(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯垢を自動的に且つ独立して検出し除去するためのデンタル・ケア・デバイスであって、
ａ．複数の剛毛アレイを有する、動き制御される歯垢除去ヘッドであって、各剛毛アレイは、専用モータによって別々に制御される、動き制御される歯垢除去ヘッドと、
ｂ．歯及び歯茎の画像を取り込むように適合された歯垢検出ユニットであって、撮像デバイス、並びに前記歯及び歯茎を照明するための特定の波長の光源を備える、歯垢検出ユニットと、
ｃ．前記歯の上の歯垢汚染エリアを正確に検出するために、前記取り込まれた画像を処理し、それに従って、汚染エリアに到達してそこに焦点を合わせるように前記動き制御される歯垢除去ヘッドを自動的に導き、ブラッシングを必要としないエリアを回避するための命令を生成し、それにより、歯垢のあるエリアを検出することとこれらのエリアに到達するように前記歯垢除去ヘッドを制御することとの間のループを閉じることができるように適合された歯垢検出エンジンとを備える、デンタル・ケア・デバイス。
【請求項２】
前記歯垢検出ユニットが、ハードウェア及び／又はソフトウェア歯垢ファインダ・アルゴリズムを適用することによって動作するようにプログラムされた、請求項１に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項３】
前記歯垢ファインダ・アルゴリズムが、画像処理、エッジ検出、及びオブジェクト検出を含む、請求項２に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項４】
前記デバイスの使用中にビデオ／オーディオ・ユーザ指示を提供するためのユーザ情報プロセッサをさらに備える、請求項１に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項５】
ユーザ指示が、ユーザがブラシを新しい位置に置くよう求められるときのリアルタイム・ブラッシング指示、タイマ、ブラッシング品質、歯垢のパーセンテージ、及び経時的な改善を含む、請求項４に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項６】
歯垢の位置のカラー指示を含む口腔全体のリアルタイム全景が、ブラッシングの間にユーザが従うために提示される、請求項５に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項７】
前記複数の剛毛アレイが、曲線的な方式で、直線的な方式で、又は両方の組合せで形成された、請求項１に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項８】
前記歯垢除去ヘッドが標準よりも長く、前記歯垢除去ヘッドが、前記歯のラインに合致して複数の歯を同時にブラッシングするように前記歯垢除去ヘッドの形状を調整するのを可能にするための少なくとも１つのフレキシブルな接合部と、歯垢検出のための１つ又は複数のセンサ・デバイスとを有する、請求項１に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項９】
前記フレキシブルな接合部の動きが、受動的であり、前記接合部のフレキシビリティのみに依存する、請求項８に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項１０】
前記フレキシブルな接合部の動きが、１つ又は複数のモータ又はアクチュエータを使用することによって能動的である、請求項８に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項１１】
前記歯垢検出エンジンが、加えられる圧力及び動きを制御し、ブラッシングを必要としないエリアを回避することによって、摩耗させるようにブラシが当たらないようにする、請求項１に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項１２】
前記歯垢検出ユニットが、前記歯垢検出エンジンによって制御された画像の連続的なストリームを撮影する、請求項１に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項１３】
前記歯垢検出ユニットが、前記画像の連続的なストリームを受け取り、受け取った前記画像に対して高度なピクチャ処理アルゴリズムを適用し、ｘ軸に沿った前記ヘッドの動きに関連して各剛毛アレイによって実施される次の動きを制御するための、１組のコマンドを結果として生じさせ、それによって、各専用モータが、アクティブ化、停止、加速、又は減速されるべきであるかについて、各専用モータの動作を監視及び制御することを可能にする、請求項１２に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【請求項１４】
請求項１に記載のデンタル・ケア・デバイスの動作を制御する方法であって、
ａ．前記動き制御される歯垢除去ヘッドと通信して、前記歯垢検出エンジンによって制御された画像の連続的なストリームを、前記デンタル・ケア・デバイスの前記歯垢検出ユニットがキャプチャーするステップと、
ｂ．前記歯垢検出エンジンが、キャプチャーされた前記画像に対して高度なピクチャ処理アルゴリズムを適用するステップであって、ｘ軸に沿った前記ヘッドの動きに関連して各剛毛アレイによって実施される次の動きを制御するための、１組のコマンドを結果として生じさせ、それによって、汚染エリアだけに到達してそこに焦点を合わせるように、各専用モータが、アクティブ化、停止、加速、又は減速されるべきであるかについて、各専用モータの動作を監視及び制御することを可能にする、ステップと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記ｘ軸に沿った前記ヘッドの動きが、特定の座標及び位置を参照できるようにする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記高度なピクチャ処理アルゴリズムが、プライマリ・ピクチャ処理を含み、前記プライマリ・ピクチャ処理は、画像安定化及びスティッチング・アルゴリズムから開始し、その後にフィルタリング、スケーリング、ヒストグラム構築、及び色操作が続く、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記高度なピクチャ処理アルゴリズムが、オブジェクト・エッジ検出による、歯の境界の検出を含み、それによって、摩耗させるように無関係エリアにブラシが当たらないようにする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記高度なピクチャ処理アルゴリズムが、前記検出された歯の境界上で特定の色偏向を探すことをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の剛毛アレイのそれぞれに追加の自由度を提供するために前記ヘッドを動かすように適合された少なくとも１つの追加のモータをさらに含み、それによって、剛毛を任意の方向に２度以上の自由度で動かすことを可能にする、請求項１に記載のデンタル・ケア・デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デンタル・ケア・デバイスの分野に関する。より詳細には、本発明は、効率的且つ包括的なブラッシングのために歯垢汚染エリアに焦点を合わせる電気モータ付き歯ブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯を洗浄するために電動歯ブラシを使用することは、よく知られている。通常、これらの歯ブラシは、半円運動又は振動運動を実施できる何らかの種類の回転ヘッドと、電池を配置するための空洞を有するブラシ・ハンドルと、モータ付き要素と、何らかの種類のユーザ・インタフェース（スイッチ・ボタン又は小型ユーザ画面）とを採用する。これらのコンポーネントが共に電気歯ブラシを構築するが、これらのコンポーネントは、別々に、どんなノウハウ又は知識収集もなしに働く。既存の歯ブラシは、ユーザによって口腔内に配置されることに基づいて、また、特定の位置がクリーニング又はより包括的な歯垢処置を必要とするかどうかにかかわらず、やみくもに動作する。
【０００３】
既存の歯ブラシは、その可動ヘッドがますます高速な円運動の反復を実施することを誇りにしているが、このことが歯及び歯茎を摩耗させる可能性があることを無視している。したがって、歯垢に汚染されたエリアを自動的に検出することによって、またさらに、検出されたエリアに特に作用して歯及び歯茎の摩耗を防止するようにブラシ・ヘッドの動き及び加えられる圧力を制御及び監視することによって、前述の欠点を克服する、改良された電気モータ付き歯ブラシを提供することが望まれている。ユーザによる介入なしに、どこに歯垢があるかを理解することとブラシ・ヘッドがこれらのエリアに到達できるようにすることとの間のループを閉じることで、スマート・ブラッシングの基礎である包括的で効率的なブラッシングが可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、歯垢によって汚染されたエリアを自動的に検出するデンタル・ケア・デバイスを提供することである。
【０００５】
本発明の別の目的は、歯垢が検出されたエリアに特に作用するようにブラシ・ヘッドを制御及び監視することができるデンタル・ケア・デバイスを提供することである。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は、歯及び歯茎の不要な摩耗をなくすデンタル・ケア・デバイスを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的及び利点は、記述が進むにつれて明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、歯垢を自動的に且つ独立して検出し除去するためのデンタル・ケア・デバイスに関し、このデンタル・ケア・デバイスは、
ａ．少なくとも１つの剛毛アレイを有する、動き制御される感圧性の歯垢除去ヘッドと、
ｂ．歯及び歯茎の画像を取り込むように適合された歯垢検出ユニットであって、撮像デバイス、並びに前記歯及び歯茎を照明するための特定の波長の光源を備える、歯垢検出ユニットと、
ｃ．前記歯の上の歯垢汚染エリアを検出するために、取り込まれた画像を処理し、それに従って、前記動き制御される歯垢除去ヘッドを自動的に導くための命令を生成し、それにより、前記歯から歯垢を自動的に且つ独立して除去するのに必要な全ての動きを実行するとともに、加えられる圧力を制御し歯及び歯茎のきれいなエリアに対するブラッシングを回避することによって摩耗を最小限に抑えるように適合された歯垢検出エンジンと、を備える。
【０００９】
本発明の一実施例によれば、歯垢検出ユニットは、ハードウェア及び／又はソフトウェア歯垢ファインダ・アルゴリズムを適用することによって動作するようにプログラムされる。
【００１０】
本発明の一実施例によれば、歯垢ファインダ・アルゴリズムは、照明プロセスによって生み出された偏向された波長に基づく、画像処理、エッジ検出、オブジェクト検出、及びプロプラエタリ・アルゴリズムを含む。
【００１１】
本発明の一実施例によれば、デンタル・ケア・デバイスはさらに、前記デバイスの使用中にユーザ・ビデオ／オーディオ指示を提供するためのユーザ情報プロセッサを備える。
【００１２】
本発明の一実施例によれば、ユーザ指示は、ユーザがブラシを新しい位置に置くよう求められるときのリアルタイム・ブラッシング指示、タイマ、ブラッシング品質、歯垢のパーセンテージ、及び経時的な改善を含む。
【００１３】
本発明の一実施例によれば、デンタル・ケア・デバイスはさらに、２つ以上の線形の剛毛アレイを備え、したがって第１の剛毛アレイが他の剛毛アレイに対して垂直配向に位置決めされ、それにより２度以上の自由度を提供する。
【００１４】
本発明の一実施例によれば、剛毛アレイは、曲線的な方式で、直線的な方式で、又は両方の組合せで形成される。
【００１５】
本発明の一実施例によれば、歯垢除去ヘッドは標準よりも長く、歯垢除去ヘッドは、歯のラインに合致して複数の歯を同時にブラッシングするように、歯垢除去ヘッドの形状を調整するのを可能にするための少なくとも１つのフレキシブルな接合部と、歯垢検出のための１つ又は複数のセンサ・デバイスとを有する。
【００１６】
本発明の一実施例によれば、フレキシブルな接合部の動きは、受動的であり、接合部のフレキシビリティのみに依存する。
【００１７】
本発明の一実施例によれば、フレキシブルな接合部の動きは、１つ又は複数のモータ又はアクチュエータを使用することによって能動的である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の一実施例による、デンタル・ケア・デバイスの簡略化された正面図を概略的に示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａのデンタル・ケア・デバイスの簡略化された側面図を概略的に示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａのデンタル・ケア・デバイスの簡略化された背面図を概略的に示す図である。
【図１Ｄ】本発明のいくつかの実施例による、デンタル・ケア・デバイスの歯垢除去ヘッドの可能な動きを概略的に示す図である。
【図１Ｅ】本発明のいくつかの実施例による、デンタル・ケア・デバイスの歯垢除去ヘッドの可能な動きを概略的に示す図である。
【図１Ｆ】本発明のいくつかの実施例による、デンタル・ケア・デバイスの歯垢除去ヘッドの可能な動きを概略的に示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施例による、図１Ａのデンタル・ケア・デバイスの内部要素の例示的な図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施例による、図１Ａのデンタル・ケア・デバイスの内部要素の例示的な図である。
【図３Ａ】本発明の一実施例による、制御された自動的な動きを実施する基礎構造として適用可能な、デンタル・ケア・デバイスのヘッド領域を概略的に示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例による、制御された自動的な動きを実施する基礎構造として適用可能な、デンタル・ケア・デバイスのヘッド領域を概略的に示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施例による、フレキシブルな接合部を有する歯垢除去ヘッドの上面図を概略的に示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの歯垢除去ヘッドの側面図を概略的に示す図である。
【図４Ｃ】図４Ａのフレキシブルな接合部の例示的な動きを概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施例による、デンタル・ケア・デバイスの電気コンポーネントをブロック図の形で概略的に示す図である。
【図６】本発明の一実施例による、デンタル・ケア・デバイスの例示的なトップ・レベル歯垢検出エンジンを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、歯の上の歯垢汚染エリアを自動的に検出し、それに従って、汚染エリアに到達してそこに焦点を合わせるように歯垢除去要素の動きを制御及び監視することによってこれらのエリアを解決するように働く、デンタル・ケア・デバイスであり、したがって、加えられる圧力を制御し、ブラッシングを必要としないエリアを回避することによって、摩耗させるようにブラシが当たらないようにし、より短時間で包括的且つ効率的なクリーニングを可能にする。このデンタル・ケア・デバイスは、どんな特定の形状、構築材料、又は幾何形状も暗示しておらず、本発明は、電気モータ付き歯ブラシ状のデバイスの形で実現できる全ての適切なデバイスに適用可能である。
【００２０】
次に本発明のいくつかの実施例を参照するが、これらの実施例の実例が、添付の図に示されている。実際的な場合は常に、同様の又は同じ参照番号が各図で使用されることがあり、これらは同様の又は同じ機能を示すことがある。図には、例示のみの目的で、本発明の実施例を描く。本明細書に記載の本発明の原理を逸脱することなく、本明細書に例示される構造及び方法の代替実施例を採用できることを、当業者なら後続の記述からすぐに認識するであろう。
【００２１】
いくつかの例では専用のデンタル・ケア・デバイスについて言及するが、特殊な歯ブラシなど、他のデバイスを使用することもできる。本明細書において、用語「例えば」、「任意選択で」は、非限定的な例を紹介するのに使用されるものとする。いくつかの例示的なシステム・コンポーネントに対していくつかの言及をするが、他のコンポーネントを使用することもでき、且つ／又は、例示的なコンポーネントは、より少数のコンポーネントに組み込まれること、及び／若しくはさらにコンポーネントに分割されることも可能である。
【００２２】
図１Ａ〜１Ｃに、本発明に関連して使用できるデンタル・ケア・デバイスを示す。図で番号１０によって一般に示されるこのデバイスは、歯垢除去ヘッド１１と、ハンドルの形の本体１２とを備える、統合的な電気モータ付き歯ブラシの形である。本体１２とヘッド１１とは、線形軸におけるヘッド１１の動きを可能にするようにして結合される。
【００２３】
歯垢除去ヘッド１１には、歯及び歯茎の種々のエリアで必要とされる種々のブラッシング・ストロークに対応するように垂直及び水平に配置された、複数の剛毛アレイが備わる。本発明の一実施例によれば、各剛毛アレイは、専用モータによって別々に制御され（例えば、各モータは、ヘッド１１自体に位置してもよく、又は、モータが剛毛を回転／振動させることを可能にする、デンタル・ケア・デバイス１０の本体に沿った他の場所に位置してもよい）、したがって、動作の全ての組合せ（すなわち、各モータを独立してアクティブ化／非アクティブ化すること、各モータの動力及び速度を制御することによって加速又は減速すること、剛毛アレイの高さ又は偏向の制御も可能にすることのできるより高度な構成、など）が、歯垢検出アルゴリズムに基づいて適用可能である。複数のモータを使用することで、剛毛を任意の方向に動かすことができる（すなわち２度以上の自由度）。
【００２４】
当業者には明らかであろうが、歯垢除去ヘッド１１は、様々な方式で動くように構成されてよい。本発明のいくつかの実施例によれば、図１Ｄに関して示されるように、各剛毛アレイが、ｘ−ｙ平面上で双方向に独立して回転する。別の実施例では、図１Ｅに関して示されるように、歯垢除去ヘッド１１の全体が、ｘ軸の周りで双方向に回転する。別の実施例では、図１Ｆに関して示されるように、歯垢除去ヘッド１１の全体が、ｚ軸の周りで双方向に回転する（すなわちヘッド１１が左右に動く）。この実施例では、旋回点は、ヘッド１１、アーム、又はデバイス１０の本体に沿った、任意の場所とすることができる。
【００２５】
本発明の一実施例によれば、追加のモータ（例えば、デンタル・ケア・デバイス１０の本体１２に配置されてよいリニア・アクチュエータ）によって、ヘッド１１の前後方向の動きが制御される。選択された実施例及び実装形態に基づいて、任意の適切なモータを使用してこれらの動きを制御することができる。歯垢除去ヘッド１１には、撮像デバイス（例えば極小カメラ）、ライン・スキャナ、又は他の光学的手段など、センサ・モジュールが備わり、このセンサ・モジュールは、歯垢除去ヘッド１１の位置する特定エリアの連続的な視覚データ（例えば画像）のストリームを撮影し、このデータを処理ユニットに送る。
【００２６】
本発明の一実施例によれば、歯垢除去ヘッド１１は、歯垢検出ユニット１３と、歯及び歯茎の洗浄を容易にする手段（番号１４〜１６によって例えば示されるような、密集した剛毛の１つ又は複数のアレイなど）とを備える。この例示的な実装形態では、ヘッド１１には、次のものに限定されないが、水平の密集した剛毛のアレイ１４と、垂直の密集した剛毛の２つのアレイ１５及び１６とが備わる。任意選択で、円形の密集した剛毛のアレイを採用してもよい（図示せず）。図１Ｂ及び１Ｃは、本発明による、且つ図１Ａと相関する、側面図及び背面図を示す。
【００２７】
図２Ａ及び２Ｂに、本発明の一実施例による、デンタル・ケア・デバイス１０の要素の図を示す。この構成では、剛毛アレイ１４〜１６（図１Ａ及び２Ｂ）はシャーシ２５上にあり、シャーシ２５は、剛毛１４〜１６を（例えば上部側で）保持し、且つ、番号１４１、１５１、及び１６１によってそれぞれ示されるように各剛毛アレイ１４〜１６のための専用モータを（例えば反対側で）保持する。図２Ａには、剛毛アレイ１４〜１６なしで、専用モータ１４１、１５１、及び１６１を示す。この実施例では、例えば、歯垢検出ユニット１３は、デンタル・ケア・デバイスのヘッド１１のエッジで、水平の密集した剛毛のアレイ１４に隣接して位置する。
【００２８】
歯垢検出ユニット１３は、図３Ａ及び３Ｂにさらに詳細に示されるように、歯垢検出センサ（ＰＤＳ：Ｐｌａｑｕｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ）１８（例えばカメラ）、及び光源１９（例えばＬＥＤ）を備える。ＰＤＳ１８は、歯垢検出エンジン２１によって制御されて、画像の連続的なストリームを撮影する。各画像は、歯垢検出エンジン２１によって処理されている（例えば、この実施例では、歯垢検出エンジン２１は本体１２に配置される）。例えば、この構成では、各専用モータ１４１、１５１、及び１６１を別々に制御するための、又は歯垢検出ユニット１３と歯垢検出エンジン２１との間でデータを渡すための、全ての配線は、有線方式で、例えば番号２４によって一般に示されるような１組の配線を介して、行うことができる。
【００２９】
歯垢検出エンジン２１は、画像の連続的なストリームを受け取り、受け取った各画像に対して高度なピクチャ処理アルゴリズムを実施する。これは、デバイスが手に持たれていることの結果として生じるジッタを補償するための画像安定化及びスティッチング・アルゴリズムから開始し、色変換及びオブジェクト・エッジ検出を経る。これについては後で図４及び５に関してさらに詳細に述べる。
【００３０】
ピクチャ処理の結果は、ｘ軸に沿ったヘッド１１の動きに関連して各剛毛アレイ１４〜１６によって実施される次の動きを制御するための、１組のコマンドである。コマンドに従って、各専用モータ１４１、１５１、及び１６１は、アクティブ化、停止、加速、又は減速されてよい。以下の組合せなど、４つの専用モータ１４１、１５１、及び１６１の任意の組合せが適用可能である。
−  上側の水平専用モータのみが働いている。
−  下側の水平専用モータのみが働いている。
−  両方の水平専用モータが働いている。
−  垂直専用モータのみが働いている。
−  上側の水平専用モータ及び垂直専用モータのみが働いている。
−  下側の水平専用モータ及び垂直専用モータのみが働いている。
−  両方の水平専用モータ及び垂直専用モータが働いている。
−  円形専用モータのみが働いている。
−  円形専用モータ及び上側の水平専用モータのみが働いている。
−  円形専用モータ及び下側の水平専用モータのみが働いている。
−  円形専用モータ及び両方の水平専用モータのみが働いている。
−  円形専用モータ及び垂直専用モータのみが働いている。
−  円形専用モータ、上側の水平専用モータ、及び垂直専用モータのみが働いている。
−  円形専用モータ、下側の水平専用モータ、及び垂直専用モータのみが働いている。
−  円形専用モータ、両方の水平専用モータ、及び垂直専用モータのみが働いている。
【００３１】
各専用モータを高精度で別々に制御できることにより、きれいな歯のエリアの摩耗を最小限に抑えながら、効率のよい包括的なブラッシングが可能である。
【００３２】
歯垢除去ヘッド１１は、選択された実施例により、様々な動きを実施することができる。前後方向のヘッドの動きは、次のものに限定されないが、本体１２（例えばブラシ・ハンドル）に配置されたリニア・モータによって制御される。本発明の一実施例によれば、ＰＤＳ１８は、カメラ視野を妨げてそれによりピクチャの品質を劣化させる可能性のあるどんな障害物（水、蒸気、泡など）もない状態に維持される。これは、次のものに限定されないが詳細には、専用ワイパ（図示せず）や、レンズをカバーする任意の疎水性材料のような、任意の数の方式で行われる。例えば、ＰＤＳ１８がアクティブでないとき、ＰＤＳ１８は専用ワイパによってきれいに拭かれるものとすることができる。
【００３３】
別の実施例は、２つのモータ付き剛毛アレイが備わった歯垢除去ヘッドを利用する。前後方向のヘッドの動きは、ブラシ・ハンドルに配置された専用モータによって制御される。剛毛アレイは、円形、矩形、又は他の任意の形状であってよく、別々の専用モータによって別々に制御される。両方のモータがオン若しくはオフにされてもよく、又は、歯垢検出アルゴリズムに従って完全に別々に働いてもよい。各剛毛アレイは、剛毛アレイが歯の長さ及び歯茎のラインの全体をカバーするようにして、歯垢除去ヘッド上に配置されてよい。この特定の実施例では、４５°までのヘッド角運動は冗長である場合がある。
【００３４】
本発明の一実施例によれば、デンタル・ケア・デバイス１０は、多くの機能及び応用例に役立つように適用され得る画面出力２２を備え、これらの機能及び応用例は、次のものに限定されないが、タイマ、ブラッシングの品質、歯垢のパーセンテージ、及び経時的な改善などの、ユーザ指示を含む。他の応用例は、子供用の製品ラインを対象とするものであってよく、次のものに限定されないが、ＧＩＦ、ゲーム、スコア・カウントを含む。さらに別の応用例は、次のものに限定されないが、消費者市場と専門家市場の両方の要求を満たす、歯垢の位置のカラー指示を含む口腔全体のリアルタイム全景を含むことができる。
【００３５】
別の実施例では、歯垢除去ヘッド１１は、基礎構造ヘッド３１を備える。基礎構造ヘッド３１は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸における動きを可能にするようにして本体１２（図１）に接続される（図３Ａ及び３Ｂに関して示されるように）。基礎構造ヘッド３１の動きは、クリーニングされているエリアの長さ及び高さにおいて、歯垢検出エンジン２１（図２）によって完全に制御される。歯垢検出ユニット１３（例えば、カメラ及びＬＥＤ）は、基礎構造ヘッド３１上にある。加えて、剛毛アレイを保持する交換可能ヘッドが、基礎構造ヘッド３１に接続されてよく、前述のように専用モータによって制御されてよい。剛毛アレイは、完全に独立して、且つ基礎構造の配置又は動きとのどんな相関もなしに、アクティブ化、停止、加速、又は減速されることが可能である。
【００３６】
次に図４Ａ〜４Ｃを参照すると、本発明の別の実施例により、フレキシブルな接合部を有する歯垢除去ヘッド１１０が示されている。歯垢除去ヘッド１１０は、番号１１１、１１２、及び１１３によって示されるように、１つ又は複数のフレキシブルな接合部を備える。剛毛は、番号１２３〜１２６によって示される。フレキシブルな接合部の構成により、歯のラインに合致するように歯垢除去ヘッド１１０の形状を調整することが可能である。Ｙ軸の周りの接合部の動きは、受動的（接合部のフレキシビリティのみに依存する）、又は能動的（モータ若しくはアクチュエータを使用する）とすることができる。このような構成では、歯垢除去ヘッド１１０は、番号１２１及び１２２によって示されるように、複数のＰＤＳを備えることができる。
【００３７】
ヘッド１１０は、歯を１つずつ次々にブラッシングしなければならない代わりに、口腔をより広いエリア（例えば、歯トポロジの内側、外側、及び上側）に分割することによって、ブラッシング効率を最大にすることができる。歯垢除去ヘッド１１０の全体は、依然として、リニア・モータを利用してｘ軸上で動くことができる。歯垢除去ヘッド１１０は、その長さにより、口腔の広いエリアをカバーする。ＰＤＳ１２１及び１２２は、画像を歯垢検出器エンジンに中継し、歯垢検出器エンジンは、作用を受けている特定エリアについてクリーニングが終了したかどうか（例えば、歯垢存在＝真／偽）を知らせるだけで済む。答えが偽であるときは、次の位置に移動するようユーザに示す指示がユーザに与えられる（指示は、ビープ音、振動、又は他の任意の手段とすることができる）。
【００３８】
当業者には理解されるように、各図に記載された構成の結果として、スマート・ブラッシングを適用するツールがもたらされる。センサと、高度なアルゴリズムを実行するプロプラエタリ制御ロジックとが備わるので、センサと専用モータと特殊ロジックとの統合により、歯垢のあるエリアを検出することとこれらのエリアに到達するように歯垢除去要素を制御することとの間のループを閉じることができ、それにより、スマート・ブラッシングを適用するツールがもたらされる。
【００３９】
スマート・ブラッシングは、次の方法に限定されないが、列挙する方法のうちの１つ又は複数によって達成することができる。ある方法では、ユーザは、デンタル・ケア・デバイスを口腔に挿入し、次の位置への移動を指示する自動ユーザ指示がアサートされるまで確実にデンタル・ケア・デバイスを固定位置に置いたままにし、デンタル・ケア・デバイスによって指示されるようにこの動作を繰り返すことだけが必要である。別の方法では、ユーザは、上記の第１の方法で述べた動作を実施する前に、プロプラエタリな歯垢染色液の歯磨き粉又はマウス・ウォッシュを使用する必要がある場合がある。さらに別の方法では、ユーザは、最初に口腔全体を走査して、デンタル・ケア・デバイスが口腔全体の画像を作成できるようにし、それにより特定の座標及び位置を参照できるようにする必要がある場合がある。述べた方法のいずれでも、結果的に、スマート・ブラッシングは、高度な統合ロジック及びメカニクスをアクティブ化して、より多くの歯垢を歯から除去する。
【００４０】
次に論理回路に目を向けるが、論理回路は、次のものに限定されないがＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＣＰＵ、ＰＵ（処理ユニット）、又は他の任意のプログラマブル・ロジックなど、多くの実施例のものであり得る特殊ロジックで構成され、高度なアルゴリズムの実装を可能にする。一般的なアルゴリズムは複数の応用例に使用されてよく、これらの応用例のいくつかは、次のものに限定されないが、歯垢検出、歯及び口腔の２Ｄ及び３Ｄ次元ピクチャ、健康関連のアラート、並びにその他である。
【００４１】
処理ユニットは、好ましい実施例のいずれかでは、受け取られた画像ストリームに対して高度なピクチャ処理アルゴリズムを実施するＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＣＰＵ、ＰＵ、又は他の形のプログラマブル・ロジックを利用する。処理は、以下のタスクを含むことができるが、代替の又は追加のタスクで強化されてもよい。
−  プライマリ・ピクチャ処理。これは、デバイスが手に持たれていることの結果として生じるジッタを補償するための画像安定化及びスティッチング・アルゴリズムから開始し、その後にフィルタリング、スケーリング、ヒストグラム構築、及び色操作が続く。
−  オブジェクト・エッジ検出による、歯の境界の検出。それにより無関係エリアを除去する。しきい値探索、並びに、追加の平滑化及びフィルタリング。
−  特定歯垢検出。前に検出された歯の境界上で特定の色偏向を探す。
【００４２】
結果は、ブラシの位置していた最後の座標を基準とした、ブラシ・ヘッドによって実施される次の動きを制御するための１組のコマンドであり、各モータのオン／オフ機能を別々に制御し、現在位置を計算する。フレキシブルな接合部を有する長いヘッドの実施例によれば、新しい座標を計算する必要はなく、結果は単に、歯垢の存在＝真又は偽、である。
【００４３】
本発明の一実施例によれば、歯垢検出は、次のものに限定されないが、以下の方式のうちの１つ又は複数によって実施することができる。
−  歯垢の識別／色付けのための、特定のナノメートル波長。
−  プロプラエタリな歯垢染色液の歯磨き粉／マウス・ウォッシュ。
−  特徴検出及びオブジェクト認識のための、プロプラエタリ・アルゴリズム。
【００４４】
本明細書に記載の機能は、コンピュータ可読媒体に記憶され、歯垢検出エンジン２１中で実装されるプロセッサベースのシステム上で稼働する、実行可能コード及び命令によって実施することができる。しかし、ステート・マシン、及び／又はハードワイヤード電子回路を利用することもできる。さらに、本明細書に記載の例示的なプロセスに関して、全てのプロセス状態に達する必要はなく、また、これらの状態は例示された順序で実施されなければならないわけでもない。
【００４５】
図５に、本発明による、図２のデンタル・ケア・デバイス１０の電気コンポーネントをブロック図の形で概略的に示す。デンタル・ケア・デバイス１０は、歯垢検出エンジン２１と、歯垢検出ユニット１３と、専用モータ１４１、１５１、及び１６１などと、例えば電池４１によって示されるような電源とを備える。
【００４６】
本発明の一実施例によれば、デンタル・ケア・デバイス１０はさらに、通信ポート４２（例えば、ワイヤレス、有線、又は両方の組合せ）を備えることができる。通信ポート４２は、デンタル・ケア・デバイス１０が、データ（処理済み又は生）を、外部ディスプレイ・ユニット４３、ドック・ステーション、スマートフォン、ノートブック、又は番号４４によって一般に示されるような他のコンピュータベースのデバイスなどの、外部デバイスに転送できるようにするためのものである。通信ポートは、ＵＳＢポート、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など、任意の適切な通信プロトコルによって実装されてよい。
【００４７】
歯垢検出エンジン（ＰＤＥ：Ｐｌａｑｕｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ）２１は、歯垢除去ヘッド１１の動きの正確な分析に必要とされる全てのビデオ処理を実施する。ＰＤＥ２１はまた、ユーザ情報を表示するための外部ディスプレイ・ユニット４３へのワイヤレス／有線出力も実施する。当業者には明らかなように、ＰＤＥ２１は、図で「Ｉ／Ｆ」によって示される任意の適切なインタフェースを介して、モータ１４１、１５１、１６１及びＰＤＵ１３と通信する。
【００４８】
ＰＤＥ２１は、歯垢のない歯表面に摩耗による傷が付くのを防止するために、ヘッド１１の非常に精密な摺動運動、並びに、各剛毛アレイの各専用モータに対するオン／オフ・コマンドを担う。
【００４９】
上記の全ては、以下の説明的且つ非限定的な例を介して、よりよく理解されるであろう。
【００５０】
図６に、本発明の一実施例による、例示的なトップ・レベルＰＤＥをブロック図の形で概略的に示す。
【００５１】
当業者には明らかであろうが、入力同期マシン５０は、歯垢検出ユニット１３に組み込まれたＰＤＳ１８から受け取られたデータに対して、整合及び同期を実施することができる。例えば、データは、ピクセル・クロック・レートで受け取られて、ＦＩＦＯライン長バッファを使用してシステム・クロックに同期されることが可能である。ＰＤＳ１８のプロパティに応じて、ピクセル・データは、例えば、８ビット幅であって、２２４×２４０アクティブ・ピクセル解像度で約２Ｋのバッファ（内部メモリ）を構成することができる。次いで、アクティブ・ピクセル・データは、以下でさらに詳細に述べるように、センサ処理ユニット５１によって前処理段階で処理される。
【００５２】
処理段階
前処理の第１段階は、ロジック中で実装される一連のフィルタである。この目的は、ノイズを低減すること、モーション・ブラーを除去すること、輝度を高めること、及び、高度なアルゴリズムを実施できるスティッチング済みピクチャの生成に向けてデータを準備することである。
【００５３】
第２段階は、ハードウェア（ＨＷ）ベースの特徴検出マシン、特徴トラッキング、並びに、ピクチャ安定化及びスティッチングである。このＨＷマシンはまた、計算及び処理のために内部ＳＲＡＭを使用し、アルゴリズムのデータ抽出要素を実施する。この段階では、特定歯オブジェクト認識アルゴリズムもまた実施される。次いで、スティッチング済みピクチャは、さらに処理されるようにメモリ５２に記憶される。
【００５４】
処理の第３の部分は、ＡＲＭ／ＣｏｒｔｅｘプロセッサなどのＣＰＵ５４によって行われる。ＨＷマシンによって抽出されたデータを使用して、アルゴリズムのソフトウェア対応部分が実施される。これは、デンタル・ケア・デバイスの正確な座標を突き止めること、正確な歯垢汚染エリアを識別すること、及び、デンタル・ケア・デバイスの歯垢除去ヘッドにコマンドを出力することを含む。
【００５５】
モータ・コントローラ（ＭＣ：Ｍｏｔｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５３は、ＡＲＭ／Ｃｏｒｔｅｘプロセッサ中にあるモータ運動計算ユニットから受け取られたコマンドを、歯垢除去ヘッドを制御する実際のモータ運動に変換する。ＭＣ５３はまた、バス・インタフェースと、剛毛アレイを回転／移動させる専用モータへの電圧とを変換することも担う。
【００５６】
ユーザ情報プロセッサ（ＵＩＰ：Ｕｓｅｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）５５は、ビデオ及びオーディオ・ユーザ情報を生成する２つの主要機能で構成される。ＵＩＰ５５は、クリーニングを少なくとも実施するのに必要なユーザ情報を生み出す。ＵＩＰ５５は、ディスプレイ・ユニット４３（図４）などの外部ユーザ画面にビデオ・データを転送するために、ビデオ圧縮用のビデオ・エンコーダ・モジュールを組み込むことができる。
【００５７】
オーディオによって生成される情報は、以下のものなどの可聴指示を含むことができる。
−  口腔セクション・タイマ失効
−  ブラッシング・タイマ（例えば２分）
−  誤用情報
【００５８】
ビデオによって生成される情報は、以下のものなどの視覚指示を含むことができる。
−  口腔全景（例えば８つのセクション）
−  抜かされた特定のセクション／利用不足指示
−  圧力センサ指示
−  歯垢除去ヘッドの交換指示
−  電池寿命情報
【００５９】
前述のように、モータ５５は、ＰＤＥ２１によって計算されたコマンドに従って、環状ヘッド運動と摺動ヘッド運動の両方を担う。モータ５５は、消費者製品要件を満たすように、低電力であり長いライフ・サイクルを有するべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
前述の実施例は、完璧なブラッシングを達成するのに必要な全てのコンポーネントが備わったスマート歯ブラシを提供する。スマート歯ブラシは、半導体技術をビデオ処理及び精密なメカニクスと組み合わせた無比のアーキテクチャを提供して、完璧なブラッシングへの道を開くスマート歯ブラシを届ける。スマート・ブラッシングは、歯の歯垢汚染エリアを識別して、検出された歯垢を軽減するように働くことによって、達成される。
【００６１】
以上の記述及び例は全て、例示の目的で提供したものであり、本発明を限定するよう意図したものでは決してない。多くの異なるメカニズム、分析方法、電子的及び論理的要素を採用することができ、それらは全て本発明の範囲を超えない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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