JPH09210792A

JPH09210792A - 歯牙表面の濃度と色を測定する光学式測定装置

Info

Publication number: JPH09210792A
Application number: JP4055196A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Sotani; 俊之操谷; Toshihiko Uno; 敏彦宇野
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】歯表面の細かな凹凸や光沢の程度ならびに歯
の着色の度合いの判定を、測定値を確実に再現しながら
同時に行える、構成が簡単で小型化可能な歯牙表面の濃
度と色を測定する光学式測定装置を提供すること。【解決手段】光源１と、光源１からの光を歯牙表面２
に間接的に照射し、かつ、歯牙表面２からの反射光ｈ，
ｅ、ｆ，g を集光する多重反射手段４と、この集光した
反射光ｈ，ｅ、ｆ，g を回折格子９を介して受光する並
列に設けられた受光素子１３と、この受光素子１３の出
力から歯牙表面２の濃度と色を演算するための演算手段
１７と、その演算結果を表示する表示手段１８とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、歯牙表面の濃度
と色を測定する光学式測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】歯科医療の分野において、予防歯科や歯
の審美性追求（矯正や薬用歯磨きによる表面コートな
ど）に対する関心が高まりつつある。歯の美しさを維持
・改善していくためには、常日頃の継続的な保守が有効
である。歯磨き、特にハイドロキシアパタイトを含有し
た薬用歯磨きもその１例で、アパタイトが歯表面の細か
な亀裂の隙間を埋めて歯表面の細かな凹凸を減らし保護
膜を形成する効果があり、歯の健康を維持し、その美し
さを回復させることができる。その効果は、現在、人が
眼で見て判定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、判定基準が明
確で無く環境条件や個人の視覚の差などにより、客観性
に欠ける場合が多く、歯磨きに対する十分な動機づけと
なりにくい。歯の表面状態を判定するための測定法とし
て現在実用化されているものは、現在見当たらず、その
測定器が望まれている。

【０００４】また、歯の着色の度合いを測定する色測定
器として分光反射率測定装置が臨床使用されているが、
装置が大型で、かつ高価であり、しかも可搬性に乏し
い。

【０００５】さらに、前記分光反射率測定装置を用いた
測定法より簡易な測定法である鏡面光沢度法は、歯表面
の光沢を人の主観が入らず客観的に判定できる点で有効
であるが、測定面の曲率により、指示値が大きく変化
し、歯牙のように小さくて様々な曲率により構成される
形状の場合、測定箇所により反射光の角度が変動し、測
定値の再現性を得ることに重大な課題がある。

【０００６】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、歯表面の細かな凹凸や光沢の程
度ならびに歯の着色の度合いの判定を、測定値を確実に
再現しながら同時に行える、構成が簡単で小型化可能な
歯牙表面の濃度と色を測定する光学式測定装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、光源と、光源からの光を歯牙表面に間
接的に照射し、かつ、歯牙表面からの反射光を集光する
多重反射手段と、この集光した反射光を回折格子を介し
て受光する並列に設けられた受光素子と、この受光素子
の出力から歯牙表面の濃度と色を演算するための演算手
段と、その演算結果を表示する表示手段とを備えてい
る。

【０００８】この発明では、光源からの光は、多重反射
手段で繰り返し反射された後、歯牙表面に入射する。そ
して、歯牙表面からの反射光も多重反射手段で繰り返し
反射されつつ集光され、回折格子に導光されて分光さ
れ、分光されたそれぞれの反射光は、波長成分に応じて
並列に設けられた個々の受光素子で受光される。この各
受光素子の出力に基づき演算手段で歯牙表面の濃度と色
が算出され、その算出結果が表示手段で表示される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を、図
面に基づいて説明する。図１は、この発明の光学式測定
装置の外観を示し、図２は歯牙表面の濃度と色を測定す
る処理回路を含む測定系と歯牙表面からの反射光を測定
系に導く光学系を示す図である。

【００１０】図１、図２において、先ず、光学系につい
て説明する。１は、放射状に出射される光（出射光）の
色が測定面（歯牙表面）２に現出するのを回避するため
に、測定面２に直接臨まない位置に設置される光源で、
この第１の実施形態では、出射方向（Ａで示す矢印の方
向）が測定面２に対して平行になるよう光源１がケース
２５内に設置されている。この光源１は、例えば、ハロ
ゲンランプやタングステンランプ、またはキセノンフラ
ッシュ管等であり、光源駆動回路３によって駆動され
る。そして、周囲の光の影響を受け難くするために、出
射光を間欠発光させる（一定時間ごとに繰り返しパルス
状の発光を行う）ようにしてもよい。この場合、光源１
を、例えば、発光パルス幅を１０マイクロ秒、発光間隔
を０．００１秒（デューテイ比が１００）で発光させる
ように構成するのが好ましい。

【００１１】４は積分球（球面ミラー）で、光源１から
の前記出射光を多重反射させて測定面２の所定面積に間
接的に投光する（つまり、この間接光を入射光５として
測定面２に入射させる）とともに、測定面２からの後述
する反射光ｈ，ｅ、ｆ，g を多重反射させつつ集光す
る。この測定面２に入射する入射光５は、図３に示すよ
うに反射する。

【００１２】図３は、例えば上顎の前歯牙６の構造を示
す拡大断面図で、測定面２を形成する歯表面のエナメル
質７と内部の象牙質８の２層で構成される。ａは、半透
明性を有するエナメル質７内部の微粒子（微結晶粉体）
による散乱光、ｂは、象牙質８表面での層内拡散反射
光、ｃは、象牙質８表面での層内鏡面反射光、ｄは、エ
ナメル質７内部を再び通過する時の微粒子による散乱
光、ｅは、エナメル質７表面での再帰拡散反射光、ｆ
は、エナメル質７表面での再帰鏡面反射光、g は、エナ
メル質７表面での鏡面反射光、ｈはエナメル質７表面で
の拡散反射光であり、測定面２の反射光ｈ，ｅ、ｆ，g
を積分球４にて集光する。このように、歯牙表面２から
の反射光は、エナメル質７表面の凹凸状態みならず、エ
ナメル質層の厚さや光学特性、あるいは、象牙質８表面
の凹凸状態など数多くの情報を含む形になる。

【００１３】９は回折格子で、積分球４で集光された反
射光ｈ，ｅ、ｆ，g を波長に応じた角度に分光するもの
である。すなわち、測定面２からの反射光ｈ，ｅ、ｆ，
g は、積分球４に対向して設けられたレンズ１０により
回折格子９に導かれ、この回折格子９では、反射光ｈ，
ｅ、ｆ，g はそれぞれの波長成分に応じた分光角度で反
射する。なお、１１は、レンズ１０および回折格子９間
に介装されたスリットで、反射光ｈ，ｅ、ｆ，g を通過
させる開口１１ａを有する。

【００１４】次に、測定系について説明する。１２は、
フォトダイオードアレイ（受光素子列）で、回折格子９
による反射光を受光するために、前記分光角度に対応す
る数のフォトダイオード（受光素子）１３が基板１４上
に並列に設けられている。つまり、アレイ１２を形成す
るためのフォトダイオード１３の数（例えば、ｍ個）
は、必要とする波長分解能により決められるものであっ
て、使用されるフォトダイオード１３は、光源１の発光
波長に十分な感度を有するものであればよい。

【００１５】続いて、処理回路について説明する。前記
フォトダイオード１３のそれぞれの出力は、プリアンプ
Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄…Ｎ_mにて増幅された後、マル
チプレクサ１５で多重化され、Ａ／Ｄ変換器１６を介し
てマイクロコンピュータユニット（ＭＣＵ）１７に導か
れる。ＭＣＵ１７内部では、これらの出力の比を演算
し、波長に対する相対出力（分光特性）を算出し、例え
ば、歯表面の細かな凹凸の程度を示す値として液晶表示
部１８に表示される。この表示値は、後述する演算式
（１）式および（２）式を用いてＭＣＵ１７で演算され
る。なお、１９は操作キーであり、これは、図１に示す
ように、例えば、電源ＯＮキー２０、校正キー２１、デ
ータ入力キー２２、モード切替えキー２３等を含む。ま
た、２４は液晶駆動回路である。

【００１６】また、２５は、上述した測定系と光学系を
収納するポケット型ケースで、長手方向における一端に
は、前記入射光５および測定面２からの反射光ｈ，ｅ、
ｆ，g が通過するとともに、歯牙の大きさに対応する開
口２６が設けられ、この開口２６の内部に光学系の前段
に設けられる光源１、積分球４およびレンズ１０が設置
されている。

【００１７】次に、歯牙の表面状態の測定方法について
説明する。ここでは、歯の美しさを示す指標として「白
さ」を用い、この「白さ」を数値化するために用いる濃
度と色の演算式の一例を（１）式および（２）式に示
す。表示値（濃度）［％］＝〔（測定面からの反射光出力）／（標準白板を用いたときの出力）〕×１００ …（１）表示値（色）［％］＝〔（各受光素子の出力の分散）／（標準白板を用いたときの各受光素子の出力の分散）〕×１００ …（２）

【００１８】つまり、測定面２で反射する光ｈ，ｅ、
ｆ，g は、歯表面のエナメル質７と内部の象牙質８の色
や表面の細かな凹凸の程度を反映した量である。この観
点から、反射光ｈ，ｅ、ｆ，g の”濃度”と”色（波長
成分の平坦性）”を測定することで、歯牙の表面の白さ
や滑らかさ等を数値で示すことができる。

【００１９】（１）式の濃度値は、各フォトダイオード
１３の受光出力の総和で表す。また、（２）式の色値
は、各フォトダイオード１３の出力値の分散または標準
偏差を演算して表す。この際、濃度値および色値を得る
ために、どちらも基準となる標準白板を設け、その標準
値に対する百分率（％）で両値を表現する。例えば、真
っ白な歯の場合は、値が１００［％］となり、色が付い
たり、凹凸があると値は小さくなる。

【００２０】また、（３）式のように、２つの数値の積
（濃度値と色値の積）をとり、「白さ」の値の定義とし
てもよい。表示値＝√〔（濃度値）×（色値）〕 …（３）

【００２１】以上、濃度値と色値で歯を管理することに
より、歯の美しさ、あるいは、歯磨きによる効果を従来
より、簡単な方法で測定することができる。

【００２２】なお、反射光ｈ，ｅ、ｆ，g を歯牙の表面
状態の測定に利用したのは、以下の理由による。すなわ
ち、歯の色は、塗装板や紙のような表面色でもなけれ
ば、着色液体のような透明色でもなく、それぞれが半透
過性を有する半透明構造であり、歯の構造は、上述した
ように象牙質８のまわりをエナメル質７が覆うという２
層構造である。また、エナメル質７は光学的に一様でな
く、微結晶粉体でその層の厚さも透過・散乱特性も異な
っており、その隣接部にあってさえ微妙に変化している
個々の光の屈折のしかたは微妙に異なっている。そし
て、反射光はエナメル質７表面での乱反射による拡散反
射光（表皮反射光）ｈと、エナメル質７内部の微結晶粉
体による散乱光ａと、象牙質８表面からの層内拡散反射
光ｂとが重畳された複雑な反射特性を示すと考えられ
る。しかも、歯牙の外観形状や、厚さの違い、エナメル
質の透過率、歯表面の磨耗状態、切端部の咬耗状態など
先天的にも後天的にもかなり個人差があるけれども、こ
の発明では、反射光ｈ，ｅ、ｆ，g を回折格子で分光し
た光を受光素子１３で受光し、各受光素子１３の出力
（反射光の分光特性）と強度レベルにて判断するように
したので、歯表面の細かな凹凸や光沢の程度ならびに歯
の着色の度合いを客観的に定量評価できる。

【００２３】図４、図５は、積分球４から回折格子９に
至る光路に光ファイバ３０を用いたこの発明の第２の実
施形態を示す。なお、図４、図５において、図１〜図３
と同一符号のものは、同一または相当物である。

【００２４】図４、図５において、３１は測定系と光学
系の一部を収納するポケット型ケースで、ケース３１
は、光ファイバ３０を介して光源１、積分球４およびレ
ンズ１０が内蔵された検出ヘッド３２に接続されてい
る。なお、３３は、光ファイバ３０と検出ヘッド３２が
収納可能な大きさの収納部で、ケース３１の短手方向に
おける一端に溝状に形成されている。

【００２５】この実施形態では、検出ヘッド３２とケー
ス３１とを分離することにより、測定面２に触れる部
分、つまり開口２６を含む近傍の面積を小さくでき、ひ
いては、装置をコンパクト化できる利点を有する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、測定面で反射する光を利用して歯牙の表面状態（歯
の白さや美しさ）を数値で示すことができるように構成
したので、人の主観が入らず客観的な判定が可能にな
る。また、歯牙表面からの反射光を多重反射手段で集光
するので、測定箇所により反射角が変動することに起因
する指示値の変動による指示影響も比較的小さく抑える
ことができ、測定値の再現性を確実に得ることができ
る。さらに、装置の構成が簡単で小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態を示す斜視図であ
る。

【図２】上記第１の実施形態を示す全体構成説明図であ
る。

【図３】この発明で用いた光源から間接的に測定面に投
光される入射光と反射光を示す図である。

【図４】この発明の第２の実施形態を示す斜視図であ
る。

【図５】上記第２の実施形態を示す構成説明図である。

【符号の説明】

１…光源、２…測定面（歯牙表面）、４…積分球（多重
反射手段）、５…入射光、反射光９…回折格子、１２…
フォトダイオードアレイ（受光素子列）、１３…フォト
ダイオード（受光素子）、１７…マイクロコンピュータ
ユニット、１８…液晶表示部、ｈ，ｅ、ｆ，g …反射
光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光源からの光を歯牙表面に間接
的に照射し、かつ、歯牙表面からの反射光を集光する多
重反射手段と、この集光した反射光を回折格子を介して
受光する並列に設けられた受光素子と、各受光素子の出
力から歯牙表面の濃度と色を演算するための演算手段
と、その演算結果を表示する表示手段とを備えたことを
特徴とする歯牙表面の濃度と色を測定する光学式測定装
置。
【請求項２】前記光源は歯牙表面に直接臨まない位置
に設置され、前記多重反射手段は、前記光源から出射さ
れる光を多重反射させて歯牙表面に投光した後歯牙表面
からの反射光を集光する積分球であり、歯牙表面からの
前記反射光は前記積分球に対向して設けられたレンズに
より前記回折格子に導光される請求項１に記載の歯牙表
面の濃度と色を測定する光学式測定装置。