JP2022537651A - 汚染検知を備える汚染用マスク - Google Patents

Abstract

汚染用マスクは、ユーザの呼吸サイクルの吸気及び呼気部分の検出を含む。粒子又は汚染センサは、空気チャンバ内で検知し、検知結果を提供するために使用される。検知結果は、複数の吸気部分又は呼気部分に関して組み合わされ、組み合わせた検出結果を得る。これは、正確な検知結果を得るために、吸気部分間のみ又は呼気部分間のみの十分な検知時間期間を可能にする。

Description

本発明は、汚染用マスクに関し、特に、汚染検知を組み込んだマスクに関する。

世界保健機関（ＷＨＯ）は、毎年４００万人が大気汚染を原因に死亡していると推定している。この問題の一部は、都市の外気の質である。最も悪いクラスは、推奨されるレベルの１０倍を超える年間汚染レベルであ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、パリ及びベルリンのようなヨーロッパの都市においても、ＷＨＯが推奨するレベルよりも高い。

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、きれいな空気を供給するマスクを着用することである。

最も基本的な受動マスクは、外壁を有し、この外壁は、マスクが着用されるとき、外壁とユーザの顔との間に空気チャンバを画定する。フィルタは、空気チャンバと、この空気チャンバの外側にある周囲環境との間に境界を形成する。従って、ユーザは、フィルタを介して呼吸をする。

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加えられる。これらのファンは、使用中にスイッチが入り、通常は一定の電圧で使用される。効率及び寿命を理由に、これらファンは通常、電気整流されるブラシレスＤＣファンである。

電動マスクを使用している着用者の利点は、従来の非電動マスクにおけるフィルタの抵抗に対抗して吸気をすることにより引き起こされる僅かな負担から肺が解放されることである。

その上、従来の受動（非電動）マスクにおいて、吸気は、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入ることにつながり、これら汚染物質が有毒物質である場合、この漏れは危険であることが分かる。電動マスクは、安定した空気の流れを顔に送出し、例えば、如何なる漏れも内向きではなく外向きになることを保証するために、呼気弁の抵抗により決定されるわずかな正圧を与える。

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、吸気及び呼気のシーケンス中、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、又は電気効率を向上させるために使用される。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。

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、圧力及び圧力変動の両方がファンを制御するために使用される。

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、そのセンサの測定値に依存して変化する。例えば、圧力センサの測定値は、ユーザの呼吸サイクルを検出するために使用され、ファンは、この呼吸サイクル内の段階に依存して制御される。

マスク内の圧力を監視するための圧力センサの代替案がある。ＷＯ２０１８／２１５２２５号は、ファンの回転速度が圧力測定の代理として使用されるマスクを開示している。圧力又は圧力変化は、ファンの回転速度に基づいて決定される。この圧力情報を使用して、ユーザの呼吸パターンがトラッキングされる。

マスクが着用されているとき、フィルタが働き、期待通りに大気汚染を取り除くように正しく機能していることを示すために、マスク内の空気の質を検知したいという要望がある。

従って、マスク内に汚染用センサを組み込むことが望ましいことが知られている。しかしながら、マスク内において、空気は、（フィルタを介して肺に入る）吸気と呼気とを交互に入れ替える。呼吸サイクルの持続時間は、例えば、４秒（座っている）から２秒（走っている）の間の範囲である。

マスク内の経時的な平均汚染レベルは、ある程度の関心がある。しかしながら、汚染の検知は、特に吸気（及び／又は呼気）により関心がある。従って、呼吸サイクルの選択される部分、例えば吸気中にのみ汚染の検知を可能にすることが望ましい。多くのセンサは、安定した検知信号に達するために幾らかの時間（例えば、幾つかの種類の光学式粒子センサは１０秒）を要する。これは、物理的な検出プロセスによるものではなく、信頼性のある結果を与えるのに十分なサンプルを持つためである。

マスクの場合、１回の吸気又は呼気サイクルの時間では、安定した読み取り値を与えるのに十分ではない。従って、ユーザの呼吸サイクルに関連付けられる検出を提供するという問題が依然としてある。

ＵＳ２０１８／０３２５４２２号は、吸気及び／又は呼気の特性を収集するためのセンサを備える空気ろ過及び分析システムを開示している。このセンサは、吸気及び呼気の時間に基づいてゲート制御される検知ウィンドウを持つ。ＣＮ１０４９２２８２２は、汚染検出を備えるマスクを開示している。

本発明は、請求項により規定される。

本発明の一態様による例によれば、
マスクが着用されるとき、外壁とユーザの顔との間に空気チャンバを画定する前記外壁、
前記空気チャンバと、当該空気チャンバの外側にある周囲環境との間に境界を形成するフィルタ、
前記ユーザの呼吸サイクルの吸気及び呼気部分を検出するための検出回路、
前記空気チャンバ内で検知し、検知結果を提供するための粒子又は汚染用センサ、
タイマー、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、
前記タイマーを使用して、複数の吸気部分を組み合わせた持続時間を測定し、前記検出回路から、前記複数の吸気部分に関して検知結果を組み合わせ、及び目標とする組み合わせた持続時間の組み合わせた吸気の検知結果を得る、及び／又は
前記タイマーを使用して、複数の呼気部分を組み合わせた持続時間を測定し、前記検出回路から、前記複数の呼気部分に関して検知結果を組み合わせ、及び目標とする組み合わせた持続時間の組み合わせた呼気の検知結果を得る
ように適応する。

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。マスクは、如何なる形態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って）快適さを提供するのを支援する、及び／又はユーザによる多大な追加の呼吸努力を必要とすることなく、フィルタを横断する流れを提供するのを支援することを意図している。マスクは、ユーザがマスクを着用しない状態と比較して、呼吸支援全般を施さない。

この汚染用マスクは、吸気サイクル又は呼気サイクルの何れか一方から十分なデータが得られ、組み合わせて単一の読み取り値となるように、複数の呼吸サイクルにわたりデータをサンプリングする粒子又は汚染用センサを持つ。目標とする検知ウィンドウの持続時間に達したとき、十分なデータが得られる。必要とされる呼吸サイクル数は、例えば、各呼吸サイクルの持続時間に依存し、より速い呼吸にはより多くの呼吸サイクルが必要である。

組み合わせたとしても、吸気部分及び呼気部分は、依然として、呼吸時間全体の一部にしか及んでいない。各呼吸サイクルに対し、吸気部分及び呼気部分が得られる。完全な呼吸サイクルは、吸気及び呼気部分からなるが、これらの部分間の遷移中、吸気／呼気の混合がある。従って、サンプリングは、これらの遷移相に対応する時間期間を除外し、各相の中心（コア）となる間の空気のみをサンプリングする。

マスクは、例えば、空気チャンバの外側から空気チャンバ内に空気を吸い込む、及び／又は空気チャンバ内から空気チャンバの外側に空気を吸い出すファンをさらに有する。従って、本発明は、アクティブマスクに適用されてもよい。このマスクは、例えば、この情報がファンの制御に使用されるので、ユーザの呼吸サイクルの吸気及び呼気部分を検出するための検出回路を既に含んでいる。例えば、電力を節約するために、ファンの速度は、ユーザの呼吸サイクルと同期して制御されてもよい。ファンは、例えば、吸気中又は呼気中にオフにされてもよい。従って、本発明は、わずかな追加のオーバーヘッドで実施されることができる。

前記検出回路は、例えば、空気チャンバ内の圧力（及び特に、周囲圧力に対する圧力）に基づいて、吸気及び呼気部分を検出するためのものである。この圧力は、呼気中は増大し、吸気中は減少する。

前記検出回路は、キャビティ圧力センサ又は差圧センサのような圧力センサを有する。

その代わりに、ファンの速度が圧力測定の代理として使用されるように、前記検出回路は、ファンの回転速度を決定する手段、及びこのファンの回転速度から空気チャンバと周囲環境との間の圧力を得るように適応する制御器を有してもよい。

このようにして、（チャンバ内に空気を吸い込む、及び／又はチャンバから空気を排出するファンの）ファン速度が、圧力測定の代理として使用される。ファンの速度を測定するために、追加のセンサが必要とされないように、ファン自身が使用されてもよい。前記チャンバは、通常の使用において閉鎖されているので、チャンバ内の圧力変動は、ファンの負荷条件に影響を与え、故にファンの電気的特性を変更する。これは、別個の圧力センサの必要がない。

一例において、ファンは、電子整流されたブラシレスモーターにより駆動し、回転速度を決定する手段は、モーターの内部センサを有する。そのようなモーターに前記内部センサが既に設けられ、モーターの回転を可能にする。このモーターは、内部センサの出力が供給される出力ポートを持つこともできる。従って、回転速度を決定するのに適切な信号を搬送するポートがある。

その代わりに、回転速度を決定する手段は、ファンを駆動させるモーターへの電気供給上のリップルを検出するための回路を有する。このリップルは、モーターのコイルを流れる電流を切り替えることにより生じ、これは、入力電圧源の有限インピーダンスの結果として、供給電圧に誘起される変化を引き起こす。

前記ファンは、２線式のファンであり、リップルを検出する回路は、ハイパスフィルタを有する。適切なファン速度の出力を未だ持たないモーターに必要とされる追加の回路が、最小限に抑えることができる。

制御器は、
複数の呼吸サイクル中、連続的に検知結果を収集し、並びに
複数の吸気部分に関する前記検知結果のサブセットを作成し、組み合わせた吸気検知結果を得る、及び／又は
複数の呼気部分に関する前記検知結果のサブセットを作成し、組み合わせた呼気検知結果を得る
ように適応する。

従って、実際には、前記センサは、連続的に測定し、検知結果は後処理され、呼吸サイクルに関連付けられるサンプルを作る。

その代わりに、前記制御器は、
複数の吸気部分に対応する選択された時間に検知を行い、組み合わせた吸気検知結果を得る、及び／又は
複数の呼気部分に対応する選択された時間に検知を行い、組み合わせた呼気検知結果を得る、
ように適応する。

この場合、選択された時間外は、センサは、オフにされてもよいし又は空気流から隔離されてもよい。

制御器は、
下方圧力しきい値を実施し、この下方しきい値より下の吸気部分が識別される、及び／又は
上方圧力しきい値を実施し、この上方しきい値より上の呼気部分が識別される
ように適応されてもよい。

従って、吸気及び呼気は、圧力しきい値に基づいて検出される。

ある組の例おいて、下方及び／又は上方圧力しきい値は、呼吸速度に依存して設定される。（例えば、運動中の）より速い呼吸は、一般的に大きな圧力スイングを伴うより深い呼吸である。従って、異なる運動レベルに対し、異なるしきい値が適用されることができる。

別の組の例において、下方及び／又は上方圧力しきい値は、先行する吸気及び／又は呼気部分中の空気チャンバ内の圧力に基づいて動的に適応される。このようにして、異なる呼吸サイクルは、異なるサンプリングウィンドウをもたらす。

粒子又は汚染用センサは、例えば、光散乱に基づくセンサを有する。センサは、粒子濃度、例えばＰＭ２．５レベルを測定するためのものでもよい。

フィルタは、例えば、空気チャンバの外壁を有し、空気チャンバと、この空気チャンバの外側にある周囲環境との間に境界を直接形成する。マスク本体がフィルタリング機能を果たすので、これは、流れを運ぶ通路の必要性を回避し、大きなフィルタ領域を可能にするコンパクトな構成を提供する。それは、ユーザがフィルタを通して息を吸うことができることを意味する。フィルタは、複数の層を持つことができる。例えば、外側の層がマスクの身体（例えば、布地層）を形成し、内側の層は、より微細な汚染物質を取り除くためのものでよい。この内側の層は、清掃又は交換のために取り外し可能でもよいが、両方の層は、空気が構造体を通過することができ、この構造体がフィルタ機能を果たすという点で、一緒にフィルタを構成すると考えられてもよい。

ファンは、空気チャンバ内から空気チャンバの外側へ空気を吸い出すためだけでもよい。このようにして、ファンは同時に、呼気中であっても、空気チャンバにきれいなろ過された空気を供給することを促進し、これがユーザの快適性を向上させる。この場合、新鮮な空気が常に顔に供給されるように、空気チャンバ内の圧力は、常に外側の圧力（大気圧）よりも低くなる。

本発明は、汚染用マスクの空気チャンバ内の粒子又は汚染レベルを測定する方法も提供し、前記方法は、
ユーザの呼吸サイクルの吸気及び呼気部分を検出するステップ、
マスクの空気チャンバ内の粒子又は汚染レベルを検知するステップ、並びに
複数の吸気部分の組み合わせた持続時間を測定し、前記複数の吸気部分に関して検知結果を組み合わせ、及び目標とする組み合わせた持続時間の組み合わせた吸気検知結果を得るステップ、及び／又は
複数の呼気部分の組み合わせた持続時間を測定し、前記複数の呼気部分に関して検知結果を組み合わせ、及び目標とする組み合わせた持続時間の組み合わせた呼気検知結果を得るステップ
を有する。

前記方法は、
複数の呼吸サイクル中、連続的に検知結果を収集するステップ、並びに
複数の吸気部分に関する検知結果のサブセットを作成し、組み合わせた吸気検知結果を得るステップ、及び／又は
複数の呼気部分に関する検知結果のサブセットを作成し、組み合わせた呼気検知結果を得るステップ
を有する。

前記検知するステップは、代わりに、前記組み合わせた吸気検知結果を得るために、前記複数の吸気部分に対応する選択される時間に行われる、及び／又は前記組み合わせた呼気検知結果を得るために、前記複数の呼気部分の対応する選択される時間に行われてもよい。

吸気及び／又は呼気は、
下方圧力しきい値を実施し、この下方しきい値より下の吸気部分が識別される、及び／又は
上方圧力しきい値を実施し、この上方しきい値より上の呼気部分が識別される
ことにより検出されてよい。下方及び／又は上方圧力しきい値は、呼吸速度に依存して設定されてもよい。これらしきい値は、先行する吸気及び／又は呼気部分中の空気チャンバ内の圧力に基づいて動的に適応されてもよい。

本発明の例は、添付図面を参照して詳細に説明される。
図１は、粒子又は汚染検知を含む汚染用マスクを示す。 図２は、圧力監視システムの構成要素の一例を示す。 図３Ａは、吸気中及び呼気中の回転信号を示す。 図３Ｂは、ファンの回転速度がどのように経時的に変化するかを示す。 図４は、ブラシレスＤＣモーターの回転子の１つを流れる電流を制御する回路を示す。 図５は、センサとして使用される光学粒子センサの一般的な設計を示す。 図６は、本発明の手法を概略的に示す。 図７Ａは、座っている間の呼吸の呼吸波形を示す。 図７Ｂは、歩いている間の呼吸の呼吸波形を示す。 図７Ｃは、走っている間の呼吸の呼吸波形を示す。 図８Ａは、座っている間の呼吸の呼吸波形を静的しきい値と共に示す。 図８Ｂは、歩いている間の呼吸の呼吸波形を静的しきい値と共に示す。 図８Ｃは、走っている間の呼吸の呼吸波形を静的しきい値と共に示す。 図９Ａは、座っている間の呼吸の呼吸波形を動的しきい値と共に示す。 図９Ｂは、歩いている間の呼吸の呼吸波形を動的しきい値と共に示す。 図９Ｃは、走っている間の呼吸の呼吸波形を動的しきい値と共に示す。 図１０は、汚染用マスクの空気チャンバ内の粒子又は汚染レベルを測定する方法を示す。

本発明は、図面を参照して説明される。

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形態を示しているが、単に例示を目的としたものであり、本発明の範囲の限定を目的としたものでは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、態様並びに利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲及び添付の図面からより良く理解される。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、図面全体にわたって使用されることも理解されたい。

本発明は、ユーザの呼吸サイクルの吸気及び呼気部分の検出を含む汚染用マスクを提供する。粒子又は汚染用センサは、空気チャンバ内で検知し、検知結果を提供するために使用される。組み合わせた検知結果を得るために、検知結果は、複数の吸気部分又は呼気部分に関して組み合わされる。これは、正確な検知結果を得るために、吸気部分間だけ又は呼気部分間だけの十分な検知時間期間を可能にする。

図１は、粒子又は汚染検知を含む汚染用マスクを示す。

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、マスクの本体自体がエアフィルタ１６として作用する。吸気によって、空気は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。

このマスクは、ユーザの呼吸サイクルを検出し、この呼吸サイクルの時間（タイミング）が監視される。示される例において、吸気中、例えば逆止弁のような出口弁２２は、空気チャンバ１８内の圧力が低いことにより閉じられる。

マスクは、空気チャンバ１８内の粒子又は汚染レベルを測定するためのセンサ２４をさらに有する。このセンサが検知結果を生成する。

図１に示される例において、センサ２４は、ファンと直列であり、それにより、ファンは、このセンサを通る流れを生成する。センサは、ファン及び逆止弁の後ろに取り付けられることができる。電気構成要素は、例えば、全て一体化され、これは、必要な配線の量を減らす。しかしながら、このセンサは、空気流が通過できる場合、マスク空洞内の別の位置に配されてもよい。

マスク内にある空気の質を検知することは、フィルタが機能していること、及びマスク内の空気が健康的であるという安心感をユーザに与えることができる。センサ応答時間が呼吸サイクルの個々の部分よりも長い場合、検知は、吸気と呼気とが混合するため、マスク内の空気の質を単に測定するだけでは不十分である。ユーザは、通例、吸入した空気の質を知りたく、吐き出される空気は、肺の中に粒子が堆積することによりきれいになるので、検知は、呼気と混合されるべきではない。従って、（複数の呼吸からなる）長期間にわたるマスク内の空気の質の平均測定は、最適ではない。

フィルタ１６は、マスクの本体だけ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。この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。このとき、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、前記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、微細粒子状物質のろ過を行う。これらは３つ以上の層があってもよい。これら多数の層が一緒になってマスクのフィルタ全体として機能する。

被験者が息を吐くとき、空気は出口弁２２を介して排出される。この弁が開かれ、容易な呼気を可能にするが、吸気中は閉じられる。ファン２０は、出口弁２２を介した空気の排出を支援する。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取り除かれる。これは、相対湿度の低下及び冷却のおかげで快適性を増大させる。吸気中、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のを防止する。故に、出口弁２２の時間（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の両側の圧力差により作動する簡単な受動逆止弁でもよい。しかしながら、出口弁は、代わりに、呼吸サイクルの検知に基づく電子制御弁でもよい。

呼吸サイクルは、マスク容積の圧力変化に基づいて検出される。マスクが着用され、ユーザが呼吸する場合、チャンバ内の圧力は変化する。特に、チャンバは、ユーザの顔によって封鎖されている。マスクが着用されるとき、封鎖される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も変化する。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。

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、ファン全体に異なる圧力低下が存在するため、異なる優勢な圧力(prevailing pressure)がファンへの異なる負荷として現れる。この変化する負荷が異なるファン速度となる。従って、ファンの回転速度は、ファン全体の圧力を測定するための代理として使用されることができる。これは、より少ないセンサを使用するので、好ましい実施態様である。

しかしながら、本発明の概念は、呼吸特性を得るための圧力センサを用いて実施されてもよい。

ファンの一方の側における既知の圧力（例えば、大気圧）に対し、圧力（又は代理圧力）の監視は、ファンの他方の側における圧力又は少なくとも圧力の変化の決定を可能にする。この他方の側は、例えば、大気圧とは異なる圧力を持つ封鎖されるチャンバである。

次いで、ファンの回転速度の監視に基づいて又は圧力測定により検出される圧力変動は、ユーザの呼吸に関する情報を得るために使用される。特に、第１の値は呼吸の深さを表し、第２の値は呼吸の速度を表す。

回転速度を決定するための手段が、ファンのモーターからの既存の出力信号を有してもよいし、又は別個の単純な検知回路が、ファンの追加部品として設けられてもよい。しかしながら、これら２つの場合の何れにおいても、ファンそのものを使用するので、追加のセンサは必要ない。

図２は、システムの構成要素の一例を示す。図１と同じ構成要素は、同じ参照番号が付されている。

図１に示される構成要素に加えて、図２は、制御器３０、ローカルバッテリ３２及びファンの回転速度を決定する手段３６を示す。

制御器３０は、上述したように、呼吸サイクルの時間（タイミング）の検出、及びセンサ信号の処理機能も行う。特に、制御器は、複数の吸気部分に関して検知結果を組み合わせ、組み合わせた吸気検知結果を得るために使用される。それに加えて又はその代わりに、制御器は、複数の呼気部分に関して検知結果を組み合わせ、組み合わせた呼気検知結果を得ることができる。

ファンの回転速度を決定する手段３６は、ユーザの呼吸サイクルの吸気及び呼気部分を検出するための検出回路の１つの可能な実施である。別の可能な実施は、上述したような圧力センサを利用する。

図２は、ユーザに出力情報を提供するための出力３８を示す。この出力３８は、組み込まれた表示装置でもよいが、より好ましくは、例えばスマートフォンのような遠隔装置にデータを送信するための無線通信送信機（又は送受信機）であり、このとき、この遠隔装置は、データをユーザに提供するため、及び任意選択で、制御器３０に伝えるための、ユーザからの制御コマンドを受信するための最終的なユーザインターフェースとして使用されることができる。

ファン２０は、ファンブレード２０ａ及びファンモーター２０ｂを有する。一例において、ファンモーター２０ｂは、電子整流されるブラシレスモーターであり、前記回転速度を決定する手段は、このモーターの内部センサを有する。電子整流されるブラシレスＤＣファンは、回転子の位置を測定し、この回転子が回転するようにコイルを流れる電流を切り替える内部センサを持つ。故に、この内部センサは、モーターの速度のフィードバック制御を可能にするために、そのようなモーターに既に設けられている。

前記モーターは、内部センサの出力３４が供給される出力ポートを持つことができる。故に、回転速度を決定するのに適切な信号を搬送するポートがある。

その代わりに、前記回転速度を決定する手段は、モーター２０ｂへの電力供給のリップルを検出するための回路３６を有することができる。このリップルは、モーターのコイルに流れる電流を切り替えることにより生じ、これは、バッテリー３２の有限インピーダンスの結果として、供給電圧に誘起される変化を引き起こす。回路３６は、例えばファンが回転する周波数帯域内の信号のみが処理されるようにハイパスフィルタを有する。これは、極めて簡単な追加の回路を提供し、従来の圧力センサよりはるかに低コストである。

これは、モーターが、センサの出力端子が組み込まれていない２線式のファンを含む如何なるデザインとすることができることを意味する。モーターは、ブラシ付きＤＣモーターを用いても動作する。

出口弁２２が電子的に切り換えられる弁である場合、呼吸サイクルの時間（タイミング）情報は、この呼吸サイクルの相に依存して、出口弁２２を制御するために使用される。

出口弁を制御することに加え、制御器は、吸気時間又は呼気時間中、ファンをオフしてもよい。これは、電力を節約するために使用される異なる動作モードをマスクに与える。

所与の駆動レベル（つまり電圧）では、ファンブレードへの負荷が減るので、ファン全体の圧力が低くなると、ファンの速度が上昇する。これは、流れの増大が生じる。従って、ファンの速度と圧力差の間には逆の関係がある。この逆の関係は、較正処理中に得られるか、又はファンの製造業者により提供されてもよい。この較正処理は、例えば被験者が正常な呼吸で規則的に息を吸う及び息を吐くように指示される期間にわたり、ファンの速度情報を分析することを含む。取り込まれたファンの速度情報は次いで、呼吸サイクルに一致させることができ、このことから、吸気と呼気とを区別するためのしきい値が設定されることができる。

図３Ａは、時間に対する回転子の位置を（測定されるセンサ電圧として）概略的に示す。

回転速度は、ファンへの直流（ＤＣ）電圧の（モーター内の切り替え事象により生じる）交流（ＡＣ）成分の周波数から測定される。このＡＣ成分は、電源のインピーダンスに与えられる、ファンが得る電流の変動に由来する。

図３Ａは、吸気中の信号をプロット４０として、及び呼気中の信号をプロット４２として示す。圧力勾配の増大によるファンへの負荷の増大によって引き起こされる、呼気中の周波数の減少がある。故に、観察される周波数の変化は、呼吸サイクル中の異なるファン性能に起因する。

図３Ｂは、時間に対するファンの回転速度をプロットすることにより、経時的な周波数の変動を示す。連続する最大値と最小値との間において、ファンの回転速度の最大差Δｆａｎがあり、これは呼吸の深さと相関する。これは、ファンの回転信号から得られる第１の値である。これらの時点の間の時間は、第２の値、例えば、この期間に対応する周波数（この場合、呼吸速度の２倍である）を得るために使用される。

第１の値は、未処理のファンの回転信号から得られてもよいし、最初に円滑化を行ってもよい。従って、未処理のリアルタイムの速度又は処理された速度に基づいて、最大スイングを計算するために、少なくとも２つの異なる方法がある。実際には、リアルタイムの信号は、ノイズ又は他の変動が加えられている。平滑化アルゴリズムは、リアルタイムの信号を処理し、平滑化した信号から第１の値を計算するために使用されてよい。

呼気中、ファンの動作は、顔とマスクとの間にある領域から空気を強制的に流出させる。これは、呼気が容易になるため、快適性が向上する。それは、顔の上にさらなる空気を吸い込むこともでき、これは温度及び相対湿度を下げる。吸気と呼気との間において、顔面とマスクの間の空間に新鮮な空気が吸い込まれ、それにより、その空間を冷却するので、ファンの動作は快適性を増大させる。

一例において、吸気中、出口弁は（能動的又は受動的の何れか一方で）閉じられ、ファンは、電力を節約するためにスイッチが切られる。これは、呼吸サイクルの検出に基づいた動作モードを提供する。

ファンが呼吸サイクルの一部に対してオフにされる、故に圧力情報を与えない場合、吸気及び呼気相の正確な時間（タイミング）は、以前の呼吸サイクルから推測される。

ファンの補助による呼気に対し、出口弁が再び開く直前に、電力が復旧される必要がある。これは、次の吸気－呼気サイクルが適切な時間（タイミング）に維持され、十分な圧力及び流れが利用可能にすることを確実にする。

この手法を用いて、約３０％の電力節減が容易に達成可能であり、その結果、バッテリー寿命が長くなる。その代わりに、有効性を高めるために、ファンへの電力を３０％増大することができる。

異なるファン及び弁の構成を用いて、ファンの回転速度の測定が、高い快適性を達成するような制御を可能にする。

フィルタがファンと直列に配されるファンの構成において、圧力の監視は、フィルタの流れ抵抗を、特にファン及びフィルタ全体の圧力降下に基づいて測定するために使用される。これは、マスクが一定期間、顔の上にないとき、スイッチを入れて行われる。この抵抗は、フィルタの経時変化の代理として使用することができる。

上述したように、電子整流されるブラシレスＤＣモーターを使用するファンは、回転子の位置を測定し、この回転子が回転するようにコイルに流れる電流を切り替える内部センサを持つ。

図４は、直流（ＤＣ）電源ＶＤＤ及びＧＮＤからモーターの固定子のコイル５０への交流電圧を発生させるインバータとして機能するＨ－ブリッジ回路を示す。このインバータは、コイル５０の両端に交流電圧を発生させるためのスイッチＳ１～Ｓ４の組を有する。これらスイッチは、回転子の位置に依存する信号により制御され、これら回転子の位置信号は、ファンの回転を監視するのに使用される。

図５は、センサ２４として使用される光学粒子センサの一般的な設計を示す。

センサ装置全体の吸気口６１から排気口６２へのガス流６０が存在している。赤外線ＬＥＤ６４（λ＝８９０ｎｍ）を用いてガス流に照射し、散乱の光学的測定に基づく同伴粒子の光学的検出を可能にする。ＬＥＤは、検出容積の一方の側にあり、検知は反対側で行われる。代替的な設計が、光の反射を利用してもよい。

光センサ６６は、フォトダイオードセンサ６８及び散乱光が集められる集束レンズ７０を有する。

センサ装置を通る流れは、ユーザの呼吸により与えられる。この空気流が、粒子を前記検出容積に運ぶ。

（制御器３０の一部として実施される）制御器７４は、センサ信号の処理及び光源の動作を制御する。

検出容積は、例えば、ハウジングの一部であり、ハウジングは粒子に起因する前記信号を数（カウント）に変換するために、電子回路と共にプリント回路基板上に置かれる。このハウジングの内部形状は、バックグラウンド信号を与える、前記フォトダイオードセンサに向かうＬＥＤ光の漏れが最小となるような形状である。如何なる残りのＤＣ信号も電子的にフィルタリングすることにより、パルス化した粒子信号が残る。

この信号が増幅され、しきい電圧と比較される。ある粒子サイズより上では、ピーク高さ（peak height）は、しきい値を通過するのに十分である。従って、このしきい値が、バンドパスフィルタ機能を実施する。信号処理の一例において、前記パルスが数えられ、パルス長が測定され、その結果、低パルスの占有時間（ＬＰＯ％）が得られる。

従って、基本的な出力が２つある。１つは、単純な粒子数であり、これは、設定したしきい値を超えている検出ピーク数の総数である。もう１つは、しきい値より上の検出が存在している時間の割合である。従って、特定のしきい値レベルに対し、信号が前記しきい値にある又はそれより上にある時間の合計が１秒のウィンドウ内で７００ｍｓである場合、低パルスの占有時間は７０％である。低パルスの占有率の測定は、経時的なセンサ出力の簡単な２進（バイナリ）コード化を可能にし、例えば、検出される信号がしきい値より上にある場合、２進の０の出力を、及び検出される信号がしきい値より下にある場合、２進の１の出力を可能にする。このデジタルのゼロの期間の合計される持続時間は、低パルスの占有時間に対応する。次いで、（固定される単位時間当たりの）デジタルのゼロの期間を合わせた時間は、アナログの出力信号に比例する。

この種類のセンサにおいて、粒子を数えること又は低パルスの占有率を測定することのどちらを用いても、アナログ信号の振幅は、粒子サイズに比例する。しきい値は、センサシステムの粒子サイズの感度を制御する比較器に加えられるしきい電圧として実施される。

より大きな粒子は、より多くの量の光を散乱させ、故に、光検出器においてより大きな信号振幅を生成する。このアナログ信号は（適切なフィルタリング及び増幅段の後に）比較器に供給される。

比較器に与えられるしきい電圧は、このアナログ信号に対する境界制限を設定する。例えば、１Ｖのしきい値は、１Ｖより上の全ての信号が検出信号として登録されることを意味し、故に、これは１Ｖより上のアナログ信号を生成する全ての粒子サイズに対応する。同様に、２Ｖのしきい値は、より大きなサイズの粒子のみが出力を生成することを可能にするために前記境界を上げさせる。

簡略化のために、１Ｖのしきい電圧は、直径１μｍ以上の粒子に対し生成される信号に対応するのに対し、２Ｖのしきい電圧は、直径２μｍ以上の粒子に対応する。

センサは、単一粒子の数、例えばＰＭ２．５を生成するために使用されてもよいし、又は異なる粒子サイズ範囲（「サイズビン(size bins)」としても知られる）異なるしきい値が適用されてもよい。例えば、１μｍと２μｍとの間の粒子サイズ範囲に対し、これらのしきい電圧で生成される信号の数が引き算される。

上述したセンサは、
吸気口及び排気口を有し、それらの間にガス流を備えるハウジング、
検出容積内において光散乱測定を行うための光源及び光検出器、並びに
前記検出器の信号をしきい値と比較する信号処理器
を基本的に有し、前記検出器信号は、前記粒子サイズと相関（及び例えば、比例）している。しきい値は、（単一サイズの検出機能のために）固定されてもよいし又は調整可能でもよい。

これは、光学センサの単なる１つの例にすぎない。他の既知の光センサの設計が使用されてもよい。

しかしながら、そのようなセンサの多くは、安定した結果を生み出すためにある程度の時間を必要とする。例えば、ＰＭ２．５センサは、１０秒以上の沈降時間(settling time)を持つことが知られている。超微粒子（ＵＦＰ）センサは、さらに時間が長くなる。必要とされる時間は、汚染濃度にも依存し、より低い濃度では、必要とされる時間はより長い。

安定した信号を得るためのこの時間の遅れは、センサの物理的な制約によるものではなく、安定した読み取り値を得るのに十分なサンプルが必要とされるからである。センサは、例えば、データを連続的に生成しているが、信頼性のある結果が得られるまでに、しばらくの時間を要する。

図６は、本発明の手法を概略的に示す。

プロットは呼吸サイクルを示し、ここで、正の値は呼気を表し、負の値は吸気を表す。これは、前述したように、差圧センサ又はファンのモーターの電流により測定される。

例えば、ウィンドウＡ、Ｂ、Ｃは呼気相（ＥＰ）を表し、ウィンドウＸ、Ｙ、Ｘは吸気相（ＩＰ）を表すように、サンプリングウィンドウが規定される。

センサは、単一の読み取り値に対し、吸気部分又は呼気部分の何れか一方から十分なデータを得るために、複数の呼吸サイクルにわたりこれらのデータウィンドウをサンプリングするために使用される。必要な呼吸サイクル数は、各個人の呼吸サイクルの持続時間に依存している。例えば、呼吸が速い間は、より多くの呼吸サイクルが必要とされる。

このようにして、十分な精度で個々のセンサの（組み合わせた）読み取り値を規定するための組み合わせに十分なサンプルが得られる。例えば、吸気サイクルから複数のサンプルを組み合わせることにより、センサは、（フィルタリング後の）吸入される空気の測定値を作り出すのに十分なサンプルを収集することができる。同様に、測定値を作り出すのに十分なサンプルを与えるために、呼気サンプルが組み合わされることができる。

分析される前記流れに依存して、センサが吸気又は呼気のみを検出することができる。

１つの基本的な手法は、連続的な監視を行い、完全なデータストリームのうち必要な部分を選択するための後処理を使用することである。最終的な検知結果は、幾つかの呼吸サイクルを必要とするので、完全なデータストリームを待ち、後処理を行うことの遅れは重要ではなく、例えば、出力を生成するための１０秒の遅れは重要ではない。

しかしながら、リアルタイムの検知が行われてもよい。制御器は、例えば、センサからリアルタイムの検知データを受信する。データ量が所定のしきい値と比較される。サンプリングされたデータがしきい値に到達する場合、そのデータは、汚染レベルの計算に使用されることができ、そうでない場合、データは処分される。

別の手法は、サンプリングウィンドウ中にのみ検知を行うことである。センサは、それらの時間の合間はオフにされてもよいし、又はセンサは、このサイクルの対象とする部分中にのみ物理的にさらされてもよく、他の部分中はセンサの読み取りは無い。

好ましいオプションは、センサが連続的にサンプリングすることである。次いで、制御器は、（ファン信号又は圧力センサ信号による）呼吸信号のトラッキングに基づいて、サンプリングデータのどの期間が、マスク空洞内の汚染レベルを計算するのに使用されるかを決定する。

図７は、３つの呼吸波形を示す。図７Ａは座っている間の呼吸を示し、図７Ｂは歩いている間の呼吸を示し、図７Ｃは走っている間の呼吸を示す。

ユーザの活動が呼吸速度及び呼吸の深さを変化させることが分かる。

従って、時間ウィンドウは、ユーザの呼吸の性質に適応するべきである。特に、時間ウィンドウは、これら時間ウィンドウが、吸気及び呼気が混合される時間期間と重複するほどの広さではなく、吸気又は呼気サイクルの主要な中心的部分を取り込むような幅を持つべきである。特に、吸気相と呼気相との間の遷移において、吸気／呼気の混合が存在する。

この目的のために、システムは、例えばユーザの活動の変化に応答する呼吸サイクルの変化、特に呼吸速度の変化に基づいて、サンプリング時間を動的に調整する。

同じ一般的な種類の活動の中においても、各個人の呼吸サイクルは異なる。故に、個々の呼吸サイクル内のサンプリングウィンドウを、さらに動的な方法で適応させることも可能である。

図８は、３つの呼吸波形を静的しきい値と共に示す。図８Ａは、座っている間の呼吸を第１のしきい値と共に示し、図８Ｂは、歩いている間の呼吸を（第１のしきい値よりも低い、すなわち、よりマイナスである）第２のしきい値と共に示し、図８Ｃは、走っている間の呼吸を（第２のしきい値よりも低い、すなわち、よりマイナスである）第３のしきい値と共に示す。

サンプリングの時間期間は、ｔ１～ｔ１２として示される。その幅は、信号（圧力又は代理の圧力）がしきい値より下にある、各呼吸サイクル内の時間に対応するので、可変である。従って、その幅は実際の呼吸サイクルの時間幅に依存する。

息を吸うとき、ユーザが息を吸い始めると、空洞内の圧力は負になる。吸気相の開始時には、空洞は、ユーザの前の呼気による幾らかの空気を依然として有する。圧力は素早く下がり、粒子センサのサンプリング開始時間は、圧力が負のしきい値に到達した時間に設定することができる。

図８の例において、しきい値は、静的な値として事前に規定され、これは典型的には呼吸サイクルの半ピーク圧力(half peak pressure)値である。半ピーク圧力は、単なる一例であり、しきい値を設定する他の方法が使用されてもよい。

別の例において、しきい値は、自己設定される動的な値とすることができる。

図９は、３つの呼吸波形を動的に自動調整されるしきい値と共に示す。図９Ａは座っている間の呼吸を示し、図９Ｂは歩いている間の呼吸を示し、図９Ｃは走っている間の呼吸を示す。

マスクのシステムは、例えば、先行する呼吸サイクル又は呼吸サイクルの組のデータを記録する。しきい値は、先行する呼吸サイクルのピーク圧力値の半分（又は他の割合）、又は先行する呼吸サイクルの組の組み合わせに設定されてもよい。このようにして、システムは、異なる活動と、異なるユーザと、異なる漏れの量により生じる影響とに適応することができる。

データがサンプリングされる十分な時間期間を保証するために、制御器は、時間のカウントを維持する。制御器は、例えば、圧力がしきい値より下に落ちるとタイマーを始動させ、圧力がしきい値より上に増大するとタイマーを停止させる（すなわち、サンプリング期間ｔ１～ｔ１２の持続時間を測定する）。

これら時間期間は、異なるサイクルから加えられ、全体的な時間値を形成する。この全体的の時間値が所望するサンプリング時間に到達するとき、センサは、例えばＰＭ値のような検知結果を計算するのに十分なデータを有する。

センサは、汚染物質の値を決定するために、吸気（又は呼気）相の前記中心的部分から十分なサンプルを収集する必要がある。例えば、（データが信頼できる）吸気相の中心的部分が２秒であり、安定した値を得るためにセンサが１０秒のデータを必要とする場合、全部で５回の呼吸サイクルが組み合わされ、センサの読み取り値を生成する。

マスクは、（図１に示されるように）鼻及び口だけを覆うためのものでもよいし、又はフルフェイスマスクでもよい。マスクは、周囲の空気をフィルタリングするためのものである。

上述したマスクの設計は、フィルタ材料により形成されるメインの空気チャンバを有し、ユーザはこれを通して空気を吸い込む。代替のマスクの設計は、上述したように、ファンと直列にあるフィルタを有する。この場合、ファンは、ユーザがフィルタを通して空気を吸い込むのを支援し、故に、ユーザの呼吸努力を減らす。出口弁は、吐き出された空気を排出することを可能にし、入口弁は、前記吸気口に設けられる。

本発明は、入口弁及び／又は出口弁を制御するために、呼吸により引き起こされる圧力変動を検出するために使用する。

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、空気チャンバ内から空気チャンバの外側に空気を吸い出すためだけのファンの使用である。そのような場合、マスク容量内の圧力は、呼気中にこのマスク容量内にきれいなろ過された空気の正味の流れがあるように、ファンによって、外部の大気圧より下に維持される。従って、呼気中はファンによって、及び吸気中（ファンがオフにされるとき）はユーザによって、低い圧力が引き起こされてもよい。

代替のオプションは、周囲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。そのような場合、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大圧力は、特に高い圧力で支援される呼吸を目的としないので、空気チャンバの外側の圧力よりも高く、４ｃｍＨ_２Ｏより下のままである。従って、低電力のファンが使用される。

本発明は、ファンで支援される吸気又は呼気、及びフィルタ膜により形成される空気チャンバ、或いは封止された気密空気チャンバを備える、多くの異なるマスクの設計に応用されることが理解される。

全ての場合において、空気チャンバ内の圧力は、好ましくは、外部の大気圧よりも高く、２ｃｍＨ_２Ｏ未満、１ｃｍＨ_２Ｏ未満又は０．５ｃｍＨ_２Ｏ未満のままである。従って、汚染用マスクは、持続的気道陽圧を供給する際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。

マスクは、低電力での動作が特に関心があるように、好ましくはバッテリーで動作する。

図１０は、汚染用マスクの空気チャンバ内の粒子又は汚染レベルを測定する方法を示す。

ステップ８０は、初期化ステップであり、このステップは、ステップ８０ａにおいて圧力しきい値を設定し、ステップ８０ｂにおいて必要とされる（すなわち、目標とする）センサのサンプリング時間（典型的なサンプリング時間は１０秒である）を設定し、ステップ８０ｃにおいてタイマーをゼロに設定するステップを含む。

しきい圧力は、センサを使用してサンプリングを開始するとき、及びサンプリングを停止するときを決定するために使用される。タイマーは、このセンサのサンプリング時間を記録するために使用される。

ステップ８２において、ユーザはマスクの使用を開始し、システムは圧力のサンプリングを開始し、それによりユーザの呼吸をトラッキングする。

ステップ８４において、サンプリングされた圧力がしきい圧力（Ｔｈ）と比較され、（本例において）吸気期間内において、呼吸期間の安定した部分に到達したかどうかを決定する。

前記圧力がしきい値よりも高いままである場合、それは、呼吸が、呼吸サイクルの安定した（中心的部分の）期間に到達していないことを意味し、従って、前記方法はステップ８２（すなわち、示されるＹＥＳの結果）に戻り、圧力の監視が続けられる。

前記圧力がしきい値を下回る（つまり、表示されるＮＯの結果である）とき、それは、粒子センサのサンプリング期間に到達したことを意味する。

次いで、前記方法はステップ８６に進み、ステップ８６において、サンプリングの時間期間を記録するために、タイマーが始動する。

ステップ８８において、センサが開始され（又は空気流にさらされ）、例えば粒子数のような検知データを得る。

ステップ９０において、前記圧力は引き続き監視され、前記検知が引き続き行われる。

ステップ９２において、前記圧力がしきい圧力と比較される。

圧力がしきい値未満である場合、それは、呼吸サイクルが依然として安定した期間にあることを意味し、従って、前記方法はステップ９０に戻され（つまり、示されるＮＯの結果である）、センサはサンプリングを継続する。

圧力がしきい値よりも高い場合、それは、安定したサンプリング期間が終わったことを意味する（すなわち、示されるＹＥＳの結果である）。次いで、ステップ９４において、タイマーが停止する。新しく記録される時間は、現在の呼吸サイクルのサンプリング時間である。しかしながら、合計のサンプリング時間はタイマーにより記録される。

従って、ステップ８４～９４は、ユーザの１呼吸サイクルの吸気部分の検出、及びサンプリングの持続時間の測定を実施する。

（合計された）時間は、ステップ９６において、設定されたサンプリング期間Ｔ（例えば、１０秒）と比較される。所望する合計のサンプリング時間にまだ到達していない場合（すなわち、ＮＯの結果）、それは、粒子センサのデータは、信頼性のあるＰＭ値を得るのにまだ十分でないことを意味する。前記方法はステップ８２に戻る。次いで、タイマーは記録を続ける、すなわち、現在のタイマーの値は、次の時間記録の開始値として使用される。

（合計される）時間がサンプリング期間Ｔに到達した、又はサンプリング期間Ｔを超えた場合（ＹＥＳの結果）、それは、センサがＰＭ値を計算するのに十分なデータを既に持っていることを意味する。

ステップ９８において、例えばＰＭ２．５の値のような、組み合わせた検知結果が得られる。次いで、ステップ１００において、タイマーはゼロにリセットされ、前記方法はステップ８２に戻る。

ステップ８２から９６を何度も繰り返すことによって、複数の吸気（又は呼気）部分に関して組み合わせた検知結果が得られる。

示される方法の代替案は、センサデータを連続的に得ることであるが、上に説明したものと同様の手法を用いて適切なデータサンプリング期間を選択することであることに留意されたい。

マスクは、追加の機能性及びユーザインターフェースのオプションが追加されてもよいが、これらは本開示の範囲外である。

上述したように、必要とされる様々な機能を行うために、実施形態は、ソフトウェア及び／又はハードウェアを用いて、多くの方法で実施され得る制御器を利用する。処理器は、必要とされる機能を行うために、ソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用し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、処理器の有無にかかわらず実施されることができ、幾つかの機能を実行するための専用ハードウェアと、他の機能を実行するための処理器（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。

本開示の様々な実施形態に用いられる制御器の構成要素の例は、これらに限定されないが、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。

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、処理器又は制御器内に取り付けられてもよいし、この記憶媒体に保存される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。

開示される実施形態に対する変形例は、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、本明細書に記載される原理及び技術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。単一の処理器又は他のユニットが、特許請求の範囲に挙げられる幾つかのアイテムの機能を実行することができる。ある特定の方法が互いに異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの方法の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。「に適応する」という用語が請求項又は明細書に用いられる場合、この「に適応する」という用語は、「ように構成される」と言う用語と同様であることを意味する。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と解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. マスクが着用されるとき、外壁とユーザの顔との間に空気チャンバを画定するための前記外壁、
   前記空気チャンバと、前記空気チャンバの外側の周囲環境との間に境界を形成するフィルタ、
   前記ユーザの呼吸サイクルの吸気及び呼気部分を検出するための検出回路、
   前記空気チャンバ内で検知し、検知結果を提供するための粒子又は汚染用センサ、
   タイマー、及び
   制御器
   を有する汚染用マスクにおいて、前記制御器は、
   前記タイマーを使用して、複数の吸気部分の組み合わせた持続時間を測定し、前記検出回路から、前記複数の吸気部分に関して検知結果を組み合わせ、及び目標とする組み合わせた持続時間の組み合わせた吸気検知結果を得る、及び／又は
   前記タイマーを使用して、複数の呼気部分の組み合わせた持続時間を測定し、前記検出回路から、前記複数の呼気部分に関して検知結果を組み合わせ、及び目標とする組み合わせた持続時間の組み合わせた呼気検知結果を得る
   ように適応する、汚染用マスク。
2. 前記空気チャンバの外側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内から前記空気チャンバの外側に空気を吸い出すためのファンをさらに有する、請求項１に記載の汚染用マスク。
3. 前記検出回路は、前記空気チャンバ内の圧力に基づいて、吸気及び呼気部分を検出するための回路である請求項１又は２に記載の汚染用マスク。
4. 前記検出回路は、
   圧力センサ、又は
   ファンの速度が圧力測定の代理として使用されるように、前記ファンの回転速度を決定する手段、及び前記ファンの回転速度から前記空気チャンバと前記周囲環境との間の圧力を得るように適応する制御器
   を有する、請求項３に記載の汚染用マスク。
5. 前記制御器は、
   複数の呼吸サイクル中、連続的に検知結果を収集し、並びに
   前記複数の吸気部分に関する検知結果のサブセットを作成し、組み合わせた吸気検知結果を得る、及び／又は
   前記複数の呼気部分に関する検知結果のサブセットを作成し、組み合わせた呼気検知結果を得る
   ように適応する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の汚染用マスク。
6. 前記制御器は、
   前記複数の吸気部分に対応する選択された時間に検知を行い、組み合わせた吸気検知結果を得る、及び／又は
   前記複数の呼気部分に対応する選択された時間に検知を行い、組み合わせた呼気検知結果を得る
   ように適応する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の汚染用マスク。
7. 前記制御器は、
   下方圧力しきい値を実施し、前記下方圧力しきい値より下の吸気部分が識別される、及び／又は
   上方圧力しきい値を実施し、前記上方圧力しきい値より上の呼気部分が識別される
   ように適応する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の汚染用マスク。
8. 前記下方及び／又は上方圧力しきい値は、呼吸速度に応じて設定される、又は
   前記下方及び／又は上方圧力しきい値は、先行する吸気及び／又は呼気部分中の前記空気チャンバ内の圧力に基づいて動的に適応する、
   請求項７に記載の汚染用マスク。
9. 前記粒子又は汚染用センサは、光散乱に基づくセンサを有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の汚染用マスク。
10. 前記フィルタは、前記空気チャンバの外壁を有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の汚染用マスク。
11. 汚染用マスクの空気チャンバ内の粒子又は汚染レベルを測定する方法において、
    ユーザの呼吸サイクルの吸気及び呼気部分を検出するステップ、
    前記マスクの空気チャンバ内の粒子又は汚染レベルを検知するステップ、並びに
    複数の吸気部分の組み合わせた持続時間を測定し、前記複数の吸気部分に関して検知結果を組み合わせ、及び目標とする組み合わせた持続時間の組み合わせた吸気検知結果を得るステップ、及び／又は
    複数の呼気部分の組み合わせた持続時間を測定し、前記複数の呼気部分に関して検知結果を組み合わせ、及び目標とする組み合わせた持続時間の組み合わせた呼気検知結果を得るステップ
    を有する方法。
12. 複数の呼吸サイクル中、連続的に検知結果を収集するステップ、並びに
    前記複数の吸気部分に関する検知結果のサブセットを作成し、組み合わせた吸気検知結果を得るステップ、及び／又は、
    前記複数の呼気部分に関する検知結果のサブセットを作成し、組み合わせた呼気検知結果を得るステップ
    を有する請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の吸気部分に対応する選択された時間に検知を行い、組み合わせた吸気検知結果を得るステップ、及び／又は
    前記複数の呼気部分に対応する選択された時間に検知を行い、組み合わせた呼気検知結果を得るステップ
    を有する、請求項１１に記載の方法。
14. 下方圧力しきい値を実施し、前記下方圧力しきい値より下の吸気部分が識別されるステップ、及び／又は
    上方圧力しきい値を実施し、前記上方圧力しきい値より上の呼気部分が識別されるステップ
    を有する、請求項１１乃至１３の何れか一項に記載の方法。
15. 前記下方及び／又は上方圧力しきい値は、呼吸速度に応じて設定される、又は
    前記下方及び／又は上方圧力しきい値は、先行する吸気及び／又は呼気部分中の前記空気チャンバ内の圧力に基づいて動的に適応する、
    請求項１４に記載の方法。

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