JP2011224213A - Head mounting type pupil detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、頭部に装着可能であり、使用者の瞳孔を検出する、頭部装着型瞳孔検出装置に関するものである。 The present invention relates to a head-mounted pupil detection device that can be mounted on a head and detects a pupil of a user.
従来、頭部装着型表示装置等に組み込まれ、観察者の視線を検出して画像の観察状態を調整する画像観察装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、モバイル環境での利用を考慮した小型の視線検出装置も提案されている(例えば、特許文献2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an image observation apparatus that is incorporated in a head-mounted display device or the like and detects an observer's line of sight to adjust an image observation state is known (see, for example, Patent Document 1). There has also been proposed a small gaze detection device considering use in a mobile environment (see, for example, Patent Document 2).
しかし、特許文献1に記載の画像観察装置は大型であるため、モバイル環境には適さず、外界視界も確保できず、使用することができないという問題があった。また、特許文献2に記載の視線検出装置は、眼球を広い範囲で撮影しようとするために、眼前にある程度距離をおいた位置にカメラを配置しなければならず、邪魔であり、カメラの背景の視界が遮られるものであった。そのため、測定実験等には用いられるが、一般の使用者が日々装着するには向いていないという問題があった。 However, since the image observation apparatus described in Patent Document 1 is large, there is a problem that it is not suitable for a mobile environment, cannot secure an external field of view, and cannot be used. In addition, the gaze detection device described in Patent Document 2 is a hindrance in order to shoot an eyeball in a wide range, so that the camera must be arranged at a certain distance in front of the eyes. The field of view was obstructed. For this reason, it is used for measurement experiments and the like, but there is a problem that it is not suitable for general users to wear every day.
本発明の目的は、上記問題を解決するため、小型でモバイル環境でも使用でき、外界視界を確保した頭部装着型瞳孔検出装置を提供することにある。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a head-mounted pupil detection device that is small in size and can be used in a mobile environment, and has an external field of view.
上記課題を解決するため、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置は、眼球前方の視界を避けた位置に受光部を配置するとともに、光学系にて眼球からの反射光を導光する。その際、受光部の受光視野範囲を制限することで光学系を小型化する。さらに、光学系の一部に含まれ、視界前方に配置される反射部の幅を、眼球の動きによる瞳孔の可動範囲よりも小さくする。 In order to solve the above-described problems, the head-mounted pupil detection device according to the present invention arranges a light receiving unit at a position avoiding the field of view in front of the eyeball and guides reflected light from the eyeball by the optical system. At that time, the optical system is downsized by limiting the light receiving field range of the light receiving unit. Furthermore, the width of the reflection part included in a part of the optical system and arranged in front of the field of view is made smaller than the movable range of the pupil due to the movement of the eyeball.
すなわち、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置は、頭部に装着可能であり、使用者の瞳孔を検出する頭部装着型瞳孔検出装置であって、視界前方を避けた位置に配置され、眼球からの反射光を受光して眼球像を生成する受光部と、前記眼球からの反射光を前記受光部上に導光する光学系と、前記眼球像から瞳孔を検出する瞳孔検出手段とを備え、前記受光部の眼球に対する受光視野は、少なくとも一方向において眼球の動きによる瞳孔の可動範囲よりも小さくなるよう制限されていることを特徴とする。 That is, the head-mounted pupil detection device according to the present invention is a head-mounted pupil detection device that can be mounted on the head and detects the user's pupil, and is disposed at a position avoiding the front of the field of view. A light receiving unit that receives reflected light from the eyeball to generate an eyeball image; an optical system that guides the reflected light from the eyeball onto the light receiving unit; and a pupil detection unit that detects a pupil from the eyeball image; The light receiving field for the eyeball of the light receiving unit is limited to be smaller than the movable range of the pupil due to the movement of the eyeball in at least one direction.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、受光部を視界前方を避けた位置に配置するため、使用者の視界前方の視野を遮ることがない。また、受光部の眼球に対する視野の範囲を小さく制限することで、光学系を小型化、薄型化できるため、使用者の視界を極力遮ることなく、瞳孔を検出することができる。 According to the head-mounted pupil detection device, the light receiving unit is disposed at a position avoiding the front of the field of view, so that the visual field in front of the user's field of view is not blocked. In addition, since the optical system can be reduced in size and thickness by limiting the field of view of the light receiving unit to the eyeball, the pupil can be detected without blocking the user's field of view as much as possible.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記光学系は、眼球前方の視野内に配置される、眼球からの反射光を前記受光部に向けて反射する少なくとも1つの反射部を有し、前記反射部の少なくとも一方の幅は、人の平均的な瞳孔径である4mmよりも小さいことを特徴とする。 Further, in the head mounted pupil detection device according to the present invention, the optical system includes at least one reflection unit that is disposed in a visual field in front of the eyeball and reflects reflected light from the eyeball toward the light receiving unit. And the width of at least one of the reflecting portions is smaller than 4 mm, which is an average pupil diameter of a person.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、眼前に配置される光学系を小型化することで、外観上装置の存在を目立たなくするとともに、眼前に配置される反射部を人の平均的な瞳孔径以下とすることで、装着者から見た外界をシースルーとして視認することができるため、装着者も装置の存在を気にせずに利用することができる。 According to the head-mounted pupil detection device, the optical system arranged in front of the eyes is miniaturized so that the appearance of the device is not noticeable, and the reflection unit arranged in front of the eyes By setting the diameter to be equal to or smaller than the pupil diameter, the outside world viewed from the wearer can be visually recognized as see-through, so that the wearer can also use the device without worrying about the presence of the device.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、映像を表示する表示部と、前記表示部に表示させる映像を制御する表示制御部とを更に備え、該表示部は、映像光を前記光学系によって眼球に導光し、前記映像を拡大した虚像の表示画面を形成することを特徴とする。 The head-mounted pupil detection device according to the present invention further includes a display unit that displays an image and a display control unit that controls an image to be displayed on the display unit, and the display unit transmits the image light to the display unit. An optical system guides the eyeball to form a virtual image display screen in which the video is enlarged.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、表示手段を一体に搭載することにより、同一の光学系を用いて、虚像映像を観察することができ、映像観察時の瞳孔の状態も検出することができる。 According to this head-mounted pupil detection device, by mounting the display means integrally, it is possible to observe a virtual image image using the same optical system, and to detect the state of the pupil during image observation. Can do.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記受光部の受光視野は、少なくとも一方向において、前記表示画面を観察する際の眼球の動きによる瞳孔の可動範囲よりも小さいことを特徴とする。 In the head mounted pupil detection device according to the present invention, the light receiving field of the light receiving unit is smaller than the movable range of the pupil due to the movement of the eyeball when observing the display screen in at least one direction. And
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、使用者が表示画面を観察する際の瞳孔の可動範囲よりも小さくなるよう受光視野を制限することで、光学系を小型化することができる。 According to the head-mounted pupil detection device, the optical system can be miniaturized by limiting the light receiving field so that it is smaller than the movable range of the pupil when the user observes the display screen.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記受光部の受光視野は、前記表示画面を観察する際の眼球の動きによる瞳孔中心の可動範囲よりも大きいことを特徴とする。 In the head mounted pupil detection device according to the present invention, the light receiving field of the light receiving unit is larger than a movable range of the pupil center due to the movement of the eyeball when observing the display screen.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、必要最低限の視野範囲を確保しつつ、小型化することができる。 According to the head-mounted pupil detection device, it is possible to reduce the size while securing a necessary minimum visual field range.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記瞳孔検出手段は、前記眼球像から、瞳孔位置、瞳孔中心位置、又は瞳孔径の少なくとも一つを検出することを特徴とする。 In the head-mounted pupil detection apparatus according to the present invention, the pupil detection means detects at least one of a pupil position, a pupil center position, or a pupil diameter from the eyeball image.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、瞳孔の状態に応じて表示部の制御を切替えることができる。 According to the head mounted pupil detection device, the control of the display unit can be switched according to the state of the pupil.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記表示制御部は、前記検出した瞳孔位置又は瞳孔中心位置に対応する前記表示画面上の視線位置を識別し、該識別結果に基づいて前記表示部を制御することを特徴とする。 Further, in the head-mounted pupil detection device according to the present invention, the display control unit identifies a line-of-sight position on the display screen corresponding to the detected pupil position or pupil center position, and based on the identification result The display unit is controlled.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、視線(瞳孔)の移動だけで表示画面に表示されたメニュー項目を選択し、選択したメニュー内容を表示させることができる。 According to the head mounted pupil detection device, it is possible to select a menu item displayed on the display screen only by moving the line of sight (pupil) and display the selected menu contents.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記表示制御部は、前記検出した瞳孔位置又は瞳孔中心位置から前記表示画面上の視線の有無を識別し、該識別結果に基づいて前記表示部を制御することを特徴とする。 Further, in the head mounted pupil detection device according to the present invention, the display control unit identifies the presence or absence of a line of sight on the display screen from the detected pupil position or pupil center position, and based on the identification result, The display unit is controlled.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、視界を遮らない光学系であるため、瞳孔位置の検出により、外界に視線位置があることを検出することができる。 According to this head-mounted pupil detection device, since it is an optical system that does not block the field of view, it is possible to detect the presence of a line-of-sight position in the outside world by detecting the pupil position.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記瞳孔検出手段は、前記検出した瞳孔中心位置が前記受光部の受光視野内に位置するか否かを判定し、前記表示制御部は、前記瞳孔中心位置が前記受光部の受光視野内に位置する場合には、前記表示部に映像を表示させ、前記瞳孔中心位置が前記受光部の受光視野内に位置しない場合には、前記表示部に映像を表示させないことを特徴とする。 Further, in the head mounted pupil detection device according to the present invention, the pupil detection means determines whether or not the detected pupil center position is located within a light receiving field of the light receiving unit, and the display control unit includes: When the pupil center position is located within the light receiving field of the light receiving unit, an image is displayed on the display unit, and when the pupil center position is not located within the light receiving field of the light receiving unit, the display is performed. The video is not displayed on the screen.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、簡易な処理で瞳孔位置を検出でき、表示画面内の視線の有無を判断して表示制御を切替えることができる。 According to the head-mounted pupil detection device, the pupil position can be detected by simple processing, and the display control can be switched by determining the presence or absence of the line of sight in the display screen.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記受光部の受光視野内における前記瞳孔の面積が所定の値以上であるか否かを判定し、前記表示制御部は、前記受光部の受光視野内における前記瞳孔の面積が所定の値以上である場合には、前記表示部に映像を表示させ、前記受光部の受光視野内における前記瞳孔の面積が所定の値より小さい場合には、前記表示部に映像を表示させないことを特徴とする。 Further, in the head-mounted pupil detection device according to the present invention, it is determined whether or not the area of the pupil in the light receiving field of the light receiving unit is equal to or greater than a predetermined value, and the display control unit includes the light receiving unit When the area of the pupil in the light receiving field is equal to or greater than a predetermined value, an image is displayed on the display unit, and when the area of the pupil in the light receiving field of the light receiving unit is smaller than the predetermined value The video image is not displayed on the display unit.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、簡易な処理で瞳孔位置を検出でき、表示画面内の視線の有無を判断して表示制御を切替えることができる。 According to the head-mounted pupil detection device, the pupil position can be detected by simple processing, and the display control can be switched by determining the presence or absence of the line of sight in the display screen.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記瞳孔検出手段は、前記受光部の受光強度が所定の値以下であるか否かを判定し、前記表示制御部は、前記受光部の受光強度が所定の値以下である場合には、前記表示部に映像を表示させ、前記受光部の受光強度が所定の値より大きい場合には、前記表示部に映像を表示させないことを特徴とする。 Further, in the head mounted pupil detection device according to the present invention, the pupil detection means determines whether or not the light reception intensity of the light receiving unit is equal to or lower than a predetermined value, and the display control unit is configured to receive the light receiving unit. When the received light intensity is less than or equal to a predetermined value, an image is displayed on the display unit, and when the received light intensity of the light receiving unit is greater than a predetermined value, no image is displayed on the display unit. And
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、簡易な処理で瞳孔位置を検出でき、表示画面内の視線の有無を判断して表示制御を切替えることができる。 According to the head-mounted pupil detection device, the pupil position can be detected by simple processing, and the display control can be switched by determining the presence or absence of the line of sight in the display screen.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記瞳孔検出手段は、前記眼球像の瞳孔の一部が欠けている場合には、該一部が欠けている瞳孔の欠けていない部分の輪郭から曲率を算出して、前記瞳孔位置、瞳孔中心位置、又は瞳孔径の少なくとも一つを検出することを特徴とする。 Further, in the head-mounted pupil detection device according to the present invention, when the pupil detection unit lacks a part of the pupil of the eyeball image, the part of the pupil lacking the part is not missing. The curvature is calculated from the contour of the lens, and at least one of the pupil position, the pupil center position, or the pupil diameter is detected.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、受光した眼球像が瞳孔の一部が欠けている場合であっても、瞳孔位置、瞳孔中心位置、及び瞳孔径を検出することができる。 According to the head-mounted pupil detection device, the pupil position, the pupil center position, and the pupil diameter can be detected even when the received eyeball image lacks a part of the pupil.
また、本発明に係る頭部装着型瞳孔検出装置において、前記光学系は、視界の正面を見ているときには、前記受光部の受光視野内に瞳孔の中心が入らないように構成されていることを特徴とする。 Further, in the head mounted pupil detection device according to the present invention, the optical system is configured so that the center of the pupil does not enter the light receiving field of the light receiving unit when looking in front of the field of view. It is characterized by.
本頭部装着型瞳孔検出装置によれば、正面視界を遮らず外界を確保することができ、また外界を見ているときには瞳孔中心が検出されないため、この場合には瞳孔検出以外の処理を停止したり、駆動周波数を低下させたりして省電力化を図ることができる。 According to the head-mounted pupil detection device, the outside view can be secured without blocking the front view, and the center of the pupil is not detected when looking at the outside world. In this case, processing other than pupil detection is stopped. Power consumption can be reduced by reducing the driving frequency.
このように、本発明によれば、小型でモバイル環境でも使用でき、外界視界を確保した頭部装着型瞳孔検出装置を提供することができるようになる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a head-mounted pupil detection device that is small in size and can be used in a mobile environment and secures an external field of view.
以下、本発明による頭部装着型瞳孔検出装置(以下、単に「瞳孔検出装置」という)の実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a head-mounted pupil detection device (hereinafter simply referred to as “pupil detection device”) according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の瞳孔検出装置の外観図である。図2は、第1の実施形態の瞳孔検出装置の機能ブロック図である。瞳孔検出装置1は、光学系11、受光部12、画像処理部13及び瞳孔検出部14を内蔵する筐体15と、照明部16と、固定部17とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is an external view of a pupil detection device according to the first embodiment. FIG. 2 is a functional block diagram of the pupil detection device of the first embodiment. The pupil detection device 1 includes a
照明部16は、筐体15によって保持され、眼球を不可視光(例えば、赤外光)により照明する。照明部16は必須の構成ではないが、瞳孔の検出率を向上させるために、眼球を照明して眼球からの反射光を増加させるのに好適である。
The
光学系11は、使用者の眼球からの反射光を光学系11から取り込み、受光部12上に導光する。
The
受光部12は、使用者の視界前方を避けた位置に配置され、光学系11によって導光される眼球からの反射光を受光して眼球像を生成し、画像処理部13に出力する。受光部12は、例えば、受光素子、又はCCDやCMOSなどの撮像素子である。
The
画像処理部13は、受光部12から取得した眼球像に対して瞳孔を抽出する画像処理理を行い、瞳孔検出部14に出力する。
The
瞳孔検出部14は、画像処理部13から取得した眼球像から、瞳孔位置や瞳孔中心位置を検出する。そして、瞳孔(瞳孔中心)が受光部12の受光視野内のどこに位置するか、又は受光視野内に位置するか否かを判定し、瞳孔検出信号を外部に出力する。画像処理部13から取得した眼球像の瞳孔の一部が欠けている場合には、例えば、欠けていない部分の瞳孔の輪郭から曲率を算出し、曲率中心の位置を瞳孔中心位置とする。
The
固定部17は、筐体15を使用者の頭部に装着可能とするための固定部材である。固定部17は、例えば、図1に示すように眼鏡フレームに固定し、眼鏡フレームを介して頭部に装着可能とするものであってもよいし、直線状に耳まで延在させて耳に固定するものであってもよい。すなわち、筐体15を頭部に固定できるものであればよい。眼鏡を使用する場合には、光学系11は眼鏡レンズの外側に配置される。
The fixing
図3は瞳孔検出装置1の光学系を示す図であり、図3(a)は瞳孔検出装置1の正面図を示し、図3(b)は瞳孔検出装置1の上面図と眼球からの反射光の光路を示す。光学系11は、接眼レンズ111と、反射部112と、結像レンズ113とを有する。眼球からの反射光は、光学系11の眼前の接眼レンズ111を通って反射部112に入射される。反射部112は、入射された光を反射し、結像レンズ113を経て受光部12に受光される。
3 is a diagram showing an optical system of the pupil detection device 1, FIG. 3 (a) shows a front view of the pupil detection device 1, and FIG. 3 (b) shows a top view of the pupil detection device 1 and reflection from the eyeball. Shows the optical path of light. The
図4は受光部の受光視野を示す図であり、図4(a)は従来の瞳孔検出装置における受光部の受光視野を示し、図4(b)は本実施形態の瞳孔検出装置1における受光部12の受光視野を示す。従来の瞳孔検出装置では、瞳孔の位置を検出するために、眼球の動きによる瞳孔の可動範囲を全てカバーした領域を撮影できるように、つまり受光部の受光視野Bが瞳孔の可動範囲Aを含むように受光視野角を設定している。しかし、そのためには眼の前に大きな接眼光学系を配置する必要があり、また、視野角を確保するためにカメラを顔から離した位置(視界を遮る位置)に配置する必要があったため、日常モバイル環境等の使用には向いていなかった。一方、本実施形態の瞳孔検出装置1は、接眼レンズ111及び反射部112の垂直方向の幅が狭くなっているため、図4(b)に示すように、受光部12の受光視野Bの垂直方向の視野が瞳孔可動範囲Aよりも狭くなる。
FIG. 4 is a view showing a light receiving field of the light receiving unit, FIG. 4 (a) shows a light receiving field of the light receiving unit in the conventional pupil detecting device, and FIG. 4 (b) is a light receiving in the pupil detecting device 1 of the present embodiment. The light reception visual field of the
図5は、瞳孔検出装置1のシースルー効果を説明する図である。図5(a)は、接眼光学系の幅が瞳孔よりも大きい従来の瞳孔検出装置5を使用した場合の外界の遮蔽の様子を示す。この場合には、接眼光学系で覆われる方向の外界光は眼球へ侵入できず、映像に背景が重畳されることなく死角となる。 FIG. 5 is a diagram for explaining the see-through effect of the pupil detection device 1. FIG. 5A shows a state of shielding the external environment when the conventional pupil detection device 5 in which the width of the eyepiece optical system is larger than that of the pupil is used. In this case, the external light in the direction covered by the eyepiece optical system cannot enter the eyeball, resulting in a blind spot without superimposing the background on the image.
図5(b)は、瞳孔検出装置1を使用した場合の外界の遮蔽の様子を示す。瞳孔検出装置1は、眼球正面方向から見た場合に、接眼レンズ111及び反射部112の垂直方向の幅が人の平均的な瞳孔径よりも小さくなっている。そのため正面方向の外界光も瞳孔を通り網膜に到達することが可能なため、光学系の背後の景色も同時に重畳されて見ることができる(シースルーとなる)。瞳孔検出装置1の接眼レンズ111及び反射部112の垂直方向の幅は、人の平均的な瞳孔径が4mm程度なので、外界視界を確保するために、4mm以下とするのが好適である。
FIG. 5B shows a state of shielding the outside when the pupil detection device 1 is used. When viewed from the front direction of the eyeball, the pupil detection device 1 is such that the vertical widths of the eyepiece lens 111 and the
よって、本実施形態の瞳孔検出装置1によれば、垂直方向の視野範囲を制限することで、光学系を小型なものとすることができ、また眼球に接近して配置することが可能であり、装着していて煩わしくなく、外観上も目立たなくすることができる。また、垂直方向にシースルー効果を得ることができる。 Therefore, according to the pupil detection device 1 of the present embodiment, it is possible to make the optical system small by limiting the visual field range in the vertical direction, and it is possible to place the optical system close to the eyeball. It is not troublesome to wear, and the appearance can be made inconspicuous. Further, a see-through effect can be obtained in the vertical direction.
(第2の実施形態)
次に、本発明による第2の実施形態の瞳孔検出装置について、図面を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a pupil detection device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference number is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
図6は、第2の実施形態の瞳孔検出装置2の外観図である。瞳孔検出装置2は、光学系11(反射部18を除く)、受光部12、画像処理部13及び瞳孔検出部14を内蔵する筐体15と、照明部16と、固定部17と、反射部18とを備える。瞳孔検出装置2の機能ブロック図は、第1の実施形態の瞳孔検出装置1の機能ブロック図(図2)と同様である。
FIG. 6 is an external view of the pupil detection device 2 of the second embodiment. The pupil detection device 2 includes an optical system 11 (excluding the reflection unit 18), a
反射部18は、眼鏡レンズに備えられる。反射部18は、例えば平面鏡であり、照明部16にて照明された眼球からの反射光を反射して筐体15へ入射させる。
The
筐体15は、固定部17を介して眼鏡のテンプル部に取り付けられる。
The
図7は、瞳孔検出装置2の光学系を示す図であり、図7(a)は瞳孔検出装置2の正面図を示す。ただし、瞳孔検出装置2を装着した際には、筐体15は使用者の正面視界を遮らない位置に配置されるため、正面視界内に位置するのは反射部18のみとなる。図7(b)は瞳孔検出装置2の上面図と眼球からの反射光の光路を示す。光学系11は、反射部18と、結像レンズ113とを有する。眼球からの反射光は、反射部18で反射され、結像レンズ113を経て受光部12に受光される。
FIG. 7 is a diagram illustrating an optical system of the pupil detection device 2, and FIG. 7A is a front view of the pupil detection device 2. However, when the pupil detection device 2 is mounted, the
図8は、瞳孔検出装置2の受光部12の受光視野を示す図である。図7で示すように、反射部18は水平方向の幅が狭くなっているため、受光部12の受光視野Bの水平方向の視野が瞳孔可動範囲Aよりも狭くなる。
FIG. 8 is a diagram illustrating a light receiving field of the
よって、本実施形態の瞳孔検出装置2によれば、水平方向の視野範囲を制限することで、光学系を小型なものとすることができ、装着していて煩わしくなく、外観上も目立たなくすることができる。また、水平方向にシースルー効果を得ることができる。 Therefore, according to the pupil detection device 2 of the present embodiment, by limiting the horizontal visual field range, the optical system can be made compact, and it is not troublesome to wear, and the appearance is inconspicuous. be able to. Further, a see-through effect can be obtained in the horizontal direction.
(第3の実施形態)
次に、本発明による第3の実施形態の瞳孔検出装置について、図面を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a pupil detection device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference number is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
第3の実施形態の瞳孔検出装置3の外観図は、第1の実施形態の瞳孔検出装置1の外観図(図1)と同様である。図9は、瞳孔検出装置3の機能ブロック図である。瞳孔検出装置1は、光学系11、受光部12、画像処理部13、瞳孔検出部14、表示部19及び表示制御部20を内蔵する筐体15と、照明部16と、固定部17とを備える。第1の実施形態の瞳孔検出装置1と比較して、表示部19及び表示制御部20を更に備える点で相違する。
The external view of the pupil detection device 3 of the third embodiment is the same as the external view (FIG. 1) of the pupil detection device 1 of the first embodiment. FIG. 9 is a functional block diagram of the pupil detection device 3. The pupil detection device 1 includes an
表示制御部20は、表示部19の駆動回路を有しており、映像信号を表示部19に出力する。また、表示制御部20は、瞳孔検出部14から取得した瞳孔検出信号に基づいて、表示部を制御する。
The
表示部19は、表示制御部20から入力される映像信号に基づいて映像を表示し、映像光を光学系11によって眼球に導光し、映像を拡大した虚像の表示画面を形成する。
The
瞳孔検出部14は、画像処理部13から取得した眼球像から、瞳孔位置や瞳孔中心位置を検出する。そして、瞳孔(瞳孔中心)が受光部12の受光視野内のどこに位置するか、又は受光視野内に位置するか否かを判定し、瞳孔検出信号を表示制御部20に出力する。画像処理部13から取得した眼球像の瞳孔の一部が欠けている場合には、例えば、欠けていない部分の瞳孔の輪郭から曲率を算出し、曲率中心の位置を瞳孔中心位置とする。
The
また、瞳孔検出部14は、画像処理部13から取得した眼球像から、瞳孔径を検出する。画像処理部13から取得した眼球像の瞳孔の一部が欠けている場合には、例えば、欠けていない部分の瞳孔の輪郭から曲率を算出し、曲率半径を瞳孔の半径とする。
The
瞳孔径は、瞳孔位置や瞳孔中心位置を求める際に利用することができる。また、瞳孔径に応じて、表示制御部20により、表示部19を制御することができる。瞳孔は周囲の明るさの環境等で変化し、明るい環境であれば瞳孔径は小さくなり、暗い環境であれば瞳孔径は大きくなるため、例えば、瞳孔径が小さい場合には表示部19の表示輝度を明るくするように制御し、瞳孔径が大きい場合には表示部19の表示輝度を暗くするように制御する。特に、外界光も瞳孔を通過するシースルーの瞳孔検出装置3においては、周囲が明るい環境のときには表示輝度を明るくすることにより、周囲の外光に負けないで観察することができ、周囲が暗い環境のときには表示輝度を暗くすることにより、眩しさを感じることなく観察することができる。
The pupil diameter can be used when determining the pupil position or the pupil center position. Further, the
図10は、瞳孔検出装置3の光学系を示す図である。光学系11は、接眼レンズ111と、反射部112と、結像レンズ113と、ビームスプリッタ114とを有する。
FIG. 10 is a diagram illustrating an optical system of the pupil detection device 3. The
図10(a)に示すように、表示部19から射出される映像光は、ビームスプリッタ114を通過し、光学系11により眼球に導光される。一方、図10(b)に示すように、眼球からの反射光は、光学系11により導光され、ビームスプリッタ114で反射されて受光部12に眼球像を形成する。これにより映像を観察しながら瞳孔の検出を行うことが可能である。なお、ビームスプリッタ114はハーフミラーでもよいし、眼球照明用の不可視光として用いられた赤外光のみを反射するものや、特定の偏光光のみを反射するものでもよい。
As shown in FIG. 10A, the image light emitted from the
図11(a)は、虚像の表示画面を観察しているときの、眼球の動きによる瞳孔の可動範囲を示した図である。図中の点aは表示画面の左上隅を見たときの瞳孔中心を示し、点bは表示画面の右上隅を見たときの瞳孔中心を示し、点cは表示画面の右下隅を見たときの瞳孔中心を示し、点dは表示画面の左下隅を見たときの瞳孔中心を示し、点eは表示画面の中心を見たときの瞳孔中心を示す。よって、表示画面観察時の瞳孔中心可動範囲Dは、点a〜点eを結んだ領域で示される。表示画像の画角が水平画角10度程度の場合、瞳孔位置は約±1mm程度移動するため、点aと点b、点bと点c、点cと点d、点dと点aの距離はそれぞれ約2mmとなる。また、領域Cは表示画面観察時の瞳孔の可動範囲を示す。 FIG. 11A is a diagram showing the movable range of the pupil due to the movement of the eyeball when the virtual image display screen is observed. Point a in the figure indicates the pupil center when viewing the upper left corner of the display screen, point b indicates the pupil center when viewing the upper right corner of the display screen, and point c looks at the lower right corner of the display screen. The point d indicates the pupil center when viewing the lower left corner of the display screen, and the point e indicates the pupil center when viewing the center of the display screen. Therefore, the pupil center movable range D when observing the display screen is indicated by a region connecting the points a to e. When the angle of view of the display image is about 10 degrees in the horizontal direction, the pupil position moves by about ± 1 mm, so that the points a and b, points b and c, points c and d, points d and a are Each distance is about 2 mm. Region C shows the movable range of the pupil during display screen observation.
図11(b)は、瞳孔検出装置3の受光部12の受光視野を示す図である。受光視野Eは、表示画面観察時の瞳孔中心可動範囲Dを含み、かつ、受光視野Eの垂直方向の幅が表示画面観察時の瞳孔可動範囲Cの垂直方向の幅よりも小さくなるように設定される。受光視野Eの垂直方向の幅を瞳孔径以下の視野とすることで、瞳孔を検出するのに必要な視野範囲をカバーしつつ、最小限の視野に抑えることができる。このため、光学系11の垂直方向の寸法も瞳孔径以下程度に極力小型化でき、シースルーを兼ね備えた光学系とすることができる。
FIG. 11B is a diagram illustrating a light receiving field of the
図12は、表示画面上の視線位置の検出について説明する図である。図12(a)に示すように表示画面観察時の瞳孔中心可動範囲Dの内部に位置する瞳孔中心を検出することで、その位置に対応する表示画面内の視線位置を検出することができる。図12(b)はメニュー画面の例を示す図であり、図中の円はそれぞれメニュー項目を示している。表示画面が図12(b)に示すようなメニュー画面の場合、瞳孔中心を検出し、検出した瞳孔中心位置に対応する表示画面上の視線位置を識別することにより、瞳孔中心位置に対応するメニュー項目の内容を表示させることができる。したがって、視線(瞳孔)の移動だけで表示画面に表示されたメニュー項目を選択し、選択したメニュー内容を表示させることができる。 FIG. 12 is a diagram illustrating the detection of the line-of-sight position on the display screen. As shown in FIG. 12A, by detecting the pupil center located within the pupil center movable range D during display screen observation, the line-of-sight position in the display screen corresponding to the position can be detected. FIG. 12B is a diagram showing an example of a menu screen, and the circles in the figure indicate menu items. When the display screen is a menu screen as shown in FIG. 12B, the menu corresponding to the pupil center position is detected by detecting the pupil center and identifying the line-of-sight position on the display screen corresponding to the detected pupil center position. The contents of the item can be displayed. Therefore, the menu item displayed on the display screen can be selected only by moving the line of sight (pupil), and the selected menu contents can be displayed.
図13は、頭部装着型瞳孔検出装置3のメニュー操作の動作を示すフローチャートである。頭部装着型瞳孔検出装置3は、表示部19及び表示制御部20にて生成したメニュー画面の映像光を、光学系11によって、眼球に導光する(ステップS101)。次に、照明部16によって照射された眼球からの反射光を、光学系11によって受光部12に導光して眼球像を取得する(ステップS102)。そして、画像処理部13によって瞳孔を抽出し(ステップS103)、瞳孔検出部14によって、瞳孔中心位置を検出する(ステップS104)。さらに、表示制御部20によって、瞳孔中心位置がメニュー画面のどのメニュー位置と対応するかを判断し、該当するメニュー項目を表示部19に表示させる(ステップS105)。
FIG. 13 is a flowchart showing the menu operation of the head-mounted pupil detection device 3. The head-mounted pupil detection device 3 guides the image light of the menu screen generated by the
次に、瞳孔検出装置3による表示画面上の視線有無の判断について、図面を参照して以下に説明する。 Next, determination of the presence or absence of the line of sight on the display screen by the pupil detection device 3 will be described below with reference to the drawings.
モバイル環境で瞳孔検出装置3を常時装着することを想定すると、使用者が表示部19によって表示される表示画面を見ていないとき(正面を向いているとき)は、受光部12に瞳孔中心が検知されないような位置に光学系11を配置するのが好適である。これにより、外界視界が確保され、モバイル環境などでも使用することができる。さらに、このような位置に光学系11を配置することで、瞳孔検出装置3は、使用者が表示画面を見ているか見ていないかを判断することができ、これにより、瞳孔中心が検出されないとき(正面を向いているとき)には、表示部19及び表示制御部20の処理を停止したり、駆動周波数を低下させたりという省電力処理が可能となる。
Assuming that the pupil detection device 3 is always worn in a mobile environment, when the user is not looking at the display screen displayed by the display unit 19 (when facing the front), the pupil center is located at the
図14は、表示画面上の視線有無判断の第1の例であり、瞳孔中心検知による視線有無判断の動作を示すフローチャートである。頭部装着型瞳孔検出装置3は、照明部16、光学系11及び受光部12によって眼球像を取得し(ステップS201)、画像処理部13によって瞳孔を抽出する(ステップS202)する。そして、瞳孔検出部14によって、瞳孔中心位置を検出し(ステップS203)、瞳孔中心が受光部12の受光視野E内に位置する否かを判定する(ステップS204)。受光視野E内に瞳孔中心がある場合には、表示制御部20によって、表示画面を見ていると判断し(ステップS205)、受光視野E内に瞳孔中心がない場合には、表示画面を見ていないと判断する(ステップS206)。表示制御部20は、表示画面を見ているか否かの判断結果に基づいて表示部19の制御を切替える。例えば、表示画面を見ている場合には表示画像を表示させ、表示画像を見ていない場合には表示画像の表示を停止する。
FIG. 14 is a first example of the gaze presence determination on the display screen, and is a flowchart showing the gaze presence determination operation based on pupil center detection. The head-mounted pupil detection device 3 acquires an eyeball image by the
すなわち、表示制御部20は、図15(a)に示すように、瞳孔の中心が受光視野E内に位置する場合には、表示画面を見ていると判断し、図15(b)に示すように、瞳孔の中心が受光視野E内に位置しない場合には、表示画面を見ていないと判断する。瞳孔検出装置3は視野範囲が制限されているため、受光視野Eに瞳孔中心が入っているときは、表示画面を見ているとみなすことができる。これにより、簡易な処理手段で表示画面上の視線の有無を判断することができる。
That is, as illustrated in FIG. 15A, the
図16は、表示画面上の視線有無判断の第2の例であり、瞳孔面積検知による視線有無判断の動作を示すフローチャートである。頭部装着型瞳孔検出装置3は、照明部16、光学系11及び受光部12によって眼球像を取得し(ステップS301)、画像処理部13によって瞳孔を抽出する(ステップS302)。そして、瞳孔検出部14によって受光視野E内の瞳孔の面積を算出し(ステップS303)、算出した瞳孔の面積が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS304)。閾値以上である場合には、表示制御部20によって、表示画面を見ていると判断し(ステップS305)、閾値よりも小さい場合には、表示画面を見ていないと判断し(ステップS306)、判断結果に基づいて表示部19の制御を切替える。
FIG. 16 is a flow chart showing a second example of the gaze presence / absence determination on the display screen, and the operation of gaze presence / absence judgment by pupil area detection. The head-mounted pupil detection device 3 acquires an eyeball image using the
すなわち、図17(a)に示すように、受光視野E内の瞳孔の面積が閾値以上の場合には表示画面を見ていると判断し、図17(b)に示すように、視野範囲E内の瞳孔の面積が閾値より小さい場合には、表示画面を見ていないと判断する。瞳孔検出装置3は視野範囲が制限されているため、受光視野内に一定以上の瞳孔が入っているときは表示画面を見ているとみなすことができる。これにより、簡易な処理手段で表示画面上の視線有無を判断することができる。 That is, as shown in FIG. 17A, when the area of the pupil in the light receiving field E is equal to or larger than the threshold, it is determined that the display screen is being viewed, and as shown in FIG. When the area of the inner pupil is smaller than the threshold value, it is determined that the display screen is not viewed. Since the pupil detection device 3 has a limited field of view, it can be regarded as viewing the display screen when a certain pupil or more is included in the light receiving field. Thereby, the presence or absence of the line of sight on the display screen can be determined by a simple processing means.
図18は、表示画面上の視線有無判断の第3の例であり、受光強度による視線有無判断の動作を示すフローチャートである。頭部装着型瞳孔検出装置3は、照明部16、光学系11及び受光部12によって眼球像を取得し(ステップ401)、瞳孔検出部14によって、受光部12が受光した眼球からの反射光の受光強度が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS402)。眼球からの反射光の受光強度が閾値以上である場合には、表示制御部20によって、表示画面を見ていると判断し(ステップS403)、眼球からの反射光の受光強度が閾値よりも小さい場合には、表示画面を見ていないと判断し(ステップS404)、判断結果に基づいて表示部19の制御を切替える。
FIG. 18 is a flowchart showing a third example of the determination of the presence / absence of the line of sight on the display screen, and shows the operation of determining the presence / absence of the line of sight based on the received light intensity. The head-mounted pupil detection device 3 acquires an eyeball image by the
瞳孔検出装置3は視野範囲が制限されているため、受光視野内に一定以上瞳孔が入ることで反射光の強度が減少し、減少の度合いで表示画面を見ているとみなすことができる。これにより、簡易な処理手段で表示画面上の視線有無を判断することができる。この視線有無判断の第3の例によれば、瞳孔の画像を抽出する必要はないため、画像処理部13を備える必要がなく、瞳孔検出装置3をより小型化することができる。
Since the pupil detection device 3 has a limited field of view, it can be considered that the intensity of the reflected light decreases when the pupil enters the light receiving field more than a certain level, and the display screen is viewed with the degree of decrease. Thereby, the presence or absence of the line of sight on the display screen can be determined by a simple processing means. According to the third example of the gaze presence / absence determination, there is no need to extract an image of the pupil, so there is no need to provide the
本実施形態の瞳孔検出装置3によれば、表示手段を一体に搭載することにより、同一の光学系を用いて、虚像映像を観察することができるようになる。また、表示画面観察時の瞳孔を検出することで、メニュー操作や、表示画面を見ていない場合の省電力処理を行うことができるようになる。 According to the pupil detection device 3 of the present embodiment, a virtual image can be observed using the same optical system by mounting the display unit integrally. Further, by detecting the pupil at the time of observing the display screen, it is possible to perform menu operations and power saving processing when the display screen is not viewed.
(第4の実施形態)
次に、本発明による第4の実施形態の瞳孔検出装置について、図面を参照して説明する。なお、第2の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a pupil detection device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference number is attached | subjected to the same component as 2nd Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
第4の実施形態の瞳孔検出装置4の外観図は、第2の実施形態の瞳孔検出装置2の外観図(図6)と同様であり、瞳孔検出装置4の機能ブロック図は、瞳孔検出装置3の機能ブロック図(図9)と同様である。第2の実施形態の瞳孔検出装置2と比較して、表示部19及び表示制御部20を更に備える点で相違する。
The external view of the pupil detection device 4 of the fourth embodiment is the same as the external view (FIG. 6) of the pupil detection device 2 of the second embodiment, and the functional block diagram of the pupil detection device 4 is the pupil detection device. 3 is the same as the functional block diagram (FIG. 9). Compared to the pupil detection device 2 of the second embodiment, the
図19は、第4の実施形態の瞳孔検出装置4の光学系を示す図である。光学系11は、反射部18と、結像レンズ113と、ビームスプリッタ114とを有する。図19(a)に示すように、表示部19から射出される映像光は、ビームスプリッタ114を通過し、光学系11により眼球に導光される。一方、図19(b)に示すように、眼球からの反射光は、光学系11により導光され、ビームスプリッタ114で反射されて受光部12に眼球像を形成する。
FIG. 19 is a diagram illustrating an optical system of the pupil detection device 4 according to the fourth embodiment. The
図20は、瞳孔検出装置4の受光部12の受光視野を示す図である。受光視野Eは、表示画面観察時の瞳孔中心可動範囲Dを含み、かつ、受光部の受光視野Eの水平方向の幅が表示画面観察時の瞳孔可動範囲Cの水平方向の幅よりも小さくなるように設定される。受光部の受光視野Eの水平方向の幅を平均的な瞳孔径以下の視野とすることで、瞳孔を検出するのに必要な視野範囲をカバーしつつ、最小限の視野に抑えることができる。このため、光学系11の水平方向の幅も瞳孔径以下程度に極力小型化でき、シースルーを兼ね備えた光学系とすることができる。これにより映像を観察しながら瞳孔の検出を行うことが可能である。
FIG. 20 is a diagram illustrating a light receiving field of the
モバイル環境で瞳孔検出装置4を常時装着することを想定すると、使用者が表示部19によって表示される表示画面を見ていないとき(正面を向いているとき)は、受光部12に瞳孔中心が検出されないような位置に光学系11を配置するのが好適である。例えば、図21(a)に示すように、反射部18を瞳孔の正面から少しずらした位置に配置し、使用者が正面を向いているときには光学系が視界正面を遮らないようにする。このように配置すると、正面を向いているときには、図21(b)に示すように瞳孔中心は受光視野Eから外れた所に位置することとなる。
Assuming that the pupil detection device 4 is always worn in a mobile environment, when the user is not looking at the display screen displayed by the display unit 19 (when facing the front), the pupil center is located at the
本実施形態の瞳孔検出装置4によれば、表示手段を一体に搭載することにより、同一の光学系を用いて、虚像映像を観察することができるようになる。また、表示画面観察時の瞳孔を検出することで、メニュー操作や、表示画面を見ていない場合の省電力処理を行うことができるようになる。 According to the pupil detection device 4 of the present embodiment, a virtual image can be observed using the same optical system by mounting the display unit integrally. Further, by detecting the pupil at the time of observing the display screen, it is possible to perform menu operations and power saving processing when the display screen is not viewed.
上述の各実施形態は、個々に代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。従って、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 Each of the above embodiments has been described as a representative example, but it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims.
このように、本発明によれば、小型でシースルー効果のある瞳孔検出装置を提供でき、瞳孔を検出する任意の用途に有用である。 As described above, according to the present invention, a small-sized pupil detection device having a see-through effect can be provided, which is useful for any application for detecting a pupil.
1,2,3,4 瞳孔検出装置
11 光学系
12 受光部
13 画像処理部
14 瞳孔検出部
15 筐体
16 照明部
17 固定部
19 表示部
20 表示制御部
111 接眼レンズ
18,112 反射部
113 結像レンズ
114 ビームスプリッタ
1, 2, 3, 4
Claims (13)
視界前方を避けた位置に配置され、眼球からの反射光を受光して眼球像を生成する受光部と、
前記眼球からの反射光を前記受光部上に導光する光学系と、
前記眼球像から瞳孔を検出する瞳孔検出手段とを備え、
前記受光部の眼球に対する受光視野は、少なくとも一方向において眼球の動きによる瞳孔の可動範囲よりも小さくなるよう制限されていることを特徴とする頭部装着型瞳孔検出装置。 A head-mounted pupil detection device that can be mounted on the head and detects a user's pupil,
A light receiving unit that is arranged at a position that avoids the front of the field of view and receives reflected light from the eyeball to generate an eyeball image;
An optical system for guiding the reflected light from the eyeball onto the light receiving unit;
Pupil detection means for detecting a pupil from the eyeball image,
The head-mounted pupil detection device characterized in that a light receiving field of the light receiving unit with respect to the eyeball is limited to be smaller than a movable range of the pupil due to movement of the eyeball in at least one direction.
前記反射部の少なくとも一方の幅は、人の平均的な瞳孔径である4mmよりも小さいことを特徴とする、請求項1に記載の頭部装着型瞳孔検出装置。 The optical system includes at least one reflection unit that is disposed in a visual field in front of the eyeball and reflects reflected light from the eyeball toward the light receiving unit;
The head-mounted pupil detection device according to claim 1, wherein the width of at least one of the reflection parts is smaller than 4 mm, which is an average pupil diameter of a person.
前記表示部に表示させる映像を制御する表示制御部とを更に備え、
該表示部は、映像光を前記光学系によって眼球に導光し、前記映像を拡大した虚像の表示画面を形成する
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の頭部装着型瞳孔検出装置。 A display unit for displaying images;
A display control unit for controlling an image to be displayed on the display unit,
3. The head mounted pupil detection according to claim 1, wherein the display unit guides image light to an eyeball by the optical system to form a display screen of a virtual image obtained by enlarging the image. apparatus.
前記表示制御部は、前記瞳孔中心位置が前記受光部の受光視野内に位置する場合には、前記表示部に映像を表示させ、前記瞳孔中心位置が前記受光部の受光視野内に位置しない場合には、前記表示部に映像を表示させないことを特徴とする、請求項8に記載の頭部装着型瞳孔検出装置。 The pupil detection means determines whether or not the detected pupil center position is located within a light receiving field of the light receiving unit;
The display control unit displays an image on the display unit when the pupil center position is within the light receiving field of the light receiving unit, and the pupil center position is not positioned within the light receiving field of the light receiving unit. 9. The head-mounted pupil detection apparatus according to claim 8, wherein no image is displayed on the display unit.
前記表示制御部は、前記受光部の受光視野内における前記瞳孔の面積が所定の値以上である場合には、前記表示部に映像を表示させ、前記受光部の受光視野内における前記瞳孔の面積が所定の値より小さい場合には、前記表示部に映像を表示させないことを特徴とする、請求項8に記載の頭部装着型瞳孔検出装置。 The pupil detection means determines whether or not the area of the pupil in the light receiving field of the light receiving unit is a predetermined value or more,
The display control unit displays an image on the display unit when the area of the pupil in the light receiving field of the light receiving unit is equal to or larger than a predetermined value, and the area of the pupil in the light receiving field of the light receiving unit 9. The head mounted pupil detection device according to claim 8, wherein when the value is smaller than a predetermined value, no image is displayed on the display unit.
前記表示制御部は、前記受光部の受光強度が所定の値以下である場合には、前記表示部に映像を表示させ、前記受光部の受光強度が所定の値より大きい場合には、前記表示部に映像を表示させないことを特徴とする、請求項8に記載の頭部装着型瞳孔検出装置。 The pupil detection means determines whether or not the light receiving intensity of the light receiving unit is a predetermined value or less,
The display control unit displays an image on the display unit when the light receiving intensity of the light receiving unit is equal to or lower than a predetermined value, and displays the image when the light receiving intensity of the light receiving unit is higher than a predetermined value. The head-mounted pupil detection device according to claim 8, wherein no image is displayed on the screen.
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