JP4802329B2 - Eye position measuring method and eye position measuring apparatus - Google Patents

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Description

この発明は、眼球位置すなわち眼球位置の計測方法とその装置、特に、3点以上の電極を用いて眼の周辺電位の分布を測定し、眼球位置を推定する眼球位置計測方法及び眼球位置計測装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for measuring an eyeball position, that is, an eyeball position, and in particular, an eyeball position measuring method and an eyeball position measuring apparatus for estimating the eyeball position by measuring the distribution of the peripheral electric potential of the eye using three or more electrodes. About.

人間の眼球は、網膜神経細胞がもつイオンポンプの働きにより、その内部において網膜側から角膜側に電流が流れるため、角膜側がプラス極(+)で網膜側がマイナス極(−)の電池モデルとして考えられる。すなわち、眼球は、角膜側がプラスの電荷、網膜側がマイナスの電荷を帯びた電気双極子として振る舞い、そのため、眼球を左右上下に動かすと、それに応じて眼球周辺の電位分布に変化が生じる。例えば、眼が右側を向けば、眼の右側周辺の電位は左側周辺の電位に比べて高くなるため、眼の右側と左側の皮膚表面電位を比較すると右側の方が高くなる。
このように、眼球が電荷を帯びていることを利用して、眼の左右あるいは上下に貼付した一対の電極の電位差を用いて水平方向あるいは垂直方向の眼球の位置を推定する方法は、特に医学臨床分野において、眼電位図(EOG:Electro-oculogram)手法として、主に眼振の特性を調べる手段として多く用いられている。
The human eyeball is operated as an ion pump in the retinal neurons, so that current flows from the retinal side to the corneal side, so the corneal side is considered as a battery model with a positive pole (+) and a retinal side with a negative pole (-). It is done. That is, the eyeball behaves as an electric dipole having a positive charge on the cornea side and a negative charge on the retina side. Therefore, when the eyeball is moved left and right and up and down, the potential distribution around the eyeball changes accordingly. For example, when the eye is directed to the right side, the potential around the right side of the eye is higher than the potential around the left side, and therefore the right side is higher when the skin surface potentials on the right and left sides of the eye are compared.
As described above, a method for estimating the position of the eyeball in the horizontal direction or the vertical direction using the potential difference between the pair of electrodes attached to the left and right or the top and bottom of the eye by using the fact that the eyeball is charged is particularly medical. In the clinical field, as an electrooculogram (EOG) technique, it is often used as a means mainly for examining characteristics of nystagmus.

この眼球を電池とみなしたモデルから予測される電位と、観測した眼電位図から得られた電位とを比較し、電池モデルの有効性を検証した論文には、非特許文献1がある。この論文では、眼球をその正面を中心として左右交互に衝動運動をさせたときの、眼球の外側近傍の電位を測定している。そして、眼球を動かしたときの電位の変化分をEOG電位として導出し、眼球周辺の位置の違いによる電位変化を解析している。   Non-patent document 1 is a paper in which the potential predicted from a model in which the eyeball is regarded as a battery is compared with the potential obtained from an observed electrooculogram and the effectiveness of the battery model is verified. In this paper, the electric potential in the vicinity of the outside of the eyeball is measured when the eyeball is subjected to an impulse motion alternately left and right around its front. Then, the change in potential when the eyeball is moved is derived as an EOG potential, and the potential change due to the difference in the position around the eyeball is analyzed.

また、眼球の有効視野範囲を計測する装置であって、眼球の左右、上下に1個ずつ電極
をつけて眼球の電位を測る方法も提案されている。(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載された眼球電位計測の手法は、眼球の水平方向及び垂直方向の各眼球位置変化分を電位差として測定し、これら水平及び垂直方向の変化分出力から高速眼球運動成分を抽出している。そして、この高速眼球運動の回数を計測して、視野位置別に計数比較を行い、高速眼球運動が1回以下で検出できる目標刺激の位置を求めることによって、有効視野範囲を計測するようにしている。
There is also proposed a device that measures the effective visual field range of the eyeball and measures the potential of the eyeball by attaching electrodes one by one to the left, right, and top of the eyeball. (For example, refer to Patent Document 1).
The eye potential measurement method described in Patent Document 1 measures each eyeball position change in the horizontal direction and vertical direction of the eyeball as a potential difference, and extracts a high-speed eye movement component from the horizontal and vertical change output. is doing. Then, the effective visual field range is measured by measuring the number of times of the high-speed eye movement, performing a count comparison for each visual field position, and obtaining the position of the target stimulus that can be detected by the high-speed eye movement once or less. .

伊月、久保、白石、西川、三村「眼球常存電位解析のための眼球の電池モデル」日眼学会 99巻 9号 1012頁〜1016頁Izuki, Kubo, Shiraishi, Nishikawa, Mimura “Battery model of eyeball for eyeball standing potential analysis” The Japanese Society of Ophthalmology 99 9 9 1012-1016 特開平9−38037号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-38037

一般のEOG手法は、原理的には一対の電極間の電位差と眼球位置の間の相関関係(広い範囲で直線関係が成立する)を利用して、事前に数箇所の眼球位置に対応する電位差を測定して直線回帰式(キャリブレーション)を求めておき、そして、この回帰式を用いて電位差から眼球位置を推定する手法である。このEOG手法は、その簡便さ、有用性は認識されているものの、測定精度の問題、測定環境・条件、個人差などの不安定要素のために眼球位置を計測する手法として十分に活用できるところまでには至っていない。   In general, the EOG technique uses a correlation between a potential difference between a pair of electrodes and an eyeball position (a linear relationship is established in a wide range), and potential differences corresponding to several eyeball positions in advance. Is used to obtain a linear regression equation (calibration), and the eye position is estimated from the potential difference using this regression equation. Although this EOG method is recognized for its simplicity and usefulness, it can be fully used as a method for measuring eyeball position due to measurement accuracy problems, measurement environment / conditions, and unstable factors such as individual differences. It has not yet reached.

その原因は、この直線関係を示す回帰式が、時間とともに眼球の電流密度(あるいは電荷)が変化するドリフト現象によって時間的にその直線関係の傾きが変化するために、長期的に安定した眼球位置の推定ができない点にある。ドリフト現象の原因は、網膜神経細胞のイオンポンプの働きの変化によるもので、その大きさは眼に入る光の強度に依存していると考えられるが、その変化を事前に求めることは不可能であり、結果として、ドリフト現象を補償することが困難であった。
そのため、眼球位置計測手法としては、例えば眼の動きを観察できる位置にビデオカメラ等を配置し、これによって、眼の動きそのものや眼に移った光源の虚像の動きを観察する角膜反射法や眼球画像解析法などや、眼に光を当てその反射光の強度変化を観察する強膜反射法などの方法が採られる。
しかしながら、このような手法による場合、計測対象者の眼前に設置された光学系やビデオカメラが視野を遮ること、また、頭部に光学系や信号処理回路などを搭載する必要があることなど、計測対象者の物理的、心理的負担が大きい。また、通常は、これらの装置からケーブルを通じて外部の主体装置に接続して信号処理を行うが、この際に、信号伝送中にノイズの影響を受けることや、計測対象者の動きを束縛することなどの問題がある。したがって、これらの手法は、実験室以外での計測、例えば、長時間の計測、計測対象者の身体が動く環境や就寝時の計測では、頭部搭載の装置が邪魔になるなどから使い難いという問題があった。
The reason for this is that the regression equation indicating this linear relationship changes the slope of the linear relationship over time due to the drift phenomenon in which the current density (or charge) of the eyeball changes over time, so that the position of the eyeball stable over the long term It is in the point that cannot be estimated. The cause of the drift phenomenon is due to a change in the function of the ion pump of the retinal nerve cell, and its magnitude is thought to depend on the intensity of light entering the eye, but it is impossible to determine the change in advance. As a result, it has been difficult to compensate for the drift phenomenon.
Therefore, as an eyeball position measurement method, for example, a video camera or the like is arranged at a position where the eye movement can be observed, and thereby, the eye movement itself or the movement of the virtual image of the light source transferred to the eye is observed. A method such as an image analysis method or a scleral reflection method in which light is applied to the eye and the intensity change of the reflected light is observed is employed.
However, when such a method is used, the optical system or video camera installed in front of the measurement subject's eyes obstructs the visual field, and the head needs to be equipped with an optical system, a signal processing circuit, etc. The physical and psychological burden on the measurement subject is large. Normally, these devices are connected to an external main device through a cable to perform signal processing, but at this time, they may be affected by noise during signal transmission or restrict the movement of the measurement subject. There are problems such as. Therefore, these methods are difficult to use because measurements outside the laboratory, such as long-time measurements, environments where the measurement subject's body moves, and measurements at bedtime, interfere with the head-mounted device. There was a problem.

非特許文献1に記載のEOG手法は、従来の相関主義に基づくデータ解析法、一対の電極間の電位差と眼球位置の間の相関関係(広い範囲で直線関係が成立する)を土台としたものではなく、モデルベーストな考え方、すなわち眼球を電池モデルとして捉え、電極位置、眼球の大きさ、眼球位置、及び電流密度と眼の周辺の皮膚電位との間の因果関係に基づいて眼電位を解析するものであり、従来のEOG手法が系統的な形に改良されたものである。しかしながら、この方法においても、ドリフト現象に関する補償がなされていないという上述したものと同様の問題を有する。   The EOG method described in Non-Patent Document 1 is based on a conventional data analysis method based on correlationism, and a correlation between a potential difference between a pair of electrodes and an eyeball position (a linear relationship is established in a wide range). Rather than model-based thinking, that is, the eyeball is regarded as a battery model, and the electrooculogram is analyzed based on the electrode position, the eyeball size, the eyeball position, and the causal relationship between the current density and the skin potential around the eye. The conventional EOG method is improved in a systematic form. However, this method also has the same problem as described above that compensation for the drift phenomenon is not made.

また、特許文献1に記載のものは、目標刺激を検出できる有効視野範囲を視野位置上で求めるものであり、この例においても、眼球の左右あるいは上下に電極をつけて電位測定を行う方法である点で、上述したEOG手法と同様に、時間とともに電位が変化するドリフト現象により、安定した測定ができないという問題がある。   In addition, the device described in Patent Document 1 obtains an effective visual field range in which a target stimulus can be detected on the visual field position. In this example, the potential measurement is performed by attaching electrodes to the left and right or upper and lower sides of the eyeball. In a certain point, like the EOG method described above, there is a problem that stable measurement cannot be performed due to a drift phenomenon in which the potential changes with time.

本発明は、電池モデルにおける電流密度の大きさを動的に推定することによりドリフト現象の影響を効果的に抑制し、高い精度をもって、更に、計測対象者の身体の動きに制約を与えることなく、かつ視野を遮ることがなく行なうことができるようにした眼球運動計測方法及び眼球計測装置を提供することを目的とする。   The present invention effectively suppresses the influence of the drift phenomenon by dynamically estimating the magnitude of the current density in the battery model, with high accuracy, and without further restricting the movement of the measurement subject's body. It is another object of the present invention to provide an eye movement measurement method and an eyeball measurement apparatus which can be performed without obstructing the visual field.

上記課題を解決し本発明の目的を達成するため、本発明の眼球位置計測方法は、眼(目)の周辺に装着した少なくとも3点以上の複数の電極によって検出される電位を、適宜組み合わせてその差電圧を取り出し、取り出された複数の差電位の情報を用いて、眼球を電池とみなしたモデルで眼球の網膜側から角膜側に流れる電流密度もしくは網膜と角膜に帯電しているとみなされる電荷の大きさと、眼球位置と、電極の貼付された位置と、眼球の大きさ(眼球半径)とを推定し、該推定した電極貼付位置と眼球半径を利用して、その後に取り出された電位差に基づき、前記眼球位置の推定と前記電流密度の推定とを、複数の時間サイクルにわたって交互に繰り返すEM(Expectation and Maximization)アルゴリズム手法を用いて、前記眼球位置と前記電流密度もしくは網膜と角膜に帯電しているとみなされる電荷の大きさの推定を行うことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the eyeball position measuring method of the present invention combines the potentials detected by at least three or more electrodes attached around the eye (eyes) as appropriate. The difference voltage is taken out, and the current density flowing from the retina side to the cornea side of the eyeball or the retina and the cornea are considered to be charged in a model in which the eyeball is regarded as a battery using information on the plurality of taken out potential differences. Estimate the size of the electric charge, the position of the eyeball, the position where the electrode is applied, and the size of the eyeball (eyeball radius), and then use the estimated electrode application position and the eyeball radius to extract the potential difference. The eye position and the current density are estimated using an EM (Expectation and Maximization) algorithm method that alternately repeats the estimation of the eye position and the current density over a plurality of time cycles. The present invention is characterized in that the current density or the magnitude of electric charge that is considered to be charged in the retina and cornea is estimated.

また、本発明による眼球位置計測装置は、眼の周辺に装着した少なくとも3点以上の複数の電極と、該電極間の任意の組み合わせから複数の電極間の電位差を検出する信号変換回路と、前記信号変換回路から抽出される電位差から、電極貼付位置と眼球を電池とみなしたモデルで眼球の網膜側から角膜側に流れる電流密度もしくは網膜と角膜に帯電しているとみなされる電荷の大きさと眼球位置とを繰り返し計算によって推定するプロセッサ及びデータ処理回路とを備え、前記データ処理回路の計算において、EM(Expectation and Maximization)アルゴリズム手法によって、前記眼球位置の推定と、電流密度の推定とを複数サイクルにわたって計算して求めることを特徴とする。   An eyeball position measuring apparatus according to the present invention includes at least three or more electrodes mounted around the eye, a signal conversion circuit that detects a potential difference between the plurality of electrodes from an arbitrary combination between the electrodes, From the potential difference extracted from the signal conversion circuit, the current density that flows from the retina side to the cornea side of the eyeball or the magnitude of the charge that is considered to be charged to the retina and cornea in the model where the electrode attachment position and the eyeball are regarded as batteries A processor and a data processing circuit for estimating the position by repetitive calculation. In the calculation of the data processing circuit, the estimation of the eye position and the estimation of the current density are performed in a plurality of cycles by an EM (Expectation and Maximization) algorithm method. It is characterized in that it is calculated over a range.

また、本発明の好ましい形態の眼球計測装置は、前記計測された電位から求められた電位差をデジタル信号に変換して送信する送信回路と、該送信回路から有線または無線にて送られた信号を受信する受信回路とをさらに備える。   The eyeball measuring device according to a preferred embodiment of the present invention includes a transmission circuit that converts a potential difference obtained from the measured potential into a digital signal and transmits the signal, and a signal transmitted from the transmission circuit by wire or wirelessly. And a receiving circuit for receiving.

本発明の眼球計測装置及び眼球運動計測方法によれば、眼の周辺に装着した3点以上の電極から得られた電位信号を元にして、眼球位置(眼の向き)と電流密度を推定し、EMアルゴリズムを用いてこれを所定時間の間、所定回数繰り返して行っているので、電流密度の時間的な変化に追従することが可能となり、その結果、正確な眼球位置を推定することが可能となっている。元来、EOG手法は眼球周辺に電極を貼付するだけで計測が可能であるため、計測対象者の視野を遮ったり頭部に光学系を搭載したりする必要がない。
また、好ましい眼球計測装置にあっては、観測された電位信号をデジタル無線等を用いて遠隔地の受信装置に送ってデータ処理を行うことができるので、計測対象者がどこにいても、また測定の時間に制約されることがなく測定することができる。
According to the eyeball measurement device and the eyeball movement measurement method of the present invention, the eyeball position (eye orientation) and current density are estimated based on the potential signals obtained from three or more electrodes attached to the periphery of the eye. Since this is repeated a predetermined number of times for a predetermined time using the EM algorithm, it is possible to follow a temporal change in current density, and as a result, it is possible to estimate an accurate eyeball position. It has become. Originally, the EOG method can measure by simply attaching an electrode around the eyeball, so there is no need to block the visual field of the person to be measured or mount an optical system on the head.
In addition, in a preferable eyeball measuring device, the observed potential signal can be sent to a remote receiving device using digital radio or the like, and data processing can be performed. It is possible to measure without being limited by the time.

本発明の眼球位置計測方法及び眼球位置計測装置によれば、眼の周辺に装着した3点以上の電極から得られた電位信号を元にして、眼球位置(眼の向き)と電流密度を推定し、EMアルゴリズムを用いてこれを所定時間の間、所定回数繰り返して行っているので、電流密度の時間的な変化に追従することが可能となり、その結果、正確な眼球位置を推定することが可能となっている。
また、EOG手法は眼球周辺に電極を貼付するだけで計測が可能であるため、計測対象者の視野を遮ったり頭部に光学系を搭載したりする必要がないほか、観測された電位信号をデジタル無線等を用いて遠隔地の受信装置に送ってデータ処理を行うことができるので、計測対象者がどこにいても、また測定の時間に制約されることがなく測定することができる。
According to the eyeball position measuring method and the eyeball position measuring apparatus of the present invention, the eyeball position (eye orientation) and current density are estimated based on potential signals obtained from three or more electrodes attached to the periphery of the eye. Since this is repeated a predetermined number of times for a predetermined time using the EM algorithm, it becomes possible to follow the temporal change in the current density, and as a result, an accurate eyeball position can be estimated. It is possible.
In addition, since the EOG method can measure by simply attaching an electrode around the eyeball, it is not necessary to block the visual field of the person being measured or to mount an optical system on the head. Since data processing can be performed by sending data to a remote receiving device using digital radio or the like, measurement can be performed regardless of where the measurement target person is and without being limited by the measurement time.

また、本発明の好ましい形態の眼球運動計測装置は、遠隔地からの測定を可能とするため、計測された電位から求められた電位差をデジタル信号に変換して送信する送信回路とこの送信回路から有線または無線にて送られた信号を受信する受信回路とをさらに備えている。   In addition, the eye movement measuring device according to a preferred embodiment of the present invention is capable of measuring from a remote location, and converts a potential difference obtained from the measured potential into a digital signal and transmits the digital signal. And a receiving circuit for receiving a signal transmitted by wire or wireless.

また、本発明によれば、眼の周囲に電極を貼り付けるなど装着するだけで眼球位置の測定ができるので、計測対象者に与える制約を最小限にすることができるとともに、EOG手法において問題とされていたドリフト現象による影響を抑制することが可能となる。   In addition, according to the present invention, the eyeball position can be measured simply by attaching an electrode around the eye or the like, so that restrictions imposed on the measurement target can be minimized, and there is a problem in the EOG method. It is possible to suppress the influence caused by the drift phenomenon.

また、本発明では、EMアルゴリズムが用いられているので、眼球電流密度ないしは眼球電荷量に加えて、電極貼付位置などの未知のパラメータをオンラインで推定することも可能であり、その結果計測時のキャリブレーション作業をなくすことができる。   In the present invention, since the EM algorithm is used, in addition to the eyeball current density or the eyeball charge amount, it is also possible to estimate on-line unknown parameters such as the electrode sticking position. Calibration work can be eliminated.

本発明は、人の眼球を電池モデルとみなして眼球を回転させたときに生じる眼の周辺の皮膚電位の変化によって眼球の回転位置、すなわち瞳位置を検出する眼球位置計測方法及び眼球位置計測装置であるが、まず、本発明の実施形態例の説明に先立って眼球の電池モデルについて説明する。   The present invention relates to an eyeball position measuring method and an eyeball position measuring apparatus for detecting a rotation position of an eyeball, that is, a pupil position, by a change in skin potential around the eye that occurs when a human eyeball is regarded as a battery model and the eyeball is rotated. However, first, the battery model of the eyeball will be described prior to the description of the embodiment of the present invention.

図1は眼球の電池モデル図である。
人の眼球21を球形モデルとして、眼球回転中心をO、角膜中心点をA、網膜中心点をB、眼の周辺の皮膚上に配置した電極位置をMとし、電極位置Mから角膜中心位置Aまでの距離をr、電極位置Mから網膜中心位置Bまでの距離をr’とする。
図1に示すように、眼球内部では、電流Iが網膜から角膜側へ流れているとする。このとき、点Mの電位Vは、下記(数1)式で表すことができる。ここで、眼球は電気伝導度σの均質な周辺組織でみたされているものとする。
FIG. 1 is a battery model diagram of an eyeball.
Using the human eyeball 21 as a spherical model, the center of eyeball rotation is O, the center of the cornea is A, the center of the retina is B, the electrode position on the skin around the eye is M, and the cornea center position A is from the electrode position M. Is r, and the distance from the electrode position M to the retina center position B is r ′.
As shown in FIG. 1, it is assumed that the current I flows from the retina to the cornea side in the eyeball. At this time, the potential V M of the point M can be expressed by the following equation (1) below. Here, it is assumed that the eyeball is seen in a surrounding tissue having a uniform electrical conductivity σ.

Figure 0004802329
Figure 0004802329

図2は、各軸、各角度等の設定の説明図である。図2に示すように、半径aの眼球21の回転中心、すなわち瞳の回転中心をOとするとき、後頭部から顔面に突き抜ける軸をx、この軸xと直交する水平軸をy、垂直軸をzとする。更に、眼球がz軸に対して回転運動する角度を水平方向角度θdegとし、y軸に対して回転運動する角度を垂直方向角度ξdegとする。そのとき、点Mの座標をx=(x、y、z)、眼球の向きを(θ、ξ)とすると、距離r、r´は、下記(数2) と表すことができる。   FIG. 2 is an explanatory diagram for setting each axis, each angle, and the like. As shown in FIG. 2, when the rotation center of the eyeball 21 having a radius a, that is, the rotation center of the pupil is O, the axis that penetrates from the back of the head to the face is x, the horizontal axis orthogonal to this axis x is y, and the vertical axis is z. Further, the angle at which the eyeball rotates with respect to the z-axis is defined as a horizontal angle θdeg, and the angle at which the eyeball rotates with respect to the y-axis is defined as a vertical angle ξdeg. At this time, assuming that the coordinates of the point M are x = (x, y, z) and the direction of the eyeball is (θ, ξ), the distances r and r ′ can be expressed by the following (Equation 2).

Figure 0004802329
Figure 0004802329

更に、電流密度(I/4πσ)を簡単にIとすると前記(数1)は、(数3)と表すことができる。   Further, when the current density (I / 4πσ) is simply I, the above (Equation 1) can be expressed as (Equation 3).

Figure 0004802329
ここで、r、r’が、電極貼付位置x=(x、y、z)と眼球半径a及び眼球位置θ、ξの関数であることから、この電位は、電極位置、眼球半径、電流密度と眼球位置の関数であることがわかる。
Figure 0004802329
Here, since r and r ′ are functions of the electrode attachment position x = (x, y, z), the eyeball radius a, and the eyeball positions θ and ξ, this potential is the electrode position, eyeball radius, and current density. And a function of the eyeball position.

ここで、実際においては、上記電流密度Iが時々刻々と変化し、電位Vが変動するド
リフト現象が生じる。
本発明においては、上述した電池モデルを用いて、EM(Expectation and Maximization)アルゴリズムによって眼球位置を推定する。
Here, in practice, the current density I is changed from moment to moment, it occurs drift phenomenon in which the potential V M varies.
In the present invention, the eyeball position is estimated by an EM (Expectation and Maximization) algorithm using the battery model described above.

本発明においては、眼球位置を推定することが目的であるが、そのためには、これに先だって電極位置と眼球半径と電流密度とを推定する必要がある。しかし、これらはいずれも直接求めることができないため、以下に述べる方法により、これらの未知数を同時に推定する。   In the present invention, the objective is to estimate the eyeball position. To this end, it is necessary to estimate the electrode position, eyeball radius, and current density prior to this. However, since neither of these can be obtained directly, these unknowns are estimated simultaneously by the method described below.

未知数が1種類の場合と2種類の場合では推定方法が異なる。1種類の未知数を推定する場合、多点電極から得られた計測眼電位と眼球の電池モデルに基づく眼電位の二乗誤差を最小化する未知数を探索することにより、未知数を推定する(最小二乗推定)。一方、2種類の未知数を推定する場合、多点電極から得られた眼電位と眼球の電池モデルに基づく眼電位を用いて、EMアルゴリズムの原理に基づき、つまり最小自乗法を繰り返す反復計算により2種類の未知数の推定値を同時に求めるようにする。   The estimation method differs depending on whether the number of unknowns is one or two. When estimating one kind of unknown, the unknown is estimated by searching for an unknown that minimizes the square error of the electrooculogram based on the measured electrooculogram obtained from the multipoint electrode and the battery model of the eyeball (least square estimation). ). On the other hand, when estimating two kinds of unknowns, 2 based on the principle of the EM algorithm using the electrooculogram obtained from the multipoint electrode and the electrooculogram based on the battery model of the eyeball, that is, by the iterative calculation that repeats the least squares method. Try to obtain an estimate of the kind unknown at the same time.

本発明のモデルでは推定する値を、眼球位置、電流密度と、電極位置、眼球半径に分類する。これらのうち後者の電極位置と眼球半径は、計測をいったん開始すればほとんど変化しない定数であり、したがって、計測開始時に一度だけ推定すればよい(ただし、これは計測中の再度の推定を否定するものではない)。一方、前者の眼球位置と電流密度はいずれも時間とともに変化するために、時々刻々と推定を繰り返す必要がある。
前者のうち、眼球位置はミリ秒単位で変化する変数であるのに対し(特に、サッカードと呼ばれる眼球運動の高速な眼球位置変位が起きると最大速度は500deg〜600deg/秒を超えることもある。例えば、特許文献1参照。)、電流密度の時間変化は秒オーダーの時間スケールで生じる(こちらは網膜のイオンポンプの変化が巨視的に現れたものと考えられる)ため、両者の推定方法は異なる。すなわち、眼球位置はミリ秒から十ミリ秒のオーダーで推定を更新する必要がある一方、電流密度は秒から十秒のオーダーで推定を更新すれはよい。そのため、実際に眼球位置を測定する場合、電流密度はその値がほぼ一定とみなせる時間区間に含まれる複数のデータに基づいて推定を行ない、その推定された電流密度を用いてその区間の眼球位置を推定する。
In the model of the present invention, the estimated values are classified into eyeball position, current density, electrode position, and eyeball radius. Of these, the latter electrode position and eyeball radius are constants that hardly change once measurement is started, and therefore need only be estimated once at the start of measurement (however, this denies re-estimation during measurement). Not a thing). On the other hand, since both of the former eyeball position and current density change with time, it is necessary to repeat estimation every moment.
Among the former, the eyeball position is a variable that changes in milliseconds (especially, when a high-speed eyeball position displacement of eye movement called saccade occurs, the maximum speed may exceed 500 deg to 600 deg / sec. For example, refer to Patent Document 1.) Since the time change of the current density occurs on a time scale on the order of seconds (this is considered that the change of the ion pump of the retina appears macroscopically), both estimation methods are Different. That is, the eye position needs to be updated on the order of milliseconds to 10 milliseconds, while the current density should be updated on the order of seconds to 10 seconds. Therefore, when the eyeball position is actually measured, the current density is estimated based on a plurality of data included in a time interval in which the value can be regarded as almost constant, and the eyeball position in that interval is used by using the estimated current density. Is estimated.

最初に、電極貼付位置と眼球半径の推定方法について述べる。これらの未知数はキャリブレーション作業なしでオンラインによる推定をすることも可能であるが、ここでは、指標を用いてキャリブレーションを行なう場合の方法を説明する。図2及び図10(b)はその設定条件の説明図である。
いま、M個の電極の貼付位置をそれぞれX=(x、y、z)(m=1、…、M)とする。そして、多点電極の電極間のN個の電位差をK個所の参照点ごとに得た値、ΔVnk(n=1、2…、N、k=1、2…、K)と眼球の電池モデルで計算したΔVnk´の二乗誤差が最小になる値を求める。電池モデルから計算される電位差は、電極位置、眼球半径、電流密度、及び眼球位置の関数であるが、このうち、眼球位置は計測対象者が注視する参照点の位置から計算で求めることができるので、残りの、電極位置、眼球半径、及び電流密度が未知数である。そこで、最小二乗推定の考え方に基づき、下記(数4)式のE({X}、a、I)最小にする({X}、a、I)を求め、これを電極位置、眼球半径、及び電流密度の推定値とする。
First, a method for estimating the electrode attachment position and the eyeball radius will be described. Although these unknowns can be estimated online without calibration work, here, a method for performing calibration using an index will be described. 2 and 10B are explanatory diagrams of the setting conditions.
Now, the attachment positions of the M electrodes are assumed to be X m = (x m , y m , z m ) (m = 1,..., M), respectively. Then, a value obtained by obtaining N potential differences between the electrodes of the multipoint electrode for each of the K reference points, ΔV nk (n = 1, 2,..., N, k = 1, 2,..., K) and the battery of the eyeball A value that minimizes the square error of ΔV nk ′ calculated by the model is obtained. The potential difference calculated from the battery model is a function of the electrode position, the eyeball radius, the current density, and the eyeball position. Among these, the eyeball position can be calculated from the position of the reference point that the measurement subject gazes at. Therefore, the remaining electrode position, eyeball radius, and current density are unknown. Therefore, based on the idea of least square estimation, E ({X m }, a, I) in the following (Equation 4) is determined to be minimized ({X m }, a, I), and this is calculated as the electrode position, eyeball. Estimate radius and current density.

Figure 0004802329
なお、この推定を行なうためには、複数の参照点を注視することが必要である。また、複数の電極があらかじめ一つのパッケージ上に装着されていてそれらの相互位置が限定されている場合には、電極位置を表す変数を個々の電極に対して独立して定める必要はなく、電極の構造に応じて推定すべき未知数を適切に定めればよい。
Figure 0004802329
In order to perform this estimation, it is necessary to watch a plurality of reference points. In addition, when a plurality of electrodes are mounted on a single package in advance and their mutual positions are limited, it is not necessary to independently define a variable representing the electrode position for each electrode. What is necessary is just to determine appropriately the unknown which should be estimated according to the structure.

次に、眼球位置と電流密度の同時推定法について説明する。前述したように、電流密度の値は秒のオーダーで時間的に変化していくが、その変化のオーダーは眼球位置の変化(眼球運動)のオーダーに比べて十分に長い。眼球位置推定はミリ秒単位の周期で行なう必要があるが、この推定を行なう一定の時間区間において電流密度は一定であるとみなすことができる。本装置では、この時間区間をおよそ1秒から数十秒程度にとり、その区間ごとに電流密度の推定を行ないながら、その区間内での眼球位置推定に利用する。そして、この二種類の未知数を同時並行的に求めるためにEMアルゴリズムを利用する。   Next, a method for simultaneously estimating the eyeball position and the current density will be described. As described above, the value of the current density changes with time in the order of seconds, but the order of the change is sufficiently longer than the order of changes in the eyeball position (eye movement). The eyeball position estimation needs to be performed in a cycle of milliseconds, but the current density can be considered to be constant in a certain time interval in which this estimation is performed. In the present apparatus, this time interval is set to about 1 to several tens of seconds, and the current density is estimated for each interval and used for eyeball position estimation within that interval. Then, an EM algorithm is used to obtain these two kinds of unknowns simultaneously.

いま、前段の操作により、電極位置と眼球半径はすでに正しく推定されているとする。
そして、繰り返し計算に用いる電流密度の初期値を適当に定め、これをIBUFと表す。
眼球の電池モデルの基づく電位差ΔV´は、電極位置、眼球半径、電流密度と眼球位置の関数であるが、電極位置と眼球半径の値はすでにわかっており、また、電流密度の値として先に定めた初期値を用いれば、電位差は眼球位置だけの関数になる。そこで、電極から観測された電位差ΔV(n=1、2…、N)と眼球の電池モデルで計算したΔV’の二乗誤差が最小になるような眼球位置θ、ξを探索することによって、眼球位置の推定値を得ることができる(数5)。すなわち、計測区間の中にN個の計測データがあれば、同じことを各データに対して繰り返すことにより、N組の眼球位置推定値(θ、ξ)(i=1、2、…、N)が得られる。
It is assumed that the electrode position and the eyeball radius have already been correctly estimated by the previous operation.
And the initial value of the current density used for repeated calculation is determined appropriately, and this is expressed as I BUF .
The potential difference ΔV n ′ based on the battery model of the eyeball is a function of the electrode position, the eyeball radius, the current density and the eyeball position, but the values of the electrode position and the eyeball radius are already known, and the current density value If the initial value determined in is used, the potential difference is a function of only the eyeball position. Therefore, by searching for the eyeball positions θ and ξ that minimize the square error between the potential difference ΔV n (n = 1, 2,..., N) observed from the electrodes and ΔV n ′ calculated by the battery model of the eyeball. An estimated value of the eyeball position can be obtained (Equation 5). That is, if there are N i measurement data in the measurement section, the same is repeated for each data, so that N i sets of eyeball position estimation values (θ i , ξ i ) (i = 1, 2). , ..., N i ).

Figure 0004802329
しかし、このようにして得られたN組の眼球位置推定値は、適当に定めた電流密度の初期値IBUFに依存したものであって、一般に真の眼球位置と一致しない。したがって、正しい眼球位置推定値を得るためには、正しい電流密度の値を知らなければならない。
EMアルゴリズムでは、電流密度の値を推定するために、先のステップで仮に推定されたN個の眼球位置推定値を利用する。
繰り返しになるが、眼球の電池モデルの基づく電位差ΔV´は、電極位置、眼球半径、電流密度と眼球位置の関数であり、電極位置と眼球半径の値はすでにわかっている。ここで、前のステップで得られた眼球位置推定値(θ、ξ)として、これを正しい眼球位置であるとみなせば、電位差ΔV´は電流密度だけの関数になる。そこで、今度は、電流密度が未知数であると考えて、電極から観測された電位差ΔVni(n=1、2…、N、i=1、2、…、N)と眼球の電池モデルで計算したΔVni’の2乗誤差が最小になるような電流密度Iを求め、これを電流密度の推定値とする(数6)。このとき、N個の観測区間では電流密度は一定であると仮定しているので、誤差の計算には、N個の観測データΔVniと眼球位置推定値(θ、ξ)をすべて利用する。
Figure 0004802329
However, the N i sets of estimated eyeball position values obtained in this manner depend on an appropriately defined initial value I BUF of the current density and generally do not coincide with the true eyeball position. Therefore, in order to obtain a correct eyeball position estimation value, the correct current density value must be known.
The EM algorithm, in order to estimate the value of current density, using the tentatively estimated N i number of eye position estimate in the previous step.
Again, the potential difference ΔV n ′ based on the battery model of the eyeball is a function of the electrode position, eyeball radius, current density and eyeball position, and the values of the electrode position and eyeball radius are already known. Here, if this eyeball position estimated value (θ i , ξ i ) obtained in the previous step is regarded as the correct eyeball position, the potential difference ΔV n ′ is a function of only the current density. Therefore, this time, assuming that the current density is unknown, the potential difference ΔV ni (n = 1, 2,..., N, i = 1, 2,..., Ni ) observed from the electrodes and the battery model of the eyeball A current density I that minimizes the square error of the calculated ΔV ni ′ is obtained, and this is used as an estimated value of the current density (Equation 6). At this time, since the N i number of observation interval is assumed to be the current density is constant, the calculation of the error, N i number of observed data [Delta] V ni and the eyeball position estimate (θ i, ξ i) the Use all.

Figure 0004802329
このようにして新しい電流密度の推定値Iを得ることができた。次のステップでは、こうして得られた推定値を再び電流密度の初期値IBUFとしてみなして、上記の計算を繰り返す。そして、電流密度の推定値や眼球位置の推定値の繰り返しによる変動が十分に小さくなった段階で繰り返し計算を打ち切り、その時点で得られた眼球位置推定値を最終的な眼球位置推定値として出力する。
このような繰り返し計算の結果得られる推定値が常に真の値と一致することは理論的には保証されていないが、十分な数のデータと真の値に近い初期値から計算を始めれば、多くの場合十分によい精度で未知数を推定することができる。特に、本装置の場合は、未知数である電流密度のおおよその値は経験的にわかっていることから、繰り返し計算は十分によい初期値から出発することができる。また、いったん計測がはじまれば、連続する計測区間のあいだで電流密度の変動は小さいと考えられるので、前計測区間で得られた電流推定値を当該計測区間の電流推定値の初期値として用いることにより、少ない繰り返し回数で正しい推定値が得られるものと期待される。
Figure 0004802329
In this way, a new current density estimate I could be obtained. In the next step, the estimated value thus obtained is regarded as the initial value I BUF of the current density again, and the above calculation is repeated. Then, the calculation is aborted when the fluctuation due to the repetition of the estimated current density value and the estimated value of the eyeball position becomes sufficiently small, and the eyeball position estimated value obtained at that time is output as the final estimated eyeball position value. To do.
Although it is not theoretically guaranteed that the estimated value obtained as a result of such repeated calculation always matches the true value, if the calculation is started from a sufficient number of data and an initial value close to the true value, In many cases, unknowns can be estimated with sufficiently good accuracy. In particular, in the case of this apparatus, since the approximate value of the current density, which is an unknown, is known empirically, iterative calculations can start from a sufficiently good initial value. In addition, once the measurement starts, the current density fluctuation is considered to be small between consecutive measurement intervals, so the current estimation value obtained in the previous measurement interval is used as the initial value of the current estimation value in the measurement interval. Therefore, it is expected that a correct estimated value can be obtained with a small number of iterations.

上述したアルゴリズムによる眼球位置推定が原理的に可能であるかどうか、どの程度の誤差で眼球位置を推定できるのか、また、どのような電極配置が眼球位置推定に適しているのかを調べるために数値実験を行った。   Numerical values are used to investigate whether or not eyeball position estimation by the above algorithm is possible in principle, how much error can be estimated, and what electrode arrangement is suitable for eyeball position estimation. The experiment was conducted.

この数値実験では、眼球の半径12mmとし、簡単のため、この値はすでに推定されているものとした。また、図3(1)〜(6)に電極配置関係を模式的に示すように、眼(目)23の周辺に配置する電極21の数は3個、4個、5個とし、電極22の配置条件は眼23の下に水平に並べた場合とL字型に並べた場合との2パターンを用意した。これに加え、電極に加わる電気的ノイズや測定誤差を模すために、電極において測定される電位値には、眼球電池モデルから計算される値に平均0mVで、標準偏差0.01〜0.1mV(分散0.0001〜0.01mV)のガウス性ノイズを加えた値を用いた。 In this numerical experiment, the radius of the eyeball was set to 12 mm, and for simplicity, this value was already estimated. Further, as schematically shown in FIG. 3 (1) to (6), the number of electrodes 21 arranged around the eyes (eyes) 23 is three, four, and five, and the electrodes 22. As the arrangement conditions, two patterns were prepared: horizontally arranged under the eyes 23 and L-shaped. In addition, in order to simulate electrical noise and measurement error applied to the electrode, the potential value measured at the electrode is 0 mV on average calculated from the eyeball battery model, with a standard deviation of 0.01 to 0.00. A value obtained by adding Gaussian noise of 1 mV (dispersion 0.0001 to 0.01 mV 2 ) was used.

最初の実験では、まず眼球位置以外の変数がすべてわかっている条件で眼球位置を推定した。実験では、水平方向の眼球位置(θ)は−20degから20degまで2degおきに、垂直方向の眼球位置(ξ)は−5degから5degまで0.5degおきに設定して、それぞれの位置における推定値を求めた。   In the first experiment, the eyeball position was first estimated under the condition that all variables other than the eyeball position were known. In the experiment, the horizontal eyeball position (θ) is set every 2 deg from −20 deg to 20 deg, and the vertical eyeball position (ξ) is set every 0.5 deg from −5 deg to 5 deg. Asked.

図4は図3の6種類の電極配置に対する平均推定誤差を示す図である。この結果からわかるように、水平方向、垂直方向ともに位置推定誤差は電極配置に依存して若干変わるものの、ノイズの標準偏差が0.03mV(分散が0.001mV)程度であるときには、水平、垂直いずれの方向においても推定誤差0.1deg程度で眼球位置を推定できる。
上述したように、眼球位置が原理的に推定できることわかった。
FIG. 4 is a diagram showing average estimation errors for the six types of electrode arrangements in FIG. As can be seen from this result, the position estimation error in both the horizontal and vertical directions varies slightly depending on the electrode arrangement, but when the standard deviation of noise is about 0.03 mV (variance is 0.001 mV), the horizontal and vertical The eyeball position can be estimated with an estimation error of about 0.1 deg in any direction.
As described above, it was found that the eyeball position can be estimated in principle.

次に、眼球位置がわかっている条件で、電流密度と電極位置とを同時に推定する実験を行なった(計測開始時の作業に相当する)。   Next, an experiment was performed to estimate the current density and the electrode position at the same time under the condition where the eyeball position is known (corresponding to the work at the start of measurement).

ここでは、電流密度の真の値を、I=25Am/Sとしたとして、視線方向(θ、ξ)が、(−15、0)、(0、0)、(0、15)、(−5、0)、(5、0)である5箇所の条件において電位を計測して、電流密度と電極位置の同時推定を行った。図5はその結果の推定誤差を示す図である。
この図からわかるように、ノイズの標準偏差が0.03mV程度の条件では、電極数が4の場合には、x、y、z座標それぞれについて0.1mm程度の推定誤差で推定できている。一方、電流密度については0.2Am/S程度の誤差で推定できている。
上述したように、眼球位置がわかっている条件で電極位置と電流密度を推定できることを原理的に示すことができた。
Here, assuming that the true value of the current density is I = 25 Am / S, the line-of-sight directions (θ, ξ) are (−15, 0), (0, 0), (0, 15), (− 5, 0) and (5, 0) were used to measure the potential, and the current density and the electrode position were estimated simultaneously. FIG. 5 is a diagram showing the estimation error of the result.
As can be seen from this figure, under the condition that the standard deviation of noise is about 0.03 mV, when the number of electrodes is 4, the x, y, and z coordinates can be estimated with an estimation error of about 0.1 mm. On the other hand, the current density can be estimated with an error of about 0.2 Am / S.
As described above, it has been shown in principle that the electrode position and the current density can be estimated under conditions where the eyeball position is known.

最後に、電極位置がわかっている条件において、眼球位置と電流密度を同時に推定する実験を行なった。この実験においても、電流密度の真の値はI=25Am/Sとし、眼球位置は(θ、ξ)=(−15、0)、(0、0)、(0、15)、(−5、0)、(5、0)の5箇所の値をとったものとした。電流密度の初期値はI=20Am/SとI=30Am/Sの場合で行った。
図6は繰り返し計算における電流密度の推定値の変化を表わすグラフである。このグラフからわかるように、数回の繰り返し計算で、電流密度の推定値がいずれの初期値から出発しても真の値に向かって変化していることがわかる。今回の計算では、眼球位置の推定値を求める際に、眼球位置の刻み幅0.01degの離散値に設定したために、繰り返し計算の途中で電流密度の値が変化しなくなってしまい真の値に到達していないが、推定する眼球位置を連続値に変数として推定を行なうことにより、より良い推定値が得られるものと考えられる。
上述したように、電極位置がわかっている条件で、眼球位置と電流密度を推定できることを原理的に示すことができた。
Finally, an experiment was performed to estimate the eyeball position and current density at the same time under conditions where the electrode position was known. Also in this experiment, the true value of the current density is I = 25 Am / S, and the eyeball positions are (θ, ξ) = (− 15, 0), (0, 0), (0, 15), (−5). , 0) and (5, 0) were taken at five locations. The initial value of the current density was obtained when I = 20 Am / S and I = 30 Am / S.
FIG. 6 is a graph showing changes in the estimated value of the current density in the repeated calculation. As can be seen from this graph, it can be seen that the estimated value of the current density changes toward the true value from any initial value after several iterations. In this calculation, when the estimated value of the eyeball position is obtained, since it is set to a discrete value having a step size of 0.01 deg of the eyeball position, the current density value does not change during the repeated calculation and becomes a true value. Although not reached, it is considered that a better estimated value can be obtained by estimating the estimated eyeball position as a continuous value as a variable.
As described above, it has been shown in principle that the eyeball position and the current density can be estimated under the condition where the electrode position is known.

次に、本発明の実施の形態例を説明するが、本発明は、この実施の形態例に限定されるものではない。
まず、本発明による眼球位置計測方法を実施する眼球位置計測装置の一実施形態例を説明する。
図7は、本発明を実施する上で必要なハードウエアの構成要素の関係を示したブロック図である。本発明を実施する上では、3個以上の電極が必要であるが、図7に示す例では5個の電極2(2a〜2e)を用いている。電極2a〜2eは、計測対象者の一方の眼(目)1の付近、例えば下部または上部に配列して取り付けられる。
この電極2a〜2eは信号変換回路3に接続され、この信号変換回路3は、データ処理回路4と接続される。
Next, an embodiment of the present invention will be described, but the present invention is not limited to this embodiment.
First, an example of an embodiment of an eyeball position measuring device that implements the eyeball position measuring method according to the present invention will be described.
FIG. 7 is a block diagram showing the relationship of hardware components necessary to implement the present invention. In practicing the present invention, three or more electrodes are required, but in the example shown in FIG. 7, five electrodes 2 (2a to 2e) are used. The electrodes 2a to 2e are attached in the vicinity of one eye (eye) 1 of the measurement subject, for example, in the lower part or the upper part.
The electrodes 2 a to 2 e are connected to a signal conversion circuit 3, and the signal conversion circuit 3 is connected to a data processing circuit 4.

本発明の実施形態例の全体の演算及び制御は中央処理装置(CPU)5によって行われる。CPU5は電極2a〜2eで検出された信号を記憶するRAM7と、前述したEMアルゴリズムを実行するための種々のプログラムを記憶するROM8を備えている。また、本発明の計測を所定のサイクルで行うため時間を計測するタイマー6と、眼球電位の変化や推定電流を表示するための表示装置9を備えている。計測者は表示装置9を見て、計測対象者の眼球位置を推定することができる。   The overall calculation and control of the embodiment of the present invention is performed by a central processing unit (CPU) 5. The CPU 5 includes a RAM 7 that stores signals detected by the electrodes 2a to 2e, and a ROM 8 that stores various programs for executing the above-described EM algorithm. In addition, a timer 6 for measuring time for performing the measurement of the present invention in a predetermined cycle, and a display device 9 for displaying a change in eyeball potential and an estimated current are provided. The measurer looks at the display device 9 and can estimate the eyeball position of the measurement subject.

図7に示すブロック図において、まず、眼球1が左右又は上下に移動すると、電極2a〜2eで検出される電位はさまざまに変化する。それぞれの電極2a〜2eから得られた電位信号は、信号変換回路3に送られ、ここで、各電極間の電位差(電圧)が取り出される。これらの電位差は、後述するようにデータ処理回路4において、CPU5の制御の下で、データ処理されてその結果が表示装置9に表示される。また、処理されたデータはRAM7に記憶される。   In the block diagram shown in FIG. 7, first, when the eyeball 1 moves left and right or up and down, the potentials detected by the electrodes 2a to 2e change variously. The potential signals obtained from the respective electrodes 2a to 2e are sent to the signal conversion circuit 3, where the potential difference (voltage) between the electrodes is taken out. These potential differences are processed in the data processing circuit 4 under the control of the CPU 5 as will be described later, and the results are displayed on the display device 9. The processed data is stored in the RAM 7.

図8は、本発明の他の実施形態例を示したブロック図である。図7と同じ構成部分については同一符号を付し、説明は省略する。この図8に示すように、本例においては、信号変換回路3からの各電極間の電圧信号は、送信回路11に送られ、例えば無線等の伝送手
段を通じて受信回路12に送られる。この図8では記載されていないが、受信回路は図7のコンピュータシステムに結合されており、同じくCPU5(図7参照)の制御下でデータ処理回路4において、同様なデータ処理が行われる。
FIG. 8 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As shown in FIG. 8, in this example, the voltage signal between the electrodes from the signal conversion circuit 3 is sent to the transmission circuit 11, and is sent to the reception circuit 12 through transmission means such as radio. Although not shown in FIG. 8, the receiving circuit is coupled to the computer system of FIG. 7, and similar data processing is performed in the data processing circuit 4 under the control of the CPU 5 (see FIG. 7).

次に、本発明による眼球位置すなわち眼球位置の計測方法の一実施形態例を説明する。
[眼球位置計測方法の第1の実施形態例]
この計測はEMアルゴリズムによってなされる。図9は、この実施の形態例のフローチャートであり、図10(a)は、その初期値を得るキャリブレーション工程Aにおけるフローチャート、同図(b)はそのための説明図である。また、図11は、この眼球位置(眼球位置)計測の一連の工程を模式的に示したタイムチャートである。この眼球位置の計測は、前述したように複数の電極を計測対象者の眼の周囲に3個以上(図7及び図8においては5個の例が示されている)の電極が貼着等によって装着されてなされる。
Next, an embodiment of an eyeball position, that is, an eyeball position measuring method according to the present invention will be described.
[First Embodiment of Eyeball Position Measurement Method]
This measurement is performed by the EM algorithm. FIG. 9 is a flowchart of this embodiment, FIG. 10 (a) is a flowchart in the calibration step A for obtaining the initial value, and FIG. 9 (b) is an explanatory diagram for that. FIG. 11 is a time chart schematically showing a series of steps for measuring the eyeball position (eyeball position). For the measurement of the eyeball position, as described above, a plurality of electrodes are attached around the eye of the measurement target person (five examples are shown in FIGS. 7 and 8), etc. It is made by wearing.

そして、この眼球位置の計測は、図11のタイムチャートで示すように、複数の計測区間E(E1、E2、E3……)においてなされるが、これら区間は、前述の電流密度がほぼ一定であると認め得る時間長の区間の例えば1秒〜数十秒程度に選定する。そして、この時間内でも眼球位置は変化するものである。
また、装着された電極位置X及び眼球半径aについては、全計測区間Eに関して変化しないものとする。
The measurement of the eyeball position is performed in a plurality of measurement sections E (E1, E2, E3...) As shown in the time chart of FIG. 11, and the current density described above is substantially constant in these sections. For example, about 1 second to several tens of seconds of the time length that can be recognized to be selected. The eyeball position changes even within this time.
Further, it is assumed that the mounted electrode position X and eyeball radius a do not change with respect to the entire measurement section E.

本発明の第1の実施形態例の動作を図9のフローチャートに従って説明する。
最初に、初期化動作(キャリブレーション)として、電極位置と眼球半径を推定し(ステップS1)、電流密度の初期値IBUFを設定する(ステップS2)。このキャリブレーション工程の詳細について図10(a)に基づいて説明する。
図10(a)(8b)示されるように、先ず、計測対象者の周囲に上述したように3個以上の電極を装着する(ステップS20)。
一方、計測対象者の眼球正面に正対する座標面(x−y座標面とする)による参照面30を設け、この参照面30に直交し、計測対象者の眼球中心eを通る軸zと、x、y両軸の交叉点を原点として、この参照面30に×印をもって示す複数(K個)の参照点pを座標点(rxk、ryk)(kは参照点の番号)に配置する(ステップS21)。
そして、これらの参照点pを注視したときの眼球位置の、参照面30の原点を通るz軸に対するx軸方向成分の角度θと、y方向成分の角度ξを下記(数7)によって計算する(ステップS22)。
The operation of the first embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, as an initialization operation (calibration), an electrode position and an eyeball radius are estimated (step S1), and an initial value I BUF of the current density is set (step S2). Details of the calibration process will be described with reference to FIG.
As shown in FIGS. 10A and 10B, first, as described above, three or more electrodes are mounted around the measurement subject (step S20).
On the other hand, the reference surface 30 to the eye front of the measured person by directly facing coordinate plane (and x-y coordinate plane) provided perpendicular to the reference plane 30, and the axis z passing through the eye center e O-measured person , x, the origin of the intersection of the y both axes, the reference point p k coordinate points of the plurality of indicating with a × mark on the reference surface 30 (K pieces) (r xk, r yk) (k is the reference point No.) (Step S21).
Then, the angle θ k of the x-axis direction component and the angle ξ k of the y-direction component with respect to the z-axis passing through the origin of the reference surface 30 of the eyeball position when these reference points pk are watched are expressed by the following (Equation 7). (Step S22).

Figure 0004802329
(ここで、Dは眼球中心eOから特定された参照面30までの距離である。)
Figure 0004802329
(Here, D is the distance from the eyeball center eO to the identified reference plane 30.)

次に、計測対象者にK個の参照点pを順次注視させ(ステップS23)、参照点pごとに各電極から電位差ΔVnk(n=1、2…、N、k=1、2…、K)を取得する(ステップS24)。なお、この計測作業中の眼球内電流密度を一定に保つために、計測対象者の眼に入射する光の条件が一定に保たれるように配慮する。
続いて、このK個の計測中は電極位置、眼球半径、電流密度が一定であるという仮定の下で、最小二乗推定の考え方に基づき、評価関数E({X}、a、I)(数4)の値を最小にする電極位置x、眼球半径a、及び電流密度Iの値、すなわちargmin E({X}、a、I)を得る(ステップS25)。
このようにして、計測中一定であるみなせる電極位置、眼球半径の推定が行なわれる。また、以降の推定で利用する電流密度の初期値も同時に得られる(ステップS26)。
以上が図9におけるキャリブレーション工程、すなわち、電極位置、眼球半径推定(ステップS1)と電流密度推定値IBUFを電流初期値とする設定である。(ステップS2)。
Then, sequentially to gaze at the K reference points p k to measured person (Step S23), the potential difference from each electrode to each reference point p k ΔV nk (n = 1,2 ..., N, k = 1,2 ..., K) are acquired (step S24). In order to keep the current density in the eyeball during the measurement operation constant, consideration is given so that the condition of light incident on the eye of the measurement subject is kept constant.
Subsequently, under the assumption that the electrode position, eyeball radius, and current density are constant during the K measurements, the evaluation function E ({X}, a, I) (number The values of the electrode position x, the eyeball radius a, and the current density I that minimize the value of 4), that is, argmin E ({X}, a, I) are obtained (step S25).
In this way, the electrode positions and eyeball radii that can be considered constant during measurement are estimated. Moreover, the initial value of the current density used in the subsequent estimation is also obtained at the same time (step S26).
The above is the calibration process in FIG. 9, that is, the setting of the electrode position, eyeball radius estimation (step S1) and the current density estimation value IBUF as the current initial value. (Step S2).

再び図9に戻り、次に、初期リセットすなわち演算がなされるタイマー6をリセットする。(ステップS3)。すなわち、タイマー6の時刻Tを‘0’とする。
そして、図11に示す第1の計測区間E1の眼球位置計測を行う。この眼球位置計測では、ステップS3で設定した時刻Tをタイマー時刻tにセットするとともに、不図示のカウンタを初期値1にセットする(ステップS4)。そして、時刻tにおける計測対象者に装着された各電極から電位差ΔVを取得し、これをΔVniとおく(ステップS5)。この取得した電位差ΔVと、前記工程Aのキャリブレーションで得た推定電流密度IBUFを用いて、評価関数E(θ、ξ;IBUF)を最小化する最小二乗推定値θ、ξ、すなわちargminE(θ、ξ;IBUF)を得る(数5)(ステップS6)。これにより時刻t(カウンタ値i)における眼球位置(θ、ξ)を推定する。また、得られたθ、ξをバッファのi番目にθBUF 、ξBUF として格納する(ステップS7)。これらステップを工程Bとする。
Returning to FIG. 9 again, next, an initial reset, that is, a timer 6 on which an operation is performed is reset. (Step S3). That is, the time T of the timer 6 is set to “0”.
And the eyeball position measurement of the 1st measurement area E1 shown in FIG. 11 is performed. In this eyeball position measurement, the time T set in step S3 is set to the timer time t, and a counter (not shown) is set to an initial value 1 (step S4). Then, to get the potential difference [Delta] V n from each electrode attached to the measured person at time t, put to as [Delta] V ni (step S5). Using the obtained potential difference ΔV n and the estimated current density I BUF obtained by the calibration in the step A, the least square estimated values θ, ξ that minimize the evaluation function E (θ, ξ; I BUF ), that is, argminE (θ, ξ; I BUF ) is obtained (Equation 5) (step S6). Thus, the eyeball position (θ i , ξ i ) at time t (counter value i ) is estimated. Further, the obtained θ i and ξ i are stored as θ BUF i and ξ BUF i in the i-th buffer (step S7). These steps are referred to as process B.

次に、時刻tがt+Δtになるのを待って(ステップS8)、カウンタをインクリメントし(iに1を加えたi+1を代入する)(ステップS9)、測定回数iが所要数Nに達しているか否かを判断する(判断ステップS10)。このステップS5からステップS10までのステップが、計測回数iがNに達するまで繰り返される。
そして、計測回数iがi≧Nとなったとき、バッファに格納されていたN個の推定値θBUF 、ξBUF (i=1、…N)を用いて、最小自乗法の考え方に基づき、評価関数E(I;{θBUF }、{ξBUF })を最小化する電流密度Iすなわち、argminE(I;{θBUF }、{ξBUF })が計算される(数6)(ステップS11)。この計算によって得られた電流密度の推定値IをIBUFとしてバッファに格納する(ステップ12)。この工程を工程Cとする。
Next, the time t is allowed to warm to t + Delta] t (step S8), and the counter is incremented (substitutes i + 1 obtained by adding 1 to i) (step S9), and by measuring the number of times i has reached the required number N i It is determined whether or not (determination step S10). The steps from step S5 to step S10 are repeated until the number of times of measurement i reaches Ni.
When the measurement number i becomes i ≧ N i, the estimated value of N i number which has been stored in the buffer θ BUF i, ξ BUF i ( i = 1, ... N i) using a least square method The current density I that minimizes the evaluation function E (I; {θ BUF i }, {ξ BUF i }), that is, argminE (I; {θ BUF i }, {ξ BUF i }) is calculated (Equation 6) (Step S11). The estimated value I of the current density obtained by this calculation is stored in the buffer as IBUF (step 12). This process is referred to as process C.

上記工程B及びCは、図11で破線によって模式的に示されている。上述したi<Nの間、ステップS5からステップS10の繰り返しが、図11で示す区間F1で行われる。 The steps B and C are schematically shown by broken lines in FIG. While i <N i described above, the steps S5 to S10 are repeated in the section F1 shown in FIG.

続いて、カウンタ値iにおける眼球位置θ、ξの各推定値θBUF 、ξBUF と、推定電流密度IBUFが収束したかどうかを判定し(ステップS13)、これらが収束したと判断されるまで、ステップS4からステップS13の工程Dが、図11に示される区間F2、F3……の間続けられる。ステップS13で、θBUF 、ξBUF 、IBUFの収束がなされたと判定されると、上述した図11における区間E1における眼球位置の計測が終了され、その際にバッファに残っていたθBUF 、ξBUF が眼球位置の最終的な推定値として出力される。
そして、開始時刻T+ΔTが設定されて(ステップ14)、ステップS4に戻り、新たなΔT区間(図11の区間E2)の測定が開始される。なお、電流密度の初期値は、前述したキャリブレーションによる初期値ではなく、この区間E2の前段の区間E1において得られたIBUFが用いられる。電流密度の時間的変化が小さい状況では、前段区間において得られた推定値を初期値として用いることにより、繰り返し計算が収束するまでの繰り返し回数が大幅に低減されるものと期待される。このようにして、順次E3、E4……の計測が実行され、眼球位置の推定量が求められる。
Then, the eyeball position theta in the counter value i, and determines the estimated value theta BUF i of xi], and xi] BUF i, whether the estimated current density I BUF has converged (step S13), and it is determined that they have converged Step D from Step S4 to Step S13 is continued for the sections F2, F3... Shown in FIG. If it is determined in step S13 that θ BUF i , ξ BUF i , and I BUF have converged, the measurement of the eyeball position in the section E1 in FIG. 11 is terminated, and θ BUF remaining in the buffer at that time i and ξ BUF i are output as final estimated values of the eyeball positions.
Then, the start time T + ΔT is set (step 14), the process returns to step S4, and measurement of a new ΔT section (section E2 in FIG. 11) is started. Note that the initial value of the current density is not the initial value obtained by the calibration described above, but the I BUF obtained in the section E1 preceding the section E2. In the situation where the temporal change of the current density is small, it is expected that the number of iterations until the iteration calculation converges is greatly reduced by using the estimated value obtained in the previous section as the initial value. In this way, the measurement of E3, E4... Is executed sequentially, and the estimated amount of the eyeball position is obtained.

上述した本発明による眼球位置計測の第1の実施の形態例においては、図11で示したように、区間E1以降の区間E2、E3、……において、前段の区間で収束された推定量θBUF 、ξBUF 、IBUFを初期値として用いる構成としたものであるが、眼球位置の計測は、上記とは異なる変則的なEMアルゴリズムによってその計測を行うこともできる。この場合の実施の形態例を説明する。 In the first embodiment of the eyeball position measurement according to the present invention described above, as shown in FIG. 11, in the sections E2, E3,... After the section E1, the estimated amount θ converged in the preceding section. Although BUF i , ξ BUF i , and I BUF are used as initial values, the eyeball position can be measured by an irregular EM algorithm different from the above. An embodiment in this case will be described.

[眼球位置計測方法の第2の実施形態例]
図12は、この第2の実施形態例を説明するための変則的なEMアルゴリズムを示すフローチャートである。
この場合の、上述した第1の実施の形態例において図7と対応するステップには、同一符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態例においても、前述した同様のキャリ
ブレーション工程Aによって電極位置、眼球半径の推定、電流密度初期値IBUFの設定がなされる。
この第2の実施の形態例が第1の実施形態例と異なる点は、それぞれの眼球位置計測工程E(E1、E2、E3、……)において、その行程内で処理が閉じているのではなく、前段の工程Eで収束された電流推定値IBUFを利用して当該行程の眼球位置を推定する点である。このようなアルゴリズムの妥当性は、そもそも電流密度の変化はゆっくりとしたものであって、連続する2区間のあいだでは電流密度の大きさは大して変わらないことに依る。すなわち、前段の行程での電位を用いて推定された電流密度は、当該段の行程における電流密度とほぼ同じであるという前提の下で、当該段の眼球位置の推定に前段行程から推定された電流密度を利用するのである。
[Second Embodiment of Eyeball Position Measuring Method]
FIG. 12 is a flowchart showing an anomalous EM algorithm for explaining the second embodiment.
In this case, steps corresponding to those in FIG. 7 in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Also in this embodiment, the electrode position, the eyeball radius are estimated, and the current density initial value IBUF is set by the same calibration process A described above.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the processing is closed in the process in each eyeball position measurement step E (E1, E2, E3,...). Rather, the current position I BUF converged in the previous step E is used to estimate the eye position of the stroke. The validity of such an algorithm depends on the fact that the change in current density is slow in the first place, and the magnitude of the current density does not change significantly between two consecutive sections. That is, the current density estimated using the potential in the previous stage was estimated from the previous stage to estimate the eye position of the stage, on the assumption that the current density in the stage was almost the same as the current density in the stage. The current density is used.

キャリブレーションのA工程は、図9に示すものと同じであるが、時刻tには最初‘0’が導入され、ステップS5において電極で観測した電位差信号を取得し、ステップS6において、前段の区間から得られた電流推定値IBUFと計測された電位を組み合わせて、最小二乗推定の考えに基づき、評価関数E(θ、ξ;IBUF)を最小化するθ、ξを求め、それをバッファのi番目の値θBUF 、ξBUF として格納する(ステップS7)。この値が、その時刻における眼球位置推定値になる。そのあと、タイマーの出力に基づいてΔtだけ待ったあと(ステップS8)、カウンタ値をインクリメントし(ステップS9)、それが既定回数Nを越えていないかどうかを判断する(ステップS10)。カウンタ値iがN以下であるときは、ステップS5にもどり、ステップS5からステップS10が繰り返される。カウンタ値iがNを越えたときは、それまでに得られたN個の推定値θBUF 、ξBUF と、そのときの電位差値を組み合わせて、評価関数E(I;{θBUF }、{ξBUF })を最小化する電流密度Iの最小二乗推定値が計算され(ステップS11)、電流密度の推定値IBUFが得られる(ステップ12)。このように電流密度の推定値が得られると、カウンタiをリセットし(‘0’とする)、再び、ステップS5に戻る。このことからわかるように、この繰り返し計算の中で得られた電流密度の推定値IBUFが、次のサイクルにおける眼球位置推定に利用される。この点が、電流密度、眼球位置のいずれもが同一区間のデータに基づいて推定される最初の実施例と異なる部分である。先にのべたように、第2の実施例の妥当性は、連続する区間のあいだで電流密度の大きさがほとんど変化しないという事実に立脚している。 The A process of calibration is the same as that shown in FIG. 9, but “0” is first introduced at time t, and the potential difference signal observed at the electrode is acquired in step S5. In step S6, the previous section is acquired. Based on the idea of least square estimation, θ and ξ that minimize the evaluation function E (θ, ξ; I BUF ) are obtained by combining the current estimated value I BUF obtained from Are stored as i-th values θ BUF i and ξ BUF i (step S7). This value is the estimated eyeball position at that time. After that, after waiting the Δt based on the output of the timer (step S8), and increments the counter value (step S9), and it is determined whether or not exceeded the predetermined number N i (step S10). When the counter value i is less than or equal to N i, the control returns to step S5, step S10 is repeated from step S5. When the counter value i exceeds N i combines N i number of estimates theta BUF i obtained so far, and xi] BUF i, a potential difference value at that time, the evaluation function E (I; {θ The least square estimate of the current density I that minimizes BUF i }, {ξ BUF i }) is calculated (step S11), and the current density estimate I BUF is obtained (step 12). When the estimated value of the current density is obtained in this way, the counter i is reset (set to “0”), and the process returns to step S5 again. As can be seen from this, the estimated value I BUF of the current density obtained in this iterative calculation is used for eyeball position estimation in the next cycle. This point is different from the first embodiment in which both the current density and the eyeball position are estimated based on the data in the same section. As described above, the validity of the second embodiment is based on the fact that the magnitude of the current density hardly changes during successive intervals.

上述した本発明による眼球計測方法によれば、計測対象者は、参照点の注視のみを行い、その後は、電極が装着された状態のみで計測が可能であり、冒頭に述べたように、眼球を計測するためのビデオカメラや光学系の付帯等が回避されることによって、運動が阻害されたり視野が阻害されたりするなどの計測対象者の、肉体的、精神的負担が著しく軽減されるのみならず、多様の計測目的への適用が可能となる。
そして、このようにビデオカメラあるいは光照射装置などの眼球観測装置による計測がなされないEOG法によるにも関わらず、この場合の例えば眼球の電流密度の変動等によるセンサデータすなわち電極からの電位差におけるドリフトによる不安定性が回避される。
すなわち、本発明においては、ドリフトの変動の時間スケールが、眼球位置の変化に比して充分長いこと(100倍〜)大きいことを利用し、EMアルゴリズムを用いて、実測可能以外の量について、収束された推定量を取得して眼球位置(眼球位置)の計測を行なうものであることから精度の高い測定ができるものである。
According to the eyeball measurement method according to the present invention described above, the measurement subject can only perform the gaze of the reference point, and thereafter can perform the measurement only with the electrode attached. As described at the beginning, the eyeball By avoiding the video camera and the incidental of the optical system, etc., the physical and mental burdens of the measurement subject, such as obstructing motion and visual field, are significantly reduced. Rather, it can be applied to various measurement purposes.
Despite the use of the EOG method in which measurement by an eyeball observation device such as a video camera or a light irradiation device is not performed in this way, in this case, for example, drift in the potential difference from the sensor data, that is, the potential difference from the electrode due to fluctuations in the current density of the eyeball etc. Instability due to is avoided.
That is, in the present invention, using the fact that the time scale of drift variation is sufficiently long (from 100 times) larger than the change in eyeball position, using the EM algorithm, Since the converged estimated amount is acquired and the eyeball position (eyeball position) is measured, measurement with high accuracy can be performed.

また、眼球付近に貼り付けた複数の電極で計測した電位差を、電気信号としてその場で増幅してデジタル信号に変換してから伝送できるので、ノイズの影響を受けにくい計測装置を提供することができる。そして、好ましい形態としては、無線伝送技術を利用することができるので、計測対象者の動きに全く制約されない眼球運動計測装置を提供することができる。
特に、信号伝送に無線を利用した場合には、計測対象者の動きは完全に自由であり、電源さえ供給できれば24時間対象者の眼球運動を計測することも可能である。したがって、眼球位置の移動によって得た電気的出力によって、例えば介護機械の制御など、多くの利用が可能となるものでその社会的、工業的貢献は多大である。
In addition, since a potential difference measured with a plurality of electrodes attached to the vicinity of the eyeball can be transmitted as an electric signal after being amplified and converted into a digital signal, it is possible to provide a measurement device that is not easily affected by noise. it can. And as a preferable form, since a wireless transmission technique can be utilized, the eye movement measuring device which is not restrict | limited at all by the motion of a measurement subject can be provided.
In particular, when radio is used for signal transmission, the movement of the measurement subject is completely free, and the eye movement of the subject can be measured for 24 hours as long as power can be supplied. Therefore, the electrical output obtained by the movement of the eyeball position can be used in many ways, such as control of a care machine, and its social and industrial contributions are great.

なお、本発明は上記実施形態例に限らず、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限り、種種の形態が含まれることはいうまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various forms are included without departing from the gist of the present invention described in the claims.

眼球の電池モデルを示す図である。It is a figure which shows the battery model of an eyeball. 眼球位置の設定条件を示す図である。It is a figure which shows the setting conditions of an eyeball position. 電極の配置条件の説明図である。It is explanatory drawing of the arrangement conditions of an electrode. 電極配置条件と視線方向推定の誤差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an electrode arrangement | positioning condition and the error of a gaze direction estimation. 電極配置パターンと電流密度及び電極位置の同時推定の誤差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an electrode arrangement | positioning pattern and the error of simultaneous estimation of a current density and an electrode position. 視線方向と電流密度同時推定の説明図である。It is explanatory drawing of a gaze direction and current density simultaneous estimation. 本発明の実施の形態例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the example of embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態例(変形例)を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the other embodiment (modification) of this invention. 本発明の実施形態例のフローチャートである。It is a flowchart of the embodiment of this invention. 本発明の実施形態例における初期値作業(キャリブレーション)を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the initial value work (calibration) in the example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態例の全体動作を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the whole operation | movement of the embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態例の作業を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the operation | work of the other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・眼、2、22・・・電極、3・・・信号変換回路、4・・・データ処理回路、5・・・中央処理装置(CPU)、6・・・タイマー、7・・・RAM、8・・・ROM、9・・・モニター、11・・・送信回路、12・・・受信回路、21・・・眼球、23・・・眼   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Eye, 2, 22 ... Electrode, 3 ... Signal conversion circuit, 4 ... Data processing circuit, 5 ... Central processing unit (CPU), 6 ... Timer, ... RAM, 8 ... ROM, 9 ... monitor, 11 ... transmission circuit, 12 ... reception circuit, 21 ... eyeball, 23 ... eye

Claims (4)

眼の周辺に装着した少なくとも3点以上の複数の電極によって検出される電位を、適宜組み合わせてその差電圧を取り出し、
取り出された複数の差電位の情報を用いて、眼球を電池とみなしたモデルで眼球の網膜側から角膜側に流れる電流密度もしくは網膜と角膜に帯電しているとみなされる電荷の大きさと、眼球位置と、電極の貼付された位置と、眼球の大きさとを推定し、
該推定した電極貼付位置と眼球半径を利用して、その後に取り出された電位差に基づき、
前記眼球位置の推定と前記電流密度の推定とを、複数の時間サイクルにわたって交互に繰り返すEM(Expectation and Maximization)アルゴリズム手法を用いて、前記眼球位置と前記電流密度もしくは網膜と角膜に帯電しているとみなされる電荷の大きさの推定を行う
ことを特徴とする眼球位置計測方法。
The potential detected by a plurality of electrodes of at least three or more points mounted around the eye is appropriately combined to extract the difference voltage,
Using the information on the plurality of extracted potential differences, the current density flowing from the retina side to the cornea side of the eyeball or the magnitude of the charge considered to be charged on the retina and cornea in the model in which the eyeball is regarded as a battery, and the eyeball Estimate the position, the position where the electrode was applied, and the size of the eyeball,
Based on the potential difference extracted after that using the estimated electrode application position and eyeball radius,
The eyeball position and the current density or the retina and cornea are charged using an EM (Expectation and Maximization) algorithm method that alternately repeats the estimation of the eyeball position and the estimation of the current density over a plurality of time cycles. A method for measuring an eyeball position, comprising estimating an amount of electric charge that is considered to be.
前記計測された電位から求められた電位差をデジタル信号として送信し、これを受信した受信回路に接続されたプロセッサ及びデータ処理回路において、前記眼球位置の推定と前記電流密度の推定のための計算が行われることを特徴とする請求項1に記載の眼球位置計測方法。   A potential difference obtained from the measured potential is transmitted as a digital signal. In a processor and a data processing circuit connected to the receiving circuit, the calculation is performed for estimating the eyeball position and estimating the current density. The eyeball position measuring method according to claim 1, wherein the eyeball position measuring method is performed. 眼の周辺に装着した少なくとも3点以上の複数の電極と、
該電極間の任意の組み合わせから複数の電極間の電位差を検出する信号変換回路と、
前記信号変換回路から抽出される電位差から、電極貼付位置と眼球を電池とみなしたモデルで眼球の網膜側から角膜側に流れる電流密度もしくは網膜と角膜に帯電しているとみなされる電荷の大きさと眼球位置とを繰り返し計算によって推定するプロセッサ及びデータ処理回路とを備え、
前記データ処理回路の計算において、EM(Expectation and Maximization)アルゴリズム手法によって、前記眼球位置の推定と、電流密度の推定とを複数サイクルにわたって計算して求める
ことを特徴とする眼球位置計測装置。
A plurality of at least three or more electrodes mounted around the eye;
A signal conversion circuit for detecting a potential difference between a plurality of electrodes from any combination between the electrodes;
From the potential difference extracted from the signal conversion circuit, the current density flowing from the retina side to the cornea side of the eyeball in the model where the electrode attachment position and the eyeball are regarded as a battery, or the magnitude of the charge considered to be charged in the retina and cornea A processor and a data processing circuit for estimating the eyeball position by repetitive calculation;
In the calculation of the data processing circuit, an eye position measurement apparatus characterized in that the eye position estimation and the current density estimation are calculated and calculated over a plurality of cycles by an EM (Expectation and Maximization) algorithm method.
前記計測された電位から求められた電位差をデジタル信号に変換して送信する送信回路と、該送信回路から有線または無線にて送られた信号を受信する受信回路とをさらに備えた請求項3に記載の眼球位置計測装置。   The transmission circuit according to claim 3, further comprising: a transmission circuit that converts a potential difference obtained from the measured potential into a digital signal and transmits the digital signal; and a reception circuit that receives a signal transmitted from the transmission circuit by wire or wirelessly. The eyeball position measurement apparatus described.
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