JP2008267918A - 歯のつやの評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯のつやを好適に評価できる方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、評価対象となる歯の表面に偏光を照射したときの反射光を受光して歯のつやを評価する方法である。本発明の歯のつやの評価方法では、前記反射光における特定の偏光成分の強度に基づいて歯のつやを評価する。前記偏光成分が前記照射光の偏光面を基準として５０〜８３°回転した偏光面をもつ反射光であることが好ましい。前記偏光成分の画像輝度を指標とすることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯、特に、生えている歯のつやの評価方法に関する。

近年、歯の審美意識の高まりから、美白効果を謳った歯磨剤が、本出願人も含めて各社から多種多様に提供されている。当該歯磨剤の開発過程において、その効果を確認するために、歯の色やつやを客観的に測定することは大変重要である。このうち歯の色に関しては既に測定器（例；シェードアイ（松風））が実用化されている。一方、物品の表面のつやの測定方法に関しては、日本標準規格（ＪＩＳ） Ｚ８７４１が主に採用されている。しかし、この規格は、物品の表面が、巨視的にみて平坦で平滑であり、つや、すなわち光沢が鏡面方向にしか観察されない場合には適用できるが、例えば、歯のような表面が不定形で測定対象部位が小さな場合、観察方向によりつやが変化するため、この規格ではつやを評価することは困難である。

一般に、物体表面の反射光は、物体表面の表面形状や界面の屈折率に起因する表面反射成分と、入射した光が物体内部において反射、吸収を繰り返すことにより、外部に放出される内部反射成分との和で表される。これは歯でも同様であり、内部反射成分は歯の色に関係し、表面反射成分は歯のつやに関係すると考えられる。よって原理的には歯のつやと相関のある表面反射成分の強度は、歯表面の反射光強度と内部反射成分の強度の差として測定が可能であると考えられる。
しかし歯のような不定形の表面のつやを測定する場合、内部反射成分の強度に比較して歯表面の反射光強度が強いため、内部反射成分の強度に合わせて画像解析により測定を行うと、歯表面の反射光がある部分の画像輝度は飽和してしまい歯表面の反射光強度を測定することはできない。減光フィルターを使用するなど表面反射光の強度（輝度）に合わせて測定を行うと、内部反射成分が小さくなり過ぎ、内部反射成分の強度を測定することはできない。すなわち、歯表面の反射光強度と内部反射成分の強度とを同時に測定することはできず、歯のつやと相関のある表面反射成分の強度を測定することは簡便には行えない。

そこで、つやの測定・評価技術については、これまで、評価対象物に応じた種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１に記載の技術は、入射光と反射光に偏光を用い、偏光の直交成分と平行成分の差分から表面反射光の強度を求めている。特許文献２に記載の技術は、原理は偏角イメージング手法を用いており、冗長的なデータとなりがちな偏角画像の問題点を、対象物を折り曲げて撮影することで簡便な偏角データとして扱い、解決を図っている。特許文献３に記載の技術は、２色反射モデルに基づいた表面反射光成分の抽出を行っている。これら何れの方法も、内部反射成分の強度に比較して表面の反射光強度が高い、歯の表面のつやの評価方法としては、適当なものでなかった。

特開平９−３２９５４２号公報 特開２０００−２０６０４４号公報 特開２００４−１６６８０１号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、歯のつやを好適に評価することができる方法を提供することを目的とする。

本発明は、評価対象となる歯の表面に偏光を照射したときの反射光を受光して歯のつやを評価する方法であって、前記反射光における特定の偏光成分に基づいて歯のつやを評価する歯のつやの評価方法を提供し、前記目的を達成したものである。

本発明によれば、歯表面の反射成分強度のみを一定の比率で減衰させて、内部反射成分の強度と同時に測定可能であり、歯のつやを好適に評価することができる。

以下、本発明の歯のつやの評価方法（以下、単に評価方法ともいう。）をその好ましい実施形態に基づいて、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の評価方法は、評価対象となる歯の表面に偏光を照射したときの反射光を受光し、該反射光における特定の偏光成分に基づいて歯のつやを評価するものである。歯表面の反射光のうち、表面反射成分は偏光のままであるのに対し、内部反射成分は歯内部において反射、吸収を繰り返す（いわゆる散乱）ことにより、非偏光の光となる。そこで、受光側に偏光子を配し、該反射光における特定の偏光成分の強度を測定した場合、非偏光の光である内部反射成分の強度は、当該偏光子の透過軸によらず常に一定の強度であるのに対し、偏光である表面反射成分の強度は、当該偏光子の透過軸の角度により強度が変化する。すなわち適切な偏光子の透過軸を選択することにより、歯表面の反射成分強度のみを一定の比率で減衰させて、歯表面の反射成分の強度と内部反射成分の強度を同時に測定することができ、歯のつやと相関のある表面反射成分の強度を測定することが可能となる。

図１は、本実施形態の評価方法に使用される評価装置の一実施形態の模式図である。評価装置１は、評価対象となる歯１０に偏光を照射する光源２と、歯１０からの反射光における特定の偏光成分を受光する受光器３と、受光器３で受光した反射光の強度を求める処理装置４とを備えている。

光源２は、評価対象となる歯の表面に偏光を照射できるものであればその光源の種類に特に制限はないが、周囲の環境光の影響を受けないように強い強度の光を照射できる点から偏光子２０を備えたフラッシュ光源が好ましい。偏光子は、吸収型偏光子、全反射型偏光子、薄膜型偏光子、複屈折型偏光子など非偏光の光を直線偏光として取り出せるものであれば特に制限はない。デジタルカメラで撮影することを考慮すると、可視域（４００〜７００ｎｍ）における平均透過率が２０％以上の偏光子が好ましい。また、加工が容易であることから、カメラ用ガラス偏光フィルターや偏光フィルム等の偏光子も好ましく使用できる。光源２は、照射領域に均等に光を照射できるように、二カ所以上の対称位置から照射することが好ましい。

受光器３は、光源２の照射領域からの反射光における特定の偏光成分を受光して画像として撮像できる装置であればよい。このような受光器としては、前記反射光の特定の偏光成分を受光できる偏光子を備えている受光器であって、電荷結合素子（ＣＣＤ）や相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）を備えたデジタルカメラ、フィルム式カメラ、ビデオカメラ等が挙げられる。特に、詳細な画像を撮像できる観点から近接撮影（マクロ撮影）が可能なものが好ましく、その後の輝度の算出処理を考慮すると、撮影した画像を電子データとして保存できる機能を有するデジタルカメラがより好ましい。

受光器３に備える偏光子３０は、前述した光源２に装着した偏光子２０と同じ偏光子を使用することが好ましい。仮に、違う偏光子を用いる場合には、直交位での透過率が１％以下であれば良い。なお、直交位とは、フィルター（偏光子）を重ねたときの透過軸が９０°のときをいう。また、平均透過率が波長に依存する場合には、直交位での透過率が１％以下の波長領域を使用することが好ましい。測定波長領域の範囲設定は、カラーフィルターや干渉フィルターを使用したり、得られた画像のＲＧＢ分解を行ったりすることによって行うことができる。

処理装置４は、受光器３で撮像した画像から、画像解析処理によって、前記反射光の偏光成分の輝度を求めることができる装置であればよい。本実施形態では、前記画像の電子データから前記反射光の輝度を求めることができる汎用の画像解析処理ソフトウェアを搭載したコンピュータシステムが使用される。

次に、前記評価装置１を使用した評価方法について説明する。
先ず、光源２から評価対象となる歯１０の表面に偏光を照射する。このときの光源２からは、好ましくはフラッシュ光源のガイドナンバー（ＩＳＯ１００・ｍ）が５〜６０、より好ましくは１２〜３６の強さで光を照射することが、歯１０のつやの評価に好ましい。なお光源２からの偏光の照射は、予めモデリング発光を行った上で行うことが好ましい。これにより、表面反射光が観察される部位を予め特定した上で表面反射光の測定を行うことができる。

歯１０の表面に照射する光の波長は、受光器３の感応波長範囲であればよく、市販のデジタルカメラを用いる場合には３８０〜８００ｎｍであることが好ましい。照射する光の波長が斯かる範囲であると、人の眼による感応波長と同じであるため、よりつやの官能と一致すると考えられる。紫外光、赤外光領域でも測定は可能だが、紫外光の場合、歯のような蛍光を発する物体には不向きであり、赤外光では歯や吸着物による吸収のある領域（例えば、１３００〜１６００ｎｍ）以外で使用する必要がある。

光源２による光の照射領域は、被験者の負担（防眩性）を考慮すると、口腔内のみを均一に照明できる範囲が好ましい。

上述の光源２による照射条件の下、受光器３によって、対象となる歯１０の照射領域からの反射光の偏光成分を受光し、画像として撮像する。受光する該偏光成分は、前記照射光の偏光面を基準として５０〜８３°、特に６０〜８０°回転した偏光面をもつ反射光であることが好ましい。具体的には、受光器３で受光する偏光子３０の透過軸の交差角度が、光源２の偏光子２０の透過軸と平行位、すなわち０°をなす角度を基準として５０〜８３°であること、特に６０〜８０°であることが好ましい。透過軸の交差角度とは、光源２に装着された偏光子２０と、対象物１０と、受光器３に装着された偏光子３０とで形成される三角形（つまり入射面）を考えた場合に、対象物１０における内角θを０°と仮想したときに重なる偏光子２０、３０の透過軸ＴＡ２０、ＴＡ３０の交差する角度α（図２参照）をいい、透過軸が一致するときを０°とする。偏光子２０が装着された光源２を複数個使用する場合もしくは光源２に偏光子２０を複数個装着する場合には、それぞれの偏光子について透過軸の交差角度が上記角度の範囲であればよい。光源２に装着した偏光子どうしの透過軸の交差角度は、０±５°の範囲が好ましく、０±３°の範囲がより好ましい。

得られた画像から前記処理装置４によって、前記反射光の偏光成分の強度を求める。該偏光成分の強度を求めるときには、閾値を設定して表面反射光成分を抽出し、その輝度（平均値や最大値）を求めることが好ましい。そして、表面反射光成分のないところ（内部反射光成分）をベースとして、表面反射光成分との差分から反射光強度を推定できる。この場合、前記交差角度を０°として撮影した画像（内部反射光成分のみの画像）との差分を使用することで、正確な表面反射光成分の輝度を求めることができる。

このようにして測定された強度（輝度）に基づいて、前記歯のつやを評価する。具体的には、画像の輝度の値が高い程、つやがあると評価する。

以上説明したように、本実施形態の評価方法は、歯１０に光源２から偏光を照射し、照射領域からの反射光の特定の偏光成分を受光してその強度を求めるだけでよいので、歯のつやを、簡便且つ好適に評価することができる。
つまり、閾値を設定して画像中反射光強度の最も高い部分（表面反射光部分）の反射光を抽出してその輝度の平均や最大を求める。表面反射光成分のない（内部反射光成分の）部分を選択し輝度を求め、反射光強度の最も高い部分との差分から表面反射光成分を推定できる。また、交差角度を９０°で撮影した画像（内部反射光成分のみの画像）との差分から正確な表面反射光成分の輝度を求めることができる。画像をみて測定したい領域を指定が可能であり、モデリング発光を行えば予め表面反射光が観察される部位を特定して測定ができる。

本発明は、前記実施形態に何ら制限されない。
前記実施形態では、歯の表面に偏光を照射したときの反射光における特定の偏光成分の輝度に基づいて歯のつやを評価するため、不定形の表面を有し、かつ内部反射成分の強度に比較して歯表面の反射光強度が強い対象物に対して有効である。

また、本発明は、生えた歯はもちろん、抜いた歯にも適用することができる。また、人の歯以外に、動物の歯にも適用することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は本実施例に何ら制限されない。

〔実施例１〕
人の前歯を対象とし、下記の評価装置を使用し、下記撮像条件で歯磨き前と後について５カ所（図３参照）撮像し、得られた画像の電子データから下記のようにして最大輝度及びその平均を求めた。その結果を表１に示す。

＜評価装置＞
光源：マクロツインフラッシュ（コニカミノルタホールディングス）にガラス製偏光フィルター（エドモンドオプティクス、ＴＥＣＨ ＳＰＥＣ）を取り付けたもの
受光器：デジタルカメラ（「Ｄ２Ｘ」、ＡｉＡＦマイクロニッコール１０５ｍｍ Ｆ２．８Ｄ、ともに（株）ニコン）のレンズの先端にガラス製偏光フィルター（エドモンドオプティクス、ＴＥＣＨ ＳＰＥＣ）を取り付けたもの
処理装置：画像解析処理ソフト（三谷商事、「ＷｉｎＲｏｏｆ Ｖｅｒ．５」を搭載した市販のパーソナルコンピュータ）

＜撮像条件＞
光照射条件：入射角４５°（受光器に対して左右対称２箇所、１つの入射面となるように設置）
入射偏光成分の角度（偏光面の入射面に対する角度）：９０°（鉛直）
受光偏光成分の角度（偏光子の透過軸の入射面に対する角度）：２０°（交差角度：７０°）
撮影倍率：約１／２．５倍
レンズ先端からサンプルの歯までの距離：約２５〜３０ｃｍ
電子データ：ＲＡＷ又はＲＧＢ−ＴＩＦＦ画像

＜画像処理による輝度解析＞
得られた画像の電子データを処理装置であるパーソナルコンピュータに取り込んで、画像解析処理ソフトでグレー画像化し、閾値を設定して表面反射光部分を選択し、最大輝度を求めた。また、表面反射光部分のない（内部反射光成分の）部分を選択して輝度を求め、表面反射光部分の輝度との差分を表面反射成分の輝度とした。歯のつやの官能評価は、被験者自身により下記基準で行った。
＜評価基準＞ ３：つやがある。 ２：ややつやがある。 １：つやがない。

表１に示したように、本発明の評価方法によれば、表面反射成分の輝度が高いと評価された歯（初期と歯磨き再開後の歯）は、本人の官能評価によっても「つやがある」と評価され、表面反射成分の輝度が低いと評価された歯（一晩歯磨きしなかった歯）は、本人の官能評価によっても「ややつやがある」と最初に比べつやが低下したと評価された。以上のごとく、画像の輝度測定により歯のつやが評価できることがわかった。

〔実施例２〕
実施例１と同様にして歯磨き前と後について撮像し、得られた画像の電子データから、歯磨き前と後の輝度プロファイルを、ライン分析軸を横軸とする分布で表示した。その結果を図４に示した。

＜画像処理による輝度解析＞
得られた画像の電子データを処理装置であるパーソナルコンピュータに取り込んで、画像解析処理ソフトでグレー画像化し、閾値を設定して表面反射光部分を選択し、最大輝度を求めた。また、表面反射光成分のない（内部反射光成分の）部分を選択し輝度を求め、表面反射光部分の輝度との差分を表面反射成分の輝度とした。その結果を表２に示した。

本実施例の評価方法によれば、実施例１と同様に、最大輝度と内部反射成分の輝度の差分から表面反射成分の輝度を求め、歯のつやを評価することができる。なお、本実施例では、歯磨き前後で内部反射光成分の輝度も変化しているが、これは歯磨きにより、歯の色自体が変化した(白さが増した)ためと考えることができる。すなわち、本実施例の評価方法によれば、歯磨きによって生じうる歯の着色ペリクル除去などによる歯の色（歯の本来の白さ）の変化を、歯磨き前の内部反射成分の輝度と歯磨き後の内部反射成分の輝度の変化により読み取ることができる。

本発明によれば、歯のつやを好適に評価することができるので、口腔内組成物やハブラシを適用したときや起床時や就寝前など生活場面に応じたつやの評価を、生えた歯について直接的に行うことができる。

本発明の一実施形態を模式的に示す図である。 偏光子の透過軸の交差角度を説明するための図である。 測定領域の例について示す図である。 歯磨き前後における歯の表面の輝度のラインプロファイルを示す図である。

符号の説明

１ 歯のつやの評価装置
２ 光源
３ 受光器
４ 処理装置
１０ 歯

Claims (3)

1. 評価対象となる歯の表面に偏光を照射したときの反射光を受光して歯のつやを評価する方法であって、
   前記反射光における特定の偏光成分の強度に基づいて歯のつやを評価する歯のつやの評価方法。
2. 前記偏光成分が前記照射光の偏光面を基準として５０〜８３°回転した偏光面をもつ反射光である請求項１に記載の歯のつやの評価方法。
3. 前記偏光成分の画像輝度を指標とする請求項１又は２に記載の歯のつやの評価方法。

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