專利名稱：眼睛操縱的控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及眼睛操縱的控制器，更具體地，涉及利用由眼運動產(chǎn)生的眼動電信號(EOG)及肌肉運動產(chǎn)生的肌動電信號直接地與計算機或電視游戲機對話的裝置。
過去的數(shù)年以來，對話式電視游戲機獲得了普遍性的廣泛傳播。獨立式游戲機已經(jīng)安裝在店廊、飯店、電影院及另外公眾易至的場所。此外，電視游戲機又以標準電視機附件的形式進入了家庭娛樂市場。這些電視游戲機需要使用“操縱桿”、“跟蹤球”或另外的用于玩游戲機的手動輸入裝置。為了熟練地玩這些游戲機就需要大量的“手眼”配合。
相似地，個人計算機的應用同時在工作單位及在家庭中也已增長。許多運轉(zhuǎn)個人計算機的操作是用“鼠標器”(“mouse”)控制顯示器上光標的位置來實現(xiàn)的。
此外，對于相當多的殘疾人缺乏合適的電機控制以操作手動或腳動開關，或另外形式的控制，因而需要操作設備的替代裝置。
數(shù)年來已經(jīng)開發(fā)了多種類型的系統(tǒng)，使能僅利用眼睛的運動控制計算機或機械。例如，美國專利US3462604號(1969年8月19日授予馬森(Mason))公開了基于由眼視網(wǎng)膜反射的光線與眼前表面反射的光線的比較確定眼睛定向的測眼計。光射入眼球，在眼處同時由眼前表面及眼后面的視網(wǎng)膜反射出來。一個檢測系統(tǒng)觀察反射的圖象，并由這些反射圖象的相對位置確定眼的位置。
美國專利US4109145號(1978年8月22日授予格拉夫(Graf))，公開了一種用于眼睛定向的“視線”檢測裝置。利用測眼計或另外的視線確定裝置監(jiān)測眼睛的定向，該裝置測量出操作者眼睛保持在相應于特定控制功能的視線位置上的時間間隔。如果該視線位置被保持得長于一預定時間，則該裝置產(chǎn)生一個控制信號。
美國專利US3986030號(1976年10月12日授予泰耳切爾(Teltscher))，公開了一種用于截癱者或另外失去能力者的可由眼轉(zhuǎn)動操作的鍵盤附件。該裝置包括一個將光線射入操作者眼睛的光源及多個響應光線的傳感器，后者由操作者眼睛來的反射光線啟動。該傳感器連接到由眼運動控制起動裝置的鍵盤上。
美國專利US4081623號(1978年3月28日授予伏加利(Vogaley))，公開了使用光源、幅射傳感器、指令識別器及顯示單元檢測操作者以特定編碼序列的眨眼。該眨眼信號被解碼并被使用來撥電話號碼或控制一件機械。
美國專利US3507988號(1970年4月21日授予福爾摩斯(Holmes))，公開了一種窄帶電視系統(tǒng)，它具有與人眼相似的分辨率特性，并能高度分辨出發(fā)射場部分，它的位置是根據(jù)觀察者的視線變化的。通過反射光線的應用確定眼的位置。
美國專利US3724932號(1973年4月3日授予康斯威特(Cornsweet)等人)，公開了一種裝置，其中眼睛充滿了光線，以使得由眼睛的反射表面形成多個普爾欽(Purkinje)圖象。利用將圖象在一轉(zhuǎn)盤上成象檢測到二個普爾欽圖象，該轉(zhuǎn)盤具有多個矩形的槽孔，普爾欽圖案穿過槽孔進而成象在一光檢測器上。利用監(jiān)測普欽圖象的分離度來確定眼睛光軸的方向。
美國專利US4866299號(1989年6月12日授予夏芬貝格(Scharfenberg))，公開了一種用于將光信號投射到耳機上的裝置，致使載耳機者能觀察到與直接看到的周圍影象分離的或重疊的圖象。
美國專利US4651145號(1987年3月17日授予塞特爾(Sutter))，公開了一種眼腦圖象對話系統(tǒng)，其中具有特殊碼的視覺刺激信號被傳送給操作者并監(jiān)測操作者的腦電圖(EEG)信號。該碼能被操作者的EEG信號識別，因此，顯示器上的符號通過觀看能簡便地被選擇它。
美國專利US4576184號(1986年3月18日授予維斯特曼(Westerman))，公開了一種基于角膜-視網(wǎng)膜電勢和/或腦電波并利用電眼球震顫描記儀(ENG)檢測毒品攝取量的裝置。
上述各專利中公開的多種系統(tǒng)的缺點在于使用了由眼睛反射的光，就易于受另外光源的干擾，另外一些系統(tǒng)需要特殊的視覺刺激信號供給操作者，并需要相應的用于監(jiān)控的反應碼。
與已公開的系統(tǒng)相比，本發(fā)明好在復雜性小，更為可靠及更為精確。十分意想不到的是EOG信號所表徵的眼運動電信號能被應用在多種用途中。
還可參見論文“由人的生物電信號產(chǎn)生的音樂”(Hugh S.Lusted及R.Benjamin Knapp1989年1月18日，發(fā)表于美國科學進步協(xié)會155屆會議，舊金山)。
根據(jù)本發(fā)明的一種構思，在于提供一種眼睛操縱控制器，它包括用于傳感由眼運動產(chǎn)生的眼動電信號的裝置;用于將眼的電信號處理成表徵眼運動方向的方向控制信號的裝置;及將該方向控制信號連接到受控制裝置上的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一種構思，在于提供一種眼睛操縱控制裝置，它包括用于傳感由身體的生理活動產(chǎn)生的電信號的裝置;用于放大該電信號的裝置;用于選擇性地從放大的電信號中濾出由眼運動產(chǎn)生的眼動電信號的裝置;用于區(qū)分由垂直眼運動及水平眼運動產(chǎn)生的眼動電信號的裝置;用于將由垂直眼運動產(chǎn)生的眼動電信號轉(zhuǎn)換成代表向上及向下眼運動的垂直控制信號的裝置;用于將由眼的水平運動產(chǎn)生的眼動電信號轉(zhuǎn)換成代表向左及向右眼運動的水平控制信號的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的又一構思，在于提供一種由人的生理活動產(chǎn)生的電信號控制一裝置的方法，包括下列步驟傳感由眼運動產(chǎn)生的眼動電信號;將眼動電信號處理成代表眼運動方向的方向控制信號;及將該方向控制信號連接到受控裝置上。
本發(fā)明涉及一種新的對話技術能夠作到與計算機、電視游戲機或另外的裝置直接地對話，只要簡便地使用眼運動和/或面部肌肉收縮。
在本發(fā)明中所公開的眼操縱控制器的原理是由眼運動產(chǎn)生的眼動電信號(EOG)，EOG信號即為眼運動的電特征。本發(fā)明優(yōu)選使用放置在操作者頭部的傳感器來檢測水平及垂直方向的眼運動。該EOG信號被放大及被處理，以提煉出代表輸出指令的有用特征，例如對計算機屏幕上光標的控制指令。以此方式，在一電視顯示器上精確光標位置可被反映成相應于眼光注視點的位置。由于能使EOG信號的各種特性變換成各種可選擇的輸出指令，信號處理器對系統(tǒng)提供了靈活性。
此外，由面頰肌肉運動產(chǎn)生的肌動電信號(electro-myo-gram Signals)可被利用來重復開關的操作。例如眨兩下眼睛可轉(zhuǎn)換成鼠標器的“喀嚦”發(fā)聲操作，而正常的單次眨眼可被忽略。并且，特定的眼運動模式可編為程序以觸發(fā)計算機的功能，例如在電視顯示器的一個區(qū)域中選擇信息而不是在另一區(qū)域中選擇。
本發(fā)明優(yōu)選地使用眼動電信號檢測運動。本發(fā)明能簡便地利用移動操作者的眼睛控制計算機電視顯示器上光標的位置，并對殘疾者提供一種計算機輸入裝置。
本發(fā)明也對計算機，電視游戲機及類似裝置提供了一種替代的輸入裝置，它利用眼運動代替了計算機的“鼠標器”或類似物。
本發(fā)明還可利用眼運動取代電視游戲機的“操縱桿”或類似物，可使人方便地提高玩電視游戲機的技巧。
參照下列附圖可更全面地理解本發(fā)明，這些附圖僅是用于說明的目的。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種眼睛操縱控制器的工作原理圖;
圖2為本發(fā)明的電部件概要框圖;
圖3為圖2中所描繪的裝置的測量放大器部件的概要框圖;
圖4為圖2所描繪的裝置的低通濾波器的概要框圖;
圖5為圖2中所示裝置的高通濾波器的概要框圖;
圖6為圖2中所示裝置的差分比較器的概要框圖;
圖7為圖2中所示裝置的信號輸出通道比較器的概要框圖;
圖8為圖2中所示裝置的光隔離開關部件的概要框圖;
圖9為圖2中所示裝置的均方根-直流值變換器的概要框圖;
圖10為本發(fā)明另一實施例的電部件的概要框圖;
圖11為本發(fā)明的傳感器組件的透視圖。
為了更準確地參考附圖，本發(fā)明的一個用于說明發(fā)明目的的實施例是用來作“操縱桿”功能的，它被描繪在圖1，圖2及圖10上?？梢岳斫庠撗b置的構型與部件細節(jié)在不脫離本申請公開的基本構思范圍上是可以作出變化的。
一種眼動電信號(EOG)是人眼球相對于頭部運動所產(chǎn)生的電信號軌跡的記錄。利用在眼周圍放置的電極，檢測由眼運動產(chǎn)生的信號，并且放大及濾波該電生理信號，將EOG信號記錄下來。為了檢測眼的垂直運動，電極放置在高于及低于眼的部位上。為了檢測其水平運動，電極被置于太陽穴上。
當在電極檢測的電場中眼睛動動時就產(chǎn)生EOG信號。眼睛本身的作用相當于偶極子(或電池)。其角膜相當于正極，而視網(wǎng)膜相當于負極。
例如，若電極被對稱地布置在眼的每一側(cè)上，當一只眼睛正視前方時，該偶極子對于電極所檢測的電場是直角，故產(chǎn)生的輸出為零。當該只眼睛運動時，就具有以向正前方看的位置為參考的電壓漂移。
眼睛的運動產(chǎn)生了非常低頻率的電信號(接近0.1至2赫茲)，事實上相對于穩(wěn)態(tài)輸出(向正前方看的位置)產(chǎn)生了一個隨時間變化的信號。該信號的幅值很低，并且需要放大及濾波才能使其成為有用的信號。此外，放大器需具有優(yōu)良的低頻響應以防止信號損失。
需鄭重指出，為使EOG信號成為有用，必須濾去其它的由生理產(chǎn)生的信號。例如，一個EOG信號可由幅度及頻率來區(qū)別于一個電腦圖象(EEG)信號。EEG信號是一腦電波信號，它有較高的頻率(均為5至50赫茲)，這是由于大量的腦神經(jīng)細胞同步地激發(fā)引起的。EEG信號典型地是由放置于頭皮上的傳感器記錄的，并且其幅值比EOG信號低得多(對于EEG信號為100微伏，相對的EOG信號為1毫伏)。因而EOG及EEG信號能利用頻率及幅度進行分離。
由肌肉運動產(chǎn)生的肌動電信號(EMG)的強度依賴于參與肌肉收縮的肌肉細胞數(shù)而發(fā)生變化。EMG信號的幅度典型地約為1毫伏，而具有的頻率范圍接近于100至4000赫茲。因而EMG信號也能通過頻率及幅值進行分離。
參照圖1，一個人類操作者10在其頭上帶著傳感器組件12。這里必須指出，本發(fā)明的應用并不局限于人類，也可擴展到被動物使用。
傳感器組件12經(jīng)由傳感器導線14及16與EOG控制處理器18相連接，EOG控制處理器18通過多個內(nèi)部連線20與裝置22相連接。裝置22可以為一個計算機，電視游戲機或是受控制的其它儀器。當操作者10在任何方向上移動其眼睛時，操作者10能與電視顯示屏24或控制裝置22產(chǎn)生相互聯(lián)系，如文中所述。
參照圖2，測量放大器26放大水平EOG倍號，其放大倍數(shù)為10，000左右。測量放大器26是一種高阻抗、寬頻帶放大器、其頻率響應可低至0.1Hz，并且其噪聲系數(shù)小于5微伏。測量放大器26是差分放大器，它從傳感器導線14接收正及負的水平EOG信號。圖3表示測量放大器26的概要框圖。測量放大器26可包括通用的運算放大器，例如LM363測量放大器，及分立元件或類似的元器件。
該測量放大器26的輸出由低通濾波器34及高通濾波器36濾波。低通濾波器34經(jīng)由內(nèi)部連線30與測量放大器26相連接。高通濾波器36也經(jīng)由內(nèi)部連線30與測量放大器26相連接。
低通濾波器34將EOG信號與經(jīng)測量放大器26放大的EEG、EMG及另外的放大信號進行隔離，并僅使濾波后的EOG信號傳送到差分比較器46，低通濾波器34具有的截止頻率約為1.0Hz，并且僅接收具有低于截止點頻率的信號。因而，低通濾波器34能將EOG信號與另外具有較高頻率的信號，如EEG及EMG信號區(qū)別與分離開。
圖4表示低通濾波器34的概要框圖。低通濾波器可包括通用的運算放大器，例如TL064四芯器件中的運算放大器，及分立元件或類似的元器件。
高通濾波器36將EMG信號與被測量放大器26放大的信號，如EOG、EEG以及另外的放大信號分離開，并僅使濾波后的EMG信號傳送到將均方根值轉(zhuǎn)變成直流值的轉(zhuǎn)換器48(RMS-DC轉(zhuǎn)換器)。高通濾波器36的截止頻率為100，0Hz左右并且僅接收具有截止點以上頻率的信號。高通濾波器36因此可將由肌肉收縮產(chǎn)生的EMG信號與具有低頻的信號EOG及EEG區(qū)分與分離開。該EMG信號可用作按“鼠標器”上或者其它裝置上的按鈕或鍵相似的開關。
圖5表示高通濾波器36的概要框圖。高通濾波器36可包括通用的運算放大器，例如TL064四芯器件中的運算放大器，及分立元件或其它類似元器件。
差分比較器46通過內(nèi)部連線40與低通濾波器34相連接。差分比較器46將放大及濾波后的水平EOG信號與一正及負參考電壓相比較。如果EOG信號的幅值超過正的參考電壓，則差分比較器46啟動隔離開關66。如果EOG信號的幅值比負的參考電壓還負，則差分比較器46啟動隔離開關68。這就形成了眼睛向左或右方向的注視與操縱桿操作方向之間的直接對應。
圖6表示差分比較器46的概要框圖。差分比較器46包括具有正及負參考電壓的差分比較器，用以區(qū)別眼睛向左及向右的運動，以及具有兩個輸出通道用來區(qū)分眼睛向左及向右的運動。
差分比較器46用于將EOG信號的幅值與一預置閾值電平相比較，以使得由眼睛的“雜散”運動產(chǎn)生的信號被忽略掉，并僅使分眼睛有意識的運動相應的信號轉(zhuǎn)換成控制信號。
差分比較器46可包括通用的運算放大器，如TL064四芯器件中的運算放大器，及分立元件，或與它們相似的元器件。
RMS-DC轉(zhuǎn)換器48通過內(nèi)部接線42與高通濾波器36相連接，并產(chǎn)生一電壓觸發(fā)電平，以響應由肌肉運動產(chǎn)生的EMG信號。RMS-DC轉(zhuǎn)換器48在1.0秒左右的周期時間對EMG信號進行積分，并產(chǎn)生一個放大的直流輸出信號，該信號正比于與EMG信號相關的能量。
圖9表示RMS-DC轉(zhuǎn)換器48的概要框圖。RMS-DC轉(zhuǎn)換器可包括通用的運算放大器，例如在TL064四芯器件中的運算放大器。及分立元件，或與它們相似的元器件。
RMS-DC轉(zhuǎn)換器48的輸出通過內(nèi)部接線52與比較器54相連接。比較器54將EMG信號與一預定的參考電壓相比較，在EMG信號超過參考電壓時輸出一個+5伏的信號。以此方式，由肌肉的“扭動”或是另外的由肌肉圍繞頭部的明顯運動可作為“觸發(fā)器”式控制或是類似于按被操作裝置上的一個按鈕或是啟動其上的一個開關的操作。雜散的肌肉運動被忽略掉，只有由有意識的運動產(chǎn)生的EMG信號被轉(zhuǎn)換成控制信號。
圖7表示比較器54的概要框圖。比較器54可包括通用的運算放大器，例如TL064四芯器件中的運算放大器，及分立元件，或與它們相似的元器件。
由傳感器導線16來的垂直EOG信號，以對待水平信號相似的方式，被放大、濾波及處理。其區(qū)別在于EMG信號沒有從垂直輸入通道中分離出來及被處理。測量放大器28的結(jié)構和工作與測量放大器26相同，并通過內(nèi)部連線32與低通濾波器38相連接。低通濾波器38在結(jié)構上和工作上與低通濾波器34相同，并且通過內(nèi)部連線44與差分比較器50相連接。差分比較器50在結(jié)構上和工作上與差分比較器46相同。
隔離開關66經(jīng)由內(nèi)部連線56可與差分比較器46相連接，并作為一個對差分比較器46傳送來的向左眼運動信號產(chǎn)生響應的開關。
隔離開關68經(jīng)由內(nèi)部連線58與差分比較器46相連接，并作為一個對差分比較器46傳送來的向右眼運動信號產(chǎn)生響應的開關。
隔離開關70經(jīng)由內(nèi)部連線60與比較器54相連接，并作為一個對肌肉“扭動”或另外明顯的肌肉運動產(chǎn)生響應的開關。
隔離開關72經(jīng)由內(nèi)部連線62與差分比較器50相連接，并作為一個對向上眼運動產(chǎn)生響應的開關。
隔離開關74經(jīng)由內(nèi)部連線64與差分比較器50相連接，并作為一個對向下眼運動產(chǎn)生響應的開關。
多個隔離開關66、68、72及74實現(xiàn)了電視游戲機“操作桿”的功能，由此使得使用者能在一電視屏幕上將一兩維目標移動到任何一點上。由隔離開關傳出的控制信號也可被用來控制計算機顯示器上光標的位置。每個開關由差分比較器46或差分比較器50傳送來的5V信號啟動，隔離開關66、68、72及74各自徑連線76、78、82及84連接到受控的裝置上。
隔離開關70是由肌肉的“扭動”啟動的，它被連接到游戲機輸入接口上，起游戲機選擇按鈕功能的作用。例如用于“空中大戰(zhàn)”游戲中的“開火控制”按鈕。隔離開關70經(jīng)由連接線80與受控裝置相連接。
參照圖8，每個隔離開關與計算機、電視游戲機、或另外受控裝置的電輸入端形成光隔離。每個隔離開關可以是一個四芯器件，如HSR-8200或類似器件中的每個光隔離開關，或包括分立元件，或與其類似的元器件。
一個計算機的“鼠標器”可以在如圖10的所示電路中加進一個電壓-頻率轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。一個鼠標器與一個操縱桿區(qū)別之處在于操縱桿閉合相應于“向左”、“向右”、及“向上”、“向下”運動的開關，而鼠標器產(chǎn)生相應于“向左”、“向右”、“向上”及“向下”運動的一系列脈沖。在給定方向上的運動量反映為所產(chǎn)生的脈沖數(shù)目。
參照圖10，用作鼠標器電路與用作操縱桿電路的差別在于對放大及濾波后EOG信號的處理不同。對于水平方向運動，由低通濾波器34傳出的EOG信號被分解為正半波整流器150整流的正向直流電壓分量及由負半波整流器152整流的負向直流電壓分量。由正半波整流器150產(chǎn)生的正電壓表示向右方向的運動，而由負半波整流器152產(chǎn)生的負電壓代表向左方向的運動。
正半波整流器150及負半波整流器152經(jīng)由公共連接線40與低通濾波器24的輸出端相連接。
正半波整流器150的正輸出電壓被電壓-頻率轉(zhuǎn)換器166轉(zhuǎn)換成脈沖，該轉(zhuǎn)換器166經(jīng)由連接線158連接到正半波整流器150的輸出端。電壓-頻率轉(zhuǎn)換器166產(chǎn)生一連串的脈沖，它的頻率直接地與正半波整流器150輸出的正電壓電平成正比。當該電壓上升時，其頻率增高，并由此使每給定單位時間的脈沖數(shù)增多。由該電壓-頻率轉(zhuǎn)換器166產(chǎn)生的脈沖數(shù)代表在向右方向的運動量。
電壓-頻率轉(zhuǎn)換器166可以是LM331器件及分立元件，或是與它們相似的元件。
由電壓-頻率轉(zhuǎn)換器166產(chǎn)生的脈沖然后驅(qū)動隔離門182，后者經(jīng)由連接線174與電壓-頻率轉(zhuǎn)換器166相連接。隔離門183用作與一計算機或另外裝置的串行輸入端接口用的光隔離門，它可為HP6N138器件或類似器件。隔離門183經(jīng)由連接線190與一計算機或另外裝置的串行輸入端相連接。
對于向左方向的運動，由負半波整流器152輸出的負輸出電壓被電壓-頻率轉(zhuǎn)換器168轉(zhuǎn)換成脈沖，該轉(zhuǎn)換器168經(jīng)由連接線160與負半波整流器152的輸出相連接。電壓-頻率轉(zhuǎn)換器168與電壓-頻率轉(zhuǎn)換器166除以下外均相同前者的輸入端包括一個轉(zhuǎn)換器，用以將負半波整流器152的負電壓轉(zhuǎn)換成合適驅(qū)動該電壓-頻率轉(zhuǎn)換器的正向電壓。
當眼睛正視前方時，由測量放大器26檢測到?jīng)]有電壓差，并且正半波整流器150的輸出以及負半波整流器152的輸出均為零。相對于中心(前視)，眼睛向右方向的運動產(chǎn)生一正電壓，而向左方向的運動產(chǎn)生一負電壓。因而，所產(chǎn)生的脈沖在某一時刻代表的是僅為一個方向運動。
垂直方向眼的運動以對待水平方向運動相同的方式被轉(zhuǎn)換成脈沖，可以看到，在圖10中所示電路的垂直運動部分是與該電路中水平運動部分處處相同的。
參照圖11，傳感器組件12經(jīng)由連接輸入通道的連接導線14及16與EOG控制器18相連接。傳感器組件12通常包括一個由皮革、塑料或其它半剛性材料做的頭圈98，它圍繞在操作者10的頭部。頭圈98的配合是由調(diào)整鈕100調(diào)整的。調(diào)整鈕100調(diào)節(jié)調(diào)整帶102相對于頭圈98的位置。利用轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)鈕100，可使頭圈98在操作者10頭上的貼緊程度受到改變。應該注意到，還有許多另外的裝置可用來使傳感器組件12附著在操作者10上，并且可調(diào)節(jié)它使其適應操作者10。
傳感器組件12包括水平輸入電極90，對偶輸入電極91，參考電極92，及垂直輸入電極93。對偶輸入電極91同時地用作水平輸入及垂直輸入電極。這些電極典型是由銀網(wǎng)布或另外合適的柔性電材料制成的。
電極90及91在傳感器組件12的側(cè)面彼此對置，以使得當操作者10帶上該傳感器組件12時，它們將與操作者10頭部的太陽穴附近相接觸。
參照電極92這樣地定位在傳感器組件12上，即它與操作者10在前額處相接觸。
垂直電極93被設置在側(cè)板94上。側(cè)板94利用按扣96連接到傳感器組件12上。按扣96可以是一鎖眼或另外的按扣，它可允許側(cè)板94繞軸轉(zhuǎn)動，該軸在其與傳感器組件12的連接點上。側(cè)板94被調(diào)整到使其垂直電極93放置在接近操作者10頰部。
傳感器引線14包括三個單根導線，其中一根連接到位于操作者10左太陽穴附近的水平電極90上，另一根連接到位于操作者10前額附近的參照電極92上，第三根連接到位于操作者10右太陽穴附近的對偶輸入電極91上。
傳感器引線16也包括三根單根導線，一根連接到對偶輸入電極91上，另一根連接到參照電極92上，第三根連接到安裝在側(cè)板94上并位于操作者10頰部附近的垂直電極93上。
可以看出，傳感器引線14及16中每個均具有用作對參照電極92公用連接的一根導線。水平EOG信號及垂直EOG信號是利用此電極作為參照點進行測量的。
傳感器引線14及16各自與測量放大器的輸入端26及28相連接。
因而可以看出，由于借助于由眼睛的運動或肌肉的收縮產(chǎn)生的電信號，本發(fā)明可用于操縱計算機電視顯示器上光標的位置，實現(xiàn)電視游戲機“操縱桿”的功能，用作計算機的“鼠標器”，以及操作另外類型的設備及機械。雖然以上的說明包括許多特殊性，但這些不能被視為是對本發(fā)明范圍的限制，只能看作是對本發(fā)明現(xiàn)有優(yōu)選實施例的某些說明。而本發(fā)明的范圍應被附設的權利要求書或它的法律等同物來確定。
權利要求
1.一種眼睛操縱的控制器，包括(a)用于傳感由人眼運動產(chǎn)生的眼動電信號的裝置；(b)用于將所述眼動電信號處理成表徵所述眼運動方向的方向控制信號的裝置；和(c)用于將所述方向控制信號連接到被控制裝置上的裝置。
2.根據(jù)權利要求1的控制器，還包括(a)用于傳感由肌肉運動產(chǎn)生的肌動電信號的裝置;(b)用于將所述肌動電信號處理成表徵所述肌肉運動的觸發(fā)控制信號的裝置;和(c)用于將所述觸發(fā)控制信號連接到被控制裝置上的裝置。
3.根據(jù)權利要求1或2的控制器，其中所述用于傳感眼動電信號的裝置包括多個電極。
4.根據(jù)權利要求3的控制器，其中所述多個電極包括(a)設置在操作人員前額附近的電極;(b)設置在所述操作人員面頰附近的電極;(c)設置在所述操作人員右太陽穴附近的電極;以及(d)設置在所述操作人員左太陽穴附近的電極。
5.根據(jù)權利要求3的控制器，其中所述電極是銀網(wǎng)布。
6.根據(jù)權利要求1至5的控制器，其中所述方向控制信號是開關閉合信號。
7.根據(jù)權利要求2的控制器，其中所述觸發(fā)控制信號是開關閉合信號。
8.根據(jù)權利要求7的控制器，其中所述被控制裝置是一個電視游戲機。
9.根據(jù)權利要求1至5的控制器，其中所述方向控制信號是脈沖。
10.根據(jù)權利要求9的控制器，其中所述被控制的裝置是計算機。
11.根據(jù)權利要求1至10的控制器，還包括一個低通濾波器，所述低通濾波器具有低于5.0赫茲的截止頻率。
12.根據(jù)權利要求11的控制器，還包括將垂直方向眼運動及水平方向眼運動產(chǎn)生的所述眼動電信號區(qū)分開來的裝置。
13.根據(jù)權利要求12的控制器，還包括(a)用于將由眼的向左水平運動產(chǎn)生的眼動電信號與眼的向右水平運動產(chǎn)生的眼動電信號區(qū)分開來的裝置;以及(b)用于將由眼的向上方向運動產(chǎn)生的眼動電信號與眼的向下方向運動產(chǎn)生的眼動電信號區(qū)分開來的裝置。
14.根據(jù)權利要求2的控制器，還包括一個截止頻率高于50.0赫茲的高通濾波器。
15.一種眼睛操縱的控制器，包括(a)用于傳感由身體內(nèi)生理活動產(chǎn)生的電信號的裝置;(b)用于放大所述電信號的裝置;(c)用于選擇性地由所述放大電信號中濾出由眼睛運動產(chǎn)生的眼動電信號的裝置;(d)用于區(qū)別由垂直眼運動及由水平眼運動產(chǎn)生的眼動電信號的裝置;(e)用于將由垂直眼運動產(chǎn)生的眼動電信號轉(zhuǎn)換成為相應于向上及向下眼運動的垂直控制信號的裝置，以及(f)用于將由水平眼運動產(chǎn)生的眼動電信號轉(zhuǎn)換成相應于向左及向右方向眼運動的水平控制信號的裝置。
16.根據(jù)權利要求15的控制器，其中所述用于選擇性地從所述放大電信號中濾出所述眼動電信號的裝置包括一個截止頻率低于5.0赫茲的低通濾波器。
17.根據(jù)權利要求16的控制器，其中將由垂直眼運動產(chǎn)生的所述眼動電信號轉(zhuǎn)換成所述垂直控制信號的所述裝置包括一個差分比較器。
18.根據(jù)權利要求17的控制器，其中將由水平眼運動產(chǎn)生的所述眼動電信號轉(zhuǎn)換成所述水平控制信號的所述裝置包括一個差分比較器。
19.根據(jù)權利要求15至18的控制器，還包括(a)用于選擇性地從所述放大電信號中濾出由肌肉運動產(chǎn)生的肌動電信號的裝置;及(b)用于將由所述肌肉運動產(chǎn)生的肌動電信號轉(zhuǎn)換成觸發(fā)控制信號的裝置。
20.根據(jù)權利要求19的控制器，其中所述控制信號是開關閉合信號。
21.根據(jù)權利要求15至19的控制器，其中所述控制信號是脈沖。
22.根據(jù)權利要求19的控制器，其中所述用于選擇性地從所述放大電信號中濾出由肌肉運動產(chǎn)生的肌動電信號的裝置包括一個具有截止頻率高于50.0赫茲的高通濾波器。
23.根據(jù)權利要求22的控制器，其中所述用于將所述肌動電信號轉(zhuǎn)換成所述觸發(fā)控制信號的裝置包括;(a)一個RMS-DC轉(zhuǎn)換器，以及(b)一個比較器。
24.一種利用人的生理活動產(chǎn)生的電信號控制一裝置的方法，包括下列步驟(a)傳感由眼運動產(chǎn)生的眼動電信號;(b)將所述的眼動電信號處理成表徵所述眼運動方向的方向控制信號;以及(c)將所述方向控制信號連接到被控制裝置上。
25.根據(jù)權利要求24的方法，還包括下列步驟(a)傳感由肌肉運動產(chǎn)生的肌動電信號;(b)將所述肌動電信號處理成觸發(fā)控制信號;以及(c)將所述觸發(fā)控制信號連接到被控制裝置上。
全文摘要
利用由人體的眼運動及肌肉收縮產(chǎn)生的眼動電信號及肌動電信號操作電視游戲機，控制計算機顯示器的光標位置，及控制設備及裝置的工作方法及裝置，操作者(10)載上傳感器組件(12)，后者與控制處理器(18)相連接。控制處理器(18)檢測到由眼運動產(chǎn)生的眼動電信號并將其轉(zhuǎn)換成代表向上、向下、向左、向右運動的分離控制信號。控制處理器(18)檢測到由肌肉運動產(chǎn)生的肌動電信號并將其轉(zhuǎn)換成控制信號。這些控制信號與裝置(22)相連接，后者為具有顯示器(24)的計算機或電視游戲機或另外的受控裝置。
文檔編號A61B19/00GK1060940SQ91105790
公開日1992年5月6日 申請日期1991年7月24日 優(yōu)先權日1990年7月24日
發(fā)明者R·本杰明·科納普, 胡·S·路斯特德 申請人:生物控制系統(tǒng)有限公司