JPH08266576A - 眼球運動による意思伝達装置 - Google Patents

眼球運動による意思伝達装置

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JPH08266576A
JPH08266576A JP7073038A JP7303895A JPH08266576A JP H08266576 A JPH08266576 A JP H08266576A JP 7073038 A JP7073038 A JP 7073038A JP 7303895 A JP7303895 A JP 7303895A JP H08266576 A JPH08266576 A JP H08266576A
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JP
Japan
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eye
user
eye movement
eyeball
laser pointer
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JP7073038A
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Takesumi Doi
健純 土肥
Makoto Suzuki
真 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 頭部の運動測定が不要で、室内のどこにいて
も使用することのできる眼球運動による意思伝達装置を
提供すること。 【構成】 使用者の眼球の運動を測定する眼球運動測定
装置2と、前記測定結果に基づき光の照射方向を制御す
る光照射装置3からなる眼球運動による意思伝達装置で
あって、この眼球運動測定装置2と光照射装置3を使用
者の頭部に搭載するための装着部4を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高齢者や身体障害者
が、眼球運動を利用して、介護者や介助システムに自分
の意思を伝達することのできる装置に関する。
【0002】
【従来の技術】我が国の高齢社会では、介護者の不足に
伴い、高齢者の在宅における自立生活の促進が課題とな
っている。そのために必要な機器の一つとしてコミュニ
ケーションや、介助ロボット制御等のための意思伝達装
置がある。
【0003】通常は、人間が側にいる人間に意思を伝え
るときは、音声で伝えたり、手指で指し示して行う。し
かし、身体機能の低下が進行するにつれてこれらの意思
伝達手段は利用できなくなる場合がある。そこで、最後
まで残る機能として眼球運動を使用して、手で指し示す
ことの代行とすることが考えられてきた。
【0004】上述の寝たきり患者等を対象とした従来の
眼球運動による意思伝達装置には、診断を目的として頭
部を固定するものがある。さらに、図12に示すような
使用者の頭部を拘束せず、椅子等に座ることで姿勢を安
定させ、視線を検出するため、強膜反射法によるゴーグ
ル型眼球運動測定装置(竹井機器工業製)を採用したも
のがある。本装置では、眼球運動の測定結果をパーソナ
ルコンピュータに取り込み、これを元にガルバノスキャ
ナを駆動し、リアルタイムでレーザスポット位置を制御
することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、診断を目的と
する上記従来の眼球運動測定では頭部を固定している
が、日常的に使用するためには使用上の不快感がある。
また、完全に頭部の運動を自由にするためには、眼球運
動の測定に加え、頭部の運動をも測定する必要が生ずる
が、この場合には、測定項目が増加するため誤差が大き
くなること、さらに頭部運動測定装置を設けていない部
屋等では使用できないという問題がある。
【0006】本発明は、上記従来の眼球運動による意思
伝達装置の欠点を解消し、頭部の運動測定が不要で、室
内のどこにいても使用することのできる眼球運動による
意思伝達装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
使用者の眼球の運動を測定する眼球運動測定装置と、前
記測定結果に基づき光の照射方向を制御する光照射装置
からなる眼球運動による意思伝達装置であって、前記眼
球運動測定装置と前記光照射装置を使用者の頭部に搭載
するための装着部を備えたことを特徴とする。
【0008】請求項2に記載の発明は、前記眼球運動測
定装置と前記光照射装置が一体的に使用者の頭部に装着
されることを特徴とする。
【0009】
【作用】請求項1記載の発明によれば、使用者の眼球の
方向が頭部に対する相対的な方向として測定されるとと
もに、照射方向が使用者の頭部を基準として制御される
ため、光の照射位置は頭部の位置や姿勢に拘らず、使用
者が注視している一点に一致して照射される。
【0010】請求項2記載の発明によれば、前記眼球運
動測定装置と前記光照射装置の相対的な位置関係が変化
しないので、同一の使用者が当該装置を使用する場合に
は、一度較正を行うと以後較正をしないで使用できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明にかかる眼球運動による意思伝
達装置の実施例を図1乃至図11に基づいて説明する。
図1及び図2に示すように、本発明にかかる意思伝達装
置1は、眼球の運動を測定する眼球運動測定装置2と、
この眼球運動の測定結果に基づいて使用者の視線の方向
にレーザ光を照射するレーザポインタ3と、これら眼球
運動測定装置2とレーザポインタ3を使用者の頭部に装
着するための装着部4で構成されている。本装置の使用
者が点Oを注視すると、レーザポインタ3が当該注視点
Oにレーザ光を照射するものである。
【0012】眼球運動測定装置2は、強膜反射法による
ゴーグル型眼球運動測定装置(竹井機器工業株式会社
製)であって、使用者の二つの目の下方に位置する。こ
の強膜反射法を図3を参照して説明する。使用者の斜め
下方には、当該使用者に赤外線を照射するための赤外線
LED2aが設けられている。そして、使用者の片方の
目を4つの領域2b1、2b2、2b3、2b4に分け、各
領域からの反射光量を検出するための図示しないフォト
ダイオード2B1、2B2、2B3、2B4がそれぞれゴー
グルに備えられている。ここで、上側の領域2b1、2
2の反射光量を検出するためのフォトダイオード2
1,2B2は、眼球の水平方向の動きを測定するための
ものであって、眼球の水平方向の運動を測定するための
比較増幅器4Hに結合されている。一方、下側の領域2
3、2b4の反射光量を検出するためのフォトダイオー
ド2B3、2B4は、眼球の垂直方向の動きを測定するた
めに使用され、垂直方向の眼球運動測定用比較増幅器4
Vに結合されている。
【0013】例えば、図4に示すように眼球が右側に寄
った場合、すなわち使用者が左方向を見た場合には、領
域2b1において黒目の占める領域が狭くなり、白目の
占める領域が広くなる。一方、領域2b2においては、
逆に黒目の占める領域が広くなり、白目の占める領域が
狭くなる。その結果、領域2b1の方が領域2b2に比較
して反射光量が多くなり、フォトダイオード2B1の発
生する電圧は、フォトダイオード2B2より大きくな
る。この電圧を比較増幅器4Hを介して差分し、水平方
向の使用者の眼球の位置を電圧値で表すことができる。
【0014】図5は、使用者が下を向いた場合の目の状
態を示している。この場合には、領域2b3、2b4とも
に図3の正面を向いた場合に比較して黒目の占める領域
が広くなるとともに、白目の占める領域が狭くなるた
め、これらのいずれの領域においても反射光量が図3の
場合に比較して少なくなり、フォトダイオード2B3
2B4の発生する電圧は、図3の場合よりも小さくな
る。この電圧を比較増幅器4Vを介して加算し、垂直方
向の使用者の眼球の位置を電圧値で表すことができる。
【0015】上記比較増幅器4H、4Vの出力は制御コ
ンピュータ20に入力され、レーザポインタ3を駆動す
るためのモータの回転角が計算される。ここで、眼球運
動の測定結果を水平方向についてhボルト、垂直方向に
ついてvボルトとすると、水平方向のモータ回転角x、
垂直方向のモータ回転角yは以下の式によって決定され
る。ここで、a、b、c、dは後述する方法で決定され
る定数である。
【0016】
【数1】
【0017】このようにして、モータ回転角(x、y)
が決定されると、図示しないモータドライバによってス
テッピングモータ6A、6Bに指令が送られ、所定角度
だけモータが回転する。次に、上記モータの回転により
レーザポインタ3を駆動する駆動装置5を図6により説
明する。この装置5は、左右のステッピングモータ6
A、6Bと公知の差動歯車機構11A、11B、12等
からなる。モータ6A、6Bの出力軸はそれぞれピニオ
ン7A、7Bに連結されている。歯車7A、8A、9
A、10Aは歯車列を構成し、傘歯車11Aがこの歯車
列を介してモータ6Aによって駆動される。同様に、右
側の歯車列7B、8B、9B、10Bを介して傘歯車1
1Bがモータ6Bによって駆動される。そして、差動歯
車機構11A、11B、12によって先端にレーザダイ
オード13aを有するレーザ光を発するレーザ照射部1
3が、図5の矢印H’で示す水平方向、及び矢印V’で
示す垂直方向に角度を変えることができる。
【0018】次に、レーザポインタ13の方向を眼球方
向に追従させる制御について説明する。眼球の方向は、
絶対的な角度としてではなく、角度に概ね比例する電圧
値として計測されるので、はじめに較正を行ない、上述
の定数a、b、c、dを決定する必要がある。この較正
は制御コンピュータ20によってなされる。
【0019】図7に示すように、正面と上下左右斜めの
9点を指標として較正を行う。まず較正指標のうちの一
つの点(例えば図7の点P5)をレーザポインタで使用
者の前方に提示する。そして、その指標を使用者に一定
時間注視させ、その際の眼球方向の測定結果を記録し、
この操作を数回繰り返す。次に、計測されたデータの平
均値を計算し、これを提示したレーザポインタの方向に
対応する眼球方向計測値とする。例えば、上記図7の点
5に対応する点として図8の点P5’である。
【0020】上記手順を図7のP1乃至P9の9つの点に
ついて繰り返し、これらの点に対応する眼球方向計測値
として図8のP1’乃至P9’を得て、9組のレーザポイ
ンタ方向(P1乃至P9)と眼球方向(P1’乃至P9’)
の対応関係を得る。上記9組のレーザポインタの方向と
眼球方向計測値のデータに基づいて作成した眼球方向計
測値の座標系とレーザポインタの方向制御座標系のそれ
ぞれを図9及び図10に示すように8つの三角形の領域
(図9におけるA1’乃至A8’、図9におけるA1乃至
8)に分割する。そして、以下の処理を順次繰り返
し、眼球方向に追従させてレーザポインタの制御を行
う。 (1) 使用者の現在の眼球方向を計測する。これを例
えば、図8の点P’とする。 (2) 図8の眼球方向計測座標系において、上記計測
された眼球方向を内包する三角形領域を選択する。この
三角形領域は例えば図8における領域A6’である。 (3) 上記三角形領域に対応するレーザポインタ方向
制御座標系における三角形領域を選択する。この領域は
例えば、図9における領域A6である。 (4) 選択された三角形領域の間で、ベクトルの一次
変換により、計測された眼球方向に対応するレーザポイ
ンタの方向を決める。このベクトルの一次変換は例えば
図11のベクトルh、vをベクトルx、yに変換するも
のである。ここでは説明を簡単にするため、P5、P5
をそれぞれ、xy平面、hv平面の原点とし、P(x,
y)、P7(x7,y7)、P8(x8,y8)、P’(h,
v)、P7’(h7,v7)、P8’(h8,v8)とする
と、このベクトルの一次変換は次式によってなされる。
【0021】
【数2】
【0022】(5)求めたレーザポインタの方向により
レーザポインタを制御する。
【0023】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、光照射装
置の照射方向を決定するにあたって、頭部の位置及び姿
勢を考慮する必要がないため、装置全体が簡略化される
とともに、装置の小型化を図ることができる。
【0024】請求項2記載の発明によれば、同一使用者
が使用する場合には、一度の較正により以後継続して使
用できるので、使用に便利な意思伝達装置を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る眼球運動による意思伝達装置の全
体概略図である。
【図2】本発明に係る眼球運動による意思伝達装置の全
体斜視図である。
【図3】本発明に係る眼球運動による意思伝達装置の眼
球運動測定部を示す概略図である。
【図4】図2の眼球運動測定部における眼球運動測定原
理を示す概略図である。
【図5】図2の眼球運動測定部における眼球運動測定原
理を示す概略図である。
【図6】本発明に係る眼球運動による意思伝達装置のレ
ーザポインタ駆動部の構成を示す概略図である。
【図7】本発明に係る眼球運動による意思伝達装置にお
けるレーザポインタの較正を行う場合のレーザポインタ
方向制御座標系を示す図である。
【図8】本発明に係る眼球運動による意思伝達装置にお
けるレーザポインタの較正を行う場合の眼球方向座標系
を示す図である。
【図9】図6のレーザポインタ方向制御座標系におい
て、三角形領域を示す図である。
【図10】図7の眼球方向座標系において、前記レーザ
ポインタ方向制御座標系の三角形領域に対応する三角形
領域を示す図である。
【図11】計測された眼球方向から対応するレーザポイ
ンタの方向を決める場合のベクトルの一次変換の説明図
である。
【図12】従来の眼球運動による意思伝達装置の概略図
である。
【符号の説明】
1 意思伝達装置 2 眼球運動測定装置 3 レーザポインタ 4 意思伝達装置装着部 5 レーザポインタ駆動装置 6A、6B ステッピングモータ 7A、8A、9A、10A 歯車列 7B、8B、9B、10B 歯車列 11A、11B,12 差動歯車列

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 使用者の眼球の運動を測定する眼球運動
    測定装置と、 前記測定結果に基づき光の照射方向を制御する光照射装
    置からなる眼球運動による意思伝達装置において、 前記眼球運動測定装置と前記光照射装置を使用者の頭部
    に搭載するための装着部を備えたことを特徴とする眼球
    運動による意思伝達装置。
  2. 【請求項2】 前記眼球運動測定装置と前記光照射装置
    が一体的に使用者の頭部に装着されることを特徴とする
    請求項1記載の眼球運動による意思伝達装置。
JP7073038A 1995-03-30 1995-03-30 眼球運動による意思伝達装置 Pending JPH08266576A (ja)

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