JPH05303465A - 一体形入出力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】頭部に装着できるような小型表示装置２と、こ
れと一体となるよう構成された視線検出装置３と、この
視線検出装置によって検出された視線方向から画面上の
視点の位置を算出する視点算出部１１と、算出された視
点に視点カーソルを表示する手段１２と、視点カーソル
の指している位置の項目に対してオペレータが選択また
は入力の指示を与えるための手元スイッチ５とを設け
た。 【効果】表示装置と入力装置を一体化し頭部に装着して
使用できるため、携帯利用に適し、また、机上スペース
の無い場合でもコンピュータ機器を操作できる。同時
に、従来の視線検出による入力方式の問題点であった、
オペレータの頭部の位置を固定したり、オペレータとデ
ィスプレイの距離や頭部の移動量を常時測定するなどの
繁雑さも軽減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オペレータの視線を検
出してデータの入力を行う入力装置と、頭部に装着して
使用可能な小形表示装置とを組合せた、小形の一体形入
出力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オペレータの視線を検出してデータ入力
を行う従来技術は、例えば、特開昭５９−１３９４３３
号、特開昭６４−４６１２２号、特開平１−２５８１１
７号公報がある。いずれも、表示装置として机上等に設
置して使用する比較的大型のＣＲＴ等を想定している。

【０００３】一方、小形表示装置は、特開平１−２７９
２８４号や特開平２−１５６２８６号公報に見るような
技術や、液晶ディスプレイ技術により、オペレータの頭
部に装着して使用可能な表示装置が実現されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような視線検出
形の入力装置の場合、表示装置としてＣＲＴ等を使用し
ているため、携帯利用に耐え得るような小型・軽量の入
出力システムを構築するのは困難であった。

【０００５】さらに、眼球の回転方向、及び、角度から
管面上の視点移動距離を算出するために、ＣＲＴとオペ
レータとの距離や、頭部の動きによる視点の変化を補償
するために頭部の移動量を常時測定したり、頭部を固定
してしまう、などといった手段が必要であった。

【０００６】本発明の目的は、視線検出装置と表示装置
とが分離していることに起因する上記の欠点を克服し、
また、その過程で達成される小型・軽量化により机上ス
ペースを必要としない携帯型の一体形入出力装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では頭部に装着できるような小型表示装置
と、これと一体とにるように構成された視線検出装置
と、この視線検出装置によって検出された視線方向から
画面上の視点の位置を算出する視点算出部と、算出され
た視点に視点カーソルを表示する手段と、視点カーソル
の指している位置の項目に対してオペレータが選択また
は入力の指示を与えるための手元スイッチとを設けた。

【０００８】

【作用】上記小型表示装置は、接続されたコンピュータ
等の出力を表示し、視線検出装置、視点算出部によって
検出された視点位置に視点カーソル表示手段で発生させ
た視点カーソルを表示する。視線検出装置は、眼球の動
きを検知してその移動量に応じた信号を視点カーソル表
示手段へ出力するため、カーソルは常に視点の動きに追
随する。また、手元スイッチのＯＮ／ＯＦＦの発生をコ
ンピュータへ通知することにより、コンピュータはその
時点における視点の座標値からオペレータの入力指示を
解釈することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図を用いて
説明する。

【００１０】図１は本発明のブロック図である。この図
において、１は頭部に装着される一体形入出力装置の主
要部であり、２の小型表示装置、３の視線検出装置、４
の赤外線等による参照光源などから構成される。５は手
元で操作して入力の指示を与えるための手元スイッチで
ある。

【００１１】１０は小型表示装置２を駆動するための表
示制御部であり、１１は視線検出装置３で検出された視
線方向から表示画面上の視点を算出するための視点算出
部、１２はこの視点算出部で求められた視点位置にカー
ソルを表示する視点カーソル表示部、１３はスイッチ５
が押されたか否かを検出するオン／オフ検出部である。
２０は表示制御部１０、視点算出部１１、オン／オフ
検出部１３が接続されるコンピュータであり、各部との
信号の入出力や制御、アプリケーションプログラムの実
行などを司る。２１はオペレータの眼球である。

【００１２】このように構成された本装置の動作につい
て述べる。視線検出装置３は、参照光源４から発せられ
た赤外線のオペレータの眼球２１による反射を捕え、眼
球の回転方向及び回転角を検出する。検出された回転角
及び回転方向は視点算出部１１へ出力し、ここで表示画
面上の座標値（ｘ，ｙ）に変換する。具体的には図２に
示すように、視点移動後の座標（ｘ１，ｙ１）は、眼球
２１の回転角をα１、回転方向をβ１として、

【００１３】

【数１】ｘ１＝ｘ０＋Ｄ×tanα１×cosβ１

【００１４】

【数２】ｙ１＝ｙ０＋Ｄ×tanα１×sinβ１ で求められる。ここで、ｘ０、ｙ０は画面中心点の座標
値であり、Ｄは眼球２１から小型表示装置２による画像
の結像位置までの距離であり、後述するキャリブレーシ
ョンにより求められる。

【００１５】視点カーソル表示部１２は、視点算出部１
１で求めた視点座標位置に、カーソルパターンをコンピ
ュータ２０の出力する画像にオーバレイして表示する。
こうして、オペレータの目の動きに追随してその視点位
置にカーソルを表示することを実現できる。

【００１６】表示制御部１０は、コンピュータ２０の出
力する画像データ、あるいは、視点カーソル表示部１２
に出力するカーソルパターンデータをストアし、小型表
示装置２を制御する信号に変換して出力する。手元スイ
ッチ５は、通常のマウスにおけるボタンに相当するもの
であり、画面上のメニューのクリックやアイコンのドラ
ッグなどといった操作を行うために使用する。オン／オ
フ検出部１３は、手元スイッチ５のオン／オフを検出し
てコンピュータ２０へ通知する。例えば、メニューリス
トの中で視点カーソルの置かれたメニュー項目が反転表
示されている状態で、本手元スイッチ５が押されるとオ
ン／オフ検出部１３がその発生をコンピュータ２０へ通
知し、メニュー項目の選択を判定することができる。

【００１７】一般に、マウスを利用するアプリケーショ
ンの場合、複数のボタンを前提にしていることが多く、
本手元スイッチ５も複数の独立したスイッチ（ボタン）
を備えていることが望ましい。

【００１８】さらに、複数のスイッチ（ボタン）を設け
て、そのうちの一つを視点カーソルのオン／オフ用とし
て割当て、視点カーソル表示部１２の動作をオン／オフ
させることにより、利便性を向上させることができる。
これは、視線の向く方に常にカーソルが表示されている
のは時に煩わしく感じられるものであり、ボタン操作一
つでカーソルをオン／オフができれば操作上の疲労感や
不快感を軽減できるからである。また、同様の効果は、
アプリケーションの制御により、入力の必要な時のみカ
ーソルを表示させることも達成できる。

【００１９】このように、小型表示装置２と視線検出装
置３、手元スイッチ５を組合せることにより、小型で机
上スペースを必要としない入出力装置を構成することが
できる。ただし、このままでは通常のキーボードのよう
な文字入力が困難であるが、入力時にキーボードの絵や
文字リストを表示させその中から選択させる。あるい
は、グラフィカルユーザインタフェースの活用により文
字入力の必要性を無くす、などといった方法で問題点を
回避することができる。

【００２０】次に図３を用いて、キャリブレーション、
すなわち、オペレータの眼球２１と画面との距離Ｄを測
定し実際の視点と視点カーソル位置との一致をとる作業
の一例について説明する。まず、手元スイッチ５等にキ
ャリブレーションスイッチを設けておき、システムの立
上げ時、あるいは、視点と視点カーソルとがずれた場合
に、スイッチを押すようにする。キャリブレーションス
イッチが押されると以下のシーケンスを起動する。

【００２１】（１）：画面中央（ｘ０，ｙ０）の位置
（図３のａ）にカーソルを置く。オペレータは自分の視
点をこのカーソルに合せ、その状態で手元スイッチ５の
ボタンを押す。これにより、回転角αおよび回転方向β
が共に０の場合の眼球２１の位置が登録できる。

【００２２】（２）：図２のｂの位置にカーソルを移
す。オペレータは上記と同様に視点を合せた後、ボタン
を押す。この時の回転角α０および回転方向β０（０
゜）を測定することにより、下式より距離Ｄを算出する
ことができる。

【００２３】

【数３】

【００２４】ここで、Ｈは画面の水平方向の画素数を表
わしている。

【００２５】（３）：数２の手順を図３のｃ、ｄ、ｅ点
で繰り返し、求めたＤの平均値を求めることで精度を高
める。この時、ｄ、ｅ点における距離Ｄの算出には、数
１のＨを垂直方向の画素数を表わすＶに置き換える必要
がある。

【００２６】さて、数１、数２および数３の算出方法
は、画素の縦横比が正確に１：１であることを仮定して
いる。しかし、実際はその仮定が成り立たない場合が多
く、水平方向あるいは垂直方向に補正係数を掛けること
が必要になる。例えば、画素の縦横比がγ：１の場合、
ｄ、ｅ点における測定の数１、数２および数３には以下
のような修正が必要である。

【００２７】

【数４】

【００２８】

【数５】ｙ１＝ｙ０＋Ｄ×tanα１×sinβ１／γ 図４は、特開平１−２７９２８４号公報以外で本発明に
利用できる小型表示装置の一例である。この図で、３０
はハーフミラー、３１はレンズ、３２は液晶ディスプレ
イである。液晶ディスプレイ３２は表示制御部１０に接
続され、コンピュータ２０の出力や視点カーソル等を表
示する。液晶ディスプレイによって発せられた光はレン
ズ３１を通り拡大及び平行光化され、ハーフミラー３０
によって反射されてオペレータの目に入る。ハーフミラ
ー３０は、液晶ディスプレイ３２に表示されたコンピュ
ータ２０の出力画面と外界の風景とを重ね合わせて見せ
ることを目的としており、目の疲労の軽減や操作性の向
上に役立つ。

【００２９】図３は本発明の主要部１の外観例を示した
ものである。図３のａでは眼鏡タイプのフレームに主要
部１を固定している。ｂでは頭部に装着するヘアバンド
タイプのフレームにアームを介して主要部１を固定す
る。いずれの場合も、主要部１として頭部に装着する部
分は、小型・軽量で、かつ、その他の部分と接続するた
めの接続線数が少ない事が望ましい。従って、図１に示
した表示制御部１０、視点算出部１１、視点カーソル表
示部１２等を主要部１に含めるか否か、あるいは、その
一部を含めるようにするか、といった判断がこの条件を
満たす上で重要である。すなわち、実現される部品数、
部品サイズ、実装技術、消費電力、信号線の本数等を考
慮した上で最適な決定を下す必要があり、図１は単にそ
の一例を示すに過ぎない。

【００３０】また、図１では、視点算出部１１及び視点
カーソル表示部１２が独立の回路ブロックとして描かれ
ているが、これらの機能の一部あるいは全てをコンピュ
ータ２０のプログラムとしても実現できることは言うま
でもない。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、表示装置と入力装置を
一体化し、頭部に装着して使用できるため、携帯利用に
適し、また、机上スペースの無い場合でもコンピュータ
機器を操作できるという効果がある。

【００３２】同時に、従来の視線検出による入力方式の
問題点であった、オペレータの頭部の位置を固定した
り、オペレータとディスプレイの距離や頭部の移動量を
常時測定する、などといった繁雑さを軽減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図、

【図２】視点の座標値を算出する方法を示す説明図、

【図３】キャリブレーションの手順を示す説明図、

【図４】小形表示装置の一構成を示す断面図、

【図５】

【図６】本発明の異なる実施例の斜視図。

【符号の説明】

２小形表示装置、３視線検出装置、４参照光源、５手元
スイッチ、１０表示制御部、１１視点算出部、１２視点
カーソル表示部、１３オン／オフ検出部、２０コンピュ
ータ、２１オペレータの眼球

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】頭部に装着してコンピュータの出力を表示
   できる小形表示手段と、前記小形表示手段と一体となる
   ように構成され、使用者の視線方向を検出する視線検出
   手段と、前記視線検出手段により検出された視線方向か
   ら前記小形表示手段の画像上の視点を算出する視点算出
   手段と、前記視点算出手段によって算出された視点位置
   に視点カーソルを表示する視点カーソル表示手段と、視
   点カーソルによって指される対象の選択、入力などを指
   示するための一つまたは複数の手元スイッチとから構成
   されることを特徴とする一体形入出力装置。