JP2007195775A - 瞳検出方法、瞳位置検出装置及び透過型視線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被験者の行動範囲を制限したり、被験者の視線を妨げたりすることがなく、被験者への心理的な圧迫が小さな視線検出を可能とする。
【解決手段】眼鏡２０のレンズ上に配置された透明な透過型の光センサアレイ２２と、眼鏡２０に配設された視界撮影用のカメラ５０と、前記光センサアレイ２２により検出される反射光が小さいことから瞳位置を検出する手段（４０）と、検出された瞳位置と前記カメラ５０による視界の映像から視線を検出する手段（５４）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、瞳検出方法、瞳位置検出装置及び透過型視線検出装置に係り、特に、被験者に大きな負担を与えることなく瞳を検出可能な瞳検出方法、これを利用した瞳位置検出装置及び透過型視線検出装置に関する。

視線検出は、重度な身体障害者のコミニケーションツールや新たなヒューマンインターフェース、又、都市設計・広告配置の最適化や運転者のモニタリング等、幅広い分野での応用が可能である。

現在多く使われている視線検出方法は、外部カメラを用いて被験者の眼球を前方から撮影し、画像処理によって視線の方向を検出するというものである。

具体的には、被験者が固定された状態（例えば車の運転手や、寝たきりの身体障害者等）において、固定カメラで被験者の瞳を撮影するもの（特許文献１参照）、若しくは、小型のカメラを取り付けたヘルメットを装着し、被験者が移動中の視線を検出するもの（特許文献２参照）がある。

特開平５−１９９９９５号公報 特開２００１−３９３９８号公報

しかしながら、固定カメラを用いる場合は、被験者の行動範囲が制限されるという問題がある。又、両者に通じる問題として、（１）被験者の視野がカメラによって遮られる、（２）カメラが常に向けられており、被験者への心理的な圧迫が非常に大きくなる等の問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、被験者の行動範囲を制限したり、視野を遮ることが無く、心理的な圧迫も減らすことが可能な瞳検出方法、瞳位置検出装置及び透過型視線検出装置を提供することを課題とする。

本発明は、被験者の眼の直前に透明な透過型の光センサを配置し、該光センサにより、眼球の反射光を検出して、反射光が小さいことから瞳を検出することを特徴とする瞳検出方法により、前記課題を解決したものである。

又、前記光センサを色素増感素子としたものである。

本発明は、又、被験者の眼の直前に配置される透明な光センサアレイと、該光センサアレイにより検出される眼球の反射光が小さいことから瞳位置を検出する手段と、を備えたことを特徴とする瞳位置検出装置により、前記課題を解決したものである。

又、眼鏡のレンズ上に配置された透明な透過型の光センサアレイと、眼鏡に配設された視界撮影用のカメラと、前記光センサアレイにより検出される反射光が小さいことから瞳位置を検出する手段と、検出された瞳位置と前記カメラによる視界の映像から視線を検出する手段と、を備えたことを特徴とする透過型視線検出装置により、前記課題を解決したものである。

本発明においては、瞳位置検出用のカメラを設けることなく、被験者の眼の直前に配置した透明な光センサにより、白目と黒目（瞳）に反射した光の違いを光の強度の差として読み取ることによって、瞳を検出することができる。

光センサアレイを用いれば、瞳の上部にある素子は反射光が小さく、それ故、出力も小さい。一方、白目の上部にある素子の出力は大きい。従って、光センサアレイの出力により、瞳の位置を検出して、眼球運動を検出することができる。

よって、瞳の動きと例えば眼鏡に取付けた小型カメラによる映像から視線を検出できる。

このように、例えば眼鏡のレンズ上に光センサアレイを配置することによって、眼鏡のように装着可能で、被験者への負担を小さくすることができ、被験者の行動を妨げたり、視線を遮ったり、心理的な圧迫を与えることがない。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明が採用された瞳位置検出装置は、図１（Ａ）に示す如く、被験者１０の眼１２の直前に配置される、眼鏡２０のレンズ上に配置された透明な光センサアレイ２２と、該光センサアレイ２２により検出される眼球における黒目（瞳）１４の反射光が白目１６の反射光より小さいことから瞳位置を検出する瞳位置検出回路４０とを備えている。

前記光センサアレイ２２の各素子としては、例えば照射される光に応じて電圧を出力する色素増感素子を用いることができる。この色素増感素子は、図２に示すように、酸化チタン等の遷移エネルギーの大きい金属酸化物半導体の多孔質膜２８を透明導電性ガラス基板２６上に成膜し、この多孔質膜２８に色素３０を吸着させた半導体電極２４と、もう一つの電極（対向電極と称する）３４を対向して貼り合わせ、その間に例えばヨウ素を含む電解質溶液（電解液とも称する）３６を封入した構造になっている。図において、３２は、例えばＩＴＯ膜やＦＴＯ膜でなる透明電極である。

この色素増感素子の酸化チタンを成膜した半導体電極２４側に光を照射すると、色素３０内の電子が励起され電子を放出する。この電子は、色素３０から半導体（２８）に移動し、半導体（２８）が電子を透明電極３２へ伝導する。半導体電極２４から対向電極３４側に移動した電子は、電解質溶液３６内に放出され、電解質溶液は酸化反応を起こす。色素３０は電解質溶液３６の還元反応によって電子を得て、基底状態に戻る。これを繰り返すことで発電する。

半導体（２８）表面に色素３０を修飾するのは、主に紫外域しか吸収できない半導体（２８）の代わりに、可視光をほぼ全域吸収できる色素３０に電子の励起を行なわせることによって、光に対する応答波長領域を拡大するためである。更に、半導体（２８）を数十ｎｍサイズの粒子にし、その表面を色素３０で覆う形状にすることで、半導体電極２４の表面積が大きくなり、光吸収によるフォトンの生成量を増やすことができる。このようにして効率を上げた湿式の光電池が、色素増感素子である。この色素増感素子では、照射光強度に比例して電圧値が変化する。

従って、この色素増感素子を眼鏡２０の上にアレイ状に配置し、光検出素子として、白目１６と黒目１４に反射した光の違いを光の強度の差として読み取ることによって、眼球運動による瞳の位置の変化を検出することができる。

図３に、蛍光灯を光源として被験者が瞳を動かした時の黒目と白目による反射光の検出結果の一例を示す。図から明らかなように、黒目と白目の反射光の差を出力電圧値の差として十分に検出できることが確認できた。

次に、前記瞳位置検出装置を用いた透過型視線検出装置の実施形態を図１（Ｂ）を参照して説明する。

本実施形態は、前記瞳位置検出装置に、更に、眼鏡２０上に配設された視界撮影用のカメラ５０と、該カメラ５０による視界の映像を表示する視界映像表示装置５２と、前記瞳位置検出回路４０で検出された瞳位置と前記視界映像表示装置５２に表示される視界の映像から視線を検出する視線検出回路５４とを備えたものである。

この視線検出装置は、透過型で、眼鏡のように装着することができるので、被験者の行動を妨げたり、視線を遮ったりすることがなく、心理的な圧迫も小さい。

それ故、身体障害者等のコミニケーションツールとしての実用化、キーボードやタッチパッドに代わるヒューマンインターフェース（例えばあるものを見るだけで、そのものを選択できる）、更には子供や車椅子の人の視線を検出することによる有効な交通標識の設置や、歩行者の視線を検出することによる広告の効果の定量化等に、応用が可能である。

なお、前記実施形態においては、透明な透過型の光センサとして、色素増感素子を用いていたが、光センサの種類はこれに限定されない。又、被験者への装着方法も眼鏡型に限定されず、例えばゴーグル型やヘッドアップディプレイ型であっても良い。

本発明に係る（Ａ）瞳位置検出装置及び（Ｂ）透過型視線検出装置の実施形態を示す、一部ブロック図を含む（Ａ）正面図又は（Ｂ）平面図 前記実施形態で用いられている色素増感素子の構成を示す断面図 本発明の原理を説明するための、白目と黒目（瞳）の反射光の差を示す線図

符号の説明

１０…被験者
１２…眼
１４…黒目（瞳）
１６…白目
２０…眼鏡
２２…光センサアレイ
４０…瞳位置検出回路
５０…カメラ
５２…視界映像表示装置
５４…視線検出回路

Claims (4)

1. 被験者の眼の直前に透明な透過型の光センサを配置し、該光センサにより、眼球の反射光を検出して、
   反射光が小さいことから瞳を検出することを特徴とする瞳検出方法。
2. 前記光センサが色素増感素子であることを特徴とする請求項１に記載の瞳検出方法。
3. 被験者の眼の直前に配置される透明な光センサアレイと、
   該光センサアレイにより検出される眼球の反射光が小さいことから瞳位置を検出する手段と、
   を備えたことを特徴とする瞳位置検出装置。
4. 眼鏡のレンズ上に配置された透明な透過型の光センサアレイと、
   眼鏡に配設された視界撮影用のカメラと、
   前記光センサアレイにより検出される反射光が小さいことから瞳位置を検出する手段と、
   検出された瞳位置と前記カメラによる視界の映像から視線を検出する手段と、
   を備えたことを特徴とする透過型視線検出装置。

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