MX2008000705A - Anteojos que detectan la agudeza. - Google Patents

Abstract

Los anteojos para usarse en un sistema de monitoreo para los ojos incluyen un par de armazones oculares y una unidad adaptada para posicionarse adyacente a un ojo del usuario. Un puente para la nariz conecta los armazones oculares e incorpora un mecanismo de ajuste para ajustar la posicion vertical de la unidad detector en relacion a los ojos. Un brazo del armazon se extiende desde el borde exterior de cada armazon ocular y esta adaptado para ajustar sobre la oreja del usuario. La unidad detectora incorpora dos emisores infrarrojos a diferentes angulos y un detector infrarrojo incrustados en la superficie de la unidad para reducir la proporcion de senal recibida por dicho detector que no es del emisor de senal reflejada por los ojos o los parpados.

Description

ANTEOJOS QUE DETECTAN LA AGUDEZA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a anteojos usados para monitorear el movimiento de los ojos y los párpados. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La detección de la somnolencia es de importancia debido a que la somnolencia perjudica la capacidad de los operadores de un rango amplio de maquinaria que incluye vehículos de motor, aviones y barcos además de equipo industrial . El problema de la conducción soñolienta no puede resolverse educando a los operadores para que tomen medidas precautorias cuando sientan soñolencia. La dificultad es que mucha gente es desprevenida de su somnolencia antes y durante la somnolencia aún cuando pueden estar alerta y consientes después de que despiertan. Esto significa que uno no puede predecir cuando su nivel de somnolencia disminuirá al punto de peligro debido a que el estado de somnolencia involucra una pérdida de conciencia del presente; un lapso involuntario de atención. La patente norteamericana 5745038 divulga un monitor para ojos que examina la luz reflejada desde el ojo para detectar la conducta de parpadeo como un indicador de la somnolencia. La patente norteamericana 6097295 divulga un sistema de análisis de imagen basado en el tamaño de la pupila del ojo. La patente norteamericana 6147612 divulga un sistema de prevención de sueño que detecta el movimiento del párpado y acciona una alarma cuando el movimiento del párpado es indicativo de somnolencia. La patente norteamericana 6346887 usa un sistema de rastreo de los ojos basado en video que rastrea la actividad del ojo y el diámetro y la posición de la pupila para producir una señal que representa la actividad del ojo que puede usarse para estimar la viveza. La WO 03/039358 divulga un monitor de viveza que usa luz de rayos infrarrojos para medir la amplitud y la velocidad de los movimientos del párpado y del ojo para derivar una medida de la viveza a una escala que puede relacionarse a la escala de los niveles de alcohol en la sangre. Éste monitor busca proporcionar un monitoreo de viveza en tiempo real que pueda proporcionar una medida calibrada de la viveza del operador. La calidad de las señales recibidas desde la luz reflejada desde los ojos y párpados depende en parte de la orientación de los emisores y detectores. Se conocen armazones ajustables para anteojos pero generalmente son ajustables para acomodar la distancia entre las pupilas y la distancia entre el punto medio de los ojos y el puente de la nariz. La patente norteamericana 5583586 proporciona un sistema de soporte para anteojos el cual separa el armazón de los huesos de la mejilla y la ceja del usuario. Los aparatos de prueba para examinar los ojos usualmente incluyen accesorios ajustables en varias direcciones. La patente norteamericana 4448501 divulga anteojos de prueba con medios para variar las posiciones de los lentes. La patente norteamericana 5499063 divulga un puente para la nariz ajustable y medios para mover los lentes. La EP 567817 divulga armazones de prueba que permiten el ajuste en el plano paralelo a la cara y también lejos de la cara. La patente norteamericana 4730898 proporciona un visualizador estereoscópico con armazones que permiten al dispositivo ser ajustable en longitud en relación a las orejas . La patente norteamericana 5971538 divulga una pantalla de realidad virtual montada en la cabeza con un puente articulado para la nariz que le permite a la posición de la pantalla en relación a los ojos ser ajustable. Es un objetivo de la invención proporcionar anteojos para un sistema de monitoreo para los ojos del tipo divulgado en WO 03/039358. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Para este fin la presente invención proporciona un armazón de anteojos para usarse en un sistema de monitoreo para los ojos que incluye: a) un puente para la nariz que conecta un par de armazones oculares; b) una unidad detectora ajustable unida a dicho puente para la nariz, dicha unidad detectora incorpora un emisor de señal y un detector de señal incrustado en la superficie de la unidad para reducir la proporción de señal recibida por dicho detector que no es del emisor de señal reflejado por el ojo o los párpados; c) dicho puente para la nariz que incorpora un mecanismo de ajuste para ajustar la posición vertical de dicha unidad detectora relativa al ojo; d) un brazo del armazón que se extiende desde el borde exterior de cada armazón ocular, adaptado para ajustar sobre la oreja de un usuario en donde uno de dichos brazos del armazón incorpora un microprocesador para controlar la unidad detectora. Esta invención es en parte predicada sobre el descubrimiento de que la recolección de señales reflejadas desde los ojos y párpados depende del espaciamiento vertical y horizontal del emisor y detector desde los ojos además del arreglo del emisor y detector relativos entre sí. Los anteojos se diseñan preferiblemente para llevarse puestos por conductores de vehículos u operadores de maquinaria para medir su nivel de viveza o fatiga. Los anteojos contienen uno o más grupos de transductores llamados la unidad detectora. La unidad detectora está diseñada en los anteojos y posicionada de manera que la señal del sensor sea reflejada desde los ojos del conductor. Los transmisores de señal pueden ser LEDs o los extremos terminales de fibras ópticas conectados a una fuente de luz como un LED. La señal preferida es luz en la región de longitud de onda infrarroja pero cualquier señal reflejada desde el párpado o el ojo tal como ultrasonido u otra banda de frecuencia electromagnética pueden usarse . Debido a las diferencias significativas en la estructura facial humana, la métrica necesaria debe mantenerse de persona a persona a través de un proceso de montaje que permita a los anteojos ajustarse a una posición estática en cada individuo. Esto permite la recolección de datos de movimiento del ojo de calidad (EDM) en una plataforma fija, estable, mientras que es confortable y no obstruye la visión del usuario. El puente para la nariz necesita ser ajustable verticalmente y horizontalmente desde el ojo, y esto se logra ajustando la posición del puente a lo largo de la nariz y después ajustando la altura relativa a la nariz. Esto puede lograrse usando un soporte para el puente que se dimensione para ajustar a las posiciones de nariz y ojos variantes en las varios tipos faciales. Además, pueden hacerse ajustes finos al brazo detector para ajustar la posición del detector en relación al puente para la nariz. Los armazones oculares asegurados al puente para la nariz pueden contener lentes ópticos prescritos o lentes de protección contra el sol que pueden elevarse de la línea de visión sin que se tenga que quitar los armazones de los anteojos de manera que la posición del detector no se altera mientras el armazón de los anteojos está en uso. En otras modalidades esta invención proporciona un armazón de anteojos para usarse en un sistema de monitoreo de los ojos que incluye: a) un par de armazones oculares, al menos uno de los cuales porta una unidad detectora adaptada para posicionarse adyacente a un ojo del usuario; b) un puente para la nariz que conecta dichos armazones oculares y que incorpora un mecanismo de ajuste para ajustar la posición vertical de dicha unidad detectora en relación al ojo; c) un brazo del armazón que se extiende desde el borde exterior de cada armazón ocular, adaptado para ajustar sobre la oreja, dicho brazo del armazón se encuentra conectado pivotantemente a dicho miembro ocular por una articulación que es ajustable; d) dicha unidad detectora incorpora un emisor de luz (preferiblemente infrarroja) y un detector de luz (preferiblemente infrarroja) rebajado en la superficie de la unidad para reducir la proporción de señal recibida por dicho detector que no es del emisor de señal reflejada por el ojo o los párpados. La unidad de electrónica que controla los emisores y recolecta los datos desde el detector puede localizarse en el brazo del armazón de los anteojos. Esta puede conectarse por cable o de manera inalámbrica a un procesador más complejo y a una unidad de registro de datos y pantalla. Alternativamente, el procesamiento puede llevarse a cabo en un procesador localizado sobre el armazón y la pantalla puede ser una señal o voz audible que indica a los usuarios el estado de fatiga. La unidad de pantalla puede ser una unidad de registro del tipo caja negra pero puede también desplegar el estado de viveza del usuario como se describe en WO 03/039358. Los armazones de esta invención son armazones de anteojos convencionales modificados y pueden incorporar lentes ópticos para compensar deterioro visual y pueden incorporar lentes de sol para usarse en situaciones donde los lentes convencionales para el sol son útiles. Ellos también pueden usarse sin lentes .

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Ahora se describirá una modalidad preferida de la invención con referencia a los dibujos en los que: La Figura 1 es una vista de la parte trasera de los anteojos de acuerdo a una primera modalidad de la invención: La Figura 2 es una vista esquemática de la conexión entre el armazón ocular y el brazo del armazón; La Figura 3 ilustra la relación entre la posición de la unidad detectora y el ojo; La Figura 4 ilustra una modalidad del puente para la nariz de esta invención; La Figura 5 muestra el puente para la nariz en relación a los armazones oculares; La Figura 6 ilustra esquemáticamente el arreglo de la unidad detectora; La Figura 7 es una vista explotada del armazón de esta invención en una segunda modalidad. La Figura 8 es una vista detallada de la figura 7; La Figuras 9A y 9B ilustran la capacidad de intercambio de los lentes oculares; La Figura 10 ilustra el movimiento de pivote de los lentes oculares en la modalidad mostrada en la figura 7; La Figura 11 es una vista de la parte trasera del armazón de la figura 7 que ilustra la unión del brazo detector; La Figura 12 es un detalle que ilustra el mecanismo de ajuste del brazo detector; La Figura 13 ilustra la unidad del soporte del detector con cable, usada en la modalidad de la figura 7; La Figura 14 es una vista detallada del soporte del detector; La Figura 15 es una vista del soporte del detector que incorpora el soporte del detector de la figura 14; La Figura 16 ilustra la ubicación de la modalidad de la figura 7 en relación a la nariz y los ojos de un usuario; Las Figuras 17 A, B y C ilustran 3 vistas del armazón de esta invención que incorpora una pieza de ajuste para la nariz; Las Figuras 18 A y B ilustran 2 vistas del armazón de esta invención con una segunda pieza de ajuste para la nariz; Las Figuras 19 A y B ilustran 2 vistas del armazón de esta invención con una tercera pieza de ajuste para la nariz. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los anteojos son parte de un sistema del tipo divulgado en la especificación de patente WO 03/039358 los contenidos de la cual se incorporan aquí como referencia. En la figura 1 el montaje A del detector está localizado sobre la porción inferior de un miembro del armazón ocular.

La pieza B para la nariz conecta los dos miembros del armazón ocular y por vía del brazo C de la pieza para la nariz ajustable permite la ubicación vertical de los armazones oculares. La articulación D del brazo del armazón ajus'table permite el movimiento de los armazones oculares en relación al brazo del armazón. La Figura 2 es una vista lateral del brazo del armazón que muestra el punto A de la articulación donde los brazos pueden doblarse y en B donde el brazo del armazón puede doblarse hacia arriba y hacia abajo si se requiere. Esta invención está basada en la investigación que muestra que la métrica clave vital para buena calidad de la señal (QOS) desde la porción mas grande de la población depende del ángulo del detector en relación a la posición del detector del ojo (izquierdo) del usuario en relación al armazón (derecho) como se muestra en la figura 3 en la que; A - Ángulo en el que el montaje del detector apunta hacia el ojo en relación al fondo del armazón B - Ángulo en el que el montaje del detector se ajusta para cada usuario por medio del cambio de la inclinación en el armazón C - Distancia X entre el centro de la pupila y el montaje del detector D - Ojo E - Unidad detectora F - Distancia desde el centro del armazón hasta el centro de la unidad detectora G - Grado de envuelta sobre el armazón para proporcionar visión óptima para el usuario H - Convergencia de la unidad detectora para contrarrestar la envuelta sobre el armazón La métrica anterior (vea la figura 3) se ajusta a una posición fija segura con la métrica de ajuste clave: 2. Armazón Inclinación de ajuste del brazo doblando en el punto de articulación (vea la figura 1, D) a. Ajuste de los brazos para proporcionar el mecanismo de enclavamiento estable a la cabeza de los usuarios y confort (según procedimientos de ajuste optometrista estándar) 3. Pieza para la nariz a. Ajuste del montaje del detector en relación hacia arriba/abajo para obtener el ángulo correcto hacia el ojo (vea la figura 3, A) b. Ajuste del montaje del detector en relación hacia y lejos del ojo (vea la figura 2, B) 4. Montaje del detector a. 2 ángulos diferentes se usan para obtener la cobertura más grande a través de la población, (vea la figura 3, A) El armazón proporciona una plataforma estable para mantener una posición estática fija para el montaje del detector en la ubicación correcta en relación al ojo (vea la figura 1) . El armazón porta las siguientes características clave para la buena QOS de la porción más grande de la población: 1. Inclinación del armazón (vea las figuras 2 y 3, B) 2. Espaciamiento intraocular del montaje del detector (vea las figuras 3, F) 3. Envoltura del armazón (vea la figura 3, G) 4. Pieza para la nariz ajustable con localizadores fijos (vea la figura 2, A) La pieza para la nariz yace en el centro del armazón (vea la figura 5 , A) y proporciona una de las métricas de montaje claves. Esto se logra por medio de un rango ajustable fijo proporcionado por una serie de orificios sobre la placa de ajuste con tornillos que mantienen la pieza para la nariz asegurada en la posición (vea la figura 1, B) . Como se muestra en la figura 4, los orificios A permiten posiciones fijas, ajustables para los brazos B de soporte de la nariz de metal ajustable. La ubicación del puente para la nariz sobre el armazón se muestra en la Figura 4 en la que A es una ranura para el puente para la nariz para proporcionar ajuste en el eje Y.

El puente para la nariz proporciona métricas de montaje claves para obtener buena QOS de un usuario. 1. Ajuste del montaje del detector en relación hacia arriba/abajo del ojo deslizando la placa hacia arriba y hacia abajo. 2. Ajuste del montaje del detector en relación hacia y lejos del ojo doblando los brazos del soporte para la nariz (vea la figura 4, B) . Sistemas alternativos para ajustar la pieza para la nariz se encuentran también dentro del alcance de esta invención. El montaje del detector es un montaje de plástico que encapsula el detector S y los emisores E en cavidades dentro del armazón con las siguientes características clave: 1. Crea una abertura para el elemento S detector para recolectar información objetivo desde la región correcta para buena QOS . 2. Los emisores están arreglados en 2 ángulos para cubrir la porción más grande de la población. 3. Plástico ABS relleno de carbón al 3% se usa para absorber la luz IR y prevenir fuga de luz IR desde las cavidades del emisor hacia las cavidades del detector. Los emisores proporcionan pulsos de luz IR invisible (longitud de onda de 940 nm) desde una LED posicionado aproximadamente 13 +/-3 mm por debajo y 12 +/- 3 mm en frente del ojo, alojado en un armazón que puede también tener lentes de prescripción o lentes de sol, sí es necesario (Figura 1). Los pulsos IR son breves (< 100 microsegundos) y se repiten a una frecuencia de 500 Hz. Ellos están dirigidos hacia arriba en un haz de 30 grados centrado sobre el borde inferior del párpado superior. La luz IR total reflejada hacia atrás desde el ojo y los párpados se detecta por el fototransistor acoplado junto con el LED. En la modalidad de la invención ilustrada en las figuras 7 a 16 el armazón consiste de vastagos 11 y 12 para las orejas. Estos pueden ser del tipo enrrollado para mantener una posición estable sobre la cabeza de los usuarios. Una correa elástica puede también usarse para asegurar el armazón a la cabeza. El vastago 12 de la oreja incorpora un modulo 13 de electrónica que incluye un microprocesador conectado por un cable 29 al soporte 26 del detector mostrado en detalle en la figura 14. El armazón 14 ocular incorpora un puente 15 para la nariz central. Los lentes están asegurados a la unidad 16 de unión de lentes. Los lentes pueden ser de cualquier tipo incluyendo lentes prescritos o lentes de protección contra el sol y pueden ser claros u obscuros como se muestra en las figuras 9A y B . La unidad 16 incorpora pasadores 17 de pivote que cooperan con los rebajos 17A del broche que permiten que los lentes se inviertan hacia arriba como se muestra en la figura 10. Los pasadores están conformados para proporcionar dos posiciones estables, a saber, paralela a la cara y en ángulos rectos a la cara cuando se inviertan hacia arriba. Una pieza 30 de ajuste para la nariz esta unida a la unidad 16. La pieza 30 de unión va en un rango de tamaños que cambian de manera incremental para ajustarse a un rango de tipos faciales y de nariz. El brazo 20 del detector tiene una porción 22 de unión en un extremo que se asegura a la unidad 16 por el tornillo 19 y el soporte 24 del detector en su otro extremo. La ranura 18 en la unidad 16 proporciona un número de posiciones verticales para la unión del brazo del detector de manera que la posición del soporte 24 del detector puede ajustarse en relación al ojo. El soporte 26 del detector está ajustado al soporte 24 de manera que los detectores están elásticamente montados en el soporte. El soporte del detector consiste de los emisores 27 y el receptor/detector 28. Cada emisor 27 y detector 28 es individualmente montado sobre un dedo flexible. El receptáculo 24 del detector puede girarse a través de un arco de 10° para ajustar más los detectores en relación al ojo. El receptáculo 24 del detector o brazo 20 del detector pueden ser de longitud variable para satisfacer un rango de amplitudes de los ojos.

La posición del armazón en relación a la cara se ajusta seleccionando un pieza 30 para la nariz de un rango de piezas para la nariz. En las figuras 17-19 se muestran tres piezas 30 para la nariz que explican los ajustes increméntales que pueden hacerse. La figura 17 ilustra un soporte 30 base para la nariz mientras que la figura 18 ilustra un soporte para la nariz con un ajuste 31 vertical incremental. La figura 19 ilustra la pieza para la nariz con un ajuste 32 horizontal incremental para colocar el armazón lejos de la cara. Usando combinaciones de uno o más de los ajustes vertical y horizontal incremental, pueden acomodarse un rango amplio de tipos faciales. En la modalidad mostrada en las figuras 7 a 16 un microprocesador 13 alojado en el brazo 13 del los lentes convencionales controla el tiempo, duración e intensidad de los pulsos IR, y digitaliza la salida análoga desde el detector (0 a 3.3 voltios) . La salida digital desde los lentes convencionales se envía vía un cable de luz a una unidad de procesamiento en el banco para experimentos de laboratorio, o a una unidad instalada en un vehículo para usarse mientras se conduce. La salida digitalizada desde el fototransistor representa la cantidad de luz IR reflejada hacia atrás desde el ojo y los párpados. Esta es influenciada por varios factores, tales como la forma y la reflexión de la superficie reflectante (la piel altamente pigmentada refleja menos que la piel blanca) . La superficie de la cornea es aproximadamente esférica y aproximadamente tiene 10 mm de diámetro. Mientras que esta gira con los movimientos de los ojos, el ángulo de la superficie reflectante de los ojos cambia en relación al detector. Sin embargo, el factor mayor que afecta la cantidad de luz reflejada que es medida es la distancia entre la superficie de reflexión y el detector. Esto cambia con el movimiento de la cornea en cualquier dirección, y también con el cierre del párpado. Esta proximidad cambiante de la superficie de reflexión en relación al detector, es la que forma la base del sistema como se describe en WO 03/039358 para el monitoreo de los movimientos de los ojos y párpados. Diferencias en la reflexión de la cornea, iris, conjuntiva escleral y la piel de los párpados están también involucradas pero probablemente son menos importantes que lo previamente asumido. Programas para computadora desarrollados específicamente para el sistema como el que se describe en WO 03/039358 usa análisis de periodo-amplitud de ambas, señales de posición y velocidad para derivar un rango amplio de variables que caracterizan los movimientos de los ojos y los párpados. En el ajuste de los armazones para cada usuario, un técnico necesita ser guiado por la calidad de la señal recibida desde el detector para asegurar que el ajuste asegurará que se reciban señales capaces de ser analizadas. El técnico selecciona una pieza 30 para la nariz apropiada y la ajusta al brazo 20 del detector hasta que se recibe una señal óptima. Aquellos expertos en el arte comprenderán que esta invención proporciona un armazón para anteojos práctico y conveniente para recolectar datos del movimiento de los ojos. Aquellos expertos en el arte también comprenderán que los armazones para anteojos pueden arreglarse en otras modalidades aparte de aquellas descritas sin salir de las enseñanzas esenciales de esta invención.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES 1. Un armazón de anteojos para usarse en un sistema de monitoreo para los ojos, caracterizado en que incluye: a) un puente para la nariz que conecta un par de marcos o armazones oculares; b) una unidad detectora unida de manera ajustable a dicho puente para la nariz, dicha unidad detectora incorpora un emisor de señal y un detector de señal incrustado en la superficie de la unidad para reducir la proporción de señal recibida por dicho detector que no es del emisor de señal reflejado por el ojo o los párpados; c) dicho puente para la nariz que incorpora un mecanismo de ajuste para ajustar la posición vertical de dicha unidad detectora relativa al ojo; d) un brazo del armazón que se extiende desde el borde exterior de cada armazón ocular, adaptado para ajustar sobre la oreja de un usuario en donde uno de dichos brazos del armazón incorpora un microprocesador para controlar la unidad detectora.
2. 2. Un armazón para anteojos como el que se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado en que el mecanismo de ajuste incluye un componente de tamaño variable que soporta el puente para la nariz sobre la nariz del usuario.
3. 3. Un armazón para anteojos como el que se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado en que la unidad detectora está montada sobre el extremo libre de un brazo que puede unirse a su otro extremo a una rango de ubicaciones sobre el puente para la nariz para ajustar el posicionamiento de la unidad detectora en relación al ojo.
4. 4. Un armazón para anteojos como el que se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado en que la unidad detectora esta conectada al microprocesador por un cable localizado en el armazón ocular y el brazo que contiene el microprocesador .
5. 5. Un armazón para anteojos como el que se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado en que la unidad detectora incluye al menos un emisor infrarrojo y un colector de luz infrarroja reflejada.
6. 6. Un armazón para anteojos como el que se reivindica en la reivindicación 5, caracterizado en que hay dos emisores de luz infrarroja y un detector infrarrojo los cuales se establecen en rebajos en el armazón ocular.
7. 7. Un armazón para anteojos como el que se reivindica en la reivindicación 6, caracterizado en que el material del armazón alrededor de la unidad detectora absorbe longitudes de onda infrarrojas.
8. 8. Un armazón para anteojos para usarse en un sistema de monitoreo de los ojos, caracterizado en que incluye: a) un par de armazones oculares, al menos uno de los cuales porta una unidad detectora adaptada para posicionarse adyacente a un ojo del usuario; b) un puente para la nariz que conecta dichos armazones oculares y que incorpora un mecanismo de ajuste para ajustar la posición vertical de dicha unidad detectora en relación al ojo; c) un brazo del armazón que se extiende desde el borde exterior de cada armazón ocular, adaptado para ajustar sobre la oreja, dicho brazo del armazón se encuentra conectado pivotantemente a dicho miembro ocular por una articulación que es ajustable; d) dicha unidad detectora incorpora un emisor de luz (preferiblemente infrarroja) y un detector de luz (preferiblemente infrarroja) incrustados en la superficie de la unidad para reducir la proporción de señal recibida por dicho detector que no es del emisor de señal reflejada por el ojo o los párpados.
9. 9. Un armazón para anteojos como el que se reivindica en la reivindicación 8, caracterizado en que la unidad detectora incluye al menos un emisor infrarrojo y un colector de luz infrarroja reflejada.
10. 10. Un armazón para anteojos como el que se reivindica en la reivindicación 9, caracterizado en que hay dos emisores infrarrojos y un detector infrarrojo los cuales se establecen en rebajos en el armazón ocular.
11. 11. Un armazón para anteojos como el que se reivindica en la reivindicación 9, caracterizado en que un brazo del armazón incorpora un dispositivo electrónico para controlar el emisor infrarrojo y para recibir las señales recibidas por el colector.