JP6342440B2 - Eye movement detection device, eye movement detection method, and eyewear - Google Patents

Eye movement detection device, eye movement detection method, and eyewear Download PDF

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Description

この発明の実施形態は、眼電位センシング技術を応用した眼球運動検出装置、眼球運動検出方法、およびアイウエアに関する。   Embodiments described herein relate generally to an eye movement detection device, an eye movement detection method, and eyewear to which an electrooculogram sensing technique is applied.

通常、人が前方を見つつ歩行する際は、その人の頭は上下左右に揺れているが、その人には周りの景色がはっきり見えている。これは、歩行時における頭部の動揺が身体の他の部分よりも小さい範囲(視線の遠近によらず振幅2〜3cm位)に抑えられ、その小さい範囲内で頭部と眼球が視線の安定を保つように協調的に動いているためである(非特許文献1参照)。この非特許文献1は、「歩行時には頭部が上下左右に動揺し、この動揺に対する視線安定化の動作として頭部の回転および眼球の補償回転が発生する」ことを教示している。   Normally, when a person walks while looking forward, the person's head shakes up and down, left and right, but the person can see the surrounding scenery clearly. This is because the movement of the head during walking is suppressed to a range smaller than other parts of the body (amplitude is about 2 to 3 cm regardless of the distance of the line of sight). This is because they move in a coordinated manner so as to maintain (see Non-Patent Document 1). This Non-Patent Document 1 teaches that "the head is shaken up and down and left and right during walking, and the rotation of the head and the compensated rotation of the eyeball are generated as a line-of-sight stabilization operation against this shake".

眼電位センシング技術に関しては、人の眼球運動による眼電に基づいてその人の視線位置を検出する公知例1がある(特許文献1参照)。この公知例1では、眼電検出(眼電位センシング)にEOG(Electro-Oculography)電極を用い、EOG電極から取得した眼電データよりユーザの視線位置を検出している(段落0025)。公知例1の実施形態ではEOG電極をゴーグルに設けているが(段落0061)、EOG用の電極をメガネに設けた公知例2もある(特許文献2参照)。ゴーグルやメガネは、人の眼球付近に装着されるアイウエアの一種である。アイウエアを装着したユーザが歩行すると、アイウエアも頭部と一緒に動揺する。   Regarding electrooculogram sensing technology, there is a known example 1 of detecting a person's line-of-sight position based on an electrooculogram generated by a person's eye movement (see Patent Document 1). In this known example 1, an EOG (Electro-Oculography) electrode is used for electrooculogram detection (electrooculogram sensing), and a user's line-of-sight position is detected from electrooculogram data acquired from the EOG electrode (paragraph 0025). In the embodiment of the known example 1, the EOG electrode is provided in the goggles (paragraph 0061), but there is also the known example 2 in which the EOG electrode is provided in the glasses (see Patent Document 2). Goggles and glasses are a type of eyewear worn near the human eyeball. When the user wearing the eyewear walks, the eyewear also shakes with the head.

特開2009−288529号公報JP 2009-288529 A 特開2013−244370号公報JP 2013-244370 A

歩行中の視線安定を維持する頭部運動と眼球運動論文 2000-03 矢崎、鋭矢 大阪大学大学院人間科学研究科記要.26 P.177-P.193http://ir.library.osaka-u.ac.jp/dspace/bitstream/11094/5672/1/hs26-177.pdfPapers on Head Movements and Eye Movements to Maintain Gaze Stability During Walking 2000-03 Yazaki, Sharp Arrow Journal of Graduate School of Human Sciences, Osaka University. 26 P.177-P.193 http: //ir.library.osaka-u .ac.jp / dspace / bitstream / 11094/5672/1 / hs26-177.pdf

静止した着座状態(EOG電極付アイウエアを装着したユーザの頭部に外乱となる動きが混入しない状態)では、眼電位センシングによって視線/眼球回転を安定して検出できる。しかし、歩行状態(EOG電極付アイウエアを装着したユーザの頭部に上下左右の揺れが発生する状態)において現実世界の固定物を注視した場合には、着座状態と比べて目的の視線/眼球回転を検出するのが困難となる。その理由は、人体の持つ視線安定化のための補完動作として眼球回転が無意識に行われており、眼電位センシング結果にもこの無意識な眼球回転の信号成分が(ノイズあるいは外乱として)重畳するためである。   In a stationary seating state (a state in which no disturbing movement is mixed into the head of the user wearing the eyewear with EOG electrodes), the gaze / eyeball rotation can be stably detected by electrooculogram sensing. However, when looking at a fixed object in the real world in a walking state (a state in which the user's head wearing EOG electrode-equipped eyewear shakes up and down, left and right), the target line of sight / eyeball is compared to the sitting state. It is difficult to detect rotation. The reason is that eyeball rotation is unconsciously performed as a complementary operation for stabilizing the gaze of the human body, and the signal component of this unconscious eyeball rotation is superimposed (as noise or disturbance) on the electrooculogram sensing result. It is.

すなわち、EOG電極付アイウエアを装着したユーザが歩行すると、ユーザが視線を前方の特定物に固定していても、歩行に伴う頭部の動揺によって、EOG電極から取得した眼電データも変動する。この眼電データの変動分は、実際の視線に対応した眼電データに対して、ノイズ(外乱)となる。   That is, when the user wearing the eyewear with EOG electrode walks, the electrooculogram data acquired from the EOG electrode also fluctuates due to shaking of the head accompanying walking even if the user fixes his / her line of sight to a specific object ahead. . The fluctuation of the electrooculogram data becomes noise (disturbance) with respect to the electrooculogram data corresponding to the actual line of sight.

この発明の実施形態により解決しようとする課題の1つは、頭部の動揺によって眼電データに混入するノイズ成分を抑えることである。   One of the problems to be solved by the embodiment of the present invention is to suppress a noise component mixed in the electrooculogram data due to the shaking of the head.

一実施の形態に係る眼球運動検出装置は、アイウエア(例えばメガネ型)のデバイス形態で用いられ、そのアイウエアを装着したユーザの眼電位(EOG)に基づいて眼球回転を含む眼動(視線移動、瞬目など)を検出する眼動検出部と、前記アイウエアの移動を検出する3軸加速度センサと、前記アイウエアの回転を検出する3軸ジャイロセンサを備えている。   An eye movement detection device according to an embodiment is used in an eyewear (for example, eyeglass type) device form, and includes eye movement (eye line of sight) including eyeball rotation based on an electrooculogram (EOG) of a user wearing the eyewear. An eye movement detector for detecting movement, blinking, etc., a triaxial acceleration sensor for detecting movement of the eyewear, and a triaxial gyro sensor for detecting rotation of the eyewear.

このアイウエアを装着したユーザが現実世界の固定物を注視して歩行している際に、眼球回転の検出と同時に、アイウエアの(つまりユーザ頭部の)移動および回転を検出する。そして、ユーザの頭部が動いている状態で現実世界の固定物を注視している際に眼電位に混入するノイズ(頭部の動きを打ち消す方向に働く代償的眼球回転によって付加された眼電位成分)を、加速度センサおよび/またはジャイロセンサによって検出した頭部の動きに対応する信号成分(混入ノイズに対して逆相となる成分)の合成によって、打ち消す(低減または排除する)。   When the user wearing the eyewear is walking while gazing at a fixed object in the real world, the movement and rotation of the eyewear (that is, the user's head) is detected simultaneously with the detection of the eyeball rotation. And noise that mixes in the electro-oculogram when gazing at the real world fixed object while the user's head is moving (the electro-oculogram added by the compensatory eye rotation that works in the direction to cancel the movement of the head) Component) is canceled (reduced or eliminated) by synthesizing a signal component corresponding to the head movement detected by the acceleration sensor and / or gyro sensor (a component having a phase opposite to the mixed noise).

なお、ノイズ打ち消しのために合成する信号の位相(ノイズの信号成分に対して正相か逆相か)は、加速度センサ/ジャイロセンサ単体では判断できない。その判断は、加速度センサ/ジャイロセンサ各々の検出結果を眼電位の検出結果に加算合成した結果から行うことができる。すなわち、「歩行時に加速度センサ/ジャイロセンサで検出された歩行ピッチ(あるいは歩行周期)での眼電位信号振幅の変化が、より小さくなった方の合成信号位相を選択する」という判断を行うことができる。   Note that the phase of the signal to be combined for noise cancellation (whether the phase is normal or negative with respect to the noise signal component) cannot be determined by the acceleration sensor / gyro sensor alone. The determination can be made from the result of adding and combining the detection results of the acceleration sensor / gyro sensor and the detection result of the electrooculogram. That is, a determination may be made that “the synthesized signal phase with the smaller change in electrooculogram signal amplitude at the walking pitch (or walking cycle) detected by the acceleration sensor / gyro sensor during walking is selected”. it can.

前方を見ながら歩行中の人の頭部動揺(上下左右動による位置変化)を説明する図。The figure explaining head shaking (position change by up-and-down and right-and-left movement) of a person walking while looking forward. 歩行中に前方の固定物を注視している人の頭部動揺(前屈/後屈による角度変化)を説明する図。The figure explaining the head shaking (angle change by forward bending / back bending) of the person who is gazing at the fixed object ahead while walking. 頭部が縦方向に前後屈変化をした場合の、視標距離(眼から注視対象までの距離)と眼球運動との関係を説明する図。The figure explaining the relationship between a target distance (distance from an eye to a gaze object) and eye movement when the head has bent back and forth in the vertical direction. 頭部前後屈の角度変化/速度変化と眼動の角度変化/速度変化との間の位相関係を例示する図。The figure which illustrates the phase relationship between the angle change / velocity change of head bending, and the angle change / velocity change of eye movement. 一実施の形態に係る眼球運動検出装置が組み込まれたメガネ型アイウエアを説明する図(EOG電極がノーズパッドに配置された例)。The figure explaining the eyeglasses type eyewear with which the eye movement detection device concerning one embodiment was incorporated (example in which an EOG electrode is arranged on a nose pad). 一実施の形態に係るメガネ型アイウエアにおけるEOG電極の実装例を説明する図。The figure explaining the example of mounting of the EOG electrode in the glasses-type eyewear which concerns on one embodiment. 種々な実施の形態に取り付け可能な情報処理部11と、その周辺デバイスとの関係を説明する図。The figure explaining the relationship between the information processing part 11 which can be attached to various embodiment, and its peripheral device. 例えば25m先にある現実世界の固定物を注視しながら、右足から歩き始めて13歩目の右足で止まった場合の、EOG波形の一例を示す図。The figure which shows an example of an EOG waveform when it begins to walk from the right foot and stops at the right foot of the 13th step while gazing at a fixed object in the real world, for example, 25 meters away. 図8と同じ条件で、再び右足から歩き始めて13歩目の右足で止まった場合の、EOG波形の他例(反復再現性の確認)を示す図。The figure which shows the other example (confirmation of reproducibility) of an EOG waveform at the time of starting on the right foot | foot again on the same conditions as FIG. 8, and stopping with the 13th right foot | foot. 頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、正面から上方への眼動と、図6に示す3つのアナログ/デジタルコンバータ(ADC)から得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2、およびCh1とCh2の平均レベルCh1+2)との関係を例示する眼電図(EOG)。When the noise caused by the shaking of the head is canceled, the eye movements from the front to the upper side and the detection signal levels (Ch0, Ch1, Ch2) obtained from the three analog / digital converters (ADC) shown in FIG. And an electrooculogram (EOG) illustrating the relationship between the average level Ch1 + 2) of Ch1 and Ch2. 頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、正面から下方への眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2、およびCh1+2)との関係を例示する眼電図。When the noise caused by the motion of the head is canceled, the eye movement from the front to the bottom and the detection signal levels (Ch0, Ch1, Ch2, and Ch1 + 2) obtained from the three ADCs shown in FIG. An electrooculogram illustrating the relationship. 頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、左から右への眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2、およびCh1+2)との関係を例示する眼電図。When the noise caused by the motion of the head is canceled, the eye movement from left to right and the detection signal levels (Ch0, Ch1, Ch2, and Ch1 + 2) obtained from the three ADCs shown in FIG. An electrooculogram illustrating the relationship. 頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、視線が正面を向いているときに、瞬き(両目)を5秒間隔で5回反復した眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2)との関係を例示する眼電図。In the case where the noise caused by the motion of the head is canceled, when the line of sight is facing the front, the blinking (both eyes) is repeated five times at intervals of 5 seconds, and the three ADCs shown in FIG. FIG. 6 is an electrooculogram illustrating a relationship with detection signal levels (Ch0, Ch1, and Ch2) obtained from FIG. 頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、視線が正面を向いているときに、1秒の眼瞑り(両目)と4秒の眼開き(両目)を5回反復した眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2)との関係を例示する眼電図。When the noise caused by the motion of the head is canceled, when the line of sight is facing the front, the eye movement that repeats 1 second of eye meditation (both eyes) and 4 seconds of eye opening (both eyes) 5 times FIG. 7 is an electrooculogram illustrating the relationship between detection signal levels (Ch0, Ch1, and Ch2) obtained from the three ADCs shown in FIG. 頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、視線が正面を向いているときに、両目の瞬きを5回反復した直後に左目のウインク(左側片目の瞬き)を5回反復した眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2)との関係を例示する眼電図。When the noise caused by the shaking of the head has been canceled, the eye that has repeated the blink of the left eye (the blink of the left eye) five times immediately after the blink of both eyes has been repeated five times when the line of sight is facing the front FIG. 7 is an electrooculogram illustrating the relationship between movement and detection signal levels (Ch0, Ch1, and Ch2) obtained from the three ADCs shown in FIG. 頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、視線が正面を向いているときに、両目の瞬きを5回反復した直後に右目のウインク(右側片目の瞬き)を5回反復した眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2)との関係を例示する眼電図。When the noise caused by the shaking of the head is canceled, the eye that has repeated the blink of the right eye (the blink of the right eye) 5 times immediately after the blink of both eyes 5 times when the line of sight is facing the front FIG. 7 is an electrooculogram illustrating the relationship between movement and detection signal levels (Ch0, Ch1, and Ch2) obtained from the three ADCs shown in FIG. 頭部の動揺に起因するノイズを最小化する処理(ノイズ打ち消し処理)の一例を説明するフローチャート。The flowchart explaining an example of the process (noise cancellation process) which minimizes the noise resulting from the shaking of a head. 他の実施形態に係るメガネ型アイウエアにおけるEOG電極の実装例を説明する図(EOG電極が眼球周辺に配置された例)。The figure explaining the mounting example of the EOG electrode in the spectacles type eyewear which concerns on other embodiment (example in which the EOG electrode is arrange | positioned around the eyeball). さらに他の実施形態に係るゴーグル型アイウエア(左右両眼のアイフレームが連続したタイプ)におけるEOG電極の実装例を説明する図(EOG電極が眼球周辺に配置された他の例)。Furthermore, the figure explaining the example of mounting of the EOG electrode in the goggles type eyewear (type in which the eye frames of both right and left eyes are continuous) according to another embodiment (an other example in which the EOG electrode is arranged around the eyeball). さらに他の実施形態に係るゴーグル型アイウエア(左右両眼のアイカップが分離したタイプ)におけるEOG電極の実装例を説明する図(EOG電極が眼球周辺に配置されたさらに他の例)。Furthermore, the figure explaining the example of mounting of the EOG electrode in the goggles type eyewear concerning another embodiment (the type which the eyecup of both right and left eyes separated) (the other example in which the EOG electrode was arranged around the eyeball).

以下、初めに基礎的な情報を提供し、続いて、図面を参照しながら種々な実施形態を説明する。   In the following, basic information will be provided first, and then various embodiments will be described with reference to the drawings.

<基礎情報>
成人の眼球の直径は約25mm。生後は17mm程度で、成長に伴い大きくなる。
成人男性の瞳孔間距離は約65mm。(一般市販のステレオカメラは65mmの間隔で作られている物が多い。)
成人女性の瞳孔間距離は男性に比べて数mm短い。
眼電位は数十mV。
眼球は角膜側にプラス、網膜側にマイナスの電位を持つ。これを皮膚の表面で測定すると数百μVの電位差として現れる。
<Basic information>
The diameter of an adult eyeball is about 25 mm. After birth, it is about 17 mm and grows with growth.
The distance between the pupils of an adult male is about 65 mm. (Many commercially available stereo cameras are made at intervals of 65 mm.)
The distance between the pupils of adult women is several mm shorter than that of men.
The electrooculogram is several tens of mV.
The eyeball has a positive potential on the cornea side and a negative potential on the retina side. When this is measured on the surface of the skin, it appears as a potential difference of several hundred μV.

なお、眼動検出に関係する眼球運動の種類および眼球の移動範囲としては、例えば以下のものがある:
<眼球運動(眼動)の種類>
(01)補償性眼球運動
頭や身体の動きにかかわらず、外界の像を網膜上で安定させるために発達した、非随意的な眼球運動。
Examples of types of eye movements and eye movement ranges related to eye movement detection include the following:
<Types of eye movement (eye movement)>
(01) Compensatory eye movement Involuntary eye movement developed to stabilize the image of the outside world on the retina regardless of the movement of the head or body.

(02)随意性眼球運動
視対像を網膜上の中心にくるようにするために発達した眼球運動であり、随意的なコントロールが可能な運動。
(02) Voluntary eye movement An eye movement developed to bring the visual image to the center of the retina and can be controlled arbitrarily.

(03)衝撃性眼球運動(サッケード)
物を見ようとして注視点を変えるときに発生する眼球運動(検出し易い)。
(03) Impact eye movement (saccade)
Eye movement that occurs when the point of sight is changed to see an object (easy to detect).

(04)滑動性眼球運動
ゆっくりと移動する物体を追尾するときに発生する滑らかな眼球運動(検出し難い)。
(04) Sliding eye movement Smooth eye movement that occurs when tracking slowly moving objects (difficult to detect).

<眼球の移動範囲(一般的な成人の場合)>
(11)水平方向
左方向: 50°以下
右方向: 50°以下
(12)垂直方向
下方向: 50°以下
上方向: 30°以下
(自分の意思で動かせる垂直方向の角度範囲は、上方向だけ狭い。(閉眼すると眼球が上転する「ベル現象」があるため、閉眼すると垂直方向の眼球移動範囲は上方向にシフトする。)
(13)その他
輻輳角: 20°以下。
<Eyeball movement range (for general adults)>
(11) Horizontal direction Left direction: 50 ° or less Right direction: 50 ° or less (12) Vertical direction Downward direction: 50 ° or less Upward direction: 30 ° or less Narrow (Because there is a “bell phenomenon” in which the eyeball moves upward when the eye is closed, the eye movement range in the vertical direction shifts upward when the eye is closed.)
(13) Others Angle of convergence: 20 ° or less.

<歩行に伴う頭部の動きについて(図1、図2の出典は非特許文献1)>
図1は、前方を見ながら歩行中の人の頭部動揺(上下左右動による位置変化)を説明する図である。歩行時の下肢の動きによって、人の頭部は上下に位置変化する(図1(a))。一般的な大人の歩行周期(1歩行サイクル)は、例えば0.6秒位になる。同時に、この歩行において、人の頭部は左右にも位置変化する(図1(b))。この左右位置変化の周期は、歩行周期の2倍の1.2秒位になる。上下の位置変化幅および左右の位置変化幅は、それぞれ2〜3cm位ある。この上下左右動は略リニアで規則性があり、歩行周期と密接に関連した周期を持つ。
<About the movement of the head accompanying walking (Sources of FIGS. 1 and 2 are non-patent documents 1)>
FIG. 1 is a diagram for explaining head fluctuation (position change due to up / down / left / right movement) of a person walking while looking forward. Due to the movement of the lower limbs during walking, the position of the human head changes vertically (FIG. 1A). A typical adult walking cycle (one walking cycle) is, for example, about 0.6 seconds. At the same time, the position of the person's head also changes in the left and right during this walking (FIG. 1B). The cycle of this left-right position change is about 1.2 seconds, which is twice the walking cycle. The vertical position change width and the horizontal position change width are about 2 to 3 cm, respectively. This up / down / left / right movement is substantially linear and regular, and has a cycle closely related to the walking cycle.

図2は、歩行中に前方の固定物を注視している人の頭部動揺(前屈/後屈による角度変化)を説明する図である。前方の目視対象(視標)を注視している人が歩行を開始すると、歩行に伴い頭部が上下に位置変化する(図2(a))。視標を注視している間、頭部が上位置にきたときはその頭部は前屈(ピッチダウン)し、頭部が下位置にきたときはその頭部は後屈(ピッチアップ)する(図2(b))。このような前後屈(頭部の縦方向回転運動)が、1歩行サイクル中に、頭部の上下動に対応(同期)して起きる。同様に、頭部が左右に位置変化した場合(図1(b))は、頭部に左右方向の回転運動(頭部の上下動に同期)が起きる。   FIG. 2 is a diagram for explaining a head sway (angle change due to forward / backward bending) of a person who is gazing at a fixed object in front during walking. When a person who is gazing at the front visual target (target) starts walking, the head position changes vertically with walking (FIG. 2A). While gazing at the target, when the head is in the upper position, the head bends forward (pitch down), and when the head is in the lower position, the head bends backward (pitch up). (FIG. 2 (b)). Such back and forth bending (vertical rotational movement of the head) occurs in response to (in synchronization with) the vertical movement of the head during one walking cycle. Similarly, when the position of the head changes from side to side (FIG. 1B), a horizontal rotational movement (synchronized with the vertical movement of the head) occurs in the head.

すなわち、歩行中、人の頭部は上下左右の動きを代償するような回転運動を行っており、視線が前方の目視対象(視標)を捉えるのを助けるように頭部は高低位置で前後屈する。左右に対しても同様で、歩行に伴い身体が左右に揺れて頭部が左右に動くと、頭部は左右に回旋(往復回転)する。こうした頭部の回転は「代償的回転: Compensatory Rotation」と呼ばれ、視線の安定を助けていると考えられている。   That is, while walking, the human head performs a rotational motion that compensates for vertical and horizontal movements, and the head moves back and forth at high and low positions so as to help the line of sight to catch the front visual target (target). Bow. The same applies to the left and right. When the body swings from side to side and the head moves to the left and right during walking, the head rotates to the left and right (reciprocating). This rotation of the head is called “Compensatory Rotation” and is thought to help stabilize the line of sight.

また、歩行中に人の体幹は前後左右に回転するため、頭部はこれらをも代償する必要がある。この体幹の変化に対して頭部を逆方向に回転させる事で、頭部の角度位置を水平に保っている。   In addition, since the human trunk rotates back and forth and right and left during walking, the head needs to compensate for these. The angular position of the head is kept horizontal by rotating the head in the opposite direction with respect to the change in the trunk.

<歩行に伴う眼球の動きについて(図3、図4の出典は非特許文献1)>
図3は、頭部が縦方向に前後屈変化をした場合の、視標距離(眼から注視対象までの距離)と眼球運動との関係を説明する図である。ここでは、頭部を固定した場合の視標位置をHFPとし、実際の視標がHFPよりも近い場合(Near Target)と遠い場合(Far Target)について、頭部の前後屈回転角(φh)と眼球の代償回転角(φen、φef)を例示している。
<Regarding the movement of the eyeball accompanying walking (Sources of FIGS. 3 and 4 are non-patent documents 1)>
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the target distance (the distance from the eye to the gaze target) and the eye movement when the head is bent back and forth in the vertical direction. Here, the target position when the head is fixed is HFP, and when the actual target is closer (Near Target) and far (Far Target) than the HFP, the anteroposterior rotation angle (φh) of the head And the compensatory rotation angle (φen, φef) of the eyeball.

前述したように、頭部は代償的回転を行うが、それだけでは視線安定化を完全に達成できない。頭部は上下動を代償して回転する際に過不足を起こすことがままある。この代償回転の過不足によるズレを補うために、歩行中には周期的な眼球の補償回転が必要となる。例えば、30cm先の近い視標(Near Target)に対しては、眼球は頭部の回旋/回転(φh)と同方向の代償回転(φen)を行う。これにより頭部の回旋/回転が不十分でも眼球は頭部と動方向に協調回転して頭部の回旋不足を補う。一方、例えば100m先の遠い視標(Far Target)に対しては、眼球は頭部の回旋/回転(φh)と逆方向の代償回転(φef)を行う。これにより頭部の回旋/回転が過度となっても眼球は逆方向に回転して、頭部回旋の過度分を打ち消す。(なお、視標が近くても遠くても、歩行時の頭部の移動量に実質的な差はない。)
図4は、頭部前後屈の角度変化/速度変化と眼動の角度変化/速度変化との間の位相関係を例示する図である。図3に示す頭部の前後屈の角度(φh)は、アイウエアに取り付けられた3軸ジャイロ(図7の11e)によって検出できる。また図3に示す眼球の回転角度(φen、φef)は、眼球のEOGを利用した眼動検出部(図7の15)によって検出できる。
As described above, the head rotates at a cost, but it is not possible to achieve line-of-sight stabilization completely by itself. When the head rotates at the expense of vertical movement, it still causes over and under. In order to compensate for the deviation due to the excessive or insufficient compensation rotation, periodic compensation rotation of the eyeball is required during walking. For example, for a near target 30 cm away, the eyeball performs a compensatory rotation (φen) in the same direction as the rotation / rotation (φh) of the head. Thereby, even if the rotation / rotation of the head is insufficient, the eyeball rotates in cooperation with the head in the moving direction to compensate for the insufficient rotation of the head. On the other hand, for example, for a far target (Far Target) 100 m ahead, the eyeball performs a compensatory rotation (φef) in the opposite direction to the rotation / rotation (φh) of the head. As a result, even if the rotation / rotation of the head becomes excessive, the eyeball rotates in the opposite direction to cancel the excessive rotation of the head. (Note that there is no substantial difference in the amount of head movement when walking, whether the target is near or far.)
FIG. 4 is a diagram illustrating the phase relationship between the angle change / velocity change of head anteroposterior bending and the angle change / velocity change of eye movement. The head bending angle (φh) shown in FIG. 3 can be detected by a three-axis gyro (11e in FIG. 7) attached to the eyewear. The eyeball rotation angles (φen, φef) shown in FIG. 3 can be detected by an eye movement detection unit (15 in FIG. 7) using EOG of the eyeball.

歩行にともなう頭部の上下動変化(縦方向の前後屈変化)は、視標が近い(Near Target)場合は眼球回転の変化と同相で変化する(図4(a))。一方、視標が遠い(Far Target)場合は、頭部の上下動変化(縦方向の前後屈変化)は眼球回転の変化と逆相で変化する(図4(b))。視標が図3の固定位置HFPにあるときは、眼球回転はなくなり、図4(a)(b)に示す破線の波形変化は極小(図示上では略水平)になる(この極小ポイントを境にして、頭部の縦方向の前後屈変化と眼球回転の変化との間の位相が反転する)。同様な位相反転は、頭部上下動の速度変化および眼球回転の速度変化の間でも見られる(図4(c)(d))。   The head vertical movement change (vertical forward / backward bending change) accompanying walking changes in phase with the eyeball rotation when the target is near (Near Target) (FIG. 4A). On the other hand, when the target is far (Far Target), the vertical movement change of the head (vertical forward / backward bending change) changes in opposite phase to the change of the eyeball rotation (FIG. 4B). When the visual target is at the fixed position HFP in FIG. 3, the eyeball is not rotated, and the waveform change of the broken line shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) is minimal (substantially horizontal in the figure) (this minimal point is a boundary). Thus, the phase between the longitudinal anteroposterior bending change and the eye rotation change is reversed). Similar phase inversion is also observed between the speed change of the head vertical movement and the speed change of the eyeball rotation (FIGS. 4C and 4D).

いま、上記「歩行にともなう頭部の上下動変化」に起因してEOGに生じる信号変化を「体動ノイズ」と呼ぶことにする。歩行行為は加速度センサやジャイロセンサで検出可能であり、眼動行為はEOGから検出可能である。すると、「歩行中」かつ「眼動行為無し」が検出されている際に、EOGに体動ノイズが現れない場合には、「アイウエアのユーザは視標の距離によって体動ノイズが位相反転するポイント(図3の位置HFPに対応)を注視している」ことが示される。   Now, the signal change that occurs in the EOG due to the above-mentioned “change in the vertical movement of the head accompanying walking” will be referred to as “body motion noise”. The walking action can be detected by an acceleration sensor or a gyro sensor, and the eye movement action can be detected from the EOG. Then, when “walking” and “no eye movement” are detected, if body motion noise does not appear in the EOG, “the eyewear user may invert the body motion noise depending on the distance of the target. It is indicated that the point (corresponding to the position HFP in FIG. 3) is being watched.

図5は、一実施の形態に係る眼球運動検出装置が組み込まれたメガネ型アイウエア100を説明する図(EOG電極がノーズパッドに配置された例)である。この実施形態では、右アイフレーム(右リム)101と左アイフレーム(左リム)102がブリッジ103連結されている。左右アイフレーム102、101およびブリッジ103は、例えばアルミ合金、チタンなどで構成できる。左アイフレーム102の左外側は左ヒンジ104を介して左テンプルバー106に繋がり、左テンプルバー106の先端に左モダン(左イヤーパッド)108が設けられている。同様に、右アイフレーム101の右外側は右ヒンジ105を介して右テンプルバー107に繋がり、右テンプルバー107の先端に右モダン(右イヤーパッド)109が設けられている。   FIG. 5 is a diagram illustrating an eyewear-type eyewear 100 in which an eye movement detection device according to an embodiment is incorporated (an example in which EOG electrodes are arranged on a nose pad). In this embodiment, a right eye frame (right rim) 101 and a left eye frame (left rim) 102 are connected to a bridge 103. The left and right eye frames 102 and 101 and the bridge 103 can be made of, for example, an aluminum alloy or titanium. The left outer side of the left eye frame 102 is connected to the left temple bar 106 via the left hinge 104, and a left modern (left ear pad) 108 is provided at the tip of the left temple bar 106. Similarly, the right outer side of the right eye frame 101 is connected to the right temple bar 107 via the right hinge 105, and a right modern (right ear pad) 109 is provided at the tip of the right temple bar 107.

ブリッジ103には、眼球運動検出装置の主要部となる情報処理部11(数ミリ角の集積回路)が取り付けられている。この情報処理部11は、マイクロコンピュータ、メモリ、通信処理部などを集積したLSIにより構成できる(情報処理部11の詳細については、図7を参照して後述する)。   An information processing unit 11 (an integrated circuit of several millimeters square) that is a main part of the eye movement detection device is attached to the bridge 103. The information processing unit 11 can be configured by an LSI in which a microcomputer, a memory, a communication processing unit, and the like are integrated (details of the information processing unit 11 will be described later with reference to FIG. 7).

リチウムイオン電池などの小型電池(BAT)が、例えば左テンプルバー106内(あるいは右テンプルバー107内、もしくはモダン108または109内)に埋め込まれ、メガネ型アイウエア100の動作に必要な電源となっている。   A small battery (BAT) such as a lithium ion battery is embedded in, for example, the left temple bar 106 (or the right temple bar 107 or the modern 108 or 109), and serves as a power source necessary for the operation of the eyeglass-type eyewear 100. ing.

左ヒンジ104寄りの左アイフレーム102端部には、左カメラ13Lが取り付けられ、右ヒンジ105寄りの右アイフレーム101端部には、右カメラ13Rが取り付けられている。これらのカメラは、超小型のCCDイメージセンサを用いて構成できる。   A left camera 13L is attached to the end of the left eye frame 102 near the left hinge 104, and a right camera 13R is attached to the end of the right eye frame 101 near the right hinge 105. These cameras can be configured using ultra-compact CCD image sensors.

これらのカメラ(13L、13R)は、ステレオカメラを構成するものでもよい。あるいはこれらのカメラの位置に赤外線カメラ(13R)とレーザー(13L)を配置し、赤外線カメラ+レーザーによる距離センサを構成してもよい。この距離センサは、超音波を集音する小型半導体マイク(13R)と超音波を放射する小型圧電スピーカー(13L)などで構成することもできる。   These cameras (13L, 13R) may constitute a stereo camera. Alternatively, an infrared camera (13R) and a laser (13L) may be arranged at the positions of these cameras to form a distance sensor using an infrared camera + laser. This distance sensor can also be composed of a small semiconductor microphone (13R) that collects ultrasonic waves and a small piezoelectric speaker (13L) that emits ultrasonic waves.

なお、左右カメラ13L/13Rの代わりに、あるいは左右カメラ13L/13Rに加えて、ブリッジ103部分に図示しない中央カメラを設ける実施形態も考えられる。逆に、カメラを全く装備しない実施形態もあり得る(これらのカメラは、図7ではカメラ13として示されている)。   In addition, instead of the left and right cameras 13L / 13R, or in addition to the left and right cameras 13L / 13R, an embodiment in which a central camera (not shown) is provided in the bridge 103 can be considered. Conversely, there may be embodiments that are not equipped with cameras at all (these cameras are shown as camera 13 in FIG. 7).

左アイフレーム102には左ディスプレイ12Lがはめ込まれ、右アイフレーム101には右ディスプレイ12Rがはめ込まれている。このディスプレイは、左右のアイフレームの少なくとも一方に設けられ、フィルム液晶などを用いて構成できる。具体的には、偏光板を用いないポリマー分散型液晶(PDLC)を採用したフィルム液晶表示デバイスを用いて、左右のディスプレイ12L、12Rの一方または両方を構成できる(このディスプレイは、図7ではディスプレイ12として示されている)。   A left display 12L is fitted in the left eye frame 102, and a right display 12R is fitted in the right eye frame 101. This display is provided on at least one of the left and right eye frames, and can be configured using a film liquid crystal or the like. Specifically, one or both of the left and right displays 12L and 12R can be configured using a film liquid crystal display device that employs a polymer-dispersed liquid crystal (PDLC) that does not use a polarizing plate. 12).

フィルム液晶を利用した透明な左右ディスプレイ12L/12Rは、メガネを通して見える現実の世界に数字や文字などの画像情報を付加させる拡張現実(AR:Augmented Reality)を提供する手段として、利用できる。   The transparent left and right displays 12L / 12R using film liquid crystal can be used as means for providing augmented reality (AR) that adds image information such as numbers and letters to the real world seen through glasses.

左右のアイフレーム102、101の間であって、ブリッジ103の下側には、ノーズパッド部が設けられる。このノーズパッド部は、左ノーズパッド150Lと右ノーズパッド150Rのペアで構成される。右ノーズパッド150Rには右ノーズパッド電極151a,151bが設けられ、左ノーズパッド150Lには左ノーズパッド電極152a,152bが設けられている。   A nose pad portion is provided between the left and right eye frames 102 and 101 and below the bridge 103. This nose pad portion is composed of a pair of a left nose pad 150L and a right nose pad 150R. The right nose pad 150R is provided with right nose pad electrodes 151a and 151b, and the left nose pad 150L is provided with left nose pad electrodes 152a and 152b.

これらの電極151a,151b,152a,152bは互いに電気的に分離され、絶縁された配線材(図示せず)を介して、3つのADコンバータ(ADC1510、1520、1512)に接続される。これらのADCからの出力は、アイウエア100を装着したユーザの眼の動きに応じて異なる信号波形を持ち、ユーザの眼動に応じたデジタルデータとして、情報処理部11に供給される。電極151a,151b,152a,152bは、視線検出センサとして用いられ、3つのADコンバータとともに図7の眼動検出部15の構成要素となっている。   These electrodes 151a, 151b, 152a, and 152b are electrically separated from each other, and are connected to three AD converters (ADCs 1510, 1520, and 1512) through insulated wiring members (not shown). The outputs from these ADCs have different signal waveforms according to the movement of the eye of the user wearing the eyewear 100, and are supplied to the information processing unit 11 as digital data according to the eye movement of the user. The electrodes 151a, 151b, 152a, and 152b are used as line-of-sight detection sensors and are components of the eye movement detection unit 15 in FIG. 7 together with the three AD converters.

アイウエア100は、左右のノーズパッド(150L、150R)と左右のテンプルバー(106、107)と左右のモダン(108、109)によって、図示しないユーザの頭部に固定される。この実施形態では、ユーザの頭部(または顔面)に直接触れるのは、左右のノーズパッド(150L、150R)と左右のテンプルバー(106、107)と左右のモダン(108、109)だけでよいが、ADC(1510、1520、1512)とユーザのボディとの間の電圧合わせなどのために、それら(ノーズパッド、テンプルバー、モダン)以外の部分がユーザに触れる実施形態があってもよい。   The eyewear 100 is fixed to a user's head (not shown) by left and right nose pads (150L, 150R), left and right temple bars (106, 107), and left and right moderns (108, 109). In this embodiment, only the left and right nose pads (150L, 150R), the left and right temple bars (106, 107), and the left and right modern (108, 109) need to touch the user's head (or face) directly. However, there may be an embodiment in which a part other than the ADC (1510, 1520, 1512) and the user's body touches the user other than those (nose pad, temple bar, modern).

図5の右ディスプレイ12Rのフィルム液晶には、例えばテンキー(数字、演算子、Enter、他)、アルファベット、所定形状のマーク、その他のアイコン群を含む右表示画像IM1を表示できる。また、左ディスプレイ12Lのフィルム液晶には、例えば任意の文字列、任意形状のマーク、種々なアイコンなどを含む左表示画像IM2を表示できる(ディスプレイ12L、12Rの表示内容は、何でも良い)。右ディスプレイ12R(または左ディスプレイ12L)に表示されるテンキーやアルファベットは、数字や文字を入力する際に利用できる。右ディスプレイ12R(または左ディスプレイ12L)に表示される文字列、マーク、アイコン等は、特定の情報項目を探したり、目的の項目の選択/決定したり、ユーザに注意喚起をする際に利用できる。   On the film liquid crystal of the right display 12R in FIG. 5, a right display image IM1 including, for example, a numeric keypad (numbers, operators, Enter, etc.), alphabets, marks of a predetermined shape, and other icon groups can be displayed. Further, the left display image IM2 including, for example, an arbitrary character string, an arbitrarily shaped mark, various icons, and the like can be displayed on the film liquid crystal of the left display 12L (the display contents of the displays 12L and 12R may be anything). The numeric keys and alphabets displayed on the right display 12R (or the left display 12L) can be used when inputting numbers and characters. Character strings, marks, icons, etc. displayed on the right display 12R (or the left display 12L) can be used when searching for specific information items, selecting / determining target items, and alerting the user. .

表示画像IM1、IM2は、メガネを通して見える現実の世界に数字、文字、マークなどの情報を付加させる拡張現実(AR)の表示手段として利用でき、このAR表示は適宜オンオフできる。表示画像IM1の内容と表示画像IM2は、実施形態に応じて、同じ内容(IM1=IM2)としても、異なる内容(IM1≠IM2)としてもよい。また、表示画像IM1(またはIM2)の表示は、右ディスプレイ12Rおよび/または左ディスプレイ12で行うことができる。AR表示の内容を、メガネ越しに見える現実世界に重なる(奥行きを伴った)3D画像としたいときは、IM1とIM2を左右別々の3D用画像とすることができる。   The display images IM1 and IM2 can be used as augmented reality (AR) display means for adding information such as numbers, letters and marks to the real world seen through the glasses, and the AR display can be turned on and off as appropriate. The content of the display image IM1 and the display image IM2 may be the same content (IM1 = IM2) or different content (IM1 ≠ IM2) depending on the embodiment. The display image IM1 (or IM2) can be displayed on the right display 12R and / or the left display 12. When the content of the AR display is a 3D image that overlaps the real world (with depth) that can be seen through the glasses (with depth), IM1 and IM2 can be used as separate left and right 3D images.

また、ディスプレイ(12R、12L)が左右に存在する場合、例えば輻輳角を調整して、左右の表示画像(IM1、IM2)の映像を左右で逆方向にずらすこともできる。これにより、現実世界で見える対象物とAR表示を交互に見る場合の目の負担を減らすことが考えられる。しかし、通常は、左右のディスプレイ(12R、12L)で同じ内容の画像を表示する。   Further, when the displays (12R, 12L) are present on the left and right, for example, by adjusting the convergence angle, the images of the left and right display images (IM1, IM2) can be shifted in the opposite direction from side to side. As a result, it can be considered that the burden on the eyes when the object and the AR display that are visible in the real world are alternately viewed is reduced. However, normally, images with the same contents are displayed on the left and right displays (12R, 12L).

ディスプレイ12L、12Rでの表示制御は、右テンプルバー107に埋め込まれた情報処理部11で行うことができる。(ディスプレイで文字、マーク、アイコンなどを表示する技術は周知。)情報制御部11その他の動作に必要な電源は、左テンプルバー106に埋め込まれた電池BATから得ることができる。   Display control on the displays 12L and 12R can be performed by the information processing unit 11 embedded in the right temple bar 107. (Technology for displaying characters, marks, icons, etc. on the display is well known.) The power supply necessary for the information control unit 11 and other operations can be obtained from the battery BAT embedded in the left temple bar 106.

なお、実施形態に対応するアイウエア100の試作品をデザイナーや設計者が装着してみて重量バランスが悪いと感じる可能性がある。その主因が左テンプルバー106内のBATにあるならば、右テンプルバー107内に左テンプルバー106内のBATに見合った「おもり(または別の同重量バッテリ)」を入れておくことができる。   Note that there is a possibility that the designer or designer wears a prototype of the eyewear 100 corresponding to the embodiment and feels that the weight balance is bad. If the main cause is the BAT in the left temple bar 106, a “weight (or another same weight battery)” corresponding to the BAT in the left temple bar 106 can be placed in the right temple bar 107.

図6は、一実施の形態に係るメガネ型アイウエア100におけるEOG電極の実装例を説明する図である。右ノーズパッド150Rの上下には右ノーズパッド電極151a,151bが設けられ、左ノーズパッド150Lの上下には左ノーズパッド電極152a,152bが設けられている。右ノーズパッド電極151a,151bの出力はADC1510に与えられ、左ノーズパッド電極152a,152bの出力はADC1520に与えられ、左右ノーズパッドの下側電極151b,152b(または上側電極151a,152a)の出力はADC1512に与えられる。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of mounting the EOG electrode in the eyeglass-type eyewear 100 according to the embodiment. Right nose pad electrodes 151a and 151b are provided above and below the right nose pad 150R, and left nose pad electrodes 152a and 152b are provided above and below the left nose pad 150L. The outputs of the right nose pad electrodes 151a and 151b are supplied to the ADC 1510, the outputs of the left nose pad electrodes 152a and 152b are supplied to the ADC 1520, and the outputs of the lower electrodes 151b and 152b (or the upper electrodes 151a and 152a) of the left and right nose pads. Is provided to the ADC 1512.

ADC1510からは、ユーザの右側上下眼動に対応して変化するCh1信号が得られる。ADC1520からは、ユーザの左側上下眼動に対応して変化するCh2信号が得られる。ADC1512からは、ユーザの左右眼動に対応して変化するCh0信号が得られる。左右両眼の上下動については、ADC1510およびADC1520の出力の平均に対応するCh1+2信号で評価できる。(Ch0,Ch1,Ch2,Ch1+2の信号波形と眼動との関係については、後述する。)
図7は、種々な実施の形態に取り付け可能な情報処理部11と、その周辺デバイスとの関係を説明する図である。図7の例では、情報処理部11は、プロセッサ11a、不揮発性メモリ11b、メインメモリ11c、通信処理部11d、センサ部11eなどで構成されている。プロセッサ11aは製品仕様に応じた処理能力を持つマイクロコンピュータで構成できる。このマイクロコンピュータが実行する種々なプログラムおよびプログラム実行時に使用する種々なパラメータは、不揮発性メモリ11bに格納しておくことができる。プログラムを実行する際のワークエリアはメインメモリ11cが提供する。
From the ADC 1510, a Ch1 signal that changes in response to the right / left eye movement of the user is obtained. From the ADC 1520, a Ch2 signal that changes in accordance with the left and right eye movements of the user is obtained. The ADC 1512 obtains a Ch0 signal that changes in accordance with the left and right eye movements of the user. The vertical movement of both the left and right eyes can be evaluated by a Ch1 + 2 signal corresponding to the average of the outputs of the ADC 1510 and the ADC 1520. (The relationship between the signal waveform of Ch0, Ch1, Ch2, and Ch1 + 2 and eye movement will be described later.)
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the information processing unit 11 that can be attached to various embodiments and its peripheral devices. In the example of FIG. 7, the information processing unit 11 includes a processor 11a, a nonvolatile memory 11b, a main memory 11c, a communication processing unit 11d, a sensor unit 11e, and the like. The processor 11a can be constituted by a microcomputer having a processing capability according to product specifications. Various programs executed by the microcomputer and various parameters used when the programs are executed can be stored in the nonvolatile memory 11b. The main memory 11c provides a work area for executing the program.

センサ部11eは、アイウエア100(あるいはこのアイウエアを装着したユーザの頭部)の位置および/またはその向きを検出するためのセンサ群を含んでいる。これらのセンサ群の具体例としては、3軸方向(x−y−z方向)の移動を検出する加速度センサ、3軸方向の回転を検出するジャイロ、絶対方位を検出する地磁気センサ(羅針盤機能)、電波や赤外線などを受信して位置情報その他を得るビーコンセンサがある。この位置情報その他の獲得には、iBeacon(登録商標)あるいはBluetooth(登録商標)4.0を利用できる。   The sensor unit 11e includes a sensor group for detecting the position and / or orientation of the eyewear 100 (or the head of the user wearing the eyewear). Specific examples of these sensor groups include an acceleration sensor that detects movement in three axial directions (xyz directions), a gyro that detects rotation in three axial directions, and a geomagnetic sensor that detects absolute orientation (compass function). There are beacon sensors that receive radio waves, infrared rays, and the like to obtain position information and the like. IBeacon (registered trademark) or Bluetooth (registered trademark) 4.0 can be used to acquire the position information and others.

情報処理部11に利用可能なLSIは、製品化されている。その一例として、東芝セミコンダクター&ストレージ社の「ウエアラブル端末向けTZ1000シリーズ」がある。このシリーズのうち、製品名「TZ1011MBG」は、CPU(11a、11c)、フラッシュメモリ(11b)、Bluetooth Low Energy(登録商標)(11d)、センサ群(加速度センサ、ジャイロ、地磁気センサ)(11e)、24ビットデルタシグマADC、I/O(USB他)を持つ。   LSIs that can be used for the information processing unit 11 have been commercialized. One example is the “TZ1000 Series for Wearable Terminals” by Toshiba Semiconductor & Storage. In this series, the product name “TZ1011MBG” includes CPU (11a, 11c), flash memory (11b), Bluetooth Low Energy (registered trademark) (11d), sensor group (acceleration sensor, gyroscope, geomagnetic sensor) (11e). , 24-bit delta-sigma ADC, I / O (USB etc.).

この情報処理部11は、加速度センサ、ジャイロセンサなどのセンサ部11eとEOG電極(151a,151b,152a,152b)との相対位置関係が崩れない場所の一例として、ブリッジ103に取り付けられている。   The information processing unit 11 is attached to the bridge 103 as an example of a place where the relative positional relationship between the sensor unit 11e such as an acceleration sensor and a gyro sensor and the EOG electrodes (151a, 151b, 152a, 152b) does not collapse.

プロセッサ11aで何をするかは、通信処理部11dを介して、図示しない外部サーバ(またはパーソナルコンピュータ)から、指令することができる。通信処理部11dでは、ZigBee(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)などの既存通信方式を利用できる。プロセッサ11aでの処理結果は、通信処理部11dを介して、図示しないサーバなどへ送ることができる。   What to do with the processor 11a can be commanded from an external server (or personal computer) (not shown) via the communication processing unit 11d. The communication processing unit 11d can use existing communication methods such as ZigBee (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), and Wi-Fi (registered trademark). The processing result in the processor 11a can be sent to a server (not shown) or the like via the communication processing unit 11d.

情報処理部11のシステムバスには、ディスプレイ12(12Lと12R)、カメラ13(13Lと13R)、眼動検出部15等が接続されている。図7の各デバイス(11〜15)は、バッテリBATにより給電される。   A display 12 (12L and 12R), a camera 13 (13L and 13R), an eye movement detection unit 15 and the like are connected to the system bus of the information processing unit 11. Each device (11 to 15) in FIG. 7 is powered by the battery BAT.

なお、通信処理部11dには、携帯電話やスマートフォンなどで周知のGPS(Global Positioning System)機能を組み込んでも良い(あるいはGPS付き携帯電話機能をアイウエア100の何処かに仕込んでもよい)。このGPS機能を利用したインターネットの地図サービスアプリをプロセッサ11aで実行すれば、アイウエア100を装着したユーザが今現在どの場所でどの方向を見ながら歩いているのかを、歩行時の眼球補償回転に起因するノイズを抑えて、検出できる。(従来の携帯電話GPSではユーザの現在位置を地図画面上に表示できても、そのユーザの視線が何処を向いているかまでは表示できていない。)
図7の眼動検出部15は、視線検出センサを構成する4つの眼動検出電極(151a,151b,152a,152b)と、これらの電極から眼動に対応したデジタル信号を取り出す3つのADC(1510、1520、1512)と、これらADCからの出力データをプロセッサ11a側に出力する回路を含んでいる。プロセッサ11aは、ユーザの種々な眼動(上下動、左右動、瞬目、眼瞑りなど)から、その眼動の種類に対応する指令を解釈し、その指令を実行することができる。
The communication processing unit 11d may incorporate a well-known GPS (Global Positioning System) function using a mobile phone, a smartphone, or the like (or the GPS mobile phone function may be installed somewhere in the eyewear 100). If the processor 11a executes the Internet map service application using the GPS function, the user who wears the eyewear 100 is currently walking and looking at which direction and in which direction the eyeball compensated rotation during walking. Noise can be detected and suppressed. (In the conventional mobile phone GPS, even if the current position of the user can be displayed on the map screen, it cannot be displayed until the user's line of sight is directed.)
The eye movement detection unit 15 in FIG. 7 includes four eye movement detection electrodes (151a, 151b, 152a, and 152b) that constitute a line-of-sight detection sensor, and three ADCs that extract digital signals corresponding to the eye movements from these electrodes ( 1510, 1520, 1512) and a circuit for outputting the output data from these ADCs to the processor 11a side. The processor 11a can interpret a command corresponding to the type of eye movement from various eye movements of the user (vertical movement, left-right movement, blink, eye-meditation, etc.) and execute the instruction.

眼動の種類に対応する指令の具体例としては、眼動が例えば眼瞑りなら視線の先にある情報項目を選択し(コンピュータマウスのワンクリックに類似)、連続した複数回の瞬目あるいはウインクなら選択された情報項目に対する処理の実行を開始させる(コンピュータマウスのダブルクリックに類似)指令がある。この指令は、眼動検出部15を用いた情報入力Bの一例である。   As a specific example of the command corresponding to the type of eye movement, if the eye movement is, for example, eye meditation, an information item at the tip of the line of sight is selected (similar to one click of a computer mouse), and multiple blinks or winks are consecutive. If so, there is a command (similar to double-clicking a computer mouse) to start execution of processing on the selected information item. This command is an example of information input B using the eye movement detection unit 15.

図8は、例えば25m先にある現実世界の固定物を注視しながら、右足から歩き始めて13歩目の右足で止まった場合の、EOG波形の一例を示す図である。歩行に伴う頭部の上下動に対応する眼球の補償回転は、Ch1およびCh2のADC検出信号レベル変化(EOG変化)に表れている。このEOG変化に同期した頭部の上下動変化は、情報処理部11のセンサ部11eが持つ3軸加速度センサで検出できる。また、歩行に伴う頭部の左右回転に対応する眼球の補償回転は、Ch0のADC検出信号レベル変化(EOG変化)に表れている。このEOG変化に同期した頭部の左右回転変化は、情報処理部11のセンサ部11eが持つ3軸ジャイロセンサで検出できる。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an EOG waveform in a case where, for example, a person walks from the right foot and stops at the 13th right foot while gazing at a fixed object in the real world that is 25 meters ahead. Compensated rotation of the eyeball corresponding to the vertical movement of the head accompanying walking appears in the ADC detection signal level change (EOG change) of Ch1 and Ch2. The head vertical movement change synchronized with the EOG change can be detected by a triaxial acceleration sensor of the sensor unit 11e of the information processing unit 11. Further, the compensated rotation of the eyeball corresponding to the left-right rotation of the head accompanying walking is shown in the ADC detection signal level change (EOG change) of Ch0. The left-right rotation change of the head synchronized with the EOG change can be detected by a three-axis gyro sensor included in the sensor unit 11e of the information processing unit 11.

図8の例では、Ch1およびCh2のEOG変動周期(約0.6秒)は歩行ピッチに同期しており、Ch0のEOG変動周期(約1.2秒)は歩行ピッチの2倍に同期している。歩行に伴う頭部の上下動および左右回転に対応したEOG変動周期ははっきりしているので、歩行ピッチに同期した周期(この例では約0.6秒とその2倍)で、歩行に起因するEOG変動を検出できる。   In the example of FIG. 8, the EOG fluctuation period of Ch1 and Ch2 (about 0.6 seconds) is synchronized with the walking pitch, and the EOG fluctuation period of Ch0 (about 1.2 seconds) is synchronized with twice the walking pitch. ing. Since the EOG fluctuation cycle corresponding to the vertical movement of the head and the left-right rotation accompanying walking is clear, it is a cycle synchronized with the walking pitch (in this example, about 0.6 seconds and twice that) and is caused by walking EOG variation can be detected.

図9は、図8と同じ条件で、再び右足から歩き始めて13歩目の右足で止まった場合の、EOG波形の他例(反復再現性の確認)を示す図である。図9の例でも、Ch1およびCh2のEOG変動周期(約0.6秒)は歩行ピッチに同期しており、Ch0のEOG変動周期(約1.2秒)は歩行ピッチの2倍に同期している。歩行に伴う頭部の上下動および左右回転に対応したEOG変動周期はやはり明確に認められ、歩行ピッチに同期した周期(この例でも約0.6秒とその2倍)でもって、歩行に起因するEOG変動を検出できることがわかる。   FIG. 9 is a diagram showing another example of the EOG waveform (confirmation of repetitive reproducibility) when starting to walk again from the right foot and stopping at the 13th right foot under the same conditions as FIG. Also in the example of FIG. 9, the EOG fluctuation period of Ch1 and Ch2 (about 0.6 seconds) is synchronized with the walking pitch, and the EOG fluctuation period of Ch0 (about 1.2 seconds) is synchronized with twice the walking pitch. ing. The EOG fluctuation cycle corresponding to the head vertical movement and left-right rotation accompanying walking is clearly recognized, and it is due to walking with a cycle synchronized with the walking pitch (in this example, about 0.6 seconds and twice that). It can be seen that EOG fluctuations can be detected.

図8および図9には以下の特徴が共通して認められ、事象の再現性があることが確認できる:
(1)歩行の周期(約0.6秒)に合わせて上下方向の眼球回転運動が確認できる(Ch1とCh2のEOG検出信号レベル参照)。
The following features are commonly observed in FIGS. 8 and 9, confirming the reproducibility of the event:
(1) The eyeball rotational movement in the vertical direction can be confirmed in accordance with the walking cycle (about 0.6 seconds) (see the EOG detection signal levels of Ch1 and Ch2).

(2)歩行周期の2倍の周期(約1.2秒)に合わせて左右方向の眼球回転運動が確認できる(Ch0のEOG検出信号レベル参照)。   (2) The eyeball rotational movement in the left-right direction can be confirmed in accordance with a period twice as long as the walking period (about 1.2 seconds) (see the EOG detection signal level of Ch0).

(3)歩行に伴う頭部の動揺に起因したEOG検出信号の振幅は、200μV〜400μVに達している場所がある。頭部が静止した状態で測定されるEOG信号振幅は、通常は約1mV程度なので、任意の眼球回転を検出する場合には、200μV〜400μVは無視できない大きさのノイズとなってしまう。このノイズは、以下に述べるように、打ち消す(低減または排除する)ことが可能である。   (3) There is a place where the amplitude of the EOG detection signal resulting from the movement of the head accompanying walking reaches 200 μV to 400 μV. Since the EOG signal amplitude measured with the head still is usually about 1 mV, 200 μV to 400 μV is a noise that cannot be ignored when detecting any eyeball rotation. This noise can be canceled (reduced or eliminated) as described below.

すなわち、歩行に伴う頭部の上下動を歩行ピッチに同期した周期(この例では約0.6秒)で加速度センサにより検出でき、歩行に伴う頭部の左右回転を歩行ピッチに同期した別の周期(この例では約1.2秒)でジャイロセンサにより検出できる。そうすると、歩行に伴う頭部の上下動(動揺)に起因するEOG変動(ノイズとみなす)は加速度センサの検出結果によって打ち消す(低減または排除する)ことが可能となり、歩行に伴う頭部の左右回転(動揺)に起因するEOG変動(ノイズとみなす)はジャイロセンサの検出結果によって打ち消す(低減または排除する)ことが可能となる(この打ち消しの具体例は図17を参照して後述する)。   That is, the vertical movement of the head accompanying walking can be detected by the acceleration sensor in a cycle synchronized with the walking pitch (in this example, about 0.6 seconds), and the left-right rotation of the head accompanying walking is synchronized with the walking pitch. It can be detected by the gyro sensor at a period (about 1.2 seconds in this example). Then, the EOG fluctuation (considered as noise) caused by the vertical movement (swing) of the head accompanying walking can be canceled (reduced or eliminated) by the detection result of the acceleration sensor. The EOG fluctuation (considered as noise) caused by (sway) can be canceled (reduced or eliminated) by the detection result of the gyro sensor (a specific example of this cancellation will be described later with reference to FIG. 17).

図10は、頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、正面から上方への眼動と、図6に示す3つのアナログ/デジタルコンバータ(ADC)から得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2、およびCh1とCh2の平均レベルCh1+2)との関係を例示する眼電図(EOG)である。眼動検出は、図中の破線枠内の検出信号波形に基づいて行う。検出の基準は、アイウエア100を装着したユーザが真正面を見ており眼動がない場合とする(頭部の動揺に起因するノイズが打ち消されていれば、図6に示す3つのADCからの出力信号波形Ch0〜Ch2は、瞬きなしで真正面を見ている区間では、略平坦で時間経過に伴う変化は殆どない)。ユーザの左右両眼の視線が正面を向いた状態で、両眼の視線を瞬時に上へ動かし、視線を上に向けた状態を1秒維持し、そのあと瞬時に視線を正面に戻す。これを5回繰り返したときの検出信号レベルの変化が、図10に例示されている。   FIG. 10 shows a case where eye movement from the front and upward, and detection signal levels (Ch0, Ch0) obtained from the three analog / digital converters (ADC) shown in FIG. It is an electrooculogram (EOG) illustrating the relationship between Ch1, Ch2, and the average level of Ch1 and Ch2 (Ch1 + 2). Eye movement detection is performed based on the detection signal waveform in the broken line frame in the figure. The detection criterion is that the user wearing the eyewear 100 is looking directly in front and there is no eye movement (if the noise caused by the shaking of the head is canceled, the three ADCs shown in FIG. The output signal waveforms Ch0 to Ch2 are substantially flat and hardly change with the passage of time in a section where the head is viewed in front without blinking). With the eyes of the left and right eyes of the user facing the front, the eyes of both eyes are moved up instantaneously, the state of facing up is maintained for 1 second, and then the eyes are immediately returned to the front. The change in the detection signal level when this is repeated five times is illustrated in FIG.

図11は、図10と同様な眼動検出を、視線が正面から下向きに動く場合について、例示している。頭部の動揺に起因するノイズが打ち消されておれば、例え歩行中であっても、図10および図11の波形変化から、視線が正面を向いている場合を基準として、視線が上にあるのか下にあるのかを、検出できる。   FIG. 11 illustrates eye movement detection similar to that in FIG. 10 in the case where the line of sight moves downward from the front. If the noise caused by the shaking of the head is canceled, the line of sight is on the basis of the case where the line of sight is facing the front from the waveform change in FIGS. 10 and 11 even when walking. It can be detected whether it is below or below.

図12は、頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、左から右への眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2、およびCh1+2)との関係を例示する眼電図である。左から右への眼動があると、Ch0の検出信号波形の経時変化が、右肩上がりになる(図示しないが、右から左への眼動があると、Ch0の検出信号波形の経時変化は、右肩下がりになる)。このようなCh0の波形変化から、視線が正面を向いている場合を基準として、視線が右にあるのか左にあるのかを、検出できる。   FIG. 12 shows the detection signal levels (Ch0, Ch1, Ch2, and the eye movements from the left to right eye movements and the three ADCs shown in FIG. 6 when the noise caused by the head motion is canceled. It is an electrooculogram which illustrates the relationship with Ch1 + 2). If there is eye movement from left to right, the change over time in the detection signal waveform of Ch0 will rise to the right (not shown, but if there is eye movement from right to left, the change over time in the detection signal waveform of Ch0 Is going down.) From such a change in the waveform of Ch0, it is possible to detect whether the line of sight is on the right or left with reference to the case where the line of sight is facing the front.

図10〜図12の検出結果を総合すれば、次のことが分かる。すなわち、頭部の動揺に起因するノイズが打ち消されておれば、例え歩行中であっても、視線が正面を向いている場合を基準として、視線が上下左右のどちらを向いているのかが分かる。   The following can be understood by combining the detection results of FIGS. In other words, if the noise caused by the motion of the head is canceled, it can be seen whether the line of sight is facing up, down, left, or right, even when walking, based on the case where the line of sight is facing the front. .

図13は、頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、視線が正面を向いているときに、瞬き/瞬目(両目)を5秒間隔で5回反復した眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2)との関係を例示する眼電図である。両目の瞬き/瞬目は、Ch1およびCh2に表れるパルスにより検出できる。ユーザが無意識に行う瞬きは周期性がないことが多い。そのため、図13に示すように一定間隔の複数パルスを検出することにより、ユーザの意図的な瞬き/瞬目を検知できる。   FIG. 13 shows eye movements in which blinking / blinks (both eyes) are repeated five times at 5 second intervals when the line of sight is facing the front in the case where noise due to head shaking is canceled. 6 is an electrooculogram illustrating a relationship with detection signal levels (Ch0, Ch1, and Ch2) obtained from three ADCs shown in FIG. Blink / blink of both eyes can be detected by pulses appearing in Ch1 and Ch2. In many cases, the user's unconscious blink does not have periodicity. Therefore, as shown in FIG. 13, the intentional blink / blink of the user can be detected by detecting a plurality of pulses at regular intervals.

なお、人の「瞬き/瞬目」動作の時間あるいは「瞬き/瞬目」で視界が遮られる時間は、一説によれば300msec程度(他説によれば100msec〜150msec程度)とされている。どちらの場合であっても、歩行ピッチ周期を下回るハイパスフィルタ(またはバンドパスフィルタ)によって、「瞬き/瞬目」による信号成分は取り除くことができる。瞬き/瞬目の間隔(例えば約300msec)は通常歩行のピッチ(約600msec)とは異なり、また意図的でない瞬き/瞬目の間隔は通常の歩行ピッチと同期しない。そのため、通常歩行に伴う頭部動揺に起因したEOGノイズを打ち消す際に、瞬き/瞬目によるEOG波形変化が全て打ち消されてしまうことはない。   It should be noted that the time for human “blink / blink” operation or the time for which the visual field is blocked by “blink / blink” is about 300 msec according to one theory (about 100 msec to 150 msec according to another theory). In either case, the signal component due to “blink / blink” can be removed by the high-pass filter (or band-pass filter) that is shorter than the walking pitch period. The blink / blink interval (for example, about 300 msec) is different from the normal walk pitch (about 600 msec), and the unintentional blink / blink interval is not synchronized with the normal walk pitch. For this reason, when canceling EOG noise caused by head fluctuations associated with normal walking, all EOG waveform changes due to blinking / blinking will not be canceled.

図14は、頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、視線が正面を向いているときに、1秒の眼瞑り(両目)と4秒の眼開き(両目)を5回反復した眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2)との関係を例示する眼電図である。両目の眼瞑りは、Ch1およびCh2に表れる幅広パルスにより検出できる(意図的に眼を瞑っている時間は瞬き/瞬目で眼を閉じる時間よりも長いため、検出されるパルス幅が広くなる)。図14に例示されるようなCh1およびCh2の幅広パルスを検出することにより、ユーザの意図的な眼瞑りを検知できる。   Fig. 14 shows the repetition of 1-second eye-meditation (both eyes) and 4-second eye-opening (both eyes) five times when the line of sight is looking forward when the noise caused by head movement is canceled FIG. 7 is an electrooculogram illustrating the relationship between the observed eye movement and the detection signal levels (Ch0, Ch1, and Ch2) obtained from the three ADCs illustrated in FIG. 6. Eye meditation can be detected by a wide pulse appearing in Ch1 and Ch2 (the time during which the eye is intentionally meditated is longer than the time to close the eye with blink / blink, so the detected pulse width becomes wider) . By detecting the wide pulse of Ch1 and Ch2 as exemplified in FIG. 14, it is possible to detect the user's intentional eye meditation.

なお、図示しないが、ユーザが右目だけ瞑ったときはCh1に振幅の大きな幅広パルスが表れ、ユーザが左目だけ瞑ったときはCh2に振幅の大きな幅広パルスが表れる。このことから、左右別々に眼瞑りを検出することもできる。   Although not shown, a wide pulse with a large amplitude appears on Ch1 when the user meditates only on the right eye, and a wide pulse with a large amplitude appears on Ch2 when the user meditates only on the left eye. This makes it possible to detect eye meditation separately on the left and right.

片目だけを瞑った場合には、Ch0に左右で逆相となる小さな波が現れる。Ch0で見ると、以下のような小さな凹凸波形が現れる。   If you meditate with only one eye, a small wave appears on Ch0 that is out of phase on the left and right. When viewed in Ch0, the following small uneven waveform appears.

・右眼を瞑ると、−電極のプラス電位が減少するため凸波形;
・左眼を瞑ると、+電極のプラス電位が減少するため凹波形。
• Convex waveform when the right eye is meditated, because the positive potential of the electrode decreases;
・ When the left eye is meditated, the positive potential of the + electrode decreases, resulting in a concave waveform.

図15は、頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、視線が正面を向いているときに、両目の瞬きを5回反復した直後に左目のウインク(左側片目の瞬き)を5回反復した眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2)との関係を例示する眼電図である。   FIG. 15 shows the case where the left eye wink (the blink of the left eye) is 5 immediately after the blinking of both eyes is repeated five times when the line of sight is facing the front when the noise due to the shaking of the head is canceled. FIG. 7 is an electrooculogram illustrating the relationship between eye movements repeated twice and detection signal levels (Ch0, Ch1, and Ch2) obtained from the three ADCs shown in FIG. 6.

図6に例示されるように、Ch0のADC1512の位置は、左右両目の眼球中心線より下方にオフセットしている。このオフセットのため、両目同時の瞬きでは、図6のADC1512の+入力と−入力の双方に負方向の電位変化が現れる。その際、+入力と−入力の双方の電位変化(量と方向)が略同じとすれば、その変化は殆ど打ち消され、Ch0のADC1512から出力される信号レベルの値は、略一定となる(図15の左側破線内のCh0レベル参照)。一方、片目(左目)の瞬きでは、ADC1512の−入力側は電位変化が殆どなく、ADC1512の+入力側に比較的大きめの負方向電位変化が現れる。そうすると、ADC1512の+入力と−入力の間における電位変化の打ち消し量は小さくなり、Ch0のADC1512から出力される信号レベルには、負方向に小さなパルス(信号レベルの小波)が表れる(図15の右側破線内のCh0レベル参照)。この信号レベルの小波(負方向のパルス)の極性から、左目のウインクがなされたことを検出できる(頭部の動揺に起因するEOGのノイズが打ち消された場合において、Ch0を利用した左ウインク検出の一例)。   As illustrated in FIG. 6, the position of the ADC 1512 of Ch0 is offset downward from the eyeball center line of the left and right eyes. Due to this offset, a negative potential change appears at both the + and − inputs of the ADC 1512 of FIG. At this time, if the potential change (amount and direction) of both the + input and the − input is substantially the same, the change is almost canceled, and the value of the signal level output from the ADC 1512 of Ch0 becomes substantially constant ( (Refer to the Ch0 level in the broken line on the left side of FIG. 15). On the other hand, in the blink of one eye (left eye), there is almost no potential change on the negative input side of the ADC 1512 and a relatively large negative potential change appears on the positive input side of the ADC 1512. Then, the amount of cancellation of the potential change between the + input and the − input of the ADC 1512 becomes small, and a small pulse (a small wave of the signal level) appears in the negative direction in the signal level output from the ADC 1512 of Ch0 (FIG. 15). (Refer to the Ch0 level in the broken line on the right). It is possible to detect that the left eye wink has been made from the polarity of the small wave (pulse in the negative direction) of this signal level (when the EOG noise caused by the shaking of the head is canceled, the left wink detection using Ch0 is performed. Example).

なお、ユーザの顔の歪みや皮膚の状態等でADC1512の+入力と−入力の電位変化が均等にならない場合は、アイウエア100をユーザが装着し両目同時に瞬きしたときのCh0ADCの出力が最小(+入力成分と−入力成分との間の打ち消し量が最大)となるようなキャリブレーションを、事前に行っておけばよい。   Note that if the change in potential of the + input and -input of the ADC 1512 is not equal due to distortion of the user's face, skin condition, etc., the output of Ch0ADC when the eyewear 100 is worn by the user and the eyes blink at the same time is minimal ( A calibration that maximizes the amount of cancellation between the + input component and the − input component may be performed in advance.

また、両目瞬き/瞬目が行われた時の検出信号Ch1/Ch2のピーク比SL1a/SL2aを基準とすると、左眼ウインクが行われたときのピーク比SL1b/SL2bは変化する(SL1b/SL2bはSL1a/SL2aとイコールでない)。このことからも、左ウインクを検出できる。   Further, when the peak ratio SL1a / SL2a of the detection signal Ch1 / Ch2 when the blinking / blinking of both eyes is performed is used as a reference, the peak ratio SL1b / SL2b when the left-eye wink is performed changes (SL1b / SL2b Is not equal to SL1a / SL2a). From this, the left wink can be detected.

図16は、頭部の動揺に起因するノイズが打ち消された場合において、視線が正面を向いているときに、両目の瞬きを5回反復した直後に右目のウインク(右側片目の瞬き)を5回反復した眼動と、図6に示す3つのADCからから得られる検出信号レベル(Ch0、Ch1、Ch2)との関係を例示する眼電図である。   FIG. 16 shows the right eye wink (right one eye blink) immediately after the blinking of both eyes is repeated five times when the line of sight is facing the front when the noise caused by the shaking of the head is canceled. FIG. 7 is an electrooculogram illustrating the relationship between eye movements repeated twice and detection signal levels (Ch0, Ch1, and Ch2) obtained from the three ADCs shown in FIG. 6.

前述したように、図6のADC1512の位置が左右両目の眼球中心線より下方にオフセットしているため、両目同時の瞬きではADC1512の+入力と−入力の双方に負方向の電位変化が現れる。しかし、+入力と−入力における同様な電位変化は殆ど打ち消され、Ch0のADC1512から出力される信号レベルの値は、略一定となる(図16の左側破線内のCh0レベル参照)。一方、片目(右目)の瞬きでは、ADC1512の+入力側は電位変化が殆どなく、ADC1512の−入力側に比較的大きめの負方向電位変化が現れる。そうすると、ADC1512の−入力と+入力の間における電位変化の打ち消し量は小さくなり、Ch0のADC1512から出力される信号レベルには、正方向に小さなパルス(信号レベルの小波)が表れる(図16の右側破線内のCh0レベル参照)。この信号レベルの小波(正方向のパルス)の極性から、右目のウインクがなされたことを検出できる(頭部の動揺に起因するEOGのノイズが打ち消された場合において、Ch0を利用した右ウインク検出の一例)。   As described above, since the position of the ADC 1512 in FIG. 6 is offset downward from the eyeball center line of the left and right eyes, a negative potential change appears in both the + input and the − input of the ADC 1512 in the blink of both eyes simultaneously. However, similar potential changes at the + input and the-input are almost canceled, and the value of the signal level output from the ADC 1512 of Ch0 is substantially constant (see the Ch0 level in the broken line on the left side of FIG. 16). On the other hand, in the blink of one eye (right eye), there is almost no potential change on the + input side of the ADC 1512 and a relatively large negative direction potential change appears on the −input side of the ADC 1512. Then, the amount of potential change cancellation between the − input and the + input of the ADC 1512 becomes small, and a small pulse (a small wave of the signal level) appears in the positive direction in the signal level output from the ADC 1512 of Ch0 (FIG. 16). (Refer to the Ch0 level in the broken line on the right). It is possible to detect that the right eye wink has been made from the polarity of this signal level wavelet (pulse in the positive direction) (when the EOG noise caused by the shaking of the head is canceled, the right wink detection using Ch0 is detected. Example).

また、両目瞬きが行われた時の検出信号Ch1/Ch2のピーク比SR1a/SR2aを基準とすると、右眼ウインクが行われたときのピーク比SR1b/SR2bは変化する(SR1b/SR2bはSR1a/SR2aとイコールでない)。また、左ウインク時のピーク比SL1b/SL2bは右ウインク時のピーク比SR1b/SR2bと異なった値を持つ(どの程度異なるのかは実験で確認できる)。このことから、右ウインクとは別に、左ウインクを検出できる(Ch1とCh2を利用した左右ウインク検出の一例)。   When the peak ratio SR1a / SR2a of the detection signal Ch1 / Ch2 when the blinking of both eyes is performed as a reference, the peak ratio SR1b / SR2b when the right eye wink is performed changes (SR1b / SR2b is SR1a / SR2b). SR2a and not equal). Further, the peak ratio SL1b / SL2b at the time of the left wink has a value different from the peak ratio SR1b / SR2b at the time of the right wink (how much it can be confirmed by experiment). Therefore, the left wink can be detected separately from the right wink (an example of left and right wink detection using Ch1 and Ch2).

左右のウインク検出にCh0を利用するのかCh1/Ch2を利用するのかは、機器設計者が適宜決めればよい。Ch0〜Ch2を利用した左右のウインク検出結果は、操作コマンドとして利用できる。   Whether the Ch0 or Ch1 / Ch2 is used for the left and right wink detection may be determined as appropriate by the device designer. The left and right wink detection results using Ch0 to Ch2 can be used as operation commands.

図17は、頭部の動揺に起因するノイズを最小化する処理(ノイズ打ち消し処理)の一例を説明するフローチャートである。このフローチャートに対応するコンピュータプログラムは、例えば図7の不揮発性メモリ11bに格納され、プロセッサ11aにより実行される。   FIG. 17 is a flowchart for explaining an example of a process (noise canceling process) for minimizing noise caused by head shaking. A computer program corresponding to this flowchart is stored in, for example, the nonvolatile memory 11b of FIG. 7, and is executed by the processor 11a.

まず、図5に例示されるようなアイウエア100を装着したユーザが、前方の固定物を注視しつつ一定リズムで定速歩行する(ST10)。この歩行に伴い、ユーザの頭部は所定パターンで動揺(移動/回転)する(図1(a)(b)参照)。   First, a user wearing eyewear 100 as illustrated in FIG. 5 walks at a constant speed with a constant rhythm while gazing at a fixed object in front (ST10). Along with this walking, the user's head is shaken (moved / rotated) in a predetermined pattern (see FIGS. 1A and 1B).

歩行に伴うユーザの頭部の移動/回転は、図5の情報処理部11の内部に設けられた加速度センサ/ジャイロセンサ(図7の11e)によって検出される(ST12)。歩行に伴うユーザの頭部の移動/回転は、ノイズとして、EOG検出信号波形に混入してくる(図8または図9参照)。このEOG検出信号波形に、加速度センサ/ジャイロセンサの検出信号を、所定の位相で加算する(ST14)。   The movement / rotation of the user's head accompanying walking is detected by an acceleration sensor / gyro sensor (11e in FIG. 7) provided in the information processing section 11 in FIG. 5 (ST12). The movement / rotation of the user's head accompanying walking is mixed in the EOG detection signal waveform as noise (see FIG. 8 or FIG. 9). The detection signal of the acceleration sensor / gyro sensor is added to the EOG detection signal waveform at a predetermined phase (ST14).

上記信号加算の結果、もし信号振幅が増えてしまったなら(ST16ノー)、加算する検出信号の位相を反転し(ST18)、再度、EOG検出信号波形に加速度センサ/ジャイロセンサの検出信号を加算する(ST14)。   As a result of the above signal addition, if the signal amplitude has increased (NO in ST16), the phase of the detection signal to be added is inverted (ST18), and the acceleration sensor / gyro sensor detection signal is added again to the EOG detection signal waveform. (ST14).

上記信号加算の結果、信号振幅が減少したなら(ST16イエス)、加算結果の信号振幅が最小(極小)となるように、加算する信号のレベルを調整する(ST20)。加算結果の信号振幅を最小(極小)とすることで、EOG検出信号波形に混入してくるノイズを打ち消す(低減または排除する)。   If the signal amplitude decreases as a result of the signal addition (YES in ST16), the level of the signal to be added is adjusted so that the signal amplitude of the addition result is minimized (minimum) (ST20). By minimizing the signal amplitude of the addition result (minimum), noise mixed in the EOG detection signal waveform is canceled (reduced or eliminated).

頭部の動揺(移動/回転)に起因するノイズが打ち消されたあとのEOG検出結果に基づいて、ユーザの眼動(図10〜図16の視線移動、瞬目、目瞑り、ウインクなど)を判定し(ST22)、その判定に基づく処理を行う(ST24)。例えば、ユーザがウインクすると、視線の先にある建物の名称がアイウエア100の表示画面(図5のIM1/IM2)にAR表示される、といった処理を行うことができる。   Based on the EOG detection result after the noise caused by the shaking (movement / rotation) of the head is canceled, the user's eye movement (gaze movement, blink, eye meditation, wink, etc. in FIGS. 10 to 16) A determination is made (ST22), and processing based on the determination is performed (ST24). For example, when the user winks, the name of the building ahead of the line of sight can be displayed as an AR on the display screen (IM1 / IM2 in FIG. 5) of the eyewear 100.

ユーザ頭部の動揺パターンが変わると、ノイズ打ち消しの内容も変わる。そこで、ユーザ頭部の動揺パターンが変わったかどうかを、加速度センサ/ジャイロセンサの検出結果の変化から、検出する(ST26)。例えば、前方の固定物を注視しつつ定速歩行しているアイウエア100のユーザが地下鉄へ降りる降り階段の前で立ち止まり、階段の隣接ステップの段差を前後屈および視線移動で視線スイープしたとする。すると、この段差前後での視線スイープにより頭部の動揺パターンが歩行時とは異なるものとなり、またEOG検出信号波形も歩行時とは違うものとなる。   When the shaking pattern of the user's head changes, the content of noise cancellation also changes. Therefore, it is detected from the change in the detection result of the acceleration sensor / gyro sensor whether the shaking pattern of the user's head has changed (ST26). For example, it is assumed that a user of eyewear 100 walking at a constant speed while gazing at a fixed object in front stops in front of a descending staircase that descends to a subway, and sweeps a line of sight by stepping back and forth and moving the gaze. . Then, the gaze sweep before and after the step makes the head shaking pattern different from that during walking, and the EOG detection signal waveform also differs from that during walking.

そこで、ユーザ頭部の動揺パターンが変化したときは(ST26イエス)、ステップST12に戻り、ST14〜ST20の処理をやり直す。ST14〜ST20の処理をやり直すことにより、新たな頭部の動揺パターンに起因するEOGノイズが打ち消され(低減または排除され)、純粋な視線移動に対応したEOGが検出される。この純粋な視線移動に対応したEOG検出結果と、変化したユーザ頭部の動揺パターンに対応した加速度センサ/ジャイロセンサの検出結果を比較する。この比較の結果、例えば階段の段差位置で図4(a)から図4(b)への位相反転が検出されたとすれば、その位相反転ポイント付近に階段の段差があるものと判定する(ST22)。そして、段差の存在を示すマークをアイウエア100でAR表示する(ST24)。このAR表示は、ユーザ頭部の動揺パターンに対応した加速度センサ/ジャイロセンサの検出結果が消滅してから一定時間後(例えば10秒後)に自動的に消すことができる。   Therefore, when the shaking pattern of the user's head has changed (YES in ST26), the process returns to step ST12 and the processes of ST14 to ST20 are performed again. By performing the processes of ST14 to ST20 again, the EOG noise caused by the new head shaking pattern is canceled (reduced or eliminated), and EOG corresponding to pure eye movement is detected. The EOG detection result corresponding to this pure line-of-sight movement is compared with the detection result of the acceleration sensor / gyro sensor corresponding to the changed user head shaking pattern. As a result of this comparison, for example, if phase reversal from FIG. 4A to FIG. 4B is detected at the step position of the staircase, it is determined that there is a stair step near the phase reversal point (ST22). ). Then, a mark indicating the presence of a step is AR-displayed with the eyewear 100 (ST24). The AR display can be automatically turned off after a certain time (for example, 10 seconds) after the detection result of the acceleration sensor / gyro sensor corresponding to the shaking pattern of the user's head disappears.

AR表示のオン/オフは、EOG波形(図8または図9のCh1/Ch2波形)と加速度センサの検出信号波形とが同期しているかどうかで、自動的に行うこともできる。ユーザがAR表示を見ているときは眼球は頭部の動揺を補償する回転をしていないので上記の同期関係はないが、ユーザがAR表示でなく現実世界を注視しているときは上記の同期関係が生じる。同様な考えで、EOG波形(図8または図9のCh0波形)とジャイロセンサの検出信号波形とが同期しているかどうかで、AR表示を自動的にオン/オフできる。   The AR display can be turned on / off automatically depending on whether the EOG waveform (Ch1 / Ch2 waveform in FIG. 8 or FIG. 9) and the detection signal waveform of the acceleration sensor are synchronized. When the user is looking at the AR display, the eyeball does not rotate to compensate for head sway, so there is no synchronization relationship as described above. However, when the user is looking at the real world instead of the AR display, A synchronization relationship occurs. Based on the same idea, the AR display can be automatically turned on / off depending on whether the EOG waveform (Ch0 waveform in FIG. 8 or 9) and the detection signal waveform of the gyro sensor are synchronized.

ユーザ頭部の動揺パターンが変化しない間ユーザがアイウエアを使用し続ければ(ST28ノー)、ST22〜ST24の処理は続く。ユーザが数秒目瞑りするなどして図7のプロセッサ11aにアイウエア100の使用終了を指示すれば(ST28イエス)、図17の処理は終了する。   If the user continues to use the eyewear while the user's head shaking pattern does not change (NO in ST28), the processing of ST22 to ST24 continues. If the user instructs the processor 11a of FIG. 7 to end use of the eyewear 100, such as by meditating for a few seconds (YES in ST28), the processing of FIG. 17 ends.

図18は、他の実施形態に係るメガネ型アイウエア100におけるEOG電極の実装例を説明する図(EOG電極が眼球周辺に配置された例)である。図18のアイウエア100は、以下の点で図5のアイウエア100と違っている。   FIG. 18 is a diagram for explaining an example of mounting the EOG electrode in the eyeglass-type eyewear 100 according to another embodiment (example in which the EOG electrode is arranged around the eyeball). The eyewear 100 of FIG. 18 differs from the eyewear 100 of FIG. 5 in the following points.

第1の違いは、右ノーズパッド150RのEOG電極151aおよび151bが右アイフレーム101側に移動し、左ノーズパッド150LのEOG電極152aおよび152bが左アイフレーム102側に移動している点にある。EOG電極151aおよび151bはユーザの右眼中心位置(図示せず)に対して略点対称となる位置に配置され、EOG電極152aおよび152bはユーザの左眼中心位置(図示せず)に対して略点対称となる位置に配置される。また、EOG電極151aおよび151bそれぞれを結ぶ右斜線とEOG電極152aおよび152bそれぞれを結ぶ左斜線は、ユーザの鼻筋に沿った垂直線(図示せず)に対して略線対称となっている。電極151a,151b,152a,152bは、弾性体(スポンジ、シリコーン製クッションなど)の先端に設けた導電性部材(金属、導電性高分子など)で構成できる。各EOG電極は、アイウエア100を装着したユーザの顔の皮膚面に、弾性体の弾性反発力で軽く圧接される。   The first difference is that the EOG electrodes 151a and 151b of the right nose pad 150R have moved to the right eye frame 101 side, and the EOG electrodes 152a and 152b of the left nose pad 150L have moved to the left eye frame 102 side. . The EOG electrodes 151a and 151b are arranged at positions that are substantially point-symmetric with respect to the user's right eye center position (not shown), and the EOG electrodes 152a and 152b are with respect to the user's left eye center position (not shown). It is arranged at a position that is substantially point-symmetric. Further, the right oblique line connecting each of the EOG electrodes 151a and 151b and the left oblique line connecting each of the EOG electrodes 152a and 152b are substantially line symmetrical with respect to a vertical line (not shown) along the user's nose. The electrodes 151a, 151b, 152a, and 152b can be formed of a conductive member (metal, conductive polymer, or the like) provided at the tip of an elastic body (sponge, silicone cushion, or the like). Each EOG electrode is lightly pressed against the skin surface of the face of the user wearing the eyewear 100 by the elastic repulsive force of the elastic body.

図18のようなEOG電極配置構造を採ると、ノーズパッド部にEOG電極を配置する構造と比べて帯電した眼球の周囲にできる電界をより検知し易くなる。そのため、図5の実施形態よりも図18の実施形態の方が、より大きな振幅のEOG信号を検出できる。   When the EOG electrode arrangement structure as shown in FIG. 18 is adopted, the electric field generated around the charged eyeball can be detected more easily than the structure in which the EOG electrode is arranged in the nose pad portion. Therefore, the embodiment of FIG. 18 can detect an EOG signal having a larger amplitude than the embodiment of FIG.

第2の違いは、加速度センサやジャイロセンサを含むセンサ部11eをブリッジ103に残し、それ以外の情報処理部11の機能をテンプルバー107側に移した点にある。例えば情報処理能力の強化やGPS機能の追加などで情報処理部11の物理的なサイズが大きくなる場合、大きくなった情報処理部11をブリッジ103に取り付けると、アイウエア100のデザイン性やその装着感に問題が生じる恐れがある。ブリッジ103に取り付ける構造体をセンサ部11eだけにすれば、ブリッジ103上の構造体は情報処理部11全体を設けるよりも小型軽量化されるため、デザイン性や装着感は改善される可能性がある。一方、テンプルバー107(および/または106)の内部なら、比較的大きな構造体を設けてもアイウエア100のデザイン性やその装着感に問題が生じる恐れは小さい。   The second difference is that the sensor unit 11e including an acceleration sensor and a gyro sensor is left in the bridge 103, and other functions of the information processing unit 11 are moved to the temple bar 107 side. For example, when the physical size of the information processing unit 11 increases due to enhancement of information processing capability or addition of a GPS function, when the increased information processing unit 11 is attached to the bridge 103, the design of the eyewear 100 and its mounting There may be a problem with the feeling. If the structure attached to the bridge 103 is only the sensor unit 11e, the structure on the bridge 103 is smaller and lighter than providing the entire information processing unit 11, and thus the design and the mounting feeling may be improved. is there. On the other hand, within the temple bar 107 (and / or 106), even if a relatively large structure is provided, there is little risk of problems in the design of the eyewear 100 and its wearing feeling.

図19は、さらに他の実施形態に係るゴーグル型アイウエア(左右両眼のアイフレームが連続したタイプ)100におけるEOG電極の実装例を説明する図(EOG電極が眼球周辺に配置された他の例)である。図19のような構造を採ると、図18の構造よりもEOG電極の皮膚接触安定性が高くなる。そのため、頭部の動揺に起因するノイズを打ち消しつつ、より高精度にEOG信号を検出することができる。また、図19の構造では、大型化した情報処理部11その他の装置を内蔵し易い。そのため、図19の構造では、デザイン性をさして気にすることなく、GPS付きスマートフォンの機能を仕込むことができる。その場合の画面表示は、フィルム液晶などを利用した左右のディスプレイ12L/12Rにおいて、AR表示により行うことができる。図示しないが、ゴーグルフレームの左右の耳付近に小型スピーカを取り付け、ノーズクッション付近に小型マイクを取り付けることもできる。また、スマートフォンに対するコマンド入力は、視線移動、瞬目、目瞑り、ウインクなどの眼動により行うことができる。   FIG. 19 is a diagram for explaining an example of mounting EOG electrodes in goggle-type eyewear (a type in which eye frames of left and right eyes are continuous) according to still another embodiment (other EOG electrodes arranged around the eyeball). Example). When the structure as shown in FIG. 19 is adopted, the skin contact stability of the EOG electrode is higher than that in the structure of FIG. For this reason, it is possible to detect the EOG signal with higher accuracy while canceling out noise caused by shaking of the head. In the structure of FIG. 19, the information processing unit 11 and other devices that have been increased in size are easily incorporated. Therefore, in the structure of FIG. 19, the function of the smartphone with GPS can be loaded without worrying about design. Screen display in that case can be performed by AR display on the left and right displays 12L / 12R using film liquid crystal or the like. Although not shown, a small speaker can be attached near the left and right ears of the goggle frame, and a small microphone can be attached near the nose cushion. In addition, command input to the smartphone can be performed by eye movement such as eye movement, blinking, eye meditation, and winking.

図20は、さらに他の実施形態に係るゴーグル型アイウエア(左右両眼のアイカップが分離したタイプ)100におけるEOG電極の実装例を説明する図(EOG電極が眼球周辺に配置されたさらに他の例)である。図20の実施形態では、図18の場合と同様な、EOG電極配置構造とセンサ部11eの配置構造を採用している。但し、図20のゴーグル構造は水中使用(あるいは宇宙遊泳訓練使用)にも耐える。水中で泳ぐダイバーの頭部は地上歩行よりも大きな動揺をするが、その大きな動揺(上下左右の位置移動や回転)は、センサ部11e内の3軸加速度センサや3軸ジャイロセンサで検出できる。検出した動揺成分はEOG信号に混入するノイズ成分の打ち消しに利用できる。頭部の動揺に起因したノイズが抑えられたEOG信号を利用して、両手が塞がったユーザ(ダイバー)の眼動(瞬目、目瞑り、その他)に基づき、種々なコマンド入力が可能となる。   FIG. 20 is a diagram for explaining an example of mounting the EOG electrode in goggle-type eyewear (a type in which the eye cups of the left and right eyes are separated) according to still another embodiment (another example in which the EOG electrode is arranged around the eyeball). Example). In the embodiment of FIG. 20, the same EOG electrode arrangement structure and the arrangement structure of the sensor unit 11e are adopted as in the case of FIG. However, the goggle structure of FIG. 20 can withstand use in water (or use of space swimming training). The head of a diver who swims in the water has a greater sway than walking on the ground, but the large sway (up / down / left / right position movement or rotation) can be detected by a 3-axis acceleration sensor or 3-axis gyro sensor in the sensor unit 11e. The detected shaking component can be used to cancel the noise component mixed in the EOG signal. Various commands can be input based on the eye movements (blinks, eye meditation, etc.) of the user (diver) whose both hands are blocked, using the EOG signal in which noise caused by the movement of the head is suppressed. .

<実施形態の纏め>
(a)従来の視線検出技術には赤外線カメラを用いて画像処理にて視線方向を推定する方式があるが、必要となる装置の量(高輝度な赤外線LEDに加え、外部に見える眼球全体を撮影可能なカメラ、画像処理用の比較的高性能な演算装置、これらを動作させる電力供給装置)が大規模となる。そのため、従来の視線検出技術は据置タイプの装置では応用されているが、ウェアラブル機器への適用は進んでいない。
<Summary of Embodiment>
(A) In the conventional gaze detection technology, there is a method of estimating the gaze direction by image processing using an infrared camera. However, the amount of required apparatus (in addition to the high-intensity infrared LED, the entire eyeball visible to the outside is used. Cameras that can be photographed, relatively high-performance computing devices for image processing, and power supply devices that operate these devices become large-scale. For this reason, the conventional line-of-sight detection technology has been applied to stationary devices, but has not been applied to wearable devices.

これに対し、眼電位センシングによる視線検出は、必要となる装置の量(電極および、ADC、比較的性能の低い演算装置、これらを動作させる電力供給装置)が赤外線カメラ方式と比較してかなり小規模であり、ARメガネのようなウェアラブル機器への応用も可能となる。EOGはARメガネとの親和性が高く赤外線方式と比べると低消費電力なためウェアラブル機器への適用が期待できる技術である。   On the other hand, gaze detection based on electrooculogram sensing requires a considerably small amount of device (electrodes, ADC, arithmetic device with relatively low performance, and power supply device for operating them) compared to the infrared camera system. It can be applied to wearable devices such as AR glasses. EOG is a technology that can be expected to be applied to wearable devices because of its high affinity with AR glasses and low power consumption compared to infrared systems.

(b)現実世界の固定物を注視する時の、アイウエアユーザの頭部の揺れ分を打ち消す。これにより、任意の眼球回転に対する検出精度が向上する。   (B) To cancel the shaking of the eyewear user's head when gazing at a fixed object in the real world. Thereby, the detection accuracy with respect to arbitrary eyeball rotation is improved.

(c)注視している現実世界の固定物が遠景か近景かを検出する(図4の位相反転ポイントの検出)。これにより、アイウエアユーザの頭部の揺れから、現実世界(固定物)の注視の有無を検出する。   (C) It is detected whether the real-world fixed object being watched is a distant view or a close view (detection of phase inversion point in FIG. 4). Thereby, the presence / absence of gaze in the real world (fixed object) is detected from the shaking of the head of the eyewear user.

(d)アイウエアユーザの頭部の揺れをAR表示の自動オン/オフ制御に利用する。   (D) The head of the eyewear user is used for automatic ON / OFF control of the AR display.

(e)眼球の補償回転を打ち消した、任意の眼球動作のみを抽出する。   (E) Only an arbitrary eye movement that cancels the compensated rotation of the eye is extracted.

(f)注視しているものが、現実世界か否かを検出する(歩行時に加速度センサおよび/またはジャイロセンサの検出波形と眼電位EOG波形が同期していれば現実世界にあるものを見ていると判定し、加速度センサおよび/またはジャイロセンサの検出波形と眼電位EOG波形は同期しないときは歩行時にAR表示などを見ていると判定する)。   (F) Detect whether the object being watched is in the real world (if the detected waveform of the acceleration sensor and / or gyro sensor and the electrooculogram EOG waveform are synchronized during walking, see what is in the real world) If the detection waveform of the acceleration sensor and / or gyro sensor and the electrooculogram EOG waveform are not synchronized, it is determined that the AR display or the like is being viewed during walking).

(g)眼球動作をUI(ユーザインターフェース)として使用する場合のノイズ打ち消しとして有効。   (G) Effective as noise cancellation when eye movement is used as UI (user interface).

(h)アイウエアを利用した作業履歴情報収集に使用すると、これまでに無い指標となる(例えば、頭部動揺によるノイズの影響を排除した状態で、倉庫のピッキング作業などにおいて、「正しい標的物に視線を向けた度数が一定値以上なら作業員として合格」といった合否判定に利用できる)。   (H) When used for collecting work history information using eyewear, it becomes an unprecedented index (for example, in the picking operation of a warehouse, etc., with the effect of noise caused by head shaking, It can be used for pass / fail judgments such as “pass as a worker if the frequency with the line of sight toward is above a certain value”.

<出願当初請求項の内容と実施形態との対応関係例>
[1]一実施の形態に係る眼電位検出装置(図7の11:図17の処理を実行するプロセッサ11aを含む)は、アイウエア(100)を装着したユーザの眼電位(EOG)に基づいて前記ユーザの眼球回転を含む眼動(視線移動、瞬目など)を検出する眼動検出部(15;151a,151b,152a,152b)と、前記アイウエアの移動を検出する加速度センサ(11eの一部)と、前記アイウエアの回転を検出するジャイロセンサ(11eの一部)を備えている。この眼球運動検出装置は、前記眼電位(EOG)に基づいて前記眼動が検出される際に、前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサにより前記アイウエアの移動および/または回転を検出する検出手段(ST12を実行する11a)と、前記アイウエアの移動および/または回転に起因して前記眼電位に混入するノイズ(頭部の動きを打ち消す方向に働く代償的眼球回転によって付加された眼電位成分)を、前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサによって検出した信号成分(混入ノイズに対して逆相となる成分)の合成によって低減(最小化または打ち消し)するノイズ低減手段(ST14〜ST20を実行する11a)を具備している。
<Example of Correspondence Between Contents of Claims Initially Applied and Embodiments>
[1] An electrooculogram detection device according to an embodiment (11 in FIG. 7: including a processor 11a that executes the process in FIG. 17) is based on an electrooculogram (EOG) of a user wearing the eyewear (100). An eye movement detection unit (15; 151a, 151b, 152a, 152b) for detecting eye movement (eye movement, blinking, etc.) including eyeball rotation of the user, and an acceleration sensor (11e) for detecting movement of the eyewear And a gyro sensor (a part of 11e) for detecting the rotation of the eyewear. This eye movement detection device detects a movement and / or rotation of the eyewear by the acceleration sensor and / or the gyro sensor when the eye movement is detected based on the electrooculogram (EOG). (11a that executes ST12) and noise mixed in the electro-oculogram due to movement and / or rotation of the eyewear (an electro-oculogram component added by compensatory eye rotation that works in a direction that cancels the movement of the head) ) Is reduced (combined with signal components detected by the acceleration sensor and / or the gyro sensor (components having a phase opposite to the mixed noise)) (noise reduction means (ST14 to ST20) is executed) 11a).

[2]前記[1]の装置は、前記低減手段による信号合成結果が減少に向かうように、前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサによって検出した信号成分の位相を選択する位相選択手段(ST16〜ST18を実行する11a)をさらに具備している。   [2] The apparatus according to [1] selects a phase of a signal component detected by the acceleration sensor and / or the gyro sensor (ST16 to ST16) so that a signal synthesis result by the reduction unit tends to decrease. 11a) for executing ST18 is further provided.

[3]前記[1]の装置(11)は、アイウエア(図5、図18〜図20の100)に組み込まれる。   [3] The device (11) of the above [1] is incorporated into eyewear (100 in FIGS. 5 and 18 to 20).

[4]前記[3]のアイウエア(100)は、ディスプレイ部(12L、12R)を持ち、前記ノイズ低減手段によりノイズが低減されたあとの前記眼電位(EOG)に基づく表示(AR表示)を前記ディスプレイ部(12L、12R)で行う表示手段(ST22〜ST24を実行する11a)を具備している。   [4] The eyewear (100) of [3] has a display unit (12L, 12R), and displays based on the electrooculogram (EOG) after the noise is reduced by the noise reducing means (AR display) Display means (11a for executing ST22 to ST24) for performing display on the display unit (12L, 12R).

[5]前記[1]の装置は、前記ユーザの頭部の前後屈変化に対応した回転を前記ジャイロセンサ(11e)により検出し、そのユーザの視線方向の変化(図10、図11:Ch1/Ch2の±レベル変化から上下の視線方向変化を検出できる)を前記眼動検出部(15)により検出し、前記前後屈変化の信号位相と前記視線方向変化の信号位相が同相(図4(a))か逆相(図4(b))かによって前記ユーザが見ている場所の遠近を識別するように構成されている(注視している現実世界の固定物が、遠景か近景かを検出できる)。   [5] The device according to [1] detects a rotation corresponding to a change in forward / backward bending of the user's head by the gyro sensor (11e), and changes a user's line-of-sight direction (FIG. 10, FIG. 11: Ch1). / Ch2 +/- level change is detected by the eye movement detection unit (15), and the signal phase of the anteroposterior bending change and the signal phase of the line-of-sight change are in phase (FIG. 4 ( a)) or reverse phase (FIG. 4B) is configured to identify the perspective of the place the user is looking at (whether the real-world fixed object being watched is a distant view or a close view) Can be detected).

[6]前記[1]の装置は、前記眼電位(EOG)に基づいて前記眼動が検出される際に、前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサにより検出された前記アイウエアの移動および/または回転(図1)が前記眼電位(EOG)の変化(図8または図9)に同期する場合(図17のST14において「所定の位相関係」を維持できる場合)は前記ユーザが現実世界を見ているものと判定するように構成されている(注視しているものが、現実世界か否かを検出できる)。   [6] The apparatus of [1] may be configured to detect movement of the eyewear detected by the acceleration sensor and / or the gyro sensor and / or when the eye movement is detected based on the electrooculogram (EOG). Alternatively, when the rotation (FIG. 1) is synchronized with the change of the electrooculogram (EOG) (FIG. 8 or FIG. 9) (when the “predetermined phase relationship” can be maintained in ST14 of FIG. 17), the user moves the real world. It is configured to determine that the user is looking (it can detect whether or not the object being watched is the real world).

[7]一実施の形態に係る眼電位検出方法は、アイウエア(100)を装着したユーザの眼電位(EOG)に基づいて前記ユーザの眼球回転を含む眼動(視線移動、瞬目など)を検出し、前記アイウエアを装着したユーザの頭部の移動を検出し、前記アイウエアを装着したユーザの頭部の回転を検出する処理を含む。この方法は、前記眼電位(EOG)に基づいて前記眼動が検出される際に、前記アイウエアを装着したユーザの頭部の移動および/または回転を検出する工程と(ST12)、前記アイウエアを装着したユーザの頭部の移動および/または回転に起因して前記眼電位に混入するノイズ(頭部の動きを打ち消す方向に働く代償的眼球回転によって付加された眼電位成分)を、前記アイウエアを装着したユーザの頭部の移動および/または回転に対応して検出した信号成分(混入ノイズに対して逆相となる成分)の合成によって低減(最小化または打ち消し)する工程(ST14〜ST20)を具備している。   [7] An electrooculogram detection method according to an embodiment includes an eye movement (eye movement, blink, etc.) including eye rotation of the user based on an electrooculogram (EOG) of the user wearing the eyewear (100). , Detecting the movement of the head of the user wearing the eyewear, and detecting the rotation of the head of the user wearing the eyewear. This method includes a step of detecting movement and / or rotation of a user's head wearing the eyewear when the eye movement is detected based on the electrooculogram (EOG) (ST12), and the eye The noise mixed in the electrooculogram due to the movement and / or rotation of the head of the user wearing the wear (the electrooculogram component added by the compensatory ocular rotation that works in the direction of canceling the movement of the head), Steps of reduction (minimization or cancellation) by synthesis of signal components (components having an opposite phase to the mixed noise) detected corresponding to the movement and / or rotation of the head of the user wearing the eyewear (ST14- ST20).

[8]前記[7]の方法は、前記信号成分の合成結果が減少に向かうように、前記アイウエアを装着したユーザの頭部の移動および/または回転に対応して検出した信号成分の位相を選択する工程(ST16〜ST18)をさらに具備している。   [8] In the method of [7], the phase of the signal component detected corresponding to the movement and / or rotation of the head of the user wearing the eyewear so that the synthesis result of the signal component decreases. Is further provided (ST16 to ST18).

この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、実施形態の説明においてEOG電極を備えたアイウエアとしてメガネ型やゴーグル型のデバイスを紹介したが、それ以外に、アイマスク、眼帯、ヘルメット、帽子、頭巾のような形態の物品をEOG電極付アイウエアに利用することも考えられる。   For example, in the description of the embodiments, glasses-type and goggles-type devices were introduced as eyewear equipped with EOG electrodes. In addition to this, articles such as eye masks, eye patches, helmets, hats, and hoods are used as EOG electrodes. It can be used for attached eyewear.

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。なお、開示された複数の実施形態のうちのある実施形態の一部あるいは全部と、開示された複数の実施形態のうちの別の実施形態の一部あるいは全部を、組み合わせることも、発明の範囲や要旨に含まれる。   These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof. Note that it is possible to combine a part or all of one embodiment of a plurality of disclosed embodiments with a part or all of another embodiment of the plurality of disclosed embodiments. Or included in the abstract.

100…アイウエア(ゴーグル型またはメガネ型);110…アイフレーム;11…眼球運動検出装置の主要部となる情報処理部(プロセッサ11a、不揮発性メモリ11b、メインメモリ11c、通信処理部(GPS処理部)11d、センサ部11eなどを含む集積回路);11e…加速度センサ、ジャイロセンサなどを含むセンサ部;BAT…電源(リチウムイオン電池など);12…ディスプレイ部(右ディスプレイ12Rと左ディスプレイ12L:フィルム液晶など);IM1…右表示画像(テンキー、アルファベット、文字列、マーク、アイコンなど);IM2…左表示画像(テンキー、アルファベット、文字列、マーク、アイコンなど);13…カメラ(右カメラ13Rと左カメラ13L、またはブリッジ103部分に取り付けられた図示しないセンターカメラ);15…眼動検出部(視線検出センサ);1510…右側(Ch1)ADコンバータ;1520…左側(Ch2)ADコンバータ;1512…左右間(Ch0)ADコンバータ;1514…左右間(Ch3)ADコンバータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Eyewear (goggles type or glasses type); 110 ... Eye frame; 11 ... Information processing part (processor 11a, non-volatile memory 11b, main memory 11c, communication processing part (GPS processing) which becomes the principal part of an eye movement detection apparatus Part) 11d, integrated circuit including sensor part 11e, etc .; 11e ... sensor part including acceleration sensor, gyro sensor, etc .; BAT ... power source (lithium ion battery etc.); 12 ... display part (right display 12R and left display 12L: IM1 ... Right display image (numeric keypad, alphabet, character string, mark, icon, etc.); IM2 ... Left display image (numeric keypad, alphabet, character string, mark, icon, etc.); 13 ... Camera (right camera 13R) And attached to the left camera 13L or bridge 103 15... Eye movement detector (line-of-sight detection sensor); 1510... Right side (Ch1) AD converter; 1520... Left side (Ch2) AD converter; Left to right (Ch3) AD converter.

Claims (8)

アイウエアを装着したユーザの眼電位に基づいて前記ユーザの眼球回転を含む眼動を検出し、検出した眼動に応じた検出信号を出力する眼動検出部と、前記アイウエアの移動を検出する加速度センサと、前記アイウエアの回転を検出するジャイロセンサを備えた眼球運動検出装置であって、
前記眼電位に基づいて前記眼動が検出される際に、前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサにより前記アイウエアの移動および/または回転を検出する検出手段と、
前記眼動検出部から出力される前記検出信号に前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサによって検出した信号成分に応じた補正信号を加算することにより前記検出信号を補正し、加算結果を出力する補正手段と、
前記補正手段の出力が減少するように前記検出信号に加算される前記補正信号の振幅と位相を調整する調整手段と、
を具備した眼球運動検出装置。
An eye movement detector that detects eye movement including eyeball rotation of the user based on the electrooculogram of the user wearing the eyewear, and outputs a detection signal corresponding to the detected eye movement, and detects movement of the eyewear An eye movement detector comprising an acceleration sensor for detecting the rotation of the eyewear and a gyro sensor for detecting the rotation of the eyewear,
Detecting means for detecting movement and / or rotation of the eyewear by the acceleration sensor and / or the gyro sensor when the eye movement is detected based on the electrooculogram;
Correction for correcting the detection signal by adding a correction signal corresponding to the signal component detected by the acceleration sensor and / or the gyro sensor to the detection signal output from the eye movement detection unit, and outputting the addition result Means,
Adjusting means for adjusting the amplitude and phase of the correction signal added to the detection signal so that the output of the correction means decreases;
An eye movement detection device comprising:
前記調整手段は前記補正手段の出力が最小となるように前記補正信号の振幅と位相を調整する、請求項1の装置。 2. The apparatus according to claim 1, wherein the adjustment means adjusts the amplitude and phase of the correction signal so that the output of the correction means is minimized . 前記ユーザの頭部の前後屈変化に対応した回転を前記ジャイロセンサにより検出し、前記ユーザの視線方向の変化を前記眼動検出部により検出し、前記前後屈変化の信号位相と前記視線方向の変化の信号位相が同相か逆相かによって前記ユーザが見ている場所の遠近を識別する、請求項1の装置。 Rotation corresponding to the longitudinal屈変of the head of the user is detected by the gyro sensor, the change in the viewing direction of the user detected by the Meadow detection unit, the front and rear屈変signal phase as the viewing direction of The apparatus of claim 1, wherein the location of the user's viewing is identified by whether the signal phase of change is in phase or out of phase. 前記眼電位に基づいて前記眼動が検出される際に、前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサにより検出された前記アイウエアの移動および/または回転が前記眼電位の変化に同期する場合は前記ユーザが現実世界を見ているものと判定する、請求項1の装置。   When the eye movement is detected based on the electrooculogram, the movement and / or rotation of the eyewear detected by the acceleration sensor and / or the gyro sensor is synchronized with the change in the electrooculogram. The apparatus of claim 1, wherein the apparatus determines that the user is looking at the real world. ユーザの頭部に装着可能なアイウエアであって、
前記ユーザの眼電位に基づいて前記ユーザの眼球回転を含む眼動を検出し、検出した眼動に応じた検出信号を出力する眼動検出部と、
移動を検出する加速度センサと、
回転を検出するジャイロセンサと、
前記眼電位に基づいて前記眼動が検出される際に、前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサにより前記アイウエアの移動および/または回転を検出する検出手段と、
前記眼動検出部から出力される前記検出信号に前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサによって検出した信号成分に応じた補正信号を加算することにより前記検出信号を補正し、加算結果を出力する補正手段と、
前記補正手段の出力が減少するように前記検出信号に加算される前記補正信号の振幅と位相を調整する調整手段と、
を具備したアイウエア。
Eyewear that can be worn on the user's head,
An eye movement detector that detects eye movement including eyeball rotation of the user based on the user's electrooculogram and outputs a detection signal corresponding to the detected eye movement;
An acceleration sensor for detecting movement;
A gyro sensor that detects rotation;
Detecting means for detecting movement and / or rotation of the eyewear by the acceleration sensor and / or the gyro sensor when the eye movement is detected based on the electrooculogram;
Correction for correcting the detection signal by adding a correction signal corresponding to the signal component detected by the acceleration sensor and / or the gyro sensor to the detection signal output from the eye movement detection unit, and outputting the addition result Means,
Adjusting means for adjusting the amplitude and phase of the correction signal added to the detection signal so that the output of the correction means decreases;
Eyewear equipped with.
ィスプレイ部と、
前記補正手段の出力に基づく表示を前記ディスプレイ部で行う表示手段と、更に具備した、請求項のアイウエア。
And de Isupurei part,
A display means for performing display based on the output of the correcting means in the display portion, and further comprising a, eyewear of claim 5.
アイウエアを装着したユーザの眼電位に基づいて前記ユーザの眼球回転を含む眼動を検出し、前記アイウエアを装着した前記ユーザの頭部の移動を加速度センサにより検出し、前記アイウエアを装着した前記ユーザの頭部の回転をジャイロセンサにより検出する処理を含む方法であって、
前記眼電位に基づいて前記眼動が検出される際に、前記アイウエアを装着した前記ユーザの頭部の移動および/または回転を検出する工程と、
前記眼動の検出結果に前記加速度センサおよび/または前記ジャイロセンサによって検出した信号成分に応じた補正信号を加算することにより前記眼動の検出結果を補正する工程と、
補正された前記眼動の検出結果が減少するように前記補正信号の振幅と位相を調整する工程と、
を具備した眼球運動検出方法。
Based on the eye potential of the user who wears the eyewear detects Meadow comprising eyeball rotation of the user, the movement of the head of the user wearing the eyewear detected by the acceleration sensor, mounting the eyewear the rotation of the head of the user who has a method comprising a process of detecting by the gyro sensor,
A step of the in the meadow is detected on the basis of the eye potential, for detecting the movement and / or rotation of the head of the user wearing the eyewear,
Correcting the detection result of the eye movement by adding a correction signal corresponding to the signal component detected by the acceleration sensor and / or the gyro sensor to the detection result of the eye movement;
Adjusting the amplitude and phase of the correction signal so as to reduce the corrected detection result of the eye movement ;
An eye movement detection method comprising:
前記補正信号の振幅と位相を調整する工程は、補正された前記眼動の検出結果が最小となるように前記補正信号の振幅と位相を調整する、請求項7の方法。 8. The method of claim 7, wherein the step of adjusting the amplitude and phase of the correction signal adjusts the amplitude and phase of the correction signal so that the corrected detection result of the eye movement is minimized .
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