KR20130095750A - 칫솔질 모니터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칫솔질 모니터링 장치(18)에 관한 것이다. 효율적인 모니터링 장치를 구현하기 위하여, 상기 모니터링 장치는 입력장치(21), 가속도센서, 신호조절기, 메모리, 칫솔질 중 각각의 치아면 고유의 카운터에 의해 등록된 칫솔질 사이클들의 수를 상기 메모리에 저장되어 있는 참조 값들과 비교하는 비교기, 그리고 문제의 치아 영역(L-U)에 대한 칫솔질을 정상적인 것으로 인정됨을 지시하는 출력장치(27)를 포함한다.

Description

칫솔질 모니터링 장치{TOOTHBRUSHING MONITORING DEVICE}
본 발명은 사용자에게 칫솔질(brushing)에 대한 피드백을 제공하기 위하여 칫솔의 사용을 모니터링 하기 위한 장치에 관한 것이다..
종래에 칫솔 사용자들에게 칫솔질의 결과에 대하여 피드백을 해주는 모니터링 장치들을 구비한 칫솔들이 알려져 있다. 이러한 장치들은 예를 들면, 칫솔질 동안 측정 데이터를 얻기 위하여, 가속도 센서, 타이머, 및 압력 센서들을 사용하기도 한다.
그러나, 칫솔질 결과를 판단하는 것, 다른 말로 하면, 사용자가 칫솔질을 얼마나 잘했는지를 판단하는 것은 그리 간단하지 않은 작업인 것으로 알려져 왔다. 부가적으로, 사용되는 장치의 비용과 정확성이 합리적인 범위 내에 유지될 필요가 있다.
따라서 기존의 모니터링 장치들의 정확성과 기구 비용에 관하여 여전히 향상이 요구되어 왔다.
본 발명의 목적은 칫솔질의 결과를 판단하기 위한 보다 개량된 모니터링 장치를 제공함에 있다. 이러한 목적은 첨부된 특허청구범위 제1항에 따른 모니터링 장치에 의해 달성된다.
이러한 모니터링 장치는 칫솔질 사이클 중에 지구의 중력과 비교한 칫솔의 경사에 기초하여 치아 영역 내에서 칫솔질 되고 있는 치아면을 식별하는 것에 대한 가능성을 활용한다. 치아면 고유의(teeth surface specific) 레지스터들로써 칫솔질 사이클의 수를 등록함으로써 치아 영역 내에서 각각의 치아면이 받게 되는 칫솔질의 수에 대한 정보가 획득된다. 그 다음, 칫솔질 사이클의 등록된 수가 칫솔질이 얼마나 잘 수행되었는지를 평가하기 위하여 치아면 고유의 기준(참조) 값들과 비교될 수 있다.
결과적으로, 신뢰성 있게 칫솔질을 모니터링 하기 위한 비용대비 효율적이고, 공간 및 에너지를 절약하는 해결책을 제공하는 모니터링 장치가 제공된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 예시적인 방식으로 더 상세하게 본 발명을 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 치아면들을 예시한다.
도 2는 출력 장치의 일 실시예를 예시한다.
도 3은 모니터링 장치를 구비한 칫솔의 일 실시예를 예시한다.
도 4는 좌표 시스템을 예시한다.
도 5는 모니터링 장치의 일 실시예를 예시하는 블록도이다.
도 6은 모니터링 장치의 동작을 예시하는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 치아 면을 예시하며, 그리고 도 2는 출력 장치의 일 실시예를 예시하고 있다.
도 1의 실시예에 있어, 치아들은 예컨대 네 개의 치아 영역들(R-U, L-U, R-D, 및 L-D)로 나누어진다. 이러한 4분법의 경우에 치아들은 좌상부(L-U), 좌하부(L-D), 우상부(R-U), 및 우하부(R-D)로 식별될 수도 있다. 많은 경우, 이러한 네 부분들 중의 하나(또는 다수)가 충분히 완전하게 칫솔질이 되지 않았음을 나타냄으로써 칫솔의 사용에 대한 충분한 피드백이 제공될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 네 개의 치아 영역들(R-U, L-U, R-D, 및 L-D)의 각각은 칫솔질을 필요로 하는 미리 정의된 세 개의 치아 표면들을 포함한다. 따라서, 도 1에서 각각의 영역은 외부면(1-4), 내부면(5-8) 및 저작면(masticating surface)(9-12)을 포함하고 있다.
후술하는 예에 있어서, 사용자는 미리 정해진 순서로 상기한 네 개의 치아 영역들(R-U, L-U, R-D, 및 L-D)에 칫솔질을 함으로써, 또는 선택적으로, 어느 영역이 현재 칫솔질 되고 있는지를 모니터링 장치에 지시함으로써 치아들에 칫솔질을 한다. 따라서 모니터링 장치는 칫솔질 되고 있는 치아 영역을 알게 된다. 그러나, 사용자는 특정한 치아 영역에 칫솔질을 하면서, 임의의 원하는 순서로, 또는 내부면, 외부면 및 저작면들 사이에서 여러 번씩 바꿔가면서 하나의 치아 영역(R-U, L-U, R-D, L-D) 내에서 치아 표면들(1, 5, 9; 2, 6, 10; 3, 7, 11; 또는 4, 8, 12)에 칫솔질을 할 수도 있다.
모니터링 장치에 활용되는 출력장치는 임의의 편리한 방식으로 사용자에게 칫솔질의 결과를 알려줄 수도 있는데, 이것은 치아 영역(R-U, L-U, R-D 또는 L-D)에 대한 칫솔질이 양호한 것으로 인정되었는지 여부를 사용자가 판단하는 것을 가능하게 해준다. 이러한 출력장치는 LED(Light Emitting Diode), 소리 또는 음악을 생성하는 음향발생기, 및 음성발생기 중의 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 출력장치는 물리적으로는 칫솔과 함께 움직이는 모듈에 위치할 수도 있으며, 또는 선택적으로는, 이러한 모듈은 사용자에게 칫솔질의 결과를 나타내주는 외부 출력장치에 데이터를 전송하기 위한 무선 또는 유선의 데이터 전송 인터페이스를 포함할 수도 있다.
도 2의 예에서, 예를 들면, 출력장치(27)는 도 1에 도시된 각 치아 영역에 대해 하나의 구역을 갖는 LCD 표시장치 또는 LED 소자들을 포함할 수도 있다. 만일 한 구역(13)이 칫솔질 후 도 2의 출력장치상에서 빨간색으로 빛난다면, 사용자는 예컨대 도 1의 R-U 영역이 더 완전한 칫솔질을 필요로 한다고 이해할 것이다. 마찬가지로, 만일 또 다른 구역(14)이 칫솔질 후 도 2의 출력장치상에서 빨간색으로 빛나게 된다면, 사용자는 예컨대 도 1의 L-U 영역이 더 완전한 칫솔질을 필요로 한다고 이해할 것이다. 만족스러운 칫솔질은 예컨대 녹색과 같은 또 다른 색깔로 빛나는 것에 의해 표시될 수도 있다. 대안으로서, 깜박임(flashing) 대 일정한(steady) 모드의 불빛, 또는 밝아짐 대 어두움 등과 같이, 사용자에게 피드백을 주기 위한 지시기(indicator)를 발광시키는 다른 색깔과 방식이 활용될 수도 있다.
만일 LED가 출력장치(27)에 사용된다면, 그 출력장치는 각각의 치아 영역에 대한 한 쌍의 LED들을 포함할 수도 있다. 이러한 경우, 각 쌍의 LED들은 그 4분(quater) 구역의 성공적인 칫솔질을 나타내기 위한 제1 컬러의 LED와 그 4분 구역의 불량한 칫솔질을 나타내기 위한 제2 컬러의 LED를 포함한다.
도 3은 모니터링 장치(18)를 갖춘 칫솔(17)의 일 실시예를 예시하고, 그리고 도 4는 그러한 칫솔의 브러시 헤드(19)에 대한 좌표계(XYZ)를 예시하고 있다.
도 3의 실시예에 있어, 모니터링 장치(18)는 수동 칫솔(17)의 샤프트에 삽입된 배터리와 필요한 전자부품들을 포함하는 분리형 모듈로서 제조되었다. 이러한 방식으로, 브러시 헤드(189)의 강모(bristles)(20)들은 브러시 헤드(19)와 함께 움직이고, 모니터링 장치(18)는 브러시 헤드의 각각의 움직임과 함께 이동한다. 그러나, 이것은 모니터링 장치(18)가 칫솔에 어떻게 배치될 수 있는가에 대한 단지 하나의 예이다. 대안으로서, 상기 모니터링 장치는 칫솔의 샤프트의 연장부일 수도 있고, 또는 어떤 다른 방식으로 칫솔에 연결될 수도 있다. 브러시 헤드(19)는 자기 자신의 브러시 헤드를 갖는 다른 사람이 같은 칫솔(17) 손잡이를 사용하는 것을 편하게 하기 위해 칫솔(17)의 손잡이로부터 분리 가능하게 구성될 수도 있다.
도 3에서, 모니터링 장치는, 예를 들면, 도 2에 예시된 것과 같이 푸시 버튼과 같은 입력장치(21)와 출력장치(27)가 제공된다. 그러나, 입력장치는 도 3에 도시되어 있지 않은 분리형의 장치를 포함할 수도 있는데, 이 경우 모니터링 장치는 그러한 분리형 입력장치로부터 신호를 수신하기 위한 유선 또는 무선의 데이터 전송 인터페이스(22)를 포함할 수도 있다.
명료성을 위하여, 도 4에서, X축의 방향은 브러시에서 강모들(20)의 방향과 대체로 동일하고, Y축의 방향은 X축과는 직각이고 브러시 헤드(19)의 길이 방향과 대체로 동일한데, 이것은 도시된 예에서 칫솔(17)의 통형의 몸체의 중심선의 방향이며, 그리고 Z축은 브러시 헤드로부터 대체로 옆으로 방향이 향하도록 함으로써 X축 및 Y축과는 90도의 각을 형성하도록 한다. 그러나, 상기 축들의 정확한 방향들은 모니터링 장치에 그만큼 중요한 것은 아니며, 단지 하기의 예가 용이하게 이해되도록 하기 위한 것이라는 것을 유념하여야 할 것이다.
도 5는 모니터링 장치(18)의 예를 나타내는 블록도이다. 모니터링 장치는 도 3에서와 같이 칫솔에 일체형으로 이루어질 수도 있으며, 또는 선택적으로는, 칫솔에 결합 되는 분리형의 구성요소로써 이루어져도 좋다. 분리형 요소로서 모니터링 장치는 첫 번째 칫솔로부터 분리되어 또 다른 칫솔에 부착될 수도 있다. 이러한 경우, 모니터링 장치는 서로 교환이 가능한 형태의 칫솔 손잡이의 일부일 수도 있다.
이러한 예에 있어서, 모니터링 장치는 그 모니터링 장치의 동작을 제어하는 신호조절기(23)를 포함한다. 신호조절기(23) 및 비교기(24)는 하드웨어적 회로, 컴퓨터 프로그램, 또는 컴퓨터 프로그램과 하드웨어 회로의 조합으로써 제공될 수도 있다. 마지막 두 경우에 있어, 컴퓨터에서 작동되는 프로세서가 소프트웨어의 제어 하에 신호조절기(23) 및/또는 비교기(24)의 작업들을 수행할 수도 있다. 컴퓨터는 예컨대, 기본 장치에 일체형으로 통합되는 독립형 프로세서 또는 범용 컴퓨터일 수도 있다. 따라서, 신호조절기 및 비교기는 물리적으로 하나의 부품으로 이루어질 수 있다.
신호조절기(23)는 저역통과(low-pass) 및 고역통과(high-pass) 필터로서의 기능을 수행하며, 예를 들어, 하나 또는 다수의 디지털 필터들을 포함하고 있다. 상기 필터들 중의 적어도 하나는 y(t) = y(t-1)*(1-1/k) + x(t)/k 타입인데, 여기서 y(t)는 시점 t에서의 출력이고, x(t)는 시점 t에서의 입력이고, 그리고 k는 필터 계수이다. 또한 상기 필터들 중의 적어도 하나는 z(t) = x(t) - y(t) 타입인데, 여기서 z(t)는 시점 t에서의 출력이고, x(t)는 시점 t에서의 입력이고, 그리고 y(t)는 저역통과 필터링된 신호이다.
가속도 센서(25)는 칫솔질 패턴을 측정하기 위하여 상기 장치에 결합된다. 3축 가속도 센서(25)는, 칫솔과 그 칫솔에 부착된 모니터링 장치가 지구 중력과 비교하여 사용시 유지되는 각도들과 같은, 사용 중의 칫솔의 경사를 검출하기 위해 활용될 수도 있다. 또 다른 실시예에서는, 3축 가속도 센서는 칫솔질의 주기적인 및/또는 비주기적인 움직임을 측정하기도 한다. 상기한 가속도 센서는 예컨대, 핀란드의 "VTI 테크놀로지즈 오이"사(주소: Technologies Oy, P.O. Box 27, FI-01621 Vantaa, Finland)로부터 입수 가능한 CMA3000 모델일 수도 있다. 3-축 가속도 센서의 출력은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식]
a measured = a + g + a ε (1)
여기서, 출력 측정된 벡터(a measured , three components)는 칫솔질 모니터링 장치의 위치 좌표계에 있어서 물체의 가속도 (a), 중력 벡터 (g), 및 에러 조건 (a ε )의 합에 해당한다.
위의 수학식(1)로부터 가속도 센서는 경사(속도 변화 a가 기지의 경우) 및 가속도(브러시 프레임의 중력가속도가 기지의 경우) 모두를 측정하기 위해 사용될 수도 있다. 칫솔의 위치 또는 움직임을 추적하기 위한 어떤 부가적인 추가 비용과 공간을 소모하는 구성요소들도 필요하지 않게 되며, 이에 따라서, 상기 모니터링 장치는 단지 하나의 센서로서 3축 가속도 센서(25)를 구비할 수도 있다. 가속도 센서만을 사용하는 장치에 있어서의 하나의 장점은 그 장치를 제조하기 위한 비용이 줄어든다는 것이다. 또 다른 장점은 어떤 다른 변위 방향(displacement orientation) 또는 위치 센서들을 구비하지 않는 가속도 센서를 사용한다는 것이다. 다른 접근방식과 비교하여 세 번째의 장점은 초저수준의 전력 소모일 것이다.
모니터링 장치(18)로 수행되는 측정에 있어 가속도는 경사 또는 각도 측정을 방해하는 잡음으로 간주 된다. 칫솔질 동안, 가속도 센서(25)는 칫솔질 패턴을 측정할 수가 있는데, 이것은 비교기(24)에 데이터로서 공급되거나 기록될 수 있다. 비교기(24)는 또한 메모리(26)로부터 칫솔질 패턴 참조 데이터, 달리 말하면, 참조 값들을 입력받을 수가 있다. 메모리(26)는 패턴 참조 데이터를 유지하기 위하여 가속도 센서(25) 및/또는 신호조절기(23)와 접속되는 하나의 기록장치일 수도 있다. 신호조절기(23)는 저역 및 고역 통과 필터링 기능을 수행할 뿐만 아니라 적절한 칫솔질 패턴 데이터와 파라미터들을 얻기 위해 가속도 데이터에 대한 레벨 트리거링(level triggering) 기능들을 수행할 수도 있다.
예를 들면, 메모리(26)에 저장되어 있는 칫솔질 패턴 참조 데이터 또는 참조 값들은 일단 칫솔의 사용이 끝나면 칫솔의 정상적인 일상적 사용 중에 생성된 데이터와 비교될 수 있다. 칫솔질 패턴 참조 데이터의 일례로서, 칫솔질 패턴 참조 데이터는 각각의 치아 영역에 칫솔질을 하기 위해 걸린 시간(예컨대, 초 단위로), 치아 영역당 칫솔질 사이클의 수, 그리고 칫솔질 순서(한 위치로부터 다른 위치로의 이동)를 또한 지시할 수도 있다. 상기한 칫솔질 패턴 참조 데이터 또는 참조 값들과 실제 사용시의 치아 칫솔질 패턴 데이터들 간의 비교는 출력장치(27)에 의해 사용자에게 피드백을 제공하기 위해 사용된다. 모니터링 장치(18)는, 예를 들어, 타임아웃, 본체로의 복귀, 또는 스위치에 의해 판단되는 칫솔질이 종료된 후에, LED, 다수의 LED, 또는 디스플레이를 사용하여, 소정의 시간 주기 동안 결과를 나타냄으로써 칫솔질의 결과에 대해 사용자에게 자동으로 알려주도록 구성될 수도 있다.
시각적인 지시기 대신에, 출력장치(27)는 소정의 삑삑 소리를 발생하는 버저 또는 칫솔질 수행 후의 지시사항들을 출력하는 언어 발생기와 같은 음향을 만들어내는 지시기로써 이루어질 수도 있다. 이러한 버저 또는 언어 발생기는 양호한 또는 불량한 칫솔질을 표시하도록 사용될 수도 있다. 이러한 방식으로 사용자는 칫솔질에 대한 즉각적인 피드백이 제공될 수 있다.
어떤 실시예들에 있어서는 도 5의 모니터링 장치는 특정 치아 영역에서의 칫솔질의 지속시간을 측정하기 위한 타이머(28)를 포함할 수도 있다. 이것은 사용자가 충분히 긴 시간 동안 한 치아 영역을 칫솔질을 했는지의 여부에 대해 기준 지속시간을 나타내는 참조 값과 비교를 하는 것을 가능하게 해준다.
도 5의 모니터링 장치(18)는 또한 출력장치(27) 및/또는 분리형 칫솔질 데이터 저장장치가 위치한 원격 장치에 비교 결과를 전달하기 위한 인터페이스(22)를 포함할 수도 있다. 따라서, 사용자는 신호 조절기 및 비교기와 관련하여 근방에 위치한 출력장치에 의해 피드백이 제공될 수도 있고, 또는 선택적으로는, 원거리에 위치한 출력장치에 의해, 또는 근방에 위치하거나 원거리에 위치한 출력장치 모두를 통해 피드백이 제공될 수도 있다.
원거리에 위치한(원격지의) 장치에 대한 유선 인터페이스의 경우, 인터페이스(22)는 상기 원격지 장치와 통신을 위한 모니터링 장치(18)에 의해 사용되는 전기적 접속부들을 포함할 수도 있다. 선택적으로는, 유선 인터페이스의 경우, 상기 인터페이스(22)는 무선 경로를 통해 원격지 장치에 측정 결과를 전송하기 위한 무선 송신기를 포함할 수도 있다.
모니터링 장치(18)는 또한 모드를 선택하거나(예컨대, 교육, 칫솔질, 메모리 스크롤 등) 또는 이벤트의 시작 또는 정지를 지시하기 위하여 사용자 입력을 위한 푸시 버튼과 같은 사용자 입력을 위한 입력장치(21)를 포함하고 있다. 이러한 입력은 모니터링 장치(18)를 교육 모드로 설정하기 위해 사용될 수도 있는데, 이것은 사용자 자신의 선호하는 칫솔질 패턴 데이터를 수집하기 위해 사용될 수도 있다. 제1모드는 연속적인 것일 수 있는데, 이것은 측정된 칫솔질 패턴을 포함하여 데이터가 연속적으로 참조 값으로 저장된다는 것을 의미하며, 또한 이 제1모드는 선택적으로 데이터를 저장하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 적절한 칫솔질을 보장하기 위하여 치과위생사, 치과의사 또는 부모의 감독하에 선별적인 데이터가 이용될 수도 있다. 입력장치(21)의 작동 후, 가속도센서(25)는 신호조절기(23)에 칫솔질 패턴 데이터(예컨대, 칫솔의 경사에 관한 데이터)를 측정하고 전달하도록 또한 구성되는데, 이 신호 조절기는 그 패턴 데이터를 처리하여 칫솔의 사용 시 추후의 이용을 위해 메모리에 저장해 놓을 수도 있다.
가속도 센서(25)는 모니터링 장치(18)가 제2모드에 있을 때 참조 데이터와의 비교를 위하여 칫솔질 패턴들을 측정한다. 교육 모드는 사용자에게 개별적인 칫솔질 패턴 참조 데이터를 메모리(26)에 참조 값으로서 저장하는 것을 가능하게 해준다. 예를 들면, 사용자는 입력장치(21)를 누른 후, 자기의 치아를 원하는 만큼 완전하게 칫솔질하기 위해 칫솔을 사용할 것이다. 입력장치(21)의 두 번째 작동은 상기한 제1모드를 종료시킬 수도 있다. 그 결과, 이러한 특정 사용자가 사용 중에 칫솔을 유지하는 각도를 나타내는 칫솔질 패턴 참조 데이터가, 선호하는 칫솔질 패턴 참조 데이터 또는 참조 값으로서 메모리(26)에 저장된다. 부가하여, 상기 참조 데이터는 또한 사용된 시간, 칫솔질 사이클의 횟수, 및 칫솔질 순서(한 위치에서 또 다른 위치로의 이동)를 나타낼 수도 있다. 이러한 개별적인 칫솔질 패턴 참조 데이터는 이러한 특정 사용자가 일상적인 사용 중 향후 자기의 치아를 얼마나 완전하게 칫솔질할 것인가를 분석하기 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 상기한 제1모드는 사용자가 치아를 닦는 중의 개별적인 행동특성(예컨대, 칫솔 또는 사용자의 머리가 개별적인 각도로 유지되는)을 감안하는 것을 가능하게 해준다.
위에서, 예를 들어, 모니터링 장치(18)는 일단 교육 모드로 설정되고 칫솔이 사용되고 있으면, 칫솔질 패턴 참조 데이터를 생성하고 그것을 메모리에 저장하는 것으로 간주 된다. 그러나, 이것에 대한 대안으로서, 모니터링 장치가 일상적 칫솔질 중에 활용되는 동안, 미리 정의된 칫솔질 패턴 참조 데이터가 외부장치에서 생성되어 추후의 사용을 위하여 참조 데이터 또는 참조 값으로서 모니터링 장치(18)의 메모리(26)에 복사될 수도 있다.
칫솔질 모니터링 장치(18)가 일상적 사용으로 사용될 때, 모니터링 장치(18)의 메모리(26)에 저장되어 있는 참조 데이터와의 비교가 이루어질 수도 있다. 처음의 참조 데이터와 교체되거나 조합을 위하여 부가적인 참조 데이터가 기록되어도 좋다. 이러한 칫솔질 패턴들은 기록장치에 칫솔질 패턴 참조 데이터로서 개별적으로 아니면 집합적으로 저장되어도 좋다. 예를 들어, 사용자가 하나의 특정한 칫솔질 기간에서 상기 생성된 칫솔질 패턴들을 참조 데이터로서 기록장치에 저장할 수도 있다. 선택적으로는, 사용자가 그러한 참조 데이터를 누적형 칫솔질 패턴 참조 데이터에 추가할 수도 있다.
개별적인 칫솔질 패턴 참조 데이터는 모니터링 장치(18)의 메모리(26)에 복수의 사람들을 위해 저장되어도 좋다. 일례를 들면, 교육 모드 중 칫솔을 사용했던 사람의 식별자(identifier)가 칫솔질 패턴 참조 데이터와 함께 메모리에 저장된다. 일례를 들면, 이 식별자는 각각의 개별적 사용자에 대하여 하나씩의 분리형 브러시 헤드를 갖춘 장치에서의 개별 브러시 헤드(19)와 연관될 수도 있다. 이것은 여러 사람이 같은 칫솔을 사용하거나 아니면 한 칫솔의 동일한 손잡이를 (브러시 헤드와 같은 자기 자신의 개인적인 분리형 브러시 부품들로써) 실제로 사용할 때 유리하다. 이러한 경우, 모니터링 장치(18)는 그 칫솔의 사용 중에 생성된 데이터에 가장 잘 부합하는 칫솔질 패턴 참조 데이터를 메모리(26)로부터 선택함으로써 그 칫솔을 사용하는 사람을 자동으로 식별할 수도 있다. 선택적으로는, 칫솔은 자신의 식별자를 입력하는 기능을 사용자에게 제공하는 인터페이스를 포함할 수도 있거나, 또는 그러한 식별자가 브러시 헤드 인터페이스에 코드화되어 모니터링 장치(18)가 메모리(26)로부터 정확한 칫솔질 패턴 참조 데이터를 선택할 수 있도록 한다. 입력장치(21)는 그러한 인터페이스로서 사용될 수도 있다.
모니터링 장치(18)는 저역통과 필터링된 가속 벡터의 합 sum a = √(axlp2 + aylp2 + azlp2) = 1g에 기초해 자동-캘리브레이션(auto-calibration)을 하도록 구성될 수 있는데, 여기서 axlp, aylp 및 azlp 는 각각 브러시 좌표계의 직교 방향 x, y 및 z에서의 저역통과 필터링된 가속도 성분들이다.
모니터링 장치(18)의 모든 부품들은 서로 캡슐화되거나 그리고/또는 전기 또는 수동 칫솔의 몸체에 일체화되거나 또는 부착될 수도 있다. 선택적으로, 무선 송신기는 예를 들어, 전동 칫솔의 배터리 충전기, 크레이들 또는 베이스에서 다른 부품들로부터 분리형으로 배열될 수도 있다. 이러한 예에 있어, 상기한 인터페이스는 배터리 충전기의 송신기에 대한 유선 연결을 통해, 또는 유도에 의해, 또는 근거리 무선통신에 의해 비교의 결과를 전송하기 위하여 배터리 충전기의 상응하는 단자들에 접속되는 칫솔의 접속단자들을 포함할 수도 있다. 배터리 충전기의 무선 송신기는 무선통신 접속을 통해 이러한 비교 결과를 원격 장치에 더 멀리 전송할 수 있다.
도 6은 모니터링 장치의 동작을 예시하는 흐름도이다.
단계 30에서, 사용자는 소정의 치아 영역 또는 사용자에 의해 지시된 치아 영역에 칫솔질을 시작한다. 선택적으로는, 예를 들어, 치아 영역들이 항상 같은 순서로 칫솔질 되거나, 각각의 새 치아 영역에 대하여 모니터링 장치가 어느 영역이 칫솔질 되어야 하는지를 출력장치(27)로써 지시하거나, 또는 입력장치(21)를 사용하여 사용자가 칫솔질 될 치아 영역(R-U, L-U, R-D 또는 L-D)을 지시할 수도 있다. 어떤 경우든 모니터링 장치(18)는 칫솔질 되고 있는 치아 영역을 인식하는데, 본 예에서 이것은 영역 L-U인 것으로 간주 된다.
본 예에서, 하나의 치아 영역에 대한 칫솔질 지속시간, 예를 들어 사용자가 문제의 영역을 칫솔질하는데 몇 초가 걸렸는지를 측정하기 위하여 타이머(28)가 사용되는데, 이러한 타이머는 모든 실시예에서 필수적인 것은 아니다. 만일 타이머가 사용된다면, 대안은 치아 영역의 각 표면에 대하여 하나씩, 즉 세 개의 타이머들을 사용하는 것이다. 결과적으로, 단계 31에서 타이머(28)가 개시되고 치아 표면 고유의 카운터들이 초기화된다(영으로 설정되는 것과 같음). 하기의 설명에서, 예를 들면, 외부 치아면(2)에 대해서 하나, 내부 치아면(6)에 대해서 하나, 그리고 저작면(10)에 대해서 하나의, 즉 세 개의 치아 표면 고유 카운터들이 제공되는 것으로 간주된다.
단계 32에서, 가속도 센서(25)는 신호조절기(23)가 수신하고 처리하는 신호들을 생성한다. 신호조절기(23)는 잡음 및 가속 해저드(acceleration hazards)를 제거하기 위해 신호(ax, ay, az)들을 저역통과 필터링 한다. 부가하여, 가속도 신호가 강하게 저역통과 필터링되고, 이것은 어떤 가속도가 없이 단지 지구의 중력과 가속도 센서 오프셋 및 이득 에러(gain error)만을 갖는 신호를 제공한다. 이러한 신호의 최대 및 최소 값들은 다음과 같은 3-축 X, Y 및 Z (1g = 9.81m/s2 = 지구 중력장에서의 자유낙하 가속도)의 센서 파라미터들을 자동으로 캘리브레이션 하기 위해 사용된다:
ax0 (=offset) = (axmax + axmin)/2　은 0g로 캘리브레이션 되고,
axgain =　 (axmax　- axmin)/2　은 1g로 캘리브레이션 되고,
ay0 (=offset) = (aymax + aymin)/2　은 0g로 캘리브레이션 되고,
aygain =　 (aymax　- aymin)/2　은 1g로 캘리브레이션 되고,
az0 (=offset) = (azmax + azmin)/2 은 0g로 캘리브레이션 되고, 그리고
azgain =　 (azmax　- azmin)/2　은 1g로 캘리브레이션 된다.
이제, 칫솔질하는 동안, 강하게 저역통과 필터링된 신호의 X 및 Z 성분들은 지구 중력장에서 칫솔의 경사도를 직접 제공한다. 그 다음, Y 가속도가 원래의 신호로부터 상기 강하게 저역통과 필터링된 신호를 감산함으로써 고역통과 필터링 처리 된다((ayhp = ay - aylp). 이 신호에 대하여 임계치 값들이 설정된다. 일단 포지티브 임계치가 교차되고 네거티브 임계치가 또한 소정의 시간제한 내에 교차하고 나면, 단계 32에서 칫솔질 사이클이 확인(identified)된다. 이 예에서, 특정한 가속도, 이중 레벨 크로싱(double level crossing), 달리 표현하면, 지정된 시간 프레임 내에서의 반대 방향으로의 두 Y 가속도들은 하나의 칫솔질 사이클을 지시한다. 이 과정에서 단계 33에 들어가는데, 여기서는 현재의 강하게 저역통과 필터링 된 X 및 Z 성분들이 분석된다. 이 성분들은 단계 33에서 어느 치아면(2, 6 또는 10)이 상기 확인된 칫솔질 사이클로써 칫솔질 되었는지를 판단하기 위해 사용된다. 모니터링 장치의 메모리는 치아 영역 L-U(그리고 또한 모든 다른 치아 영역들에 대하여)의 각 치아면(2, 6 및 10)에 대한 X 및 Z 쌍의 샘플을 보존한다. 따라서, 칫솔질 된 치아면은 그의 샘플 X 및 Z 쌍이 현재의 강하게 저역통과 필터링된 X 및 Z 성분과 가장 잘 부합되는 것으로 결정된다. 상기 확인된 치아면의 치아면 고유 카운터는 예를 들어, 그 카운터를 1씩 증가함으로써 단계 34에서 상기 확인된 치아면(2, 6 또는 10)에 대한 칫솔질 사이클을 등록하기 위해 사용된다. 물리적으로 상기 치아면 고유 카운터들은 메모리(26)에서 미리 정의된 메모리 위치들로서 구현될 수도 있다.
단계 35에서, 동일한 치아 영역(L-U)에 대한 칫솔질이 계속되는지, 또는 모니터링 장치가 사용자에게 치아 영역에 대한 칫솔질이 종료되어야 하는지를 알려주었는지(예컨대, 치아 영역 L-U에 대한 칫솔질이 인정되는지를 출력장치로써 나타냄으로써), 또는 사용자가 그 치아 영역에 대한 칫솔질이 종료되었음을 지시하기 위하여 입력장치(21)를 사용하였는지의 여부를 판단하기 위한 확인이 이루어진다.
일단 최종적으로 현재의 치아 영역에 대한 칫솔질이 완료되었다고 단계 35에서 판단되면, 단계 36이 시작된다. 단계 36에서는 비교기(24)가 각각의 치아면 고유 카운터에 대한 칫솔질 사이클들의 등록된 수를 메모리(26)에 있는 해당하는 참조 값들과 비교한다. 부가적으로, 모든 실시예들에서 필연적인 것은 아니지만, 본 예에서는, 타이머(28)가 메모리(26)에 있는 해당하는 참조 값으로써 치아 영역 L-U의 칫솔질의 지속시간을 결정하기 위해 확인된다. 만일 모든 치아면 특정 카운터들이 충분한 정확도로써 참조 값들에 상응하는 칫솔질 사이클의 수를 등록하였고, 그리고 본 예에서는 또한, 충분한 정확도로써 칫솔질 지속시간이 메모리(26)의 참조 값에 상응한다면, 치아 영역 L-U에 대한 칫솔질이 인정되었음이 단계 37에서 출력장치(27)에 의해 지시된다. 그렇지 않으면, 치아 영역 L-U에 대한 칫솔질이 인정되지 않았음이 출력장치(27)에 의해 단계 37에서 지시된다.
칫솔질의 결과를 인정하기 위한 비교에 있어 필요한 충분한 정확성은 구현수단에 따라 의존한다. 하나의 대안은, 만일 모든 치아면 고유 카운터들이 문제의 치아 영역에 대해 참조 값의 적어도 60 내지 80%인 칫솔질 사이클 수를 등록하고, 또한 마찬가지로, 타이머에 의해 측정된 칫솔질의 지속시간(사용될 경우)이 해당하는 참조 값의 적어도 60 내지 80%이라면, 문제의 치아 영역에 대한 칫솔질은 적당한 것으로 인정될 수가 있을 것이다.
마지막으로, 단계 38에서, 칫솔질을 필요로 하는 치아 영역들이 아직도 남아있는지 여부가 결정된다. 만일 남아있지 않다면, 상기 과정을 종료한다. 그렇지 않으면, 상기한 단계들 30-38이 다음 치아 영역에 대해 반복된다.
전술한 특징들에 부가하여, 모니터링 장치는 또한 칫솔이 마모되어서 그 수명이 다되었을 때 사용자에게 알려주기 위해 출력장치(27)를 또한 활용할 수도 있다. 이러한 방식으로 사용자는 새로운 칫솔이나 치솔 헤드를 구입할 시점에 대해 안내될 수도 있다. 이러한 정보를 얻기 위한 또 다른 대안은, 모니터링 장치가 누적된 칫솔질 사이클들의 전체 수를 카운트하여, 일단 칫솔 고유의 미리 설정된 기준 수의 칫솔질 사이클 횟수에 도달하면 칫솔의 수명이 끝났음을 출력장치(27)로써 지시하도록 구성하는 것이다. 동일한 모니터링 장치가 다른 칫솔 또는 칫솔 헤드로써 사용될 수 있는 실시예의 경우, 사용자는 일단 그 칫솔 또는 칫솔 헤드를 바꾸면 누적된 칫솔질 사이클 카운터를 리셋하는 기능이 제공될 수도 있다.
선택적으로는, 모니터링 장치는 현재의 칫솔질 가속도 스펙트럼 분포를 칫솔 고유의 미리 설정된 기준 분포에 비교하고 이 비교 결과에 기초해 칫솔의 수명 종료를 출력장치(27)로써 알려주도록 구성될 수도 있다.
전술한 설명 및 그에 수반하는 수치들은 본 발명을 예시적으로 설명하기 위해 의도되는 것임을 이해하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 변경 및 변형될 수도 있다는 것은 당해 기술분야의 전문가에게는 자명할 것이다.

Claims (14)

  1. 칫솔질하는 동안 칫솔(17)과 함께 사용하기 위한 칫솔질 모니터링 장치(18)에 있어서,
    상기 모니터링 장치는,
    사용자 입력을 하기 위한 입력장치(21);
    칫솔질 중의 신호들을 생성하기 위한 가속도센서(25);
    상기 가속도 센서(25)로부터의 신호들을 입력하고 처리하는 신호조절기(23)로서, 상기 신호조절기(23)는, 상기 칫솔(17) 및 모니터링 장치(18)가 다수의 미리 정의된 치아면들(1-12)을 포함하는 미리 결정되거나 또는 사용자 지정 치아 영역(R-U, L-U, R-D, L-D)에 칫솔질하기 위해 사용되는 동안, 칫솔 헤드(19)의 세로방향의 축(Y)에서의 상기 칫솔의 칫솔 헤드(19)의 고유의 가속도에 기초하여 칫솔질 사이클을 확인하고, 그리고 확인된 칫솔질 사이클에 응답하여, 상기 신호조절기(23)는, 칫솔질 사이클 동안 지구의 중력장에서의 모니터링 장치(18)의 경사에 기초하여 상기 확인된 칫솔질 사이클로써 칫솔질 되었던 상기 미리 정의된 치아면(1-12)을 확인하고, 그리고 상기 확인된 치아면(1-12)의 확인된 칫솔질 사이클을 해당하는 치아면 고유의 카운터(26)로써 등록하도록 된 상기 신호조절기(23);
    각 치아영역(L-U)의 각각의 미리 정의된 치아면(2, 6, 10)에 대한 적어도 하나의 치아면 고유의 참조값을 저장하는 메모리(26);
    한 치아 영역에 대한 칫솔질 중에 상기 치아면(2, 6, 10) 고유의 카운터들 각각에 의해 등록된 칫솔질 사이클들의 수를 상기 메모리(26)에 저장된 해당하는 치아면(2, 6, 10) 고유의 참조값들과 비교하는 비교기(24); 그리고
    문제의 치아 영역(L-U)에 대한 칫솔질 중에 각각의 치아면(2, 6, 10) 고유의 카운터들에 의해 등록된 칫솔질 사이클들의 수가 문제의 치아 영역(L-U)에 대한 해당하는 참조값들과 소정의 정확성으로 일치하는 것으로 상기 비교기(24)가 지시한다면, 문제의 치아 영역(L-U)에 대한 칫솔질을 정상적인 것으로 인정하였음을 지시하는 출력장치(27)를,
    포함하는 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 장치(18)는 상기한 미리 결정되거나 또는 사용자 지정 치아 영역(L-U)에 대한 칫솔질 중 문제의 치아 영역에 대한 칫솔질의 지속시간을 측정하는 타이머(28)를 더 포함하고,
    상기 메모리(26)는 각각의 치아영역(R-U, L-U, R-D, L-D)에 대한 지속시간 참조값을 추가로 저장하고,
    상기 비교기(24)는 한 치아 영역(L-U)에 대한 칫솔질 중에 상기 타이머(28)에 의해 측정된 지속시간을 상기 메모리(26)에 저장되어 있는 해당하는 지속시간 참조값과 비교하고, 그리고
    상기 출력장치(27)는 상기 치아 영역(L-U)에 대한 칫솔질 중에 상기 타이머에 의해 측정된 상기 지속시간이 소정의 정확도로써 상기 해당하는 지속시간 참조값과 일치할 경우에만 상기 치아 영역(L-U)에 대한 칫솔질이 정상으로 인정되었음을 지시하는 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모니터링 장치(18)는 교육모드로 들어가기 위하여 상기 입력장치(21)로써의 소정의 사용자 입력에 반응하되, 칫솔질 중 상기 신호조절기(23)는 후속하는 칫솔질 중에 상기 비교기(24)에 의한 비교에 사용할 상기 메모리(26)에 있는 치아 영역들에 대한 상기 치아면 고유의 참조값들을 적어도 저장하는 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 칫솔 헤드(19)의 길이 방향은 Y-축(Y)을 정의하고, 상기 칫솔 헤드(19)의 강모(20) 방향은 상기 Y-축과 비교하여 직각으로 배열되어 있는 X-축(X)을 정의하고, 그리고 Z-축(Z)은 상기 X-축 및 Y-축에 비교하여 직각으로 배향되며,
    상기 신호조절기(23)는 상기 가속도센서(25)로부터의 상기 신호들에 대해 강한 저역통과 필터링이 이루어지도록 하고,
    상기 신호조절기(23)는 상기 강한 저역통과 필터링된 신호들에 의해 지시되는 X 및 Z 방향의 측정된 가속도에 기초하여 지구의 중력장에서의 상기 모니터링 장치의 경사를 결정하고,
    상기 신호조절기(23)는 칫솔질 사이클을 고역통과 필터링된 신호에 의해 지시되는 Y-가속도로서 확인하기 위하여 상기 가속도 센서로부터의 상기 신호들을 고역통과 필터링이 되게 하는 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터링 장치(18)는 캘리브레이션 모드에 들어가도록 구성되며, 상기 캘리브레이션 모드에서 상기 신호조절기(23)는 하기의 식에 의해 가속도 센서(25)로부터의 저역통과 필터링된 신호의 최대치 및 최소치를 설정하되,
    ax0 = (axmax + axmin)/2　은 0g로 캘리브레이션 되고,
    axgain =　 (axmax　- axmin)/2　은 1g로 캘리브레이션 되고,
    ay0 = (aymax + aymin)/2　은 0g로 캘리브레이션 되고,
    aygain =　 (aymax　- aymin)/2　은 1g로 캘리브레이션 되고,
    az0 = (azmax + azmin)/2 은 0g로 캘리브레이션 되고, 그리고
    azgain =　 (azmax　- azmin)/2　은 1g로 캘리브레이션 되고,
    여기서 g는 지구의 중력인 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 신호조절기(23)는 반대 방향의 두 가속도들이 미리 결정된 타임 프레임 내에서 확인될 경우에만 길이 방향(Y)의 칫솔 헤드(19)의 가속도를 칫솔질 사이클로서 확인하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 신호조절기(23)는 y(t) = y(t-1)*(1-1/k) + x(t)/k 타입의 적어도 하나의 필터를 포함하고, 여기서 y(t)는 시점 t에서의 출력이고, x(t)는 시점 t에서의 입력이고, 그리고 k는 필터 계수인 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 신호조절기(23)는 z(t) = x(t) - y(t) 타입의 적어도 하나의 필터를 포함하고, 여기서 z(t)는 시점 t에서의 출력이고, x(t)는 시점 t에서의 입력이고, 그리고 y(t)는 저역통과 필터링된 신호인 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 필터는 디지털 필터인 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  10. 제4항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 모니터링 장치(18)는 저역통과 필터링된 가속도 벡터의 합[sum a = √(axlp2 + aylp2 + azlp2) = 1g]에 기초해 자동-캘리브레이션(auto-calibration)을 하도록 구성되며, 여기서 axlp, aylp 및 azlp 는 각각 브러시 좌표계의 직교 방향 x, y 및 z에서의 저역통과 필터링된 가속도 성분들인 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 모니터링 장치(18)는 인터페이스를 경유해 상기 입력장치(21)로부터 사용자 입력들을 받기 위한 그리고/또는 상기 비교의 결과에 대한 정보를 상기 인터페이스를 경유해 상기 출력장치(27)에 전송하기 위한 무선 또는 유선 데이터 전송 인터페이스(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 출력장치(27)는 LED, 디스플레이, 음향발생기 또는 언어생성기 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 모니터링 장치는 전체 누적 칫솔질 사이클들의 수를 카운트하고, 그리고 일단 칫솔 고유의 미리 설정된 참조 값의 칫솔질 사이클에 도달하면, 칫솔의 수명 종료를 상기 출력장치(27)로써 지시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
  14. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 모니터링 장치는 현재의 칫솔질 가속도 스펙트럼 분포를 칫솔 고유의 미리 설정된 참조 분포에 비교하고, 상기 비교에 기초하여 칫솔의 수명 종료를 출력장치(27)로써 지시하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 칫솔질 모니터링 장치.
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