Очки с контролем внимательности

Изобретение относится к очкам, применяемым для контроля движения глаз. Оправа очков для применения в системе контроля глаз содержит дужку для переносицы, соединяющую пару линзовых оправ, чувствительный блок, закрепляемый с возможностью регулировки к дужке и содержащий излучатель сигнала и приемник сигнала, заглубленные в его поверхность, регулировочный механизм, установленный на дужке для регулировки вертикального положения чувствительного блока относительно глаза, и заушник оправы, содержащий микропроцессор для управления чувствительным блоком. Изобретение обеспечивает полезную и удобную оправу очков для сбора данных о движении глаз. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 24 ил.

 

Данное изобретение относится к очкам, применяемым для контроля движения глаз и век.

Уровень техники изобретения

Обнаружение дремоты имеет большое значение, так как сонливость вредит способности операторов различной техники, включая автотранспортные средства, летательные аппараты и суда, а также промышленное оборудование. Проблему вождения в состоянии полусна невозможно решить обучением водителей принимать немедленные меры, когда ощущается дремота. Сложность состоит в том, что многие люди не подозревают о своем засыпании до и во время дремоты, даже при том, что они могут быть настороже и отдавать себе отчет после пробуждения. Это означает, что человек не в состоянии прогнозировать, когда его степень дремоты в дальнейшем снизится до точки опасности, так как состояние дремоты заключается в потере осознания текущего момента; невольном понижении внимания.

В патенте США 5745038 предлагается глазной монитор, который анализирует свет, отраженный от глаза для определения характера мигания как показателя дремоты.

В патенте США 6097295 предлагается система анализа изображений с учетом размера зрачка глаза.

В патенте США 6147612 предлагается система предотвращения засыпания, которая регистрирует движения век и включает тревожный сигнал, когда движения век свидетельствуют о состоянии дремоты.

В патенте США 6346887 применяется видеосистема отслеживания глаз, которая отслеживает активность глаза и диаметр, и положение зрачка для формирования сигнала, который отражает активность глаз и может служить для оценки внимательности.

В публикации WO 03/039358 предлагается монитор внимательности, который использует инфракрасный свет для измерения амплитуды и скорости движений век и глаз для получения измерений внимательности по шкале, которую можно связать со шкалой уровня алкоголя в крови. Данный монитор создан для обеспечения монитора для контроля внимательности в реальном времени, который может обеспечивать калиброванное измерение внимательности оператора. Качество сигналов, получаемых из света, отраженного от глаза и век, частично зависит от ориентации излучателей и приемников излучения.

Регулируемые оправы очков известны, но обычно допускают регулирование для подгонки расстояния между зрачками и расстояния между средней точкой глаз и переносицей.

В патенте США 5583586 предлагается система поддержки очков, которая удерживает оправу на расстоянии от скул и бровей пользователя.

Контрольно-измерительное устройство для обследования глаз обычно содержит соединительные детали, регулируемые в нескольких направлениях.

В патенте США 4448501 предлагаются пробные очки со средством для изменения положения линз.

В патенте 5499063 предлагается регулируемая дужка для переносицы и средство для перемещения линз.

В патенте EP 567817 предлагаются пробные очки, которые допускают регулировку в плоскости, параллельной лицу, а также от лица.

В патенте США 4730898 предлагается стереоскопическое оптическое устройство наблюдения с оправами, которые допускают настройку устройства в длину в зависимости от ушей.

В патенте США 5971538 предлагается шлем-дисплей виртуальной реальности с шарнирно-поворотной дужкой для переносицы, которая допускает регулировку положения дисплея относительно глаз.

Целью настоящего изобретения является создание очков для системы для контроля глаз типа системы, описанной в публикации WO 03/039358.

Краткое описание изобретения

С данной целью в соответствии с настоящим изобретением предлагается оправа очков для применения в системе контроля глаз, которая содержит:

a) дужку для переносицы, соединяющую пару линзовых оправ;

b) чувствительный блок, закрепляемый с возможностью регулировки к упомянутой дужке для переносицы, при этом упомянутый чувствительный блок содержит излучатель сигнала и приемник сигнала, заглубленные в поверхность блока для уменьшения доли сигнала, принимаемого упомянутым приемником, который не является сигналом излучателя, отраженным глазом или веками;

c) упомянутая дужка для переносицы содержит регулировочный механизм для регулировки вертикального положения упомянутого чувствительного блока относительно глаза;

d) заушник оправы, продолжающийся от внешнего края каждой линзовой оправы, выполненный с возможностью надевания на ухо пользователя, при этом один из упомянутых заушников оправы содержит микропроцессор для управления чувствительным блоком.

Настоящее изобретение частично основано на положениях, что улавливание сигналов, отраженных от глаза и век, зависит от вертикального и горизонтального расстояния излучателя и приемника от глаза, а также от взаимного расположения излучателя и приемника.

Очки предпочтительно выполнены с возможностью ношения водителями транспортных средств или операторами механических средств для измерения уровня их внимательности или усталости. Очки содержат, по меньшей мере, один набор измерительных преобразователей, называемый чувствительным блоком. Чувствительный блок датчика выполнен с возможностью установки в очки и расположения таким образом, что сигнал датчика является отраженным от глаз водителя. Излучатели сигналов могут представлять собой LED (светоизлучающий диод) или наконечники оптических волокон, подсоединенных к источнику света, например LED. Предпочтительный сигнал является светом в области инфракрасных длин волн, но возможно использование любого сигнала, отражаемого от века или глаза, например ультразвука или другого в диапазоне электромагнитных частот.

Из-за значительных различий строения лиц людей исходные параметры требуется выдерживать для разных лиц путем выполнения процесса подгонки, который обеспечивает возможность регулировки очков до неподвижного положения на каждом отдельном человеке. Вышеуказанное позволяет собирать высококачественные данные о движении глаз (EMD) на фиксированной устойчивой платформе, при сохранении удобства и без создания препятствий видению пользователя.

Дужка для переносицы должна быть регулируемой как по вертикали, так и по горизонтали относительно глаза, и регулировка достигается регулировкой положения дужки по носу и затем регулировкой высоты относительно носа. Регулировку можно обеспечить с помощью опоры для дужки, которая выполнена в размер для подгонки под различные положения носа и глаз на лицах разных типов. Кроме того, можно выполнять точные регулировки кронштейна датчиков для регулировки положения датчика относительно дужки для переносицы.

Линзовые оправы, закрепляемые к дужке для переносицы, могут содержать предписанные оптические линзы или солнцезащитные линзы, которые можно поднимать для убирания с линии взгляда (визирования), без обязательного съема оправ очков, так что положение датчиков не нарушается, пока применяют оправу очков.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагается оправа очков для применения в системе контроля глаз, которая содержит:

a) пару линзовых оправ, по меньшей мере, одна из которых содержит чувствительный блок, выполненный с возможностью установки вблизи глаза пользователя;

b) дужку для переносицы, соединяющую упомянутые линзовые оправы и содержащую регулировочный механизм для регулировки вертикального положения упомянутого чувствительного блока относительно глаза;

c) заушник оправы, продолжающийся от внешнего края каждой линзовой оправы, выполненный с возможностью надевания на ухо пользователя, при этом упомянутый заушник оправы шарнирно соединен с упомянутым линзовым элементом шарниром, который является регулируемым:

d) причем упомянутый чувствительный блок содержит (предпочтительно инфракрасный) излучатель света и (предпочтительно инфракрасный) приемник света, заглубленные в поверхность блока для уменьшения доли сигнала, принимаемого упомянутым приемником, который не является сигналом излучателя, отраженным глазом или веками.

Электронный блок, который управляет излучателями и собирает данные от датчика, может находиться в дужке-заушнике оправы очков. Данный блок может быть соединен кабелем или беспроводным способом с более сложным процессором и блоком регистрации и отображения данных. В альтернативном варианте, обработка может быть выполнена в процессоре, находящемся на оправе, и дисплей может представлять звуковой сигнал или голос, указывающий состояние усталости пользователя. Упомянутый блок отображения может быть регистрирующим блоком типа «черного ящика», но может также отображать состояние внимательности пользователя, как описано в публикации WO 03/039358.

Оправы в соответствии с настоящим изобретением представляют собой модифицированные оправы очков и могут содержать оптические линзы для коррекции нарушения зрения или могут содержать солнцезащитные линзы для применения в ситуациях, когда полезны обычные солнцезащитные стекла. Оправы можно также применять без каких-либо линз.

Подробное описание изобретения

Предпочтительный вариант осуществления изобретения описан ниже со ссылками на чертежи, на которых:

фиг. 1 - вид сзади очков в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

фиг. 2 - схема соединения между линзовой оправой и заушником;

фиг. 3 - схема, связывающая положения чувствительного блока и глаза;

фиг. 4 - изображение одного варианта осуществления дужки для переносицы в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 5 - изображение расположения дужки для переносицы относительно линзовой оправы;

фиг. 6 - схема расположения чувствительного блока;

фиг. 7 - перспективный вид с пространственным разделением деталей оправы в соответствии с настоящим изобретением во втором варианте осуществления;

фиг. 8 - местный вид с изображения на фиг. 7;

фиг. 9 - изображение возможности смены очковых линз;

фиг. 10 - изображение поворота очковых линз в варианте осуществления, показанном на фиг. 7;

фиг. 11 - вид сзади оправы, показанной на фиг. 7, с изображением кронштейна чувствительного блока;

фиг. 12 - местный вид, показывающий механизм регулировки кронштейна чувствительного блока;

фиг. 13 - изображение монтажного чувствительного блока с кабелем, применяемым в варианте осуществления, показанном на фиг. 7;

фиг. 14 - местный вид чувствительного блока площадки;

фиг. 15 - вид подвесного модуля чувствительного блока, содержащего монтажную площадку чувствительного блока, показанную на фиг. 14;

фиг. 16 - изображение расположения варианта осуществления, показанного на фиг.7, относительно носа и глаз пользователя;

фиг. 17A, B и C - 3 вида оправы в соответствии с настоящим изобретением, содержащей носовой регулировочный упор;

фиг. 18A и B - 2 вида оправы в соответствии с настоящим изобретением со вторым носовым регулировочным упором;

фиг. 19A и B - 2 вида оправы в соответствии с настоящим изобретением с третьим носовым регулировочным упором.

Очки входят в состав системы такого типа, которая предлагается в описании WO 03/039358 патента, содержание которого включено в настоящее описание путем отсылки. На фиг. 1 чувствительный блок A датчиков расположен на нижнем участке одного элемента линзовой оправы.

Носовой упор B соединяет два элемента линзовой оправы и посредством регулируемого кронштейна C носового упора допускает вертикальную установку линзовых оправ. Регулируемый шарнир D заушника оправы допускает перемещение линзовых оправ относительно заушника оправы.

На фиг. 2 представлен вид сбоку заушника оправы с изображением точки A поворота, в которой можно отклонять заушники, и стрелками B обозначено, где заушник оправы можно отклонять вверх или вниз, при необходимости.

Настоящее изобретение основано на исследовании, которое показывает, что основные исходные параметры, существенно важные для получения высокого качества сигнала (QOS) от пользователей, составляющих большую часть населения, зависят от угла датчика по отношению к глазу пользователя (слева) и положения датчика относительно оправы (справа), как показано на фиг. 3, на которой:

A - угол, под которым чувствительный блок указывает на глаз, относительно нижней части оправы;

B - угол, на который чувствительный блок регулируют для каждого пользователя посредством изменения наклона на оправе;

C - расстояние между центром зрачка и чувствительным блоком;

D - глаз;

E - чувствительный блок;

F - расстояние от центра оправы до центра блока датчиков;

G - степень охвата оправой для обеспечения оптимального видения для пользователя;

H - схождение чувствительного блока для нейтрализации охвата оправой.

Вышеприведенные исходные параметры (смотри фиг. 3) подгоняют до фиксированного надежного положения с основными установочными исходными параметрами.

2. Оправа

Отрегулировать наклон заушника отклонением в точке поворота (смотри фиг. 1, D)

a. Подгонка заушников для обеспечения устойчивого механизма обеспечивает механизм фиксации к голове пользователя и удобство (в соответствии со стандартными оптометрическими процедурами закрепления)

3. Носовой упор

a. Регулировка чувствительного блока относительно глаза вверх/вниз для получения подходящего угла к глазу (смотри фиг. 3, A)

b. Регулировка чувствительного блока относительно глаза по направлению к глазу и от него (смотри фиг. 2, B)

4. Чувствительный блок

a. Для обеспечения пригодности для максимальной группы населения используют 2 разных угла (смотри фиг. 3, A)

Оправа обеспечивает устойчивую платформу для поддержки фиксированного статического положения чувствительного блока в правильном положении относительно глаза (смотри фиг. 1). Оправа обладает следующими основными особенностями для достижения высокого QOS от пользователей, составляющих большую часть населения;

1. Наклон оправы (смотри фиг. 2 и 3, B).

2. Внутриглазное расстояние чувствительного блока (смотри фиг. 3, F).

3. Охват оправой (смотри фиг. 3, G).

4. Регулируемый носовой упор с фиксированными базирующими элементами (смотри фиг. 2, A).

Носовой упор находится в центре оправы (смотри фиг. 5A) и обеспечивает один из основных подгоняемых исходных параметров. Такая подгонка достигается в пределах фиксированного диапазона регулировки, обеспечиваемого рядом отверстий на установочной пластине с винтами, прочно фиксирующими носовой упор в заданном положении (смотри фиг. 1, B).

Как показано на фиг. 4, отверстия A обеспечивают регулируемые фиксируемые положения регулируемых металлических кронштейнов B носового упора.

Положение дужки для переносицы на оправе показано на фиг. 4, на которой A означает паз под носовой упор для обеспечения регулировки по оси Y.

Дужка для переносицы обеспечивает основные подгоняемые исходные параметры для получения высокого QOS от пользователя:

1. Регулировка чувствительного блока относительно глаза вверх/вниз сдвигом пластины вверх или вниз (смотри фиг. 5, A).

2. Регулировка чувствительного блока относительно глаза по направлению к глазу и от него отклонением кронштейнов носового упора (смотри фиг. 4, B).

Альтернативные системы для регулировки носового упора также находятся в пределах объема настоящего изобретения.

Чувствительный блок выполнен из пластика, в котором герметизированы датчик S и излучатели E в углублениях внутри оправы, и обладает следующими основными особенностями:

1. Формирует апертуру для чувствительного элемента S для сбора искомой информации с надлежащей области для получения высокого QOS.

2. Излучатели расположены под 2-мя углами для охвата большей части населения.

3. Применяется пластмасса ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) с 3% углеродным наполнением для поглощения инфракрасного света и предотвращения пропускания ИК-света из углублений (полостей) излучателей в полости датчиков.

Излучатели обеспечивают импульсы невидимого ИК-света (с длиной волны 940 нм) от LED (светоизлучающего диода), расположенного приблизительно на 13 +/-3 мм ниже глаза и в 12 +/-3 мм перед глазом, вмещенного в оправу, которая может также удерживать предписанные линзы или солнцезащитные стекла, при необходимости (фиг. 1). Импульсы ИК-света являются короткими (<100 микросекунд) и следуют с частотой повторения 500 Гц. Пучки ИК-излучения направлены вверх под углом 30° и центрированы на нижней кромке верхнего века. Весь ИК-свет, отраженный обратно от глаза и век, принимается согласованным фототранзистором позади LED.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 7-16, оправа состоит из дужек-заушников 11 и 12. Данные детали могут быть охватывающего типа для поддерживания устойчивого положения на голове пользователя. Для закрепления оправы на голове может применяться упругая лямка. Дужка-заушник 12 содержит электронный модуль 13, который содержит микропроцессор, подключенный кабелем 29 к монтажной площадке 26 чувствительного блока, показанной на фиг. 14. Линзовая оправа 14 содержит центральную дужку 15 для переносицы. Линзы закреплены в блоке 16 крепления линз. Линзы могут относиться к любому типу, включая предписанные линзы или солнцезащитные линзы, и могут быть светлыми или тонированными, как показано на фиг. 9A и B. Блок 16 содержит шарнирные оси 17, взаимодействующие с выемками 17A под штифты, которые позволяют убирать линзы вверх, как показано на фиг. 10. Штифты выполнены по форме так, чтобы обеспечивать два устойчивых положения, а именно параллельно лицу и, в убранном вверх положении, под прямым углом к лицу. Носовой регулировочный упор 30 прикреплен к блоку 16 крепления лиц. Регулировочный упор 30 поставляется в серии со ступенчато изменяющимися размерами для подгонки соответственно типам лиц и носов в диапазоне их изменения.

Кронштейн 20 чувствительного блока содержит крепежный участок 22 на одном конце, который крепят к блоку 16 винтом 19, и подвесной модуль 24 чувствительного блока на его другом конце. Паз 18 в блоке 16 обеспечивает несколько положений по вертикали для крепления кронштейна чувствительного блока, так что положение подвесного модуля 24 чувствительного блока можно регулировать относительно глаза.

Монтажная площадка 26 чувствительного блока подогнана к подвесному модулю 24 так, что датчики упруго устанавливаются в подвесной модуль. Монтажная площадка чувствительного блока состоит из излучателей 27 и приемника/детектора 28. Каждый излучатель 27 и приемник 28 отдельно установлен на упругом пальце.

Подвесной модуль 24 чувствительного блока можно поворачивать по дуге на 10° для дополнительного регулирования датчиков относительно глаза. Подвесной модуль 24 чувствительного блока или кронштейн 20 чувствительного блока могут иметь регулируемую длину для подгонки в пределах диапазона изменения ширины глаз.

Положение оправы относительно лица регулируется подбором носового упора 30 из сортамента носовых упоров. На фиг. 17-19 показаны три носовых упора 30 для пояснения ступенчатых регулировок, которые можно выполнять. На фиг. 17 представлена базовая носовая опора 30, а на фиг. 18 представлена носовая опора со ступенчатой вертикальной регулировкой 31. На фиг. 19 представлен носовой упор со ступенчатой горизонтальной регулировкой 32 для размещения оправы дальше от лица. Благодаря применению комбинаций, по меньшей мере, одной из ступенчатых вертикальной и горизонтальной регулировок, можно осуществлять подгонку соответственно типам лиц и носов в широком диапазоне их изменения.

В варианте осуществления, представленном на фиг. 7-16, микропроцессор 13, вмещенный в заушник 12 очков, управляет распределением по времени, длительностью и интенсивностью импульсов ИК-света и оцифровывает аналоговые выходные сигналы датчика (0-3,3 вольт). Цифровой выходной сигнал из очков передается по волоконно-оптическому кабелю либо в стендовый блок обработки для лабораторных экспериментов, либо в блок, установленный на транспортном средстве для применения во время вождения. Цифровой выходной сигнал из фототранзистора отражает количество ИК-света, отраженного обратно от глаза и век. Отражение зависит от нескольких факторов, например формы и отражательной способности отражающей поверхности (сильно пигментированная кожа отражает слабее, чем белая кожа). Поверхность роговицы является приблизительно сферической и около 10 мм в диаметре. Когда она поворачивается при движениях глаз, то изменяется угол отражающей поверхности глаза относительно датчика. Однако основным фактором, влияющим на количество отраженного света, которое измеряют, является расстояние между отражающей поверхностью и датчиком. Данное расстояние изменяется при перемещении роговицы в любом направлении, а также при закрывании век. Именно такое изменение расстояния отражающей поверхности относительно датчика составляет принципиальную основу системы, описанной в публикации WO 03/039358 для контроля движений глаз и век. Различия отражательной способности роговицы, радужной оболочки, склеральная конъюнктива и кожа век также имеют значение, но они, вероятно, менее важны, чем ранее принятые факторы.

Программное обеспечение, разработанное специально для системы, описанной в публикации WO 03/039358, применяет анализ периодов и амплитуд сигналов как положения, так и скорости для получения разнообразных параметров, характеризующих движения глаз и век.

При подгонке оправ под каждого пользователя техник должен руководствоваться качеством сигнала, принимаемого от приемника, чтобы обеспечить, что подгонка гарантирует прием пригодных для анализа сигналов. Техник выбирает соответствующий носовой упор 30 и регулирует кронштейн 20 чувствительного блока, пока не будет принят оптимальный сигнал.

Специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение обеспечивает практически полезную и удобную оправу очков для сбора данных о движении глаз. Специалистам в данной области техники будет очевидно также, что оправы очков выполнимы в других вариантах осуществления, кроме тех, которые описаны выше, без отхода от базовых принципов настоящего изобретения.

1. Оправа очков для применения в системе контроля глаз, которая содержит
a) дужку для переносицы, соединяющую пару линзовых оправ;
b) чувствительный блок, закрепляемый с возможностью регулировки к упомянутой дужке для переносицы, при этом упомянутый чувствительный блок содержит излучатель сигнала и приемник сигнала, заглубленные в поверхность чувствительного блока для ослабления доли сигнала, принимаемого упомянутым приемником, который не является сигналом излучателя, отраженным глазом или веками;
c) упомянутая дужка для переносицы содержит регулировочный механизм для регулировки вертикального положения упомянутого чувствительного блока относительно глаза;
d) заушник оправы, продолжающийся от внешнего края каждой линзовой оправы, выполненный с возможностью надевания на ухо пользователя, при этом один из упомянутых заушников оправы содержит микропроцессор для управления чувствительным блоком.

2. Оправа очков по п.1, в которой регулировочный механизм содержит компонент с переменными размерами, который поддерживает дужку для переносицы на носу пользователя.

3. Оправа очков по п.1, в которой чувствительный блок установлен на незакрепленном конце кронштейна, который допускает крепление другим его концом к ряду мест на дужке для переносицы для точной настройки положения чувствительного блока относительно глаза.

4. Оправа очков по п.1, в которой чувствительный блок соединен с микропроцессором кабелем, расположенным в линзовой оправе, и заушник оправы содержит микропроцессор.

5. Оправа очков по п.1, в которой чувствительный блок содержит, по меньшей мере, один инфракрасный излучатель и один коллектор для сбора отраженного инфракрасного света.

6. Оправа очков по п.5, в которой имеется два инфракрасных излучателя и один инфракрасный датчик, которые установлены в углублениях в линзовой оправе.

7. Оправа очков по п.6, в которой материал оправы вокруг чувствительного блока поглощает свет на длинах волн инфракрасного диапазона.

8. Оправа очков для применения в системе контроля глаз, которая содержит
a) пару линзовых оправ, по меньшей мере, одна из которых содержит чувствительный блок, выполненный с возможностью установки вблизи глаза пользователя;
b) дужку для переносицы, соединяющую упомянутые линзовые оправы и содержащую регулировочный механизм для регулировки вертикального положения упомянутого чувствительного блока относительно глаза;
c) заушник оправы, продолжающийся от внешнего края каждой линзовой оправы, выполненный с возможностью надевания на ухо пользователя, при этом упомянутый заушник оправы шарнирно соединен с упомянутым линзовым элементом шарниром, который является регулируемым;
d) причем, упомянутый чувствительный блок содержит излучатель света и приемник света, заглубленные в поверхность чувствительного блока для уменьшения доли сигнала, принимаемого упомянутым приемником, который не является сигналом излучателя, отраженным глазом или веками.

9. Оправа очков по п.8, в которой чувствительный блок содержит, по меньшей мере, один инфракрасный излучатель и один коллектор для сбора отраженного инфракрасного света.

10. Оправа очков по п.9, в которой имеется два инфракрасных излучателя и один инфракрасный датчик, которые установлены в углублениях в линзовой оправе.

11. Оправа очков по п.8, в которой один заушник оправы содержит электронное устройство для управления инфракрасным излучателем и для получения сигналов, принимаемых коллектором.