(57)【要約】【目的】特別な訓練を要することなく、眼球運動による機器の制御を可能とする制御装置を提供すること。【構成】眼球運動を行う際に発生する生体信号を検知する検知手段と、前記検知した生体信号に基づき前記眼球運動の運動方向を推測する信号解析手段と、前記推測された運動方向に応じた機器の制御を行う機器制御手段とを含んで制御装置を構成する。ここで、眼球運動方向に応じた機器の制御は機器のポインタ移動制御である。又、眼球運動方向に応じた機器の制御が機器の調節機能を操作する制御であることを特徴とする。更に、前記生体信号が少なくとも眼球を発生源とする信号であることを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004110150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼球運動を行う際に発生する生体信号を検知する検知手段と、前記検知した生体信号に基づき前記眼球運動の運動方向を推測する信号解析手段と、前記推測された運動方向に応じた機器の制御を行う機器制御手段とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記眼球運動方向に応じた機器の制御が機器のポインタ移動制御であることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記眼球運動方向に応じた機器の制御が機器の調節機能を操作する制御であることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項４】
前記生体信号が少なくとも眼球を発生源とする信号であることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項５】
前記眼球運動がサッケード運動を含むことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項６】
前記検知手段が乳様突起上及びその近傍を含む後頭部の左右２箇所に配置される電極を具備することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項７】
前記検知手段が乳様突起上近傍を含む後頭部の左右２箇所に配置される生体信号測定用の電極を具備し、その近傍にアース用の電極及び基準電極用の電極を具備することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項８】
前記検知手段が左右の乳様突起上近傍に配置された基準電極用の電極から測定された信号の平均値を基準値として用いることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項９】
前記電極が安定した信号測定を行うために粘着性と屈曲性及び導電性を持つことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１０】
前記検知手段が安定した信号測定を行うために皮膚と電極間の接触抵抗を測定する手段を含み、測定された接触抵抗の値が所定値を超えた場合に超えたことを使用者に知らせる告知手段を有することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１１】
前記信号解析手段が一定時間内に含まれる測定信号列を用い、この信号列を重複を許して複数作成し、これらの信号列の解析を行うことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１２】
前記信号解析手段が一定時間内に含まれる測定信号列を用い、この信号列の最初のデータと最後のデータの大きさがほぼ等しくなるように座標変換を行うことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１３】
前記信号解析手段が請求項１２に記載されている処理を行った後、左右の乳様突起上近傍にある２つの電極から測定されたデータを座標軸とする２次元平面上にデータを記述することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１４】
前記信号解析手段が請求項１３に記載されている処理を行った後、請求項１３に記載されている２次元平面座標上に記述されたデータ列に最も適合するベクトルを求めることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１５】
前記信号解析手段が請求項１４に記載されている処理を行った後、請求項１３に記載されている２次元平面座標上にプロットされたデータ列に最も適合するベクトルを、予め測定された眼球運動が上下左右に運動したときの理想的なデータを用いて測定データと同様の解析を行い、求めたベクトルの方向にベクトル分解を行うことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１６】
前記信号解析手段が請求項１５に記載されている処理を行った後、導出されたベクトル分解されたベクトルに、ベクトルの長さ、角度に上限と下限の閾値を設け、該閾値内にベクトル分解されたベクトルの先端が入っている場合に眼球運動を検出することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１７】
前記信号解析手段が請求項１６に記載されている処理を行った後、導出されたベクトル分解されたベクトルの方向により眼球運動の方向検出精度が向上するように閾値を変化させることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１８】
前記信号解析手段が請求項１６に記載されている処理を行った後、導出されたベクトル分解されたベクトルの方向に近づくように、予め測定された眼球運動が上下左右に運動した時の理想的なデータを用いて測定データと同様の解析を行い、求めたベクトル又は過去の経験から推測される最も適切なベクトルの方向を変化させることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項１９】
前記信号解析手段が一定時間内に含まれる信号列を用い、この信号列の最初のデータと最後のデータが０になるように座標変換を行い、左右の入用突起状近傍にある２つの電極から測定されたデータを座標軸とする２次元平面上にデータを記述し、この座標平面上にプロットされたデータ列とそれ最も適合するベクトルとの分散値等を含むばらつき度合いを計算し、或る閾値以上のばらつきがある場合には、雑音が混入していると見なして眼球運動の方向の判定を行わないことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項２０】
信号列を微分することにより極値を推定し、信号列中に含まれる眼球運動に伴う信号を推定する手段を有し、同じ信号を重複して検出することを避けることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項２１】
信号列の大きさを比較することにより極値を推定し、信号列中に含まれる眼球運動に伴う信号のを推定する手段を有し、同じ信号を重複して検出することを避けることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項２２】
眼球運動に伴う信号を検出した後、一定時間眼球運動に伴う信号を検出しないことにより、眼球運動検出後に元の位置に戻すために行う眼球運動や個視点位置探索のための眼球運動による誤作動を回避する手段を有することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項２３】
請求項１記載の信号解析手段を経た後の信号解析を行うために必要なパラメータを記録することができることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項２４】
前記記録媒体に保存されている情報を用いて眼球運動の方向推定を行うことができることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項２５】
信号解析手段による解析結果が誤っていた場合、外部入力を行うことにより、学習内容の補正が可能であることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項２６】
左右方向への眼球運動で制御内容の選択を行い、上下方向への眼球運動で選択した制御内容の実行又は停止を行うことを特徴とする請求項３記載の制御装置。
【請求項２７】
電極から測定された信号又はその信号に処理を加えたデータ列を無線を用いて送信する手段を有することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項２８】
記録媒体は着脱可能であり、該記憶媒体に記憶された情報が同様の制御方式を持つ異なる制御装置にも使用可能であることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼球運動に伴い発生する生体信号を測定し、測定した生体信号に含まれる情報から機器やポインタの制御を行う制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＯＧとは、眼球の角膜側が＋、網膜側が−に帯電していることにより発生する電位差のことである。この電位差を測定することにより、眼球運動の方向を推定することができる。
【０００３】
これまでＥＯＧを用いた制御装置としては、例えば特開平９−３４６３０号公報に記載されている。これによると、左右の眼球の近傍、電極を貼り付けてＥＯＧを測定し、眼球運動の方向を推測することにより機器の制御を行うものである。又、ＥＯＧの検出方法としては、電極から測定された信号が或る一定の閾値を超えたときにＥＯＧを検出するものである。又、この制御装置は、瞬きによってＥＯＧを用いた制御を行うかどうかを切り替えることができる。
【０００４】
又、特開平６−９５７９７号公報に記載されているＥＯＧを用いた制御装置は、電極を前頭部、頬、こめかみに接近して貼り付け、電極から測定された信号が或る一定の閾値を超えたときにＥＯＧを検出するものである。又、測定された信号の周波数と振幅で違いで筋電や瞬き等のＥＯＧと共に測定される他の生体信号との分別を行うとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術には幾つかの問題がある。
【０００６】
先ず、この制御装置は眼球の近傍や顔の表面に装着するため、日常生活で使用するには目立ってしまう等といった違和感や化粧等が落ちてしまう等の問題がある。又、眼球近傍や顔の表面に装着された電極は、眼球運動以外の瞬きや顔の筋肉の運動によりＥＯＧ以外の筋電が混入し、電極と皮膚面の接触状態が不安定になり易いことが挙げられる。
【０００７】
皮膚と電極の接触状態が不安定になると、安定した信号測定が困難になり、基線の揺らぎや雑音の混入等が起こり、ＥＯＧ以外の信号をＥＯＧとして検出してしまったり、ＥＯＧが検出できなかったり、一度の眼球運動により発生するＥＯＧを重複して計測してしまったりする可能性が高くなる。
【０００８】
又、特開平９−３４６３０号公報は、眼球運動による制御を行うときと行わないときの選択ができるようになっているものの、このまま使用したのでは、制御を目的として眼球運動を行った後、ポインタの制御位置と注視点がずれてしまったときに、ポインタの位置に視点を合わせようとして行った眼球運動を誤検出してしまう可能性がある。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、特別な訓練を要することなく、眼球運動による機器の制御を可能とする制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、電極位置に関しては、乳様突起上近傍に配置することにした。この位置は、皮膚下に雑音源となる筋肉が少なく、又、殆どの人に発毛が見られないため、皮膚と電極の接触状態を安定させることができる。更に、顔面に電極を配置する必要がないために電極が目立たず、日常生活においても違和感なく使用することができる。
【００１１】
又、電極と皮膚との接触状態の変化や使用状況、個人差による信号変化に対応するため、基線の揺らぎを抑え、より良い精度で眼球運動情報が検出できるよう処理を行った。
【００１２】
請求項１記載した制御装置は、一定時間内に含まれる信号列を用い、この信号列の最初のデータと最後のデータが０になるように座標変換を行う手段と、左右の入用突起状近傍にある２つの電極から測定されたデータを座標軸とする２次元平面上にデータを記述する手段と、この座標平面上にプロットされたデータ列に最も適合するベクトルを、予め測定された眼球運動が上下左右に運動したときの理想的なデータ又は過去の経験から推測される最も適切なベクトルを用いて測定データと同様の解析を行う手段と、求めたベクトルの方向にベクトル分解を行い、このベクトル分解されたベクトルにベクトルの長さ、角度に上限と下限の閾値を設け、この閾値内にベクトル分解されたベクトルの先端が入っている場合に眼球運動を検出する手段と、測定された信号列を微分する又はその大きさを比較することにより極値を推定し、信号列中に含まれる眼球運動に伴う信号を推定する手段と、座標平面上にプロットされたデータ列と、それ最も適合するベクトルとの分散値等を含むばらつき度合いを計算し、或る閾値以上のばらつきがある場合には雑音が混入していると見なし、眼球運動の方向の判定を行わない手段を有することにより、雑音の混入や基線の揺らぎに対しても安定した眼球運動方向の推定を行うことができ、同じ信号を重複して検出しないようにすることができる。
【００１３】
又、眼球運動方向を推定するために必要とされるパラメータを更新する手段を有することにより、個人差や使用ごとに異なるパラメータの補正を行い、眼球運動方向の検出精度の向上に成功した。更に、これらの新たに獲得したパラメータを着脱可能な記録媒体に記憶させ、次回使用時や同様の仕様を持つ他機種で使用する際にそのパラメータが使用できるようにする手段を有することで、より最適なパラメータに早く達することができるため、より眼球運動方向の推定精度を向上させることができる。
【００１４】
上記請求項１記載の制御装置は、眼球運動に伴う信号を検出した後、一定時間眼球運動に伴う信号を検出しない手段を有することにより、眼球運動検出後に元の位置に戻すために行う眼球運動や、注視点位置探索のための眼球運動による誤作動を回避する手段を有する。
【００１５】
方向指示を伴う機器操作としては、パソコンディスプレイ上のポインタを動かすことや、音響機器やゲーム機の制御等が挙げられるが、同様に制御内容が選択可能な機器やソフトウェアである場合は、眼球運動を制御内容の選択、調節する手段として用いることにより、本発明を適用することができる。
【００１６】
又、本発明の電極位置から測定されるＥＯＧは、その大きさが上下方向に眼球運動を行ったときよりも左右方向に眼球運動を行ったときの方がより大きい信号が測定される場合が多い。そのため、制御内容を選択し、実行を行う際には、左右の眼球運動で制御内容を選択し、上下の眼球運動で選択した制御内容のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、より誤作動の少ない制御を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態として、眼球運動を行った際に生じる生体信号を用いてポインティングデバイスの制御を行う装置を説明する。図１及び図２はその装置の構成と信号の流れを示す概略図である。
【００１９】
図１の生体信号測定器（Ｇ１）は、信号測定部（Ａ１）、信号前処理部（Ａ２）、信号送信部（Ａ３）を含む。信号測定部（Ａ１）は生体信号を測定するための電極を有し、信号処理部（Ａ３）は高Ｓ／Ｎ比で信号を増幅できる増幅器と測定された生体信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換装置を有し、信号送信部（Ａ３）は後述の生体信号制御器（Ｇ２、図２参照）内の信号受信部（Ｂ１）へ無線で信号を送信する送信装置を有する。
【００２０】
図２の生体信号制御器（Ｇ２）は、信号受信部（Ｂ１）、信号処理部（Ｂ２）、信号解析部（Ｂ３）、制御部（Ｂ４）、接触抵抗値情報表示部（Ｂ５）を含む。信号受信部（Ｂ１）は生体信号測定器から無線で送信されてくる信号と使用者からの制御開始・終了信号を受信する受信装置を有し、又、電極と皮膚の間の接触抵抗値が５０ｋΩを超えている場合は接触抵抗情報表示部（Ｂ５）へ信号を送信する送信装置を有する。信号処理部（Ｂ２）では信号送信部（Ａ３）から送信されてきた信号をスムージング処理とカットオフフィルタを行うためのアルゴリズムを有するプログラムを備える。信号解析部（Ｂ３）は信号送信部（Ａ３）から送信されてきた信号から眼球運動方向を推測し、制御内容を決定するためのアルゴリズムを有するプログラムを備える。
【００２１】
又、眼球運動方向を推定するために必要なパラメータを記録媒体から入出力を行う。制御部（Ｂ４）は、信号解析部（Ｂ３）より送信されてきたデータを用いてポインタを制御を行うためのアルゴリズムを有する。外部入力部（Ｂ６）は、目的とする制御内容と異なる制御が行われた場合に、外部入力により制御内容の補正を行う。記録部（Ｂ７）は、眼球運動方向推定に必要な情報を外部記録媒体に入出力することで、眼球運動方向の推定精度を向上させる。
【００２２】
本装置における生体信号測定器（Ｇ１）の外観図を図４に示す。電極は左右の耳に装着することによって固定するとともに、測定器に屈曲性を持たせることと電極自体に粘着性を持たせることで接着面と皮膚とのずれを防止する。電極は測定用が左右にそれぞれ１つずつと、ボディーアース及び基準電極用が左右に１つの計５つである。基準値は、左右の基準電極の平均値とする。
【００２３】
又、生体信号制御器（Ｇ２）に含まれる信号処理部（Ｂ２）、信号解析部（Ｂ３）、制御部（Ｂ４）、接触抵抗情報表示部（Ｂ５）における処理は、Ｖｉｓｕａｌ
Ｂａｓｉｃ　やＶｉｓｕａｌ　　Ｃ＋＋　言語等のソフトウェアを用いてプログラミングを行い、信号受信部を実装したコンピューターにインストールした。又、信号受信部（Ｂ１）をボード化してＰＣに実装した。
【００２４】
以下、本実施の形態に係る制御装置の動作について説明する。
【００２５】
先ず、信号測定部（Ａ１）では、椅子に座って安静にしている人の耳の後ろ側の毛髪の生えていない部分（乳様突起上近傍）に電極を取り付け（図４参照）、皮膚と電極との接触抵抗値及び生体信号としてＥＯＧ（眼電）を測定する。
【００２６】
又、記録部（Ｂ７）内に外部記録媒体に眼球運動方向推定に必要な情報が記録されていれば信号解析部（Ｂ３）へと情報を読み込む。本実施の形態では、記録媒体としてフロッピーディスクを用いた。
【００２７】
使用者は、上下左右の４方向と、その中間の斜め方向である４方向の合わせて８方向のうちの１つの方向へ眼球運動を行う（図６参照）。
【００２８】
信号測定部は（Ａ１）は、信号受信部（Ｂ１）から送信されてくる制御開始信号を受信し、接触抵抗値と生体信号の測定を開始する。測定された生体信号は信号前処理部（Ｂ２）で３００００　倍に増幅され、サンプリング周波数１ｋＨｚでデジタル化される。信号送信部（Ａ３）では、接触抵抗情報及びデジタル化された信号を信号受信部（Ｂ１）へ送信する。この時接触抵抗値が５０ｋΩ以上であれば、接触抵抗情報表示部（Ｂ５）に信号が送信され、ディスプレイ上に接触抵抗が５０ｋΩよりも高いことを使用者に知らせる（図８参照）。この表示を見た使用者は、制御の成功率を上げるためには電極と皮膚間の汚れを取り除き、接触抵抗値が５０ｋΩを下回るようにする必要があることを認識する。信号処理部（Ｂ２）では、信号受信部（Ｂ１）が受信したデジタル化された信号のスムージング処理を行い、カットオフフィルタを用いて０．５〜３０Ｈｚの周波数帯域の信号を抽出する。次に、信号解析部（Ｂ３）で眼球運動を行っている方向を推測する。その過程を図２に示す。
【００２９】
ステップＣ１では、信号処理部（Ｂ２）から送信されてくるデータ列から０．５秒間のデータ列を取り出す。
【００３０】
次に、ステップＣ２では、抽出したＥＯＧを１００ｍｓごとに積分を行う。これにより、左右の電極から測定されたデータは５点で表される。このデータ列を左右の電極それぞれＬ（ｔ）、Ｒ（ｔ），ｔ＝１〜５と表す。このＬ（ｔ）、Ｒ（ｔ）を、横軸をｔ、縦軸をＬ（ｔ）及びＲ（ｔ）とするグラフを作成する。
【００３１】
ステップＣ３では、このデータ列に対して眼球運動方向の推定を行うかどうかを決定する。決定するための基準としては、このデータ列の極値がどこにあるかを利用する。つまり、Ｌ（３）、Ｒ（３）のどちらかが各データ列の極値を取るとき、これらのデータ列Ｌ（ｔ），Ｒ（ｔ）について眼球運動方向検出を行う。極値を検出する方法としては、各データ列の大きさを比較しても良く、データ列を微分して極値を導出しても良い。こうすることにより、異なるデータ列内に信号が重複して含まれる場合に、同一のＥＯＧを重複して検出することを防止することができる。本実施の形態では、Ｌ（ｔ）、Ｒ（ｔ）、ｔ＝１〜５のデータ列を解析した後、次に解析するデータ列として、Ｌ（０）、Ｒ（０）から０．１秒後から測定を開始した０．５秒間分のデータ列を用いて新たなＬ（ｔ）、Ｒ（ｔ）、ｔ＝１〜５を作成する。
【００３２】
ステップＣ４では、このグラフ上で、Ｌ（１），Ｒ（１）が０になるように平行移動する。この処理により、Ｌ（ｔ）、Ｒ（ｔ）はそれぞれ
Ｌ（ｔ）−（Ｌ（１）、Ｒ（ｔ）−Ｒ（１），ｔ＝１〜５
と表すことができる。
【００３３】
次に、ステップＣ５では、先ずＬ（１）とＬ（５）、Ｒ（１）とＲ（５）を結ぶ直線を引く。この直線は、傾きがそれぞれ、
（Ｌ（５）−Ｌ（１））／５、（Ｒ（５）−Ｒ（１））／５
の原点を通る直線となる。この直線を用いて、Ｌ（５）、Ｒ（５）が０になるよう、
Ｌ（ｔ）＝Ｌ（ｔ）−（Ｌ（ｔ）−Ｌ（１））／ｔ
Ｒ（ｔ）＝Ｒ（ｔ）−（Ｒ（ｔ）−Ｒ（１））／ｔ
と変換する。
【００３４】
これら一連の処理を施すことにより、基線の揺らぎやアーチファクトの混入に対する影響を軽減することができる。
【００３５】
次に、ステップＣ６は、Ｌ（ｔ）とＲ（ｔ）を座標軸とする平面座標系に点（Ｌ（ｔ），Ｒ（ｔ））を描画する。この平面図上で、Ｌ（ｔ）とＲ（ｔ）をそれぞれを原点を通るベクトルで近似し、その長さを各座標点（Ｌ（ｔ），Ｒ（ｔ）），ｔ＝１〜５の原点からの距離の平均値とする。この近似したベクトルをＬＲとする。
【００３６】
ＬＲは、
（（Ｌ（１）＋Ｌ（２）＋Ｌ（３）＋Ｌ（４）＋Ｌ（５））／５
（（Ｒ（１）＋Ｒ（２）＋Ｒ（３）＋Ｒ（４）＋Ｒ（５））／５
と表すことができる。ここで、Ｌ（１）＝Ｌ（５）＝Ｒ（１）＝Ｒ（５）＝０であるから、ＬＲは（（Ｌ（２）＋Ｌ（３）＋Ｌ（４））／５，（Ｒ（２）＋Ｒ（３）＋Ｌ（４）／５と等しく、こちらを用いても良い。
【００３７】
次に、ステップＣ７は、ＬＲと各座標点（Ｌ’（ｔ），Ｒ’（ｔ）），ｔ＝１〜５との距離を求め、その和をばらつき度合いの指標とする。この和の大きさが或る閾値を超えた場合、測定データに含まれる雑音が多く眼球運動の方向推定が不可能であると判断する。この閾値の導出には、ステップＣ９で述べる閾値更新方法と同様の処理を行う。
【００３８】
ステップＣ８は、眼球運動方向を推定する。眼球運動は、上下左右及びそれらの中間方向である斜め方向の計８方向の検出を行う。つまり、Ｌ（ｔ），Ｒ（ｔ）を座標軸とする平面図を図６のように各々の中心角が等しい８つの領域に分割する。そのぞれぞれの領域が推定される眼球運動の方向を表す。そして、ベクトルＬＲの先端の位置がどの領域に入っているかを検出する。８つの各領域には、上限と下限の閾値があり、閾値の範囲内に入っていれば、その領域の方向を眼球運動方向と推測する。
【００３９】
ステップＣ９は、ＬＲの先端の位置近傍の検出精度が向上するように閾値を更新する。
【００４０】
閾値の変化のさせ方は様々な方法が考えられるが、本実施の形態では、実測データに基づく経験則から次のような方法を選択した。
【００４１】
閾値の上限をＵ、下限をＤ、ＬＲの長さを｜ＬＲ｜、（Ｕ−Ｄ）の上限をΔ、下限をγ、任意定数をβとして、
Ｄ＞０のとき
（１）γ＜（Ｕ−Ｄ）＜Δを満たすとき、
（ｉ）Ｕ−ＬＲ＞ＬＲ−Ｄを満たすとき
Ｕ−β（｜ＬＲ｜−Ｄ）（｜ＬＲ｜−Ｄ）／（Ｕ−Ｄ）
Ｄ−β（Ｕ−｜ＬＲ｜）（Ｕ−｜ＬＲ｜）／（Ｕ−Ｄ）
を新たなＵ，Ｄとする。
【００４２】
（ｉｉ）Ｕ−ＬＲ＜ＬＲ−Ｄを満たすとき
Ｕ＋β（｜ＬＲ｜−Ｄ）（｜ＬＲ｜−Ｄ）／（Ｕ−Ｄ）
Ｄ＋β（Ｕ−｜ＬＲ｜）（Ｕ−｜ＬＲ｜）／（Ｕ−Ｄ）
を新たなＵ，Ｄとする。
（２）γ＞（Ｕ−Ｄ）を満たすとき
（ｉ）Ｕ−ＬＲ＞ＬＲ−Ｄを満たすとき
Ｄ−β（Ｕ−｜ＬＲ｜）（Ｕ−｜ＬＲ｜）／（Ｕ−Ｄ）
を新たなＵとする。
【００４３】
（ｉｉ）Ｕ−ＬＲ＜ＬＲ−Ｄを満たすとき
Ｕ＋β（｜ＬＲ｜−Ｄ）（｜ＬＲ｜−Ｄ）／（Ｕ−Ｄ）
を新たなＤとする。
（３）Δ＜（Ｕ−Ｄ）を満たすとき
（ｉ）Ｕ−ＬＲ＞ＬＲ−Ｄを満たすとき
Ｕ−β（｜ＬＲ｜−Ｄ）（｜ＬＲ｜−Ｄ）／（Ｕ−Ｄ）
を新たなＵとする。
【００４４】
（ｉｉ）Ｕ−ＬＲ＜ＬＲ−Ｄを満たすとき
Ｄ＋β（Ｕ−｜ＬＲ｜）（Ｕ−｜ＬＲ｜）／（Ｕ−Ｄ）
を新たなＤとする。
【００４５】
Ｄ＜０のとき、Ｄ＝０
とする。βの値は、０．０１〜１．０までを自由に変化させることができるようにした。
【００４６】
又、ステップＣ７で行われるばらつき指標の一定値にも、上記と同様の更新則を適用する。この場合、閾値の下限は０で一定とし、上限のみを変化させる。
【００４７】
眼球運動方向を検出した後、眼球運動方向の検出したデータ列から後１秒間の間、ＥＯＧの検出を行わない。こうすることにより、制御のために行った眼球運動を元の位置に戻そうとして起こした眼球運動を誤って検出することを避けることができる。
【００４８】
ステップＣ１０では、眼球運動方向の推測結果を制御信号として制御部（Ｂ４）へ送信する。
【００４９】
制御部（Ｂ４）では、信号解析部（Ｂ３）で得られた推測結果を用いてポインタの制御を行う。ポインタの移動量は、｜ＬＲ｜が閾値の上限と下限値の平均値に等しい場合に３ｃｍとし、それ以外の場合は｜ＬＲ｜の大きさに正比例させる。本実施の形態では、ポインタの表示手段として２０インチのディスプレイを用い、初期状態としてディスプレイの中央部にポインタを表示した（図７参照）。
【００５０】
信号伝達部より送られてきた情報を元にして、このポインタを図６に示す８方向のうち何れかの方向に制御する。
【００５１】
外部入力部（Ｂ６）では、推定した制御内容が誤っていた場合、外部入力により信号を送信し、更新した閾値の元に戻す。本実施の形態では、外部入力としてＣｔｒｌキーとＭを同時に入力する。
【００５２】
記録部（Ｂ７）では、眼球運動方向推定に必要なパラメータを記録媒体に出力する。記録するパラメータは、８方向への眼球運動を判定するための上限と下限の閾値γ、Δ及び任意定数βである。
【００５３】
記録を行うには、本制御装置の機能を停止したときか、外部入力により行われる。本実施の形態では、外部入力としてＣｔｒｌキーとＲキーを同時に入力する。
【００５４】
本実施の形態によれば、ＥＯＧを制御信号として用いるため、使用環境の明るさや閉眼、開眼に拘らず常に安定した制御が可能である。
【００５５】
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２として、携帯用の音声、音響再生装置の操作を行った。実施の形態１では、ディスプレイを見ながら眼球運動を行ったが、本実施の形態では、図９に示すように操作ボタンが並んでいるとして、この状態を想像することで、眼球運動によってこれらのボタン操作を行うものである。
【００５６】
生体信号測定器は実施の形態１と同じものを用いた。生体信号制御器は、生体信号測定器と信号を交信するためのアンテナ及び眼球運動方向を推定するために必要なパラメータを記録するための記録媒体以外はチップ化し、再生装置内に実装した。記録媒体には、実施の形態１とは異なり、小型の磁気記録カードを用いた。磁気記録カードは再生装置との着脱が可能であり、装着後は再生装置内に格納される（図１０参照）。
【００５７】
信号解析法は、ステップＣ７までは実施の形態１で行った方法と同様である。本実施の形態では、その後次のような処理を行う（図１１及び図１２参照）。
【００５８】
ステップＣ６にて導出したＬＲを、ステップＣ７ａでは理想的な上下左右方向の眼球運動のデータを、ＬＲを作成する手順と同様の処理を行い作成したベクトルを予め用意しておき、ＬＲをベクトル分解してこれらのベクトル上に投射が可能なベクトルに対してベクトル分解を行う。この予め用意されているベクトルを、上方向をＬＲＵ、下方向をＬＲＤ、左方向をＬＲＬ、右方向をＬＲＲと表す。
【００５９】
このベクトル分解されたベクトルをＬＲＶとする。理想的な上下左右方向の眼球運動を行ったデータが、予め測定されていない場合、座標系（Ｌ’（ｔ），Ｒ’（ｔ））に対してＬＲＲを（−１，０）、ＬＲＬを（１，０）、ＬＲＵを（１，１）、ＬＲＤを（−１，−１）としても良い。
【００６０】
ステップＣ８では、このＬＲＶの長さに対し、上限と下限の閾値及びベクトルの傾きの上限と下限の閾値を上下左右方向に独立に設け、全ての閾値の範囲内に入った方向を眼球運動方向と推測する。
【００６１】
ステップＣ９では、この推定された眼球運動方向が正しい場合、各閾値及びベクトル分解するための上下左右方向への眼球運動の理想的なベクトルを変化させ、眼球運動が検出されたデータ列近辺のデータをより多く検出できるように更新することにより、眼球運動方向の推定精度を向上させることができる。
【００６２】
ベクトルの変化のさせ方は、ＬＲとＬＲＶの内積をＬＲ・ＬＲＶとすると、任意定数をα、絶対値を｜−１｜＝１と表して、
（ＬＲＶ＋α（ＬＲ・ＬＲＶ））／（｜ＬＲＶ＋α（ＬＲ・ＬＲＶ｜）
を新たなＬＲＶとする。
【００６３】
上限、下限の閾値の変化のさせ方は実施の形態１において、｜ＬＲ｜の代わりに｜ＬＲＶ｜を用いて同様の処理を行う。
【００６４】
傾きの閾値に関しては、角度の大きさを上方向が（１，０）方向からの角度を基準にして上限下限の閾値の変化と同様の計算をする。同様にして、右方向に関しては（０，１）、左方向に関しては（０，−１）、下方向に関しては（−１，０）の方向を基準にする。
【００６５】
Δに相当する量を９０度、γ似相当する量を０度とする。
【００６６】
制御部（Ｂ４）では、信号解析部から送信されてくる情報を基に音楽再生装置の制御を行う。
【００６７】
操作を行うための手段は、図９に示すように、再生ボタン、１つ先の音声音響情報の再生ボタン、停止ボタン、１つ前の音声音響情報の再生ボタンの４つのボタンを使用し、手動と眼球運動による制御が可能である（図９参照）。眼球運動を用いて制御を行う場合は、停止ボタンと再生ボタンの間を基準位置、即ち制御開始位置とする。使用者は再生装置の電源が入った状態であれば制御が可能であり、再生装置で使用可能な音声、音響が記録された記録媒体を再生装置に再生が可能な形式で装着し、実施の形態１と同様にして上下左右４方向へと眼球運動を行う。
【００６８】
再生装置が停止状態にあるとき、右方向への眼球運動を行うと、再生ボタンの制御が可能になる。この状態で上下方向へ眼球運動を行うと再生が始まる。この状態でもう一度右方向への眼球運動を行うと、次の音声、音響記録情報の再生ボタンの制御が可能になり、次いで上下方向への眼球運動を行うとことで次の音声、音響記録情報が再生される。
【００６９】
又、再生装置が再生状態にあるとき、左方向へ眼球運動を行うと停止ボタンの制御が可能になり、この状態で上下方向に眼球運動を行うことで再生を停止する。この状態で更に左に眼球運動を行うか、又は再生状態で２回連続して左への眼球運動を行うことで１つ前の音声、音響情報の再生ボタンの制御が可能になり、この状態で上下方向に眼球運動を行うことで１つ前の音声、音響情報の再生が始まる。このように、一度の左右方向への眼球運動では制御が可能なボタンの位置は、眼球運動の方向に応じて１つずつシフトする。
【００７０】
制御したいボタンの位置まで左右方向の眼球運動を繰り返し、上下方向の眼球運動を行うことで、そのボタンの制御内容が実行される。上下方向の眼球運動は、上方向でも下方向でのどちらか一方のみでも良い。何れかのボタンが制御可能な状態にある状況で５秒以上経過しても、上下方向への眼球運動が検出できなかった場合は、制御可能な状態が解除され、眼球運動を用いて制御を行うには、基準位置から開始する。
【００７１】
左右方向の眼球運動によりボタンの位置がシフトしたとき、上下方向の眼球運動によりボタンの制御内容が実行されたとき、何れかのボタンが制御可能な状態にある状況で５秒以上経過しても、上下方向への眼球運動が検出できなかったときは、音声、音響再生装置に付属しているヘッドホンやスピーカーから音を発することにより、使用者に現在の制御状況を知らせる。
【００７２】
外部入力部（Ｂ６）では、推定した制御内容が誤っていた場合、外部入力により信号を送信し、更新する以前の元の閾値に戻す。本実施の形態では、外部入力として制御ボタンから入力する（図９参照）。
【００７３】
記録部（Ｂ７）では、外部記録媒体に眼球運動方向推定に必要なパラメータを記録する。記録するパラメータは、眼球運動の上下左右方向を推定する際に用いられる上限と下限の閾値及び傾きの閾値の上限と下限、ＬＲＵ、ＬＲＤ、ＬＲＲ、ＬＲＬ及び任意定数αである。記録は、音響、音声情報の再生を停止したときに行われる。
【００７４】
制御装置に指令を送信するときには、使用者は実際にボタンを見る必要がなく、任意の場所を見ながら眼球運動を上下左右に行うだけで操作が可能である。又、皮膚と電極間の接触抵抗値が５０ｋΩを超えた場合は、接触抵抗情報表示部（Ｂ５）である再生装置内の制御開始位置にある発光ダイオードが点灯するとともに警告音を発することにより使用者に知らせる（図９参照）。これにより使用者は、制御の成功率を上げるためには電極と皮膚間の汚れを取り除き、接触抵抗値が５０ｋΩを下回るようにする必要があることを認知する。
【００７５】
本実施の形態で説明した通り、予め配置の決まったボタンのある機器においても、眼球運動によって方向指示を伴う操作を行うことが可能である。本実施の形態では、手動操作のために実際にボタンが配置されている場合について説明したが、手動操作機能が不要の場合は、予め仮想的なボタン配置を定めておけば良く、実際にボタンが配置されていなくても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、眼球運動行うことにより使用者が制御を行うための特別な訓練を行う必要もなく、機器やポインタの制御を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置の構成と信号の流れを示す図である。
【図２】本発明の制御装置の構成と信号の流れを示す図である。
【図３】信号解析部での信号処理の流れを示す図である。
【図４　】人の頭部を後ろから見た図であり、本発明の制御装置の電極位置を示す図である。
【図５】本発明の制御装置の生体信号測定器の外観図である。
【図６】本発明における実施の形態１において、Ｌ（ｔ）、Ｒ（ｔ）平面におけるＬＲの先端位置とポインタの制御方向を示す図である。
【図７】本発明における実施の形態１で用いられたディスプレイとポインタを示す図である。
【図８】本発明における実施の形態１で用いられたディスプレイとポインタ及び皮膚と電極間の接触抵抗値が５０ｋΩを超えた場合に表示される警告表示を示す図である。
【図９】本発明における実施の形態２で用いられる再生装置に実装された操作パネル図である。
【図１０】本発明における実施の形態２で用いられる再生装置であり、皮膚と電極間の接触抵抗値が１０ｋΩを超えた場合と超えない場合の違いを説明する図である。
【図１１】本発明における信号解析部での信号処理方法を示す図である。
【図１２】本発明における信号解析部での信号処理方法を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１　　　生体信号測定器
Ｇ２　　　生体信号制御器
Ａ１　　　信号測定部
Ａ２　　　信号前処理部
Ａ３　　　信号送信部
Ｂ１　　　信号受信部
Ｂ２　　　信号処理部
Ｂ３　　　信号解析部
Ｂ４　　　制御部
Ｂ５　　　接触抵抗情報表示部
Ｂ６　　　外部入力部
Ｂ７　　　記録部
【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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