JP3983468B2 - 呼気スイッチ装置及び呼気スイッチ装置の基準値設定方法 - Google Patents
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Description
【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及びこのスイッチ操作を行うための基準値設定方法に関し、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及びこの呼気スイッチ装置の基準値設定方法に関する。
【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所定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と予め設定された基準値との比較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、この基準値は固定的なものであるため、使用者が意図的に呼気を吹き付けていなくても、スイッチ動作が行われてしまう場合があった。また、実開平４−１３４０６１号公報に示された従来の呼気スイッチ装置では、使用者の呼気の強さに合わせて感度を調節するアイディアが示されてはいるが、この従来装置によっても炭酸ガスの濃度に基づく感度調節はされず、固定的なものであるので、依然として誤スイッチ動作の可能性は残る。
【０００４】
以下、図８〜図１０を用いてこの問題を説明していく。
図８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８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、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と予め設定された基準値（後述のＳ／Ｈに対応する）との比較結果に基づいて、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、呼気を供給し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本体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、微分処理結果が上記基準値を超えたことを検出し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９及び図１０に示すグラフを用いて説明する。図９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１０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９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。このような微分出力は、同図に示すような上記操作信号を出力する基準となる予め定められたスレシュホールドレベルＳ／Ｈを超えることはない。
【０００９】
一方、例えば図１０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。このような微分出力は、同図に示すような予め定められたスレシュホールドレベルＳ／ＨをＰＺで示すタイミングで超える。
【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。そこで、上述のように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、上述のスレシュホールドレベルＳ／Ｈは、予め設定された固定的な基準値であるので以下の問題が発生する。
例えば使用者が、身動きのとり難い状態の患者である場合、炭酸ガスセンサは常にこの患者の口の近くにあることになる。そうすると、患者は呼気の強弱は自身でコントロールできるもの、呼気の炭酸ガス濃度まではコントロールできないので、予め固定的に設定されたＳ／Ｈでは場合によっては、誤スイッチ動作を起こしてしまう可能性がある。このような場合、この患者は他者に助けてもらいながら別のスレシュホールドレベルＳ／Ｈの再設定をすることになるが、この新たに設定されたスレシュホールドレベルＳ／Ｈも適当なものかどうかは不明であり、使用しているうちに再度不都合が生じる可能性もある。
【００１２】
また例えば、使用者が意図しない炭酸ガスが気流でセンサに暴露してしまう場合等も予想され、この場合、呼気スイッチ装置自体は正常に動作しているが使用者の意図に反してスイッチング動作が行われることになる。この場合にも使用者は、試行錯誤して適当なスレシュホールドレベルＳ／Ｈを設定する必要があり非常に煩わしい。また、呼気スイッチ装置の使用者が変更になった等にもその度に試行錯誤して適当な基準値としてのスレシュホールドレベルＳ／Ｈを設定する必要があった。
【００１３】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、操作信号を出力する基準となるレベルを、使用者や環境の変化に応じて容易に変更でき、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に記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図３に示すように、炭酸（以下、ＣＯ２とも言う）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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチ装置であって、前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするサンプリング手段５と、前記サンプリング手段５によってサンプリングされた前記増加率の最大値を検出する最大値検出手段６Ａと、前記サンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示するサンプリング開始指示手段９と、前記サンプリング開始指示手段によるサンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイド手段１０と、がさらに設けられ、前記ガイド手段１０からのガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段２が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記最大値検出手段６Ａが検出した該増加率の最大値に基づいて基準値設定手段７が前記基準値を設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、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、サンプリング手段５、最大値検出手段６Ａ、サンプリング開始指示手段９、及び基準値設定手段７を有する。さらに呼気スイッチ装置は、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を備えているので使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようになる。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吸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吸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。
特に上記基準値を設定するために、サンプリング手段５は通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される自然呼吸によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングする。最大値検出手段６Ａはサンプリングされた増加率の最大値を検出する。サンプリング開始指示手段９はサンプリングの開始を指示する。基準値設定手段７は上記最大値に基づいて基準値を設定する。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項２に記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図４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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチ装置であって、前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするサンプリング手段５と、前記サンプリング手段５によってサンプリングされた前記増加率の最小値を検出する最小値検出手段６Ｂと、前記サンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示するサンプリング開始指示手段と、前記サンプリング開始指示手段によるサンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサ１１に供給する旨をガイドするガイド手段１０と、がさらに設けられ、前記ガイド手段１０からのガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサ１１で検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段２が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記最小値検出手段が検出した該増加率の最小値に基づいて基準値設定手段７が前記基準値を設定することを特徴とするを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、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、サンプリング手段５、最小値検出手段６Ｂ、サンプリング開始指示手段９、及び基準値設定手段７を有する。さらに呼気スイッチ装置は、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を備えているので使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようになる。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吸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吸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。
特に上記基準値を設定するために、サンプリング手段５は通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイドにしたがって供給された意図的な呼気中の炭酸ガス濃度によって出力された前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングする。最小値検出手段６Ｂはサンプリングされた前記増加率の最小値を検出する。サンプリング開始指示手段９はサンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示する。基準値設定手段７は上記最小値に基づいて前記基準値を設定する。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は、容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項３に記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図４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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチ装置であって、前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするサンプリング手段５と、前記サンプリング手段５によってサンプリングされた前記増加率の平均値を算出する平均値検出手段６Ｃと、前記サンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示するサンプリング開始指示手段と、前記サンプリング開始指示手段によるサンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイド手段と、がさらに設けられ、前記ガイド手段からのガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記平均値検出手段６Ｃが検出した該増加率の平均値に基づいて基準値設定手段７が前記基準値を設定することを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、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、サンプリング手段５、平均値検出手段６Ｃ、サンプリング開始指示手段９、及び基準値設定手段７を有する。さらに呼気スイッチ装置は、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を備えているので使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようになる。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吸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吸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。
特に上記基準値を設定するために、サンプリング手段５は通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイドにしたがって供給された意図的な呼気中の炭酸ガス濃度によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングする。平均値検出手段６Ｃはサンプリングされた増加率の平均値を算出する。サンプリング開始指示手段９はサンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示する。基準値設定手段７は上記平均値に基づいて前記基準値を設定する。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。
【００２２】
上記課題を解決するためになされた請求項４に記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図５に示すように、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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチであって、前記炭酸ガス濃度の増加率を周期的にサンプリングするサンプリング手段５と、前記サンプリング手段５によってサンプリングされた前記増加率の最大値を検出する最大値検出手段６Ａと、前記サンプリング手段５においてサンプリング中であることを報知するサンプリング中報知手段８と、をさらに備え、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して該炭酸ガスセンサに供給される呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記最大値検出手段が検出した該増加率の最大値に基づいて基準値設定手段７が前記基準値を設定することを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、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、サンプリング手段５、最大値検出手段６Ａ、サンプリング開始指示手段９及び基準値設定手段７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吸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吸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。
特に上記基準値を設定するために、サンプリング手段５は、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して該炭酸ガスセンサに供給される自然呼吸によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率を周期的にサンプリングする。最大値検出手段６Ａはサンプリングされた増加率の最大値を検出する。サンプリング中報知手段８はサンプリング手段５においてサンプリング中であることを報知する。基準値設定手段７は上記最大値に基づいて前記基準値を設定する。
【００２４】
上記課題を解決するためになされた請求項５に記載の呼気スイッチ装置は、図１、図６及び図７に示すように、請求項１、２、３又は４いずれか１項に記載の呼気スイッチ装置において、前記サンプリング手段５が、予め定められた所定時間内に出力された前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングすることを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、サンプリング手段は、予め定められた所定時間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしているので、サンプリング時間が必要以上に長くなることがない。したがって、上記基準値を設定する際に要する時間も必要以上に長くなることがない。
【００２６】
上記課題を解決するためになされた請求項６に記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項１、２、３又は４いずれか１項に記載の呼気スイッチ装置において、前記サンプリング手段５が、予め定められた所定回数だけ出力された前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングすることを特徴とする。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、サンプリング手段５は、予め定められた所定回数だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしているので、上記基準値を検出又は算出する際のデータが確実に得られる。したがって、上記基準値が正確に設定できるようになる。
【００２８】
上記課題を解決するためになされた請求項７に記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項１乃至６いずれか１項に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が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。
【００２９】
請求項７に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、簡単な回路構成で、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。
【００３０】
上記課題を解決するためになされた請求項８に記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項７に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６０を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、呼気スイッチ装置は、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６０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。
【００３２】
上記課題を解決するためになされた請求項９に記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項８に記載の呼気スイッチ装置において、前記用件報知手段６０が、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１項を表示する用件表示部６１を有することを特徴とする。
【００３３】
請求項９に記載の発明によれば、用件報知手段６０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１項を表示する用件表示部６１を有するので、請求項７に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。
【００３４】
上記課題を解決するためになされた請求項１０に記載の呼気スイッチ装置の基準値設定方法は、図１、図３及び図５に示すように、炭酸ガスセンサを有１１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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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とを有する呼気スイッチ装置の前記基準値の設定方法であって、通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される呼気中の炭酸ガス濃度又は、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して供給される呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から検出した該増加率の最大値に基づいて前記基準値を設定することを特徴とする。
【００３５】
請求項１０に記載の発明によれば、サンプリングされた通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される呼気又は、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して供給される呼気である自然呼吸による呼気中の炭酸ガス濃度に基づいて出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率の最大値に基づいて前記基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００３６】
上記課題を解決するためになされた請求項１１に記載の呼気スイッチ装置の基準値設定方法は、図１及び図４に示すように、炭酸ガスセンサを有し、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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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とを有する呼気スイッチ装置の前記基準値の設定方法であって、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングし、該サンプリングした増加率から検出した該増加率の最小値に基づいて前記基準値を設定することを特徴とする。
【００３７】
請求項１１に記載の発明によれば、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気である意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応するサンプリングされた炭酸ガス濃度の増加率の最小値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は、容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００３８】
上記課題を解決するためになされた請求項１２に記載の呼気スイッチ装置の基準値設定方法は、図１及び図４に示すように、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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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３とを有する呼気スイッチ装置の前記基準値の設定方法であって、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングし、該サンプリングした増加率から検出した該増加率の平均値に基づいて前記基準値を設定することを特徴とする。
【００３９】
請求項１２に記載の発明によれば、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気である意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応するサンプリングされた前記炭酸ガス濃度の増加率の平均値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００４０】
【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、再度、図９及び図１０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９及び図１０は前述した通りである。
【００４１】
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、基準値設定手段７、サンプリング手段５、基準値検出手段６、サンプリング中報知手段８、サンプリング開始指示手段９及びガイド手段１０を有し、上記スイッチング手段３には被制御装置４が接続される。
【００４２】
上記炭酸ガス濃度検知手段１は、（炭酸ガス）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は、ベーズ部に固定されたセンサ素子が円筒状の金網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。
【００４３】
操作信号生成手段２は、基本的に微分回路２１及び微分回路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、コンデンサ及び抵抗を含む既知の回路構成をしており、上記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１０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。
【００４４】
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、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。
【００４５】
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。
【００４６】
被制御装置４は、例えば空調装置４０及び照明装置４１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。
【００４７】
サンプリング手段５は、自然呼吸又は意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングする。例えば、操作信号生成手段２に含まれる微分回路２１から取得される炭酸ガス濃度の増加率を利用できる。またサンプリングの方法は、予め定められた所定時間内に出力された濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングしてもよいし、予め定められた所定回数だけ出力された濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしてもよい。
【００４８】
上述のように予め定められた所定時間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングすると、サンプリング時間が必要以上に長くなることがない。また、予め定められた所定回数だけ上記増加率をサンプリングすると、上記基準値を検出又は算出する際のデータが確実に得られる。
【００４９】
基準値検出手段６は、上記サンプリング手段５でサンプリングされた上記増加率に以下に説明する処理を加えて、これにより新たな基準値を設定するものである。すなわち、基準値検出手段６は、処理の仕方に応じて最大値検出手段６Ａ、最小値検出手段６Ｂ又は平均値検出手段６Ｃから構成される。最大値検出手段６Ａは、自然呼吸による炭酸ガス濃度の増加率の最大値を検出し、これを新たな基準値として提供するものである。最小値検出手段６Ｂは、意図的呼気による炭酸ガス濃度の増加率の最小値を検出し、これを新たな基準値として提供するものである。平均値検出手段６Ｃは、意図的呼気による炭酸ガス濃度の増加率の平均値を算出し、これを新たな基準値として提供するものである。
【００５０】
基準値設定手段７は、上記増加率の平均値、最大値又は最小値に基づく新たな基準値を設定する。
【００５１】
なお、上記サンプリング手段５、基準値検出手段６、及び基準値設定手段７で必要な各制御は、本呼気スイッチ装置に実装されるＲＯＭ、ＲＡＭを含むマイコン（不図示）で実現される。
【００５２】
サンプリング中報知手段８は、自然呼吸を利用して新基準値算出及び設定する際に、そのデータをサンプリング中であることを報知するものである。この報知は、ＬＥＤ装置等の視覚的表示装置や、ブザー音等の音声発生装置等により具現化される。
【００５３】
サンプリング開始指示手段９は、サンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示するもので、上記マイコンに接続された既成の切替スイッチ装置等で具現化される。
【００５４】
ガイド手段１０は、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするものである。例えば、意図的呼気データをサンプリングする際には、「１分間、呼気をセンサに吹き付けてください」又は「１０回、呼気をセンサに吹き付けてください」等のガイドメッセージを音声出力したり、表示したりする音声発生装置や表示装置により具現化される。
【００５５】
また、用件報知手段６０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、用件内容を報知する。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６０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。
【００５６】
上記用件報知手段６０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。
【００５７】
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６０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。
【００５８】
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、この微分波形が示す増加率を上記のようにして設定された新たな基準値と比較すること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、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。
【００５９】
上記手段１、２、３、５、６、７、８、９及び１０、並びに装置４の実際的な配置例を、次の図２を用いて説明する。図２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２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７０、本体ケース部８０、及びこれらを電気的に接続するリード線を含んで構成される。
【００６０】
上記補助装置部７０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７０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、前述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マスク装着時に使用者の口に対応する位置に配置されている。またこの補助装置部７０と本体ケース部８０とはアーム部９０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９０は、補助装置部７０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９０は、機械的に補助装置部７０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７０と本体ケース部８０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７０は本体ケース部８０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。
【００６１】
一方、本体ケース部８０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、上記サンプリング手段５、基準値検出手段６、及び基準値設定手段７を実現するマイコン等の電気回路を収容している。そして、本体ケース部８０の一面には、電源スイッチ８１、オンオフモニタ用ＬＥＤ８４、上記サンプリング開始指示手段としてのモード設定スイッチ９Ａ、上記サンプリング中報知手段としてのＬＥＤランプ装置８Ａ、上記ガイド手段としてのスピーカ１０Ａが配置されている。これらＬＥＤランプ装置８Ａ、モード設定スイッチ９Ａ及びスピーカ１０Ａは、実施形態によっては必ずしも全て配設する必要はなく、必要なものだけ選択的に配置するようにしてもよい。
【００６２】
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。モード設定スイッチ９Ａは、図１で説明したサンプリング開始指示手段９の一例に相当するもので、サンプリングの開始、すなわちサンプリングモードへの移行をスイッチ切替により指示する。ＬＥＤランプ装置８Ａは図１で説明したサンプリング中報知手段８に相当するもので、自然呼吸を利用して新基準値算出及び設定する際に、その呼気データをサンプリング中であることをＬＥＤランプにより報知するものである。この報知は、ＬＥＤ装置の他、ブザー音等を発するスピーカでもよい。スピーカ１０Ａは図１で説明したガイド手段１０に相当するもので、モード設定スイッチ９Ａのサンプリング開始操作に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法を上述したような音声でガイドするものである。これはＬＣＤ等の表示装置であってもよい。
【００６３】
また、本体ケース部８０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及びリード線が出ている。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８０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２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６０を用いる場合には、用件報知手段６０に接続される電線が同じく背面から出ることになる。
【００６４】
上記アーム部９０に収容されるリード線は、補助装置部７０と本体ケース部８０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８０に収容されるセンサ駆動回路１２から補助装置部７０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８０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。
【００６５】
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、このＣＯ２センサ１１に呼気を吹き付ける。
【００６６】
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。
【００６７】
更に、図３から図５に示すフローチャート、並びに図６及び図７に示すグラフを用いて、上記各手段に対応する処理例を説明する。
【００６８】
まず、図３及び図６を用いて説明する。図３は、自然呼吸による炭酸ガス濃度増加率をサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。図６は、図３の処理例による基準値設定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。
【００６９】
図３のステップＳ１０１においては、上記モード設定スイッチＸ１がサンプリングモードを指示しているかどうかが検知され（ステップＳ１０１のＮ）、もしサンプリングモードを指示していることが検知されれば処理はステップＳ１０２に移行する（ステップＳ１０１のＹ）。
【００７０】
ステップＳ１０２においては、上記スピーカ１０Ａからサンプリングに必要なガイド音声が出力される。このガイド音声は次のステップで行われるサンプリングの方法に応じたもので、前述したような時間サンプリングの場合には「１分間、自然に呼吸してください」、又は回数サンプリングの場合には「１０回、自然に呼吸してください」等のガイドメッセージである。このようなガイドメッセージにより使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようにる。そして、処理はステップＳ１０３に移行する。
なお、このガイドメッセージにしたがって使用者は、通常行っているように自然呼吸による呼気をＣＯ２センサ１１に吹き付ける。
【００７１】
ステップＳ１０３においては、上記自然呼吸に基づき微分回路２１から取得される炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。時間サンプリングの場合には１分間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされ、回数サンプリングの場合には１０回だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。なお、このサンプリングデータは、次のステップで行われる処理のために、一旦、上記ＲＡＭの所定エリアに格納される。そして、処理はステップＳ１０４に移行する。
【００７２】
ステップＳ１０４においては、ステップＳ１０３においてサンプリングされたデータから最大値が検出される。すなわち、ＲＡＭに格納されている上記増加率を示すサンプリングデータから最大値が検出される。図６を用いて説明すると、１分間のサンプリング時間ＴＳにおいて、複数回の呼気に対応する鋭いピークを持つ微分波形が出力されるが、これらの複数のピーク値のうちの最大値ＭＡＸが検出されることになる。このグラフは時間サンプリングの例を示すが、回数サンプリングの場合も同様である。そして、処理はステップＳ１０５に移行する。
【００７３】
ステップＳ１０５においては、既にサンプリングデータ取得は終了しており、ステップＳ１０４において検出された最大値ＭＡＸに基づいて新たな基準値Ｓ／Ｈ１が自動的に設定される。この基準値Ｓ／Ｈ１は、図６に示すように、上記最大値ＭＡＸに基づきこれよりやや大きく設定される。これは、自然呼吸の際に生成される炭酸ガス濃度の増加率は上記最大値ＭＡＸが略最大とあると想定しているためで、換言すると、意図的呼気の場合には上記最大値ＭＡＸを大きく超えた増加率になるはずであると想定しているためである。そして、このように新たに基準値Ｓ／Ｈ１が設定されると、一連の処理は終了する。
【００７４】
なお、本例は請求項１、４、５、６及び１０に相当するものである。
【００７５】
上述のように本例によれば、サンプリングされた自然呼吸によって出力された炭酸ガス濃度の増加率の最大値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本例では、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリングの開始を指示されるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【００７６】
次に、図４及び図７を用いて説明する。図４は、意図的呼気による炭酸ガス濃度増加率をサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。図７は、図４の処理例による基準値設定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。
【００７７】
図４のステップＳ２０１においては、上記モード設定スイッチＸ１がサンプリングモードを指示しているかどうかが検知され（ステップＳ２０１のＮ）、もしサンプリングモードを指示していることが検知されれば処理はステップＳ２０２に移行する（ステップＳ２０１のＹ）。
【００７８】
ステップＳ２０２においては、上記スピーカ１０Ａからサンプリングに必要なガイド音声が出力される。このガイド音声は次のステップで行われるサンプリングの方法に応じたもので、前述したような時間サンプリングの場合には「１分間、呼気をセンサに吹き付けてください」、又は回数サンプリングの場合には「１０回、呼気をセンサに吹き付けてください」等のガイドメッセージである。このようなガイドメッセージにより使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようにる。そして、処理はステップＳ２０３に移行する。
なお、このガイドメッセージにしたがって使用者は、実際にスイッチング動作することを想定した意図的呼気をＣＯ２センサ１１に吹き付ける。
【００７９】
ステップＳ２０３においては、上記意図的呼気に基づき微分回路２１から取得される炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。時間サンプリングの場合には１分間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされ、回数サンプリングの場合には１０回だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。なお、このサンプリングデータは、次のステップで行われる処理のために、一旦、上記ＲＡＭの所定エリアに格納される。そして、処理はステップＳ２０４に移行する。
【００８０】
ステップＳ２０４においては、ステップＳ２０３においてサンプリングされたデータから最小値が検出される。すなわち、ＲＡＭに格納されている上記増加率を示すサンプリングデータから最小値が検出される。図７を用いて説明すると、１分間のサンプリング時間ＴＳにおいて、複数回の呼気に対応する鋭いピークを持つ微分波形が出力されるが、これらの複数のピーク値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうちの最小値ＭＩＮ（Ｐ２に相当）が検出されることになる。このグラフは時間サンプリングの例を示すが、回数サンプリングの場合も同様である。そして、処理はステップＳ２０５に移行する。
【００８１】
ステップＳ２０５においては、既にサンプリングデータ取得は終了しており、ステップＳ２０４において検出された最小値ＭＩＮに基づいて新たな基準値Ｓ／Ｈ２が自動的に設定される。この基準値Ｓ／Ｈ２は、図７に示すように、上記最小値ＭＩＮに略一致させる。これは、意図的呼気による炭酸ガス濃度の増加率は上記最小値ＭＩＮ以上と想定しているためで、換言すると、意図的呼気の場合には容易に上記最小値ＭＩＮを超えた増加率になるはずであると想定しているためである。そして、このように新たに基準値Ｓ／Ｈ２が設定されると、一連の処理は終了する。
【００８２】
なお、本例は請求項２、５、６及び１１に相当するものである。
【００８３】
上述のように本例によれば、サンプリングされた意図的呼気によって出力された炭酸ガス濃度の増加率の最小値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本例は、スイッチング操作するための意図的呼気は容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリングの開始を指示されるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【００８４】
また、本例の他のバリエーションでは、上記と同様のステップＳ２０１〜ステップＳ２０３の処理が行われた後、上記ステップＳ２０４において、ステップＳ２０３においてサンプリングされたデータからそれらの平均値が算出される。すなわち、ＲＡＭに格納されている上記増加率を示すサンプリングデータからそれらの平均値が算出される。図７を用いて説明すると、１分間のサンプリング時間ＴＳにおいて、複数回の呼気に対応する鋭いピークを持つ微分波形が出力されるが、これらの複数のピーク値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の平均値ＡＶＥが算出されることになる。このグラフは時間サンプリングの例を示すが、回数サンプリングの場合も同様である。そして、処理は同様にステップＳ２０５に移行する。
【００８５】
このステップＳ２０５においては、既にサンプリングデータ取得は終了しており、ステップＳ２０４において算出された平均値ＡＶＥに基づいて新たな基準値Ｓ／Ｈ３が自動的に設定される。この基準値Ｓ／Ｈ３は、図７に示すように、上記平均値ＡＶＥに略一致させる。これは、新基準値を上記平均値ＡＶＥに設定することにより、むやみやたらに呼気による操作信号が出力されないようにするためである。そして、このように新たに基準値Ｓ／Ｈ３が設定されると、一連の処理は終了する。
【００８６】
なお、本例は請求項３、５、６及び１２に相当するものである。
【００８７】
上述のようにこのバリエーションによれば、サンプリングされた意図的呼気によって出力された炭酸ガス濃度の増加率の平均値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００８８】
更に、図５及び図６を用いて説明する。図５は、自然呼吸による炭酸ガス濃度増加率を自動的にサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。図６は、図５の処理例による基準値設定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。この図５に示す例においては、使用者は、炭酸ガスセンサが内蔵されたマスクを装着している時間が長く、サンプリングモードの設定がなくても周期的に最適な基準値が自動更新設定される。
【００８９】
図５のステップＳ３０１においては、周期的に行われる自動更新設定が始まったことを示すべく図２で示したサンプリング中報知手段としてのＬＥＤランプ装置８Ａが点灯され、処理はステップＳ３０２に移行する。
なお、この時、使用者は、無意識に通常行っているように自然呼吸による呼気をＣＯ２センサ１１に吹き付けている。
【００９０】
ステップＳ３０２においては、上記自然呼吸に基づき微分回路２１から取得される炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。時間サンプリングの場合には１分間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされ、回数サンプリングの場合には１０回だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。なお、このサンプリングデータは、次のステップで行われる処理のために、一旦、上記ＲＡＭの所定エリアに格納される。そして、処理はステップＳ３０３に移行する。
【００９１】
ステップＳ３０３においては、図３のステップＳ１０４で示したと同様、ステップＳ３０２においてサンプリングされたデータから最大値が検出される。すなわち、ＲＡＭに格納されている上記増加率を示すサンプリングデータから最大値が検出される。図６を用いて説明すると、１分間のサンプリング時間ＴＳにおいて、複数回の呼気に対応する鋭いピークを持つ微分波形が出力されるが、これらの複数のピーク値のうちの最大値ＭＡＸが検出されることになる。このグラフは時間サンプリングの例を示すが、回数サンプリングの場合も同様である。そして、処理はステップＳ３０４に移行する。
【００９２】
ステップＳ３０４においては、既にサンプリングデータ取得は終了しており、ステップＳ３０３において検出された最大値ＭＡＸに基づいて、図３の実施形態同様、新たな基準値Ｓ／Ｈ１が自動的に設定される。この基準値Ｓ／Ｈ１は、図６に示すように、上記最大値ＭＡＸに基づきこれよりやや大きく設定される。この理由は、図３の実施形態で説明したと同様である。そして、このように新たに基準値Ｓ／Ｈ１が設定されると、処理はステップＳ３０５に移行する。
【００９３】
ステップＳ３０５においては、基準値の更新設定が終了したことを示すべく、ステップＳ３０１で点灯されたＬＥＤランプ装置８Ａが消灯され、一連の処理は終了する。
【００９４】
なお、本例は請求項４、５、６及び１０に相当するものである。
【００９５】
上述のように本例によれば、サンプリングされた自然呼吸によって出力された炭酸ガス濃度の増加率の最大値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定されるようになる。すなわち、本例は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリングは周期的、自動的に行われ、サンプリング中であることをが報知されるようにしているので、使用者は本装置を連続使用することができるようになり、使用者が患者である場合等、上記基準値設定の際に介護者の援助も不要となり、非常に勝手がよくなる。
【００９６】
以上説明したように、上述してきた実施形態によれば、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定されるようになる。この結果、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を更に備えているので、使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようになる。そして、通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される自然呼吸によって出力された炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の最大値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。また、すなわち、本発明は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリング開始指示手段９によってサンプリングの開始を指示できるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【００９８】
請求項２に記載の発明によれば、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を更に備えているので、使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようにる。そして、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサ１１に供給する旨をガイドするガイド手段にしたがって供給される意図的呼気によって出力されたサンプリングされた炭酸ガス濃度の増加率の最小値に基づいて前記基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は、容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリング開始指示手段９によってサンプリングの開始を指示できるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【００９９】
請求項３に記載の発明によれば、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を更に備えているので、使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようにる。そして、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサ１１に供給する旨をガイドするガイド手段にしたがって供給される意図的呼気によって出力された意図的呼気によって出力された炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の平均値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリング開始指示手段９によってサンプリングの開始を指示できるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【０１０１】
請求項４に記載の発明によれば、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して該炭酸ガスセンサに供給される自然呼吸の呼気中の炭酸ガス濃度によって出力された炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の最大値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリング手段５では周期的にサンプリングをおこない、サンプリング中であることをサンプリング中報知手段８が報知するようにしているので、使用者は本装置を連続使用することができるようになり、使用者が患者である場合等、上記基準値設定の際に介護者の援助も不要となり、更に使い勝手がよくなる。
【０１０２】
請求項５に記載の発明によれば、予め定められた所定時間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしているので、サンプリング時間が必要以上に長くなることがない。したがって、上記基準値を設定する際に要する時間も必要以上に長くなることがない。
【０１０３】
請求項６に記載の発明によれば、予め定められた所定回数だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしているので、上記基準値を検出又は算出する際のデータが確実に得られる。したがって、上記基準値が正確に設定できるようになる。
【０１０４】
請求項７に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、簡単な回路構成で、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。
【０１０５】
請求項８に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６０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。
【０１０６】
請求項９に記載の発明によれば、用件報知手段６０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１項を表示する用件表示部６１を有するので、請求項８に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。
【０１０７】
請求項１０に記載の発明によれば、サンプリングされた通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される呼気、又は、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して供給される呼気である自然呼吸の呼気中の炭酸ガス濃度よって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率の最大値に基づいて前記基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【０１０８】
請求項１１に記載の発明によれば、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気である意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の最小値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は、容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【０１０９】
請求項１２に記載の発明によれば、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気である意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の平均値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【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】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】自然呼吸による炭酸ガス濃度増加率をサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。
【図４】意図的呼気による炭酸ガス濃度増加率をサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。
【図５】自然呼吸による炭酸ガス濃度増加率を自動的にサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。
【図６】図３及び図５の処理例による基準値設定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７】図４の処理例による基準値設定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】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９】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１０】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。
【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 サンプリング手段
６ 基準値検出手段
７ 基準値設定手段
８ サンプリング中報知手段
８Ａ ＬＥＤランプ装置
９ サンプリング開始指示手段
９Ａ モード設定スイッチ
１０ ガイド手段
１０Ａ スピーカ
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
４０ 空調装置
４１ 照明装置
６０ 用件報知手段
６１ 用件表示部
７０ 補助装置部
８０ 本体ケース部
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
９０ アーム部
【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及びこのスイッチ操作を行うための基準値設定方法に関し、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及びこの呼気スイッチ装置の基準値設定方法に関する。
【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所定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と予め設定された基準値との比較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、この基準値は固定的なものであるため、使用者が意図的に呼気を吹き付けていなくても、スイッチ動作が行われてしまう場合があった。また、実開平４−１３４０６１号公報に示された従来の呼気スイッチ装置では、使用者の呼気の強さに合わせて感度を調節するアイディアが示されてはいるが、この従来装置によっても炭酸ガスの濃度に基づく感度調節はされず、固定的なものであるので、依然として誤スイッチ動作の可能性は残る。
【０００４】
以下、図８〜図１０を用いてこの問題を説明していく。
図８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８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、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と予め設定された基準値（後述のＳ／Ｈに対応する）との比較結果に基づいて、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、呼気を供給し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本体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、微分処理結果が上記基準値を超えたことを検出し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９及び図１０に示すグラフを用いて説明する。図９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１０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９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。このような微分出力は、同図に示すような上記操作信号を出力する基準となる予め定められたスレシュホールドレベルＳ／Ｈを超えることはない。
【０００９】
一方、例えば図１０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。このような微分出力は、同図に示すような予め定められたスレシュホールドレベルＳ／ＨをＰＺで示すタイミングで超える。
【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。そこで、上述のように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、上述のスレシュホールドレベルＳ／Ｈは、予め設定された固定的な基準値であるので以下の問題が発生する。
例えば使用者が、身動きのとり難い状態の患者である場合、炭酸ガスセンサは常にこの患者の口の近くにあることになる。そうすると、患者は呼気の強弱は自身でコントロールできるもの、呼気の炭酸ガス濃度まではコントロールできないので、予め固定的に設定されたＳ／Ｈでは場合によっては、誤スイッチ動作を起こしてしまう可能性がある。このような場合、この患者は他者に助けてもらいながら別のスレシュホールドレベルＳ／Ｈの再設定をすることになるが、この新たに設定されたスレシュホールドレベルＳ／Ｈも適当なものかどうかは不明であり、使用しているうちに再度不都合が生じる可能性もある。
【００１２】
また例えば、使用者が意図しない炭酸ガスが気流でセンサに暴露してしまう場合等も予想され、この場合、呼気スイッチ装置自体は正常に動作しているが使用者の意図に反してスイッチング動作が行われることになる。この場合にも使用者は、試行錯誤して適当なスレシュホールドレベルＳ／Ｈを設定する必要があり非常に煩わしい。また、呼気スイッチ装置の使用者が変更になった等にもその度に試行錯誤して適当な基準値としてのスレシュホールドレベルＳ／Ｈを設定する必要があった。
【００１３】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、操作信号を出力する基準となるレベルを、使用者や環境の変化に応じて容易に変更でき、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に記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図３に示すように、炭酸（以下、ＣＯ２とも言う）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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチ装置であって、前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするサンプリング手段５と、前記サンプリング手段５によってサンプリングされた前記増加率の最大値を検出する最大値検出手段６Ａと、前記サンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示するサンプリング開始指示手段９と、前記サンプリング開始指示手段によるサンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイド手段１０と、がさらに設けられ、前記ガイド手段１０からのガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段２が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記最大値検出手段６Ａが検出した該増加率の最大値に基づいて基準値設定手段７が前記基準値を設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、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、サンプリング手段５、最大値検出手段６Ａ、サンプリング開始指示手段９、及び基準値設定手段７を有する。さらに呼気スイッチ装置は、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を備えているので使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようになる。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吸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吸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。
特に上記基準値を設定するために、サンプリング手段５は通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される自然呼吸によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングする。最大値検出手段６Ａはサンプリングされた増加率の最大値を検出する。サンプリング開始指示手段９はサンプリングの開始を指示する。基準値設定手段７は上記最大値に基づいて基準値を設定する。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項２に記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図４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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチ装置であって、前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするサンプリング手段５と、前記サンプリング手段５によってサンプリングされた前記増加率の最小値を検出する最小値検出手段６Ｂと、前記サンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示するサンプリング開始指示手段と、前記サンプリング開始指示手段によるサンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサ１１に供給する旨をガイドするガイド手段１０と、がさらに設けられ、前記ガイド手段１０からのガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサ１１で検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段２が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記最小値検出手段が検出した該増加率の最小値に基づいて基準値設定手段７が前記基準値を設定することを特徴とするを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、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、サンプリング手段５、最小値検出手段６Ｂ、サンプリング開始指示手段９、及び基準値設定手段７を有する。さらに呼気スイッチ装置は、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を備えているので使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようになる。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吸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吸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。
特に上記基準値を設定するために、サンプリング手段５は通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイドにしたがって供給された意図的な呼気中の炭酸ガス濃度によって出力された前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングする。最小値検出手段６Ｂはサンプリングされた前記増加率の最小値を検出する。サンプリング開始指示手段９はサンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示する。基準値設定手段７は上記最小値に基づいて前記基準値を設定する。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は、容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項３に記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図４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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチ装置であって、前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするサンプリング手段５と、前記サンプリング手段５によってサンプリングされた前記増加率の平均値を算出する平均値検出手段６Ｃと、前記サンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示するサンプリング開始指示手段と、前記サンプリング開始指示手段によるサンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイド手段と、がさらに設けられ、前記ガイド手段からのガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記平均値検出手段６Ｃが検出した該増加率の平均値に基づいて基準値設定手段７が前記基準値を設定することを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、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、サンプリング手段５、平均値検出手段６Ｃ、サンプリング開始指示手段９、及び基準値設定手段７を有する。さらに呼気スイッチ装置は、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を備えているので使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようになる。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吸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吸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。
特に上記基準値を設定するために、サンプリング手段５は通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイドにしたがって供給された意図的な呼気中の炭酸ガス濃度によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングする。平均値検出手段６Ｃはサンプリングされた増加率の平均値を算出する。サンプリング開始指示手段９はサンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示する。基準値設定手段７は上記平均値に基づいて前記基準値を設定する。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。
【００２２】
上記課題を解決するためになされた請求項４に記載の呼気スイッチ装置は、図１及び図５に示すように、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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチであって、前記炭酸ガス濃度の増加率を周期的にサンプリングするサンプリング手段５と、前記サンプリング手段５によってサンプリングされた前記増加率の最大値を検出する最大値検出手段６Ａと、前記サンプリング手段５においてサンプリング中であることを報知するサンプリング中報知手段８と、をさらに備え、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して該炭酸ガスセンサに供給される呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記最大値検出手段が検出した該増加率の最大値に基づいて基準値設定手段７が前記基準値を設定することを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、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、サンプリング手段５、最大値検出手段６Ａ、サンプリング開始指示手段９及び基準値設定手段７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吸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吸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。
特に上記基準値を設定するために、サンプリング手段５は、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して該炭酸ガスセンサに供給される自然呼吸によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率を周期的にサンプリングする。最大値検出手段６Ａはサンプリングされた増加率の最大値を検出する。サンプリング中報知手段８はサンプリング手段５においてサンプリング中であることを報知する。基準値設定手段７は上記最大値に基づいて前記基準値を設定する。
【００２４】
上記課題を解決するためになされた請求項５に記載の呼気スイッチ装置は、図１、図６及び図７に示すように、請求項１、２、３又は４いずれか１項に記載の呼気スイッチ装置において、前記サンプリング手段５が、予め定められた所定時間内に出力された前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングすることを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、サンプリング手段は、予め定められた所定時間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしているので、サンプリング時間が必要以上に長くなることがない。したがって、上記基準値を設定する際に要する時間も必要以上に長くなることがない。
【００２６】
上記課題を解決するためになされた請求項６に記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項１、２、３又は４いずれか１項に記載の呼気スイッチ装置において、前記サンプリング手段５が、予め定められた所定回数だけ出力された前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングすることを特徴とする。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、サンプリング手段５は、予め定められた所定回数だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしているので、上記基準値を検出又は算出する際のデータが確実に得られる。したがって、上記基準値が正確に設定できるようになる。
【００２８】
上記課題を解決するためになされた請求項７に記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項１乃至６いずれか１項に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が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。
【００２９】
請求項７に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、簡単な回路構成で、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。
【００３０】
上記課題を解決するためになされた請求項８に記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項７に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６０を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、呼気スイッチ装置は、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６０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。
【００３２】
上記課題を解決するためになされた請求項９に記載の呼気スイッチ装置は、図１に示すように、請求項８に記載の呼気スイッチ装置において、前記用件報知手段６０が、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１項を表示する用件表示部６１を有することを特徴とする。
【００３３】
請求項９に記載の発明によれば、用件報知手段６０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１項を表示する用件表示部６１を有するので、請求項７に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。
【００３４】
上記課題を解決するためになされた請求項１０に記載の呼気スイッチ装置の基準値設定方法は、図１、図３及び図５に示すように、炭酸ガスセンサを有１１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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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とを有する呼気スイッチ装置の前記基準値の設定方法であって、通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される呼気中の炭酸ガス濃度又は、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して供給される呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段５がサンプリングし、該サンプリングした増加率から検出した該増加率の最大値に基づいて前記基準値を設定することを特徴とする。
【００３５】
請求項１０に記載の発明によれば、サンプリングされた通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される呼気又は、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して供給される呼気である自然呼吸による呼気中の炭酸ガス濃度に基づいて出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率の最大値に基づいて前記基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００３６】
上記課題を解決するためになされた請求項１１に記載の呼気スイッチ装置の基準値設定方法は、図１及び図４に示すように、炭酸ガスセンサを有し、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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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とを有する呼気スイッチ装置の前記基準値の設定方法であって、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングし、該サンプリングした増加率から検出した該増加率の最小値に基づいて前記基準値を設定することを特徴とする。
【００３７】
請求項１１に記載の発明によれば、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気である意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応するサンプリングされた炭酸ガス濃度の増加率の最小値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は、容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００３８】
上記課題を解決するためになされた請求項１２に記載の呼気スイッチ装置の基準値設定方法は、図１及び図４に示すように、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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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３とを有する呼気スイッチ装置の前記基準値の設定方法であって、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段１が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングし、該サンプリングした増加率から検出した該増加率の平均値に基づいて前記基準値を設定することを特徴とする。
【００３９】
請求項１２に記載の発明によれば、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気である意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応するサンプリングされた前記炭酸ガス濃度の増加率の平均値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００４０】
【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、再度、図９及び図１０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９及び図１０は前述した通りである。
【００４１】
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、基準値設定手段７、サンプリング手段５、基準値検出手段６、サンプリング中報知手段８、サンプリング開始指示手段９及びガイド手段１０を有し、上記スイッチング手段３には被制御装置４が接続される。
【００４２】
上記炭酸ガス濃度検知手段１は、（炭酸ガス）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は、ベーズ部に固定されたセンサ素子が円筒状の金網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。
【００４３】
操作信号生成手段２は、基本的に微分回路２１及び微分回路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、コンデンサ及び抵抗を含む既知の回路構成をしており、上記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１０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。
【００４４】
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、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。
【００４５】
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。
【００４６】
被制御装置４は、例えば空調装置４０及び照明装置４１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。
【００４７】
サンプリング手段５は、自然呼吸又は意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングする。例えば、操作信号生成手段２に含まれる微分回路２１から取得される炭酸ガス濃度の増加率を利用できる。またサンプリングの方法は、予め定められた所定時間内に出力された濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングしてもよいし、予め定められた所定回数だけ出力された濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしてもよい。
【００４８】
上述のように予め定められた所定時間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングすると、サンプリング時間が必要以上に長くなることがない。また、予め定められた所定回数だけ上記増加率をサンプリングすると、上記基準値を検出又は算出する際のデータが確実に得られる。
【００４９】
基準値検出手段６は、上記サンプリング手段５でサンプリングされた上記増加率に以下に説明する処理を加えて、これにより新たな基準値を設定するものである。すなわち、基準値検出手段６は、処理の仕方に応じて最大値検出手段６Ａ、最小値検出手段６Ｂ又は平均値検出手段６Ｃから構成される。最大値検出手段６Ａは、自然呼吸による炭酸ガス濃度の増加率の最大値を検出し、これを新たな基準値として提供するものである。最小値検出手段６Ｂは、意図的呼気による炭酸ガス濃度の増加率の最小値を検出し、これを新たな基準値として提供するものである。平均値検出手段６Ｃは、意図的呼気による炭酸ガス濃度の増加率の平均値を算出し、これを新たな基準値として提供するものである。
【００５０】
基準値設定手段７は、上記増加率の平均値、最大値又は最小値に基づく新たな基準値を設定する。
【００５１】
なお、上記サンプリング手段５、基準値検出手段６、及び基準値設定手段７で必要な各制御は、本呼気スイッチ装置に実装されるＲＯＭ、ＲＡＭを含むマイコン（不図示）で実現される。
【００５２】
サンプリング中報知手段８は、自然呼吸を利用して新基準値算出及び設定する際に、そのデータをサンプリング中であることを報知するものである。この報知は、ＬＥＤ装置等の視覚的表示装置や、ブザー音等の音声発生装置等により具現化される。
【００５３】
サンプリング開始指示手段９は、サンプリング手段５によるサンプリングの開始を指示するもので、上記マイコンに接続された既成の切替スイッチ装置等で具現化される。
【００５４】
ガイド手段１０は、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするものである。例えば、意図的呼気データをサンプリングする際には、「１分間、呼気をセンサに吹き付けてください」又は「１０回、呼気をセンサに吹き付けてください」等のガイドメッセージを音声出力したり、表示したりする音声発生装置や表示装置により具現化される。
【００５５】
また、用件報知手段６０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、用件内容を報知する。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６０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。
【００５６】
上記用件報知手段６０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。
【００５７】
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６０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。
【００５８】
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、この微分波形が示す増加率を上記のようにして設定された新たな基準値と比較すること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、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。
【００５９】
上記手段１、２、３、５、６、７、８、９及び１０、並びに装置４の実際的な配置例を、次の図２を用いて説明する。図２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２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７０、本体ケース部８０、及びこれらを電気的に接続するリード線を含んで構成される。
【００６０】
上記補助装置部７０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７０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、前述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マスク装着時に使用者の口に対応する位置に配置されている。またこの補助装置部７０と本体ケース部８０とはアーム部９０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９０は、補助装置部７０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９０は、機械的に補助装置部７０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７０と本体ケース部８０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７０は本体ケース部８０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。
【００６１】
一方、本体ケース部８０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、上記サンプリング手段５、基準値検出手段６、及び基準値設定手段７を実現するマイコン等の電気回路を収容している。そして、本体ケース部８０の一面には、電源スイッチ８１、オンオフモニタ用ＬＥＤ８４、上記サンプリング開始指示手段としてのモード設定スイッチ９Ａ、上記サンプリング中報知手段としてのＬＥＤランプ装置８Ａ、上記ガイド手段としてのスピーカ１０Ａが配置されている。これらＬＥＤランプ装置８Ａ、モード設定スイッチ９Ａ及びスピーカ１０Ａは、実施形態によっては必ずしも全て配設する必要はなく、必要なものだけ選択的に配置するようにしてもよい。
【００６２】
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。モード設定スイッチ９Ａは、図１で説明したサンプリング開始指示手段９の一例に相当するもので、サンプリングの開始、すなわちサンプリングモードへの移行をスイッチ切替により指示する。ＬＥＤランプ装置８Ａは図１で説明したサンプリング中報知手段８に相当するもので、自然呼吸を利用して新基準値算出及び設定する際に、その呼気データをサンプリング中であることをＬＥＤランプにより報知するものである。この報知は、ＬＥＤ装置の他、ブザー音等を発するスピーカでもよい。スピーカ１０Ａは図１で説明したガイド手段１０に相当するもので、モード設定スイッチ９Ａのサンプリング開始操作に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法を上述したような音声でガイドするものである。これはＬＣＤ等の表示装置であってもよい。
【００６３】
また、本体ケース部８０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及びリード線が出ている。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８０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２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６０を用いる場合には、用件報知手段６０に接続される電線が同じく背面から出ることになる。
【００６４】
上記アーム部９０に収容されるリード線は、補助装置部７０と本体ケース部８０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８０に収容されるセンサ駆動回路１２から補助装置部７０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８０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。
【００６５】
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、このＣＯ２センサ１１に呼気を吹き付ける。
【００６６】
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。
【００６７】
更に、図３から図５に示すフローチャート、並びに図６及び図７に示すグラフを用いて、上記各手段に対応する処理例を説明する。
【００６８】
まず、図３及び図６を用いて説明する。図３は、自然呼吸による炭酸ガス濃度増加率をサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。図６は、図３の処理例による基準値設定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。
【００６９】
図３のステップＳ１０１においては、上記モード設定スイッチＸ１がサンプリングモードを指示しているかどうかが検知され（ステップＳ１０１のＮ）、もしサンプリングモードを指示していることが検知されれば処理はステップＳ１０２に移行する（ステップＳ１０１のＹ）。
【００７０】
ステップＳ１０２においては、上記スピーカ１０Ａからサンプリングに必要なガイド音声が出力される。このガイド音声は次のステップで行われるサンプリングの方法に応じたもので、前述したような時間サンプリングの場合には「１分間、自然に呼吸してください」、又は回数サンプリングの場合には「１０回、自然に呼吸してください」等のガイドメッセージである。このようなガイドメッセージにより使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようにる。そして、処理はステップＳ１０３に移行する。
なお、このガイドメッセージにしたがって使用者は、通常行っているように自然呼吸による呼気をＣＯ２センサ１１に吹き付ける。
【００７１】
ステップＳ１０３においては、上記自然呼吸に基づき微分回路２１から取得される炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。時間サンプリングの場合には１分間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされ、回数サンプリングの場合には１０回だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。なお、このサンプリングデータは、次のステップで行われる処理のために、一旦、上記ＲＡＭの所定エリアに格納される。そして、処理はステップＳ１０４に移行する。
【００７２】
ステップＳ１０４においては、ステップＳ１０３においてサンプリングされたデータから最大値が検出される。すなわち、ＲＡＭに格納されている上記増加率を示すサンプリングデータから最大値が検出される。図６を用いて説明すると、１分間のサンプリング時間ＴＳにおいて、複数回の呼気に対応する鋭いピークを持つ微分波形が出力されるが、これらの複数のピーク値のうちの最大値ＭＡＸが検出されることになる。このグラフは時間サンプリングの例を示すが、回数サンプリングの場合も同様である。そして、処理はステップＳ１０５に移行する。
【００７３】
ステップＳ１０５においては、既にサンプリングデータ取得は終了しており、ステップＳ１０４において検出された最大値ＭＡＸに基づいて新たな基準値Ｓ／Ｈ１が自動的に設定される。この基準値Ｓ／Ｈ１は、図６に示すように、上記最大値ＭＡＸに基づきこれよりやや大きく設定される。これは、自然呼吸の際に生成される炭酸ガス濃度の増加率は上記最大値ＭＡＸが略最大とあると想定しているためで、換言すると、意図的呼気の場合には上記最大値ＭＡＸを大きく超えた増加率になるはずであると想定しているためである。そして、このように新たに基準値Ｓ／Ｈ１が設定されると、一連の処理は終了する。
【００７４】
なお、本例は請求項１、４、５、６及び１０に相当するものである。
【００７５】
上述のように本例によれば、サンプリングされた自然呼吸によって出力された炭酸ガス濃度の増加率の最大値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本例では、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリングの開始を指示されるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【００７６】
次に、図４及び図７を用いて説明する。図４は、意図的呼気による炭酸ガス濃度増加率をサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。図７は、図４の処理例による基準値設定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。
【００７７】
図４のステップＳ２０１においては、上記モード設定スイッチＸ１がサンプリングモードを指示しているかどうかが検知され（ステップＳ２０１のＮ）、もしサンプリングモードを指示していることが検知されれば処理はステップＳ２０２に移行する（ステップＳ２０１のＹ）。
【００７８】
ステップＳ２０２においては、上記スピーカ１０Ａからサンプリングに必要なガイド音声が出力される。このガイド音声は次のステップで行われるサンプリングの方法に応じたもので、前述したような時間サンプリングの場合には「１分間、呼気をセンサに吹き付けてください」、又は回数サンプリングの場合には「１０回、呼気をセンサに吹き付けてください」等のガイドメッセージである。このようなガイドメッセージにより使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようにる。そして、処理はステップＳ２０３に移行する。
なお、このガイドメッセージにしたがって使用者は、実際にスイッチング動作することを想定した意図的呼気をＣＯ２センサ１１に吹き付ける。
【００７９】
ステップＳ２０３においては、上記意図的呼気に基づき微分回路２１から取得される炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。時間サンプリングの場合には１分間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされ、回数サンプリングの場合には１０回だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。なお、このサンプリングデータは、次のステップで行われる処理のために、一旦、上記ＲＡＭの所定エリアに格納される。そして、処理はステップＳ２０４に移行する。
【００８０】
ステップＳ２０４においては、ステップＳ２０３においてサンプリングされたデータから最小値が検出される。すなわち、ＲＡＭに格納されている上記増加率を示すサンプリングデータから最小値が検出される。図７を用いて説明すると、１分間のサンプリング時間ＴＳにおいて、複数回の呼気に対応する鋭いピークを持つ微分波形が出力されるが、これらの複数のピーク値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうちの最小値ＭＩＮ（Ｐ２に相当）が検出されることになる。このグラフは時間サンプリングの例を示すが、回数サンプリングの場合も同様である。そして、処理はステップＳ２０５に移行する。
【００８１】
ステップＳ２０５においては、既にサンプリングデータ取得は終了しており、ステップＳ２０４において検出された最小値ＭＩＮに基づいて新たな基準値Ｓ／Ｈ２が自動的に設定される。この基準値Ｓ／Ｈ２は、図７に示すように、上記最小値ＭＩＮに略一致させる。これは、意図的呼気による炭酸ガス濃度の増加率は上記最小値ＭＩＮ以上と想定しているためで、換言すると、意図的呼気の場合には容易に上記最小値ＭＩＮを超えた増加率になるはずであると想定しているためである。そして、このように新たに基準値Ｓ／Ｈ２が設定されると、一連の処理は終了する。
【００８２】
なお、本例は請求項２、５、６及び１１に相当するものである。
【００８３】
上述のように本例によれば、サンプリングされた意図的呼気によって出力された炭酸ガス濃度の増加率の最小値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本例は、スイッチング操作するための意図的呼気は容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリングの開始を指示されるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【００８４】
また、本例の他のバリエーションでは、上記と同様のステップＳ２０１〜ステップＳ２０３の処理が行われた後、上記ステップＳ２０４において、ステップＳ２０３においてサンプリングされたデータからそれらの平均値が算出される。すなわち、ＲＡＭに格納されている上記増加率を示すサンプリングデータからそれらの平均値が算出される。図７を用いて説明すると、１分間のサンプリング時間ＴＳにおいて、複数回の呼気に対応する鋭いピークを持つ微分波形が出力されるが、これらの複数のピーク値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の平均値ＡＶＥが算出されることになる。このグラフは時間サンプリングの例を示すが、回数サンプリングの場合も同様である。そして、処理は同様にステップＳ２０５に移行する。
【００８５】
このステップＳ２０５においては、既にサンプリングデータ取得は終了しており、ステップＳ２０４において算出された平均値ＡＶＥに基づいて新たな基準値Ｓ／Ｈ３が自動的に設定される。この基準値Ｓ／Ｈ３は、図７に示すように、上記平均値ＡＶＥに略一致させる。これは、新基準値を上記平均値ＡＶＥに設定することにより、むやみやたらに呼気による操作信号が出力されないようにするためである。そして、このように新たに基準値Ｓ／Ｈ３が設定されると、一連の処理は終了する。
【００８６】
なお、本例は請求項３、５、６及び１２に相当するものである。
【００８７】
上述のようにこのバリエーションによれば、サンプリングされた意図的呼気によって出力された炭酸ガス濃度の増加率の平均値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００８８】
更に、図５及び図６を用いて説明する。図５は、自然呼吸による炭酸ガス濃度増加率を自動的にサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。図６は、図５の処理例による基準値設定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。この図５に示す例においては、使用者は、炭酸ガスセンサが内蔵されたマスクを装着している時間が長く、サンプリングモードの設定がなくても周期的に最適な基準値が自動更新設定される。
【００８９】
図５のステップＳ３０１においては、周期的に行われる自動更新設定が始まったことを示すべく図２で示したサンプリング中報知手段としてのＬＥＤランプ装置８Ａが点灯され、処理はステップＳ３０２に移行する。
なお、この時、使用者は、無意識に通常行っているように自然呼吸による呼気をＣＯ２センサ１１に吹き付けている。
【００９０】
ステップＳ３０２においては、上記自然呼吸に基づき微分回路２１から取得される炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。時間サンプリングの場合には１分間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされ、回数サンプリングの場合には１０回だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率がサンプリングされる。なお、このサンプリングデータは、次のステップで行われる処理のために、一旦、上記ＲＡＭの所定エリアに格納される。そして、処理はステップＳ３０３に移行する。
【００９１】
ステップＳ３０３においては、図３のステップＳ１０４で示したと同様、ステップＳ３０２においてサンプリングされたデータから最大値が検出される。すなわち、ＲＡＭに格納されている上記増加率を示すサンプリングデータから最大値が検出される。図６を用いて説明すると、１分間のサンプリング時間ＴＳにおいて、複数回の呼気に対応する鋭いピークを持つ微分波形が出力されるが、これらの複数のピーク値のうちの最大値ＭＡＸが検出されることになる。このグラフは時間サンプリングの例を示すが、回数サンプリングの場合も同様である。そして、処理はステップＳ３０４に移行する。
【００９２】
ステップＳ３０４においては、既にサンプリングデータ取得は終了しており、ステップＳ３０３において検出された最大値ＭＡＸに基づいて、図３の実施形態同様、新たな基準値Ｓ／Ｈ１が自動的に設定される。この基準値Ｓ／Ｈ１は、図６に示すように、上記最大値ＭＡＸに基づきこれよりやや大きく設定される。この理由は、図３の実施形態で説明したと同様である。そして、このように新たに基準値Ｓ／Ｈ１が設定されると、処理はステップＳ３０５に移行する。
【００９３】
ステップＳ３０５においては、基準値の更新設定が終了したことを示すべく、ステップＳ３０１で点灯されたＬＥＤランプ装置８Ａが消灯され、一連の処理は終了する。
【００９４】
なお、本例は請求項４、５、６及び１０に相当するものである。
【００９５】
上述のように本例によれば、サンプリングされた自然呼吸によって出力された炭酸ガス濃度の増加率の最大値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定されるようになる。すなわち、本例は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリングは周期的、自動的に行われ、サンプリング中であることをが報知されるようにしているので、使用者は本装置を連続使用することができるようになり、使用者が患者である場合等、上記基準値設定の際に介護者の援助も不要となり、非常に勝手がよくなる。
【００９６】
以上説明したように、上述してきた実施形態によれば、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定されるようになる。この結果、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を更に備えているので、使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようになる。そして、通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される自然呼吸によって出力された炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の最大値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。また、すなわち、本発明は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリング開始指示手段９によってサンプリングの開始を指示できるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【００９８】
請求項２に記載の発明によれば、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を更に備えているので、使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようにる。そして、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサ１１に供給する旨をガイドするガイド手段にしたがって供給される意図的呼気によって出力されたサンプリングされた炭酸ガス濃度の増加率の最小値に基づいて前記基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は、容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリング開始指示手段９によってサンプリングの開始を指示できるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【００９９】
請求項３に記載の発明によれば、サンプリング開始指示手段９によるサンプリングの開始指示に応答して、このサンプリングに必要とされる炭酸ガスセンサ１１への呼気の供給方法をガイドするガイド手段１０を更に備えているので、使用者は間違いなくサンプリングのための呼気を炭酸ガスセンサに供給できるようにる。そして、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサ１１に供給する旨をガイドするガイド手段にしたがって供給される意図的呼気によって出力された意図的呼気によって出力された炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の平均値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリング開始指示手段９によってサンプリングの開始を指示できるので、使用者が患者である場合等、その介護者は意図的に基準値設定モードに移行させることができ、更に使い勝手がよくなる。
【０１０１】
請求項４に記載の発明によれば、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して該炭酸ガスセンサに供給される自然呼吸の呼気中の炭酸ガス濃度によって出力された炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の最大値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。更に、サンプリング手段５では周期的にサンプリングをおこない、サンプリング中であることをサンプリング中報知手段８が報知するようにしているので、使用者は本装置を連続使用することができるようになり、使用者が患者である場合等、上記基準値設定の際に介護者の援助も不要となり、更に使い勝手がよくなる。
【０１０２】
請求項５に記載の発明によれば、予め定められた所定時間内に出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしているので、サンプリング時間が必要以上に長くなることがない。したがって、上記基準値を設定する際に要する時間も必要以上に長くなることがない。
【０１０３】
請求項６に記載の発明によれば、予め定められた所定回数だけ出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするようにしているので、上記基準値を検出又は算出する際のデータが確実に得られる。したがって、上記基準値が正確に設定できるようになる。
【０１０４】
請求項７に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、簡単な回路構成で、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。
【０１０５】
請求項８に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６０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。
【０１０６】
請求項９に記載の発明によれば、用件報知手段６０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１項を表示する用件表示部６１を有するので、請求項８に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。
【０１０７】
請求項１０に記載の発明によれば、サンプリングされた通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される呼気、又は、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して供給される呼気である自然呼吸の呼気中の炭酸ガス濃度よって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度の増加率の最大値に基づいて前記基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するめの意図的呼気は自然呼吸の際の上記最大値を大きく超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【０１０８】
請求項１１に記載の発明によれば、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気である意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応する炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の最小値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。すなわち、本発明は、スイッチング操作するための意図的呼気は、容易に上記最小値を超えた増加率になることを基準値の設定に利用している。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【０１０９】
請求項１２に記載の発明によれば、サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気である意図的呼気によって出力された濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度のサンプリングされた増加率の平均値に基づいて基準値を設定するようにしているので、試行錯誤することなしに定量的な基準により確実な基準値が設定される。このような平均値を基準値設定に用いることにより、むやみやたらに呼気によるスイッチング操作が行われにくくなり、スイッチング操作が安定的になる。したがって、本発明によれば信頼性が高く使い勝手のよい呼気スイッチ装置が得られるようになる。
【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】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】自然呼吸による炭酸ガス濃度増加率をサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。
【図４】意図的呼気による炭酸ガス濃度増加率をサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。
【図５】自然呼吸による炭酸ガス濃度増加率を自動的にサンプリングして基準値を設定する処理例を示すフローチャートである。
【図６】図３及び図５の処理例による基準値設定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７】図４の処理例による基準値設定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】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９】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１０】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。
【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 サンプリング手段
６ 基準値検出手段
７ 基準値設定手段
８ サンプリング中報知手段
８Ａ ＬＥＤランプ装置
９ サンプリング開始指示手段
９Ａ モード設定スイッチ
１０ ガイド手段
１０Ａ スピーカ
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
４０ 空調装置
４１ 照明装置
６０ 用件報知手段
６１ 用件表示部
７０ 補助装置部
８０ 本体ケース部
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
９０ アーム部
Claims (12)
- 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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチ装置であって、
前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段によってサンプリングされた前記増加率の最大値を検出する最大値検出手段と、
前記サンプリング手段によるサンプリングの開始を指示するサンプリング開始指示手段と、
前記サンプリング開始指示手段によるサンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイド手段と、がさらに設けられ、
前記ガイド手段からのガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記最大値検出手段が検出した該増加率の最大値に基づいて基準値設定手段が前記基準値を設定することを特徴とする呼気スイッチ装置。 - 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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチ装置であって、
前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段によってサンプリングされた前記増加率の最小値を検出する最小値検出手段と、
前記サンプリング手段によるサンプリングの開始を指示するサンプリング開始指示手段と、
前記サンプリング開始指示手段によるサンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイド手段と、がさらに設けられ、
前記ガイド手段からのガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記最小値検出手段が検出した該増加率の最小値に基づいて基準値設定手段が前記基準値を設定することを特徴とする呼気スイッチ装置。 - 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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチ装置であって、
前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段によってサンプリングされた前記増加率の平均値を算出する平均値検出手段と、
前記サンプリング手段によるサンプリングの開始を指示するサンプリング開始指示手段と、
前記サンプリング開始指示手段によるサンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨をガイドするガイド手段と、がさらに設けられ、
前記ガイド手段からのガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記平均値検出手段が検出した該増加率の平均値に基づいて基準値設定手段が前記基準値を設定することを特徴とする呼気スイッチ装置。 - 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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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、を備える呼気スイッチであって、
前記炭酸ガス濃度の増加率を周期的にサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段によってサンプリングされた前記増加率の最大値を検出する最大値検出手段と、
前記サンプリング手段においてサンプリング中であることを報知するサンプリング中報知手段と、をさらに備え、
使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して該炭酸ガスセンサに供給される呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段がサンプリングし、該サンプリングした増加率から前記最大値検出手段が検出した該増加率の最大値に基づいて基準値設定手段が前記基準値を設定することを特徴とする呼気スイッチ装置。 - 請求項１、２、３又は４いずれか１項に記載の呼気スイッチ装置において、
前記サンプリング手段は、予め定められた所定時間内に出力された前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングすることを特徴とする呼気スイッチ装置。 - 請求項１、２、３又は４いずれか１項に記載の呼気スイッチ装置において、
前記サンプリング手段は、予め定められた所定回数だけ出力された前記濃度検知信号に対応する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングすることを特徴とする呼気スイッチ装置。 - 請求項１乃至６いずれか１項に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７に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８に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１項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。 - 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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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を有する呼気スイッチ装置の前記基準値の設定方法であって、
通常の自然な呼吸によって生じる呼気を前記炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給される呼気中の炭酸ガス濃度又は、使用者の口の傍に前記炭酸ガスセンサを配置して供給される呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率を前記サンプリング手段がサンプリングし、該サンプリングした増加率から検出した該増加率の最大値に基づいて前記基準値を設定することを特徴とする呼気スイッチ装置の基準値設定方法。 - 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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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を有する呼気スイッチ装置の前記基準値の設定方法であって、
サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングし、該サンプリングした増加率から検出した該増加率の最小値に基づいて前記基準値を設定することを特徴とする基準値設定方法。 - 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を算出し、この増加率と予め定められた基準値との比較結果に基づいて、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を有する呼気スイッチ装置の前記基準値の設定方法であって、
サンプリングの開始指示に応答して、通常の自然な呼吸によって生じる呼気よりも強い呼気を炭酸ガスセンサに供給する旨のガイドにしたがって供給された呼気中の炭酸ガス濃度を前記炭酸ガスセンサで検出して前記濃度検知手段が出力する前記炭酸ガス濃度検知信号に基づいて前記操作信号生成手段が算出する前記炭酸ガス濃度の増加率をサンプリングし、該サンプリングした増加率から検出した該増加率の平均値に基づいて前記基準値を設定することを特徴とする基準値設定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000343804A JP3983468B2 (ja) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | 呼気スイッチ装置及び呼気スイッチ装置の基準値設定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000343804A JP3983468B2 (ja) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | 呼気スイッチ装置及び呼気スイッチ装置の基準値設定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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