JP4549213B2 - Multi-scene imaging optical element and line-of-sight detection input device - Google Patents

Multi-scene imaging optical element and line-of-sight detection input device Download PDF

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Description

本発明は、異なる方向にある複数のシーン(光景)を同時に一つの撮像面に導くことができる多重シーン撮像用光学素子、およびそれを用いて構成される視線検出入力装置に関するものである。 The present invention relates to a multi-scene imaging optical element capable of simultaneously guiding a plurality of scenes (scenes) in different directions to a single imaging surface, and a line-of-sight detection input device configured using the same.

前方にある二つの光景の光を観察者の眼へ同時に導くための光学系については、下記の特許文献1に記載がある。同文献1に示されたものは、たとえば図5のように構成されている。すなわち、隣接する二箇所にレンズ部分51a・51bをもつレンズ51と、それらを通った光を反射等して経路変更させるホログラフィックプレート(ガラス板)52とが、互いに接近した位置に配置されている。ホログラフィックプレート52には、入力ホログラフィック光学素子53と出力ホログラフィック光学素子54とが取り付けられている。   An optical system for simultaneously guiding the light of two scenes in front to the observer's eyes is described in Patent Document 1 below. What was shown by the literature 1 is comprised like FIG. 5, for example. That is, a lens 51 having lens portions 51a and 51b at two adjacent locations, and a holographic plate (glass plate) 52 for reflecting the light passing through them and changing the path are arranged at positions close to each other. Yes. An input holographic optical element 53 and an output holographic optical element 54 are attached to the holographic plate 52.

光景Aからの入射光は、レンズ部分51aから入力ホログラフィック光学素子53を経てホログラフィックプレート52に入り、反射を繰り返して出力ホログラフィック光学素子54から観察者の眼55に達する。一方、光景Bからの入射光は、レンズ部分51bからホログラフィックプレート52内にほぼ直角に入り、そのまま同じ観察者の眼55に至る。こうして、光景AおよびBの双方の光が観察者の眼55に届くわけである。
特表2001−514764号公報
Incident light from the scene A enters the holographic plate 52 from the lens portion 51a through the input holographic optical element 53, and repeats reflection to reach the observer's eye 55 from the output holographic optical element 54. On the other hand, incident light from the scene B enters the holographic plate 52 from the lens portion 51b at a substantially right angle and reaches the eyes 55 of the same observer as it is. Thus, both the lights of the scenes A and B reach the observer's eyes 55.
JP-T-2001-514864

また、眼の像を撮影することにより、視線の方向を把握して視線がとらえている対象を計測する眼鏡型の視線検出装置については、図6に示す構成のものが下記の特許文献2に記載されている。その視線検出装置は、透明板64・65を有するメガネフレーム61上に、照明ユニット62と撮像ユニット63、および映像の表示ユニット66が取り付けられたものである。   Further, a spectacle-type eye gaze detection apparatus that measures an object captured by grasping the direction of the eye gaze by taking an image of the eye has a configuration shown in FIG. Are listed. The line-of-sight detection device has an illumination unit 62, an imaging unit 63, and an image display unit 66 mounted on a spectacle frame 61 having transparent plates 64 and 65.

図6の装置では、照明ユニット62によって使用者の眼eに照明を当てながら、撮像ユニット63(およびそれに接続されたコントロールユニット(図示省略))によってその使用者の視線の方向を判定する。表示ユニット66は、ホログラム光学素子(ディスプレイ)67により、いくつかの選択肢を含む映像を使用者に表示している。そのため、この視線検出装置(のコントロールユニット)は、上記のように判定する視線の方向から、ディスプレイの映像中のどの選択肢を使用者が見ているかを把握し、その信号を各種機器の制御に利用する。
特開2003−230539号公報
In the apparatus of FIG. 6, while the illumination unit 62 illuminates the user's eye e, the imaging unit 63 (and a control unit (not shown) connected thereto) determines the direction of the user's line of sight. The display unit 66 displays an image including several options to the user by a hologram optical element (display) 67. Therefore, this line-of-sight detection device (the control unit thereof) grasps which option the user sees from the direction of the line of sight determined as described above, and uses the signal to control various devices. Use.
JP 2003-230539 A

特許文献1に記載された光学系は、二つの光景からの光を同時に一つの撮像面に導くことができるものだが、レンズとホログラフィックプレートとを組み合わせるなど構成が複雑であるため、大きくて重いものになってしまう。そのため、メガネフレーム等に組み込んでメガネと同様に使用することは実際にはかなり難しいと予想される。また、複数の光学素子に光を通過させるほか何度も光を反射させるため、像にひずみが生じ、光学系に適切な調整を加える必要がある、といった不都合もあり得る。   The optical system described in Patent Document 1 can guide light from two scenes to one imaging surface at the same time, but it is large and heavy due to its complicated structure such as combining a lens and a holographic plate. It becomes a thing. Therefore, it is expected that it is actually quite difficult to use it in the same manner as glasses by incorporating it in a glasses frame or the like. Further, since the light is allowed to pass through a plurality of optical elements and the light is reflected many times, there is a problem in that the image is distorted and it is necessary to make an appropriate adjustment to the optical system.

一方、特許文献2に記載の視線検出装置は、視線の方向(黒目の位置)のみを検出しているものであり、視線がとらえている対象を計測するには別の手法を必要とする。特許文献2の例では、ディスプレイ上のどの選択肢を見ているかを計測するために、あらかじめディスプレイ上のサンプル点の位置を見ているときの黒目の位置を調べておき、その情報に基づいて計測を行う。しかしこのようにするには、使用する計測機器が増えるほか、相当に複雑な演算ないしキャリブレーションを行うことも不可欠になる。また、視線がとらえている対象について計測できる範囲をディスプレイ上の選択肢に限る場合、実空間にある任意の光景のうちから何に視線を向けているかを把握することは不可能で、装置の用途はかなり限定されたものにならざるを得ない。   On the other hand, the line-of-sight detection device described in Patent Document 2 detects only the direction of the line of sight (the position of the black eye), and requires another method for measuring an object captured by the line of sight. In the example of Patent Document 2, in order to measure which option is being viewed on the display, the position of the black eye when the position of the sample point on the display is viewed in advance is examined, and measurement is performed based on that information. I do. However, in order to do this, the number of measuring instruments to be used increases, and it is indispensable to perform a considerably complicated calculation or calibration. In addition, when the range that can be measured for the object that the line of sight is captured is limited to the choices on the display, it is impossible to grasp what the line of sight is directed to from any arbitrary scene in real space, Must be quite limited.

本発明はこのような課題を解決することを目的としている。すなわち、簡単な構成の多重シーン撮像用光学素子を提供し、さらには、それを含めて構成され、視線がとらえている対象をより直接に検知できるうえ実空間における視線の方向をも知ることができる視線検出入力装置を提供するものである。 The present invention aims to solve such problems. In other words, it provides a simple optical imaging device for multiple scene imaging, and further includes an optical element that can be detected directly and can detect the direction of the line of sight in real space. The gaze detection input device which can be provided is provided.

発明による多重シーン撮像用光学素子は、異なる方向にある複数のシーン(光景)を同時に一つの撮像面に導くためのもので、複数のシーンのそれぞれの光を上記一つの撮像面上に結像させるようにした単一のホログラフィック光学素子から構成したことを特徴とする。
ここにいう「ホログラフィック光学素子」とは、ホログラフィ技術による光学的機能を有する要素をさす。「単一のホログラフィック光学素子」は、レンズやミラー等を組み合わせることなく、一体の素子で構成されるものを意味する。また「入力面」および「撮像面」は、平面に限らず、任意の曲面であってよい。図1・図2等に示す光学素子1は、上記したホログラフィック光学素子であり、発明による多重シーン撮像用光学素子の一例である。
The multi-scene imaging optical element according to the invention is for guiding a plurality of scenes (scenes) in different directions to one imaging surface at the same time, and images each light of the plurality of scenes on the one imaging surface. It is characterized by comprising a single holographic optical element that can be made to operate.
The “holographic optical element” as used herein refers to an element having an optical function based on a holographic technique. A “single holographic optical element” means an element constituted by an integral element without combining a lens, a mirror, or the like. The “input surface” and “imaging surface” are not limited to planes, and may be arbitrary curved surfaces. An optical element 1 shown in FIGS. 1 and 2 is the above-described holographic optical element, and is an example of an optical element for multiple scene imaging according to the invention .

こうした多重シーン撮像用光学素子は、二つ以上のシーンを観察者の眼やカメラなどに同時に導きたい場合に広く利用できる。しかし従来のものとは違って単一のホログラフィック光学素子から構成したものであるため、コンパクト化および軽量化することができるうえ、光学的な調整を施さなくとも像のひずみが小さくなるという顕著な利点がある。このような利点は、前記した特許文献1(特表2001−514764)に記載の光学系(図5を参照)にはないものである。 Such an optical element for imaging multiple scenes can be widely used when two or more scenes are to be simultaneously guided to an observer's eyes or a camera. However, unlike the conventional one, it is composed of a single holographic optical element, so that it can be made compact and light, and the distortion of the image is reduced without optical adjustment. There are significant advantages. Such advantages are not present in the optical system (see FIG. 5) described in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 2001-514864).

上記のホログラフィック光学素子としては、各シーンの光を上記一つの撮像面上に結像させるための屈折率分布を有する面状のホログラムであり、複数のシーンのそれぞれの光についての屈折率分布を集積されたものを使用するのがよい。そうすれば、上記した多重シーン撮像用光学素子を、格別な困難を伴うことなく製造し、具体化することができる。   The holographic optical element is a planar hologram having a refractive index distribution for imaging the light of each scene on the one imaging surface, and the refractive index distribution for each light of a plurality of scenes. It is good to use what was integrated. By doing so, the above-described multiple-scene imaging optical element can be manufactured and embodied without any particular difficulty.

上記のホログラフィック光学素子は、素子をはさむ両側にあるシーンを、一方の側にある一つの撮像面上に結像させるものとするのが好ましい。「素子をはさむ両側にあるシーンを、一方の側にある一つの撮像面上に結像させるもの」というのは、すなわち、透過型と反射型とを集積したホログラフィック光学素子をさす。
かかるホログラフィック光学素子を使用するなら、多重シーン撮像用光学素子により、180°程度離れた方向にある複数のシーンを一つの撮像面上に結像させるという、前記の特許文献1の光学系には含まれない機能を発揮させることが可能になる。
In the holographic optical element described above, it is preferable that a scene on both sides sandwiching the element is imaged on one imaging surface on one side. “Those that form an image of a scene on both sides of an element on one imaging surface on one side” means a holographic optical element in which a transmission type and a reflection type are integrated.
If such a holographic optical element is used, the optical system of Patent Document 1 in which multiple scene imaging optical elements are used to form images on a single imaging surface in a direction separated by about 180 °. It is possible to demonstrate functions that are not included.

発明による視線検出入力装置は、
・ 上記したいずれかの多重シーン撮像用光学素子を、人の視野にある光景とその人の眼部の像とを同時に一つの撮像面上に結像させるよう配置し、
・ さらに、上記撮像面の位置に、人の視野にある光景とその人の眼部の像とを同時に取り込むように撮像素子を設けた
ことを特徴とする。図2・図3等において光学素子1および撮像素子c等により構成した視線検出入力装置は、上記視線検出入力装置の一例である。
The gaze detection input device according to the invention is:
-Arranging one of the above-described multiple-scene imaging optical elements so that a scene in a person's field of view and an image of the person's eye are simultaneously imaged on one imaging surface,
In addition, an imaging element is provided at the position of the imaging surface so as to simultaneously capture a scene in the human field of view and an image of the human eye. Visual axis detecting input device constructed by the optical element 1 and the imaging device c, etc. in FIGS. 2 and 3, etc. is an example of the visual line detecting input device.

こうした視線検出入力装置によれば、一つの撮像素子により、眼部(黒目とその周辺)と視野にある光景との両方が撮像される。そのため、他の光学系機器は不要であり、シンプルかつ小型に装置を構成することができる。また、双方の像が別々の撮像素子に取り込まれるのではないため、計測機器を用いて特殊な演算やキャリブレーション等をしなくとも、視線が捉えている対象を正確かつ容易に把握することができる。
前記した特許文献2(特開2003−230539)の技術が眼部のみを撮像したうえその視線がディスプレイ上の映像のどの部分に向けられているかを判断するのに対し、発明の装置は、眼部と実空間とを撮像し、実空間上のどこに視線が向けられているのかを検出する。つまり、検出できる視線の向きが特定のディスプレイ上に限定されない。しかも、眼部と実空間とを撮像するにもかかわらず、上記のとおり別々の撮像素子等が不要でありキャリブレーション等も必要もないわけである。
According to such a line-of-sight detection input device, both an eye part (black eyes and the surroundings) and a scene in the field of view are imaged by one image sensor. Therefore, no other optical equipment is required, and the apparatus can be configured simply and compactly. In addition, since both images are not captured by separate image sensors, it is possible to accurately and easily grasp the target captured by the line of sight without special calculations or calibrations using a measuring device. it can.
Whereas the technique of the above-mentioned Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-230539) picks up only the eye part and determines to which part of the image on the display the line of sight is directed, the apparatus of the invention The real part and the real space are imaged to detect where the line of sight is directed in the real space. That is, the gaze direction that can be detected is not limited to a specific display. In addition, despite the imaging of the eye and the real space, separate imaging elements and the like are not necessary as described above, and calibration and the like are not necessary.

上記の視線検出入力装置においては、
・ ホログラフィック光学素子を、素子の前方にある光景と素子の後方にある眼部の像とを一つの撮像面上に結像させる面状のものとしてメガネフレームのレンズ部相当箇所に取り付け、
・ 上記の撮像素子も、同じメガネフレームに取り付ける------のが好ましい。
In the above gaze detection input device,
・ A holographic optical element is attached to the lens frame corresponding part of the spectacle frame as a planar object that forms a scene in front of the element and an image of the eye part behind the element on one imaging surface,
-It is preferable to attach the above image sensor to the same eyeglass frame ------.

そのようにすれば、使用者がこの視線検出入力装置をメガネのように頭部に装着し、従来のパーソナルコンピュータ用マウス等に代わる、視線検出により信号を入力する装置として使用することができる。メガネフレーム上にホログラフィック光学素子と撮像素子とを取り付けるのであるから、ハンズフリーの新しい入力デバイスとなる。なお、前方の光景と後方の眼部とを、単一のホログラフィック光学素子が共通の撮像素子に結像させることから、コンパクトかつ軽量に構成することが可能である。   By doing so, the user can use this line-of-sight detection input device as a pair of glasses and use it as an apparatus for inputting a signal by line-of-sight detection instead of a conventional personal computer mouse or the like. Since the holographic optical element and the imaging element are mounted on the eyeglass frame, it becomes a new hands-free input device. In addition, since a single holographic optical element forms an image on a common imaging element with a front scene and a rear eye part, it can be configured to be compact and lightweight.

上記の視線検出入力装置には、
・ 上記のホログラフィック光学素子と上記の撮像素子、および撮像素子が発する視線検出情報を外部に伝える送信手段を取り付けるほか、
・ 外部から伝えられる情報を受け取る受信手段、および受信手段により受け取った情報を視覚的または聴覚的に表す情報提示手段をも付属させる------のがよい。
図4に示す視線検出入力装置20は、送信手段2および受信手段8等を付属させたもので、ここにいう視線検出入力装置の一例である。
In the above gaze detection input device,
・ In addition to attaching the above holographic optical element, the above image pickup element, and transmission means for transmitting gaze detection information emitted by the image pickup element to the outside,
-It is preferable to attach a receiving means for receiving information transmitted from the outside and an information presenting means for visually or audibly expressing the information received by the receiving means.
The line-of-sight detection input device 20 shown in FIG. 4 is an example of the line-of-sight detection input device referred to here, to which the transmission unit 2 and the reception unit 8 are attached.

こうした視線検出入力装置は、まず、ホログラフィック光学素子と撮像素子、送信手段を備えるので、使用者が視線を向けている対象を検出し外部へ送信することができる。また、受信手段と情報提示手段とを有するので、使用者に対し、外部からの情報を視覚的または聴覚的に提供することができる。つまり使用者は、この視線検出入力装置を用いて双方向の情報伝達を行えることになる。   Since such a line-of-sight detection input device includes a holographic optical element, an image pickup element, and a transmission unit, it is possible to detect and transmit an object to which the user is pointing the line of sight. Moreover, since it has a receiving means and an information presentation means, the information from the outside can be provided visually or audibly to the user. That is, the user can perform bidirectional information transmission using the line-of-sight detection input device.

上記の送信手段および受信手段を、データベースまたは情報提供者もしくは作業指示者の端末装置に接続するなら、さらに好ましい。
そうすると、撮像素子からの情報をデータベースやエキスパート(情報提供者・作業指示者)に送信し、それらからの情報を情報提示手段に表示して使用者に提供することができる。つまり、この視線検出入力装置をウェアラブルの入出力端末として、ネットワーク等を介し、遠隔のデータベースやエキスパートとの間で双方向の情報伝達が可能になる。
It is further preferable that the transmission means and the reception means are connected to a database or a terminal device of an information provider or work instructor.
If it does so, the information from an image pick-up element can be transmitted to a database and an expert (information provider and work directions person), and the information from them can be displayed on an information presentation means, and can be provided to a user. In other words, it is possible to transmit information to and from a remote database or expert via a network or the like using this line-of-sight detection input device as a wearable input / output terminal.

上記視線検出入力装置においては、
・ 上記のホログラフィック光学素子を、素子の前方にある光景と素子の後方にある眼部の像とを一つの撮像面上に結像させる面状のものとしてメガネフレームのレンズ部相当箇所に取り付け、上記の撮像素子を、同じメガネフレームに取り付けるとともに、
・ 受信手段にて受信した情報を視覚的に表す情報提示手段を、同じメガネフレームにおけるレンズ部相当箇所に取り付ける------のがよい。
図4の視線検出入力装置20は、そのような構成を例示したものでもある。
そのようにすれば、一般のメガネのように頭部に装着できる装置として視線検出入力装置を構成でき、ハンズフリーの使いやすい双方向情報伝達手段となる。
In the line-of-sight detection input device,
・ Attach the above holographic optical element to the lens part of the eyeglass frame as a plane that forms the scene in front of the element and the image of the eye behind the element on a single imaging surface. While mounting the above image sensor on the same glasses frame,
-It is recommended to attach information presentation means that visually represents the information received by the reception means to the lens part equivalent part of the same eyeglass frame ------.
The line-of-sight detection input device 20 in FIG. 4 also illustrates such a configuration.
By doing so, the line-of-sight detection input device can be configured as a device that can be worn on the head like ordinary glasses, and it becomes a hands-free and easy-to-use bidirectional information transmission means.

発明による多重シーン撮像用光学素子によれば、構成が簡単で軽量かつコンパクトでありながら、異なる方向にある複数のシーン(光景)を同時に一つの撮像面に導くことができ、しかも像のひずみが小さくなる。 According to the optical element for multi-scene imaging by the invention, while a configuration is simple lightweight and compact, it can be guided at the same time one of the imaging surface a plurality of scenes (scene) in different directions, yet the strain image is Get smaller.

発明による視線検出入力装置によれば、一つの撮像素子によって、眼部と、視野にある光景との両方が撮像される。そのため、キャリブレーションをしなくても、また特殊な演算をしなくても、視線が捉えている対象を正確かつ容易に把握することができる。特定のディスプレイ内の制限された光景に限らず、実空間におけるどの光景を見ているかを検知できるという利点もある。そしてこの装置は、従来のパーソナルコンピュータ用マウス等に代わる、視線検出により信号を入力する装置とすることが可能であるほか、双方向の情報伝達を行えるウェアラブルの入出力端末に構成することもできる。
According to the line- of- sight detection input device according to the invention , both the eye part and the scene in the field of view are imaged by one image sensor. Therefore, it is possible to accurately and easily grasp the object captured by the line of sight without performing calibration or performing special calculations. There is also an advantage that it is possible to detect not only a limited scene in a specific display but also a scene in a real space. In addition to the conventional mouse for personal computers, this device can be used as a device for inputting signals by eye gaze detection, and can also be configured as a wearable input / output terminal capable of bidirectional information transmission. .

図1(a)〜(c)に、発明の実施形態としての多重シーン撮像用光学素子1とその作製手順を示す。   1A to 1C show a multi-scene imaging optical element 1 as an embodiment of the invention and a manufacturing procedure thereof.

まず図1(a)は、透過型ホログラフィック光学素子(ホログラム)1aの作製要領を示す図である。入力面1の位置P1にある光源O1からの光と、光学素子1aに対して入力面1の光源O1からの光と同じ側から入射し、かつ観測面の位置P2に結像する光との干渉縞を、光学素子1aに記録する。そうすると、光学素子1aにおける干渉縞による光の干渉・回折作用によって、入力面1の位置P1の光景が上記の観測面の位置P2上に結像する。 First, FIG. 1A is a diagram showing a manufacturing procedure of a transmission type holographic optical element (hologram) 1a. And light from the light source O 1 at the position P1 of the input surface 1, incident from the same side as the light from the light source O 1 of the input surface 1 with respect to the optical element 1a, and focused on the position P2 of the observation plane light Are recorded on the optical element 1a. Then, the scene at the position P1 on the input surface 1 is imaged on the position P2 on the observation surface by the interference / diffraction action of light by the interference fringes in the optical element 1a.

図1(b)は反射型ホログラフィック光学素子(ホログラム)1bの作製要領を示すもので、入力面2の位置P3にある光源O3からの光と、光学素子1bに対して入力面の光源の反対側から入射し位置P4に結像する光との干渉縞を、位置P3と位置P4から同一の向きに離して置いた光学素子1bに記録する。こうした光学素子1bを用いると、入力面2の位置P3の光景が光学素子1bからみて同じ側にある観測面の位置P4上に結像する。 FIG. 1B shows a procedure for producing the reflection type holographic optical element (hologram) 1b. The light from the light source O 3 at the position P3 on the input surface 2 and the light source on the input surface with respect to the optical element 1b. Interference fringes with light incident from the opposite side and imaged at the position P4 are recorded on the optical element 1b placed in the same direction away from the positions P3 and P4. When such an optical element 1b is used, the scene at the position P3 on the input surface 2 is imaged on the position P4 on the observation surface on the same side as viewed from the optical element 1b.

図1(c)に示す多重シーン撮像用光学素子1は、図1(a)・(b)によって形成される透過型および反射型のホログラフィック光学素子1a・1bを集積することにより作製する。光学素子1a・1bを集積することは、たとえば、干渉縞を記録する一つの感光体に図1(a)・(b)に示す双方の露光を行ったうえ当該感光体を現像処理することにより行えるが、コンピュータシミュレーションによる干渉縞情報に基づく屈折率分布を電子ビーム描画等によって作製するのもよい。いずれの場合も、多重シーン撮像用光学素子1は、ホログラム等と呼ばれる単一のホログラフィック光学素子として構成される。   The multi-scene imaging optical element 1 shown in FIG. 1C is manufactured by integrating the transmissive and reflective holographic optical elements 1a and 1b formed by FIGS. 1A and 1B. The optical elements 1a and 1b can be integrated, for example, by performing both exposures shown in FIGS. 1A and 1B on one photoconductor for recording interference fringes and developing the photoconductor. Although it is possible, a refractive index distribution based on interference fringe information by computer simulation may be produced by electron beam drawing or the like. In any case, the multiple scene imaging optical element 1 is configured as a single holographic optical element called a hologram or the like.

作製した光学素子1によると、入力面1の位置にある物mなどのシーンが上記観測面上に結像するとともに、入力面2の位置にある眼部eなどのシーンも同じ観測面上に結像する。つまり、この多重シーン撮像用光学素子1には、物mなどの光を観測面上に結像するレンズ機能と、眼部eなどの光を反射して観測面上に結像させるミラー機能およびレンズ機能とが備わっている。したがって、その観測面に撮像面sの位置を合わせて撮像素子cを配置するなら、その撮像素子cには、二つのシーン(物mおよび眼部e)が一つの画像として結像することになる。なお、上記した集積の数を増やせば、3以上のシーンを同じ画像として結像させることも可能である。なお、上述した作製方法において、入力面および観測面は平面に限らず任意の曲面であっても可能である。   According to the produced optical element 1, a scene such as the object m at the position of the input surface 1 is imaged on the observation surface, and a scene such as the eye part e at the position of the input surface 2 is also on the same observation surface. Form an image. In other words, the multiple-scene imaging optical element 1 has a lens function for forming an image of light such as the object m on the observation surface, a mirror function for reflecting light of the eye portion e and the like to form an image on the observation surface, and With lens function. Therefore, if the imaging device c is arranged with the position of the imaging surface s aligned with the observation surface, two scenes (the object m and the eye portion e) are formed as one image on the imaging device c. Become. Note that if the number of accumulations described above is increased, it is possible to form three or more scenes as the same image. Note that, in the above-described manufacturing method, the input surface and the observation surface are not limited to flat surfaces, and may be arbitrary curved surfaces.

図2は、多重シーン撮像用光学素子を用いて人の視線検出入力を行う方法を概念的に示す図である。上述のようにして作製した図1(c)の多重シーン撮像用光学素子1を、図2(a)のとおり使用者の眼部eの前に置き、その使用者の頭の横などにCCDカメラ等の撮像素子cを配置する。そうすると、撮像素子cには、図2(b)に示すように、使用者の前方にある物mの画像m’とともに使用者の眼部eの画像e’とが1枚の画像として撮り込まれる(画像の重なり方は任意に設定できる)。その画像には、前方に見えるシーンが映るとともに、使用者の黒目の位置が表示されるため、その使用者が視線をどこに向けて何をとらえているかをその画像から容易に知ることができる。   FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating a method for performing human eye-gaze detection input using an optical element for multiple scene imaging. The multi-scene imaging optical element 1 shown in FIG. 1 (c) produced as described above is placed in front of the user's eye e as shown in FIG. 2 (a), and the CCD is placed next to the user's head. An image sensor c such as a camera is disposed. Then, as shown in FIG. 2B, the image sensor c captures an image m ′ of the object m in front of the user and an image e ′ of the eye part e of the user as one image. (The method of overlapping images can be set arbitrarily). In the image, a scene that appears in front is reflected, and the position of the user's black eyes is displayed. Therefore, the user can easily know from what the user is looking at and what the user is looking at.

そのような原理にしたがい、コンピュータ用のウェアラブルなメガネ型の視線検出入力装置として、図3に示す装置10を構成することができる。図示の視線検出入力装置10は、メガネフレーム11の左右のレンズ部相当箇所に多重シーン撮像用光学素子1を取り付け、同じフレーム11のうち耳かけに近い左右の部分に撮像素子cを取り付けている。   According to such a principle, the apparatus 10 shown in FIG. 3 can be configured as a wearable eyeglass-type line-of-sight detection input apparatus for a computer. In the illustrated line-of-sight detection input device 10, the multiple-scene imaging optical element 1 is attached to the left and right lens portions corresponding to the eyeglass frame 11, and the imaging element c is attached to the left and right portions of the same frame 11 close to the ear hook. .

こうした視線検出入力装置10は、使用者がメガネと同じように頭部に装着したうえ、マウス等に代わるコンピュータ用入力装置として使用することができる。つまり、見ようとしているシーンが視野に入るように顔を向けて視線検出入力装置10の向きを定めるとともに、その視野のうちの特定のシーン(物mなど)に視線を向ければ、撮像素子cの1画像中に撮り込まれる当該物mなどの画像m’と使用者の眼部eの画像e’とから、視線による使用者の意図を検知できる。一定時間以上凝視したことや特定回数の瞬きをしたこと等をその意図の確定信号として定めれば、マウス等と同様の入力機能を全くのハンズフリーで実現できることになる。使用者が動いても視線検出に支障がないことは言うまでもない。
左右のレンズ部相当箇所に多重シーン撮像用光学素子1を取り付ければ、右目眼部の像と右目の視野を含む画像、および左目眼部の像と左目の視野を含む画像より、人の視野の3次元情報を取得できる。
Such a line-of-sight detection input device 10 can be used as a computer input device in place of a mouse or the like after the user wears it on the head like glasses. In other words, the direction of the line-of-sight detection input device 10 is determined so that the scene to be viewed is in the field of view, and the line of sight is directed to a specific scene (such as the object m) in the field of view. From the image m ′ such as the object m captured in one image and the image e ′ of the user's eye part e, it is possible to detect the user's intention by the line of sight. If it is determined that the intention is fixed, such as staring for a certain period of time or blinking a specific number of times, an input function similar to that of a mouse can be realized completely hands-free. Needless to say, even if the user moves, the gaze detection is not hindered.
If the multiple-scene imaging optical element 1 is attached to the left and right lens portions, the human visual field can be obtained from the image of the right eye and the image of the right eye, and the image of the left eye and the image of the left eye. Three-dimensional information can be acquired.

図4には、メガネフレーム21上に、上記した多重シーン撮像用光学素子1や撮像素子cとともにディスプレイ6(つまり使用者に対して視覚的に情報を伝える情報提示手段)を取り付けたメガネ型の視線検出入力装置20などを示している。上記の光学素子1は右側(または左側)のレンズ部相当箇所に取り付け、それと反対の側のレンズ部相当箇所にディスプレイ6を取り付けている。撮像素子cは、光学素子1の後面に向けて耳かけ部の付近に取り付けた。また、撮像素子cには、その画像情報を外部に伝える送信手段2を接続し、ディスプレイ6には、外部からの画像情報をディスプレイ6に取り込むための受信手段8を接続している。   In FIG. 4, a glasses-type in which a display 6 (that is, an information presentation means that visually conveys information to the user) is mounted on the glasses frame 21 together with the above-described multiple-scene imaging optical element 1 and imaging element c. The line-of-sight detection input device 20 etc. are shown. The optical element 1 is attached to the right (or left) portion of the lens portion, and the display 6 is attached to the opposite portion of the lens portion. The image sensor c was attached in the vicinity of the ear hooking portion toward the rear surface of the optical element 1. The image sensor c is connected to a transmitting means 2 for transmitting the image information to the outside, and the display 6 is connected to a receiving means 8 for taking image information from the outside into the display 6.

この視線検出入力装置20によると、多重シーン撮像用光学素子1と撮像素子cおよび送信手段2の作用により、使用者の視線による入力情報を外部へ送信することができるばかりでなく、受信手段8とディスプレイ6とを有することから、外部からの情報を使用者へ視覚的に提供することができる。つまり、この視線検出入力装置20を用いれば、使用者は外部との間で双方向の情報伝達を行える。ディスプレイ6に代えて、またはディスプレイ6とともに、イヤフォン7のような聴覚的な情報提示手段を設けることも可能で、そうした場合にも同様の双方向情報伝達が可能である。   According to the line-of-sight detection input device 20, not only can the input information based on the user's line of sight be transmitted to the outside by the action of the optical device 1 for multiple scene imaging, the image sensor c, and the transmission means 2, but also the reception means 8 And the display 6 make it possible to visually provide information from the outside to the user. That is, by using this line-of-sight detection input device 20, the user can perform bidirectional information transmission with the outside. Instead of the display 6 or together with the display 6, an auditory information presentation means such as an earphone 7 can be provided. In such a case, similar bidirectional information transmission is possible.

視線検出入力装置20は、図4のようにネット(情報伝達網)30に接続し、同様にネット30に接続されたデータベース41等との間で情報の送受信システムを形成するのもよい。視線検出入力装置20の使用者は、送信手段2から送る信号(視線による入力情報)によってデータベース41中の特定の情報にアクセスし、受信手段8を介して当該データベース41中の情報につき提示を受ける。その場合、ディスプレイ6に表示される情報のうち何を見ているかについても、使用者の黒目の動きを撮像素子cで認識することにより視線検出入力装置20が検知してデータベース41へ送信することとすれば、情報の選択や収集がとくに容易に行える。   The line-of-sight detection input device 20 may be connected to a net (information transmission network) 30 as shown in FIG. 4 and may form an information transmission / reception system with the database 41 or the like similarly connected to the net 30. The user of the line-of-sight detection input device 20 accesses specific information in the database 41 by a signal (input information by line of sight) sent from the transmission unit 2 and receives presentation of the information in the database 41 through the reception unit 8. . In that case, the line-of-sight detection input device 20 detects what the user sees among the information displayed on the display 6 by recognizing the movement of the user's black eye by the image sensor c and transmits it to the database 41. If so, it is particularly easy to select and collect information.

上記した送受信システムにおいて、視線検出入力装置20が、エキスパート(特定の作業の熟練者であって作業指示や情報提供をなし得る者)の使用する端末機器42に接続される場合にもメリットがある。たとえば、
1) 視線検出入力装置20の使用者が見ているシーンとその使用者の視線がとらえている対象とを、遠隔地にいるエキスパートの端末機器42に伝え、その画面に表示する、
2) そのエキスパートは、端末機器42の画面を見て使用者の作業状況等を知り、作業対象部分や注目すべき箇所を教えたり必要なデータやマニュアルを提示したりするなど、ディスプレイ6やイヤフォン7などの情報提示手段を介して使用者に作業指示を出す
------といった使い方をすることも可能だからである。
同様にして、手術中の医師に対する情報提供システムや、遭遇状況に合ったルートを指示するなどの誘導ナビゲーションシステム、さらには、読んでいる箇所の外国語を翻訳する辞書システムなどとして送受信システムを構成し、好ましい使用をすることも可能である。用途によっては、情報提示手段を有しない視線検出入力装置(たとえば図3の装置10など)を、図4の装置20に代えて使用できる場合もある。
In the transmission / reception system described above, there is a merit when the line-of-sight detection input device 20 is connected to the terminal device 42 used by an expert (a person skilled in a specific work and capable of providing work instructions and information). . For example,
1) The scene that the user of the line-of-sight detection input device 20 is viewing and the object that the user's line of sight is capturing are transmitted to the terminal device 42 of the expert at a remote location and displayed on the screen.
2) The expert looks at the screen of the terminal device 42, knows the user's work status, etc., teaches the work target part and the part to be noticed, presents necessary data and manuals, etc. Give work instructions to the user via information presentation means such as 7.
It is also possible to use it like ------.
In the same way, the transmission / reception system is configured as a system for providing information to doctors during surgery, a guided navigation system such as instructing a route that matches the encounter situation, and a dictionary system that translates the foreign language of the part being read It is also possible to use it preferably. Depending on the application, a line-of-sight detection input device (for example, the device 10 in FIG. 3) that does not have an information presentation unit may be used instead of the device 20 in FIG.

図1(a)〜(c)は、発明の実施形態としての多重シーン撮像用光学素子1とその作製手順を示す図である。FIGS. 1A to 1C are diagrams showing a multiple scene imaging optical element 1 as an embodiment of the invention and a manufacturing procedure thereof. 図2(a)・(b)は、多重シーン撮像用光学素子を用いて人の視線検出入力を行う方法を概念的に示す図である。FIGS. 2A and 2B are diagrams conceptually showing a method for performing human eye-gaze detection input using an optical element for multiple scene imaging. 多重シーン撮像用光学素子1を使用して構成したメガネ型の視線検出入力装置10を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a glasses-type line-of-sight detection input device 10 configured using a multi-scene imaging optical element 1. FIG. メガネ型の視線検出入力装置20と、それを含む送受信システムを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the spectacles type eyes | visual_axis detection input device 20 and the transmission / reception system containing it. 前方にある二つの光景の光を観察者の眼へ同時に導くための従来の光学系を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the conventional optical system for guide | inducing the light of two scenes ahead ahead to an observer's eyes simultaneously. 従来の眼鏡型の視線検出装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conventional spectacles type gaze detection apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 多重シーン撮像用光学素子
c 撮像素子
m 物
e 眼部
2 送信手段
6 ディスプレイ(情報提示手段)
7 イヤフォン(情報提示手段)
8 受信手段
10・20 視線検出入力装置
30 ネット
41 データベース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical element for multiple scene imaging c Imaging element m Object e Eye part 2 Transmission means 6 Display (information presentation means)
7 Earphone (information presentation means)
8 Receiving means 10.20 Line-of-sight detection input device 30 Net 41 Database

Claims (5)

単一のホログラフィック光学素子からなり、当該素子をはさむ両側にあるシーンを一方の側にある一つの撮像面上に結像させるよう構成された多重シーン撮像用光学素子が、人の視野にある光景とその人の眼部の像とを同時に一つの撮像面上に結像させるようメガネフレームのレンズ部相当箇所に取り付けられ、A multi-scene imaging optical element composed of a single holographic optical element and configured to form an image of a scene on both sides of the element on one imaging surface on one side is in the human field of view Attach the spectacle and the person's eye image at the same time to the lens part of the spectacle frame so as to form an image on one imaging surface at the same time,
上記撮像面の位置に、人の視野にある光景とその人の眼部の像とを同時に取り込むように撮像素子が設けられて同じメガネフレームに取り付けられているAn imaging device is provided at the position of the imaging surface so as to simultaneously capture a scene in the human field of view and an image of the human eye, and is attached to the same glasses frame.
ことを特徴とする視線検出入力装置。A line-of-sight detection input device.
上記のホログラフィック光学素子と上記の撮像素子、および撮像素子が発する視線検出情報を外部に伝える送信手段のほか、
外部から伝えられる情報を受け取る受信手段、および受信手段により受け取った情報を視覚的または聴覚的に表す情報提示手段を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の視線検出入力装置。
In addition to the above-mentioned holographic optical element and the above-described imaging element, and transmission means for transmitting the line-of-sight detection information emitted by the imaging element to the outside,
The line-of-sight detection input device according to claim 1 , further comprising: a receiving unit that receives information transmitted from outside; and an information presentation unit that visually or audibly represents the information received by the receiving unit.
上記の送信手段および受信手段が、データベースまたは情報提供者もしくは作業指示者の端末装置に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の視線検出入力装置。 The line-of-sight detection input device according to claim 2 , wherein the transmission unit and the reception unit are connected to a database or a terminal device of an information provider or a work instructor. 受信手段にて受信した情報を視覚的に表す情報提示手段が、同じメガネフレームにおける、上記多重シーン撮像用光学素子が取り付けられた側とは別のレンズ部相当箇所に取り付けられている
ことを特徴とする請求項2または3に記載の視線検出入力装置。
The information presenting means for visually representing the information received by the receiving means is attached to the same eyeglass frame at a position corresponding to the lens unit different from the side where the optical element for multiple scene imaging is attached. The line-of-sight detection input device according to claim 2 or 3 .
請求項3または4に記載の視線検出入力装置を含む送受信システムであって、A transmission / reception system including the line-of-sight detection input device according to claim 3 or 4,
上記の撮像素子が上記送信手段を介して上記視線検出情報を上記端末機器に伝えるのに対し、上記の端末機器が、当該視線検出情報を受けて、それに応じた必要な指示または情報を上記受信手段を介して上記情報提示手段に提供するものであることThe imaging device transmits the line-of-sight detection information to the terminal device via the transmission unit, whereas the terminal device receives the line-of-sight detection information and receives the necessary instruction or information accordingly. Provided to the information presenting means through the means
を特徴とする視線検出入力装置を含む送受信システム。A transmission / reception system including a line-of-sight detection input device.
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