ЗУБНАЯ ЩЕТКА С ОТСЛЕЖИВАНИЕМ ПОЛОЖЕНИЯ
TOOTHBRUSH WITH POSITION TRACKING

Изобретение, в общем, касается зубных щеток, конкретнее, касается определения положения щетинок зубной щетки в полости рта, в том числе того, насколько далеко зубная щетка находится во рту, а также определения того, внутренние или наружные поверхности зубов чистит пользователь.
Для здоровья зубов важно тщательно чистить все зубы в полости рта. Зубы в каждой области полости рта требуют серьезного внимания. Чтобы это осуществить, полезно обеспечить пользователей обратной связью в отношении того, насколько в каждой области рта пользователь осуществляет чистку по длине. Это поощрит пользователей тщательно чистить все зубы, уделяя достаточно времени каждой области. Предшествующие схемы для определения времени, затраченного в каждой области, использовали датчики для определения положения набора щетинок. Однако подобные системы имеют тот недостаток, что требуется опорная точка или известная начальная позиция для определения положения набора щетинок в полости рта пользователя, т.е. положение щетинок относительно зубов.
Соответственно желательно обеспечить надежное поступление информации обратно к пользователю в отношении положения набора щетинок в полости рта, предпочтительно не используя дорогостоящей системы. Это поможет преодолеть привычку чистить зубы в недостаточной степени.
В одном варианте осуществления зубная щетка способна определять положение набора щетинок и участка зубной щетки, на котором они расположены, относительно зуба и содержит: зубную щетку, включающую в себя участок ручки и участок головки щетки с набором щетинок на одном своем конце для чистки зубов пользователя; по меньшей мере, один датчик, расположенный на упомянутой зубной щетке так, что он находится вне полости рта, когда набор щетинок находится в положении для чистки зубов, при этом датчик реагирует на температуру, причем датчик ориентирован так, что он детектирует температуру кожи, когда набор щетинок находится в положении, смежном с одной из внешних или внутренних поверхностей зубов, а также детектирует температуру окружающей среды вне полости рта, когда набор щетинок находится в положении, смежном со второй из внешних или внутренних поверхностей зубов; процессор в зубной щетке, реагирующий на температурную информацию с датчика для определения, находится ли набор щетинок в положении для чистки наружных поверхностей или внутренних поверхностей зубов; а также индикаторную систему, реагирующую на команды процессора для указания пользователю положения набора щетинок относительно зубов.
В другом варианте осуществления зубная щетка способна определять положение своего участка набора щетинок относительно зубов и содержит: зубную щетку, включающую в себя участок ручки и участок головки щетки с набором щетинок на одном своем конце для чистки зубов пользователя; по меньшей мере, один датчик, расположенный на звене-подложке для набора щетинок с целью обеспечения ориентирующей информации датчика относительно щеки пользователя; процессор, реагирующий на ориентирующую информацию для выдачи выходного сигнала, указывающего, расположен ли набор щетинок смежно с наружными поверхностями зубов или с внутренними поверхностями зубов; а также индикаторную систему, реагирующую на команды процессора для указания пользователю, находится ли набор щетинок в положении для чистки наружных поверхностей зубов или внутренних поверхностей зубов.
В другом варианте осуществления зубная щетка способна определять, насколько далеко зубная щетка введена в рот, и содержит: зубную щетку, включающую в себя участок ручки, участок шейки, а также участок набора щетинок на дистальном конце участка шейки для чистки зубов пользователя; множество световых источников, расположенных последовательно вдоль участка шейки зубной щетки, при этом световые источники ориентированы так, что относительное количество световых индикаторов в полости рта и вне полости рта указывает на участок зубной щетки, находящийся во рту; а также приемное устройство для приема светового излучения от незакрытых световых источников вне полости рта, причем световые источники различаются между собой по выбранным характеристикам, при этом приемное устройство включает в себя систему для указания пользователю, насколько далеко зубная щетка введена в полость рта.
На Фиг.1 и 2 показаны упрощенные виды сверху первого варианта осуществления зубной щетки с одним или двумя ИК датчиками.
На Фиг.3-6 показаны упрощенные схемы, представляющие охватываемые зоны чистки щеткой относительно ряда зубов.
На Фиг.7-9 показано положение зубной щетки во рту пользователя и направление ИК датчика.
На Фиг.10 показан вид сверху одной разновидности второго варианта осуществления датчика положения.
На Фиг.11 и 12 показаны схемы чистки щеткой для варианта осуществления, представленного на Фиг.10.
На Фиг.13 и 14 показаны виды сверху дополнительной разновидности второго варианта осуществления.
На Фиг.15 показан вид сверху другой разновидности второго варианта осуществления.
На Фиг.16 показан вид сверху еще одной разновидности второго варианта осуществления.
На Фиг.17 показан вид сверху еще одной разновидности второго варианта осуществления.
На Фиг.18 показан схематичный вид системы для определения, насколько далеко зубная щетка продолжается в полость рта.
На Фиг.1-9 показана конструкция представленной в настоящем описании зубной щетки по первому варианту осуществления, а также возможные положения участка набора щетинок зубной щетки в полости рта. Датчики используются на ручке зубной щетки, которая находится вне полости рта в процессе чистки щеткой, чтобы определить ориентацию набора щетинок относительно зубов, когда набор щетинок находится во рту, в частности, находятся ли щетинки в положении для чистки наружных поверхностей зубов или внутренних поверхностей зубов. В варианте осуществления, представленном на Фиг.1-9, зубная щетка 10 обычно представляет собой зубную щетку с силовым приводом, которая включает в себя участок 12 ручки и участок 14 головки щетки, а также включает в себя, по меньшей мере, один датчик 16 рядом с верхним концом 18 ручки 12. На дистальном конце головки 14 щетки имеется набор 20 щетинок, закрепленных на пластине для щетинок или звене-подложке 24. Датчики 16 в показанном варианте осуществления представляют собой ИК датчики, реагирующие на температуру. На Фиг.1 показана конструкция с единственным ИК датчиком, а на Фиг.2 показано два ИК датчика, разнесенных примерно на 180°. В то время как на Фиг.1 и 2 датчики показаны в ручке зубной щетки, они могли бы размещаться на шейке зубной щетки, если только датчики остаются вне полости рта.
На Фиг.7 зубная щетка 10 находится во рту пользователя 13. На Фиг. 8 и 9 показана зубная щетка 10 с двумя датчиками 25 и 27, ориентированными так, что когда щетинки 26 направлены к наружным поверхностям 28 зубов (Фиг.9), датчик 25 направлен от кожи пользователя в сторону окружающей среды (стрелка 32), измеряя температуру внешней среды (72°F), в то время как другой датчик 27 направлен к коже пользователя (стрелка 36) и измеряет температуру тела (98,6°F). Когда зубная щетка 10 расположена так, что щетинки 26 направлены к наружным поверхностям зубов (Фиг.8), датчик 25 направлен в сторону кожи (стрелка 37), а датчик 27 обращен к окружающей среде (стрелка 38).
Следует понимать, что может быть использован только один датчик, по-прежнему обеспечивая эффективные результаты, поскольку при одной ориентации зубной щетки датчик будет считывать температуру 98,6°F, в то время как при другой ориентации датчик будет считывать температуру окружающей среды, например 72°F. В любом случае, используются ли два датчика или один, температурная информация, полученная датчиком (датчиками), направляется в микропроцессор 44 (Фиг.1) в зубной щетке, при этом микропроцессор, будучи запрограммирован в отношении температур, замеренных датчиками, и положения зубной щетки, определит положение щетинок. Данную информацию он далее направит в устройство 42 отображения, которое обычно, но не обязательно, отделено от зубной щетки. Устройство отображения, например, может находиться в зарядном блоке для зубной щетки. Оно может находиться на отдельном устройстве отображения или даже на зубной щетке. Система может также обеспечивать звуковую индикацию положения щетинок. В любом случае система предоставляет пользователю информацию об ориентации щетинок относительно зубов.
На Фиг.3-6 показаны области полости рта, которые могут быть определены (внутренние поверхности зубов или наружные поверхности зубов) с помощью конструкции, описанной выше и показанной на Фиг. 1 или 2. На Фиг.3 показаны объединенные наружные поверхности 37 и внутренние поверхности 38.
К зубной щетке 10 может быть добавлен акселерометр или инклинометр 45, который, совместно с датчиками, обеспечивает возможность зубной щетке распознать четыре области в полости рта, в частности левую и правую стороны полости рта, а также внутренние и наружные поверхности зубов. На Фиг.4 и 5 показаны охватываемые зоны чистки с изменением наклона щетинок на 180° при чистке щеткой областей 39 и 40 (Фиг.4), а также областей 41 и 42 (Фиг.5). На Фиг.6 все четыре зоны показаны вместе.
Кроме того, жевательные поверхности зубов также могут быть идентифицированы посредством двух дополнительных температурных датчиков, расположенных примерно под углом 90° к исходным двум температурным датчикам. Вся информация по температурам и акселерометрии/инклинометрии поступает на микропроцессор 44, который определяет, к какой области зубов направлены или обращены щетинки. Хотя здесь представлены ИК датчики, могут быть использованы другие датчики и технологии для распознавания присутствия лица на фоне окружающей среде. В их число могут входить триангулярное инфракрасное измерение, емкостное измерение, распознавание приближения и даже сонарное (акустическим датчиком расстояния) или лазерное измерение.
В частном варианте осуществления и его разновидностях на Фиг.10-18 задача опять же заключается в определении, сориентированы ли щетинки и зубная щетка по направлению к наружным или внутренним поверхностям зубов. В этих разновидностях варианта осуществления выполняется опознавание положения щетинок относительно внутренней поверхности щеки пользователя. В каждом из вариантов узел датчика расположен на пластине-подложке для щетинок. При чистке щеткой внутренней стороны зубов узел датчика обращен внутрь ротовой полости от щеки, а при чистке щеткой наружной поверхности зубов узел датчика обращен к внутренней поверхности щеки. Различающиеся выходные сигналы датчика в этих двух положениях обрабатываются для предоставления пользователю информации о положении щетинок. На Фиг.11 и 12 показана зубная щетка 50, имеющая ручку 35 и головку 57 щетки, расположенную во рту пользователя, обозначенного, в общем, позицией 52. На Фиг.11 щетинки 53 расположены в упор с внутренними поверхностями зубов, так что датчик 56 на пластине-подложке 54 для щетинок обращен внутрь полости рта. На Фиг.12 зубная щетка 50 сориентирована так, что щетинки 53 расположены в упор с наружными поверхностями зубов. В этом положении датчик 56 обращен к щеке пользователя.
Существует несколько вариантов осуществления, раскрытых в настоящем описании, в отношении различных датчиков, пригодных для проведения различия между щетинками, обращенными в область рта и обращенными к щеке пользователя. На Фиг.10 показан вариант осуществления, в котором пластина-подложка 54 для щетинок зубной щетки 50 оборудована инфракрасным датчиком 56 температуры. При чистке щеткой наружных поверхностей зубов датчик 56 измеряет температуру щеки. При чистке щеткой внутренних поверхностей зубов датчик 56 измеряет температуру в полости рта. Поскольку существует разность температур, можно различить два положения щетинок. Замеренные температурные значения, определенные датчиком, поступают в микропроцессор, показанный, в общем, позицией 58 в зубной щетке 55, выполненный с возможностью посредством справочной таблицы или иным способом выводить информацию о положении щетинок на устройство 59 отображения, которое, как и в вышеописанных вариантах осуществления, может представлять собой часть отдельного блока, такого как зарядный блок. Информация обычно обеспечивается по каналу связи в ИК (инфракрасном) диапазоне. Устройство отображения может также находиться на самой зубной щетке или другом устройстве отображения помимо зарядного устройства. Индикация может быть визуальной, звуковой или иного типа.
В варианте на Фиг.13 и 14 пластина-подложка 60 для щетинок оборудована оптическим волокном 62. Волокно 62 проходит в виде петли от ручки 64 зубной щетки 65 через подложку набора щетинок и возвращается в ручку. На конце волокна 62 установлен СИД 63, обеспечивающий световое излучение, проходящее по волокну 62. На другом конце волокна находится световой датчик 66, измеряющий интенсивность светового излучения на выходе из волокна. При чистке щеткой наружных поверхностей зубов оптическое волокно 62 соприкасается со щекой. Благодаря контакту со щекой коэффициент преломления на границе волокна изменяется. Часть светового излучения из волокна в этом случае теряется, при этом интенсивность светового излучения, измеряемая световым датчиком 66, уменьшается по сравнению с тем, когда щетинки прилегают только к внутренним поверхностям зубов. Датчик выдает различающиеся величины интенсивности светового излучения, в зависимости от того, внутренние или наружные поверхности зубов чистятся щеткой. Микропроцессор предоставляет пользователю информацию о положении щетинок с помощью устройства отображения или иного коммуникационного средства, как говорилось ранее.
На Фиг.15 показан другой вариант, в котором на пластине-подложке 72 для щетинок установлена металлическая пластина 70. Пластина 70 покрыта тонким слоем пластика. Емкость металлической пластины 70 изменяется, когда металлическая пластина касается щеки. Емкость пластины может быть измерена датчиком. При чистке щеткой наружных поверхностей зубов емкость пластины будет выше благодаря контакту со щекой. При чистке щеткой внутренних поверхностей зубов емкость будет ниже из-за отсутствия контакта с кожей. Емкостный датчик 72 выдает значения емкости в микропроцессор в зубной щетке, который далее предоставляет пользователю информацию о том, внутренние или наружные поверхности зубов чистятся щеткой, на устройстве отображения, как показано ранее.
Еще один вариант показан на Фиг.16, в котором пластина-подложка 80 для набора щетинок содержит ИК СИД 82 и ИК детектор 84. Детектор 84 регистрирует световое излучение, эмитируемое светоизлучающим диодом. Когда пластина-подложка набора щетинок соприкасается со щекой, ИК СИД 82 и ИК детектор 84 частично закрыты кожей щеки. Интенсивность светового излучения, измеренная детектором 84, будет мала. При чистке щеткой внутренних поверхностей зубов интенсивность светового излучения, определяемая детектором, будет выше. Информация об интенсивности светового излучения поступает в микропроцессор в зубной щетке, который в свою очередь предоставляет пользователю информацию о том, к внутренним или наружным поверхностям зубов прилегают щетинки. Кроме того, боковые стороны пластины-подложки для щетинок могут быть оборудованы комплексом 86, образованным ИК светоизлучающим диодом и детектором, который позволит определить дополнительные ориентационные положения зубной щетки.
Следующий вариант показан на Фиг.17. Пластина-подложка 90 для щетинок содержит контактный переключатель 94. При чистке щеткой наружных поверхностей зубов пластина-подложка для щетинок соприкасается со щекой и переключатель 94 срабатывает, указывая на положение щетинок относительно зубов. При чистке щеткой внутренних поверхностей зубов переключатель 94 не срабатывает. Сигнал (или отсутствие сигнала) с переключателя 94 обрабатывается микропроцессором, после чего пользователю выдается информация о положении щетинок в полости рта.
На Фиг.18 показан вариант осуществления, позволяющий определить, насколько далеко зубная щетка введена в рот. Как показано, зубная щетка 100 имеет ручку 105, набор 107 щетинок, а также множество СИД-источников 102-102 света, расположенных вдоль шейки 104 зубной щетки. В данном варианте осуществления предусмотрены, по меньшей мере, один, но предпочтительно два или более светоизлучающих диодов. Каждый СИД имеет отличную от других излучающую характеристику, такую как отличную от других частоту. Светоизлучающие диоды создают световое излучение, передаваемое на приемное устройство 106. В процессе работы, когда зубная щетка вводится в рот, один или несколько светоизлучающих диодов будут закрыты, что исключает передачу и прием приемным устройством соответствующей характеристики. Приемное устройство определяет частоты принятого им светового излучения. Данная информация поступает в микропроцессор, обычно находящийся в приемном устройстве, который рассчитывает, насколько далеко зубная щетка располагается во рту. Эта информация далее выводится на устройство 108 отображения, обычно находящееся на приемном устройстве. Элементы на шейке зубной щетки могут также представлять собой температурные датчики. При такой конструкции внешний приемник светового излучения не требуется.
В качестве разновидности варианта осуществления, представленного на Фиг.18, на шейке зубной щетки могут быть предусмотрены, по меньшей мере, четыре инфракрасных температурных датчика совместно с 3D-акселерометром в дополнение к светоизлучающим диодам (или температурным датчикам). Информация с различных датчиков далее может обрабатываться микропроцессором для определения конкретной области полости рта, подвергаемой чистке щеткой.
Таким образом, раскрыт ряд вариантов осуществления, предоставляющих пользователю информацию, касающуюся положения щетинок в полости рта относительно зубов. Это позволит пользователю обеспечить соответствующую чистку щеткой всех участков зубов.
Хотя в целях иллюстрации раскрыты предпочтительные варианты осуществления изобретения, следует понимать, что в данные варианты осуществления могут быть внесены различные изменения, модификации и замены без отхода от сущности изобретения, определяемой следующей формулой изобретения.