可穿戴空气净化器

技术领域

本公开涉及与可穿戴空气净化系统或“净化器”相关的改进。

背景技术

我们都越来越意识到空气质量问题，特别是在较大的城市地区，但更普遍的是在个人之间的空间可能有限的公共场所，如公共交通工具上。空气质量问题可能包括各种类型的空气传播的污染物，举例来说，例如潜在的有毒气体和花粉等。

穿戴各种形式的面部面罩来提供某种程度的保护以对抗至少一种形式的空气传播的污染物和毒素已经普遍变得更被接受。然而，通常这种面罩是被动的，并且被简单地构造成单层或多层材料组件，该组件通过某种可调节的条带固定到使用者的面部。一些人更喜欢穿戴更复杂的面罩和呼吸防护面罩(respirator)，它们提供更全面的过滤功能，但这通常以舒适和时尚为代价。它们也是清晰交流的障碍。

在本领域中，旨在提供类似或更好水平的空气净化功能、但是不需要使用者通过紧密配合的面罩来完全遮掩他们的鼻子和嘴区域的各种途径是显而易见的。例如，一种途径包括可穿戴的支撑件，例如颈带或头带，其上附接有条状面罩或面甲(visor)，该面罩或面甲在嘴的前方伸展并输送过滤空气射流。这种途径显示出优于传统织物面罩的一些前景，但是它们仍然倾向于显著模糊使用者的面部特征。它们还倾向于体积庞大，这有时会被视为限制了它们作为日常穿戴物品的实用性。本公开旨在解决这些挑战中至少一些。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种可穿戴的空气净化系统，包括：可穿戴支撑件，其被配置为支撑在使用者的头部区域上或周围；以及空气输送面罩，其连接到可穿戴支撑件，其被成形为界定空气输送区域并将空气流输送到空气输送区域。空气输送面罩包括照明源，该照明源包括沿着空气输送面罩的纵向边缘定位的一个或多个发光元件。

有益的是，本发明的系统或“空气净化器”被配置成在空气净化器被穿戴时将光引导至使用者的嘴所占据的区域，以及在一些示例中为产品本身的面罩或面甲提供照明。在某种意义上，本发明的示例提供了视觉上更吸引人的产品，但是重要的是，所提供的照明形式意味着使用者的面部，尤其是嘴部区域对其他人来说更容易看到，因此减少了传统面罩的缺点之一，传统面罩倾向于模糊面部特征，其使得理解对话更具挑战性。照明源沿着空气输送面罩的顶部边缘的定位是有利的，因为它至少处于使用者的外周视野中，这使得它成为提供视觉警报和其他显示以获取使用者注意力的理想位置。

照明源可以以各种方式实现，以便为使用者带来好处。在一个示例中，照明源位于空气输送面罩的前部。这有助于照明源与使用者的视野对齐，使得使用者可以直接地或在他们的周边视觉中感知照明源。在一些示例中，照明源的范围可以受到限制，例如在特定位置的光点，例如在面罩的中心，但是在其他示例中，照明源可以沿着空气输送面罩的长度延伸，例如沿着空气输送面罩长度的50％以上延伸。

优选地，照明源是定向的，并且取向为瞄准空气输送区域，这可以通过使照明轴线取向为使它们与输送区域对准来实现。因此，在这种配置中，使用者的嘴被很好地照亮以获得最佳清晰度。

照明源可以以各种方式实施。例如，它可以包括沿着空气输送面罩展开的多个发光元件或装置。发光元件可以坐置于面罩主结构的顶部，或者可以完全或部分嵌入其中，这有助于保护元件。

在一个示例中，照明源可以包括沿着空气输送面罩延伸的光导。光导可以由位于可穿戴支撑件处或附近的发光元件/装备馈送。这种配置可以有助于降低系统的功率消耗。

该系统可以包括具有听筒的音频系统，以向使用者提供合适的音频源，像传统的耳机一样，并以空气净化功能进行增强。

照明源可以由控制系统控制，该控制系统响应于适当的感测和数据输入。例如，控制系统可以被配置成响应于由感测系统接收的数据来控制照明源向使用者传达信息。这可以实现对使用者的视觉警告，以指示各种状态，例如空气质量、过滤器寿命、电池健康。向使用者传达其他信息、例如可能通过与使用者的计算装置(如智能手机)对接而获得的信息也可能是有益的。因此，可以响应于从智能手机接收的数据来控制照明源，以便提醒使用者文本消息、其他警告以及与托管的软件应用相关的一般信息。

在本申请的范围内，很明显，在前面的段落中、在权利要求中和/或在下面的描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和替代方案，以及特别是其单独的特征，可以独立地或以任何组合的方式采用。也就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征是不兼容的。申请人保留更改任何最初提交的权利要求或相应地提交任何新权利要求的权利，包括修改任何最初提交的权利要求以从属于和/或结合任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管最初并未以这种方式要求权利。

附图说明

现在将参考附图，仅通过示例的方式描述本发明的上述和其他方面，在附图中：

图1是描述本发明的一个示例的个人空气净化器的示例的透视图；

图2是作为图1中空气净化器一部分的空气输送面罩或面甲的透视图；

图3是图1的空气净化器的听筒的内部视图；

图4是空气净化器的控制系统的示意图；

图5至7是根据本发明的空气净化器的其他示例的侧视图，并且被示出穿戴在使用者的头上；和

图8和9是图7所示空气净化器的更详细的示例。

注意，不同附图中相同或相似的特征由相同的附图标记表示。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的示例，以提供对权利要求中限定的发明概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以在没有具体细节的情况下实施，并且在某些情况下，为了避免不必要地模糊本发明，没有详细描述公知的方法、技术和结构。

总的来说，本发明提供了一种可穿戴的空气净化产品、系统或物品，其配备有提高其对使用者的实用性的特征，特别是关于使用者的面部如何被其他人感知，例如在交谈期间。

该产品现在将被称为空气净化器，该产品设置有照明源，该照明源被配置为当空气净化器被穿戴时将光引导至使用者的嘴所占据的区域，以及在一些示例中为产品本身的面罩或面甲提供照明。在某种意义上，本发明的示例提供了视觉上更吸引人的产品，但是重要的是，所提供的照明形式意味着使用者的面部，尤其是嘴部区域对其他人来说更容易看到，这因此减少了传统面罩的缺点之一，传统面罩往往模糊面部特征，其使得理解对话更具挑战性。这里说明和解释的本发明的示例为这些挑战提供了方便和优雅的解决方案。从下面的讨论中，进一步的特征和优点将变得显而易见。

图1示出了本发明的示例所涉及的可穿戴空气净化器10。这里所示的空气净化器10非常类似于属于申请人的在先出版物中公开的装置，例如GB2582372和WO2020021231。为了简洁起见，这里不提供对音频和空气净化细节的全面讨论，但是为了完整起见，下面提供了一个概述。

可穿戴空气净化器10被配置为穿戴在使用者的头上，就像传统的耳机一样。因此，为此目的，可穿戴空气净化器10包括具有第一和第二端14、16的可穿戴支撑件或“头带”12，第一和第二端14、16连接到相应的音频听筒或耳杯18。听筒18通过传统的可移动或可旋转的联接件被联接到可穿戴支撑件12，联接件在这里通过弓形臂17实现，该弓形臂17围绕相应听筒18的一部分延伸并且通过旋转枢转销19与听筒18接合。为了简洁起见，将省略对该联接件的进一步讨论，并且本领域技术人员将理解，其他联接件也是可接受的。

听筒18提供了提供音频回放和净化的空气流的双重功能。在该示例中，音频回放功能由听筒18中提供的合适的扬声器系统提供，并且空气流由集成在听筒中的合适的气流发生器或压缩机提供。

空气净化器10还包括弯曲的空气输送面罩或面甲20，该面罩或面甲20在可穿戴支撑件12的前方和听筒18之间以明显的弯曲构造延伸，以类似于护下巴形状，从而延伸以界定或环绕或限定空气输送区域22。在该示例中，空气输送面罩20是细长的条状形式，并且由诸如聚碳酸酯的刚性塑料材料制成，尽管这只是可选的。空气输送面罩20可以是透明的，或者至少是半透明的，其形式在某些方面可能是有利的，如下面进一步讨论的。

如在图2中更清楚地看到的，空气输送面罩20通常是中空结构，因此包括合适的气流路径、导管和通道24，它们沿着空气输送面罩20传输来自压缩机的空气流，并通过至少一个喷嘴26将其引向使用者的嘴。根据需要，至少一个喷嘴26可以实施为格栅或孔阵列。空气流在这里表示为“27”。

尽管在该示例中，空气净化器10被设计成使得可穿戴支撑件12在使用者的头部上面贴合，但是可以设想的是，这不是必须的，并且在一些示例中，可穿戴支撑件可以围绕头部后面贴合或者甚至围绕颈部区域贴合。然而，为了本讨论的目的，可穿戴支撑件将被概括地称为“头带”，尽管这应当被解释为延伸到围绕使用者头部区域的其他部分贴合或贴合在其上的类似带子、条带或类似的结构。

在这个示例中，音频听筒18的对通常是相同的，图3示出了穿过听筒18之一的横截面。为了提供音频和空气流的双重功能，如图所示的听筒18包括位于径向向内位置的扬声器组件30和位于径向外部位置的紧凑空气净化器单元32。这里，术语径向“内部”和“外部”是相对于穿戴空气净化器的使用者的头部而言的。提供耳垫33以为使用者的耳朵提供柔软缓冲界面。

扬声器组件30包括扬声器单元40，扬声器单元40包括扬声器和扬声器电子器件(未示出)。可以提供蓝牙(RTM)或其他类型的无线通信发射器/接收器来与音频播放设备进行无线通信。扬声器单元40和空气净化器单元32可以共享电池组和部分控制电子器件(这里未示出)。

空气净化器单元32包括气流发生器或压缩机42，用于通过听筒18外表面处的环形入口44吸入空气。进入的空气45由空气净化器单元32的入口44附近的过滤器46过滤。压缩机42压缩进入的空气45，然后空气45通过连接器48从听筒18排出，连接器48用于将空气输送面罩20联接到相应的听筒18。因此，压缩机42的操作将空气吸入听筒18，并迫使其进入空气输送面罩20，并通过喷嘴26排出，从而为使用者提供新鲜空气流。

连接器48在这里被示出为端口，该端口被成形为接收空气输送面罩20的相应端部，该端部限定了配合插塞或连接器50。从图2中可以看出，这些相应的端部也是矩形的，但是具有稍小的几何形状，使得它们可以被听筒18中的相应连接器48接收。注意，图2中的连接器48的形状未示出，但是应当注意，它的形状设计为与面罩连接器50互补并接合，因此通常为矩形。

在该示例中，空气输送面罩20的连接器50是凸端，其装配到由听筒18的连接器48提供的凹端或插口中。空气输送面罩20的端部和听筒18的连接器48之间的联接可以是柔性的，以允许空气输送面罩20相对于听筒一定程度的枢转或旋转。例如，空气输送面罩的端部连接器50可以由一小段柔性软管形成，例如硅橡胶。虽然这里没有示出，但是该联接也可以通过旋转接头来实施，以允许空气输送面罩20旋转地向下枢转，离开使用者的嘴的通路。

当考虑图1所示的空气净化器10时，可以理解的是，该装置被示出为可穿戴构型，如同它被戴在使用者的头上一样。在这种构造中，头带12和空气输送面罩20在大致正交的方向上远离听筒18延伸。也就是说，头带12的弯曲形状可以被认为是限定了第一平面X

因此，参照每个听筒18，借助枢转销19，与头带12的连接大约在3点钟位置，而头带12的主要部段在12点钟位置远离听筒18延伸，并且与空气输送面罩20的连接大约在9点钟位置。与可穿戴空气净化器相关的一个挑战是，它们倾向于覆盖使用者的嘴，因此是清晰交流的障碍。尽管所示实施例中的空气输送面罩20可以是透明的或半透明的以帮助交流，但它仍然可能作为屏障。图示的可穿戴空气净化器结合了旨在解决这些挑战的特征。这样，空气净化器包括照明源60，其被配置为照亮空气输送区域22。

具体如图1所示，照明源60由空气输送面罩20限定，并指向或聚焦到空气输送区域22，这意味着当装置运行并被穿戴在使用者头上时，它将照亮使用者的嘴。

图1和2示出了照明源60的一个实施例。这里，照明源60包括多个发光元件62，为了清楚起见，仅标记了其中的一些。在所示的示例中，发光元件62被布置成线性阵列63，以便呈现朝向空气输送区域22的光带。这里，发光元件62沿着空气输送面罩20的纵向或上边缘64延伸。每个发光元件62具有照明轴线，这里显示为X

发光元件62原则上可以是能够发光的任何合适的装置。例如，白炽灯是一种选择，但在技术上更合适的是微型发光二极管(LED)，因为它们较小的尺寸以及可用的颜色范围。此外，在示出的实施例中，发光元件62被示出为单独的装置，但是应该注意的是，这仅仅是为了说明的目的，并且发光元件可以替代地集成到基板条上，以便于施加到空气输送面罩20。

对于特别好的解决方案，发光元件62可以集成在空气输送面罩20的范围内。例如，如果空气输送面罩20实施为例如透明聚碳酸酯的固体部件，则其可以设置有合适的一个或多个安装孔，例如狭槽、通道、孔或端口，发光元件62可以单个地或以带状形式被接收在其中。因此，在这个意义上，发光元件可以部分或全部嵌入空气输送面罩内。这种构造可用于为面罩提供平坦光滑的表面，这可提供改进的美观性，也提供更少的污垢和细菌捕集部。

如图2所示，发光元件62沿着面罩20的大部分长度分布，更具体地说，大约是面罩20长度的50％，但是围绕中部居中分布。考虑另一种方式，发光元件62围绕空气输送面罩20的大约60至90度的弧延伸。可以设想，在一些示例中，发光元件62，无论它们可能是什么配置，都可以沿着120度或者甚至180度的弧延伸，使得它们基本上沿着空气输送面罩20的整个顶部或者上边缘64延伸。

图5至7示出了如何在本发明的空气净化器10的空气输送面罩20中配置照明源60的其他示例。注意，相同的附图标记将用于表示关于前面附图描述且在前面附图示出的特征本质上相同或相似的特征。

首先参考图5，该图示出了穿戴如图1和图2所示的空气净化器的人体头部的侧视图。以类似的方式，图5中的照明源60与图1和2中所示的相同，因为它沿着空气输送面罩20的上边缘64定位。尽管图1和图2将照明源60描绘为单独的发光元件62，但是图5中的照明源60被描绘为连续的条带，如上面已经讨论的。

除了照明源60被配置成直接照亮空气输送区域22之外，应当理解，照明源60位于能够被使用者的周边视觉很好地感知的位置。当空气输送面罩20向前并围绕使用者的嘴延伸时，应当注意，照明源60沿着面罩20的顶部边缘64的位置意味着当使用者向前看时，照明源60位于使用者视野的下边缘。以这种方式定位，照明源60提供了向使用者传递视觉信息的手段。例如，可以设想，照明源60可以被配置成提供各种视觉标记，以代表在使用空气净化器时可以帮助使用者的各种有用信息。关于这方面的进一步讨论将在后面提及。

图6提供了类似于图5的视图。这里，可以理解空气输送面罩20的透明性质，并且还应当注意，照明源60包括一个或多个发光元件62，其沿着空气输送面罩20的顶部边缘64以及沿着底部边缘66定位。由于图6本质上是示意性的，应该理解，在空气输送面罩20的顶部边缘64和底部边缘66的每一个上仅示出了一个发光元件62，但是实际上可以有多个发光元件62围绕弯曲的空气输送面罩20的显著弧角延伸。

在这个示例中，设想将空气输送面罩20构造成包括两组发光元件62，其中一组沿着面罩的顶部边缘64延伸，另一组沿着面罩的底部边缘66延伸，这意味着空气输送区域22是来自两个会聚角度的光线的焦点，如图6所示，这可以为使用者的嘴部区域提供更完全的照明。

现在转到图7，在这个示例中，空气净化器10包括沿着空气输送面罩60的底部边缘66布置的照明源60。然而，尽管在前面的实施例中，照明源60由分布在空气输送面罩20周围的多个发光元件62限定，但是在这个示例中，照明源60由光导70限定。

在图7的示例中，光导70由空气输送面罩20限定，并沿着面罩长度的至少一部分延伸。由于照明源60是光导70，它可以是空气输送面罩20的整体部分，也就是说，光导是空气输送面罩20的材料的整体部分。作为一种选择，空气输送面罩20本身可以是整个光导，或者作为另一种选择，光导可以限定在面罩的较小部分中。例如，如图7所示，光导70由面罩中合适的光通道72限定。光通道72可以由光学不透明的壁或表面限定，以便起到在光通道72内引导光的作用。

图8从不同的角度显示了这种构造。注意，光通道72与空气输送面罩20的材料是一体的。这可以通过将光通道72和空气输送面罩20的其余部分形成为单独的部件，然后以某种方式将它们连结在一起来实现，例如通过使用合适的粘合剂或超声波焊接。另一种选择是，空气输送面罩20可以通过增材制造工艺来形成，其中可以以适当的方式形成光通道72的壁，该壁将该通道与面罩材料的剩余部分分开。

在图8中，可以看到光导70包括多个窗口或孔74，这些窗口或孔允许光导70内的光逸出并被导向空气输送区域22。因此，可以认为孔74提供了与前面示例中讨论的发光元件相同的功能。

仅示出了两个孔74，尽管应该理解可以有更多。还应该注意到，尽管这里示出了离散的孔74，但是这些孔可以替代地形成为细长的孔或槽。

光通过合适安装的LED 76或其它合适的光源射入光导70，LED 76或其它合适的光源被容纳在空气净化器10的部件内，而不是空气输送面罩20内。如这里所示，LED 76安装在空气净化器的听筒18之中、之上或附近。方便地，LED 76可以直接表面安装在位于听筒18中的电路板上。

图9示出了又一变型，其中整个空气输送面罩20用作光导。在这个示例中，空气输送面罩20的材料将是光学级塑料，它将光沿着面罩从一端传送到另一端，这将给出整个空气输送面罩20发光的印象。提供合适的一个或多个孔74，以将光从光导70引导到空气输送区域22。

如上所述，在这里示出的空气净化器10的所有配置中，照明源60可操作来向使用者提供状态信息。为此，照明源60是空气净化器10的控制系统的一部分，因此可操作地连接到控制器，图4示意性地示出了控制器的一个示例。

控制器80在这里被用作控制空气净化器10的电子功能所需的计算硬件、软件和固件的泛称。总的来说，控制器80可以包括合适的模块来控制空气净化器10的各个方面，并且可以包括音频控制模块82、主动噪声消除模块84、无线模块86、麦克风模块88、电池和电源管理模块90、传感器和数据接口模块92、天线模块94、风扇控制模块95和照明源控制模块96。

在图4中还以示意性的形式示出了每个听筒18的可操作地连接到控制器80的扬声器单元40和气流发生器42，以及适当的多功能传感器模块98，该多功能传感器模块98被配置为检测来自听筒18的空气流速、空气质量和电池电量中的一个或多个。所有这些单元都通过合适的通信总线99联接到控制器80。虽然这里没有示出，但是应当注意，通信总线99将被配置为链接两个听筒18。最后，如上所述，控制器80可操作地连接到照明源60，使得照明源控制模块96可以向照明源60施加合适的控制命令。

在这一点上应该理解，上述控制模块中的一些在音频耳机和空气净化领域是常规的。因此，将不提供对这些的进一步讨论，因为这不是本发明的核心。还要注意，如上所述的控制器80中包括的许多功能子模块是为了便于说明。这些子模块可以作为片上系统(SOC)设计来提供，或者可以作为更大电路板上的独立模块来提供。

照明源控制模块96可以被配置为向照明源提供特定功能。在其最简单的形式中，照明源控制模块96可以简单地具有响应于预定触发来打开或关闭照明源的功能。触发可以是空气净化器的主电源的接通/断开切换或一些其他合适的控制输入，例如经由存储在诸如智能手机设备上的移除软件应用。

照明源控制模块96可以响应于来自多功能传感器模块98、数据接口模块92和/或控制器80中的模块中的任何其他模块的输入而操作，以便实现对使用者有用的某些功能。下面是一些示例。

在一个示例中，照明源控制模块96被配置成从传感器模块98接收关于空气质量的数据。这里，照明源控制模块96响应于该数据来改变照明源60的照明配置。例如，响应于发现空气质量高于或低于预定的空气质量阈值，可以使照明源60闪光、闪烁或改变颜色。在一个具体的示例中，可以使照明源60变成通常与警报相关的预定颜色，例如黄色、橙色或红色。在这种情况下，照明源60将由具有多色功能的合适的LED实施，或者实际上由每个都具有所需颜色的多于一个的LED实施。

在另一个示例中，照明源控制模块96可以被配置为从电池和电源管理模块90接收数据。响应于接收到该数据，照明源控制模块96可以被配置为向使用者显示某些指示以指示电池状态。这可以用各种方式来完成。例如，在通电时，照明源控制模块96可以被配置成使照明源60在预定的时间段内发出绿色脉冲，以指示“良好”的电池状态。类似地，黄色脉冲可用于“中等”电池水平状态，红色脉冲可用于“差”电池水平状态，指示建议充电。

在另一个示例中，照明源控制模块96可以被配置成接收指示系统的过滤器寿命的数据。这可以例如从气流发生器消耗的电流中得出，因为堵塞的过滤器通常会增加马达负载，从而增加电流消耗。另一种选择是将过滤器寿命与一个简单的计时器链接，该计时器在装置运行时递增。因此，过滤器寿命可以基于单元的运行时间来设定，但是也可以考虑其他因素，例如空气质量等，以便提高精度。如在前面的示例中，照明源控制模块96可以被配置成向使用者发送预定的光图案或序列和/或预定的光颜色的闪光或脉冲，作为吸引注意力的手段。

可以用各种方式控制照明源，以便实现有用的功能。例如，照明源可以被配置为与外部数据输入相协调，外部数据输入可以从与诸如智能手机等计算装置对接而获得。例如，可以控制照明源，以便向使用者指示已经接收到呼叫、消息或其他警报。这可以通过颜色变化、光强度变化、脉冲、闪烁或其他光调制来实现。此外，设想照明源可以经由计算装置来控制，以向使用者提供关于可能正在使用的某些应用的反馈。例如，在可用于冥想目的的软件应用的情况下，照明源可被控制以调制其输出，从而与使用者的呼吸频率相协调。这可以增强冥想的体验。还可以设想，照明源可以被配置为向使用者显示方向信息，例如在智能手机上托管的导航软件应用的控制下，该智能手机可以具有GPS功能。因此，照明源可以围绕面罩的一部分照亮，以便指示方向。

上面已经描述了体现本发明的几个不同的示例，并且还解释了一些变型。然而，本领域技术人员将会理解，在不脱离由权利要求限定的发明概念的情况下，对这些具体示例的其他变型和修改是可能的。