(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022040941
(43)【公開日】2022-03-11
(54)【発明の名称】レンズ,歯周病検査装置,歯周病検査システムおよび光検出器
(51)【国際特許分類】
G02B 3/02 20060101AFI20220304BHJP
G02B 13/00 20060101ALI20220304BHJP
A61B 1/00 20060101ALI20220304BHJP
A61B 1/24 20060101ALI20220304BHJP
G01B 11/24 20060101ALN20220304BHJP
【FI】
G02B3/02
G02B13/00
A61B1/00 526
A61B1/24
A61B1/00 731
G01B11/24 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020145909
(22)【出願日】2020-08-31
(71)【出願人】
【識別番号】000133179
【氏名又は名称】株式会社タニタ
(74)【代理人】
【識別番号】110001830
【氏名又は名称】東京UIT国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】新藤 幹雄
【テーマコード(参考)】
2F065
2H087
4C161
【Fターム(参考)】
2F065AA04
2F065AA25
2F065AA52
2F065BB23
2F065CC16
2F065DD04
2F065FF52
2F065GG04
2F065HH04
2F065JJ01
2F065JJ05
2F065LL02
2F065LL04
2F065MM16
2F065PP22
2F065QQ03
2F065QQ21
2F065QQ28
2F065QQ31
2F065UU07
2H087KA11
2H087KA12
2H087LA24
2H087PA01
2H087PB01
2H087QA02
2H087QA05
2H087QA13
2H087RA03
2H087RA12
4C161AA08
4C161BB08
4C161FF40
4C161FF46
4C161HH54
(57)【要約】
【課題】一定の距離の間を測定するのに比較的適したレンズを提供する。
【解決手段】
第1の距離d1から第2の距離d2までの間からの反射光L1,L2などは,レンズ41のレンズ面41Bにおいて屈折し,光ファイバ21の出射端面21Bにほぼすべて入射するようにレンズ面41Bの曲率半径が定められている。第1の距離d1から第2の距離d2までの間の多くの反射光のうち,今までのレンズでは光ファイバ21に入射しなかった反射光も光ファイバ21に入射することとなる。
【選択図】
図10
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光軸方向の距離が異なる第1の位置から第2の位置までの間からの光のうち,レンズに入射した光を,レンズの径未満の径をもつ受光面に導く,
レンズ。
【請求項2】
上記レンズが第1の位置からの光を上記受光面に導くようにレンズ面の第1の曲率半径が決められており,かつ上記レンズが第2の位置からの光を上記受光面に導くように上記レンズ面の第2の曲率半径が決められている,
請求項1に記載のレンズ。
【請求項3】
上記レンズ面は,
第1の曲率半径が上記レンズ面の第1の弧において一定であり,かつ第2の曲率半径が上記レンズ面の第2の弧において一定である,
請求項2に記載のレンズ。
【請求項4】
上記第1の弧から上記第2の弧までの上記レンズ面の曲率半径が周方向に連続して変化している,
請求項3に記載のレンズ。
【請求項5】
上記第1の弧から上記第2の弧までの上記レンズ面の曲率半径が周方向に連続して増加または減少している,
請求項3に記載のレンズ。
【請求項6】
上記レンズのレンズ面の外周部分が第1の位置からの光を上記受光面に導くように第1の曲率半径が決められており,上記レンズの上記レンズ面の内周部分が第2の位置からの光を上記受光面に導くように第2の曲率半径をもつように決められている,
請求項1または2に記載のレンズ。
【請求項7】
上記外周部分から上記内周部分までの上記レンズ面の曲率半径が径方向に連続して変化している,
請求項6に記載のレンズ。
【請求項8】
上記外周部分から上記内周部分までの上記レンズ面の曲率半径が径方向に連続して減少している,
請求項6または7に記載のレンズ。
【請求項9】
上記レンズは単板レンズである,
請求項1から8のうち,いずれか一項に記載のレンズ。
【請求項10】
上記第1の位置から上記第2の位置までの距離は,歯周ポケットの溝の奥行の大きさよりも大きい,
請求項1から9のうち,いずれか一項に記載のレンズ。
【請求項11】
請求項1から10のうちのいずれか一項に記載のレンズが複数,一方向に並べられ,一方向に応じて第1の位置および第2の位置が徐々に遠くなる,または第1の位置と第2の位置との間の距離が徐々に広がっている,
レンズ・アレイ。
【請求項12】
測定光と参照光とに分けられた低干渉光のうちの測定光を,請求項1~11のいずれかに記載の上記レンズに入射し,上記レンズから出射した測定光が歯茎または歯に照射されることにより歯茎または歯から反射された光が上記レンズに入射して出射した第1の反射光と,参照光が参照面によって反射された第2の反射光と,を検出して干渉信号を出力する光検出器,および
上記光検出器から出力された干渉信号にもとづいて歯周ポケットの深さについてのデータを生成する歯周ポケット・データ生成手段,
を備えた歯周病検査装置。
【請求項13】
光検出器と歯周ポケット・データ生成手段とを備えた歯周病検査システムにおいて,
上記光検出器が,
測定光と参照光とに分けられた低干渉光のうちの測定光を,請求項1~11のいずれかに記載の上記レンズに入射し,上記レンズから出射した測定光が歯茎または歯に照射されることにより歯茎または歯から反射された光が上記レンズに入射して出射した第1の反射光と,参照光が参照面によって反射された第2の反射光と,を検出して得られる干渉信号を,上記歯周ポケット・データ生成手段に送信し,
上記ポケット・データ生成手段が,
上記光検出器から送信された干渉信号にもとづいて歯周ポケットの深さについてのデータを生成する,
歯周病検査システム。
【請求項14】
測定光と参照光とに分けられた低干渉光のうちの測定光を,請求項1~11のいずれかに記載の上記レンズに入射し,上記レンズから出射した測定光が歯茎または歯に照射されることにより歯茎または歯から反射された光が上記レンズに入射して出射した第1の反射光と,参照光が参照面によって反射された第2の反射光と,を検出して干渉信号を生成する,
光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は,レンズ,歯周病検査装置,歯周病検査システムおよび光検出装に関する。
【背景技術】
【0002】
歯周病の検査方法の一つとして歯周ポケットの深さを測ることが行われている。歯周ポケットの深さは,歯科医師等がポケット・プローブという棒状の測定器具を歯周ポケットの中に挿入して目視で測るのが一般的である。しかしながら,歯科医師等の力の加減,ポケット・プローブの挿入角度,目視誤差などにより測定結果が必ずしも正確でないことがある。また,検査時の歯茎からの出血等で,歯周病で無い患部への歯周病感染等も懸念される。このために,被検出物に光を照射して光断層情報から口腔内の情報を取得するOCT(optical coherence tomography)装置が考えられている(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
OCT装置のように光学的に距離を測定する装置においては,ある距離について感度のピークをもつ通常の単焦点レンズではなく,一定の距離の間においてピークが平坦に続く光学系が適している。その一定の距離の間からの反射光強度が高くなるので,その反射光を利用して比較的に正確に測定できるようになるからである。しかしながら,そのような光学系は存在しない。
【0005】
この発明は,一定の距離の間を測定するのに比較的適したレンズを提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1の発明によるレンズは,光軸方向の距離が異なる第1の位置から第2の位置までの間からの光のうち,レンズに入射した光を,レンズの径未満の径をもつ受光面(受光部)に導くことを特徴とする。第1の位置または第2の位置からの光を受光する受光面の光の感度と第1の位置と第2の位置までの間からの光を受光する受光面の光の感度がほぼ同じとことが好ましい第1の位置または第2の位置からの光を受光する受光面の光の感度に対して,第1の位置と第2の位置までの間からの光を受光する受光面の光の感度が1/10程度から10倍程度であれば,第1の位置または第2の位置からの光を受光する受光面の光の感度と第1の位置と第2の位置までの間からの光を受光する受光面の光の感度がほぼ同じと考えられる。また,第1の位置からの光を受光する受光面の光の感度に対して,第2の位置からの光を受光する受光面の光の感度が1/10程度から10倍程度でもよい。
【0007】
上記レンズが第1の位置からの光を上記受光面に導くようにレンズ面の第1の曲率半径が決められており,かつ上記レンズが第2の位置からの光を上記受光面に導くように上記レンズ面の第2の曲率半径が決められていることが好ましい。
【0008】
上記レンズ面は,たとえば,第1の曲率半径が上記レンズ面の第1の弧において一定(第1の弧において第1の曲率半径が変わらない)であり,かつ第2の曲率半径が上記レンズ面の第2の弧において一定(第2の弧において第2の曲率半径が変わらない)である。
【0009】
上記第1の弧から上記第2の弧までの上記レンズ面の曲率半径が周方向に連続して変化していてもよい。
【0010】
上記第1の弧から上記第2の弧までの上記レンズ面の曲率半径が周方向に連続して増加または減少していてもよい。
【0011】
上記レンズのレンズ面の外周部分が第1の位置からの光を上記受光面に導くように第1の曲率半径が決められており,上記レンズの上記レンズ面の内周部分が第2の位置からの光を上記受光面に導くように第2の曲率半径をもつように決められていてもよい。
【0012】
上記外周部分から上記内周部分までの上記レンズ面の曲率半径が径方向に連続して変化していてもよい。
【0013】
上記外周部分から上記内周部分までの上記レンズ面の曲率半径が径方向に連続して減少していてもよい。
【0014】
上記において,第1の曲率半径の中心点と第2の曲率半径の中心点とはレンズの光軸上にあることが好ましい。
【0015】
上記レンズは,たとえば,単板レンズである。
【0016】
上記第1の位置から上記第2の位置までの距離は,歯周ポケットの溝の奥行(歯周ポケットのギャップ間)の大きさよりも大きいことが好ましい。
【0017】
第2の発明によるレンズ・アレイは,上記レンズが複数,一方向に並べられ,一方向に応じて第1の位置および第2の位置が徐々に遠くなる,または第1の位置と第2の位置との間の距離が徐々に広がっているものである。
【0018】
第3の発明による歯周病検査装置は,測定光と参照光とに分けられた低干渉光のうちの測定光を,上記レンズに入射し,上記レンズから出射した測定光が歯茎または歯に照射されることにより歯茎または歯から反射された第1の反射光と,参照光が参照面によって反射された第2の反射光と,を検出して干渉信号を出力する光検出器,および上記光検出器から出力された干渉信号にもとづいて歯周ポケットの深さについてのデータを生成する歯周ポケット・データ生成手段を備えていることを特徴とする。
【0019】
第4の発明による歯周病検査システムは,光検出器と歯周ポケット・データ生成手段とを備えている。
【0020】
上記光検出器は,たとえば,測定光と参照光とに分けられた低干渉光のうちの測定光を,上記レンズに入射し,上記レンズから出射した測定光が歯茎または歯に照射されることにより歯茎または歯から反射された光が上記レンズに入射して出射した第1の反射光と,参照光が参照面によって反射された第2の反射光と,を検出して得られる干渉信号を,上記歯周ポケット・データ生成手段に送信する。
【0021】
上記ポケット・データ生成手段は,たとえば,上記光検出器から送信された干渉信号にもとづいて歯周ポケットの深さについてのデータを生成する。
【0022】
第5の発明による光検出器は,測定光と参照光とに分けられた低干渉光のうちの測定光を,上記レンズに入射し,上記レンズから出射した測定光が歯茎または歯に照射されることにより歯茎または歯から反射された光が上記レンズに入射して出射した第1の反射光と,参照光が参照面によって反射された第2の反射光と,を検出して干渉信号を生成する。
【発明の効果】
【0023】
第1の発明によると,第1の位置から第2の位置までの間からの光が,受光面に導かれるので,その間にある物体からの反射光のレベルは比較的高いものとなり,その反射光を利用して物体までの距離の測定などを行う場合に,比較的正確な測定ができるようになる。
【0024】
第2の発明によると,反射光のレベルが比較的高くなる第1の位置から第2の位置までの間が変わるので,反射光を利用して物体までの距離の測定などを行う場合に,さまざまな範囲で比較的正確な測定ができるようになる。
【0025】
第3の発明によると,レンズを利用して歯茎または歯に測定光を照射して得られる第1の反射光を用いて歯周ポケット・データが生成されている。この第1の反射光のレベルも比較的高いものとなるので,その第1の反射光を用いて生成される歯周ポケットの深さについてのデータの精度も向上する。
【0026】
第4の発明によると,光検出器から歯周ポケット・データ生成手段に干渉信号が送信されるので,歯周ポケット・データ生成手段は,光検出器とは別の場所,たとえば,サーバ内において動作するものであってもよい。そのようなものであっても,歯周ポケットの深さについてのデータが得られる。
【0027】
第5の発明によると,レンズを利用して歯茎または歯に測定光を照射して得られる第1の反射光と,参照光が参照面によって反射された第2の反射光と,を検出して干渉信号が生成される。生成された干渉信号を用いて歯周ポケット・データを生成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【
図1】歯周病検査装置の構成を示すブロック図である。
【
図6】測定光を歯茎および歯に照射している様子を示している。
【
図10】レンズに反射光が入射する様子を示している。
【
図14】レンズの曲率半径とレンズ面との関係を示している。
【
図17】レンズの変形例を示すもので,側面図である。
【
図19】歯周病検査システムのブロック図の一部を示している。
【発明を実施するための形態】
【0029】
図1は,この発明の実施例を示すもので,歯周病検査装置の構成を示すブロック図である。
【0030】
SLD (Super luminescent diode)などのような光源1から低干渉光(低コヒーレント光)Lが出射される。低干渉光Lは,ビーム・スプリッタ2(光分岐器の一例である)によって測定光LMと参照光LRとに分岐させられる。光源1からは低干渉光Lが出射されればよく,ガス・レーザ,半導体レーザ,レーザ・ダイオードなどの他の光源を用いてもよい。
【0031】
ビーム・スプリッタ2によって分岐させられた測定光LMは,第1の光ファイバ7(第1の光導波路の一例である)の入射端面7Aから第1の光ファイバ7に入射する。第1の光ファイバ7の出射端面7B(
図2などを参照)は偏向装置10に接続されている。偏向装置10には,5本(便宜上5本としているが5本よりも多くても少なくてもよい)の第2の光ファイバ21から25(複数の第2の光導波路の一例である)が接続されている(5本の第2の光ファイバ21から25が光ファイバ・アレイの一例である)。5本の光ファイバ21から25における測定光LMの入射端面21Aから25A(
図2などを参照)のそれぞれに順に入射するように,第1の光ファイバ7の測定光LMの出射端面7B(
図2などを参照)から出射した測定光LMが,偏向装置10によって偏向させられる。第2の光ファイバ21から25に入射した測定光LMは,第2の光ファイバ21から25内を伝搬して検査用プローブ30を通って,第2の光ファイバ21から25の測定光LMの出射端面21Bから25Bから出射し,測定対象である歯茎GUおよび歯TOに照射させられる。
【0032】
測定対象である歯茎GUおよび歯TOに照射された測定光LMは歯茎GUおよび歯TOから反射する。歯茎GUおよび歯TOから反射した測定光LMは,第2の光ファイバ21から25を通り,偏向装置10によって第1の光ファイバ7に導かれる。反射した測定光LMは,ビーム・スプリッタ2において反射してフォトダイオード4(光検出器の一例である)に入射する。
【0033】
また,ビーム・スプリッタ2において分岐させられた参照光LRは,参照光LRの進む方向およびその逆方向(
図1に示す実施例においてはZ軸正方向および負方向)に移動自在な参照用ミラー3(参照面)において反射する。反射した参照光LRは,ビーム・スプリッタ2を透過してフォトダイオード4に入射する。
【0034】
参照用ミラー3が移動させられて,測定光LMが被検査対象である歯茎GUおよび歯TOに照射するまでの伝播距離と被検査対象である歯茎GUおよび歯TOからの反射光がフォトダイオード4に入射するまでの伝播距離との総和の伝播距離と,参照光LRが参照用ミラー3を照射するまでの伝播距離と参照用ミラーからの反射光がフォトダイオード4に入射するまでの伝播距離との総和の伝播距離と,が等しくなると,測定光LMと参照光LRとの干渉が生じ,フォトダイオード4から干渉信号が出力される。
【0035】
フォトダイオード4から出力した干渉信号は,信号処理回路5(歯周ポケット・データ生成手段の一例である。プロセッサを利用してもよい)に入力し,歯茎GUおよび歯TOの光断層画像(断層画像)を表す信号(歯周ポケットのギャップを検出し,そのギャップの連続の情報より得られる深さについてのデータ)が生成される。生成された光断層画像を表す信号が表示装置6に入力することにより,表示装置6の表示画面に歯茎GUおよび歯TOの光断層画像が表示される。光断層画像の輪郭抽出処理が信号処理回路5において行われることにより,歯茎GUと歯TOとの間にある歯周ポケットの深さが算出される。算出された歯周ポケットの深さも表示装置6の表示画面に表示される。光断層画像を生成し,生成された光断層画像から歯周ポケットの深さを算出しているが,光断層画像を生成することなく,歯周ポケットの深さを表す数値データ(そのような数値データも歯周ポケットの深さについてのデータと考えられる)を信号処理回路5において算出し,歯周ポケットの深さを表示装置6の表示画面に表示するようにしてもよい。
【0036】
この実施例においては,光ファイバ7,21から25などにおいて,測定光LMの出射方向の部分を先端側とし,測定光LMの反射光の方向を基端側とする。
【0037】
【0038】
偏向装置10(偏向機構の一例である)には,上述のように第1の光ファイバ7が接続されている。第1の光ファイバ7の測定光の出射端面7Bの前面にはGRIN(gradient index)レンズ11(GRINレンズは入射した光を平行化して出力する平行化素子の一例であり,平行化できれば他のレンズ,他の光学素子でもよい)が配置されている。GRINレンズ11によって平行化された測定光LMは,固定ミラー12(回転しないが,回転させるようにしてもよい)によって反射され,偏向ミラー13に導かれる。偏向ミラー13は,所定の角度回転可能であり,入射した光を回転角に応じた偏向角で反射させる。偏向ミラー13には,例えば,MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)ミラーが採用される。偏向ミラー13において反射させられた測定光LMは,f-θレンズ14(入射した光を平行化して出射する平行化素子の一例であり,他の平行化素子でもよい)において平行化させられて集光レンズ15から19のうちのいずれかを通って,第2の光ファイバ21から25の入射端面21Aから25Aのいずれかから,第2の光ファイバ21から25のいずれかに入射する。なお,光を平行化するとは,光を完全に平行にすることに限定されず,光を略平行にすることも含む概念である。また,本実施形態において,平行化素子は,光を完全な平行よりもやや集光気味にすることが好ましい。すなわち,光の減衰及び物質を透過する際の拡散の影響を減らし,且つ,光の焦点が平行化素子から近傍に位置しないようにすることが好ましい。
【0039】
偏向ミラー13の回転角を,制御装置(図示略)を用いて制御することにより,測定光LMを第2の光ファイバ21から25のうちのいずれかに入射させることができる。たとえば,偏向ミラー13を所定角度から角度θ1だけ回転させることにより,
図2に示すように,測定光LMは,集光レンズ15を通って第2の光ファイバ21に入射する。同様に,偏向ミラー13を所定角度から角度θ2,θ3またはθ4だけそれぞれ回転させると,測定光LMは,集光レンズ16,17または18を通って第2の光ファイバ22,23または24に入射する。
図3に示すように,偏向ミラー13を所定角度から角度θ5だけ回転させると,測定光LMは,集光レンズ19を通って第2の光ファイバ25に入射する。
【0040】
上述のように,第2の光ファイバ21から25の測定光LMの出射端面から出射した測定光LMは歯茎GUおよび歯TOにおいて反射し,出射した出射端面から第2の光ファイバ21から25に再度入射する。歯茎GUおよび歯TOにおいて反射した後,再度第2の光ファイバ21から25に入射した測定光LMは,上述した第1の光ファイバ7から第2の光ファイバ21から25に出射される経路と逆の経路を経て,第1の光ファイバ7に再度入射する。
【0041】
偏向ミラー13の回転角を制御する制御装置および偏向ミラーが,第1の光ファイバ7から出射した測定光LMを,5本の第2の光ファイバ21から25に順に入射するように,測定光LMを制御する第1の制御機構の一例,第1の光ファイバ7から出射した測定光LMを偏向して,光ファイバ・アレイを構成する5本の第2の光ファイバ21から25の
それぞれに導く偏向機構の一例である。
【0042】
図4は検査用プローブ30の斜視図,
図5は
図4のV-V線に沿う断面図である。
【0043】
図4に示すように,検査用プローブ30には,一方向に伸びている把持部31と,この把持部31の一端部において把持部31から垂直方向に伸びている接触部35と,が含まれている。
【0044】
図5に示すように,一列に配列されている5本の第2の光ファイバ21から25が検査用プローブ30の基端側から先端側に通っている。5本の光ファイバ21から25の測定光の出射端面21Bから25Bには,5つのレンズ41から45の後端面41Aから45Aに密着している。5つのレンズ41から45の後端面41Aから45Aの反対側の面がレンズ面41Bから45Bである。これらのレンズ面41Bから45Bが,検査用プローブ30の接触部35の先端面35Aから露出している。
【0045】
レンズ41から45のそれぞれは,詳しくは後述するように,光軸方向に異なる距離にある第1の位置から第2の位置までの間(第2の位置を含む)からの光のうち,レンズ41から45のそれぞれに入射した光を,レンズ41から45のそれぞれの径未満の径をもつ受光面に導くものである。
【0046】
把持部31は,硬質樹脂を材料として生成されており,ほとんど伸縮しない。接触部35は可撓性材料である軟質樹脂(たとえば,ポリウレタン)を材料として生成しており,所定の閾値よりも伸縮率が高い(比較的簡単に伸び縮みする)。
【0047】
把持部31の内部の硬質樹脂と光ファイバ21から25の外周面,接触部35の内部の軟質樹脂と光ファイバ21から25の外周面およびレンズ41から45の外周面のそれぞれが接する面は接着されていないで,単に,把持部31または接触部35内を通っているものである。また,レンズ41から45のそれぞれの外周面も互いに接着されていない。もっとも,いずれも接着されていてもよい。
【0048】
図6は,測定光B11,B21,B31,B41およびB51が検査対象である歯茎GUおよび歯TOに照射される様子を示すものである。
図6は,
図1に比べて拡大されている。
図6においては,光ファイバ21から25の図示も省略されている。
【0049】
測定光B11は第2の光ファイバ21を伝搬する測定光LMである。同様に,測定光B21は第2の光ファイバ22を,測定光B31は第2の光ファイバ23を,測定光B41は第2の光ファイバ24を,測定光B51は第2の光ファイバ25を,それぞれ伝搬する測定光LMである。
【0050】
図6は,歯茎GUおよび歯TOを側面から見たものであり,
図6の左側が身体の外側および内側の一方,右側が身体の外側および内側の他方に相当する。
【0051】
歯茎GUと歯TOとの間に歯周ポケットPPが形成されている。重度の歯周病の場合,歯周ポケットPPの深さは6mm以上となるから,測定光B11からB51の振れ幅ΔL(歯周ポケットPPの深さ方向における測定光B11からB51の振れ幅)が6mm以上あれば,重度の歯周病の歯周ポケットPPかどうかが判断できる。したがって,測定光B11からB51の振れ幅ΔLが6mm以上となるように,第2の光ファイバ21から25の本数および第2の光ファイバ21から25のそれぞれの径が決定される。このように,一度の走査で歯周ポケットの深さを測定するのに十分な振れ幅があることが好ましい。
【0052】
さらに,上述したレンズ41から45のそれぞれは,歯周ポケットPPの奥行の大きさ(歯周ポケットのギャップ間距離Δ22,Δ32,Δ42の始まりの位置から終わりの位置までの距離)ΔGをカバーするように,第1の位置および第2の位置が決められている。すなわち,第1の位置は歯周ポケットPPの上部の歯茎GUの位置P1よりも基端側となり,第2の位置は歯周ポケットPPの下部の歯茎GUと歯TOとが接する位置P2よりも先端側となるようにレンズ41から45が設計されている。歯周ポケットPPのギャップ間距離Δ22,Δ32,Δ42(これらの歯周ポケットPPの奥行の大きさの一例である)をカバーするように第1の位置および第2の位置が決められてもよい。
【0053】
図7(A)から
図7(E)は,干渉信号の一例である。
【0054】
図7(A),
図7(B),
図7(C),
図7(D)および
図7(E)は,それぞれ測定光B11,B21,B31,B41およびB51にもとづいて得られる干渉信号の一例である。
【0055】
測定光B11は,歯茎GUが無い歯TOの部分に直接照射されており(
図6参照),歯TOの表面からの反射光強度が高くなる。このために,
図7(A)に示すように,歯TOの表面からの反射光にもとづいて
図7(A)に示すように時刻t11において干渉信号が発生する。
【0056】
測定光B21は,歯周ポケットPPの上端部を照射するから(
図6参照),歯茎GUの表面からの反射光強度,歯茎GUと歯周ポケットPPとの境界からの反射光強度および歯茎GUの表面からの反射光強度が高くなる。このために,
図7(B)に示すように,歯茎GUの表面からの反射光,歯茎GUと歯周ポケットPPとの境界からの反射光および歯TOの表面からの反射光にもとづいて
図7(B)に示すように時刻t21,t22およびt23において干渉信号が発生する。時刻t21から時刻t22までの時間差Δt21は測定光B21が照射される部分の歯茎GUの厚さΔ21を示し,時刻t22から時刻t23までの時間差Δt22は測定光B21が照射される部分の歯周ポケットPPのギャップ間距離(歯TOと歯茎GUとの隙間の距離)Δ22を示している。
【0057】
同様に,測定光B31による歯茎GUの表面からの反射光,歯茎GUと歯周ポケットPPとの境界からの反射光および歯TOの表面からの反射光にもとづいて
図7(C)に示すように時刻t31,t32およびt33において干渉信号が発生する。時刻t31から時刻t32までの時間差Δt31は測定光B31が照射される部分の歯茎GUの厚さΔ31を示し,時刻t32から時刻t33までの時間差Δt32は測定光B31が照射される部分の歯周ポケットPPのギャップ間距離Δ32を示している。
【0058】
同様に,測定光B41による歯茎GUの表面からの反射光,歯茎GUと歯周ポケットPPとの境界からの反射光および歯TOの表面からの反射光にもとづいて
図7(D)に示すように時刻t41,t42およびt43において干渉信号が発生する。時刻t41から時刻t42までの時間差Δt41は測定光B41が照射される部分の歯茎GUの厚さΔ41を示し,時刻t42から時刻t43までの時間差Δt42は測定光B41が照射される部分の歯周ポケットPPのギャップ間距離Δ42を示している。
【0059】
測定光B51が照射される歯茎GUの部分には歯周ポケットPPができていないから(
図6参照),測定光B51による歯茎GUからの反射光および歯TOの表面からの反射光にもとついて,
図7(E)に示すように時刻t51およびt52において干渉信号が発生する。時刻t51から時刻t52までの時間差Δt51は測定光B51が照射される部分の歯茎GUの厚さΔ51を示す。
【0060】
図7(A)から
図7(E)の干渉信号のピーク値をプロットすることにより
図8に示す歯茎GUと歯TOとの光断層画像が生成される。
【0061】
図8は,歯茎GUの光断層画像Iguと歯TOの光断層画像Itoとの一例である。
【0062】
歯茎GUの光断層画像Iguと歯TOの光断層画像Itoとは表示装置6の表示画面に表示される。歯茎GUの光断層画像Iguと歯TOの光断層画像Itoとが信号処理回路5において輪郭抽出されることにより,歯周ポケットPPの深さΔdが信号処理回路5において算出される。
【0063】
上述の実施例では,歯茎GUと歯TOとの光断層画像IguとItoとを生成し,生成された光断層画像IguとItoとの輪郭を抽出することにより歯周ポケットPPの深さΔdを算出しているが,光断層画像IguとItoとを生成することなく(光断層画像IguとItoとを生成してもよい),計算により歯周ポケットPPの深さΔdを算出してもよい。
【0064】
また,上述の実施例では,測定光B11からB51の振れ幅は,重度の歯周病であっても一度の走査において歯周ポケットPPの深さΔdが測定できる程度のものとされている。しかしながら,一度の走査において歯周ポケットの深さΔdを測定できる程度の十分な振れ幅が無い場合に,検査用プローブ30を用いて上下の異なる位置で複数回(少なくとも2箇所)測定することにより,フォトダイオード4から出力された干渉信号にもとづいて歯周ポケットの深さΔdについてのデータを信号処理回路(歯周ポケット・データ生成手段)5において生成するようにしてもよい。
【0065】
たとえば,検査用プローブ30が,一回の走査(測定)により
図6に示される測定光B11からB31の範囲(B31からB51の範囲と同等)に相当する振れ幅の,測定光を出射できるとする。まず,
図6に示される測定光B11からB31に相当する範囲に,測定光を出射可能な位置で,検査用プローブ30による一度目の走査(測定)が実施されるとする。この場合,たとえば,一度目の走査において
図6に示される測定光B11からB31の範囲に出射される測定光にもとづいて得られる干渉信号から,
図6に示す歯茎GUおよび歯TOの上半分の光断層画像IguおよびItoが得られる。次に検査用プローブ30を下方向に動かす。動かした後の位置で実施される二度目の走査により,
図6に示される測定光B31からB51に相当する範囲に,検査用プローブ30から測定光が出射されるとする。この場合,二度目の走査において
図6に示される測定光B31からB51の範囲に出射される測定光にもとづいて得られる干渉信号から,
図6に示す歯茎GUおよび歯TOの下半分の光断層画像IguおよびItoが得られる。上下の異なる2箇所の位置に対する測定によって得られた2つの光断層画像が信号処理回路5において合成処理されることにより,
図6に示す歯茎GUおよび歯TOの光断層画像が得られる。歯茎GUおよび歯TOの上半分の光断層画像IguおよびItoと下半分の光断層画像IguおよびItoとは重複部分については重複するように合成し,一度の走査により得られる光断層画像IguおよびItoと同じ光断層画像が得られるように,上下方向における光断層画像の連続性が担保されていることはいうまでもない。
【0066】
上述の実施例においては,第2の光ファイバ21から25(レンズ41から45)が一列に配列されているが,二列以上に配列されていてもよい。その場合には,
図2および
図3において示した偏向装置10において,偏向ミラー13は,一次元方向にのみ測定光LMを偏向させるのではなく,二次元方向にも測定光LMを偏向できるようにし,各列に含まれる光ファイバに測定光を導くようにすることとなろう。また,5本の第2の光ファイバ21から25は,必ずしも一直線上に配列されていなくともよく曲線状に曲がっていてもよい。
【0067】
図9は,レンズ41から45のそれぞれのレンズ特性の一例である。
【0068】
横軸はレンズからの距離であり,縦軸は感度を示している。
【0069】
レンズ41から45のそれぞれは,第1の距離d1からの光を受光面(
図10に示す光ファイバ21とレンズ41との密着面等であり、レンズの径未満の径をもつ)で受光した場合に感度がピーク(受光面の光量が最大となる)となり,かつ第2の距離d2からの光を受光面で受光した場合にも感度がピークとなるように設計されている。また,レンズ41から45のそれぞれは,第1の距離d1から第2の距離d2までの間からの光も受光面で受光した場合に感度がピークとなるように設計されている。レンズ41から45は照明光学系の理論に基づいて設計されており,結合光学系における被写体のピントが合うかどうかについては問わない。この実施例においては後述のように,第1の位置から第2の位置までの間からの反射光のうちレンズに入射した光を効率良く受光面に導光できればよい。
【0070】
図9においては,第1の位置と第2の位置とは,ほぼ同じ感度となっているが,双方とも所望の感度が得られていれば感度差があっても構わない。たとえば,第1の位置(または第2の位置)のレンズの感度に対して,第2の位置(または第1の位置)のレンズ感度,または第1の位置から第2の位置までの間の感度が相対的に1/10程度でもよい。感度について1つのピークしか持っていないレンズのレンズ特性と比較して,2つのピークを持っており,かつ第1の位置から第2の位置までの間からの光が連続したピークを持っていると判断できればよい。また,同じ光度の光について考えた場合に,第1の距離d1から第2の距離d2までの間からの光を受光面において受光した場合の光のレベルが第1の距離d1よりもレンズに近い距離からの光を受光面において受光した場合の光のレベルまたは第2の距離d2よりもレンズから遠い距離からの光を受光面において受光した場合光のレベルよりも大きければよい。
【0071】
レンズ41から45は,全く同じレンズ特性でなくともよい。たとえば,レンズ41から45は,一方向に並んでいるレンズ・アレイであり,そのレンズ・アレイを構成するレンズ41から45の第1の位置および第2の位置がレンズ41から45になるほど徐々に遠くなるものでもよい。好ましくは
図6を参照して説明したように,歯周ポケットPPのギャップ間距離をカバーするようにレンズ41から45の第1の位置および第2の位置を徐々に遠くする。また,第1の位置と第2の位置との間の距離を徐々に広げたり狭めたりしてもよい。
【0072】
図10は,レンズ41(他のレンズ42から45でも同様である)に反射光が入射する様子を示している。
【0073】
第1の距離d1からの反射光L1は,レンズ41のレンズ面41Bから入射し,かつ屈折してレンズ41の41Aに密接している光ファイバ21の出射端面21B(受光面の一例である)から光ファイバ21に入り,光ファイバ21内を伝搬する。同様に,第2の距離d2からの反射光L2は,レンズ41のレンズ面41Bから入射し,かつ屈折してレンズ41の後端面41Aに密接している光ファイバ21の出射端面21Bから光ファイバ21に入り,光ファイバ21内を伝搬する。
【0074】
第1の距離d1から第2の距離d2の間からの反射光はレンズ41のレンズ面41Bから入射し,かつ屈折してレンズ41の後端面41Aに密接している光ファイバ21の出射端面21Bから光ファイバ21に入り,光ファイバ21内を伝搬する。
【0075】
この第1の距離d1が
図6を参照して説明したように位置P1に対応し,第2の距離d2が
図6の位置P2に対応する。これにより,ギャップ間距離Δ22,Δ32,Δ42が第1の距離d1から第2の距離d2の間に入るので,歯茎GUと歯周ポケットPPとの境界からの反射光,歯周ポケットPPと歯茎GUとの境界からの反射光のすべてが,レンズ41から45を介して光ファイバ21から25の出射端面21Bから25Bに入る。したがって,得られる反射光強度が高くなり,
図8に示すように干渉信号から得られる光断層画像がはっきりと得られるようになる。より正確に歯周ポケットの深さを測定できる。
【0076】
上述のように,レンズ41の第1の距離をd1,第2の距離をd2とし,レンズ42の第1の距離をd12,第2の距離をd22とし,レンズ43の第1の距離をd13,第2の距離をd23とし,レンズ44の第1の距離をd14,第2の距離をd24とし,レンズ45の第1の距離をd15,第2の距離をd25としてもよい。レンズ41から45になるにつれて,第1の距離までの距離および第2の距離までの距離が遠くなる。
【0077】
また,レンズ41から45の第1の距離をすべてd1とし,レンズ41の第2の距離をd2とし,レンズ42の第2の距離をd22とし,レンズ43の第2の距離をd23とし,レンズ44の第2の距離をd24とし,レンズ45の第2の距離をd25としてもよい。レンズ41から45になるにつれて,第1の距離と第2の距離との間の距離が広がる。上述したように逆に狭くなってもよい。
【0078】
図11から
図13は,レンズ41から45に用いられるレンズ51の一例である。レンズ51からの出射光の方向をX軸とし,X軸を法線とするY軸-Z軸からなるY-Z平面とする。
図11は,レンズ51のレンズ面51Aを斜視的に示しており,
図12は,レンズ51の光軸OAを通るX-Z平面の断面図,
図13は光軸OAを通るX-Y軸平面の断面図である。
【0079】
レンズ51のレンズ面51B(レンズ41から45のレンズ面41Bから45Bに対応する)には第1の曲率半径r1および第2の曲率半径r2が定められている。
【0080】
図11および
図12を参照して,レンズ51が第1の距離d1からの反射光のうちレンズ面51Bに入射した光が(ほぼすべて,または一定レベル以上)受光面に導かれるように,第1の曲率半径r1が定められている。第1の曲率半径r1は,光軸OA上に曲率の中心O1をもち,光軸OAを通るX-Z平面内のレンズ面51Bの曲率を規定する。第1の曲率半径r1は,光軸OAを通るX-Z平面内のレンズ面51Bにおいて第1の弧Ar1において一定である(第1の弧Ar1の曲率半径が径方向において変わらずにすべてr1)。
【0081】
同様に,
図11および
図13を参照して,レンズ51が第2の距離d2からの反射光のうちレンズ面51Bに入射した光が(ほぼすべて,または一定レベル以上)受光面に導かれるように,第2の曲率半径r2が定められている。第2の曲率半径r2は,光軸OA上に曲率の中心O2をもち,光軸OAを通るX-Y平面内のレンズ面51Bの曲率を規定する。第2の曲率半径r2は,光軸OAを通るX-Y平面内のレンズ面51Bにおいて一定の第2の弧Ar2において一定である(第2の弧Ar2の曲率半径が径方向において変わらずにすべてr2)。
【0082】
図14は,レンズ51のレンズ面51Aとレンズ面51Aの曲率半径との関係を示している。
【0083】
レンズ面51Aのレンズ中心OCを中心に第1の弧Ar1からΔθ(Δθは0度以外)だけ周方向に回転(右回転でも左回転でも同じである)した場合の弧Arθの曲率中心をOθ,曲率半径をrθとすると,Z軸上における曲率中心Oθの位置は式1により表され,曲率半径rθは式2により表される。
【0084】
Oθ=O1-(O1-O2)×Δθ/90度・・・式1
rθ=r1-(r1-r2)×Δθ/90度・・・式2
【0085】
Δθが増加すると弧Arθの長さは第1の弧Ar1から増加し,Δθが90度となると,弧Arθは第2の弧Ar2となる。またΔθが増加すると曲率中心はO1からO2に近づき,Δθが90度となると曲率中心はO2となる。
【0086】
また,レンズ面51Aのレンズ中心OCを中心に第2の弧Ar2からΔφ(Δφは0度以外)だけ周方向に回転(右回転でも左回転でも同じである)すると弧ArφのZ軸上における曲率中心Oφの位置は式1により表され,曲率半径rφは式2により表される。
【0087】
Oφ=O2-(O2-O1)×Δφ/90度・・・式1
rφ=r2-(r2-r1)×Δφ/90度・・・式2
【0088】
Δφが増加すると弧Arφの長さは第2の弧Ar2から減少し,Δφが90度となると,弧Arφは第1の弧Ar1となる。またΔφが増加すると曲率中心OφはO2からO1に近づき,Δφが90度となると曲率中心はO1となる。
【0089】
第1の弧Ar1から第2の弧Ar2までのレンズ面51Bの曲率半径が周方向において連続して増加し,第2の弧Ar2から第1の弧Ar1までのレンズ面51Aの曲率半径が周方向において連続して減少しているが,弧Ar1を第2の弧,弧Ar2を第2の弧と仮定すると,第1の弧Ar2から第2の弧Ar1までのレンズ面51Bの曲率半径が周方向において連続して減少し,第2の弧Ar1から第1の弧Ar2までのレンズ面51Aの曲率半径が周方向において連続して増加することとなる。
【0090】
上述の実施例では,第1の弧Ar1から第2の弧Ar2までのレンズ面51Bの曲率半径が連続して増加(または減少)し,第2の弧Ar2から第1の弧Ar1までのレンズ面51Aの曲率半径が連続して減少(又は増加)しているが,必ずしも単調に増加または減少しなくても連続的に変化すれば,増加または減少が繰り返されてもよい。
【0091】
図15および
図16は,レンズの他の例を示すものである。
図15はレンズ61の斜視図,
図16はレンズ61の光軸OAを通るX-Z平面の断面図である。レンズ61も,レンズ41から45の一例である。
【0092】
レンズ61のレンズ面61A(レンズ41から45のレンズ面41Bから45Bに対応する)の内周部分61Bは第1の距離d1からの光が受光面に導かれるように曲率半径r1が定められている。レンズ61の光軸OA上に曲率半径r1の曲率中心O1が規定されている。
【0093】
また,レンズ61のレンズ面61Aの外周部分61Cは第2の距離d2からの光が受光面に導かれるように曲率半径r2が定められている。レンズ61の光軸OA上に曲率半径R2の中心O2が規定されている。
【0094】
このようなレンズ61でも第1の距離d1からの反射光,第2の距離d2からの反射光,第1の距離d1から第2の距離d2までの間からの反射光のうちレンズ面61Aに入射した光(のほぼすべて,または一定レベル以上)を,レンズ面61Aにおいて屈折させて,光ファイバ21から25の端面21Bから25Bに導くことができる。
【0095】
図17は,
図15および
図16に示すレンズ61の変形例を示すもので,
図16に対応し,光軸OAを通るX-Z平面の断面図である。
【0096】
レンズ61Dにおいて,光軸OA上におけるレンズ面61Eのレンズ中心OCの曲率半径をr1,レンズ面の最外周OEの曲率半径をr2とし,レンズ中心OCから最外周OEまでの曲率半径rxと曲率中心oxとは式3によって表される。
【0097】
(O2-O1):(r2-r1)=(Ox-O1):(rx-r1)・・・式3
【0098】
式3から,曲率中心Oxが決まれば曲率半径rxも決まる。
【0099】
図17に示すように,最外周(外周部分)OEからレンズ中心(内周部分)OCまでのレンズ面61Eの曲率半径が径方向に連続して減少しているので,第1の距離d1から第2の距離d2までの間からの反射光のうち特定の位置から光ファイバ21から25に入射する反射光が少なくなるということが未然に防止できる。
【0100】
図17に示す変形例では,最外周(外周部分)OEからレンズ中心(内周部分)OCまでのレンズ面61Eの曲率半径が径方向に連続して変化していれば,単調に減少していなくてもよい。
【0101】
図18は,さらに他の実施例を示すもので,レンズ41の一例としてのレンズ71である。レンズ42から45についても適用できる。
【0102】
図18に示すレンズ71においては,第1の距離d1から第2の距離d2までの間(第2の距離d2を含む)からの反射光L1,L2(レンズ71に入射する反射光)のすべて(ある一定レベル以上,または,ほぼすべてでもよい)が,光ファイバ21の出射端面21B(受光面)に入射するようにレンズ面71A(レンズ41のレンズ面41Bに対応する)のすべての箇所の曲率半径がコンピュータにより計算される。計算結果にもとづいてレンズ71が作成される。
【0103】
上述の実施例において,第1の曲率半径r1の中心点と第2の曲率半径r2の中心点とは,いずれもレンズ41などの光軸上にあることが好ましいが,第1の曲率半径r1の中心点と第2の曲率半径r2の中心点のいずれも,またはいずれか一方が必ずしも光軸上になくてもよい。
【0104】
図19は,他の実施例を示すもので,歯周病検査システムの一部のブロック図である。
【0105】
反射した測定光LMおよび反射した参照光LRはフォトダイオード4に入射し,フォトダイオード4から干渉信号が出力される。干渉信号は,アナログ/ディジタル変換回路81においてディジタル・データに変換される。変換されたディジタル・データは,通信回路82に入力し,通信回路82からサーバ90に送信される。
【0106】
サーバ90は,信号処理回路(歯周ポケット・データ生成手段)5の機能を有しており,上述した干渉信号から光断層画像を生成できる。通信回路82から送信されたディジタル・データをサーバ90において受信すると,サーバ90において光断層画像が生成されることとなる。
【0107】
サーバ90において生成された光断層画像を表すデータを通信回路82に送信してもよい。光断層画像を表すデータが表示制御装置83に与えられ,表示制御装置83によって表示装置84が制御されることにより光断層画像が表示装置84の表示画面に表示されることとなる。
【符号の説明】
【0108】
1:光源,2:ビーム・スプリッタ,3:参照用ミラー,4:フォトダイオード,5:信号処理回路,6:表示装置,7:光ファイバ,7A:入射端面,7B:出射端面,10:偏向装置,11:GRINレンズ,12:固定ミラー,13:偏向ミラー,14:f-θレンズ,15-17:集光レンズ,19:集光レンズ,21:光ファイバ,21A:入射端面,21B:出射端面,22-25:光ファイバ,30:検査用プローブ,31:把持部,35:接触部,35A:先端面,41:レンズ,41A:後端面,41B:レンズ面,42-45:レンズ,51:レンズ,51A:レンズ面,51B:レンズ面,61:レンズ,61A:レンズ面,61B:内周部分,61C:外周部分,61D:レンズ,61E:レンズ面,71:レンズ,71A:レンズ面,81:ディジタル変換回路,82:通信回路,83:表示制御装置,84:表示装置,90:サーバ,Ar1:第1の弧,Ar2:第2の弧,Arθ:弧,Arφ:弧,B11-B51:測定光,GU:歯茎,Igu:光断層画像,Ito:光断層画像,L:低干渉光,L1:反射光,L2:反射光,LM:測定光,LR:参照光,O1-O2:曲率中心,OA:光軸,OC:レンズ中心,OE:最外周,Ox:曲率中心,Oθ:曲率中心,Oφ:曲率中心,PP:歯周ポケット,r1:第1の曲率半径,r2:第2の曲率半径,TO:歯,d1:第1の距離,d12:第1の距離,d13:第1の距離,d14:第1の距離,d15:第1の距離,d2:第2の距離,d22:第2の距離,d23:第2の距離,d24:第2の距離,d25:第2の距離,ox:曲率中心,rx:曲率半径,rθ:曲率半径,rφ:曲率半径,Δ21:厚さ,Δ22:ギャップ間距離,Δ31:厚さ,Δ32:ギャップ間距離,Δ41:厚さ,Δ42:ギャップ間距離,Δ51:厚さ,Δd:深さ,Δt21:時間差,Δt22:時間差,Δt31:時間差,Δt32:時間差,Δt41:時間差,Δt42:時間差,Δt51:時間差,θ1:角度,θ2:角度,θ5:角度