WO2014119007A1 - 視線検出装置 - Google Patents

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WO2014119007A1
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lens
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武宏 堀
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株式会社 東芝
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    • G02B27/017—Head mounted
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0187—Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a line-of-sight detection device.
  • HMD head-mounted display
  • the HMD is in the shape of a hat or glasses, it is convenient to carry and can be used at any time.
  • HMD can provide users with real-time information such as directions, facial memos, and information about the surroundings. Users can also view real images and fictitious images superimposed on the user's field of view. Therefore, various usage forms have been proposed.
  • a line-of-sight input interface using the line of sight has been commercialized as one of the man-machine interfaces for operating computers and home appliances.
  • the line-of-sight input device is roughly classified into a contact type in which a gaze detection instrument is mounted on the head and a non-contact type in which nothing is mounted on the head.
  • a contact type since a device such as an HMD is mounted on the head, even when the posture of the user changes, the user's line of sight can be tracked and detected.
  • the conventional HMD equipped with a gaze detection function places the camera for gaze detection in front of the user's eyes, thus blocking the user's view.
  • the thickness of the HMD in the front direction is inevitably increased, the bulk and the feeling of wearing are not good, and the burden on the user is large.
  • An object of the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is to provide a light-weight and thin gaze detection device.
  • a line-of-sight detection device in a lens, a frame that holds the lens, and the inside of the lens, and emits light from a field of view toward a user's eyes. Transmits and reflects part of the light from the field of view in a direction substantially parallel to the lens surface, transmits light from the user's eyes in the direction of the field of view and transmits light from the user's eyes.
  • a beam splitter that partially reflects in a direction substantially parallel to the lens surface, and a first that is disposed near the periphery of the lens in the frame and takes in light from the user's eyes reflected by the beam splitter.
  • a second light intake that is disposed near the periphery of the lens in the frame and takes in light from the field of view reflected by the beam splitter. And, with a.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a visual line detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a front view of an example of the line-of-sight detection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a line-of-sight detection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a part of the partial cross-sectional view shown in FIG. 3 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example when the first through hole according to the first embodiment is located at a position deviated from the center line.
  • FIG. 6 is an external perspective view showing an example of a frame when the lens according to the first embodiment is removed.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a visual line detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a front view of an example of the line-of-sight detection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional
  • FIG. 7 is a front view illustrating another example of the visual line detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing an example of a visual line detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is an external perspective view showing an example of a frame when the lens is removed in another example of the visual line detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of functional elements of the visual line detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is an external perspective view showing an example of a line-of-sight detection apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a front view of an example of a line-of-sight detection apparatus according to the second embodiment.
  • the line-of-sight detection device 1 is a type of line-of-sight detection device that is worn on the head, and includes, for example, a hat type, a helmet type, goggles, and a glasses type. Hat-type and helmet-type are attached to the head, and the device for eye-gaze detection hangs down from the heel.
  • the goggles and glasses are similar in shape to working goggles and so-called glasses, and are small and lightweight.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a visual line detection device 1 according to the embodiment.
  • the line-of-sight detection device 1 includes a frame 2, a right lens 3, and a left lens 4.
  • the frame 2 includes a front 5, a right temple 6, a left temple 7, a right hinge portion 8, and a left hinge portion 9.
  • the front 5 includes a right rim portion 10, a left rim portion 11 that surrounds the left and right lenses 3, 4, and a bridge portion 12 that connects the right rim portion 10 and the left rim portion 11.
  • the left and right lenses 3 and 4 are fixed by being fitted into groove portions 21 and 22 (see FIG. 2) provided inside the left and right rim portions 10 and 11.
  • FIG. 1 arrows indicating the up, down, front, back, left, and right directions of the visual line detection device 1 are shown.
  • line-of-sight detection cameras 13 and 15, field-of-view cameras 14 and 16 are arranged inside the frame 2 inside the frame 2
  • a power supply unit 17 including a power supply module is arranged inside the front 5
  • the power supply unit 17 is arranged inside the left temple 7
  • the main circuit board 18 is arranged inside the right temple 6. Has been placed.
  • These electric circuit components are connected by, for example, lead wires or flexible wiring boards (not shown).
  • a switch 19 for turning on / off the power of the line-of-sight detection device 1 is disposed on a part of the outer surface of the frame 2.
  • the switch 19 is disposed near the front of the left temple 7.
  • FIG. 2 is a view of the line-of-sight detection device 1 as seen from the front. It is the figure seen from the A direction shown in FIG.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the line-of-sight detection device 1 and shows the BB cross section shown in FIG. In FIG. 3, the hatching is partially omitted because the drawing becomes complicated.
  • 4 is an enlarged view of a part of the partial cross-sectional view shown in FIG.
  • the center line 20 in the left-right direction is substantially equal to a line connecting the center positions of the pupils when the user's right eye RE and left eye LE look in the front direction.
  • the front direction is a point that is sufficiently far ahead (for example, several tens of meters or several hundreds of meters) from the lens 3 or 4 on the normal line at a substantially central position of the front surfaces 3a and 4a of the lens 3 or 4.
  • the center line 20 passes through the center of the lenses 3 and 4 in the thickness direction.
  • the lens 3 has a beam splitter 23, and similarly the lens 4 has a beam splitter 24.
  • the beam splitters 23 and 24 have, for example, a half mirror function.
  • the center lines 25 and 26 in the vertical direction of the beam splitters 23 and 24 exist in front of the center position of the pupil when the right eye RE and the left eye LE of the user look in the front direction, respectively.
  • the center lines 25 and 26 pass through the centers of the lenses 3 and 4 in the thickness direction, respectively.
  • the interval between the center lines 25 and 26 is the pupil interval PD.
  • the center line 20 in the left-right direction is perpendicular to the beam splitters 23 and 24 and intersects the center lines 25 and 26.
  • the beam splitters 23 and 24 transmit light from the field of view toward the user's eyes and reflect a part of the light from the field of view in a direction substantially parallel to the lens surfaces 3a and 4a.
  • the light from the iris) is transmitted in the direction of the field of view and part of the light from the user's eyes is reflected in a direction substantially parallel to the lens surfaces 3a and 4a.
  • first light intake portions 29 and 31 that take in light from the user's eyes reflected by the beam splitters 23 and 24 are arranged near the periphery of the lenses 3 and 4.
  • second light intake portions 30 and 32 that take in light from the field of view reflected by the beam splitters 23 and 24 are arranged near the periphery of the lenses 3 and 4.
  • the first light intake portions 29 and 31 and the second light intake portions 30 and 32 are disposed in the vicinity of the opposite sides of the lenses 3 and 4 with the beam splitters 23 and 24 interposed therebetween, respectively.
  • the first light intake portions 29 and 31 are first through holes 29 and 31 for taking in light from the eyes of the user.
  • the first reflected light reaches the place where the light from the right eye RE and left eye LE of the user reflected by the beam splitters 23 and 24 reaches.
  • Through holes 29 and 31 are arranged.
  • the shape of the first through holes 29 and 31 is a circle, an ellipse, a quadrangle, a polygon or the like. Further, the size of the first through holes 29 and 31 is, for example, 1 mm to several mm in diameter if the shape is circular.
  • the light from the user's eyes reflected by the beam splitters 23 and 24 passes through the first through holes 29 and 31, respectively, and detects the line of sight arranged in the vicinity of or in the vicinity of the first through holes 29 and 31. Incident on the cameras 13 and 15.
  • the second light intake portions 30 and 32 are second through holes 30 and 32 for taking in light that takes in light from the field of view.
  • the second through holes 30 and 32 are disposed at locations where light from the front F of the field of view reflected by the beam splitters 23 and 24 reaches. Has been.
  • the shape of the second through holes 30 and 32 is a circle, an ellipse, a rectangle, a polygon or the like.
  • the size of the second through holes 30 and 32 is, for example, 1 mm to several mm in diameter if the shape is circular.
  • Light from the front F of the field of view reflected by the beam splitters 23 and 24 passes through the second through-holes 30 and 32, respectively, and is photographed in the vicinity of or near the second through-holes 30 and 32. Incident on the cameras 14 and 16.
  • the left and right positions of the first through holes 29 and 31 and the second through holes 30 and 32 are switched.
  • FIG. 5 is a view showing a case where the first through hole 29 is located at a position displaced from the center line 20.
  • the first through hole 29 can be installed at a position shifted in the lens thickness direction within the range of the lens thickness.
  • the position of the first through hole 29 may be shifted by the distance G in accordance with this shift.
  • light parallel to the center line 27 among the light from the user's right eye RE reaches the beam splitter 23 of the lens 3
  • almost half of the light is reflected in a direction substantially parallel to the lens surface 3a, and the camera for detecting the line of sight. Head to 13.
  • FIG. 6 is an external perspective view showing the frame 2 when the lenses 3 and 4 are removed.
  • the left and right rim portions 10 and 11 are provided with groove portions 21 and 22 for fixing lenses.
  • the bottom surfaces 33 and 34 of the groove portions 21 and 22 are first.
  • the through holes 29 and 31 and the second through holes 30 and 32 are provided.
  • the bottom surfaces 33 and 34 of the groove portions 21 and 22 are black or have a surface state that does not reflect light. For example, almost half of the light emitted from the vicinity of the second through hole 30 reaches the first through hole 29 for taking in the light from the right eye RE of the user and passes through the beam splitter 23 to detect the line of sight. The camera 13 enters. This light becomes noise with respect to the image by the line-of-sight detection light. Therefore, it is desirable to reduce the light emitted from the vicinity of the second through hole 30 as much as possible. Since light from the front F of the field of view reaches the vicinity of the second through hole 30, it is desirable that the vicinity of the second through hole 30 be in a surface state that prevents reflection. For example, it is conceivable to apply black paint, antireflection paint, or the like.
  • the vicinity of the first through-hole 29 has a surface state that prevents reflection.
  • FIG. 7 is a front view showing another example of the visual line detection device 1 in the embodiment.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the line-of-sight detection device 1, showing the CC cross section shown in FIG. In FIG. 8, since the figure becomes complicated, a part of hatching is omitted.
  • the first light intake portions 29 and 31 and the second light intake portions 30 and 32 of the line-of-sight detection device 1 shown in FIGS. 1 to 6 are arranged on the left and right sides of the lenses 3 and 4 with the beam splitters 23 and 24 interposed therebetween, respectively.
  • the first light intake portions 43 and 45 and the second light intake portions 44 and 46 of the line-of-sight detection device 1 shown in FIGS. 7 to 9 are respectively beam splitters.
  • the lenses 3 and 4 are disposed in the vicinity of the opposite sides of the upper and lower sides with the lenses 41 and 42 interposed therebetween.
  • the beam splitters 41 and 42 extend in the left-right direction of the lenses 3 and 4.
  • the center lines in the left-right direction of the beam splitters 41 and 42 coincide with the center line 20.
  • the center line 27 (center line in the front-rear direction) 27 of the beam splitter 41 that intersects with the center line 20 and is perpendicular to the surface of the lens 3 is obtained when the user's right eye RE looks in the front direction. It passes through the center of the pupil.
  • the beam splitters 41 and 42 transmit light from the field of view toward the user's eyes and reflect a part of the light from the field of view in a direction substantially parallel to the lens surface, from the user's eyes (pupil or iris). And part of the light from the user's eyes is reflected in a direction substantially parallel to the lens surface.
  • first light intake portions 43 and 45 that take in light from the user's eyes reflected by the beam splitters 41 and 42 are arranged near the periphery of the lenses 3 and 4.
  • second light intake portions 44 and 46 that take in light from the field of view reflected by the beam splitters 41 and 42 are arranged near the periphery of the lenses 3 and 4.
  • the first light intake portions 43 and 45 and the second light intake portions 44 and 46 are disposed in the vicinity of the opposite sides of the lenses 3 and 4 with the beam splitters 41 and 42 interposed therebetween, respectively.
  • the first light intake portions 43 and 45 are first through holes 43 and 45 for taking in light from the eyes of the user.
  • the first through-hole 43 is formed at a location where light from the user's right eye RE and left eye LE reflected by the beam splitters 41 and 42 reaches. , 45 are arranged.
  • the light from the user's eyes reflected by the beam splitters 41 and 42 passes through the first through holes 43 and 45, respectively, and detects the line of sight arranged in the vicinity of or close to the first through holes 43 and 45. Enters the cameras 37 and 39.
  • the second light intake portions 44 and 46 are second through holes 44 and 46 for taking in light that takes in light from the field of view.
  • second through holes 44 and 46 are arranged at locations where light from the front F of the field of view reflected by the beam splitters 41 and 42 reaches. Has been. Light from the front F of the field of view reflected by the beam splitters 41 and 42 passes through the second through holes 44 and 46, respectively, and is photographed in the vicinity of or close to the second through holes 44 and 46. Incident on the cameras 38 and 40.
  • FIG. 9 is an external perspective view showing the frame 2 when the lenses 3 and 4 are removed in another example of the visual line detection device 1 shown in FIGS.
  • the left and right rim portions 10 and 11 are provided with groove portions 21 and 22 for fixing lenses.
  • the bottom surfaces 33 and 34 of the groove portions 21 and 22 (surfaces on which the side surfaces 3c and 4c of the lens face each other) are first.
  • the through holes 43 and 45 and the second through holes 44 and 46 are provided.
  • FIG. 10 is a block diagram showing functional elements of the line-of-sight detection device 1.
  • the control module 50 includes an MCU (Micro Controller Unit), which is an embedded microprocessor in which a computer system is integrated into one integrated circuit, and is equipped with peripheral functions such as ROM, RAM, and I / O. The operation of the entire detection apparatus 1 is controlled.
  • MCU Micro Controller Unit
  • the control module 50 has a function of controlling the connected line-of-sight detection cameras 13 and 15, field-of-view cameras 14 and 16, line-of-sight detection module 51, image processing module 52, and transmission / reception module 53. These functions are applications executed by the MCU inside the control module 50, and are usually stored in the ROM inside the control module 50, and are read and executed by the MCU when used.
  • the line-of-sight detection module 51 receives the output signals of the line-of-sight detection cameras 13 and 15, converts them into signals suitable for communication, and sends them to the transmission / reception module 53.
  • the line-of-sight detection module 51 for example, patterns the user's pupil position from the output signals of the line-of-sight detection cameras 13 and 15 and generates data, and calculates the line-of-sight position from this data. Further, the distance from the left and right parallax to the line-of-sight direction and the object may be converted into data.
  • calculation and data conversion of the line-of-sight position may be executed by the line-of-sight detection device 1, or the video data of the line-of-sight detection camera may be received from the line-of-sight detection device 1 and executed by the host device. Good.
  • the image processing module 52 receives the output signals of the visual field cameras 14 and 16, converts them into signals suitable for communication, and sends them to the transmission / reception module 53.
  • the transmission / reception module 53 has a function of transmitting line-of-sight detection data, field-of-view image data, and the like to an external host device via an antenna or the like.
  • the power supply module 54 is responsible for control of a battery to be mounted, power saving management, and the like.
  • control module 50 The main parts of the control module 50, the line-of-sight detection module 51, the image processing module 52, and the transmission / reception module 53 are mounted on the main circuit board 18. Further, a part of the power supply module 54 is disposed in the power supply unit 17 and a part thereof is mounted on the main circuit board 18.
  • the first and second beam splitters 23 and 24 are provided inside the lenses 3 and 4, and light from the user's eyes reflected by the beam splitters 23 and 24 is taken near the periphery of the lenses 3 and 4.
  • second light intakes 30 and 32 that take in light from the field of view reflected by the beam splitters 23 and 24 are arranged.
  • the first light intake portions 29 and 31 and the second light intake portions 30 and 32 are arranged on the opposite side of the lenses 3 and 4 with the beam splitters 23 and 24 interposed therebetween, respectively.
  • 31 and the second light intake portions 30 and 32 are provided with the line-of-sight detection cameras 13 and 15 and the field-of-view shooting cameras 14 and 16 to provide a light-weight and thin line-of-sight detection device 1.
  • FIG. 11 is an external perspective view showing a line-of-sight detection device 60 according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a view of the visual line detection device 60 according to the second embodiment as viewed from the front. About each part of this 2nd Embodiment, the same part as each part of 1st Embodiment shown in FIG. 1 is the same code
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the camera is arranged such that in the first embodiment, the user's eyes are photographed in the vicinity of the first light intake portions 29 and 31. 13 and 15 are arranged, and the cameras 14 and 16 for photographing the field of view are arranged in the vicinity of the second light intake portions 30 and 32. In the second embodiment, the camera for photographing the eyes of the user. 62 and 64 and cameras 63 and 65 for photographing the field of view are arranged on the right temple 6 and the left temple 7, respectively.
  • Light from the first light intakes 29 and 31 is guided by the light guides 66 and 68 to the cameras 62 and 64 that photograph the eyes of the user, and light from the second light intakes 30 and 32 is guided by the light guides. 67 and 69 are guided to cameras 63 and 65 that capture the field of view.
  • One end of the light guides 66 and 68 is disposed in the vicinity of the first light intakes 29 and 31, and cameras 62 and 64 for photographing the eyes of the user are disposed in the vicinity of the other ends of the light guides 66 and 68.
  • One end of another light guide path 67, 69 is disposed in the vicinity of the first light intake section 30, 32, and cameras 63, 65 for photographing the field of view are disposed in the vicinity of the other end of the other light guide path 67, 69. .
  • a fiber scope is used for the light guide paths 66, 67, 68, and 69.
  • the front end of the fiberscope is arranged immediately after the first through holes 29 and 31 which are the first light intake portions 29 and 31 to take in light, and the optical fiber of the fiberscope is arranged inside the rims 10 and 11 of the frame 61. It is guided to the cameras installed in the right temple 6 and the left temple 7, and the end of the fiberscope is connected to the camera.
  • a line-of-sight detection camera 62 and a field-of-view shooting camera 63 are disposed on the right temple 6, and a line-of-sight detection camera 64 and a field-of-view detection camera 65 are disposed on the left temple 7.
  • the arrangement of these cameras can be freely changed by routing a fiberscope or the like.
  • the first and second beam splitters 23 and 24 are provided inside the lenses 3 and 4, and light from the user's eyes reflected by the beam splitters 23 and 24 is taken near the periphery of the lenses 3 and 4.
  • the first light intake portions 29 and 31 and the second light intake portions 30 and 32 are arranged on the opposite side of the lenses 3 and 4 with the beam splitters 23 and 24 interposed therebetween, respectively, and the light guide paths 66, 67 and 68 are arranged.
  • 69 can guide the camera disposed in the temples 6 and 7 to provide a light and thin gaze detection device 1.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.
  • constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

Abstract

　実施形態によれば、視線検出装置は、レンズと、前記レンズを保持するフレームと、前記レンズの内部に設けられ、視界からの光を利用者の目の方向へ透過すると共に前記視界からの光の一部を前記レンズ面にほぼ平行な方向に反射し、前記利用者の目からの光を前記視界の方向に透過すると共に前記利用者の目からの光の一部を前記レンズ面にほぼ平行な方向に反射するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタによって反射された前記利用者の目からの光を取り入れる第１の光取り入れ部と、前記ビームスプリッタによって反射された前記視界からの光を取り入れる第２の光取り入れ部と、を有する。

Description

視線検出装置
　本発明の実施形態は、視線検出装置に関する。
　近年、ウェアラブルコンピュータ（Wearable Computer）の一形態としてヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）が注目されている。ＨＭＤは、帽子や眼鏡の形をしているため、持ち運びに便利でいつでも利用することができる。ＨＭＤは利用者に対して道案内、顔の画像認識による人物についてのメモ、周辺情報などをリアルタイムに情報提供でき、また、利用者の視界で現実画像と架空画像を重ね合わせて見ることも可能であり、様々な利用形態が提案されている。
特表２００１－５２２０６３号公報
　コンピュータや家電製品を操作するマンマシンインタフェースの一つとして視線を利用した視線入力インタフェースが製品化されている。視線入力装置は、大別すれば頭部に視線検出用の器具を装着する接触式、頭部に何も装着しない非接触式がある。接触式は、頭部にＨＭＤのような装置を装着するため、利用者の姿勢が変化した場合でも利用者の視線を追従して検出できる。
　従来の視線検出機能を備えたＨＭＤは、視線検出のカメラを利用者の目の正面に配置するため、利用者の視界を遮ってしまう。また、必然的にＨＭＤの前方向の厚みが増し、嵩張り、装着感が良くなく、利用者への負担が大きい。また、装着者の外観も奇異になってしまう等の改善が望まれる点があった。
　本発明の目的は、上記したような事情に鑑み成されたものであって、軽量で薄型化された視線検出装置を提供することである。
　上記目的を達成するために、実施形態によれば、視線検出装置は、レンズと、前記レンズを保持するフレームと、前記レンズの内部に設けられ、視界からの光を利用者の目の方向へ透過すると共に前記視界からの光の一部を前記レンズ面にほぼ平行な方向に反射し、前記利用者の目からの光を前記視界の方向に透過すると共に前記利用者の目からの光の一部を前記レンズ面にほぼ平行な方向に反射するビームスプリッタと、前記フレームにおいて前記レンズの周辺部近傍に配置され、前記ビームスプリッタによって反射された前記利用者の目からの光を取り入れる第１の光取り入れ部と、前記フレームにおいて前記レンズの周辺部近傍に配置され、前記ビームスプリッタによって反射された前記視界からの光を取り入れる第２の光取り入れ部と、を有する。
図１は、第１の実施形態に係わる視線検出装置の一例を示した外観斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係わる視線検出装置の一例を正面から見た図である。 図３は、第１の実施形態に係わる視線検出装置の一例を示した部分断面図である。 図４は、第１の実施形態に係わる図３で示した部分断面図の一部を拡大した図である。 図５は、第１の実施形態に係わる第１の通孔が中心線からずれた位置ある場合の一例を示した図である。 図６は、第１の実施形態に係わるレンズを取り去った場合のフレームの一例を示した外観斜視図である。 図７は、第１の実施形態における視線検出装置の他の例をした正面図である。 図８は、第１の実施形態に係わる視線検出装置の一例を示した部分断面図である。 図９は、第１の実施形態に係わる視線検出装置の他の例において、レンズを取り去った場合のフレームの一例を示した外観斜視図である。 図１０は、第１の実施形態に係わる視線検出装置の機能要素の一例を示すブロック図である。 図１１は、第２の実施形態に係わる視線検出装置の一例を示した外観斜視図である。 図１２は、第２の実施形態に係わる視線検出装置の一例を正面から見た図である。
　（第１の実施形態）
　以下、第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態に係わる視線検出装置１は、頭部に装着するタイプの視線検出装置であって、例えば、帽子型、ヘルメット型またはゴーグル、眼鏡型がある。帽子型、ヘルメット型は頭部に装着し、鍔の部分から視線検出用の装置部が垂れ下がる構造となっている。ゴーグル、眼鏡型は作業用のゴーグルや所謂眼鏡に類似した形状であり、小型で軽量である。
　本実施形態においては眼鏡型を主体に説明する。図１は、実施形態に係わる視線検出装置１を示した外観斜視図である。視線検出装置１は、フレーム２、右レンズ３、左レンズ４から構成されている。フレーム２は、フロント５、右テンプル６、左テンプル７、右ヒンジ部８、左ヒンジ部９から成る。フロント５は、左右のレンズ３、４を其々囲む右リム部１０、左リム部１１と、右リム部１０と左リム部１１を繋ぐブリッジ部１２から成る。左右のレンズ３、４は左右のリム部１０、１１の内側に設けられた溝部２１、２２（図２参照）にはめ込まれて固定されている。なお、図１に、視線検出装置１の上下前後左右の方向を示す矢印を示した。
　フレーム２の内部には、視線検出用カメラ１３、１５、視界撮影用カメラ１４、１６、電源モジュールを含む電源部１７、制御モジュールや画像処理モジュール等を含む主回路基板１８が配置されている。例えば、視線検出用カメラ１３、１５、視界撮影用カメラ１４、１６はフロント５の内部に配置され、電源部１７は左テンプル７の内部に配置され、主回路基板１８は右テンプル６の内部に配置されている。これらの電気回路部品は、例えばリード線やフレキシブル配線板（図示しない）によって接続されている。
　フレーム２の外面側に一部には視線検出装置１の電源をオン、オフするスイッチ１９が配置されている。例えば、スイッチ１９は、左テンプル７のフロント寄りに配置されている。
　図２は、視線検出装置１を正面から見た図である。図１に示したＡ方向から見た図である。図３は、視線検出装置１の部分断面図であり、図２に示したＢＢ断面を示す。図３においては図が煩雑となるためハッチングを一部省略する。図４は、図３で示した部分断面図の一部を拡大した図である。図２において、左右方向の中心線２０は、利用者の右目ＲＥと左目ＬＥが正面方向を見たときの瞳孔の中心位置を結んだ線にほぼ等しい。正面方向とは、レンズ３または４の前面３ａ、４ａのほぼ中心位置における法線上のレンズ３または４から前方に充分に離れた距離（例えば、数十ｍあるいは数百ｍ以上）にある点の方向である。また、中心線２０は、レンズ３、４の厚さ方向の中心を通る。
　図２において、レンズ３はビームスプリッタ２３を有し、同様にレンズ４はビームスプリッタ２４を有する。ビームスプリッタ２３、２４は、例えば、ハーフミラーの機能を有する。ビームスプリッタ２３、２４の上下方向の中心線２５、２６は其々利用者の右目ＲＥと左目ＬＥが正面方向を見たときの瞳孔の中心位置の前方に存在する。また、中心線２５、２６は其々レンズ３、４の厚さ方向の中心を通る。中心線２５、２６の間隔は瞳孔間隔ＰＤである。左右方向の中心線２０は、ビームスプリッタ２３、２４に垂直であり、中心線２５、２６と交差する。
　図３において、ビームスプリッタ２３、２４の、中心線２０と交差しレンズ３、４の前面３ａ、４ａまたは後面３ｂ、４ｂに対して垂直な方向の中心線（前後方向の中心線）２７、２８は其々利用者の右目ＲＥと左目ＬＥが正面方向を見たときの瞳孔の中心位置を通る。
　ビームスプリッタ２３、２４は視界からの光を利用者の目の方向へ透過すると共に視界からの光の一部をレンズ面３ａ、４ａにほぼ平行な方向に反射し、利用者の目（瞳孔または虹彩）からの光を視界の方向に透過すると共に利用者の目からの光の一部をレンズ面３ａ、４ａにほぼ平行な方向に反射する。
　図３、図４において、視界の前方Ｆからの光の内で中心線２７に平行な光がレンズ３のビームスプリッタ２３に到達すると、ほぼ半分の光がレンズ面３ａにほぼ平行な方向に反射されて視界撮影用カメラ１４に向かう。また、ほぼ半分の光が透過されて利用者の右目ＲＥに向かう。同様に、視界の前方Ｆからの光の内で中心線２８に平行な光がレンズ４のビームスプリッタ２４に到達すると、ほぼ半分の光がレンズ面４ａにほぼ平行な方向に反射されて視界撮影用カメラ１６に向かう。また、ほぼ半分の光が透過されて利用者の左目ＬＥに向かう。
　図３、図４において、利用者の右目ＲＥからの光の内で中心線２７に平行な光がレンズ３のビームスプリッタ２３に到達すると、ほぼ半分の光がレンズ面３ａにほぼ平行な方向に反射されて視線検出用カメラ１３に向かう。また、ほぼ半分の光が透過されて視界の前方Ｆに向かう。同様に、利用者の左目ＬＥからの光の内で中心線２８に平行な光がレンズ４のビームスプリッタ２４に到達すると、ほぼ半分の光がレンズ面４ａにほぼ平行な方向に反射されて視線検出用カメラ１５に向かう。また、ほぼ半分の光が透過されて視界の前方Ｆに向かう。
　フレーム２において、レンズ３、４の周辺部近傍に、ビームスプリッタ２３、２４によって反射された利用者の目からの光を取り入れる第１の光取り入れ部２９、３１が配置されている。また、フレーム２において、レンズ３、４の周辺部近傍に、ビームスプリッタ２３、２４によって反射された視界からの光を取り入れる第２の光取り入れ部３０、３２が配置されている。第１の光取り入れ部２９、３１と第２の光取り入れ部３０、３２は、其々ビームスプリッタ２３、２４を挟んでレンズ３、４の反対側の近傍に配置されている。
　第１の光取り入れ部２９、３１は、利用者の目からの光を取り入れるための第１の通孔２９、３１である。フレーム２の左右のリム部１０、１１の内側に設けられた溝部２１、２２において、ビームスプリッタ２３、２４で反射された利用者の右目ＲＥ、左目ＬＥからの光が到達する場所に第１の通孔２９、３１が配置されている。
　第１の通孔２９、３１の形状は円形、楕円形、四角形、多角形等の形状である。また、第１の通孔２９、３１の大きさは、例えば、形状が円形であれば、直径が１ｍｍ～数ｍｍである。ビームスプリッタ２３、２４によって反射された利用者の目からの光は、其々第１の通孔２９、３１を通過し、第１の通孔２９、３１の近辺あるいは近接に配置された視線検出用カメラ１３、１５に入射する。
　第２の光取り入れ部３０、３２は、視界からの光を取り入れる光を取り入れるための第２の通孔３０、３２である。左右のリム部１０、１１の内側に設けられた溝部２１、２２において、ビームスプリッタ２３、２４で反射された視界の前方Ｆからの光が到達する場所に第２の通孔３０、３２が配置されている。
　第２の通孔３０、３２の形状は円形、楕円形、四角形、多角形等の形状である。また、第２の通孔３０、３２の大きさは、例えば、形状が円形であれば、直径が１ｍｍ～数ｍｍである。ビームスプリッタ２３、２４によって反射された視界の前方Ｆからの光は、其々第２の通孔３０、３２を通過し、第２の通孔３０、３２の近辺あるいは近接に配置された視界撮影用カメラ１４、１６に入射する。なお、ビームスプリッタ２３、２４の反射面の向きが変わった場合には、第１の通孔２９、３１と第２の通孔３０、３２の左右の位置が入れ変わる。
　図５は、第１の通孔２９が中心線２０からずれた位置ある場合を示した図である。図５に示すように、第１の通孔２９は、レンズの厚さの範囲内でレンズの厚さ方向にずらした位置に設置することが可能である。例えば、ビームスプリッタ２３のレンズ面３ａからの角度が僅かにずれた場合でも、このずれに合わせて第１の通孔２９の位置を距離Ｇだけずらして設置すればよい。利用者の右目ＲＥからの光の内で中心線２７に平行な光がレンズ３のビームスプリッタ２３に到達すると、ほぼ半分の光がレンズ面３ａにほぼ平行な方向に反射されて視線検出用カメラ１３に向かう。第２の通孔３０ついても同様である。第１の通孔３１、第２の通孔３２についても同様であり、ビームスプリッタ２４のレンズ面４ａからの角度が僅かにずれた場合でも、このずれに合わせて位置をずらして設置すればよい。
　図６は、レンズ３、４を取り去った場合のフレーム２を示した外観斜視図である。左右のリム部１０、１１には、レンズ固定用の溝部２１、２２が設けられており、溝部２１、２２の底面３３、３４（レンズの側面３ｃ、４ｃが対向する面）に、第１の通孔２９、３１、第２の通孔３０、３２が設けられている。
　溝部２１、２２の底面３３、３４は、黒色あるいは光を反射しない表面状態であることが望ましい。例えば、利用者の右目ＲＥからの光を取り入れるための第１の通孔２９には、第２の通孔３０近辺から放射された光のほぼ半分がビームスプリッタ２３を通過して到達し視線検出用カメラ１３入射する。この光は、視線検出用の光による映像に対してノイズとなる。従って第２の通孔３０近辺から放射される光は出来る限り小さくすることが望まれる。第２の通孔３０近辺には、視界の前方Ｆからの光が到達するため、第２の通孔３０の近辺は反射を防止する表面状態とすることが望ましい。例えば、黒色塗装、反射防止塗料などを塗布することが考えられる。
　また、反対に第２の通孔３０には、第１の通孔２９近辺からの光の半分がビームスプリッタ２３を通過して入射する。この光は、視界撮影用の光による映像に対してノイズとなる。従って第１の通孔２９近辺は反射を防止する表面状態とすることが望ましい。
　図７は、実施形態における視線検出装置１の他の例を示した正面図である。図８は、視線検出装置１の部分断面図であり、図７に示したＣＣ断面を示す。図８においては図が煩雑となるためハッチングを一部省略する。図１から図６で示した視線検出装置１の第１の光取り入れ部２９、３１と第２の光取り入れ部３０、３２は、其々ビームスプリッタ２３、２４を挟んでレンズ３、４の左右の反対側の近傍に配置されていたが、図７から図９で示した視線検出装置１の第１の光取り入れ部４３、４５と第２の光取り入れ部４４、４６は、其々ビームスプリッタ４１、４２を挟んでレンズ３、４の上下の反対側の近傍に配置されている。
　図７においては、ビームスプリッタ４１、４２が、レンズ３、４の左右方向に延在している。ビームスプリッタ４１、４２の左右方向の中心線は中心線２０と一致する。図８において、ビームスプリッタ４１の、中心線２０と交差しレンズ３の面に対して垂直な方向の中心線（前後方向の中心線）２７は利用者の右目ＲＥが正面方向を見たときの瞳孔の中心位置を通る。
　ビームスプリッタ４１、４２は視界からの光を利用者の目の方向へ透過すると共に視界からの光の一部をレンズ面にほぼ平行な方向に反射し、利用者の目（瞳孔または虹彩）からの光を視界の方向に透過すると共に利用者の目からの光の一部をレンズ面にほぼ平行な方向に反射する。
　図８において、視界の前方Ｆからの光の内で中心線２７に平行な光がレンズ３のビームスプリッタ４１に到達すると、ほぼ半分の光がレンズ面にほぼ平行な方向に反射されて視界撮影用カメラ３８に向かう。また、ほぼ半分の光が透過されて利用者の右目ＲＥに向かう。
　図８において、利用者の右目ＲＥからの光の内で中心線２７に平行な光がレンズ３のビームスプリッタ４１に到達すると、ほぼ半分の光がレンズ面にほぼ平行な方向に反射されて視線検出用カメラ３７に向かう。また、ほぼ半分の光が透過されて視界の前方Ｆに向かう。
　フレーム２において、レンズ３、４の周辺部近傍に、ビームスプリッタ４１、４２によって反射された利用者の目からの光を取り入れる第１の光取り入れ部４３、４５が配置されている。また、フレームにおいて、レンズ３、４の周辺部近傍に、ビームスプリッタ４１、４２によって反射された視界からの光を取り入れる第２の光取り入れ部４４、４６が配置されている。第１の光取り入れ部４３、４５と第２の光取り入れ部４４、４６は、其々ビームスプリッタ４１、４２を挟んでレンズ３、４の反対側の近傍に配置されている。
　第１の光取り入れ部４３、４５は、利用者の目からの光を取り入れるための第１の通孔４３、４５である。左右のリム部１０、１１の内側に設けられた溝部２１、２２において、ビームスプリッタ４１、４２で反射された利用者の右目ＲＥ、左目ＬＥからの光が到達する場所に第１の通孔４３、４５が配置されている。ビームスプリッタ４１、４２によって反射された利用者の目からの光は、其々第１の通孔４３、４５を通過し、第１の通孔４３、４５の近辺あるいは近接に配置された視線検出用カメラ３７、３９に入射する。
　第２の光取り入れ部４４、４６は、視界からの光を取り入れる光を取り入れるための第２の通孔４４、４６である。左右のリム部１０、１１の内側に設けられた溝部２１、２２において、ビームスプリッタ４１、４２で反射された視界の前方Ｆからの光が到達する場所に第２の通孔４４、４６が配置されている。ビームスプリッタ４１、４２によって反射された視界の前方Ｆからの光は、其々第２の通孔４４、４６を通過し、第２の通孔４４、４６の近辺あるいは近接に配置された視界撮影用カメラ３８、４０に入射する。
　図９は、図７、図８に示した視線検出装置１の他の例において、レンズ３、４を取り去った場合のフレーム２を示した外観斜視図である。左右のリム部１０、１１には、レンズ固定用の溝部２１、２２が設けられており、溝部２１、２２の底面３３、３４（レンズの側面３ｃ、４ｃが対向する面）に、第１の通孔４３、４５、第２の通孔４４、４６が設けられている。
　図１０は、視線検出装置１の機能要素を示すブロック図である。制御モジュール５０は、一つの集積回路にコンピュータシステムをまとめた組み込み用のマイクロプロセッサであるＭＣＵ（Micro Controller Unit）を含み、ＲＯＭやＲＡＭ、Ｉ／Ｏ関連などの周辺機能を搭載しており、視線検出装置１全体の動作を制御する。
　制御モジュール５０は、接続された視線検出用カメラ１３、１５、視界撮影用カメラ１４、１６、視線検出モジュール５１、画像処理モジュール５２、送受信モジュール５３を制御する機能を有する。これらの機能は、制御モジュール５０内部のＭＣＵが実行するアプリケーションであり、通常は制御モジュール５０内部のＲＯＭに格納されており、使用時にはＭＣＵによって読み出され実行される。
　視線検出モジュール５１は、視線検出用カメラ１３、１５の出力信号を受信し、通信に適した信号に変換して、送受信モジュール５３に送出する。視線検出モジュール５１は、例えば、視線検出用カメラ１３、１５の出力信号から利用者の瞳孔の位置をパターン化、データ化し、このデータから視線位置を算出する。また、左右の視差から視線方向、対象物までの距離をデータ化するようにしてもよい。なお、この視線位置の算出、データ化については、視線検出装置１で実行してもよいし、または、視線検出装置１から視線検出カメラの映像データを受信しホスト装置で実行するようにしてもよい。
　画像処理モジュール５２は、視界撮影用カメラ１４、１６の出力信号を受信し、通信に適した信号に変換して、送受信モジュール５３に送出する。送受信モジュール５３は、外部のホスト装置に視線検出データ、視界画像データ等をアンテナ等を介して送信する機能を有する。電源モジュール５４は、搭載するバッテリの制御や省電力管理等を担う。
　制御モジュール５０、視線検出モジュール５１、画像処理モジュール５２、送受信モジュール５３の主な部分は、主回路基板１８に搭載されている。また、電源モジュール５４は一部が電源部１７に配置され、一部が主回路基板１８に搭載されている。
　以上のように、レンズ３、４の内部にビームスプリッタ２３、２４を設け、レンズ３、４の周辺部近傍に、ビームスプリッタ２３、２４によって反射された利用者の目からの光を取り入れる第１の光取り入れ部２９、３１を配置し、レンズ３、４の周辺部近傍に、ビームスプリッタ２３、２４によって反射された視界からの光を取り入れる第２の光取り入れ部３０、３２を配置し、また、第１の光取り入れ部２９、３１と第２の光取り入れ部３０、３２を、其々ビームスプリッタ２３、２４を挟んでレンズ３、４の反対側に配置し、第１の光取り入れ部２９、３１と第２の光取り入れ部３０、３２の近傍に視線検出用カメラ１３、１５と視界撮影用カメラ１４、１６を配置することにより、軽量で薄型化された視線検出装置１を提供することができる。
　（第２の実施形態）
　図１１は、第２の実施形態に係わる視線検出装置６０を示した外観斜視図である。図１２は、第２の実施形態に係わる視線検出装置６０を正面から見た図である。この第２の実施形態の各部について、図１に示す第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号である。この第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、カメラの配置について、第１の実施形態においては、第１の光取り入れ部２９、３１の近傍に利用者の目を撮影するカメラ１３、１５が配置され、第２の光取り入れ部３０、３２の近傍に視界を撮影するカメラ１４、１６が配置されていたが、第２の実施形態においては、利用者の目を撮影するカメラ６２、６４と視界を撮影するカメラ６３、６５が右テンプル６、左テンプル７に配置されたことである。
　第１の光取り入れ部２９、３１からの光が導光路６６、６８によって利用者の目を撮影するカメラ６２、６４へ導光され、第２の光取り入れ部３０、３２からの光が導光路６７、６９によって視界を撮影するカメラ６３、６５へ導光されている。
　第１の光取り入れ部２９、３１の近傍に導光路６６、６８の一端が配置され、導光路６６、６８の他端近傍に利用者の目を撮影するカメラ６２、６４が配置されている。第１の光取り入れ部３０、３２の近傍に別の導光路６７、６９の一端が配置され、別の導光路６７、６９の他端近傍に視界を撮影するカメラ６３、６５が配置されている。
　導光路６６、６７、６８、６９は、例えば、ファイバースコープ等が用いられる。第１の光取り入れ部２９、３１である第１の通孔２９、３１の直後にファイバースコープの先端を配置して光を取り入れ、フレーム６１のリム１０、１１の内部にファイバースコープの光ファイバーを配設し、右テンプル６、左テンプル７に設置されたカメラまで導光して、ファイバースコープの終端をカメラに接続する。
　図１１、図１２においては、右テンプル６に視線検出用カメラ６２、視界撮影用カメラ６３が配置され、左テンプル７に視線検出用カメラ６４、視界検出用カメラ６５が配置されている。これらのカメラの配置はファイバースコープ等の引き回しによって自由に変更することができる。また、テンプル６、７の内容積が許容する範囲内のカメラを設置することが可能となり、リム部１０、１１よりも大きなカメラを設置することが可能となる。
　以上のように、レンズ３、４の内部にビームスプリッタ２３、２４を設け、レンズ３、４の周辺部近傍に、ビームスプリッタ２３、２４によって反射された利用者の目からの光を取り入れる第１の光取り入れ部２９、３１を配置し、レンズ３、４の周辺部近傍に、ビームスプリッタ２３、２４によって反射された視界からの光を取り入れる第２の光取り入れ部３０、３２を配置し、第１の光取り入れ部２９、３１と第２の光取り入れ部３０、３２を、其々ビームスプリッタ２３、２４を挟んでレンズ３、４の反対側に配置し、また、導光路６６、６７、６８、６９によってテンプル６、７に配置されたカメラに導光することによって軽量で薄型化された視線検出装置１を提供することができる。
　なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具現化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (7)

  1. 　レンズと、
    　前記レンズを保持するフレームと、
    　前記レンズの内部に設けられ、視界からの光を利用者の目の方向へ透過すると共に前記視界からの光の一部を前記レンズ面にほぼ平行な方向に反射し、前記利用者の目からの光を前記視界の方向に透過すると共に前記利用者の目からの光の一部を前記レンズ面にほぼ平行な方向に反射するビームスプリッタと、
    　前記フレームにおいて前記レンズの周辺部近傍に配置され、前記ビームスプリッタによって反射された前記利用者の目からの光を取り入れる第１の光取り入れ部と、
    　前記フレームにおいて前記レンズの周辺部近傍に配置され、前記ビームスプリッタによって反射された前記視界からの光を取り入れる第２の光取り入れ部と、
    を有する視線検出装置。
  2. 　前記第１の光取り入れ部は、前記フレームにおいて前記レンズの側面が対向する面に設けられた第１の通孔であり、前記第２の光取り入れ部は、前記フレームにおいて前記レンズの側面が対向する面に設けられた第２の通孔である請求項１に記載された視線検出用装置。
  3. 　前記第１の光取り入れ部と前記第２の光取り入れ部は、前記ビームスプリッタを挟んで前記レンズの反対側の近傍に配置された請求項１に記載された視線検出用装置。
  4. 　前記第１の光取り入れ部と前記第２の光取り入れ部は、前記ビームスプリッタを挟んで前記レンズの左右の近傍に配置された請求項１に記載された視線検出用装置。
  5. 　前記第１の光取り入れ部と前記第２の光取り入れ部は、前記ビームスプリッタを挟んで前記レンズの上下の近傍に配置された請求項１に記載された視線検出用装置。
  6. 　前記第１の光取り入れ部の近傍に前記利用者の目を撮影するカメラが配置され、前記第２の光取り入れ部の近傍に前記視界を撮影するカメラが配置された請求項１に記載された視線検出用装置。
  7. 　前記第１の光取り入れ部の近傍に導光路の一端が配置され、前記導光路の他端近傍に前記利用者の目を撮影するカメラが配置され、前記第２の光取り入れ部の近傍に別の導光路の一端が配置され、前記別の導光路の他端近傍に前記視界を撮影するカメラが配置された請求項１に記載された視線検出用装置。
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