CN103534739A - 防睡眠眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于使将要打瞌睡的人保持清醒的设备，该设备包括一副眼镜，眼镜具有含两个臂的框架、用于检测眨眼运动的至少一个传感器、至少一个电池，以及用于发出电脉冲的至少一个电极。

Description

防睡眠眼镜

技术领域

很多事故是由驾驶员突然打瞌睡所引起的车辆失控而导致的。在多数情况下，驾驶员感到疲倦（但其没有意识到这一点），容易暂时闭上眼睛休息（尤其是在道路通畅且没有什么车流时），这种瞬间的疏忽将是致命的。最危险的是那些由于工作原因，尤其是在夜间驾驶了几个小时的人（例如，卡车驾驶员、公共汽车驾驶员、出租车驾驶员、销售代理人等）。但是，当前市场上还没有能够识别并防止驾驶员开始“打瞌睡”以保持其清醒的设备。

因此，接下来的课题的目标是为驾驶员提供一种能够使将要打瞌睡的人保持清醒的设备。

不像先前的设备，下文参阅（*），本发明不使用声音或光来唤醒驾驶员（因为这样的系统通常已经证明是无用的），而是基于发送电脉冲将其唤醒。

背景技术

很多设计为唤醒“睡着的”驾驶员的设备已经被提交至专利局。然而，它们经常被证明为不可能解决一些问题：难以佩戴（太大、不灵活或沉重）、妨碍并限制了移动或可视性、不能以机械方式实现或者是笨重的（由于不得不使用电池或电连接以进行操作）。例如（*）：

Clarke Sr.等人于1997年11月18日提交的名为“Sleep detection anddriver alert apparatus（睡眠检测和驾驶员提醒装置）”的美国专利No.5,689,241公开了一种围绕后视镜而定位的单元，其包含能够检测头部位置改变的红外传感器和温度传感器。温度传感器检测脸部的温度改变，并且因为在睡眠期间检测到呼吸行为的减弱，脸部区域温度的降低表明呼吸行为减弱，因此是睡眠的指示。根据该文件，提供了一种具有紧凑壳体的睡眠检测和驾驶员提醒装置，该装置可以围绕后视镜或仪表板放置。该装置包含透镜和电子检测机构，所有这些透镜和电子检测机构用于通过红外自动聚焦的数字图像稳定透镜（带变焦功能）监控即将发生的睡眠效果。此外，该单元包含用于监控和估计鼻子和嘴的面部区域周围不同环境温度的附加的红外热传感器。这些温度改变将是正常呼吸模式呼出的气息的改变，这在驾驶员开始呼吸不足时减少了体积，由此增加了血液的二氧化碳水平，这在大多数情况中是与睡眠有关的早期睡意的原因。该设备将通过红外照相机监控驾驶员睁眼和闭眼的像素颜色中的热图像改变（经由数字化摄影图像的经过视频电荷耦合器件的温感红外部分）。非运动和呼吸温度降低（这是呼吸不足的生理学反应并由此引起睡意）的结合将触发红外照相机变焦到驾驶员眼睛的区域。所结合的数据经由光学图像探测器和热传感器被发送到睡眠状态微处理器存储器，用于在基线数据测量之上或之下的数据交换。

Mannik于1995年3月28日提交的名为“Sleep prevention device forautomobile drivers（用于机动车驾驶员的防睡眠设备）”的美国专利No.5,402,109公开了一种附接至驾驶员眼镜的设备，该设备包含一束检测眼皮运动的红外光，并且当眼皮闭合超过特定时间时发出噪音。根据该文件，一束任何颜色的窄带光用于光学感测，无论驾驶员的眼皮是闭合的还是打开的。优选地使用红外光，因为红外光最不会让驾驶员心烦意乱。微小的、可滑动调节（沿着眼镜腿滑动）的发光体承载件用于针对每位驾驶员将发光二极管正确定位在眼镜上。来自该发光体的窄带光束被瞄准穿过驾驶员的眼睛表面，刚好在眼球上方，在眼皮之间，并且该窄带光束在眼睛的对角处被光传感器感测，光传感器具有安装在其前面的窄带滤光器。为了唤醒眼睛已经闭合超过大约一秒或更短时间的驾驶员，电子电路被来自光传感器的闭眼信号所激活，在一秒或更短时间的时延后启动报警信号、蜂鸣器等。

Cooper于1995年11月21日提交的名为“Sleep awakening device fordrivers of motor vehicles（用于机动车驾驶员的睡眠唤醒设备）”的美国专利No.5,469,143公开了一种由眼镜构成的设备，包含放置为与驾驶员的两个上眼皮的其中之一接触的传感器杆。眼皮向下的运动也使杆运动，杆激活传感器，传感器向一第三单元发送命令以产生亮闪。一副眼镜包括与驾驶员的上眼皮肌肉之一持续接触的传感杆。眼皮向下的运动使传感杆向下运动并且启动与传感杆连接的微开关。微开关进而启动位于控制单元中的电路，以在驾驶员每次闭合眼皮时打开灯。所述电路包括时延继电器，如果眼皮在预定的时间段内保持闭合，则时延继电器发出听觉信号。驾驶员正常的眨眼不会产生听觉警报。然而，如果驾驶员的眼皮没有在预定的时间内打开，则将会发出听觉警报。一旦驾驶员的眼皮打开，就重新设置黄色警示灯和听觉警报。正常的眨眼产生对于驾驶员的黄色警示灯的照明，由此使驾驶员确认睡眠唤醒设备正在正确工作。

Chiu于1989年10月17日提交的名为“Sleep-preventing alarm device（防睡眠警报设备）”的美国专利No.4,875,030公开了位于眼镜臂上的LED向位于驾驶员眼镜的鼻部的传感器发出一束光，并且当眼皮闭合超过一段时间，光束会衰减，而脉冲发生器发射一定强度的声音以将人唤醒。这种合并到一副眼镜中的防睡眠设备具有发光二极管、光电二极管、蜂鸣器、电源和印刷电路板。印刷电路板电连接至发光二极管、光电二极管和蜂鸣器。光电二极管嵌入眼镜的鼻梁架并且从眼镜的鼻部突出。眼镜的耳挂部具有容纳印刷电路板和发光二极管的腔。腔的开口被板和盖所覆盖，印刷电路板布置在所述盖上。所述板具有一些孔，以容纳发光二极管，其中孔的开口定向为朝向光电二极管，从而光电二极管接收来自发光二极管的光。

Herr等人于1981年6月9日提交的名为“Self contained headmountable sleep inhibiting device（能够安装在头部的自给式防睡眠设备）”的美国专利No.4,272,764公开了位于帽子上的设备或一副眼镜上的设备，该设备由头部运动传感器构成，头部运动传感器发送声音信号以在驾驶员异常时将其唤醒，其中公开了能够安装在头部的听觉警报对用户的点头或倾斜头部的运动作出响应。正如所公开的，该设备是能够安装在头部的自给式防睡眠设备，该设备包括具有用于容纳该设备的电部件和机械部件的两个相互配合部分的容器，该设备还包括L形夹持件，该夹持件以其支腿的交叉处枢转安装在壳体的角上。夹持件牢牢抓住眼镜腿或框或帽带，使得将设备安装在用户上变得容易。

上述所有设备的主要问题之一是它们要么太大没法使用、笨重得没法使用，要么太复杂从而不能可靠且有效地工作。

因此需要一种设备，其可靠地工作并且有效地使用户保持清醒，同时足够小从而易于驾驭和使用，能够以有竞争力的价格生产，并且可以以尽可能小的能耗进行操作。

发明内容

本发明的设备包括一副眼镜（具有非彩色的、渐变的或暗的透镜），传感器、电池和电极在两个臂的水平高度处嵌在眼镜上。

简单地通过示出优选的实施例和实施方式，本发明其他的方面、特征和优点从下文的具体描述来看是显而易见的。本发明还可以有其他且不同的实施例，并且本发明的一些细节可以在多个显而易见的方面进行修改而不背离本发明的实质和范围。据此，附图和说明书本质上应视为示例性的而不是限制性的。本发明的附加目标和优点将部分地在说明书中列出，这符合说明书并且从说明书来看至少部分地是显而易见的，或者可以通过本发明的实施而获知。

提出的是一种用于使将要打瞌睡的人保持清醒的设备，该设备包括一副眼镜，眼镜具有含两个臂的框架、用于检测眨眼运动的至少一个传感器、至少一个电池，以及用于发出电脉冲的至少一个电极。

优选地，所述至少一个传感器、电池和电极在这副眼镜的两个臂的水平高度处嵌入到框架中，其中甚至更优选的是，所述至少一个电极位于这副眼镜的臂的区域中，以实现向下装在佩戴者的颅骨腔壁的区域上。

将设备的全部元件设置在一副眼镜的常规框架中使得该设备非常易于驾驭和操作，因为其可以像驾驭任何其他的眼镜那样被驾驭。在这个意义上，根据本发明的设备可以设有非彩色的、渐变的或暗的透镜。

考虑上眼皮开闭的频率，传感器能够检测眨眼运动。一些研究已经显示：对于将要打瞌睡的人，眨眼将会更加频繁，达到大约每分钟15至20次的阈值，而在增加眨眼频率的同时具有大于0.03毫秒的闭眼时间。

这两个变量可以改变，或者这两个参数中只有一个增加。在任何情况下，与打瞌睡的隐患最相关的参数是增加的闭眼时间。

当这些值达到危险的阈值时，传感器被激活并且向电池发送脉冲。接收到来自传感器的脉冲的电池向电极发送所需的能量，以发出电脉冲并由此引起电击。该电极优选地以类似于TENS（经皮电神经刺激器）的电极的方式工作，TENS的电极广泛用于疼痛治疗，并且提供了在能够唤醒驾驶员的颅骨腔壁的区域上的向下装载，使得对于驾驶员来说获得最近的支撑点是可行的。这些效果在例如L.S.Chesterton、N.E.Foster、C.C.Wright、G.D.Baxter和P.Barlas发表在Pain上的“Effects of TENSfrequency,intensity and stimulation site parameter manipulation on pressurepain thresholds in healthy human subjects”（2003年，第106卷，第73-80页）以及Josimari M.DeSantana、Deirdre M.Walsh、Carol Vance、BarbaraA.Rakel和Kathleen A.Sluka发表在Curr Rheumatol Rep.上的“Effectiveness of Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation for Treatmentof Hyperalgesia and Pain”（2008年12月，第10卷，第6期，第492-499页）中进行了描述。

在使用TENS的任何领域，最重要的时刻是选择待发送的脉冲的频率和强度。对于本发明优选的并且被认为是安全的脉冲频率是在2Hz至140Hz之间，并且可以根据要处理的疼痛类型而改变。对于本发明优选的最大脉冲是80mA。

其他的特征、元件和优点可以参照附图从下文完全非限定性的本发明的优选实施例的描述中获得；其中：

附图说明

图1是根据本发明的设备的三维示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的设备的优选实施例，该设备包括一副眼镜6，该眼镜具有框架8和附接至框架8的两个臂10。

从图1还可以看到两个传感器1、电池2、TENS电极3和连接设备4和5，连接设备4和5一方面将电池与传感器1连接，另一方面将电池与电极3连接。

应当注意的是，为清晰起见，仅示出了一个电池2和一个电极3，而在实际的实施例中，两个臂10中均存在电池和电极。

本实施例中的框架设有非彩色的透镜。

TENS传感器1被设计为检测眨眼运动，考虑上眼皮的开闭频率。

当这些值达到危险的阈值时，传感器1被激活并向电池2发送脉冲。接收到来自传感器1的脉冲的电池2接着向电极3发送所需的能量，以发出电脉冲并由此引起电击。

电极3的工作所处的脉冲频率在优选实施例中是在2Hz至140Hz之间，而对于此处示出的实施例，最大的脉冲是80mA。

示出的实施例中所使用的电极3能够提供低频率脉冲和高强度。

Claims (8)

1.用于使将要打瞌睡的人保持清醒的设备，该设备包括一副眼镜，眼镜具有含两个臂的框架、用于检测眨眼运动的至少一个传感器、至少一个电池，以及用于发出电脉冲的至少一个电极。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个传感器、电池和电极在两个臂的水平高度处嵌入到所述框架中。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中该副眼镜设有非彩色的、渐变的或暗的透镜。

4.如前述任意一项权利要求所述的设备，其中所述至少一个电极是TENS（经皮电神经刺激器）电极。

5.如前述任意一项权利要求所述的设备，其中所述至少一个电极位于该副眼镜的臂的区域中，以实现向下装在佩戴者的颅骨腔壁的区域上。

6.如前述任意一项权利要求所述的设备，其中所述至少一个电极被设计为发出2Hz至140Hz之间的脉冲。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述至少一个电极能够改变脉冲频率。

8.如前述任意一项权利要求所述的设备，其中所述至少一个电极发出80mA的最大脉冲。

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