(57)【要約】  眼球運動検出装置（１）は、眼球の露出表面における目頭側の端部に指向性を有する遠赤外線センサ（１１）の出力と、眼球の露出表面における目尻側の端部に指向性を有する遠赤外線センサ（１２）の出力との差の時間的推移に基づき、目の左右方向における眼球運動を検出する。これにより、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの目の眼球の露出表面における第１の端部に指向性を有する第１の遠赤外線センサと、
上記眼球の露出表面における、上記第１の端部に対向する第２の端部に指向性を有する第２の遠赤外線センサと、
上記第１の遠赤外線センサの出力と上記第２の遠赤外線センサの出力との差を算出する第１の出力差算出部と、
算出された上記差の時間的推移に基づき、上記眼球の眼球運動を検出する検出部とを備えていることを特徴とする眼球運動検出装置。
【請求項２】
上記検出部は、上記差の時間的推移における立ち上がりの方向に基づき、上記ユーザの視線の移動方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の眼球運動検出装置。
【請求項３】
上記検出部は、上記差の時間的推移における立ち上がりの角度に基づき、上記ユーザの視線の移動量を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の眼球運動検出装置。
【請求項４】
上記第１の遠赤外線センサは、上記眼球の露出表面の目頭側における上記第１の端部に指向性を有し、
上記第２の遠赤外線センサは、上記眼球の露出表面の目尻側における上記第２の端部に指向性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の眼球運動検出装置。
【請求項５】
上記第１の遠赤外線センサは、上記眼球の露出表面の上まぶた側における上記第１の端部に指向性を有し、
上記第２の遠赤外線センサは、上記眼球の露出表面の下まぶた側における上記第２の端部に指向性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の眼球運動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼球運動を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイ装置および眼鏡型ディスプレイ装置などの、ユーザの目の前に映像を直接提示できる装置の普及が急速に進んでいる。これに伴い、コンピュータの操作装置として、マウスまたはジョイスティックなどの手で用いる装置に加えて、目の動きの検出結果を用いる各種の装置が提案されかつ販売されている。【０００３】
従来、目の動きを検出するためのさまざまな方法が提案されており、中でもＥＯＧ法、強膜反射法、角膜反射法、およびサーチコイル法が代表的である。ＥＯＧ法では、角膜部が網膜部に比べて１０〜３０μＶ高い正極性の電位を有することを、目の周りに貼りつけられた電極によって検出する。強膜反射法では、黒目および白目の反射率の違いに基づき、瞳孔の動きを可視カメラによって検出する。角膜反射法では、弱い赤外線光を目に照射し、角膜による赤外線光の反射を赤外カメラによって検出する。サーチコイル法では、コイルを巻いたコンタクトレンズの位置を検出する。【０００４】
しかし、これらの方法には次のような欠点がある。ＥＯＧ法は、電極が皮膚に張り付くことによる煩わしさをユーザに与え、かつ、電磁ノイズ、汗、および皮脂に弱い。強膜反射法には画像処理が必要であるため、この方法を採用する装置の消費電力および重量が増えてしまう。角膜反射法には目への光照射および画像処理が必要であるため、この方法を採用した装置の消費電力および重量が増えてしまう。サーチコイル法は、コンタクトレンズ装着による煩わしさをユーザに与えてしまう。【０００５】
従来、ＥＯＧ法の欠点を緩和するための各種の技術も提案されている。その一つとして、特許文献１には、フレームと、一対のノーズパッドと、一対のノーズパッドのそれぞれの表面に設けられ、眼電位を検出する第１の電極および第２の電極と、を備えるアイウエアが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２０１３−２４４３７０号（２０１３年１２月９日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のアイウエアを用いて眼球運動を検出するためには、第１の電極および第２の電極をユーザの皮膚に必ず接触させる必要がある。そのためこのアイウエアには、第１の電極および第２の電極が皮膚に張り付くことによる煩わしさをユーザに与え、かつ、電磁ノイズ、汗、および皮脂に弱いという欠点が依然として存在する。【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものである。そしてその目的は、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出できる眼球運動検出装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る眼球運動検出装置は、上記の課題を解決するために、
ユーザの目の眼球の露出表面における第１の端部に指向性を有する第１の遠赤外線センサと、
上記眼球の露出表面における、上記第１の端部に対向する第２の端部に指向性を有する第２の遠赤外線センサと、
上記第１の遠赤外線センサの出力と上記第２の遠赤外線センサの出力との差を算出する第１の出力差算出部と、
算出された上記差の時間的推移に基づき、上記眼球の眼球運動を検出する検出部とを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る眼球運動検出装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る眼鏡の要部構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る眼鏡を装着したユーザの右目を説明する図である。
【図４】被験者が視線を正面から右方向へ移した際の右目の遠赤外線サーモグラフィー像の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１において、右目の上まぶたが開いた際の、各遠赤外線センサの各出力の時間的推移の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１において、ユーザが視線を右方向に移動させた際の右目を示す図である。
【図７】本発明の実施形態１において、右目の上まぶたが開き、その後、ユーザの視線が右方向に移動する眼球運動が起こった際の、目頭側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力の時間的推移および目尻側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力の時間的推移の一例をそれぞれ示す図である。
【図８】本発明の実施形態１において、右目の上まぶたが開き、その後、ユーザの視線が右方向に移動する眼球運動が起こった際の、目頭側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力と目尻側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力との差の時間的推移の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態２において、ユーザが視線を上方向に移動させた際の右目を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２において、右目の上まぶたが開き、その後、ユーザの視線が上方向に移動する眼球運動が起こった際の、上まぶた側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力の時間的推移および下まぶた側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力の時間的推移の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態２において、右目の上まぶたが開き、その後、ユーザの視線が上方向に移動する眼球運動が起こった際の、上まぶた側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力と下まぶた側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力との差の時間的推移の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態２において、右目の上まぶた側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力の立ち上がりと、右目の下まぶた側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力の立ち上がりとの時間差が検出された後における、上まぶた側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力と下まぶた側の端部に指向性を有する遠赤外線センサの出力との差の時間的推移の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
〔実施形態１〕
本発明に係る第１の実施形態を図１〜図８に基づき以下に説明する。
【００１３】
（眼球運動検出装置１）
図１は、本実施形態に係る眼球運動検出装置１の要部構成を示すブロック図である。この図に示すように、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１１（第１の遠赤外線センサ）、遠赤外線センサ１２（第２の遠赤外線センサ）、遠赤外線センサ１３（第１の遠赤外線センサ、第３の遠赤外線センサ）、および遠赤外線センサ１４（第２の遠赤外線センサ、第４の遠赤外線センサ）および制御部２０を備えている。
【００１４】
遠赤外線センサ１１〜１４は、遠赤外線を受光してその強度に応じた信号を出力するセンサである。本実施形態では、遠赤外線センサ１１〜１４は眼球の露出表面の温度を測定するために用いられる。眼球は、体温に近い温度を有しているときにピーク波長が約９μｍの遠赤外線を発する。これを検出するために、遠赤外線センサ１１〜１４として、たとえば、ＩｎＳｂなどの化合物からなるフォトダイオード、サーモパイル、またはボロメータなどが用いられる。
【００１５】
制御部２０は、眼球運動検出装置１における動作を統括的に制御する部材である。図１に示すように、制御部２０は、センサ制御部２１、出力差算出部２２、視線移動方向検出部２３（検出部、第１の検出部、第２の検出部）、視線移動量検出部２４（検出部、第１の検出部、第２の検出部）、および通信部２５を備えている。詳しくは後述するが、制御部２０は、遠赤外線センサ１１〜１４の出力の差を算出し、その差の時間的推移に基づいて、眼球運動を検出する。
【００１６】
（眼鏡３０）
本実施形態に係る眼球運動検出装置１は眼鏡３０に組み込まれており、この眼鏡３０をユーザが装着しているとき、眼球運動検出装置１はユーザの眼球運動を検出する。図２は、本実施形態に係る眼鏡３０の要部構成を示す図である。この図に示すように、眼鏡３０は、フレーム３１と、このフレーム３１に組み込まれる眼球運動検出装置１とを備えている。遠赤外線センサ１１〜１４は、フレーム３１における右目側のリム（レンズの周囲を囲む縁）に組み込まれている。一方、制御部２０は、フレーム３１における右側のテンプル（耳に掛かる部分）に組み込まれている。
【００１７】
遠赤外線センサ１１〜１４は、非常に小型のセンサとして実現されるため、フレーム３１に問題なく組み込める。たとえば、遠赤外線センサ１１〜１４としてテキサスインスツルメンツ社の赤外線サーモパイルＴＭＰ００６を用いれば、遠赤外線センサ１１〜１４のサイズを１．６ｍｍ×１．６ｍｍにできる。なお、ＴＭＰ００６の視野角は広いため、遠赤外線センサ１１〜１４としてＴＭＰ００６を用いる場合には、視野角を絞るために、平板レンズであるシリコン回折型レンズをＴＭＰ００６に組み合わせればよい。なお、レンズの代わりに開口絞りを組み合わせてもよい。これにより、遠赤外線センサ１１〜１４が眼球の露出表面５０における特定の端部に指向性を有するように、遠赤外線センサ１１〜１４の視野を制限できる。
【００１８】
本実施形態では、眼鏡３０において、遠赤外線センサ１１〜１４は、図示しない配線を通じて制御部２０に接続されており、遠赤外線センサ１１〜１４からの出力（信号）はすべて制御部２０に送られる。また、制御部２０は、図示しない外部コンピュータと通信可能な状態に接続されており、制御部２０による眼球運動の検出結果はいずれも外部コンピュータに送られる。外部コンピュータは、制御部２０から受信した眼球運動の検出結果に応じた処理を実行する。これにより、眼鏡３０を装着したユーザは、手を使わず目の動きによって外部コンピュータを操作できる。
【００１９】
制御部２０と外部コンピュータとの間の接続は、有線または無線のいずれでも構わない。有線の場合、制御部２０は所定のフレキシブル基板または配線を通じて外部コンピュータに接続される。
【００２０】
（遠赤外線センサ１１〜１４の指向性）
図３は、眼鏡３０を装着するユーザの右目４０を説明する図である。この図では、ユーザの視線（目線）は紙面に垂直の真正面を向いている。遠赤外線センサ１１〜１４は、眼鏡３０における自センサの設置位置に応じた、眼球の露出表面５０におけるいずれかの特定の端部に指向性を有している。言い換えると、遠赤外線センサ１１〜１４は、眼球の露出表面５０の全体に視野を有するのではなく、対応するいずれかの端部にのみ視野を有している。
【００２１】
具体的には、遠赤外線センサ１１は、眼球の露出表面５０における目頭４１側の端部５１（第１の端部）に指向性を有している。また、遠赤外線センサ１２は、眼球の露出表面５０における目尻４２側の端部５２（第２の端部）に指向性を有している。また、遠赤外線センサ１３は、眼球の露出表面５０における上まぶた４３側の端部５３（第１の端部、第３の端部）に指向性を有している。また、遠赤外線センサ１４は、眼球の露出表面５０における下まぶた４４側の端部５４（第２の端部、第４の端部）に指向性を有している。
【００２２】
遠赤外線センサ１１は、端部５１から発せられた遠赤外線を検出し、その検出量に応じた信号をセンサ制御部２１に出力する。また、遠赤外線センサ１２は、端部５２から発せられた遠赤外線を検出し、その検出量に応じた信号をセンサ制御部２１に出力する。また、遠赤外線センサ１３は、端部５３から発せられた遠赤外線を検出し、その検出量に応じた信号をセンサ制御部２１に出力する。また、遠赤外線センサ１４は、端部５４から発せられた遠赤外線を検出し、その検出量に応じた信号をセンサ制御部２１に出力する。
【００２３】
図３に示すように、端部５１および端部５２は、眼球における水平（左右）方向と平行な横軸６１上において、互いに対向して配置されている。一方、端部５３および端部５４は、眼球における鉛直（上下）方向と平行な縦軸６２上において、互いに対向して配置されている。詳しくは後述するが、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１１の出力と遠赤外線センサ１２の出力との差の時間的推移に基づき、横軸６１に平行な方向（左右方向）における眼球運動を検出する。また、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１３の出力と遠赤外線センサ１４の出力との差の時間的推移に基づき、縦軸６２に平行な方向（上下方向）における眼球運動を検出する。
【００２４】
（眼球の露出表面の温度分布）
眼球運動検出装置１が眼球運動を検出する際の原理について、図４を参照して以下に説明する。図４は、被験者が視線を正面から右方向へ移した際の右目の遠赤外線サーモグラフィー像の一例を示す図である。この図における右側は右目の目頭側に対応し、左側は右目の目尻側に対応する。図４において、眼球の露出表面におけるＡ点、Ｂ点、およびＣ点の温度は、それぞれ３４．６°、３５．５°、および３５．７°である。Ｂ点は目尻側にあり、Ｃ点は目頭側にある。このように、被験者が視線を正面から右方向に移した際、右目の眼球における露出表面の温度は表面内の位置によって異なる。
【００２５】
本発明の発明者は、図４に示すような眼球の温度分布が生じる原理を鋭意検討した結果、これが眼球運動によって生じることを明らかにした。具体的には、発明者は、この温度分布の原理が、眼球における眼窩内で暖められた部分が眼球運動によって空気中に新たに露出することによって熱を失う過渡現象であることを見出した。本実施形態の眼球運動検出装置１は、この従来方法とは異なる原理に基づき眼球運動を検出する。
【００２６】
（遠赤外線センサ１１〜１４の出力）
図５は、右目の上まぶた４３が閉じている状態から開いた状態に変化した際の、遠赤外線センサ１１〜１４の各出力の時間的推移の一例を示す図である。この図において、縦軸は遠赤外線センサ１１〜１４の出力を示し、横軸は時間を示す。時点７１は、上まぶた４３が開いた瞬間である。グラフ８１は、遠赤外線センサ１１または遠赤外線センサ１２の出力の時間的推移を示す。グラフ８３は、遠赤外線センサ１３の出力の時間的推移を示す。グラフ８４は、遠赤外線センサ１４の出力の時間的推移を示す。
【００２７】
グラフ８１、８３、および８４は、眼球の露出表面５０における端部５１（端部５２）、端部５３、および端部５４の温度の時間的推移を示すグラフであるため、本来は曲線になる。しかし本実施形態では、説明の便宜のためこれらのグラフ８１、８３、および８４をすべて直線で表す。
【００２８】
上まぶた４３が閉じている間、右目４０の眼球は外気から保護される。この間に右目４０の眼球は体温によって温められており、また右目４０の涙腺から涙が分布されて眼球の表面を覆う。上まぶた４３が開くと、眼球の表面の一部が露出する。このとき、外気の温度が体温より低ければ、眼球の露出表面５０が外気と接触することによって、眼球の露出表面５０から熱が奪われる。一方、外気の温度が体温より高ければ、眼球の露出表面５０を覆う涙が乾燥することによって、眼球の露出表面５０から気化熱が奪われる。いずれにせよ、上まぶた４３が開くと、右目４０の眼球の露出表面５０全体の温度は時間と共に徐々に低下する。
【００２９】
上まぶた４３は、右目４０の下側から上側に向かって開く。この場合、右目４０の眼球は下の部分から先に外気に露出することになる。したがって端部５１〜５４の温度が低下するタイミングはそれぞれ異なる。具体的には、上まぶた４３が開くとき、端部５１〜５４のうち、下まぶた４４側の端部５４が最も早く外気に触れ、その次に、目頭４１側の端部５１および目尻４２側の端部５２が外気に触れ、最後に上まぶた４３が完全に開いてから、上まぶた４３側の端部５３が外気に触れる。したがって、上まぶた４３が開いた後、温度が最も早く低下し始めるのは端部５４であり、その次に低下し始めるのが端部５１および端部５２であり、最後に低下し始めるのが端部５３である。
【００３０】
上まぶた４３が開いた後における遠赤外線センサ１１〜１４の出力の時間的推移も互いに異なる。具体的には、図５に示すように、上まぶた４３が開いた後、下まぶた４４側の端部５４に指向性を有する遠赤外線センサ１４の出力のグラフ８４が、最も早く立ち上がる（出力が低下し始める）。それから一定時間を置いて、目頭４１側の端部５１に指向性を有する遠赤外線センサ１１の出力（または目尻４２側の端部５２に指向性を有する遠赤外線センサ１２の出力）のグラフ８１が立ち上がる。さらにそれから一定時間をおいて、上まぶた４３側の端部５３に指向性を有する遠赤外線センサ１３の出力のグラフ８３が立ち上がる。
【００３１】
通常、右目４０の一回の瞬きに要する時間は１００〜１５０ｍｓである。また、瞬きの間隔は、人の年齢差および個人差があるが、約５〜２０回／分（３ｓ／回）であると言われている。これらの時間に比べて、遠赤外線センサ１１〜１４の応答速度は十分に早い。具体的には、遠赤外線センサ１１〜１４は、遅くとも約１０ｍｓの応答速度を有している。したがって眼球運動検出装置１は、上まぶた４３が開いた後における、遠赤外線センサ１１〜１４の出力の立ち上がり開始の時間差を正確に検出できる。詳しくは実施形態２において説明するが、眼球運動検出装置１は、この時間差を検出することによって、右目４０における瞬きの発生を正確に検出できる。
【００３２】
本実施形態では、眼球運動検出装置１が右目４０の左右方向における眼球運動を検出する例を説明する。
【００３３】
（遠赤外線センサ１１および１２の出力の時間的推移）
図６は、ユーザが視線を右方向に移動させた後の右目４０を示す図である。この図に示すように、眼球運動によってユーザの視線が右方向（目尻４２側の端部５２の方）に移動するとき、端部５２は、視線の移動前から露出済みの露出表面５０における他の部分に切り換わる。一方、端部５２の反対側に位置する端部５１は、眼球の表面における視線の移動前に眼窩内に収められかつ眼球運動によって眼窩から新たに露出する露出部５５に切り換わる。
【００３４】
眼球は眼窩内において体温によって温められるので、眼球運動によって眼窩から新たに露出する露出部５５の温度は、眼球運動前に露出済みである露出表面５０の温度よりも高い。したがって、上記のように眼球運動が起こるとき、眼球の露出表面５０における端部５１の温度は、端部５１に露出部５５が新たに配置されることによって、一時的に高くなる。一方、端部５２ではそのようなことはない。
【００３５】
図７は、右目４０の上まぶた４３が開き、その後、ユーザの視線が右方向に移動する眼球運動が起こった際の、遠赤外線センサ１１の出力の時間的推移および遠赤外線センサ１２の出力の時間的推移の一例をそれぞれ示す図である。この図において、縦軸は遠赤外線センサ１１および１２の出力を示し、横軸は時間を示す。時点７１は、上まぶた４３が開いた瞬間である。時点７２は、眼球運動が開始された瞬間である。グラフ９１は、遠赤外線センサ１１の出力の時間的推移を示す。グラフ９２は、遠赤外線センサ１２の出力の時間的推移を示す。
【００３６】
図７に示すように、遠赤外線センサ１１の出力および遠赤外線センサ１２の出力は、いずれも、上まぶた４３が開いた時点７１の後、一定時間をおいて、低下し始める。これは、上述したように、上まぶた４３が開いてから端部５１および端部５２が外気に触れ始めるまでに、一定時間を要するからである。端部５１および端部５２は同時に外気に触れ始めるので、遠赤外線センサ１１の出力および遠赤外線センサ１２の出力は、いずれも同じタイミングで低下し始める。
【００３７】
ユーザの視線が右方向に移動する眼球運動が開始される時点７２の直後、遠赤外線センサ１１の出力は一時的に上昇し、その後再び低下する。一方、遠赤外線センサ１２の出力は遠赤外線センサ１１の出力のように上昇することなく低下し続ける。これは、上述したように、眼球運動が開始された直後に、端部５１が、眼窩からの温かい露出部５５に切り換わることによって、遠赤外線センサ１１が受光する遠赤外線の量が一時的に増加するためである。露出部５５の温度も露出部５５が外気に触れることによって徐々に低下するので、遠赤外線センサ１１の出力の上昇は一時的なものになり、遠赤外線センサ１２の出力と同様に再び低下し始める。
【００３８】
上まぶた４３が十分に長い時間開き続けた場合、端部５１および端部５２の温度はいずれも、ある時点に同じ一定温度まで低下し、それ以降は当該一定温度を維持する。この場合、遠赤外線センサ１１の出力および遠赤外線センサ１２の出力はいずれも、ある時点に同じ一定値にまで低下し、それ以降は当該一定値を維持する。上述したように、遠赤外線センサ１１の出力は眼球運動によって一時的に上昇するので、遠赤外線センサ１２の出力低下の方が、遠赤外線センサ１１の出力低下よりも先に終了する。
【００３９】
眼球運動検出装置１では、センサ制御部２１が、遠赤外線センサ１１の出力および遠赤外線センサ１２の出力を受け取り、出力差算出部２２に出力する。出力差算出部２２は、同時刻における遠赤外線センサ１１の出力から遠赤外線センサ１２の出力を減算することによって、遠赤外線センサ１１の出力と遠赤外線センサ１２の出力との差を算出する。出力差算出部２２は、算出した各時刻の出力差を視線移動方向検出部２３および視線移動量検出部２４に随時出力する。視線移動方向検出部２３は、入力された差の時間的推移に基づき、ユーザの視線の移動方向（右方向または左方向）を検出する。一方、視線移動量検出部２４は、入力された差の時間的推移に基づき、ユーザの視線の移動量を検出する。
【００４０】
これらの検出手法について、図８を参照して以下に説明する。図８は、右目４０の上まぶた４３が開き、その後、ユーザの視線が右方向に移動する眼球運動が起こった際の、遠赤外線センサ１１の出力と遠赤外線センサ１２の出力との差の時間的推移の一例を示す図である。この図において、縦軸は遠赤外線センサ１１の出力から遠赤外線センサ１２の出力を減算した出力差を示し、横軸は時間を示す。グラフ１０１は出力差の時間的推移を示す。
【００４１】
（視線移動方向の検出）
図８のグラフ１０１に示すように、出力差は、上まぶた４３が開いた時点７１から眼球運動が開始される時点７２までの間、ゼロである。これは、遠赤外線センサ１１の出力と遠赤外線センサ１２の出力とが、この間において同じように推移するからである。一方、眼球運動が開始される時点７２の後、出力差の立ち上がりが開始される。この立ち上がりの方向は、正極性に向かう方向である。このような立ち上がりが出力差において生ずるのは、上述したように、眼球運動が開始される時点７２の後において、遠赤外線センサ１１の出力が一時的に上昇するからである。
【００４２】
図８に示すように、視線が右方向に移動する眼球運動が起こるとき、遠赤外線センサ１１の出力から遠赤外線センサ１２の出力を減算した出力差の時間的推移に、正極性に向かう立ち上がりが生ずる。そこで視線移動方向検出部２３は、出力差算出部２２から入力される出力差の時間的推移における立ち上がりの方向に基づき、眼球運動の移動方向を検出する。具体的には、出力差の時間的推移に正極性に向かう立ち上がりが生じた場合、眼球運動の移動方向として右方向を検出する。
【００４３】
一方、図示はしないが、視線が左に移動する眼球運動が起こるとき、遠赤外線センサ１１の出力から遠赤外線センサ１２の出力を減算した出力差の時間的推移には、負極性に向かう立ち上がりが生ずる。そこで視線移動方向検出部２３は、出力差の時間的推移に負極性に向かう立ち上がりが生じた場合、眼球運動の移動方向として左方向を検出する。
【００４４】
（視線移動量の検出）
ユーザの視線が右方向により多く移動するほど、端部５１におけるより多くの範囲が露出部５５に置き換わるので、遠赤外線センサ１１が受光する遠赤外線の量がより増える。したがって、ユーザの視線が右方向により多く移動するほど、遠赤外線センサ１１の出力における一時的な増加量がより多くなる。これにより、出力差の時間的推移に生じる立ち上がりの角度がより大きくなる。すなわち、出力差の時間的推移に生じる立ち上がりの角度は、視線の移動量に比例する。そこで視線移動量検出部２４は、出力差算出部２２から受け取った出力差の時間的推移における立ち上がりの角度に基づき、視線の移動量を検出する。具体的には、角度がより大きいほど、より大きい移動量を検出する。すなわち、立ち上がりの角度に相対的に比例する量を、視線の移動量として検出する。
【００４５】
視線移動方向検出部２３は、検出した視線の移動方向を通信部２５に出力する。視線移動量検出部２４は、検出した視線の移動量を通信部２５に出力する。通信部２５は、入力された視線の移動方向および移動量を、眼球運動の検出結果として外部コンピュータに通知する。外部コンピュータは、通知された視線の移動方向および移動量に基づく処理を実行する。これによりユーザは、目を動かすことによって外部コンピュータを操作することができる。
【００４６】
（本実施形態の利点）
上述したように、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１１の出力と遠赤外線センサ１２の出力との差の時間的推移に基づき右目４０の眼球運動を検出する。したがって、視線が右方向（端部５２側）または左方向（端部５１側）に移動する眼球運動を、正確に検出できる。
【００４７】
眼球運動検出装置１が備える遠赤外線センサ１１および１２は、いずれも非接触型のセンサである。さらに、眼球運動検出装置１は、眼球運動を検出するための画像処理を必要としないので、軽量かつ低消費電力で動作できる。まとめると、眼球運動検出装置１は、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出できる。
【００４８】
また、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１１の出力から遠赤外線センサ１２の出力を減算した出力差の時間的推移における立ち上がりの方向に基づき、視線の移動方向を検出する。したがって、視線の移動方向を正確に検出できる。
【００４９】
また、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１１の出力から遠赤外線センサ１２の出力を減算した出力差の時間的推移における立ち上がりの角度に基づき、視線の移動量を検出する。したがって、視線の移動量を正確に検出できる。
【００５０】
ユーザが、視力矯正を必要としない者である場合、眼鏡３０は、レンズ作用のないガラスがレンズ装着箇所に装着された伊達眼鏡であることが望ましい。これにより、眼球への風の吹き付けをレンズが遮るので、眼球の露出表面５０の温度が風によって変化することを防止することができ、その結果として、眼球運動検出装置１が誤作動することを防止できる。
【００５１】
上述した特許文献１に係るアイウエアでは、ノーズパッド（鼻あて）の表面に第１の電極および第２の電極を設けている。したがってこの従来技術には、ノーズパッドがないアイウエアに適用することができないという欠点がある。一方、本実施形態の眼球運動検出装置１には、眼鏡３０のノーズパッドに設けられる必要がある部材は一つもない。したがって、眼球運動検出装置１が組み込まれかつノーズパッドがない眼鏡３０を実現できる。
【００５２】
一般に、人の片目の視野は、目頭側および上まぶた側に約６０度、下まぶた側に約７０度、かつ目尻側に約９０〜１００度であると言われている。すなわち人は、上下方向よりも左右方向において目をより広く動かせる。そのため、一軸上における眼球運動の検出結果に基づきコンピュータを操作する場合、本実施形態のように、眼球運動検出装置１が目の左右方向における視線の移動方向を検出する場合、ユーザはコンピュータを楽に操作できる。
【００５３】
〔実施形態２〕
本発明に係る第２の実施形態を図９〜図１２に基づき以下に説明する。
【００５４】
本実施形態に係る眼鏡３０および眼球運動検出装置１の構成は、実施形態１と同じである。しかし、本実施形態に係る眼球運動検出装置１は、右目４０の上下方向における眼球運動を検出する点で、実施形態１とは異なる。
【００５５】
（遠赤外線センサ１３および１４の出力の時間的推移）
図９は、ユーザが視線を上方向に移動させた後の右目４０を示す図である。この図に示すように、眼球運動によって、ユーザの視線が上方向（眼球の露出表面における端部５３側）に移動するとき、上まぶた４３側の端部５３は、視線の移動前から露出済みの露出表面５０における他の部分に切り換わる。一方、端部５３の反対側に位置する下まぶた４４側の端部５４は、眼球の表面における視線の移動前に眼窩内に収められかつ眼球運動によって眼窩から新たに露出する露出部５６に切り換わる。
【００５６】
眼球は眼窩内において体温によって温められる。したがって、眼球運動によって眼窩から新たに露出する露出部５６の温度は、眼球運動前に露出済みである露出表面５０の温度よりも高い。したがって、上記のように眼球運動が起こるとき、眼球の露出表面５０における端部５４の温度は、端部５４に新たに露出部５６が配置されることによって、一時的に高くなる。一方、端部５３ではそのようなことはない。
【００５７】
図１０は、右目４０の上まぶた４３が開き、その後、ユーザの視線が上方向に移動する眼球運動が起こった際の、遠赤外線センサ１３の出力の時間的推移および遠赤外線センサ１４の出力の時間的推移の一例を示す図である。この図において、縦軸は遠赤外線センサ１３および１４の出力を示し、横軸は時間を示す。グラフ１１３は、遠赤外線センサ１３の出力の時間的推移を示す。グラフ１１４は、遠赤外線センサ１４の出力の時間的推移を示す。
【００５８】
上述したように、眼球の表面が露出すると、その温度は時間と共に低下する。そのため、上まぶた４３が開くとき、先に露出する端部５４の温度は直ちに低下し始めるが、後で露出する端部５３は遅れて低下し始める。これにより、上まぶた４３が開いた後、グラフ１１４に示すように、遠赤外線センサ１４の出力の立ち上がり（出力低下）は直ちに開始される。一方、グラフ１１３に示すように、遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がり（出力低下）は、遠赤外線センサ１４の出力よりも遅れて開始される。このように、端部５３および端部５４が外気に触れ始めるタイミングが異なるので、遠赤外線センサ１３の出力および遠赤外線センサ１４の出力は、互いに異なるタイミングで低下し始める。
【００５９】
ユーザの視線が上方向に移動する眼球運動が開始される時点７２の直後、遠赤外線センサ１４の出力は一時的に上昇し、その後再び低下する。一方、遠赤外線センサ１３の出力は遠赤外線センサ１４の出力のように上昇することなく低下し続ける。これは、上述したように、眼球運動が開始された直後に、端部５４が、眼窩からの温かい露出部５６に切り換わることによって、遠赤外線センサ１４が受光する遠赤外線の量が一時的に増加するためである。露出部５６の温度も露出部５６が外気に触れることによって低下するので、遠赤外線センサ１４の出力の上昇は一時的なものになり、遠赤外線センサ１３の出力と同様に再び低下し始める。
【００６０】
上まぶた４３が十分に長い間開き続けた場合、端部５３および端部５４の温度はいずれも、ある時点に同じ一定温度まで低下するが、それ以降は当該一定値を維持する。この場合、遠赤外線センサ１３の出力および遠赤外線センサ１４の出力はいずれも、ある時点に同じ一定値まで低下し、それ以降は当該一定値を維持する。上述したように、遠赤外線センサ１４の出力は眼球運動によって一時的に上昇するので、遠赤外線センサ１３の出力低下の方が、遠赤外線センサ１４の出力低下よりも先に終了する。
【００６１】
眼球運動検出装置１では、センサ制御部２１が、遠赤外線センサ１３の出力および遠赤外線センサ１４の出力を受け取り、出力差算出部２２に出力する。出力差算出部２２は、同時刻の遠赤外線センサ１４の出力から遠赤外線センサ１３の出力を減算することによって、遠赤外線センサ１４の出力と遠赤外線センサ１４の出力との差を算出する。出力差算出部２２は、算出した各時刻の出力差を視線移動方向検出部２３および視線移動量検出部２４に随時出力する。
【００６２】
視線移動方向検出部２３は、入力された差の時間的推移に基づき、ユーザの視線の移動方向（上方向または下方向）を検出する。一方、視線移動量検出部２４は、入力された差の時間的推移に基づき、ユーザの視線の移動量を検出する。
【００６３】
これらの検出手法について、図１１および図１２を参照して以下に説明する。図１１は、上まぶた４３が開き、その後、視線が上方向に移動する眼球運動が起こった際の、遠赤外線センサ１４の出力と遠赤外線センサ１３の出力と差の時間的推移の一例を示す図である。この図において、縦軸は遠赤外線センサ１４の出力から遠赤外線センサ１３の出力を減算した出力差を示し、横軸は時間を示す。グラフ１２１は、出力差の時間的推移を示す。
【００６４】
（視線移動方向の検出）
図１１のグラフ１２１に示すように、出力差は、上まぶた４３が開いた時点７１の後、いったん負極性の方向に立ち上がる。この立ち上がりは、遠赤外線センサ１３の出力が立ち上がる時点７３まで続く。これは、上述したように、上まぶた４３が開いた後、まず端部５４が外気に露出し、それから一定時間をおいて端部５３が外気に露出するからである。上まぶた４３が開いた時点７１から、遠赤外線センサ１３の出力が立ち上がる時点７３までの間、遠赤外線センサ１４の出力は低下し続けるが、遠赤外線センサ１３の出力に変化はない。そのため、この間における出力差は、時間と共に遠赤外線センサ１４の出力がより低下することに対応して、時間と共により負極性側に推移する。
【００６５】
このように、上まぶた４３が開く時点７２から、遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がりが開始される時点７３までの間では、眼球運動が生じていなくても、出力差の時間的推移には負極性に向かう立ち上がりが生ずる。
【００６６】
遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がりが開始される時点７３から、眼球運動が開始される時点７２までの間、遠赤外線センサ１３の出力および遠赤外線センサ１４の出力は、いずれも同様に低下し続ける。そのため、この間における出力差は一定の値を維持する。ただし、上述したように、遠赤外線センサ１４の出力の方が先に低下し始めているため、この間における出力差はゼロではなく、一定の負極性の値を維持する。
【００６７】
眼球運動が開始される時点７２の後、出力差の立ち上がりが開始される。この立ち上がりの方向は、負極性から正極性に向かう方向である。このような立ち上がりが出力差において生ずるのは、上述したように、眼球運動が開始される時点７２の後において、遠赤外線センサ１４の出力が一時的に上昇するからである。
【００６８】
図１１に示すように、グラフ１２１には、瞬きによって生ずる負極性に向かう立ち上がりと、眼球運動によって生ずる負極性から正極性に向かう立ち上がりの、２つが含まれる。視線移動方向検出部２３が、誤って前者の立ち上がりに基づき視線の移動方向を検出した場合、視線の移動方向を誤って下方向であると誤って検出する。すなわち、眼球運動検出装置１は誤作動を起こしてしまう。
【００６９】
そこで本実施形態では、眼球運動検出装置１は、このような誤動作を防止するために、次のように動作する。まず、出力差算出部２２は、遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がりと、遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がりとに、時間差が生じたか否かを常時監視する。本実施形態では、遠赤外線センサ１４の出力が先に立ち上がり、それから時間差を置いて遠赤外線センサ１３の出力が立ち上がる。そこで出力差算出部２２は、遠赤外線センサ１４の出力と同時に遠赤外線センサ１３の出力が立ち上がらなかった場合、遠赤外線センサ１３の出力が立ち上がる時点７３を、時間差が生じた時点として検出する。
【００７０】
出力差算出部２２は、時点７３以前に遠赤外線センサ１３から受信した出力および遠赤外線センサ１４から受信した出力を、すべて廃棄する。すなわち、時点７３以前には出力差を算出しない。一方、時点７３以降は、遠赤外線センサ１３から受信した出力および遠赤外線センサ１４から受信した出力を廃棄せず、後者から前者を減算した出力差を算出して、視線移動方向検出部２３および視線移動量検出部２４に出力する。
【００７１】
図１２は、遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がりと遠赤外線センサ１４の出力の立ち上がりとの時間差が検出された後における、遠赤外線センサ１３の出力と遠赤外線センサ１４の出力との差の時間的推移の一例を示す図である。この図において、縦軸は遠赤外線センサ１４の出力から遠赤外線センサ１３の出力を減算した出力差を示し、横軸は時間を示す。グラフ１３１は、出力差の時間的推移を示す。
【００７２】
図１２に示すように、視線が上方向に移動する眼球運動が起こるとき、時点７３よりも後における、遠赤外線センサ１４の出力から遠赤外線センサ１３の出力を減算した出力差の時間的推移には、負極性から正極性に向かう立ち上がりが生ずる。そこで視線移動方向検出部２３は、出力差算出部２２から入力される、時点７３よりも後の出力差の時間的推移における立ち上がりの方向に基づき、眼球運動の移動方向を検出する。具体的には、出力差の時間的推移に正極性に向かう立ち上がりが生じた場合、眼球運動の移動方向として上方向を検出する。
【００７３】
一方、図示はしないが、視線が下方向に移動する眼球運動が起こるとき、時点７３よりも後における出力差の時間的推移には、負極性に向かう立ち上がりが生ずる。そこで視線移動方向検出部２３は、時点７３よりも後における出力差の時間的推移に負極性に向かう立ち上がりが生じた場合、眼球運動の移動方向として下方向を検出する。
【００７４】
（視線移動量の検出）
視線移動量検出部２４は、時点７３以降に受信した出力差の時間的推移における立ち上がりの角度に基づき、視線の移動量を検出する。すなわち、図１２に示すグラフ１３１における立ち上がりの角度に基づき、視線の移動量を検出する。
【００７５】
ユーザの視線が上方向により多く移動するほど、端部５４におけるより多くの範囲が露出部５６に置き換わるので、遠赤外線センサ１４が受光する遠赤外線の量がより増える。したがって、ユーザの視線が上方向により多く移動するほど、遠赤外線センサ１４の出力における一時的な増加量がより多くなる。これにより、出力差の時間的推移に生じる立ち上がりの角度がより大きくなる。すなわち、時点７３以降の出力差の時間的推移に生じる立ち上がりの角度は、視線の移動量に比例する。そこで視線移動量検出部２４は、出力差算出部２２から受け取った出力差の時間的推移における立ち上がりの角度に基づき、視線の移動量を検出する。具体的には、角度がより大きいほど、より大きい移動量を検出する。すなわち、立ち上がりの角度に相対的に比例する量を、視線の移動量として検出する。
【００７６】
（本実施形態の利点）
上述したように、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１４の出力と遠赤外線センサ１３の出力との差の時間的推移に基づき右目４０の眼球運動を検出する。したがって、視線が上方向（端部５３側）または下方向（端部５４側）に移動する眼球運動を、正確に検出できる。
【００７７】
眼球運動検出装置１が備える遠赤外線センサ１３および１４は、いずれも非接触型のセンサである。さらに、眼球運動検出装置１は、眼球運動を検出するための画像処理を必要としないので、軽量かつ低消費電力で動作できる。まとめると、眼球運動検出装置１は、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出できる。
【００７８】
また、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がりが遠赤外線センサ１４の出力の立ち上がりよりも遅れて開始された場合、遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がりが開始された時点７３よりも後における出力差の時間的推移に基づき、視線の移動方向を検出する。これにより、誤動作を防止できる。
【００７９】
また、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がりが遠赤外線センサ１４の出力の立ち上がりよりも遅れて開始された場合、遠赤外線センサ１３の出力の立ち上がりが開始された時点７３よりも後における出力差の時間的推移に基づき、視線の移動量を検出する。これにより、誤動作を防止できる。
【００８０】
〔実施形態３〕
本発明に係る第３の実施形態を以下に説明する。
【００８１】
上述した第１および第２の実施形態１では、眼球運動検出装置１は、眼球の左右方向および上下方向をいずれも検出するために、４つの遠赤外線センサ１１〜１４を備えている。一方、本実施形態では、眼球運動検出装置１は、４つの遠赤外線センサ１１〜１４のうち遠赤外線センサ１１および１２のみを備え、これによって左右方向の眼球運動のみを検出できる構成である。または、眼球運動検出装置１は、遠赤外線センサ１１〜１４のうち遠赤外線センサ１３および１４のみを備え、これによって瞬きの発生および上下方向の眼球運動のみを検出できる構成である。
【００８２】
〔ソフトウェアによる実現例〕
図１に示す眼球運動検出装置１の各機能ブロックは、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００８３】
後者の場合、眼球運動検出装置１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（又はＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。そして、コンピュータ（又はＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、たとえば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路等を用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【００８４】
〔変形例〕
上述した第１〜第３の実施形態は、たとえば以下のように変形することができる。
【００８５】
４つの遠赤外線センサ１１〜１４は、必ずしも独立した個別のセンサである必要はない。たとえば遠赤外線センサ１１〜１４は、複数の独立した個別の受光部分を有する１つのチップであるアレイセンサであってもよい。この構成では、各受光部分が、端部５１〜５４のうちいずれかのみに指向性を有している。
【００８６】
眼球運動検出装置１は、眼鏡３０のみならず、ヘッドマウントディスプレイ装置または眼鏡型ディスプレイ装置に組み込むことができる。このように、眼球運動検出装置１が組み込まれたヘッドマウントディスプレイ装置または眼鏡型ディスプレイ装置も、本発明の一実施形態に含まれる。これらのヘッドマウントディスプレイ装置または眼鏡型ディスプレイ装置では、ディスプレイが風除けの役割を果たす。
【００８７】
眼球運動検出装置１が備えている構成要素のすべてが、眼鏡３０に設けられる必要はない。たとえば、遠赤外線センサ１１〜１４のみが眼鏡３０には設けられ、制御部２０は、操作対象である外部コンピュータに設けられていてもよい。このように、遠赤外線センサ１１〜１４を備えている眼鏡３０と、制御部２０を備えている外部コンピュータとによって構成される操作システムも、本発明の一実施形態に含まれる。
【００８８】
この操作システムでは、遠赤外線センサ１１〜１４と、外部コンピュータ内の制御部２０とは、無線または有線によって接続される。有線の場合、遠赤外線センサ１１〜１４は、たとえばフレキシブル基板または配線を介して制御部２０に接続される。遠赤外線センサ１１〜１４の出力は、随時、外部コンピュータ内の制御部２０に送られる。センサ制御部２１が、遠赤外線センサ１１〜１４の出力に基づきユーザの眼球運動を検出し、外部コンピュータが、検出された眼球運動に基づく処理を実行する点は、上述した各実施形態と同じである。
【００８９】
眼球の露出表面５０の温度は、気温または湿度の影響を受けて大きく変化する可能性がある。そこで眼球運動検出装置１は、気温センサまたは湿度センサを備えることによって、これらのセンサの出力に基づき、検出された視線の移動方向および移動量を補正してもよい。これにより、指向性の移動方向および移動量の精度を向上できる。
【００９０】
あるいは、眼球運動検出装置１は、気温センサまたは湿度センサの出力に基づき、誤作動を防止する措置を取ってもよい。たとえば眼球運動検出装置１は、気温センサの出力に基づき環境温度が急変化したことを検出した場合には、眼球運動の検出結果（視線の移動方向および移動量の検出結果）を、外部コンピュータに通知しないことが好ましい。これにより、環境温度の急変化によって眼球の露出表面５０の温度が急変化し、眼球運動検出装置１がこれを誤って眼球運動として検出したとしても、外部コンピュータが誤って操作されることを防止できる。
【００９１】
また、眼球運動検出装置１は、気温センサの出力および湿度センサの出力に基づき不快指数を検出し、これが８０を越えた場合には、眼球運動の検出結果（視線の移動方向および移動量の検出結果）を、外部コンピュータに通知しないことが好ましい。これにより、不快指数が８０〜８５に達した際にユーザが汗をかき、この汗が右目４０に入ることによる露出表面５０の温度が急変化し、眼球運動検出装置１がこれを誤って眼球運動として検出したとしても、外部コンピュータが誤って操作されることを防止できる。
【００９２】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る眼球運動検出装置は、
ユーザの目の眼球の露出表面における第１の端部（端部５１、端部５３）に指向性を有する第１の遠赤外線センサ（遠赤外線センサ１１、遠赤外線センサ１３）と、
上記眼球の露出表面における、上記第１の端部に対向する第２の端部（端部５２、端部５４）に指向性を有する第２の遠赤外線センサ（遠赤外線センサ１２、遠赤外線センサ１４）と、
上記第１の遠赤外線センサの出力と上記第２の遠赤外線センサの出力との差を算出する第１の出力差算出部（出力差算出部２２）と、
算出された上記差の時間的推移に基づき、上記眼球の眼球運動を検出する第１の検出部（視線移動方向検出部２３、視線移動量検出部２４）とを備えていることを特徴としている。
【００９３】
眼球運動によって、ユーザの視線が眼球の露出表面における第１の端部側に移動するとき、第１の端部は、視線の移動前から露出済みの露出表面における他の部分に切り換わる。一方、第１の端部の反対側に位置する第２の端部は、眼球の表面における視線の移動前に眼窩内に収められかつ眼球運動によって眼窩から新たに露出する部分に切り換わる。
【００９４】
眼球は眼窩内において体温によって温められるので、眼球における眼窩内の埋没表面の温度は、眼球における露出表面の温度よりも高い。したがって、上記のように眼球運動が起こるとき、眼球の露出表面における第２の端部の温度は、眼球運動が起こると一時的に高くなる。一方、第１の端部ではそのようなことはない。
【００９５】
この結果、視線が第１の端部側に移動する眼球運動が起こると、第２の端部に指向性を有する第２の遠赤外線センサの出力は一時的に増加するが、第１の端部に指向性を有する第１の遠赤外線センサの出力はそうならない。したがって、第１の遠赤外線センサの出力と第２の遠赤外線センサとの差は、眼球運動の程度に応じて時間的に異なって推移する。
【００９６】
逆に、視線が第２の端部側に移動する眼球運動が起こると、第１の遠赤外線センサの出力は一時的に増加するが、第２の遠赤外線センサの出力はそうならない。したがってこの場合も、第１の遠赤外線センサの出力と第２の遠赤外線センサとの差は、眼球運動の程度に応じて時間的に異なって推移する。
【００９７】
ここで、上記の構成によれば、眼球運動検出装置は、第１の遠赤外線センサの出力と第２の遠赤外線センサの出力との差の時間的推移に基づき、眼球の眼球運動を検出する。したがって、視線が第１の端部側または第２の端部側に移動する眼球運動を、正確に検出できる。
【００９８】
また、本態様に係る眼球運動検出装置が備える第１の遠赤外線センサおよび第２の遠赤外線センサは、いずれも非接触型のセンサである。さらに、本態様に係る眼球運動検出装置は、眼球運動を検出するための画像処理を必要としないので、軽量かつ低消費電力で動作できる。
【００９９】
以上のように、本態様に係る眼球運動検出装置は、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出できる。
【０１００】
本発明の態様２に係る眼球運動検出装置では、上記態様１において、
上記第１の検出部は、上記差の時間的推移における立ち上がりの方向に基づき、上記ユーザの視線の移動方向を検出することを特徴としている。
【０１０１】
上記の構成によれば、眼球運動が起こったときの視線の移動方向を正確に検出できる。
【０１０２】
本発明の態様３に係る眼球運動検出装置では、上記態様１または２において、
上記第１の検出部は、上記差の時間的推移における立ち上がりの角度に基づき、上記ユーザの視線の移動量を検出することを特徴としている。
【０１０３】
上記の構成によれば、眼球運動が起こったときの視線の移動量を正確に検出できる。
【０１０４】
本発明の態様４に係る眼球運動検出装置では、上記態様１〜３のいずれかにおいて、
上記第１の遠赤外線センサは、上記眼球の露出表面の目頭側における上記第１の端部に指向性を有し、
上記第２の遠赤外線センサは、上記眼球の露出表面の目尻側における上記第２の端部に指向性を有することを特徴としている。
【０１０５】
上記の構成によれば、目の横方向における眼球運動を正確に検出できる。
【０１０６】
本発明の態様５に係る眼球運動検出装置では、上記態様１〜３のいずれかにおいて、
上記第１の遠赤外線センサは、上記眼球の露出表面の上まぶた側における上記第１の端部に指向性を有し、
上記第２の遠赤外線センサは、上記眼球の露出表面の下まぶた側における上記第２の端部に指向性を有することを特徴としている。
【０１０７】
上記の構成によれば、目の縦方向における眼球運動を正確に検出できる。
【０１０８】
本発明の態様６に係る眼球運動検出装置では、上記態様５において、
上記第１の遠赤外線センサの出力の立ち上がりが上記第２の遠赤外線センサの出力の立ち上がりよりも遅れて開始された場合、上記第１の検出部は、上記第１の遠赤外線センサの出力の立ち上がりが開始された時点よりも後における上記差の時間的推移に基づき、上記眼球運動を検出することを特徴としている。
【０１０９】
上記第１の遠赤外線センサの出力の立ち上がりが上記第２の遠赤外線センサの出力の立ち上がりよりも遅れて開始された場合、上記第１の検出部は、上記第１の遠赤外線センサの出力の立ち上がりが開始された時点よりも後における上記差の時間的推移に基づき、上記眼球運動を検出することを特徴としている。
【０１１０】
眼球の表面が露出すると、その温度は時間と共に低下する。そのため、目が開くとき、先に露出する第２の端部の温度は直ちに低下し始めるが、後で露出する第１の端部は遅れて低下し始める。これにより、目が開いた後、第２の遠赤外線センサの出力の立ち上がりは直ちに開始されるが、第１の遠赤外線センサの出力の立ち上がりは、第２の遠赤外線センサよりも遅れて開始される。
【０１１１】
このように、目が開いてから、第２の遠赤外線センサの出力の立ち上がりが開始されるまでの間では、眼球運動が生じていなくても、第１の遠赤外線センサの出力の時間的推移は、第２の遠赤外線センサの出力の時間的推移と異なっている。したがって、この期間において、第１の遠赤外線センサの出力と第２の遠赤外線センサの出力の差は、あたかも眼球運動が発生したかのように時間的に推移する。そのため、この期間における出力差の時間的推移に基づくと、眼球運動を誤って検出することになる。
【０１１２】
そこで、本態様に係る眼球運動検出装置は、第１の遠赤外線センサの出力の立ち上がりが上記第２の遠赤外線センサの出力の立ち上がりよりも遅れて開始された場合、第１の遠赤外線センサの出力の立ち上がりが開始された時点よりも後における差の時間的推移に基づき、眼球運動を検出する。言い換えると、第１の遠赤外線センサの出力の立ち上がりが開始された時点よりも前における、両センサの出力差は無視する。これにより、瞬きの発生を眼球運動として誤って検出することを防止できる。
【０１１３】
本発明の態様７に係る眼球運動検出装置では、上記態様１〜３のいずれかにおいて、
上記眼球の露出表面の上まぶた側における第３の端部（端部５３）に指向性を有する第３の遠赤外線センサ（遠赤外線センサ１３）と、
上記眼球の露出表面の下まぶた側における第４の端部（端部５４）に指向性を有する第４の遠赤外線センサ（遠赤外線センサ１４）と、
上記第３の遠赤外線センサの出力と上記第４の遠赤外線センサの出力との差をする第２の出力差算出部（視線移動方向検出部２３および視線移動量検出部２４）と、
上記第２の出力差算出部によって算出された上記差の時間的推移に基づき、上記眼球の眼球運動を検出する第２の検出部とを備えていることを特徴としている。
【０１１４】
上記の構成によれば、目の左右方向における眼球運動および上下方向における眼球運動を両方とも正確に検出できる。
【０１１５】
本発明の態様８に係る眼球運動検出方法は、
ユーザの目の眼球の露出表面における第１の端部に指向性を有する第１の遠赤外線センサの出力と、上記眼球の露出表面における、上記第１の端部に対向する第２の端部に指向性を有する第２の遠赤外線センサの出力との差を算出する出力差検出工程と、
算出された上記差の時間的推移に基づき、上記眼球の眼球運動を検出する検出工程とを有することを特徴としている。
【０１１６】
上記の構成によれば、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出できる。
【０１１７】
本発明の態様９に係る眼鏡は、上記態様１〜７のいずれかに係る眼球運動検出装置を備えていることを特徴としている。
【０１１８】
上記の構成によれば、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出する眼鏡を提供できる。
【０１１９】
本発明の態様１０に係るヘッドマウントディスプレイ装置は、上記態様１〜７のいずれかに係る眼球運動検出装置を備えていることを特徴としている。
【０１２０】
上記の構成によれば、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出するヘッドマウントディスプレイ装置を提供できる。
【０１２１】
本発明の態様１１に係る眼鏡型ディスプレイ装置は、上記態様１〜７のいずれかに係る眼球運動検出装置を備えていることを特徴としている。
【０１２２】
上記の構成によれば、非接触、軽量、かつ低消費電力で眼球運動を検出する眼鏡型ディスプレイ装置を提供できる。
【０１２３】
上述した眼球運動検出装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記眼球運動検出装置が備える各部として動作させることにより上記眼球運動検出装置をコンピュータにて実現させるプログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【０１２４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、眼球運動を検出するための装置として幅広く利用できる。
【符号の説明】
【０１２６】
１  眼球運動検出装置
１１  遠赤外線センサ（第１の遠赤外線センサ）
１２  遠赤外線センサ（第２の遠赤外線センサ）
１３  遠赤外線センサ（第１の遠赤外線センサ、第３の遠赤外線センサ）
１４  遠赤外線センサ（第２の遠赤外線センサ、第４の遠赤外線センサ）
２０  制御部
２１  センサ制御部
２２  出力差算出部（第１の出力差算出部、第２の出力差算出部）
２３  視線移動方向検出部（第１の検出部、第２の検出部）
２４  視線移動量検出部（第１の検出部、第２の検出部）
２５  通信部
３０  眼鏡
３１  フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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