JPS6033505B2 - アイ・トラッカ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアィ・トラッカ（眼球運動追跡装置）、特に眼
内の反射面により成形されるプルキンェ（Ｐｍｋｉｎだ
）効果像を監視することにより眼の光軸（視線）の方角
を連続的に追跡するアィ・トラツがこ関するものである
。

研究および商業的な実用性の双方の領域で、観察者の眼
の光軸方角に比例した電気信号を得ることを望む分野が
多くある。

眼球運動の仕組み、多数の視覚領域および目視検索パタ
ーンに関する研究は全てかかる装置による恩恵を大いに
享受することになろう。商業的実用面しては眼を他の装
置の制御に用いるとがある。たとえば計算機のオペレー
ターは、彼の前に表示された多数の記号あるいは位置の
いずれか１つを眺めるだけでボタンを押し、該当位置に
相当する値を計算機へ導入する。同様に、銭またはカメ
ラを制御するサーボ装置も、観察者が視線を向けている
どの対象にも自動的に狙いがつけられることになる。眼
の運動を追跡しようとする公知の法は幾通りもある。

かかる１方法においては、密着コンタクト・レンズが眼
に装着されて、光源、鏡あるいは導線コイルのいずれか
がレンズに装着される。こうして眼の運動を電気光学造
跡たは撮影により監硯できる。しかしこの方法には、レ
ンズを眼に密着させなければならず、このために何らか
の不快感が生ずるという明らかな欠点が伴なつている。
またその密着を得るためには、各レンズを特定の観察者
に合うように個別製作するかあるいは観察者の眼に麻酔
を施こしてレンズを眼に吸着させるかのいずれかが必要
となるが、後者は困難でしかも若干の危険を伴なつた方
法である。先行技術による別の眼球運動追跡法としては
ヱレクトロ・オキュログラム（電気的眼球運動追跡）が
ある。

この方法は全ての０甫乳動物の眼内部の生理的事象によ
り角膜とそれを取囲む、額等の組織との間に電圧が維持
されるいう事実を基にしている。従って、２つの電極、
すなわち一方を眼球上皮にまた他方を眼球下皮に取付け
ると、眼の垂直回転で電極間の電圧が対応変化する。か
かる電圧を記録したのがいわゆるェレクトロ・オキュロ
グラムである。しかし、この技術の精度は日時の経過に
よる残留電位の緩漫な変化、環境適応状態等の多くの原
因により限界がある。更には、漠遊生体電位からの電気
的雑音レベルによりこの技術の分解能を制限されている
。これとは別の先行技術による追跡方法もあり、これは
眼の前方特徴追跡法とでも言えるのであるら眼がその筒
中で回転すると、眼の前方特徴部、たとえば虹彩あるい
は白眼上の血管等の位置が対応的に移動する。

従って、かかる特徴部の写真撮影あるいは電気光学的追
跡が眼の姿勢を記録する方法となる。眼が水平方向に回
転すると眼の前方部が水平移動する。しかし頭部が横向
きに、移行（回転なしの移動、並進）すると、眼球はそ
の溝中に在りながら横に運動しかつ眼の前方部も水平移
動する。従って、上記の技術を用いても眼の横移動と回
転とを弁別することができない。眼を正確に追跡するに
は上記二つの運動を弁別し得ることが必要である。たと
えば、眼が１０回転すると眼の前方部は０．２柳だけ移
動せしめられ、従ってこれは眼の０．２側の横移動と区
別することができない。これと反対に、回転の目視効果
は移行（並進）のそれを比べて著しく異なっている。視
ている対象が本離れたところにあれば、０．２肌の横移
動で、対視位置が０．２脚だけ変化せしめられ、他方同
一物を視て記録装置に対し１０の回転で、対視位置は３
５肋だけ変えられる。また更に対象が離れれば離れる程
それだけ横移動と回転運動の自視効果の間の食違いが大
きくなる。従って、眼球運動を記憶するのに用いる技術
に眼前方部のいずれかの部位の監視を含む場合には、眼
の横移動は不可避な結果として生ずる。即ち眼の前方部
の各部位を監視する技術を用いる場合における眼の横移
動は、正に眼の回転運動と識別できないということであ
る。眼がその窓中で横移動するのを防ぐことはでできな
いので、上記技術の誤差は約１５乃至３０分の角度の弧
（０．０５乃至０．１脚の眼球機移動に相当）以下とは
なり得ない。上記以外の別の先行技術による眼球運動追
跡装置としてはいわゆるオキュロメータ（動眼測定計）
がある。

このオキュロメータは角膜反射と虹彩内縁とを追跡する
。角膜の曲率中心は眼の回転心からの距離と虹彩平面か
らの距離とが異なっているので、これら２つの「目印」
は目の移行（並進〉時ではなく回転時に相互に対して移
行する。オキュロメー夕の基本動作は眼の瞳孔心に対す
る角膜反射の相対位置を測定することである。オキュロ
メー外ま眼の移行（並進）の目視効果には影響されない
が、固有の問題を伴なつている。この問題とは、虹彩筋
が光度「感情的状態、眼の焦点状態等の多数の要因の関
数としてその自己の状態を変化させ、瞳孔の大きさを変
えてしまうことである。オキュロメータが瞳孔の径の変
化に直接阻害されることはないが、瞳孔の大きさの非対
称的な変化には影響される。当業技術関係者においては
周知の如く、対称的に収縮する瞳孔を有する人は極く稀
にしかいない。また、瞳孔がその大きさを変えるとその
中心位置は眼に関して変化し、それは正に虹彩筋が対称
的には収縮しないがためである。この虹彩筋の極く僅か
な非対称的な収縮が大きな誤差の原因となり、１′１仇
肋の非相称度は約１／２ｏの誤差に等しく、しかも正常
な瞳孔でもそれらの径は２乃至８柵の範囲で変化し得る
ものである。米国特許第３７２４９３２号および第３７
１２７１６号（いずれも出願人は本発明の出願人に同じ
く、１９７１年４月９日付出願）明細書には眼からのプ
ルキンェ効果反射を利用した眼の光軸方角を追跡する方
法および装置（メソッド・アンド・システムズ・フオー
・トラツキング・オリエンテーション・オブ・ズイ．ア
クシス・オブ・ズイ・アイ・ユーテイライジング・プル
キンエ・リフレクシヨンズ・フロム・ズィ・アィ）が開
示されている。

光が眼を通過すると、界面部位毎に反射が生じ、この界
面部位に誘電率変化が起る。特に、かかる反射の生じる
表面は４つある。これらの反射によって結ばれる像は当
楽技術関係者においては良く知られているもので一般に
はプルキンェ効果像と称されている。角膜の前方部から
の反射光によって結ばれる光源の虚像は第１プルキンェ
効果像または単に角膜反射と称される。角膜の後面から
の反射光により結ばれる第２プルキンェ効果像は、角膜
から前眼房水にかけて段々と誘電率変化が小さくなるた
めに１０川音以上の調光器を通過させた第１プルキンェ
効果像とほぼ正確に一致する。角膜を通過した光は次に
前眼房水を通過し、更に眼の水晶体を通る。第３プルキ
ンェ効果像はこれもやはり虚像であるが、水晶体の前面
からの反射光によって結ばれる。この像はその他のプル
キンェ効果像よりも大きくかつ散漫であり、その他の像
の嫁平面から相対的に遠く離れた像平面に結ばれる。第
４プルキンェ効果像は水晶体の後面からの反射光により
形成され、この部分は眼球の大部分を満たしている硝子
体液と水晶体が界面をなしているころである。水晶体の
この後面は光源の実像を結ばせる凹面鏡として作用する
。前記米国特許第３７２４９３２号明細書にはプルキン
ェ効果像反射を利用した眼球運動追跡方法および装置が
開示されており「この例においては眼への入出光路が空
間に固定されている。

しかしながら、眼球が回転するにつれて眼の光軸と入出
光路との間の角度変化が造影過程に変化と歪みとを生じ
させ、従って装置の精度を低下させることになる。これ
は特に、２，３０以上の有効視野を生じさせる時に問題
となり得る。また前記米国特許第３７１２７１６号明細
書には、眼の光軸とアィ・トラッカの入出光路との間の
関係を一定に維持するための改良されたアィ・トラッカ
実施例が開示されている。

それらの実施例は小視野アィ。トラッカにおいて極めて
有用で、しかも有益であるが、大有効視野を充足するの
は若干の難がある。大有効視野を考える時の大きな問題
の１つは必要なサーボ振動が非常に大きくなることであ
る。直線動作サーボを用いればそれらの走程範囲は大き
くなければならず、他方回転鏡を用いればそれら鏡は大
きなサイズでなければならない。いずれの場合にしても
これは単に機械的に不便であるのみならず、その装置か
ら所望の過渡応答を得ることは増々難しくなる。これは
ひいては過渡応答中の精度の問題となるばかりか装置そ
のものの動作の困難にまで発展する。たとえば計測装置
が充分的確に追跡を行なうのでなければ、眼の虹彩から
の光は計測装置に入り、その装置を非閉止状態にしてし
まう可能性がある。本発明の目的は従って、眼の光軸と
計測装置の入出光路との間に比較的一定した関係が維持
されるようになされた、眼からのプルキンェ反射を監視
して眼球運動を追跡する装置を提供することにある。

本発明の別の目的は眼の像からのプルキンェ反射を監視
して眼球運動を追跡する装置を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、垂直眼球運動を測定するのに
水平補位たったプルキンェ効果像が用いられまた華直偏
位されたプルキンェ効果像を用いて水平眼球運動を測定
するようになした、眼からのプルキンェ効果反射を監視
して眼球運動を追跡する方法およびその装置を提供する
ことにある。

要するに本発明の１実施例によれば、眼が垂直および水
平方向に移行（並進）し得かつその回転心を中心として
垂直および水平に回転し得る、回転心、角膜および水晶
体をもった眼の光軸の方角を追跡するアィ・トラッカが
提供される。ここで第５図を参照して回転または移行（
並進）の意味を説明し眼の動きを明らかにする。

図中７川ま眼球であり、７１は眼球の回転の中心即ち回
転心（Ｃ．Ｒ．）であり、水平方向に延びるＸ軸と垂直
方向に延びるＹ軸との交点と一致している。回転とは中
心７１（回転心またはＣ．Ｒ．）回りの眼球のその眼藩
中における回転運動であり、例えば図中矢印Ｒで示され
るような動きをいう。これに対して並進あるいは移行と
は「例えば図中矢印Ｔで示されるような、水平方向（Ｘ
軸方向）または垂直方向（Ｙ軸方向）について×，Ｙ軸
の交点より眼球７０が遠ざかるような運動、即ち頭の動
きと同じように横方向あるいは垂直方向に動くこと、を
意味する。眼球７０が図中破線で示す位置７０×にきた
場合は、水平方向（×軸方向）へ並進あるいは移行した
訳であり「位置７８Ｙにきた場合は垂直方向（Ｙ軸方向
）に移行（並進）たのである。本発明のアィ・トラッカ
においては眼の像を結ばせる光学手段が設けられかつ眼
の像の回転心を中心に回転する眼の像の中に松着された
反射面が配設される。

光が眼の像に投射されると第１および第４のプルキンェ
効果像が結ばれる。また孫入れられた光像に応答して電
気信号を発生させるようになされた光電検知手段が設置
される。更には「上記の電気信号に応答して第１および
第４の上記プルキンェ効果像を上記の光電検知手段上に
心合する心合手段が設けられる。上記心合手段は光電検
知手段の少なくとも１部を移動させかつ２次元枢着され
た反射面を回転させる手段を備えている。次に添付図面
にもとづき本発明を更に詳述する。

本明細書に開示したアィ。

トラッカ実施例は「約２９ ３分の弧で良好な過渡応答
および精度を有する広視野のかかる装置を製作する方法
の探求から展開したものである。この目的を達成するに
は「せいぜい２次元水平自在結合された小鏡以外のいか
なる素子からも迅速な応答を要しない装置を作ることが
必要である。ここで小鏡の「４・一は、２５．４肋（１
インチ）あるいは５０８肋（２インチ）径以下を指して
いる。眼が眺めていることを見分けるにはｔ眼の空間的
視線軸の角度および絶対（並進）位置の双方を知ること
が必要である。

眼と頭との角度は無関係である。眼がその海中で動く速
度は極めて遠いので「アィ９トラッカは回転に対する良
好な高周波数応答を備えていなければならない。しかし
「頭（および従って百艮）は並進移動が比較的穣漫であ
る。ほんの２事 ３サイクル／秒の並進応答であるが、
合理的応答は約５０乃至１００サィクルノ秒でなければ
ならない。アィ。

トラッカが眼の回転心と一致した中０をもつ球面に沿っ
て走行するようになされておりもまたそのアィＱトラッ
カが「眼の光華由が上記走行球面との交さ点まで常に移
動するとすればも視線がどこを向いていようとも眼と計
測装置との関係は一定にとどまるので精度が大視野に亘
つて維持されることになろう。視野がどこを向いている
か正確に知るためには計測装置の位置を測定しさえすれ
ばよいことになる。しかしかかる想定では明らかに大体
積の計測装置を上記の如き長い距離に百つて移動させ得
ずまた十分な周波数応答をもって眼の極めて速い動作を
追うことは困難である。大体積の計測装置を移動させる
必要を避けるためには「その計測装置を固定したままに
しておき、２次元鏡を組合わさって並進。回転モードで
移動させる可能性についても考慮可能である。しかしち
この場合ですら〜鏡をそのサイズを極めて小さくする
ために眼に援近させ得なければも十分な周波数応答を得
ることは難しい。事実、かかる鏡の理想的な位置はその
回転心が眼の回転心と一致する位置である。この位置に
おいてのみ「眼の回転が鏡の純回転によって追跡可能で
ある。２次元銭が眼目体の回転心を中心として回転し得
るには袋層配設をいかに行なうかの問題に対する「本発
明の解決策は計測装置が眼の像で動作するようになすこ
とである。

さて次に、先ず弟亀図に従って説明すればこの図は眼の
像で動作するような「本発明のアィ。

トラッカの概略図である。眼１富がレンズ系亀２により
造影されると第１図に破線で示した眼の像富貴′が結ば
れる。眼曾１の回転心は参照番号亀３で示されており、
眼の綾亀軍′もこれと対応の回転心亀３〆を有している
。眼の像竃軍′の参照番号色３′には比較的小さな２次
元自在結合された鏡骨母が枢着されている。光源亀６か
らの光はしンズ電７を通して眼の像董亀′に入射され「
この光が実眼雷電を効果的に照らすと、プルキンェ効果
反射が生ずる。第１および第４のプルキンェ効果像はそ
れぞれ角膜および眼の水晶体後部に結ばれ「 これを図
に示すのが参照番号Ｐ富９ 軒亀である。上記の〜眼の
像軍電′の中の２つのプルキンェ効果像Ｐ耳′亨 Ｐ傘
′はしンズ系電離Ｚよって２つの象限光電検知器軍ｇ軍
鰹亀に収束される。

第１プルキンェ効果像Ｐ電′は光電検知器ｇ色上に収束
され「他方第４プルキンェ効果像Ｐ亀′は光電検知器亀
＠上に収束される。上記象限光電検知器官導９ 露亀さ
ま各々「前記米国特許第３７１２７騎号明細書に記載の
技術に従って相互接続された４す固の個別採光野を有し
ておりもそれらに入射する光像が偏′Ｄしていれば不均
衡電気信号を生じさせる。光電検知器２１は第１ブルキ
ンェ効果像が収束されるとかかる不均衡電気信号をサー
ボ装置２３へ回転２２を通じて供給する。このサーボ装
置２３は２次元ＸＹサーボ装置であって眼の像１１′の
回転心１３′を中心とする鏡１４の２次元回転を制御す
る。サーボ装置２３が回転２２上の不均衡電気信号に応
答して鏡１４を回転させると、光電検知器２１へ入射す
る第１プルキンェ効果像は再びその光館検知器上に心合
され、不均衡電気信号は消える。同様にして「光電検知
器１９は第４プルキンヱ効果像が収束されると不均衡電
気信号を回転２４を通じてサーボ装置２６へ供給する。

サーボ装置２６もまた２次元ＸＹサーボ装置であって光
電検知器１９のＸおよびＹ方向並進を制御する。このサ
ーボ装橿２６はＸおよびＹ方向へ光電検知器１９を並進
させてその光電検知器上に第４プルキンェ効果像を心合
すると回転２４上の不均衡電気信号は消える。第１図に
示すアィ角トラッカを用いれば幾つかの重要な利益が得
られる。

枢着鏡１４は比較的小さい、すなわち約２５．４肋（１
インチ）乃至５０．８柳（２インチ）蓬以下であり、サ
ーボ装置２３により非常に迅速に移動せしめられて眼１
亀の速い回転運動を追跡することができる。この鏡１４
の動きは眼１１の純回転運動を追跡するに必要なもので
ある。すなわち、眼の純回転運動については第１プルキ
ンヱ効果像が光電検知器２１上に心合されると第１プル
キンェ効果像が光電検知器１９上に自動的に心合される
ので不均衡電気信号が回路２４上に現われない。眼富亀
の回転と並進の組合わさった運動の場合にはサーボ装置
２３によって制御される回転鏡１４が回転運動を迅速追
跡した光電検知器２１上の第１プルキンヱ効果像の心合
状態を維持し、他方サーボ装置２８‘ま比較的機漫な並
進運動を追跡して光電検知器官９上の第４プルキンェ効
果像を維持する。サーボ装置２３は眼１１の回転方向に
関する姿勢出力情報を回路零すにもたらしへまたサーボ
装置２鼠ま眼電軍の並進姿勢に関する姿勢出力情報を回
転２窓へ各たらす。第亀図に示す装置の更に別の利益は
「普通眼の回転効果を打消す運動を行なう高速２次元鏡
を制御するのに鮮明な第１プルキンェ効果像が用し、ら
れることである。

ぼやけた第４プルキンェ効果像のほうは眼の並進運動を
修正するだけの働きを行なう。この装置の重要点は、第
１プルキンェ効果像がその光電検知器上の適正位置にな
ると常に、並進による小偏位を除き、第４プルキンェ効
果像もその光電検知器上の適正位置に来る。これにより
「対象が先ず計測装置に入る時や、まばたきした後にプ
ルキンェ効果像を回復させる場合に自動的に眼を「探し
一易〈なり、このため、追跡装置の閉止を首尾よく解く
ことができる。こうして要するに、非常に鮮明な第１プ
ルキンェ効果像を追跡して眼の回転姿勢情報を得ること
ができる。純回転の場合〜非常に低い鮮明度の第４プル
キンェ効果像は「第１プルキンェ効果像がその対応の光
電検知上に心合されると対応の光霞検知器上に自動心合
される。第４ブルキンヱ効果像が入射する光電検知器は
この時並進による小偏位を修正するのに並進せしめられ
さえすればよい。眼の像】ｌ′を結ばせるのに第軍図の
レンズ系１２を使用するには若干の問題がある。

高複合レンズ系によってすら得るのが難しい非常に大口
径、低Ｆ数の光学系が必要である。更にまた複合レンズ
系にも、多くのレンズ面における入光の反射が、適当に
阻止または除去されない限り、戻りの第４プルキンェ効
果像から非常に低い光度を圧倒し易いという問題がある
。この潜在的な問題点を除いた「本発明の別実施例を示
したのが第２図である。第２図において示す眼２９は回
転心３軍を有している。第２図に破線で示しかつ参照番
号２ｙが付されている、眼２９の像を結ばせる凹面鏡３
２が設けられている。眼の像２９′は参照番号３軍′で
示す対応の回転′○を有している。前記の如く比較的小
さな鏡３３が眼の像２９′の回転心３軍もこ枢着されて
いる。２つの光源３鬼ヲ ３６が設けられており、ここ
からの光はしンズ系３７を通って眼の像２９′に入射す
る。

第２図に概略図示しているように「光源３恥ま眼の軸線
に対して垂直に偏位されている光源３６のほうは眼の軸
線に対し水平に偏位されている。代表的には眼の軸線に
対する漏位角は約１５０である。垂直偏位されている光
源３亀からの光は、垂直分離された分割採光野光電池（
光電検知器）３９９４母上にレンズ系３錘もこよって造
影された眼の像２９」に第１および第４プルキンェ効果
像対を結ばせる。水平偏位された光源３６からの光は、
やはりレンズ系３８１こより、但し水平分離された分割
採光野光電池４２，４３上に造影された眼の像２９′に
付加第１および第４プルキンェ効果像を結ばせる。次に
第３図にもとづいて説明すれば、この図は４つの光電検
知器３９，４１，４２，亀３を「眼球運動追跡用の、関
連サーボ装置および制御器と共に概略図示している。先
ず光電検知器３ｇについて説明すると、これは減算器＆
４への入力となる出力信号ｑ亀，母２を出す２つの分割
採光野を有している。上記減算器４４の出力はサーボ装
置４６への入力となる水平並進信号Ｔｘである。サーボ
装置鶴６は光電検知器３９，４軍の水平並進を制御する
出力を出す出力４７を備えている。また光電検知器４１
も２つの分割採光野を有しており、それらは減算器亀８
への入力となる出力ｑ３，ｄ４をもつ。上記減算器亀８
の出力はサーボ装置４９への入力として用し、れらる水
平回転制御信号Ｒｘである。上言己サーボ装置年９は鏡
３３の水平回転を制御する信号を供給する回路５８へ出
力を与える。分割採光野光電検知器４２も２つの採光野
をもっており「 これらは減算器５２への入力となる出
力ｄ５，ｄ縞をもつ。

減算器６２の出力はサーボ装置５３への入力となる垂直
回転信号蛇ｙである。回路５４上の、サーボ装置再３か
らの出力は鏡３３の垂直回転を制御する制御信号である
。残る水平オフセットされた光電検知器４３も２つの採
光野を有し、これらは減算器５６への入力となる出力ｄ
？，ｑ８をもつ。減算器５８の出力はサーボ装置５７へ
の入力となる垂直並進信号Ｔｙである。サーボ装置５？
は光電検知器４２７ ４３の垂直並進を制御する出力５
８をもっている。またサーボ装置亀６，５７，４９，５
３は全て、眼球姿勢を示す信号を搬送する出力を備えて
いる。このようにしてｔ並進制御信号Ｔｘ（第４プルキ
ンェ効果像からの）は垂直偏位された光電検知器３９，
４１の水平またはＸ軸位置を制御し「他方回転制御信号
Ｒｘ（第１プルキンェ効果像からの）が高速回転２次元
鏡３３の姿勢をＸ軸方向に制御する。眼がＸ軸方向に回
転すると２つのプルキンェ効果像は相異なった量ずつで
はあるが水平方向へ移動することになる。これらの運動
により同時並進・回転制御信号が発生せしめられる。し
かし、回転サーボ装置は並進サーボ装置よりも極めて高
速である。このようにして並進サーボ装置が著しく移動
し得るに先立ち、眼球回転効果は高速鏡３３の回転によ
り完全に打消されかつサーボ装鷹４６，４９からの並進
、回転制御信号の双方共急速にゼロにせしめられる。い
いかえれば、純眼球回転への所望の応答が高速鏡３３の
純回転であり、実際にはこれが生ずる。他方、眼球（ま
たは頭）の純並進の所望結果は「鏡３３のいかなる運動
も伴わない計測装置の純並進である。

並進運動が極めて急激であれば、並進制御信号Ｔｘと同
時に回転制御過渡信号Ｒｘが発生せしめられ、但し高速
鏡３３は光電検知器３９，４１が第１および第４プルキ
ンェ効果像の双方に対し新しい平衡位置へ並進せしめら
れると結果的にはその元の姿勢に戻る。言いかえると、
極めて急激な並進運動の場合に「回転制御信号が過渡的
に生じる。しかしもこのため、この装置で取扱う種類の
偶発並進は眼の急激回転運動よりも機鰻となる。特に、
並進サーボ装置の応答と比較してより緩慢な並進運動は
回転サーボ装置において無意味な偶然信号だけを発生さ
せることになる。この装麿は並進、回転誤り信号を双方
共ゼロにするため〜混合眼球運動（並進プラス回転運動
）が鏡３３の回転および光義検知器３９ヲ ４１の並進
を生じさせる。光電検知器４公 ４３についても上記と
同じことが言えるが、ただこれら光電検知器亀れ 亀３
は水平分離されているため眼の垂直回転および並進運動
を検知する点だけが異なっている。第３図に示す出力装
置は定常状態で対応の第１および第４プルキンェ効果像
が計測方向にゼロ分離されている意味合いで基本的には
ゼロ計測装置である。

装置の倍率が変化しても（たとえば、第４プルキンェ効
果像に対する屈折力に影響する眼の水晶体の曲率変化あ
るいは眼と計測装置との間の鞠方向距離の変化により）
、常態平均位置に影響は及ぼされない。水平動制御装置
では、垂直倍率が変化しても全く影響はないが「水平倍
率の変化により誤り信号の大きさだけおよび従って応答
速度だけ変えられる。要するにト第２図および第３図に
示したアィ・トラッカが実施例では２つの別々の入光源
が用いられており、その各々が一対の第１および第４プ
ルキンェ効果像を結ばせる。

水平偏位されたプルキンヱ効果像は眼の垂直回転を、ま
た垂直偏位プルキンェ効果像は眼の水平回転を、それぞ
れ測定するのに用いられる。鮮明な第１プルキンェ効果
像は、通常眼球回転効果を打消す運動を高速回転２次元
銭を制御するのに用いられる。比較的不鮮明な第４プル
キンェ効果像は眼の並進運動を修正する働きだけをもつ
ている。この装置の重要点は、第１プルキンェ効果像が
その対応の光電検知器上の適正位置に到ると必ず、第４
プルキンェ効果像もその対応の光竜検知器上の適正直に
到り、但し並進に帰函する小偏位を伴うことにある。こ
こで第４図にもとづいて説明すれば、この図は眼（また
は頭）の非常に大きな並進運動を追跡するようになされ
た、本発明のアィ・トラッカの更に別の実例を示してい
る。第４図の示す眼球５９は回転心６１を有し、凹面鏡
６２により像５９′が対応の回転軸６１′ご伴つて結ば
れている。前記の如く、比較的小さな２次元枢着された
鏡６３が設けられていて、これが眼の像５９′の回転心
６１′を中心として回転する。第２図および第３図に示
した同様な光学系や光電検知器６４が設けられていて、
参照番号Ｔｘ，Ｔｙ，Ｒｘ，Ｒｙで示すＸおよびＹ座標
並進および回転制御信号を発生させる。光学系、光電検
知器６４および枢着された鏡６３（これらの組合わせパ
ッケージを全体として参照番号６６で示す）は機械的リ
ンク６７を介して凹面鏡６２と機械的に接続されている
。光学系および光電検知器６４は並進、回転追跡信号（
制御信号）Ｔｘ，Ｔｙ，Ｒｘ，Ｒｙを生じさせる。回転
追従信号ＲＸ，Ｒｙは鏡６３の回転を制御するサーボ装
置６８への入力となる。回転追跡信号Ｒｘ，Ｒｙおよび
並進追跡信号Ｔｘ，ＴＹの両方がサーボ装置６９への入
力とする。このサーボ装置６９は第４図では機械的リン
ク６７の位置決めを制御するものとして示されている。
またサーボ装置６９は回転追跡信号ＲＸ，Ｒｙに応答し
て凹面鏡６２、リンク６７および計測パッケージ６６を
ＸおよびＹ座標方向に回転させるようになされている。
この回転は眼球５９の回転心６１とほぼ一致する内在点
を中心としてなされる。サーボ装置６９は更に、並進追
跡信号Ｔｘ，Ｔｙに応答して凹面鏡６２、リンク６７お
よび計測パッケージ６６を×およびＹ座標方向に並進さ
せるようにもなされている。第４図に示す装置の眼球運
動への基本的応答は次の通りである。

急激な眼球回転に応答して、鏡６３は回転追跡信号によ
り制御されているサーボ装置６８による制御を受けて直
ちに補償応答を行なう。次に、凹面鏡６２、リンク６７
および計測パッケージ６６を含む装置全体がサーボ装置
６９の制御を受けて回転いまじめる。この装置全体と同
じ速さで、鏡６３は計測装置におけるその元の位置に向
かって急速に戻る。眼球の並進運動に応答して、並進追
跡信号Ｔｘ，Ｔｙに応答するサーボ装置６９は凹面鏡６
２、リンク６７および計測パッケージ６６を含む装置全
体を×座標および／もしくはＹ座標方向に並進させる。
かかる複雑な追跡装置の利益の１つは眼球姿勢とは無関
係に凹面鏡６２の同一部分が使用される点である。所望
であれば第４図の装置に若干の変更を加えて、本発明の
アィ・トラッカの更に別の実施例とすることもできる。

この実施例では回転鏡６３は専ら眼球回転運動の追跡に
用いられる。すなわち、回転追跡信号Ｒｘ，Ｒｙは回転
鏡６３の回転を制御するサーボ装置６８への入力となる
だけである。サーボ装置６９はこの実施例においては並
進追跡信号Ｔｘ，Ｔｙだけを受容し、凹面鏡６２、リン
ク６７および計測パッケージ６６を含む装置全体は×お
よびＹ座標方向に並進するだけであって回転しない。以
上、特定実施例を挙げて本発明を説明した来たが、当業
技術関係者には明白の如く、以上に記述した特定実施例
には本発明の真の精神および範囲を逸脱することなく各
種変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はしンズ系で眼の像を形成する本発明のアィ・ト
ラッカ（眼球運動追跡装置）の概略図、第２図は眼の像
を凹面鏡で形成し、２光源および２対の分割採光野光電
検知器を用いた本発明のアィ・トラッカの概略図、第３
図は第２図のアィ・トラッカと組合わさって回転的およ
び並進的眼球運動を追跡する電気回路の概略図、第４図
は眼の像を結ばせるのに用いる凹面鏡を可動にして広い
アィ・トラッカ動作範囲が得られるようにしたアィ・ト
ラッカの別実施例の概略図、第５図は眼の動きを表わす
斜視襖式図である。 １１，２９，５９，７０，７０×，？ＱＹ“”“眼（球
）「 １２，量７，軍８，３７，３８……レンズ系、１
３；３１，６１，７１，７１×，７１Ｙ…・・・眼球回
転心、１１′， ２９′，５９′・・…・眼球像「 １
３′，３１′，６１′…・・・眼球像回転心、１６，３
４，３６…・・・光源、１４，３３７ ６３小…２次元
枢着反射面（鏡）、１９，２１， ３９，４１，４２，
４３９ ６４・・…・光電検知器、２３，２６，４６，
４９； ５３，５７，６８，５９一．・”・サーボ装置
、３２，６２……凹面鏡、４４，４８，５２，５６州…
減算器、６６…・・・計測パッケージ「 ６７・…・・
機械的リンク。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転心と角膜と水晶体とを有し、水平および垂直方
   向に並進できかつ上記回転心を中心して水平および垂直
   方向に回転もできる眼球の光軸の方角を連続的に追跡す
   るアイ・トラツカにおいて、眼球像を結ばせる光学手段
   と、眼球像中に配設されてその眼球像の回転心に枢着さ
   れた２次元枢着反射面と、ビームを生じさせる光源手段
   と、 上記ビームを眼球像に入射して、眼球像からの反射光で
   第１ピルキンエ効果像を、また眼球像の眼の水晶体の後
   部からの反射光で第４プルキンエ効果像をそれぞれ結ば
   せる光学手段と、第１及び第４プルキンエ効果像が収束
   する位置に配置され、収束されたプルキンエ効果像が偏
   心していれば不均衡電気信号を発生する光電検知手段と
   、上記電気信号に応答して上記光電検知手段上に第１お
   よび第４プルキンエ効果像を心合するための構成として
   、上記光電検知手段の少なくとも１つを並進させかつ上
   記２次元枢着反射面を回転させる手段を備えており、且
   つ眼球の光軸方角を示す姿勢信号を生ずる心合せ手段、
   とを有する事を特徴とするアイ・トラツカ。