JPH01268537A - 視覚情報分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し発明の目的） （産業上の利用分！ｌｆ） 本発明は、被験者の眼球運動を検出する眼球運動検出セ
ンサに関するものである。

（従来の技術） 被験者の目の動きすなわち眼球運動を検出し、デイスプ
レィ上やフィルム上に注視点を表示する装置はアイカメ
ラとして開発され、最も多く見る機会は恐らくドライバ
の目の動きである。この被験者の眼球運動を検出する方
法は、角膜反射光による方法、角膜と強膜の反射率の違
いを利用する方法、コンタクトレンズを用いる方法ある
いはＥＯＧ法等種々あるが、小型、軽量でかつ最も高精
度な角膜と強腰の反射率の違いを利用する方法が一般的
に用いられている。この方法は第４図に示すように左右
の目に３個の素子か並設された眼球運動検出センサ（以
下単に「センサ」と称す）１．２を配置する。これらの
うち中央が発光素子３であり、比較的指向性の狭い（±
２１゛程度）赤外線投射の発光ダイオードを使用してい
る。この発光素子３の両側は受光素子４であり、指向性
の狭い（±１０°程度）フォトダイオードを使用してい
る。発光素子３から眼球に照射された光は黒目と白目と
で反射率が異なり、この反射率の違いを増幅し、差をと
れば水平（左右）方向の出力となり、和をとれば垂直（
上下）方向の出力となる。

また、水平方向と垂直方向では眼球に対するセンサ１，
２の位置が異なり、水１ト方向のセンサ１は眼球の上下
に対して中央にて光を検出し、垂直方向のセンサ２はま
ぶたが眼球を覆いやすいため下方にて光を検出するよう
各々配置され、一方の目に水平方向のセンサ１を、他方
の目に垂直方向のセンサ２を配置して、これらを同時に
用いれば２次元的な眼球運動を検出し、デイスプレィ上
に視点を表示でき、例えばこのような方法から眼球の移
動速度、移動方向２移動距離、注視時間などの情報を求
めるものとして特開昭６０−１２６１４０号公報が開示
されている。

（発明が解決しようとする課題） このように角膜と強膜の反射率の違いを利用して眼球運
動を検出する場合、発光素子３から照射される光のスポ
ット径を絞り、第４図に示すように水平方向のセンサ１
には角膜を中心に照射するよう、一方垂直方向のセンサ
２には眼球の下部に照射するよう各々狭い指向性をもた
せている。そして、このように発光素子３の光が狭い指
向性をもっているため、互いの光の影響を受けないよう
、これらのセンサ１．２は別々の眼に配置されている。

ところで、人間個人によって眼球の大きさ及び両眼線間
の「Ｅ市等が異なるため、眼球運動の検出前には光が前
記適切位置に照射されるようセンサ１，２を動かして位
置決めを行う必要がある。しかし、これらのセンサ１，
２は小型であり、位置決めの微調整が非常に煩雑な作業
であって、この作業を左目と右目の２回繰り返す必要が
ある。加えて、これらのセンサ１．２はメガネフレーム
に一緒に取り付けられているため、一方のセンサ１の調
整が終了した後でも、他方のセンサ２の調整によって再
び調整済のセンサ１の位置がずれること、また個人差に
よる両眼の形状の違い等があって、両眼を用いて眼球運
動を検出することはその位置決め作業が大変であり、単
眼を用いて眼球運動を検出できる方法が望まれていた。

また、従来は、発光素子３からの光はそのスポット径を
絞った方が精度よく検出できると考えられていた。この
発光素子３として、通常発光ダイオードが使用されてい
るが、この場合レンズ径と発光部とが一体となっている
ため、前述の理由により光のスポット径を絞ると第５図
に示すように、メインロープの他にサイドローブが発生
し、眼球表面上に光源ムラとなって表われる。この影響
のためセンサ１，２による検出範囲が±２０＠と狭くな
り、眼球が広角に大きく動いた場合にはその動きを検出
できない問題もあった。

本発明は前記問題に基づいて成されたものであり、単眼
を用いて眼球の水平及び垂直移動を同時に検出すること
ができるとともに、検出範囲を広くすることができる眼
球運動検出センサを提供することを目的とするものであ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は少なくとも眼球全体をほぼ均一に照射する広角
な指向性を有する発光素子と、眼球に反射された前記発
光素子による光を受光する１個以上の受光素子とを備え
たものである。

（作　用） 眼球全体にほぼ均一に発光素子から光が照射され、眼球
表面における光源ムラがないため、受光素子は眼球から
反射される光を受光し、角膜と強膜との反射率の違いに
よって変化する光量を正確に検出して眼球運動を検出で
きる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を詳述する。第
１図は単眼を用い角膜と強膜の反射率の違いを利用して
視点の動きを検出する方法を示しており、同図（Ａ＞は
平面から見た概略説明図、同図（Ｂ）は側面から見た概
略説明図を各々示している。眼球Ｅの水平方向における
位置を検出する水平センサ１と垂直方向における位置を
検出する垂直センサ２は眼球Ｅの前面側に配置されるよ
う例えば上下に一体的に組み付けられ図示しないメガネ
フレーム又はゴーグル等に取り付けられて顔面に装着可
能となっている。これらの水平センサ１と垂直センサ２
は第４図の従来例で示したように各々中央に設けられた
発光素子３と、発光素子３の両側に設けられた受光素子
４とから構成される。従来例と異なる点は水平センサ１
及び垂直センサ２の発光素子３が照射する光の指向性は
広く少なくとも眼球Ｅ全体を均一に照射するものである
。このように広角な指向性をもたせることにより、スポ
ット径をそれ程絞る必要がないため、センサ１．２から
眼球Ｅまでの距離は従来の１５１１１１程度から３０Ｉ
ｕＩ程度へとより離すことができる。

尚、これらのセンサ１．２は被験者の目の形状に応じて
発光素子３からの光が眼球Ｅ全体に照射されるよう動か
ずために上下及び左右方向に回転可能になるようメガネ
フレーム又はゴーグル等に取り付けられている方が好ま
しい。

第２図は本発明のブロック図を示しており、５は正弦波
を発生する発振器であり、水平センサ１及び垂直センサ
２の発光素子３を駆動して光を照射させる。６は水平セ
ンサ１の２個の受光素子４による出力の差をとって眼球
Ｅの水平方向データを得る減算器、７は垂直センサ２の
２個の受光素子４による出力の和をとって眼球Ｅの垂直
方向データを得る加算器であり、これらのデータはＡ／
Ｄ変換器８を介してマイクロコンピュータ９へ送られる
。

マイクロコンピュータ９はこれらのデータに基づいて被
験者が注視している物体の視点を求め、ＴＶモニタ１０
によりこの視点を表示させる。

以上のように構成される本発明の動作を次に説明する。

本発明は単眼に水平センサ１と垂直センサ２とを配設し
、これらのセンサ１，２の発光素子３が照射する光の指
向性を広角にし、眼球Ｅ全体に均一に光を照射させるも
のである。

このように、発光素子３が照射する光に広角な指向性を
もたせると、被験者の目の形状に応じて検出前に行うセ
ンサ１，２の位置合ぜが非常に簡単になる。そして、眼
球運動の検出時には、両センサ１．２の発光素子３から
眼球Ｅ全体に均一に光が照射されており、光量ムラがな
いなめ、両センサ１．２の各受光素子４は安定して眼球
Ｅからの反射光を受光でき、光は角膜と強腰とで反射率
が異なることから、角膜が移動すると２個の受光素子４
における受光量が異なることから眼球の運動を検出でき
る０例えば、水平方向において、眼球Ｅが中央に位置し
ているときには水平センサ１の２個の受光素子４の受光
量はほぼ同じであるが、眼球Ｅが左へ向くと左方に角膜
が移動し、左方の受光素子４の受光量が減少し、右方の
受光素子４の受光量が増加してこれらの差から移動に応
じた水平方向データが検出されるものである。尚、垂直
方向においても同様な方法で垂直方向データが検出され
るが、この場合には両受光素子４の受光量の和を利用し
ている。

このようにして、単眼に水平センサ１と垂直センサ２と
を配置し、これらのセンサ１゜２の発光素子３から広角
な指向性の光を眼球Ｅ辷照射して眼球運動を検出するこ
とにより、従来のように発光素子３の光を絞って特定の
部位に照射させる必要がなく、少なくとも眼球Ｅ全体に
均一に光を照射させれば良いため、眼球Ｅに対する両セ
ンサ１．２の位置決め調整が非常に簡単となる。また、
発光素子３の光を小さく絞る必要がないため、サイドロ
ーブの発生がなくなり、かつ眼球表面に均一に光が照射
されるので、センサ１．２による検出範囲が広くなると
ともに、得られるデータの直線性が向上してより正確に
視点を検出できる、因みに、実験によると、検出範囲は
従来の±２０゛から少なくともそれ以上に広くなり、こ
のため眼の動きが大きいスポーツ等における眼球運動の
分析にも使用することができる。さらに、発光素子３の
光をあまり絞らなくてもよいため、眼球とセンサ１．２
との間の距離を長くすることができるため、被験者の目
の形状等による個別の調整が簡単化され、かつ装着時の
ズレに対しても調整が簡単となる。

第３図は本発明を用いた応用例を示しており、人の目は
左右にわかれていることにより注視する物体までの奥行
きく遠近感）を知ることができるものであり、目の水平
方向の動きは奥行きを知る手掛かりになることに着目し
ている。同図において、左の眼球Ｅには左向の水平セン
サＩＡ及び垂直センサ２Ａを第１図と同様に配置し、右
の眼球Ｅにも石川の水平センサＩＢ及び垂直センサ２Ｂ
を同様に配置し、これらのセンサＩＡ、ＩＢ、２Ａ。

２Ｂに第２図の発振器５を接続し、発光素子３Ａ、３Ｂ
を駆動して光を照射させている。

そして、各センサＩＡ、ＩＢ、２Ａ、２Ｂの受光素子４
−Ａ、４Ｂは各々減算器６又は加算器７に接続されて左
及び右眼用水平方向データ又は垂直方向データを算出し
、これらのデータはＡ／Ｄ変換器８を介してマイクロコ
ンピュータ９へ送られる。そして、マイクロコンピュー
タ９において、左眼の視点算出１段１１が左眼のデータ
に基づいて左眼の視点Ａ】を求め、右眼の視点算出手段
１２が右眼のデータに基づいて右眼の視点Ｂｌを求め、
これらの視点Ａ、、Ｂ、の間隔に基づいて奥行算出手段
１３は被験者が注視している物体までの奥行きを算出し
、ＴＶモニタ１０上にこの奥行き１７を表示させるもの
である０人の目は左右にわかれていることからこれらの
視点Ａ＋　。

Ｂｌは′ｒｖモニタ１０上に水平方向において位置が互
いにずれており、この間隔りが大きい程被験者は近くの
物体を注視していることになり、物体までの奥行７きＬ
が奥行算出手段１３により算出されて１゛■モニタ１０
上に例えば数値で表示される。この奥行きしは間隔りか
ら例えば実験により求めた式に代入して算出される。尚
、マイクロコンピュータ９にはＴＶモニタ１０上にＸ、
Ｙ平面のグラフを作成するグラフ作成手段１４が含まれ
ている。このようにして単眼により各々求められた左眼
の視点ＡＩと右眼の視点Ｂ１とにより奥行きＬが算出さ
れる。尚、奥行きの算出には両眼の水平方向データが必
要であるが、垂直方向データはｌｉｉ眼のみで足りるの
で一方の垂直センサを省くことができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明の要
旨の範囲内で適宜変形できる１例　／えば、第１図では
発光素子３の光はちょうど眼球Ｅ全体を照射するものを
示したが、これより広い範囲を照射するものでも良く光
の指向性は少なくとも眼球Ｅ全体を照射できるよう十分
広角なものであれば良い。また、発光素子３と受光素子
４は発光ダイオード、フォトトランジスタ以外の素子を
用いることもできる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば少なくとも眼球全体
をほぼ均一に照射する広角な指向性を有する発光素子と
、眼球に反射された前記発光素子による光を受光する１
個以上の受光素子とを備えたことにより、単眼を用いて
眼球の水平及び垂直移動を同時に検出することができる
とともに、検出範囲を広くすることができる眼球運動検
出センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実艙例を示し、第１図（Ａ）
（Ｂ）は水モセンサと垂直センサの配置を示す概略説明
図、第２図はブロック図、第３図は応用例を示すブロッ
ク図、第４図は従来例を示す説明図、第５図は従来例の
不具合を示す説明図である。 １・・・水平センサ ２・・・垂直センサ ３・・・発光素子 ４・・・受光素子 特　許　出　願　人　　　竹井機器工業株式会社同　　
　　日本放送協会 代　理　人　弁理士　　　牛　　木　　　　　謹慎４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも眼球全体をほぼ均一に照射する 広角な指向性を有する発光素子と、眼球に反射された前
   記発光素子による光を受光する１個以上の受光素子とを
   備えたことを特徴とする眼球運動検出センサ。