CN216221898U - 头戴式系统、装置和接口单元以及免手式开关系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种头戴式系统、装置和接口单元以及免手式开关系统，头戴式系统具有一个或多个电连接至开关元件(例如，压电开关)的照明、成像、通信和/或其他受控元件，该开关元件位于头戴式系统上，以在头戴式系统佩戴于佩戴者身上时开关元件可覆盖在佩戴者的咬肌区域上。开关元件被配置成响应于佩戴者颌部的咬紧而被激活。一个或多个受控元件可以被布置以在头戴式系统被佩戴在佩戴者身上时，提供来自佩戴者的视野点(例如来自佩戴者的颧骨的区域)的定向照明/成像。

Description

头戴式系统、装置和接口单元以及免手式开关系统

相关申请

本申请要求于2018年12月5日提交的，申请号为62/775,482的美国临时申请的优先权。

技术领域

本实用新型涉及用于照明和/或其他系统，尤其是头戴式照明和/或成像系统的免手式激活/去激活的系统和方法。

背景技术

飞行员，尤其是那些操作军用固定翼飞机的飞行员，通常佩戴带有面罩的呼吸系统，并且该呼吸系统包括在其中的用于这种面罩的控制开关，该控制开关可以由佩戴者使用他/她的嘴唇或舌头来操控。例如，申请号为7,184,903 的美国专利描述了一种免手式、嘴部激活的开关，该开关布置在飞行员氧气面罩的杯型刚体部分内。在这种开关可控制的元件中，有夜视兼容灯。

尽管这种系统很常见，但是该系统无法为整个飞机机组人员提供完整的解决方案。例如，不是所有的机组成员都可以佩戴或甚至接触氧气面罩(或者包括这些类型的开关的面罩)。再者，民用飞机机组人员具有这种采用嘴部激活开关的面罩是非常不寻常的。尽管采用了面罩适用的、嘴部激活的开关，使用该开关也需要戴上面罩。这在上飞机或下飞机时对于航班机组成员来说并不常见。因此，可以预测在这些活动中无法使用相关联的受控系统(例如照明系统)。

实用新型内容

本实用新型的实施例包括头戴式系统，该头戴式系统具有电连接至开关元件(例如压电开关)的一个或多个照明、通信、和/或其他受控元件，所述开关元件位于头戴式系统上，以在头戴式系统佩戴在佩戴者身上时开关元件可覆盖在佩戴者的咬肌肌肉区域上，并且所述开关元件被配置为响应于佩戴者颌部的咬紧而被激活。在某些情况下，该开关(或附加开关)可以位于佩戴者的咬肌上方以外的位置，以允许通过与佩戴者的眉毛、太阳穴等相关联的肌肉进行激活 /去激活。电连接可以是有线的或者无线的。一个或多个照明元件可以被支撑在附接于框架的一个或多个悬臂上，以在头戴式系统佩戴在佩戴者身上时从佩戴者的颧骨区域提供定向照明。替代地，一个或多个照明元件可以被集成为耳机的一部分或者附接于耳机。开关元件可以位于夹子的端部，该夹子安装在耳机的听筒杯上。该夹子可以通过围绕在听筒杯圆周的带子而安装到听筒杯上。替代地，该夹子可以通过固定于听筒杯的安装板而安装于听筒杯。一个或多个照明元件可以是发光二极管(LED)，例如其能够以多于一个波长发射光。替代地，一个或多个照明元件可以是LED，并且不同的LED可以发射不同波长的光。头戴式系统还可以包括一个或多个成像装置。

头戴式系统可以被布置为使一个或多个照明元件中的至少一个被支撑在附接于框架的悬臂上，并且悬臂还可以支撑至少一个成像装置。悬臂可以相对于框架定位，以在头戴式系统佩戴在佩戴者身上时，头戴式系统从佩戴者颧骨区域提供定向照明。替代地，一个或多个照明元件的至少一个可以被支撑在附接于框架的第一悬臂上，并且头戴式系统还可以包括附接在框架的第二悬臂，该第二悬臂具有至少一个成像装置被支撑在其上。

开关元件可以经控制器电连接至一个或多个照明元件，并且控制器被配置为响应于开关元件的多次致动中的不同致动以激活和/或去激活一个或多个照明元件。

本实用新型的另一实施例为免手式开关系统提供了致动器元件，所述致动器元件包括支架和附接至所述支架的可移动部分的压电开关，所述支架包括用于将所述支架固定至头戴式单元的安装部分，并且所述支架的所述可移动部分被铰接地耦合至支架的安装部分。

本实用新型的另一实施例提供了一种头盔，该头盔具有照明单元和电耦合至所述照明单元的开关元件，所述开关元件位于头盔上，使得在头盔佩戴在佩戴者身上时开关元件覆盖在佩戴者咬肌区域上，并且所述开关元件被配置为响应于佩戴者颌部的咬紧而被激活。照明单元可以可旋转地连接至头盔。照明单元可包括一个或多个LED。并且，头盔还可以包括一个或多个成像装置。

本实用新型的另一实施例提供了一种免手式开关系统，该系统具有开关和照明元件，开关被配置为佩戴在佩戴者面部的外部附近并且由佩戴者的颌部咬紧来激活的，所述开关被电连接以向控制器提供输出，该控制器包括处理器、相关存储器，所述存储器储存由处理器执行的指令，其中，所述指令在由所述处理器执行时，所述指令使所述处理器将来自开关的第一序列的脉冲识别为指示用于点亮照明元件的一个或多个命令。免手式开关系统还可以包括成像单元，并且当所述指令由所述处理器执行时，所述指令使所述处理器将来自开关的第二序列的脉冲识别为指示用于运行成像单元的一个或多个命令。

本实用新型的另一实施例可以提供一种头戴式装置，该装置具有颌部咬紧致动的接口，该接口被配置为操作头戴式装置的一个或多个照明和/或成像单元，以从佩戴者的颧骨区域提供定向照明/成像。照明单元可以是独立可调节的光源(例如LED)，其同时地允许两个或多个区域的照明。独立可调节的光源可允许以两个或多个单独的波长照亮两个或多个区域。该颌部咬紧致动接口可以包括压电开关，该开关位于悬臂上并且在佩戴者佩戴头戴式装置时，该开关可靠近佩戴者的面部并覆盖在佩戴者的咬肌区域上。

本实用新型的另一实施例提供了一种头戴式接口单元，该单元具有用于计算机系统的光标控制开关，该光标控制开关位于头戴式接口单元上，使得在头戴式接口单元佩戴在佩戴者身上时光标控制开关可覆盖在佩戴者的咬肌区域上。所述光标控制开关被配置为响应于佩戴者颌部咬紧而被激活，并且无线通信接口被配置为通过无线通讯协议将光标控制开关通信地耦合至计算机系统的输入。

参考附图在下文详细描述本实用新型的这些和更多的实施例。

附图说明

在附图的各图中以示例而非限制的方式示出了本实用新型，其中：

图1示出了根据本实用新型的实施例配置的免手式开关系统的示例。

图2示出了根据本实用新型的实施例配置的免手式开关系统的另一示例。

图3示出了根据本实用新型的实施例配置的免手式开关系统的再一示例。

图4示出了根据本实用新型的实施例配置的免手式开关系统的又一示例。

图5-8示出了根据本实用新型的实施例的用于将免手式开关系统的致动元件固定至耳机的听筒杯或其他安装件的装置的示例。

图9和10示出了根据本实用新型的实施例的用于与飞行员头盔一起使用的免手式开关系统的示例。

图11示出了根据本实用新型的实施例配置的免手式系统的简化原理图。

图12A为根据本实用新型的实施例配置的用于免手式操作的头戴式照明装置的等距视图。

图12B为图12A所示的头戴式照明装置的正视图。

图12C为图12A所示的头戴式照明装置的局部侧视图。

图12D为图12A所示的头戴式照明装置的俯视图。

图12E示出了与图12A-12D所示的头戴式照明装置一起的平视显示屏的使用。

图13示出了与本实用新型的头戴式照明装置一起的可选择使用的传感器组件的示例。

具体实施方式

本文描述了照明和/或其他系统(例如头戴式照明和/或成像系统)的免手式激活/去激活的系统和方法。这些系统和方法的部分特征在于采用开关元件(如压电开关)，该开关位于使用者的面部上或者附近，覆盖使用者的咬肌肌肉的区域，使得颌部的咬紧/收缩激活开关。在一实施例中，开关元件被用于与适合于各种环境中应用的头戴式照明装置结合，包括军事、执法、医疗保健和其他(例如消费者)。不同于要求使用者佩戴头盔以使用其的头盔式灯 (helmet-mounted lights)，根据本实用新型的实施例配置的照明装置可以佩戴或者不佩戴头盔或其他眼镜、通信装置、视觉系统等。这种照明装置从使用者的颧骨区域提供定向照明。将光源放置在附近将在通信时减少其他光源的致盲。另外地，一个、两个(左侧和右侧)或者更多的独立可调节光源的使用允许对一个、两个或多个区域的同时地照明。使用覆盖在使用者咬肌肌肉区域上的开关元件，使得颌部的咬紧/收缩激活开关，从而允许光源的免手式操作(无论是单独地、组合地还是共同地)。本实用新型的其他实施例将开关元件用作其他头戴式照明、成像和/或通信系统的一部分。

“咬紧交互”的使用已经被认为是一种可行的控制技术。例如，在本申请人提交了申请号为62/775,482的美国临时申请后，徐等人的“咬合互动：新颖的咬合输入技术”，2019年CHI计算系统中的人为因素会议(CHI2019)，2019 年5月4日至9日，英国苏格兰格拉斯哥(“Clench Interaction:Novel Biting Input Techniques,”Proc.2019CHI Conferenceon Human Factors in Computing Systems (CHI 2019),May 4–9,2019,Glasgow,Scotland UK)报告了使用不同程度的咬合力作为人机交互的方式。这样做时，他们回顾了已有的文献并建立了探索基于舌头的交互和单击牙齿的交互的研究。提出了咬合力测量，即在咬紧交互过程中通过咬紧交互施加在人牙齿之间的力的水平，作为本领域现有工作的扩展。

尽管咬合力交互在某些应用中可以提供一些优势，但由于其依赖于放置在使用者口腔外部的传感器，本实用新型采用了不同的方法。这种传感器更适合于不同的使用者可以在不同时间使用共同的头戴式照明/成像装置的应用，和/或人嘴巴内部传感器的存在可能是不适或不切实际的应用中。

参照图1，示出了根据本实用新型的实施例配置的免手式开关系统 10的示例。在这个示例中，该系统包括照明元件12和开关16，该照明元件12 被集成为耳机14的一部分或附接于耳机14，开关16位于夹子18的端部，该夹子18被安装到耳机的听筒杯20。放置开关16以使其在咬肌肌肉之上抵靠佩戴者面部齐平(或者几乎齐平)，从而使颌部的咬紧/收缩激活开关。图中未示出用于免手式开关系统的电源和控制电子设备，这些元件可以并入在听筒杯20内或其他地方。开关16通过连接器22电连接到控制电子设备和/或照明元件12。在图1所示的布置中，夹子18借助围绕在听筒杯外周的带子24而安装到听筒杯 20。在图2所示的替代布置中，通过使用螺钉、铆钉或其他附接方法固定于听筒杯的安装板26，将夹子18安装于听筒杯20。

从这些图中应立即显而易见的是，借助开关16的照明元件12或其他一个或多个照明、成像或通信系统的使用并不需要佩戴面罩。相反地，在佩戴耳机14的任意时间使用开关16可以控制照明元件12(或其他一个或多个照明、成像或通信系统)。对飞机飞行或操作人员的任何成员来说，即使在登上/下飞机时，佩戴这种耳机通常是正常的。实际上，例如这些图中所示的耳机不限于由飞行/飞机机组人员使用，可以应用于地面部队、海军/海岸警卫人员和平民。例如，在建筑工地、运动场、影视制作场所、游乐园和许多其他场地中和周围的工人可以使用如图1和图2所示的耳机。通常在这些场所，尤其是在夜间，对个人照明和/或成像设备的需求上升。通过使用配备有照明元件12(或其他一个或多个照明、成像或通信系统)和开关16的头戴物，其佩戴者可用免手的方式随时使用并激活/去激活照明元件(或其他一个或多个照明、成像或通信系统)。注意，尽管图1示出了带有左右两边听筒杯的耳机14，但这仅出于示例的目的，并且本免手式开关系统可以与仅具有单个听筒杯，或有一个或两个听筒的耳机使用。实际上，本免手式开关系统甚至可与不包括任何耳机或听筒的头戴物使用，例如附接到戴在头上或脖子上，或者如下所述的在个人照明系统的悬臂上的带子。

在各种实施例中，照明元件12可由一个或多个发光二极管(LED) 组成，该发光二极管发射一种或多种波长的光。此外，除了一个或多个LED外，照明元件可以包括一个或多个用于数字静物和/或视频成像的摄影机。在一些情况下，照明元件可以佩戴在耳机14的一侧，而成像系统佩戴在相反侧，二者被分别安装在耳机相对侧的单独的开关16控制，或者用单个开关16控制，其中灯光和照明系统(在控制器的控制下)响应于开关16的多次致动，以类似于计算机光标控制装置(例如触摸板、鼠标等)可以分别响应于一次、两次、三次或其他多次点击的方式。

实际上，开关16本身可用作人机交互的一部分以控制光标。例如，光标类型、光标移动和光标选择中的任一项或所有项可以通过使用开关16来控制，该开关16定位成(在咬肌肌肉区域之上)抵靠佩戴者的面部齐平(或者几乎齐平)，从而使颌部的咬紧/收缩激活开关。关于这种用途的应用有电脑游戏接口，该接口现在通常包括头戴式通信设备。根据本实用新型的实施例配置的一个或多个开关16可以安装于这种头戴物(无论是在制造时或者是作为售后配件)，以提供光标控制能力。可以采用常规的蓝牙或者其他有线或无线通信方式以提供与控制台、个人计算机、平板电脑、移动电话或用作游戏或其他主机的其他装置的连接。这种人机交互的使用可以为没有手或其手受限使用的使用者找到特定的应用，并且为他们提供与个人计算机、平板电脑、移动手机或其他类似装置交互的便捷手段。

此外，在开关16控制下的一个或多个元件可以具有一个或多个麦克风。如图1中麦克风28所示，这种麦克风可以悬臂式安装，或者可以集成于耳机，并且利用骨传导转换器来传递音频信号。替代地，或另外地，开关16可以用于调节通过听筒20或其他听筒中的一个或两个播放的音频的存在、不存在和/ 或音量。而且，开关16可用于控制耳机外的设备。例如，开关16可以与耳机 14中或上的无线发射器相关联，该发射器用于通过相关联的接收器向设备的耳机外部件提供命令。多种无线通讯协议的任何一种以及相关联的兼容发射器和接收器可用于此目的，例如蓝牙、ZigBee、BLE、Z-Wave、Thread、Wi-Fi、HaLow、 SigFox、Dash7等。如所提及的，在开关16(作为游戏耳机的一部分)用于控制视频游戏系统的一个或多个方面的情况下，这种布置可能特别有用。或者，在这种环境中，开关16可以与用于耳机的静音功能相关联，使得使用者的父母在传授生活技能建议时使用者能够更好地注意他或她的父母。

通常，开关16是需要很少或不需要控制元件的机械位移以发出信号或影响控制系统的状态的改变(或期望的改变)的装置。这种装置的一个示例为压电开关，例如澳大利亚Dee Why的AT通讯巴拿马有限公司生产的压电接近传感器(Piezo Proximity Sensor)。压电开关通常具有响应于压电元件产生的电脉冲的接通/断开输出状态。当压电元件置于应力下时，电脉冲产生，例如由于佩戴者咬紧(clenching)他/她的颌部而抵靠夹子18的端部处的开关16施加压力的压缩力。尽管仅当压缩力存在时(例如当佩戴者的颌部咬紧时)，脉冲才产生，但可以提供附加电路以使开关的输出状态保持在“接通”或“断开”其一的状态，直到开关的第二次致动产生为止。例如，随着来自压电元件的顺序输入脉冲而产生触发器状态的改变，可以使用触发器以保持开关输出的逻辑高或逻辑低。这种压电开关的一个优点为，其没有活动部件(除了每次佩戴者的颌部咬紧时必须变形几微米的前板外)而且整个开关可以相对于环境密封，使其对于海洋和/或户外应用特别有用。

其他实施例可以采用是微触觉开关的开关16。尽管触觉开关采用易磨损的机械元件，但在一些应用中它们可能比压电开关更加合适，因为它们为使用者提供机械反馈(尽管与压电开关结合的触觉反馈也可以为使用者提供可接受水平的反馈，并因此可以结合到上述实施例中)。这种反馈可以提供开关16已经被激活/去激活的保证。瞬时接触触觉开关也可以被使用，但由于它们要求持续的力(例如，通过抵靠开关咬紧颌部提供的力)，所以它们最适合于期望在开关 16控制下的有源元件仅有瞬时或短暂接合的应用(例如信号灯闪烁、突发传输或其他短持续时间的应用)，或者最适合于如上讨论的触发器用于保持输出状态直至接收到后续输入为止的应用。开关16的其他形式包括带状开关(例如，由美国纽约州法明代尔的继电器公司制造)和通过覆盖在按键上的碳盘激活的导电印刷电路板表面元件。

现在转向图3，其示出了具有一个或多个一体耳杯34的头盔32的内部视图，在右侧的放大图中示出了免手式开关16的另一示例。在一些实施例中，开关16可以附接于夹子18的可移动部分30或集成在其中。在这种布置中，夹子18包括支架，使用一个或多个螺钉36将该支架安装到头盔32。可移动部分 30可围绕铆钉或销钉38旋转并且也可以是柔性的，以向邻近或远离佩戴者的面部移动。这对防止开关16及其相关联设备的不期望的致动是有用的。替代地，可移动部分30可以铰接地附接于支架，以使其可向远离或邻近佩戴者的面部移动。这种铰链布置可以包括弹簧负载式的铰链，即使在佩戴者在头盔内移动他/ 她的头时，该铰链仍使开关保持为抵靠佩戴者的面部，除非将头盔从佩戴者的面部移开足够远以接合止动件，除非佩戴者手动调节，否则该止动件防止返回到邻近佩戴者面部的位置。如图4所示，开关16的铰链布置也可以与耳机14一起使用。铰链40可以是任何类型的弹簧负载式铰链，例如弹簧负载琴式铰链、对接铰链、圆筒铰链、蝶形铰链、枢转铰链或其他布置。

如图5所示，免手式开关16可以是整体构件的致动器元件42的样式。如图6所示，致动器元件42可以是带凹槽46的模制部件，该凹槽46适于容纳橡皮环或O形环44，其作为将致动器固定到耳机的听筒20的装置。图6还示出了在听筒20顶部上的照明元件12的替代定向。

图7和图8示出了用于致动器元件42和相关联的开关16的另外的替代安装布置。在图7中，加入致动器元件42以作为整体构件的模制塑料的或其他的带子48，该带子48可通过螺钉50围绕听筒的周围固定。在图8中，金属带52可通过螺钉50围绕听筒周围固定，金属带52穿过致动器元件42中的开口54，从而允许沿着金属带52滑动地调节致动器元件42的位置以适应不同的佩戴者。

例如在图5和图8中示出的两件式设计的优点在于它们能够适应不同设备种类或尺寸，例如听筒20的不同种类或尺寸，和/或不同头部尺寸的佩戴者。通过允许带开关16的致动器元件42相对于固定带子44、54移动，可以为特定使用者调节开关的位置。此外，致动器元件42可以具有伸缩滑动件，以允许开关16远离待改变的固定带子的位移，从而适应甚至更大范围的设备种类或尺寸和/或佩戴者的头部尺寸和形状。在某些情况下，开关可以被放置在除了佩戴者颌部肌肉上以外的位置，以允许通过与佩戴者的眉毛、太阳穴等相关联的肌肉来进行激活/去激活。

现参考图9和10，本免手式开关系统也可以用作飞行员或其他人的头盔60的组件。在图9中，示出了集成的开关和照明单元62的一体式夹紧结构。单元62可以通过杯型支架68和一个或多个螺钉固定在头盔60上(例如在其底部前边缘附近)。单元62包括上述类型的开关16和可枢转连接的照明单元64。照明单元64可以围绕安装销或铆钉66调节，因此佩戴者可以定位照明单元，以将光指向需要的地方。除了照明单元64(其可包括一个或多个LED)或替代的照明单元64，成像单元(例如数字静物或电影摄像机)可以被包括在该单元中。在某些情况下，照明单元可以被佩戴在头盔60的一侧而成像单元则被佩戴在另一侧，并且各自可以被分别的、独立的开关16控制，或者通过不同的激活操作的顺序由单个开关16控制。

在图10中，带集成开关的致动器元件70作为头盔60的集成单元安装，并且其通过电缆22附接于同样固定在头盔60的照明单元12。照明单元12 可以位于在佩戴头盔时照明单元与佩戴者视线接近一致的位置，以使其提供的光始终指向佩戴者注视的区域。致动器70位于头盔上，以使开关位于佩戴者的颌部上方，并且其可以被集成为头盔内的耳杯34周围的柔性耳密封件的一部分。

图11示出了根据本实用新型的实施例配置的免手式开关系统的简化原理图。在这个示例中，开关16被示为上述类型的按钮或者瞬时接触开关，并且向控制器80提供输出。控制器80包括处理器86和相关联的存储器88，该存储器88储存用于处理器86执行的指令。控制器80的其他组件未详细示出。提供电源82(例如电池)，并且如上所述，控制器80和电池82可以被集成在耳机的头戴式听筒中，或者可以被包括在耳机的别的地方中(其中免手式开关系统是该耳机的一部分)。

在此示例中，示出了照明元件12，但是在其他情况下该单元可以是另一种形式的照明、成像或通信系统。与照明单元12相关联的是具有多个操作位置的滑动开关或者摇杆开关84。根据开关84的当前操作位置，照明元件可以是“关闭”、“打开”、或在开关16的控制下。当处于该第三位置，存储在存储器88的固件可以使处理器86将来自开关16的序列的脉冲识别为指示用于照明元件12的一个或多个命令。例如，处理器86可以被编程为忽视开关16的单次按压，并且仅接受开关16的两次脉冲(例如开关16的“双击”)作为有效的命令输入，这两次脉冲在彼此的规定时间内出现。替代地，或另外地，三次点击可以被识别为有效的命令输入，其可以表示与双击不同的指令。进一步的多次点击和/ 或点击且按住的输入也可以识别为表示不同的命令。这种多次点击的命令对消除开关16的意外致动是有用的，如在飞行操作过程中无意识的肌肉运动、或佩戴者咀嚼食物、口香糖等、或咬紧他/她的颌部引起的意外致动。有效形式的命令可以用于打开/关闭照明元件12和/或其单独的LED(调整一个或多个照明LED 的强度)、或发出其他期望操作的信号。通常，开关16的致动序列的计时、重复和持续时间可以分别单独地和/或组合地用于为一个或多个控制元件(例如照明元件12和/或成像单元)指定不同的命令输入。

处理器86还可以与其他外部设备通信并且控制其他外部设备，例如平视显示器、音频输入/输出单元和耳机外的单元等。处理器86为硬件实现模块，并且可以是多用途处理器、专用电路或逻辑电路，例如现场可编程门阵列 (FPGA)、专用集成电路(ASIC)或处理元件的其他形式。存储器88可以是可读/可写存储器，例如电可删除可编程的只读存储器，或其他存储装置。

图12A-12E示出了根据本实用新型实施例配置的带有基于咬紧交互的头戴式照明/成像装置90的其他示例。不同于要求使用者佩戴头盔以使用其的头盔安装灯，照明/成像装置90可以佩戴或者不佩戴头盔或其他眼镜、通信装置或视觉系统等。特别地，照明/成像装置90提供来自使用者的颧骨的区域的定向照明/成像。将光源放置在其附近减少通信时其他光源的致盲。此外，虽然装置可以只包括单个照明元件，但两个(左侧和右侧)或更多的独立可调节的光源的使用允许以两个或多个不同的波长对两个或多个区域的照明，如果期望的话。

除了照明以外，本装置的框架100为图片和/或视频捕获和/或投影装置提供了平台，例如可以与头盔佩戴式或其他平视显示器一起使用。此外，可以提供一个或多个麦克风，其集成于框架或框架上和/或集成于与支撑照明单元的框架相关联的悬臂上。使用开关元件102(例如压电开关)可促进照明/成像装置 90的免手式操作，该开关元件102位于悬臂104上，以靠近使用者的面部并覆盖在使用者的咬肌肌肉区域上，从而使颌部的咬紧/收缩激活开关。

如这些图所示，在框架100上或框架100中包括独立的照明元件(例如发光二极管(LED)106)，该框架被佩戴在耳朵上方和头部后面，并且可以包括连接框架两侧的可选的回缩式头带110。一个或多个悬臂108位于框架前面，该悬臂108从佩戴者的面部的一部分(眼部下方)之上延伸，并且终止于颧骨的区域。如图所示有两个这种悬臂，在佩戴者面部的左侧和右侧各有一个，但是本实用新型的实施例可以仅提供单个这种悬臂在佩戴者面部的一侧上，或者提供多个这种悬臂在佩戴者面部的每一侧上。对于某些特殊的应用，可能希望在佩戴者面部的每一侧上具有不同数量的悬臂。该悬臂可以接触或不接触佩戴者的面部，并且可以包括橡胶处理的或其他背衬以提供抵靠佩戴者脸颊的舒适表面。

每一个悬臂108都随着铰接面板112终止。铰接面板旋转地安装至悬臂，例如通过式琴铰链、对接铰链、圆筒铰链、蝶形铰链、枢转铰链、弹簧铰链或其他布置安装，并且可从悬臂上拆卸从而是可更换的/可重新配置的。例如，不同的铰接面板112的布置可适于承载不同的照明装置、传感器、成像装置和/ 或投影装置。在某些示例中，铰接面板112可适于承载发射可见光谱的光的LED。除了或代替发射可见光谱的光的LED，其他形式的铰接面板112可适于承载发射其他波长的光的LED。除了或代替发射可见光谱的光的LED，其他形式的铰接面板112可适于承载光探测器和/或成像装置(例如静物图像和/或视频照相机)。而且，如下文所讨论的，一些铰接面板112可适于承载发光的LED以及用于与平视显示器或其他成像系统一起使用的图像/录像投影仪。尽管剩余的讨论大部分集中在适用于承载发射可见光谱的光的LED的铰接面板上，但该讨论同样适用于铰接面板的其他形式以及本文中所述的相关联的照明、投影和成像装置。照明装置和其他传感器等的布线可以通过穿过铰接面板、悬臂和安全带(未示出)内的中空通道的接线而设置。在铰接面板112可以从悬臂108拆卸的情况下，可将电触头放置在铰接的面板-悬臂接合点的两侧，以提供电连续性并且避免单独耦合接线的需要(尽管可以使用这种有线连接)。

在某些情况下，可以通过终止于铰接面板的光纤电缆(例如具有或不具有透镜系统)提供照明，在这种情况下照明源可以远离铰接面板定位，例如佩戴在使用者身上的其他地方(例如肩部安全带内或功能腰带内)。这将允许更大的电源和具有显著亮度的照明源，同时仍然提供通过使用本实用新型的安全带和悬臂系统来提供的定向控制。相似地，图像捕获组件(例如成像系统和存储装置)可以佩戴在肩部安全带或腰带上，并且通过位于悬臂108端部的铰接面板 112中的图像传感器获得的信息会通过穿过头戴物内的通道的光纤波导管传递至此类系统中。

图示在悬臂108端部的铰接面板112的尺寸设置为可大约在佩戴者的眼睛下方提供一个或多个LED106(和/或其他传感器和/或投影元件)，其沿佩戴者正观看的方向面朝前方，使得LED照亮佩戴者感兴趣的区域。悬臂108的尺寸设置为可定位铰接面板112使其能够刚好停留在佩戴者的面颊上，优选在颧骨上方，并且不会在其上施加过大的压力。因此，可以提供各种尺寸的框架100 以适应不同佩戴者的头部尺寸和形状，和/或可在一个或多个点处对其进行调节以达成相同目的。在某些情况下，通过创建佩戴者头部和面部的物理或数字模型，并根据模型提供的尺寸特别制造适合佩戴者的安全带，从而使框架和悬臂对于佩戴者是个性化的。现代增材制造工艺(通常称为3D打印)使得这种定制甚至对于消费者应用而言在经济上可行，并且可以容易地从使用基于计算机的照相机捕获的佩戴者的头部和面部的图像生成自定义安全带，并可以容易地传输至存储 Web服务的远程服务器以购买框架及其配件。例如，跟随基于Web的服务提供的指示，使用者可以捕获他/她头部和面部的多个静物图像和/或短视频。通过将已知尺寸的物体(例如尺子、信用卡等)包括在摄像机的视域内，该物体大概位于使用者的头部的位置，在图像被捕获后，在服务器上可以创建使用者的头部和面部的3D模型。然后可以给使用者提供将定制安全带调整为模型尺寸的机会，选择如悬臂数量、铰接面板的类型和数量、带照明或其他配件、耳朵等上方安全带佩戴的位置和待制造安全带的其他参数。一旦指定了定制并且收集了付款，框架的规格会被发送到制造安全带的制造工厂。

框架100可包括一个或多个铰接点114(每一侧上有一个或多个)，框架的各部分可围绕该铰接点铰接，以允许在佩戴者身上的舒适配合。这可能对并非为个性化合身而制造的框架尤其重要，其允许各个佩戴者实现舒适配合。框架100可以佩戴在头旁边，于头盔118之下。因此，通过允许框架在多个位置铰接，框架的配合可被调节以适应头盔及其相关固定带，和其他头盔佩戴式附件(例如，平视显示器120的屏幕(见图12E))的存在。

铰接点114可以是单纯的摩擦配合调节，其中相对的圆柱肋之间的相对摩擦足以在佩戴时保持两个铰链构件的相对定向恒定。或者，铰接点可以结合棘轮配件，该棘轮配件提供互锁的齿轮状环，以确保两个构件的相对位置不会相对于彼此改变，除非施加相对较大的力。可以在点114使用其他铰接布置，例如旋转扭矩铰链、圆形旋转铰链、点击和棘爪机构等。在某些情况下，铰接点 114装配有O型环以防止水分侵入。在一些实施例中，沿着悬臂提供另外的铰接点，以允许框架折叠为具有朝着框架的后部向内折叠的悬臂的紧凑的构造。这允许装置的轻松存放，同时防止悬臂的意外损坏。另外，沿着每个悬臂或框架100 的其他部分的内表面，一个或多个抓点可以安装有用于接触佩戴者的皮肤的硅胶衬垫。衬垫帮助减少佩戴时安全带的滑动，并且相较于它们不存在的情况下，衬垫还在更大的表面积上分配压力。尽管优选硅胶衬垫，其他材料(例如软木)制成的衬垫也可以使用。

在每个悬臂108端部的每个铰接面板112中可以包括一个或多个 LED 106。除了LED以外，铰接面板112可包括朝向佩戴者眼睛定向的平视显示器(HUD)投影光学元件，以将信息投影至布置在佩戴者的一只或两只眼睛前方的HUD屏幕120上。屏幕120可以通过铰链122固定于头盔18上，使其可在不使用时旋转出佩戴者的视线，或其可以以佩戴在佩戴者眼睛前面的屏幕的形式存在，类似于一副眼镜的形式。替代地，投影光学元件可以朝向远离使用者，从而使图像可以投影到使用者前面的表面上。电源和遥测发射机(例如用于HUD 数据和音频通信)可以包括在框架100和/或头盔118中，并且通过安全带内的一条或多条引线附接于不同的照明和视频元件、麦克风和听筒。

框架100还可以支撑一个或多个通信听筒124。与可被支撑在一个或多个悬臂108上或框架100的其他地方上的一个或多个麦克风一起，听筒和麦克风允许向/来自佩戴者的通信。照明装置、麦克风和其他控制元件可配置为用于使用位于悬臂104端部的开关102进行的免手式操作，以在咬肌肌肉的上方抵靠佩戴者的面部齐平(或几乎齐平)，从而使颌部的咬紧/收缩激活开关。开关102 以上述形式电连接至控制电子设备和/或受控元件。替代地，或另外地，可使用有线或无线连接将听筒和麦克风元件通信地连接至承载在佩戴者身上别处的收发器。在其他实施例中，可省去听筒和/或麦克风，并且通过骨传导元件促进音频通信。框架100的部分与佩戴者的头部接触。因此，解码来自接收器的信号并将其转换为震动的骨传导头载数话器(而不是听筒)可以将这些震动直接传递给佩戴者的耳蜗。接收器和一个或多个骨传导头载数话器可以直接嵌入框架100 中，或者在某些情况下接收器可以在框架的外部。可提供一个或多个骨传导耳机。例如，头载数话器可以类似于潜水员使用的骨传导扬声器，并且可以由封装在框架100的模制部分中的压电挠性盘组成，该模制部分可以在佩戴者的一个或两个耳朵后面与佩戴者的头部接触。类似地，可以提供骨传导麦克风以替代悬臂麦克风。

在一些实施例中，框架100可以包括传感器组件130，该传感器组件 130允许监控佩戴者的生命统计。框架100中可以包括电源和遥测发射器(未示出)，并且电源和遥测发射器通过一根或多根引线附接于传感器组件。因此，即使移除头盔，由于框架100保持附接于佩戴者，传感器组件130可以通过遥测发射器继续中继关于佩戴者的生命统计和其他监测到的生物特征的信息。

传感器组件可以包括由传导纤维构成的传感器垫，该传感器垫在佩戴者的太阳穴或接近佩戴者的太阳穴与佩戴者接触。额外的传感器垫可以集成到框架100中，或被包括到位于佩戴者头部上方的可伸缩带中。这将允许对佩戴者的电生理或其他非侵入性检测的额外的传感器读数。

传感器垫及相关联的电子设备可允许以von Rosenberg,W.等人，“智能头盔：监测大脑、心脏和呼吸活动”，IEEE工程会议工程师.医学-生物-社会， 2015年，第1829-32页(von Rosenberg,W.et al.,“Smart Helmet:Monitoring Brain, Cardiac andRespiratory Activity,”Conf.Proc.IEEE Eng.Med.Biol.Soc.2015,pp. 1829-32(2015))描述的形式检测电子信号。例如，如图13所示，一个或多个传感器垫130可以通过电线附接于处理器132，例如通过相关联的放大器134、模数转换器136等，该处理器从传感器垫周期性地采样信号。采样信号的记录可以被本地储存(例如，在合适的可写存储器138中，如闪速存储器)，并且还可通过遥测发射器140和相关联的天线被发送至远程监测位置。替代地，遥测仅在发射器被激活时才被发射，例如由现场护理人员或佩戴者他/她自己激活。在命令之后，任何储存的样本可类似地进行传输，使得佩戴者的生物特征和生命体征的历史记录可以被远程监控站的医生或其他人分析、或者通过输出端口142在本地分析。

在一些实施例中，传感器组件还可以包括一个或多个加速器计144，该加速器计144向涉及佩戴者头部的快速加速/减速的处理器132提供输入。当评估可能的外伤性脑损伤、颈椎脊髓损伤等时，此类测量可能很重要。

尽管未在各个视图中示出，但是提供了电子设备的电源，并且该电源可容纳在框架100内或位于框架100的外部(如穿戴在背心或背包上)。在某些情况下，主电源可以位于框架100的外部，并且提供集成到框架100的副电源。这将允许主电源从安全带脱离，然后至少暂时地恢复为使用副电源(例如小电池等)。这将允许对生物特征和生命体征的持续监控和相关遥测的提供。主治医生随后可使用可移动电源恢复主电源。为了促进该操作，可在安全带提供一个或多个端口，以允许不同的电源供电形式的连接。

除舒适以外，本实用新型的头戴式照明装置在近距离/凝视时提供光线分离/亮度一致性。例如，通过在佩戴者面部的任一侧的悬臂上具有单独的照明源，并且每个照明源安装在可枢转的铰接面板上，佩戴者可以独立地瞄准每个照明源以在佩戴者面前的期望点提供各个光线的照明组合(例如，对应于佩戴者感兴趣的区域)，从而将在该点处提供的照明最大化。然后，通过移动他/她的头部朝向/远离感兴趣的区域，使用者可以在该照明区域上提供某种形式的亮度控制。随着使用者移动他/她的头部，照明源提供的光线会分开，从而调整在感兴趣区域的有效照明量。在一些实施例中，触觉反馈可以用于各种指示，例如低电量等。头戴式照明装置的实施例还可以支撑头戴式“系统”的其他组件，包括集成的眼镜组件、一次性口罩和帽子、平视显示屏、传感器、数据捕获组件等。

照明装置90被配置为使用位于悬臂104端部的开关102进行免手式操作，以在佩戴者咬肌的上方抵靠佩戴者面部齐平(或几乎齐平)，从而使颌部的咬紧/收缩激活开关。开关102以上述形式电连接至控制电子设备和/或受控元件。替代地，开关可以被独立地佩戴在使用者的面部上，例如使用临时粘合剂，并且通过上述任何无线通信装置连接至控制单元，以控制照明/成像元件。

本文描述类型的照明装置，尤其是其框架、悬臂和铰接面板，可以由各种材料制成，包括但不限于塑料(例如赛璐珞)、金属和/或金属合金、碳纤维、木材、醋酸纤维素(包括但不限于尼龙)、天然角材和/或骨头、皮革、环氧树脂和上述物质的组合。制造过程包括但不限于注塑成型、烧结、研磨和模切。替代地，或另外地，可以使用一种或多种增材制造工艺来制作照明装置和/或其组件，例如挤出、还原光聚合、粉末层熔融、材料喷射或直接能量喷射。

与本实用新型的实施例相关联的成像装置可包括静物图像照相机和或视频摄影机。照此，成像装置非常适于照片和/或视频捕捉，并且还可以用做光学扫描仪的成像部分。例如，在运行主处理器(例如处理器132)上的扫描应用程序的控制下，可采用成像装置，且其用于将条形码、二维码或其他类似机器可读物形式的光学编码信息进行成像。这种性质的机器可读代码是普遍存在的，并且可以与照明/成像装置的佩戴者可能需要或使用的任何数量的事物相关联。例如，就战地医生来说，医生可能需要给予药物、静脉输液或针对伤员采取其他行动。通过扫描与待施加药物相关联的包装，例如通过瞄准成像装置到包装上并且通过咬紧他/她的颌部操作开关130，医生可以使打印在包装上的条形码或其他机器可读的标签被记录。该信息可随后被无线地传输到能与伤员的医案相关联的远程位置，从而缓解了医生单独执行此操作的需求。类似地，仓库或相似设施中的工人可以使用本实用新型的照明/成像装置扫描机器可读标签，然后相关联的数据会被传输到物流系统，以更新相关联物品的状态。并且在某些情况下，信息流是可以双向的。例如，维修技术人员可以扫描与检查中物品相关联的机器可读标签，并且响应于该信息向远程设施的传输，故障排除信息可以传送至技术人员的手持设备或甚至是通过技术人员佩戴的平视显示屏流式传输以进行回放。双向通信地另一种形式可以涉及佩戴者响应于咬紧交互通过开关130传递位置信息 (例如，如由个人PGS或其他位置寻找单元所提供的)，并且使方向信息被中继回(例如，经HUD单元上的显示器)，以使佩戴者在规定路线上保持前进。

实施例

实施例1：一种头戴式系统，其包括电连接至开关元件的一个或多个照明元件，所述开关元件位于头戴式系统上，以在佩戴在身上时开关元件覆盖在佩戴者咬肌肌肉区域上方，并且所述开关元件被配置为响应于佩戴者颌部的咬紧而激活。

实施例2：实施例1所述的头戴式系统，其中一个或多个照明元件被支撑在附接于框架的一个或多个悬臂上，以在佩戴者将头戴式系统佩戴在身上时，照明元件能从佩戴者的颧骨区域提供定向照明。

实施例3：实施例1所述的头戴式系统，其中一个或多个照明元件被集成为耳机的一部分或附接于耳机。

实施例4：实施例3所述的头戴式系统，其中开关元件位于夹子的端部，该夹子安装在耳机的听筒杯上。

实施例5：实施例4所述的头戴式系统，其中夹子通过围绕在听筒杯的圆周的带子而安装于听筒杯。

实施例6：实施例4所述的头戴式系统，其中夹子通过固定到听筒杯的安装板而安装于听筒杯。

实施例7：实施例1所述的头戴式系统，其中一个或多个照明元件为发光二极管(LED)。

实施例8：实施例1所述的头戴式系统，其中一个或多个照明元件为以多于一个波长发射光的发光二极管(LED)。

实施例9：实施例1所述的头戴式系统，其中一个或多个照明元件为发光二极管(LED)，并且其中不同的LED发射不同波长的光。

实施例10：实施例1所述的头戴式系统，还包括一个或多个成像装置。

实施例11：实施例1所述的头戴式系统，其中一个或多个发光元件中的至少一个被支撑在附接于框架的悬臂上，并且所述悬臂还至少支撑一个成像装置。

实施例12：实施例11所述的头戴式系统，其中悬臂相对于框架定位，以在佩戴者将头戴式系统佩戴在身上时，头戴式系统可以从佩戴者的颧骨区域提供定向照明。

实施例13：实施例1所述的头戴式系统，其中一个或多个照明元件中的至少一个被支撑在附接于框架的第一悬臂上，并且所述头戴式系统还包括附接于框架的第二悬臂，所述第二悬臂具有支撑在其上的至少一个成像装置。

实施例14：实施例1所述的头戴式系统，其中所述开关元件经控制器电连接至一个或多个照明元件，并且该控制器被配置为响应于开关元件的多次致动中的不同致动来控制一个或多个照明元件的激活和去激活。

实施例15：实施例1所述的头戴式系统，其中所述开关元件包括压电开关。

实施例16：一种用于免手式开关系统的致动器元件，所述致动器元件包括支架和附接于所述支架的可移动部分的压电开关，所述支架包括将所述支架固定于头戴式单元的安装部分，并且所述支架的所述可移动部分铰接地耦合至支架的安装部分。

实施例17：一种头盔，该头盔包括照明单元和电连接至所述照明单元的开关元件，所述开关元件位于头盔上，以使开关元件在佩戴者将头盔佩戴在身上时覆盖在佩戴者的咬肌肌肉区域上，并且所述开关元件被配置为响应于佩戴者颌部的咬紧而被激活。

实施例18：实施例17所述的头盔，其中照明单元可枢转地连接至头盔。

实施例19：实施例17所述的头盔，其中照明单元包括一个或多个发光二极管(LED)。

实施例20：实施例17所述的头盔，其中头盔还包括一个或多个成像装置。

实施例21：一种免手式开关系统，该系统包括配置为佩戴在佩戴者面部外部附近的开关，该开关通过佩戴者的颌部咬紧而被激活，所述开关电连接以向包括处理器和关联存储器的控制器提供输出，所述存储器储存由处理器执行的指令，系统还包括照明元件，其中所述指令在被所述处理器执行时，使所述处理器将来自开关的第一序列的脉冲识别为指示用于激活和/或去激活照明元件的一个或多个命令。

实施例22：实施例20所述的免手式开关系统，还包括成像单元，并且所述指令在被处理器执行时，使所述处理器将来自开关的第二序列的脉冲识别为指示用于操作成像单元的一个或多个命令。

实施例23：一种头戴式装置，其包括颌部咬紧致动接口，该接口被配置为操作头戴式装置的一个或多个照明和/或成像单元，以从佩戴者的颧骨区域提供定向照明/成像。

实施例24：实施例23所述的头戴式装置，其中照明单元包括独立可调节的光源，该光源允许对两个或多个区域的同时地照明。

实施例25：实施例24所述的头戴式装置，其中独立可调节的光源允许以两个或多个不同波长对两个或多个区域照明。

实施例26：实施例23所述头戴式装置，其中颌部咬紧致动接口包括位于悬臂上的压电开关，以在佩戴者佩戴头戴式装置时靠近佩戴者的面部，覆盖在佩戴者咬肌肌肉区域上。

实施例37：实施例23所述的头戴式装置，其中照明单元包括发光二极管(LED)。

实施例38：一种头戴式接口单元，该单元包括用于计算机系统的光标控制开关，该光标控制开关位于头戴式接口单元上，以在被佩戴者佩戴在身上时覆盖在佩戴者的咬肌肌肉区域上，所述光标控制开关被配置为响应于佩戴者颌部的咬紧而被激活，并且无线通信接口被配置为通信地将光标控制开关以经无线通信协议耦合至计算机系统的输入。

因此，用于照明、成像和/或其他系统，尤其是头戴式照明、成像和/ 或其他系统的免手式激活/去激活的系统和方法已被描述。

Claims (13)

1.一种头戴式系统，所述头戴式系统包括：

开关元件，所述开关元件定位在头戴式系统上，使得当头戴式系统佩戴在佩戴者身上时开关元件覆盖在佩戴者的咬肌肌肉区域上，并且所述开关元件配置为响应于佩戴者颌部的咬紧而激活；

框架；

第一悬臂，其附接到框架，其中第一悬臂随着铰接面板终止；和

一个或多个照明元件，其支撑在铰接面板上并且电连接至开关元件，

其中第一悬臂和铰接面板的尺寸使得一个或多个照明元件定位在佩戴者眼睛之下的区域中，并且铰接面板的铰链定向为使得允许一个或多个照明元件面向佩戴者正观看的方向。

2.根据权利要求1所述的头戴式系统，其特征在于，一个或多个照明元件集成为耳机的一部分或附接于耳机。

3.根据权利要求1所述的头戴式系统，其特征在于，一个或多个照明元件为发光二极管(LED)。

4.根据权利要求1所述的头戴式系统，所述头戴式系统还包括一个或多个成像装置。

5.根据权利要求1所述的头戴式系统，其特征在于，所述第一悬臂还支撑至少一个成像装置。

6.根据权利要求1所述的头戴式系统，所述头戴式系统还包括附接于框架的第二悬臂，所述第二悬臂具有支撑在其上的至少一个成像装置。

7.根据权利要求1所述的头戴式系统，其特征在于，所述开关元件经控制器电连接至一个或多个照明元件，并且所述控制器配置为响应于开关元件的多次致动中的不同致动来控制一个或多个照明元件的激活和去激活。

8.一种免手式开关系统，所述免手式开关系统包括：

开关，所述开关配置为佩戴在佩戴者面部的外部的附近，并且通过佩戴者颌部的咬紧而激活，所述开关电连接以向控制器提供输出，所述控制器包括处理器和相关联的存储器，所述存储器储存用于处理器执行的指令；

框架；

悬臂，其附接到框架，其中悬臂随着铰接面板终止；和

照明元件，其支撑在铰接面板上并且电连接到开关，其中所述指令在由所述处理器执行时，所述指令使所述处理器将来自开关的第一序列的脉冲识别为指示用于激活和/或去激活照明元件的一个或多个命令，

其中悬臂和铰接面板的尺寸使得照明元件定位在佩戴者眼睛之下的区域中，并且铰接面板的铰链定向为使得允许照明元件面向佩戴者正观看的方向。

9.根据权利要求8所述的免手式开关系统，所述免手式开关系统还包括成像单元，并且所述指令在由处理器执行时，所述指令使所述处理器将来自开关的第二序列的脉冲识别为指示用于操作成像单元的一个或多个命令。

10.一种头戴式装置，所述头戴式装置包括：

框架；

第一悬臂，其附接到框架，其中第一悬臂随着铰接面板终止；

一个或多个照明元件和/或成像单元，其支撑在铰接面板上并且电连接至开关元件；和

颌部咬紧致动的接口，所述接口配置为用于头戴式装置的佩戴者操作头戴式装置的一个或多个照明元件和/或成像单元，其中第一悬臂和铰接面板的尺寸使得一个或多个照明元件和/或成像单元定位在佩戴者眼睛之下的区域中，并且铰接面板的铰链定向为使得允许一个或多个照明元件和/或成像单元面向佩戴者正观看的方向。

11.根据权利要求10所述的头戴式装置，其特征在于，一个或多个照明元件包括独立可调节的光源，所述光源允许对两个或多个区域同时照明。

12.根据权利要求10所述的头戴式装置，其特征在于，颌部咬紧致动的接口包括压电开关，所述压电开关位于第二悬臂上，以当头戴式装置佩戴在佩戴者身上时压电开关靠近佩戴者的面部并覆盖在佩戴者的咬肌肌肉区域上。

13.一种头戴式接口单元，所述头戴式接口单元包括：

用于计算机系统的光标控制开关，所述光标控制开关位于头戴式接口单元上，以当头戴式接口单元佩戴在佩戴者身上时光标控制开关覆盖在佩戴者的咬肌肌肉区域上，所述光标控制开关配置为响应于佩戴者颌部的咬紧而激活；

无线通信接口，其配置为通过无线通信协议将光标控制开关通信地耦合至计算机系统的输入；

框架；

悬臂，其附接到框架，其中悬臂随着铰接面板终止；和

一个或多个照明元件，其支撑在铰接面板上并且电连接至光标控制开关，

其中悬臂和铰接面板的尺寸使得一个或多个照明元件定位在佩戴者眼睛之下的区域中，并且铰接面板的铰链定向为使得允许一个或多个照明元件面向佩戴者正观看的方向。

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