(57)【要約】  ある実施形態では、励起光を放射する光源と、反射された励起光を除去し、歯からの蛍光ビームを受光するための少なくとも１つの光学ユニットとを含む歯科器具が提示される。歯科器具は、駆動トレイン周波数ｆｄｔの駆動トレインによって生成されるノイズを低減させる歯垢検出回路を介して、周波数領域寿命測定に基づいて歯垢を検出し、歯の歯垢特定信号を通信するために蛍光ビームを受光する検出器を更に含む。歯垢特定信号は、駆動トレイン周波数と中間周波数ｆＩＦとが同一のマスタクロックから導出されるような中間周波数に復調される。
2016505321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動トレイン周波数を持つ駆動トレインと、
励起光を放射する光源と、
歯垢特定信号を生成するために歯からの戻り光ビームを受光する歯垢検出器と、
を含み、
前記歯垢特定信号は、前記駆動トレイン周波数と中間周波数とが同一のマスタクロックから導出されるような当該中間周波数に復調される、
歯科器具。
【請求項２】
前記光源を変調するための発振器を更に含む、請求項１に記載の歯科器具又は請求項１１に記載の方法。
【請求項３】
前記戻り光ビームは蛍光である、請求項１に記載の歯科器具又は請求項１１に記載の方法。
【請求項４】
反射された励起光を除去し、歯からの蛍光ビームを受光するための少なくとも１つの光学ユニットを更に含み、
前記歯垢検出器は、周波数駆動トレインによって生成されるノイズを低減させる歯垢検出回路を介して、周波数領域寿命測定に基づいて歯垢を検出し、歯の歯垢特定信号を通信するために前記蛍光ビームを受光する、
請求項３に記載の歯科器具又は方法。
【請求項５】
前記中間周波数は、前記駆動トレイン周波数の（ｎ＋ｊ／ｋ）倍に等しく、ここでｎは整数であり、ｊは正の整数であり、ｋは０＜ｊ＜ｋとなるような偶数の正の整数である、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項６】
ｋは、前記歯垢特定信号の帯域幅が、前記駆動トレイン周波数の１／ｋ倍よりも小さくなるように選択される、請求項５に記載の歯科器具。
【請求項７】
復調された前記中間周波数の信号は、当該中間周波数の信号の周波数の少なくとも２倍の整数倍の周波数でデジタル化される、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項８】
前記駆動トレイン周波数は、複数の清掃モードに基づいて変化される、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項９】
コントローラが、前記励起光を生成するために用いられる発振器を駆動させ、前記コントローラのマスタクロックは、周波数復調のために用いられる前記マスタクロックと整数比である、請求項１に記載の歯科器具又は請求項１１に記載の方法。
【請求項１０】
前記中間周波数への復調は、前記歯垢特定信号との高調波干渉を防止する、請求項１に記載の歯科器具又は請求項１１に記載の方法。
【請求項１１】
駆動トレイン周波数を持つ駆動トレインを有する歯科器具を介して歯の歯垢を検出する方法であって、
励起光を提供するステップと、
歯からの戻り光ビームを受光するステップと、
前記戻り光ビームから歯垢特定信号を生成するステップと、
前記歯垢特定信号を、前記駆動トレイン周波数と中間周波数とが同一のマスタクロックから導出されるような当該中間周波数に復調するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記中間周波数は、前記駆動トレイン周波数の（ｎ＋ｊ／ｋ）倍に等しく、ここでｎは整数であり、ｊは正の整数であり、ｋは０＜ｊ＜ｋとなるような偶数の正の整数である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ｋは、前記歯垢特定信号の帯域幅が、前記駆動トレイン周波数の１／ｋ倍よりも小さくなるように選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
復調された前記中間周波数の信号は、当該中間周波数の信号の周波数の少なくとも２倍の整数倍の周波数でデジタル化されるステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記駆動トレイン周波数を、複数の清掃モードに基づいて変化させるステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  本開示は、歯ブラシ等の歯科清掃器具に関する。より詳細には、本開示は、時間分解蛍光、特に、例えば参照により本明細書に組み込まれる同時係属中の米国特許出願６１／７３９４１５号（代理人整理番号２０１２ＰＦ０２０５１）において検討されるような周波数領域寿命測定に基づいて、歯垢を検出するための電子歯ブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］  歯ブラシは、口腔衛生を改善するために、歯の表面及び歯間領域からバイオフィルム及び食物残渣を除去することによって歯を清掃するためにデザインされる。ブラシヘッドのスピードを増大させることによって、また、音波振動や一部の場合には超音波振動を用いることによって、改善されたブラッシング性能を提供する多種多様な電子歯ブラシのデザインが作成されている。現代の歯ブラシは、歯垢を除去するのに非常に効率的である。消費者は、ブラッシングされている歯垢を剥離するために、問題領域において数秒間ブラッシングするだけでよい。しかしながら、フィードバックなしでは、消費者は歯垢が完全に除去される前に別の歯へと移る恐れがある。したがって、歯の歯垢レベルの表示が非常に望まれる。
【０００３】
［０００３］  歯ブラシのデザインにおける改善にも関わらず、歯垢検出回路が、電子歯ブラシに組み込まれる場合に、歯ブラシの駆動トレインと近接して動作されなければならないことにおいて依然として問題が残る。この駆動トレインは、歯垢検出回路に結合して所望の信号を阻害する恐れのある電磁干渉（雑音）を放出する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
［０００４］  したがって、歯垢を特定し、かつ、歯垢検出回路と駆動トレインとの信号間の信号干渉を低減させ得る歯科清掃器具の開発に対する高いニーズがある。本発明は、独立請求項によって規定され、従属請求項は有利な実施形態を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
［０００５］  本発明のある実施形態では、
駆動トレイン周波数を持つ駆動トレインと、
励起光を放射する光源と、
歯垢特定信号を生成するために歯からの戻り光ビームを受光する歯垢検出器と、を含み、歯垢特定信号は、駆動トレイン周波数と中間周波数とが同一のマスタクロックから導出されるような中間周波数に復調される、歯科器具が提供される。
【０００６】
［０００６］  本開示の他の態様による歯科器具が提示される。歯科器具は、発振器と、発振器によって変調され、励起光を放射する光源と、反射された励起光を光学的に除去し、歯からの蛍光ビームを受光するための少なくとも１つの光学ユニットとを含む。歯科器具は、周波数駆動トレインによって生成されるノイズを低減させる歯垢検出回路を介して周波数領域寿命測定に基づいて歯垢を検出し、歯の歯垢特定信号を通信するために前記蛍光ビームを受光する検出器を更に含む。歯垢特定信号は、駆動トレイン周波数と低中間周波数（ＩＦ）とが同一のマスタクロックから導出されるような低中間周波数に復調される。
【０００７】
［０００７］  「復調」との用語は、変調された搬送波からの情報担持信号の抽出を指す。この場合、情報は、例えば受信される信号の位相及び振幅を変更させる蛍光寿命効果からもたらされる。
【０００８】
［０００８］  中間周波数は、駆動トレイン周波数の（ｎ＋ｊ／ｋ）倍に等しく、ここでｎは整数であり、ｊは正の整数であり、ｋは０＜ｊ＜ｋとなるような偶数の正の整数である。
【０００９】
［０００９］  ｋは、歯垢特定信号の帯域幅が、駆動トレイン周波数の１／ｋ倍よりも小さくなるように選択される。
【００１０】
［００１０］  復調された中間周波数信号は、当該中間周波数信号の周波数の少なくとも２倍の整数倍の周波数でデジタル化される。
【００１１】
［００１１］  駆動トレイン周波数は、複数の清掃モードに基づいて変化される。
【００１２】
［００１２］  コントローラは発振器を駆動する。コントローラのマスタクロックは、周波数復調のために用いられるマスタクロックと整数比である。
【００１３】
［００１３］  歯科器具は、光励起のクリーンアップフィルタを更に含む。
【００１４】
［００１４］  少なくとも１つの光学ユニットは、ロングパスビームスプリッタ、ショートパスビームスプリッタ、バンドパスフィルタ、バンドリジェクトフィルタ、ロングパスフィルタ、及びダイクロイックビームスプリッタのうちの少なくとも１つである。
【００１５】
［００１５］  本開示の更に別の態様によると、低中間周波数ＩＦへの復調は、歯垢特定信号との高調波干渉を防止する。
【００１６】
［００１６］  本発明の別の実施形態は、駆動トレイン周波数を持つ駆動トレインを有する歯科器具を介して歯の歯垢を検出する方法であって、
励起光を提供するステップと、
歯からの戻り光ビームを受光するステップと、
戻り光ビームから歯垢特定信号を生成するステップと、
歯垢特定信号を、駆動トレイン周波数と中間周波数とが同一のマスタクロックから導出されるような中間周波数に復調するステップと、
を含む、方法に関する。
【００１７】
［００２１］  上述の方法及び歯科器具は、互いに関連し、したがって、これら方法及び歯科器具のうちの一方に対して説明される実施形態及び／又は特徴は、他方に対しても同様に有効である。
【００１８】
［００２２］  本開示の更に別の態様によると、歯科器具を介して歯の歯垢を検出する方法が提示される。方法は、発振器を提供するステップと、発振器によって変調され、励起光を放射する光源を提供するステップと、オプションで、少なくとも１つの光学ユニットを介して、反射された励起光を光学的に除去するステップと、検出器を介して歯からの蛍光ビームを受光するステップとを含む。また、方法は、周波数駆動トレインによって生成されるノイズを低減させる歯垢検出回路を介して、周波数領域寿命測定に基づいて歯垢を検出し、歯の歯垢特定信号を通信するステップを含む。方法は、歯垢特定信号を、駆動トレイン周波数と低中間周波数（ＩＦ）とが同一のマスタクロックから導出されるような低中間周波数に復調するステップを更に含む。
【００１９】
［００２３］  本開示の適用可能性の更なる範囲は、以下に与えられる詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
［００２４］  本開示の態様は、実施形態を示す以下の図を参照してより良く理解され得る。図の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、重点は本開示の原理を明瞭に示すことに置かれている。更に、図において、類似の参照符号は複数の図を通して対応する部分を指す。
【００２１】
［００２５〜００３３］
【図１Ａ】歯科機器の正面図を示す。
【図１Ｂ】歯科機器の側面図を示す。
【図２Ａ】第１の周波数で駆動される駆動トレインを示す。
【図２Ｂ】第２の周波数で駆動される駆動トレインを示す。
【図３】歯垢検出回路の回路図である。
【図４】単一の検出器が示される、蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を示す概略図である。
【図５】２つの検出器が示される、蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を示す概略図である。
【図６】コントローラ内に発振器が組み込まれる、蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を示す概略図である。
【図７】蛍光寿命測定に基づいて歯垢を検出する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［００３４］  本開示は、特に、ユーザがユーザの歯から歯垢を確かに除去しているかどうか、また、ユーザが歯垢を完全に除去したかどうかをユーザに情報提供することによって、ユーザがユーザの歯を清掃するのを支援するための、ユーザに良い習慣への安心及び指導の両方を提供するシステム、装置、及び方法の様々な実施形態を説明する。好ましくは、情報はブラッシング／清掃中にリアルタイムで提供され、そうでない場合、消費者支持は低い可能性がある。例えば、歯科器具（例えば歯ブラシ又はエアフロス）は、ユーザのブラッシングしている歯が清浄であるとみなされるときに、ユーザが歯垢付着のために更なるブラッシング／清掃を必要とする可能性のある次の歯に移れるように、ユーザに信号を提供することが有用である。これは、ユーザのブラッシング／清掃時間を低減させ得るだけでなく、（例えば歯垢を有するといった）歯の特定の問題領域にユーザの注意を集中させる、より良い、かつ、より効率的なブラッシング／清掃ルーチンをもたらし得る。
【００２３】
［００３５］  本開示によると、ユーザは電子歯科清掃器具を用いて、すなわち歯磨きペーストの泡で囲まれた振動ブラッシング／清掃システムにおいて、歯垢を検出することができる。歯垢検出システムは、除去可能な歯垢層を有する表面と、より清浄なペリクル／歯石／歯科充填材／歯の表面との間の明瞭なコントラストを提供する。
【００２４】
［００３６］  本開示によると、ブラッシング／清掃ルーチン中にリアルタイムで歯垢を検出する態様が提供される。本開示の例示的な実施形態は、時間分解蛍光に基づく歯垢検出を実施する。
【００２５】
［００３７］  図１Ａは、歯垢を検出するシステム２を示す。システム２は、様々な手持式歯科器具と共に使用され得る。例示される実施形態では、システム２は、多目的歯科機器４（例えば電動歯ブラシと歯垢検出器との組合せ）の形式である。歯科機器４は、バッテリ８と電動モータ１０とを格納する適切な構成のハンドル６を含む。電源ボタン又はスイッチ１２（図１Ｂ）がハンドル６上に提供され、押されたときに、歯科機器４に電力を供給するためのバッテリ８と、例えば電動モータ１０、コントローラ２０等といった歯科機器４と動作可能に関連する構成要素とに、動作可能に結合する。適切な構成の複数のブリッスル１４が、例えばクリップ（明示されていない）といった１以上の結合方式を介して、ハンドル６から遠位に延びるシャフト１８に取外し可能に結合する歯ブラシアセンブリ１６上に提供される。
【００２６】
［００３８］  機器４は、歯の歯垢レベルの表示のための歯垢検出回路２２を更に含む。こうした歯垢検出回路は、（モータ１０を有する）歯ブラシ駆動トレインと近接して動作されなければならない。この駆動トレインは、歯垢検出回路に結合して所望の信号を阻害する恐れのある電磁干渉（雑音）を放出する。検出回路の入念な遮蔽、設置、及びレイアウトがこれらの影響を低減させるのに役立ち得る一方で、本質的に干渉に耐性があり、したがって歯ブラシの最良の動作を可能にする回路をデザインすることが有用である。この問題は、駆動トレインの周波数が様々なブラッシングのモード間で変化され、駆動トレイン励起のデューティサイクルに依存して多数の高調波が生成されるときに、より困難になる。
【００２７】
［００３９］  本開示によると、検出歯垢信号の復調は、低いが非ゼロの中間周波数（ＩＦ）にミックスダウンされる。これは、ミキシング処理における発振器信号の非意図的な漏れによって生成され、歯垢検出回路においてオフセットを引き起こす、望ましくないＤＣを防止する。次いでこの信号はデジタル化され、所望の信号が信号処理技術によってデータから復元される。ノイズ耐性システムは、駆動トレイン、変調、ＡＤＣサンプリング、及び中間周波数を同一のマスタクロックから導出し、中間周波数を、駆動トレイン周波数の（ｎ＋ｊ／ｋ）倍と等しくすることによって達成され、ここでｎは整数であり、またゼロであってもよく、ｋは偶数の正の整数であり、ｊは０＜ｊ＜ｋとなるような正の整数である。更に、ｋは大きすぎてはならず、さもなければ信号干渉が発生する恐れがある。したがって、ｋは、歯垢特定信号の帯域幅が、駆動トレイン周波数の１／ｋ倍よりも小さくなるように選択される。
【００２８】
［００４０］  図２Ａは、第１の周波数で駆動される駆動トレイン１００を示す。
【００２９】
［００４１］  図２Ａを参照すると、検出歯垢信号は、低いが非ゼロの中間周波数（ＩＦ）にミックスダウンされる。これは、発振器からのＤＣが歯垢検出回路内でオフセットを引き起こすことを防止する。次いでこの信号は、デジタル化され、所望の信号が信号処理技術によってデータから復元される。ノイズ耐性システムは、駆動トレイン、変調、ＡＤＣサンプリング、及びＩＦを同一のマスタクロックから導出し、ＩＦ周波数を、駆動トレイン周波数の（ｎ＋ｊ／ｋ）倍と等しくすることによって達成され、ここでｎは整数であり、またゼロであってもよく、ｋは偶数の正の整数であり、ｊは０＜ｊ＜ｋとなるような正の整数である。更に、ｋは大きすぎてはならず、さもなければ信号干渉が発生する恐れがある。したがって、ｋは、歯垢特定信号の帯域幅が、駆動トレイン周波数の１／ｋ倍よりも小さくなるように選択される。
【００３０】
［００４２］  特に、乗数が０．５の場合、駆動トレインはＩＦサイクルの半分毎に１回励起する（Ｄ、２Ｄ、３Ｄ等）ことがわかり、したがって、駆動トレインの基本波又は高調波からのいかなる干渉も相殺される。しかしながら、回路の費用及び性能を最適化するために、ＩＦをより高くすることが望ましく、例えばスペクトル解析により、ｎ、ｊ、及びｋの任意の許容値が駆動トレイン干渉の高調波の間に最適に離間され、したがってデジタル又はアナログ領域のいずれにおいても狭帯域フィルタリングによって復元される、所望の狭帯域幅信号をもたらすことが決定される。図２Ａでは、Ｘ軸１１０は周波数を表し、Ｙ軸１２０は信号強度を表す。ＩＦは、Ｘ軸１１０の左側に要素１０２として示される。ＡＤＣ変換が生じる点は要素１０４として示され、ＩＦ１０２の最初のインスタンスの後で生じる。図２Ａにおける駆動トレイン１００は、ｎ＝０、ｊ＝１、及びｋ＝２である単純な場合とみなされ、対象の信号の像を、駆動トレイン１００の高調波ノイズのちょうど間に配置する。通常、ｊ＝１、ｋ＝２は最良の離間間隔、ひいては任意のｎに対する最も低いフィルタリング要件を提供する。しかしながら、当業者は、駆動トレイン１００のノイズを最小化するためのｊ及びｋに対する任意の値を想定し得る。
【００３１】
［００４３］  図２Ｂは、第２の周波数で駆動される駆動トレイン２００を示す。
【００３２】
［００４４］  図２Ｂでは、Ｘ軸２１０は周波数を表し、Ｙ軸２２０は信号強度を表す。ＩＦは、Ｘ軸２１０の左側に要素２０２として示される。ＡＤＣ変換が生じる点は要素２０４として示され、ＩＦ２０２の最初のインスタンスのかなり後で生じる。乗数は０．７５であり、駆動トレインはもはやＩＦサイクルの半分毎に２回励起しない（Ｄ、２Ｄ、３Ｄ等）ことがわかるが、高調波の非干渉は維持されている。図２Ｂにおける駆動トレイン２００は、ｎ＝０、ｊ＝３、ｋ＝４である複雑な場合であり、対象の信号の像を、干渉を避けるため充分なマージンを持って駆動トレインの高調波ノイズから離して配置する。この解決策は実行可能であるが、所望の信号と駆動トレイン高調波との間の離間が低減されるので、より厳しいフィルタリング要件を有する。再度、当業者は、駆動トレイン２００のノイズを最小化するためのｊ及びｋに対する任意の値を想定し得る。
【００３３】
［００４５］  当業者は、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、高調波を低減させ、ひいては歯垢検出回路と駆動トレイン信号との間の干渉を低減させるために、複数の様々な乗数を用いることを想定し得ることが留意される。
【００３４】
［００４６］  図３は、歯垢検出回路の回路図３００である。
【００３５】
［００４７］  回路３００は、発振器３１０と電圧調整器３１２とを含む。発振器３１０は、例えば８０ＭＨｚといった周波数ｆ０のマスタクロック信号を提供する。発振器３１０の周波数ｆ０は要素３２０によって受信される。要素３２０は、基本波クロックを（例えば１／２倍で）分周して、周波数ｆｂのベースクロック信号と周波数ｆ´ｂの９０度シフトされた位相の信号とを生成する回路であり、ベース信号ｆｂは励起光を変調するために用いられ、両方が位相検出のために用いられる。ベース信号の周波数ｆｂは、例えば４０ＭＨｚである。
【００３６】
［００４８］  ベース信号ｆｂは、追加的に中間周波数ｆＩＦの信号を受信する乗算器（又はミキサ）３２１に提供される。乗算器３２１の出力信号は、周波数（ｆｂ＋ｆＩＦ）及び（ｆｂ−ｆＩＦ）を有し、図ではｆｘとして簡単に示される（ｆｘは両方の周波数を含み、これらの周波数から検出器側のミキサ（又は複数のミキサ）において元のＩＦ信号が復元されることに留意されたい）。
【００３７】
［００４９］  ＬＥＤドライバ３３０はＤＣバイアス３１５によって電力供給される。ＬＥＤドライバ３３０は、乗算器３２１の出力信号ｆｘによって変調される励起光源３３１を駆動する。励起光源３３１から放射された光、特に、歯での輝きが検出されたときにこの励起光によって励起される蛍光は、増幅器３４０に接続される光検出器３３３によって検出される。
【００３８】
［００５０］  増幅器３４０の出力は、第１ミキサ３５０と、第２ミキサ３６０と、ローパスフィルタ３５１とによって受信される。ｆｂ信号で乗じられることにより、第１ミキサ３５０は中間周波数ｆＩＦの信号を生成する。９０°シフトされた信号ｆ´ｂで乗じられることにより、第２ミキサ３６０は位相がシフトされた成分に関し中間周波数ｆＩＦの信号を生成する。
【００３９】
［００５１］  第１ミキサ３５０の出力は、第１の一連のローパスフィルタ３５２、３５４によって受け取られ、一方、第２ミキサ３６０の出力は、第２の一連のローパスフィルタ３６２、３６４によって受け取られる。ローパスフィルタ３５１の出力は別のローパスフィルタ３５３によって受け取られる。ローパスフィルタ３５３、３５４、及び３６４の出力信号は、更に周波数領域蛍光寿命測定に基づいて歯垢を検出するための歯垢検出回路の次の段３７０において処理される。
【００４０】
［００５２］  要素３１４は、マスタクロックｆ０から周波数ｆＩＦのＩＦ信号を生成し、当該ＩＦ信号を、（乗算器３２１を介して）励起光を変調するためと、（マイクロプロセッサ３７１において）デジタル化された信号にデジタル的にロックインするためとの両方に用いる。
【００４１】
［００５３］  要素３１６は、駆動トレイン周波数ｆｄｔを持つ駆動トレイン１００（又は２００）のためのマスタクロックを生成する。駆動トレイン周波数ｆｄｔはマスタクロック周波数ｆ０に基づくが、典型的には例えば４０ＭＨｚからｆｄｔ＝２５０Ｈｚへと分周される。同一のマスタクロックに基づくことによって、位相ロック及び正確な比が保証される。要素３１４と３１６とは、これらの出力周波数間の、ｆＩＦ＝（ｎ＋ｊ／ｋ）・ｆｄｔの式によって与えられる固定された関係を維持するために共に動作する。結果として、この回路デザインは、歯垢検出回路のノイズに対する感受性を最小化し、歯垢検出回路によって検出される歯垢検出のレベルの精度を最大化する。したがって、例示的な本実施形態の技術によって、駆動トレインにより生成されるノイズが最小化されるので、歯垢検出回路は、歯で低いレベルの歯垢が見つかった場合でさえも、こうした低い検出についての能力を有する。
【００４２】
［００５４］  図３を再び例として参照すると、駆動トレイン励起周波数が２５０Ｈｚの場合、ｆＩＦ＝８７５Ｈｚ（ｎ＝３、乗数３．５）又はｆＩＦ＝１１２５Ｈｚ（ｎ＝４、乗数４．５）のＩＦが好都合である。別のモードにおいて、駆動トレインが２６０Ｈｚで駆動される場合、９１０Ｈｚ又は１１７０ＨｚのＩＦが選択されてよい。駆動トレイン周波数が変化されるとき、ＩＦのために用いられる信号の倍数は同一のままである必要はない。例えば、駆動周波数の著しいシフトが用いられる場合、ＩＦが不都合に高い又は低い値になることを回避するために、倍数すなわち乗数は変化してよい。
【００４３】
［００５５］  復調された中間周波数信号ｆｙ、ｆ´ｙは、ナイキストの基準によって当該中間周波数信号の全ての情報を取り込むために、当該中間周波数信号の周波数の少なくとも２倍の整数倍の周波数でデジタル化され得る。この周波数は、駆動トレイン励起周波数とＩＦとが変化すると共に変化する。しかしながら、再度、全てのモードにおいて、最適なＡＤＣ性能を維持するために望まれる場合、乗数は固定される必要はない。
【００４４】
［００５６］  別の例示的な実施形態では、駆動トレイン信号は、更に変調周波数の整数除算から導出される。実際にはこれは、典型的には駆動トレインが２６０Ｈｚである一方、変調は４０ＭＨｚであるので、大きな差のために駆動トレイン周波数の選択上あまり限定的でない。
【００４５】
［００５７］  同様に、デジタル信号処理を実行するためのマイクロプロセッサ等のデジタル回路が用いられる場合、当該デジタル回路のマスタクロックは、変調のために用いられるマスタクロックｆ０の整数倍又は整数分の１倍でなければならない。これは、歯垢検出回路と駆動トレイン信号との間の干渉を更に最小化する。結果として、図１乃至図３により、これらの全てのステップは、歯垢検出回路に干渉する信号をもたらす様々な構成要素からの望ましくない高調波干渉を防止する。
【００４６】
［００５８］  図４は、単一の検出器が示される、蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を示す概略図４００である。
【００４７】
［００５９］  図４では、光源４２０を駆動するための発振器４１０が示される。光源４２０は、第１の光学素子の構成４３０、クリーンアップフィルタ４４０、及びビームスプリッタ４５０を通過する励起光４２５を生成する。ビームスプリッタ４５０は、励起光４２５が真っ直ぐ通過することを可能にする。歯４９０からの戻り光４５２は、蛍光４５４だけが検出器４７０によって受光されるように分割される。励起光４２５は第２の光学素子の構成４６０を通って歯４９０に向けられ、一方蛍光４５４は検出器４７０に向けられる。検出器４７０は増幅器４０２を含んでもよい。また、発振器４１０がコントローラ４８０によって駆動されることも想定される。
【００４８】
［００６０］  励起光４２５を生成する光源４２０は、好ましくは４０５ｎｍ、４４０ｎｍ、４７０ｎｍ、又は４８０ｎｍのＬＥＤであるが、他の光源（例えばダイオードレーザ）及び別の波長（例えば約４００ｎｍ〜５００ｎｍの間の範囲）もまた可能である。当業者は、複数の様々な波長で動作する複数の様々な照明手段を想定し得る。また、ダイオードレーザは、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であってもよい。ＶＣＳＥＬは、ウエハから個々のチップを劈開することによって形成された表面から放射される従来の端面発光型半導体レーザとは異なり、上面からの垂直なレーザビーム放射を有する半導体レーザダイオードの一種である。
【００４９】
［００６１］  オプションのクリーンアップフィルタ４４０は、いかなる望ましくない波長（例えばＵＶ光）も歯４９０又は検出器４７０に達することを阻止する、狭帯域バンドパスフィルタであってよい。ダイクロイックビームスプリッタ４５０は、励起光４２５が歯４９０に向かって透過される一方で、より長い波長を持つ放射された蛍光４５４が検出器４７０に向かって反射されるように、ショートパスの特性を有してよい。検出器４７０は、光検出器（示されていない）及び増幅器４０２を含んでもよい。また、システム４００は、レンズ、ＣＰＣ（複合放物面集光器）、又はこれらの両方等の集束光学素子の集合体を含んでよい（要素４３０、４６０として示される）。ある例示的な実施形態では、システムの光学素子４３０、４６０は、歯科器具のヘッド部に組み込まれてよい。しかしながら、当業者は、図４の要素の全て又は一部を、適切なデザインに基づいて、歯科器具のハンドル部若しくはヘッド部、又はこれらの組合せのいずれにおいても再配置又は配置することを想定し得る。したがって、図４の構成要素は、歯科器具上の、又は歯科器具周辺の当該構成要素の配置に関して限定されない。
【００５０】
［００６２］  更に、別の例示的な実施形態では、単一の光路及びビームスプリッタの代わりに、２つの光路（例えば励起及び検出）が、検出器４７０で励起光４２５を阻止するためのハイパス若しくはバンドパス、又はバンドリジェクトフィルタと共に用いられてよい。別個の励起及び検出の経路は、ファイバ誘導若しくは自由空間、又は例えばブラシヘッド内のＬＥＤを介した自由空間の励起とファイバ検出との両方の組合せであってよい。
【００５１】
［００６３］  コントローラ４８０は、プロセッサ、マイクロコントローラ、システムオンチップ（ＳＯＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等であってよい。本明細書に説明される様々な機能及び動作を実行するための、プロセッサ、マイクロコントローラ、ＳＯＣ、及び／又はＦＰＧＡを含み得る１以上の構成要素は、集合的に、例えば請求項に記載されるようなコントローラの一部である。コントローラは、単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）に搭載され得る単一の集積回路（ＩＣ）チップとして提供されてもよい。代替的に、例えばプロセッサ、マイクロコントローラ等を含むコントローラの様々な回路構成要素は、１以上の集積回路チップとして提供される。つまり、様々な回路構成要素は１以上の集積回路チップ上に配置される。
【００５２】
［００６４］  図５は、２つの検出器が示される、蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を示す概略図５００を示す。
【００５３】
［００６５］  図５では、光源４２０を駆動するための発振器４１０が示される。光源４２０は、第１の光学素子の構成４３０、クリーンアップフィルタ４４０、及び２つのビームスプリッタ４５０、５５０を通過する励起光４２５を生成する。ビームスプリッタ４５０、５５０は、励起光４２５が真っ直ぐ通過することを可能にする。したがって、励起光４２５は２つのビームスプリッタ４５０、５５０を真っ直ぐ通過し、歯及び歯垢の蛍光体を励起する。歯４９０から戻り、システムによって集光される光５６１は、反射された（青色）励起光５５７と、蛍光５５５（より長い波長を持つ放射）とからなる。システム５００へと戻る途中に、光５６１はまず小割合の光を出力するための低反射ビームスプリッタ（ガラス）に達する。残りはビームスプリッタ４５０に行き、検出器５７０に向かう。ガラス反射からの小部分の光は、元の励起光５５９だけが５７２によって検出されるようにショートパス（又はバンドパス）でフィルタリングされる。これは基準信号として参照される。
【００５４】
［００６６］  図５は図４と類似するが、しかしながら、図５では、例えば距離のばらつき又は温度の影響によって引き起こされる光路長差といった、励起と発光との信号間の望ましくない位相変化を引き起こす恐れのある、いかなるドリフトも補正するために、反射された励起光５６１の一部が別個に測定される。拡張部は、受光された光４６１のうちの低い割合の光を出力するために、低反射ビームスプリッタ５５０（例えば未コーティングガラス）を用いる。ローパスフィルタ５７３は、反射された励起光５６１の一部だけが検出器５７２によって受光されるように蛍光を除去する。この光５５９は全経路長を進んできており、したがって位相のための基準である。
【００５５】
［００６７］  図６は、コントローラ内に発振器が組み込まれている、蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を示す概略図６００を示す。
【００５６】
［００６８］  図６では、光源４２０を駆動するための発振器６０２が示される。光源４２０は、第１の光学素子の構成４３０、クリーンアップフィルタ４４０、及びビームスプリッタ４５０を通過する励起光４２５を生成する。ビームスプリッタ４５０は、励起光４２５が真っ直ぐ通過することを可能にする。歯４９０からの戻り光４５２は、蛍光４５４だけが検出器４７０によって受光されるように分割される。励起光４２５は第２の光学素子の構成４６０を通って歯４９０に向けられ、一方蛍光４５４は検出器４７０に向けられる。検出器４７０は信号をミキサ６２０に送る。また、発振器６０２はコントローラ６１０内に組み込まれることが想定される。また、コントローラ６１０はロックイン増幅器６０４とＡＤＣ変換器６０６とを含んでもよい。
【００５７】
［００６９］  全ての実施形態に対し、図４乃至図６を参照して説明されたとおり、発振器６１０及びロックイン増幅器６０４はアナログ領域又はデジタル領域において実施され得る。しかしながら、図６によると、コントローラ６１０内でのデジタルの実施に対して、信号をＡＤＣ変換のためにより適した中間周波数（ＩＦ）帯域にダウン変換するために、アナログのヘテロダイン段が含まれてよい。したがって、各周波数に対して、デジタル発振器６０２は、更に、ローパスでフィルタリングされたミキサ６２０の出力がＡＤＣ変換器６０６の周波数範囲内に入るように、ミキサ６２０のための小さなオフセットを持つ周波数を生成する。こうした場合、他の全ての信号処理はデジタルの態様において実行する。更に、図６は、実施形態のうちの１つに対してだけデジタルの実現形態を説明するが、当業者によって全ての実施形態がこの態様で実施され得ることに留意されたい。
【００５８】
［００７０］  図７は、蛍光寿命測定に基づいて歯垢を検出する方法を示すフローチャート７００である。
【００５９】
［００７１］  フローチャート７００は以下のステップを含む。ステップ７１０では、発振器が提供される。ステップ７２０では、発振器によって変調され、励起光を放射する光源が提供される。オプションのステップ７３０では、反射された励起光が少なくとも１つの光学ユニットを介して除去される。ステップ７４０では、検出器を介して、歯からの蛍光ビームが受光される。ステップ７５０では、歯垢特定信号は、駆動トレイン周波数と中間周波数（ＩＦ）とが同一のマスタクロックから導出されるような低ＩＦに復調される。ステップ７６０では、周波数駆動トレインによって生成されるノイズを低減させる歯垢検出回路を介して、周波数領域寿命測定に基づいて歯垢が検出され、歯の歯垢特定信号がリアルタイムでユーザに通信される。次いで処理は終了する。本明細書に説明された方法のステップは、必ずしも説明されたとおりの順序で実行される必要のないことが理解されるべきである。更に、「その後」、「次いで」、「次に」等の文言は、ステップの順序を限定することを意図したものではない。これらの文言は、方法のステップの説明を通じて単に読者を導くために用いられる。
【００６０】
［００７２］  一般的に、本開示の例示的な実施形態は、特に、歯ブラシ又はエアフロス装置、及び専門家の歯科検査の装置等の歯科清掃器具に関し、これらによって、歯垢の存在が画像、音声又は振動の頻度及び強度によって明らかとなり得る。これは歯科、歯科衛生、及び歯のホワイトニング等の分野で適用可能である。
【００６１】
［００７３］  前述の実施例は、本開示の様々な態様及び本開示の実行の方法を示す。実施例は、本開示の多くの様々な実施形態の網羅的な説明を提供することを意図したものではない。したがって、前述の本開示は、明瞭性及び理解の目的のために例示及び実施例によって詳細に説明されたが、当業者は、独立請求項によって規定される本開示の範囲から逸脱することなく本開示に多くの変更及び修正を加え得ることを容易に理解するであろう。請求項において、括弧間に置かれたいかなる参照符号も、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。「含む」の文言は、請求項に掲げられるもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」の文言は、複数のこうした要素の存在を除外しない。本発明は、複数の別々の要素を含むハードウェア及び／又は適切にプログラムされたプロセッサによって実施されてよい。いくつかの手段を列挙する装置請求項において、これらの手段のうちのいくつかは、全く同一のハードウェアのアイテムによって具体化されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段を組み合わせで用いることができないことを意味しない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月17日(2015.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動トレイン周波数を持つ駆動トレインと、
励起光を放射する光源と、
歯垢特定信号を生成するために歯からの戻り光ビームを受光する歯垢検出器と、
を含み、
前記歯垢検出器は、前記歯垢特定信号を、前記駆動トレイン周波数と中間周波数とが同一のマスタクロックから導出されるような当該中間周波数に復調する、
歯科器具。
【請求項２】
前記光源を変調するための発振器を更に含む、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項３】
前記戻り光ビームは蛍光である、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項４】
反射された励起光を除去し、歯からの蛍光ビームを受光するための少なくとも１つの光学ユニットを更に含み、
前記歯垢検出器は、周波数駆動トレインによって生成されるノイズを低減させる歯垢検出回路を介して、周波数領域寿命測定に基づいて歯垢を検出し、歯の歯垢特定信号を通信するために前記蛍光ビームを受光する、
請求項３に記載の歯科器具。
【請求項５】
前記中間周波数は、前記駆動トレイン周波数の（ｎ＋ｊ／ｋ）倍に等しく、ここでｎは整数であり、ｊは正の整数であり、ｋは０＜ｊ＜ｋとなるような偶数の正の整数である、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項６】
ｋは、前記歯垢特定信号の帯域幅が、前記駆動トレイン周波数の１／ｋ倍よりも小さくなるように選択される、請求項５に記載の歯科器具。
【請求項７】
前記歯垢検出器は、復調された前記中間周波数の信号を、当該中間周波数の信号の周波数の少なくとも２倍の整数倍の周波数でデジタル化する、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項８】
前記駆動トレインは、複数の清掃モードに対して前記駆動トレイン周波数を変化させる、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項９】
発信器が、前記励起光を生成するために用いられる装置である、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項１０】
前記歯垢検出器は、前記歯垢特定信号との高調波干渉を防止するため前記歯垢特定信号を前記中間周波数へ復調する、請求項１に記載の歯科器具。
【請求項１１】
駆動トレイン周波数を持つ駆動トレインを有する歯科器具を介して歯の歯垢を検出する方法であって、
励起光を提供するステップと、
歯からの戻り光ビームを受光するステップと、
前記戻り光ビームから歯垢特定信号を生成するステップと、
前記歯垢特定信号を、前記駆動トレイン周波数と中間周波数とが同一のマスタクロックから導出されるような当該中間周波数に復調するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記中間周波数は、前記駆動トレイン周波数の（ｎ＋ｊ／ｋ）倍に等しく、ここでｎは整数であり、ｊは正の整数であり、ｋは０＜ｊ＜ｋとなるような偶数の正の整数である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ｋは、前記歯垢特定信号の帯域幅が、前記駆動トレイン周波数の１／ｋ倍よりも小さくなるように選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
復調された前記中間周波数の信号は、当該中間周波数の信号の周波数の少なくとも２倍の整数倍の周波数でデジタル化されるステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記駆動トレイン周波数を、複数の清掃モードに基づいて変化させるステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
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