特許 6184989 目の動きをモニターするバイオセンサ、コミュニケーター及びコントローラー並びにそれらの使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6184989

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】目の動きをモニターするバイオセンサ、コミュニケーター及びコントローラー並びにそれらの使用方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 3/113 20060101AFI20170814BHJP

【ＦＩ】

   A61B3/10 B

【請求項の数】26

【外国語出願】

【全頁数】49

(21)【出願番号】特願2015-2633(P2015-2633)

(22)【出願日】2015年1月8日

(62)【分割の表示】特願2012-208785(P2012-208785)の分割

【原出願日】2005年4月1日

(65)【公開番号】特開2015-109984(P2015-109984A)

(43)【公開日】2015年6月18日

【審査請求日】2015年2月6日

(31)【優先権主張番号】60/559,135

(32)【優先日】2004年4月1日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516029702

【氏名又は名称】アイフルエンス・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｅｙｅｆｌｕｅｎｃｅ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100103115

【弁理士】

【氏名又は名称】北原 康廣

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム・シー・トーチ

【審査官】 冨永 昌彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−００７０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２５９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７９８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−００４９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９４４９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ３／００ − ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザーの頭に装着できるように作製されたデバイスと、
前記ユーザーの第１の目に直接向けて、かつ前記ユーザーの視界に対する妨害を最小限にするような位置で前記デバイスに取り付けられた対物レンズを有するカメラであって、該対物レンズは、前記ユーザーの第１の目の動きをモニターするためにデバイス上に配置されており、該カメラにより得られた第１の目のビデオ映像を表す信号を発生するように構成された該カメラと、
前記デバイスを装着した人がディスプレイ上のポインターを見ることができるように前記デバイスに隣接して配置された該ディスプレイと、
前記ディスプレイと前記カメラに結合され、ビデオ映像の中の第１の目の動きをモニターし、かつ投射された基準フレームに対する前記第１の目の動きを前記ディスプレイ上で相関させるために前記信号を処理するプロセッサであって、前記信号から第１の目の瞳孔の縁を確認するように構成され、前記第１の目の動きをモニターするために前記瞳孔を確認するとともに、投射された基準フレームに対する前記の第１の目の瞳孔の動きに基づいて前記ポインターを前記ディスプレイ上で移動させる、該プロセッサと、を備えたコンピュータデバイスの制御システム。

【請求項2】

ユーザーの頭に装着できるように作製されたデバイスと、
該デバイスを装着した時に、前記ユーザーの目に光を向ける、該デバイス上の複数の光源であって、該目の上に投射される基準フレームを投射する該複数の光源と、
前記ユーザーの第１の目に直接向けて、かつ前記ユーザーの視界に対する妨害を最小限にするような位置で前記デバイスに取り付けられた対物レンズを有するカメラであって、該対物レンズは、前記ユーザーの第１の目の動きをモニターするために前記デバイス上に配置されており、該カメラにより得られた第１の目のビデオ映像を表す信号を発生するように構成された該カメラと、
前記デバイスを装着した人がディスプレイ上のポインターを見ることができるように前記デバイスに隣接して配置された該ディスプレイと、
前記ディスプレイと前記カメラに結合されたプロセッサであって、第１の目の瞳孔の縁を確認するために前記信号を解析すること、投射された前記基準フレームに対する瞳孔の位置を決定するために前記信号を処理すること、および前記ディスプレイに対する第１の目の動きを追跡するポインターを作製するために、ビデオ映像の中の第１の目の動きをモニターし、かつ投射された前記基準フレームに対する第１の目の動きを前記ディスプレイ上で相関させるために前記信号を処理することを行うように構成され、投射された前記基準フレームに対する第１の目の動きに基づいてポインターを移動させる、該プロセッサ、を備えたコンピュータデバイスの制御システム。

【請求項3】

ユーザーの頭に装着できるように構成された複数の耳片を保持する複数のテンプル片と、該複数のテンプル片間に延在する鼻柱とを有するフレームと、
前記複数の耳片の１つと前記鼻柱の上に取り付けられ、該フレームを装着した前記ユーザーの第１の目に光を向けるように、該第１の目に向けて配置され、該目の上に投射される基準フレームを投射する、１つまたは複数の光源と、
前記複数の耳片の１つと前記鼻柱の上に取り付けられ、第１の目の動きをモニターするために該フレームを装着した前記ユーザーの第１の目に直接向けて配置された対物レンズを有するカメラであって、該カメラにより得られた第１の目のビデオ映像を表す信号を発生するように構成された該カメラと、
該フレームを装着した前記ユーザーの第１の目で見ることができるように、前記複数の耳片の１つと前記鼻柱の上に取り付けられたディスプレイと、
前記ディスプレイと前記カメラに結合されたプロセッサであって、投射された前記基準フレームに対するユーザーの目の位置を決定するために、第１の目の動きをモニターして信号を処理し、投射された前記基準フレームに対する前記ユーザーの目の動きに基づいてユーザーの目の動きに追従するポインターを作製する、該プロセッサ、を備えたコンピュータデバイスの制御システム。

【請求項4】

前記の１つまたは複数の光源が、前記の投射される基準フレームを目の上に投射するように構成された複数の光源を有し、
前記プロセッサが、第１の目の瞳孔の縁を確認するためにカメラ信号を解析すること、および前記の投射される基準フレームに対する瞳孔の位置を決定するために該信号を処理することを行うように構成されている、請求項３記載のシステム。

【請求項5】

ユーザーの頭に装着できるように作製されたデバイスと、
該デバイスを装着した時に、前記ユーザーの目に光を向ける、該デバイス上の複数の光源であって、該目の上に投射される基準フレームを投射する該複数の光源と、
前記ユーザーの視界に対する妨害を最小限にするような位置で前記デバイスに取り付けられるとともに、該目の動きをモニターするために、前記ユーザーの目に直接向けて配置されたカメラであって、該カメラにより得られた該目のビデオ映像を表す信号を発生するように構成された該カメラと、
前記デバイスを装着した前記ユーザーが、ディスプレイ上のポインターを見ることができるように、前記デバイスに隣接して配置された該ディスプレイと、
前記カメラに結合されたプロセッサであって、投射された前記基準フレームに対する瞳孔の位置を決定するために前記信号を処理し、かつ投射された前記基準フレームに対する該目の動きをモニターするために前記信号を処理するように構成され、前記ポインターを前記ユーザーの目の動きに追従させるために、前記ディスプレイ上で前記ユーザーの目の動きをポインターに相関させることにより、前記ディスプレイ上で前記ポインターを移動させるように前記ディスプレイに結合されている、該プロセッサ、を備えたコンピュータデバイスの制御システム。

【請求項6】

前記ポインターが前記ディスプレイ上に表示され、さらに前記プロセッサが投射された前記基準フレームに対する第１の目の動きに基づいて前記ディスプレイ上で前記ポインターを移動させる、請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項7】

前記プロセッサが、前記ビデオ映像を分析し、前記の目の瞳孔の縁を確認して瞳孔を前記ビデオ映像の中に配置せしめるとともに、前記ビデオ映像中の瞳孔をモニターして、投射された前記基準フレームに対する目の動きをモニターする、請求項１、３および５のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項8】

前記ディスプレイが、前記デバイスを装着した前記ユーザーの第１の目の前の所定の位置に前記ディスプレイが配置されるように前記デバイスに取り付けられたヘッドアップディスプレイである請求項１、２および５のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項9】

基準位置に対する第１の目の次の動きのために投射される基準フレームを用意するため、前記ディスプレイ上の前記基準位置と前記ユーザーの瞳孔の対応する初期位置との間の関係を前記ビデオ映像から決定するために、前記プロセッサが前記システムを初期化できるように構成されている、前記の請求項のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項10】

前記プロセッサは、初期化の間、前記ディスプレイ上の基準位置に映像を表示するように構成され、さらに、前記プロセッサは、前記基準位置に対する第１の目の次の動きのために投射される基準フレームを用意するために、前記デバイスを装着した前記ユーザーの第１の目が前記基準位置を見ていることを示す前記ビデオ映像から、前記ユーザーの瞳孔の対応する初期位置を検出するように構成されている、前記の請求項のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項11】

前記プロセッサは、前記ディスプレイ上の所定の位置を見るように前記ユーザーに指示するように構成されており、前記プロセッサは、前記信号を分析して、該所定の位置を前記ユーザーが見ていることを示すビデオ映像上の第１の目の瞳孔の位置を決定し、それにより前記基準位置を設定する請求項９または１０に記載のシステム。

【請求項12】

所望の位置に関係する指令が実行されるように要求するために、前記ポインターが前記ディスプレイ上の該所望の位置を確認する一方、前記デバイスを装着した前記ユーザーの第１の目が所定のシーケンスで瞬きしていることを示すビデオ映像を検出するために、信号をモニターできるように前記プロセッサは構成され、さらに第１の目が前記の所定の順番で瞬きしたことを検出すると、指令を実行するように前記プロセッサが構成されている、請求項９記載のシステム。

【請求項13】

前記ディスプレイ上の複数の所定位置を続けて見るように前記ユーザーに指示するように前記プロセッサは構成されており、前記プロセッサは前記カメラからの映像信号を分析して、前記ユーザーが前記の所定位置を見たことを示す映像での第１の目の瞳孔の位置を決定し、それにより投射された前記基準フレームを設定する請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項14】

前記デバイスを装着した前記ユーザーが前記ディスプレイ上の特定の位置を見ていることを示すビデオ映像の信号をモニターするために、前記プロセッサはカメラに結合され、該特定の位置に前記ポインターを移動できるように前記プロセッサが構成されている請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項15】

指令の実行を要求するために前記の特定の位置を見ている状態で、前記デバイスを装着した前記ユーザーが所定のシーケンスで瞬きしていることを示すビデオ映像を検出するために前記信号をモニターできるように前記プロセッサは構成されており、該ビデオ映像を検出するとコンピュータデバイス上で前記指令を実行するように前記プロセッサは構成されている請求項１４記載のシステム。

【請求項16】

ユーザーの頭に装着されたデバイスを用いたコンピュータデバイスの制御方法であって、
該デバイスはカメラを有し、該カメラが、前記ユーザーの視界に対する妨害を最小限にできる位置で該デバイスに取り付けられた対物レンズであって、前記ユーザーの第１の目に直接向くように該デバイスの上に配置されている該対物レンズを有する一方、該コンピュータデバイスは、該デバイスを装着した前記ユーザーの前または前記ユーザーの視界の中に位置するように該デバイス上に取り付けられたディスプレイを有しており、
前記ディスプレイに対する前記ユーザーの目の動きを追跡するポインターを作製するために、前記カメラを用いて基準フレームに対する第１の目の動きをモニターすることと、
前記ポインターの動きを第１の目の動きに追従させるために、前記ポインターに対して第１の目の動きを相関させることを含む、該制御方法。

【請求項17】

ユーザーの頭に装着されたデバイスを用いたコンピュータデバイスの制御方法であって、
該デバイスはカメラを有し、該カメラが、前記ユーザーの視界に対する妨害を最小限にできる位置で該デバイスに取り付けられた対物レンズであって、前記ユーザーの第１の目に直接向くように該デバイスの上に配置されている該対物レンズを有する一方、該コンピュータデバイスはディスプレイを有しており、
目の瞳孔の縁を確認して該ビデオ映像内に瞳孔を配置するために、前記カメラにより撮影された第１の目のビデオ映像を解析すること、
前記ディスプレイに対する前記ユーザーの目の動きを追跡するポインターを作製するために、基準フレームに対するビデオ映像内の前記ユーザーの第１の目の瞳孔の動きを前記ディスプレイ上でモニターすること、および
前記ポインターの動きを瞳孔の動きに追従させるため、前記ポインターに対する２次元における瞳孔の動きを相関させることを含む、該制御方法。

【請求項18】

前記の第１の目が前記ディスプレイ上の所定の位置を見ている時に、前記カメラの活性領域上に前記の第１の目の第１の位置を決定することをさらに含み、
第１の位置に対する、前記活性領域上の第１の目の位置の変化を決定することにより、第１の目の動きを相関させ、前記の位置の変化に応じて前記ポインターを移動させる、請求項１６または１７に記載の制御方法。

【請求項19】

前記基準位置を設定するために第１の目の瞳孔の位置を決定する目的で、第１の目が実質的に静止している間、前記カメラからの第１の目の映像データを解析することをさらに含む、請求項１６または１７に記載の制御方法。

【請求項20】

前記ポインターが前記ディスプレイ上の特定の位置に位置している状態で、前記ユーザーが所定のシーケンスで瞬きした時、指令の実行を要求することを決定するために第１の目をモニターすること、および前記の要求に基づいて前記コンピュータデバイスで該指令を実行することをさらに含む、請求項１６から１９のいずれか１項に記載の制御方法。

【請求項21】

前記の第１の目の動きを所定の間隔でモニターすることと、前記ディスプレイ上の前記ポインターで確認された指令を実行させるために信号を発生させることをさらに含む、請求項１６から２０のいずれか１項に記載の制御方法。

【請求項22】

ユーザーの頭に装着されたデバイスを用いたコンピュータデバイスの制御方法であって、
該デバイスはカメラを有し、該カメラが、前記ユーザーの視界に対する妨害を最小限にできる位置で該デバイスに取り付けられた対物レンズであって、前記ユーザーの第１の目に直接向くように該デバイスの上に配置されている該対物レンズを有する一方、該コンピュータデバイスは前記ユーザーの視線の範囲内にディスプレイを有しており、
２次元での前記の第１の目の動きを示すビデオ映像を生成させるカメラを用いて、基準フレームに対する第１の目の動きをモニターすること、
前記ディスプレイに対する前記ユーザーの第１の目の動きを追跡するポインターを作製するために、前記ビデオ映像内の前記の第１の目の動きを相関させること、および
前記ユーザーが反応した時に所望の指令を実行する一方、該所望の指令に応じて前記ディスプレイ上の位置を前記ポインターが確認することを含む、該制御方法。

【請求項23】

前記の目の瞳孔の縁を確認して前記ビデオ映像内に瞳孔を配置するために、前記カメラにより撮影された第１の目の映像を解析することをさらに含み、前記ビデオ映像内の前記の第１の目の動きを相関させることが、確認された瞳孔の動きのモニタリングを相関させることを含む、請求項２２記載の制御方法。

【請求項24】

動きをモニターする前に前記デバイスを初期化することをさらに含み、
該初期化が、前記ディスプレイ上の一つまたは複数の確認位置を見るようにユーザーに指示すること、および、前記の第１の目の次の動きをモニターするための少なくとも一つの基準点またはものさしを決定するために得られた映像データを解析することを含む請求項２２記載の制御方法。

【請求項25】

前記ディスプレイ上の所定の位置を前記の第１の目が最初に見た時、前記カメラの活性領域上に前記の第１の目の基準位置を決めることをさらに含み、前記基準位置に対する、前記活性領域上の前記の第１の目の位置の変化を決定することにより前記の第１の目の動きを相関させ、前記の位置の変化に応じてポインターを移動させる、請求項２２記載の制御方法。

【請求項26】

前記ユーザーが所定のシーケンスで前記の第１の目を瞬きした時、前記指令が実行される請求項２２記載の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、疲れや意識的なコミュニケーションをモニターするために人間の目の動きをモニターする装置、システム、方法、及び／又は目、瞼、及び／又は人間の片目又は両目の他の部分の動きに基づくコントロールデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

人の眠れない状態又は眠気を催している状態等の不随意な状態をモニターするために、人間の目の動きを用いることが提案されている。例えば、特許文献１は、眠り始めていることを人に警告するためにアラームを鳴らすデバイスを開示している。そのデバイスは眼鏡に類似したフレームを有しており、その上には、ユーザーがかけた時にユーザーの目の方向に向く光ファイバーと光電セルとが取り付けられている。光電セルは、ユーザーの目から反射された光、すなわち、目が閉じている時は瞼から反射された光、又は目が開いている時は目の表面から反射された光の強度を検出する。時間により、規則的な瞬きか、あるいは目が閉じている時の長い時間、すなわち、人が寝ていることを示す時間、であるかを識別する。閾時間が経過すると、アラームが鳴り、ユーザーに知らせあるいはユーザーを起こす。

【0003】

別のデバイスはＭＴＩ研究所の警報モニターであり、安全眼鏡に取り付けることができ、瞼の軸に沿って、光線が瞬きの間以外には睫毛により遮られることがない重要な位置に連続した赤外線を放射することにより、瞬きの回数を測定することができる。特許文献２や特許文献３に開示された別のデバイスは、ユーザーの瞼又は眉毛に直接係合させて目の動きを検出し、眠気を催している状態を検出した時にはアラームを鳴らすものである。このようなデバイスには、機械デバイス、例えば、機械アーム又は瞼に対して用いる圧電フィルムが含まれる。

【0004】

車の中のダッシュボード、屋根又は別の場所にカメラ又は別のデバイスを取り付け、運転者の覚醒状態をモニターすることが提案されている。しかし、そのようなデバイスの場合、ユーザーは常にカメラに視線を合わせる必要がある。また、ユーザーが頭を横方向や下方向に動かしたり、転回したり、車から出たり、あるいはユーザーが急に動き回ったり、あるいはカメラがその個人に対して移動したりすると、そのようなデバイスでは瞼の動きをモニターすることができない。さらに、そのようなデバイスは、プライバシーを侵すという問題があり、及び／又はシースルー眼鏡、サングラスあるいはコンタクトレンズに対して問題があり、太陽光線下ではうまく作動しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第３，８６３，２４３号明細書

【特許文献2】米国特許第５，４６９，１４３号明細書

【特許文献3】米国特許第４，３５９，７２４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、１以上の目や瞼及び／又は被験者の瞳孔の動きをモニターするデバイス、システム、及び方法に関する。一般に、人間は毎分約５〜３０回、又は１日当たり約７０００〜４３０００回、瞬きをする。不随意の反射性の瞬きは、それぞれ約２００〜３００ミリ秒、平均すると約２５０ミリ秒続き、不随意の瞬きにより目を閉じている時間は１日当たり約１７５０〜１０８００秒に達する。疲れたり又は眠気を催すと、目の瞬きは長くゆっくりとなり、及び／又は瞬きの速度が変化し、及び／又は瞼は瞬きの強度が小さくなり伏し目がちとなり、例えば目は短時間の微睡眠（microsleeps）、すなわち、約３〜５秒又はそれ以上あるいは長い睡眠が続く睡眠状態、に近づき始める。さらに、眠気と疲れが大きくなるにつれて、瞳孔の締め付けはより緩くなり、揺らぎにより大きさが一定せず、径が急速に収縮し、及び／又は閃光に対する反応が遅くなる（すなわち、潜在的瞳孔遅延反応（delayed pupil response latency））。また、眠気についての他の視覚上の変化が起こり、一例として、例えば刺激に対するゆっくりした又は遅れた断続的な目の追跡反応（潜在的遅延断続反応（delayed saccadic response latency））であり、過剰又は過少の目標への視線を伴い、及び／又は両眼転導又は放散、目のドリフト又は内斜位（esophoria）を伴いあるいは伴わず、注視が減ってくる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施態様において、瞼、瞳孔及び／又は目の動きをモニターする装置が提供され、それには、人の頭に装着できるように作製されたデバイスと、そのデバイスを装着した人の目に向けられた光源と、そのデバイスに固定された第１及び第２の光ファイバーバンドルと、ここで、第１の光ファイバーバンドルはデバイスを装着した人の第１の目を観察するように位置決めされる一方、第２の光ファイバーバンドルはデバイスを装着した人の第２の目を観察するように位置決めされている。その装置は、第１及び第２の目の映像を得るために、第１及び第２の光ファイバーバンドルに結合されたカメラを備えることもできる。

【0008】

必要により、その装置は、例えばユーザーが頭を回した方向の領域を観察するために、ユーザーから離れた場所に第３の光ファイバーバンドルを備えることもできる。さらにあるいは代わりに、その装置は１以上の空間センサを備えることもできる。カメラは、ユーザーの頭及び／又は目が向いた方向の領域の映像を得るために第３のバンドルに結合するだけでなく、第１及び第２の目の映像を得るために、第１及び第２のバンドルにも結合することができる。空間センサは、ユーザーの頭の動き、例えばユーザーの目の動きに対しての、を同時に測定又は追跡することができる。また、カメラに結合したエミッタ及び／又はセンサのアレイにより、片目又は両目の種々の視覚パラメータの測定を行うことができ、そのパラメータには、例えば、瞼速度、加速及び減速、瞬きの回数、ＰＥＲＣＬＯＳ（瞼が開いている時間の割合）、完全に目を開いた状態に対する距離又は比率等で表される瞼の割れ目の垂直高さ（すなわち、瞳孔を覆っていない瞼間の領域）がある。

【0009】

別の実施態様では、人の瞼の動きを検出する自蔵式のデバイスが提供され、そのデバイスは、人の頭に装着されるデバイスと、そのデバイス上に取り付けられ、そのデバイスを装着した人の目に向けて光を放射するエミッタと、そのエミッタからの光を検出するカメラとを備えている。センサは目が閉じているか開いているかを示す出力信号を発生し、フレーム上のトランスミッタは、離れた場所に出力信号を無線送信するためにセンサに結合されている。フレームは、眠気による瞼の動きを検出するため、予め設定した閾値と出力信号とを比較するプロセッサを備えることもできる。前の実施態様と同様に、エミッタとセンサには、赤外線を放射及び検出する固体型バイオセンサデバイスを用いることができ、あるいは１次元又は２次元等のアレイであって、フレーム上に所定の配置で形成されたエミッタ及び／又はセンサからなるアレイを用いることもでき、例えば、片目あるいは両目の方向に対して配置された１以上のエミッタ及び／又はセンサからなる、垂直、水平、対角又は他の線状又は幾何学的アレイが含まれる。特に、エミッタ及び／又はセンサのアレイにより、別の箇所で記載したものと同一の視覚パラメータの測定を行うことができる。

【0010】

エミッタ及び／又はセンサを、フレーム上のあらゆるポイントに取り付けることができ、例えば、レンズの周り及び／又は鼻柱の中、あるいはフレームの鼻部分の近く又は鼻部分の上を含むフレームに沿ったすべての場所、フレームのテンプル片の付属物、及び／又は眼鏡のレンズの上に取り付けられた面である。あるいは、エミッタ及び／又はセンサを眼鏡のレンズの中に埋め込み、あるいはそれらがレンズを通して動作するように埋め込むことができる。これにより、エミッタ（群）及び／又はセンサ（群）を眼鏡フレーム上に固定することにより、ユーザーが車内、屋外あるいは他の場所にいようが、装着した人の頭の動きに合わせてそれらは移動することができ、身体がどのような状態にあってもユーザーの目に連続して焦点を合わせることができる。

【0011】

さらに別の実施態様では、人の目の動きをモニターするシステムが提供される。そのシステムは、人の頭に装着できるように作製されたデバイスと、デバイスを装着した人の目に光を向ける１以上のエミッタと、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等のデバイスからなるカメラを備えている。エミッタ（群）は、目の方向に基準フレームを向けるように形成されている。基準フレームに対する目の動きをモニターするために、カメラを目の方向に配置することもできる。カメラは、デバイスの上又はデバイスから離れた場所に設けることができるが、ユーザーにかなり近接して設ける必要がある。

【0012】

エミッタ（群）からの光はデバイスを装着したユーザーの目に向けて放射され、ユーザーの目を照らす一方、目の上には基準フレームが照射されている。エミッタ（群）は、ユーザーに”不可視”の光、すなわち、通常の視覚の暗順応（夜間視覚）又は明所視（昼間視覚）の範囲外、例えば赤外線、を照射し、照明及び／又は基準フレームがユーザーの視覚を実質的に妨害しないようにすることができる。カメラは、エミッタからの光、例えば赤外線領域の光を映し、それにより、照射光を光のスポット、光のバンド又は他の”輝き”として検出する。基準フレームに対する目の動きは、カメラでモニターすることができる。カメラによってモニターされる動きのグラフィックな出力を、例えば目の上の照射される基準フレームに対してモニターすることができる。例えば、エミッタからの赤外線は、白色光の下では”赤色反射”として、赤外線の下では白色又は暗黒色の瞳孔として網膜から反射され、公知の減法法を用いた暗い瞳孔の映像を含む。

【0013】

例えば１以上のこれらの方法を用いたプロセッサは、目の瞳孔の動きを検出することができ、例えば、基準フレームに対する動きを測定することができる。この動きをグラフィック表示し、基準フレームに対する目の瞳孔の動きを示すことができる。必要に応じ、１以上のセンサからの出力信号を、基準フレームに対する目の動きをモニターするカメラから発生するビデオ信号と相関させることができる。例えば、人の眠気のレベルを決定し、あるいは、心理的又は神経的な生理的認識、感情的及び／又は警戒に関係する心の状態について決定することができる。

【0014】

さらに別の実施態様では、ユーザーの頭に装着されたデバイスを用いて、コンピューティングデバイス又は他の電子又は電気機械デバイス（例えば、ラジオ、テレビ、車椅子、電話、警報システム、聴覚、視覚又は触覚警報システム等）の制御方法を提供する。そのデバイスは、本明細書に記載した別の実施態様と同様に、１以上の部材から構成することができ、ユーザーの少なくとも片方の目に向けられた少なくとも１つの対物レンズを備えたカメラを含む。コンピュータデバイスは、ディスプレイに表示されるポインターを含むディスプレイを含むこともできる。そのディスプレイは、ユーザーの頭に装着されたデバイスに取り付けられた又は別の方法で取り付けられた又はユーザーの頭に配置されたヘッドアップ型又はヘッドダウン型のディスプレイと、ユーザーの前に配置されたデスク型コンピュータモニターと、スクリーン上にデジタル的に投射された映像（例えば、ドライブ又はフライトシミュレータの場合のように）等を含む。ユーザーの目の動きは、カメラを用いてモニターすることができ、目の動きはディスプレイ上のポインターに相関させ、例えばコンピュータマウスの場合と同様にポインターを目の動きに追従させることができる。必要に応じて、カメラは、所定の目の活動、例えば所定時間の瞬き、について目の動きをモニターすることができ、その目に活動は、例えばコンピュータマウスのダブルクリックと同様に、ディスプレイ上のポインターで確認された１以上のコマンドを実行する指示に対応する。

【0015】

本発明の他の態様及び特徴は、図面を参照して以下の記載を検討することにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】患者の目又は瞼の動きに基づいて患者をモニターする装置の一態様を装着した病院患者を示す斜視図である。

【図2】図１の実施態様の拡大斜視図であり、検出デバイスとプロセッサボックスを備えている。

【図3A】瞼の動きのシーケンスに対応する出力信号を伝送するための回路構成の一例を示す模式図である。

【図3B】瞼の動きのシーケンスに対応する出力信号を伝送するための回路構成の一例を示す模式図である。

【図3C】瞼の動きのシーケンスに対応する出力信号を伝送するための回路構成の一例を示す模式図である。

【図3D】瞼の動きのシーケンスに対応する出力信号を伝送するための回路構成の一例を示す模式図である。

【図4A】瞼の動きのシーケンスに対応する出力信号に応じて装置を制御するための回路構成の一例を示す模式図である。

【図4B】瞼の動きのシーケンスに対応する出力信号に応じて装置を制御するための回路構成の一例を示す模式図である。

【図4C】瞼の動きのシーケンスに対応する出力信号に応じて装置を制御するための回路構成の一例を示す模式図である。

【図5A】瞼の動きを検出する回路構成の一例を示す模式図である。

【図5B】瞼の動きを検出する回路構成の一例を示す模式図である。

【図6A】光を向けて放射し、開けた目の表面からの反射光を検出するデバイスの別の実施態様を示す断面図又は前面図である。

【図6B】光を向けて放射し、開けた目の表面からの反射光を検出するデバイスの別の実施態様を示す断面図又は前面図である。

【図6C】光を向けて放射し、開けた目の表面からの反射光を検出するデバイスの別の実施態様を示す断面図又は前面図である。

【図7A】光を向けて放射し、閉じた瞼からの反射光を検出する、それぞれ、図６Ａ〜６Ｃのデバイスの断面図と前面図である。

【図7B】光を向けて放射し、閉じた瞼からの反射光を検出する、それぞれ、図６Ａ〜６Ｃのデバイスの断面図と前面図である。

【図7C】光を向けて放射し、閉じた瞼からの反射光を検出する、それぞれ、図６Ａ〜６Ｃのデバイスの断面図と前面図である。

【図8】ユーザーの目及び／又は瞼の動きに基づいてユーザーをモニターするシステムの別の実施態様に係る斜視図とブロック図である。

【図9】ユーザーの目及び／又は瞼の動きに基づいてユーザーをモニターするシステムのさらに別の実施態様に係る部品のブロック図である。

【図10A】ユーザーの目及び／又は瞼の動きに基づいてユーザーをモニターするシステムのさらに別の実施態様に係るシステムの斜視図である。

【図10B】図１０Ａのシステムの一部についての模式詳細図である。

【図10C】例えば図１０Ａの目のフレームの鼻柱の上に配置されたエミッタとセンサのアレイの一例を示す詳細図である。

【図10D】光を反射し、目からの反射光を検出する図１０Ｃのエミッタとセンサのアレイの断面図である。

【図11A】目の動きに基づいて離れた場所から多数のデバイスを選択的に制御する一システムの模式図である。

【図11B】図１１Ｂのシステムにより制御される付加的なデバイスを示す模式図である。

【図12A】例えば図１０Ａ〜１０Ｄに示すセンサアレイの活動と、そのアレイにモニターされる目との間の関係を示す表であり、目は開いた状態と閉じた状態との間を変化する。

【図12B】例えば図１０Ａ〜１０Ｄに示すセンサアレイにより測定された一連のデータを示すグラフであり、時間に対して目を覆う時間のパーセンテージ（ＰＥＲＣＬＯＳ）を示す。

【図12C】例えば図１０Ａ〜１０Ｄに示すセンサアレイを含むシステムによりモニターされた人の、ＰＥＲＣＬＯＳを含む多くの生理学的パラメータのグラフィック表示を示す。

【図12D】二次元センサアレイの活動と、そのアレイにモニターされる目との間の関係を示す表であり、目は開いた状態と閉じた状態との間を変化する。

【図13】ユーザーの目及び／又は瞼の動きに基づいてユーザーをモニターする別のシステムの斜視図である。

【図14】図１３のフレーム上のカメラの詳細図である。

【図15A】図１３のシステムによりモニターされるいくつかのパラメータのグラフィック表示である。

【図15B】図１３のシステムによりモニターされるいくつかのパラメータのグラフィック表示である。

【図15C】図１３のシステムによりモニターされるいくつかのパラメータのグラフィック表示である。

【図15D】図１３のシステムによりモニターされるいくつかのパラメータのグラフィック表示である。

【図15E】図１３のシステムによりモニターされるいくつかのパラメータのグラフィック表示である。

【図15F】図１３のシステムによりモニターされるいくつかのパラメータのグラフィック表示である。

【図15G】図１３のシステムによりモニターされるいくつかのパラメータのグラフィック表示である。

【図15H】図１３のシステムによりモニターされるいくつかのパラメータのグラフィック表示である。

【図15I】図１３のシステムによりモニターされるいくつかのパラメータのグラフィック表示である。

【図16】図１３のフレーム上のカメラからの映像出力を示す詳細図である。

【図17】５構成要素センサアレイからの信号を処理する回路構成の一例を示す模式図である。

【図18A】パイロット用ヘルメットに取り付けられ、目の動きをモニターする別の実施態様を示す図である。

【図18B】パイロット用ヘルメットに取り付けられ、目の動きをモニターする別の実施態様を示す図である。

【図19】図１８Ａと１８Ｂの装置の中に含まれるカメラの模式図である。

【図20A】多数のカメラからの同時出力を示すグラフィック映像であり、それぞれ、ユーザーが目を開けた状態と閉じた状態を示す。

【図20B】多数のカメラからの同時出力を示すグラフィック映像であり、それぞれ、ユーザーが目を開けた状態と閉じた状態を示す。

【図21A】目の動きのモニターを促進するため、瞳孔の周囲を確認できるように作成された楕円状の図を示すグラフィック表示である。

【図21B】目の動きのモニターを促進するため、瞳孔の周囲を確認できるように作成された楕円状の図を示すグラフィック表示である。

【図21C】目の動きのモニターを促進するため、瞳孔の周囲を確認できるように作成された楕円状の図を示すグラフィック表示である。

【図22A】ユーザーの目の動きをモニターするために、装置を装着したユーザーに対して行う覚醒検査の方法を示すフローチャートである。

【図22B】ユーザーの目の動きをモニターするために、装置を装着したユーザーに対して行う覚醒検査の方法を示すフローチャートである。

【図23】目の動きに基づきコンピューティングデバイスを制御する方法を示すフローチャートである。

【図24】経皮的に光を目に伝送し、目の瞳孔で励起された放射光を検出するための装置であり、それぞれ正面図と側面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図面を見ると、図１は、患者の目及び／又は瞼の動きを検出するための検出デバイス３０を装着したベッド１２の中の患者１０を示している。検出デバイス３０は、本明細書に記載したあらゆる種類のバイオセンサデバイスを用いることができ、目の随意的な動き、例えば目的あるコミュニケーションや、目の不随意的な動き、例えば眠気又は他の状態をモニターしたり、及び／又は１以上の電子デバイス（不図示）を制御するのに用いることができる。検出デバイス３０は、プロセッサボックス１３０に結合することができ、そのプロセッサボックスは、検出された目及び／又は瞼の動きを一連のデータ、理解可能なメッセージ、及び／又は他の情報に変換することができ、例えばビデオディスプレイ５０を用い、メディカルケアプロバイダー４０に伝送することができる。

【0018】

図２，６Ａ及び７Ａは、装置又はシステム１４の一例を示しており、従来の眼鏡２０の対に取り付け可能であって、照準を合わせかつ焦点を合わせることの可能なデバイス３０を含んでいる。眼鏡２０は、フレーム２２に取り付けられた一対のレンズ２１と、ここでフレームはレンズ２１間に延在するブリッジ部材２４を有しており、耳片２６を保持する側面部材又はテンプル片２５とを有し、これらすべては従来のものである。あるいは、レンズ２１が必要でない場合、フレーム２２はレンズ２１なしでも良い。

【0019】

検出デバイス３０は、側面部材２５の一方に取り付けるクランプ又は他の機構２７と、その上に１以上のエミッタ３２とセンサ３３（不図示）を取り付ける調整可能アーム３１を有している。エミッタ３２とセンサ３３は、眼鏡２０を装着した人の目３００に向けてエミッタ３２が信号を放射し、目３００と瞼３１０の表面からの反射信号をセンサ３３が検出できるように予め所定の位置に取り付けられている。図６Ａと７Ａに示す例では、エミッタ３２とセンサ３３は互いに隣接して取り付けられている。

【0020】

あるいは、図６Ｂと７Ｂに示すように、エミッタ３２’とセンサ３３’は互いに離間してフレーム上に取り付けることもでき、例えば、エミッタ３２’とセンサ３３’とを実質的に横方向に配置することができる。さらに図６Ｃと７Ｃに示す別の例では、エミッタ３２”とセンサ３３”は同軸的に目３００を横切って取り付けることができる。瞼３０２を閉じると、それによりセンサ３３”によるビーム３４０の検出が妨害される。

【0021】

一実施態様では、エミッタ３２とセンサ３３は、それぞれ、連続あるいはパルス状の光を発生及び検出し、例えば、赤外線領域とし、気が散ることや装着者の通常の視覚が妨害されることを最小限に抑制している。エミッタ３２は、所定の周波数でパルス状に光を放射することができ、センサ３３は所定の周波数で光のパルスを検出できるように作製されている。このパルス状の動作は、エミッタ３２のエネルギー消費を低減し、及び／又は他の光源による妨害を最小限にすることができる。あるいは、可視スペクトルの範囲を超えるあるいはその範囲内の別の周波数域の光、例えば紫外線、あるいは他のエネルギー形状、例えば電波や音波等を用いることができる。

【0022】

プロセッサボックス１３０は、中に１以上のワイヤ（不図示）を含むケーブル３４により検出デバイス３０に結合されている。図９に示すように、プロセッサボックス１３０は、中央演算ユニット（ＣＰＵ）１４０、及び／又は他の回路構成、例えば、センサ３３からの光強度信号等の出力信号１４２を受信及び／又は演算する図３Ａ〜３Ｄ、図４Ａ〜４Ｃ、そして図５Ａ〜５Ｂの回路構成例を含む。プロセッサボックス１３０は、エミッタ３２及び／又はセンサ３３を制御する制御回路構成１４１を含んでも良く、あるいはＣＰＵ１４０は内部制御回路構成を含んでも良い。

【0023】

例えば、一実施態様において、制御回路構成１４１は、エミッタ３２を制御して、所定周波数の点滅赤外線パルス信号、毎秒数千パルスから毎秒約４〜５パルス、例えば少なくとも毎秒約５〜２０パルスを発生させ、１回の瞬き当たり約２００ミリ秒と短い無意識あるいは意識的な瞬きの検出を促進することができる。センサ３３は、エミッタ３２の点滅周波数に対応した所定の周波数の光パルスのみ検出するように制御することができる。それにより、エミッタ３２とセンサ３３とを所定の周波数に同期させることにより、出力信号１４２が、明るい太陽光、完全な闇、周囲のバックグラウンド赤外線、あるいは異なる点滅周波数で作動する他のエミッタ等に実質的に影響されることなく、システム１０を種々の環境条件で使用することができる。点滅周波数は、電力消費を最小限に抑えながら、単位時間当たりの瞬き回数（毎分約１０〜約２０回）、各瞬きの持続時間（例えば約２００〜約３００ミリ秒）、及び／又はＰＥＲＣＬＯＳ（すなわち、瞼を完全に又は部分的に閉じている時間のパーセンテージ）を最大化し、あるいはシステムの効率を最大化するように調整することができる。

【0024】

制御回路構成１４１及び／又はプロセッサボックス１３０は、エミッタをオンオフし、センサ３３の限界感度を調整し、及び／又は閉じた瞼からの赤外線の反射を最大にするように自己焦点調整できるように、当業者には明らかなように、周波数、焦点又はエミッタ３２からの放射光の強度を、手動及び／又はソフトウェアによる制御部分（不図示）を有している。

【0025】

また、プロセッサボックス１３０は、エミッタ３２、センサ３３、ＣＰＵ１４４、及び／又はプロセッサボックス１３０内の他の部品に電力を供給する電源１６０を備えていても良い。プロセッサボックス１３０には、９Ｖバッテリー、あるいは充電可能なリチウム、カドミウム又は水素発生バッテリー、及び／又はシステム１４に取り付けられた又は内蔵された太陽バッテリー等の従来のＤＣバッテリーから電力を供給することができる。あるいは、従来のＡＣアダプターや、１２Ｖの自動車のライター用アダプター等のアダプター（不図示）をプロセッサボックス１３０に接続することもできる。

【0026】

ＣＰＵ１４０は、通常の瞬きと瞼の他の動きとを区別するために、出力信号１４２の各構成要素の長さと所定の閾値とを比較するタイマー回路構成１４６を備えることもできる。タイマー回路構成１４６は、当業者には明らかなように、分離した独立の部品としても良く、あるいはＣＰＵ１４０の内部に設けることもできる。ＣＰＵ１４０は出力信号１４２を一連のデータ１４４に変換し、そのデータは他の人又は装置と交信するのに用いることができる。例えば、ＣＰＵ１４０により作成された一連のデータ１４４は、モールス信号やＡＳＣＩコード等の二進信号を用いることができる。また、ＣＰＵ１４０は、合成音声信号、装置用制御信号、又は絵画信号等の他の出力信号を発生させることができる。

【0027】

通信を促進するため、プロセッサボックス１３０は、一連のデータ１４４を用いる種々の出力デバイスを備えることができる。例えば、アラーム音や合成された音声を発生させる内部スピーカー１５０を設けることもできる。図１のビデオディスプレイ５０等の種々の装置に直接配線接続する出力ポート１４８を設けることもできる。

【0028】

さらにあるいは代わりに、プロセッサボックス１３０は、一連のデータ１４４を離れた場所に無線送信するため、ＣＰＵ１４４に結合したトランスミッタ１５２を備えることもできる。例えば、図９に示すように、システム１４は、コンピュータ又は他の制御又は表示システム等の受信・演算ユニット１５４を備えることができる。トランスミッタ１５２には、短距離信号を発生することのできる無線周波数（ＲＦ）トランスミッタを用いることができ、例えば、約１００フィート以上に到達でき、又は約４５フィートから５０フィート、壁や障害物を通過できるものである。あるいは、赤外線トランスミッタ等の他のトランスミッタを設けることもできる。

【0029】

トランスミッタ１５２は、ブルートゥース又は他のＲＦプロトコル等を用いて、一連のデータを数百あるいは数千フィート以上伝送させるため、アンプ（不図示）に結合することもできる。例えば、システムから何マイルも離れた場所に一連のデータを伝送するため、アンプとトランスミッタ１５２は電話線や人工衛星等を介して通信可能であり、将来の又遡及の分析のために、その場所では、データがモニタされ、リアルタイムで分析され、あるいは記憶される（例えばトラックや飛行機のブラックボックスレコーダーの中に）。そのシステムは、検出デバイス３０を装着した個人の、位置、動き、及び／又は警報認識状態、覚醒状態、眠気又は感情的／身体的動作及び／又は安全をモニターするための全地球位置把握システム（ＧＰＳ）を備えることも、あるいはそれに結合させることもできる。

【0030】

受信・演算ユニット１５４は、一連のデータを含み、トランスミッタ１５２により伝送される信号１５３を受信するために、無線周波数レシーバー等のレシーバー１５６を備えることもできる。プロセッサ１５８は、一連のデータの中に含まれる情報を翻訳、記憶及び／又は使用するレシーバー１５６に結合されており、プロセッサ１５８は、記憶回路構成１６０，通信デバイス１６２、及び／又は制御システム１６４に結合されている。例えば、受信・演算ユニット１５４は、記憶回路構成１６０を有しており、後に続く検索と分析のためにプロセッサ１５８はその中に一連のデータを記憶させる。

【0031】

プロセッサ１５８は、一連のデータを翻訳処理し、例えば、一連のデータ中の二進コードを理解可能なメッセージ、例えば、一連の文字群や単語群、及び／又はコマンドに変換することにより、及び／又は通信を促進するため、拡大通信デバイス又はソフトウェア（ＫＥ：ＮＸ又はＷｏｒｄｓ Ｐｌｕｓ）を使用することもできる。得られたメッセージは、通信デバイス１６２上に表示されるが、そのデバイスには、テキスト、絵及び／又はシンボル、電子スピーチを提供するための合成された音声のモジュール等を表示するためのビデオディスプレイを含むことができる。

【0032】

あるいは、一連のデータは、コンピュータビデオスクリーン又は他の電子表示デバイス上にリアルタイムのメッセージ信号として図式的又は数字的に（例えば、瞬き速度、瞬きの時間、ＰＥＲＣＬＯＳ等を表示する）に表示することができ、又はＥＫＧ又はＥＥＧトレーシングの場合と同様に図式的に表示することができる。また、図１２Ｃに示すように、一連のデータを、他の生理学的データとともに表示することができ、そのデータには、皮膚電導度、体温、心臓血管データ（心拍数、血圧等）、呼吸データ（呼吸数、血中の酸素濃度及びＣＯ_２濃度等）、筋電記録（ＥＭＧ）、及び／又は行動データ（すなわち、身体の動きや位置）、及び／又は睡眠ポリグラフ（ＰＳＧ）又は脳波記録（ＥＥＧ）の変数等が含まれる。あるいは、一連のデータを、自動車又は機械的機能（例えば、自動車速度、加速度、ブレーキ機能、トルク、振動又は傾き、エンジン又はモータのスピード）をモニターするコントローラと統合することができ、これにより、意識、覚醒、集中の状態、及び／又は運転者又は機械のオペレーターについてのリアルタイムの覚醒反応の動作に関係する機能だけでなく、道路及び／又は車両の状態に応じて自動車を減速したり加速したりする高度な判断を行うことができる。

【0033】

また、１以上の機械又は装置を制御するためにコントロールシステム１６４に指示を出すため。プロセッサ１５８によりメッセージを翻訳することができる。例えば、その一連のデータには、リレースイッチ又は他のデバイスを制御して、電気機器、電動車椅子、エンジン、ライト、アラーム、電話、テレビ、コンピュータ、触覚振動シート等の電気デバイスのオンオフを行うように、あるいは目で作動させるコンピュータマウス又は他のコントローラを動作するように、コントロールシステム１６４に指示するコマンドを含めることができる。

【0034】

あるいは、ＰＣ、ＩＢＭ、マッキントッシュ及び他のコンピュータ、及び／又は互換性のあるコンピュータソフトウェア及び／又はハードウェア、例えば、マウスの場合と同様にコンピュータと相互に作用する、リターンキー及び／又はジョイスティックを制御するために、プロセッサ１５８は一連のデータを使用することができる。例えば、一連のデータは、ＷＯＲＤＳ−ＰＬＵＳやＫｅ：ＮＸ等の特別の通信用ソフトウェアのみならず、市販の一般的なソフトウェアとコンピュータゲームにおいて使用されているように、サブメニュー又は個々のアイテムが選択された一連のメニューを作動させるコマンドを含むことができる。プロセッサ１５８は、コントロール、スクロール又はコンピュータソフトウェアプログラムからの選択を行い、プリンター又は他のデバイスを作動させる（例えば、フォント、パラグラフ、タブ又は他のシンボルオペレータを選択し、”エディト”、”フォーマット”、”インサート”、”ヘルプ”等のコマンドを選択し、又はＣＤ-ＲＯＭ又はディスクドライブの動作、及び／又は他のウィンドウズ（登録商標）と非ウィンドウズ（登録商標）の機能を制御する）。

【0035】

また、レシーバー１５６は、ユーザーとデバイスとの間の直接的な接続を提供するため、種々のデバイス（不図示）、例えば、ラジオ又はテレビコントロール、ランプ、ファン、ヒーター、モータ、体感振動椅子（vibro-tactile seats）、リモートコントロールの乗り物、乗り物のモニタ又は制御デバイス、コンピュータ、プリンタ、電話、ライフライン装置、電子玩具、又は拡大通信システム等に直接結合することができる。

【0036】

使用している間、検出デバイス３０は、ユーザーの頭の上に配置する、すなわち、図１に示すように眼鏡をかけることにより配置することができる。調整可能なアーム３１及び／又はクランプ２７を、エミッタ３２とセンサ３３とがユーザーの目３００に向くように最適配置となるように調整することができる（図６Ａ〜６Ｃ及び７Ａ〜７Ｃ参照）。エミッタ３２を作動させ、エミッタ３２からの光ビーム３４０を目３００に向けることができる。エミッタ３２の強度及び／又は周波数、及び／又はセンサ３３又は他の焦点の限界感度をその時に調整することができる（例えば、自己調整機構を利用して手動又は自動で）。

【0037】

目３００自身の表面と瞼３０２の表面の反射特性に差があるため、目３００からの反射光の強度は、目が開いているか閉じているかにより異なる。例えば、図６Ａと６Ｂは目が開いた状態を示しており、そこでは、エミッタ３２から発生した光線３４０は目３００自身の表面に当たり、光線３５０により示されるように散乱される。これにより、センサ３３により検出される光の強度は比較的小さくなり、すなわち、センサ３３は実質的に戻り信号を受信することがない。

【0038】

図７Ａと７Ｂでは、瞼３０２が閉じた状態の目を示しており、その状態は、通常の瞬き、眠い瞬間、意図的な瞬き、又は他の瞼の動きの間に起きるものである。光線３４０は瞼３０２に当たるので、光線３６０のように光は反射して実質的にセンサ３３に戻り、センサ３３により比較的高い光強度が検出される。あるいは、７Ｃに示すように、光線３４０は、目を閉じた時には、瞼３０２により乱され又は遮断される。

【0039】

センサ３３は、結果として、センサ３３により反射光が検出される時間と検出されない時間に対応して、目３００が開いているか閉じられているかを示す光強度信号を生成させる。一般に、瞼の表面から反射される赤外線の強度は、皮膚の着色には実質的に影響されない。瞼からの反射光の強度を調整する必要がある場合、フォイル、キラキラ輝く装飾品（glitter）、反射性の保湿クリーム等を反射率を増加させるのに用いることができ、あるいは、黒目ライナー、吸収性又は屈折性のクリーム等を反射率を低下させるのに用いることができる。

【0040】

図９に戻ると、センサ３３により検出される光強度は、結果として出力信号１４２となるものであり、一連の時間依存性の光強度信号（例えば図１２Ｂに示すように）を含んでいる。出力信号１４２は、センサ３３に結合したＣＰＵ１４０により受信され、そこで、閉じた目の状態に応じて各光強度信号１４２の時間長さを所定の閾値と比較する。タイマー回路構成１４６は、通常の瞬きを意図的及び／又は他の意図的でない瞼の動きと区別するためにＣＰＵ１４０に閾時間を与えることができ、ＣＰＵ１４０はそれに応じて出力信号１４２をフィルターする。次いで、ＣＰＵ１４０は、随意的及び／又は不随意的な通信に用いる一連のデータを生成させる。

【0041】

有用な一の応用として、検出デバイス３０を、ユーザーの切迫した眠気又はマイクロ睡眠（すなわち、覚醒状態を襲う数秒程度の眠気）を検出するのに用いることができ、プロセッサボックス１３０はユーザーや、ユーザーの側の他人、又は襲う眠気をモニターする装置に警告を発することができる。ＣＰＵ１４０が、人が寝入った時のように目を比較的長い時間閉じている状態も検出できるように、タイマー回路構成１４６の閾値を調整することもできる。

【0042】

例えば、通常の瞬きは比較的短いので、通常の瞬きと眠気により引き起こされる瞼の動とを区別するために、閾値は、ゼロ秒に近いところから数秒の範囲に設定することができ、例えば約２００〜３００ミリ秒、又は別の実施態様では約２５０ミリ秒とすることができる。ＣＰＵ１４０が眠気を検出すると、すなわち、所定の閾値を超える高い光強度信号を検出すると、警告デバイスを起動させる。警告デバイスは、スピーカー等をプロセッサボックス１３０に内蔵させることもでき、あるいは、警告ライト（不図示）又はアラームスピーカー（図９にはない。図１０Ｃを参照）をフレーム上に取り付けることができる。別の例では、警告デバイスに、別の箇所で説明する振動シート等の体感デバイスを用いることもできる。

【0043】

あるいは、検出デバイス３０を用いて、眠気による瞼の動きを目立たないように記録又はモニターすることもでき、ＣＰＵ１４０が一連のデータを作製し、トランスミッタ１５２が受信及び演算ユニット１５４（図９）に伝送する。例えば、デバイス３０を車両の安全システムと共に用いて、運転者の意識状態又は注意状態をモニターすることもできる。一連のデータ１４４は、車両に搭載された受信及び演算ユニット１５４に伝送することができ、そのユニットは運転者の眠気についてのデータを記憶し、及び／又は、車両の速度調整や車両のエンジン停止等の車両の制御を行うため、所定のアルゴリズム反応に基づき判断を行うためにそのデータを用いることができる。これにより、検出デバイス３０は、トラック運転手、タクシー運転手、船又は飛行機のパイロット、列車の車掌又はエンジニア、レーダー又は空港管制塔のオペレータ、重機又は工場機械のオペレータ、スキューバダイバー、学生、宇宙飛行士、エンターテイメントの関係者又は観客等をモニターすることができる。

【0044】

検出デバイス３０とシステム１４は、医療診断、治療、又は専門的な方法に用いることもでき、覚醒、睡眠パターン、及び／又はストレスの多い状態又は覚醒剤（例えば、カフェイン、ニコチン、デキストロ−アンフェタミン、メチルフェニデート、モダファニル）、鎮静剤（例えば、ベンゾジアザピン、アムビエン）、又は光と闇の効果を変える概日リズム、又はメラトニンの、これらは患者や車両オペレーターの瞬きの回数、速度、持続時間又はＰＥＲＣＬＯＳに影響を与えるものであり、交感神経系及び副交感神経系への影響をモニターする。デバイスを使用する個人の眠気の影響を予測するため、時間をかけて測定された変化の動向を知るため、信号をリアルタイムで記憶及び解析することができる。

【0045】

前述の方法と同様に、ＣＰＵ１４０は一連のデータ１４４を発生させ、そのデータをトランスミッタは離れた受信及び演算ユニット１５４に送ることができる。受信及び演算ユニット１５４は、記憶回路構成１６０の中に一連のデータ１４４を記憶させることができ、これにより、後で修正及び解析を、研究者、医療専門家、又は安全人員（safety personnel）（例えば、飛行機の”ブラックボックス”レコーダーの中にフライトレコーダーのデータが記憶される方法と同様である）が行うことができる。受信及び演算ユニット１５４は、一連のデータ１４４を表示することもでき、例えば、ナースステーションで、患者の身体的、精神的、又は感情的な状態を連続的にモニターするための追加のパラメータとして表示することができる。ユニット１５４は、記憶及び／又は信号を発生させるが、例えば、肯定及び否定の間違いを防ぐために所定の時間内に反応しなければならない一連のアルゴリズムにより行う（例えば覚醒動作モニタリング）。

【0046】

多くの医学的状態、例えば、目が毎秒約３回震える小発作てんかん、パチパチしながら繰り返し目を凝視又は閉じる大発作又は精神運動発作、瞼をパチパチしながら開けたり閉じたりするミオクロニーてんかん、又はチック、又は、例えばトゥーレット症候群の人達に見られるような他の目の動き、を検出デバイス３０とシステム１４によりモニターすることができる。そのシステムは、プラス又はマイナスの重力効果により起きるパイロットのg-LOC（意識喪失）、飛行機内の気圧が低下することによる乗客又は乗員の酸素欠乏症、ダイバーの窒素酔い又はベンズ（bends）、又はガス、化学薬品、薬、及び／又は軍人又はその他の人間に対する生物薬剤をモニターするのに用いることができる。

【0047】

そのシステムは、心理状態のモニターにも用いることができ、例えば、ストレスを検出したり、又は睡眠の間、人が横になっている時（例えば、横になり目を閉じたりあるいは動かすことにより）、注意力をモニターして、目の機能が低下する状態に対するドラッグ又は医薬品の負の副作用及び／又は正の治療効果（例えば、パーキンソン病において瞬き速度を改良するためのL-ドーパ、目のチックや、ＡＬＳや重症筋無力症のような神経筋異常を処置するのに用いられるドラッグ）、相関視覚測定に基づくドラッグ又はアルコールの濃度（眼振又は閃光に対する遅延瞳孔反射）、抗痙攣薬、ドラッグ、アルコール、毒の治療効果及び副作用、又は酸素欠乏症又は換気の効果等の１以上について測定する。すべての年齢の患者の神経学的状態をモニターすることができ、例えば、目又は瞼の神経支配的又は機械的な機能が影響を受ける、パーキンソン病や筋病、例えば筋強直症、筋強直性ジストロフィー、眼瞼痙攣、羞明又は光過敏症、エンセファロパシー、発作、ベル麻痺の場合や、又は視覚を失ったり（例えば黄斑変性症）、瞼の垂れ又は眼瞼下垂症が現れる、第III脳神経麻痺又は不全麻痺、脳幹障害又は発作、腫瘍、感染、代謝性疾患、外傷性神経症、退行症、例えば多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症、多発ニューロパシー、重症筋無力症（myesthenia gravis）、ボツリヌス中毒、強縮、テタニー、遅発性ジスキネジー、脳幹脳炎、そして他の原発性の瞼の症状、例えば、眼球突出症、甲状腺中毒症又は他の甲状腺症の場合である。同様に、検出デバイス３０は歩行状態でも用いることができ、上記のあらゆる神経眼科的及び眼科的な障害の進行及び／又は緩解を研究することができる。

【0048】

同様に、検出デバイス３０はバイオフィードバックの用途に用いることができ、例えば、特定の症状（例えばチック異常）の睡眠又は心理学的治療法に用いることができる。検出デバイス３０は刺激を発生させることができ、例えば、明かり又はスピーカーを起動させ、所定時間内に刺激を認識したことを示す反応、例えば瞬きの特定のシークエンス等の反応を受信すべくユーザーの瞼の動きをモニターする。もしユーザーが反応しなければ、プロセッサは反応時間等を含む反応について記憶し、及び／又はアラーム信号等の信号を自動的に送信することができる。

【0049】

また、検出デバイスは、医療関係以外にも人間のモニターに用いることができ、例えばユーザーの家庭等の通常の活動の間においても用いることができる。例えば、てんかん又はナルコレプシー等の不随意の症状を持つ人のモニターに用いることもでき、あるいは幼児、子供、刑務所の囚人、発狂した患者（例えば、アルツハイマー病を持った人）、警察官、軍人、銀行の出納係、レジ係、カジノ従業員、学生、交替又はグレーブヤードシフトの労働者等に対しても用いることができる。同様の応用は睡眠実験室における睡眠ポリグラフ測定（例えば、ＰＳＧ，ＭＳＬＴ，ＭＷＴ）についても可能であり、寝ている患者に対し、睡眠の兆候、睡眠の潜在性、瞼を閉じているあるいは開いている時間、夜の覚醒している時間等のパラメータを測定し、あるいは動物の研究においては、瞬き、瞳孔変化及び／又は遅かったり速かったりする目の動きが研究対象であり、あるいは幼児の視覚についての神経発達機能の研究にも用いることができる。

【0050】

検出デバイス３０は、他のリラックス用、鎮静用又はアラーム用の技術又はデバイスに対してのみならず、前述の薬（例えば興奮薬）、アルコール又は他の違法ドラッグ、毒素、毒薬についても、眠気、覚醒又は警報効果を研究又はモニターするのに用いることができる。同様に、ユーザーの特徴及び不眠の程度を測定し、ＰＥＲＣＬＯＳの直接の関数として又はＰＥＲＣＬＯＳと関係づけて解析することができる。

【0051】

ＣＰＵ１４０が特定の瞼の動き、例えば、てんかん発作や、失神エピソード（syncopal episode）や、ナルコレプティックエピソード（narcoleptic episode）の間に、あるいは運転中や仕事中の居眠りをしている時によく見られる、目を閉じている時間が長くなる等の瞼の動きを検出した場合、ＣＰＵ１４０はアラームを起動させる出力信号を発生させる。あるいは、トランスミッター１５２が使用されている装置を止める出力信号を送り、自動的に緊急サービスにダイアルさせるように電話を自動的に起動させる等により医療関係者に知らせたり、警察、救急車、車両コントロールセンター、保護者等の離れた場所に信号を送ることができる。

【0052】

システム１４には、自発的な通信のための有用な用途がある。検出デバイス３０を装着したユーザーが、モールス信号又は他の瞬きコード等の所定のパターンで瞬きを意図的に行い、人々又は装置（例えば緊急を知らせるための）に理解可能なメッセージを送ることができる。ＣＰＵ１４０は、センサ３３から受信され瞬きコードに対応する光強度信号１４２を一連のデータ１４２に変換し、あるいは文字、単語及び／又はコマンドを含む理解可能なメッセージへと直接変換することができる。

【0053】

一連のデータ１４４は、出力ポート１４８に結合したビデオディスプレイ５０（図１参照）に表示され、あるいは内部スピーカー１５０から合成スピーチとして出力される。一連のデータ１４４は、メッセージを表示したり、コントロールシステム１６４に接続された家庭用デバイス等をコントロールするため、信号１５３を介してトランスミッタ１５２により受信及び演算ユニット１５４に伝送される。住宅用に加え、システム１４は、病院加療又は看護ケアを受けている患者、例えば、挿管され、換気され、拘束され、麻痺したあるいは弱った患者により使用され、付き添いの医療スタッフと意志の疎通を図り、及び／又は意識してナースステーションに信号を送ることができる。対象となる患者は、言語で意志疎通を図る身体能力のない患者だけでなく、片目又は両目の瞬きにより意志表示をすることができる患者も含まれる（例えば、筋萎縮性側索硬化症、横断性脊髄炎、閉じ込め症候群（locked-in syndrome）、脳血管性発作、末期筋ジストロフィー（terminal muscular dystrophy）を持った患者や、換気のため挿管された患者である。）。

【0054】

デバイスは、あらゆる環境又は領域内で使用することができ、それには水又は他の実質的に透明な流体が含まれる。さらに、デバイス３０は緊急の通知及び／又は独立した安全確保用ツールとしても用いることができる。通常の言語能力のある人であれば、通常の意志疎通手段、すなわち言語、が困難な場合であってもデバイス３０を装着することができる。例えば、銀行又は小売店の従業員は、強盗に襲われた時あるいは犯罪現場に居合わせた時、一人で予め設定された警報を瞬きすることにより、警備部門に連絡したり又は警察を呼ぶことができる。あるいは、治療を受けている人が、身体的な能力がない場合、すなわち、緊急の医療ケアを呼ぶために動くことができないが、自分で目を動かすことができる状態にある場合には、デバイスを装着することができる。そのような場合、予め記録されたメッセージ又は確認データ（ユーザーの名前、居場所、緊急内容等）を、特定の一連の瞬きコード又は予め設定されたメッセージにより離れた場所に伝送することができる。この方法によれば、検出デバイス３０は、ＩＣＵの中の患者、換気されている患者、囚人、老人又は障害者、重機のオペレーター、トラック運転手、モータリスト、船舶及び航空機のパイロット、列車のエンジニア、レーダー又は航空管制塔のオペレーターをモニターするのに用いることができ、又は軍の警備担当、警察銀行出納係（police bank tellers）、レジ係、タクシー運転手等によるコミュニケーションのための非言語的又は閾下のツールとしても用いることができる。検出デバイス３０は、レクリエーション用のデバイス、例えば、ウォーキートーキーに似た子供の玩具又は玩具の車をリモートコントロールするためのデバイスとしても用いることができる。

【0055】

また、検出デバイス３０を連続使用するために、ＣＰＵ１４０に付加的な閾値比較を実行させることが好ましい。例えば、付加的なタイマー回路構成をＣＰＵ１４０に結合し、ＣＰＵ１４０に、センサ３３から受信した光強度信号と、タイマー回路構成により提供される第２の所定の閾値とを比較させることができる。第２の所定の閾値は、人が普通に瞬きを行う間の時間間隔に対応する。ＣＰＵ１４０がこの時間間隔内で通常の瞬きを検出できない場合あるいはユーザーが所定の刺激（明滅光又は音等）に反応しない場合、ＣＰＵ１４０は信号を発生し、スピーカー１５０を起動させあるいはトランスミッタ１５２を用いて警報を伝送する。

【0056】

このことは、間違いアラームの防止やユーザーの注意状態の測定のためだけでなく、検出デバイス３０が犯罪現場において犯人により外されたり、一連の医療エピソードにより落ちたりした場合等にも役立つ。また、ユーザーは特性に注意する必要があり、信号が意図的か又は間違いアラームであるか、そしてまたバイオフィードバックのために注意力又は眠気を測定しているかどうか、そしてまたデバイスを装着したユーザーの反応を測定しているかどうかを判断する必要がある。

【0057】

また、睡眠実験室で患者をモニターして、眠気の兆候、潜在的な眠気、瞼を閉じている時間等を測定したり、あるいは刑務所の囚人をモニターしたりする場合等において、出力信号１４２の極性を逆転させ、目が開いている時のみ、一連のデータを生成させるようにすることもできる。そのような目的の場合、当業者に理解可能なように、開いた目の状態が検出された時のみＣＰＵ１４０がアラームを起動させるようにすることもできる。

【0058】

図８に、検出デバイス３０の別の実施態様を示す。この実施態様においては、エミッタとセンサは単一の固体型光放射及び検出バイオセンサデバイス１３２であり、眼鏡２０の上に直接固定されている。バイオセンサデバイス１３２は赤外線を発生及び検出し、その大きさは２ｍｍ×４ｍｍ、重さは数ｇであり、検出デバイス３０を使い易くし、快適にし及び／又は自由度を大きくしている。大きさが小さいので、図８に示すようにバイオセンサデバイス１３２をレンズに直接取り付けることができ、目の動きを検出し易いように、目のレンズの外表面又は内表面の上、鼻柱に又はフレーム２２の別の場所に取り付けることができる。バイオセンサデバイス１３２は約５ｍｍ×５ｍｍより小さい表面積を測定し、少なくとも約１オンスの重さを測ることができるので、視覚の邪魔にならず、持ち運びでき、軽量の眼鏡フレームに容易に組み込めるエミッタ／センサの組み合わせを提供できる。全システムがフレームに内蔵されているので、ユーザーがどの方向を見ようとユーザーとともに移動し、種々の環境又は領域で、日夜や、水中等でも作動させることができる。

【0059】

浜松はバイオセンサデバイス１３２に使用できる種々の赤外線エミッタ及び検出デバイスを製造しており、モデルＮｏ．Ｌ１９０９、Ｌ１９１５−０１、Ｌ２７９１−０２、Ｌ２７９２−０２、Ｌ２９５９、そして５４８２−１１等があり、あるいはラジオシャック（Ｒａｄｉｏ Ｓｈａｃｋ）赤外線エミッタモデルＮｏ．２７４−１４２を用いることもできる。線形光学走査センサアレイ等のマルチエレメントアレイも使用可能であり、テキサス州プラノのテキサスアドバンストオプトエレクトロニックソルーション社（ＴＡＯＳ）のモデルＮｏ．ＴＳＬ２０１（６４ピクセル×１ピクセル）、ＴＳＬ２０１（１２８×１）、ＴＳＬ２０８（５１２×１）、ＴＳＬ２３０１（１０２×１）を用いることができる。検出光を集束させるため、これらのセンサをレンズアレイと組み合わせて用いることができ、そのレンズアレイには、例えばカリフォルニア州アーバインのＮＳＧアメリカ社で製造されている線形走査用のセルホック（Ｓｅｌｆｏｃ）レンズアレイを用いることができる。

【0060】

また、マルチバイオセンサデバイス１３２は眼鏡２０の上に取り付けることができ、例えば、図８に示すように一対のバイオセンサデバイス１３２が眼鏡の上に取り付けられ、ユーザー（不図示）のそれぞれの目の瞼の動きを検出することができる。上述のプロセッサボックス１３０と同様に、各バイオセンサデバイス１３２から延びるケーブル１３４はプロセッサボックス１３０に続いている。プロセッサボックス１３０（図８には不図示）のＣＰＵ１４０は、各バイオセンサデバイス１３２からの出力信号を受信して比較し、通常の瞬きを他の瞼の動きから識別する力をさらに増大させることができる。

【0061】

一対のバイオセンサデバイス１３２により、より複雑なコードを使用することができ、例えば、当業者にも理解可能なように、それぞれの目を別々にあるいは一緒に瞬きすることにより、より効果的かつ便利にコミュニケーションをとることができる。一例として、一方の目の瞬きをドットに対応させ、他方の目の瞬きをダッシュに対応させてモールス信号として使用することができる。それぞれの目からの出力信号はＣＰＵ１４０により解析され理解可能なメッセージへと変換される。

【0062】

別の例では、右目の瞬き（又は瞬きの連続）が電動車椅子を右方向に移動させ、左目の瞬きが左方向に移動させ、両目を同時に２回瞬きすると車椅子を前進させ、及び／又は両目を同時に４回瞬きすると車椅子を後退させることができる。同様の瞬きの組み合わせ又は連続は、テレビ、ＡＭ／ＦＭラジオ、ＶＣＲ、テープレコーダ又は電子デバイスや電気機械デバイスのオン／オフ機能、音量又はチャンネルのコントロール、あらゆる拡大コミュニケーション又はコントロールデバイス、又は単にオン／オフスイッチで操作可能なあらゆるデバイス（ワイヤレスのテレビリモートコントロールシングルスイッチテレビコントロールユニット、汎用リモートコントローラ、壁スイッチモジュール又は壁スイッチコントローラを備えたＡＣプラグ付きのシングルマルチ機器ユニット、コンピュータの入力アダプター、点灯するシグナルブザー、振動するシグナルボックス、すべてのタイプのスイッチモジュール、ビデオゲーム用コントローラスイッチモジュール、そしてスイッチコントロールの電子玩具）のコントロールに用いることができる。

【0063】

また、バイオセンサデバイスにより放射及び／又は検出された光や、各エミッタ、及び／又は検出器をコントロールするために、１以上のレンズ又はフィルターを設けることができる。例えば、プリズム又は他のレンズで放射光の角度を変更したり、あるいは目に向ける所定ビーム形状の光を作製したり、反射光をセンサで受光するために、スリットを通すことにより光を柱状にしたり又は集束させることができる。放射された光ビームの幅等の形状を調整可能とするため、あるいはセンサの感度を調整するため、レンズアレイを設けることができる。レンズは、当業者に理解可能なように、プラスチック等の中にエミッタとともにエミッタに沿って配置され、あるいは別体の付属部品として用いられる。

【0064】

図１０Ａはシステム４１４の別の実施態様であり、フレーム４２２上に直接設けられた結合したプロセッサ及びトランスミッタ回路構成４３０を備えたバイオセンサデバイス４３２を含むフレーム４２２を有し、例えば、システム４１４の使い易さと自由度を大きくしている。フレーム４２２は、鼻柱４２４を含んでも良く、その上にバイオセンサデバイス４３２を固定的に、スライド移動可能に、及び／又は調整可能に取り付けることができ、そして一対の耳掛け部材４２３，４２５を含むことができる。

【0065】

例えば、一方の耳掛け部材４２３の大きさを他方の耳掛け部材４２５よりも大きくすることができ、これにより、プロセッサ及びトランスミッタ回路構成４３０を埋め込んだり、あるいはその上に取り付けたりすることができる。プロセッサ４４０は、プロセッサボックス１３０中の前述のＣＰＵ１４０と同様に、フレーム４２２上に設けることができ、リチウムバッテリー等の電源を耳掛け部材４２３に挿入又は固定することができる。無線又は別のトランスミッタ４５２（例えばブルートゥース又は他のプロトコルを用いる）を、テンプル片中に又はフレーム４２２の別の場所に存在するアンテナ４５３を含む耳掛け部材４２３上に設けることができ、そのアンテナは、埋め込んだりあるいは耳掛け部材４２３に沿って固定することができる。

【0066】

システム４１４は、耳掛け部材４２３又はフレーム上の他の場所に設けたマニュアルコントロール部を含むこともでき、例えば、電源をオンオフしたり、バイオセンサデバイス４３２の強度及び／又は閾値を調整することができる。システム４１４は、眼鏡の場合のようにレンズ（不図示）を含んでも含まなくても良いフレーム４２２上に内蔵されている。外部ケーブル又はワイヤを減らすことができるので、コミュニケーション及び／又はユーザーのモニターのための便利で快適なシステムを提供することができる。

【0067】

別の例を図１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに示すが、エミッタ５３２とセンサ５３３の線状アレイ５３０が、例えば、眼鏡フレーム５２２の鼻柱５２４の上に垂直方向に取り付けられている。ＣＰＵ５４０、バッテリー４６０、トランスミッタアンテナ５４３，そして警報指示器５５０が、例えば前述の実施態様と同様にテンプル片５２５の中に設けられている。ユーザーからの日常的なバイオフィードバック反応が可能なように、ＬＥＤ５４２又は他の刺激デバイスを眼鏡フレーム５２２の所定の位置に設けることができる。また、ＣＰＵ５４０で作成された一連のデータを受信し、トランスミッタ５４３により伝送するため、レシーバー５４４を設けることができる。

【0068】

図１０Ｃに示すように、各センサ５３３及びエミッタ５３２は、エミッタ５３２をコントロールするため及び／又はセンサ５３２からの光強度信号を処理するため、ＣＰＵ５４０又は他のコントロール回路構成に結合することができる。これにより、本明細書に記載した別のプロセッサの場合と同様に、ＣＰＵ５４０はアレイ５３０中のセンサ５３３を循環し、各センサ５３３からの信号を連続的に処理することができる。図１０Ｄに示すように、エミッタ５３２は、光ビーム（それぞれ３６０ａ，３６０ｂで示されている）を目３００の方向に、例えば瞳孔３０１の方向に集束させるレンズ５３４を有している。センサ５３３は鼻柱５２４の内部に埋め込まれており、スリット５３５は各センサに対して設けられており、スリットは各センサ５３３により検出される反射光をコントロールできるように所定の大きさを有している。これにより、各センサ５３５は、目３００の特定の部分を通過する瞼３０２の動きを検出することができ、例えば、図１２Ａに示すようＰＥＲＣＬＯＳを測定することができる。センサ又はエミッタは、放射光又は反射光を集束させるレンズ又は柱状デバイスを含むこともできる。

【0069】

線状アレイ５３０は、単に目が閉じている否かだけではなく、瞼の動きについての付加的なパラメータの測定にも利用でき、例えば、瞼を開けたり閉じたりする速度、すなわち目を閉じる速度を測定することができ、ＣＰＵ５４０は連続するセンサ５３３間における活性化の時間遅れを比較することができる。また、部分的に目を閉じたこと等による瞼３０２による瞳孔の被覆率を、時間の関数として測定するためにセンサ５３３からの出力信号を処理することができ、例えば目が完全ではなく部分的に閉じられた時にモニターし、及び／又は図１２Ａ〜１２Ｃに示すように目が閉じられている時間のパーセンテージ（ＰＥＲＣＬＯＳ）をモニターし、ユーザーが最大限に目を開けたベースラインと比較する。

【0070】

図１２Ｄは、別の実施態様であり、センサの２次元アレイを示している。５×５アレイ６３３や、９×１１アレイ７３３は例示であり、あらゆる数のエレメントを含む他のアレイも可能である。例えば、以下に説明するように、センサには、数百又は数千ピクセルのグリッド又は他のパターンを有するＣＭＯＳ又はＣＣＤデバイスを用いることができる。センサ６３３，７３３は、エミッタ６３２からの光の表面反射率を測定するのに用いることができ、すなわち、プロセッサ（不図示）はアレイ６３３，７３３中の各センサからの信号を処理し、瞼３０２により覆われた目の表面積のパーセンテージ及び／又は瞳孔の相対位置を示す一連のデータを作製する。

【0071】

アレイ６３３，７３３中のセンサは十分に高感度あるいは十分な解像度を有しているので、瞳孔３０１を通過する網膜からの反射光による”赤色反射”又は同等の赤外線”明色瞳孔”反射を検出することができる。これにより、センサは、赤色反射又は明色瞳孔がないことを示す実質的にゼロの値を含む光強度信号や、赤色反射又は白色瞳孔反射を示す低出力信号、そして、閉じた瞼３０２からの反射を示す高出力信号を発生させることができる。赤色反射は、明白色光瞳孔として現れる（エミッタ（群）からの赤外線が瞼が開いている時の網膜に反射して現れ、又はプロセッサが減法アルゴリズムを用いている場合には暗色又は”黒色瞳孔”として現れる。）プロセッサは、瞳孔３０１が瞼３０２により覆われている状態を検出するために光強度信号を処理する、すなわち、目が完全に瞼３０２により覆われていなくても、ユーザーはその状態を見ることはできず、その状態はＰＥＲＣＬＯＳ値で第一次注視（primary gaze）の約５０〜７５％である。また、瞼、目、そして瞳孔が下降すると、ＰＥＲＣＬＯＳ測定の結果が７５〜８０％以上でも、センサ（群）は、赤色反射又は明色瞳孔を検出することができ、例えば、その状態では、下方注視において、目はまだ、狭いスリット状の瞼の裂け目開口を通して見ることができる。

【0072】

別の例では、プロセッサ及び／又はトランスミッタ回路構成（図２のプロセッサボックス１３０中のＣＰＵ１４０又は図１０Ａと１０ＢのＣＰＵ４４０，５４０）は、確認回路構成（不図示）を、別体のメモリーチップとして又は他の回路エレメントとして又はＣＰＵ自身の内部に含むことができる。確認回路構成は、所定の確認コードでプログラムすることができ、又はユーザーの身分照明、ユーザーの居場所、ユーザーに特徴的なバイオメトリック測定（例えば、固有虹彩（unique iris）又は網膜パターン、指紋、音声認証）、各検出デバイスに対する確認コード等の選択された確認情報を含むようにプログラム可能である。

【0073】

ＣＰＵは、伝送された一連のデータ５５３に確認情報を付加することができ、あるいは確認情報は自動的に又は定期的に、連続的に又は断続的に、一連のデータの中に組み込まれ、それにより、その一連のデータを特定の検出デバイス、個々のユーザー、及び／又は特別な場所に関連付けることができる。確認情報は、例えば離れた場所でプロセッサにより使用され、そこでは多数の検出デバイスからのデータが識別され、次いで前述のように記憶、表示等がなされる。そのため、システムを使用している時には、ユーザーが特定の確認又は標準情報を要求されることはない。

【0074】

図１１Ａに示すように、レシーバー５４４により、シングルスイッチマルチアプライアンスコントロールユニット５５０を介してレシーバー５４４に結合された１以上のデバイスをコントロールすることができる。コントロールユニット５５０は、個々のコントロールモジュール５５２ａ−５５２ｆにより受信されるオン／オフ又は他のコントロール信号を伝送するために取り付けられた自身のトランスミッタを備えている。ユーザー１０は、瞬きすることにより、伝送される一連のデータ５５３を作製し、コントロールユニット５５０やコントロールモジュール５５２ａ−５５２ｆを使用する選択された電気装置、例えば、ラジオ５５４、テレビ５５６、ライト５５８ａ、壁スイッチ５６０にコントロールされるライト５６２、壁ソケット５６４にプラグを差し込んだ扇風機５６４等のスイッチを切ったり入れたり、あるいはコントロールすることができる。

【0075】

また、図１１Ｂに示すように、レシーバー５５４を、他のシステム、例えば、コンピュータ５７０，プリンター５７２、車両集積システム５７４、ライフラインユニット５７６、ＧＰＳ又は他の衛星トランスミッタ５７８等と結合することができる。伝送された一連のデータ５５３は、単独であるいは他の車両センサ情報及び／又は人的構成要素等（ＥＫＧ、ＥＥＧ、ＥＯＧ、脈膊、血圧、呼吸速度、酸素飽和度、アクチグラフ、頭の位置、声分析、体温、皮膚電導度、自己評価測定及び覚醒反応特性、固定された非着用の計器盤又は日除けに取り付けられたカメラシステム等）の追加データとともに処理され、長距離トラック運転手等のユーザーのモニターのさらに効果を発揮する。

【0076】

図１３は、目の動きをモニターする別の実施態様のシステム８１０を示す。一般に、システム８１０は、鼻柱８１４と一対の耳掛け部材８１６、１以上のエミッタ８２０、１以上のセンサ、及び／又は１以上のカメラ８３０，８４０を含むフレーム８１２を有している。フレーム８１２は、処方レンズ、影付きレンズ又は保護レンズ等の一対のレンズを有していても良いは、それらを省略することもできる。また、ユーザーの頭に装着可能な他のデバイス、例えば、パイロットの酸素マスク、保護用眼鏡ギア、患者用換気装置、スキューバ用又は水泳用マスク、ヘルメット、帽子、ヘッドバンド、ヘッドバイザー、保護用ヘッドギア、又は頭及び／又は顔を保護する密閉スーツの内部等（不図示）にシステムを設けることもできる。システムの構成要素は、ユーザーの視界及び／又はデバイスの通常の使用の妨害とならないように、デバイスの種々の位置に設けることができる。

【0077】

図示の通り、エミッタ８２０のアレイはフレーム８１２上に設けられており、例えば垂直アレイ８２０ａや水平アレイ８２０ｂとして設けられている。さらに又は代わりに、円状アレイ（不図示）等の別の配置でエミッタ８２０を設けることもでき、光フィルター及び／又はディフューザー（不図示）を含んでも含まなくても良い。一態様として、エミッタ８２０は所定周波数のパルスを放射するように配置された赤外線エミッタであり、本明細書中の別の態様と同様である。エミッタ８２０は、ユーザーの１以上の目を含むユーザーの顔領域の上に基準フレーム８５０を向けるようにフレーム上に配置することができる。図示の通り、基準フレームはその領域を四分円に分割する一対の交差バンド８５０ａ，８５０ｂを含んでいる。一態様として、交差バンドの交点を、第一次注視、すなわち、ユーザーが概ねまっすぐを見ている時に目の瞳孔に実質的に対応する位置に配置することができる。あるいは、垂直及び水平成分、角度及び放射状成分、又は他の直交成分等を含む他の基準フレームを設けることもできる。必要により、実質的に一定である１以上の基準点を設け、以下に説明するように目の相対運動のための有効な基準フレームとすることもできる。

【0078】

ユーザーの瞼から反射されたエミッタ８２０からの光を検出するために、フレーム８１２上にセンサ８２２のアレイを設けることもできる。本明細書に記載された別の態様と同様に、センサ８２２は、瞼が閉じているか開いているかを確認するために必要な強度を有する出力信号を発生させることができる。センサ８２２は、瞼の各部分から反射された光を検出するため、各エミッタ８２０に隣接して配置することができる。あるいは、センサ８２２を垂直アレイの形で配置することもでき、例えば、本明細書に記載された別の態様と同様に、瞼の閉じた程度をモニターするために鼻柱８１４に沿って配置することもできる。さらに別の態様では、エミッタ８２０とセンサ８２２は、単一のデバイスで放射及び検出の両方が可能な固体型のバイオセンサ（不図示）であっても良い。必要に応じ、エミッタ８２０及び／又はセンサ８２２を省略しても良く、例えば、カメラ８３０，８４０が以下に述べるように十分な情報を提供してくれる場合には省略することもできる。

【0079】

センサアレイから発生する信号を用いてＰＥＲＣＬＯＳ又は他のパラメータを測定するための、回路構成及びソフトウェアを設けることもできる。例えば、図１７は、５つの構成要素アレイからの信号を処理するのに用いる模式構成例を示しており、例えばＰＥＲＣＬＯＳ測定値又は他の警告パラメータを得るために用いることができる。図１３に戻ると、システム８１０は、ユーザーの片目又は両目に方向に概ね配置された１以上のカメラ８３０も有している。各カメラ８３０は、柱部８１４（又はフレーム８１２の別の場所、例えばユーザーの視界の妨害を最小限にできる位置）に一端を取り付け又は隣接させ、他端８３７を、映像をデジタルビデオ信号に変換するＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の検出器８３８に結合させた、光ファイバーバンドル８３２を有している。例えば光ファイバーバンドルの上に映像を集束させるため、図１４に示すように、光ファイバーバンドル８３２の一端上に対物レンズを配置することができる。必要に応じ、図１４に示すように、光ファイバーバンドル８３２は、レンズに隣接して終了し、エミッタ８３６を提供する１以上の照明用ファイバーを含むこともできる。照明用ファイバー（群）は、図２２に示す態様と同様に及び以下に説明するように、光源（不図示）と結合させることができる。図１３では１個のカメラのみが示されているが（例えばユーザーの左目だけをモニターするため）、別のカメラ（不図示）をユーザーの他の目（例えば右目）をモニターするために、同様の部材、例えば光ファイバーバンドル、レンズ、エミッタ（群）及び／又は検出器（必要により、以下に説明するようにカメラは共通の検出器を共有することができる）を対象配置に設けることができることは当業者には理解できるであろう。必要に応じ、各目の方向に向けられ、例えば目に対し異なる角度を有する多数のカメラ（不図示）を用いることが好ましい。必要に応じ、これらのカメラ（群）は、光ファイバー延長部、プリズムレンズ、及び／又は反射ミラー（例えば赤外線を反射する）、侵入させずあるいはブロックする鏡面を目と対向する側に有するレンズ等を有する。そのような付属品は、カメラに伝送された目の映像を所望の方法により湾曲させたり、回転させたり、反射させたり、又は逆転させたりすることができる。

【0080】

カメラ（群）は、エミッタ８２０及び／又は８３６から放射された光、例えば赤外線又は可視域を超える他の光の周波数を検出できるように配置することができる。必要に応じ、光ファイバーバンドル８３２がエミッタ８３６用の１以上の照明用ファイバーを含む場合、フレーム８１２上のエミッタ８２０は省略することができる。この態様では、センサ８２２を省略し、以下に説明するように、ユーザーの目の動きをモニターするためにカメラ（群）８３０を用いることができる。必要に応じ、システム８１０はユーザーの頭から離れた位置に配置された第２のカメラを含んでも良く、それによりユーザーの顔のすぐ前の領域等のユーザーの周囲をモニターすることができる。カメラ８４０は、カメラ８３０と同様な成分、例えば光ファイバーバンドル８４１、レンズ（不図示）、及び／又はエミッタ（群）（不図示）を含むことができる。必要に応じ、カメラ８３０には、周囲の照明条件でも撮像できる十分な感度を有するものを用いることができ、エミッタを省略することができる。カメラ８４０は、図１３に示すように別体の検出器８３９に結合させることができ、以下に説明するように、カメラ８３０と検出器８３８を共有することができる。

【0081】

光ファイバーバンドル８３２，８４１は、それぞれ、例えば、約５，０００〜１００，０００のピクセル化された送光用光ファイバー、あるいは約１０，０００〜５０，０００のファイバーを含むことができる。ファイバーの数は用途におけるニーズに依存し、例えば、周囲環境について得られた映像についてのみならず（すなわち、”外部カメラ”ファイバー）、ユーザーの目について得られた映像について（すなわち、”内部カメラ”ファイバー）所望の光学解像度を与える必要がある。必要に応じ、バンドルに用いるファイバーは、１以上の照明用ファイバーを含むことができる。一態様において、５，０００のファイバー（７５×７５ピクセル解像）、１０，０００のファイバー（１００×１００ピクセル解像）、５０，０００のファイバー（２２４×２２４ピクセル解像）、１００，０００のファイバー（３１６×３１６ピクセル解像）を有するバンドルを用いることができる。得られる光ファイバーバンドル８３２，８４１は、例えば、クラッドがある場合又はない場合について、約３〜５ｍｍの直径とすることができる。光ファイバーバンドル８３２，８４１は、フレーム８１２に沿って固定することもでき、あるいはフレーム８１２の内部に設けることもできる。例えば、鼻柱８１４から耳掛け部材８１６に延在し、そこに光ファイバーバンドル８３２，８４１を収容する、１以上の通路を有するようにフレーム８１２を作製することができる。あるいは、光ファイバーバンドル８３２，８４１は、例えばフレーム８１２を作製する時に、成型、溶融、あるいはフレーム８１２の中に埋め込むことができる。必要に応じ、光ファイバーバンドル８３２，８４１は、図１８Ａと１８Ｂを用いて以下に説明する態様と同様に、フレーム８１２から検出器及び／又はフレーム８１２から離間したプロセッサ（不図示）へと延在させることができる。

【0082】

一方又は両方の耳掛け部材８１６は、１以上の部材を取り付けるためのパネル８１８を有していても良く、例えば、コントローラ又はプロセッサ、例えば典型例のプロセッサ８４２、トランスミッタ８４４、アンテナ８４５、検出器（群）８３８，８３９、及び／又はバッテリー８４６である。プロセッサ８４０を、エミッタ８２０、センサ８２２、及び／又はカメラ８３０，８４０（例えば検出器（群）８３８，８３９）に結合することができ、これによりそれらの動作をコントロールすることができる。以下に説明するように、トランスミッタ８４４を、センサ８２２及び／又はカメラ８３０，８４０からの出力信号を受信するため、プロセッサ８４２及び／又は検出器（群）８３８，８３９に結合することができ、これにより以下に説明するように離れた場所に信号を伝送することができる。あるいは、トランスミッタ８４４を、センサ８２２及び／又はカメラ８３０，８４０からの出力リードに直接結合することができる。フレーム８１２は、例えば耳掛け部材８１６上に手動コントロール（不図示）を含むこともでき、これにより電源を入れたり切ったり、エミッタ８２０、センサ８２２及び／又はカメラ８３０，８４０の強度及び／又は閾値を調整することができる。

【0083】

必要に応じ、システム８１０はフレーム８１２上に１以上の追加センサを含むことができ、例えば、ユーザーの認識、感情及び／又は行動についての状態に関係する追加的なバイオ−又は神経−生理学的データの集積と相互交換を目的とする生理学的センサがある。センサをプロセッサ８４２及び／又はトランスミッタ８４４に結合することができ、これによりセンサからの信号をモニターし、記録し、及び／又は離れた場所に伝送することができる。例えば、フレーム８１２の空間的な配置、結果としてユーザーの頭の空間的配置を決定するために、１以上の位置センサ８５２ａ，８５２ｂを設けることもできる。例えば、ユーザーの頭が前に垂れていないか、又は横に傾いていないかをモニターするために、頭の傾き又は動きを測定する挙動計測センサを設けることもできる。環境騒音又はユーザーの発する音を検出するため、マイクロフォン８５４等の音波センサを設けることもできる。

【0084】

さらに又は代わりに、例えば、生理学的システムの集積及び／又は相互相関のために、フレーム８１２は、ユーザーの１以上の身体的特徴を測定する１以上のセンサを含むことができる。例えば、ＥＥＧ電極８５６を、耳掛け部材８１６上であって、ナジオンの上方又は下方で、乳様突起上で、後頭部領域に、及び／又はユーザーの皮膚に接触する他の領域に設けることができ（例えば湿潤表面接触電極）、又はユーザーの皮膚に接触しないように設けることができ（例えば乾燥ワイヤレス電極）、それにより頭脳活動（覚醒、眠気、又は他の睡眠に関係する頭脳活動）について、例えば、視覚動向あるいは短期又は長期の空間動向及び／又は時間動向についての分析を行うため（例えば高速フーリエ又はスペクトル分析）、約１〜５００Ｈｚの異なる周波数範囲で測定及び伝送することができる。ＥＫＧ電極（不図示）を設けることができ、これにより皮膚に接触している場所を通して心臓の活動を測定することができる。パルスセンサ（不図示）は、心血管搏動を測定するのに用いることができ、酸素測定センサ８５８は酸素飽和度を測定するのに用いることができる。サーミスタ又は他のセンサは、ユーザーの鼻等を通過する呼吸空気流量を測定することができる。サーミスタ、熱電対、又は他の温度センサ（不図示）を、ユーザーの皮膚温度を測定するのに用いることができる。ユーザーの皮膚の湿度を測定するために汗検出器（不図示）を設けることもでき、及び／又は、ユーザーの声又は息遣いを検出するために、マイクロフォン又は他の音波センサ（不図示）をフレーム８１２に取り付けることもできる。目が動いている時の電位の揺らぎを測定するために、ユーザーの皮膚の所望の領域に接触するように、１以上の眼電図記録（ＥＯＧ）電極を設けることもできる。

【0085】

また、システム８１０は、フレーム上に１以上のフィードバックデバイスを含むことができる。これらデバイスは、眠気又は意識の欠如等の所定の状態を検出すると、警報を出したり及び／又はユーザーを起こす等のフィードバックをユーザーに対して行うことができる。フィードバックデバイスをプロセッサ８４２に結合し、フィードバックデバイスの活動をコントロールすることができる。例えば、機械振動デバイス８６０を、耳掛け部材８１６等のユーザーに接触する場所に設けることにより、皮膚との接触により、体感振動刺激を与えることができる。比較的低出力の電気刺激を与える電極（不図示）を設けることもできる。１以上のＬＥＤ等の可視の白色光又は着色光エミッタを、柱部８１４の上等の所望の場所に設けることができる。あるいは、以下に説明する別の態様の場合と同様に、ブザー又は他のアラーム等のオーディオデバイス８６２を設けることもできる。さらに、柱部８１４上に又は隣接して、フレーム８１０上にアロマ放出部を設けることもできる。

【0086】

さらにあるいは代わりに、１以上のフィードバックデバイスをフレームから離間した状態で、かつユーザーにフィードバック反応を伝達できるように配置することもできる。例えば、聴覚、視覚、触覚（振動椅子等）又は嗅覚エミッタを、本明細書の別の箇所で説明したデバイスの場合と同様に、ユーザーの近くに設けることができる。さらに、リモートコントロールの扇風機又はエアコン装置等のユーザーに熱的刺激を与えることのできる、熱又は冷気を発生させるデバイスを設けることもできる。

【0087】

システム８１０は、本明細書の別の箇所で説明した態様の場合と同様に、フレーム８１２から離れた部材を含むこともできる。例えば、システム８１０は、レシーバー、プロセッサ、及び／又はフレーム８１２から離れた場所、例えば同じ部屋の中、近くのモニターステーション、又はより離れた場所等にあるディスプレイ（不図示）を含むことができる。レシーバーは、トランスミッタ８４２により伝送された信号を受信するが、この信号にはセンサ８２２、カメラ８３０，８４０、又はフレーム上に設けられた他のセンサからの出力信号も含む。

【0088】

グラフィック表示用の信号を作製するため、プロセッサをレシーバーに結合させて、フレーム１２上の部材からの信号を分析することができる。例えば、モニター上に表示するため、プロセッサはセンサ８２２及び／又はカメラ８３０からの信号を作製することができ、これにより、ユーザーは他人によりモニターしてもらうことができる。同時に、他のパラメータを同じあるいは別のディスプレイに表示することもできる。例えば、図１５Ａ〜１５Ｉは、フレーム８１２上の種々のセンサの出力を示す信号を示しており、共通の時間軸に対して、又はユーザーの目の動き及び／又は眠気の程度等と相関するものに対して表示される。プロセッサは、ビデオ信号を他の検出したパラメータと共に重ね合わせてあるいは同時に表示して、医師又は他人によるモニターを可能とし、これらのパラメータをユーザーの行動に直接相関させることができる。

【0089】

さらに別の態様において、ユーザーの行動をモニター及び／又は研究するために、プロセッサは自動的に信号を処理することができる。例えば、プロセッサは、目の動きに関係する種々の視覚パラメータ、例えば瞬きの持続時間（ＥＢＤ）、瞬きの周波数、瞬きの速度、瞬きの加速度、瞬きの間隔（ＩＢＤ）、ＰＥＲＣＬＯＳ、ＰＥＲＯＰ（瞼が開いているパーセンテージ）、瞳孔の大きさの変動、注視及び眼球運動等をモニターするために出力信号を用いることができ、このことは米国特許第６，５４２，０８１号に記載されており、出典明示により明細書の一部となる。

【0090】

カメラ８３０からのビデオ信号は、瞳孔サイズ、位置、例えば直交バンド８５０で規定される四分円の中にある等、目の追跡運動、目の注視距離等の種々の目のパラメータをモニターするために処理される。例えば、カメラ（群）８３０は、エミッタ８２２から放射される光を検出することができ、カメラ（群）８３０は、エミッタからユーザーの目の領域に向けられる基準フレームを検出することができる。図１６は、垂直に配置された２０個のエミッタを有するシステムに含まれるカメラからのビデオ出力の一例である。カメラは、垂直のバンドとして配置された２０個の個々の光領域を検出することができる。カメラは、”キラキラ光る”点Ｇ及び／又は移動する明るい瞳孔Ｐを検出することができる。これにより、瞳孔の動きは、キラキラ光る点Ｇと関係付けて、及び／又は垂直バンド１〜２０と関係付けてモニターすることができる。

【0091】

エミッタ８２２はフレーム８１２に固定されているので、基準フレーム８５０はユーザーに対して実質的に一定である。そのため、プロセッサは、基準フレーム８５０に対する直交軸（ｘ−ｙ又は角−半径等）における瞳孔の位置を決定することができる。あるいは、基準フレームが削除された場合、瞳孔の位置は、ユーザーの目の上のすべての静止しているキラキラ光る点に対して又は他の所定の基準点に対して決定することができる。例えば、カメラ８３０自身は目の上に光の点を投射し、その光は反射されカメラにより検出される。この”キラキラ光る”点は、カメラ８３０がフレーム８１２に対して固定されているので、実質的に静止しており、それが所望の基準点を与え、それに基づいて引き続く目の相対運動を決定することができる。

【0092】

また、フレーム８１２と別の離れたカメラからの信号は、離れた距離から（例えば、車、ドライブ、フライト又は他のシミュレータのダッシュボード、又はソナー、レーダー又は他のモニターステーションの中等）、ユーザーの顔を描くことができ、例えば、エミッタから投射された光の基準フレームに加えあるいはそれに代えて、顔の表情、欠伸の回数等の種々の顔の計測をモニターすることができる。さらに又は代わりに、頭の方向、傾き、身体の動き、生理学的パラメータ等の他のセンサからのパラメータを処理し相関付けることができる。一態様において、プロセッサは２以上のこれら種々のパラメータの相関関係を算定することができ、これにより複合疲労指数（ＣＯＦＩ）を作り出すことができる。例えば、瞼による瞬き又は瞳孔被覆が閾時間を超えると、プロセッサが、位置センサに頭の傾きをモニターさせ、及び／又は頭脳活動のための生理学的センサをモニターさせ、これにより、ユーザーが眠り始めている、あるいは運転又は装置を操作することが困難な状態になったことを指摘することができる。プロセッサは、メモリに保存されている経験的アルゴリズムを用いてこれらのパラメータに数字を割り当て、そして追加し、あるいはユーザーの現在の状態に対し数値のＣＯＦＩを割り当てるため、パラメータの相関関係を算定することができる。

【0093】

所定のＣＯＦＩ閾値を超えると、システム８１０はアラームを起動させ、あるいはユーザー及び／又は離れた場所の別の関係者に知らせることができる。そのため、システム８１０は、ユーザーの疲労、眠気、覚醒状態、精神状態等をモニターするより有効な方法を提供することができる。さらにまた、システム８１０は、所定の出力を発生させるのに用いることができ、例えば、ＣＯＦＩ値等の所定の条件がシステム８１０により決定されている時、ユーザーにより操作される自動車等の装置を起動又は停止することができる。

【0094】

また、例えばプロセッサ８４２の一部として、フレーム８１２上にプロセッサを設けることができ、これにより、所定のＣＯＦＩ閾値を超える等の所定の現象が起きるか否かについてパラメータをモニターすることができる。さらにまた、上述の目の追跡パラメータは、例えば自動車等のダッシュボードのように、ユーザーの前の固定された位置にあるリモートカメラ、を用いてモニターすることができる。リモートカメラは直接又は自身のトランスミッタを介してプロセッサに結合することができ、プロセッサはＣＯＦＩ測定の中に統合することもでき、及び／又はアルゴリズム的に規定された反応計測により第三者にモニターされることもできる。種々の装置、システム、そしてそれらを用いる方法についての付加的な情報は、２０００年１２月１９日に発行された米国特許第６，１６３，２８１号、２００１年６月１２日に発行された米国特許第６，２４６，３４４号、２００３年４月１日に発行された米国特許第６，５４２，０８１号に記載されており、出典明示により明細書の一部となる。

【0095】

図１３の別の態様に戻ると、図２２に示す配置と同様に、カメラ８３２，８４０を、単一の検出器（不図示）に結合することができる。光ファイバーバンドル８３２，８４１は、検出器の各領域の上にカメラ８３０，８４０からの映像を供給及び／又は集束させる１以上のレンズに結合させることができる。検出器には、例えば、断面積約５〜１０ｍｍ^２の活性映像領域を有するＣＣＤ又はＣＭＯＳチップを用いることができる。一例として、検出器の活性映像領域は、正方形、矩形、円形又は楕円形であり、カメラ８３０とカメラ８４０の両方からの映像を同時に受像可能な十分な面積を有する。カメラ８３０，８４０からの同時ビデオ映像の出力表示例を図２０Ａと２０Ｂに示し、以下に説明する。この例では、十分な解像力と処理力を有するので、システム８１０からエミッタ８２０及び／又はセンサ８２２を除くことが可能である。

【0096】

図１８Ａと１８Ｂには、装置９１０の別の態様が示されており、装置９１０を装着した人間の瞼の動きをモニターすることができる。本明細書の別の箇所で説明した通り、装置９１０は、バイオセンサ、コミュニケーター、及び／又はコントローラとして用いることができ、及び／又はシステムの中に組み込み、ユーザーの片目又は両目の随意的−意図的及び／又は不随意的−非意図的な動きをモニターすることができる。

【0097】

図に示す通り、装置９１０は、ユーザーの頭に装着されるヘルメット９１２と、バイオセンサアセンブリー９２０とを有している。ヘルメット９１２は、ヘリコプター又はジェット旅客機のパイロットが使用する標準的な飛行士用のヘルメットであり、例えば、一対の夜間視界用のチューブ又は他のゴーグル９１４がその上に取り付けられている。必要により、ヘルメット９１２は、１以上のヘッドアップディスプレイ、例えば、片目又は両目の前又は近くに取り付けた小さなフラットパネルディスプレイを用いることができる。あるいは、ヘルメット９１２を、フレーム（不図示。例えば図１３を参照）に置き換えることもでき、その場合、フレームは、本明細書に記載した他の態様と同様に、柱部、各目の上方又は周囲に延在するリム、及び／又は一対の耳掛け部材を有するものを用いることができる。装置の動作には必要はないが、フレームは、一対の処方レンズ、遮光レンズ、及び／又は保護レンズを含むことができる。あるいは、一方又は両方のレンズを比較的小さいフラットパネルＬＣＤ等のディスプレイと置き換えることができ、以下に説明するように、シミュレーター用及び／又はレクリエーション用のデバイスとして用いることができる。さらにまた、装置９１０は、ユーザーの頭に装着する他のデバイス、例えば、縁付き帽子、縁なし帽子、ヘッドバンド、ヘッドバイザー、保護用の目及びヘッドギア、顔用マスク、酸素マスク、換気用マスク、スキューバ又は水泳用マスク等（不図示）を含むことができる。

【0098】

装置９１０の部材は、ヘルメット９１２（又は他の頭に装着するデバイス）の種々の場所に設けることができ、これにより、例えば、装置９１０を装着していても、ユーザーの視界及び／又は通常の活動への妨害を最小限に抑えることができる。図に示すように、バイオセンサアセンブリー９２０は、ヘルメット９１２の頂部に、ベルクロ（Ｖｅｌｃｒｏ）（登録商標）、ストラップ、及び／又は他の一時的又は着脱可能な接続部材等を用いて固定されたカメラ９２２を有している。これにより、使用しない時は、カメラ９２２を取り外すことができる。あるいは、本明細書に記載した他の態様と同様に、カメラ９２２を実質的に永久に、ヘルメット９１２に固定したり、ヘルメット９１２（又は他のフレーム）に直接組み込んだり、ヘッド装着型のテレビ、ＬＣＤモニター又は他のデジタルディスプレイに接続したりすることができる。

【0099】

バイオセンサアセンブリー９２０は、カメラ９２２からヘルメット９１２の前に延在し、ユーザーの片目又は両目を撮像する１以上の”内部カメラ”を提供する、１以上の光ファイバーバンドルを含むこともできる。図に示すように、一対の光ファイバーバンドル９２４は、カメラ９２２からゴーグル９１４の各チューブに延在している。一態様において、光ファイバーバンドル９２４は、カメラ９２２からゴーグル９１４へと延在する十分な長さを有することができ、ヘルメット９１０上のカメラ９２２の位置に応じ（又はカメラ９２２がヘルメット９１０から離れて設けられている場合）、例えば長さ約１２〜１８インチ、あるいは光ファイバーバンドル９２４はさらに長く約２〜４フィート、あるいは短くすることもできる。

【0100】

光ファイバーバンドル９２４の端部９２６は、ゴーグル９１４に永久的又は着脱可能に取り付けることができ、例えば、ゴーグル９１６に接続されたあるいはゴーグルから延在するブラケット９１６に取り付けることができる。あるいは、光ファイバーバンドル９２４は、クリップ、ファスナー、接着剤等（不図示）を用い、一時的あるいは実質的に永久的にゴーグル９１４上に固定することができる。図に示すように、光ファイバーバンドル９２４の端部９２６は、ゴーグル９１４の下方であって、ユーザーの目の方向を向くように上向きの角度で固定されている。端部９２６の角度は調整可能であり、例えば、約４５度の基準角から約１５度上向きあるいは下向きに調整可能である。あるいは、光ファイバーバンドル９２４の端部９２６を、ユーザーの目の方向に向けながら、ヘルメット９１２及び／又はゴーグル９１４の別の場所に設けることができる。

【0101】

さらに図１９に示すように、各光ファイバーバンドル９２４は、光ファイバー撮像ガイド９２８、すなわち、光撮像ファイバーのバンドルと、収縮チューブ（不図示）等に収容され、カメラ９２２と光ファイバーバンドル９２４との間に延在する照明用ファイバーのバンドル９３０とを有している。照明用ファイバーのバンドル９３０は、それぞれ、例えばカメラ９２２の内部の光源に結合した１以上の光ファイバーを有している。例えば、カメラ９２２は、１以上のＬＥＤ９３４（簡単のため１個のみ示す）を含むＬＥＤハウジング９３２を有し、照明用ファイバー０のバンドル（群）９３０は、光を端部（群）９２６に供給するためにＬＥＤハウジング９３２に結合されている。

【0102】

光源９３４から放射される光は、放射光がユーザーの視覚を実質的に妨害しないように、人間の通常の視覚の範囲外であっても良く、例えば波長範囲が８４０〜８８０ｎｍの赤外線であっても良い。本明細書に記載した別の態様と同様に、光源には、実質的に連続光あるいは所定周波数のパルス光を用いることができる。あるいは、ユーザーの顔及び／又は片目又は両目の照明用の光源を、照明用ファイバーのバンドル９３０の代わりに用いることもできる。例えば、本明細書に記載した別の態様と同様に、１以上のエミッタ（不図示）、例えばヘルメット９１２及び／又はゴーグル９１４の１以上の領域に沿って配置したエミッタアレイを用いることができる。

【0103】

光ファイバーバンドル９２４のそれぞれの端部９２６は、１以上のレンズ、例えば所望の方法で映像案内部を集束させる、例えばユーザーの目の方向に対物レンズ９３６（図１８Ａ）を含むことができる。各映像案内部９２８は、視界の前方ライン（視野０度）を有し、対物レンズ９３６は、例えば約４５度の広い視界を提供できる。必要により、視界ラインは調整可能であり、例えば約３０〜６０度の範囲を対物レンズで調整することができる。さらに、対物レンズ９３６は可視距離を最適化することができ、例えば約２インチまで最適化することができるので、ユーザーの目に対するフォーカスを向上させることができる。そのため、映像案内部（群）９２８は、ユーザーの目の映像を光ファイバーバンドル（群）９２４を通してカメラ９２２まで運ぶことができる。

【0104】

図１９に示すように、カメラ９２２は、映像案内部（群）９２８（及び／又はカメラ９４４）からの映像を撮像デバイス９４０の活性領域９４２の上に供給及び／又は集束させるために、拡大部９３８等の１以上のレンズを備えることができる。撮像デバイス９４０には、映像を受像する２次元の活性領域を有する種々の公知のデバイスを用いることができ、例えばＣＭＯＳ又はＣＣＤを用いることができる。一態様において、撮像デバイス９４０はＣＭＯＳデバイスであり、例えば、センソヴェイション（Sensovation）のモデル ｃｍｏｓ ＳａｍＢａ ＨＲ−１３０、又はマイクロンイメージング製のモデル ＭＩ−ＭＶ１３のファーストカメラ１３である。拡大部９３８は、Ｃマウント又は他の接続部材（不図示）を用いてカメラ９２２に機械的に係合させることができる。

【0105】

一態様において、本明細書の別の箇所に記載した光ファイバーバンドルと同様に、各映像案内部９２８は１０，０００〜５０，０００ピクセルの映像データを提供でき、それらを撮像デバイス９４０の活性領域９４２の上に投射することができる。図１８Ａと１８Ｂに示す装置９１０では、両方の光ファイバーバンドル９２４からの映像は図１９に示すように単一の撮像デバイス９４０の上に投射され、例えば、ユーザーの両目のそれぞれのデータは、活性領域９４２の半分以下となる。

【0106】

必要に応じ、装置９１０は、ユーザーの頭から離れた場所に配置された”外部カメラ”を含むことができ、本明細書の別の箇所に記載した態様と同様に、ユーザーの周囲をモニターすることができる。例えば、図１８Ａに示すように、別の光ファイバーバンドル９４５を、カメラ９２２から延在するように設けることもできる。図に示すように、光ファイバーバンドル９４５は、前方に配置され、すなわち、ユーザーがまっすぐ見る時と概ね同じ方向となるように前方に配置され、マイクロレンズ９４６に至る。その視野がヘルメット９１２に対して実質的に固定されるように、光ファイバーバンドル９４５を比較的短く及び／又は実質的に硬くすることができる。また、上述の外部カメラ８４０と同様に、外部カメラ９４４を、ヘルメット９１２及び／又はゴーグル９１４の他の場所に、可撓性のファイバーバンドルも含めて設けることができる。これにより、外部カメラは、ユーザーの顔もまっすぐ前等のユーザーから離れたところに映像を提供できる。

【0107】

外部カメラ９４４は、１以上の照明用ファイバーを含んでも含まなくとも良いが、拡大部９３８を介してあるいは別々に撮像デバイス９４０に結合された映像案内部を含むことができる。これにより、外部カメラ９４４からの映像を、本明細書に記載した別の態様と同様に、映像案内部９２８から受像されたユーザーの両目のそれぞれの映像として同じ活性領域９４２の上に供給することができる。この配置により、一時的及び／又は空間的な同期化が許容又は促進され、外部カメラ映像を内部カメラ映像（群）で覆ったり重ねたりすることが可能となり、又は”三角測量”を用いて又は目の追跡目的のための他のアルゴリズムを用いて、ユーザーの頭の方向的な位置に対し、ユーザーの目が”どこで”、”なにを”、及び／又は”どのぐらい”、見ているかを確認することができる。

【0108】

これにより、カメラ９２２は、１以上の”内部カメラ”、すなわち光ファイバーバンドル９２４からと、外部カメラ９４４からとの映像とを同時に撮像することができる。これにより、各デバイスからの映像は互いに同期化され、すなわち、特定の時間で撮像された一方の目の映像と、実質的に同時に撮像された他の映像とを時間的な遅れのないように互いに結合させることができる。さらに、これらの映像は、１以上の生理学的センサ等の他のセンサからのデータと実質的に同期化することができるので、ユーザーのモニター及び／又は診断、及び／又はユーザーの行動を予測する能力を向上させることができる。この同期化により、映像データを比較的高速、例えば５００〜７５０Ｈｚで取得することができる。また、別体の検出器を設けることができ、それにより、データをプロセッサに受信させる等により、同期化する映像データを取得することができる。この場合、取得した後のプロセッサ又は他のデバイスによる同期化を促進させるため、約３０〜６０Ｈｚの遅い取得速度を用いることができる。必要に応じ、カメラ９２２及び／又は結合したプロセッサは、例えば約１５〜６０フレーム／秒の速度で、比較的遅い眼球運動を撮像することができる。

【0109】

図２０Ａと２０Ｂは、２個の内部カメラ２０１０と１個の外部カメラ２０２０から（又は別々のカメラ及び／又は検出器からの映像信号をコンパイルするデバイスから）の映像信号を同時に受信したカメラからの出力例である。図に示すように、内部カメラはユーザーのそれぞれの目に向けられており、外部カメラはユーザーの周囲に向くよう外側に向けられている（概ねユーザーの顔の前まっすぐに）。図２０Ａでは、ユーザーの両眼２０１０Ｌ、２０１０Ｒは、開かれており、外部カメラの映像２０２０はユーザーの前方の部屋の水平風景を示している。これに対し、図２０Ｂは、ユーザーの一方の目２０１０Ｌが完全に閉じられており、他方の目２０１０Ｒは瞼が瞳孔の大部分を覆うように部分的に閉じられている。外部カメラの映像２０２０は、ユーザーの頭が左に傾きうなだれ始めていることを示している。必要に応じ、図１２Ａ〜１２Ｃ又は図１５Ａ〜１５Ｉに示したと同様に、装置９１０の他のセンサからのリアルタイムデータ等の追加情報を、これらの映像とともに表示及び／又は記憶させることができる。

【0110】

図１８Ａ、１８Ｂそして１９に戻ると、カメラ９２２（及び／又はカメラ９４４）からの映像は、ケーブル９４８（図１８Ａで明確に見ることができる）を介して装置９１０から伝送される。例えば、本明細書の別の箇所に記載した他の態様と同様に、撮像デバイス９４０は、活性領域９４２からの光学映像を電気信号に変換することができ、その信号はケーブル９４８を介して１以上のプロセッサ及び／又はコントローラ（不図示）に伝送される。また、光ファイバーバンドル９２４及び／又は外部カメラ９４４からの映像は、本明細書の別の箇所に記載した他の態様と同様に、装置９１０から、カメラ、検出器及び／又はプロセッサ（不図示）等の１以上の離れたデバイスに伝送される。この場合、バンドルの長さは約２〜６フィートであり、離れてデバイスとの結合状態を維持しながらユーザーが通常移動するのに十分な長さである。

【0111】

あるいは又はさらに、装置９１０は、カメラ９２２に結合可能であって、ブルートゥースや他のプロトコル等を用いる短距離又は長距離の無線トランスミッタ等のワイヤレストランスミッタ（不図示）を含むことができる。トランスミッタはカメラ９２２の中又はヘルメット９１２の別の場所に配置することができる。本明細書の別の箇所に記載した他の態様と同様に、トランスミッタは、映像データに対応する映像信号を別の場所のレシーバーに伝送することができる。さらに別の態様では、装置９１０は、トランスミッタ及び／又はケーブル９４８の代わりにあるいはそれに加えて、映像データを記憶するメモリ（不図示）を備えることもできる。例えば、飛行機で使用される”ブラックボックス”レコーダーと同様のレコーダーデバイスにデータを記憶させることができ、後でレコーダーを回収可能な形とし、自動車事故、医療事故等の解析に用いることができる。

【0112】

必要に応じ、装置９１０の種々の構成要素をコントロールするため、装置９１０は１以上のコントローラ（不図示）を含むことができ、例えば、カメラ９２２の内部、及び／又はヘルメット９１２上又はその中に設けることができる。例えば、コントローラを１以上のＬＥＤ９３４に結合させ、装置９１０のエネルギー消費を減らすため、所定周波数でＬＥＤがパルスを放射するようにすることができる。また、装置９１０は、装置９１０の１以上の構成要素に電力を供給するため、バッテリー及び／又はケーブル等の１以上の電源を含むことができる。例えば、撮像デバイス９４０及び／又はＬＥＤ（群）９３４に電力を供給するため、カメラ９２２の中に１以上のバッテリー（不図示）を配置することができる。

【0113】

必要に応じ、装置９１０は、ヘルメット９１０等に１以上の追加のセンサ（不図示）を設けることもできる。センサを、バイオセンサアセンブリー９２０、ケーブル９４８、及び／又は、もし含まれていればワイヤレストランスミッタ（不図示）に結合することができ、これによりセンサからの信号をモニター、記録、及び／又は離れた場所に伝送することができる。例えば、本明細書の別の箇所に記載したように、１以上の位置センサを設けることができ、これにより、ヘルメット９１２の空間的配置、結果的にはユーザーの頭の空間的配置を決定することができる。さらに又はあるいは、装置９１０は、１以上の生理学的センサ（不図示）を含むことができ、例えば、ユーザーの１以上の身体特性を測定することができる、１以上のＥＥＧ電極、ＥＫＧ電極、ＥＯＧ電極、パルスセンサ、酸素濃度センサ、サーミスタ、熱電対又はユーザーの皮膚温度を測定するための他の温度センサ、ユーザーの皮膚の湿潤度を測定する汗検出器、及び／又は、ユーザーの鼻等を通して呼吸空気流量を測定するセンサ等がある。

【0114】

また、装置９１０は、１以上のフィードバックデバイス（不図示）を含むことができ、例えば、ユーザーに警報を出したり、ユーザーの目を覚まさせるために用いる、皮膚接触により触覚振動刺激を与える機械的振動デバイスや、比較的低出力の電気刺激を与える１以上の電極や、ＬＥＤ等の光エミッタ、オーディオデバイス、アロマ放出器等を挙げることができる。また、フィードバックデバイスは装置９１０から離れて配置することができるが、ユーザーに反応をフィードバックできる方法で配置される必要がある。例えば、音波、視覚、触覚（例えば振動椅子）、又はアロマ放出器は、前述のすべてのデバイスの場合と同様に、ユーザーの近くに配置することができる。さらにまた、熱刺激を発生させることのできる熱又は冷気デバイスを設けることもでき、例えば、リモートコントロールの扇風機又はエアコン装置を挙げることができる。

【0115】

装置９１０を含むシステムは、本明細書の別の箇所に記載した他の態様の場合と同様に、装置９１０から離れた場所に構成要素群を含むことができる。例えば、システムは、装置９１０から離れた場所、例えば同じ室内、近くのモニターステーション、又はより離れた場所に、１以上のレシーバー、プロセッサ、及び／又はディスプレイ（不図示）を含むことができる。レシーバーは、カメラ９２２からの映像信号及び／又は装置９１０の他のセンサからの信号を含め、装置９１０のトランスミッタから伝送された信号を受信することができる。

【0116】

プロセッサを、装置９１０からの信号を解析するため、レシーバーに結合することができ、これによりグラフィック表示のための信号を作製することができる。例えば、図２０Ａと２０Ｂに示す映像と同様に、プロセッサは、モニター上に表示するため、カメラ９２２からのビデオ信号を作製することができ、これにより第三者、例えば医療関係者、監督車、又は他の協力者によりユーザーをモニターすることが可能となる。本明細書の別の箇所に記載された別の態様と同様に、他のパラメータを単一のモニター及び／又は別々のモニターに同時に表示することができる。プロセッサは、ユーザーの目及び／又は外部カメラのビデオ信号を単独で又は他の検出パラメータとともに重ね合わせ又は同時に表示することができ、これにより医者又は他の人がモニターし、かつこれらパラメータとユーザーの行動との相関関係を個人的に算定することができる。

【0117】

さらにまた、プロセッサは、ユーザーの行動をモニター又は検討するために、信号を自動的に処理することができる。例えば、目の動きに関係する種々のパラメータ、例えば、瞬きの時間（ＥＢＤ）、瞬きの回数、瞬きの速度、瞬きの加速度、瞬きの間隔（ＩＢＤ）、ＰＥＲＣＬＯＳ、ＰＥＲＯＰ（瞼が開いているパーセンテージ）等をモニターするためにプロセッサは出力信号を用いることができる。別の箇所で記載したように、瞳孔サイズ、相対位置、目の追跡速度、注視距離等の取得データの組み合わせ又はパターンからなる単一又は多数の目のパラメータを、連続的又は非連続的及び／又は逐次的にモニターするために、カメラ９２２からのビデオ信号を処理することができる。これにより、装置９１０及び／又はシステムは、米国特許第６，５４２，０８１号に開示されているように、１以上の眼球運動（oculometrics）又は他のパラメータをモニターすることができ、出典明示により明細書の一部となる。

【0118】

瞳孔サイズ（拡張、収縮、及び／又は偏心等）及び／又は目の動きのモニタリングを向上させるため、システムは、カメラ９２２とつながったプロセッサを含むことができ、ビデオ信号を処理し、ビデオ信号からの目の瞳孔を確認することができる。例えば、ＣＭＯＳ及びＣＣＤ等の高感度カメラを用いて、プロセッサは、瞳孔の縁、そして結果的に周囲、直径、及び／又は断面積を確認することができる。プロセッサにより処理されたビデオ信号からの目のビデオ映像を表示するため、ディスプレイをプロセッサに結合することができる。

【0119】

また、図２１Ａ〜２１Ｃに戻ると、プロセッサは図形をディスプレイに重ね合わせることができ、例えば、目３００の瞳孔３０１を確認及び／又はモニタリングを向上させるため、ビデオ映像の上に重ね合わせることができる。図に示すように、瞳孔の縁３０１と周囲の虹彩３０４との間のコントラストにより、プロセッサはこの境界を近似し、片目又は両目の映像データに重ね合わせる図形ハロー、長円又は他の図形３０６を作成することができる（簡単のため、図２１Ａ〜２１Ｃは片目３００のみについて示している）。観察者はこの図形３０６を用い、装置９１０のユーザーのモニタリングを向上させることができる。

【0120】

さらに又はあるいは、プロセッサは、瞳孔３０１（又は図形３０６）の大きさ及び／又は形状についての情報を自動的に解析し、人の眠気の程度又は他の身体的及び／又は精神状態を決定するために、ビデオ信号の相関関係を算定することができる。この解析には、瞳孔の相対位置、瞳孔の大きさ、及び／又は瞳孔の偏心率を例えばオーバータイムでモニタリングすることが含まれる。例えば、プロセッサは瞳孔３００の直径をオーバータイムでモニターすることができ、それは図１５Ｅに示すようにチャート表示され、時間の関数としてメモリに記憶され、及び／又はリアルタイムで目の映像の上に重ね合わされる。

【0121】

例えば、図２１Ａは、環境条件下、リラックスした状態の瞳孔３０１を示しており、例えば、直径”ｄ_１”の図形３０６に対応している。図２１Ｂに示すように、ユーザーが瞬きを行い又は目３００を閉じると、瞳孔３０１は拡大し、目３００を再度開くと瞳孔３０１は最初拡大し、直径”ｄ_２”の図形３０６で示される。プロセッサは、図形３０６又は瞳孔３０１自身の直径の変化を比較し、瞬き又は他の目を閉じた後の瞳孔３０１の直径 ”ｄ_１”への戻りの遅れを決定する。可視又は不可視のフラッシュ光に対する反応の遅れ又は無反応は、少なくとも部分的には、眠気の程度、障害の程度を示すものであり、例えば、この障害には、中毒、及び／又は、低酸素症、低血糖症、発作、心筋梗塞、毒素、毒物等による脳損傷又は脳死等の致死症状又は末期症状を含む医学的症状が含まれる。

【0122】

さらに又はあるいは、プロセッサは、瞳孔が瞼により部分的に覆われている時の瞳孔の大体の偏心率を決定することができる。例えば、図２１Ｃに示すように、瞼３０２が部分的に閉じられている時、映像に重ね合わされたハロー３０６は、瞳孔３０１の露出部（幅”ｗ”で高さ”ｈ”）に対応する長円を用いる。高さ”ｈ”は、瞼３０２が瞳孔３０１を覆う程度を示す指標として、直径 ”ｄ_１”と関係付けることができ、すなわち、高さ”ｈ”の直径 ”ｄ_１”に対する比率が、１又は１より小さい（ｈ／ｄ_１≧１）。例えば、瞳孔３０１が瞼３０２により完全に覆われると、この比率は１から０になる。

【0123】

同様に、瞼３０２が瞳孔３０１の半分以上を覆い始める時、幅”ｗ”を直径 ”ｄ_１”と関係付け（ｗ／ｄ_１≧１）、瞼３０２が瞳孔３０１を覆う程度を示す指標として用いることもできる。さらに又はあるいは、高さと幅の比（ｈ／ｗ≧１）を、例えば瞼３０２の被覆の程度に基づいて瞳孔３０１の偏心率と関係付けることができる。これらのパラメータは、個々に、集合的に、及び／又は他の眼球運動パラメータ及び／又は生理学的パラメータとともに解析され、ユーザーの先の行動をモニター、解析及び／又は予測するのに用いることができる。本明細書の別の箇所に記載したように、データは、経験的データ又はプロセッサにより保有又はアクセスされた他のデータと比較され、ＣＯＦＩ値等のユーザー状態に関する情報を提供することができる。

【0124】

もし、例えば、ユーザーの瞳孔の解析の結果、ユーザーの覚醒レベルが所定のレベルより低いと判断された場合、本明細書に記載した他の態様と同様に、ユーザー及び／又は１以上の第三者に警報が出される。それらの方法は、ユーザーがドラッグ、アルコール、及び／又はここで説明した医学的状態に影響されているか否かを決定するのに有効な方法である。

【0125】

また、閾値として及び／又はユーザーの覚醒状態を検査するため、本明細書に記載した装置又はシステムは、ユーザーの瞳孔反応を検査することができる。その検査により、ユーザーが活動状態にある、すなわち、装置を装着している間、寝ておらず、ましてや死んでもいないことを確認することができる。例えば、光源が所定の時間及び／又はパルス周波数でフラッシュされた時、ユーザーの瞳孔はリラックスした状態（周囲の照明に基づく）から速やかに拡大し、次いで予測可能な時間内にリラックスした状態に収縮して戻る。

【0126】

図２２Ａに戻ると、本明細書に記載された装置とシステムを用いた、ユーザーの覚醒検査の方法の一例が示されている。例えば、前述のように、ユーザーは、片目又は両目をモニターする図１８に示す装置８１０を装着することができる。工程２２１０では、ユーザーの目のベース又はパラメータがリラックス状態で測定される。例えば、リラックス状態での瞳孔の直径は、ある環境条件下で測定あるいはモニターされる。

【0127】

工程２２２０では、目の方向に１以上の光パルスが放射され、それにより目は、パルスフラッシュ光の周波数と実質的に同じ周波数で、リラックス状態から拡大又は収縮する。例えば、装置８１０の１以上のエミッタは、所定の順序で起動され、目を拡大させる。その後、工程２２３０では、ユーザーの目が、例えばカメラ８３０又はセンサ８２２により潜在意識的に又は無意識裡にモニターされ、リラックス状態に戻るまでの目の反応時間が測定される。反応時間は、経験データベース又は他のデータベースと比較され、ユーザーの意識があり、覚醒しており及び／又は生きているかどうかを確認する。必要により、反応時間を確認するため及び／又は平均反応時間を提供するため、工程２２２０と２２３０を１回以上繰り返すことができ、誤った否定的な判断を避けることができる。

【0128】

光源が可視光の範囲外、例えば赤外線である場合、瞳孔はこの方法でフラッシュ光にまだ反応する。赤外線を使う利点の一つは、ユーザーは意識裡には光を見ることができないため、赤外線がユーザーの気を散らせたり、面倒をかけることがないからである。さらに、瞳孔は赤外線に対しても十分に反応するため、そのフラッシュに反応して瞳孔が拡大及び収縮した時、目をモニターするシステムは確認することが可能である。

【0129】

閾値検査の間、光の単発フラッシュを発生させ、瞳孔の反応をモニターすることは十分に可能である。また、傾向を検討し又は単発フラッシュの場合に起きる可能性のある誤りを減らすため、連続フラッシュを用いて瞳孔反応をオーバータイムでモニターすることができる。連続フラッシュでは、フラッシュ光に反応して瞳孔が拡大からリラックス状態に自然に戻るに要する時間よりもパルス速度を長くする必要があり、少なくとも約５０〜１００ｍｓである。また、パルス光として、近赤外線（波長約６４０〜７００ｎｍ）をユーザーの目に向けることもできる。システムは、瞳孔の反応における周期的変動を検出することができる。その反応は、基本的な眼球運動反応によるものであり、暗闇での”視力”又は暗闇での赤外線の感知力等の夜間視力におそらく関係している。

【0130】

その瞳孔反応検査は、ユーザーが死亡した時でも、システムが、目が閉じられていること及び／又は目の動きを一切検出できないため、誤って肯定的な判断をしないように確認するために用いることができる。同様に、瞳孔反応検査は、ユーザーが寝ているか又は意識がないかを調べるのにも用いることができる。また、瞳孔反応検査は、ユーザーがアルコール、ドラッグ等の影響下にあるか否かを判断するのにも用いることができるが、これは、アルコール等が、フラッシュ光に反応して拡大した瞳孔がリラックス状態に収縮して戻る速度に影響を与えるからである。さらに又はあるいは、瞳孔反応検査は、眼球運動測定値と対応する科学的に決定された血液濃度との間の相関関係に依存する、ユーザーの身体の血液濃度あるいはドラッグ又はアルコールの濃度を決定するのに用いることもできる。

【0131】

図２２Ｂには、覚醒閾値を検査する別の方法が示されている。この方法は、一般に、所定の方法で目をゆっくりと動かすようにユーザーに指示する刺激を準備する工程２２４０と、目をモニターする工程２２５０とを有し、例えば、ユーザーのゆっくりした目の動きは、ユーザーが指示に従い目を所定の方法で動かしていることを示すものである。本明細書に記載したすべての装置は、スピーカー、照明、振動又は他の触覚デバイス等の１以上の刺激デバイスを含むことができる。また、それらデバイスは、自動車のダッシュボード、ビデオディスプレイ等のように、ユーザーから離れた場所に配置することができる。

【0132】

例えば、装置の可視光が起動されると、ユーザーは所定時間目を閉じるように指示される。一旦光が起動すると、システムは目をモニターし、ユーザーが、所定の時間枠で及び／又は所定の方法で（例えば、所定のシーケンスの中で１以上の瞬き）反応していることを確認することができる。また、フラッシュ光に代えて別の刺激を用いることができ、例えば、ディスプレイ（装置上の又は装置と別体の）による視認可能な指示、聞き取り可能な信号（デバイス上の又はデバイス近傍のスピーカーからの言語による指示）、触覚信号等がある。これらの態様において、ユーザーは一連の動作を行うよう指示を受け、例えば、見上げたり、見下ろしたり、左又は右を向いたり、所定のシーケンスで瞬きしたり、指示されるまで目を閉じたり、ディスプレイ上のポインターを目で追ったり等を行う。その検査は、例えば、検査対象が起きているか、意識があるか、及び／又は一連の検査の間又は種々の動作を行っている間覚醒しているかどうかを確認するのに有用である。

【0133】

別の態様では、例えば本明細書の別の箇所に記載した装置とシステムを、コンピュータマウスやジョイスティック等と同様に、コンピュータシステムをコントロールするのに用いることができる。例えば、図１３に記載された装置８１０に関し、カメラ（群）８３０を、ユーザーの瞳孔（群）の位置をモニターするのに用い、コンピュータのスクリーン又は他のディスプレイ上にマウスポインターを向けたり及び／又は起動させたりすることができる。カメラ９２２からの映像データを受信するプロセッサは、映像データを解析し、検出器９４０の活性領域内における瞳孔（群）の相対位置を決定することができる。必要により、ユーザーの片目又は両目の前又は視野内に配置されたフレーム８１２に対して１以上のディスプレイを固定することができる。例えば、フラットパネルＬＣＤ又は他のディスプレイ（不図示）をレンズに代えてフレーム８１２に固定することができる。そのような装置は、医療又は他の研究施設内でのシミュレーション用に、また、ビデオゲームコンソール等のレクリエーション用に用いることができる。

【0134】

図２３には、本明細書に記載したいずれかの装置又はシステムを用い、検出された目の動きに基づいてコンピューティングデバイスをコントロールする方法の一例が示されている。例えば、図１８Ａの装置９１０が用いられ、ユーザーの片目又は両目を撮像するための光ファイバーバンドル９２４を含んでいる。必要により、以下に説明するように、装置は１以上の外部カメラを含むことができ、それらはユーザーの前方視界に沿って外側に位置するように、ユーザーの片目又は両目の近くに配置されている。まず、工程２３１０では、そのような装置を含むシステムを初期化することが好ましく、すなわち、ベース又は基準位置等であり、直交成分を有する基準フレームを設定する。例えば、ユーザーはディスプレイ上のポインター又は他の所定位置を見るように指示され、それにより、ユーザーの目を維持し、結果としてユーザーの瞳孔を実質的に静止させる。プロセッサは、ユーザーの目を実質的に静止させながら、カメラ８３０からの映像データを解析することができ、これにより、基準点又は”ベース位置”に対応する映像上の瞳孔位置を決定する。例えば、ポインター又はベース位置は、ユーザーの瞳孔に対し実質的にまっすぐに配置することができる。必要に応じ、ユーザーはディスプレイ上の２以上の確認位置を連続して見るように指示され、これによりユーザーの目の相対的な動きに対する尺度を提供することができる。この場合、ユーザーにディスプレイの反対側のコーナーを見させることが好ましく、これにより、ディスプレイに対する適切な目の動きの限界を確認することができる。

【0135】

一旦初期化が終了すると、ユーザーは、ポインター及び／又はディスプレイの残りの部分に対し、左右、上下等に自由に目を動かすことができる。工程２３２０では、システムはそのような目の動きをモニターすることができ、すなわち、プロセッサは、ベース位置からのユーザーの瞳孔の相対位置を決定するために映像データを解析する。例えば、ユーザーが目を上及びベース位置から右に動かすと、すなわち、コンピュータ上のポインターに対し上及び右に動かすと、プロセッサはこの動きを測定する。反応して、工程２３３０では、プロセッサはポインターを上及び右に移動させることができ、これによりユーザーの注視を追跡する。ユーザーが自身の目を動かすのを止めると、プロセッサは、ディスプレイ上のユーザーが現在見ている位置に到達したところで、一旦ポインターを止めることができる。

【0136】

必要により、工程２３４０では、一旦ポインターがディスプレイ上の所定の位置に移動すれば、マウスのボタンを起動させると同様にコマンドを実行させることができる。例えば、プロセッサは、ユーザーからの映像データ信号、例えば所定のシーケンスの１以上の意図的な瞬き等をモニターすることができる。これは、数秒程度の所定時間の単発の瞬きでも良く、ユーザーの片目又は両目を含むより複雑な一連の瞬きでも良い。また、信号が、瞬きのない３秒、５秒又はそれ以上の所定時間であっても良い。プロセッサが信号を確認すると、プロセッサはコマンドを起動させることができる。例えば、ユーザーは、ディスプレイ上のアイコン、ワードコマンド等に目が至ると目の動きを停止し、プロセッサは、ポイントがその上に重なるまであるいはアイコン又はコマンドに位置に移動するまでポイントを移動させることができる。次いで、ユーザーは、前述のように、コンピュータマウスのボタンを”ダブルクリック”すると同様に、瞬きをし又は動作することができ、これにより、選択したコマンドを実行するようにあるいは選択したコマンドを所望の対象に伝達するように指示することができる。例えば、選択されたコマンドにより、コンピュータプログラムを実行させたり、装置一点又は他のデバイスを停止させたり、起動させたり、あるいは所望の方法にコントロールしたりすることができる。これにより、プロセッサ及び／又はディスプレイに結合したコンピュータデバイスのコントロールから、照明スイッチ又は自動車のオンオフまで種々の仕事を実行させるのに用いることができる。そのような装置及び／又はシステムは、ハンドフリーのコンピュータ、すなわち、ユーザーの目の動きのみを用いる方法を提供することができる。

【0137】

例えば、一つの用途として、ヘリコプター、ジェット機又は他の飛行機等の乗物の運転や、武器、ナビゲーションシステム又は他の基板搭載システムの起動又はコントロールにシステムを用いることができる。別の用途として、例えばバーチャルリアリティーの現実感覚を増すため、ビデオゲーム又は他のシミュレーションにシステムを用いることができる。例えば、システムは、ユーザーの手を自由にして他のことを実施可能としながら、多くのメニュー、場面、又は他の活動の中からユーザーが速やかに選択することを可能とすることができ、例えば、眼のコントロール機能により追加的又は同時に他の行動を実行することができるので、より多くの及び／又はより複雑な作業を同時に行うことが可能となる。

【0138】

また、ディスプレイ上のポインターに対する眼の動きの追跡を促進及び／又は容易にするために、１以上の外部カメラを用いることができる。例えば、１個の外部カメラをディスプレイの方向に位置している少なくとも一方の眼に近づけて配置することができ、例えばその眼から所定距離離間して又は他の関係に基づいて配置することができる。これにより、外部カメラはディスプレイの映像を提供することができ、例えば、内部カメラでモニターされる眼の動きと同期させたポインターの動きをリアルタイムで示すことができる。プロセッサは、ポインター追跡の精度を向上させるため、三角測量又は他のアルゴリズムを用い、このデータを眼の動きと関係付けることができる。これにより、ユーザーがコマンド上のポインターに瞬きをすることによりコマンドを実行させようとする場合、ディスプレイ上に多数の選択可能なコマンドが存在していても、目的とするコマンドを実際に選択できる精度を向上させることができる。

【0139】

また、そのシステム及び方法を、覚醒検査等の医療又は他の診断手続に用いることができる。例えば、プロセッサは、ディスプレイ上の映像に対する目の動きを相関関係を算定するため内部カメラと外部カメラからのデータを解析することができ、これにより、種々の眼球運動パラメータ、例えば、緩徐回転眼球運動、弱眼球固定（poor eye fixation）及び／又は追跡、浮遊視、瞬き増加、催眠凝視（hypnotic staring）、長くなる瞼のたれ又は瞬き、遅い瞼の開閉速度、刺激時の瞼を開ける速度、長い瞳孔収縮変化、不安定な瞳孔直径、暗視界による瞳孔反応、及び／又は本明細書で説明した他のパラメータ等を検討することができる。これらの手法は、種々の環境、アルコール又はドラッグに起因する条件、及び／又は他の条件に直面した人間の反応を研究するのに用いることができる。

【0140】

図２４には、別の態様であり、装置２４１０を装着したユーザーの目３００に対し、装置２４１０は経皮的に照明を当てることができる。装置２４１０は、例えば図１３に示すフレーム８１２のように本明細書に記載したいずれの態様にも概ね類似している。図に示すように、装置２４１０は、ユーザーの頭３０８、例えば片目又は両目に近いこめかみ（簡単のため一方のみ示す）に接触する１以上のエミッタ又は他の光源を有している。また、装置２４１０は、１以上のセンサ、例えばユーザーの目３００の映像を取得するためレンズ２４３４に至る光ファイバーバンドル２４３０等を含んでいる。

【0141】

一態様として、エミッタ２４２２がユーザーの皮膚に接触してユーザーの皮膚の方向に光を放射可能に、フレーム２４１２の一方又は両方の耳部材２４２２に赤外線エミッタ２４２２が固定あるいは調整可能に取着されている。例えば、エミッタ２４２２は多数のＬＥＤを有しており、そのＬＥＤは、集束され、コヒーレントでない（レーザーでない）赤外線を放射することができる。エミッタ２４２２は、破線矢印２４５０で示すように、エミッタ２４２２からの光がユーザーの頭３０８を通ってあるいは沿って目３００に移動できるように、概ね目３００の方向に配置されている。例えば、皮膚及び他の組織は、赤外線等の特定周波数の光に対しては少なくとも透明であることが知られている。そのため、エミッタ（群）２４２２からの光の少なくとも一部は、ユーザーの皮膚及び／又は他の組織を経皮的に沿って又は通過して、光の少なくとも一部が目３００に入る。

【0142】

光は、目３００の内部の網膜（不図示）で反射され、光の少なくとも一部は矢印２４５２で示すように瞳孔３０１から逃げる。レンズ２４３４と光ファイバーバンドル２４３０は、本明細書に記載した他の態様と同様に、目の映像を検出器（不図示）まで中継し、光２４５２による映像の上の明るいスポットとして瞳孔３０１を同定する。検出器に結合したプロセッサ又は他のデバイスは、瞳孔３０１をモニターし、本明細書に記載した他の態様と同様に、例えば、映像上の相対位置、大きさ、及び／又は形状を、本明細書に記載した”白色瞳孔”又は”暗色瞳孔”技術を用いてモニターする。さらに又はあるいは、経皮光は、目３００全体、特に網膜を照らし、ユーザーの顔の前面から観察することができ、例えば暗い球又は他の形状であり、瞳孔３０１がその暗い形状により包囲された明るいスポットを示す状態が観察できる。

【0143】

この態様は、１以上のエミッタをユーザーの目の前に配置する必要がないという利点を有し、これによりユーザーの視界を遮ったり、気を散らすことがない。さらに、このシステムは入射赤外線の角度に無関係に使用可能な、赤外線検出カメラ及び／又は検出器を用いるので、エミッタを検出器に対し正確に配置する必要から生じる技術的問題を減らすことができる。また、目の前にエミッタ（群）がないので、目からのキラキラや反射を減らすことができ、映像データの解析を容易にする。

【0144】

特定の態様について記載した種々の構成要素や特徴は、態様を用いる意図に応じて、他の態様に付加したり、削除したり、及び／又は置換できることが理解されるであろう。例えば、仮出願Ｎｏ．６０／５５９，１３５号の付記ＡとＢは、可能な構造的特徴、及び／又は本明細書に記載した装置及びシステムの使用方法についての付加的な情報を提供するものであり、出典明示により明細書の一部となる。付記Ａ及びＢのすべての開示は、出典明示により明細書の一部となる。

【0145】

本発明には種々の変形例や代替形態が可能であるが、特定の実施例について図面及び本明細書で詳細に説明した。本発明は開示された特定の形態又は方法に限定されるものではなく、反対に、本発明には、添付のクレームの範囲に含まれるすべての変形例、等価物、代替物が含まれることが理解されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図15D】

【図15E】

【図15F】

【図15G】

【図15H】

【図15I】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19】

【図20A】

【図20B】

【図21A】

【図21B】

【図21C】

【図22A】

【図22B】

【図23】

【図24】