(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスセンサを有し、この炭酸ガスセンサにより雰囲気中及び呼気中の炭酸ガス濃度を検知して、この濃度を示す濃度検知信号を出力する炭酸ガス濃度検知手段と、
前記濃度検知信号を受けて、前記炭酸ガス濃度の増加率が予め定められた基準値よりも小さい値から、この基準値を超えた値へと変化したことを検知することにより前記呼気中の炭酸ガスを分別して、被制御装置を制御するための操作信号を出力する操作信号生成手段と、
前記操作信号に応答して、前記被制御装置のスイッチング操作を行うスイッチング手段と、
前記炭酸ガス濃度の増加率が予め定められた基準値よりも小さい値にあることを検知して、前記操作信号生成手段による前記呼気中の炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する呼気検知準備報知手段と、
を有することを特徴とする呼気スイッチ装置。
【請求項２】
請求項１記載の呼気スイッチ装置において、
前記操作信号生成手段は、前記炭酸ガス濃度の増加率を検出するための微分回路
を有することを特徴とする呼気スイッチ装置。
【請求項３】
請求項２記載の呼気スイッチ装置において、
前記炭酸ガスセンサを内側に収容し、前記呼気を集約する補助装置部と、
前記炭酸ガス濃度検知手段の構成要素のうち前記炭酸ガスセンサ以外の構成要素、前記操作信号生成手段及びスイッチング手段を収容し、前記炭酸ガス濃度検知手段に接続された本体ケース部とを更に有し、
前記呼気検知準備報知手段は、補助装置部の一部に設けられている
ことを特徴とする呼気スイッチ装置。
【請求項４】
請求項２記載の呼気スイッチ装置において、
前記炭酸ガスセンサを内側に収容し、前記呼気を集約する補助装置部と、
前記炭酸ガス濃度検知手段の構成要素のうち前記炭酸ガスセンサ以外の構成要素、前記操作信号生成手段及びスイッチング手段を収容し、前記炭酸ガス濃度検知手段に接続された本体ケース部とを更に有し、
前記呼気検知準備報知手段は、本体ケース部の一部に設けられている
ことを特徴とする呼気スイッチ装置。
【請求項５】
請求項２記載の呼気スイッチ装置において、
前記呼気検知準備報知手段は、表示により前記炭酸ガスの分別の準備が整ったことを表示する準備表示部を有する
ことを特徴とする呼気スイッチ装置。
【請求項６】
請求項２記載の呼気スイッチ装置において、
前記呼気検知準備報知手段は、音により前記炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する音声報知部を有する
ことを特徴とする呼気スイッチ装置。
【請求項７】
請求項２記載の呼気スイッチ装置において、
前記呼気検知準備報知手段は、振動により前記炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する振動報知部を有する
ことを特徴とする呼気スイッチ装置。
【請求項８】
請求項２記載の記載の呼気スイッチ装置において、
前記スイッチング手段に替えて、前記操作信号が形成する信号パターンに対して予め設定された用件を示す用件内容を報知する用件報知手段を有する
ことを特徴とする呼気スイッチ装置。
【請求項９】
請求項８記載の呼気スイッチ装置において、
前記用件報知手段は、前記信号パターンに対して予め設定された用件内容のいずれかを表示する用件表示部を有する
ことを特徴とする呼気スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、呼気を利用して各種のスイッチ操作を行う呼気スイッチ装置に関し、特に、炭酸ガスセンサによる濃度検知出力を微分した結果に基づいてスイッチ操作を行う呼気スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に室内の照明や空調装置の操作等は手動によりスイッチを操作して行われる。しかしこのような操作は、一般の人々にとっては容易なことであるが、例えば、寝たきりの人達にとっては極めて困難なことである。また、両手を使用して作業を行いながら頻繁にスイッチを操作する作業者にとっては、このスイッチ操作は煩わしいばかりでなく、作業能率を低下させることになる。そこで、スイッチに対して息を吹き付けることによりスイッチ制御をする呼気スイッチ装置が知られている。
【０００３】
この種の従来の呼気スイッチ装置は、実開平４−１３４０６１号公報等に示されたものがある。この従来装置では、呼気に含まれる炭酸ガスの濃度検知出力を微分した結果に基づいて各種のスイッチ操作を行うものであるが、微分結果を利用するため誤動作がしばしば発生するという問題があった。以下、図５〜図８を用いてこの問題を説明していく。
【０００４】
図５は、従来の呼気スイッチ装置の一例を示すブロック図である。図５に示すように、この従来の呼気スイッチ装置は、（炭酸ガス）ＣＯ２センサ１０１、センサ駆動回路１０２、センサ出力変換回路１０３、スイッチング回路１０４から構成される。
【０００５】
ＣＯ２センサ１０１は、公知の固体電界型炭酸ガスセンサ等が用いられる。このＣＯ２センサ１０１は、雰囲気中及び呼気中の炭酸ガス濃度を検知して濃度を電圧値で示す濃度検知信号を出力する。センサ駆動回路１０２は、ＡＣ電源等所定電源等を利用して、図示しない電源スイッチオンに応答して、ＣＯ２センサ１０１に含まれるヒータを所定温度に加熱するための加熱回路やＣＯ２センサ１０１に駆動電力を供給する定電圧回路等を有する。センサ出力変換回路１０３は、微分回路を有し、ＣＯ２センサ１０１からの濃度検知信号を微分処理した結果に応じて、操作信号を出力する。スイッチング回路１０４は、センサ出力変換回路１０３からの操作信号を受けると、図示しない照明装置等の被制御装置のオンオフ等のスイッチング操作を行う。
上記ＣＯ２センサ１０１は、呼気を受け付けやすいように例えば、マスク部の内側に実装されており、センサ駆動回路１０２、センサ出力変換回路１０３及びスイッチング回路１０４は、マスク部とリード線で接続されたケースの中に収納されている。
【０００６】
このような構成の従来の呼気スイッチ装置において、ＣＯ２センサ１０１に息が吹きかけられると、ＣＯ２センサ１０１は濃度検知信号を出力する。この濃度検知信号を受けたセンサ出力変換回路１０３は、炭酸ガス濃度が急激に変化したことに応答して、鋭い微分波形を生成し、これによって上記操作信号を出力する。この操作信号を受けたスイッチング回路１０４は、照明装置等の被制御装置のスイッチング操作を行う。
【０００７】
上述のような微分処理結果に基づいて、上記操作信号を生成する方法について、図６及び図７に示すグラフを用いて説明する。図６は、雰囲気中の炭酸ガス濃度が緩やかに変化した場合のセンサ出力及び微分出力の時間特性を示すグラフである。図７は、急激に炭酸ガス濃度が変化した場合のセンサ出力及び微分出力の時間特性を示すグラフである。なお、ここでいうセンサ出力は、前述の濃度検知信号と等価と考えてよい。
【０００８】
雰囲気中の炭酸ガス濃度が緩やかに増大した場合、ＣＯ２センサ１０１によるセンサ出力も、図６のＳＸで示すように緩やかに増大する。このように炭酸ガス濃度は増大するもの、緩やかに増大したセンサ出力ＳＸを受けたセンサ出力変換回路１０３の微分回路は、同図のＣＸで示すように、あまり大きな変化のない微分出力を生成する。
【０００９】
一方、例えば図７のＰＹに示すタイミングで急激に呼気をＣＯ２センサ１０１に吹き付けた場合、同図のＳＹに示すようにセンサ出力は瞬時に増大する。このような急激に増大したセンサ出力ＳＹを受けると、これに応答してセンサ出力変換回路１０３の微分回路は、同図のＣＹで示すように瞬時に大きな変化した微分出力を生成する。
【００１０】
このように炭酸ガス濃度が緩やかに増大した場合及び急激に増大した場合におけるそれぞれの微分出力ＣＸ及びＣＹのパターンに差異が発生する。例えば、適当な微分出力値にスレシュホールドレベルＳ／Ｈを設けることによって、炭酸ガス濃度が緩やかに増大した場合と急激に増大した場合との区別が可能になり、これを利用して上記被制御装置のスイッチング操作を行うことができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示すように不都合が発生する場合がある。図８は、従来の呼気スイッチ装置により発生する問題を説明するための微分出力の時間特性を示すグラフである。
図８において、まずＰＺ１に示すタイミングで急激に呼気をＣＯ２センサ１０１に吹き付けた場合、これに応答してセンサ出力変換回路１０３の微分回路は、同図の期間ＴＺ１における参照番号ＣＺ１で示すように瞬時に大きな変化した微分出力を生成する。この微分出力ＣＺ１は同図に示すように急激に増大してピークに到達した後、逆に急激に減少する。この急激な変化の途中で上記スイッチング操作を行うためのスレシュホールドレベルＳ／Ｈを超えた際に、スイッチング回路１０４は上記操作信号を出力するようにしているので、微分出力ＣＺ１がスレシュホールドレベルＳ／Ｈより小さくなる前のＰＺ２で示すタイミングで呼気をＣＯ２センサ１０１に吹き付けたとしても操作信号は出力されない。使用者は、呼気をＣＯ２センサ１０１に吹き付けたにも関わらず操作信号は出力されないので、例えば、再度、同図のＰＺ３で示すタイミングで呼気をＣＯ２センサ１０１に吹き付けたとしても、このタイミングも微分出力ＣＺ２がスレシュホールドレベルＳ／Ｈより小さくなる前であるので、相変わらず操作信号は出力されないことになる。
【００１２】
この結果、本装置の使用者、特に初心者等は、装置が故障しているのではないか、或いはセンサ機能に問題があるのではないかといった疑念を持ってしまう。また、使い慣れた使用者でさえも、上記センサ出力がスレシュホールドレベルＳ／Ｈより小さいかどうか即座に確認することができないので、数回、呼気を吹き付けてみたり、体感的、経験的に呼気を吹き付けるタイミングを計らなければならなかった。
【００１３】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、センサが上記操作信号出力のための呼気を受け付けることができる準備が整ったことを示す手段を備え、使い勝手を向上させた呼気スイッチ装置を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、炭酸ガスセンサ１１を有し、この炭酸ガスセンサ１１により雰囲気中及び呼気中の炭酸ガス濃度を検知して、この濃度を示す濃度検知信号を出力する炭酸ガス濃度検知手段１と、前記濃度検知信号を受けて、前記炭酸ガス濃度の増加率が予め定められた基準値Ｓ／Ｈよりも小さい値から、この基準値Ｓ／Ｈを超えた値へと変化したことを検知することにより前記呼気中の炭酸ガスを分別して、被制御装置を制御するための操作信号を出力する操作信号生成手段２と、前記操作信号に応答して、前記被制御装置のスイッチング操作を行うスイッチング手段３と、前記炭酸ガス濃度の増加率が予め定められた基準値Ｓ／Ｈよりも小さい値にあることを検知して、前記操作信号生成手段２による前記呼気中の炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する呼気検知準備報知手段５とを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、炭酸ガス濃度検知手段１、操作信号生成手段２、スイッチング手段３及び呼気検知準備報知手段５を有する。炭酸ガス濃度検知手段１は、炭酸ガスセンサ１１により雰囲気中及び呼気中の炭酸ガス濃度を検知して、この濃度を示す濃度検知信号を出力する。この濃度検知信号を受けて操作信号生成手段２は、炭酸ガス濃度の増加率が予め定められた基準値Ｓ／Ｈよりも小さい値から、この基準値Ｓ／Ｈを超えた値へと変化したことを検知することにより呼気中の炭酸ガスを分別して、被制御装置を制御するための操作信号を出力する。そして、この操作信号に応答してスイッチング手段３が、被制御装置のスイッチング操作を行う。特に、呼気検知準備報知手段５は、炭酸ガス濃度の増加率が予め定められた基準値Ｓ／Ｈよりも小さい値にあることを検知して、上記操作信号生成手段２による呼気中の炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図２（Ｂ）に示すように、請求項１記載の呼気スイッチ装置において、前記操作信号生成手段２は、前記炭酸ガス濃度の増加率を検出するための微分回路２１を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、操作信号生成手段２は、炭酸ガス濃度の増加率を検出するために微分回路２１を有しているので、図２（Ｂ）に示すような簡単な回路で、雰囲気中の炭酸ガスと呼気中の炭酸ガスを分別することができるようになる。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図３に示すように、請求項２記載の呼気スイッチ装置において、前記炭酸ガスセンサ１１を内側に収容し、前記呼気を集約する補助装置部７と、前記炭酸ガス濃度検知手段１の構成要素のうち前記炭酸ガスセンサ１１以外の構成要素、前記操作信号生成手段２及びスイッチング手段３を収容し、前記炭酸ガス濃度検知手段１に接続された本体ケース部８とを更に有し、前記呼気検知準備報知手段５は、補助装置部７の一部に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、炭酸ガスセンサ１１を収容する補助装置部７とセンサ以外の構成要素を収容する本体ケース部８とを有しており、呼気検知準備報知手段５は補助装置部７の一部に設けられている。このように、呼気を吹きかけるべき炭酸ガスセンサ１１を収容する補助装置部７に呼気検知準備報知手段５が設けられているので、本呼気スイッチ装置を使用する際、使用者は使用可能かどうかを無理なく認識できる。
【００２０】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図３に示すように、請求項２記載の呼気スイッチ装置において、前記炭酸ガスセンサ１１を内側に収容し、前記呼気を集約する補助装置部７と、前記炭酸ガス濃度検知手段１の構成要素のうち前記炭酸ガスセンサ１１以外の構成要素、前記操作信号生成手段２及びスイッチング手段３を収容し、前記炭酸ガス濃度検知手段１に接続された本体ケース部８とを更に有し、前記呼気検知準備報知手段５は、本体ケース部８の一部に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、炭酸ガスセンサ１１を収容する補助装置部７とセンサ以外の構成要素を収容する本体ケース部８とを有しており、呼気検知準備報知手段５は本体ケース部８の一部に設けられている。本体ケース部８には、炭酸ガスセンサ１１以外の構成要素、すなわち、炭酸ガス濃度の増加率を検出する操作信号生成手段２も収容されているので、この増加率に基づいて準備報知をする呼気検知準備報知手段５を同様に本体ケース部８に設けることは、両手段の接続線が短くなったり、又は不要になりして構成がシンプルになる。また、補助装置部７も軽量になり使い勝手が更に向上する。
【００２２】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項２記載の呼気スイッチ装置において、前記呼気検知準備報知手段５は、表示により前記炭酸ガスの分別の準備が整ったことを表示する準備表示部５１を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、呼気検知準備報知手段５は表示により炭酸ガスの分別の準備が整ったことを表示する準備表示部５１を有するので、直感的、視覚的に準備が整ったことを認識できるようになる。
【００２４】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項２記載の呼気スイッチ装置において、前記呼気検知準備報知手段５は、音により前記炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する音声報知部５２を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明によれば、呼気検知準備報知手段５は音により炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する音声報知部５２を有するので、目の不自由な使用者や一点に作業を集中していてそこから目が離せない使用者にとって本発明は特に有効となる。
【００２６】
上記課題を解決するためになされた請求項７記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項２記載の呼気スイッチ装置において、前記呼気検知準備報知手段５は、振動により前記炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する振動報知部５３を有することを特徴とする。
【００２７】
請求項７記載の発明によれば、呼気検知準備報知手段５は、振動により炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する振動報知部５３を有するので、耳や目の不自由な使用者や大きな騒音の中で作業中の使用者にとって本発明は特に有効となる。
【００２８】
上記課題を解決するためになされた請求項８記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項２記載の記載の呼気スイッチ装置において、前記スイッチング手段３に替えて、前記操作信号が形成する信号パターンに対して予め設定された用件を示す用件内容を報知する用件報知手段６を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項８記載の発明によれば、スイッチング手段３に替えて、操作信号が形成する信号パターンに対して予め設定された用件を示す用件内容を報知する用件報知手段６を有するので、呼気により意志伝達する際の呼気を吹き付けるタイミングが的確に認識できるようになる。この結果、呼気により意志伝達する本装置の使い勝手がよくなる。
【００３０】
上記課題を解決するためになされた請求項９記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項８記載の呼気スイッチ装置において、前記用件報知手段６は、前記信号パターンに対して予め設定された用件内容のいずれかを表示する用件表示部６１を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項９記載の発明によれば、用件報知手段６は、信号パターンに対して予め設定された用件内容のいずれかを表示する用件表示部６１を有するので、視覚により遠方にいる人にも、呼気を利用して意志伝達することができるようになる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明の呼気スイッチ装置の実施形態の概要を図１を基本にして、図２、図６及び図７を参照しながら説明する。図１は、本発明の呼気スイッチ装置の実施形態を示すブロック図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１で示す実施形態に用いられる炭酸ガスセンサ及び微分回路の具体例を示す。図６及び図７は前述した通りである。
【００３３】
図１に示すように、本呼気スイッチ装置は、炭酸ガス濃度検知手段１、操作信号生成手段２、スイッチング手段３、呼気検知準備報知手段５、及び用件報知手段６を有し、スイッチング手段３には被制御装置４が接続される。
【００３４】
上記炭酸ガス濃度検知手段１は、ＣＯ２センサ１１及びセンサ駆動回路１２を有している。ＣＯ２センサ１１は、例えば上記実開平４−１３４０６１号公報に開示されている公知の固体電界型炭酸ガスセンサ等を用いることができる。このＣＯ２センサ１１について説明を加えると、図２（Ａ）に示すように、ベース１１２を貫通して４本のリード線が固定され、一対のヒータ端子１１３と出力端子１１４とが設けられ、これに取り付けられたセンサ素子が金網１１１で覆われたような構成になっている。センサ駆動回路１２は、ＡＣ電源等所定電源を利用して、後述の電源スイッチのオンに応答して、ＣＯ２センサ１１に含まれるヒータを所定温度に加熱するための加熱回路やＣＯ２センサ１１に駆動電力を供給する定電圧回路等を含む。上記ＣＯ２センサ１１からの出力信号は図示しない検知回路を介して、炭酸ガス濃度を電圧値で示す濃度検知信号として出力される。
【００３５】
操作信号生成手段２は微分回路２１を有し、この微分回路２１により生成される微分出力に基づき操作信号を生成する。この微分回路２１は、例えば図２（Ｂ）に示すように、コンデンサＣ、抵抗Ｒからなり、入力された濃度検知信号はこの微分回路２１を通り、応答性のよい呼気の濃度検知信号は、図７のＣＹで示したような鋭いパルス波形に成形され、これが入力された時だけその呼気に対応した操作信号が出力される。すなわち、上記炭酸ガス濃度検知手段１からの濃度検知信号に応答して微分回路２１が生成する微分出力に基づき、操作信号生成手段２は炭酸ガス濃度の増加率が予め定められた基準値（後述のＳ／Ｈに相当）よりも小さい値から、この基準値を超えた値へと変化したことを検知することにより呼気中の炭酸ガスを分別して、被制御装置４を制御するための操作信号を出力する。この操作信号に関しては、後で再度説明する。
【００３６】
上述のように、炭酸ガス濃度の増加率を検出するために微分回路２１を用いるようにしているので、図２（Ｂ）に示すような簡単な回路で、雰囲気中の炭酸ガスと呼気中の炭酸ガスを分別することができるようになる。
【００３７】
スイッチング手段３は、操作信号生成手段２からの操作信号を受ける毎に、照明装置４１等の被制御装置のオンオフ等のスイッチング制御を行うスイッチング回路３１を有している。このスイッチング手段３は、被制御装置４にスイッチング制御線８３を介して接続される。
【００３８】
被制御装置４は、例えば照明装置４１及び空調装置４２であり、上記スイッチング手段３にスイッチング制御線８３を介して接続される。これらの被制御装置４は、既成の装置であり上記スイッチング手段３によりオンオフ等の制御が行われる。
【００３９】
呼気検知準備報知手段５は、準備表示部５１、音声報知部５２及び／又は振動報知部５３を有している。この呼気検知準備報知手段５は、上記操作信号生成手段２における炭酸ガス濃度の増加率が予め定められた基準値よりも小さい値にあることを検知して、操作信号生成手段２による呼気中の炭酸ガスを分別の準備が整ったことを報知するものである。準備表示部５１は、上記呼気中の炭酸ガスを分別の準備が整ったことを表示により報知するもので、例えば、ＬＥＤの点灯や点滅、ＬＣＤ装置等が挙げられる。音声報知部５２は上記呼気中の炭酸ガスを分別の準備が整ったことを音により報知するもので、例えば、ブザー音や予め録音された音声等が挙げられる。振動報知部５３は上記呼気中の炭酸ガスを分別の準備が整ったことを振動により報知するもので、例えば、身体に取り付けられたバイブレータ装置等、触覚で準備が整ったことを確認できるものであればよい。これら準備表示部５１、音声報知部５２及び振動報知部５３はこのうちのいずれかひとつでもよいし、併用してもよい。
なお、この呼気検知準備報知手段５に関しては、図４を用いて再度説明する。
【００４０】
上述のように準備表示部５１により、直感的、視覚的に準備が整ったことを認識できるようになる。また、音声報知部５２は、目の不自由な使用者や一点に作業を集中していてそこから目が離せない使用者にとって特に有効となる。更に振動報知部５３は、耳や目の不自由な使用者や大きな騒音の中で作業中の使用者にとって特に有効となる。
【００４１】
用件報知手段６は、上記操作信号生成手段２からの操作信号が形成する信号パターンに対して予め設定された用件を示す用件内容を報知するもので、表示によりその用件内容をいずれかを報知する用件表示部６１を有する。すなわち、使用者は呼気により複数の信号パターンを発生させ、用件内容を報知させる。用件表示部６１は、例えば、「ありがとうございます」、「トイレ」、「誰かを呼んで下さい」等、用件を示す各パネル及び各パネルに対応してＬＥＤ、並びに操作信号に応答したＬＥＤ点灯制御を行う。そして、例えば、用件報知手段６は、操作信号を１分以内に１回検出した際には「ありがとうございます」に対応するＬＥＤを点灯させ、同２回検出した際には「トイレ」に対応するＬＥＤを点灯させ、同３回以上検出した際には「誰かを呼んで下さい」に対応するＬＥＤを点灯させるようにする。このような用件表示は、音声によって行ってもよい。
【００４２】
なお、上述の操作信号生成手段２、呼気検知準備報知手段５及び用件報知手段６において行われる必要な各制御は、本装置に実装されるＲＯＭ、ＲＡＭを含むマイコン（不図示）で実現される。
【００４３】
上記用件報知手段６は、構成及び制御をシンプルにするために、前述したスイッチング手段３の替わりに操作信号生成手段２に接続するようにしてもよいし、多少、構成及び制御が複雑になるが、操作信号に応答する各用件報知とスイッチング操作を区別するための信号パターンを予め取り決めておくことによって、用件表示部６１及びスイッチング手段３を併用することもできる。
【００４４】
上述のように、操作信号が形成する信号パターンに対して予め設定された用件を示す用件内容を報知する用件報知手段６を操作信号生成手段２に接続するようにすると、呼気により意志伝達する際の呼気を吹き付けるタイミングが的確に認識できるようになる。この結果、本装置で呼気により意志伝達する際の使い勝手がよくなる。また、この意志伝達をするために用件内容のいずれかを表示する用件表示部６１を用いることにより、視覚により遠方にいる人にも、正確に意志伝達することができるようになる。
【００４５】
上述のような構成の呼気スイッチ装置において、炭酸ガス濃度検知手段１のＣＯ２センサ１１に息が吹きかけられると、ＣＯ２センサ１１は濃度検知信号を出力する。この濃度検知信号を受けた操作信号生成手段２では、その微分回路２１が炭酸ガス濃度が急激に変化したことに応答して、鋭い微分波形を生成し、これによって上記操作信号が出力される。この操作信号を受けたスイッチング手段３は、照明装置４１等の被制御装置のスイッチング操作を行う。
また、呼気検知準備報知手段５は、操作信号生成手段２における炭酸ガス濃度の増加率が予め定められた基準値よりも小さい値にあることを検知して、上記操作信号生成手段２による呼気中の炭酸ガスを分別の準備が整ったことを準備表示部５１等により報知する。
更に、用件報知手段が操作信号生成手段２に接続されている場合には、操作信号が形成する信号パターンに対して予め設定された用件を示す用件内容が用件表示部６１により報知される。
【００４６】
上記手段１、２、３、５及び６、並びに装置４の実際的な配置例を、次の図３を用いて説明する。図３は、本発明の呼気スイッチ装置の実施形態を示す概観図である。図３に示すように本実施形態の呼気スイッチ装置は、補助装置部７、本体ケース部８、及びこれらを接続するアーム部９を含んで構成される。
【００４７】
上記補助装置部７は、おわん型で、軽量で弾力性のあるゴム又はプラスティックの成形により作られており、一端側は使用者の鼻及び口に対応する開口部、これに対向する他端側は縮径部を有する略漏斗状に形成されている。この補助装置部７の内側には、上記縮径部に支持され、炭酸ガスを検知するＣＯ２センサ１１が配置されている。このＣＯ２センサ１１は、図２（Ａ）において説明したようにセンサ素子が網で覆われており、呼気を供給しやすいように使用者の口に対応する位置に配置されている。また、このＣＯ２センサ１１に隣接した補助装置部７の内側には、ＬＥＤランプ装置５１Ａが配置されている。このＬＥＤランプ装置５１Ａは、図１で説明した呼気検知準備報知手段５の準備表示部５１の一例に相当するもので、呼気中の炭酸ガスを分別の準備が整ったことをＬＥＤの点灯又は点滅等によって報知するものである。またこの補助装置部７と本体ケース部８とはアーム部９によって接続されたアームスタンド型をしている。このアーム部９は、補助装置部７が回転可能で、横方向に変移可能、曲げ変移可能な、例えば公知のフレキシブルチューブにより形成される。このアーム部９は、機械的に補助装置部７を任意の位置に変位させて固定する他、内部に補助装置部７と本体ケース部８とを電気的に接続するリード線等を収容する。
なお、上記のように補助装置部７は本体ケース部８に直接接続される他、専用の補助装置固定部に上記のようなフレキシブルチューブを介して接続するようにしてもよい。さらに、この補助装置固定部としてベッドなどに固定できるクリップ部を用いるようにしてもよい。
【００４８】
一方、本体ケース部８は、例えば、金属製又はプラスティック製の箱状をしており、内部に、上記ＣＯ２センサ１１のセンサ駆動回路１２、操作信号生成手段２及びスイッチング手段３を構成する回路等を収容している。そして、本体ケース部８の一面には、電源スイッチ８１、オンオフモニタ用ＬＥＤ８４、ＬＥＤランプ装置５１Ｂ、スピーカ５２Ａが配置されている。上記電源スイッチ８１は、電灯線等から供給される所定電源を各回路に供給するための公知のスイッチであり、スイッチ８１がオンされるとその上部に配置されたオンオフモニタ用ＬＥＤ８４が点灯し、オフされると消灯する。ＬＥＤランプ装置５１Ｂは、図１で説明した呼気検知準備報知手段５の準備表示部５１の一例に相当するもので、呼気中の炭酸ガスを分別の準備が整ったことをＬＥＤの点灯又は点滅等によって報知するものである。この本体ケース部８のＬＥＤランプ装置５１Ｂは、上述のようにＬＥＤランプ装置５１Ａが補助装置部７に配置されている場合には必ずしも必要ではないが、より正確に準備確認するために両部位にＬＥＤランプ装置を併設するようにしてもよい。このＬＥＤランプ装置５１Ｂの隣に配置されるスピーカ５２Ａは、図１で説明した呼気検知準備報知手段５の音声報知部５２の一例に相当するもので、呼気中の炭酸ガスを分別の準備が整ったことを音声によって報知するものである。このスピーカ５２Ａも、単独で配置してもよいし、ＬＥＤランプ装置５１Ａ及び５１Ｂと併設するようにしてもよい。
【００４９】
例えば、電源スイッチ８１がオンされていて、呼気検知準備が整っている時にはＬＥＤランプ装置を点灯させ、整っていない時にはＬＥＤランプ装置を消灯するようにする。また、電源スイッチ８１がオンされていて、呼気検知準備が整っていない時にはスピーカ５２Ａから「準備ができていません」等の音声を発生させたり、ブザー音を発生させるようにする。
【００５０】
また、本体ケース部８の背面からは、ＡＣ電源プラグ付電源線８２、スイッチング制御線８３が出ている。ＡＣ電源プラグ付電源線８２は、背面から出る電源線及びこれに接続され本呼気スイッチ装置を構成する各電気回路に電源を供給するための基本電源となるＡＣ電源に接続されるＡＣ電源プラグを有する。スイッチング制御線８３は、本体ケース部８の背面から出て前述の操作信号を被制御装置４に伝送する線である。このスイッチング制御線８３の一端は、図１で説明した被制御装置４が接続される。また、この図３には示していないが、図１で説明したように本実施形態に用件報知手段６を用いる場合には、用件報知手段６に接続される電線が同じく背面から出る。更に、図１で説明したように呼気検知準備報知手段５として振動報知部５３を有する場合には、この振動報知部５３に接続される電線が同じく背面から出ることになる。
【００５１】
上記アーム部９に収容されているリード線は、本体ケース部８と補助装置部７とを電気的に接続する。例えば、このリード線は、本体ケース部８に収容されるセンサ駆動回路１２から補助装置部７に収容されるＣＯ２センサ１１に対してセンサ駆動電源やヒータ電源を供給したりする電源線や、逆にＣＯ２センサ１１から濃度検出信号を本体ケース部８に収容される操作信号生成手段２に供給するための伝送線等を含むものである。
【００５２】
使用者は、ベッド脇などの所定場所に本呼気スイッチ装置を設置し、スイッチ操作の必要時にはＣＯ２センサ１１からやや離れたところから、ＣＯ２センサ１１に呼気を吹き付ける。
【００５３】
上述のように、ＬＥＤランプ装置５１Ａを補助装置部７の一部に設けることにより、使用者は本装置が使用可能かどうかを無理なく認識できる。これは、身体が自由に動かせない寝たきりの人や特殊作業中の人々が使用する際に特に有効となる。また、ＬＥＤランプ装置５１Ｂを本体ケース部８の一部に設けることにより、本装置の構成がシンプルになる。すなわち、本体ケース部８には、ＣＯ２センサ１１以外の構成要素、すなわち、炭酸ガス濃度の増加率を検出する微分回路等も収容されているので、これにＬＥＤランプ装置５１Ｂを近接させて設けることにより接続線が短くなったり、又は不要になりして装置構成がシンプルになる。また、補助装置部７も軽量になり使い勝手が更に向上する。
【００５４】
なお、本呼気スイッチ装置を構成する各電気回路は、電池によって必要な電源を得るようにしてもよい。この場合には、上記ＡＣ電源プラグ付電源線８２は不要になる。
【００５５】
最後に図４を用いて、上記呼気検知準備報知手段の報知制御について説明する。図４は、本実施形態において呼気検知準備報知をする際に利用される微分出力の時間特性を示すグラフである。
【００５６】
操作信号生成手段２の微分回路２１は、ＣＯ２センサ１１からの濃度検知信号を微分処理した結果である電圧値を微分出力として出力する。例えば、図４に示すように、Ｐ１に示すタイミングで急激に呼気をＣＯ２センサ１１に吹き付けた場合、これに応答して微分回路２１は同図に示すような瞬時に大きな変化した微分出力を生成して電圧値として出力する。このような呼気に基づいて生成される微分出力は、同図に示すように急激に増大してピークに到達した後、逆に急激に減少する独特の波形を有する。
【００５７】
この微分出力に基づいて、呼気検知準備報知手段５は報知制御を行う。すなわち、呼気検知準備報知手段５はその微分回路が生成した微分出力を示す電圧値を図４に示すようなスレシュホールドレベルＳ／Ｈと比較することによって、準備表示部５１、音声報知部５２及び／又は振動報知部５３を駆動制御する。このスレシュホールドレベルＳ／Ｈは、操作信号生成手段２で上記操作信号を生成する基準とするため予め設定された電圧値である。本実施形態では図４のｔ１で示すように、このスレシュホールドレベルＳ／Ｈを超えたタイミングで上記操作信号が生成されるようにしている。
【００５８】
図４の微分出力波形に示すように、Ｔ０で示す期間では微分出力はスレシュホールドレベルＳ／Ｈを下回っているので、呼気検知準備報知手段５は、その準備表示部５１、音声報知部５２及び／又は振動報知部５３により呼気受信準備可能状態であることを報知すべく駆動制御する。また、呼気検知準備報知手段５は、その微分回路が生成した微分出力から、図４に示す時刻ｔ１においてこの微分出力がスレシュホールドレベルＳ／Ｈを超えたことを検出してから、時刻ｔ２においてこの微分出力が再びスレシュホールドレベルＳ／Ｈを下回るまでの期間Ｔ１では、準備表示部５１、音声報知部５２及び／又は振動報知部５３を呼気受信準備不可能状態であることを報知すべく駆動制御する。更に、図４に示す時刻ｔ２において上記微分出力が再びスレシュホールドレベルＳ／Ｈを下回った後の期間Ｔ２では、呼気検知準備報知手段５は再び、準備表示部５１、音声報知部５２及び／又は振動報知部５３を呼気受信準備可能状態であることを報知すべく駆動制御する。
【００５９】
なお、スイッチング手段３のスイッチング回路３１の動作を図４を用いて説明すると、時刻ｔ１において、操作信号生成手段２から被制御装置４をオン制御するための操作信号が生成されるので、これに応答してスイッチング回路３１は、被制御装置４をオンにするように制御する。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態によれば、呼気検知準備報知手段５によって、呼気中の炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知するようにしているので、従来のように、無理に呼気を吹き付けたり、装置故障に疑念を抱くことがなくなり、使い勝手が向上する。これは初心者や寝たきりの人達にとっても無駄な動作が不要になり非常に有効となる。
【００６１】
なお、上記実施形態では、操作信号生成手段２の微分回路２１の微分出力に応答して、呼気検知準備報知手段５が準備表示部５１、音声報知部５２及び振動報知部５３を制御するようにしているが、操作信号生成手段２から直接的に、準備表示部５１、音声報知部５２及び振動報知部５３を制御するようにしてもよい。また、操作信号生成手段２及び呼気検知準備報知手段５を一体化して、これに両手段の機能を持たせるようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、呼気検知準備報知手段５によって、呼気中の炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知するようにしているので、従来のように、無理に呼気を吹き付けたり、装置故障に疑念を抱くことがなくなり、使い勝手が向上する。
【００６３】
請求項２記載の発明によれば、操作信号生成手段２は、炭酸ガス濃度の増加率を検出するために微分回路２１を有しているので、図２（Ｂ）に示すような簡単な回路で、雰囲気中の炭酸ガスと呼気中の炭酸ガスを分別することができるようになる。
【００６４】
請求項３記載の発明によれば、呼気を吹きかけるべき炭酸ガスセンサ１１を収容する補助装置部７に呼気検知準備報知手段５が設けられているので、本呼気スイッチ装置を使用する際使用者は使用可能かどうかを無理なく認識できる。これは、身体が自由に動かせない寝たきりの人や特殊作業中の人々が使用する際に特に有効となる。
【００６５】
請求項４記載の発明によれば、炭酸ガスセンサ１１を収容する補助装置部７とセンサ以外の構成要素を収容する本体ケース部８とを有しており、呼気検知準備報知手段５は本体ケース部８の一部に設けられている。本体ケース部８には、炭酸ガスセンサ１１以外の構成要素、すなわち、炭酸ガス濃度の増加率を検出する操作信号生成手段２も収容されているので、この増加率に基づいて準備報知をする呼気検知準備報知手段５を同様に本体ケース部８に設けることは、両手段の接続線が短くなったり、又は不要になりして構成がシンプルになる。また、補助装置部７も軽量になり使い勝手が更に向上する。
【００６６】
請求項５記載の発明によれば、呼気検知準備報知手段５は表示により炭酸ガスの分別の準備が整ったことを表示する準備表示部５１を有するので、直感的、視覚的に準備が整ったことを認識できるようになる。
【００６７】
請求項６記載の発明によれば、呼気検知準備報知手段５は音により炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する音声報知部５２を有するので、目の不自由な使用者や一点に作業を集中していてそこから目が離せない使用者にとって本発明は特に有効となる。
【００６８】
請求項７記載の発明によれば、呼気検知準備報知手段５は、振動により炭酸ガスの分別の準備が整ったことを報知する振動報知部５３を有するので、耳や目の不自由な使用者や大きな騒音の中で作業中の使用者にとって本発明は特に有効となる。
【００６９】
請求項８記載の発明によれば、スイッチング手段３に替えて、操作信号が形成する信号パターンに対して予め設定された用件を示す用件内容を報知する用件報知手段６を有するので、呼気により意志伝達する際の呼気を吹き付けるタイミングが的確に認識できるようになる。この結果、呼気により意志伝達する本装置の使い勝手がよくなる。
【００７０】
請求項９記載の発明によれば、用件報知手段６は、信号パターンに対して予め設定された用件内容のいずれかを表示する用件表示部６１を有するので、請求項８記載の発明の効果に加えて、視覚により遠方にいる人にも、呼気を利用して意志伝達することができるようになるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の呼気スイッチ装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１の実施形態に用いられる炭酸ガスセンサの概要斜視図及び微分回路の回路図である。
【図３】本発明の呼気スイッチ装置の実施形態を示す概観図である。
【図４】呼気検知準備報知をする際に利用される微分出力の時間特性を示すグラフである。
【図５】従来の呼気スイッチ装置の基本構成を示すブロック図である。
【図６】雰囲気中の炭酸ガス濃度が緩やかに変化した場合のセンサ出力及び微分出力の時間特性を示すグラフである。
【図７】急激に炭酸ガスが濃度変化した場合のセンサ出力及び微分出力の時間特性を示すグラフである。
【図８】従来の呼気スイッチ装置により発生する問題を説明するための微分出力の時間特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  炭酸ガス濃度検知手段
２  操作信号生成手段
３  スイッチング手段
４  被制御装置
５  呼気検知準備報知手段
６  用件報知手段
７  補助装置部
８  本体ケース部
９  アーム部
１１  （炭酸ガス）ＣＯ２センサ
１２  センサ駆動回路
２１  微分回路
３１  スイッチング回路
４１  照明装置
４２  空調装置
５１  準備表示部
５１Ａ、５１Ｂ  ＬＥＤランプ装置
５２  音声報知部
５２Ａ  スピーカ
５３  振動報知部
６１  用件表示部
８１  電源スイッチ
８２  ＡＣ電源プラグ付電源線
８３  スイッチング制御線
８４  オンオフモニタ用ＬＥＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003831192.tif 000008
【図８】
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