JPH08229008A - 眼球運動検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 眼球への影響を最小限にとどめ、どのような
被験者でも眼球運動を精度よく検出する。 【構成】 被験者が注視する注視視標13を、眼球の正面
に配置する。注視視標13を注視しているときのホトダイ
オード８の出力を、受光部11よりＣＰＵ12に出力する。
この出力に基づき、発光ＬＥＤ７の照射光量を可変制御
する。 【効果】 被験者の眼球の反射光量に応じて、発光ＬＥ
Ｄ７の照射光量が可変する。これにより、眼球運動の検
出精度が向上する。また、少ない照射光量でも十分に測
定できる被験者には、発光ＬＥＤ７の照射光量が減少す
る。したがって、眼球への影響は最小限にとどまる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、眼球の黒目（角膜）と
白目（強膜）との反射率の違いによって被験者の眼球運
動を測定するいわゆる強膜反射方式の眼球運動検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の眼球運動検出装置は、心
理学，工学，医学など、心理実験や診療に分野で眼球運
動を測定しようとする場合に特に有効であり、これは先
に特開平１−２６８５３８号公報などで同一出願人が具
体的構成を開示している。

【０００３】図４は、眼球運動の検出原理を説明するも
のであり、同図において、１は被験者の眼球であって、
この眼球１には、３個の素子が並設された水平方向の眼
球運動を検出するセンサ２と、垂直方向の眼球運動を検
出するセンサ３が配置される。センサ２は、眼球１の表
面中央に位置する黒目に赤外光を照射する発光素子たる
赤外ＬＥＤ４と、この赤外ＬＥＤ４による眼球１の表面
からの反射光を受光する受光素子たる左右一対のホトダ
イオード５とにより構成される。各ホトダイオード５の
出力は差動増幅器６に入力され、水平眼球位置を示す電
気信号情報に変換される。従って、被験者が真正面を見
ているとき、すなわち、黒目が眼球１の中央にあるとき
には、差動増幅器６の出力は略ゼロになる。

【０００４】一方、センサ３は、眼球１の表面下縁に向
けて赤外光を照射する発光素子たる赤外ＬＥＤ７と、こ
の赤外ＬＥＤ７による眼球１の表面からの反射光を受光
する受光素子たる左右一対のホトダイオード８とにより
構成される。各ホトダイオード８の出力は加算増幅器９
に入力され、垂直眼球位置を示す電気信号情報に変換さ
れる。従って、眼球１が下を向くと、黒目の面積が多く
なって眼球１からの反射光量が小さくなり、逆に眼球１
が上を向くと、白目の面積が多くなって眼球１からの反
射光量が大きくなる。以上のようにして、眼球１の黒目
と白目との反射率の違いを利用して、差動増幅器６およ
び加算増幅器９からの信号情報に基づき、被験者の眼球
運動が測定される。

【０００５】次に、図５に基づきセンサ２，３の設置箇
所について説明する。同図において、１は眼球、２，３
はユニット化されたセンサである。前記図４の説明図で
は、眼球を左右に分けた状態が示されているが、実際に
は、同一の眼球１にセンサ２，３を上下に配置した構成
となっている。眼球運動を最も精度良く検出するには、
眼球１の正面にセンサ２，３を設置するのが好適である
が、被験者の視野を遮ってしまうために、一般には図５
に示すように、眼球１の下部から眼球１に向けて、セン
サ２，３から眼球１の表面までの距離Ｌが１５ｍｍ、目
の正面方向からの角度αが２０゜〜３０゜になるように
設定している。しかし、被験者が眼鏡を装着している場
合、図中破線で示すように眼鏡レンズＡが挿入され、セ
ンサ２，３と眼球１との距離Ｌは１５ｍｍ以上となるこ
とが多い。また、照射光と反射光の２回が眼鏡レンズＡ
を通過するため、ホトダイオード５あるいはホトダイオ
ード８に検出される検出光量もかなり減衰する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、各
発光ＬＥＤ４，７からの照射光量が常に一定しているた
め、例えば若年者などの眼球１の表面の反射率が高い被
験者では、眼球１からの反射光量が過多となって、ホト
ダイオード５あるいはホトダイオード８への検出光量が
飽和する場合がある。また、逆に高齢者などの眼球１の
表面の反射率が低い被験者や、眼鏡装着者などセンサ
２，３と眼球１との間に眼鏡レンズＡが挿入され、眼球
１からの反射光量が極端に減少する場合には、ホトダイ
オード５あるいはホトダイオード８からの検出出力が低
下し、いずれも眼球運動を精度良く検出することができ
ないといった問題があった。このため、前者の若年者に
対しては、やむを得ず検出範囲を狭くしたり、あるい
は、後者の高齢者あるいは眼球装着者に対しては、精度
やＳＮＲ（信号対雑音比）を犠牲にして実験を行うのが
現状であった。また、特に後者の場合の対策として、各
発光ＬＥＤ４，７からの照射光量を増加させることも考
えられるが、眼球１への影響を考えた場合、眼球１への
照射光量は必要最小限にとどめる処置が必要である。し
かし、このような点にまで考慮した装置は存在していな
い。

【０００７】そこで本発明は上記問題点に鑑み、眼球へ
の影響を最小限にとどめ、しかも、どのような被験者に
対しても眼球運動を精度よく検出することのできる眼球
運動検出装置を提供することをその目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被験者の眼球
表面に赤外光を照射する発光素子と、被験者の眼球表面
からの反射光を受光する受光素子とを備え、眼球の黒目
と白目との反射率の違いによって被験者の眼球運動を測
定する眼球運動検出装置において、被験者が注視する注
視視標と、この注視視標を注視しているときの前記受光
素子からの出力に基づき前記発光素子の照射光量を可変
制御する制御手段を備えたものである。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、眼球からの反射光量が少な
い被験者に対しては、発光素子の照射光量が増加すると
ともに、眼球からの反射光量が多い被験者に対しては、
発光素子の照射光量が減少して、眼球運動の検出精度が
向上するようになる。また、発光素子の照射光量は、被
験者の眼球の反射光量に応じて可変するため、本来少な
い照射光量でも十分に測定できる被験者に対しては、発
光素子の照射光量を減らして、眼球への影響を最小限に
とどめることができる。しかも、被験者の実際に見てい
る点と装置の検出位置とを一致させる較正作業時に、こ
の反射光量の補正操作を行えるので、較正時間は長くな
らない。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図３に基
づき詳述する。なお、装置の基本動作原理は、前記従来
例で示した図４および図５と同一であるため、再度の説
明は省略する。

【００１１】図１は本発明に係わる装置の主要なブロッ
ク構成図を示すものである。同図において、３は垂直方
向の眼球運動を検出する前述のセンサである。このセン
サ３は、眼球１の表面下縁に向けて赤外光を照射する赤
外ＬＥＤ７と、赤外ＬＥＤ７の照射時に眼球１の表面か
らの反射光を受光する一対のホトダイオード８とを備え
ている。ホトダイオード８の出力は、前記加算増幅器９
などを備えた受光部11によって、垂直眼球運動を示す電
気信号に変換される。また、受光部11からの電気信号
は、制御手段たるＣＰＵ12にも出力されるようになって
いる。

【００１２】13は、図２に示す較正ボード21の中央に配
置された被験者が注視する可視ＬＥＤなどの注視視標で
ある。この注視視標13は、被験者が実際に見ている位置
と、装置の検出位置とを一致させるために設けられてい
る。また、14はブザーなどの警報装置である。これらの
注視視標13の点灯と警報装置14の鳴動は、ＣＰＵ12によ
り制御される。また、このＣＰＵ12は、被験者が注視視
標13を注視しているときの受光部11を経由するホトダイ
オード８の出力に基づき、眼球運動を精度良く検出でき
るように、発光ＬＥＤ７の照射光量を眼球１に影響のな
い範囲内で可変制御する照射光量可変制御手段（図示せ
ず）を備えている。15は、ＣＰＵ12からの制御を受け
て、発光ＬＥＤ７の照射光量を駆動する発光制御部であ
る。なお、この図１には示していないが、前記センサ２
の発光ＬＥＤ４も発光制御部15に接続されており、その
照射光量はＣＰＵ12により発光ＬＥＤ７とともに可変制
御される。また、センサ２のホトダイオード５からの出
力は、差動増幅器６を介して水平眼球位置を示す電気信
号情報に変換される。

【００１３】次に、上記構成における作用に関し具体的
に説明する。先ずその動作原理を開示すると、発光ＬＥ
Ｄ４，７の照射光量を最適値に可変設定するためには、
基準の照射光量で眼球１を照射した場合の眼球１の表面
の反射光量を測定する必要がある。この場合、眼球運動
の検出原理そのものが、反射光量の変化を検出するもの
であるため、被験者の眼球１の位置によって反射光量は
大きく変化する。そこで、基準となる眼球１の位置を決
める必要があるが、通常最も眼球１からの反射光量が安
定している正面方向を注視している眼球１の位置を基準
にして考える。すなわち、ＣＰＵ12は、反射光量の補正
を行う際に、図２に示す位置で注視視標13を点灯制御
し、これを被験者正面に配置して被験者に注視させる。

【００１４】しかし、前述の図４を参照にした眼球運動
の検出原理で説明したように、被験者が正面方向を注視
している場合には、水平方向の眼球運動の検出出力は双
方のホトダイオード５の出力差が略ゼロとなるために、
反射光量の大きさを反映しなくなる。これに対して、垂
直方向の眼球運動の検出出力は双方のホトダイオード８
の出力を略均等に加算したものが得られ、反射光量をよ
く反映していると考えられる。

【００１５】このことから、本実施例では、垂直方向の
眼球運動を検出するセンサ３の出力を利用し、この出力
を加算増幅器９を備えた受光部11で垂直眼球運動を示す
電気信号に変換して出力するとともに、ＣＰＵ12に入力
して眼球１からの反射光量を測定する。このとき入力さ
れた反射光量をＲｉとする。

【００１６】一方、予め実験などにより予備測定を行
い、その結果標準的な精度の得られる好ましい反射光量
がＲｔｈであるとする。ＣＰＵ12は、実際の反射光量Ｒ
ｉと好ましい反射光量Ｒｔｈとの比Ｇ、すなわち、

【００１７】

【数１】

【００１８】の値を求め、発光ＬＥＤ４，７の照射光量
がＧ倍となるように発光制御部15を制御する。具体的に
は、実際の反射光量Ｒｉが好ましい反射光量Ｒｔｈより
も少なく、

【００１９】

【数２】

【００２０】となっている場合には、発光ＬＥＤ４，７
の照射光量を増加させ、一方、実際の反射光量Ｒｉが好
ましい反射光量Ｒｔｈよりも多く、

【００２１】

【数３】

【００２２】となっている場合には、発光ＬＥＤ４，７
の照射光量を減少させる。ＣＰＵ12は、眼球１からの反
射光量Ｒｉが好ましい反射光量Ｒｔｈになるように、発
光ＬＥＤ４，７の照射光量を可変制御し、以後、この好
ましい反射光量Ｒｔｈによって、眼球運動の測定が行わ
れる。

【００２３】ところで、本実施例では、被験者が標準的
な眼鏡レンズＡを装着した場合に得られる通常の反射光
量をＲｓとすると、ＣＰＵ12は、この反射光量Ｒｓより
も著しく小さい値、例えば反射光量Ｒｓの半分の値を最
低反射光量Ｒ１として記憶している。そしてＣＰＵ12
は、被験者が注視視標13を注視しているときに得られた
反射光量Ｒｉが、最低反射光量Ｒ１よりも小さい時に
は、眼鏡の影響による反射光量の減少というよりも、む
しろセンサ３の取付け位置の不良であると判断して、警
報装置14を鳴動させて、装着者に警報を発するととも
に、発光ＬＥＤ４，７から照射を初期値の光量のまま変
化させないように発光制御部15を制御する。これにより
眼球１への照射光量をむやみに増加させて、ＳＮＲを減
少させてしまうという問題を除去することができる。

【００２４】また、本装置では、こうしたＣＰＵ12によ
る反射光量の補正操作をわざわざ独立して行わなくても
良いという利点がある。なぜならば、このような眼球運
動検出方式では、図３に示すような複数の点を有する較
正ボード21を被験者に提示し、これを予め一点ずつ注視
させることにより、被験者の実際に見ている点と装置の
検出位置とを一致させる較正作業が必要であるからであ
る。すなわち、被験者がちょうど中央の注視視標13を注
視しているときに、上述の反射光量の補正操作を行え
ば、較正時間が無用に長くなる虞れもない。

【００２５】このように上記実施例の眼球運動検出装置
は、被験者が注視する注視視標13と、この注視視標13を
注視しているときのホトダイオード８からの出力に基づ
き、発光ＬＥＤ４，７の照射光量を可変制御するＣＰＵ
12とを備えているので、眼球１からの反射光量が少ない
被験者に対しては、発光ＬＥＤ４，７の照射光量が増加
して、眼球運動の検出精度が向上するとともに、ＳＮＲ
も向上する。逆に、眼球１からの反射光量が多い被験者
に対しては、発光ＬＥＤ４，７の照射光量が減少するた
め、眼球１の大きな動きでホトダイオード５あるいはホ
トダイオード８の出力が飽和する問題を一掃できるとと
もに、必要最小限のダイナミックレンジの確保も可能と
なり、検出範囲を広げて眼球運動の検出精度を向上する
ことができる。この場合、発光ＬＥＤ４，７の照射光量
は、被験者の眼球１の反射光量に応じて可変するため、
本来少ない照射光量でも十分に測定できる被験者に対し
ては、発光ＬＥＤ４，７の照射光量を減らして、眼球１
への影響を最小限にとどめることができる。しかも、被
験者の実際に見ている点と装置の検出位置とを一致させ
る較正作業時に、この反射光量の補正操作を行えるの
で、較正時間が長くならないという効果もある。

【００２６】また、上記構成では、垂直方向の眼球運動
を検出する一対の受光素子すなわちホトダイオード８か
らの各出力を加算し、その加算結果に基づきＣＰＵ12に
より発光素子すなわち発光ＬＥＤ４，７の照射光量を可
変制御するように構成するのが好ましい。これは、垂直
方向の眼球運動の検出出力が、眼球１から反射光量をよ
く反映することに起因するものであり、これにより、Ｃ
ＰＵ12による反射光量の補正精度を一層高めることがで
きる。また、注視視標13は、眼球１の正面に略対向した
位置に設けることが好ましい。この場合、眼球１からの
反射光量が安定して精度が向上し、発光ダイオード４，
７からの照射光量を好ましい値に可変することができ
る。

【００２７】ところで上記構成では、センサ３の取付け
位置の不良により、反射光量の補正時におけるホトダイ
オード８の出力が極端に低下しても、これを知らないま
ま補正が行われて、眼球運動を正確に検出できないとい
った不具合を生じる。また、この場合には、発光ＬＥＤ
４，７の照射光量が眼球１に好ましくないレベルにまで
増加する虞れがある。そこで本装置は、こうした問題点
を解決するべく、注視視標13を注視しているときのホト
ダイオード８の出力が所定値以下の場合に報知する報知
手段すなわち警報装置14をさらに備えているので、セン
サ３の取付け位置の不良を前もって知らせることが可能
である、しかも、この場合には、ＣＰＵ12により発光Ｌ
ＥＤ４，７からの照射が初期値の光量のまま変化しなく
なるため、被験者の眼球１に対して過大な照射が行われ
ることを回避することができる。

【００２８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実
施が可能である。例えば、実施例では、垂直方向の眼球
運動を検出するセンサ３の双方のホトダイオード８から
の出力を利用して、注視時における眼球１からの反射光
量を測定しているが、差動増幅器６あるいは加算増幅器
９の一方の入力、すなわち、ホトダイオード５あるいは
ホトダイオード８の一方の出力のみを利用してもよい。
また、ホトダイオード５およびホトダイオード８の出力
を複数組み合わせて、反射光量を測定することも勿論可
能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、被験者の眼球表面に赤外光を
照射する発光素子と、被験者の眼球表面からの反射光を
受光する受光素子とを備え、眼球の黒目と白目との反射
率の違いによって被験者の眼球運動を測定する眼球運動
検出装置において、被験者が注視する注視視標と、この
注視視標を注視しているときの前記受光素子からの出力
に基づき前記発光素子の照射光量を可変制御する制御手
段を備えたものであり、眼球への影響を最小限にとど
め、しかも、どのような被験者に対しても眼球運動を精
度よく検出することが可能となる。また、較正時間が無
用に長くならないという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置のブロック構成図
である。

【図２】同上注視視標の位置を示す較正ボードの正面図
である。

【図３】同上眼球運動装置を較正する際に使用する較正
ボードの正面図である。

【図４】一般的な眼球運動の検出原理を示す概略説明図
である。

【図５】同上好ましいセンサの設置位置を示す概略説明
図である。

【符号の説明】

４，７ 発光ＬＥＤ（発光素子） ５，８ ホトダイオード（受光素子） 12 ＣＰＵ（制御手段） 13 注視視標

フロントページの続き (72)発明者 石山 邦彦 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所 ヒューマンサイエ ンス研究部内 (72)発明者 竹井 昭雄 東京都大田区上池台三丁目29番１号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被験者の眼球表面に赤外光を照射する発
   光素子と、被験者の眼球表面からの反射光を受光する受
   光素子とを備え、眼球の黒目と白目との反射率の違いに
   よって被験者の眼球運動を測定する眼球運動検出装置に
   おいて、被験者が注視する注視視標と、この注視視標を
   注視しているときの前記受光素子からの出力に基づき前
   記発光素子の照射光量を可変制御する制御手段を備えた
   ことを特徴とする眼球運動検出装置。