具有电子信号互锁控制的发射短波长可见光的牙刷制造技术

一种具有一或多个光源的牙刷，其具有电子互锁控制装置，当所述牙刷从使用者的口腔移除时防止所述光源的操作。电子互锁控制操作是必需的以防止眼睛意外地曝露于具有约400nm到约1000nm范围内的波长的高强度光源。所述发光的牙刷在进入使用者的口腔后激活，但在移除时立即解除激活，因此保护使用者的眼睛使其不会直接曝露于刷头中所含有的高功率光源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有电子信号互锁控制的发射短波长可见光的牙刷
技术介绍
本专利技术涉及增强例如发光的手动或电操作电动牙刷等牙齿卫生工具的安全性，所述牙刷发射400nm和500nm之间的可见光谱的紫和/或蓝区中的辐射(在本文中被称作“可见治疗光”)，以便：·氧化和除灭含于口腔内的潜在危害性细菌和/或其它污染物或化合物，而不伤害或毁坏人类细胞；·对例如牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌以及变形链球菌等致病性牙周和口腔细菌施加光毒效应；·利用牙刷在正常刷拭期间活化可能沉积于人的牙齿和齿龈上的光催化剂；和/或·加速添加到牙膏或牙胶的例如过氧化脲或过氧化氢等牙齿漂白剂的增白效应。此牙刷中的电子互锁控制机构将降低牙刷从口腔移除时眼睛意外地直接曝露于从此牙刷发射的高通量可见光辐射的可能性。过去若干年已经开发发光牙刷以除常规刷拭的已知口腔卫生益处之外还用于牙齿增白应用。当与例如过氧化脲或过氧化氢等牙齿增白剂组合时，研究已经表明：400-500nm范围内的光会加速这些制剂的增白效应。WolfgangBuchallaa、ThomasAttina：利用热、光或激光进行活化的外部漂白治疗-系统性评述(Externalbleachingtherapywithactivationbyheat,lightorlaser-Asystematicreview)；KarenLuk,D.D.S.；LauraTam,D.D.S.,M.Sc.；ManfredHubert博士：光能对于过氧化物牙齿漂白的影响(Effectoflightenergyonperoxidetoothbleaching)。此外，400nm-420nm范围内的紫光已展示对例如牙龈卟啉单胞菌、变形链球菌等致病性口腔细菌具有光毒效应。MichelleMaclean、ScottJ.MacGregor、JohnG.Anderson和GerryWoolsey：曝露于来自405纳米发光二极管阵列的光之后细菌性病原体的失活(InactivationofBacterialPathogensfollowingExposuretoLightfroma405-NanometerLight-EmittingDiodeArray)。DoronSteinberg、DanielMoreinos、JohnFeatherstone、MosheShemesh和OsnatFeuerstein：非相干可见光结合过氧化氢对生物膜中的变种链球菌的遗传学和生理学影响(GeneticandPhysiologicalEffectsofNoncoherentVisibleLightCombinedwithHydrogenPeroxideonStreptococcusmutantsinBiofilm)。本专利技术人先前已经展示在牙刷内使用发光二极管(LED)提供对于终端使用者的口腔卫生有益的抗微生物性。其它研究已经展示，处于600nm-1000nm范围内的红光和红外光(“红外治疗光”)提供各种口腔健康益处，且可用于治疗牙齿敏感、牙齿和骨骼损坏、减少引起细菌、鹅口疮/念珠菌病、软组织中的牙龈发炎和口腔创伤、溃疡、唇疱疹、扁桃体炎及其它病毒/细菌感染的蛀牙。然而，此范围内的光的施加通常在受控的实验室环境中或口腔护理专业人员的监督下执行，且涉及昂贵设备的使用，这些设备需要专门处置以避免过分曝露、烫伤或眼睛损坏。当前发光牙刷具有激活发光装置的手动开/关式开关。此手动激活机构可能导致安全风险，因为使用者可能激活光且使其眼睛曝露于可能对于视网膜或视神经具有危害性的高能级的光。可见光的潜在危害性和最大曝露能级在ANSI标准中记录。FrancisC.、RobertH.Webb、DavidH.Sliney：眼部安全的最大容许曝光(ANSI2000)，侧重于眼科装置(Maximumpermissibleexposuresforocularsafety(ANSI2000),withemphasisonophthalmicdevices)。DavidH.Sliney、M.S.：紫外、可见和红外辐射的生物学危害(BiohazardsofUltraviolet,VisibleandInfraredRadiation)。举例来说，进入扩张瞳孔的最大容许辐射功率(热和光声)为1.5x10-4瓦。如果使用者将在10cm的距离处凝视250mW辐射通量的420nmLED持续0.5秒的周期，则将超出此限制。为防止意外眼睛曝露，已实施特殊电子互锁控制机构在牙刷未插入在使用者的口腔中的情况下保持光源切断。如果在完成刷拭循环之前牙刷从口腔移除，那么所述控制机构将立即切断光源。牙刷通常在使用时极接近使用者的眼睛，且如果眼部对光的曝露持续几秒，则可能发生眼睛损坏。此外，手动激活光的眼部安全风险妨碍例如高功率LED、激光二极管或垂直腔表面发射激光等更强大发光装置的使用，这些更强大发光装置将与所递送能量成比例地增加牙齿增白和抗菌益处。举例来说，研究展示，有效的增白治疗需要30-50Jcm-2的最小能量密度来产生明显的阴影增白。然而，此类能级使用直接放在眼睛前面时也将是安全(即使在使用几周后)的低功率LED的典型的两分钟刷拭间隔将不容易实现。紫光的抗菌性也存在类似局限性。因此需要在口腔中使用时将发光装置的“开”状态控制到某一时间周期，但在其从口腔移除时立即关“断”此高功率光源以防止直接眼睛曝露。此特征还将延长电池操作的刷具的电池寿命，因为功率仅用于在与口腔直接接触时照明光源。离子牙刷基于静电引力的原理操作。所述理论认为，带正电细菌以及具有H+离子的酸性化合物黏附于带负电牙齿的表面。通过在刷头中引入带负电阳极且在刷具把手中引入带正电阴极，极性反转从而允许带正电细菌被吸引到刷头使得可在刷拭期间更容易地去除牙菌斑。此类离子疗法的一些临床研究已经论证使用离子牙刷的有益效果。人们面对的另一挑战是，建立恰当的刷拭例程，包含不断地、正确地且持续足够时间地刷拭其牙齿，这就是为何许多市售牙刷并入有刷拭定时器来警告终端使用者(例如每隔30秒)以确保彻底地刷拭每一四分之一圆周。此外，如果成人患有牙周病且牙科医生已经建议可见治疗光疗法来治疗此疾病，那么有用的是牙科医生或治疗医师监视此活动以确保患者在其每日每次的刷拭疗程期间执行规定的可见治疗光疗法。因此，申请人需要一种用于安全家庭消费型装置的机制，其保护终端使用者使其免于这些风险且允许医生和终端使用者监视刷拭行为和规定的疗法的进程。
技术实现思路
本专利技术涉及通过确定牙齿卫生工具在使用者的口腔内还是使用者的口腔外来增加所述工具的安全性，所述工具发射400nm和500nm之间的可见光谱的紫和/或蓝区内的可见治疗光(即，辐射)。可使用传感器或传感器的组合避免眼睛直接曝露于此类光，所述传感器或传感器的组合每当光源在口腔环境外部则解除激活所述光源，且仅在使用者的口腔内部时准许激活。在一个实施例中，牙齿卫生工具可以是发光牙刷。根据本专利技术的发光牙刷将通常进一步包含控制电路，其将通常位于把手中且通常包含例如定时器电路(其对刷拭时牙刷的使用持续时间定时)、一或多个可见治疗光源的开/关工作循环、电池更换指示器等功能。优选地，用于驱动可见治疗光源的驱动器装备有恒定电流控制电子器件，且合适的驱动器由加利福本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光源的牙刷，其包括：刷具，其包含电池、具有约400nm到约500nm范围内的波长的光源、耦合到所述电池和光源以在致使所述源发光的电流和电压下将电力从所述电池供应到所述源的电子器件，所述刷具包含把手和远端；所述远端包含安装在所述远端上的刷毛和所述光源；所述把手的至少一部分和所述远端的至少一部分装备有传感器以确定何时所述远端在口腔环境外部，且仅当所述光源在使用者的口腔内部时准许激活所述光源，所述传感器选自由以下组成的群组：电容性传感器，其检测当所述刷头或刷毛接触口腔且所述把手接触手时流动穿过使用者的身体的电流；电容性移位传感器，其感测例如人体等任何导电目标的位置的改变；电感性传感器，其使用电感环路测量例如人体等导体的近程；无源热红外传感器，其检测人类口腔的温度；光电传感器，其检测由传感器自身发射和吸收的反射IR光；光传感器，其由口腔内部的黑暗触发；光传感器，其在所述刷具激活时检测来自所述刷具上的第二光源的光的反射；超声和有源声纳传感器，其使用回波位置检测口腔的界限；磁性检测器，其检测例如存在于血液中的血红蛋白等金属的近程；压力传感器，其在所述刷头下方且检测所述刷头的移动和所述刷头抵着牙齿按压的压力；压力传感器，其在颈部中且检测归因于刷拭动作而产生的所述刷具的颈部中的力矩和张力；湿气传感器，其用以检测例如口腔等极潮湿环境；以及这些传感器类型中的两者或两者以上的组合；指纹传感器，其安装在所述把手上以检验使用者是否经授权；以及警报器，其适于警告使用者所述光源的电力状态。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.08 US 15/018,196;2016.05.04 US 62/331,665;1.一种具有光源的牙刷，其包括：刷具，其包含电池、具有约400nm到约500nm范围内的波长的光源、耦合到所述电池和光源以在致使所述源发光的电流和电压下将电力从所述电池供应到所述源的电子器件，所述刷具包含把手和远端；所述远端包含安装在所述远端上的刷毛和所述光源；所述把手的至少一部分和所述远端的至少一部分装备有传感器以确定何时所述远端在口腔环境外部，且仅当所述光源在使用者的口腔内部时准许激活所述光源，所述传感器选自由以下组成的群组：电容性传感器，其检测当所述刷头或刷毛接触口腔且所述把手接触手时流动穿过使用者的身体的电流；电容性移位传感器，其感测例如人体等任何导电目标的位置的改变；电感性传感器，其使用电感环路测量例如人体等导体的近程；无源热红外传感器，其检测人类口腔的温度；光电传感器，其检测由传感器自身发射和吸收的反射IR光；光传感器，其由口腔内部的黑暗触发；光传感器，其在所述刷具激活时检测来自所述刷具上的第二光源的光的反射；超声和有源声纳传感器，其使用回波位置检测口腔的界限；磁性检测器，其检测例如存在于血液中的血红蛋白等金属的近程；压力传感器，其在所述刷头下方且检测所述刷头的移动和所述刷头抵着牙齿按压的压力；压力传感器，其在颈部中且检测归因于刷拭动作而产生的所述刷具的颈部中的力矩和张力；湿气传感器，其用以检测例如口腔等极潮湿环境；以及这些传感器类型中的两者或两者以上的组合；指纹传感器，其安装在所述把手上以检验使用者是否经授权；以及警报器，其适于警告使用者所述光源的电力状态。2.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述警报器是所述光源，其适于在所述光源达到全功率之前经由0.5秒到约5秒之间的周期内功率从全功率的约0％逐渐增加高达全功率的100％而警告使用者所述光源即将以全功率操作。3.根据权利要求2所述的牙刷，其中光发射器通过在所述光源达到全功率之前约0.5秒到约2秒之间的周期内使用部分或全功率下处于约2赫兹到约10赫兹范围内的矩形、锯齿、脉冲、正弦或其它类型的常见周期性波形提供低频率光脉冲或闪光的短突发来操作。4.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述警报器是与光发射器耦合以警告使用者所述光源的所述电力状态的振动器。5.根据权利要求4所述的牙刷，其中所述振动器通过在所述光源达到全功率之前约0.5秒到约5秒之间的周期内提供一系列脉冲振动来操作。6.根据权利要求4所述的牙刷，其中所述振动器是用于驱动所述刷具的所述远端上的所述刷毛的电机。7.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述警报器是听觉装置，其发出声音来警告使用者所述光源的所述电力状态。8.根据权利要求7所述的牙刷，其中所述听觉装置在所述光源达到全功率之前约0.5秒到约5秒的周期内提供脉动蜂鸣声。9.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述传感器包含选自由以下组成的群组的压力传感器：压电、悬臂开关、电容性、电位滴定、光学或电磁及其组合。10.根据权利要求1所述的牙刷，其中所述传感器包含湿气传感器，其是电容性传感器、冷镜露点传感器或其组合。11.一种具有光源的牙刷，其包括：刷具，其包含电池、具有约400nm到约500nm范围内的波长的光源、耦合到所述电池和光源以在致使所述源发光的电流和电压下将电力从所述电池供应到所述源的电子器件，所述刷具包含把手和远端；所述远端包含安装在所述远端上的刷毛和所述光源；指纹传感器，其安装在所述把手上以检验使用者是否经授权；警报器，其安装在所述牙刷上，适于警告使用者所述光源的电力状态；以及所述把手的至少一部分和所述远端的至少一部分各自具有电连接到所述刷具内的所述电子器件的导电外表面，所述导电表面通过所述把手或远端中的一个的不导电区域彼此分离以产生断路，其中所述电子器件具有控制电路以耦合所述电池和所述光源及所述断路，所述断路可闭合以感测何时来自所述电池的电流将施加到所述光源；借此使用所述牙刷刷拭其牙齿的使用者通过抓握所述把手且将所述刷毛插入到其口腔内来闭合所述断路以完成信号环路，所述信号环路由所述电子器件感测到以接通所述光源，且所述远端从口腔的移除断开电路以中断所述信号环路，从而切断所述光源。12.根据权利要求11所述的牙刷，其中所述警报器是所述光源，且在所述光源达到全功率之前经由约0.5秒到约5秒之间的周期内功率从全功率的0％逐渐增加高达全功率的100％而警告使用者所述光源即将以全功率操作。13.根据权利要求12所述的牙刷，其中光发射器通过在所述光源达到全功率之前约0.5秒到约5秒之间的周期内使用部分或全功率下处于约2赫兹到约10赫兹范围内的矩形、锯齿、脉冲、正弦或其它类型的常见周期性波形提供低频率光脉冲或闪光的短突发来操作。14.根据权利要求11所述的牙刷，其中所述警报器是与光发射器耦合以警告使用者所述光源的所述电力状态的振动器。15.根据权利要求14所述的牙刷，其中所述振动器通过在所述光源达到全功率之前约0.5秒到约5秒之间的周期内提供一系列脉冲振动来操作。16.根据权利要求14所述的牙刷，其中所述振动器是用于驱动所述刷具的所述远端上的所述刷毛的电机。17.根据权利要求11所述的牙刷，其中所述警报器是听觉装置，其发出声音来警告使用者所述光源的所述电力状态。18.一种具有光源的牙刷，其包括：刷具，其具有把手和远端，所述刷具包含电池，光源，其具有400nm到500nm范围内的波长，指纹传感器，其安装在所述把手上；至少一个状态指示器，其安装在所述把手上且适于警告使用者所述光源的所述电力状态；电子器件，其耦合到所述电池、所述指纹传感器、所述状态指示器和所述光源以在致使所述源发光的电流和电压下将电力从所述电池供应到所述光源，所述指纹传感器耦合到所述电子器件以指示使用者是否经授权，所述电子器件耦合到所述状态指示器以将电力从所述电池供应到所述状态指示器；安装在所述远端上的多个刷毛和所述光源；所述把手的至少一部分和所述远端的至少一部分各自装备有所述牙刷的外表面上可接达的电接触件，所述电接触件在两者均接触导体时完成信号环路；其中所述电接触件充当传感器以确定何时所述远端在口腔环境外部，且仅当所述光源在使用者的口腔内部且经由所述电接触件完成信号环路时准许激活所述光源。19.根据权利要求18所述的牙刷，其中所述状态指示器选自由以下组成的群组：光发射器、振动电机和听觉装置。20.根据权利要求19所述的牙刷，其中所述状态指示器通过在所述光源达到全功率之前约0.5秒到约5秒的周期内提供一系列脉冲反馈来操作。21.一种具有光源的牙刷，其包括：刷具，其包含电池、具有约400nm到约500nm范围内的波长的光源、耦合到所述电池和光源以在致使所述源发光的电流和电压下将电力从所述电池供应到所述源的电子器件，所述刷具包含把手和远端；所述远端包含安装在所述远端上的刷毛和所述光源；以及所述把手的至少一部分和所述远端的至少一部分各自具有电连接到所述刷具内的所述电子器件的导电外表面，所述导电表面通过所述把手或远端中的一个的不导电区域彼此分离以产生断路，其中所述电子器件具有控制电路以耦合所述电池和所述光源及所述断路，所述断路可闭合以感测何时来自所述电池的电流将施加到所述光源，如果所述闭合电路断开持续约0.1秒到约0.5秒的持续时间，则所述控制电路继续向所述光源供电；借此使用所述牙刷拭其牙齿的使用者通过抓握所述把手且将所述刷毛插入到其口腔内来闭合所述断路以完成信号环路，所述信号环路由所述电子器件感测到以接通所述光源，且所述远端从口腔的移除断开电路以中断所述信号环路，从而在约0.1秒到约0.5秒的持续时间之后切断所述光源。22.根据权利要求21所述的牙刷，其中所述控制电路在所述闭合电路断开时在约0.1秒到约0.5秒的持续时间内将小于100％的电力供应到所述光源。23.一种具有光源的牙刷，其包括：刷具，其包含电池；光源，其选自由以下组成的群组：可见治疗光源、红外治疗光源和其两者；电子器件，其耦合到所述电池和光源以在致使所述源发射治疗光的电流和电压下将电力从所述电池供应到所述光源，所述刷具包含把手和远端；所述远端包含安装在所述远端上的刷毛和所述光源；所述刷具的至少一部分装备有传感器以确定何时所述远端在口腔环境外部，当检测到所述光源在使用者的口腔内部时所述传感器具有闭合状态，所述传感器在其它时间具有断开状态；其中所述电子器件具有控制电路以耦合所述电池和所述光源及所述传感器，所述控制电路在所述传感器处于断开状态且所述光源切断时具有熄灭状态，所述控制电路在所述传感器从断开状态切换到闭合状态时具有斜升序列，所述控制电路具有完全点亮状态，在所述完全点亮状态中所述控制电路在所述传感器保持在闭合状态持续某一持续时间时将约100％电力供应到所述光源，所述控制电路在所述传感器保持在断开状态持续某一持续时间时返回到熄灭状态且停止到所述光源的供电。24.根据权利要求23所述的牙刷，其中所述控制电路具有斜降序列，其所述传感器从闭合状态切换到断开状态时开始，且在所述传感器在所述斜降序列期间从断开状态切换到闭合状态时返回到完全点亮状态。25.根据权利要求24所述的牙刷，其中所述控制电路减少到所述光源的电力的所述斜降序列的持续时间为约1秒。26.根据权利要求23所述的牙刷，其中所述控制电路进入完全点亮状态的持续时间介于约0.5和约5秒之间。27.根据权利要求23所述的牙刷，其中所述控制电路在进入完全点亮状态之前斜升的持续时间在0.5和5秒之间。28.根据权利要求23所述的牙刷，其中在所述斜降序列期间所述控制电路将约10％到约50％电力供应到所述光源持续约0.1到约1秒之间的转变周期。29.根据权利要求23所述的牙刷，其中所述传感器包括所述把手的至少一部分和所述远端的至少一部分，其各自具有电连接到所述刷具内的所述电子器件的导电外表面，所述导电表面通过所述把手或远端中的一个的不导电区域彼此分离以产生断路，其中所述传感器在电路断开时处于断开状态，且所述传感器在电路闭合时处于闭合状态。30.根据权利要求23所述的牙刷，其中所述控制电路在所述传感器在斜升序列期间从闭合状态切换到断开状态时返回到熄灭状态。31.根据权利要求23所述的牙刷，其中所述传感器选自由以下组成的群组：电流信号环路，其检测从所述刷具把手经由使用者的身体流动到所述刷头的电流；电容性传感器，其检测当所述刷头或刷毛接触口腔且所述把手接触手时流动穿过使用者的身体的电流；电容性移位传感器，其感测例如人体等任何导电目标的位置的改变；电感性传感器，其使用电感环路测量例如人体等导体的近程；无源热红外传感器，其检测人类口腔的温度；光电传感器，其检测由传感器自身发射和吸收的反射IR光；光传感器，其由口腔内部的黑暗触发；光传感器，其在所述刷具激活时检测来自所述刷具上的第二光源的光的反射；超声和有源声纳传感器，其使用回波位置检测口腔的界限；磁性检测器，其检测例如存在于血液中的血红...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·巴尔内斯，T·劳伦斯，G·谢泼德，M·J·J·E·扎斯塔维，T·J·杜利，
申请(专利权)人：奥卢森特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US