ホーム > 特許ランキング > コニカミノルタ株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-15
(45)【発行日】2024-04-23
(54)【発明の名称】口腔内測定装置
(51)【国際特許分類】
A61C 19/04 20060101AFI20240416BHJP
G01B 11/24 20060101ALI20240416BHJP
【ＦＩ】
A61C19/04 Z
G01B11/24 B
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020106693
(22)【出願日】2020-06-22
(65)【公開番号】P2022001163
(43)【公開日】2022-01-06
【審査請求日】2023-03-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】稲垣 義弘
(72)【発明者】
【氏名】長岡 敦
【審査官】瀧本 絢奈
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５２２８８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０７８７４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０５７３１６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／１４０１９９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｃ １９／０４
Ａ６１Ｂ １／２４
Ｇ０１Ｂ １１／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザー光源、ＴＯＦセンサー、レンズを含む測定光学系を備え、前記レーザー光源は、前記ＴＯＦセンサーと同期して強度変調され、そのレーザー光を測定領域に照射させ、
前記レンズは、前記測定領域内の測定対象で反射された光の一部を、前記ＴＯＦセンサーに集光させ、
前記測定光学系は、前記レーザー光源からの光を前記レンズに入射させるビームスプリッターを含み、
前記レンズは、前記ビームスプリッターを介して当該レンズに入射した光を、発散光の状態で前記測定領域に照射し、
前記測定光学系は、前記レンズと前記測定領域との間の光路中に配置されたミラーを含み、
前記ミラーは反射型回折光学素子である、
ことを特徴とする口腔内測定装置。
【請求項2】
前記測定光学系は、前記レンズと前記測定領域との間の光路中に配置されたアパーチャーを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の口腔内測定装置。
【請求項3】
前記レンズから前記ＴＯＦセンサーまでの光路長が、前記レンズから前記レーザー光源までの光路長よりも長い、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の口腔内測定装置。
【請求項4】
前記ビームスプリッターは、前記レーザー光源からの光の少なくとも一部を、前記測定領域に向けて反射させ、
前記測定対象で反射された光の少なくとも一部を、前記ＴＯＦセンサーに向けて透過させる、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の口腔内測定装置。
【請求項5】
前記ビームスプリッターは、偏光ビームスプリッターである、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の口腔内測定装置。
【請求項6】
前記反射型回折光学素子は、等間隔に並設された直線状の複数の溝を有する、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の口腔内測定装置。
【請求項7】
前記測定光学系は、前記ビームスプリッターと前記ＴＯＦセンサーとの間の光路中に配置された第２のアパーチャーを含む、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の口腔内測定装置。
【請求項8】
前記反射型回折光学素子は、等間隔に並設された直線状の複数の溝を有し、前記第２のアパーチャーは、前記溝の方向と直交する一方向のみの幅を規制する、
ことを特徴とする請求項７に記載の口腔内測定装置。
【請求項9】
前記反射型回折光学素子は、裏面反射型である、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の口腔内測定装置。
【請求項10】
前記反射型回折光学素子は、回折次数が２以上である、ことを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の口腔内測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、口腔内測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、測定対象に複数の模様を投影し、それらを異なる角度から撮影した画像を用いて測定対象の三次元形状を光学的に測定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の測定では、複数の画像を撮影している間に測定器と測定対象との相対的な位置や角度が変化すると、誤差が生じるという問題がある。
模型などを測定する場合には測定対象を固定しておくことが可能であるが、口腔内を測定する場合、被験者を完全に固定することは多大な負担を強いることになるため現実的でない。また、歯の測定を行う場合、内側と外側、上顎と下顎、噛み合わせなど、必要な個所を全て同時に測定することが難しいため、測定器を移動しつつ測定を行う必要があり、測定器の側も固定しておくことができない。
模型などを測定する場合には測定対象を固定しておくことが可能であるが、口腔内を測定する場合、被験者を完全に固定することは多大な負担を強いることになるため現実的でない。また、歯の測定を行う場合、内側と外側、上顎と下顎、噛み合わせなど、必要な個所を全て同時に測定することが難しいため、測定器を移動しつつ測定を行う必要があり、測定器の側も固定しておくことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００９－１６５５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、被験者や測定器の姿勢変化に伴う測定誤差を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明は、口腔内測定装置であって、
レーザー光源、ＴＯＦセンサー、レンズを含む測定光学系を備え、
前記レーザー光源は、前記ＴＯＦセンサーと同期して強度変調され、そのレーザー光を測定領域に照射させ、
前記レンズは、前記測定領域内の測定対象で反射された光の一部を、前記ＴＯＦセンサーに集光させ、
前記測定光学系は、前記レーザー光源からの光を前記レンズに入射させるビームスプリッターを含み、
前記レンズは、前記ビームスプリッターを介して当該レンズに入射した光を、発散光の状態で前記測定領域に照射し、
前記測定光学系は、前記レンズと前記測定領域との間の光路中に配置されたミラーを含み、
前記ミラーは反射型回折光学素子である、
ことを特徴とする。
レーザー光源、ＴＯＦセンサー、レンズを含む測定光学系を備え、
前記レーザー光源は、前記ＴＯＦセンサーと同期して強度変調され、そのレーザー光を測定領域に照射させ、
前記レンズは、前記測定領域内の測定対象で反射された光の一部を、前記ＴＯＦセンサーに集光させ、
前記測定光学系は、前記レーザー光源からの光を前記レンズに入射させるビームスプリッターを含み、
前記レンズは、前記ビームスプリッターを介して当該レンズに入射した光を、発散光の状態で前記測定領域に照射し、
前記測定光学系は、前記レンズと前記測定領域との間の光路中に配置されたミラーを含み、
前記ミラーは反射型回折光学素子である、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、被験者や測定器の姿勢変化に伴う測定誤差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態に係る口腔内測定装置の構成を示す図である。
【図2】実施形態に係る測定光学系での光路を示す図であり、（ａ）が投光系の光路図、（ｂ）が受光系の光路図である。
【図3】実施形態に係る測定光学系での投光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。
【図4】実施形態に係る測定光学系での受光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。
【図5】実施形態の変形例に係る測定光学系での投光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。
【図6】実施形態の変形例に係る測定光学系での受光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。
【図7】実施形態の変形例に係る回折光学素子の微細構造の一例を示す模式図であって、表面反射型のものを示す図である。
【図8】実施形態の変形例に係る回折光学素子の微細構造の一例を示す模式図であって、回折次数が１の裏面反射型のものを示す図である。
【図9】実施形態の変形例に係る回折光学素子の微細構造の一例を示す模式図であって、回折次数が２の裏面反射型のものを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【0009】
［口腔内測定装置の構成］
図１は、本実施形態に係る口腔内測定装置１の構成を示す図である。
口腔内測定装置１は、主に人（人体）の口腔内の三次元形状を測定するものであり、図１に示すように、装置本体１０と制御装置６０を備える。
図１は、本実施形態に係る口腔内測定装置１の構成を示す図である。
口腔内測定装置１は、主に人（人体）の口腔内の三次元形状を測定するものであり、図１に示すように、装置本体１０と制御装置６０を備える。
【0010】
装置本体１０は、口腔内に挿入される部分であり、その内部空間Ｓに、口腔内を三次元測定するための測定光学系４０を収容している。
測定光学系４０は、レーザー光源４１、ビームスプリッター４２、レンズ４３、アパーチャー４４、ミラー４５、受光センサー４６を含む。このうち、受光センサー４６、ビームスプリッター４２、レンズ４３、アパーチャー４４、ミラー４５が、装置本体１０の長手方向に沿って基端側からこの順に配列され、レーザー光源４１が、ビームスプリッター４２の側方に配置されている。ミラー４５は、装置本体１０の先端部に配置され、アパーチャー４４からの光を側方に反射させる向きに配置されている。
測定光学系４０の詳細については後述する。
測定光学系４０は、レーザー光源４１、ビームスプリッター４２、レンズ４３、アパーチャー４４、ミラー４５、受光センサー４６を含む。このうち、受光センサー４６、ビームスプリッター４２、レンズ４３、アパーチャー４４、ミラー４５が、装置本体１０の長手方向に沿って基端側からこの順に配列され、レーザー光源４１が、ビームスプリッター４２の側方に配置されている。ミラー４５は、装置本体１０の先端部に配置され、アパーチャー４４からの光を側方に反射させる向きに配置されている。
測定光学系４０の詳細については後述する。
【0011】
装置本体１０は、長尺な略棒状に形成されており、先に口腔内に挿入される側（先端側）のチップ１１と、その反対側（基端側）のベース部１２とを備えて構成されている。チップ１１には、測定光学系４０のうちのミラー４５が収容される。ベース部１２には、測定光学系４０のうち、レーザー光源４１、ビームスプリッター４２、レンズ４３、アパーチャー４４、受光センサー４６が収容される。
チップ１１は、ベース部１２から着脱可能に構成されている。装置本体１０からチップ１１を取り外すと、ベース部１２の先端にはアパーチャー４４が露出する。
チップ１１は、ベース部１２から着脱可能に構成されている。装置本体１０からチップ１１を取り外すと、ベース部１２の先端にはアパーチャー４４が露出する。
【0012】
制御装置６０は、装置本体１０と接続されており、ユーザ操作等に基づいて、口腔内測定装置１を中央制御する。具体的に、制御装置６０は、制御部６１と記憶部６２を備える。
記憶部６２には、口腔内測定装置１を動作させるための各種プログラムや、測定光学系４０により取得された情報等の各種データが格納される。
制御部６１は、記憶部６２に格納された所定のプログラムに基づいて、装置本体１０（測定光学系４０）の動作を制御して口腔内の三次元形状を測定する。
記憶部６２には、口腔内測定装置１を動作させるための各種プログラムや、測定光学系４０により取得された情報等の各種データが格納される。
制御部６１は、記憶部６２に格納された所定のプログラムに基づいて、装置本体１０（測定光学系４０）の動作を制御して口腔内の三次元形状を測定する。
【0013】
図２は、測定光学系４０での光路を示す図であり、（ａ）が投光系の光路図、（ｂ）が受光系の光路図である。図３は、測定光学系４０での投光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。図４は、測定光学系４０での受光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。
図２（ａ）に示すように、測定光学系４０は、上述のとおり、レーザー光源４１、ビームスプリッター４２、レンズ４３、アパーチャー４４、ミラー４５、受光センサー４６を含む。
図２（ａ）に示すように、測定光学系４０は、上述のとおり、レーザー光源４１、ビームスプリッター４２、レンズ４３、アパーチャー４４、ミラー４５、受光センサー４６を含む。
【0014】
レーザー光源４１は、レーザーダイオードである。
ビームスプリッター４２は、偏光ビームスプリッターである。
レンズ４３は、レーザー光源４１及び受光センサー４６に対して所定の位置（光路上の位置）に配置されている。具体的には、レンズ４３から受光センサー４６までの光路長が、レンズ４３からレーザー光源４１までの光路長よりも長い。
アパーチャー４４は、レンズ４３と測定領域Ｒ１との間の光路中に配置された開口部である。開口形状は円形である。
ミラー４５は、レンズ４３と測定領域Ｒ１との間の光路中に配置された平面ミラーである。
受光センサー４６は、ＴＯＦ（Time of Flight）センサーである。
ビームスプリッター４２は、偏光ビームスプリッターである。
レンズ４３は、レーザー光源４１及び受光センサー４６に対して所定の位置（光路上の位置）に配置されている。具体的には、レンズ４３から受光センサー４６までの光路長が、レンズ４３からレーザー光源４１までの光路長よりも長い。
アパーチャー４４は、レンズ４３と測定領域Ｒ１との間の光路中に配置された開口部である。開口形状は円形である。
ミラー４５は、レンズ４３と測定領域Ｒ１との間の光路中に配置された平面ミラーである。
受光センサー４６は、ＴＯＦ（Time of Flight）センサーである。
【0015】
測定光学系４０の投光系では、図２（ａ）及び図３に示すように、まず制御部６１により、受光センサー４６と同期して正弦波や矩形波で強度変調された光（レーザー光）が、レーザー光源４１から出射される。レーザー光源４１から出射した光は、ビームスプリッター４２によって反射された後、レンズ４３によって集光作用を受け、発散光の状態ではあるもののレンズ４３の入射前に比べて角度範囲が狭められる。この光は、レンズ４３直後のアパーチャー４４によって角度範囲が規制された後、ミラー４５によって向きを変えられ、装置本体１０（チップ１１）先端の透光窓１１ａ（図１参照）を通じて、口腔内の測定領域Ｒ１に照射される。
なお、図２（ａ）では、測定光学系４０の投光系が光を照射する範囲（測定領域Ｒ１）を楕円形で示している。また、アパーチャー４４の中央を通る光線と、上下左右のエッジを通る光線との、合わせて５本の光線のみを図示している。
なお、図２（ａ）では、測定光学系４０の投光系が光を照射する範囲（測定領域Ｒ１）を楕円形で示している。また、アパーチャー４４の中央を通る光線と、上下左右のエッジを通る光線との、合わせて５本の光線のみを図示している。
【0016】
測定光学系４０の受光系では、図２（ｂ）及び図４に示すように、測定領域Ｒ１に測定対象（例えば歯など）が存在した場合、投光系により照射された光が測定対象の表面で拡散反射される。そのうちの少なくとも一部は、装置本体１０内に入射してミラー４５によって反射され、アパーチャー４４を通過する。アパーチャー４４を通過した光は、レンズ４３によって集光され、ビームスプリッター４２を透過して受光センサー４６に受光される。
このとき、受光センサー４６に受光される光は偏光ビームスプリッターであるビームスプリッター４２を透過するので、歯などで正反射した光は偏光方向が維持されてビームスプリッター４２を透過せず、測定には使われない。拡散反射した光は偏光方向が乱れており、ビームスプリッター４２によって反射する光も透過する光も存在するが、このうち透過したものが測定に使用される。
制御部６１は、受光センサー４６で時分割測定した強度変化の情報から、出力と入力の位相のずれを算出し、その量から距離を求める。これにより、口腔内の測定対象の形状が測定される。
このとき、受光センサー４６に受光される光は偏光ビームスプリッターであるビームスプリッター４２を透過するので、歯などで正反射した光は偏光方向が維持されてビームスプリッター４２を透過せず、測定には使われない。拡散反射した光は偏光方向が乱れており、ビームスプリッター４２によって反射する光も透過する光も存在するが、このうち透過したものが測定に使用される。
制御部６１は、受光センサー４６で時分割測定した強度変化の情報から、出力と入力の位相のずれを算出し、その量から距離を求める。これにより、口腔内の測定対象の形状が測定される。
【0017】
なお、図２（ｂ）では、受光センサー４６としてその受光面のみを簡易的に図示した。また、受光センサー４６の受光面の中心と四隅との５点の各々に到達する光線のうち、アパーチャー４４の中央及び上下左右のエッジを通る５本の光線を図示した。ただし、受光系は、測定領域Ｒ１の一点から出た光が受光センサー４６上の一点に集光する光学系であるため、投光系と異なり、５本の光線は重なって描画されている。
また、測定領域Ｒ１内に四角形で示したものは、受光センサー４６で検出可能な範囲（検出領域Ｒ２）である。測定光学系４０は三次元形状を測定するものであるので、実際には測定領域Ｒ１は図の上下方向について幅を持っている。投光系と受光系で周辺の光線の角度がわずかに異なるので、レーザー光の照射範囲（測定領域Ｒ１）と受光センサー４６の検出可能範囲（検出領域Ｒ２）は完全には一致しないが、照射範囲の方が広ければよい。測定領域Ｒ１と検出領域Ｒ２の形状は特に限定されない。
また、測定領域Ｒ１内に四角形で示したものは、受光センサー４６で検出可能な範囲（検出領域Ｒ２）である。測定光学系４０は三次元形状を測定するものであるので、実際には測定領域Ｒ１は図の上下方向について幅を持っている。投光系と受光系で周辺の光線の角度がわずかに異なるので、レーザー光の照射範囲（測定領域Ｒ１）と受光センサー４６の検出可能範囲（検出領域Ｒ２）は完全には一致しないが、照射範囲の方が広ければよい。測定領域Ｒ１と検出領域Ｒ２の形状は特に限定されない。
【0018】
［実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態によれば、測定光学系４０の受光センサー４６がＴＯＦセンサーである。
これにより、タイムオブフライト（ＴＯＦ）を用いて測定が行われるので、或る視点からの三次元形状の測定が瞬時に完了する。したがって、測定中の被験者や測定器（装置本体１０）の姿勢変化に伴う測定誤差を抑制することができる。
以上のように、本実施形態によれば、測定光学系４０の受光センサー４６がＴＯＦセンサーである。
これにより、タイムオブフライト（ＴＯＦ）を用いて測定が行われるので、或る視点からの三次元形状の測定が瞬時に完了する。したがって、測定中の被験者や測定器（装置本体１０）の姿勢変化に伴う測定誤差を抑制することができる。
【0019】
また、本実施形態によれば、アパーチャー４４がレンズ４３と測定領域Ｒ１との間の光路中に配置されている。
このように、レンズ４３よりも測定対象側（先端側）にアパーチャー４４を設置することにより、先端部のチップ１１を滅菌等のために取り外したときに、ベース部１２では絞りが最も外側（露出側）に配置された状態となる。これにより、開口部の広さを最小限にでき、レンズ４３等が汚れるおそれを抑制できる。
このように、レンズ４３よりも測定対象側（先端側）にアパーチャー４４を設置することにより、先端部のチップ１１を滅菌等のために取り外したときに、ベース部１２では絞りが最も外側（露出側）に配置された状態となる。これにより、開口部の広さを最小限にでき、レンズ４３等が汚れるおそれを抑制できる。
【0020】
また、本実施形態によれば、レーザー光源４１からの光は、ビームスプリッター４２を介してレンズ４３に入射し、当該レンズ４３により発散光の状態で測定領域Ｒ１に照射される。
これにより、レーザー光を光量的に効率良く測定領域Ｒ１に照射できる。また、レンズ４３を受光系にも共用することで、装置本体１０をコンパクトに構成できる。さらに、投光系と受光系でレンズ４３以降の光路を共通化することで、これが別々の光路になっている場合に比べて、装置本体１０の先端部をさらに小型化できる。
これにより、レーザー光を光量的に効率良く測定領域Ｒ１に照射できる。また、レンズ４３を受光系にも共用することで、装置本体１０をコンパクトに構成できる。さらに、投光系と受光系でレンズ４３以降の光路を共通化することで、これが別々の光路になっている場合に比べて、装置本体１０の先端部をさらに小型化できる。
【0021】
また、本実施形態によれば、レンズ４３から受光センサー４６までの光路長が、レンズ４３からレーザー光源４１までの光路長よりも長い。
このとき、受光系では、測定対象上の一点からの光が受光センサー４６上で一点に集光するように設定されるのに対して、投光系では、レーザー光源４１の一点からの光が測定領域Ｒ１をカバーする範囲に広がって照射される。そのため、レンズ４３から受光センサー４６までの光路長は、レンズ４３からレーザー光源４１までの光路長よりも長いことが好ましい。
このとき、受光系では、測定対象上の一点からの光が受光センサー４６上で一点に集光するように設定されるのに対して、投光系では、レーザー光源４１の一点からの光が測定領域Ｒ１をカバーする範囲に広がって照射される。そのため、レンズ４３から受光センサー４６までの光路長は、レンズ４３からレーザー光源４１までの光路長よりも長いことが好ましい。
【0022】
また、本実施形態によれば、ビームスプリッター４２は、レーザー光源４１からの光の少なくとも一部を測定領域Ｒ１に向けて反射させ、測定対象で反射された光の少なくとも一部を受光センサー４６に向けて透過させる。
これにより、ビームスプリッターが、測定領域Ｒ１に向けて光を透過させ、測定対象で反射された光を受光センサー４６に向けて反射させる場合（すなわち、ビームスプリッターの透過と反射を反対にした場合）と異なり、ビームスプリッター４２からの距離がより長い受光センサー４６をレンズ４３からの光路上に配置することができ、装置本体１０をよりコンパクトに構成できる。
これにより、ビームスプリッターが、測定領域Ｒ１に向けて光を透過させ、測定対象で反射された光を受光センサー４６に向けて反射させる場合（すなわち、ビームスプリッターの透過と反射を反対にした場合）と異なり、ビームスプリッター４２からの距離がより長い受光センサー４６をレンズ４３からの光路上に配置することができ、装置本体１０をよりコンパクトに構成できる。
【0023】
また、本実施形態によれば、ビームスプリッター４２が偏光ビームスプリッターであるので、５０％の反射率のハーフミラーを使用する場合に比べ、効率を向上できる。
さらに、歯を測定する場合、表面が濡れていると強い正反射光が発生し、面の法線方向と測定器の視線の方向が一致した部分のみ、周囲と比べて明るく見えてしまい、測定上は都合が悪い。この点、偏光ビームスプリッターを用いることで、偏光が乱れている散乱光の約半分を受光センサー４６に向かわせつつ、偏光方向が保たれている正反射光を受光センサー４６に入射しなくすることができる。
さらに、歯を測定する場合、表面が濡れていると強い正反射光が発生し、面の法線方向と測定器の視線の方向が一致した部分のみ、周囲と比べて明るく見えてしまい、測定上は都合が悪い。この点、偏光ビームスプリッターを用いることで、偏光が乱れている散乱光の約半分を受光センサー４６に向かわせつつ、偏光方向が保たれている正反射光を受光センサー４６に入射しなくすることができる。
【0024】
また、本実施形態によれば、レンズ４３と測定領域Ｒ１との間の光路中にミラー４５が配置されている。
歯は凹凸があるので、測定時に斜めから見ようとすると、影になって見えない部分ができてしまう。したがって、各個所を正面から見るように装置の姿勢を変えながら測定することが必要になる。その際、測定領域Ｒ１から受光センサー４６までが一直線に配置されていると、装置の先端部が大きくなってしまい、被験者の負担が大きくなる。
そこで、装置本体１０の先端部にミラー４５を配置し、レンズ４３からのレーザー光を、ミラー４５を介して歯に照射し、また歯からの反射光を、同じミラー４５を介してレンズ４３側に反射して受光センサー４６に導くようにする。これにより、レンズ４３から測定領域Ｒ１までを一直線に配置する場合に比べて、装置本体１０の先端部をコンパクトに構成できる。
さらにこの場合、ミラー４５を単純な平面ミラーにすることで、当該ミラー４５ごと装置本体１０（チップ１１）の先端部を滅菌した場合でも、光学性能に及ぼす影響を小さくできる。
歯は凹凸があるので、測定時に斜めから見ようとすると、影になって見えない部分ができてしまう。したがって、各個所を正面から見るように装置の姿勢を変えながら測定することが必要になる。その際、測定領域Ｒ１から受光センサー４６までが一直線に配置されていると、装置の先端部が大きくなってしまい、被験者の負担が大きくなる。
そこで、装置本体１０の先端部にミラー４５を配置し、レンズ４３からのレーザー光を、ミラー４５を介して歯に照射し、また歯からの反射光を、同じミラー４５を介してレンズ４３側に反射して受光センサー４６に導くようにする。これにより、レンズ４３から測定領域Ｒ１までを一直線に配置する場合に比べて、装置本体１０の先端部をコンパクトに構成できる。
さらにこの場合、ミラー４５を単純な平面ミラーにすることで、当該ミラー４５ごと装置本体１０（チップ１１）の先端部を滅菌した場合でも、光学性能に及ぼす影響を小さくできる。
【0025】
［変形例］
続いて、本実施形態の変形例に係る測定光学系４０Ａについて説明する。以下では、主に上記実施形態と異なる点について説明し、上記実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図５は、測定光学系４０Ａでの投光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。図６は、測定光学系４０Ａでの受光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。
続いて、本実施形態の変形例に係る測定光学系４０Ａについて説明する。以下では、主に上記実施形態と異なる点について説明し、上記実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図５は、測定光学系４０Ａでの投光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。図６は、測定光学系４０Ａでの受光系の光路図であり、（ａ）が縦断面、（ｂ）が横断面である。
【0026】
図５及び図６に示すように、本変形例に係る測定光学系４０Ａは、上記実施形態におけるビームスプリッター４２、アパーチャー４４及びミラー４５に代えて、ビームスプリッター４２Ａ、アパーチャー４４Ａ及びミラー４５Ａを備える。測定光学系４０Ａは、その他の点については、上記実施形態における測定光学系４０と同様に構成されている。
ただし、レーザー光源４１は、上記実施形態と異なり、ビームスプリッター４２Ａの下側に配置されている。これは、上記実施形態においては、光路幅が投光系では縦横同じ幅であり受光系では縦長であるため、レーザー光源４１をビームスプリッター４２の側方に配置していたのに対し、本変形例では、ビームスプリッター４２Ａ付近では光路幅が投光系も受光系も横長であるためである。
ただし、レーザー光源４１は、上記実施形態と異なり、ビームスプリッター４２Ａの下側に配置されている。これは、上記実施形態においては、光路幅が投光系では縦横同じ幅であり受光系では縦長であるため、レーザー光源４１をビームスプリッター４２の側方に配置していたのに対し、本変形例では、ビームスプリッター４２Ａ付近では光路幅が投光系も受光系も横長であるためである。
【0027】
ミラー４５Ａは、回折光学素子であり、本変形例では裏面反射型の回折光学素子である。ミラー４５Ａのうち、レンズ４３側の表面（図５（ａ）の左下側の面）は平面状の透過面であり、裏面（図５（ａ）の右上側の面）は回折反射面である。
また、ミラー４５Ａは、上記実施形態のミラー４５に比べて図５（ａ）における反時計回りに回転しており、回折光学素子としての作用によって、当該ミラー４５Ａの中心部に入射する光線を測定領域Ｒ１に向けて真っすぐ反射させる。測定領域Ｒ１の大きさは上記実施形態とほぼ同一である。
また、ミラー４５Ａは、上記実施形態のミラー４５に比べて図５（ａ）における反時計回りに回転しており、回折光学素子としての作用によって、当該ミラー４５Ａの中心部に入射する光線を測定領域Ｒ１に向けて真っすぐ反射させる。測定領域Ｒ１の大きさは上記実施形態とほぼ同一である。
【0028】
このように、ミラー４５Ａは上記実施形態のミラー４５に対して回転されているため、上記実施形態のミラー４５に比べて縦断面における上下の幅が小さい。これにより、測定領域Ｒ１の大きさを同程度に保ちつつ装置本体１０先端部の幅を小さくでき、ひいては被験者の負担を軽減できる。
このことは、換言すれば、装置本体１０先端部の幅を上記実施形態と同程度にした場合（そうなるようにミラー４５Ａの角度を設定した場合）に、回折光学素子のミラー４５Ａを用いることで測定領域Ｒ１を広くできるということである。測定領域Ｒ１が広いと一度に測定できる範囲が広くなるため、測定に要する時間を短縮でき、精度面でも有利である。特に歯が抜けている場合、その間の軟組織に対しては測定精度が低くなるので、離れた２つの歯が一視野で測定できれば、精度面での効果は大きい。
このことは、換言すれば、装置本体１０先端部の幅を上記実施形態と同程度にした場合（そうなるようにミラー４５Ａの角度を設定した場合）に、回折光学素子のミラー４５Ａを用いることで測定領域Ｒ１を広くできるということである。測定領域Ｒ１が広いと一度に測定できる範囲が広くなるため、測定に要する時間を短縮でき、精度面でも有利である。特に歯が抜けている場合、その間の軟組織に対しては測定精度が低くなるので、離れた２つの歯が一視野で測定できれば、精度面での効果は大きい。
【0029】
ミラー４５Ａの回折光学素子の微細構造について説明する。
図７～図９は、回折光学素子の微細構造の一例を示す模式図であり、このうち、図７は表面反射型、図８は回折次数が１の裏面反射型、図９は回折次数が２の裏面反射型の回折光学素子を示す。図中の右上の段付き面は、図７ではミラー４５Ａの表面に対応し、図８及び図９ではミラー４５Ａの裏面に対応している。なお、これらの図では、便宜上、波長を極端に長く図示し、同じ比率で溝の幅や高さを拡大して縦断面で示している。また、光は狭い幅の平行光として波のイメージを図示している。
図７～図９は、回折光学素子の微細構造の一例を示す模式図であり、このうち、図７は表面反射型、図８は回折次数が１の裏面反射型、図９は回折次数が２の裏面反射型の回折光学素子を示す。図中の右上の段付き面は、図７ではミラー４５Ａの表面に対応し、図８及び図９ではミラー４５Ａの裏面に対応している。なお、これらの図では、便宜上、波長を極端に長く図示し、同じ比率で溝の幅や高さを拡大して縦断面で示している。また、光は狭い幅の平行光として波のイメージを図示している。
【0030】
図７～図９に示すように、ミラー４５Ａの表面又は裏面には、等間隔の溝が刻まれている。この溝は、図の紙面垂直方向に沿った一様断面の直線状に形成されている。溝が等間隔で直線状であることは、この回折光学素子がパワーを持たないことを意味する。微細構造は、波長オーダーの高さの鋸刃状である。回折光学素子に入射する前と反射した後で、水平の波から垂直の波になっている。
【0031】
図７に示すように、ミラー４５Ａは、表面反射型の回折光学素子であってもよい。この場合、回折面の溝は、例えば、紙面左右方向に沿った面と、斜め４５°の面とから構成され、このうち斜めの面が有効な光学面である。
【0032】
図８に示すように、ミラー４５Ａは、回折次数が１の裏面反射型の回折光学素子であってもよい。この場合、溝一つが波の位相を１波長分ずらしている。溝の間隔は、図７の表面反射型と同じであるが、鋸刃状は異なる。回折面に有効な光学面と無効な壁とが存在するのは表面反射型と同様であるが、裏面反射型の方が有効な光学面の幅が広くなっているため、効率は高くなる。また、包絡線の垂直方向で見た溝の深さが、裏面反射型の方が浅くなっており、加工が比較的容易になる。
【0033】
図９に示すように、ミラー４５Ａは、回折次数が２の裏面反射型の回折光学素子であってもよい。この場合、溝一つが波の位相を２波長分ずらしている。これにより、回折次数が１のものに対して微細構造が比例倍で大きくなっており、溝の幅も深さも２倍になっている。溝の幅が広がることにより、加工が容易になり、回折効率も向上する。
なお、ミラー４５Ａは、回折次数が２以上の裏面反射型の回折光学素子であってもよい。
なお、ミラー４５Ａは、回折次数が２以上の裏面反射型の回折光学素子であってもよい。
【0034】
図５に示すように、アパーチャー４４Ａを通過後に光が飛ぶ角度範囲は、縦断面と横断面で異なっている。アパーチャー４４Ａは、円形の上下両端を直線で切り落とした小判型の開口部を有している。測定領域Ｒ１は、回折光学素子（ミラー４５Ａ）によるひずみがあるため、図５（ｂ）の左右方向で歪んだ小判型になっている。
【0035】
図６に示すように、ビームスプリッター４２Ａは、受光センサー４６側の面（図６（ａ）の左上側の面）が、透過する光のうち、回折光学素子（ミラー４５Ａ）の溝の方向と直交する縦断面の上下方向のみの幅を規制する。当該受光センサー４６側の面は、本発明に係る第２のアパーチャーの一例である。これにより、受光系では、縦断面の上下方向のみ規制を受けて、光路幅が狭くなる。
これは、受光系で被写界深度を稼ぐための措置である。縦断面では回折光学素子（ミラー４５Ａ）の副作用で横断面とは像面が乖離しており、幅を絞ることによって被写界深度を稼ぐ必要が生じる。横断面では回折光学素子の影響を受けないため、上記実施形態と同様の構成となっている（アパーチャー４４Ａで幅の規制を受ける）。
なお、ビームスプリッター４２Ａとは別体の第２のアパーチャーを、ビームスプリッター４２Ａよりもやや受光センサー４６側に設けてもよい。この場合、ビームスプリッター４２Ａは上記実施形態のビームスプリッター４２と同様に構成すればよい。
これは、受光系で被写界深度を稼ぐための措置である。縦断面では回折光学素子（ミラー４５Ａ）の副作用で横断面とは像面が乖離しており、幅を絞ることによって被写界深度を稼ぐ必要が生じる。横断面では回折光学素子の影響を受けないため、上記実施形態と同様の構成となっている（アパーチャー４４Ａで幅の規制を受ける）。
なお、ビームスプリッター４２Ａとは別体の第２のアパーチャーを、ビームスプリッター４２Ａよりもやや受光センサー４６側に設けてもよい。この場合、ビームスプリッター４２Ａは上記実施形態のビームスプリッター４２と同様に構成すればよい。
【0036】
以上のように、本変形例によれば、ミラー４５Ａが反射型回折光学素子であるので、当該ミラー４５Ａに光学的な作用を付加することができる。例えば、装置本体１０先端部の幅を大きくすることなく測定領域Ｒ１を広くしたり、測定領域Ｒ１の大きさを同程度に保ちつつ装置本体１０先端部の幅を小さくしたりできる。
【0037】
また、本変形例によれば、反射型回折光学素子であるミラー４５Ａが、等間隔に並設された直線状の複数の溝を有する。
これにより、ミラー４５Ａはパワーのない回折光学素子となる。このような回折光学素子は、集光作用はないが光の角度を変えることはできるため、上述のように、装置本体１０の幅を大きくすることなく視野を拡大する光学作用を好適に付与できる。また、このような回折光学素子は、パワーを持った回折光学素子に比べれば製造が容易なため、ガラスのような滅菌の際の高温に耐えられる材料で素子を作成する場合等に都合が良い。また、樹脂のような高温に弱い材料を使って装置本体１０の先端部（チップ１１）を使い捨てにすることも考えられるが、上述のようなパワーのない回折光学素子は、比較的安価に作成でき、個体差も小さくできる。
これにより、ミラー４５Ａはパワーのない回折光学素子となる。このような回折光学素子は、集光作用はないが光の角度を変えることはできるため、上述のように、装置本体１０の幅を大きくすることなく視野を拡大する光学作用を好適に付与できる。また、このような回折光学素子は、パワーを持った回折光学素子に比べれば製造が容易なため、ガラスのような滅菌の際の高温に耐えられる材料で素子を作成する場合等に都合が良い。また、樹脂のような高温に弱い材料を使って装置本体１０の先端部（チップ１１）を使い捨てにすることも考えられるが、上述のようなパワーのない回折光学素子は、比較的安価に作成でき、個体差も小さくできる。
【0038】
また、本変形例によれば、第２のアパーチャー（ビームスプリッター４２Ａの受光センサー４６側の面）が、ビームスプリッター４２Ａと受光センサー４６との間の光路中に配置されている。
ミラー４５Ａはたとえパワーが無かったとしても、回折作用により結像面をずらしてしまうため、回折作用が働く方向については共役な関係を保つことが難しくなる。そこで、受光系のみに作用する第２のアパーチャーを使用することにより、被写界深度を稼ぐことができる。また、ＴＯＦで回折光学素子を使用すると光路長の異なる光が混ざってしまうため、測定対象上の一点から出てアパーチャー４４Ａを通過する光が回折光学素子上を通る幅を広くするほど、距離の測定精度が低下する。この点でも、回折作用を持たせた方向については第２のアパーチャーにより幅を狭くすることが望ましい。また、レンズ４３を受光系と投光系で共用する場合、第２のアパーチャーは、ビームスプリッター４２Ａと受光センサー４６との間の光路中に配置することが望ましい
ミラー４５Ａはたとえパワーが無かったとしても、回折作用により結像面をずらしてしまうため、回折作用が働く方向については共役な関係を保つことが難しくなる。そこで、受光系のみに作用する第２のアパーチャーを使用することにより、被写界深度を稼ぐことができる。また、ＴＯＦで回折光学素子を使用すると光路長の異なる光が混ざってしまうため、測定対象上の一点から出てアパーチャー４４Ａを通過する光が回折光学素子上を通る幅を広くするほど、距離の測定精度が低下する。この点でも、回折作用を持たせた方向については第２のアパーチャーにより幅を狭くすることが望ましい。また、レンズ４３を受光系と投光系で共用する場合、第２のアパーチャーは、ビームスプリッター４２Ａと受光センサー４６との間の光路中に配置することが望ましい
【0039】
また、本変形例によれば、第２のアパーチャー（ビームスプリッター４２Ａの受光センサー４６側の面）が、ミラー４５Ａの溝の方向と直交する一方向のみの幅を規制する。
像面がずれるのはミラー４５Ａ（回折光学素子）によって幅を広げた側のみであるので、第２のアパーチャーについては、溝の方向と直交する一方向のみ光束規制を行うことが望ましい。
像面がずれるのはミラー４５Ａ（回折光学素子）によって幅を広げた側のみであるので、第２のアパーチャーについては、溝の方向と直交する一方向のみ光束規制を行うことが望ましい。
【0040】
また、本変形例によれば、ミラー４５Ａが裏面反射型の回折光学素子である。
反射型回折光学素子は、素子表面で光を回折反射する表面反射型と、素子の表面を透過して裏面で回折反射する裏面反射型とがあるが、後者の裏面反射型の方が溝の深さを浅くできる。また、本変形例のようにミラー４５Ａの角度を変えて幅を広げようとする場合には、裏面反射型の方が回折面における入射光と反射光の角度差を小さくでき、立壁による遮蔽を抑制できる。
反射型回折光学素子は、素子表面で光を回折反射する表面反射型と、素子の表面を透過して裏面で回折反射する裏面反射型とがあるが、後者の裏面反射型の方が溝の深さを浅くできる。また、本変形例のようにミラー４５Ａの角度を変えて幅を広げようとする場合には、裏面反射型の方が回折面における入射光と反射光の角度差を小さくでき、立壁による遮蔽を抑制できる。
【0041】
また、本変形例によれば、ミラー４５Ａは、回折次数が２以上の反射型回折光学素子である。
回折光学素子の回折作用を強くすればするほど、溝の間隔が狭くなり、製造上の誤差の影響が相対的に大きくなる。仮に製造誤差が無いとしても、溝の間隔が波長に近くなってくると回折効率が低下する現象が発生する。そこで、回折次数を２以上にして、溝一つで波の位相を２波長分もしくはそれ以上ずらすことにより、回折次数に比例して溝の間隔を広くすることができる。溝の深さも比例倍で増加するが、特に溝が狭すぎる場合は、溝が深くなっても広げたほうが望ましい。
回折光学素子の回折作用を強くすればするほど、溝の間隔が狭くなり、製造上の誤差の影響が相対的に大きくなる。仮に製造誤差が無いとしても、溝の間隔が波長に近くなってくると回折効率が低下する現象が発生する。そこで、回折次数を２以上にして、溝一つで波の位相を２波長分もしくはそれ以上ずらすことにより、回折次数に比例して溝の間隔を広くすることができる。溝の深さも比例倍で増加するが、特に溝が狭すぎる場合は、溝が深くなっても広げたほうが望ましい。
【0042】
［その他］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態及びその変形例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態及びその変形例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0043】
１ 口腔内測定装置
１０ 装置本体
１１ チップ
１２ ベース部
４０、４０Ａ 測定光学系
４１ レーザー光源
４２、４２Ａ ビームスプリッター
４３ レンズ
４４、４４Ａ アパーチャー
４５、４５Ａ ミラー
４６ 受光センサー（ＴＯＦセンサー）
６０ 制御装置
Ｒ１ 測定領域
Ｒ２ 検出領域
１０ 装置本体
１１ チップ
１２ ベース部
４０、４０Ａ 測定光学系
４１ レーザー光源
４２、４２Ａ ビームスプリッター
４３ レンズ
４４、４４Ａ アパーチャー
４５、４５Ａ ミラー
４６ 受光センサー（ＴＯＦセンサー）
６０ 制御装置
Ｒ１ 測定領域
Ｒ２ 検出領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
