监控眼睛运动的系统及方法、控制计算装置的系统及方法

专利名称：监控眼睛运动的系统及方法、控制计算装置的系统及方法
技术领域：
本发明大体而言涉及用于监控人眼睛的运动的装置、系统和方法，例如，用于监控 疲劳、故意通信，和/或用于基于眼睛、眼睑、和/或人的一只眼睛或双眼的其他组件的运动 来控制装置的设备、系统和方法。
背景技术：
已建议使用人眼睛的运动来监控无意识状态，诸如人的觉醒或者瞌睡状态。例如， 美国专利第3，863，243号披露了一种装置，其能够发出警报来警告正使用该装置的即将开 始入睡的人。该装置包括类似于一组镜片的其上安装有光纤和光电元件(photocell)的 镜框，其中，当戴上该镜框时，镜片正对着用户的眼睛。光电元件检测由人眼睛反射出的光 的强度，即，闭上眼睛时通过眼睑或者睁开眼睛时通过眼表(eye surface)所反射的光的强 度。计时器在正常眨眼和眼睛闭上期间的持续时间(即，表示人入睡的时间)之间进行区 分。当经过临界时间时，发出警报来通知和/或叫醒用户。另一种装置是MTI Research Inc.的Alterness Monitor，其可以被安装在安全玻 璃上，并且沿着关键位置处(在该位置处，除了眨眼期间外，射束不会被睫毛中断)的眼睑 轴发出连续的红外光束，从而使其具有测量眨眼频率的能力。诸如美国专利第5，469，143 号和第4，359，724号中所披露的那些其他装置直接使用用户的眼睑或者眉毛来检测眼睛 的运动并且当检测到瞌睡状态时会启动警报。这样的装置可以包括机械装置，例如，机械 臂、或者靠在眼睑上的压电膜。已建议在车辆的仪表板、顶、或其他位置上安装相机或其他装置来监控司机的意 识。然而，这样的装置需要用户眼睛保持持续与相机接触。另外，如果用户将其头部向侧面 或者向下转动、回转、伸出车辆，如果用户快速地来回移动，或者如果相机相对于人而移动， 那么它们就不能监控眼睑的运动。另外，这样的相机可能会侵犯隐私和/或存在看穿眼镜、 太阳镜、乃至隐形眼睛的问题，并且其在日光下不能有效操作。

发明内容
本发明涉及用于监控对象的一个或多个眼睛、眼睑、和/或瞳孔的运动的设备、系 统、和方法。通常，人类每分钟至少眨眼大约5-30次，或者每天眨眼大约7，000-43, 000次。 每次无意识反射的眨眼持续大约200-300毫秒，总地平均下来是大约250毫秒，每天由于无 意识眨眼而闭眼的时间总计大约1，750-10, 800秒。当发生疲劳或者困倦时，眨眼可能更长 且更慢和/或眨眼率可能变化，和/或眼睑可能由于小幅度的眼睑眨动而开始逐渐下垂，例 如，直到眼睛开始由于短期“微睡”(即，持续大约3-5秒或更长的睡眠状况)而闭上，或者由于长时间的睡眠而闭上。另外，瞳孔可能收缩得更加缓慢，表现出大小的不稳定波动、直 径逐渐收缩，和/或像困倦和疲劳前进一样对闪光表示出延迟反应(即，延迟瞳孔反应潜伏 期)。另外，会出现瞌睡的其他视觉表现，诸如，当在上或在下拍摄目标的情况下，对(例 如)刺激的缓慢或延迟的跳视眼睛跟踪反应(即，延迟的跳视反应潜伏期)，和/或无论双 眼会合或发散、眼位偏移、或者内隐斜与否都无法定向凝视。在一个实施例中，提供了用于监控眼睑、瞳孔、和/或眼睛运动的设备，其包括装 置，用于戴在用户头部上；光源，用于当戴上装置时将光导向人的眼睛；以及连接到装置的 第一和第二光纤束，第一束用于观察戴上装置的人的第一只眼睛，第二光纤束用于观察戴 上装置的人的第二只眼睛。该设备还可以包括连接至第一和第二光纤束的相机，用于获取 第一和第二只眼睛的图像。任选地，该设备还可以包括第三光维束，其远离用户定位，例如，用于观察用户头 部将转向的区域。另外或者可选地，该设备可以具有一个或多个空间传感器。相机可以连 接至第一和第二光纤束，用于获取第一和第二只眼睛的图像，还可以连接至第三光纤束，用 于获取用户头部和/或眼睛所朝向的区域的图像。空间传感器可以允许同时测量或者跟踪 (例如)相对于用户眼睛运动的用户头部运动。另外，连接至相机的发射器和/或传感器阵 列可以允许测量一只眼睛或双眼的各种眼睛运动参数，诸如眼睑的速率、加速度和减速度、 眨眼频率、“PERCL0S” (眼睑张开的时间的百分比)、睑裂的垂直高度(即，眼睑之间没有覆 盖瞳孔的区域)，例如，与完全张开的眼睛有关的距离或者百分比等等。在另一个实施例中，提供了一种整装装置，用于检测人的眼睑的运动，该整装装置 包括装置，用于戴在人头部上；发射器，位于装置上，用于当戴上装置时将光导向人眼睛； 以及相机，用于检测来自发射器的光。传感器产生指示人眼睛何时打开或者闭上的输出信 号，然后将在镜框上的发送器连接至传感器，用于将输出信号无线发送至远程位置。镜框还 可以包括处理器，用于将输出信号与预定临界进行比较，以检测瞌睡导致的眼睑运动。与 先前实施例类似，发射器和传感器可以是用于发射并检测红外线的固态生物传感器装置， 或者可选地是阵列，例如，在镜框上预定配置的发射器和/或传感器的一维或者二维阵列， 例如，朝向一只眼睛或双眼定位的一个以上发射器和/或传感器的垂直、水平、对角线、或 者其他线性或其他几何阵列。具体地，发射器和/或传感器阵列可以允许测量眼睛运动参 数，诸如在本文中所识别的那些眼睛运动参数。发射器和/或传感器可以固定到镜框上的多个点处，例如，在镜片周围和/或鼻梁 中，或者可选地在沿着镜框的任何位置处，包括在镜框的护鼻部分、镜框的镜腿件的配件、 和/或被安装在眼镜的镜片上的表面的附近或者在它们的上面。可选地，可以将发射器和 /或传感器安装到眼镜的镜片中，以便它们能够通过镜片来操作。因而，可以将发射器和/ 或传感器安装在眼睛镜框上，以便它们可以随着佩戴者的头部运动而运动，并且一直集中 在任何体位的用户眼睛上，无论该用户是在车上、户外还是任何其他环境下。在另一个实施例中，提供了一种系统，用于监控人眼睛的运动。该系统包括装置， 用于戴在人头部上；一个或多个发射器，位于该装置上，用于当戴上该装置时，将光导向人 眼睛；以及相机，例如，CCD或CMOS装置。发射器可以用于将参考系朝向眼睛投射。相机可 以朝向眼睛定位，用于监控眼睛相对于参考系的运动。可以将相机设置在装置上，或者可以 设置在远离装置的位置处，但是相对地要更加靠近用户。
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来自发射器的光可以射向戴着装置的用户的眼睛，以照亮用户的眼睛，同时将参 考系投射到眼睛之上。发射器可以将光“不可见地”投射向用户，即，投射在正常视觉的暗视 (夜视)或者适光(明视)范围之外，例如，在红外光范围内，从而使照明和/或参考系基本 上不会干扰用户视觉。相机可以成像由发射器所产生的光，例如，在红外线范围内的光，从 而检测所投射的光作为光点、光带或其他“反光”。眼睛相对于参考系的运动可以使用相机 来监控。可以监控(例如)相对于投射到眼睛上的参考系的由相机所监控的运动的图形输 出。例如，来自发射器的红外线可以从视网膜反射出来，在白光情况下反射出来的为“红光 反射”、在红外光情况下反射出来的为白色或者暗黑色瞳孔(包括使用现有技术中已知的减 色方法的暗瞳孔的图像)。例如，使用这些方法中的一个或多个的处理器可以检测眼睛瞳孔的运动，例如，测 量相对于参考系的运动。这个运动可以被图形显示，从而示出眼睛的瞳孔相对于参考系的 运动。任选地，来自一个或多个传感器的输出信号可以与视频信号相关联，该视频信号由监 控眼睛相对于参考系的运动的相机产生，例如，以确定人的瞌睡等级、或者与关于意识的心 理或神经-生理认知、情感、和/或警惕性相关的状态。在另一个实施例中，提供了一种方法，用于使用戴在用户头部上的装置来控制计 算装置或者其他电子或电子-机械装置(例如广播、电视、轮椅、电话、警报系统、听觉、视觉 或触觉警报系统，等等)。该装置可以包括一个或多个组件，与本文中所述的其他实施例相 类似，组件包括具有聚焦在用户的至少一个眼睛上的至少一个物镜的相机。计算装置可以 包括显示器，该显示器包括显示器上所显示的指针。显示器可以包括抬头或低头显示器， 连接至戴在用户头部上的装置，或者连接用户头部或者放在用户头部上；台式计算机监控 器，放在用户前面，将图像数字投射在屏幕上(例如，像在驾驶或者飞行模拟器中一样)，等 等。用户眼睛的运动可以使用相机来监控，并且眼睛的运动可以与显示器上的指针相关联， 以使得指针能够跟随眼睛的运动，例如，与计算机鼠标类似。任选地，相机可以监控用户眼 睛的预定眼睛活动，例如，预定时间长度的眨目艮，这可能相当于用于执行由显示器上的指 针所识别的一个或多个命令的指令，例如，与计算机鼠标的“双击”相类似。通过以下结合附图的详细描述将更加了解本发明的其他方面和特征。


图1是在医院中戴着用于基于患者眼睛和/或眼睑的运动来监控患者的设备的实 施例的患者的透视图；图2是包括检测装置和处理箱的图1实施例的放大透视图；图3是用于发送对应于一系列眼睑运动的输出信号的电路的示例性实施例的示 意图；图4是用于响应于与一系列眼睑运动对应的输出信号来控制装备的电路的示例 性实施例的示意图；图5是用于检测眼睑运动的电路的示例性实施例的示意图；图6A-图6C是用于朝向张开眼睛的表面发射光以及检测从张开眼睛的表面反射 的光的装置的可选实施例的截面图和正面图；图7A-7C分别是图6A-6C中用于朝向闭上的眼睑发出光以及检测从闭上的眼睑反射的光的装置的截面图和正面图；图8是用于基于用户眼睛和/或眼睑的运动来监控用户的系统的另一个实施例的 透视图和框图；图9是用于基于用户眼睛和/或眼睑的运动来监控用户的系统的另一个实施例的 组分的框图；图IOA是用于基于用户眼睛和/或眼睑的运动来监控用户的系统的又一个实施例 的透视图；图IOB是图IOA所示的系统的一部分的示意性详图；图IOC是可以设置在诸如图IOA中的眼睛镜框的鼻梁上的发射器和传感器的示例 性阵列的详图；图IOD是图IOC中所示的用于发射光和检测从眼睛反射的光的发射器和传感器的 阵列的截面图；图IlA是用于基于眼睑运动从远程位置来选择性地控制多个装置的系统的示意 图；图IlB是可以由图IlA中所示的系统来控制的附加装置的示意图；图12A是示出了当眼睛在打开与闭上状态之间变化时，如图10A-10D中所示的传 感器阵列的启动与由该阵列监控的眼睛之间关系的表格；图12B是示出了由如图10A-10D中所示的传感器阵列所提供的数据流的图表，该 图表示出了作为时间函数的眼睛视野的百分比(“PERCL0S”)；图12C是正由包括诸如图10A-10D所示的装置的系统监控的人的多个生理参数 (包括PERCL0Q的图形显示；图12D是示出了当眼睛在打开与闭上状态之间变化时，在二维传感器阵列的启动 与正被监控的眼睛之间关系的表格；图13是用于基于用户眼睛和/或眼睑运动来监控用户的另一个系统的透视图；图14是图13所示的镜框上的相机的详图；图15A-15I是可以使用图13所示的系统来监控的多个参数的图形显示；图16是从图13所示的镜框上的相机输出的视频的详图；图17是示出了用于处理来自五元传感器阵列的信号的电路的示例性实施例的示 意图；图18A和图18B示出了插入飞行员头盔中用于监控眼睛运动的设备的另一个实施 例；图19是可以包括在图18A和图18B所示的设备中的相机的示意图；图20A和图20B是示出了从分别示出了用户眼睛打开和闭上的多个相机机同时输 出的图形图像；图21A-21C是示出了被创建以识别瞳孔周长从而方便监控眼睛运动的椭圆形图 形的图形显示；图22A和22B是示出了用于警惕性测试戴着用于监控用户眼睛运动的设备的用户 的方法的流程图；图23是示出了用于基于眼睛运动来控制计算装置的方法的流程图；以及
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图M是用于经皮发射光到眼睛以及检测从眼睛瞳孔出来的发射光的设备的视 图。
具体实施例方式参考附图，图1示出了在病床12上的戴着检测装置30的患者10，其中，该检测装 置用于检测患者10的眼睛和/或眼睑运动。检测装置30可以包括本文所述的任意生物传 感器装置，其可以用于监控(例如)用于有意传达信息的眼睛的故意运动、用于监控无意的 眼睛运动(例如，瞌睡或其他状态)、和/或用于控制一个或多个电子装置(未示出)。检 测装置30可以连接至用于将检测到的眼睛和/或眼睑运动转换成数据流、可懂消息、和/ 或转换成其他信息的处理箱130，其可以(例如)使用视频显示器50来与医疗护理提供者 40通信。参考图2、图6A、和图7A，示出的设备或系统14的示例性实施例包括可连接至常用 的一对眼镜20的可瞄准且可聚焦的检测装置30。眼镜20包括连接至镜框22的一对镜片 21，镜框22包括在镜片21之间延伸的架桥(bridgework)24、以及支撑耳承(ear piece) 26 的侧梁(side member)或镜腿件(temple piece) 25，它们都是常用的。可选地，因为镜片 21并非必需的，所以镜框22也可以不具有镜片21。检测装置30包括用于连接至一个侧梁25的夹具(clamp)或其他机构27以及其 上安装有一个或多个发射器32和传感器33 (未示出)的可调臂31。以预定关系安装发射 器32和传感器33，以使发射器32可以向戴着眼镜20的人的眼睛300发出信号并且使传感 器33可以检测从眼睛300的表面和眼睑302反射的信号。在图6A和图7A所示的示例性 实施例中，发射器32和传感器33可以彼此邻近地安装。可选地，例如，如图6B和图7B所示，发射器32，和传感器33，可以彼此分离地安装 在镜框上，以使发射器32’和传感器33’基本上相对于彼此基本上横向地放置。在另一个 替代中，如图6C和图7C所示，发射器32”和传感器33”可以在轴线方向中彼此轴向对准地 跨过眼睛300来安装。当眼睑302闭上时，它可能使被传感器33”检测的射束340中断。在一个实施例中，发射器32和传感器33分别产生和检测连续或脉冲光，例如，在 红外线范围内，以最小化对佩戴者的正常视觉的扰乱或者干扰。发射器32可以发射预定频 率的脉冲光，传感器33用于检测该预定频率的光脉冲。这个脉冲操作可以降低发射器32的 能量损耗和/或可以最小化与其他光源的干涉。可选地，可以使用超出可见光谱或在可见 光谱内的其他预定频率范围的光，诸如紫外光，或者其他能量形式，诸如无线电波、声波等。处理箱130通过包括一条或多条金属线(未示出)的线缆34连接至检测装置30。 如图9所示，处理箱130可以包括中心处理单元(CPU) 140和/或其他电路，诸如图3-图5中 所示的示例性电路，其用于从传感器33接收和/或处理输出信号142(诸如光强度信号)。 处理箱130还可以包括用于控制发射器32和/或传感器33的控制电路141，或者CPU 140 可以包括内部控制电路。例如，在一个实施例中，控制电路141可以控制发射器32，以产生以预定频率脉动 (高达每秒数千个脉冲至仅仅每秒4-5个脉冲，例如，每秒最少要大约5-20个脉冲)的闪烁 红外信号，从而方便对每眨眼仅仅约为200毫秒的无意或有意眨眼的检测。传感器33可以 被控制来检测仅以发射器32的闪烁频率所特定的(specific to)预定频率脉动的光脉冲。因而，通过将发射器32和传感器33同步到预定频率，可以在多种环境条件下使用系统10， 而输出信号142基本上不会受到(例如)明亮的日光、全黑、周围的红外光背景、或者以不 同闪烁频率操作的其他发射器的影响。闪烁频率可以被调节，以在保持能量损耗最小的同 时，最大化每单元时间的眨眼次数(例如，每分钟大约十到二十次眨眼)、每次眨眼的持续 时间(例如，大约200毫秒到大约300毫秒)、和/或PERCL0S (即，完全或部分闭上眼睑的 时间的百分比)的有效测量，或者最大化系统的效率。控制电路141和/或处理箱130可以包括手动和/或软件调节装置(未示出)， 用于调节由发射器32发出的光的频率、焦点、或强度，以关闭或打开发射器32、调节传感器 33的临界灵敏性、和/或供与离开闭合眼睑的最大红外反射的自聚焦使用，这些是本领域 技术人员都将会了解的。另外，处理箱130还可以包括电源160，用于向发射器32、传感器33、CPU 144、和 /或处理箱130中的其他组件提供电源。处理箱130可以由常用的DC电池来供电(例如， 九伏电池或可再充电的锂、镉、或氢发电电池)、和/或由连接至系统14或内置在系统中的 太阳能电池来供电。可选地，可以将适配器(未示出)连接至处理箱130，诸如常用AC适配 器或者十二伏车辆点火适配器。CPU 140可以包括定时器电路146，用于将输出信号142的单个分量的长度与预定 临界进行比较，以在正常眨眼和其他眼睑运动之间进行区分。定时器电路146可以是独立 的分立元件或者可以内置在CPU 140内，这些本领域技术人员都将会了解。CPU 140可以将 输出信号142转换成可以用于与其他人或装备进行通信的数据流144。例如，由CPU 140产 生的数据流144可以是二进制信号，诸如Morse (莫尔斯)码或ASCI码。可选地，CPU 140 可能能够产生其他的输出，例如，合成语音信号、用于装备的控制信号、或图形表示。为了方便通信，处理箱130可以包括各种用于使用数据流144的输出装置。例如， 可以设置能够产生警报音或合成语音的内部扬声器150。可以设置输出端口 148，其可以通 过硬连线直接连接至各种装备，诸如图1中所示的视频显示器50。另外或者可选地，处理箱130可以包括连接至CPU 144的发送器152，用于数据流 144与远程位置的无线通信。例如，如图9所示，系统14可以包括接收和处理单元154，诸 如计算机或者其他控制或显示系统。发送器152可以是能够产生短程信号(例如，即使经过 墙或障碍物，也能到达最多大约一百英尺或更远、或者可选地到达大约四十五英尺到五十 英尺)的射频(“RF”)发送器。可选地，可以设置其他发送器，例如，红外发送器。发送器152也可以连接至放大器(未示出)，以使得能够(例如)使用蓝牙或其他 RF协议来将数据流发送数百或数千英尺或更远。例如，放大器和发送器152可以经由电话 通信线路、卫星等等来通信，以将数据流发送至距离系统较大距离的远程位置，在此处可以 对数据进行监控、实时分析、或存储(例如，存储在载重汽车或航行器“黑盒子”记录器中) 用于将来或回顾分析。该系统可以包括、或者可以连接至全球定位系统(GPS)，用于监控佩 戴检测装置30的个人的位置、移动、和/或认知警惕性、觉醒、困倦的状态、或情绪/行为表 现和/或安全。接收和处理单元巧4可以包括用于接收由发送器152发送的信号153的接收器 156 (例如，射频接收器)，该信号包括数据流。处理器158连接至接收器156，用于翻译、存 储、和/或使用数据流中的信息，处理器158连接至存储器电路160、通信装置162、和/或控制系统164。例如，接收和处理单元巧4可以包括存储器电路160，处理器158可以仅将 用于随后检索和分析的数据流存储在该存储器电路中。处理器158可以通过(例如)将数据流中的二进制码转换成可懂消息(即，一连串 的字母、词、和/或命令)来翻译数据流，和/或可以使用大型通信装置或软件(诸如KE:NX 或Words Plus)来方便通信。所得到的消息可以被显示在通信装置162上，通信装置可以包 括用于显示文本、图画和/或符号的视频显示器、用于提供电子语音的合成语音模块等等。可选地，可以将数据流作为“实时”消息信号用图表数字地显示在计算机显示屏或 其他电子显示装置上(例如，显示眨眼率、眨眼持续时间、PERCL0S等等)，或者用类似于EKG 或EEG跟踪的图形来显示。另外，如图12C所示，数据流可以连同其他生理数据一起显示， 诸如皮肤电导率、体温、心血管相关数据(例如，心率、血压)、呼吸相关数据(例如，呼吸率、 血液中氧和二氧化碳的水平)、肌电图(EMG)和/或活动变化记录数据集(即，身体运动、位 置)、和/或其他多导睡眠图(PSG)或脑电图(EEG)变量。可选地，可以将数据流与用于监 控汽车或机械运行(例如，车速、加速度、刹车功能、转矩、摇动或倾斜、发动机或电机速度， 等等)的控制器结合，以根据路面和/或车辆状况、以及与司机或机器操作者的知觉、觉醒、 注意力、和/或实时表现的警戒反应的状态有关的机能，作出关于减速还是加速车辆的理 智决定。另外，消息可以由处理器158来翻译，用于指导控制系统164控制一件或多件机器 或装备。例如，数据流可以包括用于指导控制系统164来控制继电器开关或其他装置关掉 和打开电气装置(诸如用具、电轮椅、发动机、光、警报、电话、电视、计算机、触觉振动座位 等等)、或者用于操作由眼睛触发的计算机鼠标或其他控制器的命令。可选地，处理器158可以使用数据流来控制PC、IBM、MaCint0Sh、和其他计算机、和 /或兼容的计算机软件和/或硬件，例如，以与类似于鼠标、“回车”键、和/或“操纵杆”的 输入设备相互作用。例如，数据流可以包括命令，用于启动市场上可买到的通常使用的软件 和计算机游戏、以及特殊通信软件(诸如WORDS-PLUS或者Ke:Nx)中所使用的可以从中选 择子菜单或单个项的一连串菜单。处理器158可以控制、滚动、或者选择计算机软件程序的 项，操作打印机、或其他外围装置(例如，选择字体、段落、标记、或其他符号操作符，选择诸 如“编辑”、“查找”、“格式”、“插入”、“帮助”的命令，或者控制⑶-ROM或磁盘驱动器的操作， 和/或其他Windows和非Windows功能)。可选地，接收器156可以直接连接至各种装置(未示出)，诸如无线电或电视控制 器、灯、风扇、加热器、电机、震动触觉座位、远程控制车辆、车辆监控或控制装置、计算机、打 印机、电话、救生索单元、电子玩具、或大型通信系统，以在用户和装置之间提供直接连接。在使用期间，可以将检测装置30安放在用户的头部上，S卩，可以通过如图1所示地 佩戴上眼镜20来将检测装置放在用户头部上。可调臂31和/或夹具27可以被调节，以将 发射器32和传感器33最佳定向为朝向用户的眼睛300(图6A-图6C和图7A-图7C中示 出)。发射器32可以被启动，从而将光束340从发射器32引导向眼睛300。接下来，可以 调节发射器32的强度和/或频率和/或传感器33的临界灵敏度或者其他焦点(例如，手 动或自动使用自调节特征)。由于眼睛300本身的表面和眼睑302的反射特征不同，所以眼睛300反射的光的 强度取决于眼睛300是打开还是闭上。例如，图6A和图6B示出了眼睛打开的情况，其中，由发射器32产生的光射线340打到眼睛300本身的表面，然后如射线350所示扩散。因而， 由传感器33检测的所产生的光强度相对较低，就是说，传感器33可能不接收任何实际反馈信号。在图7A和图7B中，示出了眼睑302闭上时的眼睛300，当正常眨眼、瞌睡的时候、 有意眨眼、或者其他眼睑运动时，眼睑可能闭上。因为光340打到眼睑302上，所以光基本 上都反射回了传感器33，如射线360所示，从而导致传感器33检测到相对较高的光强度。 可选地，如图7C所示，当闭上眼睛300时，光束340可以被眼睑302中断或切割。因此，传感器33产生光强度信号，其指示眼睛300何时打开或闭上，即，分别对应 于传感器33未检测到或检测到反射光的时间。通常，从眼睑表面反射的红外光的强度基本 上不受皮肤色素的影响。如果需要调节从眼睑反射的光的强度，则可以应用金属薄片、闪光 剂、反射保湿膏等等来增加反射率，或者可以应用黑色眼线笔、吸收或反射膏等等来降低反 射率。参考图9，传感器33检测到的光强度生成包括一连串随时间变化的光强度信号的 输出信号142(例如，如图12B所示)。通过连接至传感器33的CPU 140来接收输出信号 142，其将(例如)对应于闭眼状态的每个光强度信号142的时间长度与预定临界值进行比 较。定时电路146可以为CPU 140提供用于从有意识和/或其他无意识的眼睑运动中区分 出正常眨眼的临界时间，然后CPU 140从其中滤出输出信号142。接着，CPU 140产生可以 用于有意和/或无意通信的数据流144。在一个有用应用中，检测装置30可以用于通过用于触发警报来向用户及其所处 场所中的其他人报警及用于监控瞌睡开始的处理箱130，来检测用户接近瞌睡或者“微睡 眠”(即，进入觉醒的睡眠状态持续了几分钟)。定时电路146的临界值可以被调节，以使 CPU 140可以检测相对较长的闭眼时期，诸如当人入睡时候可能发生的那样。例如，因为正常眨眼时间是比较短的，所以可以将临界值设定为从接近零秒到几 秒范围的时间，例如，在大约二百到三百毫秒(200-300ms)，或者，在其他实施例中，例如，大 约两百五十毫秒O50ms)，以从瞌睡引起的眼睑运动中区分出正常眨眼。当CPU140检测到 瞌睡状态时，即，检测到超过预定临界时间的高亮度强度信号时，其可能启动警报装置。警 报装置(诸如扬声器150)可以包括在处理箱130中，或者可选地(例如)通过在镜框上安 装警报灯(未示出)或警报扬声器(图9中未示出，参见图10C)设置在镜框上。在另一个 可选实施例中，警报装置可以是触觉装置，例如，在文中别处描述的振动座位等等。可选地，检测装置30可以用于通过CPU来悄悄记录或者监控瞌睡引起的眼睑运 动，其中，CPU 140产生可以由传送器152传送到接收和处理单元154(图9)的数据流144。 例如，装置30可以用于与车辆安全系统结合来监控司机的意识或者注意力水平。数据流 144可以被传送到安装在车辆中的接收和处理单元154，其可以存储关于司机瞌睡的数据 和/或可以通过预定算法响应来使用数据作出决定，以控制车辆，例如，调节车辆速度，甚 至关掉车辆发动机。因而，检测装置30可以用于监控卡车司机、出租车司机、船员或飞行 员、列车长或工程师、雷达或机场控制塔操作员、重型装备或工厂器械的操作员、潜水员、学 生、宇航员、娱乐参与者或观察员等等。检测装置30和系统14也可以用于医疗诊断、治疗、研究、或专业设置中，以监控觉 醒、睡眠模式、和/或压力状态或兴奋剂(例如，咖啡因、尼古丁、右旋苯异丙胺、哌醋甲酯、莫达非尼)、镇静剂(例如，苯化重氮、安比恩)的交感神经和副交感神经影响、或者光和黑 暗或退黑素的昼夜节律兴奋影响，这些可以影响患者或车辆操作者的眨眼率、眨眼速度、眨 眼持续时间、或PERCL0S。可以实时存储并分析关于随时间测量的趋势的改变的信号，以预 测使用装置的个人的瞌睡效应。与上述方法类似，CPU 140可以产生数据流144，发送器可以将其发送到远程的接 收和处理单元154。接收和处理单元巧4可以将数据流144存储在存储电路160中，用于稍 后研究人员、医药专业人员、或者安全人员的检索和分析(例如，与将飞行记录器数据存储 在航行器“黑盒子”记录器中的方式类似)。接收和处理单元巧4还可以显示数据流144， 例如在看护站处，作为附加参数来持续监控患者的身体、精神、或者情绪状态。单元1 可 以例如，通过一连串的算法来存储和/或产生一个必须在预定时间内被响应(例如，表现警 惕性监控)以防止假阳性和假阴性的信号。可以通过检测装置30和系统14来监控多种内科疾病，诸如癫痫小发作(其中，眼 睛以大约每秒3圈的速率眨动)、癫痫大发作或心理测定仪发作(此处，眼睛可以以跳视方 式重复凝视或闭合)、肌阵挛发作(其中，眼睑可以以跳视方式打开和闭合)、或者痉挛、或 其他的诸如具有Tourette’ s综合病症人会遇到的眼睛运动。该系统可以用于监控由于正 或负重力效应导致的飞行员的g-LOC(意识丧失)、由于失去机舱压力导致的飞行器中的乘 客或全体工作人员的低氧血症、潜水者的氮麻醉或屈肢症、或气体、化学制品、麻药、和/或 生物制剂对军人或其他人的影响。该系统还可以用于监控心理状态，例如，在催眠期间，检测压力或人是否在撒谎 (例如，当撒谎时，会闭上或者移动他们的眼睛)，以监控注意力，从而测量以下的一项或多 项在眼睛的功能受到危害的情况下麻药或者药剂的“负面”副作用和/或“正面”治疗效 果(例如，在Parkinson症中改进眨眼速率的L-dopa ；用于治疗诸如ALS或重症肌无力的 眼睛痉挛或者神经肌肉障碍的麻药)；以关联的眼睛测量为基础的麻药或酒精指标(例如， 对闪光的眼球震颤或者延迟瞳孔反应)；抗惊厥剂、麻药、酒精、毒素的负面作用、或者缺氧 或充氧的效果等。还可以监控所有年龄的患者的神经状况，其可以影响眼睛或眼睑的神经 作用或机械作用，诸如患有Parkinson症、肌肉疾病(例如，肌强直、肌紧张的肌肉萎缩症、 脸痉挛)、恐光症或光敏感性、脑病、发作、Be 11 ’瘫痪的患者，或者其中，该状况可以引起视 觉丧失(例如，黄斑变性)、眼睑下垂或垂睑症(诸如第三颅神经瘫痪或局部麻痹)、脑干损 害或中风、瘤、传染病、代谢病、创伤、变性状况(例如，多发性硬化)、肌萎缩侧索硬化、多神 经病、重症肌无力、食物中毒、破伤风、手足抽搐、迟发性运动障碍、脑干脑炎，以及其他原发 性的眼睑状况，诸如突眼、甲状腺毒症或其他甲状腺。以类似方式，可以以流动方式使用检 测装置30，以研究以上神经眼科和眼科障碍中的任一项的进展和/或倒退。类似地，检测装置30可以用于生物反馈应用中，例如，用于某些疾病(例如，抽动 性疾病)的生物反馈、催眠、或心理治疗。检测装置30可以产生刺激(例如，启动灯或扬声 器)，并且可以预先接收响应(例如，特定顺序的眨眼)、然后在预定时间内确定刺激来监控 用户的眼睑运动。如果用户没能响应，则处理器可以存储响应，例如，包括响应时间，和/或 可以自动发送诸如警报信号的信号。另外，检测装置30可以用于监控处于非医疗环境中的个人，诸如在用户家中或其 他任何地方的正常行动期间。例如，可以监控患有无意识医学疾病(诸如癫痫症或嗜眠病)的个人，或者可以监控诸如婴儿和儿童、狱囚、精神病患者(例如，患有Alazheimer症)、法 律实施人员、军人、银行出纳员、店员、娱乐场工作人员、学生、中班或夜班工作者等等。可以 将类似应用应用于睡眠试验中，用于在多项睡眠记录检查程序(例如，PSG、MSLT或MWT)期 间，监控睡眠的患者，以测量诸如睡眠开始、睡眠潜伏、眼睑打开或闭上的时间、在晚上惊 醒的时间等等的参数，应用于将眨眼、瞳孔改变、和/或慢或快的眼睛运动作为研究方面的 动物测试中，或者应用于婴儿的视觉神经开发活动中。检测装置30可以用于研究或监控指定药物(例如，兴奋剂)、酒精或其他违禁麻 药、毒素、毒物、以及其他放松、镇静或警报技术或装置的瞌睡、觉醒、或者警报效果。类似 地，可以将用户的表现和警惕能力作为PERCL0S的正函数，或与PERCL0S有关地来测试和分 析。当CPU 140检测到特殊眼睑运动出现时，诸如长时间的眼睛闭合，其可能发生在 (例如)癫痫发作、晕厥期间、发作性睡(眠)病期间，或者在开车或工作同时打瞌睡的时 候，CPU 140可以产生启动警报的输出信号。可选地，发送器152可以发出输出信号以关掉 正在使用的电源、以通知医疗人员，诸如通过自动启动电话来拨通应急服务、以用信号通知 远程站点，诸如警察局、救护车、车辆控制中心、管理员等等。系统14还可以为有意通信提供有效应用。戴着检测装置30的用户可以有意识地 以预定模式来眨眼，例如，以Morse码或其他眨眼码，以向人或设备传递可懂消息(例如，通 知紧急情况)。CPU 140可以将从传感器33接收到的并且对应于眨眼码的光强度信号142 转换成数据流144，或者可能将其直接转换为包括字母、词和/或命令的不可懂消息。接下来，可以将数据流144显示在连接至输出端148的视频显示器50上(参见图 1)，或者作为合成语音在内部扬声器150上发出。可以通过发送器152经由信号153将数 据流144发送至接收和处理单元154，该接收和处理单元IM用于显示消息、或控制连接至 控制系统164的设备，诸如家用设备。除了居住环境外，系统14还可以被就医的或护理照 料的人使用，例如，被插管、通气、约束(restrain)、瘫痪或虚弱的患者使用，以与主治医护 人员通信和/或有意识地向护士站传递信号。这些人包括了所有的患者，他们不具有体能 来口头交流，但是保留了使用一只或两只眼睛的眨眼来通信的能力(例如，患有肌萎缩侧 索硬化症、横贯性脊髓炎、阻塞综合症、脑血管中风、晚期肌肉萎缩症、和那些插上呼吸器的 ■/患者.)ο该装置可以用于任何环境或领域，例如，用在水或者其他基本上透明的液体中。另 外，装置30还可以用作紧急通知和/或分立安全用具。如果发生正常交流(即，讲话)不 是可行选项的情况，则能够正常说话的人可以戴上装置30。例如，正被抢劫或者正处于犯 罪行为现场的银行或零售雇员可以不连续地眨出经过预先编程的警报来通知保安人员或 者呼叫执法人员。可选地，患有某些医学疾病的人如果丧失身体能力，即，不能移动来呼叫 紧急医疗护理，但是仍然能够主动移动他们的眼睛，那么他们可以戴上这个装置。在这种情 况下，可以通过预定眨眼码组或预先编程的消息来将预先记录的消息或识别数据(例如， 用户名称、位置、紧急事件的类型)发送到远程位置。以此方式，检测装置30可以用于监 控处于ICU环境中的患者、戴呼吸器的患者、囚犯、年老或残疾人、重型设备操作员、卡车司 机、驾车者、船舶和飞机驾驶员、火车司机、雷达或飞行器控制塔操作员，或者用作用于军队 警卫、执勤银行出纳员、店员、出租车司机进行通信的无需语言的或潜意识的工具等等。检
13测装置30还可以用作娱乐装置，例如，作为类似于对讲机的儿童玩具，或者用于操纵远程 控制玩具车。另外，需要CPU 140来执行附加的临界值比较，以确保能够持续使用检测装置30。 例如，附加的定时电路可以连接至CPU 140，从而CPU 140可以将从传感器33接收到的光强 度信号与由定时电路提供的第二预定临界值进行比较。第二预定临界值可以对应于人正 常眨眼的时间周期。如果CPU 140不能在这个时间周期内检测到正常眨眼或者如果用户不 能响应预定刺激(例如，闪光或声音)，则CPU 140可以产生信号，从而启动扬声器150或者 使用发送器152来发送警报。例如，如果检测装置30被犯罪期间的罪犯卸下，但由于医学事件的发生而跌落的 话，则这对于防止“假警报”或测量用户的“注意力状态”可能是很有用。可选地，用户需要 执行警惕人物来确定所发送的信号是有意义的还是“假警报”信号、测量用于生物反馈的注 意或瞌睡水平、还用于测量戴着该装置的用户的顺从性。可选地，输出信号142的极性可以颠倒，以使数据流仅在眼睛睁开时产生，例如， 当监控睡眠试验室中的病人以测量睡眠开始、睡眠潜伏期、眼睑闭上的时间等等，或者监控 睡着的囚犯。本领域技术人员应了解，对于这些使用来说，CPU 140可以仅在检测倒张开眼 睛的状态时启动警报。参考图8，示出了检测装置30的另一个实施例。在本实施例中，发射器和传感器都 是单独固态的发光和检测生物传感器装置132，它们被直接安装在眼镜20上。产生并检测 红外光的生物传感器装置132可以小到2毫米乘以4毫米OmmX4mm)并且仅重几克，从而 增强了检测装置30的方便性、舒适性和/或辨别力。由于尺寸很小，所以生物传感器装置 133可以直接安装在镜片21中，如图8所示，安装在镜片21的外表面或内表面上，安装在架 桥M中或安装在镜架22上有利于眼睛运动检测的另一个位置处。生物传感器装置132可 以测量小于大约5毫米乘以5毫米的表面面积，并且可以仅重约一盎司，从而提供了可以不 触目、便携、并且可以方便地并入轻质眼睛镜框中的发射器/传感器组合。因为整个系统可 以整装在镜框上，所以无论用户观察的方向如何，其都可以随着用户移动，并且可在白天或 夜晚、水下等多种情况或领域中操作。Hamamatsu制造各种红外发射器以及监测器装置，其可以用作生物传感器装置 132，诸如 Model 第 L1909 号、第 L1915-01 号、第 L2791-02 号、第 L2792-02 号、U959 号、以及 5482-11号，或者可选地，可以使用无线电室红外发射器(feidio Shack infraredemitter)， Model第274-142号。适于使用的多分量射线(例如，线性光扫描传感器射线)可以从 Plano、TX 的 Texas AdvancedOptoelectronic Solutions 公司(TAOS)获得，诸如 Model 第 TSL 201 号(64 像素 Xl 像素)、第 TSL 202 号(U8X 1)、第 TSL 208 (512X 1)号、第 TSL 2301 (102X 1)号。这些传感器可以与镜片阵列结合使用，以有利于检测光的聚焦，诸如由 CA的Irvine的NSG America公司制造的用于行扫描应用的klfoc镜片阵列。另外，可以在眼镜20上设置多个生物传感器装置132，例如，如图8所示，可以设置 一对生物传感器装置132，用于检测用户(未示出)每只眼睛的眼睑运动。线缆134可以 从每个生物传感器装置132延伸至与上述的处理箱130相类似的处理箱130。处理箱130 的CPU 140(图8中未示出)可以接收来自每个生物传感器装置132的输出信号并且将输 出信号进行比较，以进一步促进区分其他眼睑运动与正常的眨眼。
本领域技术人员应该明白，该对生物传感器装置132可以允许用户使用更加复杂 的码，例如，单独或一起眨每只眼睛，用于更加有效或便利地通信。一种形式，一只眼睛的眨 动可以对应一个“点”，而另一只眼睛的眨动对应于“破折号”，以方便Morse码的使用。从 每只眼睛输出的信号可以被CPU 140翻译，然后转换成可懂信息。在另一种形式中，右眼眨动(或连续眨动)可以使得电动轮椅向右移动，左眼眨动 (或连续眨动)可以向左移动，两次同时的右眼和左眼眨动可以使得轮椅向前移动，和/或 四次同时的左眼和右眼眨动可以使得轮椅向后移动。眼睛眨动的类似组合或顺序可以用 于控制开/关功能、或者电视机的音量或频道控制、AM/FM广播电台、VCR、磁带录音机或其 他电子或机电装置、任何大型通信或控制装置、或任何可由简单“开/关”开关来操作的装 置(例如，无线电视远程控制单个开关的电视控制单元、通用远程控制器、具有AC插头/壁 装电源插座或壁装开关模块的单个开关多应用单元、计算机输入适配器、点燃发信号蜂鸣 器或震动信号箱、所有类型的开关模块、视频游戏娱乐控制器开关模块和用开关控制的电 子玩具)。在另一种选择中，可以设置一个或多个透镜或滤光器，用来控制由生物传感器装 置、单个发射器、和/或检测器所发射和/或检测的光。例如，可以利用棱镜或其他透镜来 改变所发射的光的角度、或可以通过狭缝来汇聚或聚焦光，以产生指向眼睛的预定形状的 光束或接收传感器所反射的光。可以设置可调节的透镜阵列，以控制所发射的光束的形状 (例如，宽度)、或调节传感器的灵敏度。本领域技术人员将理解，可以用塑料等将透镜与发 射器包装在一起，或将透镜作为独立的附件来设置。参考图10A，示出的系统414的另一个实施例包括具有生物传感器装置432的镜框 422，其中，生物传感器装置具有直接设置在镜框422上的关联处理器和发送器电路430，例 如，镜框422用于增加系统414的便利性和判断力。镜框422可以包括架桥4M和一对耳 撑423、425，其中，生物传感器装置432可以固定地、可移动地、和/或可调节地安装在架桥 424 上。其中的一个耳撑423可以具有比另一个耳撑425大的尺寸，例如，以容纳插入或安 装在其上的处理器和发送器电路430。可以将与前述的处理箱130中的CPU 140相似的处 理器440设置在镜框422上，并可以将诸如锂电池460的电源插入或附在支架423上。将 包括天线453的射频或其他发送器452 (例如，使用蓝牙或其他协议)设置在耳撑423上， 其中，天线可以沿着耳撑423嵌入或固定在镜框422中的镜腿件中或其他位置处。系统414还可以包括镜框422上的耳撑423或其他位置处的手动调节装置(未示 出)，例如，以关掉和开启电源、或调节生物传感器432的强度和/或临界值。所以，系统414 基本上可以整装在可以包括或不包括类似于镜片的透镜(未示出)的镜框422上。可以去 除外部的线缆或电线，从而提供用于通信和/或监控用户的更方便且更舒适的系统。在另一种可选实施例中，如图10B、图10C、和图IOD所示，发射器532和传感器533 的线性阵列530可以经过设置，例如，以垂直排列的方式安装到眼睛镜框522的鼻梁5M 上。CPU 540、电池460、发送器天线543、和警报指示器550也可以设置在镜框522上，例如， 在镜腿件525上，与先前所述实施例相类似。LED 542或类似刺激装置也可以设置在镜框 522上的预定位置处，以能够从用户获得常规生物反馈响应。另外，可以设置接收器M4，用 于接收由CPU 540生成并由发送器543发送的数据流。
如图IOC中特别示出的，传感器533和发射器532中的每个都可以连接至CPU 540 或其他用于控制发射器532和/或用于处理由传感器532产生的光强度信号的其他控制电 路。因而，CPU 540可以循环通过阵列530中的传感器533，继而处理来自每个传感器533的 信号，此与本文中其他地方描述的处理器相类似。如图IOD所示，发射器532包括镜片534， 用于将光束(由各条射线360a、360b表示)聚焦到眼睛300上，例如，朝向瞳孔301。传感 器533被包括在鼻梁524内，并且为每个传感器设置一个狭缝535，狭缝535具有预定尺寸 以控制由每个传感器533所检测到的反射光。因而，每个传感器535可以检测经过眼睛300 的特定部分的眼睑302的运动，例如，如图12A所示，测量PERCL0S。传感器或发射器可以 具有镜片或聚焦装置来聚焦发射或反射光。除了轻微的眼睛闭合之外，线性阵列530还有助于测量与眼睑运动有关的其他参 数，例如，以测量眼睑打开或闭合的速度，即，眼睛闭合的速率，CPU 540可以比较在连续传 感器533的启动过程之间的时间延迟。另外，可以处理从传感器553输出的信号，以测量作 为时间函数的眼睑302的瞳孔覆盖的百分比(例如，由于部分眼睛闭合)，例如，监控眼睛何 时部分地而不是完全地闭合，和/或以监控相对于用户的最大睁眼基准的眼睛闭合时间的 百分比(PERCL0S)，如图12A-图12C所示。参考图12D，在另一个实施例中，可以设置二维的传感器阵列。虽然将5X5阵列 633和9 X 11阵列733作为示范性实施例示出，但是也可以设置在阵列中包括任何数量的元 件的其他阵列。例如，如以下将进一步描述的，传感器可以呈CMOS或CCD装置的模式，其包 括数百或数千个栅格或其他式样的像素。然后，可以使用传感器633、733来测量来自发射 器632的光的表面区域反射率，即，处理器(未示出)可以处理来自阵列633、733中的每个 传感器的信号，以产生表示由眼睑302覆盖的眼睛300的表面区域的百分比和/或瞳孔的 相对位置的数据流。阵列633、733中的传感器可以充分灵敏或者具有足够的解析度，使得其可以检测 由于通过瞳孔301从视网膜反射的光的反射而产生的“红色反射”或等效的红外线“亮瞳 孔”反射。因而，传感器可以产生包括基本上为零的值(其表示没有红色反射或明亮瞳孔)、 低输出(表示红色反射或白色瞳孔反射)、和高输出(表示闭合眼睑302的反射)的光强度 信号。红色反射可以表现为明亮的白光瞳孔(由当眼睑张开时来自发射器的从视网膜反射 的红外光产生，或者如果处理器使用减法，则表现为暗或“黑色瞳孔”)。处理器可以处理 光强度信号，以检测瞳孔301何时被眼睑302覆盖，即，在哪个时间点处，即使用户眼睛300 没有完全被眼睑302覆盖，用户仍不能够看到，通常这个PERCL0S值占原来凝视时的百分比 为50-75。可选地，当眼睑、眼睛、和瞳孔下垂时，即使PERCL0S测量可以达到75-80的百分 比或更大，传感器也可以检测到红色反射或明亮瞳孔，例如，在这个时候，眼睛仍然可以在 向下凝视时，通过像缝隙一样窄的睑裂来观看。在另一种可选实施例中，处理器和/或发送器电路(诸如图2所示的处理器箱130 中的CPU 140、或图IOA和图IOB所示的CPU440、540)可以包括作为分离的存储器片或其他 电路元件、或存在于CPU本身内部的一个识别电路(未示出)。识别电路可以使用固定识别 码来预先编程或者是可编程的，例如，以包括所选择的识别信息，诸如用户的身份、用户位 置、用户特有的生物统计测量(例如，唯一的虹膜或视网膜图案、指纹、声音标识)、及用于 各个检测装置的识别码等等。
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CPU可以有选择地添加识别信息到所发送的数据流553，或者识别信息可以自动 或周期性地、连续或不连续地包括在数据流553中，从而使得数据流553能够与特定检测装 置、个性用户、和/或特定位置相关联。识别信息可以被处理器(例如，远程位置处的处理 器)使用，以在从多个检测装置接收到的数据流之间进行区分，然后，可以如上所述，对识 别信息进行存储、显示等等。因而，当使用该系统时，检测装置可以不要求用户有意识地传 送某个识别或其他标准信息。如图IlA所示，接收器544可以允许用户通过单开关多应用控制单元550来控制 连接至接收器M4的一个或多个装置。控制单元550包括其自身的适合于发送开/关或 其他控制信号(这些信号可以被各个控制模块接收)的发送器。用户10可以 眨眼来产生要发送的包括打开和关闭命令的数据流553，或使用控制单元550和控制模块 552a-552f控制所选择的装置，诸如收音机554、电视机556、灯558a、由壁装开关560控制 的灯562、及插头插入壁装插座564中的风扇566等等。可选地，如图IlB所示，接收器M4可以与其他系统连接，诸如计算机570和打印 机572、车辆整合系统574、救生索单元576、GPS或其他卫星发射器578等等。所发送的数 据流553可以单独或与诸如其他车辆传感器信息573、和/或人的因素的其他数据一起处 理，以进一步增强对诸如远距离卡车司机的用户的监控，其中，人的因素例如为EKG、EEG、 E0G、脉冲、血压、呼吸速率、测氧法、活动变化记录、头部位置、语音分析、体温、皮肤电导率、 自评估测量和表现警惕性反应、其他人通过固定的不可戴控制板或头盔安装相机系统进行 的观察等等。参考图13，示出了用于监控眼睛运动的系统810的另一个实施例。一般，系统810 包括镜框812，其可包括架桥814和一对耳撑(ear support) 816 ；一个或多个发射器820 ； 一个或多个传感器822;和/或一个或多个相机830、840。镜框812可以包括一对镜片(未 示出)，诸如规则、修色、或保护镜片，虽然其可以被省略。可选地，可以将该系统设置在可以 戴在用户头上的其他装置(诸如飞行员的氧气罩、保护性眼睛装置、患者呼吸器、水中呼 吸器或游泳罩、头盔、帽子、头箍、头盔、保护性头部装置)上、或者设置在用于保护头部和/ 或面部的密封服内等等(未示出)。该系统的组件可以设置在装置上的通常能最小化对用 户视觉和/或对装置的正常使用的干扰的多种位置处。如图所示，发射器820的阵列以例如垂直阵列820a和水平阵列820b的形式设置 在镜框812上。另外或者可选地，发射器820可以以其他配置(诸如环形阵列(未示出))来 设置，且可以包括或不包括滤光器和/或散射器(也未示出)。在示例性实施例中，发射器 820是用于以预定频率发射脉冲的红外发射器，与本文中别处描述的其他实施例类似。可以 将发射器820设置在镜框上，以使其将参考系投射到包括用户的一只眼睛的区域之上。如 图所示，参考系包括将区域分成了四个象限的一对交叉带850a、850b。在示例性实施例中， 可以将交叉带的交叉点置于基本上对应于原始凝视时(即，当用户基本向前直视时)的眼 睛瞳孔的位置处。可选地，可以设置其他参考系，例如，包括垂直和水平分量、角形和径向分 量、或其他直角分量的参考系。可选地，甚至基本上保持固定的一个或两个参考点都可以提 供用于确定眼睛的相对运动的充分的参考系，如以下的进一步阐述。也可以将传感器822的阵列设置在镜框812上，用于检测来自发射器820的反射 出用户眼睑的光。传感器822可以产生具有用于识别眼睑是闭合还是打开的强度的输出信号，与本文中别处描述的其他实施例相类似。传感器822可以靠近各个发射器820放置，用 于检测反射出眼睑各个部分的光。可选地，传感器822可以仅设置在垂直阵列中(例如，沿 着架桥814)，用于监控眼睑闭合的次数，与本文中别处描述的实施例相类似。在另一个可选 实施例中，发射器820和传感器822可以为固态生物传感器(未示出)，该固态生物传感器 在单个装置中具有发射和传感两种功能。可选地，可以除去发射器820和/或传感器822， 例如，当相机830、840提供了足够信息时，如以下的进一步阐述。可以设置电路和/或软件，用于使用传感器阵列所产生的信号来测量PERCL0S或 其他参数。例如，图17示出了可用于处理来自五元阵列的信号(例如)以获得PERCL0S测 量或其他警报参数的示例性示意图。参考图13，系统810还包括一个或多个通常朝向用户的一只或两个眼睛定位的相 机830。每个相机830可以包括光纤束832，光线束包括安装在架桥814上或靠近架桥(或 者安装在镜框812上的其他地方，例如，在最小化与用户视觉的干扰的位置)的第一端、以 及连接至可以将图像转换为数字视频信号的检测器838(例如，C⑶或CMOS传感器)的第 二端837。如图14所示，例如，可以将物镜834设置在光纤束832的第一端上，以将图像聚 焦在光纤束832之上。可选地，还是如图14所示，光纤束832可以包括一个或多个靠近透 镜834终止以设置发射器836的照明光纤。可以将照明光纤连接至光源(未示出)，例如， 类似于图22A和22B中所示以及以下进一步描述的实施例。虽然在图13中仅示出了一个 相机830(例如，用于监控用户的左眼)，但是应该理解的是，可以以对称结构设置包括类似 部件(例如光纤束、透镜、发射器、和/或检测器(尽管如下所述，相机可以共享共同的检测 器))的另一个相机(未示出)，用于监控用户的另一只眼睛(例如，右眼)。可选地，需要 有多个(例如)从面向眼睛的不同角度朝向每只眼睛的相机(未示出)。可选地，这些相机 可以包括光纤延伸部分、棱镜片、和/或反射镜(例如，反射红外光)、在透镜面对眼睛的侧 面上不可透过或封闭的镜面，等等。可以设置这些附件，用于弯曲、旋转、反射、或颠倒以理 想方式发送到相机的眼睛的图像。相机830可以用于检测由发射器820和/或836发射的光(例如，红外光或可见 范围之外的其他光)的频率。任选地，如果光纤束832包括用于发射器836的一个或多个 照明光纤，那么就可以去除镜框812上的发射器820。在这个实施例中，也有可能去除传感 器822，并使用相机830来监控用户眼睛的运动，例如，如下的进一步阐述。可选地，例如，系 统810可以包括朝向远离用户头部的方向定位的第二相机840，用于监控用户的周围环境， 这样的区域在用户面部的正前方。相机840可以包括类似于相机830的组件的组件，例如， 光纤束841、透镜(未示出)、和/或发射器(也未示出)。可选地，相机830可以足够敏感， 以在周围的照明条件下产生图像，并且可以省略发射器。如图13所示，相机840可以连接 至独立的监测器839，或者可以与相机830共用检测器838，如以下的进一步描述。例如，光纤束832、841中的每个可以包括数目在五千到十万之间 (5, 000-100, 000)的像素光载光纤，或者包括数目在一万到五万之间(10, 000-50, 000)的 光纤。光纤的数目可以视给定应用的特殊需求(例如，在所获得的用户眼睛(即，用于“内 部相机”光纤)及周围环境(即，用户“外部相机”光纤)的图像中提供期望的光学分辨率) 而定。可选地，光纤束的光纤可以包括一个或多个照明光纤。在示例性实施例中，可以使 用具有五千(5，000)条光纤(提供75X75的像素分辨率)、一万(10，000)条光纤(提供100X 100的像素分辨率)、五万(50，000)条光纤(提供224 X 2M的像素分辨率)、以及十万 (100,000)条光纤(提供316X316的像素分辨率)的光纤束。得到的光纤束832、841可以 具有例如，3到5毫米之间(3-5mm)的直径，具有或不具有覆层。光纤束832、841可以沿着 镜框812固定或者可以设置在镜框812之内。例如，镜框812可以形成为具有一条或多条 例如，从架桥814延伸到耳撑816的通道，用于接收通过其的光纤束832、841。可选地，光纤 束832、841可以被浇铸、熔合、或嵌入在镜框812中，例如，在制造镜框812时。可选地，光 纤束832、841可以从镜框812延伸到与镜框812相分离的检测器和/或处理器(未示出)， 类似于以下参考图18A和图18B所述的实施例。一个或两个耳撑816可以包括用于安放一个或多个部件(例如，控制器或诸如示 例性处理器842的处理器)的面板818、发送器844、天线845、检测器838，389、和/或电池 846。处理器840可以连接至发射器820、传感器822、和/或相机830、840 (例如，连接到检 测器838、839)，用于控制其操作。如下所述，发送器844可以连接至例如，用于接收传感器 822和/或相机830、840的输出信号的处理器842和/或检测器838、839，以将信号发送至 远程位置。可选地，发送器844可以从传感器822和/或相机830、840直接连接到输出引 线。例如，镜框812还可以包括在耳撑816上的手动控制件(未示出)，例如，以接通和断开 电源，或者调节传感器822、相机830，840、和/或发射器820的强度和/或临界值。例如，对与用户的感知、情绪、和/或行为状态有关的附加生物或神经生理数据的 综合和交互关联性来说，如果需要，系统810还可以在镜框812上包括一个或多个附加传感 器(例如，生理传感器)。传感器可以连接至处理器842和/或发送器844，以便对来自传 感器的信号进行监控、记录、和/或将其发送至远程位置。例如，可以设置一个或多个位置 传感器85h、852b，例如，用于确定镜框812的空间定向、从而确定用户头部的空间定向。例 如，可以设置变化记录传感器来测量头部的倾斜或运动，例如，监控用户的头部是向前低垂 还是向侧面倾斜。可以设置声敏传感器(例如，麦克风854)，用于检测环境噪音或由用户所 产生的声音。另外或者可选地，例如，对生理系统综合和/或交互关联性来说，镜框812可以包 括一个或多个传感器，用于测量用户的一个或多个身体特征。例如，EEG电极856可以设置 在耳撑816上、在鼻根之上或之下、在耳后乳突上、在枕骨区域、和/或其他区域上，其他区 域可以接触用户皮肤(例如，潮湿表面接触电极)、或者可以不接触用户皮肤(例如，干燥无 线电极)，以测量和发送范围从大约一到五百赫兹(1-500HZ)的不同频率的大脑活动(例 如，醒着、瞌睡、或与睡眠有关的其他大脑活动)，用于视觉、短期、或长期的空间和/或时间 趋势分析(例如，快速傅立叶或光谱分析)。可以设置能够通过皮肤接触点测量心搏的EKG 电极(未示出)。可以使用脉冲传感器(未示出)测量心血管的搏动，或者使用测氧传感 器858测量氧饱和度。电热调节器或其他传感器可以测量(例如)通过用户鼻子的呼吸 气流。可以设置电热调节器、热电偶、或其他温度传感器(未示出)，用于测量用户的皮肤 温度。可以设置湿气检测器(sweat detector)(未示出)，用于测量用户皮肤上的湿度，和 /或可以将麦克风或其他声敏传感器(也未示出)连接至镜框812，以检测用户的口声或呼 吸声音。可以设置一个或多个接触期望区域处的用户皮肤的眼动电图描记(EOG)电极，以 测量在眼睛运动期间电势的波动。另外，系统810可以在镜框812上包括一个或多个反馈装置。这些装置可以向用
19户提供反馈，例如，以当检测到预定条件时(例如，瞌睡或缺乏意识的状态)，警告和/或叫 醒用户。反馈装置可以连接至用于控制其启动的处理器842。例如，可以通过皮肤接触来 提供触觉震动刺激的机械震动装置860可以设置在可以接触用户的位置处，例如，设置在 耳撑816上。可以设置能够产生相对较低功率的电刺激的电极(未示出)。可以在期望位 置处，例如，在架桥814上设置诸如一个或多个LED的可视白色或彩色光发射器。可选地， 可以设置诸如蜂鸣器或其他警报器的音频装置862，与本文中别处描述的其他实施例类似。 在另一个可选实施例中，可以将气味发射器设置在镜框810上，例如，设置在架桥814上或 靠近架桥。另外或者可选地，可以设置与镜框812相分离的一个或多个反馈装置，但是要以 能够向用户提供反馈响应的方式设置。例如，可以在用户的附近设置音频、视频、触觉(例 如，振动座位)、或嗅觉发射器，诸如本文中别处描述的任意装置。在另一个可选实施例中， 可以设置能够对用户产生温度刺激的生热或冷装置，例如，远程控制的风扇或空气调节单元。系统810还可以包括远离镜框812的组件，与本文中别处描述的其他实施例类似。 例如，系统810可以在远离镜框812的位置处(例如，在相同的房间中、在附近的监控站、或 者在较远的位置处)包括接收器、处理器、和/或显示器(未示出)。接收器可以接收由发 送器842发送的信号，包括来自传感器822、相机830、840、或者设置在镜框812上的任意其 他传感器输出的信号。处理器可以连接至用于分析来自镜框812上的组件的信号的接收器，例如，以调 制用于图形显示的信号。例如，处理器可以调制来自传感器822和/或相机830、840的信 号，用于在监控器上显示，从而使用户能够被其他人监控。同时，可以在单个或者分离的显 示器上显示其他参数。例如，图15A-图151示出了指示可以设置在镜框812上的各种传感 器的输出，该输出可以沿着共用时间轴来显示，或者相反，例如，与用户眼睛的运动和/或 瞌睡程度相关联。处理器可以重叠或者相反同时显示视频信号连同其他感觉参数，以使医 生或其他人能够进行监控并亲自将这些参数与用户行为相关联。在另一个可选实施例中，处理器可以自动处理信号以监控和/或研究用户行为。 例如，处理器可以使用输出信号来监控与眼睛运动有关的各种眼睛运动参数，诸如眨眼 持续时间(EBD)、眨眼频率、眨眼速率、眨眼加速度、内部眨眼(interblink)时间(IBD)、 PERCLOS、PEROP(眼睑打开的百分比)、瞳孔大小的波动、眼睛凝视和眼球运动，等等，如美 国专利第6，542, 081中所述，其全部内容结合于此作为参考。可以处理来自相机830的视频信号，以监控各种眼睛参数，诸如瞳孔大小、位置 (例如，在由交叉带850所限定的四个象限内)、眼睛跟踪运动、眼睛凝视距离，等等。例如， 因为相机830能够检测从发射器822发出的光，所以相机830可以检测由发射器投射到用 户眼睛的区域上的参考系。图16示出了来自包括在系统中的相机的示例性视频输出，该系 统具有垂直排列放置的20个发射器。相机可以检测排列为垂直带的二十个不连续光区。相 机还可以检测“闪烁”点G、和/或移动的明亮瞳孔P。因而，可以相对于闪烁点G、和/或 相对于垂直带1-20来监控瞳孔运动。因为发射器822被固定在镜框812上，所以参考系850可以相对于用户保持基本 固定。因而，处理器可以根据关于参考系850的直角坐标(例如，χ-y或角度范围)来确定瞳孔的位置。可选地，如果去除掉参考系，那么就可以确定瞳孔相对于用户眼睛上的任意固 定静止的“闪烁”点或其他预定参考点的位置。例如，相机830本身可以将光点投射在眼睛 上，其中，该光点可以被相机反射和检测。因为相机830固定在镜框812上，所以这个“闪 烁”点可以保持基本固定，从而提供了能够据其确定眼睛的随后运动的期望参考点。另外，来自与镜框812相分离的远程相机的视频信号可以从远方(例如，在汽车的 仪表盘、驱动器、班机、或其他模拟器上，或在声纳、雷达、或其他监控站中)成像用户的面 部，例如，以监控各种面部测量(诸如面部表达、打哈欠的频率等等)，另外，或者可选地，监 控来自发射器的投射光的参考系。另外或者可选地，可以处理并联系来自其他传感器的参 数，诸如头部定向、倾斜、身体移动、生理参数，等等。在一个实施例中，处理器可以使这些参 数中的两个或多个相关联，以生成复合的疲劳指数(“C0FI”)。例如，当眨眼或由眼睑覆盖 瞳孔的时间超过临界持续时间时，处理器可以监控位置传感器以检测头部倾斜和/或关于 大脑活动的生理传感器，有可能指示用户正睡着或相反变得能够驱动或操作设备。处理器 可以使用存储在存储器中的经验算法来为这些参数分配数值，然后将参数加起来或者相反 使这些参数相关联，以为用户的当前状态分配数字的C0FI。当超过预定COFI临界值时，系统810可以启动警报或者相反通知用户和/或远程 位置处的另一方。因而，系统810可以提供更加有效的方式来监控用户的疲劳、瞌睡、警惕 性、精神状态，等等。在另一个可选实施例中，系统810可以用于产生预定输出，例如，以启 动或停用设备，诸如当系统810确定预定条件(例如，COFI值)时，正由用户操作的车辆。可选地，处理器可以设置在镜框812上，例如，作为处理器842的一部分，用于监 控关于将发生的预定事件的参数，诸如超过预定的COFI临界值。在另一个可选实施例中， 上述的眼睛跟踪参数可以由远程相机来监控，例如，在用户前面的固定位置中，诸如车辆的 仪表板等等。远程相机可以直接或经过其特有的发送器来连接至处理器，其还可以整合到 COFI确定中和/或由第三方连同算法限定的响应测量来监控。关于各种装置、系统及其使 用方法的附加信息在美国专利第6，163，281 (2000年12月19日公开)、6，246，344(2001年 6月12日公开)、和6，M2，081(2003年4月1日公开)号中有所描述，其上的全部内容专 门结合于此作为参考。参考图13，在可选实施例中，可以将相机832、840连接至单个检测器(未示出)， 类似于图22A和22B中所示的配置。光纤束832、841可以连接至一个或多个用于将来自相 机830、840的图像传送和/或聚焦在检测器的各个区域上的透镜。检测器可以为具有例如 横截面介于5到10毫米(5-10mm)的有效成像区域的CCD或CMOS芯片。在示例性实施例 中，检测器的有效成像区域可以为正方形、矩形、圆形、或椭圆形，只要其有足够区域来接收 来自相机830和相机840的同步图像。在图20A和图20B中示出了显示来自相机830、840 的同步视频图像的示例性输出，并且在以下将进一步描述。在这个可选实施例中，由于具有 了足够的分辨率和处理，所以有可能从系统810中去除发射器820和/或传感器822。参考图18A和图18B，示出了装置910的另一个实施例，用于监控戴着装置910的 人的眼睑运动。如本文中别处所述，装置910可以用作生物传感器、通信器、和/或控制器， 和/或可以包括在系统中，例如，用于监控用户的一只或两只眼睛的有意和/或无意运动。如图所示，装置910包括可以戴在用户头上的头盔912、和生物传感器组件920。 头盔912可以是标准的飞行员头盔，诸如直升机或喷气式飞机飞行员所使用的那些头盔，例如，包括安装在其上的一对夜视管或其他护目镜914。可选地，头盔912可以包括一个或 多个危险警告显示器，例如，在一只或两只眼睛前面或靠近一只或两只眼睛安装的小型平 板LCD。可选地，头盔912可以用镜框(未示出，例如，参见图13)代替，其包括架桥、在每只 眼睛之上或周围延伸的边框、和/或一对耳撑，类似于本文中所述的其他实施例。镜框可以 包括一对透镜(也未示出)，诸如规则、修色、和/或保护透镜，虽然它们对于装置的运行来 说并不是必须的。可选地，可以用显示器(例如，如以下的进一步阐述、可以用作模拟器和 /或娱乐装置的相对小型的平板LCD)来取代一个或两个透镜。在另一个可选实施例中，装 置910可以包括可以戴在用户头上的其他装置，诸如帽子、帽状物、头带、头盔、保护眼睛和 头部的装置、面罩、氧气罩、通风罩、呼吸器或游泳罩等等(未示出)。可以将装置910的组件设置在头盔912(或者其他戴在头上的装置)上的各种位 置处，例如，以一般最小化当戴着装置910时对用户视觉和/或正常活动的干扰。如图所示， 生物传感器组件920包括例如，使用Velcro、带子、和/或其他临时或可移动连接件(未示 出)安装在头盔912的顶上的相机922。这使得相机922当未被使用时可以被去除。可选 地，相机922可以基本上永久地连接至头盔912，直接结合到头盔912(或其他框架)中，连 接至头部安装的电视机，LCD监控器，或其他数字显示器等等，与本文中所述的其他实施例 类似。生物传感器组件920还可以包括一个或多个光纤束924，该光纤束从相机922延伸 至头盔912的前面，以提供一个或多个用于成像用户眼睛的“内部相机”。如图所示，示出了 一对从相机922延伸到护目镜914的各个管的光纤束924。在示例性实施例中，光纤束拟4 可以足够长(例如介于12至18英寸长)以从相机922延伸到护目镜914，或者可选地，光 纤束拟4可以更长(例如，长度在大约2到4英尺之间)，或者可以更短，这取决于相机922 在头盔910上的位置(或者如果将相机922与头盔910分离放置)。光纤束924的末端拟6可以永久地或可移动地连接至护目镜914，例如，连接至连 接到护目镜914或相反从护目镜914延伸的支架916。可选地，光纤束拟4可以使用夹子、 扣件、黏合剂等(未示出)临时或基本上永久地束缚在护目镜914上。如图所示，将光纤束 924的末端拟6安装在护目镜914之下并向上地朝向用户的眼睛倾斜。末端926的角度可 以是可调节的，例如，从大约四十五度的底角向上或向下调节大约15度。可选地，光纤束 924的末端拟6可以被设置在头盔912和/或护目镜914上的其他位置处，但还是要直接朝 向用户的眼睛。另外参考图19，每个光纤束拟4可以包括光纤像导9 (即，光学成像光纤束)、和 照明光纤束930 (例如，被装入在相机922和光纤束924的末端拟6之间延伸的收缩管(未 示出)中)。每个照明光纤束930可以包括一个或多个连接至光源的光纤，例如，在相机922 的内部。例如，相机922可以包括具有一个或多个LED 934(为了简洁示出一个)的发光二 极管(LED)壳932，照明光纤束930可以连接至LED壳932，以将光传递到末端926。由光源934发出的光可以超出正常人视力范围，例如，在红外线范围中(例如，具 有大约840和880毫微米(840-880nm)之间的极小的输出波长)，使得所发出的光基本上不 会干扰用户的正常视觉。光源可以产生基本连续的光或期望频率的光脉冲，与本文中别处 描述的实施例相类似。可选地，可以设置用于照亮用户面部和/或一只或两只眼睛的其他 光源来取代照明光纤束930。例如，与本文中别处描述的其他实施例相类似，可以设置一个或多个发射器(未示出)，例如，沿着头盔912和/或护目镜914的一个或多个区域放置的 发射器阵列。每个光纤束924的末端拟6可以包括一个或多个透镜，例如，能够以期望方式，例 如，朝向用户眼睛聚焦像导928的物镜936(图18A中示出)。每个像导拟8可以具有向前 的视线(零度(0° )视场)，物镜936可以提供更宽的视场，例如，大约四十五度)。 可选地，视线可以是可调节的，例如，通过调节物镜936在大约30和60度之间(30-60° ) 调节。另外，物镜936可以最优化视距，例如，到大约2英寸(2in.)，从而改进用户眼睛上的 聚焦。因而，像导拟8可以通过光纤束拟4将用户眼睛的图像传送到相机922。如图19所示，相机922可以包括一个或多个透镜(例如，放大部928)，用于将 来自像导9 (和/或相机944)的图像传送和/或聚焦到成像装置940的有效显示区域 942之上。成像装置940可以是多种已知装置(其提供用于接收图像的二维有效显示区 域)，例如，CMOS或CXD检测器。在示例性实施例中，成像装置940可以是CMOS装置，诸如 Sensovation 制造的 Model cmos SamBaHR-130、或 Micron Imaging 制造的 Fast Camera 13、ModelMI-MV13。放大部938可以通过C胶纸或其他连接件(未示出)与相机922机械 配对。在示例性实施例中，每个像导拟8都能够提供多达一万到五万(10，000到50，000) 个像素的图像数据，例如，类似于本文中别处描述的光纤束，它们都可以被投影到成像装置 940的有效显示区域942上。对于图18A和图18B中所示的装置910来说，来自两个光纤 束拟4的图像被投影到单个成像装置940上，如图19所示，就是说，使得来自用户的每只眼 睛的图像占有小于有效显示区域942的一半的区域。可选地，装置910可以包括远离用户头部定位的“外部相机” 944，例如，以监控用 户的周围环境，与本文中别处描述的实施例相类似。例如，如图18A所示，可以设置从相机 922延伸的另一个光纤束945。如图所示，光纤束945 “向前”定向，即，总地沿着与当用户 一直向前看时相同的方向，并且终止在微型透镜946。光纤束945可以相对较短和/或基本 上固定，以使其视场相对于头盔912来说保持基本不变。可选地，外部相机944可以设置在 头盔912和/或护目镜914上的其他位置处，例如，包括柔性光纤束，与上述外部相机840 相类似。因而，外部相机944可以提供远离用户的图像，例如，在用户面部的直前方。外部相机944可以包括或不包括一个或多个照明光纤，但是可以包括(例如)通 过放大部938或单独地连接至成像装置940的像导。因而，来自外部相机944的图像可以 作为从像导拟8接收到的每只用户眼睛的图像传送到相同的有效显示区域942上，与本文 中描述的其他实施例相类似。这种配置可以允许或促进时间和/或空间同步，或者通过“三 角测量”或其他用于眼睛跟踪的算法，相对于用户头部的方向位置来识别用户眼睛看向“哪 里”、在看“什么”、和/或看了 “多久”(凝视的持续时间)。因而，相机922可以同时捕获来自一个或多个“内部相机”，即，来自光纤束拟4和 来自外部相机944的图像。这可以确保每个装置所捕获的图像都彼此同步，即，同时连接在 一起，从而使得在特定时间拍摄的一只眼睛的图像对应于基本同时拍摄的另一只眼睛的图 像。另外，这些图像可以与来自其他传感器(例如，一个或多个生理传感器)的数据基本同 步，这可以增强监控和/或诊断用户、和/或预知用户行为的能力。由于这个同步，可以以 相对较高的速率(例如，在大约每秒五百到七百五十帧或Hertz之间(500-750HZ))来捕获
23图像数据。可选地，可以设置单独的检测器，其捕获可以被(例如)接收数据的处理器同步 的图像数据。在这个可选实施例中，可以使用更慢的捕获速率(例如，在大约30到eOHertz 之间(30-60HZ))，以促进处理器或之后用于捕获的其他装置的同步。可选地，相机922和/ 或相关处理器可以能够捕获相对较慢的视觉，例如，以每秒在大约十五到六十之间(15-60) 帧的速率。图20A和图20B示出了接收来自两个内部相机2010和一个外部相机2020 (或来 自用于编译来自单个相机和/或传感器的图像的装置)的同步图像信号的相机的示例性 输出。如图所示，内部相机朝向用户的每只眼睛，以及外部相机向外指向用户的周围环境 (即，通常在用户面部的直前方)。在图20A中，用户的两只眼睛2010L、2010R都是打开的， 并且外部图像2020示出了用户前方的房间的水平视图。相反，在图20B中，用户的一只眼 睛2010L完全闭合，并且另一只眼睛2010R部分闭合，使得眼睑覆盖了大部分瞳孔。外部图 像2020示出了用户的头部开始向左倾斜并向前低垂。可选地，附加信息可以与这些图像 (诸如来自装置910上的其他传感器的实时数据)一起显示和/或存储，与图12A-12C或图 15A-15I所示的相类似。参考图18A、图18B、和图19，来自相机922(和/或相机944)的图像可以从装置 910通过线缆948发送(最好参见图18A)。例如，成像装置940可以将来自有效显示区域 942的光学图像转换为电信号，该电信号可以经由线缆948发送到一个或多个处理器和/ 或控制器(未示出)，与本文中别处描述的其他实施例相类似。可选地，来自光纤束拟4和 /或外部相机944的图像可以从装置910发送到一个或多个远程装置，例如，相机、检测器、 和/或处理器(未示出)，类似于本文中描述的其他实施例。在这个可选实施例中，光纤束 924的长度可以在大约2到6英尺之间，例如，用于提供足够的长度以使用户能够正常运动 但仍保持与远程装置连接。可选地或另外，装置910可以包括可以(例如)使用蓝牙或其他协议连接至相机 922的无线发送器(未示出)，诸如短程或长程射频(RF)发送器。发送器可以位于相机922 中或者在头盔912上的其他位置。发送器可以发送表示图像数据的图像信号到远程位置处 的接收器，与本文中别处描述的其他实施例相类似。在另一个可选实施例中，除了发送器和 /或线缆948之外，装置910还可以包括用于存储图像数据的存储器(也未示出)，或者可 以用存储器来取代发送器和/或线缆。例如，可以将数据存储在记录器装置中，例如，类似 于在航行器中所使用的“黑盒子”记录器，以便在稍后的时间重新找回记录器，例如，用于在 发生车辆事故、医药事件等等之后进行分析。可选地，装置910可以包括一个或多个控制器(未示出)，例如，在相机922内、和/ 或在头盔912中，用于控制装置910的各种组件。例如，控制器可以连接至一个或多个LED 934，以使LED 934发出预定频率的脉冲，例如，以减少装置910的能量消耗。另外，装置910 可以包括一个或多个电源，例如，电池和/或线缆，用于为装置910的一个或多个组件提供 电源。例如，可以在相机922中设置一个或多个电池(未示出)，用于为成像装置940和/ 或LED 9；34提供电源。如果需要，装置910还可以包括一个或多个附加传感器(未示出)，例如，位于头 盔910上。传感器可以连接至生物传感器组件920、线缆948、和/或无线发送器(未示出) (如果包括)，以使来自传感器的信号可以被监控、记录、和/或送至远程位置。例如，可以设置一个或多个位置传感器，例如，用于确定头盔912的空间定向，从而确定用户头部的空 间定向，如本文中别处所述。另外或者可选地，装置910可以包括一个或多个生理传感 器(未示出)，例如，用于测量用户的一个或多个身体特征；诸如一个或多个EEG电极、EKG 电极、EOG电极、脉冲传感器、测氧传感器、电热调节器、热电偶、或其他温度传感器，例如，用 于测量用户皮肤的温度；湿气检测器，用于测量用户皮肤的湿度；和/或用于测量呼吸气流 (例如，通过用户鼻子)的传感器。另外，装置910可以包括一个或多个反馈装置(也未示出)，例如，以警告和/或 叫醒用户，诸如可以通过皮肤接触提供触觉振动刺激的机械振动装置、可以产生相对较低 功率的电刺激的一个或多个电极、一个或多个发光器(诸如LED)、音频装置、气味发射器等 等。可选地，反馈装置可以与装置910分开设置，但是要以能够向用户提供反馈响应的方式 放置。例如，可以将音频、视频、触觉(例如，振动座位)、或气味发射器设置在用户附近，诸 如上述装置中的任一个。在另一个可选实施例中，可以设置能够对用户产生温度刺激的生 热或生冷装置，例如，远程控制的风扇或空气调节单元。包括装置910的系统可以包括远离装置910的组件，与本文中别处描述的其他实 施例相类似。例如，系统可以包括一个或多个接收器、处理器、和/或显示器(未示出)，位 于远离装置910的远程位置处，例如，在相同的房间内、在附近的监控站、或者在更远的位 置。接收器可以接收由装置910上的发送器所发送的信号，其包括来自相机922的图像信 号和/或来自装置910上的其他传感器的信号。处理器可以连接至接收器，用于分析来自装置910的信号，例如，以准备用于图形 显示的信号。例如，处理器可以准备来自相机922的视频信号用于在监控器上进行显示，与 图20A和图20B中所示的图像相类似，从而使得用户能够被第三方监控(例如，医生、管理 者、或其他同事等等)。同时，可以显示其他参数，在单个监控器上或在分开的显示器上，类 似于本文中别处描述的其他实施例。处理器可以重叠或同时显示用户眼睛和/或外部相机 图像的显示视频信号本身或与其他感应参数一起显示，以使得医生或其他人能够监控这些 参数以及亲自使这些参数与用户的行为相关联。在另一个可选实施例中，处理器可以自动处理信号以监控或研究用户行为。例如， 处理器可以使用输出信号来监控与眼睛运动有关的各种参数，诸如眨眼持续时间(EBD)、眨 眼频率、眨眼速率、眨眼加速度、内部眨眼时间(IBD)、PERCL0S、PER0P(眼睑打开的百分比) 等等。来自相机922的视频信号可以被处理，以连续或不连续和/或顺序地以任何获取的 组合或模式来监控单个或多个眼睛参数，诸如瞳孔尺寸、相对位置、眼睛跟踪运动、眼睛凝 视距离等等，如本文中别处的描述。因而，装置910和/或系统可以监控一个或多个视觉或 其他参数，诸如在美国专利第6，542,081中的披露，其内容结合于此作为参考。为了方便监控瞳孔尺寸(例如，睁大、收缩、和/或离心)和/或眼睛运动，该系统 可以包括与相机922通信的处理器，用于处理视频信号以及从视频信号识别眼睛的瞳孔。 例如，利用更高分辨率的相机(诸如CMOS和CCD检测器)，处理器可以识别瞳孔的边缘，从 而可以识别瞳孔的圆周、直径、和/或截面面积。可以将显示器连接至处理器，用于从处理 器所处理的视频信号来显示眼睛的视频图像。另外，参考图21A-图21C，处理器可以在显示器上将图形重叠在(例如)视频图像 上，以方便识别和/或监控眼睛300的瞳孔301。如图所示，因为瞳孔301的边缘和周围虹膜304之间的差异，所以处理器可以模拟这个边界，并产生可以被重叠在一只眼或双眼的 图像数据上的图形晕圈、椭圆、或其他图形306(为了简洁，在图21A-21C中仅示出了一只 眼睛300)。观察者可以使用这个图形306以方便监控装置910的用户。另外或者可选地，处理器可以自动分析与瞳孔301 (或图形306)的尺寸和/或形 状有关的信息，从而使视频信号相关联以确定人的瞌睡程度或其他身体和/或精神状态。 这个分析可以包括监控瞳孔的相对位置、瞳孔的尺寸、和/或瞳孔的偏心率，例如，随时间 变化。例如，处理器可以随时间变化地监控瞳孔300的直径，其可以以图表形式显示，例如， 如图15E中所示，其作为时间函数存储在存储器中、和/或(例如)实时地重叠在眼睛的图 像上。例如，图21A可以示出在周围条件下处于放松状态的瞳孔301，例如，对应于具有 直径“d,的图形306。如图21B中所示，如果用户眨眼或闭上眼睛300，则瞳孔310可以睁 大，以便当眼睛300再睁开时使瞳孔301开始睁大，如具有直径“d2”的图形306所示。处 理器可以比较图形306或瞳孔301本身的直径变化，以确定瞳孔301的延迟，用于在眨眼或 其他眼睛闭合之后返回到直径“d/’。对可见或不可见闪光的反应的这个延迟或损失可以至 少部分地表示瞌睡的程度、损伤的程度，例如，中毒、和/或医药事故的发生，这包括诸如由 于血氧不足、血糖过低、中风、心肌梗塞、毒素、毒药等等所引起的脑损伤或脑死亡的致命或 晚期事件。另外或者可选地，处理器可以确定瞳孔的近似偏心率，例如，当其被眼睑302部分 覆盖时。例如，如图21C所示，当眼睑302部分闭合时，叠加在图像上的晕圈306可以采用 对应于瞳孔301的露出部分的宽度 ”和高度“h”的椭圆形状。高度“h”可以与直径“d/’ 有关，即，高度“h”与直径“d/’的比率可以等于或小于KhAl1彡1)，作为瞳孔301被眼睑 302覆盖的程度的指示。例如，当瞳孔301被眼睑302完全覆盖时，这个比率可以从1降到 O0类似地，宽度“W”也可以与直径“d/’相关(WZVd1彡1)，作为瞳孔301被眼睑302 所覆盖的程度的指示，例如，当眼睑302开始覆盖超过瞳孔301的一半的时候。另外或者可 选地，高度和宽度的比率(h/w彡1)可以(例如)基于眼睑302的覆盖，与瞳孔301的离心 率信息相关。可以单独、整体、和/或与其他眼睛运动和/或生理参数结合来分析这些参数， 以监控、分析、和/或预测用户的进一步行为。可以将数据与通过处理器保留或存取的经验 或其他数据进行比较，以提供关于用户状态的信息(例如，COFI值)，与本文中别处描述的 一样。例如，如果用户瞳孔的分析导致用户警惕级别降到预定级别之下的决定，那么可 以向用户和/或一名或多名第三人提供警报，与本文中所述的其他实施例相类似。这些 方法还可以用于确定用户是否正受麻药、酒精、和/或医学疾病的影响，如本文中别处的描 述。另外，作为临界和/或为了测试用户的警惕性，诸如本文中所述的任何装置或系 统可以测试用户的瞳孔反应。当戴着装置时，这样的测试可以确认用户是活动的，即，没有 睡着，乃至死亡。例如，如果光源在用户眼睛处闪了预定的持续时间和/或脉冲频率，那么 用户的瞳孔可以从其放松状态暂时睁大(以环境光为基础)，然后在可预知的时间周期内 收缩回放松状态。
参考图22A，示出了用于测试本文中描述的任何装置和系统的用户的警惕性的 示例性方法。例如，用户可以戴上图18中所示的用于监控用户的一只或两只眼睛的装置 810(如上的进一步描述)。在步骤2210，可以在相关状态下确定用户眼睛的基础或参数。 例如，可以在环境条件下测量或监控瞳孔的放松直径。在步骤2220，可以向眼睛发出一个或多个光脉冲，这可以使得眼睛从放松状态开 始，以(例如)与脉冲光闪烁的频率基本相同的频率睁大和/或收缩。例如，可以以预定顺 序来启动装置810上的一个或多个发射器，以使得眼睛睁大。此后，在步骤2230中，例如， 可以使用相机830或传感器822来下意识地或无意识地监控用户的眼睛，以确定眼睛返回 到放松状态的反应时间。可以将反应时间与经验数据库或其他数据进行比较，以确认用户 是有意识的、清醒的、和/或活着的。如果需要，可以将步骤2220和2230重复一次或多个， 以确定反应时间和/或提供平均的反应时间，如果需要，例如，以避免错误的消极决定。如果光源在可见光范围之外，例如，在红外线范围内，则瞳孔仍然可以以此方式来 对闪光作出反应。使用红外光的一个优点在于，其不会转移或打扰用户，因为用户将不会有 意识地观察光。然而，瞳孔仍然可以对这样的闪光作出足够的反应，从而使得用于监控眼睛 的系统可以识别何时瞳孔响应于这些闪光而睁大和收缩。例如，在临界测试期间，足以产生一束闪光以及监控瞳孔反应。或者，可以使用一 连串闪光来监控随时间变化的瞳孔反应，例如，以研究趋势或清除可以由单束闪光产生的 错误数据。对于一连串闪光来说，脉冲频率应该大于瞳孔在响应于闪光睁大之后自然返回 其放松状态所需要的时间，例如，至少在大约五十和一百毫秒之间(50-100ms)。可选地，可 以将光脉冲，例如，靠近红外光的光(具有大约640-700纳米之间的波长)导向用户眼睛 处。系统可以检测在瞳孔反应过程中的节奏波动。这些反应可以由最初的视觉反应产生， 可能与夜视有关，例如，在黑暗中“看”或在黑暗中感觉红外光。这样的瞳孔反应测试还可以用于识别错误的肯定，例如，当用户已死时，系统并没 有检测到任何眼睛闭合和/或运动。类似地，瞳孔反应测试还能够确定用户是睡着还是无 意识。另外，瞳孔反应测试可以用于确定用户是否处于酒精、麻药等的影响之下，这些可能 影响瞳孔在响应闪光而睁大之后收缩回其放松状态的速率。另外或者可选地，瞳孔反应测 试还可以用于根据动眼测试与对应的科学确定的血浓度之间的关系，来确定用户体内的麻 药或酒精的血药浓度或数量。参考图22B，示出了用于测试临界警惕性的另一种方法。这个方法总地包括步骤 2240，提供用于指示用户以期望方式故意移动他们的眼睛的刺激；以及步骤2250，监控眼 睛，例如，用于确认用户已按照指令以期望方式来移动他们的眼睛的故意运动。本文中所述 的任意装置可以包括一个或多个刺激装置，例如，扬声器、灯、振动性、或其他触觉型装置。 可选地，可以远离用户设置这些装置，例如，在车辆上的仪表板、视频显示器等上。例如，如果启动装置上的可见光，那么可以指示用户将他们的眼睛闭上预定的时 间。一旦光被启动，系统就可以监控眼睛，以确认用户在预定时间范围内和/或以预定方式 作出反应(例如，以预定顺序眨眼一次或多次)。可选地，可以提供其他刺激来取代闪光，诸 如显示器(在装置上或远离装置)上的可视指示、可听信号(例如，来自装置上或装置附近 的扬声器的语言命令)、触觉信号等等。在这些实施例中，可以指示用户执行一连串的动作， 例如，向上或向下看、向左或向右看、以期望顺序眨眼、在收到指示之前闭眼、追随显示器上的指针等等。例如，这样的测试可以用于确认测试对象在一连串测试期间或在执行各种动 作时是清醒的、有意识的、和/或警惕的。在另一实施例中，如本文中别处描述的那些装置和系统可以用于控制计算机系 统，例如，类似于计算机鼠标、操纵杆等等。例如，参考图13所示和描述的装置810，相机 830可以用于监控用户瞳孔的位置，以指示和/或触发计算机屏幕或其他显示器上的鼠标 指针。用于接收来自相机922的图像数据的处理器可以分析图像数据，以确定监测器940 的有效显示区域942内的瞳孔的相对位置。可选地，可以相对于置于用户的一只或两只眼 睛的视场中或前的镜框812来固定一个或多个显示器。例如，可以用平板LCD或其他显示 器(未示出)取代透镜安装在镜框812上。这样的装置可以用作例如，医学或其他研究设 施内的仿真，还可以用作娱乐使用，例如，作为视频游戏控制器，等等。参考图23，示出了一种示例性方法，用于基于使用本文中所述的任意装置或系统 检测到的眼睛运动来控制计算装置。例如，可以使用图18A中所示的装置910，其包括用于 成像用户的一只或两只眼睛的光纤束924。可选地，如以下的进一步阐述，装置还可以带有 一个或多个外部相机，例如，邻近用户的一只或两只眼睛放置，其可以沿着用户的前向视野 向外定位。首先，在步骤2310，需要初始化包括这样装置的系统，S卩，建立参考系，诸如基础 或参考位置、具有正交分量的参考系等等。例如，可以指示用户看显示器上的指针或其他预 定位置，从而维持用户眼睛的状态，从而保持用户瞳孔基本不变。当用户眼睛基本不变时， 处理器可以分析来自相机830的图像数据，例如，以确定图像上瞳孔的对应于参考点或“基 位置”的位置。例如，可以将指针或基位置基本笔直地定位在用户瞳孔的前面。可选地，可 以指示用户顺序观看显示器上的两个或多个已识别位置，从而提供关于用户眼睛的相对运 动的标尺。在这个可选实施例中，需要让用户看显示器的相对角，例如，以识别相对于显示 器的适当的眼睛运动的界限。一旦完成初始化，用户可以自由移动他们的眼睛，例如，相对于显示器的指针和/ 或休止符，(例如)向左和向右、向上和向下移动眼睛。步骤2320，系统可以监控这样的眼 睛运动，即，处理器可以分析图像数据，以确定用户瞳孔从基位置开始的相对位置。例如，如 果用户从基位置开始向上和右移动他/她的眼睛，即，相对于计算机屏幕上的指针向上和 右移动，则处理器可以确定这个运动。响应于此，步骤2330，处理器可以将指针向上和右移 动，即，从而跟踪用户的凝视。当用户停止移动他/她的眼睛时，一旦指针到达用户当前在 显示器上所看到的位置，那么处理器就使该指针停止。可选地，步骤2340，一旦指针移动到显示器上的期望位置，那么用户就能够执行一 个命令，例如，与触发鼠标上的按钮相类似。例如，处理器可以监控关于来自用户的信号的 图像数据，例如，预定顺序的一次或多次有意的眨眼。这可以像预定持续时间(例如，几秒 钟长)的单次眨眼一样简单，也可以是复杂顺序的眨眼，例如，包括一只或两只用户眼睛的 眨眼。可选地，信号可以是没有任何眨眼的预定周期，例如，三秒、五秒、或更多秒长。当处理 器识别该信号时，处理器可以触发命令。例如，当到达显示器上的图标、消息命令等时，用户 可以停止移动他们的眼睛，并且处理器可以移动指针，直至其放在或位于图标或命令处。用 户可以接着眨眼或做动作，如上所述，类似于计算机鼠标上的按钮的“双击”，从而指示处理 器完成所选择的命令或者将所选择的命令发送到期望的接收方。例如，所选择的命令可以 导致计算机程序的执行、或者一件设备或其他装置的触发、停用、或以期望方式受控制。因
28而，系统可以用于完成从控制连接到处理器和/或显示器的计算机装置，到打开或关闭电 灯开关或车辆的各种任务。这样的装置和/或系统从而可以提供用于自动使用计算机，即， 仅使用用户眼睛的移动的方法。例如，在一个应用中，该系统可以用于操纵车辆(诸如直升机、喷气机、或其他飞 机)，例如，以触发或控制武器、航行、或其他机载系统。在另一个应用中，该系统可用于视 频游戏或其他模拟中，例如，以增强虚拟的真实感。例如，该系统可以使用户能够通过多个 菜单、场景、或其他行为来快速定位，同时用户的手能够自由执行其他的功能，例如，执行除 了眼控功能之外的其他行为或与眼控功能同时执行其他行为，这可以允许同时执行更多和 /或更复杂的任务。另外，一个或多个外部相机可以用于增强和/或促进追踪眼睛相对于显示器上的 指针的移动。例如，可以将外部相机靠近至少一只眼睛来放置，例如，离眼睛预定距离或者 与眼睛有其他关系，其朝向显示器定向。因而，外部相机可以提供显示器的图像，例如，实时 (可以与使用内部相机监控的眼睛的运动同步)示出指针的运动。处理器可以使用三角测 量或其他算法来描述这个数据，以增加使用眼睛运动来跟踪指针的准确性。这可以确保当 用户想要通过眨眼使用命令上的指针来执行命令时，实际上选择预期命令的准确性，例如， 当显示器示出多条可用命令时。另外，这样的系统和方法可以用于医学或其他诊断程序(诸如警惕性测试)中。例 如，处理器可以分析来自内部相机和外部相机的数据，以使眼睛的运动与显示器上的图像 相关联，从而研究各种动眼参数，诸如缓慢滚动眼睛运动、坏眼固定和/或跟踪、恍惚凝视、 增加眨眼、催眠凝视、延长的眼睑下垂或眨眼、慢速眼睑打开和闭合、震惊的眼睑打开速率、 长期瞳孔收缩改变、不稳定瞳孔参数、唤起模糊视觉的瞳孔反应、和/或本文中别处所述的 其他参数。这些程序可以用于研究个人面对各种环境、酒精或麻药引诱、和/或其他情况的 反应。参考图24，在另一个实施例中，可以设置装置M10，用于经皮地照亮戴着装置 Mio的用户的眼睛300。装置MlO通常可以类似于本文中所描述的任意实施例，诸如图13 中所示的镜框812。如图所示，装置MlO可以包括接触用户头部308(例如，靠近一只或两 只眼睛300(为简洁，示出一只)的用户的太阳穴)的一个或多个发射器或其他光源M22。 另外，装置MlO可以包括一个或多个传感器，诸如，终止在透镜M34的光纤束M30，用于获 取用户眼睛300的图像。在一个示例性实施例中，可以将红外发射器M22固定地或可调节地安装在镜框 2412的一个或两个耳承M22上，以使发射器M22接触用户皮肤并向用户皮肤传送光。例 如，发射器M22可以包括多个LED，其可以发射平行、非连贯(非激光)的红外光。发射器 2422通常可以朝向眼睛300定位，以便来自发射器M22的光可以通过或沿着用户的头部 308传播到眼睛300中，如虚线箭头对50所示。例如，已发现皮肤或其他组织可以至少对某 些频率的光是透明(半透明)的，诸如红外光。因而，至少某些来自发射器M22的光可以 经皮地沿着或通过用户皮肤和/或其他组织来发送，直到至少一些光进入眼睛300。光可以从眼睛300内的视网膜(未示出)中反射出来，以使至少一些光射出瞳孔 301，如箭头M52所示。透镜M34和光纤束对30可以将眼睛的图像传递到检测器(未示 出)，与本文中描述的其他实施例相类似，其由于光M52而可以识别瞳孔301作为图像上的亮点。连接至检测器的处理器或其他装置可以使用(例如)本文中别处描述的“白瞳孔” 或“暗瞳孔”技术来监控瞳孔301，诸如其在图像上的相对位置、尺寸、和/或形状，与本文中 描述的其他实施例相类似。另外或者可选地，经皮光可以照亮整个眼睛300，尤其是视网膜， 这些可以从用户面部的前面观察到，例如，作为具有瞳孔301(示出为被调光器形状包围的 亮点)的调光器球面或其他形状。这个实施例可以具有以下优点，一个或多个发射器并不必需定位在用户眼睛的前 面，其可以部分阻隔或转移用户的视场。另外，因为这个系统使用独立于入射红外光的角度 操作的红外传感相机和/或检测器，所以这个实施例可以排除由发射器到检测器的适当定 位的损失而产生的技术难题。另外，在眼睛前面没有了发射器，就可以清除远离眼睛的闪烁 或反射，这可以促进图像数据分析。应了解，根据实施例的预期使用，可以用其他实施例来添加、删除、和/或代替使 用特定实施例描述的各种组件和特性。例如，临时申请序号第60/559，135中的附录A和 B(其内容结合于此作为参考)提供了关于可能结构特性的信息、和/或用于使用本文中描 述的装置和系统的方法。附录A和B的全部披露内容清楚地结合于此作为参考。虽然本发明容易受到各种修改、和替代形式的影响，但是其特定实例已在附图中 示出并且在本文中进行了详细描述。应了解，本发明并不限于本文中所披露的特定形式或 方法，而是相反，在附加权利要求的范围内，本发明覆盖所有的修改、等效和替代。
权利要求
1.一种用于监控人的眼睛的运动的系统，其包括装置，用于戴在人的头部上；光源，用于当所述装置被戴上时，将光导向所述人的眼睛；相机，其位于所述装置上，用于监控所述眼睛的运动，所述相机用于产生表示由所述相 机获取的所述眼睛的视频图像的视频信号；处理器，与所述相机通信，用于处理所述视频信号并从所述视频信号中识别所述眼睛 的瞳孔；以及显示器，其连接至所述处理器，用于从由所述处理器所处理的所述视频信号来显示所 述眼睛的视频图像，所述显示器将图形叠加到所述视频图像上，以识别所述瞳孔。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还用于使所述视频信号相关联，以至 少部分地根据对由所述处理器识别的所述瞳孔进行的分析来确定所述人的身体或精神状 态。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理器用于分析所述视频信号，以监控以下 至少一种所述瞳孔的相对位置、所述瞳孔的尺寸、以及所述瞳孔的离心率。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述相机包括CXD或CMOS检测器、以及至少一根 光纤束，所述光纤束包括安装在所述装置上的第一端，以便当所述装置被戴上时，使所述第 一端朝向所述人的眼睛定位。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述光源包括至少一个由所述光纤束所承载的 照明光纤。
6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括发送器，其位于所述装置上，用于将来自所 述相机的输出信号无线发送到远程位置。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理器位于远离所述装置的位置处，所述处 理器连接至用于接收由所述发送器发送的所述输出信号的接收器。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被设置在所述装置上。
9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括一个或多个传感器，其位于所述装置上，用 于测量所述人的一个或多个生理特征，所述处理器连接至所述一个或多个传感器，用于使 所述一个或多个生理特征与所述视频信号相关联，以确定所述人的身体或精神状态。
10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括一个或多个传感器，其位于所述装置上， 用于测量所述用户的一个或多个生理特征，所述处理器连接至所述一个或多个传感器，用 于在所述显示器上显示所述视频图像和所述一个或多个生理特征。
11.一种用于使用生物传感器组件来监控人的眼睛的运动的方法，所述生物传感器组 件包括光源，用于当所述生物传感器组件被戴上时，将光导向所述人的眼睛；以及相机， 朝向所述眼睛定位，所述方法包括从所述光源向所述眼睛发射光；使用所述相机来监控所述眼睛的运动，以产生所述眼睛的视频图像；以及产生由所述相机监控的所述运动的图形输出，所述图形输出包括叠加到所述眼睛的所 述视频图像上的模拟图像，以识别所述眼睛的瞳孔。
12.一种用于控制计算装置的系统，其包括装置，用于戴在人的头部上；相机，其位于所述装置上，用于监控所述人的至少一只眼睛的运动，所述相机用于产生 表示由所述相机获取的所述眼睛的视频图像的信号；显示器，靠近所述装置放置，使得所述显示器上的指针可以被戴着所述装置的所述人 看到；以及处理器，连接至所述相机，所述处理器用于处理所述信号，以监控所述眼睛相对于所述 显示器上的参考系的运动，所述处理器连接至所述显示器，用于使得所述指针根据所述眼 睛相对于所述参考系的运动，在所述显示器上移动。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述显示器是抬头显示器，其被固定在所述装 置上，以便将所述显示器放置在戴有所述装置的所述人的所述眼睛前方1的预定距离处。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器连接至所述相机，用于监控表示戴 有所述装置的所述人正观看所述显示器上的特定位置处的视频图像的所述信号，所述处理 器用于将所述指针移至所述特定位置。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述处理器用于监控所述信号，以检测视频图 像，所述视频图像表示戴有所述装置的所述人在看着所述特定位置的同时以预定顺序眨眼 来请求执行命令，所述处理器被构造成用于基于检测所述视频图像来在所述计算装置上执 行所述命令。
16.根据权利要求12所述的系统，进一步包括光源，用于当所述装置被戴上时，将光导 向所述人的眼睛。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述光源被构造成用于将所述参考系投影在 戴有所述装置的所述人的所述眼睛上。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器被构造成用于将图像显示在所述 显示器的基位置处，所述处理器还被构造成用于监控所述信号，以检测视频图像，所述视频 图像表示戴有所述装置的所述人正看着所述基位置处，从而提供所述眼睛相对于所述基位 置的随后运动的所述参考系。
19.一种用于使用戴在用户的头部上的装置来控制计算装置的方法，所述装置包括相 机，所述相机包括指向所述用户的至少一只眼睛上的物镜，所述计算装置包括显示器，所述 显示器包括在所述显示器上所显示的指针，所述方法包括使用所述相机来监控所述至少一只眼睛的运动；以及使所述至少一只眼睛的运动与所述显示器上的所述指针相关联，以使所述指针能够跟 随所述至少一只眼睛的运动。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括当所述至少一只眼睛看着所述指针时， 确定所述至少一只眼睛在所述相机的有效显示区域上的基位置，以及其中，通过确定所述 至少一只眼睛在所述有效显示区域上的位置相对于所述基位置的改变，使所述至少一只眼 睛的所述运动相关联，以使得所述指针能够响应位置的所述改变来移动。
21.根据权利要求19所述的方法，进一步包括监控所述至少一只眼睛的预定顺序的 眼睛运动，从而提供信号来触发由所述显示器上的所述指针识别的命令。
全文摘要
本发明提供了监控眼睛运动的系统及方法、控制计算装置的系统及方法。该监控眼睛运动的系统包括用于戴在人的头部上的装置；光源，用于当所述装置被戴上时，将光导向所述人的眼睛；相机，其位于所述装置上，用于监控所述眼睛的运动，所述相机用于产生表示由所述相机获取的所述眼睛的视频图像的视频信号；处理器，与所述相机通信，用于处理所述视频信号并从所述视频信号中识别所述眼睛的瞳孔；以及显示器，其连接至所述处理器，用于从由所述处理器所处理的所述视频信号来显示所述眼睛的视频图像，所述显示器将图形叠加到所述视频图像上，以识别所述瞳孔。
文档编号A61B3/11GK102068237SQ20101060986
公开日2011年5月25日 申请日期2005年4月1日 优先权日2004年4月1日
发明者威廉·C·托奇 申请人:威廉·C·托奇