JPS62500493A - 凝視方向を制御する装置及び方法の改良 - 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】 凝視方向を制御する装置及び方法の改良本発明は凝視方向を制御する装置及び方 法に関する。

人の眼が凝視する方向を利用して成る作用を制御することは、それ自体新規なこ とではないが、従来若干の困難を自ら招くものであった。

眼が目標を凝視する方向と目標の位置との間に充分な相関の存在することを確か める上で、較正を行なう行為が顕著な利益をもたらすということが知られている 。

本発明に係る方法及び装置の主たる応用が頭を静止させて置いたり、あるいは脚 スイッチを踏むのにさえも困難を感じるような身体不自由者を助けることにある 以上、本発明の取組まなければならない問題は妥当な整合度を維持することので きる信頼性の高い装置を提供するということになる。

そこで、解決すべき課題は、装置使用者が例えば振部などの一時的障害をもって いるのか、それとも元の整合特性をもはや適用できない程大きな相対移動が起き ているのかを解釈することになる。

従って、本発明の目的は、困難な情況においても、装置使用者の凝視方向とスク リーン上のカーソルの位置との間に良好な対応性を維持できる装置を提供するこ とにある。

本発明の好ましい実施例によれば、人の眼の方向に向けると反射を生じ、この反 射の、眼に対する位置がその人の凝視方向に応答しているような光ビームを生じ る放射エネルギー源が設けられる。

放射エネルギーのビームを人の眼に入射させると、眼の適当な部分からの放射エ ネルギーの反射を確認することが可能になり、そうすれば放射エネルギーのビー ムの位置と方向とを知ることによって、眼の凝視方向に関しである仮定を設けれ ば、かかるビームが、ビーム放射源に対して既知の関係にあるターゲットと交差 する位置をめることが可能になる。

しかしながら、具合の悪いことに、眼の成る選択位置が維持されるように人の頭 を完全に拘束することができ、しかも異なる人が皆同−の特性を眼に関して有し ているのでなければ、眼の方向に関してどんな仮定を設けたとしてもそれはごく 近似的なものにならざるを得ない。

本発明の目的は、能う躍り広い意味において、装置の使用者には従来得ることの できなかったような高専６度を許容すると共に、方式としては従来使用されてい たどの装置よりも勝れた、かかる高精度を許容するように較正手順を実行するた めの技法を提供することにある。

本発明の応用において、とくに好ましい実施例において、この技法はコンピュー タの適当なタイプの個々のハードウェアと、かかるハードウェアを制御するため のソフトウェアとの両者を含む。

本発明を広く観するに、かかる技法はソフトウェアにより制■されるハードウェ アによって達成されるか、それともかかる技法が個々のハードウェアと一体化さ れているようなハードウェアによって達成されるということが理解されよう。

従って、本発明は以下に記す各構成要件を包合する眼の凝視方向制御装置にある ということができる。

（１１光源、 （２）使用者の眼から反射された、光源からの光の位置を検出することのできる ようにした検出器、 （３）　かかる検出器に応答すると共に、スクリーン上のカーソル位置を制御し てこの位置を使用者の凝視方向と略整合させて維持することのできるようにした 装置、該装置はその上に使用者によって作動信号が発せられるとすぐにカーソル と凝視する方向の整合度を較正するための再較正遂行シーケンスを開始させるこ とのできるようにされているものとする。

本発明の好ましい技法によれば、使用者によって発生される、かかる作動信号に 反射光路を選定期間内で選定回数遮断する機能を含ませるようにすることができ るということが分かった。

これは正常の開閉速度ではないと思われる２秒の期間内でまぶたを２回閉じるこ とを意味するにすぎないが、使用者がもっと極端な情況においてさえも容易、か つ迅速に行なうことのできる類のものである。

反射光に含まれる情報が完全に失われるように眼を逸らすことも又同じ結果を得 るために使用できる。

より能力のある装置使用者の場合、情報の含まれている光ビームと交差するよう に手足の運動を行なうこともできるし、あるいは別の場合として制御プログラム の実行中にかかる運動によってプログラムの途中結果などを随時間合わせするこ とのできるスイッチを作動させるようにすることもできる。

かかる再較正遂行シーケンスが作動させられているとき、装置使用者が最初の較 正で見ていた目標位置を絶えず凝視してはいないということが問題になる。

この問題の解決を助けるために、第２の較正用凝視位置を使用することによって 第２の位置の場合の補正係数を最初の位置の場合に通用すべき補正係数と比較し 、充分に密接な相関が得られなかったなら、次の較正用凝視目標位置に進み、そ の時の補正係数を前の補正係数の結果と又比較するようにして問題を解決する。

そこで、再較正を次のようにして行なうのが好ましい。すなわち、第１の較正用 凝視位置が使用者によって認知されるようにし、この較正用凝視目標を凝視しつ つあるものと予期される時に検出されるはずの、眼から反射された放射ビームの 角度を識別する情報を記憶させ、第１の較正用位置とは異なる位置であって、検 出装置に対する異なった相対角度関係を使用者の眼にとらせるような位置におい て、第２の較正用凝視目標が使用者によって認知されるようにし、かかる第２の 角度位置を識別する情報を記憶させ、ついでスクリーン上のカーソル位置を使用 者の凝視方向と整合させて維持するために補正係数が使用されるようにする。

較正用凝視目標が水平軸にそって配置されていたり、又別の場合には垂直軸にそ って配置されていたりするように、非軸上整合位置にあるときは利便がもたらさ れる。

すなわち、ｘ、Ｘ座標で与えられる１つのデータを共通の水平軸上にある別の較 正用凝視目標の他のデータと比較するのはより容易であり、同様にして座標が同 じＸ座標の読みをもつか、そうでなくともこれに極めて近い読みをもつ垂直軸上 の２つの位置におけるデータの比較はより容易である。

眼の方向を不変に維持することのできない人々がいる。これは眼に本質的な不安 定の存在することに基因することもあるし、身体の置部によることもあるし、あ るいは又パーキンソン氏病などの疾患に由来した障害によることもある。

眼の方向とスクリーン上のカーソル位置との間に正確な相関のあることが望まし いが、本発明の凝視方向制御装置は位置の公差を大きく許容してもなお使用する ことができるので、第１の目標位置について計算した補正係数を第２の目標位置 について計算した補正係数と比較することが本発明装置の前記装置によって行な いうるようにし、比較の結果得られた差が選定許容差よりも大きいときは使用者 に提供される別の目標位置を指定し、少なくとも２つの目標位置が選定範囲内の 補正係数を与えるようになるまで補正係数の計算と得られた結果の比較とを続け て行なうということが各再較正プロセスについて提案されている。

しかしながら、使用者に提供すべき目標位置の個数が選定間位置をその上に指定 し続けることが可能である。

本発明の方法は眼の凝視方向を制御の指定める方法にあるということができて、 この方法は光源から出てくる光を使用者の眼を通る方向に向ける段階と、かかる 反射をその後足めることになる眼の凝視方向に較正を受けさせることを許容する 装置で検出する段階と、使用者によって信号が発せられるとすぐにカーソルと凝 視方向の間の整合度の較正を開始させる段階とから成る。

以上凝視用目標として使用されるハードウェアの特定のタイプについては言及し てこなかったし、又ビデオ表示ユニソ］・を使用することもできるが、少なくと も本発明を広い意味に解すれば、かかる較正位置はそのときの目的に叶ったもの であれば、任意の環境に置くことが可能である。

図面の助けを借りて以下に記載の好ましい実施例を参照すれば本発明がいっそう よく理解されよう。図面の第１図は、使用者が観視スクリーンの前に座し、眼を 通過する方向に向けられた目標光が眼で反射されてカメラにより検出される様子 を略図で示したものである。

第１図において、使用者１は映像スクリーン２に面して座し、その眼３を略水平 方向に向けて映像スクリーンに整合させている。

小さな目標光４が放射されて眼３に入射しているので、眼からの反射光の位置を ビデオカメラ５内で検出することができる。

しかしながら、使用者１の眼３の視界の見掛けの方向を絶えず整合させておくた め、個々のソフトウェアがコンピュータに内蔵されていて、かかるソフトウェア は光源及びカメラの相対位置や方向、また補正係数などの予め用意しておいた諸 因子を変えるようなＩｌ＋きをする。この補正係数は目標から入射する各反射光 の向きを変え、カーソルを映像スクリーン２上で眼３の見る方向と整合させて、 この整合が映像スクリーン上で知覚されるようにする。

しかしながら、目標光４、眼３及びスクリーン２の間の相対的角度関係を変えて しまうような位置に頭６を置かざるを得ない本質的障害が使用者１に存在してい る場合がある。

かかる本質的な障害を克服するために再整合を行なう最良の方法は、補正係数を 変更することによって、見る方向がもう１度カーソルに整合させられて、関心を もつ位置が何時でも観視用映像スクリーン上にあるようにすることである。

そこで、次に述べるような較正技法が提供される。すなわち、本技法によれば、 第１の較正用凝視目標位置７が映像スクリーン２上に表示され、この位置表示は 該位置を中心として認知しうるに足る程早く回転するが、見分けのつかない程早 くは回転しない十字線よりなされるものとする。かかる回転速度はこれを２回転 毎秒とすることができる。コンピュータ内蔵プログラムは第１の較正用凝視目標 位置７が新しい補正係数を計算するに充分な期間中ずつと維持されるようにする と共に、凝視方向を第１の較正ル１間の間中不変に保証する。

第１の位置７に対する、かかる期間を３秒とすることができ、このル１間の後で ８における第２の位置が使用され、その後で第３の位置９が使用され、その後で 第４の位置１０が使用される。

上記各位置にＴｈ１Ｌでそれぞれの補正係数を計算する。こうして得られた各補 正係数はカーソルの最初の基準ｘ＋Ｙ座標位置と、使用者３の視線が実際に当た る位置であるところの新しい位置へカーソルを移すに必要と思われるｘ、Ｘ座標 との間に識別することのできない程小さな差を有している。

最初の目標位置７に対し傾斜する相対関係にある第２の凝視目標位置を８に指定 し終えると、つぎは２つの補正係数が両位置についてめられることになる。

コンピュータプログラムは、各補正係数の比較を行ないうるようになっていて、 しかも必要に応じて、任意の２つの補正係数の差を選定最大公差と比較すること もできる。

Ｘ軸とｙ軸の両座標軸に関して傾斜関係にある２つの目標を使用すれば、それに よってＸ座標とＸ座標の両偏差のみならず傾斜の偏差も考慮の上単−の補正係数 を指定することができる。

こうして得られた目標位置７．８をその上に検定することができて、それは新し い目標位ｉｉ！９．１０について又２つの計算を行ない、Ｘ軸とｙ軸の両座標軸 の偏差と両位置における傾斜の偏差とによって指定される単一の補正係数をもう 一度求め、こうして得られた補正係数を前の目標７，８についてめておいた補正 係数と比較することによって実行される。

これら２つの補正係数が選定公差内にあるときは、かかる２つの補正係数の平均 を計算によりめ、得られた平均補正係数をメモリに記憶させ、これを後になって 次々と眼に対して成る角度をもってカメラに入射し検出される各反射光から得ら れる各補正係数と比較することのできるようにする。

しかしながら、前にも述べたように、使用者が目標位置を正確に凝視しつつある のか、それともかかる目標位置に対して許容される領域内にいるのであるかは必 ずしも明らかでない、そこで、全く共通の水平軸上にある目標位置７．９に対し てこれを知覚する視線の作る角度間のｙ軸方向偏差と、同じく共通の水平軸上に ある目標位ｆｆ８．１０に対するｙ軸方向偏差とから成る目標位置の検定をさら に行ない、又同様にして１例として目標位置７．１０の、また別例として目標位 Ｖ１９．　８のＸ軸方向の整合度が公差内にあるかどうか検定する。

再較正遂行シーケンス作動用呼出し信号を送ることは、使用者ｌにとりで必ずし も容易なことではない。そこで、本Ｑ　明（Ｊ）凝視方向制御装置はこれを次の ようにして行なうようニ構成すれている。すなわち、かかる方向制御袋ばか使用 中であり、しかも使用者の眼が目標光の反射を再較正遂行シーケンス以外の期間 を通じてビデオカメラに検出してもらっている任意の２秒以内に、しかも各場合 について０．１秒乃至０．５秒の範囲内にある期間中に光路が２回遮断されると 、この遮断によって再較正シーケンスが作動され、このシーケンスにおいて、上 記方向制御装置はどんな仕事をしていてもその仕事から？ｙ帰してスクリーン上 に再較正目標位置を表示することを開示し、前に述べたようにこのシーケンスを 継続して行なう。

目標光の反射の遮断は種々の異なる方法の１つによって行なうことができるが、 本実施例によれば、これは２秒の期間内に２回行なうという時間的拘束の下に使 用者のまぶたを閉しることによって遂行される。

本発明の凝視方向制御装置は反射光の遮断がまぶたによってなされたものである か、それとも使用者の頭をかかる装置の凝視方向から逸れるように充分回転させ たことによってなされたものであるかを解釈することができないけれども、かか る行為が同一の拘束時間内に遂行されるものとすれば、同一の結果が得られるの は言うまでもないことである。

同様にして、さらに別の実施例として、単独に発動させることのできるスイッチ が作動し、再較正遂行シーケンスを行なわせる呼出し信号をかかるスイッチに識 別させるようにすることも可能である。

成る種の使用者の場合、どんな場合にも充分な較正が行なえるように眼の方向を 充分な期間にわたって充分に不変に維持するのが難かしいことがある。

本発明の凝視制御装置はもつとも重度の身体障害者にとっても価値のあるものと したつもりであることから、場合によっては、カーソルの位置を制御する能力や 、かがる位置によって制御された働きを持続させることは、かかる制御が充分な 補正係数の範囲内で行われるためごく近イ以的なものになるにしても、眼の方向 の整合精度を出すことよりもより重要であるということはよく理解されよう。

換言すれば、本発明の凝視方向制御装置の使用者は、概して不正確なものである にしても、何らかの制御が利用できな（なるのではないかという危険に曝されて いるということである。

そこで、再較正シーケンスを遂行する前に、２つの補正係数の最初の比較を行な い、比較した結果を最初の選定公差と比較するということが提供されている。

比較した結果が選定公差内に入っていなければ、さらに方位の傾斜している２つ の凝視位置を指定し、かかる２つの位置について計算した補正係数をすぐ前に計 算した補正係数ともう一度比較する。

かかるシーケンスを４回反覆し、その後許容される公差を所定係数倍に拡大して 再較正遂行シーケンスをその上に行なわせる。

かかる係数拡大をうまく行かなかった再較正遂行シーケンスについてその選定関 数だけ行ない、現状では少なくとも最良だと思われる補正係数が得られるまで続 ける。

つぎに、現在実施されている実施例について記載する。

本発明の装置と技法は、コンピュータプログラムを利用する。

コンピュータプログラミングの技術はごく普通のことであり、本発明の実施例は 、充分なメモリを具え、ビデオカメラから得た結果を解　すると共に、カーソル や他の図形などの映像表示スクリーン上の位置を制御する装置を具えた適当なコ ンピュータを適当にプログラムすることによって実施される。

再較正遂行シーケンスを開始させるための作動信号であって使用者がビームを遮 断することによって呼出すことのできる信号について記載したけれども、別の信 号を設けかかる信号が使用者の眼の選定運動やかかる眼の運動のシーケンスを検 出できるようにすることもできる。

かかるシーケンスが通常の用法では起こりそうにもないときは、かかるシーケン スを自発的に行なわせるようにすることができる。

好ましい実施例において、第１の目標がら、水平方向に関してはこの第１の目標 と一致しているが、これから離れている第２の目標へ眼を移動させ、つぎに戻し てもう一度移動させ、かかる移動を３秒の期間内に少なくとも３回反覆したら、 再較正遂行シーケンスを作動させて検出を行なうのが適切である。

明らかに、普通に起きるシーケンスとそっくりにならないようにした交替シーケ ンスを使用することが可能である。

手続補正書（方式） 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示　ＰＣＴ／ΔＵ８５１００２３２２、発明の名称　凝視方向を制 御する装置及び方法の改良３、補正をする者 事件との関係　出願人 名　称　ザ′　ユニウ゛アーシティ　オブ　アゾレイド５、補正命令の日付　昭 和６１年１２月２日国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 本発明を規定する請求の範囲は以下に記す通りである。 １．（１）光源と、 （２）使用者の眼から反射された、光源からの光の位置を検出することのできる ようにした検出器と、（３）かかる検出器に応答すると共に、スクリーン上のカ ーソル位置を制御してこの位置を使用者の凝視方向と略整合させて維持すること のできるようにした装置とを包含し、該装置をその上に使用者によって作動信号 が発せられるとすぐにカーソルと凝視する方向の整合度を較正するため再較正遂 行シーケンスを開始させることのできるはうにしたことを特徴とする眼の凝視方 向制御装置。 ２．選定期間内に反射光の選定個数の遮断を行なうとすぐに該装置が再較正遂行 シーケンスを開始させるようにする請求の範囲第１項に記載の眼の凝視方向制御 装置。 ３．第１の較正用凝視位置が使用者によって認知されるようにし、この較正用凝 視目標を凝視しつつあるものと予期される時に検出されるはずの、眼から反射さ れた放射ビームの角度を識別する情報を記憶させ、第１の較正用位置とは異なる 位置であって、検出器に対する異なった相対角度関係を使用者の眼にとらせるよ うな位置において、第２の較正用凝視目標が使用者によって認知されるようにし 、かかる第２の角度位置を識別する情報を記憶させ、ついでスクリーン上のカー ソル位置を使用者の凝視方向と整合させて維持するために補正係数が使用される ようにした請求の範囲前記第１項、又は第２項に記載の眼の凝視方向制御装置。 ４．使用者の選定眼が選定期間内に選定回数開閉するとすぐに上記装置が再較正 遂行シーケンスを開始するようにした請求の範囲第２項、又は第３項に記載の凝 視方向制御装置。 ５．上記シーケンスが少なくとも３つの較正用凝視目標を含み、その２つが垂直 方向に整合され、その２つが水平方向に整合されていて、使用者が最初に引金を 引くとすぐに上記装置が再較正遂行シーケンスを開始するようにした請求の範囲 第３項、又は第４項に記載の凝視方向制御装置。 ６．上記装置が較正用凝視目標から得られた垂直方向のデータと水平方向のデー タとを比較することのできるようにし、比較の結果得られた差が選定許容差より も大きいときは、使用者に提供される別の目標位置を指定し、少なくとも３つの 目標位置が選定範囲内の比較値を与えるようになるまで補正係数の計算と得られ た結果の比較とを続けて行なうようにした請求の範囲第５項に記載の凝視方向制 御装置。 ７．選定個数以上の比較値が何れも選定範囲内にないことを知った後に検出され た眼の凝視方向の垂直及び水平方向の整合度の差について許容しうる範囲を上記 装置が拡大することのできるようにした請求の範囲第６項に記載の凝視位置制御 装置。 ８．光源から出てくる光を使用者の眼を通る方向に向ける段階と、かかる反射を その後定めることになる眼の凝視方向に較正を受けさせることを許容する装置で 検出する段階と、使用者によって作動信号が発せられるとすぐにカーソルと凝視 方向の整合度の較正を開始させる段階とから成る眼の凝視方向を制御の上定める 方法。 ９．添付図面を参照して実質的に記載し、かつ添付図面により示したような凝視 方向制御装置。