JP2019174361A - Light measuring device and toothbrush equipped with the same - Google Patents

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Abstract

To provide a compact and simply constructed light measuring device with which it is possible to reliably detect a small amount of dental plaque, and which can be easily assembled into a toothbrush.SOLUTION: The light measuring device comprises: a first and a second light source 2, 3 for emitting light of a first wavelength and light of a second wavelength of greater length; a detection unit for detecting first and second fluorescence intensity generated when a sample (tooth) is irradiated with lights of first and second wavelengths; an emission control unit for causing the first and the second light sources 2, 3 to alternately emit light in accordance with a reference signal in a first period and only a third light source to emit light in accordance with the reference signal in a second period, out of the first and second periods that are alternately repeated, each longer than the cycle of a reference signal (timing signal 101); a phase detector 104 for performing phase detection in accordance with the reference signal, and generating a first output signal and a second output signal; and a control circuit 30 for calculating the amount of a fluorescent substance to be measured, by computation using the first and the second output signals.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、光測定装置及びこれを備えた歯ブラシに関する。   The present invention relates to a light measuring device and a toothbrush provided with the same.

歯磨きの際には、歯垢の付着量をモニターしながらその部位を集中して磨くと短い時間で効果的に歯垢を除去できることから、従来、いくつかの光学的な歯垢検出方法が提案されている。代表的なものは、歯垢に含まれる細菌あるいはう蝕部の細菌が口腔内環境で蛍光物質であるプロトポルフィリンIX(以下、PPIXという)を産生することを利用するものである。例えば、特許文献1〜5には、歯に特定の波長の励起光を照射し、蛍光物質が発する蛍光を検出することで歯垢の量あるいはう蝕の程度を定量する蛍光測定法が記載されている。   When brushing teeth, it is possible to remove plaque effectively in a short time by concentrating and polishing the area while monitoring the amount of plaque adhering, so several optical plaque detection methods have been proposed in the past. Has been. A typical example is that bacteria contained in dental plaque or caries portion bacteria produce protoporphyrin IX (hereinafter referred to as PPIX) which is a fluorescent substance in the oral cavity environment. For example, Patent Documents 1 to 5 describe a fluorescence measurement method that quantifies the amount of dental plaque or the degree of caries by irradiating teeth with excitation light of a specific wavelength and detecting the fluorescence emitted by the fluorescent material. ing.

特許文献6には、液状試料を分析試験ストリップに導入し、試験ストリップの両端間に電圧信号を印加して合成電流信号を測定し、測定した合成電流信号を用いて同相及び直角位相信号を連続的に発生させ、同相及び直角位相信号に基づき位相シフト測定ブロックを用いて液状試料に対応する位相シフトを自動的に測定する方法が記載されている。同相及び直角位相信号を発生させる工程では、合成電流信号に対応する合成電圧信号を位相検波器に供給し、第1の位相を有する第1の基準信号を位相検波器に供給し、次いで、第1の位相とは90°異なる第2の位相を有する第2の基準信号を位相検波器に供給する。   In Patent Document 6, a liquid sample is introduced into an analytical test strip, a voltage signal is applied between both ends of the test strip, a combined current signal is measured, and in-phase and quadrature signals are continuously generated using the measured combined current signal. And a method for automatically measuring a phase shift corresponding to a liquid sample using a phase shift measurement block based on in-phase and quadrature signals. In the step of generating in-phase and quadrature signals, a combined voltage signal corresponding to the combined current signal is supplied to the phase detector, a first reference signal having a first phase is supplied to the phase detector, A second reference signal having a second phase that is 90 ° different from the first phase is supplied to the phase detector.

特公平6−73531号公報Japanese Examined Patent Publication No. 6-73531 特表2002−515276号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-515276 特開2011−131057号公報JP 2011-131057 A 特許第3737579号公報Japanese Patent No. 3737579 国際公開第2016/140199号International Publication No. 2016/140199 特開2014−235168号公報JP 2014-235168 A

歯に付着した歯垢が少量の場合、その付着部位を励起光で照射した際に得られる蛍光の中では、歯の自家蛍光の強度が強く、歯垢由来の蛍光は微弱である。歯垢からの蛍光の波長帯域(630〜680nm)で見ると、歯の強い自家蛍光に歯垢由来の弱い蛍光が重畳している状態であり、それらを効果的に分離して検出できる方式が求められる。さらに、その機構を歯ブラシに組み込むことが容易なシンプルな構成が求められている。   When there is a small amount of plaque adhering to a tooth, among the fluorescence obtained when the adhering site is irradiated with excitation light, the intensity of autofluorescence of the tooth is strong and the fluorescence derived from plaque is weak. Looking at the wavelength band of fluorescence from plaque (630-680 nm), it is a state where weak fluorescence derived from dental plaque is superimposed on strong autofluorescence of teeth, and there is a system that can effectively separate and detect them. Desired. Further, there is a demand for a simple configuration that can easily incorporate the mechanism into a toothbrush.

室内の照明などの影響を除去して強度が弱い歯垢由来の蛍光を検出するためには、蛍光強度から蛍光物質量を演算する制御部にロックインアンプを使用することが望ましい。特に、2相のロックインアンプを使用すれば、歯垢量と歯の蛍光物質量を同時に求めることができ、歯と検出部との距離による感度変化を補正することもできる。しかしながら、ロックインアンプは高価であり、AD変換回路を含めて2組の回路が必要となることから、歯ブラシサイズの光測定装置を実現するには、コスト及びサイズの点で障害となる。そこで、1相のロックインアンプを時分割駆動することで等価的に2相のロックインアンプとして使用することが考えられるが、単純に時分割駆動するだけでは各位相でのデータ量が半分になり、さらに光源の点灯のDutyを50%よりも小さくする必要があるので、測定精度が低下する。   In order to remove the influence of indoor lighting or the like and detect fluorescence derived from weak plaque, it is desirable to use a lock-in amplifier for the control unit that calculates the amount of fluorescent substance from the fluorescence intensity. In particular, if a two-phase lock-in amplifier is used, the amount of plaque and the amount of fluorescent substance in the tooth can be obtained simultaneously, and the sensitivity change due to the distance between the tooth and the detection unit can be corrected. However, since the lock-in amplifier is expensive and requires two sets of circuits including an AD conversion circuit, it is an obstacle in terms of cost and size to realize a toothbrush size light measuring device. Therefore, it can be considered that a single-phase lock-in amplifier is equivalently used as a two-phase lock-in amplifier by time-division driving. However, simply by time-division driving, the amount of data in each phase is halved. Furthermore, since it is necessary to make the lighting duty of the light source smaller than 50%, the measurement accuracy is lowered.

本発明の目的は、少量の歯垢を確実に検出でき、しかも歯ブラシに容易に組み込むことができる小型でシンプルな構成の光測定装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a light measuring device having a small and simple configuration that can reliably detect a small amount of plaque and can be easily incorporated into a toothbrush.

第1の波長の光を出射する第1の光源と、第1の波長よりも長波長である第2の波長の光を出射する第2の光源と、試料に第1の波長の光を照射したときに発生する第1の蛍光強度、及び試料に第2の波長の光を照射したときに発生する第2の蛍光強度を検出する検出部と、交互に繰り返されそれぞれが基準信号の周期よりも長い第1及び第2の期間のうち、第1の期間では基準信号に従い第1及び第2の光源を交互に発光させ、第2の期間では基準信号に従い第2の光源のみを発光させる発光制御部と、基準信号に従い位相検波を行って、第1の期間における第1及び第2の蛍光強度に応じた第1の出力信号、並びに第2の期間における第2の蛍光強度に応じた第2の出力信号を生成する位相検波器と、第1及び第2の出力信号を用いた演算により測定対象の蛍光物質量を算出する制御回路とを有することを特徴とする光測定装置が提供される。   A first light source that emits light of a first wavelength, a second light source that emits light of a second wavelength that is longer than the first wavelength, and a sample that is irradiated with light of the first wavelength And a detection unit that detects the first fluorescence intensity that is generated when the sample is irradiated and the second fluorescence intensity that is generated when the sample is irradiated with light of the second wavelength. Of the longer first and second periods, the first and second light sources alternately emit light according to the reference signal in the first period, and only the second light source emits light according to the reference signal in the second period. Phase detection is performed in accordance with the control unit and the reference signal, and the first output signal corresponding to the first and second fluorescence intensities in the first period and the second output in accordance with the second fluorescence intensity in the second period A phase detector that generates two output signals and a first and second output signal. Optical measurement device is provided, characterized in that a control circuit for calculating a fluorescent substance amount to be measured by.

上記の光測定装置では、第1の波長の光は、歯及び歯垢に含まれる蛍光物質を励起させて、歯及び歯垢に由来する蛍光を発生させ、第2の波長の光は、歯垢に含まれる蛍光物質に対する励起効率が第1の波長の光よりも低いことが好ましい。   In the light measurement device, the light of the first wavelength excites the fluorescent substance contained in the teeth and plaque to generate fluorescence derived from the teeth and plaque, and the light of the second wavelength It is preferable that the excitation efficiency for the fluorescent substance contained in the plaque is lower than that of the first wavelength light.

上記の光測定装置では、第1の波長は350nmから430nmの範囲内であり、第2の波長は435nmから500nmの範囲内であることが好ましい。   In the above optical measurement device, the first wavelength is preferably in the range of 350 nm to 430 nm, and the second wavelength is preferably in the range of 435 nm to 500 nm.

上記の光測定装置では、第1の期間は第2の期間よりも長いことが好ましい。   In the above optical measurement device, it is preferable that the first period is longer than the second period.

上記の光測定装置は、少量の歯垢を確実に検出でき、しかも歯ブラシに容易に組み込むことができる。   The light measurement device can reliably detect a small amount of plaque and can be easily incorporated into a toothbrush.

紫色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した際にそれぞれの歯から得られる光のスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum of the light obtained from each tooth | gear when violet light is irradiated to the tooth | gear which the clean tooth | gear and plaque adhered. 青色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した際にそれぞれの歯から得られる光のスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum of the light obtained from each tooth | gear when blue light is irradiated to the tooth | gear with which the clean tooth | gear and plaque adhered. 蛍光測定装置1の構成図である。1 is a configuration diagram of a fluorescence measuring device 1. FIG. 歯ブラシ型の蛍光測定装置400の構成図である。1 is a configuration diagram of a toothbrush type fluorescence measuring apparatus 400. FIG. 混色部4の構成例を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration example of a color mixing unit 4. FIG. 歯ブラシヘッド41の内部を示す構成図である。2 is a configuration diagram showing the inside of a toothbrush head 41. FIG. 比較例の制御部310の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the control part 310 of a comparative example. 制御部310の動作タイミングを示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing operation timing of a control unit 310. 実施例の制御部300の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the control part 300 of an Example. 制御部300の動作タイミングを示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing operation timing of the control unit 300. 図10の動作タイミングの変形例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the modification of the operation timing of FIG. 蛍光測定装置1,400を用いた測定と制御部300,310による出力信号の差異を説明する図である。It is a figure explaining the difference of the output signal by the measurement using the fluorescence measuring devices 1 and 400, and the control parts 300 and 310. FIG.

以下、図面を用いて、光測定装置及び光測定方法について詳細に説明する。ただし、本発明は図面又は以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。   Hereinafter, the light measurement device and the light measurement method will be described in detail with reference to the drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the drawings or the embodiments described below.

最初に光測定方法の原理を図1及び図2を用いて説明する。この光測定方法は、2つの異なる波長を有する励起光を交互に同一の歯に照射し、それぞれの波長の励起光により歯で生じた蛍光を歯垢に由来する蛍光波長領域で検出し、その蛍光強度の比あるいは差を用いることで、歯の自家蛍光に重畳した測定対象である歯垢に由来した蛍光を分離して検出するものである。   First, the principle of the light measurement method will be described with reference to FIGS. In this light measurement method, excitation light having two different wavelengths is alternately irradiated on the same tooth, and fluorescence generated in the tooth by excitation light of each wavelength is detected in a fluorescence wavelength region derived from plaque. By using the ratio or difference of fluorescence intensity, fluorescence derived from dental plaque, which is a measurement object superimposed on the autofluorescence of teeth, is separated and detected.

図1は、第1の波長として405nmのピーク波長を有する紫色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した際にそれぞれの歯から得られる光のスペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ(nm)を示し、縦軸は第1の蛍光強度である蛍光強度Iを示す。細線は清浄な歯から得られるスペクトルS1を示しており、太線は歯垢が付着した歯から得られるスペクトルS1’を示している。405nm付近のピークE1は、照射された405nmの紫色光が歯面で反射あるいは散乱されることにより検出された励起光である。500nm付近にピークP0をもつブロードな蛍光は歯の自家蛍光である。635nm及び675nm付近のピークP1,P2は、歯垢に含まれる蛍光物質PPIXから得られる蛍光スペクトルである。   FIG. 1 is a graph showing a spectrum of light obtained from each tooth when violet light having a peak wavelength of 405 nm as a first wavelength is irradiated to a clean tooth and a tooth with plaque attached thereto. The horizontal axis of the graph indicates the wavelength λ (nm), and the vertical axis indicates the fluorescence intensity I that is the first fluorescence intensity. The thin line shows the spectrum S1 obtained from the clean tooth, and the thick line shows the spectrum S1 'obtained from the tooth to which plaque has adhered. A peak E1 in the vicinity of 405 nm is excitation light detected by the reflected or scattered 405 nm purple light on the tooth surface. Broad fluorescence having a peak P0 around 500 nm is tooth autofluorescence. Peaks P1 and P2 near 635 nm and 675 nm are fluorescence spectra obtained from the fluorescent material PPIX contained in plaque.

清浄な歯から得られるスペクトルS1では歯垢由来のピークP1,P2は観察されないが、歯垢が付着した歯から得られるスペクトルS1’では歯垢由来の蛍光のピークP1,P2が観察される。同時に、スペクトルS1’は、スペクトルS1に比べて全波長域で一定の減衰を示している。これは、付着した歯垢によって励起光が吸収されるために生じる減衰であり、歯垢量に依存し、波長によらずほぼ一定の減衰を示す。   In the spectrum S1 obtained from a clean tooth, plaque-derived peaks P1 and P2 are not observed, but in the spectrum S1 'obtained from a tooth to which plaque is adhered, plaque-derived fluorescence peaks P1 and P2 are observed. At the same time, the spectrum S1 'shows a constant attenuation over the entire wavelength range compared to the spectrum S1. This is attenuation caused by absorption of excitation light by the attached plaque, and shows almost constant attenuation regardless of the wavelength, depending on the amount of plaque.

歯垢由来の蛍光のピークP1をより精度よく測定するためには、下記の数式(1)に示すように、その波長におけるスペクトル強度p1’から歯の自家蛍光の成分t1’を引いた歯垢由来の蛍光物質量Δpを求める必要がある。
Δp = p1’ − t1’ ・・・(1)
In order to measure the peak P1 of plaque-derived fluorescence with higher accuracy, as shown in the following formula (1), plaque obtained by subtracting the tooth autofluorescence component t1 ′ from the spectral intensity p1 ′ at that wavelength. It is necessary to determine the amount of fluorescent substance Δp derived from it.
Δp = p1′−t1 ′ (1)

つまり、歯垢が付着した状態で、かつ歯垢由来の蛍光を生じさせずに、歯の自家蛍光の成分t1’を求める必要がある。このような条件について鋭意検討した結果、第1の波長、ここでは405nmよりも長波長の第2の波長の光源を用いた際のスペクトルを取得すればよいことがわかった。   In other words, it is necessary to obtain the auto-fluorescent component t1 'of the tooth in the state where the plaque is adhered and without generating plaque-derived fluorescence. As a result of intensive studies on such conditions, it has been found that it is only necessary to acquire a spectrum when a light source having a first wavelength, here a second wavelength longer than 405 nm, is used.

図2は、第2の波長として465nmのピーク波長を有する青色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した際にそれぞれの歯から得られる光のスペクトルを示すグラフである。図1と同様に、グラフの横軸は波長λ(nm)を示し、縦軸は第2の蛍光強度である蛍光強度Iを示す。細線は清浄な歯から得られるスペクトルS2を示しており、太線は歯垢が付着した歯から得られるスペクトルS2’を示している。   FIG. 2 is a graph showing a spectrum of light obtained from each tooth when blue light having a peak wavelength of 465 nm as the second wavelength is irradiated to the tooth having clean teeth and plaque attached thereto. As in FIG. 1, the horizontal axis of the graph indicates the wavelength λ (nm), and the vertical axis indicates the fluorescence intensity I that is the second fluorescence intensity. The thin line shows the spectrum S2 obtained from the clean tooth, and the thick line shows the spectrum S2 'obtained from the tooth to which plaque has adhered.

波長465nmの青色光を清浄な歯及び歯垢が付着した歯に照射した場合には、歯の自家蛍光のブロードなピークP0は波長405nmの紫色光を照射した場合と同様に観察されるが、PPIXの励起が弱くなるため、歯垢由来のピークP1,P2は観察されない。したがって、第2の波長で励起した際の歯の自家蛍光の成分t2’を第1の波長で励起した際の自家蛍光の成分t1’として代用することが可能であり、歯垢由来の蛍光物質量Δpは下記の数式(2)で近似できる。
Δp ≒ p1’ − t2’ ・・・(2)
When blue light with a wavelength of 465 nm is irradiated on clean teeth and teeth with plaque adhered, a broad peak P0 of the tooth autofluorescence is observed in the same manner as when violet light with a wavelength of 405 nm is irradiated. Since the excitation of PPIX becomes weak, the plaque-derived peaks P1 and P2 are not observed. Therefore, the autofluorescence component t2 ′ of the tooth when excited at the second wavelength can be substituted as the autofluorescence component t1 ′ when excited at the first wavelength. The amount Δp can be approximated by the following formula (2).
Δp ≒ p1 '-t2' (2)

近似が成立するためには、第1の波長及び第2の波長の励起光の強度を事前に調整して自家蛍光の成分t1’とt2’を揃えておく必要があるが、歯垢量に対して自家蛍光の減衰が比例関係にあることを利用して、清浄な歯で測定された自家蛍光の成分t1とt2が一致するように励起光の強度を調整しておけばよい。あるいは、あらかじめ清浄な歯について自家蛍光の成分t1とt2の比t1/t2を測定しておけば、下記の数式(3)のように補正することが可能である。
Δp ≒ p1’ − t2’×(t1/t2) ・・・(3)
In order to establish the approximation, it is necessary to adjust the intensity of the excitation light of the first wavelength and the second wavelength in advance to align the autofluorescence components t1 ′ and t2 ′. On the other hand, the intensity of the excitation light may be adjusted so that the autofluorescence components t1 and t2 measured with a clean tooth coincide with each other by utilizing the fact that the decay of autofluorescence is proportional. Alternatively, if the ratio t1 / t2 of the autofluorescence components t1 and t2 is measured in advance for a clean tooth, it can be corrected as in the following formula (3).
Δp≈p1′−t2 ′ × (t1 / t2) (3)

以上説明した原理により、2つの異なる波長を有する励起光を交互に歯に照射し、それぞれの波長の励起光により歯で生じた蛍光を歯垢由来の蛍光波長領域で検出し、それらの蛍光強度である第1の蛍光強度と第2の蛍光強度との比あるいは差を用いることで、歯の自家蛍光に重畳した歯垢に由来した蛍光を分離して検出することが可能となる。   According to the principle described above, the excitation light having two different wavelengths is alternately irradiated on the teeth, and the fluorescence generated in the teeth by the excitation light of each wavelength is detected in the fluorescence wavelength region derived from the plaque, and the fluorescence intensities thereof are detected. By using the ratio or difference between the first fluorescence intensity and the second fluorescence intensity, it is possible to separate and detect the fluorescence derived from dental plaque superimposed on the autofluorescence of the tooth.

次に、上記の光測定方法を実現するための蛍光測定装置を説明する。図3は、蛍光測定装置1の構成図である。蛍光測定装置1は、検査光として蛍光を利用する光測定装置の一例である。蛍光測定装置1は、歯垢に含まれる蛍光物質を励起するための光源部100と、歯の表面で生じた蛍光の強度を検出するための検出部200と、計測された蛍光強度から歯垢の付着量を求めて利用者に報知する制御部300との3つのブロックから構成されている。   Next, a fluorescence measuring apparatus for realizing the above light measuring method will be described. FIG. 3 is a configuration diagram of the fluorescence measuring apparatus 1. The fluorescence measurement device 1 is an example of a light measurement device that uses fluorescence as inspection light. The fluorescence measurement apparatus 1 includes a light source unit 100 for exciting a fluorescent substance contained in dental plaque, a detection unit 200 for detecting the intensity of fluorescence generated on the tooth surface, and plaque from the measured fluorescence intensity. It is comprised from three blocks with the control part 300 which calculates | requires the adhesion amount of and notifies a user.

光源部100は、第1の波長で発光する第1の光源2、第2の波長で発光する第2の光源3、混色部4、出射光用光学フィルター5、出射光用光導波路6及び出射光用集光部7を有している。混色部4、出射光用光学フィルター5、出射光用光導波路6及び出射光用集光部7は、第1の光源2及び第2の光源3からの光を測定対象の歯に照射するための光経路部分を構成する。   The light source unit 100 includes a first light source 2 that emits light at a first wavelength, a second light source 3 that emits light at a second wavelength, a color mixing unit 4, an optical filter 5 for outgoing light, an optical waveguide 6 for outgoing light, and an output light source 6. It has the condensing part 7 for incident light. The color mixing unit 4, the outgoing light optical filter 5, the outgoing light optical waveguide 6, and the outgoing light condensing unit 7 irradiate the measurement target teeth with light from the first light source 2 and the second light source 3. The optical path part of is constructed.

第1の光源2及び第2の光源3としては、小型で安価なLED(発光ダイオード)や半導体レーザーを用いることができる。第1の光源2又は第2の光源3で発生する光の波長は、次のように選択される。第1の波長は、歯垢に含まれる蛍光物質に対する励起効率が高い波長を含み、第2の波長は第1の波長よりも長波長で、かつ励起効率が第1の波長よりも低いか、あるいはほぼゼロとなる波長に設定される。第1の波長は350nmから430nmの範囲内の波長であることが好ましく、第2の波長は435nmから500nmの範囲内の波長であることが好ましい。具体例として、第1の光源2をピーク波長が405nmの紫色LEDとし、第2の光源3をピーク波長が465nmの青色LEDとすることができる。   As the 1st light source 2 and the 2nd light source 3, small and cheap LED (light emitting diode) and a semiconductor laser can be used. The wavelength of the light generated by the first light source 2 or the second light source 3 is selected as follows. The first wavelength includes a wavelength having high excitation efficiency with respect to the fluorescent substance contained in the plaque, and the second wavelength is longer than the first wavelength and the excitation efficiency is lower than the first wavelength. Alternatively, the wavelength is set to almost zero. The first wavelength is preferably a wavelength in the range of 350 nm to 430 nm, and the second wavelength is preferably a wavelength in the range of 435 nm to 500 nm. As a specific example, the first light source 2 may be a violet LED having a peak wavelength of 405 nm, and the second light source 3 may be a blue LED having a peak wavelength of 465 nm.

混色部4は、第1の光源2及び第2の光源3で発生した光を測定対象である歯に照射した際に色むら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の波長の光と第2の波長の光との間で均一とする機能を有する。光強度分布が第1の波長の光と第2の波長の光とで一致していることが重要であり、光強度分布を持つこと自体は差し支えないため、混色部4の設計の自由度は比較的高くなる。   The color mixing unit 4 is a light within the light irradiation surface in order to prevent color unevenness when the light generated by the first light source 2 and the second light source 3 is irradiated to the tooth to be measured. It has a function of making the intensity distribution uniform between the light of the first wavelength and the light of the second wavelength. It is important that the light intensity distribution is the same between the first wavelength light and the second wavelength light, and it is permissible to have the light intensity distribution itself. Relatively high.

出射光用光学フィルター5は、第1の光源2と第2の光源3の光を通過させ、歯垢由来の蛍光波長領域をカットするフィルターであり、500nm以上の波長をカットする。出射光用光学フィルター5にショートパスフィルターを用いる場合、カットオフ波長は、第2の波長よりも十分長く、かつ歯垢に含まれる蛍光物質の蛍光波長よりも十分短波長に選べばよい。   The outgoing light optical filter 5 is a filter that allows the light of the first light source 2 and the second light source 3 to pass therethrough and cuts the fluorescence wavelength region derived from dental plaque, and cuts the wavelength of 500 nm or more. When a short pass filter is used for the outgoing light optical filter 5, the cutoff wavelength may be selected to be sufficiently longer than the second wavelength and sufficiently shorter than the fluorescence wavelength of the fluorescent substance contained in the plaque.

出射光用光導波路6は、第1の光源2又は第2の光源3の光を測定対象の歯の付近まで減衰させずに運ぶためのものであり、その材質としては、例えばプラスチックやガラスが用いられる。また、出射光用光導波路6の外周をミラーコーティングして光漏れを防止することがより好ましい。また、出射光用光導波路6として、ライトパイプのようなミラーで囲まれた中空の光導波路を用いることもできる。   The outgoing light optical waveguide 6 is for carrying the light of the first light source 2 or the second light source 3 without being attenuated to the vicinity of the tooth to be measured, and the material thereof is, for example, plastic or glass. Used. More preferably, the outer periphery of the outgoing light optical waveguide 6 is mirror-coated to prevent light leakage. Further, as the outgoing light optical waveguide 6, a hollow optical waveguide surrounded by a mirror such as a light pipe can be used.

出射光用集光部7は、出射光用光導波路6中を伝播する光を歯の大きさ程度に集光して照射するためのレンズから構成される。第1の光源2又は第2の光源3からの励起光は、出射光用集光部7から、第1の照射光8又は第2の照射光9として歯10に照射される。   The outgoing light condensing unit 7 is composed of a lens for condensing and irradiating light propagating through the outgoing light optical waveguide 6 to the size of a tooth. The excitation light from the first light source 2 or the second light source 3 is applied to the teeth 10 as the first irradiation light 8 or the second irradiation light 9 from the output light condensing unit 7.

検出部200は、受光用集光部21、受光用光導波路22、受光用光学フィルター23及び光検出器24を有する。   The detection unit 200 includes a light receiving condensing unit 21, a light receiving optical waveguide 22, a light receiving optical filter 23, and a photodetector 24.

受光用集光部21は、歯で生じた蛍光を含む検査光20を集光する。受光用光導波路22は、受光用集光部21と共に、集光された光を光検出器24まで伝播するための光経路部分を構成する。蛍光測定装置1を歯ブラシに組み込む際には、歯ブラシのブラシ部分を受光用光導波路22として、歯ブラシの先端を受光用集光部21としてもよい。   The light receiving condensing unit 21 condenses the inspection light 20 including the fluorescence generated by the teeth. The light receiving optical waveguide 22 and the light receiving condensing unit 21 constitute an optical path portion for propagating the condensed light to the photodetector 24. When the fluorescence measuring apparatus 1 is incorporated in the toothbrush, the brush portion of the toothbrush may be used as the light receiving optical waveguide 22 and the tip of the toothbrush may be used as the light receiving condensing unit 21.

受光用光学フィルター23は、目的の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。受光用光学フィルター23は、歯垢に含まれる蛍光物質が発する蛍光波長領域である620nmから690nmの範囲を除く波長領域をカットするように設定することが好ましい。特に短波長側では、直接歯で反射した光源からの光の反射光が強く現れるので、これらをカットできるように、受光用光学フィルター23にはシャープな減衰特性を持たせることが好ましい。歯垢からの蛍光スペクトルは630〜640nm付近と670〜680nm付近との2つの強いピークを有するので、受光用光学フィルター23として、これらの蛍光スペクトルの形状に近づけた透過率特性を有するバンドパスフィルターを使うことで、S/N比を向上させることができる。   The light receiving optical filter 23 is a filter for cutting wavelength components other than the target fluorescence. The light receiving optical filter 23 is preferably set so as to cut a wavelength region excluding a range of 620 nm to 690 nm which is a fluorescence wavelength region emitted by a fluorescent substance contained in dental plaque. Particularly on the short wavelength side, since the reflected light of the light source directly reflected by the teeth appears strongly, it is preferable that the light receiving optical filter 23 has a sharp attenuation characteristic so that these can be cut off. Since the fluorescence spectrum from dental plaque has two strong peaks at around 630 to 640 nm and around 670 to 680 nm, a band pass filter having transmittance characteristics close to the shape of these fluorescence spectra as the light receiving optical filter 23. Can be used to improve the S / N ratio.

制御部300は、制御回路30と報知部31とから構成されている。   The control unit 300 includes a control circuit 30 and a notification unit 31.

制御回路30は、マイクロコンピュータにより構成され、第1の光源2及び第2の光源3の明るさと点灯時間を制御して、歯に対して2つの波長の光を交互に照射させる。このように、第1の光源2の点灯時間と第2の光源3の点灯時間とを分けることによって、それぞれの光が歯に照射されて得られる蛍光物質の蛍光を区別して受光することが可能となる。第1の光源2を点灯して得られた蛍光強度をP1とし、第2の光源3を点灯して得られた蛍光強度をP2として、制御回路30は、蛍光強度の比P1/P2、あるいは差(P1−P2)を求めることで、原理の項で説明したように、歯垢に含まれる蛍光物質量を求める。   The control circuit 30 is constituted by a microcomputer and controls the brightness and lighting time of the first light source 2 and the second light source 3 to alternately irradiate the teeth with light of two wavelengths. In this way, by dividing the lighting time of the first light source 2 and the lighting time of the second light source 3, it is possible to distinguish and receive the fluorescence of the fluorescent material obtained by irradiating each light with the teeth. It becomes. Assuming that the fluorescence intensity obtained by turning on the first light source 2 is P1, and the fluorescence intensity obtained by turning on the second light source 3 is P2, the control circuit 30 can calculate the fluorescence intensity ratio P1 / P2, or By obtaining the difference (P1−P2), as described in the principle section, the amount of fluorescent substance contained in the plaque is obtained.

報知部31は、求められた蛍光物質量を歯ブラシの利用者に報知する。この報知には、ブザー音や圧電素子を用いた電子音を用いてもよい。電子音の場合、蛍光物質量に応じて音の高さや大きさ、断続音のピッチを変えることで利用者にフィードバックすることができる。さらには、音声合成による音声メッセージや、音楽などを用いてもよい。あるいは、報知部31は、偏芯モーターを用いた振動報知や、LED点滅や色調を変えた光による報知、液晶表示による言語や図形、グラフによる報知を行ってもよい。さらに、報知部31に無線通信を併用し、携帯電話やパーソナルコンピュータなどの外部機器に報知情報や測定に関する情報を送信して、外部機器で使用者に報知してもよい。   The alerting | reporting part 31 alert | reports the calculated | required fluorescent substance amount to the user of a toothbrush. For this notification, a buzzer sound or an electronic sound using a piezoelectric element may be used. In the case of electronic sound, feedback can be provided to the user by changing the pitch and pitch of the sound and the pitch of the intermittent sound according to the amount of fluorescent material. Furthermore, a voice message by voice synthesis, music, or the like may be used. Or the alerting | reporting part 31 may perform alerting | reporting by the vibration alert | report using an eccentric motor, alerting | reporting by LED blinking or the light which changed the color tone, the language, figure, and graph by liquid crystal display. Further, the notification unit 31 may be used in combination with wireless communication, and notification information and information related to measurement may be transmitted to an external device such as a mobile phone or a personal computer to notify the user of the external device.

制御部300は、2つの波長の光ごとに、検出した蛍光強度を記録し、それらを任意回数分だけ平均化処理してもよく、これによりノイズを軽減することができる。また、制御部300は、蛍光灯などの室内光の影響を避けるために、第1の光源2及び第2の光源3の点灯時間を商用電源の周期とは異なる時間に設定して、これにより照明光の影響を軽減することができる。   The control unit 300 may record the detected fluorescence intensity for each of the two wavelengths of light, and may average them for an arbitrary number of times, thereby reducing noise. In addition, the control unit 300 sets the lighting time of the first light source 2 and the second light source 3 to a time different from the cycle of the commercial power source in order to avoid the influence of room light such as a fluorescent lamp. The influence of illumination light can be reduced.

また、制御部300は、必要に応じて消灯を挟んで第1の光源2又は第2の光源3の発光を交互に照射してもよい。第1の光源2又は第2の光源3を点灯して取得した蛍光物質量から消灯して取得した蛍光物質量を減算することで、環境光の影響を軽減することが可能である。   Moreover, the control part 300 may irradiate light emission of the 1st light source 2 or the 2nd light source 3 alternately on both sides of light extinction as needed. By subtracting the amount of fluorescent material acquired by turning off the first light source 2 or the second light source 3 from the amount of fluorescent material acquired by turning on the first light source 2 or the second light source 3, it is possible to reduce the influence of ambient light.

図4(A)及び図4(B)は、歯ブラシ型の蛍光測定装置400の構成図である。   4A and 4B are configuration diagrams of a toothbrush type fluorescence measuring apparatus 400. FIG.

歯ブラシ型の蛍光測定装置400は、検査光として蛍光を利用する光測定装置の一例であり、歯ブラシヘッド41、柄部42及び握り部43から構成されている。第1の光源2及び第2の光源3は、握り部43内に設けられた回路基板44に制御回路30(図3を参照)、報知部31と共に搭載されている。第1の光源2及び第2の光源3からの光は、握り部43に設けられた混色部4及び出射光用光学フィルター5と、柄部42に設けられた長いテーパー形状の出射光用光導波路6aとを介して、歯ブラシヘッド41に導かれる。導かれた光は、歯ブラシヘッド41内でミラーなどの手段などを用いて方向が変えられ、歯ブラシヘッド41上の光照射部50から、励起光として歯面に対して照射される。歯で生じた蛍光は、歯ブラシヘッド41の光検出部51に配置された蛍光を透過する材質の複数のブラシ40を介して、光検出器24に導かれる。   The toothbrush type fluorescence measurement apparatus 400 is an example of a light measurement apparatus that uses fluorescence as inspection light, and includes a toothbrush head 41, a handle part 42, and a grip part 43. The first light source 2 and the second light source 3 are mounted on a circuit board 44 provided in the grip portion 43 together with the control circuit 30 (see FIG. 3) and the notification portion 31. The light from the first light source 2 and the second light source 3 is emitted from the mixed color portion 4 and the outgoing light optical filter 5 provided in the grip portion 43, and the long tapered light output light provided in the handle portion 42. It is guided to the toothbrush head 41 via the waveguide 6a. The direction of the guided light is changed using means such as a mirror in the toothbrush head 41, and the tooth surface is irradiated as excitation light from the light irradiation unit 50 on the toothbrush head 41. The fluorescence generated in the teeth is guided to the photodetector 24 through a plurality of brushes 40 made of a material that transmits the fluorescence disposed in the light detection unit 51 of the toothbrush head 41.

蛍光測定装置400では、図4(B)に示すように、光照射部50は歯ブラシヘッドの中央に配置され、光検出部51は光照射部50に隣接して設けられている。しかしながら、配置はこの例に限らず、例えば、複数の光照射部50と複数の光検出部51とを歯ブラシヘッドに設けてもよいし、それらを直線状に交互に配置してもよい。   In the fluorescence measuring apparatus 400, as shown in FIG. 4B, the light irradiation unit 50 is disposed in the center of the toothbrush head, and the light detection unit 51 is provided adjacent to the light irradiation unit 50. However, the arrangement is not limited to this example. For example, a plurality of light irradiation units 50 and a plurality of light detection units 51 may be provided in the toothbrush head, or they may be alternately arranged in a straight line.

光検出器24で検出された蛍光は光電流に変換され、配線52を介して回路基板44に伝えられる。光電流から回路基板44内に設けられた制御回路30により蛍光物質量が求められ、その蛍光物質量が報知部31によりブザーや電子音などで利用者に報知される。   The fluorescence detected by the photodetector 24 is converted into a photocurrent and transmitted to the circuit board 44 via the wiring 52. The amount of the fluorescent material is obtained from the photocurrent by the control circuit 30 provided in the circuit board 44, and the amount of the fluorescent material is notified to the user by the notification unit 31 with a buzzer or an electronic sound.

握り部43には、蛍光測定装置400を駆動するための電源として電池45が搭載されている。また、握り部43には2つのスイッチ46が設けられている。例えば、一方のスイッチ46を用いて蛍光測定機能をオン・オフすることができ、他方のスイッチ46を用いて、報知音を切り替えたり、蛍光の検出感度を調整したりすることができる。   A battery 45 is mounted on the grip 43 as a power source for driving the fluorescence measuring device 400. The grip portion 43 is provided with two switches 46. For example, the fluorescence measurement function can be turned on / off using one switch 46, and the notification sound can be switched or the fluorescence detection sensitivity can be adjusted using the other switch 46.

図5(A)〜図5(C)は、混色部4の構成例を示す図である。歯ブラシ型の蛍光測定装置400では、第1の光源2又は第2の光源3から歯に照射される光の面内強度分布が変化しないことが重要であり、そのことが検出限界を決定する重要な指標となる。そのため、歯ブラシヘッド41に設けられた出射光用集光部7に光が達する段階で、照射光の面内強度分布に波長依存性がないことが必要である。混色部4は、照射光の面内強度分布の波長依存性をなくす作用を担う。   FIG. 5A to FIG. 5C are diagrams illustrating a configuration example of the color mixing unit 4. In the toothbrush type fluorescence measuring apparatus 400, it is important that the in-plane intensity distribution of the light irradiated to the teeth from the first light source 2 or the second light source 3 does not change, which is important for determining the detection limit. Index. For this reason, it is necessary that the in-plane intensity distribution of the irradiated light has no wavelength dependence at the stage where the light reaches the outgoing light condensing unit 7 provided in the toothbrush head 41. The color mixing unit 4 has a function of eliminating the wavelength dependency of the in-plane intensity distribution of the irradiation light.

図5(A)は、テーパー形状のライトパイプを用いた混色部の構成例を示す図である。歯ブラシ型の蛍光測定装置400の柄部42から歯ブラシヘッド41に渡って出射光用光導波路6aとしてライトパイプを配置することで、長い光学経路を得ることができる。第1の光源2又は第2の光源3からの光は、ライトパイプ内で複数回の反射を繰り返すことで面内分布が均一化されるので、混色の効果を容易に高めることができる。つまり、出射光用光導波路6a自体が混色部として機能する。第1の光源2又は第2の光源3から斜めに出射した光62は複数回の反射を繰り返す一方、出射光用光導波路6aの端面に対してほぼ垂直に出射した光61は反射回数が少なくなるが、長い光学経路のため有効な混色が可能となる。   FIG. 5A is a diagram illustrating a configuration example of a color mixing unit using a tapered light pipe. A long optical path can be obtained by arranging a light pipe as the outgoing light optical waveguide 6a from the handle portion 42 of the toothbrush type fluorescence measuring apparatus 400 to the toothbrush head 41. Since the in-plane distribution of the light from the first light source 2 or the second light source 3 is made uniform by repeating the reflection a plurality of times in the light pipe, the effect of color mixing can be easily enhanced. That is, the outgoing light optical waveguide 6a itself functions as a color mixing portion. The light 62 emitted obliquely from the first light source 2 or the second light source 3 repeats reflection a plurality of times, while the light 61 emitted substantially perpendicular to the end face of the outgoing light optical waveguide 6a has a small number of reflections. However, effective color mixing is possible because of the long optical path.

図5(A)に示すテーパー形状のライトパイプを出射光用光導波路6aとして用いることで、混色部4を別途設けなくても出射光用光導波路6aに混色部の機能をもたせることができ、簡便な構成で照射光の面内強度分布を均一に近づけることが可能となる。極端に斜めに出射した光はライトパイプ内での反射回数が多いため反射損失が無視できなくなるが、第1の光源2及び第2の光源3として出射角が狭い砲弾型LEDを使うことで、反射損失を減らし、同時に光結合効率を上げることができる。   By using the tapered light pipe shown in FIG. 5 (A) as the outgoing light optical waveguide 6a, the outgoing light optical waveguide 6a can be provided with the function of the mixed color portion without providing the mixed color portion 4 separately. It is possible to make the in-plane intensity distribution of the irradiation light close to uniform with a simple configuration. Although the light emitted extremely obliquely has a large number of reflections in the light pipe, the reflection loss cannot be ignored. However, by using bullet-type LEDs having a narrow emission angle as the first light source 2 and the second light source 3, It is possible to reduce reflection loss and at the same time increase the optical coupling efficiency.

ライトパイプは、ミラーを使った中空タイプでも、プラスチック製でもよい。プラスチック製の場合、外周に金属ミラーをコーティングすることで、光漏れを減少させることが可能である。ライトパイプの形状は、単純な直線形状でもテーパー状でもよいが、規則的なあるいは乱雑な反射面をパイプ内部に設けることで、混色の効果を容易に高めることが可能である。ライトパイプの断面形状は、丸型、楕円型、矩形、多角形などでもよく、そうした様々な形状のうちで、歯ブラシの形状及びデザインに合わせて適した構造を使い分けることも容易である。   The light pipe may be a hollow type using a mirror or made of plastic. In the case of plastic, light leakage can be reduced by coating a metal mirror on the outer periphery. The shape of the light pipe may be a simple linear shape or a tapered shape, but by providing a regular or messy reflective surface inside the pipe, the effect of color mixing can be easily enhanced. The cross-sectional shape of the light pipe may be round, oval, rectangular, polygonal, etc., and among these various shapes, it is easy to properly use a structure suitable for the shape and design of the toothbrush.

図5(B)は、図5(A)に示す出射光用光導波路6aに混色部4が追加された形態の説明図である。図5(B)に示す例では、混色部4として、入射端面にマイクロレンズアレイ64が配置されたものが用いられている。こうして第1の光源2又は第2の光源3からの光を複数の点光源からの光67,69に変換することで、混色の効果がさらに高まる。   FIG. 5B is an explanatory diagram of a form in which the color mixing portion 4 is added to the outgoing light optical waveguide 6a shown in FIG. In the example shown in FIG. 5B, the color mixing unit 4 in which the microlens array 64 is disposed on the incident end surface is used. Thus, by converting the light from the first light source 2 or the second light source 3 into light 67 and 69 from a plurality of point light sources, the effect of color mixing is further enhanced.

また、図5(B)に示す例では、第1の光源2及び第2の光源3としてLEDチップが、45度の反射ミラーを持ったミラー付き基板63に実装されている。この構造により、第1の光源2及び第2の光源3から出射する光が前方に導かれるので、出射角が狭まる。さらに、LEDチップを使うことで光源の間隔を狭くできるため、照射光の面内強度分布をより均一に近づけることが可能である。   In the example shown in FIG. 5B, LED chips as the first light source 2 and the second light source 3 are mounted on a mirror-equipped substrate 63 having a 45-degree reflection mirror. With this structure, the light emitted from the first light source 2 and the second light source 3 is guided forward, so that the emission angle is narrowed. Furthermore, since the interval between the light sources can be reduced by using the LED chip, the in-plane intensity distribution of the irradiated light can be made more uniform.

図5(C)は、図5(A)に示す出射光用光導波路6aに別の構成の混色部4が追加された形態の説明図である。図5(C)に示す例では、混色部4として、第1の光源2及び第2の光源3からの出射光を散乱させる散乱体を含むものが用いられている。この混色部4は、光散乱粒子71を含む透明な樹脂で、ミラー付き基板63に搭載された第1の光源2及び第2の光源3を封止して形成されている。各光源からの光を多数の光散乱粒子71で多重に散乱させることで、照射光の面内強度分布を均一に近づけることができる。また、混色部4の出射端面にマイクロレンズアレイ64を追加してもよく、これにより混色の効果をさらに高めることが可能である。   FIG. 5C is an explanatory diagram of a form in which the color mixing portion 4 having another configuration is added to the outgoing light optical waveguide 6a shown in FIG. In the example shown in FIG. 5C, the color mixing unit 4 includes a scatterer that scatters light emitted from the first light source 2 and the second light source 3. The color mixing portion 4 is a transparent resin including light scattering particles 71 and is formed by sealing the first light source 2 and the second light source 3 mounted on the mirror-equipped substrate 63. By multiplying the light from each light source by multiple light scattering particles 71, the in-plane intensity distribution of the irradiated light can be made close to uniform. Further, a microlens array 64 may be added to the emission end face of the color mixing portion 4, thereby further enhancing the color mixing effect.

図6は、歯ブラシヘッド41の内部を示す構成図である。出射光用光導波路6aを伝わる光は、歯ブラシヘッド41内のミラー6bで向きを変え、出射光用光導波路6cを介して、出射光用集光部7から歯10に向けて励起光として照射される。歯の表面に付着した歯垢及びその近辺の歯から生じた蛍光は、ブラシ40と受光用光学フィルター23を介して、光検出器24で検出される。ブラシ40の先端は、曲率を持たせることにより受光用集光部21として機能し、続くブラシ40は、受光用光導波路22として機能する。また、受光用光学フィルター23を取り囲むように遮光体23aが配置されており、遮光体23aは、環境光や励起光がブラシ40を介さずに直接受光用光学フィルター23に入射することを防ぐ。   FIG. 6 is a configuration diagram showing the inside of the toothbrush head 41. The light transmitted through the outgoing light optical waveguide 6a is changed in direction by the mirror 6b in the toothbrush head 41 and irradiated as excitation light from the outgoing light condensing unit 7 toward the teeth 10 via the outgoing light optical waveguide 6c. Is done. Plaque adhering to the tooth surface and fluorescence generated from the teeth in the vicinity thereof are detected by the photodetector 24 through the brush 40 and the light receiving optical filter 23. The tip of the brush 40 functions as the light receiving condensing unit 21 by giving a curvature, and the subsequent brush 40 functions as the light receiving optical waveguide 22. Further, a light shielding body 23 a is disposed so as to surround the light receiving optical filter 23, and the light shielding body 23 a prevents ambient light and excitation light from directly entering the light receiving optical filter 23 without passing through the brush 40.

受光用光学フィルター23とブラシ40の端面とをブラシ40及び受光用光学フィルター23の屈折率に近い屈折率を持つ光学接着剤で接着することで、散乱損失を防ぐことができる。また、受光用光学フィルター23の機能を有する光学接着剤を使って、ブラシ40の端面と光検出器24の開口部24aとを接着することもできる。さらに、ブラシ40の素材に光学フィルターとして機能するような素材を用いることも可能である。その際は、ブラシ40の端面は、光検出器24の開口部24aに配置され、光学接着剤で接着される。   By adhering the light receiving optical filter 23 and the end surface of the brush 40 with an optical adhesive having a refractive index close to that of the brush 40 and the light receiving optical filter 23, scattering loss can be prevented. Further, the end surface of the brush 40 and the opening 24 a of the photodetector 24 can be bonded using an optical adhesive having the function of the light receiving optical filter 23. Furthermore, a material that functions as an optical filter can be used as the material of the brush 40. In that case, the end surface of the brush 40 is arrange | positioned at the opening part 24a of the photodetector 24, and is adhere | attached with an optical adhesive agent.

蛍光を用いて歯垢を検出するには、上記の通り、歯からの蛍光と歯垢からの蛍光を分離して求める必要がある。例えば、ピーク波長が405nmの紫色光で歯を励起すると、歯垢由来の蛍光と歯の自家蛍光の両方が発生するが、ピーク波長が465nmの青色光で歯を励起すると、歯の自家蛍光だけが発生する。そこで、歯垢量を求めるには、紫色光で歯を励起したときの蛍光強度から、青色光で歯を励起したときの蛍光強度を差し引く必要がある。さらに、歯垢からの蛍光は微弱であり、歯垢由来の蛍光のピーク波長635nmは蛍光灯のピーク波長620nmに近いため、蛍光灯などの環境光の影響を取り除くことも必要である。蛍光灯の光を光学フィルターだけで除去することは困難であるため、制御部300では、ノイズ除去能力が高く微弱な光を測定できるロックインアンプを使用する。   In order to detect plaque using fluorescence, as described above, it is necessary to separately obtain fluorescence from teeth and fluorescence from plaque. For example, when a tooth is excited with violet light having a peak wavelength of 405 nm, both plaque-derived fluorescence and tooth autofluorescence are generated, but when a tooth is excited with blue light having a peak wavelength of 465 nm, only the tooth autofluorescence is generated. Occurs. Therefore, in order to determine the amount of plaque, it is necessary to subtract the fluorescence intensity when the teeth are excited with blue light from the fluorescence intensity when the teeth are excited with purple light. Furthermore, the fluorescence from the plaque is weak, and the peak wavelength 635 nm of the fluorescence derived from the plaque is close to the peak wavelength 620 nm of the fluorescent lamp. Therefore, it is necessary to remove the influence of ambient light such as the fluorescent lamp. Since it is difficult to remove the light from the fluorescent lamp using only the optical filter, the control unit 300 uses a lock-in amplifier that has a high noise removal capability and can measure weak light.

制御部300は、1相(1組)のロックインアンプを時分割駆動して、等価的に2相(2組)のロックインアンプとして用いることで、歯と歯垢の蛍光強度を測定する。特に、制御部300では、単純な時分割駆動の場合とは光源の点灯パターンを変えることで、歯と歯垢の蛍光の測定精度と環境光のノイズ除去特性を向上させる。以下では、単純な時分割駆動を行う比較例の制御部310(図7を参照)と比較して、蛍光測定装置1,400(実施例)の制御部300の回路構成と動作を説明する。   The control unit 300 drives the one-phase (one set) lock-in amplifier in a time-sharing manner, and equivalently uses it as a two-phase (two sets) lock-in amplifier, thereby measuring the fluorescence intensity of teeth and plaque. . In particular, the control unit 300 improves the measurement accuracy of the fluorescence of the teeth and plaque and the noise removal characteristics of the ambient light by changing the lighting pattern of the light source as compared with the case of simple time division driving. Hereinafter, the circuit configuration and operation of the control unit 300 of the fluorescence measurement devices 1 and 400 (example) will be described in comparison with the control unit 310 (see FIG. 7) of the comparative example that performs simple time-division driving.

図7は、比較例の制御部310の回路構成を示すブロック図である。図8は、制御部310の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図9は、実施例の制御部300の回路構成を示すブロック図である。図10は、制御部300の動作タイミングを示すタイミングチャートである。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a circuit configuration of the control unit 310 of the comparative example. FIG. 8 is a timing chart showing the operation timing of the control unit 310. FIG. 9 is a block diagram illustrating a circuit configuration of the control unit 300 according to the embodiment. FIG. 10 is a timing chart showing the operation timing of the control unit 300.

図9に示す実施例の制御部300は、制御回路30及び報知部31(図3を参照)に加えて、光源駆動回路83,84、インバータ85、電流電圧変換回路86、発振回路100A、間引き制御回路102A及びロックインアンプ103を有する。これらは、握り部43内の回路基板44(図4を参照)上に設けられている。図7に示す比較例の制御部310の回路構成は、インバータ85が間引き制御回路102Bに置き換えられている点のみが制御部300のものと異なる。図7及び図9では、便宜的に、光源部100内の第1の光源2及び第2の光源3、並びに検出部200内の光検出器24も併せて図示している。   9, in addition to the control circuit 30 and the notification unit 31 (see FIG. 3), the control unit 300 includes light source drive circuits 83 and 84, an inverter 85, a current-voltage conversion circuit 86, an oscillation circuit 100A, a thinning-out circuit. A control circuit 102A and a lock-in amplifier 103 are included. These are provided on a circuit board 44 (see FIG. 4) in the grip portion 43. The circuit configuration of the control unit 310 of the comparative example illustrated in FIG. 7 is different from that of the control unit 300 only in that the inverter 85 is replaced with a thinning control circuit 102B. 7 and 9, the first light source 2 and the second light source 3 in the light source unit 100 and the photodetector 24 in the detection unit 200 are also illustrated for convenience.

発振回路100Aは、制御回路30の制御の下で、周期Tの矩形波であるタイミング信号101(基準信号の一例)を生成する。   The oscillation circuit 100 </ b> A generates a timing signal 101 (an example of a reference signal) that is a rectangular wave with a period T under the control of the control circuit 30.

光源駆動回路83は第1の光源2を駆動し、光源駆動回路84は第2の光源3を駆動する。光源駆動回路83,84は、発振回路100Aからのタイミング信号101に基づいて、第1の光源2及び第2の光源3を交互に駆動する。制御部300では、第1の光源2及び第2の光源3のうちで第2の光源3のみがインバータ85を介して発振回路100Aに接続されているので、第1の光源2はタイミング信号101と同相で点灯し、第2の光源3はタイミング信号101とは逆相で点灯する。第1の光源2は、タイミング信号101の1周期内における前半の半周期に発光して、第1の波長の光(例えば405nmの紫色光)を出射する。第2の光源3は、タイミング信号101の1周期内における後半の半周期に発光して、第2の波長の光(例えば465nmの青色光)を出射する。   The light source driving circuit 83 drives the first light source 2, and the light source driving circuit 84 drives the second light source 3. The light source driving circuits 83 and 84 alternately drive the first light source 2 and the second light source 3 based on the timing signal 101 from the oscillation circuit 100A. In the control unit 300, only the second light source 3 among the first light source 2 and the second light source 3 is connected to the oscillation circuit 100 </ b> A via the inverter 85. And the second light source 3 lights in the opposite phase to the timing signal 101. The first light source 2 emits light in the first half of the timing signal 101 and emits light having the first wavelength (for example, 405 nm purple light). The second light source 3 emits light in the latter half of the timing signal 101 and emits light of the second wavelength (for example, 465 nm blue light).

光検出器24は、第1の光源が点灯し第1の波長の光が歯に照射されたときに歯から発生する蛍光の強度(第1の蛍光強度)と、第2の光源3が点灯し第2の波長の光が歯に照射されたときに歯から発生する蛍光の強度(第2の蛍光強度)を検出する。電流電圧変換回路86は、光検出器24の出力信号を電圧信号に変換して、光信号PDを生成する。以下では、歯垢由来の蛍光による光信号PDを「歯垢の蛍光量Pp」、歯の自家蛍光による光信号PDを「歯の蛍光量Pt」という。   The light detector 24 turns on the intensity of fluorescence (first fluorescence intensity) generated from the teeth when the first light source is turned on and light of the first wavelength is irradiated on the teeth, and the second light source 3 is turned on. Then, the intensity of the fluorescence (second fluorescence intensity) generated from the tooth when the second wavelength light is irradiated on the tooth is detected. The current-voltage conversion circuit 86 converts the output signal of the photodetector 24 into a voltage signal, and generates an optical signal PD. In the following, the optical signal PD derived from plaque-derived fluorescence is referred to as “plaque fluorescence amount Pp”, and the optical signal PD derived from tooth autofluorescence is referred to as “dental fluorescence amount Pt”.

間引き制御回路102Aは、制御回路30からの間引き信号102に従って、時分割された複数の時間領域のうちで偶数番目の時間領域における第1の光源2の発光を禁止する信号を光源駆動回路83に出力し、これにより、その時間領域における第1の光源2の発光を停止させる。以下では、複数の時間領域のうちで、奇数番目の時間領域のことを「第1の期間T1」、偶数番目の時間領域のことを「第2の期間T2」という。第1及び第2の期間は、タイミング信号101の周期Tよりも長い周期で交互に繰り返される。間引き制御回路102Aは、第2の期間T2ではなく第1の期間T1に第1の光源2の発光を停止させてもよく、第1の期間T1と第2の期間T2のどちらを発光停止期間としても、制御部300の動作は本質的に同じである。制御部300では、発振回路100A、間引き制御回路102A及びインバータ85が発光制御部として機能する。   The thinning control circuit 102A sends a signal for prohibiting the light emission of the first light source 2 to the light source driving circuit 83 in the even-numbered time domain among the plurality of time-divided time domains in accordance with the thinning signal 102 from the control circuit 30. In this way, the light emission of the first light source 2 in the time domain is stopped. Hereinafter, among the plurality of time regions, the odd-numbered time region is referred to as “first period T1”, and the even-numbered time region is referred to as “second period T2”. The first and second periods are alternately repeated with a period longer than the period T of the timing signal 101. The thinning-out control circuit 102A may stop the light emission of the first light source 2 not in the second period T2 but in the first period T1, and in either the first period T1 or the second period T2, the light emission stop period Even so, the operation of the controller 300 is essentially the same. In the control unit 300, the oscillation circuit 100A, the thinning-out control circuit 102A, and the inverter 85 function as a light emission control unit.

ロックインアンプ103は、位相検波器104及びA/Dコンバータ106を有する。位相検波器104は、タイミング信号101に従い光信号PDを位相検波して光信号PD同士の差を求めることで、歯の蛍光量Pt及び歯垢の蛍光量Ppに応じた同相検波出力105を生成する。制御部300では、第1の期間T1には第1の光源2と第2の光源3が交互に点灯し、第2の期間T2には第2の光源3のみが点灯する。このため、位相検波器104は、同相検波出力105として、第1の期間T1には、第1及び第2の蛍光強度に応じた信号(第1の出力信号)を生成し、第2の期間T2には、第2の蛍光強度に応じた信号(第2の出力信号)を生成する。A/Dコンバータ106は、同相検波出力105をデジタルの同相検波出力107(IOUT1,IOUT2)に変換して、制御回路30に出力する。   The lock-in amplifier 103 includes a phase detector 104 and an A / D converter 106. The phase detector 104 detects the phase of the optical signal PD according to the timing signal 101 and obtains a difference between the optical signals PD, thereby generating an in-phase detection output 105 corresponding to the tooth fluorescence amount Pt and the plaque fluorescence amount Pp. To do. In the control unit 300, the first light source 2 and the second light source 3 are alternately turned on in the first period T1, and only the second light source 3 is turned on in the second period T2. Therefore, the phase detector 104 generates a signal (first output signal) corresponding to the first and second fluorescence intensities in the first period T1 as the in-phase detection output 105, and the second period. At T2, a signal (second output signal) corresponding to the second fluorescence intensity is generated. The A / D converter 106 converts the in-phase detection output 105 into a digital in-phase detection output 107 (IOUT1, IOUT2) and outputs it to the control circuit 30.

制御回路30は、発振回路100A及び間引き制御回路102Aの動作を制御すると共に、第1及び第2の期間における同相検波出力107から、測定対象の蛍光物質量である歯の蛍光量Pt及び歯垢の蛍光量Ppを算出する。   The control circuit 30 controls the operation of the oscillation circuit 100A and the thinning-out control circuit 102A, and from the in-phase detection output 107 in the first and second periods, the tooth fluorescence amount Pt and the plaque, which are the amount of the fluorescent substance to be measured. The amount of fluorescence Pp is calculated.

比較例の制御部310では、図7に示すように、発振回路100Aと光源駆動回路83の間に間引き制御回路102Aが、発振回路100Aと光源駆動回路84の間に間引き制御回路102Bが、それぞれ設けられている。制御部310の間引き制御回路102Aは、制御回路30からの間引き信号102に従って、第1の期間T1のみ第1の光源2の発光を許可し、第2の期間T2における第1の光源2の発光を禁止する信号を光源駆動回路83に出力する。間引き制御回路102Bは、間引き信号102に従って、第2の期間T2のみ第2の光源3の発光を許可し、第1の期間T1における第2の光源3の発光を禁止する信号を光源駆動回路84に出力する。制御部310では、第1の光源2と第2の光源3の両方とも、第1の期間T1又は第2の期間T2におけるタイミング信号101の前半の半周期に発光する。   In the control unit 310 of the comparative example, as shown in FIG. 7, a thinning control circuit 102A is provided between the oscillation circuit 100A and the light source driving circuit 83, and a thinning control circuit 102B is provided between the oscillation circuit 100A and the light source driving circuit 84. Is provided. The thinning control circuit 102A of the control unit 310 permits light emission of the first light source 2 only in the first period T1 according to the thinning signal 102 from the control circuit 30, and light emission of the first light source 2 in the second period T2. Is output to the light source driving circuit 83. The thinning control circuit 102B permits the light emission of the second light source 3 only in the second period T2 in accordance with the thinning signal 102 and prohibits the light emission of the second light source 3 in the first period T1. Output to. In the control unit 310, both the first light source 2 and the second light source 3 emit light in the first half period of the timing signal 101 in the first period T1 or the second period T2.

図8では、タイミング信号101をTIMで表し、第1の光源2及び第2の光源3の点灯タイミングをそれぞれVLED,BLEDで表す。PDは、電流電圧変換回路86から出力される光信号である。これらは、後述する図10及び図11でも同様である。以下では、簡単のため、紫色LEDである第1の光源2及び青色LEDである第2の光源3のことも、それぞれVLED,BLEDという。   In FIG. 8, the timing signal 101 is represented by TIM, and the lighting timings of the first light source 2 and the second light source 3 are represented by VLED and BLED, respectively. PD is an optical signal output from the current-voltage conversion circuit 86. The same applies to FIGS. 10 and 11 described later. Hereinafter, for simplicity, the first light source 2 that is a purple LED and the second light source 3 that is a blue LED are also referred to as VLED and BLED, respectively.

図8では、時分割駆動を制御する間引き信号102をDIVで表す。図8に示す比較例の時分割駆動では、DIVが「H」の期間が、時分割の前半(奇数番目)の時間領域(第1の期間T1)であり、この期間にはVLEDが発光する。DIVが「L」の期間が、時分割の後半(偶数番目)の時間領域(第2の期間T2)であり、この期間にはBLEDが発光する。Tsは、A/Dコンバータ106によるデータ取得間隔(サンプリング時間)であり、これは後述する図10及び図11でも同様である。比較例では、一例として、タイミング信号101の周期Tを256μs(3.91kHz)、第1の期間T1、第2の期間T2及びデータ取得間隔Tsを共に12.5ms(80Hz)とする。時分割駆動の周期はT1+T2=2Ts=25ms(40Hz)である。   In FIG. 8, the thinning signal 102 for controlling the time division driving is represented by DIV. In the time division drive of the comparative example shown in FIG. 8, the period when DIV is “H” is the first half (odd number) time region (first period T1) of the time division, and VLED emits light during this period. . The period in which DIV is “L” is the second half of the time division (even-numbered) time region (second period T2), and the BLED emits light during this period. Ts is a data acquisition interval (sampling time) by the A / D converter 106, and this is the same in FIGS. In the comparative example, as an example, the cycle T of the timing signal 101 is 256 μs (3.91 kHz), and the first period T1, the second period T2, and the data acquisition interval Ts are both 12.5 ms (80 Hz). The period of the time division driving is T1 + T2 = 2Ts = 25 ms (40 Hz).

比較例の制御部310では、第1の期間T1でTIMが「H」のときにはVLEDが点灯し、このときの光信号PDは、歯の蛍光量Ptと歯垢の蛍光量Ppの和である(P1=Pt+Pp)。第2の期間T2でTIMが「H」のときにはBLEDが点灯し、このときの光信号PDは歯の蛍光量Ptである(P2=Pt)。TIMが「L」のときにはVLEDとBLEDは消灯し、このときの光信号PDは0である。したがって、比較例の場合、第1及び第2の期間における同相検波出力107(IOUT1,IOUT2)は、
IOUT1=(P1−0)/2=(Pt+Pp)/2
IOUT2=(P2−0)/2=Pt/2
であり、制御回路30が算出する歯の蛍光量Pt及び歯垢の蛍光量Ppは、
Pt=2×IOUT2
Pp=2×(IOUT1−IOUT2)
である。
In the control unit 310 of the comparative example, when the TIM is “H” in the first period T1, the VLED is turned on, and the optical signal PD at this time is the sum of the tooth fluorescence amount Pt and the plaque fluorescence amount Pp. (P1 = Pt + Pp). When the TIM is “H” in the second period T2, the BLED is turned on, and the optical signal PD at this time is the tooth fluorescence amount Pt (P2 = Pt). When TIM is “L”, VLED and BLED are turned off, and the optical signal PD at this time is zero. Therefore, in the case of the comparative example, the in-phase detection output 107 (IOUT1, IOUT2) in the first and second periods is
IOUT1 = (P1-0) / 2 = (Pt + Pp) / 2
IOUT2 = (P2-0) / 2 = Pt / 2
The tooth fluorescence amount Pt and the plaque fluorescence amount Pp calculated by the control circuit 30 are:
Pt = 2 × IOUT2
Pp = 2 × (IOUT1-IOUT2)
It is.

このようにして、時分割駆動の周期2Tsごとに、歯の蛍光量Ptと歯垢の蛍光量Ppのデータの組が得られる。比較例では、歯垢の蛍光量Ppは、第1の期間T1での出力信号IOUT1から第2の期間T2での出力信号IOUT2を差し引くことで求められる。その際、第1の期間T1における歯の蛍光量Ptを、第2の期間T2における歯の蛍光量Ptで代用して差し引くため、比較例の光測定方法では、第1及び第2の期間でノイズの相関が小さい場合には、ノイズの影響を大きく受ける。   In this way, a data set of the tooth fluorescence amount Pt and the plaque fluorescence amount Pp is obtained for each time-division driving cycle 2Ts. In the comparative example, the plaque fluorescence amount Pp is obtained by subtracting the output signal IOUT2 in the second period T2 from the output signal IOUT1 in the first period T1. At that time, since the tooth fluorescence amount Pt in the first period T1 is subtracted by substituting the tooth fluorescence amount Pt in the second period T2, the light measurement method of the comparative example uses the first and second periods. When the correlation of noise is small, it is greatly affected by noise.

図10では、時分割駆動を制御する間引き信号102をVINHで表す。図10に示す実施例の時分割駆動では、VINHが「L」の期間が、時分割の前半(奇数番目)の時間領域(第1の期間T1)であり、この期間にはVLEDとBLEDが交互に発光する。VINHが「H」の期間が、時分割の後半(偶数番目)の時間領域(第2の期間T2)であり、この期間にはVLEDの発光が禁止され、BLEDのみが発光する。実施例では、一例として、タイミング信号101の周期Tを256μs(3.91kHz)、データ取得間隔Tsを12.5ms(80Hz)、第1の期間T1を3Ts/2=18.75ms、第2の期間T2をTs/2=6.25msとする。時分割駆動の周期はT1+T2=2Ts=25ms(40Hz)である。   In FIG. 10, the thinning signal 102 for controlling the time division driving is represented by VINH. In the time division drive of the embodiment shown in FIG. 10, the period when VINH is “L” is the first half (odd number) time region (first period T1) of the time division, and VLED and BLED are in this period. It emits light alternately. The period during which VINH is “H” is the second half (even number) time region (second period T2) of the time division. During this period, light emission of the VLED is prohibited and only the BLED emits light. In the embodiment, as an example, the cycle T of the timing signal 101 is 256 μs (3.91 kHz), the data acquisition interval Ts is 12.5 ms (80 Hz), the first period T1 is 3Ts / 2 = 18.75 ms, The period T2 is Ts / 2 = 6.25 ms. The period of the time division driving is T1 + T2 = 2Ts = 25 ms (40 Hz).

実施例の制御部300では、第1の期間T1でTIMが「H」のときにはVLEDが点灯し、このときの光信号PDは、歯の蛍光量Ptと歯垢の蛍光量Ppの和である(P1=Pt+Pp)。TIMが「L」のときにはBLEDが点灯し、このときの光信号PDは歯の蛍光量Ptである(P2=Pt)。第2の期間T2でTIMが「H」のときにはVLEDとBLEDは消灯し、このときの光信号PDは0である。したがって、実施例の場合、第1及び第2の期間における同相検波出力107(IOUT1,IOUT2)は、
IOUT1=(P1−P2)/2={(Pt+Pp)−Pt}/2=Pp/2
IOUT2=(0−P2)/2 =−Pt/2
であり、制御回路30が算出する歯の蛍光量Pt及び歯垢の蛍光量Ppは、
Pt=−2×IOUT2
Pp= 2×IOUT1
である。
In the control unit 300 of the embodiment, when the TIM is “H” in the first period T1, the VLED is turned on, and the optical signal PD at this time is the sum of the tooth fluorescence amount Pt and the plaque fluorescence amount Pp. (P1 = Pt + Pp). When the TIM is “L”, the BLED is turned on, and the optical signal PD at this time is the tooth fluorescence amount Pt (P2 = Pt). When the TIM is “H” in the second period T2, the VLED and the BLED are turned off, and the optical signal PD at this time is zero. Therefore, in the case of the embodiment, the in-phase detection output 107 (IOUT1, IOUT2) in the first and second periods is
IOUT1 = (P1-P2) / 2 = {(Pt + Pp) -Pt} / 2 = Pp / 2
IOUT2 = (0−P2) / 2 = −Pt / 2
The tooth fluorescence amount Pt and the plaque fluorescence amount Pp calculated by the control circuit 30 are:
Pt = -2 × IOUT2
Pp = 2 × IOUT1
It is.

歯垢の蛍光量Ppは、歯垢量が多いほど大きくなるが、歯垢量が少なくても、測定装置と測定対象の歯との間の距離が近いほど大きくなる。このため、制御部300は、歯垢の蛍光量Ppに加えて歯の蛍光量Ptも算出する。両者の比をとれば、測定距離の変動による歯垢の蛍光量Ppへの影響を補正することができる。   The fluorescence amount Pp of plaque increases as the amount of plaque increases. However, even if the amount of plaque is small, the amount of fluorescence increases as the distance between the measuring device and the tooth to be measured is closer. Therefore, the control unit 300 calculates the tooth fluorescence amount Pt in addition to the plaque fluorescence amount Pp. If the ratio between the two is taken, it is possible to correct the influence of the plaque on the fluorescence amount Pp due to the variation in the measurement distance.

実施例では、第1の期間T1の出力信号IOUT1は、VLED点灯時に生じる歯及び歯垢の蛍光量とBLED点灯時に生じる歯の蛍光量との差成分であるから、IOUT1として歯垢の蛍光量が直接求められる。歯の蛍光量も、第2の期間T2の出力信号IOUT2として直接求められる。制御部300も、歯垢の蛍光量を求める際に異なる時刻での蛍光量P1,P2の差分をとるが、その時間差は、タイミング信号101の周期Tと同程度であり、制御部310の場合の蛍光量同士の時間差であるデータ取得間隔Tsよりもはるかに小さい。このため、制御部300では、時分割駆動をすることにより生じる測定誤差は、制御部310の場合よりも小さい。   In the embodiment, since the output signal IOUT1 in the first period T1 is a difference component between the fluorescence amount of the teeth and plaque generated when the VLED is lit and the fluorescence amount of the teeth generated when the BLED is lit, IOUT1 is the fluorescence amount of the plaque. Is required directly. The amount of tooth fluorescence is also directly determined as the output signal IOUT2 in the second period T2. The control unit 300 also takes the difference between the fluorescence amounts P1 and P2 at different times when calculating the plaque fluorescence amount, and the time difference is comparable to the period T of the timing signal 101. This is much smaller than the data acquisition interval Ts, which is the time difference between the fluorescence amounts. For this reason, in the control unit 300, the measurement error caused by the time-division driving is smaller than that in the control unit 310.

歯垢の蛍光は歯の蛍光に比べて弱いので、制御部300では、歯垢を検出する時間の割合、すなわち、時分割駆動の1周期における第1の期間T1の割合を増やせば、歯垢量の測定精度を向上させることができる。また、歯の蛍光量は、上記の通り、測定距離の変動による影響を補正するために補助的に用いられるものであるから、歯の蛍光量が得られる第2の期間T2は短くてもよい。したがって、実施例の時分割駆動では、第1の期間T1は第2の期間T2よりも長いことが好ましい。   Since plaque fluorescence is weaker than tooth fluorescence, the control unit 300 increases plaque by increasing the proportion of time for detecting plaque, that is, the proportion of the first period T1 in one period of time-division driving. The measurement accuracy of the quantity can be improved. Further, as described above, the tooth fluorescence amount is supplementarily used to correct the influence of the variation in the measurement distance, and therefore the second period T2 during which the tooth fluorescence amount is obtained may be short. . Therefore, in the time division driving of the embodiment, it is preferable that the first period T1 is longer than the second period T2.

実施例では、T1:T2=3:1とすると、1周期2TsにおいてVLEDは3/8の期間点灯し、BLEDは4/8の期間点灯する。この値は見かけの点灯期間であり、歯垢量を測定する期間T1におけるVLEDとBLEDの点灯期間は共に3/8であり、歯の蛍光を測定する期間T2におけるBLEDの点灯期間は1/8となる。これが測定精度を考慮した際の実質的な点灯期間となる。   In the embodiment, when T1: T2 = 3: 1, VLED is lit for a period of 3/8 and BLED is lit for a period of 4/8 in one cycle 2Ts. This value is an apparent lighting period, both the VLED and BLED lighting periods in the period T1 during which the plaque amount is measured is 3/8, and the BLED lighting period in the period T2 during which the tooth fluorescence is measured is 1/8. It becomes. This is a substantial lighting period in consideration of measurement accuracy.

時分割駆動を行わず、2相のロックインアンプを使用して、VLEDとBLEDを交互に、かつ50%よりも小さいDutyαで駆動した場合、αがVLEDとBLEDの見かけの点灯時間になる。実施例の時分割駆動に合わせてα=3/8とすると、2相のロックインアンプの出力IOUT1,IOUT2は、
IOUT1=αPp=(3/8)Pp
IOUT2=(1/2−α)(Pp+Pt)=(1/8)(Pp+Pt)
となる。歯の蛍光量PtはIOUT1とIOUT2から求められるが、各式の係数が実質的なLEDの点灯Dutyと考えられる。検出精度を考慮すると、歯垢の蛍光量を検出する場合の点灯時間はVLED,BLED共に3/8となる一方、歯の蛍光量の検出精度は実質的な点灯Dutyの小さいIOUT2で規定され、歯の蛍光量を検出する場合の実質的な点灯時間は検出原理から1/2−α=1/8となる。
When time-division driving is not performed and a VLED and a BLED are driven alternately and with a duty α smaller than 50% using a two-phase lock-in amplifier, α is an apparent lighting time of the VLED and the BLED. Assuming that α = 3/8 in accordance with the time-division driving of the embodiment, the outputs IOUT1 and IOUT2 of the two-phase lock-in amplifier are
IOUT1 = αPp = (3/8) Pp
IOUT2 = (1 / 2−α) (Pp + Pt) = (1/8) (Pp + Pt)
It becomes. The tooth fluorescence amount Pt is obtained from IOUT1 and IOUT2, and the coefficient of each equation is considered to be a substantial LED lighting duty. Considering the detection accuracy, the lighting time when detecting the fluorescence amount of plaque is 3/8 for both VLED and BLED, while the detection accuracy of the tooth fluorescence amount is defined by IOUT2 having a substantially small lighting duty, The substantial lighting time when detecting the fluorescence amount of the teeth is 1 / 2−α = 1/8 from the detection principle.

したがって、実施例では、1相のロックインアンプを使用しているにもかかわらず、2相のロックインアンプを使用する場合と同等の測定精度を得ることが可能である。用途により、歯に対して相対的に歯垢の検出感度を上げたい場合には、第2の期間T2を短くし、第1の期間T1を長くすることができる。   Therefore, in the embodiment, although a one-phase lock-in amplifier is used, it is possible to obtain measurement accuracy equivalent to that when a two-phase lock-in amplifier is used. If it is desired to increase the plaque detection sensitivity relative to the teeth, the second period T2 can be shortened and the first period T1 can be lengthened.

図11は、図10の動作タイミングの変形例を示すタイミングチャートである。図11では、第2の期間T2においてVLEDではなくBLEDの点灯を停止させる場合の動作タイミングを示しており、時分割駆動を制御する間引き信号102をBINHで表す。図11に示す変形例の時分割駆動では、BINHが「L」の期間が、時分割の前半(奇数番目)の時間領域(第1の期間T1)であり、この期間にはVLEDとBLEDが交互に発光する。BINHが「H」の期間が、時分割の後半(偶数番目)の時間領域(第2の期間T2)であり、この期間にはBLEDの発光が禁止され、VLEDのみが発光する。   FIG. 11 is a timing chart showing a modification of the operation timing of FIG. FIG. 11 shows the operation timing when the lighting of the BLED instead of the VLED is stopped in the second period T2, and the thinning signal 102 for controlling the time division driving is represented by BINH. In the time division drive of the modification shown in FIG. 11, the period in which BINH is “L” is the first half (odd number) time region (first period T1) of the time division, and VLED and BLED are in this period. It emits light alternately. The period in which BINH is “H” is the second half of the time division (even-numbered) time region (second period T2). During this period, BLED emission is prohibited and only VLED emits light.

変形例の場合、第1及び第2の期間における同相検波出力107(IOUT1,IOUT2)は、
IOUT1=(P1−P2)/2={(Pt+Pp)−Pt}/2=Pp/2
IOUT2=(P1−0)/2 =(Pt+Pp)/2
であり、制御回路30が算出する歯の蛍光量Pt及び歯垢の蛍光量Ppは、
Pt=2×(IOUT2−IOUT1)
Pp=2×IOUT1
である。
In the modification, the in-phase detection output 107 (IOUT1, IOUT2) in the first and second periods is
IOUT1 = (P1-P2) / 2 = {(Pt + Pp) -Pt} / 2 = Pp / 2
IOUT2 = (P1-0) / 2 = (Pt + Pp) / 2
The tooth fluorescence amount Pt and the plaque fluorescence amount Pp calculated by the control circuit 30 are:
Pt = 2 × (IOUT2-IOUT1)
Pp = 2 × IOUT1
It is.

変形例の時分割駆動では、歯の蛍光量Ptを求めるために第1の期間T1での出力信号IOUT1と第2の期間T2での出力信号IOUT2との差分をとる必要があるので、比較例の場合と同等の測定誤差が生じる。このため、変形例のように、実施例の場合と同様の点灯パターンを採用し、歯垢由来の蛍光が発生するVLEDの点灯時間を実施例の場合よりも長くしても、測定精度の向上には寄与しない。したがって、単に一方の期間で2つの光源を交互に駆動し、他方の期間で一方の光源だけを駆動すればよいわけではなく、実施例のように、他方の期間ではBLEDだけを駆動することが望ましい。実施例では、時分割駆動を行い、かつ一方の期間でBLEDだけを駆動することにより、各期間の出力信号として歯及び歯垢の蛍光量が直接得られ、2つの期間を跨って出力信号の差分をとる必要がないので、比較例及び変形例の場合と比べて測定精度が向上する。   In the time-division driving of the modified example, it is necessary to take the difference between the output signal IOUT1 in the first period T1 and the output signal IOUT2 in the second period T2 in order to obtain the tooth fluorescence amount Pt. A measurement error equivalent to that in the case of. For this reason, as in the modification, the same lighting pattern as in the case of the example is adopted, and the measurement accuracy is improved even if the lighting time of the VLED in which plaque-derived fluorescence is generated is longer than in the case of the example. Does not contribute. Therefore, it is not necessary to drive two light sources alternately in one period and only one light source in the other period, and only BLED is driven in the other period as in the embodiment. desirable. In the embodiment, by performing time-division driving and driving only the BLED in one period, the amount of fluorescence of teeth and dental plaque is directly obtained as the output signal of each period, and the output signal of two periods is straddled. Since it is not necessary to take the difference, the measurement accuracy is improved as compared with the comparative example and the modified example.

図12(A)〜図12(D)は、蛍光測定装置1,400を用いた測定と制御部300,310による出力信号の差異を説明する図である。図12(A)は、歯垢11が付着した2つの歯10に対して、図中に点線の矢印で示す水平方向右向きに励起光の照射スポット12を移動させながら、歯及び歯垢の蛍光量を測定する様子を示す。歯間付近の歯面に付着した歯垢は除去しにくいため、図12(A)に示した状況は、歯垢量の測定では一般的である。図12(B)〜図12(D)は、図12(A)に示す点線に沿って歯列を測定したときに検出される歯及び歯垢の蛍光強度の変化を示す。各図の横軸は時間tを、縦軸は蛍光強度Iを表す。   12A to 12D are diagrams for explaining the difference between the measurement using the fluorescence measuring apparatuses 1 and 400 and the output signals from the control units 300 and 310. FIG. FIG. 12A shows the fluorescence of the teeth and plaque while moving the irradiation spot 12 of the excitation light toward the right in the horizontal direction indicated by the dotted arrow in the figure with respect to the two teeth 10 to which the plaque 11 has adhered. The state of measuring the quantity is shown. Since the plaque adhering to the tooth surface in the vicinity of the interdental is difficult to remove, the situation shown in FIG. 12A is general in measuring the amount of plaque. 12 (B) to 12 (D) show changes in fluorescence intensity of teeth and plaque detected when the dentition is measured along the dotted line shown in FIG. 12 (A). In each figure, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents fluorescence intensity I.

図12(B)は、データ取得間隔Tsが十分短く、405nmの紫色光で歯を励起したときの蛍光量と465nmの青色光で歯を励起したときの蛍光量とを同時に測定できる理想的な測定装置を用いた場合の蛍光強度を示す。グラフの実線は、405nmの励起光での蛍光強度(歯垢の蛍光強度Ipと歯の蛍光強度Itとの和)であり、点線は、465nmの励起光での蛍光強度(歯の蛍光強度It)である。歯垢の蛍光強度Ip及び歯の蛍光強度Itは、上記した歯垢の蛍光量Pp及び歯の蛍光量Ptと実質的に同じである。グラフの実線と点線の差分である図中に矢印で示したベクトルが、歯垢の蛍光強度Ipに相当する。405nmの励起光での蛍光強度には、歯間付近の歯垢が付着している部分にピークが見られる。   FIG. 12B is an ideal case where the data acquisition interval Ts is sufficiently short, and the fluorescence amount when the tooth is excited with 405 nm violet light and the fluorescence amount when the tooth is excited with 465 nm blue light can be measured simultaneously. The fluorescence intensity when using a measuring device is shown. The solid line in the graph is the fluorescence intensity with the excitation light of 405 nm (sum of the plaque fluorescence intensity Ip and the tooth fluorescence intensity It), and the dotted line is the fluorescence intensity with the excitation light of 465 nm (tooth fluorescence intensity It ). The plaque fluorescence intensity Ip and the tooth fluorescence intensity It are substantially the same as the plaque fluorescence intensity Pp and the tooth fluorescence intensity Pt. A vector indicated by an arrow in the drawing, which is the difference between the solid line and the dotted line in the graph, corresponds to the fluorescence intensity Ip of dental plaque. In the fluorescence intensity with 405 nm excitation light, a peak is observed in the portion where plaque near the interdental adheres.

図12(C)は、比較例の時分割駆動で測定した場合の蛍光強度を示す。図12(C)では、時分割された奇数番目の時間領域(第1の期間)をT1,T3,・・・で表し、偶数番目の時間領域(第2の期間)をT2,T4,・・・で表す。P1は第1の期間T1での出力信号IOUT1であり、P2は第2の期間T2での出力信号IOUT2である。奇数番目の時間領域で得られる出力信号IOUT1は、405nmの励起光による歯垢の蛍光強度Ip’’と歯の蛍光強度It’’との和であり、偶数番目の時間領域で得られる出力信号IOUT2は、465nmの励起光による歯の蛍光強度It’’である。これらの出力信号は、データ取得間隔Tsごとに交互に得られる。歯垢の蛍光量は出力信号IOUT1,IOUT2の差分で求められるため、図中に矢印で示したベクトルが、歯垢の蛍光強度Ip’’に相当する。   FIG. 12C shows the fluorescence intensity when measured by time-division driving in the comparative example. In FIG. 12C, the time-divided odd time regions (first period) are represented by T1, T3,..., And the even time regions (second period) are represented by T2, T4,.・ ・P1 is the output signal IOUT1 in the first period T1, and P2 is the output signal IOUT2 in the second period T2. The output signal IOUT1 obtained in the odd-numbered time domain is the sum of the plaque fluorescence intensity Ip ″ and the tooth fluorescence intensity It ″ generated by the excitation light of 405 nm, and the output signal obtained in the even-numbered time domain. IOUT2 is the fluorescence intensity It ″ of the teeth due to the excitation light of 465 nm. These output signals are alternately obtained at every data acquisition interval Ts. Since the plaque fluorescence amount is obtained from the difference between the output signals IOUT1 and IOUT2, the vector indicated by the arrow in the figure corresponds to the plaque fluorescence intensity Ip ''.

図12(A)における左側の歯10の左端から測定する際、照射スポット12の移動に伴い歯10に当たる励起光量が増加するために、蛍光強度も増加する。第1の期間T1の蛍光強度であるP1(=Ip’’+It’’)と第2の期間T2の蛍光強度であるP2(=It’’)との差分は、左側の歯10の左端には歯垢がないため0になるはずであるが、比較例では、図12(C)の左端の矢印で示すように負の大きな値として算出される。図12(C)に矢印(ベクトル)で示した歯垢の蛍光強度Ip’’は図12(B)における実線と破線のグラフの差分とは大きく異なり、歯の両端や歯垢が付着している歯間付近などの蛍光量が大きく変化するところで特に測定誤差が生じていることが分かる。この測定誤差は、互いに異なる時刻、すなわち、照射スポット12が時間と共に移動することによる互いに異なる位置での蛍光強度を用いて歯垢量を算出するために生じる。   When measuring from the left end of the left tooth 10 in FIG. 12A, the amount of excitation light hitting the tooth 10 increases as the irradiation spot 12 moves, so that the fluorescence intensity also increases. The difference between the fluorescence intensity P1 (= Ip ″ + It ″) in the first period T1 and the fluorescence intensity P2 (= It ″) in the second period T2 is at the left end of the left tooth 10. However, in the comparative example, it is calculated as a large negative value as indicated by the arrow at the left end of FIG. The fluorescence intensity Ip ″ of plaque indicated by an arrow (vector) in FIG. 12C is greatly different from the difference between the solid line and the broken line graph in FIG. It can be seen that a measurement error occurs particularly where the amount of fluorescence changes greatly, such as between the teeth. This measurement error occurs because the amount of plaque is calculated by using fluorescence intensities at different times, that is, at different positions due to the irradiation spot 12 moving with time.

図12(D)は、実施例の時分割駆動で測定した場合の蛍光強度を示す。実施例の場合、奇数番目の時間領域では、405nmと465nmの励起光を交互に照射することで歯垢の蛍光強度Ip’が得られ、偶数番目の時間領域では、465nmの励起光により歯の蛍光強度It’が得られる。図12(D)では、図12(B)及び図12(C)と同様に、歯垢の蛍光強度Ip’を矢印(ベクトル)でも示している。   FIG. 12D shows the fluorescence intensity when measured by time-division driving in the example. In the case of the embodiment, the fluorescence intensity Ip ′ of plaque is obtained by alternately irradiating excitation light of 405 nm and 465 nm in the odd-numbered time region, and in the even-numbered time region, the excitation light of the tooth is obtained by the excitation light of 465 nm. A fluorescence intensity It ′ is obtained. In FIG. 12D, as in FIGS. 12B and 12C, the plaque fluorescence intensity Ip ′ is also indicated by an arrow (vector).

図12(B)と図12(D)を比較すると分かるように、実施例では、理想的な測定装置の場合に近い結果が得られる。実際の測定装置で時分割駆動を行う場合、データ取得間隔Tsは有限の長さを持ち、2波長での蛍光量を同時に測定することはできないが、実施例の時分割駆動であれば、比較例の場合よりも測定精度が上がることが分かる。これは、実施例の場合、時分割された異なる時間領域間での蛍光量同士の差分をとる必要がないので、照射スポット12が移動することによる蛍光量の誤差が比較例の場合ほど問題にならないためである。また、実施例の場合、歯と歯垢の蛍光強度が交互に求められ、歯垢の蛍光強度Ip’と歯の蛍光強度It’とが異なる時間での蛍光強度であるが、歯の蛍光強度It’は内挿すれば概ね正確に求められるので、異なる時間で求めた蛍光量でも特に問題はない。   As can be seen from a comparison between FIG. 12B and FIG. 12D, in the embodiment, a result close to that of an ideal measuring apparatus can be obtained. When time-division driving is performed with an actual measurement apparatus, the data acquisition interval Ts has a finite length and the fluorescence amount at two wavelengths cannot be measured simultaneously. It can be seen that the measurement accuracy is higher than in the example. In the case of the embodiment, since it is not necessary to take the difference between the fluorescence amounts in different time regions divided in time, the error in the fluorescence amount due to the movement of the irradiation spot 12 becomes more problematic as in the comparative example. This is because it must not. In the example, the fluorescence intensity of the teeth and plaque is obtained alternately, and the fluorescence intensity Ip ′ of the plaque and the fluorescence intensity It ′ of the tooth are the fluorescence intensity at different times. Since It ′ can be obtained almost accurately by interpolation, there is no particular problem with the fluorescence amounts obtained at different times.

以上説明したように、波長の異なる2つの光で歯を励起し、蛍光を1波長で計測することにより、自家蛍光から歯垢由来の蛍光を分離して計測することが可能となり、シンプルな構成で精度よく歯垢を検出できる蛍光測定装置が得られる。よって、この蛍光測定装置を搭載した歯ブラシであれば、きちんと磨けているかどうかを確認しながら歯を磨くことができる。   As explained above, it is possible to separate and measure plaque-derived fluorescence from autofluorescence by exciting the teeth with two lights of different wavelengths and measuring the fluorescence at one wavelength, with a simple configuration. A fluorescence measuring device that can detect plaque with high accuracy is obtained. Therefore, if it is a toothbrush equipped with this fluorescence measuring device, it can brush a tooth, confirming whether it has brushed properly.

特に、実施例の制御部300では、図10に示した時分割駆動を行うことにより、ロックインアンプ1台で歯と歯垢の蛍光を分離して測定できるので、ローコスト化の効果が大きい。また、歯垢の蛍光量に関しては、図8に示した比較例の場合よりも測定誤差が減り、時分割駆動を行わずに2相のロックインアンプを使用する場合と同等の精度が得られる。歯の蛍光量に関しては、比較例の場合と比べれば精度は低下するが、2相のロックインアンプを使用する場合と同等の精度が得られる。ただし、歯の蛍光量は、歯と測定装置との距離による影響の補正や、測定位置が歯間か歯面かの判定などに補助的に用いられるものであるため、実施例の場合でも必要な精度を確保することが可能である。   In particular, in the control unit 300 of the embodiment, the time-division driving shown in FIG. 10 can be used to separate and measure the fluorescence of teeth and dental plaque with one lock-in amplifier, so that the cost reduction effect is great. Further, regarding the fluorescence amount of dental plaque, the measurement error is reduced as compared with the comparative example shown in FIG. 8, and the same accuracy as in the case of using a two-phase lock-in amplifier without performing time-division driving can be obtained. . Regarding the fluorescence amount of the teeth, the accuracy is lower than that in the comparative example, but the same accuracy as in the case of using a two-phase lock-in amplifier is obtained. However, the amount of fluorescence of the teeth is necessary even in the case of the example because it is used as an auxiliary to correct the influence of the distance between the teeth and the measuring device and to determine whether the measurement position is between teeth or the tooth surface. It is possible to ensure high accuracy.

1,400 蛍光測定装置
2 第1の光源
3 第2の光源
30 制御回路
100 光源部
100A 発振回路
102A,102B 間引き制御回路
103 ロックインアンプ
104 位相検波器
200 検出部
300 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,400 Fluorescence measuring apparatus 2 1st light source 3 2nd light source 30 Control circuit 100 Light source part 100A Oscillation circuit 102A, 102B Thinning-out control circuit 103 Lock-in amplifier 104 Phase detector 200 Detection part 300 Control part

Claims (5)

第1の波長の光を出射する第1の光源と、
前記第1の波長よりも長波長である第2の波長の光を出射する第2の光源と、
試料に前記第1の波長の光を照射したときに発生する第1の蛍光強度、及び試料に前記第2の波長の光を照射したときに発生する第2の蛍光強度を検出する検出部と、
交互に繰り返されそれぞれが基準信号の周期よりも長い第1及び第2の期間のうち、前記第1の期間では前記基準信号に従い前記第1及び第2の光源を交互に発光させ、前記第2の期間では前記基準信号に従い前記第2の光源のみを発光させる発光制御部と、
前記基準信号に従い位相検波を行って、前記第1の期間における前記第1及び第2の蛍光強度に応じた第1の出力信号、並びに前記第2の期間における前記第2の蛍光強度に応じた第2の出力信号を生成する位相検波器と、
前記第1及び第2の出力信号を用いた演算により測定対象の蛍光物質量を算出する制御回路と、
を有することを特徴とする光測定装置。
A first light source that emits light of a first wavelength;
A second light source that emits light of a second wavelength that is longer than the first wavelength;
A detection unit for detecting a first fluorescence intensity generated when the sample is irradiated with light of the first wavelength, and a second fluorescence intensity generated when the sample is irradiated with light of the second wavelength; ,
Of the first and second periods, which are alternately repeated and each longer than the period of the reference signal, the first and second light sources are caused to emit light alternately according to the reference signal in the first period, and the second A light emission controller that emits only the second light source in accordance with the reference signal during the period of
Phase detection is performed according to the reference signal, and the first output signal according to the first and second fluorescence intensities in the first period and the second fluorescence intensity in the second period A phase detector for generating a second output signal;
A control circuit for calculating the amount of fluorescent substance to be measured by calculation using the first and second output signals;
A light measuring device comprising:
前記第1の波長の光は、歯及び歯垢に含まれる蛍光物質を励起させて、歯及び歯垢に由来する蛍光を発生させ、
前記第2の波長の光は、歯垢に含まれる蛍光物質に対する励起効率が前記第1の波長の光よりも低い、請求項1に記載の光測定装置。
The light of the first wavelength excites a fluorescent substance contained in the teeth and plaque to generate fluorescence derived from the teeth and plaque,
The light measurement apparatus according to claim 1, wherein the light of the second wavelength has lower excitation efficiency than the light of the first wavelength with respect to a fluorescent substance contained in plaque.
前記第1の波長は350nmから430nmの範囲内であり、
前記第2の波長は435nmから500nmの範囲内である、請求項2に記載の光測定装置。
The first wavelength is in the range of 350 nm to 430 nm;
The optical measurement device according to claim 2, wherein the second wavelength is in a range of 435 nm to 500 nm.
前記第1の期間は前記第2の期間よりも長い、請求項2又は3に記載の光測定装置。   The light measurement apparatus according to claim 2, wherein the first period is longer than the second period. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の光測定装置を備えた歯ブラシ。   A toothbrush comprising the light measurement device according to any one of claims 1 to 4.
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