているが、それぞれの光軸の中心位置は所定距離（ピッチ）Ｌだけ離れている。すなわち、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）の各中心（光軸）ａ，ｂは、導光路１０２の光軸Ｏに対し、それぞれＬ／２の軸ズレを有している。
【００２０】
図１では、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）が出射する光束は平行光であり、導光路１０２の径（図の上下方向長さ）Ｗと、２つの光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）がそれぞれ出射する光束の径Ｗ１＋Ｗ２はほぼ等しい。
【００２１】
導光路１０２は、光を導波する部材であればよく、例えば光ファイバや筒状のリフレクターを用いることができる。光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）と、導光路１０２の間には、レンズ１０３が設けられる。図１の例では、レンズ１０３は球レンズである。レンズ１０３は、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）から出射された光Ａ，Ｂの入射角度範囲を拡大させて導光路１０２の一端に入射させる。このレンズ１０３は、例えば、導光路１０２である光ファイバの入射端面に設けられ、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）からそれぞれ出射された光を入射位置別に角度を分散させて、導光路１０２内を伝搬させる。
【００２２】
例えば、レンズ（球レンズ）１０３は、屈折率ｎ＝１．５１、直径φ＝３．０ｍｍ、導光路１０２は、アクリル樹脂製であり、屈折率ｎ＝１．４９、コア直径φ（Ｗ）＝３．０ｍｍである。光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）は、それぞれ面発光するＬＥＤやＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）はそれぞれ１．５ｍｍ×３ｍｍの大きさを有し、ピッチＬは１．５ｍｍである。例えば、光源１（１０１ａ）が出射する光の波長は４０５ｎｍ、光源２（１０１ｂ）が出射する光の波長は４６５ｎｍである。
【００２３】
図２は、実施の形態１にかかる光照射装置のレンズによる光分散を示す図である。図１に示したレンズ１０３が球レンズであり、この球レンズ１０３による光分散を説明する。図２では、光軸Ｏの上半部に配置された一方の光源１（１０１ａ）から出射される光の分散状態を示している。
【００２４】
球レンズ１０３に入射する平行光の光束Ａは、球レンズ１０３のどの位置に入射し、屈折するかによって、異なる角度方向に進行方向を変える。この球レンズ１０３を設けて光束Ａの導光路１０２内への入射角度範囲を拡大させることで、異なる２波長の光を混色でき、色ムラを解消することができる。
【００２５】
入射角度範囲の拡大のためには、球レンズ１０３を用いるに限らない。レンズ１０３を用いることで、球レンズに限らずに入射角度範囲を拡大させることができる。
【００２６】
（光学シミュレーションによる２波長の混合状態の検出）
図３は、実施の形態１にかかる光照射装置による２波長の光の色ムラのシミュレーション結果の色分布を示す図である。図１に示す光照射検出装置１００により、２波長の異なる光を導光路（光ファイバ）１０２に入射させ、導光路１０２面内の各地点の光を照明解析ソフトウェアにより解析した、２つの波長の光の強度パターン（分散状態）を示している。
【００２７】
色ムラのない状態とは、導光路１０２面内で２つの波長の光のパターン（強度分布）が一致していることであり、面内に光強度分布を持つこと自体は差し支えない。色ムラがある状態とは、２つの波長の光のパターンが一致しない状態で、たとえば、ある部分では第１の波長のみ、ある部分では第２の波長のみが存在するような、面内の各波長の光強度分布に差を持つ状態のことである。
【００２８】
図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ導光路（光ファイバ）１０２の入射面からの位置を示し、（ａ）は導光路（光ファイバ）１０２入口（光束Ａの入射面）から２ｍｍ、（ｂ）は入射面から１４ｍｍの位置における各波長を合わせた光強度パターン（分散状態）を示す。
【００２９】
これら図３（ａ），（ｂ）には、実施の形態１の光照射検出装置１００の構造、すなわち、導光路（光ファイバ）１０２と球レンズ１０３を備えた構造と、従来技術に相当する光ファイバのみの構造、についての光強度パターン（分散状態）を示している。
【００３０】
実施の形態１の光照射検出装置１００によれば、図３（ａ）の２ｍｍで２色の混色が始まり、図３（ｂ）の１４ｍｍでは２色が混色し、色ムラが解消されていることが示されている。
【００３１】
これに対し、球レンズを有さない光ファイバのみの従来構造では、図３（ａ），（ｂ）においてそれぞれの光Ａ，Ｂが検出され、色ムラが解消されていないことが示されている。このように、球レンズ１０３を有する実施の形態１の光照射検出装置１００によれば、導光路（光ファイバ）１０２の光軸（長さ）方向に対し従来技術の構造よりも短い距離で２波長の光の色ムラが解消できる。
【００３２】
次に、図３に示した色分布図は、画像を目視するユーザの評価になるため、以下に示す数値化を試みた。導光路（光ファイバ）１０２内の光軸（長さ）方向に所定の間隔で評価面を設置し、各評価面内を所定のサイズメッシュ（例えば、５１×５１）で区切り、各メッシュに入射する光の強度を波長ごとに算出した。この際、メッシュごとに２波長の光の強度差を算出し、全メッシュの総和を取り、全光量で割った値を色ムラ度とした。
【００３３】
色ムラ度＝Σ（Ｉ光Ａ−Ｉ光Ｂ［Ｗ］）／（Ｉ光Ａ＋Ｉ光Ｂ［Ｗ］）
【００３４】
この色ムラ度が小さい方が、導光路１０２面内における２波長の光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）の光の強度パターンの差が小さく（類似している）、色ムラが小さいことを示す。
【００３５】
図４は、実施の形態１にかかる光照射装置による２波長の光の色ムラの解析モデルを示す図である。図４に示す解析モデル４００では、２波長の光源１，２（１０２ａ，１０２ｂ）から球レンズ１（４０１）を介して導光路１（４０２）に光を入射させる。導光路１（４０２）の出口（出射面）に、光照射検出装置１００の球レンズ２（１０３）、および導光路２（導光路１０２）を配置した。
【００３６】
なお、従来技術に相当する構造については、図４の球レンズ１０３を取り外し、導光路１（４０２）に導光路２（導光路１０２）を近接させるモデルを用いている。
【００３７】
図５は、実施の形態１にかかる光照射装置による２波長の光の色ムラの解析結果を数値化した図表である。図４に示す解析モデルの結果による２波長の光の色ムラ度を示す。縦軸は色ムラ度、横軸は導光路２（導光路１０２）の伝搬距離を示す。
【００３８】
図５に示すように、球レンズ２（１０３）が無い従来技術の構造においても、導光路１０２の伝搬距離が長くなるにしたがい、２波長の光Ａ，Ｂの色ムラ度の値が小さくなっていく（すなわち、色ムラが低減されていく）。但し、伝搬距離が３０ｍｍ以降の範囲では、色ムラ度の値が大きくなっていく（再び色ムラが生じる）傾向がある。
【００３９】
これに対し、実施の形態１の光照射検出装置１００のように、球レンズ２（１０３）を有する構造では、導光路１０２の伝搬距離全域に亘って従来技術の構造よりも色ムラ度の値が小さく、従来技術よりも色ムラが解消されていることがわかる。特に、伝搬距離が短い範囲、例えば、０ｍｍ（光入口）〜１４ｍｍの範囲にかけて急激に色ムラ度の値が小さくなり、導光路１０２に入った光が短い距離で色ムラが解消されていることが示されている。
【００４０】
以上説明した実施の形態１では、単一の導光路である導光路１０２に対し、異なる波長の光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）からの光を入射させる。この際、導光路１０２の光軸Ｏに対し、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）の中心（光軸）ａ，ｂが軸ズレするが、導光路１０２の入射端に球レンズ等のレンズ１０３を配置する。これにより、導光路（光ファイバ）１０２面内における異なる波長の光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）の光パターンを短い伝搬距離で類似させることができ、色ムラを解消できるようになる。
【００４１】
従来、光ファイバ内に光を導光させる構造が知られている。光が複数の箇所から発せられ、異なる波長の平行光だった場合、光ファイバ内では角度が保存されて伝播していくので、混色がおきなかったり、混色した箇所と混色していない箇所が交互に現れる。また、光が完全な平行光でない場合は、光が光ファイバを長距離伝搬していくうちに色ムラが低減されていく。
【００４２】
ここで、光ファイバの材質は、プラスチックや石英等があるが、石英は高価であり、一般消費者向け商品や消耗品などには使用しづらい。ただし、低コストのプラスチックを用いる場合、使用する光の波長によっては自家発光が生じる。例えば、蛍光測定器では、対象物からの蛍光は照射光に対して光強度が微弱であることが多いため、プラスチックを用いるとしても少量、すなわち、光ファイバの長さ（伝搬距離）を短く抑えたい要望がある。
【００４３】
この点、従来技術では、十分な伝搬距離（光ファイバの長さ）を確保しないと異なる光軸の複数光源からの光は分離したパターンを形成し、対象物の同じ領域に同じ光強度で照射させることができない問題を生じる。一方、光ファイバの長さを十分に確保しようとすると、小型化に支障が生じる律速条件となってしまう。
【００４４】
これに対し、実施の形態１によれば、レンズでの屈折で光の出射角度範囲を分散させることで、導光路（光ファイバ）１０２面内における異なる波長の光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）の光強度パターンを短い伝搬距離で類似させることができ、色ムラを解消できるため、導光路１０２としてプラスチックを用いた場合でも、光ファイバの長さ（伝搬距離）を短く抑えて色ムラを解消できる。加えて、プラスチックを用いることで、光照射装置のコストを低コスト化できるようになる。
【００４５】
また、実施の形態１では、光照射検出装置１００として、異なる波長の光を対象物に照射しその反射光を検出する構成としたが、これに限らず、異なる波長の光を対象物に照射するだけの光照射装置の構成であっても色ムラを抑える効果を有する。
【００４６】
（実施の形態２）
実施の形態２では上述した実施の形態１で説明した光照射検出装置１００と基本的構造は同じであり、より短い伝搬距離で色ムラを低減させる構成について説明する。
【００４７】
図６は、２波長光源のうち一波長の光の分散状態を示す図である。実施の形態１の光照射検出装置１００の構成において、一方の光源１（１０１ａ）から出射する光Ａの分散状態を示している。
【００４８】
球レンズ１０３の中央部分を通過して導光路（光ファイバ）１０２に入射する光は、屈折による角度変化が小さいためほぼ導光路（光ファイバ）１０２と平行のまま進行する。よって１回目の反射が起きるのに比較的伝播距離が必要となり、反射回数が相対的に少ないまま導光路１０２の出口（出射端）まで到達する。図６に示す例では、球レンズ１０３の中央部分（光軸Ｏ付近）を通った光Ａが反射しにくく、光に片寄り（偏り）が生じ、導光路１０２の下半部の光強度が強いことが示されている。反射しない光や反射回数が少ない光は色ムラの原因となる。
【００４９】
実施の形態２では、このような光ファイバの中央部分（光軸Ｏ付近）を通過する光を取り除くことにより、より短い伝送距離で色ムラを解消するものである。
【００５０】
図７は、実施の形態２にかかる光照射装置の構成例を示す図である。図７に示す構成において、実施の形態１と同様の構成部には同一の符号を付してある。図７の光照射検出装置１００の入射構造部分７１０は、実施の形態１の入射構造部分１１０の各構成に加えて、導光路１０２の光軸Ｏ上には、球レンズ１０３の入射側に遮光部７０４を配置したものである。
【００５１】
遮光部７０４は、例えば、φ１．２ｍｍの大きさを有する円形状に形成されている。この遮光部７０４は、球レンズ１０３の入射側に直接、光を吸収する吸収体で形成することができる。例えば、吸収体は、黒インクを球レンズ１０３に塗布することで形成することができる。
【００５２】
遮光部７０４は、形成した大きさ部分（φ１．２ｍｍ）の光を導光路１０２側に通過させない構成であればよく、球レンズ１０３の光軸Ｏ上の入射面側に反射体を形成したものとしてもよい。反射体として、例えば金属膜の場合、遮光部７０４の反射光を吸収する黒体等を反射側（光源１，２の周囲等）に配置することが望ましい。このほか、反射体として、球レンズ１０３の光軸Ｏ上の入射面側に光の散乱面を形成したものとしてもよい。遮光部７０４をこれら金属膜や散乱面の反射体とした場合、金属膜や散乱面の反射光を吸収する黒体等を光の反射側（光源１，２の周囲等）に配置することが望ましい。
【００５３】
また、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）が平行光を出射する構成の場合、遮光部７０４は、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）と、球レンズ１０３との間の位置に独立して配置してもよい。例えば、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）の出射面に遮光部７０４を形成してもよい。さらには、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）がＬＥＤの場合、複数のＬＥＤの発光素子の一部、すなわち、遮光部７０４の配置部分に該当する発光素子を設けない構成とすることで、光源１０１に遮光部７０４相当の機能を持たせてもよい。
【００５４】
図８は、実施の形態２にかかる光照射装置の遮光部による光の色ムラの解析結果を数値化した図表である。実施の形態１同様に、解析モデルを用いて２波長の光の色ムラ度を示す。縦軸は色ムラ度、横軸は導光路１０２の伝搬距離を示す。
【００５５】
図８に示すように、実施の形態２の遮光部７０４を設けた場合、遮光部７０４を設けない場合よりも短距離で色ムラが解消することが示されている。図８の例では、伝搬距離が８ｍｍの部分で最も色ムラ度の値が小さい。このため、実施の形態２では、導光路１０２の長さを８ｍｍ以下（例えば、５ｍｍ〜８ｍｍ程度）としても色ムラを解消できるようになる。
【００５６】
図９は、実施の形態２にかかる光照射装置の遮光部のサイズと色ムラの関係を示す図表である。上記の遮光部７０４の異なるサイズごとの色ムラ（色ムラ度）を示す。縦軸は色ムラ度、横軸は導光路１０２の伝搬距離を示す。光源１０１、導光路１０２、球レンズ１０３の諸特性は上記実施の形態１と同様である。
【００５７】
図９には、遮光部７０４の大きさをφ０．４ｍｍ、φ１．０ｍｍ、φ１．２ｍｍ（実施の形態２）、遮光部７０４無し（実施の形態１）の各特性を示している。これらの大きさのうち、実施の形態２で説明したように、遮光部７０４は、φ１．２ｍｍの場合に伝搬距離が短く最も色ムラ度の値が小さい（色ムラが少ない）。例えば、色ムラ度の値０．２以下の条件では、遮光部７０４の大きさφ１．２ｍｍが最も短い伝送距離で最も色ムラ度の値が小さくなる。このφ１．２ｍｍで最も色ムラ度が小さい値は、伝搬距離は８．５ｍｍ程度である。
【００５８】
次いで、短い伝搬距離で見て、φ１．０ｍｍの特性が色ムラ度の値が小さくなる。次にφ０．４、最後に遮光部７０４無しとなった。遮光部７０４無し、すなわち、遮光部７０４を設けない場合、色ムラ度の値０．２を条件とした場合、この０．２付近の値となるため、伝搬距離１０ｍｍまでの間の長さにすることはできず、より長い伝搬距離が必要となる。図９によれば、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）が出射する光Ａ，Ｂの光束の大きさに対し、遮光部７０４のサイズを小さくするほど伝搬距離が必要となり、導光路１０２を短くした場合、色ムラが生じることが示されている。
【００５９】
図１０は、各実施の形態にかかる光照射検出装置の他の構成例を示す図である。図１０（ａ），（ｂ）は、光源１０１として例えば、ＬＥＤのような拡散光を出射する光源を用いた構成例を示す。
【００６０】
図１０（ａ）に示すように、拡散光を出射する光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）と、球レンズ１０３との間には、光軸ａ，ｂ上に中心が位置する２つのコリメートレンズ１１０１（１１０１ａ，１１０１ｂ）を配置する。コリメートレンズ１１０１（１１０１ａ，１１０１ｂ）は、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）が出射する拡散光を平行光に変換して球レンズ１０３に入射させる。
【００６１】
また、図１０（ｂ）に示す例は、拡散光を出射する光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）と、球レンズ１０３との間に、光軸Ｏ上に中心が位置する１個の球レンズ１１０２を配置する。球レンズ１１０２は、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）が出射する拡散光を略平行光に変換して球レンズ１０３に入射させる。ここで、一方の光源１（１０１ａ）の光Ａの光束は、球レンズ１０３の上半部に出射させる（遮光部７０４より下半部に出射させない）ようにし、他方の光源２（１０１ｂ）の光Ｂの光束は、球レンズ１０３の下半部に出射させる（遮光部７０４より上半部に出射させない）ように、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）と球レンズ１１０２の間の距離等を調整する。
【００６２】
図１０に示したように、光源１，２（１０１ａ，１０１ｂ）が出射する光は、平行光に限らず拡散光であってもよく、ＬＤのほかにＬＥＤ等拡散光を用いてもよい。そして、導光路１０２の入口（入射端）に設ける球レンズ１０３に入射させる光をコリメートレンズ１１０１（１１０１ａ，１１０１ｂ）を用いて平行光とすればよい。
【００６３】
以上の説明では、各実施の形態において、異なる波長の光Ａ，Ｂの導光路１０２面内の光強度パターンを近似させ色ムラを抑える点について説明してきた。光強度パターンの一致を主に着目すると、２つの光源１０１（１０１ａ，１０１ｂ）は、同時発光させることになる。
【００６４】
ここで、各実施の形態の光の入射構造部分１１０，７１０の構造によれば、一方の光源１０１ａのみを発光駆動させた場合の導光路１０２内での光の分布状態と、他方の光源１０１ｂのみを発光駆動させた場合の導光路１０２内での光の分布状態とをほぼ同じにすることができる。
【００６５】
すなわち、いずれか一方ずつの光源１０１を発光させた場合でも、導光路１０２の出口（出射端）からは、２つの光源１０１から近似した光分布パターンの光を出射させることができる。したがって、上記の各実施の形態によれば、異なる波長の光源１０１（１０１ａ，１０１ｂ）を同時発光させた場合だけに限らず、いずれか一方の波長の光源１０１ａあるいは光源１０１ｂを片方ずつ発光駆動した場合においても、対象物の照射部分に対し、各波長の光強度パターンに差がなく、照射状態が偏らずに面照射させることができる。
【００６６】
（光照射検出装置の適用例）
次に、上述した各実施の形態にかかる光照射検出装置の適用例として、歯垢検出歯ブラシについて説明する。図１、図７に示した光照射検出装置１００は、例えば、歯垢検出歯ブラシに適用することができる。ここで、上記の対象物は歯牙であり、異なる波長の光Ａ，Ｂを歯牙に照射する。
【００６７】
そして、異なる波長の光源として、光源１（１０１ａ）の光Ａの波長は４０５ｎｍ、光源２（１０１ｂ）の光Ｂの波長は４６５ｎｍとし、光源１（１０１ａ）および光源２（１０１ｂ）を時分割駆動して、ある時期にはいずれか一方のみ発光駆動させる。
【００６８】
ここで波長４０５ｎｍの光Ａの光を歯牙に照射すると、歯牙を形成する物質（エナメル質や象牙質のコラーゲンなど）が励起され、歯牙から蛍光が生じる。歯牙に歯垢が付着している場合、光Ａ（波長４０５ｎｍ）の光を照射すると、歯垢から波長帯域６３５ｎｍ付近にピークを有する蛍光が生じる。一方、光Ｂ（波長４６５ｎｍ）の光では歯垢による蛍光発光は生じない。
【００６９】
図１１は、歯牙の各位置による自家蛍光強度の変化を説明する図表である。蛍光を検出した波長は６３５ｎｍである。縦軸は光強度、横軸は歯の位置Ｚである。一方の励起光で照射したときの蛍光強度だけ見る場合、歯の位置が異なると、異なる強さで自家蛍光することがわかる。光Ａ（波長４０５ｎｍ）、および光Ｂ（波長４６５ｎｍ）で励起したときの各光強度を比較する場合、同じ位置（たとえば０［ｍｍ］）においては、各蛍光強度はほぼ等しくなる（たとえば図中Ｐ）。しかし、歯の位置を移動させると、蛍光強度が変化することがわかる。
【００７０】
このため、歯垢検出歯ブラシにおいては、異なる波長の２つの光Ａ（波長４０５ｎｍ）、および光Ｂ（波長４６５ｎｍ）の光を同一位置に照射させる必要がある。この点、上述した説明の光の入射構造部分１１０，７１０によれば、光Ａ，Ｂをいずれも近似した光強度パターンにさせることができるので、歯の同一位置に同一強度の光を照射させることができる。
【００７１】
そして、異なる波長の光Ａ，Ｂを歯に照射させ、歯の歯垢の蓄積状態に応じて光検出器１２０５で検出される波長Ｃ（蛍光）の６３５ｎｍでの蛍光比（光Ａ，Ｂの光強度差）に基づき、歯垢の蓄積状態を検出することができる。
【００７２】
図１２は、歯垢検出歯ブラシの構成例を示す図である。図１２において、歯垢検出歯ブラシ１２００は、本体部（ハンドル）１２１０と、歯ブラシ部１２２０と、によって構成されている。本体部１２１０は、使用者の手によって把持される外装ケース１２１１を備えている。
【００７３】
外装ケース１２１１には、歯垢検出歯ブラシ１２００の使用者による操作を受け付けるスイッチ１２１１ａが設けられている。外装ケース１２１１は、外装ケース１２１１の内側への浸水を防ぐ防水加工が施されている。外装ケース１２１１の内部には、電源１２１２、異なる波長の２つの光源１０１（１０１ａ，１０１ｂ）、同軸光学系１２１４、光検出器１２１５、制御回路１２１６、報知装置１２１７などが設けられている。電源１２１２は、歯垢検出歯ブラシ１２００が備える各部に電気を供給する。電源１２１２は、一次電池であっても二次電池であってもよい。
【００７４】
光源１０１（１０１ａ，１０１ｂ）が出射する光Ａ，Ｂは、同軸光学系１２１４に入射される。同軸光学系１２１４は、上記の光の入射構造部分１１０，７１０に相当する。同軸光学系１２１４は、光源１０１（１０１ａ，１０１ｂ）から出射される光Ａ，Ｂを歯ブラシ部１２２０側に導くとともに、歯ブラシ部１２２０側から入射される歯牙や歯垢の蛍光を光検出器１２１５側に導く。
【００７５】
光検出器１２１５は、同軸光学系１２１４から導かれた蛍光に含まれる特定波長付近の光の強度を検出し、検出した蛍光の強度に応じた信号を制御回路１２１６に出力する。制御回路１２１６は、ＣＰＵや各種のメモリおよび信号の入出力端子などを備えて構成されるマイクロコンピュータによって実現することができ、歯垢検出歯ブラシ１２００が備える各部を駆動制御する。
【００７６】
制御回路１２１６は、歯垢検出歯ブラシ１２００が備える各部を駆動制御する。制御回路１２１６は、例えば、操作されたスイッチ１２１１ａから出力される信号に応じて光源１０１（１０１ａ，１０１ｂ）のＯＮ／ＯＦＦを制御したり、光検出器１２１５から出力された信号に基づいて歯垢量を計算して歯垢量に応じた報知信号（歯垢量を利用者に報知する信号）を報知装置１２１７に出力したりする。また、制御回路１２１６は、波長Ａの光源１０１ａと、波長Ｂの光源１０１ｂとを時分割に切り替えて発光駆動する。
【００７７】
報知装置１２１７は、例えば、ＬＥＤなどの発光素子によって実現することができる。この場合、制御回路１２１６から出力される報知信号に基づくパターンでＬＥＤを点灯あるいは点滅することにより歯垢量を報知する。あるいは、報知装置１２１７は、例えば、ＬＥＤに代えて、偏心モータによって実現してもよい。この場合、制御回路１２１６から出力される報知信号に基づくパターンで偏心モータを回転させることによって歯垢量を振動で報知することができる。あるいは、報知装置１２１７は、ブザーなどによって実現してもよい。
【００７８】
歯ブラシ部１２２０は、本体部１２１０に連結されたネック１２２１と、ネック１２２１の先端に設けられた歯ブラシヘッド１２２２と、を備えている。ネック１２２１および歯ブラシヘッド１２２２には、一端が同軸光学系１２１４に接続し、他端が歯ブラシヘッド１２２２の一面側に位置するように、導光路１２２３が設けられている。
【００７９】
同軸光学系１２１４は、上述した各実施の形態の光の入射構造部分１１０，７１０に相当し、導光路１０２、球レンズ１０３を含む。
【００８０】
歯ブラシヘッド１２２２は、複数の繊維（毛束）１２２４の一端を支持する。導光路１２２３は、歯ブラシヘッド１２２２側に位置する他端（以下「センサヘッド」という）１２２３ａが、歯ブラシヘッド１２２２が支持する複数の繊維１２２４の間に位置するように配置されている。センサヘッド１２２３ａは、歯ブラシヘッド１２２２が支持する複数の繊維１２２４の先端よりも根元側に引っ込んだ位置に位置付けられている。導光路１２２３は、同軸光学系１２１４から出射される励起光を、センサヘッド１２２３ａから歯垢検出歯ブラシ１２００の外部に出射する。
【００８１】
例えば、歯ブラシヘッド１２２２が支持する複数の繊維１２２４を使用者の歯牙に突き当てた状態で使用した場合、センサヘッド１２２３ａから歯垢検出歯ブラシ１２００の外部に出射された励起光は歯牙に照射される。励起光を歯牙に照射すると、歯牙を形成する物質（エナメル質や象牙質のコラーゲンなど）が励起され、歯牙から蛍光が生じる。
【００８２】
歯牙に歯垢が付着している場合、光源１０１（１０１ａ，１０１ｂ）の光Ａ（波長４０５ｎｍ）、光Ｂ（波長４６５ｎｍ）を照射すると、歯垢から波長帯域６３５ｎｍ付近にピークを有する蛍光が生じる。歯垢から生じる蛍光は、歯垢に含まれる細菌の代謝生成物の１つであるプロトポルフィリンＩＸ（略語はＰＰＩＸ）から生じる。歯垢から生じる蛍光は、波長帯域６００ｎｍ付近において小さくなる。
【００８３】
歯牙や歯垢から生じた蛍光は、センサヘッド１２２３ａから導光路１２２３に入射される。導光路１２２３は、センサヘッド１２２３ａから入射される蛍光を同軸光学系１２１４を介して光検出器１２１５に導く。
【００８４】
制御回路１２１６は、波長Ａの光源１０１ａと波長Ｂの光源１０１ｂをそれぞれ時分割して発光駆動したときにそれぞれ光検出器１２１５で検出した波長帯域６３５ｎｍ付近を含む所定の波長範囲のスペクトルに基づき、歯垢の付着度合いを算出する。
【００８５】
上記構成の歯垢検出歯ブラシによれば、異なる波長の光をいずれも導光路面内で光強度パターンを同じにして歯牙に照射させることができる。加えて、導光路の長さを短くしても、これら異なる波長の光をいずれも導光路面内で光強度パターンを同じにして、歯牙に対し、各波長の光強度分布の差がなく、照射状態に偏りなく面照射させることができる。そして、プラスチックのファイバを導光路に用いても短い距離にできるため、蛍光発光源となる材料の使用料を削減して自家蛍光をできるだけ抑えることができ、歯垢検出歯ブラシの低コスト化および小型化を図ることができるようになる。また、歯垢検出用の異なる波長の光を、光強度分布の差がなく歯牙に照射できるため、誤差を抑制して高精度に歯垢を検出できるようになる。
【００８６】
（実施の形態３）
実施の形態３では、上述した光照射装置で用いたレンズの変形例を説明する。実施の形態１および実施の形態２では、レンズとして球レンズ１０３の例を説明したが、本発明のレンズは球レンズ１０３に限らない。
【００８７】
図１３は、実施の形態３にかかる光照射装置の各種レンズによる光分散を示す図である。図１３（ａ）〜（ｃ）は、光軸Ｏの上半部に配置された一方の光源１（１０１ａ）から出射される光の分散状態を示している。図１３（ａ）は、光の入射側および出射側にそれぞれ凸面を有する両凸レンズ１０３ａである。図１３（ｂ）は、光の入射側が凸面、出射側が平面の平凸レンズ１０３ｂである。図１３（ｃ）は、光の入射側が凹面、出射側が凸面を有する凸メニスカスレンズ１０３ｃである。
【００８８】
これら図１３（ａ）〜（ｃ）に示す各種レンズ１０３ａ〜１０３ｃを用いた場合であっても、入射する平行光の光束Ａは、レンズ１０３ａ〜１０３ｃのどの位置に入射し、屈折するかによって、異なる角度方向に進行方向を変える。これら各種レンズ１０３ａ〜１０３ｃを設けて光束Ａの導光路１０２内への入射角度範囲を拡大させることで、異なる２波長の光を混色でき、色ムラを解消することができる。このように、各種のレンズ１０３ａ〜１０３ｃを用いた場合でも、上述した球レンズ１０３と同様に入射角度範囲を拡大させることができる。
【００８９】
以上説明した実施の形態１によれば、単一の導光路である光ファイバに対し、異なる波長の光源からの光を入射させる構成の場合に、導光路の軸に対し光軸が軸ズレがあっても、導光路の入射端に球レンズ等のレンズを配置した。これにより、導光路内で異なる波長の光を短い伝搬距離で近似した光強度パターンにさせることができ、色ムラを解消できるようになる。そして、実施の形態１によれば装置の導光路の長さを短くでき、装置全体の小型化および低コスト化を図ることができるようになる。このように、実施の形態１によれば、導光路を介して対象物の同じ領域に異なる波長の光を同じ光強度で照射させることができ、かつ、導光路を従来よりも短い距離としても色ムラを抑制できる利点を有する。
【００９０】
さらに、実施の形態２のように、異なる波長の光源と、導光路の入口（入射端）に設けるレンズとの間の位置には、導光路の光軸上に所定大きさの遮光部を設けてもよい。この遮光部により導光路の光軸付近の光を遮光するため、導光路内部において、光軸上に留まり反射しない光や、反射回数が少ない光をカットでき、より短い伝搬距離で異なる波長の光の色ムラを解消できるようになる。これにより、実施の形態２によれば、実施の形態１よりもさらに装置の導光路の長さを短くでき、小型化および低コスト化を図ることができるようになる。
【００９１】
また、実施の形態３のように、導光路の入口（入射端）に設けるレンズは、球レンズに限らず、他に、両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズ等の各種レンズを用いることができ、いずれのレンズであっても光束の導光路内への入射角度範囲を拡大させることで、異なる２波長の光を混色でき、色ムラを解消することができるようになる。
【００９２】
異なる波長の光源の光は、同時発光してもよいし、交互にいずれかの光源のみを発光させてもよい。同時発光した場合には、異なる波長の光を色ムラなく混色させることができる。一方、いずれかの光源のみを発光させた場合でも、導光路の出口（出射端）から近似した光強度分布の光を出射させることができ、対象物の照射部分に対し、各波長の光強度差がなく（照射状態に偏りなく）、面照射させることができる。
【００９３】
そして、この発明は、異なる波長の光を導光路を介して対象物に照射させ、反射光により対象物の表面状態を検出する装置に適用するに限らず、異なる波長の光を同時に導光路を介して対象物に照射させる構成にも適用できる。この場合でも、対象物に照射した光の色ムラを抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上のように、この発明は、単一軸の導光路に対し、軸ズレした異なる波長の光源の光を入射させて、対象物に照射する光照射装置に有用である。また、歯牙における歯垢の検出に用いる歯ブラシなどのように小型化が要求される光照射検出装置にも適している。
【符号の説明】
【００９５】
１００  光照射検出装置
１０１（１０１ａ，１０１ｂ）  光源
１０２  導光路
１０３  レンズ（球レンズ）
１１０，７１０  入射構造部分
７０４  遮光部
１２００  歯垢検出歯ブラシ
１２１０  本体部
１２１１  外装ケース
１２１４  同軸光学系
１２１６  制御回路
１２２０  歯ブラシ部
【図１】
2019188264.tif 000003
【図２】
2019188264.tif 000004
【図３】
2019188264.tif 000005
【図４】
2019188264.tif 000006
【図５】
2019188264.tif 000007
【図６】
2019188264.tif 000008
【図７】
2019188264.tif 000009
【図８】
2019188264.tif 000010
【図９】
2019188264.tif 000011
【図１０】
2019188264.tif 000012
【図１１】
2019188264.tif 000013
【図１２】
2019188264.tif 000014
【図１３】
2019188264.tif 000015
【国際調査報告】
2019188264.tif 000016
2019188264.tif 000017
2019188264.tif 000018
2019188264.tif 000019