专利名称：带有心率监视器的眼镜的制作方法
背景技术：
很明显，发明一种便于对可能处于活动之中的人进行监视的精确心率监视器很有必要的。
发明内容
在本发明的一个实施方案中，心率传感器附着、集成或连接于一付眼镜中。戴上眼镜后，眼镜相对于用户的位置稳定。该眼镜可用作很好的心率检测平台。下面将结合示图，通过举例阐明本发明的原理，详细描述本发明的其它方面和优势。
附图简述
图1展示根据本发明的一个实施方案，一个人戴上一付带有心率传感器眼镜的情形。
图2展示了根据本发明的一实施方案，采用LED作为输出的一付眼镜。
图3A-D展示了根据本发明的不同实施方案，测量一个用户的心率所用的电路实例。
图4展示根据本发明的一实施方案，附着于一付眼镜的镜腿处末端的心率传感器夹。
图5展示根据本发明的一实施方案，通过一个可调机械臂附着于一付眼镜的镜腿处的传感器夹。
图6展示根据本发明的一实施方案，通过一个半刚性臂或线缆附着于一付眼镜的镜腿处的传感器夹。
图7展示根据本发明的一实施方案，基于反射波进行测量的心率传感器。
下面讨论本发明的各个实施方案，参见图1至7。然而，本领域的技术人员将能很容易地认识到这里给出的关于这些附图的详细描述是出于解释目的，本发明是超出这些有限的实施方案的。
发明的
具体实施例方式
在一实施方案中，用户的一付眼镜中有一个心率(心跳)监视器。心率监视器能够部分或全部植入眼镜中。在另一实施方案中，心率监视器可(永久的或临时的)连接在眼镜上。
在一个实施方案中，心率监视器可含有一个红外传感器(或IR传感器)和处理电路。处理电路使用来自红外传感器的测量数据来确定用户的心率。眼镜还可以包含一个或多个输出设备，例如用于音频输出的扬声器或呼叫机，和/或视觉输出的显示器。
图1显示了一付有心率监视能力的眼镜500的实施方案。眼镜500包含左和右镜腿502、左和右镜架504和带有电连接器508的镜腿后面部分506(例如镜腿末端区)。该连接器可以是一个3.5mm微型电话连接器或一个USB连接器。连接器可位于眼镜的其它位置。眼镜可与夹子510连接，夹子510一端的相对侧带有红外(IR)发送器511和IR接收器512。
在一个实施方案中，IR传感器包含了IR发送器511和IR接收器512。在使用中，夹子510夹住用户身体的一部分，例如耳朵的不同部分。在测量过程中，来自发送器511的一部分IR射线透射夹住的人体部分，由IR接收器512接收。
IR传感器通过一个电缆514电连接至眼镜中的处理电路。或者，电缆514可以在一端使用一个电连接器，连接至眼镜的电连接器508。
在一个实施方案中，夹子510是一个小的弹簧夹，IR发送器511是一个IR发光二极管，且IR接收器512是一个硅光电二极管。
在另一个实施方案中，IR传感器还包括一个红光源(例如红色发光二极管)和一个光接收器(使用一个光电二极管)。在这一个实施方案中，心率传感器联合使用红外线和红色光来监视心率。
眼镜500还可以包含至少一个开关516和一个或多个输出设备，例如像第一个发光二极管518(例如绿色发光二极管)和第二个发光二极管520(如红色发光二极管)的视觉输出设备。输出设备可在镜架504的内部表面，如图2所示，或在镜腿的内部表面上，靠近镜腿与镜架连接的一端。
图3A-3D展示根据一个实施方案测量一个用户的脉搏的电路实例。通常，这些电路包括一个红外发光二极管和一个光电二极管。光电二极管的输出取决于光电二极管与发光二极管之间的肌肉和组织的多少。输出也是通过该组织的血液量的函数。在一个实施方案中，电路通过稳定来自IR传感器的输出(例如使用一个反馈回路)，滤除直流偏移并放大输出以提取脉搏信号，来测量用户的脉搏。
图3A显示了带有一个红外发光二极管602的输入电路600的实例，其红外发光二极管发射将由光电二极管604接收的红外线。其中一些组件的实例取值为电源电压V为4.5伏，电阻606为100KΩ，电容608为0.22μf，电源电压-V为-4.5伏，电阻612为1MΩ，运算放大器610为LM324型，电阻616为10MΩ，电容614为0.005μf，且电阻618为180Ω。在一实施方案中，运算放大器610改变了来自发光二极管602的输出，以使光电二极管604产生的信号大约为0.2V+/-0.01V。脉搏信号大约在+/-0.01V之内变化。
图3B显示了一个双极低通滤波器630的实例。其中一些组件的实例取值为运算放大器636为LM324，电阻632为1MΩ，电容634为0.01μf，电阻642为1MΩ，电阻638为1MΩ，电容640为0.01μf。
图3C显示了一个带通滤波器650的实例，其至少能够去除脉搏信号中的恒定或直流信号。其中一些组件的实例取值为电容652为0.22μf，电阻654为2MΩ，电阻662为10KΩ，电阻658为1MΩ，电容660为0.01μf。信号S3被另一个与图3C中所述相似的带通滤波器接收，产生信号S4。这里的另一个带通滤波器中一些组件的实例取值为电容652为0.22μf，电阻654为2MΩ，电阻662为3.3KΩ，电阻658为1MΩ，电容660为0.01μf。
图3D显示了信号S4通过一个诸如100KΩ的电阻679，被三极管677的基极接收。三极管677的集电极连接至比如说是1KΩ的电阻681，然后该电阻681连接至一个发光二极管683。在这一实例中，发光二极管，比如说是一个红色LED，按照脉搏频率闪烁，形成一个输出指示器。除了可以用LED作为输出以外，还可以用扬声器、LCD显示器或其它输出机制进行输出。
在另一实施方案中，信号S1能够发送至一个模数转换器的输入端，该转换器的输出被一个数字信号处理器接收，并对这些信号进行数字处理。
通常，眼镜带上后，其位置与用户头和耳朵之间相对稳定。虽然该眼镜可用作一个稳定的心率测量平台，但仍然可能有噪音。由于用夹子夹在用户的身上，当用户移动时，电线514能够相对于用户移动夹子510。这可能产生噪声，降低信噪比。
有多种不同的技术来提高夹在用户身上的夹子的稳定性。一种技术可以增加夹子的压力。另一种方法是减小电线514的长度。图4显示了一个附着在一付眼镜706的镜腿700末端702的传感器夹子704。如果电线移动，较短的电线708将会减少对夹子的拖动，因为该电线具有较小的惯性。该电线长度的实例取值包括小于8、6、4、3、2和1英寸。在另一实施方案中，在电线708的末端可能有一个电连接器，且该连接器能够与眼镜的连接器连接。
另一个增强夹子稳定性的方法是通过一个更加刚性(rigid)的部件。换句话说，如果在测量过程中心率监视器更加刚性或基本刚性(rigidly)地附着在用户身上，那么测量的结果就能够更加稳定。图5显示了一个方法；其使用了一个可调的机械臂，其比连接夹子与眼镜的细线更加刚性。例如，该可调的机械臂有两段，之间由一个铰链连接。该铰链能够做得较为相对坚硬，以减小机械臂相对于夹子720的移动。机械臂724中可能埋有导线，用于电连接。
在另一个实施方案中，在测量过程中，通过一根坚硬的导线514，例如较粗的电缆，夹子能够较刚性或基本刚性地附着至用户的身上。图6显示了一个类似半刚性电缆734的实例，其具有足够的韧性，能够使夹子730的位置相对于耳朵738进行调整。例如，该电缆可能是一些18至26量规的绝缘实心铜线，绑在一起；或是一些绝缘导线，比如每一根为22AWG实心铜线。心率传感器能够通过连接在一起形成电缆的铜线电连接至眼镜中的电子器件。
在一个实施方案中，还能够通过一个带子来固定眼镜，例如用一个运动带来固定眼镜，使其紧贴在用户的头上。带子的两端能够连接至镜腿上，可固定于靠近其相应镜架的地方。可以使用机械连接器(例如搭扣、夹子)来实现这一连接，连接器的一部分能够与镜腿集成在一起，另一部分与带子成为一体。在另一个实施方案中，带子可以是一个系索。
在一个实施方案中，通过诸如数字信号处理技术等信号处理技术能够增强信噪比。例如，一个数字信号处理器能够均衡IR传感器的输出，例如图3A中的信号S1。要么，如果一个传感器输出信号与其前一信号相差超过一个预定百分比时，该信号将被忽略。其理论基础是人的心率不会发生急剧的变化。要么，只有当一个信号位于在其之前一些信号读数的平均值的预定范围内时，才接受该信号。作为示例，传感器输出可间隔2秒采取。
在一个实施方案中，IR传感器输出(或者一定处理后的信号)，通过一个自眼镜的连接器508连接至一个便携式设备的电缆发送，以便进行进一步处理。在一个实施方案中，不采用导线连接，而是通过眼镜中的无线收发电路以无线方式实现至另一个设备的连接。该另一个设备可以是手持设备。
在一个实施方案中，来自眼镜中电子器件的信号无线连接至并用于一个电子非便携式或非手持式或固定的设备，例如一个固定的自行车、踏车或踏步机。在一实施方案中，根据收到的信号对固定设备的运行进行修改。例如，在一个正常的序列中，踏车中的一个锻炼程序将会增加踏车的速度。然而，由於所跟踪的用户心率，该程序将保持踏车的速度。
可根据用户的要求测量用户的心率，或被动地，或自动地每隔预定时间量测量一次，或进行一段时间的测量，如在进行锻炼的过程中。
就锻炼程序来说，用户可以滑雪、骑自行车或慢跑，眼镜可以是一付滑雪护目镜、一个设计用于锻炼的眼镜架、或一付太阳眼镜。假设用户正在休息，心率没有提升。用户启动眼镜500上的开关516，开始心率测量。来自绿色/红色发光二极管518和520的绿色/红色信号持续闪烁，直至传感器结束测量用户休息时的心率(例如在一段时间中测量心率的数据未超出预定的变化范围)。在预先设定的一段时间以后，例如15秒，初始测量就完成了，然后只有绿色发光二极管闪烁。用户可以开始其锻炼。在锻炼过程中，发光二极管的表示是如下的意思红色闪烁太快-降低速度绿色闪烁太慢-加速速度绿色常亮很好-保持您的速度红色/绿色程序将改变至新的序列。
用户能够通过诸如音频信号或其它视频信号等不同的机制获取进一步的信息。锻炼结束后，显示红灯或绿灯常亮，经过预设的一段时间后，例如15秒，显示灯熄灭。如果用户想延长锻炼，其可以再次打开开关516(例如按开关按钮一次，约1/2秒)，然后眼镜将会另增10秒钟的锻炼时间。
眼镜中的扬声器能够为用户提供有关锻炼程序的指导，例如在后面5分钟继续以相同的速度锻炼，然后停止跑步开始行走。该眼镜能够帮助用户将其心率保持在合适的范围内，达到最佳的健身。
在一实施方案中，该眼镜可包含一个存储设备，从而一个或多个锻炼程序和/或歌曲可以保存在里面。例如，该存储设备可以附着于在眼镜上或与眼镜成为一体。可以通过开关来选择不同的锻炼程序。在一实施方案中，锻炼程序能够从一个网站上下载，比如从一个计算机的端口下载。
在一实施方案中，锻炼程序的运行取决于用户测得的心率。例如，当心率增加时，程序能够告诉用户跑快一点(即加快心率)，跑慢一点或保持速度。
在另一实施方案中，该眼镜能够比如基于数字音频格式(如MP3格式)播放歌曲，这些歌曲能够保存在一个眼镜中或附着于眼镜上的存储设备中。例如，一个锻炼程序告诉用户要保持相同的行走速度，眼镜为用户播放歌曲。用户能够使用眼镜上的一个或几个开关来选择播放歌曲。或者，眼镜上有一个显示屏或将一显示屏连接至眼镜，该显示屏有一个用户接口程序，可以帮助用户选择歌曲。
在一实施方案中，歌曲或娱乐的速度取决于测得的心率。例如，如果锻炼程序想要用户跑得更快，程序将指导用户按照音乐的鼓点跑，歌曲将会以较快的节奏播放。在另一实施方案中，歌曲的类型根据锻炼常规的不同而改变。例如，如果用户想骑自行车骑快一点，那么就会播放一首快速的歌曲，如果用户想骑慢一点，那么就会播放慢一点的歌。在一实施方案中，用户能够挑选歌曲或对歌曲进行归类，比如有一些在“快”类中，有一些在“慢”类中。那么，当要播放一首快歌时，用户指定的快歌将会被选择。
在一实施方案中，用户将其体重输入眼镜中，或输入与眼镜连接的存储设备中。这同样也可用眼镜(或存储设备)的一个开关实现。基于体重和测得的心率作为时间的函数，处理电路能够更加精确的估算出用户锻炼中或用户锻炼一段时间后耗费掉的卡路里。
在一实施方案中，一付眼镜中包括一个无线接收器，该接收器连续侦听无线信号。一旦接收到信号，眼镜中的监视电路就会被激活，从而测量心率。这一实施方案不需要用户与眼镜有物理交互来打开监视电路，或输入信息至眼镜中。
而在另一实施方案中，测量心率是为了监视用户的健康问题或状况。例如，用户常患有心跳不规律的问题(心率失常)。可能有急速改变的心跳(skipped heart beats)、悸动(fluttering)或‘心跳噼啪声’(flip-flop)，或无法控制的快速心跳。心跳的节奏可能正常，也可能不正常，治疗的方法取决于心率失常的类型和严重程度。有时，有的情况不需要治疗。然而，在其它情况下，可能需要吃药，改变生活习惯或进行手术。例如，如果心率突然变得很快，而不是慢慢加快，该眼镜将告诉用户放松。眼镜中可能包含一个引导用户进行放松的程序，例如呼吸训练。
在另一实施方案中，眼镜记录下用户的心率，例如(a)发生不规则心率的时间，(b)不规则心率的持续时间和不规则心跳时的心率，(c)不规则的心跳是快速还是慢速，和/或(d)不规则心跳是不是突然开始或突然结束。这些记录信息能够保存在眼镜中或附于眼镜上的存储设备中。心跳信息能够被下载并以不同的格式进行显示，例如以图形的格式按基於时间的函数显示。
在一实施方案中，如果不规则心跳的情况超出了预定的门限，那么将警示用户呼叫寻求医务救助，或将发送一个无线信号至一医疗机构为用户寻求帮助。或能够将呼叫(或信号)发送至预定好的号码或位置，其可能是用户的亲属。例如，预定的门限可以根据每分钟额外心跳的次数、在预定的时期内这些不规则心跳发生的次数、和/或在没有进行锻炼和没有感冒的情况下每分钟心跳超过一特定次数。在一实施方案中，呼叫由眼镜发出。在另一实施方案中，眼镜以无线的方式使得一个移动式设备发出呼叫。
在一实施方案中包含镜腿配置，例如一个镜腿末端，其能够从眼镜上分离，也可以在购买眼镜后从零件市场上购得的产品。在镜腿配置中，其中至少有一个电子元件，该电子元件能够与眼镜中、或在附于或连接至眼镜的设备中的另一个电子元件交互。例如，一个镜腿带有一个普通的电子部件，比如一个可用於多种不同应用的电池。该电池可充电，且在眼镜中有可对该电池充电的连接器。镜腿配置包括一些更加专用的电子部件，例如应用於心率监视的部件等。在另一实施方案中，所有的电子器件，通用和专用部件，均在镜腿配置中。而在另一实施方案中，所有的电子器件均在镜腿或镜腿的一部分中，而这些电子器件能够在零件市场购得。
在一实施方案中，红外传感器不在眼镜上，而是按照上面叙述的不同技术附着、集成或连接至一个带子或短绳上。
而在另一实施方案中，本应用中所描述的一付眼镜被一个由用户戴在头周围的仪器所代替，比如一个头巾、帽子(或头盔)或泳帽。泳帽能够覆盖用户的耳朵。夹子中的红外传感器能够位于用户耳垂的附近，束缚在帽内。夹子中的电子器件能够与帽子中的电子器件连接。在一实施方案中，电子器件还是密封或防水的。这将使戴在头上的仪器可进一步在水中使用。
在一实施方案中，由一个辐射传感器，例如一个红外传感器来测量反射的信号。在运行中，这样一个传感器能够在结构上进行配置，使其与传感器要测量的皮肤或身体之间保持大约恒定的距离。这有助于提高信噪比。
图7显示了基于测量反射信号的心率传感器750的一实施方案。传感器750至少一部分嵌入在鼻垫752中。由于传感器750位于鼻垫752中，通常当眼镜戴上后，传感器750和要测量的位置之间能够保持大约恒定的距离。同时，由于传感器在鼻垫处，在测量中，传感器能够基本或更加刚性的附着在用户身上。在一实施方案中，传感器750包括一个红外接收器762和一个发射辐射通过窗口764(例如一个红外窗口)的红外发射器760。该辐射在鼻子770的测量点756位置被反射，并被红外接收器762侦测到。
在一实施方案中，来自传感器750的一个或多个输出可被位于诸如另一个鼻垫、镜架、镜架与其对应铰链之间的铰链区、镜腿和/或由镜架至配戴者脸部的眼镜延伸区等眼镜不同部分的电子电路处理。这些电路能够通过嵌在眼镜中的导线/电缆连接至传感器750。类似于图3A-D的电路可用于处理来自传感器750的输出。在一实施方案中，电路与传感器之间的连接以无线方式实现，且在一个鼻垫中可能有一个电池。在另一实施方案中，信号可被数字化，然后通过一个控制器进行数字处理。
在一实施方案中，眼镜是一付风镜。心率传感器是基于反射信号进行测量，其位于风镜的一个鼻垫中。该传感器可与风镜其它部分中的电子器件交互。在另一种方法中，风镜使用软的橡皮鼻垫。心率传感器可安装於或嵌入在风镜的橡皮鼻垫中，位于用户戴上时压在用户面孔上的位置。在一实施方案中，传感器配置为嵌入风镜的软橡皮中。
在一实施方案中，一付眼镜和/或上面描述的其它可配戴仪器还包括附加的电子设备。该设备可以是一个诸如计步器等的活动传感器，或像全球定位系统的活动传感器。例如，用户心跳不规则。计步器将能在不规则心跳发生时，更好地指示用户是在休息还是在运动中。另一个例子是，触发一个呼叫为患有心跳不规则的用户寻求医疗救助的基线是计步器的输出。在锻炼过程中使心跳加快将不会触发呼叫。同时，心跳加快的情况可根据个人情况设置(由用户输入)，因为不同的用户可能具有不同的门限。
一个在眼镜中类似微控制器的控制设备能够对来自心率传感器和计步器的信号进行分析，并为用户的利益采取特定的行动。在另一实例中，可基于来自心率监视器和一个计步器的输出，更加精确地确定用户消耗的卡路里。在一实施方案中，心率传感器位于一个鼻垫处，计步器位于眼镜的铰链区。
附加电子设备的另一实例是温度传感器。心率传感器可位于一个鼻垫中，而温度传感器可位于另一个鼻垫中。例如，一优点是当用户进行马拉松长跑时，既能监视用户的心率，又能监视用户的体温。在另一实施方案中，一付眼镜中没有心率传感器，但在一个鼻垫中有温度传感器。
在一实施方案中，心率传感器含有一个血压传感器，例如一个压电传感器。要测量心率，传感器须接触下面有动脉的皮肤部分。例如，传感器可在一付眼镜臂的延展区。该臂靠近用户的太阳穴(temple)，传感器能够压在用户太阳穴上面进行心率测量。在另一个例子中，传感器能够植入一根橡皮筋中，该橡皮筋可绕在用户脖子四周，传感器置于用户颈动脉上方的位置。
在一实施方案中，带有不同电子元件的不同鼻垫可在零件市场购得。这些鼻垫可替换一付眼镜中现有的鼻垫。
在考虑本说明书或者实践这里披露的本发明之后，本发明的其它实施方案对于本领域的技术人员来说将变得一目了然。这里的说明和举例仅旨在作为示例，本发明的特性和精要将由下面的权利要求书限定。
权利要求
1.用户的一付眼镜包括一个眼镜架；和一个心率监视器，且至少有一部分心率监视器电子器件嵌入在眼镜架中，心率监视器经配置用作测量用户心率，和在测量时，心率监视器基本刚性地附着在用户身上。
2.如权利要求1中所述的一付眼镜，其特征在于心率监视器包含一个带有辐射(radiation)发送器和辐射接收器的传感器，来测量用户的心率，传感器在眼镜架以外，心率监视器至少包括一个电导体，将传感器电连接至嵌入在眼镜架中的心率监视器的电子器件，传感器在一个夹子中，该夹子连接至电连接器的一个端部，为了测量用户的心率，将夹子夹住用户耳朵的一部分，至少有一部分来自发送器的辐射通过至少身体的一部分传送，被接收器收到，辐射包括红外线，且电导体在一个可调机械臂或韧性半刚性电缆中。
3.如权利要求1中所述的一付眼镜，其特征在于心率监视器包含一个带有辐射发送器和辐射接收器的传感器，来测量用户的心率，眼镜架至少包括一个鼻垫，传感器嵌入在鼻垫中，为了测量心率，至少有一部分来自发送器的辐射被用户鼻的至少一部分反射，被接收器收到，且辐射包括红外线。
4.如权利要求1至3中所述的一付眼镜，其特征在于眼镜包含无线电路，从而使嵌入在眼镜架中用于心率监视的电子器件能够被无线启动。
5.如权利要求1至4中所述的一付眼镜，其特征在于眼镜包含无线电路，用于将有关用户心率的信号以无线方式发送至一个电子设备中。
6.如权利要求1至5中所述的一付眼镜，其特征在于另外还包括一个配置用于输出音乐或一个锻炼程序的扬声器。
7.如权利要求6中所述的一付眼镜，其特征在于输出音乐的一个属性取决于用户的一个锻炼程序。
8.如权利要求6中所述的一付眼镜，其特征在于输出音乐的一个属性取决于测得的用户心率。
9.如权利要求1至8中所述的一付眼镜，其特征在于测得的心率用于计算在一段时期内，用户耗费的卡路里。
10.如权利要求1至9中所述的一付眼镜，其特征在于在眼镜架中至少嵌入了一个活动传感器的一部分或一个温度传感器的一部分。
11.如权利要求1至10中所述的一付眼镜，其特征在于测量心率是为了解决用户的健康问题，且如果用户心跳超过了一个预定的门限，将产生一个信号，就有关健康问题提出警示。
全文摘要
按照一个实施方案带有心率监视器的一付眼镜。这心率监视器配置用于测量该眼镜使用者的心率。心率监视器可包括一个带有辐射发送器和辐射接收器的传感器。辐射可以是红外线。有一种方法是，接收器测量由发送器通过用户身体一部分发送的信号来测量用户的心率。传感器可在一个夹子中，夹住用户身体的一部分，例如用户的耳垂上。另一种方法是，接收器测量由发送器发送并由用户身体一部分反射的信号来测量用户的心率。
文档编号A61B5/04GK101046557SQ20071009062
公开日2007年10月3日 申请日期2007年4月2日 优先权日2006年4月1日
发明者托马斯A·豪威尔, 大卫·赵, 托马斯 C·道格拉斯, G·戴伊 罗伯特, 唐炳德 申请人:专利创投有限公司