JP2019170968A - 歯牙状態検出装置および歯ブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】歯牙の歯垢付着、う蝕および健常の状態を簡単に検出できること。【解決手段】歯牙状態検出装置１００は、互いに異なる複数の波長の励起光をそれぞれ歯牙Ｄに照射する光源部１１０と、複数の波長の励起光を歯牙Ｄに照射したときに発生するそれぞれの検査光に含まれる蛍光強度を検出する検出部１２０と、複数の波長の励起光に対応して検出部１２０でそれぞれ検出された検査光の蛍光強度に基づいて、歯牙Ｄの歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判定する制御部１３０と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、歯牙の状態を検出する歯牙状態検出装置およびこれを備えた歯ブラシに関する。

従来、異なる２つの波長の光（励起光）を歯牙に照射させ、歯牙の状態に応じた蛍光強度により、歯垢を検出する技術が開示されている（例えば、下記特許文献１参照。）。

国際公開第２０１６／１４０１９９号

しかしながら、上述した従来の技術では、歯垢を検出することができるものの、虫歯（う蝕）を検出することができない。歯牙の状態は、主に歯垢が付着した状態と、う蝕が生じた状態、および歯垢および虫歯がない健常状態の３つの状態がある。従来の技術では、これら３つの状態を同一装置で検出することができなかった。

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、歯牙の歯垢付着、う蝕、健常を簡単に検出できる歯牙状態検出装置および歯ブラシを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる歯牙状態検出装置は、互いに異なる複数の波長の励起光をそれぞれ歯牙に照射する光源と、複数の波長の前記励起光を前記歯牙に照射したときに発生するそれぞれの検査光に含まれる蛍光強度を検出する検出部と、複数の波長の前記励起光に対応して前記検出部でそれぞれ検出された前記検査光の前記蛍光強度に基づいて、前記歯牙の歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判定する制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、前記光源は、第１の波長の励起光を出射する第１の光源、および第２の波長の励起光を出射する第２の光源を有し、前記検出部は、前記歯牙に前記第１の波長の励起光を照射したときに発生する第１の蛍光強度と、前記歯牙に前記第２の波長の励起光を照射したときに発生する第２の蛍光強度と、をそれぞれ同一の検出波長帯で検出し、前記制御部は、前記光源に対し、前記第１の波長の励起光と前記第２の波長の励起光とを交互に発光駆動し、前記第１の蛍光強度と前記第２の蛍光強度との差または比に基づき、前記歯牙の歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判定することを特徴とする。

また、前記第１の波長の励起光は、３５０〜４３０ｎｍであり、前記第２の波長の励起光は、４４０〜５００ｎｍであり、前記検出波長帯は６２０〜７２０ｎｍであることを特徴とする。

また、前記第１の光源および前記第２の光源から出射する励起光の照射面内での強度分布を均一にするための混色部をさらに有することを特徴とする。

また、前記制御部は、前記第１の波長の励起光と前記第２の波長の励起光とを交互に発光駆動したときにおける所定回数分の蛍光強度をそれぞれ保持し、前記所定回数分の蛍光強度の平均の結果を用いて前記差または比を求めることを特徴とする。

また、前記光源は、前記第１の波長の励起光および前記第２の波長の励起光を前記歯牙に導出する出射光用導光路を有し、前記検出部は、前記歯牙で検出された前記検査光を導光する受光用導光路を有し、前記出射光用導光路と、前記受光用導光路は、同一の導光路により構成されることを特徴とする。

また、本発明の歯ブラシは、上記のいずれか一つに記載した歯牙状態検出装置を備えたことを特徴とする。

この発明にかかる歯牙状態検出装置および歯ブラシによれば、歯牙の歯垢付着、う蝕、健常を簡単に検出できるという効果を奏する。

実施の形態にかかる歯牙状態検出装置の構成例を示す図である。 実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯垢検出の説明図である。 実施の形態にかかる歯牙状態検出装置によるう蝕検出の説明図である。 う蝕状態の歯牙の励起蛍光マトリクスを示す図表である。 健常状態の歯牙の励起蛍光マトリクスを示す図表である。 歯垢付着状態の歯牙の励起蛍光マトリクスを示す図表である。 実施の形態にかかる歯牙状態検出装置に設定する２つの波長範囲を説明する図表である。 実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯牙状態の検出処理を示すフローチャートである。（その１） 実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯牙状態の検出状態を説明する図表である。（その１） 実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯牙状態の検出処理を示すフローチャートである。（その２） 実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯牙状態の検出状態を説明する図表である。（その２） 歯ブラシの構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる歯牙状態検出装置および歯ブラシの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる歯牙状態検出装置の構成例を示す図である。歯牙状態検出装置１００は、光源部１１０と、検出部１２０と、制御部１３０とを含む。

光源部１１０は、励起光を出射する第１の光源１１１および第２の光源１１２と、混色部１１３と、出射光用光学フィルター１１４と、出射光用導光路１１５と、出射光用集光部１１６と、を含む。第１の光源１１１が出射する第１の波長λ１と、第２の光源１１２が出射する第２の波長λ２は、歯牙の歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判別可能な波長に設定される。

実施の形態では、励起光である第１の波長λ１および第２の波長λ２は、歯牙Ｄの表面で生じた蛍光により歯牙の歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判別可能な波長に設定される。第１の光源１１１および第２の光源１１２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。また、波長可変レーザ光源を用いて２波長の光を時分割に出射させることもできる。

混色部１１３は、第１の光源１１１および第２の光源１１２が出射した励起光を測定対象である歯牙Ｄに照射した際に色ムラ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λ１の光と、第２の波長λ２の光との間で均一にする機能を有する。後述するが、第１の光源１１１および第２の光源１１２は、制御部１３０により交互に点灯制御され、ある時期では一方が点灯し他方が消灯する。

出射光用光学フィルター１１４は、第１の光源１１１と第２の光源１１２の励起光を通過させ、歯牙Ｄの表面で生じた蛍光により歯牙の歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判別可能な波長に設定される。例えば、歯垢付着、およびう蝕に由来する蛍光波長領域をカットする。

出射光用導光路１１５は、第１の光源１１１または第２の光源１１２の第１の光源１１１と第２の光源１１２が出射する励起光を測定対象の歯牙Ｄの付近まで導光させる。材質としては、プラスチックやガラス等を用いることができる。その外周をミラーコーティングして光漏れを防いでもよい。例えば、ライトパイプのようなミラーで囲まれた中空の導光路や光ファイバを用いることができる。

出射光用集光部１１６は、出射光用導光路１１５を伝搬する励起光を所定の大きさに集光して歯牙Ｄの検出箇所に照射するためのレンズである。

検出部１２０は、受光用集光部１２１と、受光用導光路１２２と、受光用光学フィルター１２３と、光検出器１２４と、を含む。

受光用集光部１２１は、歯牙Ｄで生じた蛍光を含む検査光を集光する。受光用導光路１２２は、受光用集光部１２１で集光された検査光を光検出器１２４まで導光させる。受光用光学フィルター１２３は、測定する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。例えば、歯垢およびう蝕に由来する蛍光波長領域を除く波長領域をカットする、バンドパスフィルターを用いることができる。このほか、バンドパスフィルターに代えて分光器を用いてもよく、この場合、検査光をより精度よく分光でき、制御部１３０による状態判定をより高精度に行えるようになる。

制御部１３０は、制御回路１３１と、演算部１３２と、判定部１３３と、報知部１３４と、を含む。

制御回路１３１は、第１の光源１１１と、第２の光源１１２の励起光の明るさと点灯時間を制御し、歯牙Ｄに対し２つの波長λ１，λ２の励起光を交互に照射させる。このように、第１の光源１１１の点灯時間と、第２の光源１１２の点灯時間とを時間的に分けることによって、それぞれの励起光が歯牙Ｄに照射させて得られる蛍光物質の蛍光を光検出器１２４が区別して受光することができる。

ここで、制御回路１３１は、２つの波長λ１，λ２の点灯時間を商用電源の周期とは異なる時間に設定することで、蛍光灯などの室内光が検出に与える影響を抑えることができる。また、制御回路１３１は、必要に応じて消灯を挟んで第１の光源１１１と、第２の光源１１２を発光制御してもよい。

演算部１３２は、メモリを含み、第１の光源１１１を出射させたときに光検出器１２４が検出した蛍光強度Ｐ１と、第２の光源１１２を出射させたときに光検出器１２４が検出した蛍光強度Ｐ２とを区別してメモリに格納する。

また、演算部１３２は、これら蛍光強度Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ所定期間分値の平均値を算出する平均化処理を行った後、両者の差分Ｐ１−Ｐ２に基づき、歯垢およびう蝕のそれぞれに対応する蛍光物質量を求める。

判定部１３３は、演算部１３２が求めた蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の差分を所定の閾値と比較することで、歯垢の有無、およびう蝕の有無を判定する。報知部１３４は、判定部１３３の判定結果に基づき、歯垢付着、う蝕、健常の状態をユーザに対して報知する。

図１では、光源部１１０と、検出部１２０とが異なる光学系として説明したが、歯牙Ｄに光源部１１０が照射する励起光と、歯牙Ｄが反射する検査光は、同一の光学系を介して導光してもよい。例えば、図１に記載の光源部１１０の出射光用導光路１１５および出射光用集光部１１６は、検出部１２０の受光用集光部１２１および受光用導光路１２２と共用した同軸光学系にできる。この場合、励起光と検査光（蛍光）の波長が異なることに対応して、導光路にダイクロックミラー等の波長分離素子を設けることで、検査光を光検出器１２４側に分岐出力できるようになる。

図１に示す制御部１３０の各機能は、ＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ等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る。ＣＰＵがＲＯＭなどのメモリに格納されたプログラムを実行することにより、制御部１３０の各機能を実現し、この際ＣＰＵは、ＲＡＭなどのメモリを用いてデータ処理を実行する。

また、報知部１３４は、ＣＰＵにより判別した歯牙Ｄの３つの状態を例えば、ブザーや圧電素子を用いた電子音によりユーザに報知する。この際、歯垢やう蝕のそれぞれの蛍光物質量に応じて音の高さや断続音のピッチを変えて報知してもよい。これにより、歯垢やう蝕の程度をユーザに分かりやすく報知できる。加えて、歯垢およびう蝕が生じていない健常状態については、無音とするに限らず、歯垢あるいはう蝕で報知する音とは別の音をユーザに報知してもよい。また、判定結果別の音声合成による音声メッセージで報知してもよい。さらに、報知部１３４は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示によりユーザに文字で３つの状態を報知することもできる。

（歯垢およびう蝕検出について）
次に、実施の形態の歯牙状態検出装置による歯垢に加えてう蝕の検出の原理について説明する。図２は、実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯垢検出の説明図である。図２（ａ）は、歯牙Ｄの基本状態（健常状態）における特性を示す図表、図２（ｂ）は、歯牙Ｄに歯垢が付着した状態における特性を示す図表である。これらの図において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は蛍光強度である。図２を用いて説明する歯垢検出は、既存の技術に相当する。

図２（ａ）に示す健常状態において歯牙Ｄの象牙質は、緑色の蛍光を発する。図２（ａ）に示すように、例えば、４０５ｎｍの励起光の蛍光強度と、４６５ｎｍの励起光の蛍光強度は検出波長帯λ０（６２０〜７２０ｎｍ）において重なり、これらの差分を取るとほぼ０になる。

図２（ｂ）に示す歯垢付着状態において、同様の検出波長帯λ０（６２０〜７２０ｎｍ）では、４０５ｎｍの励起光が照射された歯牙Ｄは歯垢に含まれるプロトポルフィリンが赤色の蛍光を発する。これにより、４０５ｎｍ励起時の蛍光強度と、４６５ｎｍ励起時の蛍光強度の差分（４０５−４６５）を取ると、プラス（＋）の値が得られ、歯垢があると判定することができる。

図２（ｃ）は、歯垢の検出状態を示すタイムチャートである。横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸は蛍光強度（光検出器１２４の出力電圧［ｍＶ］）である。照射する励起光を移動（スキャン）させ、先ず、ある１本の歯垢が付着した歯牙Ｄに励起光が照射され、次に、他の１本の健常状態の歯牙Ｄに励起光が照射された状態を示している。蛍光出力電圧が０の期間は、励起光を歯牙Ｄから離した状態に相当する。

図２（ｃ）において、４０５ｎｍの励起光と４６５ｎｍの励起光は移動速度に対して短い周期（例えば、１〜１０ｋＨｚの範囲、好ましくは３．９ｋＨｚ）を有して点灯が交互に切り替え制御されている。また、この場合、上述した検査光の平均化処理は、例えば、１００回（１００サンプル分）を平均化処理する。

はじめに、歯垢が付着した歯牙Ｄに励起光が照射された状態では、４０５励起光の蛍光強度が４６５励起光の蛍光強度よりも高く、これらの差分は図示のようにプラスの値が得られる。なお、図示のように、励起光の照射による蛍光強度は時間と共に消光していく。

この後、歯垢が付着していない健常状態の歯牙Ｄに励起光が照射された状態では、４０５励起光の蛍光強度と４６５励起光の蛍光強度が重なるため、これらの差分がなくなる（０）。

このように、歯垢の検出については、４０５励起光の蛍光強度と４６５励起光の蛍光強度を用い、（４０５−４６５）の値がプラスの差分となれば歯垢有りと判定でき、差分がなければ歯垢無し（健常状態）と判定することができる。

次に、図３は、実施の形態にかかる歯牙状態検出装置によるう蝕検出の説明図である。図３（ａ）は、歯牙Ｄの健常状態における特性を示す図表、図３（ｂ）は、歯牙Ｄにう蝕がある状態における特性を示す図表である。これらの図において横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は蛍光強度である。

図３（ａ）に示す健常状態において歯牙Ｄの象牙質Ｄ１は、緑色の蛍光を発する。図３（ａ）に示すように、例えば、４０５ｎｍの励起光の蛍光強度と、４６５ｎｍの励起光の蛍光強度は、図２を用いて説明した歯垢検出と同様の検出波長帯λ０（６２０〜７２０ｎｍ）において重なり、これらの差分を取るとほぼ０になる。

う蝕状態では、例えば、噛合面に生じる小窩裂溝（歯の溝）や、平滑面（歯の横）に生じ、エナメル質から象牙質にかけてう蝕が生じる。図３（ｂ）に示すう蝕状態において、検出波長帯λ０（６２０〜７２０ｎｍ）では、４６５ｎｍの励起光のほうが４０５ｎｍの励起光よりも蛍光強度が高くなる。これにより、４０５ｎｍ励起時の蛍光強度と、４６５ｎｍ励起時の蛍光強度の差分（４０５−４６５）を取ると、マイナス（−）の値が得られる。

図３（ｃ）は、う蝕の検出状態を示すタイムチャートである。横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸は蛍光強度（光検出器１２４の出力電圧ｍＶ）である。照射する励起光を移動（スキャン）させ、励起光が歯牙Ｄのう蝕部分に照射されると４６５励起光の蛍光強度が４０５励起光の蛍光強度よりも高く、これらの差分は図示のようにマイナスの値が得られる。

う蝕がない部分の健常状態の歯牙Ｄに励起光が照射されると４６５励起光の蛍光強度と４０５励起光の蛍光強度が重なるため、これらの差分がなくなる（０）。

このように、う蝕の検出について、４０５励起光の蛍光強度と４６５励起光の蛍光強度を用い、（４０５−４６５）の値がマイナスの差分となればう蝕ありと判定でき、差分がなければう蝕無し（健常状態）と判定することができる。

以上説明したように、２つの励起光と検出波長帯λ０を用いたときの各蛍光強度は、歯垢検出時がプラスの値となるのに対し、う蝕検出時にはマイナスの値となる。このように、歯垢検出時とう蝕検出時とでは２つの励起光の蛍光強度が正負反転した関係となる。これにより、２つの異なる波長λ１，λ２の光源（第１の光源１１１，第２の光源１１２）を用い、また、一つの検出波長帯λ０（６２０〜７２０ｎｍ）を設定することで、歯牙Ｄの歯垢付着、う蝕、健常の３つの異なる状態を判定できるようになる。

上記説明では、２つの励起光を歯牙Ｄに照射させたときの検査光の強度差に基づき、歯垢付着、およびう蝕の判定について説明したが、これに限らず、２つの励起光を歯牙Ｄに照射させたときの検査光の強度比に基づき、歯垢付着、およびう蝕を判定することもできる。

（う蝕および歯垢検出の波長帯設定について）
次に、う蝕および歯垢検出のための２つの波長の波長帯設定について説明する。図４は、う蝕状態の歯牙の励起蛍光マトリクスを示す図表である。横軸は蛍光波長、縦軸は励起波長であり、光強度を等高線で示している。この図４は特定の透過フィルターを設けない検出結果である。

図４に示すように、う蝕の蛍光中心ｄ２（等高線の頂点）は、励起光４９０ｎｍ／蛍光５６０ｎｍ付近である。この蛍光中心ｄ２に近い波長、例えば、４０５ｎｍの励起波長よりも、４６５ｎｍの励起波長のほうがう蝕検出の強度を大きくできる。

う蝕の蛍光指紋は、健常状態と同様に、歯牙Ｄの象牙質が蛍光している。加えて、以下の２つの要因で図４に示すような蛍光指紋になっていると推定される。
１．エナメル質が変質することで、励起光、蛍光ともに透過量が減少する。２．象牙質が変質することで、蛍光中心ｄ２と強度が変化する。

図５は、健常状態の歯牙の励起蛍光マトリクスを示す図表である。この図５は特定の透過フィルターを設けない検出結果である。図５に示すように、健常状態の歯牙Ｄの蛍光中心ｄ０は励起光３９０ｎｍ／蛍光４７０ｎｍ付近であり、図４に示したう蝕の蛍光中心ｄ２と位置が異なっている。この蛍光中心ｄ０に対し、検出波長帯λ０（６２０〜７２０ｎｍ）が離れているため、異なる２つの波長の強度差が小さくなっている。

図６は、歯垢付着状態の歯牙の励起蛍光マトリクスを示す図表である。この図６は４９５ｎｍロングパスフィルターを設け、分光蛍光光度計の内の分光器で発生してしまう高次光の影響を取り除いた。歯垢が付着した健常状態の歯牙の検出結果を示す。図６に示すように、歯牙Ｄに付着させた歯垢（プロトポルフィリン）の蛍光中心ｄ１は励起光４０５ｎｍ／蛍光６３５ｎｍ付近であり、図５に示した健常状態の歯牙Ｄの蛍光中心ｄ０と位置が異なっている。

図７は、実施の形態にかかる歯牙状態検出装置に設定する２つの波長範囲を説明する図表である。図７には、２波長目の励起波長を３８０ｎｍから１０ｎｍ単位で５５０ｎｍまで増加させたとき、歯牙Ｄの歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態それぞれの検出状態の適否を〇×で示している。

歯牙Ｄの健常状態の検出には、３９０ｎｍ〜５００ｎｍの波長範囲が適している。う蝕状態の検出には４４０ｎｍ〜５２０ｎｍの波長範囲が適している。歯垢付着状態の検出には４４０ｎｍ〜５１０ｎｍの波長範囲が適している。

上記説明により、検出波長帯λ０を６２０ｎｍ〜７２０ｎｍ、１波長目を４０５ｎｍに設定したとき、歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判別するための２波長目の励起波長は、４４０〜５００ｎｍに設定することが望ましい。

（歯牙状態検出の処理例）
次に、歯牙状態検出装置１００による歯牙Ｄの歯垢付着、う蝕、健常の検出処理例について説明する。図１に示したように、歯牙状態検出装置１００は、第１の波長λ１の励起光１と、第２の波長λ２の励起光２を歯牙Ｄに照射させた際の歯牙Ｄの蛍光に基づき、歯牙Ｄの歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を検出する。この際、歯牙状態検出装置１００（判定部１３３）は、蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の強度差、あるいは強度比に基づき３状態を検出することができる。

図８は、実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯牙状態の検出処理を示すフローチャートである。図８は、蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の強度差に基づき３状態を検出する処理例である。以下の処理は、歯牙状態検出装置１００の制御部１３０が実行制御する。

はじめに、制御部１３０（制御回路１３１）は、４０５ｎｍの励起光１を歯牙Ｄに照射させる（ステップＳ８０１）。この際、検出部１２０（光検出器１２４）は、検出波長帯λ０（６２０ｎｍ〜７２０ｎｍ）の蛍光１を蛍光強度Ｐ１で受光する（ステップＳ８０２）。

そして、制御部１３０（演算部１３２）は、この蛍光１の蛍光強度Ｐ１をメモリの所定領域（メモリ１）に保存する（ステップＳ８０３）。この後、制御部１３０（制御回路１３１）は、励起光１を消灯した後（ステップＳ８０４）、４６５ｎｍの励起光２を歯牙Ｄに照射させる（ステップＳ８０５）。

上述したように、制御部１３０（制御回路１３１）は、４０５ｎｍの励起光１と、４６５ｎｍの励起光２は検出位置の移動速度に対して短い周期（例えば、１〜１０ｋＨｚの範囲、好ましくは３．９ｋＨｚ）を有して点灯を交互に切り替え制御する。

そして、検出部１２０（光検出器１２４）は、検出波長帯λ０（６２０ｎｍ〜７２０ｎｍ）の蛍光２を蛍光強度Ｐ２で受光する（ステップＳ８０６）。

そして、制御部１３０（演算部１３２）は、この蛍光２の蛍光強度Ｐ２をメモリの所定領域（メモリ２）に保存する（ステップＳ８０７）。この後、制御部１３０（制御回路１３１）は、励起光２を消灯させる（ステップＳ８０８）。

制御部１３０は、以上の処理をＮ回分実行する（ステップＳ８０９）。すなわち１点の歯牙Ｄ上の検出箇所に対して励起光１，２をそれぞれＮ回以上照射させる。例えば、Ｎは、上述した検査光の平均化処理（例えば、１００回（１００サンプル分）の平均化処理）に相当する時間である。ここで、ユーザが複数本の歯牙Ｄに対して励起光を移動（スキャン）させる際、検出箇所１点あたり励起光１，２がＮ回以上照射されているか否かを検出し、１点あたりＮ回測定されていなければ報知部１３４を介してユーザに照射時間が足りない旨を報知する制御を行ってもよい。

そして、制御部１３０は、歯牙Ｄに対する励起光１，２の照射がＮ回繰り返された場合には（ステップＳ８０９：Ｙｅｓ）、ステップＳ８１０の処理に移行し、Ｎ回未満であれば（ステップＳ８０９：Ｎｏ）、ステップＳ８０１の処理に戻る。

ステップＳ８１０では、制御部１３０（演算部１３２）は、メモリ１に保存したＮ個のデータ（例えば、１００個の蛍光強度Ｐ１）の平均値Ａ１を求める（ステップＳ８１０）。また、制御部１３０（演算部１３２）は、メモリ２に保存したＮ個のデータ（例えば、１００個の蛍光強度Ｐ２）の平均値Ａ２を求める（ステップＳ８１１）。

この後、制御部１３０（判定部１３３）は、平均値Ａ１と平均値Ａ２の差（差分）ＤＥＦを比較する（ステップＳ８１２）。そして、制御部１３０（判定部１３３）は、差ＤＥＦが−５０よりマイナスの値であるか否かを判定する（ステップＳ８１３）。差ＤＥＦは、光検出器１２４が検出した蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の差分Ｐ１−Ｐ２である。

そして、差ＤＥＦが−５０未満のマイナスの値であれば（ステップＳ８１３：Ｙｅｓ）、制御部１３０（判定部１３３）は、歯牙Ｄがう蝕状態と判定し、報知部１３４に対してう蝕の報知Ｘを行う（ステップＳ８１４）。

また、差ＤＥＦが−５０以上の値であれば（ステップＳ８１３：Ｎｏ）、制御部１３０（判定部１３３）は、差ＤＥＦが＋５０よりプラスの値であるか否かを判定する（ステップＳ８１５）。

そして、差ＤＥＦが＋５０を超えたプラスの値であれば（ステップＳ８１５：Ｙｅｓ）、制御部１３０（判定部１３３）は、歯牙Ｄに歯垢付着がある状態と判定し、報知部１３４に対して歯垢付着の報知Ｙを行う（ステップＳ８１６）。一方、差ＤＥＦが＋５０以下の値であれば（ステップＳ８１５：Ｎｏ）、制御部１３０（判定部１３３）は、歯牙Ｄは健常状態と判定し、報知部１３４に対して健常状態である報知Ｚを行う（ステップＳ８１７）。なお、健常状態の際には、制御部１３０（判定部１３３）は報知Ｚを出力しないこととしてもよい。ステップＳ８１４，ステップＳ８１６，ステップＳ８１７の処理により、制御部１３０は、以上の処理を終了する。

図９は、実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯牙状態の検出状態を説明する図表である。図８を用いて説明した制御部１３０（判定部１３３）による歯牙Ｄの３つの状態の判定例を示す。

差ＤＥＦは、光検出器１２４が検出した蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の値の差（蛍光強度Ｐ１−Ｐ２）であり、制御部１３０（判定部１３３）は、蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の差ＤＥＦ（Ｐ１−Ｐ２）が中心の値（０）から±の所定範囲（＋５０〜−５０）までは健常状態であると判定する。また、蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の差ＤＥＦが＋５０を超えた値の場合には、歯垢付着の状態と判定し、蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の差ＤＥＦが−５０を超えた値の場合には、う蝕状態と判定する。

所定範囲（＋５０〜−５０）は、健常状態と判定するための閾値として設定したものであり、実際の歯牙Ｄの状態に応じて適切な値を設定すればよい。

図１０は、実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯牙状態の検出処理を示すフローチャートである。図１０は、蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の強度比に基づき３状態を検出する処理例である。以下の処理は、歯牙状態検出装置１００の制御部１３０が実行制御する。

はじめに、制御部１３０（制御回路１３１）は、４０５ｎｍの励起光１を歯牙Ｄに照射させる（ステップＳ１００１）。この際、検出部１２０（光検出器１２４）は、検出波長帯λ０（６２０ｎｍ〜７２０ｎｍ）の蛍光１を蛍光強度Ｐ１で受光する（ステップＳ１００２）。

そして、制御部１３０（演算部１３２）は、この蛍光１の蛍光強度Ｐ１をメモリの所定領域（メモリ１）に保存する（ステップＳ１００３）。この後、制御部１３０（制御回路１３１）は、励起光１を消灯した後（ステップＳ１００４）、４６５ｎｍの励起光２を歯牙Ｄに照射させる（ステップＳ１００５）。

そして、検出部１２０（光検出器１２４）は、検出波長帯λ０（６２０ｎｍ〜７２０ｎｍ）の蛍光２を蛍光強度Ｐ２で受光する（ステップＳ１００６）。

そして、制御部１３０（演算部１３２）は、この蛍光２の蛍光強度Ｐ２をメモリの所定領域（メモリ２）に保存する（ステップＳ１００７）。この後、制御部１３０（制御回路１３１）は、励起光２を消灯させる（ステップＳ１００８）。

制御部１３０は、以上の処理をＮ回分実行する（ステップＳ１００９）。そして、制御部１３０は、歯牙Ｄに対する励起光１，２の照射がＮ回繰り返された場合には（ステップＳ１００９：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１０の処理に移行し、Ｎ回未満であれば（ステップＳ１００９：Ｎｏ）、ステップＳ１００１の処理に戻る。

ステップＳ１０１０では、制御部１３０（演算部１３２）は、メモリ１に保存したＮ個のデータ（例えば、１００個の蛍光強度Ｐ１）の平均値Ａ１を求める（ステップＳ１０１０）。また、制御部１３０（演算部１３２）は、メモリ２に保存したＮ個のデータ（例えば、１００個の蛍光強度Ｐ２）の平均値Ａ２を求める（ステップＳ１０１１）。

この後、制御部１３０（判定部１３３）は、平均値Ａ１と平均値Ａ２の比（比率）ＲＡＴを比較する（ステップＳ１０１２）。そして、制御部１３０（判定部１３３）は、比ＲＡＴが０．９０より小さな値であるか否かを判定する（ステップＳ１０１３）。比ＲＡＴは、光検出器１２４が検出した蛍光強度Ｐ１をＰ２で割った値（Ｐ１／Ｐ２）である。

そして、比ＲＡＴが０．９０未満の値であれば（ステップＳ１０１３：Ｙｅｓ）、制御部１３０（判定部１３３）は、歯牙Ｄがう蝕状態と判定し、報知部１３４に対してう蝕の報知Ｘを行う（ステップＳ１０１４）。

また、比ＲＡＴが０．９０以上の値であれば（ステップＳ１０１３：Ｎｏ）、制御部１３０（判定部１３３）は、比ＲＡＴが１．０１を超えた値であるか否かを判定する（ステップＳ１０１５）。

そして、比ＲＡＴが１．０１を超えた値であれば（ステップＳ１０１５：Ｙｅｓ）、制御部１３０（判定部１３３）は、歯牙Ｄに歯垢付着がある状態と判定し、報知部１３４に対して歯垢付着の報知Ｙを行う（ステップＳ１０１６）。一方、比ＲＡＴが１．０１以下の値であれば（ステップＳ１０１５：Ｎｏ）、制御部１３０（判定部１３３）は、歯牙Ｄは健常状態と判定し、報知部１３４に対して健常状態である報知Ｚを行う（ステップＳ１０１７）。ステップＳ１０１４，ステップＳ１０１６，ステップＳ１０１７の処理により、制御部１３０は、以上の処理を終了する。

図１１は、実施の形態にかかる歯牙状態検出装置による歯牙状態の検出状態を説明する図表である。図１０を用いて説明した制御部１３０（判定部１３３）による歯牙Ｄの３つの状態の判定例を示す。

比ＲＡＴは、光検出器１２４が検出した蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の値の比（蛍光強度Ｐ１／Ｐ２）であり、制御部１３０（判定部１３３）は、蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の比ＲＡＴが中心の値（１）から所定範囲（０．９０〜１．０１）までは健常状態であると判定する。また、蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の比ＲＡＴが１．０１を超えた値の場合には、歯垢付着の状態と判定し、蛍光強度Ｐ１，Ｐ２の比ＲＡＴが０．９０未満の値の場合には、う蝕状態と判定する。

所定範囲（０．９０〜１．０１）は、健常状態と判定するための閾値として設定したものであり、実際の歯牙Ｄの状態に応じて適切な値を設定すればよい。

図１２は、歯ブラシの構成例を示す図である。上述した歯牙状態検出装置１００を備えた歯ブラシの具体的構成例について説明する。図１２において、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。

外装ケース１２１１には、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λ１，λ２の励起光を出射する２つの光源１１１，１１２、同軸光学系１２１４、光検出器１２４、制御部１３０、報知部１３４などが設けられている。電源１２１２は、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。

第１の光源１１１が出射する波長λ１の励起光１と、第２の光源１１２が出射する波長λ２の励起光２は、同軸光学系１２１４に入射される。同軸光学系１２１４には、ダイクロイックミラー等の波長分離素子を設けることで、励起光１，２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の蛍光を光検出器１２４側に導く。

光検出器１２４は、同軸光学系１２１４から導かれた蛍光１，２に含まれる光の強度を検出し、検出した蛍光１，２の強度に応じた信号を制御部１３０に出力する。制御部１３０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、歯ブラシ１２００が備える各部を駆動制御する。

制御部１３０は、歯ブラシ１２００が備える各部を駆動制御する。制御部１３０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第１、第２の光源１１１，１１２のＯＮ／ＯＦＦを制御したり、光検出器１２４から出力された信号に基づいて歯牙Ｄの歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判定し、判定結果に応じた報知信号を報知部１３４に出力したりする。また、制御部１３０は、波長λ１の第１の光源１１１と、波長λ２の第２の光源１１２とを時分割に切り替えて発光駆動する。

報知部１３４は、上述したように、音声やＬＣＤを用いるほか、例えば、ＬＥＤなどの発光素子や偏心モータを用いて実現してもよい。この場合、報知部１３４は、制御部１３０から出力される報知信号に基づきＬＥＤを点灯駆動するほか、偏心モータを回転させることによって歯牙Ｄの３つの状態をそれぞれ異なるパターンで報知することができる。

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。

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から歯ブラシ１２００の外部に出射する。

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から歯ブラシ１２００の外部に出射された励起光１，２は歯牙Ｄに照射される。励起光１，２を歯牙Ｄに照射すると、歯牙Ｄ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Ｄから蛍光が生じる。

歯牙Ｄから生じた蛍光を含む検査光は、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１２４に導く。同軸光学系１２１４と導光路１２２３は、図１に示した出射光用導光路１１５、受光用導光路１２２に相当する。

制御部１３０は、波長λ１，λ２の励起光１，２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１２４で検出した所定の波長範囲（検出波長帯）λ０の蛍光強度Ｐ１，Ｐ２に基づき、上述したように歯牙Ｄの３つの状態を判定する。

以上説明した実施の形態によれば、異なる２つの波長の励起光を歯牙に照射させたときの蛍光強度の差または比を演算するだけで、歯牙の歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を簡単に検出できる。この際、蛍光を含む検査光は、固定した所定の検出波長帯を用いて検出でき装置構成が複雑になることがなく、簡単な装置構成で歯牙の３つの状態を検出できる。

実施の形態では、２つの波長の励起光をそれぞれ照射し、固定した所定の検出波長帯としたとき、検査光の蛍光強度の差を取ることで歯垢付着と、う蝕の状態の有無を判定できる。ここで、発明者らは，例えば、励起光の第１の波長λ１を４０５ｎｍとし、第２の波長λ２を４６５ｎｍとし、検出波長帯を６２０〜７２０ｎｍとしたとき、歯垢付着の場合には蛍光強度の差がプラスの値となるのに対し、う蝕の場合には蛍光強度の差がマイナスの値となることを発見した。これにより、実施の形態によれば、２つの励起光を歯牙に照射させたときの検査光の蛍光強度の差を取るだけの簡単な処理で歯垢の付着、う蝕の発生、あるいはいずれも発生していない健常状態の切り分けを簡単な構成で行え、３つの状態を精度よく検出できる。

また、２つの波長の励起光の点灯を短い周期で高速に切り替えることで、検出箇所１点あたり複数回の測定を行うことができ、状態判定のために用いるデータ数を増やすことができ、平均値の算出後に状態判定を行うことで、状態判定の精度を向上できるようになる。

また、２つの異なる励起光の導光路と、検査光の導光路を同一の導光路とすることで、導光路を共有でき装置の低コスト化と、小型化を図ることができ、また、歯牙状態検出装置を備えた歯ブラシについても低コスト化および小型化できるようになる。

以上のように、この発明にかかる歯牙状態検出装置および歯ブラシは、異なる波長の励起光を対象物に照射させて歯牙状態を検出する検出装置に有用であり、特に、歯牙の歯垢付着、う蝕、健常を判定する歯牙状態検出装置および歯ブラシに適している。

１００ 歯牙状態検出装置
１１０ 光源部
１１１，１１２ 光源
１１３ 混色部
１１４ 出射光用光学フィルター
１１５ 出射光用導光路
１１６ 出射光用集光部
１２０ 検出部
１２１ 受光用集光部
１２２ 受光用導光路
１２３ 受光用光学フィルター
１２４ 光検出器
１３０ 制御部
１３１ 制御回路
１３２ 演算部
１３３ 判定部
１３４ 報知部
１２００ 歯ブラシ
Ｄ 歯牙

Claims (7)

1. 互いに異なる複数の波長の励起光をそれぞれ歯牙に照射する光源と、
   複数の波長の前記励起光を前記歯牙に照射したときに発生するそれぞれの検査光に含まれる蛍光強度を検出する検出部と、
   複数の波長の前記励起光に対応して前記検出部でそれぞれ検出された前記検査光の前記蛍光強度に基づいて、前記歯牙の歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判定する制御部と、
   を備えたことを特徴とする歯牙状態検出装置。
2. 前記光源は、第１の波長の励起光を出射する第１の光源、および第２の波長の励起光を出射する第２の光源を有し、
   前記検出部は、前記歯牙に前記第１の波長の励起光を照射したときに発生する第１の蛍光強度と、前記歯牙に前記第２の波長の励起光を照射したときに発生する第２の蛍光強度と、をそれぞれ同一の検出波長帯で検出し、
   前記制御部は、前記光源に対し、前記第１の波長の励起光と前記第２の波長の励起光とを交互に発光駆動し、
   前記第１の蛍光強度と前記第２の蛍光強度との差または比に基づき、前記歯牙の歯垢付着、う蝕、健常の３つの状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の歯牙状態検出装置。
3. 前記第１の波長の励起光は、３５０〜４３０ｎｍであり、
   前記第２の波長の励起光は、４４０〜５００ｎｍであり、
   前記検出波長帯は６２０〜７２０ｎｍである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の歯牙状態検出装置。
4. 前記第１の光源および前記第２の光源から出射する励起光の照射面内での強度分布を均一にするための混色部をさらに有することを特徴とする請求項２または３に記載の歯牙状態検出装置。
5. 前記制御部は、前記第１の波長の励起光と前記第２の波長の励起光とを交互に発光駆動したときにおける所定回数分の蛍光強度をそれぞれ保持し、
   前記所定回数分の蛍光強度の平均の結果を用いて前記差または比を求めることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の歯牙状態検出装置。
6. 前記光源は、前記第１の波長の励起光および前記第２の波長の励起光を前記歯牙に導出する出射光用導光路を有し、
   前記検出部は、前記歯牙で検出された前記検査光を導光する受光用導光路を有し、
   前記出射光用導光路と、前記受光用導光路は、同一の導光路により構成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の歯牙状態検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載した歯牙状態検出装置を備えたことを特徴とする歯ブラシ。

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