本发明涉及一种用于牙齿清洁器具的清洁工具头，以及一种包含清洁工具头的牙齿清洁器具。
背景技术：
1、包括用于口腔检查的相机的各种系统是已知的(有时称为“牙科口腔内相机系统”)。这些设备通常用于在医疗环境中对患者的牙齿、牙龈或其他口腔结构进行成像。这些设备通常不适合在进行牙齿清洁过程的同时使用——相反，它们旨在基本上“干燥”使用。
2、然而，最近已经认识到，可能希望能够通过例如用于牙齿清洁过程的典型牙齿清洁器具来提供牙齿或口腔成像。这种牙齿清洁器具通常包括清洁工具头，清洁工具头连接到包括手柄的牙齿清洁器具主体。清洁工具头可以是刷头，例如包括杆和头部，头部带有用于刷牙的刷毛。将口腔内成像系统结合到这种牙齿清洁器具中可以提供许多优点。例如，ep3294197a1公开了一种布置，其中具有流体输送系统的牙齿清洁器具配置为当检测到流体输送系统的喷嘴位于邻间间隙内时，取决于来自传感器的输出的大小自动致动将工作流体输送到用户的牙齿。但是，该公开没有提供有关相机位置或形式的具体信息。
3、当提供即使在牙齿清洁过程中也能进行牙齿成像的系统时，必须克服的问题是，在用户的口部环境中，特别是在牙齿清洁过程中，可能存在多种遮蔽介质：例如水、唾液、牙膏和泡沫。如果传感器的感兴趣区域(roi)被这种遮蔽介质完全或部分遮蔽，则传感器不可能提供清晰的图像。
4、因此，希望提供一种牙齿清洁器具，与已知系统相比，其能够提供改善的牙齿口腔成像，并且特别是，当该器具在用户口部中使用时，与已知布置相比，其能够提供相机roi遮蔽减少的成像。
5、鉴于上述考虑，设计了本发明。
技术实现思路
1、因此，在第一方面，提供了一种用于牙齿清洁器具的清洁工具头，清洁工具头包括透镜盖，其中透镜盖的外表面包括第一曲面部分。
2、术语“透镜盖”在此用于定义基本上半透明或透明的元件，其布置为覆盖成像传感器。透镜盖可以为成像传感器提供物理保护。由于透镜盖的外表面包括第一曲面部分，因此它可以起到一定程度上聚焦或分散光线的作用，因此在本说明书的某些地方，它也可以简称为“透镜”。
3、已经发现，通过以这种方式提供具有透镜盖的清洁工具头，其中透镜盖的至少一部分包括曲面部分，可以在使用期间减少或避免由诸如水、唾液、牙膏和泡沫之类的遮蔽物对透镜盖造成的不希望的遮蔽。具体地，与使用具有替代几何形状的透镜或透镜盖的布置相比(例如，与平面透镜或平面透镜盖相比)，可以减少或避免诸如水、唾液、牙膏和泡沫之类的遮蔽物对透镜盖造成的不希望的遮蔽。
4、术语“曲面部分”在本文中用于定义在至少一个方向上弯曲的表面部分。换句话说，曲面部分的至少一个主曲率大于零。
5、在一些布置中，曲面部分的主曲率之一可以等于零。换句话说，曲面部分可以是圆柱形表面部分。然而，在优选的布置中，曲面部分的主曲率都大于零。换句话说，曲面部分可以在两个正交方向上弯曲，并限定凸椭球体。在曲面部分的主曲率都大于零的情况下，曲面部分也可以称为“圆顶表面部分”。与曲面部分的主曲率之一等于零的布置(其中曲面部分是圆柱形表面部分)相比，这种布置可以更有效地防止遮蔽物在使用期间滞留在透镜盖上。
6、在更优选的布置中，曲面部分的主曲率可以彼此相等。换句话说，曲面部分可以是基本上球形的表面部分。已经发现，在清洁工具头的使用过程中，提供球形的透镜盖外表面的一部分对于减少或消除透镜盖的不希望的遮蔽是特别有利的。然而，主曲率彼此相等并不是必需的。在一些布置中，透镜盖的外表面的主曲率可能不相等。在这种情况下，圆顶表面部分将构成非球形凸椭球体。
7、曲面部分的至少一个曲率半径可以在从大约1.5到大约4.5mm的范围内。例如，曲面部分的至少一个曲率半径可以是1.5mm或更大、2mm或更大、2.5mm或更大、或3mm或更大。它可以是4.5mm或更小、4mm或更小、3.5mm或更小或3mm或更小。在优选的布置中，曲面部分的至少一个曲率半径可以在2mm至3mm的范围内。更优选地，曲面部分的至少一个曲率半径可以约为2.5mm。当曲率半径小时(即小于1.5mm)，通过透镜的光学畸变可能不期望地大。然而，当曲率半径较大时，遮蔽逃离(obscuration run-off)可能不太有效。因此，优选选择曲率半径来平衡这两个因素。在这方面，已经发现约1.5至约4.5mm的范围是合适的。
8、提供具有较小曲率半径的曲面部分可以改善从透镜盖表面清除遮蔽物。然而，它也可能通过透镜盖增加光学畸变。因此，应该选择透镜盖的曲率来平衡改善清除表面和保持通过透镜的可允许光学畸变的优点。
9、当曲面部分是在至少两个方向上弯曲的圆顶表面部分时，同样的考虑也适用。在曲面部分是圆顶表面部分的情况下，两个主曲率半径可以在1至5mm的范围内。例如，曲面部分的两个主曲率半径可以是1mm或更大、1.5mm或更大、2mm或更大、2.5mm或更大、或3mm或更大。它可以是5mm或更小、4.5mm或更小、4mm或更小、3.5mm或更小或3mm或更小。在优选的布置中，圆顶表面部分的两个主曲率半径可以在2mm至3mm的范围内。如上所述，主曲率半径可以彼此相等。或者，它们可以彼此不同。在一个优选的布置中，圆顶表面部分的两个主曲率半径可以是大约2.5mm。
10、在一些布置中，透镜盖可以包括紧邻第一曲面部分的第二曲面部分，其中第一曲面部分的主曲率不同于第二曲面部分的主曲率。在第二曲面部分紧邻第一曲面部分设置的情况下，可以应用与上面关于第一曲面部分所述的关于第二曲面部分的曲率半径相同的考虑。第二曲面部分可以是圆柱形表面部分、圆顶形表面部分或球形表面部分。
11、在一个优选的布置中，第一曲面部分包括圆顶形表面部分，第二曲面部分包括圆柱形表面部分。在这种布置中，圆柱形表面部分的纵向轴线可以与清洁工具头的中心纵向轴线对齐或基本平行。圆柱形部分的长度(在平行于清洁工具头纵向方向的方向上测量)没有特别限制，但可以是例如0.2mm或更大、0.5mm或更大、1mm或更大、1.5mm或更大或2mm或更大。在一些优选的布置中，圆柱形表面部分的长度可以约为1.4mm长。
12、本发明人已经发现，提供彼此相邻的第一和第二曲面部分(其中第一和第二部分的曲率不同)可以为穿过透镜盖外表面的遮蔽物提供偏置清除路径。
13、例如，在圆顶形表面部分旁边提供圆柱形表面部分可能是特别有利的，因为圆柱形表面部分用于为远离透镜盖的圆顶形表面部分行进的遮蔽物提供“最小阻力路线”。在一些布置中，透镜盖的几何形状可能导致一些体积的遮蔽物滞留在远离圆顶形表面部分的圆柱形表面部分上，从而允许增强对透镜盖的圆顶形表面部分的遮蔽物清除。
14、如上所述，透镜盖是基本上半透明或透明的元件。透镜盖的材料没有特别限制。然而，它可以方便地由玻璃(例如硅酸盐玻璃)或聚合物形成。玻璃可以提供的优势包括更强的抗物理损伤性，如抗划伤性，尽管可能需要简化透镜的几何形状。聚合物可以提供包括易于制造和低成本的优势。优选地，透镜盖由尼龙、聚碳酸酯或pmma形成。
15、在一些布置中，可以在透镜盖上提供一个或多个表面涂层。例如，可以提供亲水或疏水表面涂层。优选地，透镜盖包括接触角为60°或更小、50°或更小、40°或更小、或30°或更小的亲水涂层。接触角为30°或更小的超亲水涂层可能是优选的，因为在盖的表面上为流体产生非常小的接触角有助于防止透镜盖被遮蔽。
16、清洁工具头的具体形式没有特别限制。清洁工具头可以配置为执行一个或多个牙齿清洁过程。在优选的布置中，清洁工具头可以包括刷头，刷头包括刷毛或用于刷牙的其他元件。
17、在优选的布置中，清洁工具头可以包括头部和杆部，其中杆部配置为连接到牙齿清洁器具的主体。
18、透镜盖在清洁工具头上的精确布置没有特别限制。在清洁工具头包括头部和杆部的情况下，透镜盖可以设置在这些部分中的任一部分上。优选的是，透镜盖设置在清洁工具头的杆部上，以避免透镜盖例如由于作为头部一部分的刷毛或其他构件的弯曲而被遮蔽，并减少使用期间透镜盖碰撞用户牙齿的风险。
19、透镜盖可以偏离清洁工具头的中心纵向轴线，例如通过设置在清洁工具头的表面上。透镜盖在任一给定点的高度可以给定为清洁工具头的中心纵向轴线和透镜盖的外表面之间的径向距离。透镜盖的高度可以沿其长度或宽度变化。
20、透镜盖的高度也可以相对于清洁工具头的移动中心来考虑，其中清洁工具头配置为在使用时具有施加到清洁工具头的往复运动、摆动运动、振动运动、枢转运动或旋转运动中的一种或多种(例如，由牙齿清洁器具主体施加)。特别地，对于牙齿清洁器具可操作以向清洁工具头施加振动的布置，考虑透镜盖相对于清洁工具头振动中心的高度可能特别有用，因为透镜盖外表面处的径向速度(例如清洁工具头的旋转/正弦振动)将随着透镜盖高度的增加而增加(因为v＝ωr)。清洁工具头的移动中心(例如振动中心)可以与清洁工具头的中心纵向轴线基本相同，在这种情况下，透镜盖相对于清洁工具头的中心纵向轴线的高度将与透镜盖相对于清洁工具头的移动中心(例如振动中心)的高度相同。替代地，移动中心可以从清洁工具头的中心纵向轴线偏移一偏移量，在这种情况下，透镜盖相对于移动中心的高度将与相对于中心纵轴的高度相差所述偏移量。偏移量通常在0至3mm的范围内，例如0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm。
21、透镜盖相对于透镜盖的中心纵向轴线或者相对于透镜盖的移动中心的最大高度可以在3至7mm的范围内。最小高度通常是大于清洁工具头本身半径的高度，使得透镜盖从清洁工具头的表面突出。在一个示例性布置中，清洁工具头的杆部的半径为4.8mm，透镜盖位于该杆部上，因此透镜盖的最小高度约为5mm或更大。优选地，透镜盖的最大高度可以在大约5-7mm的范围内，更优选地大约6-6.5mm。透镜盖相对于透镜盖的中心纵向轴线的最大高度可以测量为清洁工具头的中心纵向轴线和透镜盖的外表面的径向最外点之间的径向距离。透镜盖相对于透镜盖的移动中心(例如振动中心)的最大高度可以测量为清洁工具头的移动中心和透镜盖的外表面的径向最外点之间的径向距离。透镜盖的最大高度点可以位于透镜盖的曲面部分上。
22、还可以考虑透镜盖的“偏移高度”，其可以被测量为清洁工具头的中心纵向轴线和第一曲面部分的曲率中心之间的距离。该偏移高度没有特别的限制，但是正如很好理解的，它可以比透镜盖的最大高度小等于第一曲面部分的曲率半径的值。因此，偏移高度可以在从大约1mm到大约5mm的范围内，更优选地从大约2mm到4mm。在一些优选的布置中，偏移高度可以是大约3.6或3.75mm。
23、增加透镜盖的高度可能是有利的，因为透镜盖的外表面处的径向速度(例如在清洁工具头旋转时)将随着透镜盖高度的增加而增加(因为v＝ωr))。对于清洁工具头配置为在使用时振动的布置来说，这个优点尤其明显(下面讨论)。在清洁工具头旋转时提供透镜盖外表面的更大径向速度可以促进遮蔽逃离，从而有助于减少或避免遮蔽物在透镜盖外表面上的滞留。
24、然而，随着透镜盖高度的增加，使用时透镜盖与用户牙齿碰撞的可能性也会增加。因此，可以选择透镜盖的高度值(特别是，透镜盖在曲面部分处的高度)来平衡透镜盖外表面处的径向速度和使用过程中牙齿碰撞的可能性。
25、在清洁工具是包括用于刷牙的刷毛或其他元件的刷头的情况下，透镜盖的最大高度优选小于刷毛或元件在最大偏转时的高度。这可以进一步降低使用时透镜盖与用户牙齿碰撞的可能性。
26、透镜盖可以通过任何合适的方法附接到清洁工具头。例如，它可以通过以下一种或多种方式附接：粘合、超声波焊接、激光焊接或附接结构。激光焊接可能是最优选的，因为它可以提供在透镜盖和清洁工具头的主体之间形成合适结合的快速和方便的方法。
27、在一些布置中，透镜盖可以作为透镜盖主体的一部分或者附接到透镜盖主体。透镜盖主体可以允许更方便地将透镜盖附接到清洁工具头，而没有在附接过程期间损坏或遮蔽透镜盖本身的风险。透镜盖主体的精确形状没有特别限制。在一些布置中，透镜盖主体可以是大致板状的形式。在其他布置中，透镜盖主体可以包括模制主体。
28、在典型的使用中，清洁工具头可以附接到牙齿清洁器具，或者作为牙齿清洁器具的一部分。
29、因此，在第二方面，本发明提供了一种牙齿清洁器具，包括：
30、主体；
31、成像传感器，具有视场(fov)；和
32、根据本发明的第一方面的清洁工具头。
33、牙齿清洁器具的主体可以包括手柄部分。手柄部分可以配置为在使用牙齿清洁器具期间由用户抓握。
34、清洁工具头可以附接到或可附接到牙齿清洁器具主体。清洁工具头优选可拆卸地连接到牙齿清洁器具主体。这可以允许牙齿清洁器具的用户定期更换清洁工具头，例如由于清洁工具头的刷毛或其他部件的磨损。例如，清洁工具头和牙齿清洁器具主体中的每个可以包括各自的连接器部分，连接器部分配置用于牙齿清洁器具主体和清洁工具头的可拆卸连接。牙齿清洁器具主体可包括阳连接器，例如以销或插头的形式，其配置为由互补的阴连接器接收，例如以凹部的形式，设置在清洁工具头上，以允许清洁工具头和牙齿清洁器具的可拆卸连接。
35、然而，提供牙齿清洁工具器具主体和清洁工具头的可拆卸连接不是必需的，可以设想在一些布置中，清洁工具头可以相对于牙齿清洁器具主体固定，或者与牙齿清洁器具主体成一体。
36、成像传感器的精确形式没有特别限制，并且可以使用任何合适的成像传感器。成像传感器在牙齿清洁用具上的位置也没有特别的限制。在一些布置中，成像传感器可以设置在清洁工具头上，或者作为清洁工具头的一部分。在其它布置中，成像传感器可以设置在牙齿清洁器具主体上，或作为其一部分。将成像传感器设置在牙齿清洁器具主体上或作为其一部分可能优于将成像传感器设置在清洁工具头上，因为这可以降低清洁工具头的总成本，因为可以减少清洁工具头的电子部件的数量。这是有利的，因为清洁工具头可以由牙齿清洁器具的用户定期更换。
37、在一个优选的布置中，成像传感器设置在牙齿清洁器具主体的插头部分内。在这种布置中，当清洁工具头附接到牙齿清洁器具主体时，清洁工具头的包括透镜盖的部分可以配置为覆盖成像传感器。
38、在其他布置中，清洁工具头的包括透镜盖的部分可以配置为覆盖成像部件，例如光纤电缆或光学棱镜，其配置为将光传送到成像传感器。例如，成像传感器本身可以远离透镜盖定位，例如在牙齿清洁器具的主体部分中，但是可以布置成通过位于透镜盖下方的光纤电缆或光学棱镜接收光，例如在牙齿清洁器具的插头部分中。
39、在一些布置中，感兴趣区域(roi)被定义在传感器的视场(fov)内。roi可能小于传感器的视场。例如，roi可以是fov面积的90％或更少、80％或更少、70％或更少、60％或更少、50％或更少、40％或更少或30％或更少。在一些布置中，roi可以是fov面积的至少5％或至少10％。roi可以大致居中地定位在fov中。替代地，roi可以偏离fov的中心。roi的精确选择可能取决于成像传感器的预期成像功能。
40、清洁工具头的透镜盖可以布置成覆盖成像传感器，使得成像传感器的感兴趣区域(roi)的至少一部分与透镜盖的曲面部分的至少一部分相交。对于成像传感器作为牙齿清洁器具主体的一部分(例如，在主体的插头部分上)提供的布置，这可能仅是当清洁工具头附接到牙齿清洁器具主体时的情况。
41、本发明人已经发现，通过将透镜盖布置成覆盖成像传感器，使得roi的至少一部分与透镜盖的曲面部分的至少一部分相交，可以在使用期间减少或避免roi内的遮蔽物对透镜盖的不希望的遮蔽。
42、在一些布置中，整个roi可以与透镜盖的曲面部分相交。换句话说，roi可以完全位于透镜盖的所述曲面部分内。这可以进一步减少在使用清洁工具头期间roi遮蔽的发生率。
43、牙齿清洁器具还可以包括光源，光源布置用于照明成像传感器的至少部分视场。在roi限定在fov内的情况下，光源可以布置用于照明成像传感器的roi。这可能是有利的，因为用户的口部可能没有被足够好地照明以提供用于成像的合适的光条件。提供光源作为设备的一部分可以提高成像质量，而在成像期间不需要外部照明。
44、在提供光源的情况下，光源可以作为清洁工具头的一部分提供。在其它布置中，光源可以设置在牙齿清洁器具主体上或作为其一部分。与在清洁工具头上提供光源相比，在牙齿清洁器具主体上提供光源或作为牙齿清洁器具主体的一部分可能是优选的，原因与上文关于成像传感器的位置所讨论的相同。在一个优选的布置中，光源设置在牙齿清洁器具主体的插头部分内。
45、光源可以是单点光源。例如，光源可以是单个led。使用单点光源(例如单个led)可以使光源占用的空间最小化。这在光源设置在牙齿清洁器具主体的插头部分上的布置中尤其有利。此外，使用单点光源可以减少光源产生的热量(与多点光源相比)。在光源位于成像传感器附近或邻近成像传感器的情况下，这可能特别有利，以防止设备过热。
46、牙齿清洁器具可操作以向清洁工具头施加往复、摆动、振动、枢转或旋转运动中的一种或多种。例如，牙齿清洁器具主体可包括电机，电机可操作以向清洁工具头施加往复、摆动、振动、枢转或旋转运动。电机可以布置为由设置在牙齿清洁器具主体中的电源驱动，例如电池。
47、众所周知，为了将冲刷部分赋予设置在清洁工具头上用于刷牙的刷毛或其他元件，提供牙齿清洁器具以可操作成以这种方式将这种运动施加到清洁工具头。然而，在本发明的上下文中，还发现对清洁工具头施加往复、摆动、振动、枢转或旋转运动具有额外的优点，即有助于在使用期间从透镜盖上清除遮蔽物。
48、优选地，牙齿清洁器具可操作以向清洁工具头施加正弦振动。振动中心可以沿着清洁工具头的纵向中心轴线。
49、本发明包括所述方面和优选特征的组合，除非这种组合明显不允许或明确避免。
1.一种用于牙齿清洁器具的清洁工具头，所述清洁工具头包括透镜盖，其中所述透镜盖的外表面包括第一曲面部分。
2.根据权利要求1所述的清洁工具头，其中所述曲面部分的主曲率都大于零。
3.根据权利要求2所述的清洁工具头，其中所述曲面部分的主曲率彼此相等。
4.根据前述权利要求中任一项所述的清洁工具头，其中所述曲面部分的至少一个曲率半径在1.5至4.5mm的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的清洁工具头，其中所述透镜盖包括紧邻所述第一曲面部分的第二曲面部分，其中所述第一曲面部分的主曲率不同于所述第二曲面部分的主曲率。
6.根据权利要求5所述的清洁工具头，其中所述第一曲面部分包括圆顶形表面部分，并且所述第二曲面部分包括圆柱形表面部分。
7.根据前述权利要求中任一项所述的清洁工具头，其中所述透镜盖通过以下一种或多种方式附接到所述清洁工具头：粘合、超声波焊接、激光焊接或附接结构。
8.根据前述权利要求中任一项所述的清洁工具头，其中所述透镜盖的最大高度在3至7mm的范围内。
9.根据前述权利要求中任一项所述的清洁工具头，其中所述清洁工具头是刷头，所述刷头包括用于刷牙的刷毛或其他元件。
10.一种牙齿清洁器具，包括：
11.根据权利要求10所述的牙齿清洁器具，其中感兴趣区域(roi)限定在传感器的视场(fov)内，并且其中所述清洁工具头的透镜盖布置成覆盖所述成像传感器，使得当所述清洁工具头作为所述牙齿清洁器具的一部分附接时，所述roi的至少一部分与所述透镜盖的第一曲面部分的至少一部分相交。
12.根据权利要求11所述的牙齿清洁器具，其中当所述清洁工具头作为所述牙齿清洁器具的一部分附接时，整个roi与所述透镜盖的第一曲面部分相交。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的牙齿清洁器具，其中牙齿清洁器具主体包括手柄部分和插头部分，所述清洁工具头可拆卸地连接到所述牙齿清洁器具主体的插头部分。
14.根据权利要求13所述的牙齿清洁器具，其中所述成像传感器位于所述牙齿清洁器具主体的插头部分内。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的牙齿清洁器具，其中所述成像传感器是相机。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的牙齿清洁器具，其中所述牙齿清洁器具还包括光源，所述光源布置用于照明所述成像传感器的视场的至少一部分。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的牙齿清洁器具，其中所述牙齿清洁器具可操作成向所述清洁工具头施加振动。
18.根据权利要求17所述的牙齿清洁器具，其中所述振动是正弦振动。
19.根据权利要求17或18所述的牙齿清洁器具，其中振动中心沿着所述清洁工具头的纵向中心轴线。
