JPH07504833A - 視軸集中および斜視測定のために眼球運動を追跡する方法および装置 - 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】 視軸集中および斜視測定のために 眼球運動を追跡する方法および装置 発明の背景 １、発明の分野 本発明は一般的に眼球運動を追跡する技術および装置に関するものであり、特に 眼球運動によって生じた電気眼球図電圧信号（ＥＯＧ）を検知し、これらの信号 を処理して各眼球の水平位置および垂直位置を特定しまた眼球の視軸集中または 視軸分散を特定する方法および装置に関するものである。眼球位置を表わす信号 は、斜視測定用またはビデオゲーム制御用の出力装置あるいはその他の電子装置 に対してインタフェースされる。

２、先行技術の説明 過去数年間に、対話型ビデオゲームが非常に普及した。

単独型ゲーム装置がアーケード、レストラン、映画館、およびその他の公衆施設 の中に設置されている。さらにビデオゲーム装置がテレビセットのアダプタの形 で家庭娯楽市場の中に入った。科学技術の進歩に従って、ビデオゲームが三次元 性をもつ「バーチュアル・リアリティ−（仮想現実）ヨに興味が持たれている。

しかしこれらのゲームはその操作中に手を使用する必要があり、ゲームをうまく 行うには手と目の整合が不可欠となる。ゲームを行うために眼球運動のみを使用 することにより、より高度の現実性が得られる。

コンピュータまたはその他の装置を眼球運動によって制御するための数種のシス テムがこの数年間に開発された。例えば、米国特許第３，４６２，６０４号は、 眼球の正面から反射された光に対する眼球網膜から反射された光の配向を特定す るためのオキュロメータを開示している。光が眼球に向けられると、この光は眼 球の正面と眼球背後の網膜とによって反射される。検知システムがこれら両方の 反射画像を捕らえてこれらの画像の相対位置から眼球位置を特定する。

米国特許第４．１．０９，１４５号は眼球配向の「視線」検知装置を開示してい る。これらの装置は、眼球配向をモニタするオキュロメータまたはその他の視線 特定手段を使用して、オペレータの眼球が特定の制御機能に対して視線位置に留 まる時間を測定する。もし視線位置が特定時間より長く保持されるならば、この 装置は制御出力を発生する。

米国特許第３，９８６，０３０号は対麻痺患者またはその他の身障者用の眼球運 動作動式キーボードアクセサリ−を開示している。この装置は、オペレータの眼 球に光を指向する光源と、オペレータの眼球から反射された光によって作動され る複数の光感応センサーとを含む。

これらのセンサーが、眼球運動によって制御されるべきキーボード式器具に接続 される。

米国特許第４，０８１，６２３号は、光源と、放射線センサーと、コマンド識別 器と、特定のコード順序でオペレータの目の瞬きの瞬間を検知するディスプレー ユニットとを含む。この瞬き運動が解読されて電話のダイヤル操作または機械類 の制御に使用される。

米国特許第３，５０７，９８８号は、人の目の解像力に類似した解像力を有し、 観察者の視線に対応して位置の変動する伝送視界の部分を高度解像することので きる狭帯域テレビシステムを開示している。反射光を使用して眼球位置が特定さ れる。

米国特許第３，７２４，９３２号に開示の装置においては、眼球がその反射面に よって複数のパーキンジ像が形成される程度に眼球に光を溢れさせる。２つのパ ーキンジ像を回転ディスク上に撮像することによってモニタし、この回転ディス クは複数の直交スリットを有し、これらのスリットを通してバーキンジ像がさら に光デテクタ上に撮像される。これらのパーキンジ像の分離をモニタすることに よって眼球の視軸の配向が特定される。

米国特許第４，８６６．２２９号は、光情報をヘッドセットに対して投射し、ヘ ッドセットの着用者が直接視界から分離しまたは直接視界に重なり合った像を見 ることができるように成された装置を開示している。

米国特許第４．６５１，１４５号は眼球−脳波通信システムを開示し、このシス テムにおいては特殊コード信号を有する視覚刺激がオペレータに与えられオペレ ータの脳波測定（ＥＥＧ）信号をモニタする。前記の特殊コードがオペレータの ＥＥＧ信号によって認識され、従ってディスプレー上のキャラクタ−が単にそれ を見ることによって選択される。

米国特許第４，５７６．１８４号は、電気眼振記録（ＥＮＧ）装置を使用し角膜 −網膜電位および／または脳波に基づいて薬物服用を検知する装置を開示してい る。

前記の各特許に記載の多くのシステムの欠点は、これらのシステムが眼球からの 反射光を使用し従って他の光源からの干渉を受けやすいことにある。それ以外の システムは、オペレータに対して特殊の視覚刺激を与え対応の反応コードをモニ タする必要がある。

前記の各装置の問題点は、眼球運動の電気記号を表わす電気眼球図電圧信号を使 用することによって解決される。同時係属特願第０７１０７７．７３３号（現在 、特願第０７／７８４，１４７号）は、音楽を発生しビデオ装置を制御するため 電気眼球図電圧信号その他の生体電位信号を使用する方法および装置を開示して いる。同時係属特願第０７１５５７．２０５号は、単にビデオディスプレー上の 特定位置を注視することによりビデオディスプレー上のカーソルを制御しビデオ ゲームを操作する電気眼球図電圧信号またはその他の生体電位信号を使用する装 置または方法を開示している。しかしこれらの方法および装置においては、眼球 が整列されまた実際に二次元運動（左右および上下運動）を成す時の眼球運動に よって電気眼球図電圧信号が発生される。これらの装置は、三次元運動機能また は各眼球の固定基準点に対するそれぞれの正確な位置を特定する機能を有しない 。例えば、１９８９年、１月、１８日、ＣＡ、サンフランシシコ、「科学の進歩 のための米国協会（Ａｍｃｒｌｃａｎ　Ａｓ５ｏｃｉａ−ｔｔｏｎ　ｆｏｒ　ｔ ｈｅ　Ａｄｖａｎｃｅｒ５ｅｎｔ　ｏｆ　５ｃ１ｅｎｃｅ）Ｊの第１５５会議に 提出されたヒュウ　Ｓ、ラスティラドおよびＲ，ベンジャミン・クナップ論文「 人の生電気信号によって発生される音楽（Ｍｕｓｉｃ　Ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ 　ｔ＋ｕｎｌａｎ　Ｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｓ−ｉｇｎａｌｓ）　Ｊを参照。

斜視は両方の眼球が運動する時に水平整列または垂直整列を保持できない医学的 状態であって、この状態を正確に測定することは困難である。斜視度を診断する ためには、固定基準点に対する各眼球の位置を個別に特定する必要がある。本発 明は各眼球の位置の正確な測定を可能とする。

前記の特許および出版物は出願人の気づいている先行技術を反映したものであり 、これらの文献は、本出願の審査に際して適切と思われる情報を開示する出願人 の認める公正義務を履行するために提供されている。しかし、これらの特許およ び出版物のいずれも、単独でまたは組合わせて出願人の請求する発明を教示しま たは明白にしてはいない。

発明の概要 本発明は、全体として、各眼球の個別の位置特定による三次元ゲーム装置の操作 および斜視の測定に関するものである。

三次元心像は代表的には、各眼球の個別の画像を生じるように、レンズををする 観察者またはスプリットスクリーンの観察者に対して視覚的に提供される。「深 さ」次元は各眼球にそれぞれ別個の画像を与え、２つの画像が重ね合されて視差 幻影を生成することによって発生される。人の頭脳は、これらの画像を融合する 際にビデオスクリーンから第３次元または「深さ」次元を生成する。

本発明は、各眼球について別個に水平運動ｌｌ１ｌｌ定を成し、眼球の視軸集中 に依存する信号を発生する。視軸集中信号が処理され、画像コンピュータに送ら れ、このコンピュータがコマンドに対応して、左眼球像および右眼球像の視差片 寄りを変更することにより仮想視野における仮想物体を「前後」に移動させる。

視軸集中信号を二次元ビデオゲームに使用すれば、ゲームのレベルを変更し、ハ イバースペースヘジャンブし、または任意の他の機能を制御するのに役立つ。

他方、斜視は眼球の生理学的非整列状態である。臨床ではこの状態は測定困難で ある。しかし、本発明によれば、臨床目的から固定基準点に対する各眼球の水平 位置と垂直位置が別個に測定される。

本明細書に記載の本発明の原理は眼球運動によって生じる電気眼球図（ＥＯＧ） 電圧信号を検知するにある。

ＥＯＧ信号は眼球運動の電気的「記号」である。本発明は、眼球の水平運動およ び垂直運動と、眼球の視軸集中または視軸分散を表わすＥＯＧ信号を検知するた めユーザの頭部に配置されたセンサーを使用する。これらのＥＯＧ信号が増幅さ れ、コンピュータスクリーン上のカーソルの位置制御、または斜視測定のための 固定基準点に対する各眼球の位置の特定などの出力コマンドのマツピングに使用 されるフィーチャを抽出するためにこれらのＥＯＧ信号が処理される。デジタル 信号プロセッサは、ＥＯＧ信号の種々の特性を種々の選定自在の出力デバイスに マツピングさせることによってシステムに柔軟性を与える。

本発明の目的は、眼球運動を検知するために電気眼球起電圧信号を使用するにあ る。

本発明の他の目的は、人の眼球の視軸が集中されているか、あるいは分散されて いるかを特定するために電気眼球起電圧信号を使用するにある。

本発明の他の目的は、固定基準点に対して眼球の水平位置または垂直位置を特定 するために電気眼球起電圧信号を使用するにある。

本発明の他の目的は、他方の眼球の位置とは無関係に一方の眼球の位置を特定す るにある。

本発明の他の目的は、オペレータの眼球位置を移動させることによりコンピュー タ・ビデオ・ディスプレー上のカーソルの位置を制御するにある。

本発明の他の目的は、オペレータの眼球の視軸集中を使用することによりコンピ ュータ・ビデオ・ディスプレー上の三次元心像を制御するにある。

本発明の他の目的は、斜視測定を成すために電気眼球起電圧信号を使用するにあ る。

本発明のさらに他の目的は下記の説明から明かとなろう。以下、本発明を図面に 示す実施例について詳細に説明するが本発明はこれに限定されるものではない。

図面の簡単な説明 第１図は鎖線で示すオペレータによって着用される本発明のセンサーヘッドバン ドの正面図である。

第２図は各センサーからの導線を示す本発明のヘッドバンドの斜視図である。

第３Ａ図と第３Ｂ図は本発明の電子素子の機能ブロッキングダイヤグラムである 。

第４図は、出力デバイスを制御するために眼球の視軸集中を特定する本発明の方 法の段階順序を示すフローチャートである。

第５図は、斜視測定のため眼球の視軸集中または視軸分散を特定する本発明の方 法の段階順序のフローチャートである。

第６図は、ドリフト補正のための本発明の方法の段階順序を示すフローチャート である。

好ましい実施態様の説明 本発明の実施態様を付図について詳細に説明すれば、本発明の装置は第１図乃至 第３Ｂ図に図示され、本発明の方法は第４図乃至第６図に図示されている。本発 明の装置の形状およびその部品の詳細は本明細書に記載の基本コンセプトの範囲 内において任意に変更実施することができ、また本発明の各段階は本明細書に記 載の基本概念の範囲内において任意に変更実施することができるものと了解され たい。

電気眼球図（ＥＯＧ）は頭部に対する眼球運動によって生じる電気的追跡の記録 である。ＥＯＧは眼球の周囲に電極を配置し、眼球運動から発生する信号を検知 し、電気的／生理的信号を増幅しろ過することによって記録される。垂直運動を 検知するため、電極が眼球の上下に配置される。水平運動を検知するため、電極 は眼球上方の側方位置に配置される。

電極によって検知される電界中を眼球が移動する際にＥＯＧ信号が発生される。

眼球そのものは双極子（またはバッテリ）として作用する。角膜は正極に関連し 、網膜は負極に関連する。

例えば、電極が眼球の両側に対称的に配置されていれば、眼球がまっすぐ前方を 見る時に、双極子は電極によって検知される電界に対して直角となり、得られる 出力はゼロである。眼球が移動する際に、直視位置に対して電圧シフトが生じる 。

眼球運動は直流電圧シフトを生じ、この電圧シフトはフルレンジで１１５０秒（ ５０Ｈｚ）の速度で生じ、実際上、定常出力（直視位置）に対して時間変動シフ トを生じる。その信号の振幅は非常に低いので、これらの信号を使用可能とする にはこれらの信号を増幅しろ過しなければならない。さらに使用される増幅器は 信号ロスを防止するため、すぐれた低周波数応答を有しなければならない。

ＥＯＧを使用可能とするためには、他の生理的信号をろ過する必要かあることを 注意しなければならない。例えば、ＥＯＧは電気的脳波測定信号（ＥＥＧ）から 振幅と周波数とにおいて識別可能である。ＥＥＧ信号は、周波数においてはるか に高く、脳中の同時に興奮する脳細胞の大集団から発生する。ＥＥＧ信号は代表 的には頭蓋骨上に配置されたセンサーから記録され、振幅においてＥＯＧ信号よ りはるかに低い（ＥＯＧ信号の１ミリボルトに対して１００マイクロボルト）。

従ってＥＯＧとＥＥＧは周波数と振幅によって識別される。

第１図において、ヘッドバンド１０がオペレータ１２によって着用される。ヘッ ドバンド１０は複数のセンサー１４を含み、これらのセンサーは、オペレータ１ ２の皮膚との導電性接続に適した銀−塩化銀などの可撓性物質から成る。ヘッド バンド１０は水平センサー支持体１６と少なくとも１つの垂直センサー支持体１ ８とを含む。第２図について述べれば、側面ストラ・ンブ２０ａ。

２０ｂがオペレータ１２の頭部口りに巻き付けられ、これらのストラップはベル クロなどのファスナー２２によって支持される。センサー１４は、右デュアルセ ンサー２４と、右垂直センサー２６と、右水平センサー２８と、左デュアルセン サー３０と、左垂直センサー３２と、左水平センサー３４と、基準センサー３６ とを有する。第１図と第２図にはそれぞれのセンサーの位置が図示されているが 、これらの位置を変動しても悪影響はない。好ましくは右水平センサー２８と左 水平センサー３４はそれぞれ右目と左目の上方正中位置に配置される。右デュア ルセンサー２４と左デュアルセンサー３０はそれぞれ右目と左目の上方の側面ま たは側頭位置に配置される。

右垂直センサー２６と左垂直センサー３２はそれぞれ対応の目の下方に配置され 、それぞれ右デュアルセンサー２４と左デュアルセンサー３０とにほぼ整列され る。基準センサー３６は全体として前頭部に鼻橋の中心線に近接して配置される 。センサーの水平配列を変更できることを注意しなければならない。

右デュアルセンサー２４と、右垂直センサー２６と、右水平センサー２８と、左 デュアルセンサー３０と、左垂直センサー３２と、左水平センサー３４と、基準 センサー３６とに対してそれぞれ導線３８、導線４０、導線４２、導線４４、導 線４６、導線４８および導線５０が接続されている。

次に第３Ａ図について述べれば、４入力チャンネルが図示されている。三次元心 像制御のために視軸集中のみが使用されまたは視軸集中と視軸分散が測定される 実施態様においては、２つの入力チャンネル（右水平および左水平チャンネル） が使用される。しかし、２つの入力チャンネルの使用は心像制御を眼球の水平運 動に制限するであろう。従って、垂直チャンネルか含まれるように３入力チャン ネルを使用することが好ましい。このようにして、垂直眼球運動は画像をｒＹＪ 軸にそって移動させ、水平眼球運動は画像をｒＸＪ軸にそって移動させ、また視 軸集中は画像をｒＺＪ軸にそって移動させることができる（ズームイン／ズーム アウト）。斜視ＡＰＩ定の場合のように、各眼球の水平位置または垂直位置を別 個に測定する実施態様においては、４入力チャンネルが使用される。　計測増幅 器５２は単一の入力差動増幅器であって、正または負のＥＯＧ信号を受ける。右 デュアルセンサー２４は導線３８を通して計測増幅器５２の一方の入力に接続さ れ、右水平センサー２８が導線４２を通して他方の人力に接続される。計測増幅 器５２は代表的にはＬＴＩｌｏｏ、ＬＴＩＩＯＩまたはＬＴ１１０２である。他 のデバイスを使用することができるが、より高い精度を得るため、これらのデバ イスは４特性を示さなければならない。第１に、このデバイスはセンサーソース インピーダンス効果を最小限になすため、高い入力インピーダンスを有しなけれ ばならない。第２に、このデバイスはセンサーからのノイズとセンサーのイオン 泳動とを最小限に成すため、センサーから引かれるバイアス電流が非常に小でな ければならない。第３に、デバイスは０．５マイクロボルトビ一ク入力信号の測 定を可能とするため、０，３５マイクロボルトＲＭＳ以下のＲＭＳノイズ電圧を 存しなければならない。第４に、非常に大きなコモンモード信号の除去のため、 デバイスは当該周波数において８０デシベルより高いコモンモード除去比を有し なければならない。また第３Ｂ図について述べれば、計ｔｌｌｊ増幅器５２の基 準入力はインターコネクション５６を通してデジタル−アナログ変換器５４に接 続される。

このインターコネクションは、計測増幅器５２の校正のためにオフセット電圧信 号を発生させることができる。

計測増幅器５２は電気的にプログラマブル利得増幅器５８に接続される。プログ ラマブル利得増幅器５８は代表的にはＰＭ１８４０８カッドデジタル−アナログ 変換器およびＴＬＯ６４カッド演算増幅器とを含む。この構成は、近似的に０． ５乃至１００　Ｖ／Ｖの間に８ビツトデジタルプログラマブル利得を得るように 設計される。

これにより、０．５マイクロボルト乃至５０ミリボルトの範囲内の電圧信号をク リッピングなしで測定することが可能となる。また第３Ｂ図について述べれば、 プログラマブル利得増幅器５８の利得は、アドレス線路およびデータ線路として 作用するインターコネクンヨン６２を通して、デジタル信号プロセッサ６０によ って制御される。デジタル信号プロセッサ６０は、プログラマブル利得増幅器５ ８に対して校正のために信号を送る。ＥＯＧ信号の電気値は人ごとに相違し、ま た眼球ごとに相違するので、相異なる眼球位置に対して正確な一貫した出力電圧 を得るためには、得られた電圧信号を校正する必要がある。従ってプログラマブ ル利得増幅器５８は、眼球の焦点が校正点上に合った時に５ボルト出力信号を発 生するように調整される。これらの校正点は、ビデオディスプレーまたは視野チ ャートの左上隅部および下布隅部である。

プログラマブル利得増幅器５８は低域フィルタ６４に接続される。この低域フィ ルタ６４は代表的には第４オーダ５０Ｈｚバターワース・フィルタであって、こ れは所望のＥＯＧ信号の周波数以上の周波数を有する生体電位信号をろ過し、Ｄ Ｃと５０Ｈｚの間の信号のみを通過させる。低域フィルタ６４の出力は、インタ ーコネクション６８を通してアナログ−デジタル変換器６６に接続される。

追加の各入力チャンネルが同様の機能成分を利用し、前記と同様に構成される。

さらに第３Ｂ図について述べれば、デジタル−アナログ変換器５４は代表的には ＰＭ　Ｉ　８４１２カツド１２ビツト・デバイスまたは同等のものである。ある いはＡＤ７２２６カツド８ビットデバイスを使用することができる。デジタル− アナログ変換器５４はインターコネクション８２を通してデジタル信号プロセッ サ６０に接続される。計測増幅器５２を校正するため、デジタル信号プロセッサ ６０はデジタル信号をデジタル−アナログ変換器５４に送ってオフセット電圧を 発生する。オペレータ１２の眼球が直視位置にある時に、低域フィルタ６４の出 力がゼロボルトとなるように前記オフセット電圧が選定される。これにより、セ ンサー１４からＤＣ信号が除去されまた計測増幅器５２からＤＣオフセットが除 去される。

アナログ−デジタル変換器６６は代表的にはＬＴＣ１２９４または同等物であっ て、単一パッケージの中に８−１マルチブレキサ、サンプルおよび保持および逐 次近似アナログ−デジタル変換器を含む。あるいは、４−１マルチプレキサを有 する同様の装置を使用することができる。アナログ−デジタル変換器６６は、同 期直列インタフェースとしてのインターコネクンヨン８４を通してデジタル信号 プロセッサ６０に接続される。またアナログ−デジタル変換器６６は、インター コネクション８６を通してデジタル信号プロセッサ６０によってＩＭＨ２でクロ ッキングされる。これは５０ｋＨｚサンプリングレートを生じる。

デジタル信号プロセッサ６０は代表的にはテキサス・インストルーメンッＴＭＳ ３２０Ｃ２６または同等物である。このデバイスは、１命令サイクルでデジタル フィルタタップを実行することのできるＩＯＭＩＰＳ、１６／３２ビット固定点 デジタル信号プロセッサである。デジタル信号プロセッサ６０は４０　Ｍ　Ｈｚ クロックを使用し、このクロックは４分割されてシステムクロックを発生し、こ のシステムクロックはインターコネクション１０４を通して使用される。またシ ステムクロックは１０分割されてアナログ−デジタル変換器６６に対するクロッ ク信号を発生する。デジタル信号プロセッサ６０は１６にの内部メモリを含む。

デジタル信号プロセッサ６０はインターコネクション９０を通して直列インタフ ェース８８に接続される。直列インタフェース８８は代表的には、３８．４キロ ボーまでのレートで復号／符号っけするためのＳｉｇｎｅｔｉｃｓ　５ＣＣ２６ ９１ＵＡＲＴと、ＭＡＸ２５２Ｒ３２Ｂ２インタフェースとを含む。直列インタ フェース８８によって、本発明の装置は任意のコンピュータシステムとデータ交 換し任意のコンピュータシステムを制御することができる。またデジタル信号プ ロセッサ６０は、データの読取りと書き込みのためにインターコネクション１０ ６を通して不揮発性ＲＡＭ　（ＮＶＲＡＭ）に接続され、またプログラム記憶の ためインターコネクション１０８を通して消去可能プログラマブルＲＯＭ　（Ｅ ＦＲＯＭ）に接続される。またデジタル信号プロセッサ６０は本明細書に開示さ れ請求された計算機能を実施することを注意しなければならない。。これらの機 能は、基準点におけるＥＯＧ出力信号の校正、眼球の位置を代表する位置信号へ のＥＯＧ出力信号の変換、ＥＯＧ信号の検知、数値計算の実行、ドリフト補正、 およびＥＯＧ出力信号の極性および振幅の変動のモニタリングを含む。

入力チャンネルはそれ自体をテストすることのできないので、入力チャンネルを テストする必要のある時、テスト信号がデジタル−アナログ変換器５４によって 発生されることができる。例えば作動スイッチ９２がインターコネクション９６ を通してデジタル−アナログ変換器５４を低域フィルタ９４に接続する。次に得 られた電圧信号が減衰器９８によって減衰され、インターコネクション１００， １０２によって入力チャンネルに接続される。　第２図について述べれば、イン ターコネクション５０を通して基準センサー３６に接続された回路アースに対し て各センサー１４間の差電圧を測定することによって、各眼球の水平および垂直 位置を表わすＥＯＧ信号が誘導される。下記の式が眼球の位置を決定する。

右水平位置Ｈ１：　Ｈｌ−ＶＢＡ−ＶｏＡ左水平位置Ｈ２：　Ｈ２−ｖＡＤ−ｖ ＡＥ右垂直位置Ｖｌ：　Ｖｌ−ＶＦＡ−ＶＢ＾左垂直位置Ｖ　２　：　Ｖ　２− Ｖ　ＧＡ　Ｖ　ＥＡここに、 Ｈｌは右眼球の水平位置を表わすＥＯＧ電圧信号；Ｈ２は左眼球の水平位置を表 わすＥＯＧ１４圧信号；Ｖｌは右眼球の垂直位置を表わすＥＯＧ［圧信号；ｖ２ は左眼球の垂直位置を表わすＥＯＧ電圧信号；ＶＢＡは右デュアルセンサー２４ と基準センサー３６の間の差電圧； ＶｏＡは右水平センサー２８と基準センサー３６の間の差電圧； ｖＡＤは基準センサー３６と左水平センサー３４の間の差電圧； ＶＡＥは基準センサー３６と左デュアルセンサー３０の間の差電圧； ＶＥＡは右垂直センサー２６と基準センサー３６の間の差電圧； ｖｏＡは左垂直センサー３２と基準センサー３６の間の差電圧； ＶＥＡは左デュアルセンサー３０と基準センサー３６の間の差電圧； 眼球の垂直位置の特定に際して代表的に基準センサー３６が使用されたが、各計 算において基準センサー３６を使用することなくこのような測定を実施すること ができる。例えば、ＶＦＡは右垂直センサー２６と右水平センサー２８との間の 差電圧から特定することができよう。

しかしＶＢＡはなお右デュアルセンサー２４と基準センサー３６の間の差電圧か ら特定されよう。

オペレータ１２の眼球の焦点がまっすぐに前方を見る位置などにおいて基準点上 に表された時に、Ｈ１マイナスＨ２が、ｖ１マイナスＶ２と同様にゼロに校正さ れる。

オペレータ１２の眼球の視線が集中（交差）する時、振幅の変動が生じて、Ｈｌ マイナスＨ２はゼロより大きくなる。オペレータ１２の眼球の視線が分散（拡散 ）する時、Ｈ１マイナスＨ２がゼロ以下となる。従って各眼球の実際の位置が固 定基準点に対して特定できるのみならず、この実際位置は眼球の視軸が相互に集 中しまた拡散している場合にも特定することができる。

第４図は三次元心像アプリケーションにおいて視軸集中を使用するための好まし いプロセス段階を示す。先に述べたように視軸集中の測定のためには２つの入力 チャンネルのみを使用する必要がある。しかし三次元心像の場合には、心像をｒ ＸＪ軸、ｒＹＪ軸またはｒＺＪ軸にそ７て移動させることが望ましい。従って好 ましい実施態様においては、左水平眼球運動のため、に１つの入力チャンネルを 使用し、右水平眼球運動のために１つの入力チャンネルを使用し、また垂直眼球 運動（右眼球または左眼球）について１つの入力チャンネルを使用する。

ステップ１２０において、オペレータ１２はその眼球の焦点を固定した直視位置 に合わせ、各チャンネルのＥＯＧ出力信号は、Ｈ１マイナスＨ２がゼロとなるよ うに校正される。ステップ１２２において、校正位置に対するいずれかの眼球の 水平運動があったか否かを特定するためにＨｌからＨ２が引かれる。ステップ１ ２４において、ステップ１２２から得られた数値結果を先行値と比較する。）ｆ ｌマイナスＨ２が先行値より大であれば、１つの視軸集中位置からこれより少な い視軸集中位置への（例えば視軸整列へ向かっての）運動が存在したことになる 。このような場合、ステップ１２６において、ビデオディスプレー上の物体が三 次元において「＋２」軸にそって移動される（ズームアウト）。Ｈ１マイナスＨ ２が先行値より大でなければ、ステップ１２８においてこの値が先行値より小さ いかどうかを決定する。もしそうであれば、より少ない視軸集中位置からより大 きな視軸集中位置への運動があったことになる。例えば視軸整列から離れた場合 、この場合、ステップ１３０においてビデオディスプレー上の物体が三次元にお いて「−２」軸にそって移動される（例えばズームイン）。Ｈ１マイナスＨ２が 先行値より大きくも小さくもなければ、ステップ１３２において、運動の生じな いことを命令する。このように三次元において物体を移動させる代わりに、視軸 集中の特定を使用して、ハイパースペースの中にジャンプし、または二次元ビデ オゲーム上のレベルを変更しまたは単に他のデバイスの操作を制御することがで きる。

斜視測定のためには、各眼球の水平位置または垂直位置をそれぞれ別個に固定基 準点に対して特定することが望ましい。代表的には斜視は９主要位置を使用し、 中心使用位置を基準点としてｉｌｌ定される。視軸整列からの片寄りはプリズム ・ジオプターの単位で測定される。１度の片寄りは１．７ジオブターに等しく、 １ｍｍの片寄りは２１ジオプターに等しい。各眼球の位置をそれぞれ別個に測定 するためには、４入力チャンネル、すなわち右垂直チャンネル、右水平チャンネ ル、左垂直チャンネルおよび左水平チャンネルが必要である。これらの位置はそ ｔ’ＬソれＥＯＧ信号Ｈ１、ｖｌ、Ｈ２およびｖ２に対応する。

斜視測定の１つの側面は、オペレータ１２の眼球の視軸が整列位置と比べて集中 するか（例えば交差するか）または分散するか（例えば相互に分離するか）の特 定である。第５図について述べれば、これらの段階は眼球の視軸集中と視軸分散 の程度を特定するための段階である。

ステップ１４０は左の眼球を覆い、右眼球の焦点を固定直視位置に焦点合わせす る。右眼球の水平ＥＯＧ出力信号は、これをゼロに設定することによって校正さ れる。

次に同様の手順を左眼球について実施して、この左眼球について水平ＥＯＧ出力 信号を校正する。ステップ１４２において、ＨｌからＨ２を引いて、整列位置か らの片寄り度を測定する。ステップ１４４において、右水平ＥＯＧ信号Ｈ１と左 水平ＥＯＧ信号Ｈ２の間の差電圧を測定する。もしこの差電圧がゼロに等しけれ ば、ステップ１４６は両方の眼球視軸が整列していることをリポートする。眼球 視軸が整列していなければ、ステップ１４８において差電圧がテストされて、こ れがゼロより大であるか否かを測定する。もしゼロより大であれば、ステップ１ ５０は、眼球が視軸集中位置にあることをリポートし、この視軸集中度は差電圧 の絶対値に対応する。もしステップ１４８において、差電圧がゼロより大でない ことが特定されれば（例えば負の電圧差）であれば、その場合にはステップ１５ ２は、眼球の視軸が視軸分散にあることをリポートし、この視軸分散度は電圧差 の絶対値（例えばＨ２マイナスＨ１）に直線的に比例する。垂直片寄りの校正お よび測定についても同様の手順に従う。

ＥＯＧ信号を用いて眼球位置を測定する際に高度の精度を得るためには、ドリフ トを補正する必要がある。例えばオペレータの眼球が連続固定位置に保持されて いるならば、ＥＯＧ信号が校正レベルから移動することがある。従ってドリフト 補正が必要となる。第６図について述べれば、ステップ１６０において、任意チ ャンネルの出力値がゼロ値に初期化される。ステップ１６２において、出力値の 数学的導関数をリアルタイムで計算する。

その際に、導関数の計算に使用される時間は、眼球の位置が導関数ウィンドウの 間に安定している程度に短い必要がある。同様に、この計算時間は疑似信号変化 を避ける程度に長くなければならない。このような時間は特定の用途に従って経 験的に決定される。例えば急速な眼球運動が測定される場合、遅い眼球運動の測 定の場合よりも短い導関数ウィンドウが選ばれる。ステップ１６４において、導 関数がしきい値と比較される。このしきい値は、入力チャンネルに結合したセン サからのドリフト量に基づいて経験的に決定された値である。しきい値はすべて のドリフトを除去する程度に大でなければならないが、すべての眼球運動の測定 を可能とする程度に小でなければならない。導関数がしきい値より大でなければ 、ステップ１６６はオリジナルの出力値を保持しこの値をステップ１６２に戻す 。導関数がしきい値より大であれば、ステップ１６８においてオリジナル値とそ の導関数とが合算されてその合計がステップ１６２に戻される。

このプロセスはデジタル信号プロセッサ６０によって実施される。

従って本発明はＥＯＧ信号を使用して各眼球の水平位置と垂直位置とを正確に特 定し、ビデオゲームまたは斜視測定コンピュータなどの制御装置および出力装置 に対してこの眼球位置を使用することを可能にすることは明らかである。

本発明は前記の説明のみに限定されるものでなく、その主旨の範囲内において任 意に変更実施できる。

ＦＩＧ、−１ ０　へ　の　写　喜　写 Ｏ １八　〜ｒｙｔ　寸 ＦＩＧ、−３Ａ ＦＩＧ、−３Ｂ ｆ″″９　°　くう　■・整列眼球 ○　（）：集中眼球 ＦＩＧ、−４ フロントページの続き （７２）発明者　ラスティッド、ヒユー　ニス。

アメリカ合衆国カリフォルニア用、パロ、アルド、ウェブスター、ストリート、 ３２７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基準点に対する眼球位置を特定する方法において、 （ａ）少なくとも一方の眼球の運動によって発生する電気眼球図電圧信号を検知 する段階と、（ｂ）前記の眼球の焦点を基準点に合わせながら前記の眼球図電圧 信号をゼロ振幅に校正する段階と、（ｃ）振幅変動に対する前記眼球図電圧信号 をモニターする段階と、 （ｄ）前記振幅の変動を、前記基準点に対する前記眼球位置を表わす位置信号に 変換する段階とを含む方法。 ２．さらに前記眼球が固定位置にある間の前記電気眼球図電圧信号のドリフトを 補正する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．さらに、 （ａ）一定時間中の前記の各電気眼球図電圧信号の振幅変動を測定する段階と、 （ｂ）前記振幅変動を基準地圧信号と比較する段階と、（ｃ）前記振幅変動が前 記基準電圧信号を超える時に前記電気眼球図電圧信号と前記振幅変動とを数値的 に合計する段階と、 （ｄ）前記段階（ａ）乃至（ｃ）を繰り返す段階とを含むことを特徴とする請求 項１に記載の方法。 ４．少なくとも一方の眼球の運動によって生じる電気眼球図電圧信号を検知する 前記段階に先だって、（ａ）オペレータの前頭部の第１センサーを前記オペレー タの眼球間の垂直中心点近くに配置する段階と、（ｂ）前記オペレータの前頭部 上の第２センサーを、前記眼球の垂直中心点近くに配置する段階と、（ｃ）前記 オペレータの前頭部上の第３センサーを前記第２センサーの側方に配置する段階 とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５．さらに、 （ａ）前記第３センサーと前記第１センサーとの間の電気眼球図電圧信号を検知 する段階と、（ｂ）前記第２センサーと前記第１センサーとの間の電気眼球図電 圧信号を検知する段階と、（ｃ）前記段階（ａ）において誘導された電気眼球図 電圧信号と前記段階（ｂ）において誘導された電気眼球図電圧信号との数値差を 特定する段階と、（ｄ）前記段階（ｃ）において誘導された電気眼球図電圧信号 の極性および振幅を前記基準点に対する前記眼球の水平位置を表わす位置信号に 変換する段階とを食むことを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６．さらに前記眼球の下方に第４センサーを配置する段階を含むことを特徴とす る請求項５に記載の方法。 ７．さらに、 （ａ）前記第４センサーと前記第１センサーとの間の電気眼球図電圧信号を検知 する段階と、（ｂ）前記第３センサーと前記第１センサーとの間の電気眼球図電 圧信号を検知する段階と、（ｃ）前記段階（ａ）において誘導された電気眼球図 電圧信号と前記（ｂ）において誘導された電気眼球図電圧信号との間の数値差を 特定する段階と、（ｄ）前記段階（ｃ）において誘導された電気眼球図電圧信号 の極性および振幅を前記基準点に対する前記眼球の垂直位置を表わす位置信号に 変換する段階とを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。 ８．さらに、 （ａ）第１基準点に対する右眼球の水平位置を表わす電気眼球図電圧信号を検知 する段階と、（ｂ）第１基準点に対する左眼球の水平位置を表わす電気眼球図電 圧信号を検知する段階と、（ｃ）前記左眼球を閉じて前記右眼球の焦点を前記第 １基準点上に合わせながら、前記右眼球の水平位置を表わす前記電気眼球図電圧 信号をゼロ振幅に対して校正する段階と、 （ｄ）前記右眼球を閉じて前記左眼球の焦点を前記第１基準点上に合わせながら 、前記左眼球の水平位置を表わす前記電気眼球図電圧信号をゼロ振幅に対して校 正する段階と、 （ｅ）同時的に前記両方の眼球の焦点を第２基準点上に合わせる段階と、 （ｆ）前記右眼球の水平位置を表わす電気眼球図電圧信号と前記左眼眼球の水平 位置を表わす電気眼球図電圧信号との間の数値差を特定する段階と、（ｇ）前記 段階（ｆ）において誘導された電気眼球図電圧信号の極性および振幅を前記眼球 の視軸集中または視軸分散を表わす位置信号に変換する段階とを含む眼球の視軸 集中度および視軸分散度を特定する方法。９．さらに、前記眼球が固定位置にあ る間の前記磁気眼球図電圧信号の振幅変動を補正する段階を含むことを特徴とす る請求項８に記載の方法。 １０．さらに、 （ａ）一定時間中の前記の各電気眼球図電圧信号の振幅変動を測定する段階と、 （ｂ）前記振幅変動を基準電圧信号と比較する段階と、（ｃ）前記振幅変動が前 記基準電圧信号を超える時に前記電気眼球図電圧信号と前記振幅変動とを数値的 に合計する段階と、 （ｄ）前記段階（ａ）乃至（ｃ）を繰り返す段階とを含むことを特徴とする請求 項８に記載の方法。 １１．ビデオディスプレー上の画像の位置を制御する方法において、 （ａ）第１基準点に対する右眼球の水平位置を表わす電気眼球図電圧信号を検知 する段階と、（ｂ）前記第１基準点に対する左眼眼球の水平位置を表わす電気眼 球図電圧信号を検知する段階と、（ｃ）前記右眼球の水平位置を表わす電気眼球 図電圧信号と前記左眼眼球の水平位置を表わす電気眼球図電圧信号との間の数値 差を特定する段階と、（ｄ）前記段階（ｃ）を逐次繰り返す段階と、（ｅ）前記 段階（ｄ）において誘導された電気眼球図電圧信号の振幅の変動に基づいてビデ オディスプレー上の画像の位置を制御する段階とを含む方法。 １２．さらに、前記眼球が固定位置にある間の前記電気眼球図電圧信号の振幅変 動を補正する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。 １３．さらに、 （ａ）一定時間中の前記の各電気眼球図電圧信号の振幅変動を測定する段階と、 （ｂ）前記振幅変動を基準電圧信号と比較する段階と、（ｃ）前記振幅変動が前 記基準電圧信号を超える時に前記電気眼球図電圧信号と前記振幅変動とを数値的 に合計する段階と、 （ｄ）前記段階（ａ）乃至（ｃ）を繰り返す段階とを含むことを特徴とする請求 項１１に記載の方法。 １４．基準点に対する眼球の位置を特定する装置において、 （ａ）少なくとも一方の眼球の運動によって発生される電気眼球図電圧信号を検 知するための検知手段と、（ｂ）前記眼球の焦点を基準点に合わせたまま、前記 電気眼球図電圧信号をゼロ振幅に対して校正する手段と、（ｃ）前記電気眼球図 電圧信号の振幅変動を検知する手段と、 （ｄ）前記振幅変動を、前記基準点に対する前記眼球の位置を表す位置信号に変 換する処理手段とを含むことを特徴とする装置。 １５．さらに、前記眼球が固定位置にある時の電気眼球図電圧信号ドリフトを補 正する手段を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。 １６．前記検知手段はオペレータの皮膚に電気的に接続するように成された複数 のセンサーを含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。 １７．前記処理手段はデジタル信号プロセッサを含むことを特徴とする請求項１ ４に記載の装置。 １８．ビデオディスプレー上の画像の位置を制御する装置において、 （ａ）右眼球の水平運動によって発生された電気眼球図電圧信号を検知するため の右水平検知手段と、（ｂ）左眼眼球の水平運動によって発生された電気眼球図 電圧信号を検知するための左眼水平検知手段と、（ｃ）前記眼球が固定位置にあ る時の電気眼球図電圧信号ドリフトを補正する手段と、 （ｄ）前記眼球間の視軸集中度の変動を特定し前記視軸集中度の変動に基づいて ビデオディスプレー上の画像の位置を制御するように前記電気眼球図電圧信号を 処理する処理手段とを含むことを特徴とする装置。 １９．さらに、前記眼球の垂直運動によって発生される電気眼球図電圧信号を検 知する垂直検知手段を含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。 ２０．前記処理手段は、前記眼球の水平連動に基づいて前記ビデオディスプレー 上の前記画像の水平位置を制御する手段と、前記眼球の垂直連動に基づいて前記 ビデオディスプレー上の前記画像の垂直位置を制御する手段とを含み、前記視軸 集中度が第３次元における前記画像の位置を制御することを特徴とする請求項１ ９に記載の装置。