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JP3443174B2 - Eye pointer - Google Patents
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JP3443174B2 - Eye pointer - Google Patents

Eye pointer

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JP3443174B2
JP3443174B2 JP17723094A JP17723094A JP3443174B2 JP 3443174 B2 JP3443174 B2 JP 3443174B2 JP 17723094 A JP17723094 A JP 17723094A JP 17723094 A JP17723094 A JP 17723094A JP 3443174 B2 JP3443174 B2 JP 3443174B2
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light
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eyeball
rotation
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智雄 袴田
元幸 小町谷
桂 野池
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チノン株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、眼球からの視線方向を
検知するアイポインターに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an eye pointer for detecting the direction of a line of sight from an eyeball.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、人間の視線方向を検知し、こ
の視線方向を機械操作に利用する試みが行なわれてい
る。すなわち、視線方向を利用すれば、手によるキー入
力よりも、機械に対して短絡的な意思の伝達が行なえる
ためである。その例としては、カメラのオートフォーカ
ス機構に対する適用などがある。また、コンピュータの
ソフトウエアについても入力操作の簡略化が進み、より
視覚的な方法が採用されるようになってきている。
2. Description of the Related Art Conventionally, attempts have been made to detect the line-of-sight direction of a human and utilize this line-of-sight direction for machine operation. That is, if the line-of-sight direction is used, a short-circuited intention can be transmitted to the machine rather than a key input by hand. An example thereof is application to an autofocus mechanism of a camera. Further, with regard to computer software, the input operation has been simplified, and more visual methods have been adopted.

【0003】そして、従来、コンピュータに対する入力
は、キーボード、マウス、ペンなどにより行なわれてお
り、これらはいずれも作業者の手による入力であり、こ
の手による入力に代って視線検知により入力を行なうこ
とが試みられている。
Conventionally, input to a computer is performed by a keyboard, a mouse, a pen, etc., all of which are input by a worker's hand. Instead of inputting by this hand, the input is made by line-of-sight detection. Attempted to do.

【0004】たとえば図4で示すように、ディスプレイ
11を目視する作業者の眼球12に対して、CCDカメラ13
の先端に設けられた発光ダイオード14から光を照射し、
その反射光をCCDカメラ13で捕らえ、このCCDカメ
ラ13で捕られた画像をコンピュータ15に送り、このコン
ピュータ15により作業者の目視位置を検出している。す
なわち、コンピュータ15は入力画像における眼球12の黒
目の重心点と発光ダイオード14の反射虚像点を求め、作
業者のディスプレイ11上での注視点の位置を計算してい
る。この計算には、予め作業者の視線に対して校正を行
ない、非線形処理を行なっている。
For example, as shown in FIG. 4, a display
A CCD camera 13 is attached to an eye 12 of an operator who visually observes 11.
Light is emitted from the light emitting diode 14 provided at the tip of the
The reflected light is captured by the CCD camera 13, the image captured by the CCD camera 13 is sent to the computer 15, and the computer 15 detects the visual position of the operator. That is, the computer 15 obtains the center of gravity of the black eye of the eyeball 12 and the reflection virtual image point of the light emitting diode 14 in the input image, and calculates the position of the gazing point on the display 11 of the operator. In this calculation, the operator's line of sight is calibrated in advance and non-linear processing is performed.

【0005】しかし、この図4に示す方法では、CCD
カメラ13に対する目の位置を基準にしているため、作業
者は顔面を自由に動かすことができず実用化を困難にし
ている。
However, in the method shown in FIG. 4, the CCD
Since the position of the eyes with respect to the camera 13 is used as a reference, the operator cannot freely move the face, which makes practical application difficult.

【0006】そして、このような問題点を解決するため
に、作業者が顔面を自由に動かしても動作可能な装置が
たとえば特開平4−281582号公報に記載されてい
る。この装置はアイポインターと呼ばれており、作業者
の顔面に取り付けられ、作業者の視線方向を検知し、顔
面側からこの視線と同じ方向の光ビームを照射するもの
で、この光ビームは結果的に視線の注視点を照射するこ
とになる。この場合、光ビームの照射点をセンサにより
直接捕らえるか、または、光ビームの反射光をCCDカ
メラで位置検出することなどにより、作業者の注視点を
検出し、その位置情報をコンピュータに伝達している。
このアイポインターは、上述のように作業者の顔の位置
に関係なくその注視先を検出するものであるから、作業
者は顔を自由に動かすことができる。
In order to solve such a problem, an apparatus which can be operated even if an operator freely moves his / her face is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-281582. This device, called an eye pointer, is attached to the face of the worker, detects the direction of the worker's line of sight, and emits a light beam in the same direction as this line of sight from the face side. It will illuminate the gazing point of the line of sight. In this case, the gaze point of the worker is detected by directly detecting the irradiation point of the light beam by a sensor or detecting the reflected light of the light beam by a CCD camera, and the position information is transmitted to a computer. ing.
Since this eye pointer detects the gaze point regardless of the position of the face of the worker as described above, the worker can freely move the face.

【0007】そして、特開平4−281582号公報に
示す装置を図5で説明する。この図5に示すように、作
業者の眼球12の回転中心をO、この眼球12の角膜22の曲
率中心をPとし、この眼球12の前方には、点O1 を回動
中心とする角度伝達アーム23と、点O2 を回動中心とす
る角度伝達アーム24とが設けられ、これら角度伝達アー
ム23および角度伝達アーム24の先端部Qにおいてジョイ
ントされている。また、このうち一方の角度伝達アーム
23はその長さ方向に伸縮可能に構成されており、点O1
を中心とした回動量を、ある一定比率で他方の角度伝達
アーム24の点O2 を中心とした回動動作として伝達す
る。
The device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-281582 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the rotation center of the operator's eyeball 12 is O, the center of curvature of the cornea 22 of this eyeball 12 is P, and the angle transmission with the point O1 as the center of rotation is transmitted in front of this eyeball 12. An arm 23 and an angle transmission arm 24 about the point O2 as a center of rotation are provided, and the angle transmission arm 23 and the tip portion Q of the angle transmission arm 24 are jointed to each other. Also, one of these angle transmission arms
23 is configured so that it can expand and contract in the length direction, and point O1
Is transmitted as a rotational movement about the point O2 of the other angle transmission arm 24 at a certain fixed ratio.

【0008】また、一方の角度伝達アーム23の左側の回
動端には、視線25を検出するための光源26が一体に設け
られている。そして、この光源26は眼球12側に視線検出
光27を照射するもので、その照射面は角度伝達アーム23
の鉛直線上に位置する。また、他方の角度伝達アーム24
の右端の回動端には、視線表出用の光源28が一体に設け
られている。そして、この光源28は、視線25の注視点に
光ビームである視線表出光29を照射するもので、その照
射面は角度伝達アーム24の鉛直線上に位置する。
Further, a light source 26 for detecting the line of sight 25 is integrally provided at the left rotation end of one angle transmission arm 23. The light source 26 irradiates the eyeball 12 side with the line-of-sight detection light 27, the irradiation surface of which is the angle transmission arm 23.
Located on the vertical line of. Also, the other angle transmission arm 24
A light source 28 for line-of-sight display is integrally provided on the right end of the rotation end. The light source 28 irradiates the gazing point of the line of sight 25 with the line-of-sight light 29, which is a light beam, and the irradiation surface is located on the vertical line of the angle transmission arm 24.

【0009】ここで、視線検出光27が眼球の角膜22の曲
率中心Pを照射するときを考えると、眼球12の回転中心
O、角膜22の曲率中心Pおよび角度伝達アーム23の回動
中心の点O1 がつくる三角形ΔOO1 Pと、回動中心の
点O1 、両角度伝達アーム23,24の連結点の先端部Qお
よび他方の角度伝達アーム24の回動中心の点O2 が作る
三角形ΔO2 O1 Qとが互いに相似となるように連結点
の先端部Qの位置を決めておく。このように設定する
と、視線表出光29の回動角度O1 O2 Qは、眼球12の回
転角度O1 OPと等しくなり、この視線表出光29により
作業者の注視点を照射することができる。
Considering now that the line-of-sight detection light 27 irradiates the center of curvature P of the cornea 22 of the eyeball, the center of rotation O of the eyeball 12, the center of curvature P of the cornea 22 and the center of rotation of the angle transmission arm 23 are considered. A triangle ΔO2 O1 Q formed by the triangle ΔOO1 P formed by the point O1, the point O1 of the center of rotation, the tip Q of the connecting point of the angle transmission arms 23 and 24, and the point O2 of the center of rotation of the other angle transmission arm 24. The position of the tip Q of the connecting point is determined so that and are similar to each other. With this setting, the turning angle O1 O2 Q of the line-of-sight light 29 becomes equal to the rotation angle O1 OP of the eyeball 12, and the gaze point of the operator can be illuminated by the line-of-sight light 29.

【0010】このような動作を行なうためには、眼球12
の回転を検出し、眼球12に伴って角度伝達アーム23,24
を駆動させ、視線表出光29の向きを視線25に追随させる
必要がある。また、眼球12の回転を検出するためには、
視線検出光27の角膜22からの反射光を図示しない光位置
センサで受光し、受光位置から視線検出光27が角膜22の
曲率中心Pに入射されているかを検出し、曲率中心Pに
入射されていない場合は、この光位置センサの出力によ
りサーボ系を駆動し、角膜22の曲率中心Pに入射される
ように制御する。
In order to perform such an operation, the eyeball 12
Rotation of the eye is detected, and the angle transmission arms 23 and 24 are moved along with the eyeball 12.
Must be driven so that the direction of the line-of-sight light 29 follows the line of sight 25. Further, in order to detect the rotation of the eyeball 12,
A light position sensor (not shown) receives the reflected light of the line-of-sight detection light 27 from the cornea 22, detects whether the line-of-sight detection light 27 is incident on the center P of curvature of the cornea 22 from the light receiving position, and enters the center P of curvature. If not, the servo system is driven by the output of the optical position sensor so that the servo system is incident on the center of curvature P of the cornea 22.

【0011】また、図6は上述の原理に基づく具体的構
成例を示しており、一方の角度伝達アーム23の左端に
は、視線検出モジュール31が一体に設けられている。そ
して、この視線検出モジュール31は、図5で示した回動
中心の点O1 を有する2軸方向に回転可能な回転ステー
ジ32に支持されており、この視線検出モジュール31は筐
体状をなし、回動中心の点O1 に一致する部分には視線
検出用の光源26が設けられている。
Further, FIG. 6 shows a concrete example of the configuration based on the above-mentioned principle. At the left end of one angle transmission arm 23, a line-of-sight detection module 31 is integrally provided. The line-of-sight detection module 31 is supported by a rotary stage 32 that is rotatable in two axial directions and has a point O1 of the center of rotation shown in FIG. 5, and the line-of-sight detection module 31 has a housing shape. A light source 26 for detecting the line of sight is provided at a portion corresponding to the point O1 of the center of rotation.

【0012】さらに、光源26の出射側には結像レンズ34
およびハーフミラー35が設けられている。このハーフミ
ラー35は光軸に対して45°の角度をなしており、光源
26からの出射光を視線検出光27として透過させるととも
に、眼球12からの反射光を下方に分岐する。そして、こ
のハーフミラー35による分岐光側には結像レンズ36を介
して光位置センサ37が設けられている。また、光位置セ
ンサ37は、視線検出光27が眼球12の角膜22の曲率中心P
に入射された場合の反射光の入射点を基準位置とし、視
線検出光27が角膜22の曲率中心Pに入射されていない場
合は、基準位置との偏差に応じた信号を出力する。
Further, an image forming lens 34 is provided on the emission side of the light source 26.
And a half mirror 35 is provided. This half mirror 35 forms an angle of 45 ° with the optical axis,
The emitted light from 26 is transmitted as the line-of-sight detection light 27, and the reflected light from the eyeball 12 is branched downward. An optical position sensor 37 is provided on the side of the split light by the half mirror 35 via an imaging lens 36. Further, the optical position sensor 37 detects that the line-of-sight detection light 27 is the center of curvature P of the cornea 22 of the eyeball 12.
When the eye-gaze detection light 27 is not incident on the center of curvature P of the cornea 22, the signal corresponding to the deviation from the reference position is output.

【0013】そして、この偏差信号はサーボ回路39に出
力され、この偏差信号が零になるように、角度伝達アー
ム23を2軸方向にそれぞれ駆動するためのリニアモータ
40を制御する。
This deviation signal is output to the servo circuit 39, and a linear motor for driving the angle transmission arm 23 in each of the two axial directions so that the deviation signal becomes zero.
Control 40.

【0014】他方の角度伝達アーム24の右端には、視線
表出モジュール42が一体に設けられている。この視線表
出モジュール42は、図5で示した回動中心の点O2 を有
する2軸方向に回転可能な回転ステージ43に支持されて
いる。そして、この視線表出モジュール42は筒状をな
し、回動中心の点O2 に一致する部分には、視線表出用
の光源28が設けられている。また、この光源28の出射側
にはレンズ44が設けられており、光源28からの光を視線
表出光29として出射させる。
A line-of-sight display module 42 is integrally provided at the right end of the other angle transmission arm 24. The line-of-sight display module 42 is supported by a rotary stage 43 that can rotate in two axial directions and has a point O2 of the center of rotation shown in FIG. The line-of-sight display module 42 has a cylindrical shape, and a light source 28 for line-of-sight display is provided at a portion corresponding to the point O2 of the center of rotation. Further, a lens 44 is provided on the emission side of the light source 28, and the light from the light source 28 is emitted as the line-of-sight light 29.

【0015】そして、視線検出モジュール31と視線表出
モジュール42がそれぞれ回転ステージ32,43を有し、ま
た、伸縮可能な角度伝達アーム23と長さ固定の角度伝達
アーム24とが互いにジョイントされ、しかもこれら角度
伝達アーム23および角度伝達アーム24は、互いに逆方向
に回動するようになっている。このため、リニアモータ
40によるサーボ駆動によって、視線検出光27が常に角膜
22の曲率中心Pを照射するように制御することにより、
視線表出光29を視線25と同じ方向にスキャンさせること
ができる。
The line-of-sight detection module 31 and the line-of-sight display module 42 have rotary stages 32 and 43, respectively, and the extendable and retractable angle transmission arm 23 and the fixed-length angle transmission arm 24 are jointed to each other. Moreover, the angle transmitting arm 23 and the angle transmitting arm 24 are adapted to rotate in opposite directions. Therefore, the linear motor
By the servo drive by 40, the eye-gaze detection light 27 is always in the cornea
By controlling to irradiate the center of curvature P of 22,
The line-of-sight light 29 can be scanned in the same direction as the line-of-sight 25.

【0016】しかし、上記図6に示す装置では、視線検
出モジュール31と視線表出モジュール42とを、それぞれ
独立した筐体として構成し、しかも伸縮可能かつ屈曲可
能な角度伝達アーム23,24により角度伝達を行なってい
るため、装置構造が複雑化するとともに、機械にがたつ
きが生じやすい。一方、視線表出の精度および視線検出
のサーボ系を考慮すると、機械のがたつきの精度に厳し
い制限が要求される。すなわち、僅かな機械のがたつき
により大きな精度低下が生じるため、機械にがたつきを
なくすことが望まれるが、上記図6に示す構成では機械
にがたつきが生じてしまい、高精度を維持することが困
難である。
However, in the apparatus shown in FIG. 6, the line-of-sight detection module 31 and the line-of-sight display module 42 are formed as independent housings, respectively, and the angle transmission arms 23 and 24 are extendable and bendable. Since the transmission is performed, the device structure becomes complicated and the machine is likely to rattle. On the other hand, in consideration of the accuracy of line-of-sight expression and the servo system for line-of-sight detection, severe restrictions are required on the accuracy of rattling of the machine. In other words, it is desirable to eliminate rattling of the machine because a slight amount of rattling of the machine causes a large decrease in accuracy. However, the configuration shown in FIG. 6 causes rattling of the machine, resulting in high accuracy. Difficult to maintain.

【0017】また、視線検出用の光源26に対する結像レ
ンズ34は、図6で説明したように、視線検出モジュール
31内に設けられているため、眼球12への結像倍率が大き
くなってしまい、光源26が発光ダイオードなどの有限面
積光源の場合、集光性が悪くなり、角膜22での反射検出
光が拡散してしまう。このため、光位置センサ37での集
光性も悪くなり、この光位置センサ37による視線検出出
力に応動するサーボ回路39の構成が困難になる。
The image forming lens 34 for the light source 26 for detecting the line of sight is, as described with reference to FIG.
Since it is provided inside 31, the image forming magnification on the eyeball 12 becomes large, and when the light source 26 is a finite area light source such as a light emitting diode, the light condensing property is deteriorated and the reflection detection light at the cornea 22 is generated. It spreads. For this reason, the light focusing property of the optical position sensor 37 also deteriorates, and it becomes difficult to configure the servo circuit 39 that responds to the visual axis detection output of the optical position sensor 37.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来装置
では、機械のがたつきにより精度上大きな影響を受けた
り、集光性が悪くなるため視線検出が不明確となり、サ
ーボ回路の構成が困難になるなどの問題を有している。
As described above, in the conventional device, the rattling of the machine has a great influence on the accuracy and the light-collecting property is deteriorated, so that the line-of-sight detection becomes unclear, and the servo circuit has a structure. It has problems such as difficulty.

【0019】本発明は、機械のがたつきによる影響がほ
とんどなく、良好な集光性により明確な視線検出を可能
とした高精度のアイポインターを提供することを目的と
する。
It is an object of the present invention to provide a high-precision eye pointer which has almost no influence of rattling of a machine and enables clear line-of-sight detection with good light-collecting properties.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載のアイポ
インターは、眼球に対し所定光路を介して検出光を投射
し、前記眼球からの反射光を前記所定光路を介して受光
して、前記眼球の回転方向および回転量を検出する視線
検出部を一端に有し、他端には光ビームを視線表出光と
して投射する視線表出部が設けられた単一筐体と、この
単一筐体を2軸回転可能に固定する回転ステージと、こ
の単一筐体を前記視線検出部の出力に応じて駆動する駆
動機構と、前記視線検出部と眼球との間の所定光路中
に、前記単一筐体とは独立に設置された結像レンズとを
具備したものである。
An eye pointer according to claim 1 projects detection light onto an eyeball through a predetermined optical path, receives reflected light from the eyeball through the predetermined optical path, A single housing having a line-of-sight detection unit for detecting the rotation direction and the amount of rotation of the eyeball at one end, and provided at the other end with a line-of-sight display unit for projecting a light beam as the line-of-sight light, A rotary stage that fixes the housing so as to be rotatable about two axes, a drive mechanism that drives the single housing according to the output of the line-of-sight detection unit, and a predetermined optical path between the line-of-sight detection unit and the eyeball. The image forming lens is installed independently of the single housing.

【0021】求項に記載のアイポインターは、請求
1記載のアイポインターにおいて、視線検出部は、検
出光を投射する光源と、眼球からの反射光を分岐するハ
ーフミラーと、この分岐された光と基準点との偏差信号
を出力する光位置センサとを備え、所定光路中に設置さ
れた結像レンズは、前記光源の像を前記眼球の角膜の曲
率中心に結像させるとともに、前記角膜面での反射光を
前記ハーフミラーを介して光位置センサ上に結像させる
ものである。
[0021] Motomeko 2 Eye pointers described, in the eye pointer claim 1 Symbol placement, visual axis detection unit includes a light source for projecting a detection light, a half mirror for splitting the reflected light from the eyeball, the An imaging lens provided with an optical position sensor that outputs a deviation signal between the branched light and the reference point, and an imaging lens installed in a predetermined optical path forms an image of the light source on the center of curvature of the cornea of the eyeball. The light reflected by the cornea surface is imaged on the optical position sensor via the half mirror.

【0022】[0022]

【作用】請求項1記載のアイポインターは、単一筐体の
一端に設けられた視線検出部から眼球に対して所定光路
を介して視線検出光を投射し、かつ、この眼球からの反
射光を所定光路を介して視線検出部に受光することによ
り、眼球の回転方向および回転量を検出する。そして、
この検出された回転方向および回転量に基づき駆動機構
を制御し、2軸回転可能な回転ステージに固定された単
一筐体を眼球の回転動作に連動させる。そして、この単
一筐体の他端には視線表出部が設けられており、この視
線表出部から投射される光ビームが視線表出光として眼
球による注視点を照射する。また、所定光路の中には、
単一筐体とは独立して結像レンズが設置されているの
で、適正な結像倍率に設定することができ、良好な視線
検出機能を達成できる。
The eye pointer according to claim 1 projects the line-of-sight detection light from the line-of-sight detection unit provided at one end of the single housing to the eyeball through a predetermined optical path, and reflects light from the eyeball. Is received by the line-of-sight detection unit via a predetermined optical path to detect the rotation direction and rotation amount of the eyeball. And
The drive mechanism is controlled based on the detected rotation direction and rotation amount, and the single housing fixed to the rotation stage capable of biaxial rotation is interlocked with the rotation operation of the eyeball. A line-of-sight display unit is provided at the other end of the single housing, and the light beam projected from the line-of-sight display unit illuminates the gazing point by the eyeball as the line-of-sight display light. Also, in the predetermined optical path,
Since the imaging lens is installed independently of the single housing, it is possible to set an appropriate imaging magnification and achieve a good visual axis detection function.

【0023】求項記載のアイポインターは、請求項
1記載のアイポインターにおいて、視線検出部において
光源からの光はハーフミラーを通して出射され、光路中
の結像レンズにより眼球の角膜曲率中心に結像される。
また、この角膜面での反射光は結像レンズによりハーフ
ミラーを介して光位置センサー上に結像され、眼球の回
転に応じた視線検出信号が得られる。
[0023] Eye pointer of Motomeko second aspect, claim
In 1 Symbol mounting eye pointer, the light from the light source in the sight line detecting unit is emitted through the half mirror, is focused by an imaging lens in the optical path to the cornea center of curvature of the eye.
Further, the light reflected on the corneal surface is imaged on the optical position sensor by the imaging lens via the half mirror, and a visual axis detection signal corresponding to the rotation of the eyeball is obtained.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明のアイポインターの一実施例を
図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the eye pointer of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1において、51は単一筐体で、この単一
筐体51の一端に視線検出部52が設けられ、他端には視線
表出部53が設けられている。また、視線検出部52は、眼
球12の角膜22に対し、ミラー55およびハーフミラー56に
より構成される所定光路57を介して視線検出光58を投射
する。また、眼球12の角膜表面からの反射光を所定光路
57を介して受光して、眼球12の回転方向および回転量を
検出する機能を有する。さらに、視線表出部53は、ミラ
ー59,60により構成される光路61を介して光ビームであ
る視線表出光62として視線方向に投射する。
In FIG. 1, reference numeral 51 denotes a single housing, which has a line-of-sight detecting section 52 at one end and a line-of-sight displaying section 53 at the other end. Further, the line-of-sight detection unit 52 projects the line-of-sight detection light 58 onto the cornea 22 of the eyeball 12 via a predetermined optical path 57 formed by a mirror 55 and a half mirror 56. In addition, the reflected light from the corneal surface of the eyeball 12 is passed through a predetermined optical path
It has a function of detecting the rotation direction and the rotation amount of the eyeball 12 by receiving light via 57. Furthermore, the line-of-sight display unit 53 projects in the line-of-sight direction as line-of-sight output light 62, which is a light beam, through an optical path 61 composed of mirrors 59 and 60.

【0026】そして、この単一筐体51は、2軸(X−Y
方向)に対してそれぞれ回転可能な回転ステージ63に固
定されており、リニアモータや駆動レバーなどからなる
駆動機構64によりX−Yの各方向に駆動される。なお、
一方向に対する駆動機構64のみが示されているが、X−
Yの各方向に対しても駆動機構64が設けられている。こ
れら駆動機構64は、視線検出部52の電流信号である検出
信号に応動するサーボ回路65によって制御される。
The single housing 51 is biaxial (X-Y
Direction) and is fixed to a rotary stage 63, which is driven in each of XY directions by a drive mechanism 64 including a linear motor and a drive lever. In addition,
Only the drive mechanism 64 for one direction is shown, but X-
A drive mechanism 64 is also provided in each of the Y directions. These drive mechanisms 64 are controlled by a servo circuit 65 that responds to a detection signal which is a current signal of the line-of-sight detection unit 52.

【0027】また、66は結像レンズで、この結像レンズ
66は視線検出部52と眼球12との間の構成された所定光路
57中に、単一筐体51とは独立して設置される。
Further, 66 is an imaging lens, and this imaging lens
66 is a predetermined optical path formed between the line-of-sight detection unit 52 and the eyeball 12.
It is installed in the housing 57 independently of the single housing 51.

【0028】そして、視線検出部52は、図2で示すよう
に、視線検出光58を投射する光源67を有し、その出射側
にはハーフミラー68が設けられている。なお、このハー
フミラー68は光軸に対して45°の角度をなし、光源67
からの光を透過させるとともに、眼球12からの反射光を
下方に分岐する。また、図1で示した所定光路57中の結
像レンズ66は、光源67の像を図3で示すように、眼球12
の角膜22の曲率中心Pに結像させるとともに、角膜22の
表面からの反射光を、ハーフミラー68を介して光位置セ
ンサ70上に結像させる。
As shown in FIG. 2, the line-of-sight detection unit 52 has a light source 67 for projecting the line-of-sight detection light 58, and a half mirror 68 is provided on the emission side thereof. The half mirror 68 forms an angle of 45 ° with the optical axis, and the light source 67
From the eyeball 12 and branches the reflected light from the eyeball 12 downward. Further, the imaging lens 66 in the predetermined optical path 57 shown in FIG. 1 causes the image of the light source 67 to pass through the eyeball 12 as shown in FIG.
An image is formed on the center of curvature P of the cornea 22 and reflected light from the surface of the cornea 22 is formed on the optical position sensor 70 via the half mirror 68.

【0029】また、視線表出部53は、図2で示すよう
に、視線表出光62用の光源72、コリメータレンズ73を有
する。
As shown in FIG. 2, the line-of-sight expressing portion 53 has a light source 72 for the line-of-sight expressing light 62 and a collimator lens 73.

【0030】ここで、光位置センサ70には、ハーフミラ
ー68によって分岐された光が入射され、この入射光と基
準点との偏差信号を検出信号として出力する。この検出
信号は、サーボ回路65に与えられ、眼球12からの反射光
が光位置センサ70の基準点である中心位置に収束するよ
うに駆動機構64を制御する。この場合、光位置センサ70
と視線検出用の光源67との位置関係は、光位置センサ70
の中心のハーフミラー68を介した虚像位置が、光源67の
位置に一致するように設定する。
Here, the light branched by the half mirror 68 is incident on the optical position sensor 70, and a deviation signal between the incident light and the reference point is output as a detection signal. This detection signal is given to the servo circuit 65, and controls the drive mechanism 64 so that the reflected light from the eyeball 12 converges on the central position which is the reference point of the optical position sensor 70. In this case, the optical position sensor 70
The positional relationship between the light source 67 and the light source 67 for line-of-sight detection is
The virtual image position through the half mirror 68 at the center of is set so as to match the position of the light source 67.

【0031】また、図3は図1で示した装置の幾何学的
関係を説明している。結像レンズ66による結像倍率は、
眼球12の回転中心Oから角膜22の曲率中心Pまでの距離
と、回転ステージ63による単一筐体51の回転中心の点O
3 から視線検出用の光源67の回動中心の点Q1 までの距
離との比率に等しくする。図から明らかなように、視線
表出光62はスクリーン75上での作業者による実際の視線
25の注視点を照射する。
FIG. 3 also illustrates the geometrical relationships of the device shown in FIG. The imaging magnification by the imaging lens 66 is
The distance from the center of rotation O of the eyeball 12 to the center of curvature P of the cornea 22 and the point O of the center of rotation of the single housing 51 by the rotating stage 63.
The ratio is 3 to the distance from the rotation center of the light source 67 for detecting the line of sight to the point Q1. As is clear from the figure, the line-of-sight light 62 is the actual line of sight of the operator on the screen 75.
Illuminates 25 gazing points.

【0032】次に、上記実施例の動作について説明す
る。
Next, the operation of the above embodiment will be described.

【0033】単一筐体51内に設けられた視線検出用の光
源67からの光は、ハーフミラー68を透過した後ミラー55
で反射し、結像レンズ66で結像され、ハーフミラー56で
反射した後、眼球12の角膜22の曲率中心Pに収束する。
そして、この視線検出光58の投射により、角膜22の表面
にて反射が生じ、その垂直反射光は再び所定光路57を戻
って単一筐体51内の視線検出部52に入射される。この場
合、戻り光は結像レンズ66により結像され、図2で示す
ハーフミラー68によって反射された後、光位置センサ70
上に収束する。この光位置センサ70は、戻り光の入射点
と、基準点である中央位置との偏差に基づく検出信号を
出力する。この検出信号は偏差方向と偏差量に関するも
のである。
The light from the light source 67 for detecting the line of sight provided in the single housing 51 passes through the half mirror 68 and then the rear mirror 55.
After being reflected by, the image is formed by the image forming lens 66, and reflected by the half mirror 56, it is converged on the center of curvature P of the cornea 22 of the eyeball 12.
Then, due to the projection of the line-of-sight detection light 58, reflection occurs on the surface of the cornea 22, and the vertically reflected light again returns to the predetermined optical path 57 and enters the line-of-sight detection unit 52 in the single housing 51. In this case, the return light is imaged by the imaging lens 66, reflected by the half mirror 68 shown in FIG.
Converge on top. The optical position sensor 70 outputs a detection signal based on the deviation between the incident point of the return light and the central position which is the reference point. This detection signal relates to the deviation direction and the deviation amount.

【0034】また、サーボ回路65はこの検出信号に基づ
いて駆動機構64を制御し、戻り光が光位置センサ70の中
央位置にくるように単一筐体51を回転駆動する。この動
作により、視線検出光58は角膜22の表面で常に垂直反射
するようになる。また、単一筐体51の回転中心O3 から
視線検出用の光源67の回動中心の点Q1 までの距離は、
眼球12の中心Oと角膜22の曲率中心Pとの距離に結像倍
率の逆数をかけたものに等しく設定してあるので、眼球
12の回転と同量の回転を単一筐体51に与えることができ
る。
Further, the servo circuit 65 controls the drive mechanism 64 based on this detection signal, and rotationally drives the single casing 51 so that the return light comes to the central position of the optical position sensor 70. By this operation, the line-of-sight detection light 58 is always reflected vertically on the surface of the cornea 22. Further, the distance from the rotation center O3 of the single housing 51 to the point Q1 of the rotation center of the light source 67 for detecting the line of sight is
Since the distance between the center O of the eyeball 12 and the center of curvature P of the cornea 22 is set equal to the product of the reciprocal of the imaging magnification, the eyeball
The same amount of rotation as twelve rotations can be provided in a single housing 51.

【0035】ここで、単一筐体51の他端側、すなわち視
線検出部52の反対側には視線表出部53が設けられてお
り、その光源72からの視線表出光62は、ミラー59,60に
よって反射され、単一筐体51の回転により眼球12の注視
点を追随走査する。なお、図3は、スクリーン75を見て
いる視線25に対し、その注視点を視線表出光62が追随し
ていることを示している。
Here, a line-of-sight display part 53 is provided on the other end side of the single housing 51, that is, on the side opposite to the line-of-sight detection part 52, and the line-of-sight display light 62 from the light source 72 thereof is reflected by the mirror 59. , 60, and the single casing 51 is rotated to follow the gaze point of the eyeball 12 for scanning. Note that FIG. 3 shows that the line-of-sight light 62 follows the gazing point of the line-of-sight 25 looking at the screen 75.

【0036】そして、この視線表出光62を、たとえばコ
ンピュータディスプレイに照射し、その注視点情報をコ
ンピュータに伝達する手段としては、ディスプレイ面を
CCDカメラで捕らえ、その光照射重心を位置データと
して入力すればよい。あるいは、専用の光位置センサを
ディスプレイ面に直接設置してもよい。
As a means for irradiating the computer display with this line-of-sight light 62 and transmitting the point-of-regard information to the computer, the display surface is captured by a CCD camera, and the center of light irradiation is input as position data. Good. Alternatively, a dedicated optical position sensor may be installed directly on the display surface.

【0037】ここで視線検出部52および視線表出部53は
単一筐体51に一括して設けられており、従来のように、
この間に角度伝達アームが介在することはないので、構
造が簡素化されるとともに、機械にがたつきをほとんど
生じず、高い精度を得ることができる。
Here, the line-of-sight detection unit 52 and the line-of-sight display unit 53 are collectively provided in the single housing 51, and as in the conventional case,
Since the angle transmission arm does not intervene between them, the structure is simplified, and the rattling of the machine hardly occurs, and high accuracy can be obtained.

【0038】また、結像レンズ66は単一筐体51とは独立
して設けられているので、従来の視線検出モジュール内
に結像レンズ66を設けたものに比べ、結像倍率を適正な
値に設定することができ、光位置センサ70上での集光性
が向上し、高い視線検出精度を得ることができる。
Further, since the image forming lens 66 is provided independently of the single housing 51, the image forming magnification is set to a proper value as compared with the conventional one in which the image forming lens 66 is provided in the line-of-sight detection module. The value can be set, the light-collecting property on the optical position sensor 70 is improved, and high eye-gaze detection accuracy can be obtained.

【0039】そして、上述した装置は、人間の頭部に取
付けて使用するヘッドマウンテドディスプレイ(Head m
ounted display)装置の視線検出モジュールとして用い
ることもできる。すなわち、単一筐体51の回転を検出す
ることにより、眼球12の視点を検出することができる。
この場合、視線検出は、頭部に対する相対位置が分かれ
ばよいのでヘッドマウンテドディスプレイの外側に対
し、視線表出光62を投射する必要はなく、そのための機
構を省略することができる。
The apparatus described above is a head mounted display (Head m display) which is used by being attached to a human head.
It can also be used as a line-of-sight detection module of the device. That is, the viewpoint of the eyeball 12 can be detected by detecting the rotation of the single housing 51.
In this case, since the line-of-sight detection only needs to know the relative position with respect to the head, it is not necessary to project the line-of-sight light 62 to the outside of the head mounted display, and a mechanism therefor can be omitted.

【0040】このヘッドマウテドディスプレイ内で視線
の相対位置を検出する方法としては、上述した単一筐体
51をそのまま用いて、視線表出側に対向配置した2次元
光センサにより位置検出を行なえばよい。また、他の方
法として、単一筐体51の他端側に設けた視線表出部53を
省略し、この代りに単一筐体51の回転角を、変位センサ
を用いて検出するようにしてもよい。
As a method for detecting the relative position of the line of sight in this head-mounted display, the above-mentioned single housing is used.
The position detection may be performed by using the two-dimensional optical sensor that is arranged opposite to the line-of-sight display side while using 51 as it is. Further, as another method, the line-of-sight display portion 53 provided on the other end side of the single housing 51 is omitted, and instead, the rotation angle of the single housing 51 is detected by using a displacement sensor. May be.

【0041】[0041]

【発明の効果】請求項1記載のアイポインターによれ
ば、眼球の回転方向および回転量を検出し、この検出さ
れた回転方向および回転量に基づき駆動機構を制御し、
2軸回転可能な回転ステージに固定された単一筐体を眼
球の回転動作に連動させ、単一筐体の視線表出部から投
射される光ビームが視線表出光として眼球による注視点
を照射し、所定光路の中には、単一筐体とは独立して結
像レンズが設置されているため、適正な結像倍率に設定
することができ、良好な視線検出機能を達成できるの
で、構造が簡素化されて機械のがたつきがほとんどなく
なり、機械のがたつきに起因する精度の低下を防止で
き、また、視線検出光に対する結像倍率を適正に設定で
きるため、視線検出を高精度に行なうことができる。
According to the eye pointer of the first aspect, the rotation direction and the rotation amount of the eyeball are detected, and the drive mechanism is controlled based on the detected rotation direction and the rotation amount.
A single housing fixed to a rotating stage that can rotate about two axes is interlocked with the rotational movement of the eyeball, and the light beam projected from the line-of-sight display part of the single housing irradiates the gazing point by the eyeball as the line-of-sight light. However, since the imaging lens is installed in the predetermined optical path independently of the single housing, it is possible to set an appropriate imaging magnification and achieve a good line-of-sight detection function. Since the structure is simplified and the rattling of the machine is almost eliminated, the deterioration of accuracy due to the rattling of the machine can be prevented, and the imaging magnification for the eye-gaze detection light can be set appropriately, so that the eye-gaze detection can be enhanced. Can be done with precision.

【0042】求項記載のアイポインターによれば、
請求項1記載のアイポインターに加え、視線検出部にお
いて光源からの光はハーフミラーを通して出射され、所
定光路中の結像レンズにより眼球の角膜の曲率中心に結
像される。また、この角膜面での反射光は結像レンズに
よりハーフミラーを介して光位置センサ上に結像され、
眼球の回転に応じた視線検出信号を得ることができる。
[0042] According to the eye-pointer of Motomeko 2, wherein,
In addition to the claim 1 Symbol mounting eye pointer, the light from the light source in the sight line detecting unit is emitted through the half mirror is imaged center of curvature of the cornea of the eye by an imaging lens of the predetermined light path. Further, the reflected light on the corneal surface is imaged on the optical position sensor through the half mirror by the imaging lens,
A line-of-sight detection signal corresponding to the rotation of the eyeball can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のアイポインターの一実施例の全体構成
を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of an embodiment of an eye pointer of the present invention.

【図2】同上アイポインターの要部である単一筐体内の
構造を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a structure inside a single housing which is a main part of the eye pointer.

【図3】同上アイポインターの幾何学的関係を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a geometrical relationship of the above eye pointer.

【図4】従来例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a conventional example.

【図5】他の従来例を示す原理図である。FIG. 5 is a principle view showing another conventional example.

【図6】同上具体例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a specific example of the same.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 眼球 22 角膜 51 単一筐体 52 視線検出部 53 視線表出部 57 所定光路 58 検出光 62 光ビームである視線表出光 63 回転ステージ 64 駆動機構 66 結像レンズ 67 光源 68 ハーフミラー 70 光位置センサ 12 eyeballs 22 cornea 51 single housing 52 Line-of-sight detection unit 53 Line of sight 57 predetermined optical path 58 Detection light 62 Line-of-sight light that is a light beam 63 rotation stage 64 drive mechanism 66 Imaging lens 67 Light source 68 half mirror 70 Optical position sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−125875(JP,A) 特開 昭63−194634(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 3/00 - 3/16 G02B 7/28 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-125875 (JP, A) JP-A-63-194634 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) A61B 3/00-3/16 G02B 7/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 眼球に対し所定光路を介して検出光を投
射し、前記眼球からの反射光を前記所定光路を介して受
光して、前記眼球の回転方向および回転量を検出する視
線検出部を一端に有し、他端には光ビームを視線表出光
として投射する視線表出部が設けられた単一筐体と、 この単一筐体を2軸回転可能に固定する回転ステージ
と、 この単一筐体を前記視線検出部の出力に応じて駆動する
駆動機構と、 前記視線検出部と眼球との間の所定光路中に、前記単一
筐体とは独立に設置された結像レンズとを具備したこと
を特徴とするアイポインター。
1. A line-of-sight detection unit that projects detection light onto an eyeball through a predetermined optical path, receives reflected light from the eyeball through the predetermined optical path, and detects a rotation direction and a rotation amount of the eyeball. A single housing having at one end and a line-of-sight-exposure part for projecting a light beam as the line-of-sight-exposed light at the other end; and a rotary stage for fixing the single case so as to be rotatable about two axes. A drive mechanism that drives this single housing in accordance with the output of the line-of-sight detection unit, and an image formed independently of the single housing in a predetermined optical path between the line-of-sight detection unit and the eyeball. An eye pointer characterized by comprising a lens.
【請求項2】 視線検出部は、 検出光を投射する光源と、 眼球からの反射光を分岐するハーフミラーと、 この分岐された光と基準点との偏差信号を出力する光位
置センサとを備え、 所定光路中に設置された結像レンズは、 前記光源の像を前記眼球の角膜の曲率中心に結像させる
とともに、前記角膜面での反射光を前記ハーフミラーを
介して光位置センサ上に結像させることを特徴とする請
求項1記載のアイポインター。
2. The line-of-sight detection unit includes a light source that projects detection light, a half mirror that branches reflected light from an eyeball, and an optical position sensor that outputs a deviation signal between the branched light and a reference point. An imaging lens installed in a predetermined optical path forms an image of the light source on a center of curvature of the cornea of the eyeball, and reflects light reflected on the corneal surface on the optical position sensor via the half mirror. claim 1 Symbol mounting eye pointer, characterized in that for imaging the.
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