专利名称：不需要用手的便携式计算机及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及便携式计算机，更具体地涉及移动计算机及可以用不需要用手的便携式网络部件建立的各种驱动装置及通信系统。
本发明的同一实体所拥有的(Newman等人)的美国专利5,305,244号公开与要求了一种声音驱动的用户带着的计算机(移动计算机)。在美国专利5,305,244的系统中定义了一种完全由用户带着的供不需要用手的信息检索与显示用的轻型自含的便携式计算机。这一紧致的计算装置包括一个具有将外壳固定在用户身上的装置的计算机外壳，及安装在外壳中的用于存储以前输入的包含预编程的字与短语的词汇模型在内的信息的存储装置。Newman等人的专利中还包含其它部件的描述，诸如用于按照存储的程序接收、检索及处理信息与用户声音命令的处理器装置；及与处理器装置通信的用于将所接收的声音命令接收与转换成电信号并将这些转换的信号发送到处理器装置的声音传感器及转换器装置。处理器装置借此识别一条命令，将这些命令与预编程的词汇的定义的子集匹配并将其传输给一个计算机显示装置。显示装置安装在邻近用户的眼睛处，以提供用户对便携式计算机的完全不需要用手的使用。在美国专利5,305,244中全面地描述了它们的功能，通过引用将其全面结合在本公开中。为了清楚起见，美国专利5,305,244的装置的各部件不再在这里详细描述，因为它们是按美国专利5,305,244中描述的发明现在为已知的。这一美国专利5,305,244在整个本公开中将指定为Newman等人I。
在美国专利5,305,244的装置中可作出各种重大修改以进一步增强其用途与通用性。
今天，许多印刷出版物，尤其是技术手册，正在被电子技术手册(ETM)及交互式电子技术手册(IETM)所取代。这些ETM与IETM主要是通常装在具有用户输入用的键盘与信息显示用的全尺寸监视器的传统计算机中的电子数据库。为了存取与显示存储在ETM及IETM中的数据供包括系统、子系统或其部件的故障查找及修理/更换在内的各种用途，操作员可使用计算机。
ETM及IETM在服务与修理业中特别有用，该行业的技术人员通常需要来自技术手册的详细信息来修理与服务于故障的设备。例如，在汽车修理中心中ETM与IETM是有用的，那里的服务人员发现为了服务于故障的汽车必须访问汽车技术手册中的信息。此外，在军事服务中心中ETM与IETM是有用的，那里的军事技术人员通常需要访问军事技术手册中的信息来服务于及修理故障的武器系统。在这种场合，从ETM及IETM访问信息比从印刷出版物更高效，因为印刷出版物可能是庞大的。
如上所述，ETM及IETM通常存储在具有供操作员输入用的键盘及供显示数据用的全尺寸视频监视器的传统计算机中并从其中访问。这些计算机通常位于靠近正在修理的设备的服务区中。在操作中，为了检索维修正在修理的设备所需的数据，维修人员在计算机与正在修理的设备之间来回走动。这种计算机与正在修理的设备之间的运动表示为了从ETM及IETM中检索数据的目的要花费可观的时间量与精力。因此，传统的计算机不是存储ETM及IETM的有效设备，因为这些传统计算机导致ETM及IETM中的信息对操作人员的低效数据发送。
本发明指向一种紧致自含的便携式计算装置。至少其一部分是完全由用户带着的供用户不需要用手的检索及显示信息。该计算装置包含一个外壳，外壳上可有可无用于可移动地将外壳固定在用户身上供其携带的固定装置。另外，外壳可位于不附着在用户身上并离开其它部件的远处。外壳还包括存储装置，用于存储以前输入的信息，以及与存储装置通信的处理器装置，用于按照存储的程序接收、检索及处理信息与用户命令。由于该移动的自含计算装置将访问ETM及IETM的大型数据库，因此需要方便地与包含数据库的存储装置接口的装置，计算装置的外壳包含一个访问端口，借此可与各种包含数据的存储装置接口及建立通信。存储装置与计算装置之间的数据访问与传送可以完全在本申请中所描述的各种不需要用手的驱动装置的控制下完成。访问端口允许存储装置的直接电连接，然而也能使用其它有线与无线连接。计算装置还包含与处理器装置通信的眼睛跟踪、头脑驱动的装置、传感器及转换器，带或不带声音传感器及转换器装置，用于接收来自用户的命令，用于将接收的命令转换成电信号，用于识别转换的电信号及用于将识别出的电信号发送给处理器装置。传感器与转换器装置可以带也可以不带在用户身上。计算装置还包含与处理器装置通信的显示装置，用于接收来自处理器装置的信息及用于为用户显示所接收的信息，显示装置带在用户身上，借此用户能以只利用头脑驱动或眼睛跟踪、用或不用声音命令的不需要用手的方式操作计算装置来显示信息。
除了上述Newman等人I中所用的声音驱动装置，上述其它两种驱动装置是本发明设想的，即眼睛跟踪与头脑驱动装置(EEG)。采用Newman等人I中所描述的相同通用系统，声音驱动可全部或部分地用眼睛跟踪与/或头脑驱动技术装置取代或一起使用。在某些场合，在Newman等人I型便携式不需要用手的计算机系统中，可能希望声音驱动装置、眼睛跟踪驱动装置与头脑驱动装置的任何组合。与上述驱动装置结合的某些计算环境中可能利用头与臂跟踪装置；例如，这一环境可以是现实的实际应用。
眼睛跟踪的系统概念允许操作员用眼睛跟踪并将其运动解释为对应用的“鼠标”命令而完全不需要用手操纵计算机。通常眼睛跟踪系统是带在用户头上的但也可以任何适当方式使用。如同声音命令，眼睛跟踪可以不需要用手，并能设计成完全私用或定做的。如上所述，眼睛跟踪系统可以是用于本计算机的唯一命令系统，或如上所述，它可以与Newman等人I中所描述的话音命令系统或者与头脑驱动装置一起使用。用在本发明中的眼睛跟踪器系统可以是任何适当的眼睛跟踪系统，诸如出版物“新观察”(“A New‘look’”)，OEM杂志，1995年5月号中所描述的系统。
用计算机的眼睛跟踪的原理是相对地不复杂的。用一个自动视频跟踪器跟踪操作员的眼睛。独立计算眼睛中心与瞳孔中心的位置。这两个点确定通过计算机显示器上操作员正在观看的点的一条线。利用这一位置数据，眼睛能象传统的鼠标一样给计算机信息。眼睛驱动的光标实际上是一个视觉鼠标。关于眼睛跟踪的更详细的说明描述在上述Foster-Miller公司出版物及上面引用的美国专利中，通过引用将两者结合进本公开中。
当眼睛跟踪系统与声音命令系统(如Newman等人I中)一起使用时，各系统可互相独立使用或者可用来互相增强与补充。从而可给于由本眼睛跟踪系统确认或增强的本计算机一个声音命令，反之亦然。同时在命令系统之一故障的情况中，可起动另一个来保证计算机性能。
以下部分地取自上面引用的Foster-Miller公司出版物，通过引用将其包含在本公开中，并且它进一步定义一个本发明中有用的眼睛跟踪系统。
计算机技术的不断爆炸并未增进用户交互处理大量信息的能力。虽然我们改进计算速度、存储器大小、传感器性能及软件能力，但人类接口受到较少注意。十年来输入设备基本上保持不变。用当前技术改进人机控制领域的时机已经成熟。
在任何需要跟踪球与操纵杆输入的困难人机接口任务中，眼睛控制具有用于军事与商业应用的潜力。眼睛跟踪同时减少了对专门化手眼协调技能的需求。眼睛跟踪在军事与商业系统中都已找到许多应用。
眼睛能在改变中的视觉环境中迅速移动视线的能力使之成为一种理想的计算机输入设备。在过去25年中，已研制出监视眼睛位置的技术。直到现在，无人试图跟踪眼睛运动作为一种接口设备。Foster-Miller已研制出克服这些限制并使眼睛驱动的光标或“视觉鼠标”成为可能的系统。
最近在海军水上战争中心，Dahlgren，VA，为海军演示了这种计算机接口的一种原型。利用这一接口，操作员只须看着它便能在计算机显示器上选择一个项目。这一程序的目的在于用更快、不易使人疲劳及更精确的眼睛跟踪接口来取代当前用在AEGIS工作站中的跟踪球接口。
“视觉跟踪球”原理上很简单。用一个自动视频跟踪器来获得与跟踪操作员的一只眼睛分别计算眼睛中心与瞳孔中心的位置。空间中的这两个点确定一条通过计算机显示器上操作员正在观看的点的线。利用这一位置数据，眼睛能象鼠标一样给予计算机信息。
操作员通过注视显示屏上的基准点而标定跟踪器。这允许操作员选择一种舒适的位置，显示器距离及头与颈的姿势。标定数据用来校正在计算显示器上所关心的点中所使用的公式中的常数。
完成了定标时，头便可自由移动。已经选择了一种舒服位置的操作员的正常的小活动对“视觉跟踪球”的精度的影响可以忽略。眨眼并不使跟踪器丢失注视。如果丢失了注视(例如当操作员离开显示器注视一段时间时)，跟踪停止及摄象机冻结。当操作员返回到显示器时，摄象机已准备好在丢失眼睛的同一位置上再识别眼睛。
为了计算“视线”或空间中操作员的眼睛沿其注视的线，分别跟踪眼睛及眼睛的瞳孔。眼睛是利用角膜反射的IR参照光线作为眼睛的中心位置的指示而在空间中跟踪的。由于角膜是近似球形的，参照位置对眼睛转动是相对灵敏的。因此总能计算瞳孔中心相对于眼睛中心的位置及与视线相关的这两个点的位置，瞳孔角膜反射差测量值在+/-15度视角上是接近线性的。较大的眼睛运动是用更复杂的计算处理的。
基本系统是简单的。一个标准的低光线CCD成象由IR源照射的眼睛。用这一照明器形成第一Purkinje图象或角膜反射。瞳孔是作为一个暗图象跟踪的，由于利用脱离检测器轴的IR源，它是一个IR吸收穴。照明器的位置对于计算并不是关键性的，并能优化眼睛上的参照反射的质量；这结束了来自Foster-Miller出版物的引用。
在本发明中采用眼睛跟踪的优点是多种多样的；即主要考虑是简单性与速度。用眼睛比用手操纵键盘或其它跟踪与驱动设备要快得多。
在带或不带肌肉运动探测的脑驱动技术或脑驱动控制中(诸如EEG)，作为驱动装置或作为Newman等人I的系统中的一种驱动装置考虑了一种相对新的与现代的技术。在“科学时代”，纽约时报，1995年3月7日中详细描述了头脑驱动技术EEG，通过引用将其结合在此。如果愿意，所使用的头戴器可具有EEG中所需的必要电极连同声音驱动所用的麦克风。用于接收系统信息及显示所接收的信息的显示装置也位于这一系统的头戴器上。这一新的头脑驱动技术系统称作脑电图技术，但在这里将可理解地称作“EEG”。纽约州卫生局已经演示过一个人有可能单独用脑电波控制来在显示屏上移动计算机光标。定位成与人类头部接触的电极探测从脑部发出的电磁信号，将它们传递给一个放大器，后者将这些信号传输给处理器。这一EEG过程已研制到用户甚至在进行谈话的同时执行头脑驱动的任务的程度。如在上面提到的纽约时报文章“科学时代”中指出“无论脑电波图形如何令人迷惑地复杂，然而美国与欧洲的实验室已经明确无误地展示人们通过有意识的努力能够控制某些脑部发射，而通过训练则能以自然界从未达到的方式利用这种控制。”这篇文章继续写道“头脑能以某种方式训练它本身来利用这一双通道计算机算法或方法来移动一个光标。……令人惊奇地，普通人能相当快地学会这样做并到处移动光标等。”在结论中，这一纽约时报文章写道“将在两条战线上取得进展……改进必须加以精炼来寻找有用的脑信号的计算机算法，及改进主体的训练来利用这些信号作为通信的直接信道，与身体的正常感觉或电机装置无关的信道”。再有，从1995年3月7日纽约时报文章引用将EEG过程描述为“一对电极放置在脑的左半球上，另一对电极放置在右半球上。脑发射称作脑电图活动或EEG的非常微细的电信号。”电极记录这些信号并将它们馈送到分离与测定某些波的计算机程序。利用研究人员设计的数学公式，计算机确定如何移动光标。光标出现在视屏的中央而一个目标出现在四个角之一。主体试图将光标移动到目标上。主体报告说他们开始集中注意在如跑、浮游、投蓝等运动上或只是放松。但一旦技术成熟，主体说能不想它来完成，好象走路一样。当光标接触目标时，目标便闪烁而计算机登记一次命中。如果光标到达屏面周围的一个非目标点上，计算机便登记一次不命中。当前训练有素的主体能在70％时间中命中目标。试验持续两秒，接着一次短暂的暂停，然后进行另一次试验。各组试验持续两或三分钟，用一分钟休息来分隔。除上述通过引用结合到本公开中的这一1995年3月7日纽约时报文章“科学时代”之外，EEG是发明人Andrew M.Junker提交的一份未决美国专利申请的主题。
除了EEG信号，头部肌肉发射的电信号也能以类似方式放大及转换成控制信号。EEG信号及肌肉信号是由用户控制来命令计算装置的。
利用带有远程主计算机的本装置的某些便携式部件也是一种可能的实施例。由于Newman等人I的计算机部件(
图1的106)是最重的部件，本发明的一个实施例只包括使用(a)驱动装置(声音、眼睛跟踪、脑驱动与/或其它驱动装置)，(b)带有与处理器装置电通信的显示器的头戴器，用于接收从处理器输出的信息及用于将所接收的信息显示给用户，以及(c)诸如利用射频、散射或定向的红外、紫外或其它经过调制的载波的收发机等的通信装置，用于驱动装置与主计算机之间的信息传输并从主计算机接受返回信息。远程主计算机能与当前各带有驱动装置、带显示装置的头戴器及与主计算机交互作用的通信装置的若干用户接触。因此，在这一第二模式中，有可能例如允许带头戴器的若干用户从若干一起工作或在远程位置上的用户之一所携带的便携式移动主计算机上工作。另一实施例将处理器与通信装置包含在显示装置的外壳内。头部与手臂跟踪也能结合上述驱动装置使用。头部与手臂跟踪主要用来在必要时向计算机指示头部及一条或一条以上臂或腿相对于包含用户的身体部分的图的计算机显示器的位置。在现实的实际应用中这是常用的，其中将用户表示在显示器上或者能通过身体部分的运动来影响显示器。这些身体部分跟踪信号反映身体部分的位置，并如同用户是编程的事物中的一部分那样影响计算机程序与显示器。描述头部与手臂跟踪设备的使用与设计的文章可在诸如Virtual Reality-Specinl Report(现实实际专门报告)，1994年冬季，卷1，第四号等杂志中找到。在这一报告中，头部与手臂跟踪描述在51页上的文章“现实实际是好的教学工具吗？”中。此外，本实施例中所用的类型的跟踪设备可从Exos公司，2A Giill St.，Woburn，Mass.及诸如上述出版物的现实实际资源指南中所列出的其它供应商得到。例子有，Exos“Force Arm Master”及Exos“Position Arm Master”。Position Arm Master的广告称“向从属机或模拟提供命令并能用来记录人的运动的人臂运动传感器”。主要是，头部与手臂跟踪设备中包含提供关于头部与手臂在垂直与水平方向上相对于预定的参照平面的位置的信号的传感器。这些平面是三维的并描述空间中相对于带该跟踪设备的人的一个点及空间中相对于计算机模拟的一个点。这些传感器耦合在用于接收与解释这些传感器信号的电路上，诸如可从Digi Sonic公司，邮政信箱407号，Old Greenwich，CT.购买的。结合身上携带的声音、眼睛跟踪或脑驱动的计算机使用这一技术为现在与将来的应用提供一个革命性的新计算环境。实现头部与手臂跟踪的部件对于技术人员是能够得到的并且当前正用在游戏与现实实际设备中。
在上述模式中，系统工作如下在第一模式中，用户将带有驱动装置、显示屏与通信装置的头戴器与带在用户身上包含在显示装置内或远离该人的一台主计算机链接。用户可命令主计算机显示用于修理一个设备的特定过程。然后主计算机搜索该过程并将其传输回用户供显示在用户的头戴器上。
在第二模式中，一台主计算机能同时响应可能作为一个小组一起工作来修理该设备的具有头戴器的若干用户。这些用户可以全体以同一过程工作或调用一个不同的过程作为显示器上的一个附加视觉显示。在这一方式中，小组成员也能使用本系统作为小组成员之间的一种交互通信的形式的通信装置以及作为利用系统的图形显示能力来比较探测的装置。小组所需的信息可能包含在数台主计算机中。这时将各头戴器中的通信装置配置与调谐成使各头戴器能利用数台主机，以及若干头戴器在一台主机中工作。
显然，本系统将用互相交互作用的若干移动计算装置的部件工作。如在上面的实例中，一台移动计算机的头戴器能接收来自其它移动机组的显示或者能数字化另一台移动计算机的驱动装置。
本发明的一个实施例的另一特征为利用各移动计算机中所用的适配器来允许在其中使用蜂窝式或有线电话通信。取代蜂窝式电话通信装置，也可使用射频、红外线、激光或光纤收发机或其它通信装置。在本公开中将它们统称为“通信装置”。通信装置可通过主计算机或利用带有内装式通信能力的头戴器访问。从而，通信可以是用头戴器作为控制设备起动的头戴器之间的、头戴器与主计算机之间的或者主计算机之间的。操作场合可以是一个用户小组修理一辆坦克。主计算机单元位于组长的皮带上。其它小组成员用他们的头戴器驱动主计算机。一个小组成员需要存储在距修理现场两哩远的维修车间中的一台主计算机上的信息。这一组员利用这一头戴器通信装置与一条蜂窝式电话链路得到维修车间中的远程主计算机。在他的头戴器上参考与观察所需的信息。得到了正确的参考资料之后，例将其下装到修理现场主机供其它组员通过在他们的头戴器上观看它而加以利用。从而，组员的头戴器能驱动本地以及远程的主机。这时可从远程主机获得信息并下装到本地主计算机中。
组员能利用头戴器对头戴器及必要时对主计算机的通信链路在他们之间通信。本地通信可使用头戴器对主机及头戴器对头戴器的不同链接方法。由于窃听安全性潜力、带通宽度、低部件成本及通信可靠性，作为本地链接媒体，散射红外线是有用处的。
下面为使用所有部件都在装置的头戴器部分中的本发明的不需要用手的计算机时，可以采用的各种实施例A.无线头戴器对主计算机—试图修理诸如飞机等复杂机器的用户装备有具有与移动助手(Mobile AssistantTM)的计算机部分的一条无线通信链路的一台移动助手。用户将计算机单元带在腰带上并带着头戴器单元。在头戴器与带在腰带上的计算机之间没有电线，允许用户的头部与手臂自由运动而无需顾及缠结电线或将它们绊在邻近的物体上。在修理中用户必须爬行到小开口中。此时，用户在试图扭动进开口之前取下计算机单元并将其放在小开口外面。由于头戴器对主机的通信是无线通信，主计算机的控制是仍然可能的。用户可发布声音命令到主计算机或用眼睛跟踪目镜定位光标及调用命令。B.若干无线头戴器对一台主计算机—一组维修人员正在飞机上执行维修检验。各组员装备有与带在组长腰上的移动助手主计算机具有无线通信链路的一个移动助手头戴器。各组员能通信与驱动主计算机的各种功能。如果不同的组员需要不同的数据，各人将为他们的数据利用独立的显示窗口。此外，各头戴器具有允许为互相通信而在头戴器之间通信的电路。这是通过用声音命令切换到该模式或用装备在头戴器中的眼睛跟踪能力在用户头戴器显示器上激活适当的图符而完成的。C.对远离小组位置的其它主机的无线通信—继续利用上述场合，上述维修小组的一名成员需要位于远离小组位置的计算机上的数据。远程计算机在地理位置上远离维修小组位置。这一距离可能是距离小组若干哩或数千哩。该组员的选择为射频—用组员的头戴器与小组主计算机对远程主计算机之间的无线射频通信与远程主计算机链接，并通过小组计算机然后到请求中的组员的头戴器返回数据。维修小组的所有成员都能接收从远程计算机返回的数据或通过采用离散用户头戴器寻址，将返回数据限制在请求中的头戴器上。这是用主机与远程调制解调器之间的射频收发机通信进行的。实践中，射频收发机在主机与远程计算机之间的数据传输采用分组调制解调器。在数字射频无线通信中，利用分组传输通过错误检验及重发来保证数据传送的可靠性，因为在射频数据传送中干扰与衰减是常见的问题。
D.蜂窝式电话—另一种选择为在本地主机与远程计算机之间采用蜂窝式电话链路，需要远程数据的维修组员利用无线头戴器与本地小组主机链接。这是通过维修组员用无线头戴器及声音或眼睛跟踪驱动装置通过本地主计算机上的数字数据到电话调制解调器拨一个本地蜂窝式电话来完成的。这建立了与所需要的远程计算机的一条电话链路。然后这一链路用商用电话线来接触有线或蜂窝式电话号码(本地或长途)上的所需要的远程计算机。远程计算机利用其数字数据到电话调制解调器与本地主计算机建立一个调制解调器对调制解调器连接并起动数据传输。现在使用无线头戴器的本地维修组员便能向远程计算机请求数字数据了。
其它传输装置—与远程计算机通信的其它选择包括具有数据传送所要求的距离与可靠性的激光或其它通信方法。用于这些链接的场合与上述的类似。
显而易见，采用各种无线装置的移动助手(Mobile AssistantTM)(计算机产品与服务公司，Fair fax，Virginia的商标)部件之间的所有通信也能利用有线或光纤连接进行。
这种通信装置对于用户在使用本发明的移动计算机的同时定购部件或传递其它信息极有帮助。这样用户无须断开他或她与移动计算机的连接便能呼叫零部件供应商或顾问来协助手头的任务。这种通信联系可进行如下。
本发明的计算机装置可以以提供多个人员与/或计算机之间的不需要用手的电话通信的方法与电话系统接口。它们中的一个或多个可以正在用本计算机系统进行电话通信。如上所述，通信可包含但不局限于话音、数据、包括内装的测试码的查问与控制、视频图象与声音。操作可以是利用本计算机装置的声音驱动特征而不需要用手的，也可以是采用小键盘或两者的组合而手动驱动的。
可以接口的电话系统包括但不限于通常在家庭与小企业中所见的RJ-11墙上插座式、在中等与大型企业中所见的多线电话交换系统、对上述任何一种的射频通信接口与无绳组件。
基本系统包含本发明的装置，即不需要用手的身上带的计算机，该计算机带有声音驱动及头上戴的显示器、一个电话系统及两者之间的综合这两个部件之间的传统模拟声音信号与计算机数据的独一无二的电子接口。
将专用与公用电话通信综合进这一系统中是采用当前与现有计算机系统一起使用的声音/数据调制解调器完成的。调制解调器是内装在主计算机中或者作为“PCMCIA”或“PC卡”插入主计算机的。此外，头戴器中的通信装置也能利用一个内装的调制解调器通过通信装置与远程设备接口。利用本系统的通信装置可在头戴器与移动系统之间以及移动系统之间发送与接收数据及声音。
通信诸如静止计算机图形图象或活动电视等宽带、定时敏感的数据可利用诸如蜂窝式无线电或有线系统等比较窄带的通信系统。这些系统可利用能在实时速度上传输上述数据的多信道、数据压缩或两者来操作。主计算机将用来与在远程位置上的另一台计算机通信。各计算机将服务于具有显示数据与图象及用作驱动设备来控制主计算机的头戴器的用户。例如，如果利用蜂窝式电话作为无线通信装置，计算机可访问远程主计算机的蜂窝式或其它电话号码，并建立连接。当需要主计算机之间的数据传输时，用户开关到通过装设在本地主计算机中的声音/数据调制解调器的数据模式来建立数据传输。拨号与开关序列可由主机操作员用声音或其它驱动装置控制。这允许在通过电话系统保持主机的声音驱动的计算机控制的同时，将声音输入信号从本发明的装置传送到电话系统。这一接口可以集成在本发明的计算机装置中，在制造期间连接到它上面或用户安装。这一方法提供声音与数据传输之间的无缝切换以及一个或数个远距离地点之间的接收，而不打乱个人正在使用本发明的计算机装置执行的任务。
不用说本发明的移动计算机可以与诸如Novel、Banyan或Arcnet等任何要求的计算机局域网或诸如“Internet”之类的广域网接口或连接使用。
这便允许在保持电话系统的声音驱动的计算机控制的同时，将声音输入信号从本发明的装置传送到电话系统。接口可以集成在本发明的计算机装置内部，在制造期间连接在它上面或者用户装设。这一方法提供声音与数据传输之间的无缝切换及一个或多个远距离地点之间的接收，而不打乱个人正在用本发明的计算机装置执行的任务。
当与通信接口(诸如蜂窝式电话)一起使用本发明的不需要用手的计算机装置时，使用下列部件考虑用于通信接口的主要部件头戴器—包含通信接口能力。
部件头带单元显示屏包含麦克风与转换/收发装置的传感器与转换器计算机单元—也称作主计算机；也可完全与头戴器外壳集成。配置第一模式—无线头戴器对主计算机第二模式—若干无线头戴器对主计算机其它模式—若干主机对各头戴器头戴器对头戴器通信-(主要地但不限于声音，由于数据可使用头戴器电子器件内的内装式调制解调器在声音信道上传输。)本地—对另一头戴器无线链路远程通过无线传输—蜂窝式电话对电话公司系统返回到蜂窝式电话然后到另一头戴器主机对主机通信无线本地传输对另一本地主机的无线链路(本地定义为在紧靠的地理区—用于低功率通信远程无线通信—(远程定义为在紧靠的地理区以外，需要较高功率通信或干线系统。显然，用无线装置进行的所有通信也能用有线或光纤或其它适当的连接进行。各种能工作的实施例为无线模式头戴器对主机(本地)头戴器对主机(远程)头戴器对头戴器(本地)头戴器对头戴器(远程)无线传输装置射频无线电链路扩展频谱蜂窝式电话链路红外线链路定向的或不散射的散射的或万向的水下链路射频声波红外线光频链路可见光不可见光另一实施例在医务工作中使用本发明的不需要用手的带在身上的计算机。使用计算机的患者能够用不需要用手的驱动装置之一来命令计算机控制诸如神经刺激器等医学设备来练习肌肉(如防止萎缩)而控制医学设备。其它用途为控制系统来允许带脊髓损伤的患者刺激肌肉及能进行复杂到如走路等运动。允许肌肉的走路控制的现有设备包含大型计算机及预编程的命令。在不需要用手的控制环绕中使用本发明，即使更复杂的活动也能随患者的意愿命令。
图1为带有本发明的移动计算机的用户的示意性正面图。
图2为指定声音、眼睛跟踪、EEG或它们的混合中任何一种作为“驱动装置”的本发明的移动计算机的示意性方框图。
图3为展示与一台远程主计算机接触的本发明的各种驱动装置的本发明的移动计算机的示意性方框图。
图1中提供了带在用户身上的本发明的移动计算机102的部件与特征的示意图。计算机102包含一个具有固定装置的诸如系统单元106的外壳，在本实施例中为围在用户腰上来固定系统单元或外壳106的一条带或腰带104。计算机102还包括显示装置，用于接收来自系统单元106的信息并为用户或操作员显示所接收的信息。本实施例中的显示装置包括一条头带108、一个显示屏110及将显示屏110连接到头带108上的一条可调节的臂112、头带108适合于用户带在任何方便的位置上，但最好在用户的前额上，如图所示。显示屏110的位置可通过调节臂112调节使得操作员能舒服地观看显示在显示屏110上的信息。显示屏110是电连接在系统单元106上的，在本实施例中通过电缆114，但也可用其它连接装置替代。
计算机102还包含与系统单元106通信的传感器与转换器装置，用于接收来自用户的驱动(来自声音、眼睛跟踪或EGG)命令，用于将所接收的命令转换成电信号，用于识别经过转换的电信号及用于将识别出的电信号发送给系统单元106内的处理器。在本实施例中，传感器与转换器装置包含一个麦克风122，用于接收来自操作员的口头命令(或上面描述的眼睛跟踪装置或上面定义的EEG装置)。在本实施例中，麦克风(或上面描述的眼睛跟踪装置或上面定义的EEG装置)122通过电缆124电连接在系统单元106上，但本技术中的普通技术人员将理解可使用任何输入或传感器设备及输入或传感器可由用户带在某些其它位置上。
本实施例中的计算机102还包括与系统单元106通信的测量装置，用于在正在由计算机102评估的设备上执行电测量(这些评估包含，但不限于，测试、定标、故障探测、诊断与服务)。在本实施例中，测量装置包括一个可挂在腰带104上的仪器包116，该仪器包可通过电缆118电连接在要测试、分析、修理等的设备120上。在本实施例中，仪器包116还通过电缆126电连接在系统单元106上。虽然在图1中本发明是参照声音驱动装置例示的，应理解能够容易地用眼睛跟踪驱动装置或EEG来替代它，如上所述。从而，图2中的麦克风122旨在包含熟悉本技术的人员能容易地使用的眼睛跟踪装置或EEG。
图2为按照本实施例的计算机102的主要结构特征的示意性方框图。计算机102包含一条最好具有至少16位数据宽度的总线202。按照本实施例，总线202包含在系统单元106中。计算机102还包含诸如中央处理单元(CPU)204等处理器装置，它连接在总线202上并且最好也包含在系统单元106中。CPU204最好是诸如可从Intel购得的一个16、32或64位微处理器。本技术中的普通技术人员应理解，虽然最好是Intel 80386或更快的微处理器，但任何其它中央处理器或微处理器，当前可得到的或将来可得到的，都能使用。
计算机102还包括一个具有例如高达数千兆字节的随机存取存储器(RAM)的存储器206。连接在总线202上的存储器206由固态与磁性存储器件构成，且最好也包含在系统单元106中。存储器206存储一个应用程序206以及在计算机操作时的其它数据。
应用程序208可以已遵照操作员指令从磁性存储设备219(以后描述)加载到存储器206中。
计算机102还包含一个控制CPU204与某些其它部件(这里称作外围设备)之间的所有数据传送的输入/输出接口210，这些部件与CPU204通信但它们不直接连接在总线202上。输入/输出接口210最好包括一个视频接口、至少用于两个RS-232兼容串行端口的一个控制器、一个用于核心兼容的并行端口的控制器、键盘与鼠标控制器、一个软盘控制器及一个硬盘驱动器接口。然而，本技术中的普通技术人员应理解输入/输出接口210可包含与诸如以太网、Arcnet、令牌环接口等其它类型的外围设备一起使用的附加的与/或不同的接口与控制器。输入/输出接口210连接在总线202上并且最好位于系统单元106中。
计算机102还包括集体表示上述物理外围端口与伴随的电路的输入/输出连接器218。然而本技术中的普通技术人员将理解输入/输出连接器218中可包含附加的与/或其它类型的物理端口。
计算机102还包括连接在内部蓄电池239、外部蓄电池240与/或诸如传统的电源插座等AC电源上的电源转换器236。电源转换器236与内部蓄电池239最好位于系统单元106中，而外部蓄电池240位于系统单元106外部，最好挂在腰带104上。外部蓄电池通过外部电源端口连接在电源转换器236上。当计算机102用在“桌面”模式(如非便携模式)中时，可将电源转换器236连接到向计算机102供应稳压DC电力的AC电源上。当计算机102用在便携模式中时，通常将电源转换器236连接在向计算机102供应稳压DC电力的内部蓄电池239与/或外部蓄电池240上。最好只在电源转换器236不连接在外部蓄电池240或AC电源时，内部蓄电池239才向电源转换器236供应电力(及最终向计算机供应电力)。计算机102还包含一个独立的蓄电池充电器234，用于在不使用时周期性地充电内部蓄电池239及外部蓄电池240。计算机102可包含一个附着在系统单元106上的蓄电池供电的指示器，用于在外部蓄电池240与/或内部蓄电池239的电平低时进行指示。
最好，上述总线202、CPU204、存储器206、输入/输出接口210、输入/输出连接器218及电源转换器236是以本技术中的技术人员所熟知的方式用底板电路卡、处理器电路卡、存储器电路卡、输入/输出电路卡及输入/输出连接电路卡实现的。将处理器电路卡、存储器电路卡、输入/输出电路卡及输入/输出连接电路卡插入底板电路卡中。最好采用可从CO Longmont的Dover电子器件制造公司及CA Sunnyvale的Ampro计算机公司购得的IBM PC/AT兼容的与/或80386兼容的电路卡。来自Dover电子器件制造公司的电路卡占用大约2英寸×5英寸×2英寸的长方体空间，而来自Ampro的各电路卡大约为3.8英寸×3.6英寸。然而本技术中的普通技术人员将会理解，可用符合系统单元106的相对小的尺寸的任何功能上兼容的电路卡来替代可从Dover电子器件制造公司购得的电路卡。
计算机102还包括显示装置，如上面参照图1所述的本实施例中，它包含一条头带108、一个显示屏110及将显示屏110连接在头带108上的一条可调节的臂112。如图2中所示，显示装置还包括一个显示屏驱动器模块214，它最好位于系统单元106中，但它也可位于系统单元106外部邻近显示屏110处。显示屏驱动器模块214将从CPU 204(通过输入/输出接口210、总线202及输入/输出连接器218)接收的显示信息(即要为操作员显示的信息)转换成视频信号，将它们送至显示屏110并与之兼容。显示屏驱动器模块214具有熟悉本技术的人员公知的标准设计。
驱动装置122与模块222可以是声音、眼睛跟踪或EEG装置或它们的混合物。
显示屏110最好是称作“目镜监视器”的小型监视器，它提供与传统的12英寸监视器等效的显示(即大约25行，每行80个字符)，但它具有对角线长度大约为1英寸的观察屏。由于显示屏110位于紧靠操作员的眼睛且由操作员的头部支承，因此它随操作员头部运动，操作员无须离开其工作台(例如正在修理一台设备的地方)只须从正在修理的设备看一眼显示屏110便能看见显示屏110上的信息。因此，如上所述显示屏110方便了对包含在电子数据库中的信息的检索，由于无须使操作员的注意力从其工作上明显地分散便能看见这些信息。
本技术中的普通技术人员将理解，显示屏110及显示屏驱动器模块214能用当前或未来可得到的任何视频技术实现，诸如彩色图形适配器(CGA)、及增强的图形适配器(EGA)、视频图形阵列(VGA)、及超级VGA。然而，按照本实施例，显示屏110及显示屏驱动器模块214是用著名的单色与彩色视频图形阵列(VGA)技术实现的。VGA目镜监视器可从MA，Taunton的Kopin购得，它生产及销售AMLCD监视器。VGA目镜可用提供彩色或单色计算机显示的矩阵中的有源薄膜晶体管(TFT)操作。这些设备是为工业制造的并且是本技术中的人员周知的。同时，按照知名的彩色光闸轮技术操作的VGA目镜监视器当前已能从诸如Oregon，Beaverton的Tekfronix公司生产的NucolorTMShutters等来源得到。虽然较佳的显示屏是位于左或右眼前方的一块单一的屏幕，但具有两个或更多屏幕的双目头戴显示器(HMD)也能使用。这可以是密闭的(所有上方与侧面视线都是遮蔽的，使用户只能涉及屏幕上的图象)或者作为用户的部分视线使用户能从显示器的上方或下方观看。这些设备在现实的实际新技术或需要立体视图来涉及显示的信息时具有实用性。显示装置也可以用附着在系统单元106上的平板显示屏来替代。平板除了当前流行的液晶显示器(LCD)及薄膜晶体管(TFT)(有源矩阵)设计以外，可包括诸如Silicon Vidco，Texas仪器公司及Micron Technology生产的场致发光显示器(FED)。
图3中，方框图包含以下各装置在显示系统框246中—显示屏模块247为一传统VGA设备驱动器—显示屏248为实践本技术者可购得的模块所驱动的大约1平方英寸的有源TFT(薄膜晶体管)显示器—替代显示屏249为能插入一个标准9针(DB9)插座的VGA或EGA彩色或单色CRT监视器。这允许以标准的桌面模式使用计算机。
在处理器系统框250中—处理器单元251，处理器单元或中央处理单元(CPU)最好是能从Intel购得的80×××系列的16、32或64位微处理器。如果愿意，也可采用任何其它适当处理器。
—存储器框252可具有高达数千兆字节的随机存取存储器(RAM)，并在系统正在操作时连接在总线253上及存储一程序。
—存储器模块254最好是包含在系统单元中并且是具有相对地大的存储容量的静态、读/写存储器，诸如可拆卸或不可拆卸的硬盘驱动器(包存储器与读/写光学存储器。在存储设备254可拆卸的实施例中，系统单元包含一个外部槽用于允许操作员插入与卸下可拆卸的存储盘。可选用的存储设备可以是诸如CD-ROM等只读存储器。磁性存储设备最好包含80兆字节至一千兆字节存储器。适合于用作磁性存储设备并具有与系统单元相容的尺寸的磁性存储设备为诸如Integral、Connor、Seagnte与Syquest等各种制造商生产与销售的。磁性存储设备中存储一个数据库(可以是ETM或IETM)，它可以是事先从通过输入/输出连接器上的一个端口连接在计算机上的软盘驱动器，或者从通过分组交换部件与天线或直接用电缆经由连接在计算机上的电信链路的一台远程计算机加载进磁性存储设备的，它还包含存储的程序。
在总线框253中，—在本实施例中总线253为至少16位的并行互连总线。
在控制驱动系统框255中—本公开中所描述的眼睛跟踪模块266包含低光线ccd感测装置及一个IR照明器—眼睛跟踪识别模块257包含将来自ccd感测装置的信号转换成处理器用来驱动光标定位的命令及其它编程的命令的电路。这些电路是在本公开中描述的并为精通本技术的人员所熟知的。
—EEG/肌肉模块258包含位于头部的感测电极，用于感测脑电波的变化及肌肉运动产生的电信号。
—EEG/肌肉识别模块259包含放大器装置与转换装置，它们的作用为产生处理器作为命令解释的信号。
—声音识别模块261包含解释来自麦克风的电信号并将它们转换成用于处理器的命令的处理器及将来自处理器的数据流转换成耳机中的可听见的语音的电信号的处理器。这些电路是如本申请中所描述的本技术中已知的。
在通信系统框262中—声音/数据开关263包含本技术中周知的电路，它们在接收命令时在两个输出端之间切换一串电信号。这些命令是处理器响应控制通信事件的程序生成的。
—分组调制解调器264包括将数字数据信号转换成能在一条相对地窄的带通信号信道上传输的编码输出信号的一个双向调制解调器(通常为PAM或脉冲调幅)。再者，编码信号是连同检错能力分段成信号分组的，如果不是以完整状态接收时，信令重发该分组。这一模块的电路对精通本技术的人员是熟知的。
—开关模块(数据)265是由来自处理器的命令控制的一个数据方向开关，它为来自移动计算机的数据的无线传输确定一条路径。
—红外线数据模块266为接收来自分组调制解调器264的数字数据并制备导致红外线传感器267放射经过调制的红外线波的电信号的电路。这些电路是本技术中熟知的并在诸如数据采集器与处理器与键盘之间的无线连接等设备中采用。
—蜂窝式电话模块268基本上是设计成连接在便携式计算机上的蜂窝式电话。包含这些电路的设备可在大多数店中购得，从销售蜂窝式电话的店到诸如Motorola等制造商。任何已知的适当电源系统269可用于本发明的系统。
电视摄象机273包含能有高清晰度输出的小型电视摄象机。摄象机可以是能够产生传统NTSC电视信号或特定应用所要求的更高清晰度扫描的单色或彩色摄象机。视频接口模块274包含用于视频帧或运动捕捉、增强、压缩及输出到计算机总线253的电路。输出中包含参照帧捕捉，供传输给上述总线供每“X”帧间隔存储的(由正在使用的特定应用确定)。带断续的捕捉到的帧的选用的直接视频通信是顺序或并行执行静止与运动视频的另一种选择。上述电路是本技术中普通的并可购买。医学设备控制器275包含许多设计成执行医学过程或患者治疗的专门医学设备中的任何一种。这些设备包括肌肉刺激器、病床位置控制、紧急呼叫器及各种医学单元中任何一种，它们能在不需要用手的环境中为患者执行动作或测量与监视患者的身体状况与功能。全球定位系统276包含响应用来自若干卫星发射机的交叉参照信号确定接收机的纬度与经度的全球定位系统卫星的接收机。GPS接收机可在市场上以许多尺寸及形式指标购得。对总线277的无线接口包含选用的无线接口电路，它们允许对总线的通信与主通信系统分离供与主通信系统不兼容的特殊应用使用。
在附图中示出并在这里描述了本发明的较佳与最佳实施例，以展示本发明的基本原理，但应理解可以不脱离本发明的精神与范围而作出无数修改与衍生物。
权利要求
1.一种不需要用手的计算机装置包括电连接的一个计算机外壳，一个计算机显示装置、不需要用手的驱动装置及固定装置，所述固定装置用于至少将所述计算机显示装置与所述驱动装置附着在用户上，所述计算机外壳中装有用于存储以前输入的信息的装置，处理器装置，在所述外壳中并与存储装置通信用于按照一个存储的程序接收、检索及处理信息与用户命令，与处理器装置通信的传感器与转换器装置，用于接收来自用户的驱动命令，用于将所述命令转换成电信号供识别转换的电信号及用于将转换的信号发送到所述处理器装置，所述处理器装置包括用于识别转换的电信号中的命令及用从存储装置中检索及输出对应的信息来响应所识别的命令的装置，所述计算机显示装置与处理器装置通信用于接收从处理器装置输出的信息及用于显示所接收的信息，以及用于将计算机显示装置带在用户身上使得计算机显示装置不需要用手地带在用户看得见的地方的装置，以及其中的计算机装置能够只利用不需要用手的驱动命令以不需要用手的方式进行操作来显示所接收的信息，以及在计算机外壳上提供一个连接到处理器装置的内部总线上的可接受开口的装置，其它内部计算机部件包含存储装置在内也与内部总线通信，用于将一个外部存储设备暂时插接在总线上供只使用所述驱动装置在内部存储设备与外部存储设备之间传送数据的装置，以便在数据传送期间允许计算机的不需要用手的操作。
2.权利要求1的计算机装置，其中只有所述计算机显示装置与所述不需要用手的驱动装置带在用户身上及所述计算机外壳是从用户身上解下且位于远程位置上的。
3.权利要求1的计算机装置，其中所述计算机外壳、所述计算机显示装置及所述不需要用手的驱动装置是带在用户身上的。
4.权利要求1的计算机装置，其中所述不需要用手的驱动装置选自包含声音驱动装置、眼睛跟踪驱动装置、脑电图驱动装置及它们的混合物的组中。
5.权利要求1的计算机装置，其中所述计算机装置具有用于与一台第二独立的移动计算机装置的一个独立计算机外壳交互作用与通信的装置。
6.权利要求1的计算机装置，其中所述计算机装置具有与一台第二独立的移动计算机装置的一个独立的计算机显示装置交互作用与通信的装置。
7.权利要求1的计算机装置，其中所述计算机装置具有用于与选自包括蜂窝式电话、有线电话、红外线收发机、双向无线电装置及它们的混合物的组中的通信装置通信与交互作用的装置。
8.权利要求1的计算机装置，其中所述不需要用手的驱动装置包括用于传送声音命令的装置及一个声音识别模块。
9.权利要求1的计算机装置，其中所述不需要用手的驱动装置包括眼睛跟踪装置。
10.权利要求1的计算机装置，其中所述不需要用手的驱动装置包括协调工作的脑电图驱动装置与响应来自头部区中的肌肉的电信号的驱动装置。
11.权利要求1的计算机装置，其中所述以前输入的信息包括选自包含电子技术手册、交互式电子技术手册及它们的混合物的组中的部分。
12.权利要求1的计算机装置，其中所述不需要用手的驱动装置包括用于识别来自眼睛跟踪设备的一个转换后的电信号的装置，所述眼睛跟踪设备包括用于将所述眼睛跟踪设备放置成与用户视线接触的装置、用于确定用户的眼睛瞳孔中心的装置，用于确定显示器上用户正在观看的一个点的装置，将所得到的信息电传输给所述计算机外壳的所述装置。
13.权利要求1的计算机装置，其中所述不需要用手的驱动装置选自由与头部及手臂跟踪装置联合工作来控制计算机输出的声音驱动装置、眼睛跟踪驱动装置、脑电图(EEG)驱动装置及它们的混合物构成的组中。
14.权利要求1的计算机装置，其中所述不需要用手的驱动装置包括与头部及手臂跟踪装置协调工作及联合行动来控制计算机输出的脑电图(EEG)驱动装置及响应来自头部区中的肌肉的肌动电流记录图(EMG)信号的驱动装置。
15.权利要求1的计算机装置，其中所述不需要用手的驱动装置在计算机用户的控制下控制与/或接收来自诸如肌肉刺激器等医学设备的输入。
16.权利要求1的计算机装置，其中所述识别装置还包括用于响应从眼睛跟踪传感器导出的电信号在显示装置内定义一个图象的定位的装置，以及响应眼睛对向显示设备观看区的尽头的运动来移位显示设备的观看区以允许用户在大于显示设备的正常观看区的一个图象上扫描的装置。
17.权利要求1的计算机装置，其中所述计算机外壳、所述计算机显示装置及所述驱动装置组合成由用户带着的一个单一外壳。
18.一种用紧致的自含的便携式计算装置为用户不需要用手检索与显示信息的方法，包括下述步骤提供与利用包括一个驱动装置、一个存储装置及用户不需要用手携带的具有由计算机提供的带在用户身上允许用户以不需要用手的方式观察一个图象的计算机显示器的处理器装置的一台移动式不需要用手的计算机，利用翻译成计算机命令的驱动命令来命令计算机的操作，以允许使用所述驱动命令不需要传统的键盘及以不需要用手的方式进行操作，提供一个装置，用于将一个外部存储设备暂时插接在电连接处理器装置的处理器装置的总线上，只用所述驱动命令来起动与控制传送而在内部存储设备与外部存储设备之间传送数据。
19.权利要求18的计算方法，包括提供眼睛跟踪传感器装置作为所述驱动装置，眼睛跟踪传感器装置以不需要用户用手支承的方式带在用户眼睛附近并跟踪用户的眼睛的眼睛运动，将眼睛运动转换成信号，将转换的电信号作为命令发送给计算装置，所述声音命令与眼睛运动命令协调工作来控制计算装置。
20.权利要求18的计算方法，其中所述驱动装置包括以不需要用户用手支承的方式感测用户头部区中的电与肌肉改变的装置，以及将这些改变转换成电信号，并将转换的电信号作为驱动命令发送给处理器装置，从感测到的用户的电与肌肉改变产生的所述驱动命令协调工作来控制计算装置。
21.权利要求18的计算方法，其中所述包含声音驱动装置的驱动装置是以不需要用户用手支承的方式提供的，及将这些改变转换成电信号及将转换的电信号作为驱动命令发送到处理器装置，从用户的声音命令生成的所述驱动命令协调工作来控制计算装置。
22.一种计算方法，在一台移动计算机正在同时捕捉所有帧上的选择的图象供处理时，用于不需要用手地或手持摄象机捕捉完全运动的通信视频图象或静止图象。
全文摘要
本发明涉及身上带的不需要用手的计算机系统。该系统不依靠键盘输入或驱动装置，但具有各种全都不需要用手的驱动装置。该系统能与其它系统。其它系统部件及通信装置一起使用。同时，本系统的各种部件可以带在身上或在需要时放在不连接的位置上。
文档编号G06F3/01GK1149157SQ9611177
公开日1997年5月7日 申请日期1996年8月27日 优先权日1995年10月2日
发明者E·G·纽曼, M·D·詹金斯, S·J·许瓦兹 申请人:齐伯瑙特有限公司