TWI285830B - Human-machine interface whose electric signal is controlled by an eye - Google Patents

Description

1285830· 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種人機介面裝置，特別是指一種以 眼電訊號控制之人機介面裝置。 【先前技術】 隨者電腦科技的蓬勃發展，人們可藉由電腦來執行曰 常生活中的許多工作，例如撥打電話、訂票，或者是開啟 家電等。但電腦之作動主要還是要透過雙手操控滑鼠，使 榮幕游標點選所需之指令選項。因此，目前的電腦操作介 面設計，對於許多肢體殘障人士而言，幾乎無法使用。 但因許多肢體殘障人士中的眼睛都仍可動、可看，因 此，已有許多利用眼球之作動訊號來直接控制榮幕游 動的人機介面裝置被逐漸被開發出來，其中，以透過 線追縱眼球曈孔位置的方式， 較 〇万式來焱伃眼球移動訊號的方式 ”'、 <旦此種方法除了設備成本較高、容易受光害与 二二Γ卜線波段的能量如果超過使用者眼睛最大容二 動將會造成眼睛嚴重受損。另外，目前將眼球作 傳輸至電腦的方式，大多是透過rs232串列谭或是 琿的資料傳輸…门 傳輸方式皆與-般滑鼠串列 程式，相當不便。 Μ外撰寫配合之驅動 由於滑鼠為一般電腦之必備麥 制游桿作動Τ 乂備4置’且本身即可直接控 套以眼=二 撰寫程式，因此，若能夠發展出- ' 來直接控制滑鼠作動之人機介面裴置，將會 1285830 是殘障人士的一大福音。 【發明内容】 本發明之目的，即在提供一種利用眼球運動產生之眼 電訊號，來驅動滑鼠控制螢幕游標作動之人機介面裝置。 於是，本發明以眼電訊號控制之人機介面裝置，可押 制電腦螢幕之游標作動地組裝在—使用者臉部與—電_

’並包含-固定於臉部並用以量測及輸出眼球運動時所產 生之眼電訊號的電極單元、m接收處理電極單元輸出 之眼電錢且依據所接收處理之眼電㈣對應產生並輸出 控制訊號的《處理單元，及—電連接於訊號處理單元與 電腦間並可被訊號處理單元輸出的控制訊號驅動而控制榮 幕游標作動的滑鼠單元。 【實施方式】 有關本㈣之前述及其他技㈣容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之—個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 、 戈口圍 —. 不赞明以眼電訊號控制之人機介面裝 置之實施例適用於組裝在—使用者臉冑1()，並與—電腦h 電連接。由於眼球U之角膜（圖未示）與網臈'(圖未&示） 間存在-穩定電位，且角膜與網模是分別帶正電與帶負電 ，因此，當眼球11正視前方而角膜與網膜間之電位差為零 時，則眼球11向左方注視時，將會產生負電位差，而眼: 11向右方注視時，會產生正電位差，且眼球11移動角度越 大’相對電位差值也越大，每轉動一度會產生約微伏特 1285830 的電位變化。所以可藉由量測對應位於眼球u週遭的電位 變化，而得知眼球11作動方向與轉動角度，進而得知❹ 者視覺方向。 該人機介面裝置包含-電連接貼附於使㈣臉部1〇並 用以擷取眼球11作動產生之眼電訊號的電極單元3、一與 該電極單元3電連接並用以將眼電訊號處理轉換成所需之 控制訊號的《處理單元4，及—電連接於電腦21之滑鼠 連接琿（圖未示）與訊號處理單元4間之滑鼠單元5。 由於本發明之人機介面裝置主要是透過眼球u運動來 驅使滑鼠單元5控制游標作動，為方便說明，以下先針對 滑鼠單元5之構造進行說明。 該滑鼠單元5是由一般之機械式滑鼠改良而成，主要 包括-與電腦21電連接並用以作訊號傳輸處理之電路基板 51刀別電連接於③電路基板51與訊號處理單元*間之一 垂直控制器52與一水平控制器53,及分別電連接於電路基 板51上且分別貼附固定於使用者臉部1〇之—第一開關μ 與一第二開關55 ^ 在本實施例中’該等控制器52、53為—般滑鼠本身即 具備之紅外線❹彳器，且分別具有二訊號接收端（圖未示） ’藉由該等控制H 52、53之兩訊號接收端所接收到之〇、} 數位訊號的編碼變化’例如由〇〇變成〇1、由ι〇變成U等 ’便可分別透過電路基板51而控制游標上下左右位移。其 中’該第-控制器52可用以控制游標上下位移，而第二控 制器53則可用以控制游標左右位移。由於該等控制器 7 1285830 53之作動方式為習知技術，因此不再詳述。 荨開關54、55則為水銀開關，且分別被固定於使用 者臉邛10左、右側，而分別對應位於之顴骨肌（ Zygomatlcus)與咬肌（Masseter)間，當使用者兩嘴角分別 上拉且咬肌不動時，亦即左、右眼分別作眨眼動作，便可 分別被連動而改變設置角度或產生晃動，使得該等開關Μ 、55内部水銀541、551位移，並造成内部兩傳導電極 、552由不導通變成導通，進而可分別透過電路基板51驅 使游標作動。其中，第二開關55之功能就像一般滑鼠右鍵 ，可驅使游標開啟螢幕中之功能視窗，而第一開關54功能 則像一般滑鼠左鍵，可驅使游標點選啟動功能視窗之功能 選項。但實施時，該等開關54、55之型態、作動方式與設 置位置皆不以上述型態為限，可依需要而改變。 該電極單元3包括二上下間隔地貼附於使用者臉部Μ 且分別位於右眼上下側的第一電極Η、二左右間隔地貼附 於使用者臉部10且分別位於雙眼之顳肌（Temp〇ralis)側 的第二電極32,及一貼附於使用者前額的接地電極33。其 中，該等第一電極31會對眼球11之上下運動最為敏感，而 對水平運動最不敏感。該等第二電極32則會對眼球丨丨左右 運動最為敏感，但對上下運動不敏感。該接地電極33之貼 附位置則較不受眼球11運動之影響，而作為接地。因此， 可透，過量測眼球11運動時，該等第一電極31間之電位差變 化，及該等第二電極32間之電位差變化，便可分別獲得眼 球11上下運動與左右運動時所產生之眼電訊號，而可得知 8 1285830 眼球11作動方向與轉動角度大小。實施時，該接地電極％ 需與周邊儀器的接地電# (圖未示）電連接，而該等第一 電極31之黏貼位置亦可黏貼於左眼上、下側。

電訊號，以下將該等第一電極31與第二電極 第一與第二電極31、32所量測到之眼 32所量測到 之電位差分別以垂直眼電訊號與水平眼電訊號區別。

該訊號處理單元4包括一與該等電極31〜33電連接之 信號放大電路41、一與信號放大電路41電連接之振盪電路 42、-電連接於振盪電路42與滑鼠單元5間並使兩者電源 絕緣隔離之隔離電路43，及一電連接於信號放大電路41與 振盪電路42間之漂移補償電路44。 該信號放大電路41主要是用以接收該等電極31〜33所 表貝取輸出之眼電訊號，並將垂直與水平眼電訊號放大後輸 出至該振盪電路42。在本實施例中，該信號放大電路41主 要是由儀表放大器構成，但實施時不以此為限。 3亥振盈電路42主要是用以將電位訊號轉換成頻率訊號 ，亦即將放大後之垂直與水平眼電訊號的電位分別轉換成 不同頻率之方波型態的控制訊號，且頻率的大小會隨電壓 大小增減而同時變化。並將方波型態之垂直與水平控制訊 號分別傳送至隔離電路43。在本實施例中，眼球11移動角 度越大，所產生之眼電訊號的電位相對越大，振盪電路42 所輸出之控制訊號的方波頻率也越大。而該振蘯電路42主 要是由高增益運算放大器構成，但實施時不以此為限。 该隔離電路43主要是用以作雙電源隔離，以及將振盪 1285830 電路42輸出之该等控制訊號處理後傳輸至滑鼠單元$。由 於驅動放大電路41與振盪電路42之電源大小不同於滑鼠 單兀5的驅動電源，且電源供給來源亦不同，因此，需以 隔離電路43作為雙電源隔離，在本實施例中，是以光耦合 器（圖未示）來進行雙電源隔離。 而將垂直與水平控制訊號傳送至滑鼠單元5前，該隔 離電路43會分別對該等控制訊號作滯後處理，並產生分別

與該等控制訊號具有相位差之方波型態的—垂直滯後 訊號與-水平雜控龍號。接著，再分別㈣直控㈣ ^與垂直滞後控制訊號傳送至垂直控制器52之兩訊號接收 端，以及分別將水平控制訊號與水平滯後控制訊號傳送至 水平控制器、53《兩訊號接收端，藉由該等控制器52、53 :接收到之方波型態控制訊號與滯後控制訊號間，相位組 斤產生類似〇、1編碼之變化，而分別可控制游標上下及 左右位移。在本實施例中，該隔離電路U主要是由電壓比 較器（圖未示）與光轉合器（圖未示）等電子元件組成， 但實施時不以此為限。 該漂移補償電路44是電連接於信號放大電路41與振 盪電路42間’由於每次量測眼球u目視螢幕中心點之電位 時’會因使用者不同、使用時間長短，以及該等電極31〜33 :附位置的差異等因素，而使量測電位有所不肖，進而造 2標非預測性漂移。為了使使用者目視螢幕中心時，游 下=夠疋位不動’可經由調整—與漂移補償電路料電連接 之歸零調整鈕（圖未示），來驅使漂移補償電路44產生一 10 1285830 與該等電極31、32所擷取之眼電訊號的電位極性相反之電 位，使得振盪電路42輸出之垂直與水平控制訊號的電位值 等於零，便可使游標停止不動。 本發明之人機介面裝置使用時，可依前述方式組接該 等構件，然後，將該等電極31〜33分別貼附固定於臉部1〇 預定位置，但黏貼前需先針對該等黏貼位置作清潔處理， 使電極31〜33與肌膚具有較佳之導電效果。接著，再將該

等開關54、55分別固定於臉部1〇之預定位置，便完成I 機介面裴置的架設。 因眼球u進行平滑追晦時，該等電極31、32所量_ 之電位經振盪電路42轉換後，會產生15〜3〇Hz的方波押制 訊號’此頻率之控制訊號會與手握滑鼠移動速度相同，因 此’可藉由眼球丨丨左右或上下㈣所產生之 之位移。而當眼…速移動時，該等電: =32會量_-高臨界„，且經隔離電路43之 使用者僅雨脾日Ρ坫彳！ 心疋位時’ 而將眼球11迅速回移而目視螢幕中心，使傳逆$ 該荨控制器52、53夕^丨 便得送至 L 之控制訊號電位等於零，便 止不動。而當要執行_般濟鼠之左、為㈣ 別以右眼哎/目ρ讯、*从 、力此時’僅需分 次左眼迅速作目乏眼動作，而 55瞬間導通即可。 Η更垓4開關54、 實施時’若使用者僅需能夠控 定之視窗位置時，而π币a ‘位移並疋位於預 時，則可不設置該等_ q μ動功以項之動作 專開關54、55。但實施時不以此為限。 11 1285830 •歸:上述，以眼球11運動所產生之眼電訊號來直接驅 動π鼠單元5控制游標作動的設計，可直接以原本即用以 控制螢幕游標之設備來建立所需的人機介面裝置，所以整 個人機介面裝置較易於製造，且使用上較為簡單方便。且 該等電極31〜33與其他構件皆為—般常見之電子元件，成 本低且方便取传，所以整體製造成本相對較低，且不會有 、’工外線了此k成眼睛受損之疑慮。再加上該等貼附於使用 者臉部10並可分別被使用者臉部10連動而瞬間導通之第 一與第二開關54、55的設置，更可供使用者方便點選啟動 功能視窗之功能選項，使得人機介面裝置之功能更加完善 。因此確實可達到本發明之目的。 惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當 不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專 利範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆 仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1本發明眼電訊號控制之人機介面裝置的一較佳實 施例的功能方塊圖； 圖2疋该較佳實施例組裝於一電腦與一使用者間之名士 構示意圖；及 圖3是該較佳實施例之一滑鼠單元的結構示意圖。 12 1285830 【主要元件符號說明】 10 .... ..…臉部 44 .... ....漂移補償電路 11 .... .....眼球 5....... .…滑鼠單元 21 .... .....電腦 51 ····, ....電路基板 3...... …· ·電極單元 52 ····. ....垂直控制器 31 .... .....第一電極 53 ••… 水平控制器 32 .... .....第二電極 54 ····· ...第一開關 33 .... .....接地電極 541.... ...水銀 4...... •.…訊號處理單元 542··.· ...傳導電極 41 .... 55 …·· ...第二開關 42 .... 551···. ...水銀 43…· .....隔離電路 552···. ...傳導電極

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Claims (1)

1285830 十、申請專利範圍··

種以眼電訊號控制之人機介面裝置， 之游標作動地組裝在一使用者臉部與一 可控制電腦螢幕 電腦間，並包含 出眼球 電極單元，電連接於臉部並用以 運動時所產生之眼電訊號； J及輸 之眼 對應 …=訊號處理單％，用卩接收處王里電極單元輸出

電訊號且依據所接收處理之眼電訊號產生並輸出相 之控制訊號；及 、月％單元電連接於该訊號處理單元與所述電腦 間並可被該訊號處理單元輸出的控制訊號驅動而控制電 腦螢幕之游標作動。 2·，據_料利範圍第丨項所述之㈣電訊號控制之人機 ^面裝置，其中，該電極單元包括二分別用以量測並輸 出眼球上下運動時所產生之垂直眼電訊號的第一電極、 一分別用以量測並輸出眼球左右運動時所產生之水平眼 電訊號的第二電極，且該等電極是與該訊號控制單元電 連接。 3·依據申請專利範圍第2項所述之以眼電訊號控制之人機 面波置，其中，該訊號處理單元包括一與該等電極電 連接且將垂直與水平眼電訊號放大並輸出之信號放大電 路’及一與信號放大電路電連接並用以將放大後之該等 眼電訊號分別轉換成所需之垂直與水平控制訊號的振盪 電路。 14 I285830 4·依據申請專利範圍第3項所述之以眼電訊號控制之人機 介面裝置’其中’該振盪電路是將信號放大電路輸出之 該等眼電訊號分別轉換成不同頻率之方波垂直控制訊號 與方波水平控制訊號。 5·依據申請專利範圍第3項所述之以眼電訊號控制之人機 介面裝置，其中，該訊號處理單元更包括一電連接於振 盪電路電與滑鼠單元間而使兩者絕緣隔離，並用以將該 等控制訊號處理後分別傳輸至滑鼠單元之隔離電路。 6·依據申請專利範圍第5項所述之以眼電訊號控制之人機 介面裝置，其中，該隔離電路可同步產生分別與該等控 制吼號具有相位差之一垂直滯後控制訊號與一水平滯後 控制訊號，並分別將垂直控制訊號與垂直滞後控制訊號 ，以及將水平控制訊號與水平滞後控制訊號一起傳輸至 滑鼠單元。 •依據申請專利範圍第6項所述之以眼電訊號控制之人機 介面裝置，其中，該隔離電路是以光耦合方式將該等控 制訊號傳送至滑鼠單元。 1 ·依據申請專利範圍第6項所述之以眼電訊號控制之人機 w面裝置，其中，該滑鼠單元包括一與電腦電連接並用 以作訊號傳輸處理之電路基板，及分別電連接於電路基 板與隔離電路間之一垂直控制器與一水平控制器，且該 垂直控制器可被垂直控制訊號與垂直滯後控制訊號驅動 而控制螢幕游標上下位移，而水平控制器則可被水平控 制訊號與水平滯後控制訊號驅動而控制螢幕游標左右位 15 1285830 移。 9.依據申凊專利範圍第8項所述之以眼電訊號控制之人機 W面虞置’滑鼠單元更包括一組裝於使用者臉部並與電 路基板電連接且可被臉部驅動而驅使游標開啟螢幕之功 月b視®的第一開關，及一組裝於使用者臉部並與電路基 板電連接且可被臉部驅動而驅使游標點選啟動功能視窗 中之功能選項的第二開關。 1 〇_依據申請專利範圍第5項所述之以眼電訊號控制之人機 ;丨面裝置’其中，該訊號處理單元更包括一電連接於信 號放大電路與振盪電路間之漂移補償單元，且當使用者 目光正對螢幕中心時，該漂移補償單元可使該信號放大 電路輸出至振盪電路之垂直與水平眼電訊號歸零，而使 游標定位不動。

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