(57)【要約】  能動的なファン付きの汚染用マスクは、ファンの回転及びファンの回転中に回転速度を検出するための光学センサを利用する。呼吸サイクルを検出すること及び／又はファンの自動オン及び／又はオフ機能は、光学センサの信号の分析に基づいて実施される。光学センサの使用は、自動制御機能を実施するための低コストで、コンパクトな方法を提供する。検出は、電気的なファンの信号の分析ではなくファンの回転の光学分析に基づいているので、如何なる特定のファンデザインの必要性を回避する。
2021529269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気チャンバ、
前記空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を吸い込む、及び／又は前記空気チャンバの内部から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すためのファン、
前記ファンの回転を検出する、及び前記ファンの回転中に回転速度を検出するための光学センサ、並びに
制御器
を有する汚染用マスクにおいて、前記制御器は、前記光学センサの信号の分析に基づいて、
ファンの自動オン及び／又はオフ機能を実施する、及び／又は
ユーザの呼吸サイクルを検出する
ように構成される、汚染用マスク。
【請求項２】
前記制御器は、前記ファンが稼働していない間、ユーザの呼吸により引き起こされる前記ファンの回転を検出することに基づいて、前記ファンの自動オン機能を実施するように構成される、請求項１に記載のマスク。
【請求項３】
前記制御器は、前記ファンがオフにされたとき、不連続な光検出モードで動作するように構成される、請求項２に記載のマスク。
【請求項４】
前記制御器は、一定なファンの速度を検出することに基づいて、前記ファンの自動オフ機能を実施するように構成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載のマスク。
【請求項５】
前記制御器は、経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸サイクルを検出するように構成される、請求項１乃至４の何れか一項に記載のマスク。
【請求項６】
前記制御器は、経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸周波数を検出し、前記呼吸周波数に依存して前記ファンを制御するように構成される、請求項１乃至５の何れか一項に記載のマスク。
【請求項７】
前記空気チャンバと前記空気チャンバの外部の周辺環境との間に境界を直接形成するフィルタをさらに有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載のマスク。
【請求項８】
前記フィルタは、前記空気チャンバの外壁を構成する、請求項７に記載のマスク。
【請求項９】
前記ファンは、前記空気チャンバの内部から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すためのものである、又は前記空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を取り入れるためのものである、請求項１乃至８の何れか一項に記載のマスク。
【請求項１０】
前記空気チャンバを外部に制御可能に排気するため、又は前記空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を取り入れるための弁をさらに有し、前記弁は、受動的な圧力調整逆止弁又は能動的に駆動する電気的制御可能な弁を構成する、請求項１乃至９の何れか一項に記載のマスク。
【請求項１１】
前記光学センサは、
前記ファンを挟んだ光源及び光検出器、又は
前記ファンの一方の側に光源及び光検出器、及び前記ファン上に反射器
を有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のマスク。
【請求項１２】
汚染用マスクを制御する非治療的方法において、
空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を吸い込む、及び／又はファンを用いて、前記空気チャンバの内部から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すステップ、
前記ファンの回転を検出する、及び回転中に回転速度を検出するために光学センサを使用するステップ、並びに
前記検出された回転の分析に基づいて、前記ファンの自動オン及び／又はオフ機能を実施する、及び／又はユーザの呼吸サイクルを検出するステップ
を有する、汚染用マスクを制御する非治療的方法。
【請求項１３】
前記ファンが稼働していない間、ユーザの呼吸により引き起こされるファンの回転を検出することにより、前記ファンの自動オン機能を実施するステップ、及び／又は
一定なファンの速度を検出することにより、前記ファンの自動オフ機能を実施するステップ
を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸サイクルを検出するステップ、及び／又は
経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸周波数を検出し、前記呼吸周波数に依存して前記ファンを制御するステップ
を有する、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１１に記載の制御器により実行されるとき、請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の方法を実施するように構成されるコンピュータプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染用マスクに関し、この汚染用マスクは、マスクの着用者にろ過された空気を供給するためであり、その流れはファンにより補助される。
【背景技術】
【０００２】
世界保健機関（ＷＨＯ）は、毎年４００万人が大気汚染が原因で死亡していると推定している。この問題の一部は、都市における外気の質である。最も悪いクラスは、推奨されるレベルの１０倍以上の年間汚染レベルを有するデリーのようなインドの都市である。推奨される安全レベルの年平均の８．５倍である北京はよく知られている。しかしながら、ロンドン、パリ、ベルリンのようなヨーロッパの都市であっても、ＷＨＯが推奨するレベルよりも高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この問題は短時間では大きく改善されないので、この問題に対処する唯一の方法は、ろ過によって、よりきれいな空気を供給するマスクを着用することである。快適性及び有効性を向上させるために、１つ又は２つのファンがマスクに追加される。
【０００４】
電動マスクを使用する着用者にとっての利点は、従来の非電動マスクにおけるフィルタの抵抗に対する吸入により引き起こされるわずかな負担から肺が解放されることである。
【０００５】
さらに、従来の非電動マスクにおいて、吸入は、マスク内にわずかな負圧も引き起こし、この負圧は汚染物質がマスク内に漏れることにつながり、これらが有毒物質である場合、この漏れは危険であることを示す。電動マスクは、安定した気流を顔に送出し、例えば呼気弁の抵抗により決定されるわずかな陽圧を与え、如何なる漏れも内側ではなく必ず外側に向かうようにする。
【０００６】
ファンの動作又は速度が調整される場合、幾つかの利点がある。これは、吸入及び呼気のシーケンス中のより適切な換気によって快適性を向上させるために使用されることができる、又は電気効率を向上させるために使用されることができる。後者は、バッテリー寿命の延長又は換気の強化につながる。これらの態様の両方は、現在のデザインにおいて改善を必要とする。
【０００７】
ファンの速度を調整するために、マスク内の圧力が測定され、圧力変動及び圧力の両方がファンを制御するために使用される。
【０００８】
例えば、マスク内の圧力は、圧力センサにより測定され、ファンの速度は、例えば吸気相及び呼気相を検出することに基づくような、センサの測定値に依存して変化させることができる。圧力センサはコストがかかるので、代替方法を提供することが望ましい。
【０００９】
ファン動作のマスクは電池式の装置であるため、コストを最小限に抑えると共に、消費電力も最小限に減らすことが望ましい。１つの問題は、マスクが着用されていないとき、ファンがオンのままにされることであり、これが不必要な電力消費となる。マスクが着用されているときを検出する専用のセンサを設けることは可能であるが、これは呼吸マスクのコストを増加させる。
【００１０】
マスクを装着するとき、ユーザは通例、スイッチを入れてファンをオンにする。このスイッチは、マスクのコストを増大させ、場所を取り及びスイッチを入れることは不便である。自動的に電子機器のスイッチを入れる機能は、これらの欠点を回避する。しかしながら、これには一般に、マスクの使用を検知する専用のセンサも必要とする。
【００１１】
故に、少なくとも、例えばマスクが着用されているか又は着用されていないかを検出することに基づく自動オン及び／又はオフ機能を提供するために、より低コストの解決策を見つけることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、請求項により規定される。
【００１３】
本発明のある態様に従う例によれば、
空気チャンバ、
前記空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を吸い込む、及び／又は前記空気チャンバの内部から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すためのファン、
前記ファンの回転を検出する、及び前記ファンの回転中に回転速度を検出するための光学センサ、並びに
制御器
を有する汚染用マスクを提供し、前記制御器は、前記光学センサ信号の分析に基づいて、
前記ファンの自動オン及び／又はオフ機能を実施する、及び／又は
ユーザの呼吸サイクルを検出する
ように構成される。
【００１４】
本発明は、汚染用マスクに関する。これは、ユーザにより呼吸される周囲空気をろ過することを主目的とする装置を意味する。このマスクは、如何なる形式の患者の治療も行わない。特に、ファンの動作により生じる圧力レベル及び流れは、単に（空気チャンバ内の温度又は相対湿度に影響を与えることにより）快適さを与えることを支援する、及び／又はユーザによるかなりの追加の呼吸努力を必要とせずに、フィルタを横切る流れを提供することを支援することを意図する。このマスクは、ユーザがマスクを着用していない状態と比べると、全体的な呼吸支援を提供しない。
【００１５】
ファンは、空気チャンバ内において増大した圧力（例えば、吸入中に空気チャンバ内への流れ）を提供するためのものであってもよい。このような場合、例えばユーザの吸入を支援するために、わずかに増大した圧力を提供することのみが必要とされる。
【００１６】
代わりに、ファンが空気チャンバの内部から空気チャンバ外に空気を吸い出すためだけでもよい。このように、ファンは、呼気中であっても、新鮮なろ過された空気を空気チャンバに供給することを促進することができ、これはユーザの快適さを向上させる。この場合、新鮮な空気が常に顔に供給されるように、例えば空気チャンバ内の圧力は、常に外圧（大気圧）よりも低くてもよい。しかしながら、呼気中に、ファンの速度が遅い又は呼気量が多い場合、圧力は依然として、周囲圧力よりも高い。
【００１７】
故に、異なる可能な意図されたファンの機能がある。
【００１８】
光学センサの使用は、自動オン機能及び／又は自動オフ機能を実施するための低コストでコンパクトな方法を提供する。検出は、電気的なファンの信号の分析ではなく、ファンの回転の光学分析に基づいているので、如何なる特定のファンのデザインの必要性を回避する。
【００１９】
制御器は、自動制御機能を実施するように構成される。
【００２０】
この自動制御機能は、ファンが稼働していない間、ユーザの呼吸により引き起こされるファンの回転を検出することに基づくファンの自動オン機能を有する。このように、ファンの回転を検出するために、光学センサだけが給電される必要があり、ユーザの呼吸は、検出されるのに十分なファンの動きを引き起こさせる。
【００２１】
制御器は、例えばファンがオフにされると、不連続な光検出モードで動作するように構成される。これは電力を節約する。
【００２２】
制御器により実施される自動制御機能は、一定なファンの速度を検出することに基づくファンの自動オフ機能であってもよい。
【００２３】
この一定な速度は、マスクが着用されていないことを示す。
【００２４】
マスクが着用されていないかどうかを決定することにより、マスクのデザインは、電力を節約することを可能にする。特に、ファンの速度がユーザの呼吸により変調されない場合、マスクは着用されていないことを示す。マスクが着用されていないと検出されるとき、ファンがオフされてもよい。
【００２５】
制御器により実施される自動制御機能は、例えば経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸サイクルを検出してもよい。
【００２６】
このように、ファンは、ユーザの呼吸パターンに基づいて制御されることができる。それに加えて又はその代わりに、出口弁は、呼吸サイクルの相に依存して制御されてもよいし、又は吸入時間中にファンがオフにされてもよい。これは、電力を節約するために使用される。吸入中にファンを停止することは、そのように構成される場合、電力を節約するので、フィルタを通した呼吸が困難でないユーザにとって望ましい。
【００２７】
制御器は、経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸周波数を検出し、この呼吸周波数に依存してファンを制御するように構成されてもよい。このファンの速度は、例えばユーザがより速く呼吸している場合は増加し、これはユーザが運動していることを示す。
【００２８】
マスクは、空気チャンバとこの空気チャンバの外部の周辺環境との間に境界を直接形成するフィルタをさらに備えることができる。故に、ユーザは、フィルタを通じて呼吸する。このフィルタは、空気チャンバの外壁を構成する。
【００２９】
フィルタは、空気チャンバとこの空気チャンバの外部の周辺環境との間に境界を直接形成する。これは、流れ運搬通路の必要性を回避するコンパクトな構成を提供する。これは、ユーザがフィルタを通して呼吸をすることが可能であることを意味する。フィルタは、複数の層を持ってもよい。例えば、外側の層（例えば、布層）がマスクの本体を形成し、内側の層はより微細な汚染物質を除去するためでもよい。内側の層は、清掃又は交換のために取り外し可能でもよいが、空気が構造物を通ることが可能である、及びこの構造物がろ過機能を果たすという点で、両方の層が一緒にフィルタを構成すると考えられてもよい。
【００３０】
故に、フィルタは好ましくは、空気チャンバの外壁、及び任意で１つ以上の他のフィルタ層を備える。これは、マスクの本体がろ過機能を果たすので、特にコンパクトな構成を提供し、より大きなフィルタ領域を可能にする。故に、ユーザが息を吸うとき、周囲空気がフィルタを通じてユーザに直接供給される。
【００３１】
マスクは、空気チャンバを制御可能に外部に排気するための出口弁、又は外部から空気チャンバに空気を取り入れるための入口弁をさらに有することができ、この弁は、受動的な圧力調整逆止弁又は能動的に駆動する電気的制御可能な弁を有する。
【００３２】
これは、マスクをより快適にするために使用される。吸入中、弁を（能動的又は受動的に）閉じることにより、ろ過されていない空気が吸い込まれることが防止される。呼気中、弁は、吐き出された空気が放出されるように開かれる。
【００３３】
光学センサは、
ファンを挟んだ光源及び光検出器、又は
ファンの一方の側に光源及び光検出器、及びファン上に反射器
を含むことができる。
【００３４】
故に、光学センサには異なる選択肢がある。
【００３５】
本発明は、汚染用マスクを制御する非治療的方法も提供し、この方法は、
空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を吸い込むステップ、及び／又はファンを用いて前記空気チャンバの内部から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すステップ、
前記ファンの回転を検出する、及び回転中に回転速度を検出するために光学センサを使用するステップ、並びに
前記検出された回転の分析に基づいて、
ファンの自動オン及び／又はオフ機能を実施するステップ、及び／又は
ユーザの呼吸サイクルを検出するステップ
を有する。
【００３６】
前記方法は、
ファンが稼働していない間、ユーザの呼吸により引き起こされるファンの回転を検出することにより、前記ファンの自動オン機能を実施するステップ、及び／又は
一定なファンの速度を検出することにより、前記ファンの自動オフ機能を実施するステップ
を有する。
【００３７】
前記方法は、
経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸サイクルを検出するステップ、及び／又は
経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸周波数を検出し、前記呼吸周波数に依存して前記ファンを制御するステップ
を有する。
【００３８】
本発明は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるときに、上に規定される方法を実施するように構成されるコンピュータプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムも提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
本発明の実施例は、添付の図面を参照して詳細に説明される。
【図１】図１は、ファンの回転が検出されるフェイスマスクを示す。
【図２】図２は、図１のシステムの構成要素の一例を示す。
【図３】図３は、光学センサの信号の典型的な波形を示す。
【図４】図４は、様々な可能な光強度のパターンを示す。
【図５】図５は、自動オン機能を説明するために使用される。
【図６】図６は、自動オフ機能を説明するために使用される。
【図７】図７は、マスクが動作する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は、図面を参照して説明される。
【００４１】
詳細な説明及び特定の例は、装置、システム及び方法の例示的な実施例を示している一方、単に例示を目的とするものであり、本発明の範囲を限定することを意味していないことを理解されたい。本発明の装置、システム及び方法のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面から良好に理解されるであろう。図面は単に概略的なものであり、一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。同じ又は類似の部分を示すために、同じ参照番号が図面を通して使用されることを理解されたい。
【００４２】
本発明は、ファンの回転及びファンの回転中に回転速度を検出するための光学センサを利用する能動的なファン付きの汚染用マスクを提供する。呼吸サイクルの検出及び／又はファンの自動オン及び／又はオフ機能は、光学センサの信号の分析に基づいて実施される。光学センサの使用は、自動制御機能を実施するための低コストで、コンパクトな方法を提供する。前記検出は、電気的なファンの信号の分析ではなく、ファンの回転の光学分析に基づいているので、如何なる特定のファンのデザインに対する必要性も回避する。
【００４３】
故に、自動制御機能は、ファンの回転の光学分析からユーザの呼吸特性を検出することに基づいている。これらの呼吸特性は、例えばユーザがマスクに息を吹き込んでいるかどうか及び／又はユーザの吸気及び呼気のタイミングを含む。
【００４４】
図１は、ファンの回転が検出されるフェイスマスクを示す。
【００４５】
被験者１０の鼻及び口を覆うフェイスマスク１２を着用している被験者１０が示される。マスクの目的は、被験者に吸い込まれる前に空気をろ過することである。この目的のために、マスクの本体自身がエアフィルタ１６として働く。空気は、吸入によって、マスクにより形成される空気チャンバ１８に吸い込まれる。一例では、吸入中、例えば逆止弁のような出口弁２２は、空気チャンバ１８内の圧力が低いために閉じられる。
【００４６】
フィルタ１６は、マスクの本体のみで形成されてもよいし、或いは複数の層があってもよい。例えば、マスク本体は、プレフィルタとして機能する多孔質織物材料から形成される外部カバーを有する。外部カバーの内側には、より微細なフィルタ層が、外部カバーに可逆的に取り付けられる。次いで、より微細なフィルタ層は、清掃及び交換のために取り外されてもよいのに対し、外部カバーは、例えば拭き取ることにより清掃されてもよい。外部カバーは、例えばより微細なフィルタを大きな破片（例えば、泥）から守るようなろ過機能も果たすのに対し、このより微細なフィルタは、微粒子状物質のろ過を行う。２つの層よりも多くの層があってもよい。これら多数の層が合わせて全体的なマスクのフィルタとして機能する。
【００４７】
例えば、呼気ファンを利用する場合、被験者が息を吐くとき、空気が出口弁２２を通じて排気される。この弁が開かれ、容易な呼気を可能にするが、吸入中は閉じられる。ファン２０は、出口弁２２を通る空気の排出を補助する。好ましくは、さらなる空気が顔に供給されるように、吐き出される空気よりも多くの空気が除去される。これは、相対湿度の低下及び冷却によって、快適性を増大させる。吸入中、弁を閉じることにより、ろ過されていない空気が吸い込まれることが防止される。
【００４８】
故に、出口弁２２のタイミングは、被験者の呼吸サイクルに依存する。出口弁は、フィルタ１６を挟んだ圧力差により作動する単純な受動逆止弁でもよい。しかしながら、それに代わり、電子制御弁でもよい。
【００４９】
マスクが着用されるとき、閉じられたチャンバ内の圧力は、被験者の呼吸サイクルの関数として変化する。被験者が息を吐くとき、わずかな圧力の上昇が生じ、被験者が息を吸うとき、わずかな圧力の低下が生じる。
【００５０】
ファンが一定の駆動レベル（すなわち電圧）で駆動する場合、ファンにわたり異なる圧力の低下が存在するため、異なる有力な圧力(prevailing pressure)がファンへの異なる負荷として現れる。この変更される負荷がファンの異なる速度をもたらす。
【００５１】
本発明は、ファンの回転速度の光学検出を利用する。ファンの回転を検出する、及びファンの回転中にこの回転速度を検出するための光学センサ２４が設けられる。
【００５２】
図２は、システムの構成要素の一例を示す。図１と同じ構成要素には同じ参照番号が与えられる。
【００５３】
図１に示される構成要素に加え、図２は、制御器３０及びローカルバッテリ３２を示し、図２は、光学センサ２４が光源２４ａ及び光検出器２４ｂを有することも示す。
【００５４】
ファン２０は、一組のファンブレード２０ａ及びファンモータ２０ｂを有する。一例において、ファンモータ２０ｂは電子整流されるブラシレスモータである。
【００５５】
光学センサ２４は、ファンブレードの一方の側に光源２４ａを、及びファンブレードの反対側に光検出器を有する。従って、ファンブレードの間に間隙があるとき、光は検出器に到達し、その空間にファンブレードがある場合、光は遮断される。
【００５６】
図３は、光学センサの信号の典型的な波形を時間に対する光強度として示す。光強度のピークは、ファンブレードの間の間隙を通過する光に対応し、谷部分は、ファンブレードにより遮断される光に対応する。時間期間Ｔは、ファンの速度を表す。
【００５７】
故に、この時間期間を監視することにより、ファンの速度が監視されることができる。これは同様にして、ファンの負荷が監視されることを可能にし、この負荷は、マスクが着用されるときは、吸気と呼気との間で異なるが、マスクが着用されてないときは、より一定である。例えば、呼気ファンを例に取ると、呼気中、吐き出される空気流によって、ファンの回転速度が増大し、その結果周波数が高くなる。吸気中、ファンの回転速度は、（呼気に比べ）減少する。
【００５８】
図４は、様々な可能な光強度のパターンを示す。
【００５９】
図４（Ａ）は、光学センサがオフにされ、光学センサの信号が存在しない完全なオフ状態を示す。
【００６０】
図４（Ｂ）は、吸気中の光強度を示す。
【００６１】
図４（Ｃ）は、吸気に比べ速いファンの速度を与えた（例えば、呼気ファン）、呼気中の光強度を示す。
【００６２】
図４（Ｄ）は、（図３の時間期間Ｔの逆数に対応する）周波数が、正常な呼吸中にどのように経時的に変化するかを示す。
【００６３】
本発明は、ファンの自動制御を提供するためにファンの速度情報を利用する。最も基本的な機能は、自動オフ機能又は自動オン機能である。
【００６４】
しかしながら、加えて、ファンの回転の自動調整が呼吸パターン（すなわち、吸気及び呼気）に従って実施されてもよい。さらに、ユーザの活動、例えば、座る、歩く、走る、自転車に乗るに従って、オンデマンド式の空気流の送出が実施されてもよい。
【００６５】
これらの特徴は、消費者に完全にカスタマイズされる経験を提供し、様々なユーザのシナリオの下で、快適さ、十分な空気流及び省電力という消費者のニーズを満たす。
【００６６】
図５は、自動オン機能を説明するために使用される。
【００６７】
時間ｔ０からｔ１まで、ファンはオフであり、マスクは着用されていないので、ファンの回転はない。
【００６８】
ユーザは時間ｔ１からマスクを装着する。ここでユーザの呼吸によりファンの回転が生じる。例えば、ユーザはファンに息を吹き込むことを要求され、ファンの回転が検出され始める。光学センサは定期的に測定を行い、時間ｔ２においてファンの回転が検出される。次いで、ファンはオンにされ、ユーザがファンに息を吹き込むことを必要とせずに持続する。
【００６９】
故に、ファンの自動オン機能は、ファンが稼働していない間（時間ｔ１以前）、ユーザの呼吸により引き起こされるファンの回転を検出することに基づき、ファンがオフにされるとき、不連続な光検出モードが存在する。
【００７０】
この不連続な検出モードは、省電力を提供し、オフ又はスタンバイ状態中に存在する。例えば、センサは、２秒、４秒又はそれ以上のように、数秒毎に目覚める。
【００７１】
図６は、自動オフ機能を説明するために使用される。
【００７２】
時間ｔ０からｔ１まで、ファンはオンであり、マスクが着用される。ファンの回転速度は、ユーザの呼吸パターンに依存するサイクルに従うので、最大周波数ｆｍａｘと最小周波数ｆｍｉｎが存在する。
【００７３】
これは、連続モードとして規定されるマスクの正常な動作を表し、このモードの間、光学センサは、光検出器の光強度の信号を連続的に記録及び処理する。
【００７４】
ユーザは、時間ｔ１でマスクを取り外す。ファンは依然として駆動しているが、ユーザの呼吸により引き起こされるファンの速度の変調はもはや存在しない。この変化が検出され、ファンがオフにされる。
【００７５】
例えば、正常な使用中、例えば４秒、８秒のようなファンの回転サイクルが記録され、このサイクル中の周波数が計算される。このサイクル中のｆｍａｘとｆｍｉｎの最大周波数及び最小周波数が決定される。
【００７６】
次いで、差分値ｆｍａｘ−ｆｍｉｎが、実際の試験に基づいて事前に決定されたしきい値ｆｔｈｒｅｓｈｏｌｄと比較される。
【００７７】
差分値ｆｍａｘ−ｆｍｉｎがしきい値ｆｔｈｒｅｓｈｏｌｄより小さい場合、呼吸が検出されないことを意味し、ＯＦＦ信号が制御器に送られ、ファンをオフにする。
【００７８】
ファンの自動オフ機能は、一定なファンの速度を検出することに基づいている。
【００７９】
上述したように（並びに図４及び図６に最も明確に示されるように）、呼吸パターンはファンの回転速度を変化させる。
【００８０】
これは、呼吸サイクル、すなわち吸入及び呼気のタイミングを検出するために、光学検知が使用されることを意味する。
【００８１】
電子的に切り換えられる出口弁が使用される場合、次いで、呼吸サイクルの相に依存して出口弁２２を制御するために、呼吸サイクルのタイミング情報が使用される。出口弁を制御することに加えて、制御器は、吸入時間又は呼気時間中、ファンをオフにする。
【００８２】
ファンの速度は、ユーザの活動レベルを監視するために使用されてもよい。例えば、光強度パターンの周波数が増加し、ある値に達したとき、ユーザが高強度活動を行っていると判断する。ファンの回転速度は、ユーザの呼吸をさらに補助するために増大されてもよい。
【００８３】
光学センサの光源は、如何なる適切な形態をとることができる。１つの例は、余計な部品コストがないように、既存の光出力インジケータを使用することである。小型で低コストの光検出器も利用可能である。
【００８４】
図２は、ファンを挟んだ光源及び検出器を示すが、よりコンパクトな構成を提供するために、光源及び検出器が同じ側にあるように、反射ファンブレード又はファンブレードに適用される反射パッドが使用されてもよい。
【００８５】
さらなる代替案として、（例えば、ＰＣＢの頂部に取り付けられる）光源からファンブレードの領域に光を送るするために、光ガイドが使用されてもよい。このとき、光検出器は、光を直接検出するか又は反射された光を検出するかの何れか一方である。光ガイドは、ファンブレードの半径方向外側から半径方向内向きの光を送出し、ファンブレードは次いで、その半径方向内向きの光を、（例えばＰＣＢの底側にある）検出器に反射してもよい。光源は、例えばＯＮ表示灯のような他の機能を持ってもよく、光ガイドは、検出光として使用するために、出力光の一部を単に取り出すだけである。
【００８６】
ファンは通例、遠心ファン又は軸流ファンである。
【００８７】
図７は、マスクの動作方法を示し、この方法は、
ステップ７０における、空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を吸い込む、及び／又はファンを用いて前記空気チャンバの内部から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すステップ、
ステップ７２における、前記ファンの回転を検出する、及び回転中に回転速度を検出するステップ、並びに
ステップ７４における、前記検出された回転の分析に基づいて、ファンの自動オン及び／又はオフ機能を実施するステップ
を有する。
【００８８】
前記方法は、
ステップ７６における、経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸サイクルを検出するステップ、及び／又は
ステップ７８における、経時的なファンの速度の変化を検出することに基づいて、ユーザの呼吸周波数を検出し、前記呼吸周波数に依存してファンを制御するステップ
も有する。
【００８９】
本発明は、ファン付きの吸気又は呼気を備える、及びフィルタ膜により形成される空気チャンバ又は密封空気チャンバを備える、多くの異なるマスクデザインに利用されてもよいことが分かる。
【００９０】
故に、上述したような１つのオプションは、例えば排気弁が開いているとき、空気チャンバの内部から空気チャンバ外に空気を吸い出すためだけのファンの使用である。このような場合、呼気中にマスクの容積内への、きれいなろ過された空気の最終的な流れが存在するように、マスクの容積内の圧力は、ファンにより外部大気圧より下に維持される。故に、呼気中はファンにより、及び吸気中（ファンがオフにされるとき）は、ユーザにより低い圧力が引き起こされてもよい。
【００９１】
代替オプションは、周辺環境から空気チャンバ内に空気を吸い込むためだけのファンの使用である。このような場合、ファンは、空気チャンバ内の圧力を増大させるように動作するが、使用中の空気チャンバ内の最高圧力は、特に高圧力補助呼吸が意図されないので、空気チャンバの外部の圧力よりも高い４ｃｍＨ２Ｏ未満を維持する。従って、低出力のファンが使用されてもよい。
【００９２】
全ての場合において、好ましくは、空気チャンバ内の圧力は、外部大気圧より上で、２ｃｍＨ２Ｏ未満、１ｃｍＨ２Ｏ未満、又は０．５ｃｍＨ２Ｏ未満のままである。故に、汚染用マスクは、持続気道陽圧を提供するのに使用するためのものではなく、患者に治療を施すためのマスクではない。
【００９３】
マスクは好ましくは、低電力動作が特に興味があるように、バッテリーで動作される。
【００９４】
上述したように、実施例は、必要とされる様々な機能を実行するために、ソフトウェア及び／又はハードウェアと共に、多数の方法で実施される制御器を利用する。処理器は、必要とされる機能を実行するために、ソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラムされる１つ以上のマイクロプロセッサを用いる制御器の一例である。しかしながら、制御器は、処理器を用いて又は用いずに実施されてもよいし、幾つかの機能を行うための専用のハードウェアと、他の機能を行うための処理器（例えば１つ以上のプログラムされるマイクロプロセッサ及び関連する回路）との組み合わせとして実施されてもよい。
【００９５】
本開示の様々な実施例に用いられる制御器の構成要素の例は、限定ではないが、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む。
【００９６】
様々な実施において、処理器又は制御器は、例えばＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭである揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリのような１つ以上の記憶媒体に関連付けられてもよい。この記憶媒体は、１つ以上の処理器及び／又は制御器上で実行されるとき、必要とされる機能を行う１つ以上のプログラムで符号化されてもよい。様々な記憶媒体は、処理器及び／又は制御器内に取り付けられてもよいし、或いは記憶媒体に記憶される１つ以上のプログラムが処理器又は制御器に読み込まれるように、搬送可能でもよい。
【００９７】
開示される実施例に対する他の変形例は、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、本発明を実施する際に当業者により理解及び実施され得る。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、要素が複数あることを述べなくても、その要素が複数あることを排除するものではない。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、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。請求項における如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年8月18日(2021.8.18)
【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】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
汚染用マスクを制御する非治療的方法において、
ファンを用いて、空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を吸い込む、及び／又は前記空気チャンバの内部から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すステップ、
前記ファンの回転を検出する、及び回転中に回転速度を検出するために光学センサを使用するステップ、並びに
前記検出された回転の分析に基づいて、前記ファンの自動オン及び／又はオフ機能を実施する、及び／又はユーザの呼吸サイクルを検出するステップ
を有する、汚染用マスクを制御する非治療的方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
本発明は、汚染用マスクを制御する非治療的方法も提供し、この方法は、
ファンを用いて、空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を吸い込む、及び／又は前記空気チャンバの内部から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すステップ、
前記ファンの回転を検出する、及び回転中に回転速度を検出するために光学センサを使用するステップ、並びに
前記検出された回転の分析に基づいて、
ファンの自動オン及び／又はオフ機能を実施するステップ、及び／又は
ユーザの呼吸サイクルを検出するステップ
を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
図７は、マスクの動作方法を示し、この方法は、
ステップ７０における、ファンを用いて、空気チャンバの外部から前記空気チャンバ内に空気を吸い込む、及び／又は前記空気チャンバの内部から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すステップ、
ステップ７２における、前記ファンの回転を検出する、及び回転中に回転速度を検出するステップ、並びに
ステップ７４における、前記検出された回転の分析に基づいて、ファンの自動オン及び／又はオフ機能を実施するステップ
を有する。
【国際調査報告】
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