CN106797423B - 视线检测装置 - Google Patents

Abstract

将以头戴式显示器为代表的具备视线检测装置的显示器装置加以小型化。一种视线检测装置包括：部分反射面(13)，其将入射的光线的一部分加以反射，并让一部分穿过、及一个或多个的摄影机，将反映在部分反射面(13)上的用户的眼睛(10)加以拍摄，并分析视线，其中所述视线检测装置的特征在于：所述摄影机与用户的眼睛(10)是在经过藉由设置在相对于用户的眼睛呈垂直的方向上的所述部分反射面(13)的反射，而将用户的眼睛(10)加以摄影。

Description

视线检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于头戴式显示器(HMD)等之中的视线检测装置。

背景技术

习知地，在藉由拍摄眼球以计算用户的焦点的位置的摄影机中，使部分反射面的角度呈约45度的倾斜，连接摄影机与用户的眼睛的光径大约呈直角地反射(先前文献3)。此种情况在HMD等装戴于用户的头部的装置中也是同样的(先前文献1)。

于HMD中，先前文献2记载藉由用户的脖子的运动而使由显示手段而来的影像改变的技术。

[先前技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利公开公报第2001-108933号

专利文献2：日本专利公开公报第8-179239号

专利文献3：日本专利公开公报第05-076497号

发明内容

[发明所欲解决的课题]

如上述般地，在习知的视线检测装置中，以相对于用户的垂直方向约呈45度的倾斜角度设置部分反射面13，而于连接用户的眼睛10与摄影机12的光径中，将拍摄用户的眼睛10的摄影机12设置在足以使反射角约呈45度的位置上(图7)。因此，必须有为了在用户的眼睛10的前方倾斜地设置部分反射面的空间，而这将成为妨害装置的小型化的主因。

又，为了使装置小型化，就必须使用小尺寸的部分反射面，然而，这将使用户的眼睛10与显示器14之间存在部分反射面的间隙，而部分反射面的间隙之中的光线的折射、反射将造成预期之外的视觉效果，这将对影像呈现造成阻碍。因此，习知技术并无法同时达成装置的小型化以及正确的影像呈现。

在习知的视线检测装置中，在用户的眼睛的上方设置拍摄用户的眼睛10的摄影机12，然而一旦用户稍微垂下眼睑时，则即使正在观看影像，眼睑、上睫毛等将造成摄影机12对用户的眼睛10的拍摄的妨害。

[解决课题的手段]

上述目的可以藉由以下的视线检测装置而达成，亦即，所述视线检测装置包括：一个或多个的部分反射面，将入射的光线的一部分反射，并让一部分穿过；一个或多个的摄影机，将反映在部分反射面上的用户的眼睛加以摄影，并分析视线，其中，所述摄影机与用户的眼睛是在经过藉由设置在相对于用户的眼睛呈垂直的方向上的所述部分反射面的反射，而将用户的眼睛加以摄影。在此，用以拍摄用户的眼睛的摄影机是经由部分反射面而将用户的眼睛加以摄影，并且设置在用户的视野之外。因此，可设置在不会遮住用户的视野的位置上对用户的眼睛进行拍摄。

本发明的目的也可藉由以下的视线检测装置而达成，即所述视线检测装置具有一个或多个的显示器，而所述显示器、所述部分反射面、和所述摄影机被收纳在可装戴在用户的头部的外壳之内，且整体作为头戴式显示器。

本发明的目的也可藉由以下的视线检测装置而达成，即所述视线检测装置具有一个或多个的透镜，设置在相对于所述部分反射面呈垂直的方向上，而所述部分反射面、所述摄影机、和所述透镜被收纳在可装戴在用户的头部的外壳之内，且所述外壳相对于别的个体的显示器为可装卸的。

优选地，根据本发明的视线检测装置的所述部分反射面为让可见光穿过，而将红外线反射的热反射镜。

优选地，根据本发明的视线检测装置的所述摄影机被设置在用户的眼睛的下方。

优选地，根据本发明的视线检测装置的所述摄影机将用户的双眼加以拍摄，并藉由视差而算出用户的眼睛的焦点在空间上的坐标。

[发明的效果]

依据上述构造的话，包括：一个或多个的部分反射面，其将入射的光线的一部分反射，并让一部分穿过、及一个或多个的摄影机，将反映在部分反射面上的用户的眼睛加以摄影，并分析视线，其中部分反射面被设置在与用户的眼睛呈垂直的方向上。因此，如图7所示地，相较于部分反射面被倾斜地设置的习知产品，除了不需要为了倾斜地设置部分反射面所需的空间之外，也不需要显示器与额外地设置部分反射面。因此，即使使用覆盖显示器的整面的部分反射面，前头部只要有较少的空间就足够了。又，因为不需要使用为了达成装置的小型化所需的尺寸较小的部分反射面，故部分反射面的断差也不会进入视野之中而对影像呈现造成的影响就可解决。因此，藉由将部分反射板设置在与用户的眼睛呈垂直的方向上，将可同时达成装置的小型化以及正确的影像呈现。

藉由具有部分反射面、及将反映在部分反射面上的用户的眼睛加以摄影，并分析视线的摄影机，由显示器所发出的光线在传达到用户的眼睛的同时，拍摄用户的眼睛的光线也经由部分反射面而传达到用户的视野之外。因此，摄影机被设置在不会妨害用户观看影像的位置上。

在视线检测装置不是HMD的情况时，一方面，用户可以透过部分反射面而看见外部的景像，另一方面，藉由设置在视线检测装置之中的摄影机将用户的眼睛加以拍摄，并将用户的视线输入到装置之中。

在部分反射面为让可见光穿过而将红外线反射的热反射镜的情况时，作为部分反射面的热反射镜将对视觉造成较小的影响，并对影像呈现造成较小的影响。

在视线检测装置是HMD的情况下，当透镜、摄影机、及部分反射面被嵌在外壳内，而相对于显示器是可装卸的情况时，可藉由安装附加于本发明以外的既有的HMD的外壳而导入视线检测功能，而可作为本发明的视线检测装置。

在将外壳与一般的显示器组合的情况时，一般的显示器将可作为3D影像表示用显示器使用。

当用户稍微垂下眼睑时，眼睑将遮盖眼球的上半部。在眼睛的上方所设置的摄影机之中，因为从上方的角度拍摄用户的眼睛，故用户的眼睑、眼睑之上的上睫毛将对摄影机的拍摄造成妨碍。在用以拍摄用户的眼睛的摄影机被设置在用户的眼睛的下方的情况时，相较于在眼睛的上方设置摄影机的习知产品而言，因为从下方的角度拍摄用户的眼睛，故能够正确地拍摄用户的眼睛。

在摄影机拍摄用户的双眼，而藉由视差算出用户的眼睛的焦点的空间上的坐标的情况时，藉由基于双眼视差所算出的收敛角，不仅可输入视线的上下左右的位置，也可输入前后的位置。

附图说明

图1为本发明是HMD的情况的第一实施型态的结构图。

图2为本发明不是HMD的情况的第一变化例的结构图。

图3为于藉由红外线拍摄用户的眼睛的HMD中，利用红外线照射装置时的情况的第二变化例的结构图。

图4为摄影机与透镜被一体地安装，而与部分反射面一起被嵌在外壳内，并且相对于显示器是可装卸的情况的第三变化例的结构图。

图5为拍摄双眼的情况时的第四变化例的结构图。

图6为显示器发挥部分反射面的作用的第五变化例的结构图。

图7为一般习知的HMD的结构图。

具体实施方式

图1绘示出结合根据本发明的视线检测装置是HMD的情况的第一实施型态的构造。如图1所示地，于第一实施型态之中的视线检测装置，包括：热反射镜13a，其作为让可见光穿过、而仅将红外线反射的部分反射面；及摄影机12，其将反映在热反射镜13a上的用户的眼睛10加以拍摄，并分析视线，其特征在于：热反射镜13a设置在用户的眼睛10的前方、并与用户的眼睛10呈垂直的方向上。

藉由具备热反射镜13a、及将反映在热反射镜13a上的用户的眼睛10加以拍摄并分析视线的一个或多个的摄影机，在由显示器14所发出的光线传达到用户的眼睛10的同时，拍摄用户的眼睛10的红外线将藉由热反射镜13a而传达到用户的视野之外。因此，摄影机12可以设置在不会妨害用户观看影像的位置上。藉由利用热反射镜13a作为部分反射面，部分反射面对视觉所造成的影响将较小，对影像呈现所造成的影响较小。于用户的视野之中，显示器14的整面将被作为部分反射面的热反射镜13a所覆盖。

透镜11系调整到达用户的焦点距离。例如，于第一实施型态中，因为显示器14位在约20mm的近处，故若无透镜11的话，用户将难以看清显示器14的影像。在此，藉由透镜11改变显示器14的焦点距离，而调整成用户容易看清的焦点距离。

摄影机12系经由作为部分反射面的热反射镜13a的反射而拍摄用户的眼睛10。藉由利用作为部分反射面的热反射镜13a，故可将摄影机12设置在可持续拍摄用户的眼睛10，而免于使摄影机12进入用户的视野的位置上。藉由摄影机12所拍摄到的影像，将可检测出用户的视线、眼球移动频率、眼球振荡。

藉由将作为部分反射面的热反射镜13a设置在与用户的眼睛呈垂直的方向上，则相较于图7所示的呈倾斜地设置的部分反射面13的习知产品而言，因为不需要有倾斜地设置部分反射面13所需的空间，故前头部只要有较少的空间就足够。例如，在图1所示的例子中，连接摄影机12与用户的眼睛10的光径以22.13度的角度被反射。此时，显示器14的厚度为5mm，而宽度为78.03mm。又，用户的眼睛10与显示器14的距离约为20mm。

于第一实施型态中，显示器14为提供影像给用户的装置，并利用小型且高解像度的产品。

于第一实施型态中，将拍摄用户的眼睛10的摄影机12设置在用户的眼睛10的下方。因为不会干扰摄影机12对用户的眼睑、上睫毛等的拍摄，故能够正确地拍摄用户的眼睛10。

图2为根据本发明的视线检测装置不是HMD的情况时的第一变化例。虽然用户装戴装置，但仍可藉由穿过部分反射面13的光线而看见外部的景像。在用户的眼睛的前方，设置着除了所装戴的产品以外的个人计算器用的屏幕等的影像显示手段。藉由设置在视线检测装置之中的摄影机12拍摄用户的眼睛10，而将用户的视线输入到装置之中。

图3为将热反射镜13a作为部分反射面使用的情况时，具备对用户的眼睛10照射的红外线照射装置20的情况时的本发明的第二变化例。一方面，影像的可视光穿过作为部分反射面的热反射镜13a而到达用户的眼睛10，另一方面，作为摄影机的红外线摄影机12a藉由热反射镜13a的反射而拍摄用户的眼睛10。为了正确地拍摄用户的眼睛10，故藉由红外线照射装置20使红外线命中用户的眼睛10。

分别一个或多个地设置摄影机12以及部分反射面13。又，即使在仅设置一个摄影机12的情况时，藉由摄影机12仍可有仅拍摄用户的单眼的情况与拍摄双眼的情况。

图4为在用户的眼睛10与显示器14之间具备可装卸的外壳15的第三变化例。在相对于作为部分反射面的热反射镜13a的垂直方向上设置有一个或多个的透镜11，而由透镜11、红外线摄影机12a、热反射镜13a、及红外线照射装置20所构成的外壳15则可装卸于别的个体的显示器14。于第三变化例中，作为既有的HMD的更换产品，也可有安装外壳15的情况。在此情况时，装有视线检测装置的HMD将不是省空间的构造，虽然用户的眼睛10与显示器14之间的距离是习知的HMD的距离，但用户将不需购买整个HMD来替换，而仅需将本发明的视线检测装置装入HMD之中即可。

于第三变化例中，在以一般的显示器作为3D影像显示用的显示器使用的情况时，藉由从显示器的中央加以区隔而分割成左右的区域加以利用。在显示器的左右分别提供用户对应于左眼与右眼的影像。藉由将别的个体的外壳15安装于显示器，则能够装入视线检测装置。

图5为藉由摄影机12拍摄用户的双眼的第四变化例。于摄影机12将用户的双眼加以拍摄、而藉由视差16算出用户的眼睛10的凝视点17在空间上的坐标的第四变化例不仅将用户的平面画面上的上下左右的坐标输入到装置，也将包含前后的立体空间上的凝视点17的坐标输入到装置。

图6为显示器本身发挥部分反射面的作用，而作为显示器兼部分反射面13b使用的第五变化例。在显示器兼利用部分反射面13b的反射而拍摄用户的眼睛10时的情况也是同样地，因为不需要为了倾斜地设置部分反射面所需的空间，故前头部只需有较少的空间就足够，而且，因为部分反射面的断差也不会对影像呈现造成的影响就可解决。

[产业上的利用可能性]

只要在不脱离本发明的精神的情况下，本发明可经由各种型态加以实施。例如，于上述的实施型态中，虽然输入用户的视线、眼球移动频率、眼球振荡及脸部的方向，但也可输入其它如瞳孔的大小的变化、眼睑的位置、眨眼的频率、眼睛的湿润度等。

于上述的视线检测装置不是HMD的情况时，部分反射面13也可以是观看立体影像用的眼镜。

于摄影机12设置在用户的眼睛10的下方的情况时，摄影机12可以是在眼睛的正下方，可以是在靠近脸部的中央的位置上，可以是在靠近脸部的外侧的位置上。

也可以利用使穿过部分反射面的光线与反射光约为1比1的比例的半反射镜。一方面，藉由作为部分反射面的半反射镜使显示器14的影像的光线的一部分穿过而向用户提供显示器14的影像，另一方面，拍摄用户的眼睛10的光线则为被半反射镜部分地反射而到达摄影机12的光线。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。

附图标记说明

1：HMD型的本发明的视线检测装置

1a：附有红外线照射装置的HMD型的本发明视线检测装置

10：眼睛

11：透镜

12：摄影机

12a：红外线摄影机

13：部分反射面

13a：热反射镜

13b：显示器兼部分反射面

14：显示器

15：外壳

16：视差

17：凝视点

20：红外线照射装置

Claims (7)

1.一种视线检测装置，包括：

一个或多个的部分反射面，其将入射的光线的一部分反射，并让一部分穿过；及

一个或多个的摄影机，其将反映在部分反射面上的用户的眼睛加以摄影，并分析视线，其中

所述摄影机是在经过藉由设置在相对于用户的眼睛呈垂直的方向上的所述部分反射面的反射，而将所述用户的眼睛加以摄影，

所述摄影机以能够直接摄影映现在所述部分反射面的所述用户的眼睛的方式从所述部分反射面分离地设置在所述用户的眼睛的下部，使得从与相对于所述用户的眼睛的垂直方向相比更靠所述用户的眼睛的下方处对所述用户的眼睛的影像进行摄影。

2.如权利要求1所述的视线检测装置，其具有一个或多个的显示器，而所述显示器、所述部分反射面、和所述摄影机被收纳在可装戴在所述用户的头部的外壳之内，且整体作为头戴式显示器。

3.如权利要求1所述的视线检测装置，其具有一个或多个的透镜，其设置在相对于所述部分反射面呈垂直的方向上，而所述部分反射面、所述摄影机、和所述透镜被收纳在可装戴在所述用户的头部的外壳之内，且所述外壳相对于别的个体的显示器为可装卸的。

4.如权利要求1所述的视线检测装置，其中所述部分反射面为让可见光穿过，而将红外线反射的热反射镜。

5.如权利要求1所述的视线检测装置，其中所述摄影机将所述用户的双眼加以拍摄，并藉由视差而算出所述用户的眼睛的焦点在空间上的坐标。

6.如权利要求1所述的视线检测装置，其中所述摄影机的光轴不与所述用户的眼睛轴线和所述部分反射面的交点相交。

7.一种视线检测装置，包括：

一个或多个的部分反射面，其将入射的光线的一部分反射，并让一部分穿过；

一个或多个的摄影机，其将反映在部分反射面上的用户的眼睛加以摄影，并分析视线；以及

显示器，其中

所述部分反射面以覆盖所述显示器整面的方式相对于所述显示器平行地设置，

所述摄影机是在经过藉由设置在相对于用户的眼睛呈垂直的方向上的所述部分反射面的反射，而将所述用户的眼睛加以摄影，

所述摄影机以能够直接摄影映现在所述部分反射面的所述用户的眼睛的方式从所述部分反射面分离地设置在所述用户的眼睛的下部，使得从与相对于所述用户的眼睛的垂直方向相比更靠所述用户的眼睛的下方处对所述用户的眼睛的影像进行摄影。