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JPS61243508A - communication device - Google Patents

communication device

Info

Publication number
JPS61243508A
JPS61243508A JP60085899A JP8589985A JPS61243508A JP S61243508 A JPS61243508 A JP S61243508A JP 60085899 A JP60085899 A JP 60085899A JP 8589985 A JP8589985 A JP 8589985A JP S61243508 A JPS61243508 A JP S61243508A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intention
information
gaze
communication device
eye movement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP60085899A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Yamada
山田 光穂
Masayuki Irie
入江 正幸
Tadahiko Fukuda
福田 忠彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Hoso Kyokai NHK, Japan Broadcasting Corp filed Critical Nippon Hoso Kyokai NHK
Priority to JP60085899A priority Critical patent/JPS61243508A/en
Publication of JPS61243508A publication Critical patent/JPS61243508A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

PURPOSE:To transmit what a patient intends to others by detecting it by an eyeball motion detector that his eyes are turned on a specific gaze point. CONSTITUTION:The patient wears an eyeball motion sensor 2, and the sensor output signal obtained by watching a presentation monitor 8 is introduced to an eyeball motion analyzer 4. The sensor 2 and the analyzer 4 constitute the eyeball motion detector. With respect to detection of eyeball motion, a threshold Vth of the eyeball motion speed is set to 5 deg./sec to separate a gaze component and a motion component from each other distinctly. When the next sample point is in a circle prescribed by VthX(sampling period), it is discriminated that he sees the gaze point in the center of the circle. When his eyes are turned upon a point on the outside of this circle within one sampling time, it is discriminated that he averts hie eyes from the gaze point. The output signal of the analyzer 4 is subjected to a prescribed processing by a processor 6, and the result is presented on the presentation monitor 8 again.

Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は意志伝達装置に関し、言葉や文字を用いたり、
あるいは電気的スイッチを押したりして自分の意志を他
人に伝えるのでなく、特定の対象物を注視するだけでそ
の人が何を意図しているかを他人に伝え得るようにした
ものである。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field] The present invention relates to a communication device that uses words or letters,
Alternatively, instead of conveying one's intentions to others by pressing an electrical switch, one can convey one's intentions to others simply by gazing at a specific object.

[従来技術] 従来から、医療技術などの諸分野において、視線の動き
を検知してその特定注視点を識別せんとする研究が進め
られている。そのため、所謂アイカメラなどが開発され
ているが、このアイカメラは、眼球運動の固視微動など
に起因して注視対象物を特定することが困難であった。
[Prior Art] Research has been carried out in various fields such as medical technology to detect the movement of the line of sight and identify a specific point of gaze. For this reason, so-called eye cameras and the like have been developed, but it is difficult for these eye cameras to identify the object to be gazed at due to fixation micromovements caused by eyeball movements.

また、−例として医療の分野におけるその他の問題点を
挙げるならば、全ての筋肉系の動きを阻害され不運にし
て眼球以外に何も動かせなくなった筋萎縮性側索硬化症
(ALS)患者は、機能が麻痺しているので通常のよう
に言葉による意志交換ができず、且つ手なども動かすこ
とができないため文字も書けず、また緊急状態を知らせ
るためのスイッチを押すこともできなかった。
- To take another problem in the medical field as an example, patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS), who are unlucky enough to be unable to move anything other than their eyeballs, are unable to move their entire muscular system. Because of his paralyzed functions, he was unable to communicate verbally as usual, and since he was unable to move his hands, he was unable to write, nor was he able to press a switch to notify an emergency situation.

そこで、従来から患者の意志を読み取る方法として、第
13図に示すように、文字を書いた大きなアクリルボー
ドBを患者Pと付添人Nとの間に介在させ、ボードBを
移動させると共に付添人Nの目の位置を動かすことによ
り、両者の視線を一致させ、もって、患者Pの意図する
文字等を判別していた。従って、付添人Nが判別可使な
情報量はごく僅かであり、片時も患者Pから離れられな
いという不便さがあった。
Therefore, as a conventional method of reading the patient's will, as shown in Fig. 13, a large acrylic board B with letters written on it is interposed between the patient P and the attendant N, and the board B is moved and the attendant By moving the position of N's eyes, the lines of sight of both patients were brought into alignment, and thereby the letters, etc. intended by patient P were discriminated. Therefore, the amount of information that the attendant N can use to make a distinction is very small, and there is the inconvenience of not being able to leave the patient P even for a moment.

[目 的] 本発明の目的は、上述の点に鑑み、視線が特定の注視点
に来たことを検出して、例えば意図した言葉を読み取っ
てその旨を表示したり、看護婦を呼んだり、テレビ・ラ
ジオ会照射器具などのオンオフ制御等を行ったりするこ
とができるようにした意志伝達装置を提供することにあ
る。
[Purpose] In view of the above-mentioned points, an object of the present invention is to detect that the line of sight has come to a specific gaze point, for example, to read the intended words and display that fact, or to call a nurse. An object of the present invention is to provide an intention communication device that can perform on/off control of television/radio broadcast lighting equipment, etc.

[発明の構成] 上述の目的を達成するために、本発明に係る意志伝達装
置では、意志を伝達しようとする者に情報を提示する情
報提示手段と、該情報提示手段に提示された情報が意志
伝達者の意図した情報であるときに意志伝達者が注視す
るように設けられ有限の枠で囲まれた注視面と、該注視
面を意志伝達者が注視しているか否かを検出するための
眼球運動検出器とを備え、前記情報提示手段に提示され
た情報が意志伝達者の意図した情報であるとき意志伝達
者が前記注視面を注視することに基づいて生ずる前記眼
球運動検出器の出力を人間に認識し得る情報に変換しあ
るいは電気信号のままで意志伝達者の意図する情報とし
て取り出し、被意志伝達者または被制御装置にそれぞれ
意志伝達者の意志または該意志に基づいて制御を行うた
めの制御信号として伝達するように構成する。
[Structure of the Invention] In order to achieve the above-mentioned object, the intention communication device according to the present invention includes an information presentation means for presenting information to a person who intends to communicate the intention, and information presented on the information presentation means. To detect a gaze plane surrounded by a finite frame that is set up so that the transmitter looks at the information intended by the transmitter, and whether or not the transmitter is gazing at the gaze surface. an eye movement detector, wherein the eye movement detector is generated based on the communicator gazing at the gaze plane when the information presented on the information presentation means is information intended by the communicator. The output is converted into information that can be recognized by humans, or the electrical signal is extracted as information intended by the communicator, and the person to whom the intention is communicated or the controlled device is controlled based on the communicator's will or the will, respectively. The configuration is configured to transmit it as a control signal for performing the operation.

[実施例] 以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples.

第1図は、本発明を適用した意志伝達装置の使用態様例
を説明する図である。本図では、眼球を動かすことのみ
が可能な患者Pに眼球運動センサ2を装着させ、提示用
モニタ8を見ることにより得られるセンサ出力信号を眼
球運動解析器4に導入している。ここで眼球運動センサ
2と眼球運動解析器4の双方で眼球運動検出器を構成し
ている。そして、眼球運動解析器4の出力信号は、後述
する手順に従って処理装置6により所定の処理がなされ
、その結果が再び提示用モニタ8に提示される。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of how an intention communication device to which the present invention is applied is used. In this figure, a patient P who can only move his eyeballs is fitted with an eye movement sensor 2, and a sensor output signal obtained by viewing a presentation monitor 8 is introduced into an eye movement analyzer 4. Here, both the eye movement sensor 2 and the eye movement analyzer 4 constitute an eye movement detector. Then, the output signal of the eye movement analyzer 4 is subjected to predetermined processing by the processing device 6 according to the procedure described later, and the result is presented again on the presentation monitor 8.

第2図は、第1図に示した一実施例の全体構成を示すブ
ロック図である。本図において、第1図に示した部分と
同一の構成部分については、同一の番号をイ1しである
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the embodiment shown in FIG. 1. In this figure, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same numbers.

本実施例によれば、患者Pの眼球運動状態を検出して、 ■ プリンタにより文章を作成する; ■ ナースコールを行う; ■ 照明器具・テレビ等のオン/オフを行う;といった
各種の行為および制御を行うことができる。
According to this embodiment, the eye movement state of the patient P is detected and various actions such as: ■ Creating a text using a printer; ■ Making a nurse call; ■ Turning on/off lighting equipment, television, etc.; can be controlled.

そこで、眼球の動きを検出して文章を作成する過程を次
に説明する。
Therefore, the process of detecting eyeball movements and creating sentences will be explained next.

第3図(A)および(B)は、提示用モニタ8に最初に
提示される画面を示している。すなわち、最初の提示画
面においては第3図(A)に示すように、「ア」行ない
し「ハ」行の片仮名文字およびその他の文字が表示され
、その次に提示される画面においては第3図(B)に示
すように、「マ」行以降の片仮名文字および数字等が表
示される。また、3番目に提示される画面には、アルフ
ァベットA−Z等が表示される(図示せず)。
FIGS. 3(A) and 3(B) show the screen initially presented on the presentation monitor 8. FIG. That is, on the first presentation screen, as shown in Figure 3 (A), katakana characters and other characters in the "A" line to "C" line are displayed, and on the next screen, the third As shown in Figure (B), katakana characters, numbers, etc. starting from the "ma" line are displayed. Further, the alphabets A to Z, etc. are displayed on the screen presented third (not shown).

ここでは、第3図(A)に示す画面が提示用モニタ8に
表示されたとき、患者Pがその内の一文字を選択するた
めの手順について説明する。
Here, when the screen shown in FIG. 3(A) is displayed on the presentation monitor 8, a procedure for the patient P to select one character from the screen will be described.

第3図(A)に示す画面が提示用モニタ8に表示される
と、図に示すようなカーソル(本実施例では矩形の枠)
が左端の列から右端の列にかけて、数秒間隔で移動する
。この枠の移動速度は、当初の段階においては5〜IO
秒ごとに移動させ、慣れるに従って2〜3秒ごとに移動
させる(図示しない調整手段を設けておく)。
When the screen shown in FIG. 3(A) is displayed on the presentation monitor 8, a cursor (a rectangular frame in this embodiment) as shown in the figure is displayed.
moves from the leftmost column to the rightmost column at intervals of several seconds. The movement speed of this frame is 5 to IO at the initial stage.
Move it every second, and as you get used to it, move it every 2 to 3 seconds (adjustment means (not shown) is provided).

いま、第3図(A)に示すように、「す」行を示す列に
カーソルCが到来したとき、患者Pが画面の右端に表示
されている入力マーク10(矩形の枠により目の形を取
り囲んでいる部分)を200 ミリ秒以上にわたって注
視したものとする。すると、眼球運動センサ2および眼
球運動解析器4によりその旨が検知され、処理装置6は
「す」行の文字列が患者Pによって選択されたことを知
らせる。
Now, as shown in FIG. 3(A), when the cursor C arrives at the column indicating the "S" row, the patient P will be able to see the input mark 10 displayed at the right end of the screen (the shape of the eye is marked by a rectangular frame). (surrounding the area) for 200 milliseconds or more. Then, the eye movement sensor 2 and the eye movement analyzer 4 detect this fact, and the processing device 6 notifies the patient P that the character string in the "S" line has been selected.

すると、処理装置6は次に第4図に示すように、「す」
行のみを提示用モニタ8に表示する。
Then, as shown in FIG.
Only the lines are displayed on the presentation monitor 8.

この場合にも、矩形の枠で表示されるカーソルCは左端
から数秒間隔おきに右端へと順次移動していく。第4図
に示すこの例では、カーソルCが片仮名文字「ソ」を指
示したとき、患者Pが入力マークIOを200 ミリ秒
以上にわたって注視したものとする。このことにより、
処理装置6は文字「ソ」が指定Sれたものと判断して、
提示用モニタ8の所定領域(図示せず)にこの文字「ソ
」を表示し、再び、第3図(A)に示す表示画面に戻す
In this case as well, the cursor C displayed in a rectangular frame sequentially moves from the left end to the right end at intervals of several seconds. In this example shown in FIG. 4, it is assumed that when the cursor C points to the katakana character "so", the patient P gazes at the input mark IO for more than 200 milliseconds. Due to this,
The processing device 6 determines that the character "S" has been designated S,
This character "S" is displayed in a predetermined area (not shown) of the presentation monitor 8, and the screen is returned to the display screen shown in FIG. 3(A).

以上の動作を繰り返すことにより患者Pは所望の文章を
作成し、あるいは訂正、消去等を行い、その後にプリン
タ等による印字を行わせることができる。
By repeating the above operations, the patient P can create a desired sentence, or make corrections, deletions, etc., and then print it out using a printer or the like.

また、上述した各々の画面に示す「訂正」は文字1文字
を訂正する命令、「消去」は文字の消去を指示する命令
、「呼出」はナースコールを行うための命令、「空白」
は文章作成の際文字間に空白を挿入する命令、「制御」
はこれを選択することにより別途提示される所定のメニ
ュー画面(図示せず)から所望の制御(例えば、照明器
具のオン/オフやテレビのオン/才))を指示するため
の命令、「印字」は作成した文章のプリントアウトを行
うための命令である。
In addition, "Correction" shown in each of the above screens is an instruction to correct a single character, "Erase" is an instruction to erase a character, "Call" is an instruction to make a nurse call, and "Blank" is an instruction to delete a character.
is an instruction to insert spaces between characters when creating sentences, "control"
is a command for instructing the desired control (for example, turning on/off lighting equipment or turning on/off the television) from a predetermined menu screen (not shown) that is separately presented by selecting this. ” is a command to print out the created text.

第3図(A)、(B)および第4図に示した画面は、そ
の右端に入力マークlOが表示されている場合を示した
。この場合は、患者Pの目が安静状態(ポーラと見てい
る状態)にあるときに提示用モニタ8の左半分を見てい
ることを前提としたものであり、特定のカーソル位置に
おける文字を選択する時にのみ右端の入力マーク10を
患者Pが注視することを期待した提示画面である。換言
すれば、患者Pの目が安静状態にあるとき、常に入力マ
ークlOの付近を見ているようでは、入力誤りを生じる
原因ともなり不都合である。
The screens shown in FIGS. 3A, 3B, and 4 show the case where an input mark 1O is displayed at the right end. In this case, it is assumed that the patient P's eyes are in a resting state (looking at Pola) and looking at the left half of the presentation monitor 8, and the character at a specific cursor position is This is a presentation screen in which the patient P is expected to gaze at the input mark 10 at the right end only when making a selection. In other words, if the patient's P's eyes are in a resting state and are always looking near the input mark IO, this is inconvenient and may cause input errors.

そこで、このような場合には第5図に示すように、入力
マーク10を画面の左端に表示させ、目が安静状態にあ
るときには入力マーク10を見ないようにすることがで
きる。
Therefore, in such a case, as shown in FIG. 5, the input mark 10 can be displayed at the left end of the screen so that the input mark 10 is not seen when the eyes are in a resting state.

次に、本発明の重要な動作原理である「眼球運動の検出
Jについて、より詳細な説明を行う。
Next, a more detailed explanation will be given of "eye movement detection J" which is an important operating principle of the present invention.

眼球の木質的な性能として一点のみを固視することは極
めて困難であり、その視線は絶えず動いているものであ
る(固視微動)。そこで、静止画を見たときに生じる注
視成分とその他の成分とを実験的に求めると、第6図に
示すような結果が得られる。第6図に示す横軸はある静
止画を見たときに生じる眼球運動の速度(deg/5e
e)を、縦軸はその生起率(%)を表している。本図か
ら明らかなように、注視成分は殆ど5度/秒以内に含ま
れている。従って、眼球運動速度の閾値vthを5度/
秒と設定することにより、注視成分と運動成分とを鮮明
に分離することが可能である。
Due to the wooden nature of the eyeballs, it is extremely difficult to fixate on just one point, and the line of sight is constantly moving (fixation micromovement). Therefore, when the gaze component and other components that occur when viewing a still image are experimentally determined, the results shown in FIG. 6 are obtained. The horizontal axis shown in Figure 6 is the speed of eye movement (deg/5e) that occurs when viewing a certain still image.
e), and the vertical axis represents its occurrence rate (%). As is clear from this figure, most of the gaze components are included within 5 degrees/second. Therefore, the eye movement speed threshold vth is set to 5 degrees/
By setting the time to seconds, it is possible to clearly separate the gaze component and the movement component.

上述の実験結果から明らかなように、視線が注視点を一
時的に通りすぎたとしても、その事実をもって直ちに眼
球がその注視点を見たものと判定することはできないこ
とになる。従って、視線が提示用モニタ8の入力マーク
10に一時的に達したとしても、患者Pがその入力マー
ク10を見たものと判断することはできない。
As is clear from the above-mentioned experimental results, even if the line of sight temporarily passes the point of fixation, it cannot be immediately determined that the eyeball has seen the point of fixation based on this fact. Therefore, even if the line of sight temporarily reaches the input mark 10 on the presentation monitor 8, it cannot be determined that the patient P has seen the input mark 10.

また逆に、視線が固視微動により入力マークlOを一時
的にはみだしたとしても、いま眼球の位置検出を50ミ
リ秒ごとに行うものと仮定した場合、dth = Vt
h Xサンプル周期 = 5 (deg/5ee) X 50(msec)=
 0.25(deg) により規定される半径を有する円内に視線がある場合に
は、眼球が注視点(入力マーク10)を見ているものと
する。すなわち、第7図に示すように、次のサンプル点
が(眼球運動速度の閾値vth ) x (サンプル周
M)で規定される円周内にあるとき、円の中心にある注
視点を見ているものと判定する。よって、■サンプル時
間内にこの円周外の点まで視線が動いたときには、注視
点をはずれたものと判断する。
Conversely, even if the line of sight temporarily goes beyond the input mark IO due to visual fixation micromovements, if we assume that the eyeball position is detected every 50 milliseconds, then dth = Vt.
h X sample period = 5 (deg/5ee) X 50 (msec) =
If the line of sight is within a circle having a radius defined by 0.25 (deg), it is assumed that the eyeball is looking at the point of fixation (input mark 10). In other words, as shown in Fig. 7, when the next sample point is within the circumference defined by (threshold value of eye movement velocity vth) x (sample circumference M), look at the gaze point at the center of the circle. It is determined that there is. Therefore, when the line of sight moves to a point outside the circumference within the sample time, it is determined that the point of gaze has been missed.

本発明では、かかる認識の下に、患者Pが提示用モこ夕
8の入力マーク1oを注視したか否かを判断するもので
ある。
In the present invention, based on such recognition, it is determined whether or not the patient P has gazed at the input mark 1o of the presentation monitor 8.

かくして、視線が注視点(入力マーク10)を通り過ぎ
たにすぎない場合はその眼球運動速度が5度/秒以上と
なるので、第7図に示す半径dthで囲まれた円の範囲
外となり、カーソルCで囲まれた部分の文字が選定され
たものとは判断しない。
Thus, if the line of sight only passes the gaze point (input mark 10), the eye movement speed will be 5 degrees/second or more, so it will be outside the range of the circle surrounded by the radius dth shown in FIG. It is not determined that the characters surrounded by cursor C have been selected.

第8図は、眼球運動センサ2(第1図参照)の構成を示
す模式図である。本図は眼球を頭頂部から見た状態を模
式的に示すものであり、”12’”は赤外線発光ダイオ
ード(LED) 、  “’14”および°゛】θ°°
は眼球の角膜から反射される赤外線を検知するフォトト
ランジスタである。そして、白目と黒目の光反射率の違
いにより生ずるこれらのフォトトランジスタ14および
16から得られる出力電圧の差に基づき、黒目の位置(
すなわち、眼球の位置)を検出する。本図から明らかな
ように、黒目が中心にある場合にはフォトトランジスタ
14.18に入射する光量(反射光の)が同一となるの
で、同一レベルの出力が得られることになる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the eye movement sensor 2 (see FIG. 1). This figure schematically shows the eyeball viewed from the top of the head, where "12" is an infrared light emitting diode (LED), "14" and °゛]θ°°
is a phototransistor that detects infrared rays reflected from the cornea of the eyeball. The position of the iris (
That is, the position of the eyeball) is detected. As is clear from this figure, when the iris is in the center, the amount of light (reflected light) incident on the phototransistors 14 and 18 is the same, so that outputs of the same level are obtained.

第8図に示した眼球運動センナの出力に基づいて、患者
Pが入力マークIOを注視したか否かを判断するための
ハードウェア構成を第9図に示す。なお、以下では理解
を容易にするため、黒目が中心にあるとき(第8図参照
)患者Pが第3図(A)の入カマークエ0を注視してい
るものとして説明をすすめる。しかし実際には、前述し
たように、入力マーク10は安静状態において患者Pが
見ている場所ではないので、入力マーク10を注視した
とき後述する差動増幅器24の出力が零レベル出力とな
るよう、例えば増幅器にオフセットを与えるなど回路上
の配慮を行う必要がある。
FIG. 9 shows a hardware configuration for determining whether or not the patient P gazed at the input mark IO based on the output of the eye movement sensor shown in FIG. In order to facilitate understanding, the explanation below will be based on the assumption that the patient P is gazing at input mark 0 in FIG. 3(A) when the iris of the eye is in the center (see FIG. 8). However, in reality, as mentioned above, the input mark 10 is not the place that the patient P is looking at in a resting state, so when the patient P looks at the input mark 10, the output of the differential amplifier 24, which will be described later, becomes a zero level output. , it is necessary to take circuit considerations such as giving an offset to the amplifier.

第9図において、破線で囲んだ左側に示す部分は眼球運
動検出センサ2および眼球運動解析器4からなる眼球運
動検出器全体を示す。ここで、先に述べたように、  
”12”はLED、” 14 ”および”18’”はフ
ォトトランジスタである。また、”18”および” 2
0 ”はサンプル/ホールド回路、”22”は2 kH
zの発振周波数を有する発振器、′°24′’ハ[il
+増dPjAN、’ 213” ハ1 kHz 以下(
7)信号を通過させるローパスフィルタ、°27”はゲ
イン調整用の増幅器である。
In FIG. 9, the part shown on the left surrounded by a broken line shows the entire eye movement detector consisting of the eye movement detection sensor 2 and the eye movement analyzer 4. Here, as mentioned earlier,
"12" is an LED, and "14" and "18'" are phototransistors. Also, “18” and “2”
0” is sample/hold circuit, “22” is 2 kHz
An oscillator with an oscillation frequency of z, '°24''
+Increase dPjAN, '213'' H1 kHz or less (
7) A low-pass filter that passes the signal, °27'' is an amplifier for gain adjustment.

処理装置において、” 2 B ”は50ミリ秒のサン
プル間隔で12ビツトのディジタル信号を送出するA/
D変換器、“30′”はlサンプル周期だけ前回のサン
プリング出力を保持するラッチ回路、“′32”はラッ
チ回路32の出力からA/Il変換器2BのtB力を差
し引くディジタル演算器、′34′”はディジタル演算
器32の出力が基準値回路36より送出される基準値R
1より小さい場合にのみレベルrl」のパルスヲ送出す
るコンパレータ、38°゛はコンパレータ34からレベ
ルrlJのパルスが送出される都度それを累積加算して
計数するカウンタ、” 40 ”はカウンタ38の計数
値が基準値回路42からの基準値R2を越えたときに読
み取り指示信号を送出するコンパレータであり、いずれ
も処理装置6(第2図参照)に含まれている。
In the processing unit, "2B" is an A/B that sends out a 12-bit digital signal with a sample interval of 50 milliseconds.
A D converter, "30'" is a latch circuit that holds the previous sampling output for l sample periods, "32" is a digital arithmetic unit that subtracts the tB power of the A/Il converter 2B from the output of the latch circuit 32,'34''' is the reference value R from which the output of the digital arithmetic unit 32 is sent from the reference value circuit 36.
A comparator that sends out a pulse of level rl only when it is smaller than 1, 38° is a counter that cumulatively adds up and counts each time a pulse of level rlJ is sent out from the comparator 34, and 40 is the counted value of the counter 38. This is a comparator that sends out a read instruction signal when R2 exceeds the reference value R2 from the reference value circuit 42, and both are included in the processing device 6 (see FIG. 2).

次に、上記回路の動作を説明する。Next, the operation of the above circuit will be explained.

患者Pが提示用モニタ8を見ることにより、黒目の位置
(水平方向における位置)に対応した直流出力信号がフ
ォトトランジスタ14.18から得られる。これら出力
信号はサンプル/ホールド回路18.20によってサン
プルホールドされ、差動増幅器24に導入される。従っ
て、眼球の黒目が完全に中央にあるときには、差動増幅
器24から零レベルの眼球運動検出出力が得られる。
When the patient P looks at the presentation monitor 8, a DC output signal corresponding to the position of the iris (position in the horizontal direction) is obtained from the phototransistor 14.18. These output signals are sampled and held by sample/hold circuits 18 and 20 and introduced into differential amplifier 24. Therefore, when the iris of the eyeball is perfectly centered, a zero level eye movement detection output is obtained from the differential amplifier 24.

差動増幅器24の出力はローパスフィルタ26を介して
不要なノイズ成分が除去され、ゲイン調整用増幅器27
に導入される。この増幅器27は、黒目が左右にそれぞ
れ15度だけ動いたとき+5ボルトおよび−5ボルトの
出力が得られるよう予め調節しておく。すなわち、増幅
器27の出力電圧は+5ポルト〜−5ボルトの範囲を有
するよう予め調整しておく。
The output of the differential amplifier 24 is passed through a low-pass filter 26 to remove unnecessary noise components, and then passed through a gain adjustment amplifier 27.
will be introduced in This amplifier 27 is adjusted in advance so that outputs of +5 volts and -5 volts are obtained when the iris moves by 15 degrees to the left and right, respectively. That is, the output voltage of the amplifier 27 is adjusted in advance to have a range of +5 volts to -5 volts.

A/D変換器28は12ビツトのディジタル信号を出力
するので、4086レベルの状態を判別することが可能
である。本実施例では、黒目が左右にそれぞれ15度(
合計30度)移動した場合を想定しているので、ディジ
タル信号化することにより、30(deg) + 4H
f3= O,GO?(deg)の分解能が得られる。
Since the A/D converter 28 outputs a 12-bit digital signal, it is possible to determine the state of 4086 levels. In this example, the iris is 15 degrees to the left and right (
Since it is assumed that the distance is moved by a total of 30 degrees, by converting it into a digital signal, 30 (deg) + 4H
f3 = O, GO? (deg) of resolution can be obtained.

また、第7図に関して述べたとおり、 vth xサンプル周期 により規定される円の半径dthは、 5  (deg/5ec)  X 50(msec)=
 0.25(deg)となる。これをディジタル値で表
すと、ディジタル化した場合の分解能が0.007(d
eg)であるので、 0.25(deg)  ÷0.007(deg)=34
   ・・・lO進表示 −toooto   ・・・2進表示 となる。よって、コンパレータ34に導入する基準値R
1は°゛3じ (2進表示では100010)に設定す
ればよい。
Also, as mentioned in relation to Figure 7, the radius dth of the circle defined by vth x sample period is 5 (deg/5ec) x 50 (msec) =
It becomes 0.25 (deg). Expressing this as a digital value, the resolution when digitized is 0.007 (d
eg), so 0.25 (deg) ÷ 0.007 (deg) = 34
. . . 1O decimal display - toooto . . . Binary display. Therefore, the reference value R introduced into the comparator 34
1 may be set to °゛3 (100010 in binary representation).

ディジタル演算器32の出力が’34”以下である場合
には、眼球が注視点(すなわち入力マークlO;第3図
(A)参照)を見たことになるので、レベルrlJのパ
ルスが出力される。
If the output of the digital arithmetic unit 32 is '34'' or less, it means that the eyeball has seen the gaze point (that is, the input mark lO; see FIG. 3(A)), so a pulse of level rlJ is output. Ru.

但し、本実施例では、患者Pが200ミlJ秒以−にに
わたって入力マーク10を注視した場合に限り、カーソ
ルの指示位置を判別するよう構成しであるので、4個の
出力パルスがコンパレータ34から送出された時点(2
00ミリ秒経過に相当する)をもって、処理装置6のC
PU(図示せず)にカーソル位置の文字等を読み取らせ
る。従って、コンパレータ40に導入する基準値R2と
して、R2=4に設定しておく。
However, in this embodiment, the indicated position of the cursor is determined only when the patient P gazes at the input mark 10 for 200 milliJ seconds or more, so four output pulses are sent to the comparator 34. The time when it is sent from (2
(corresponding to the elapse of 00 milliseconds), the C of the processing device 6
The PU (not shown) is made to read the character, etc. at the cursor position. Therefore, the reference value R2 introduced into the comparator 40 is set to R2=4.

マタ、 R2<4.すなわち入力マークlOを注視した
時間が200ミリ秒に満たずしてディジタル演算器32
の出力が“34゛を越えたとき、この場合には患者Pが
意志表示(入力÷−り10を注視すること)を途中で取
り消したものと判断し、コンパレータ34からリセッ)
・パルスをIll力してカウンタ38の計数値を零にリ
セットする。
Mata, R2<4. In other words, the digital arithmetic unit 32
When the output exceeds 34゛, in this case, it is determined that the patient P has canceled the expression of intention (gazing at the input divided by 10) midway through, and the comparator 34 resets the signal.
- Apply a pulse to reset the count value of the counter 38 to zero.

なお、これまで説明した実施例においては、水平方向に
おける眼球の運動についてのみ検出するようセンサを配
列したが、眼球の−1−下方向の動きを検出するセンサ
を併設することにより、2次元的な注視位置を瞬時に特
定することも可能である。
In the embodiments described so far, the sensors were arranged to detect only the movement of the eyeball in the horizontal direction, but by adding a sensor that detects the movement of the eyeball in the downward direction, two-dimensional It is also possible to instantly identify the gaze position.

また、上記実施例では、医療分野における応用について
説明してきたが、頭の位置が固定されており且つ黒目の
みが動かせるという条件下にある通常の健康状態にある
人(例えば、ロケット打ち」−げ時における宇宙飛行士
)にも適用して、眼球の動きのみによる意志疎通および
種々の制御を行うことも可能である。
Furthermore, in the above embodiments, applications in the medical field have been explained, but it is also possible to use a person in normal health whose head position is fixed and only the black eye can move (for example, a rocket shooter). It is also possible to apply this to astronauts (of the time) to communicate and perform various controls using only eye movements.

更に、頭の位置を固定し得ない場合にも、頭頂部または
額に超小型テレビカメラ(CCOカメラなど)を装着し
、その映像出力を判別することにより頭部の動きを検出
し、これにより眼球の動きを補償してもって眼球の動き
による意志伝達ないし各種制御等を行うことも可能であ
る。
Furthermore, even when the head position cannot be fixed, head movements can be detected by attaching an ultra-compact television camera (such as a CCO camera) to the top of the head or forehead and determining the video output. It is also possible to communicate intentions or perform various controls by compensating for the movement of the eyeballs.

最後に、かかる場合の応用例について概説を行う。Finally, we will outline examples of applications in such cases.

第1に、放送システムへの応用例を示す(第10図参照
)。
First, an example of application to a broadcasting system will be shown (see FIG. 10).

カメラマンやVTR担当者、あるいはアメダスなどのグ
ラフィック画面担当者はタリーランプの点灯状態によっ
て当該画面がオンエア中であることを知ることができる
。しかし、オンエアされていないときには、自分のカメ
ラなどがいつスイッチされるか判らない状態にある。そ
こで、プロデューサーやテクニカルディレクターの視線
の動きを逐一カメラのビューファインダーなどに提示す
ることができれば、自分のカメラなどがスイッチされる
タイミングをいち早くかつ適確に知ることができ、スタ
ンバイ中にも安心してカメラワーりの移動や画像の調整
ができることになる。
A cameraman, a person in charge of a VTR, or a person in charge of a graphic screen such as AMeDAS can know that the screen in question is on air by the lighting state of the tally lamp. However, when they are not on air, they do not know when their cameras will be switched on. Therefore, if it were possible to display the producer's or technical director's line of sight movements point by point on the camera's viewfinder, they would be able to quickly and accurately know when their own camera, etc., will be switched on, and they would be able to do so with peace of mind even during standby. This will allow you to move the camera and adjust the image.

かかる要求に対処するために、プロデューサーあるいは
テクニカルディレクターに1球運動センサHおよび超小
型カメラ■を装着させ、カメラの出力をフレーム演算し
て頭の動きを検出し、眼球(黒目)の動きとの差を取る
ことにより相対的な視線の移動量を求め、注視対象物を
特定することが可能である。この場合には、視線の位置
とモニタ類(モニタテレビA−G)との関係を注視対象
判定部に予め記憶させておき、視線がどのモニタを注視
しているかを判定するための基準とする必要がある。
In order to meet these demands, the producer or technical director is equipped with a single-ball motion sensor H and an ultra-compact camera■, which calculates the frame output of the camera to detect head movements and compare them with the movements of the eyeballs (black eyes). By taking the difference, it is possible to determine the relative movement amount of the line of sight and specify the object of gaze. In this case, the relationship between the position of the line of sight and the monitors (monitor TVs A to G) is stored in advance in the gaze target determination unit, and is used as a standard for determining which monitor the line of sight is gazing at. There is a need.

第2に、監視システムへの応用例を示す(第11図参照
)。
Second, an example of application to a monitoring system will be shown (see FIG. 11).

この場合にも、モニタテレビやメータ類に対する監視熟
練者の視線の動きを予め記憶させておく必要がある。但
し、監視対象が正常であるときの対応のみならず、緊急
時における視線の動きも併せ記憶させておく必要がある
。本例では、第11図の右側に示すように、監視カメラ
のみを備えた無大監視システムを構成し、既に記憶され
た人間の視線の動きを再現し、そのことにより、各種場
面に対応した監視を行う。
In this case as well, it is necessary to memorize in advance the movement of the line of sight of the monitoring expert with respect to the monitor television and meters. However, it is necessary to memorize not only the response when the monitored object is normal, but also the movement of the line of sight in an emergency. In this example, as shown on the right side of Figure 11, we configure an infinite surveillance system equipped only with surveillance cameras, reproduce the movement of the human gaze that has already been memorized, and thereby respond to various situations. Perform monitoring.

第3に、ガードマンなどとしての機能を果たす監視ロボ
ットへの応用例を示す(第12図参照)。
Third, an example of application to a monitoring robot that functions as a guard will be shown (see FIG. 12).

第2の応用例の場合と同じく、熟練者の視線の動きを予
め記憶させ、その機能をロボットの目(カメラ)に持た
せることにより、ロボットの動きを制御するものである
。かかるシステムを構成することにより、原子炉内の安
全監視など人間が立ち入れない所で状態監視のための有
力な手段となる。
As in the case of the second application example, the movement of the robot is controlled by storing the movement of the line of sight of an expert in advance and giving that function to the robot's eyes (camera). By configuring such a system, it becomes an effective means for monitoring conditions in places where humans cannot enter, such as safety monitoring inside a nuclear reactor.

し効 果コ 以上述べたとおり、本発明によれば、アイカメラのよう
に単に視線の動きを追跡検知するのみではなく、特定の
注視点に対して実際に注視しているか否かをいち早く識
別することができるので、例えば電気的スイッチを押す
などの機械的操作を一切伴うことなく特定人の意志を第
三者に伝え、あるいは特定人の意志に従った各種の制御
を被制御対象に行わせるなど、従来具られなかった格別
の機能を実現させることができる。
Effects As described above, the present invention not only tracks and detects the movement of the line of sight like an eye camera, but also quickly identifies whether or not the user is actually gazing at a specific gaze point. For example, it is possible to convey the will of a specific person to a third party without any mechanical operation such as pressing an electrical switch, or to perform various types of control on a controlled object according to the will of a specific person. It is possible to realize special functions that were not previously available, such as the ability to

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

第1図は本発明を適用した意志伝達装置の使用態様例を
説明する図、 第2図は第1図に示した一実施例の全体構成を示すブロ
ック図、 第3図(A)および(B)、第4図、第5図はそれぞれ
提示用モニタの表示画面を示す図、 第6図は静1F画を見たときの眼球運動速度分布を示す
線図、 第7図は注視点の定義について説明する図、第8図は眼
球運動センサの構成図、 第9図は患者が提示用モニタの入力マークを注視したか
否かを判別するためのハードウェアを示すブロック図、 第1θ図〜第12図は本発明の詳細な説明する図、 第13図は従来技術を示す図である。 2・・・眼球運動センサ、 4・・・眼球運動解析器、 6・・・処理装置、 8・・・提示用モニタ、 10・・・入力マーク、 12・・・発光ダイオード、 14.16・・・フォトトランジスタ、18.20・・
・サンプル/ホールド回路、22・・・発振器(2kH
z)、 24・・・差動増幅器、 26・・・ローパスフィルタ(1kHz)、27・・・
ゲイン調整用増幅器、 28・・・A/D変換器、 30・・・ラッチ回路、 32・・・ディジタル演算器、 34・・・コンパレータ、 36・・・基準値回路(R1)、 38・・・カウンタ、 40・・・コンパレータ、 42・・・基準値回路(R2)、 P・・・患者、 C・・・カーソル、 vth・・・眼球運動速度の闇値(5度/秒)、dth
・・・ある注視点から次のサンプル点までに到達する範
囲(dtb =Vt h×サンプル周期)であって、 このdthを半径とする円内にサ ンプル点が存在するときは、入 力マークlOを見ているものと判 代 理 人   弁理士 谷   義 −第1図 第8図 第13図
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the usage of an intention communication device to which the present invention is applied, FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment shown in FIG. 1, and FIGS. 3(A) and ( B), Figures 4 and 5 are diagrams showing the display screen of the presentation monitor, Figure 6 is a diagram showing the eye movement velocity distribution when viewing a still 1F image, and Figure 7 is a diagram showing the gaze point. A diagram explaining the definition, Fig. 8 is a configuration diagram of the eye movement sensor, Fig. 9 is a block diagram showing the hardware for determining whether or not the patient has gazed at the input mark on the presentation monitor, Fig. 1θ - Figures 12 are diagrams explaining the present invention in detail, and Figure 13 is a diagram showing the prior art. 2... Eye movement sensor, 4... Eye movement analyzer, 6... Processing device, 8... Presentation monitor, 10... Input mark, 12... Light emitting diode, 14.16. ...Phototransistor, 18.20...
・Sample/hold circuit, 22... oscillator (2kHz
z), 24...Differential amplifier, 26...Low pass filter (1kHz), 27...
Gain adjustment amplifier, 28... A/D converter, 30... Latch circuit, 32... Digital arithmetic unit, 34... Comparator, 36... Reference value circuit (R1), 38...・Counter, 40... Comparator, 42... Reference value circuit (R2), P... Patient, C... Cursor, vth... Dark value of eye movement speed (5 degrees/second), dth
...If the sample point exists within a circle whose radius is this dth in the range from a certain point of gaze to the next sample point (dtb = Vth x sample period), input mark lO is What you see and the judge Patent attorney Yoshi Tani - Figure 1 Figure 8 Figure 13

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)意志を伝達しようとする者に情報を提示する情報提
示手段と、該情報提示手段に提示された情報が意志伝達
者の意図した情報であるときに意志伝達者が注視するよ
うに設けられ有限の枠で囲まれた注視面と、該注視面を
意志伝達者が注視しているか否かを検出するための眼球
運動検出器とを備え、前記情報提示手段に提示された情
報が意志伝達者の意図した情報であるとき意志伝達者が
前記注視面を注視することに基づいて生ずる前記眼球運
動検出器の出力を人間に認識し得る情報に変換しあるい
は電気信号のままで意志伝達者の意図する情報として取
り出し、被意志伝達者または被制御装置にそれぞれ意志
伝達者の意志または該意志に基づいて制御を行うための
制御信号として伝達するようにしたことを特徴とする意
志伝達装置。 2)特許請求の範囲第1項に記載の意志伝達装置におい
て、前記情報提示手段は陰極線管からなり、該陰極線管
の画像表示面に1個の情報について識別可能な形態で複
数の情報を同時に提示するようにして、前記識別可能な
形態で提示された情報に対して意志伝達者が前記注視面
を注視しているゆえの出力が前記眼球運動検出器から生
じたとき、前記陰極線管の画像表示面に前記識別可能な
形態で提示された情報のみを残し、他を消去して提示す
るようにしたことを特徴とする意志伝達装置。 3)特許請求の範囲第1項または第2項に記載の意志伝
達装置において、前記眼球運動検出器により意志伝達者
が前記注視面を注視しているか否かを検出するにあたっ
ては、所定の注視点を中心として半径がほぼ{眼球運動
速度の閾値(5度/秒)}×{所定の注視点にあったと
きから次の注視点となるまでの時間間隔}の範囲内で注
視点が変動したとしても、その変動を無視して前記所定
の注視点を注視しているものと見なすようにしたことを
特徴とする意志伝達装置。 4)特許請求の範囲第1項に記載の意志伝達装置におい
て、前記眼球運動検出器は、意志伝達者の頭部の動きに
より補償して真の眼球の動きのみを検出するようにした
ことを特徴とする意志伝達装置。 5)特許請求の範囲第1項に記載の意志伝達装置におい
て、前記情報提示手段と前記注視面とを同一手段で構成
したことを特徴とする意志伝達装置。
[Scope of Claims] 1) Information presentation means for presenting information to a person who intends to convey an intention, and when the information presented to the information presentation means is information intended by the intention communicator, the intention communicator The information presentation device is provided with a gaze plane provided to be gazed and surrounded by a finite frame, and an eye movement detector for detecting whether or not the person communicating the intent is gazing at the gaze plane, and presented to the information presentation means. When the information conveyed is the information intended by the communicator, the output of the eye movement detector generated when the communicator gazes at the gaze plane is converted into information that can be recognized by humans or converted into an electrical signal. The information is extracted as information intended by the person communicating the intention, and is transmitted to the person to whom the intention is communicated or the controlled device, respectively, as the intention of the person communicating the intention or as a control signal for performing control based on the intention. An intention communication device. 2) In the communication device according to claim 1, the information presentation means is composed of a cathode ray tube, and a plurality of pieces of information are simultaneously displayed on the image display surface of the cathode ray tube in a form that allows one piece of information to be identified. When an output is generated from the eye movement detector because the communicator is gazing at the gaze plane in response to the information presented in the discernible form, the image of the cathode ray tube is displayed. An intention communication device characterized in that only the information presented in the discernible form is left on the display screen, and the other information is erased and presented. 3) In the intention communication device according to claim 1 or 2, in detecting whether or not the person communicating the intention is gazing at the gaze plane using the eye movement detector, a predetermined observation is performed. The point of gaze changes within a radius of approximately {threshold of eye movement speed (5 degrees/second)} x {time interval from when the eye is at a given point of gaze to when it becomes the next point of gaze} with the viewpoint as the center. Even if the change occurs, the intention communication device is configured to ignore the fluctuation and consider that the predetermined gaze point is being gazed at. 4) In the intention communication device according to claim 1, the eye movement detector is configured to compensate for the movement of the head of the person communicating the intention so as to detect only the true movement of the eyeballs. Characteristic communication device. 5) The intention communication device according to claim 1, wherein the information presentation means and the viewing surface are constructed by the same means.
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