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そんな未来的な操作体験を実現しようとしているのが、Appleが出願した特許「Head-Mounted Devices With Dual Gaze Tracking Systems（US2024/0219715A1）」です。
この特許は、先進的な視線追跡技術を搭載したスマートグラスに関するものです。スマートグラスは、拡張現実（AR）や仮想現実（VR）技術を用いた次世代のウェアラブルデバイスとして注目されており、視線追跡技術によってスマートグラスのユーザーエクスペリエンスが向上します。
このブログ記事では、この特許技術について詳しく解説し、その特徴や利点を紹介します。
（特許文献の図面は、US2024/0219715A1 からご参照ください。）
視線追跡スマートグラスの特許の概要
この特許は、Appleが開発中とみられるスマートグラス型デバイスの視線追跡技術を詳細に記述しています。このスマートグラスは、現実世界とコンピューターが生成したコンテンツを合成してユーザーに提示します。そして同時にユーザーがスマートグラスを通してコンテンツを視認するときの視線を追跡することができます。
注目すべきは、スマートグラスが長時間使用できるように、ユーザーの目の動きを追跡するための2つの異なる視線追跡システムを備えている点です。
1つは高精度な「グリントベースの視線追跡システム」、もう1つは省電力の「低消費電力の視線追跡システム」。
使用状況に応じて両者を切り替えることで、精度とバッテリー性能を両立させ、ユーザーの「目の動き」を自然な入力手段として活用できるように設計されています。
図面の説明
Fig.4：グリント方式による高精度トラッキング
Fig.4は、Appleが採用したグリント方式視線追跡システムの構造を示しています。
この方式では、光源（40E）が赤外線を照射し、眼球表面に複数の反射点（グリント）を作り出します。 それを赤外線カメラ（40C）が撮影し、グリントパターンの形状を解析します。
人間の眼球は完全な球体ではなく、わずかに非対称な形状をしています。
そのため、反射パターン（グリント）は角度によって歪み、この歪みが「目の向き（視線方向）」に対応します。
Appleの特許では、この歪んだパターンを制御回路（12）が解析して、ユーザーの視線方向を正確に算出する仕組みが説明されています。制御回路がリアルタイムで演算処理を行うことで、極めて高精度な視線追跡が可能になります。
この仕組みにより、たとえばメニュー選択やゲーム操作など高速な反応が必要な場面で精密な視線入力が実現します。
Fig.5：低消費電力方式による視線検出
Fig.5は、もう一方の低消費電力方式（non-glint-based gaze tracking system）を示しています。この方式は、カメラを使用せず、光源（40E）と光検出器（40D）の組み合わせのみで構成されます。
赤外線光を照射し、その反射強度を複数のセンサーが測定します。
瞳孔（42P）や虹彩（42I）は反射が弱く、白目（42S）は強く反射するため、この反射パターンから視線の方向を推定できます。
たとえば、ある光源の方向からの反射が弱ければ「瞳孔側を向いている」と判断され、隣接するセンサー群の反応パターンから目の向きを導き出します。
この方法はカメラを動作させる必要がないため、大幅な省電力化が可能であり、長時間の連続使用にも向いています。
Appleはこの方式を、グリント方式の補完として用いることで、「高精度と低消費電力の両立」を狙っています。
Fig.7：フレームに統合された光学構造
Fig.7は、視線追跡モジュールをグラスのフレームに統合した構造を示します。
メインフレーム（26M）は赤外線を透過しつつ、可視光を遮断する特殊な素材で形成されており、内部のセンサー群（40E, 40D, 40C）が外から見えないように隠蔽されています。
この構造はデザイン上の利点だけでなく、外光の干渉を防ぎ、安定した赤外線測定を行うための光学フィルタとしての役割も果たします。
さらに、レンズ（40L）や光導波構造（40E’）がフレームに一体成形され、光の照射角や反射経路が精密に制御されるよう設計されています。
つまり、Appleのスマートグラスは単なる「メガネ型デバイス」ではなく、フレームそのものが光学センサーの一部として機能する構造を備えています。
Fig.1：ヘッドマウントデバイスの正面図
Fig.1は、ヘッドマウントデバイスの左目用の部分の正面図です。メガネの中央にあるブリッジ（26NB）の先には右目用の部分がありますが、図では省略されています。
ユーザーの頭部に装着されるメガネフレームには、レンズを保持するリム（26M）と、左右の眼球の前に置かれたレンズ（46）が含まれます。リムには、ユーザーの視線を追跡するための複数の視線追跡のコンポーネント（40）が配置されています。
Fig.2：制御回路（12）やセンサー群（16）などのシステムブロック図
無線通信機能を持ち、外部デバイスやクラウドと連携して動作します。
Fig.3：現実のコンテンツとバーチャルコンテンツの統合図
Fig.3は、レンズ（46）を通してユーザが見ている像を示しています。現実世界の物体（52）と、コンピュータが生成したコンテンツ（54）が表示されています。ユーザーは56→58→60と視線を動かすことで、バーチャルコンテンツとインタラクションできます。
Fig.6：光検出器（40D）の詳細
赤外線バンドパスフィルター（40F）が搭載され、外光ノイズを遮断して安定した測定を実現します。
Fig.8：動作フローチャート
通常は「低消費電力モード（Block 80）」で動作し、必要に応じて「高精度モード（Block 82）」へ切り替える制御が示されています。
発明のポイント：2つのモードを切り替える「デュアル視線システム」
本特許の最大の特徴は、2種類の視線追跡システムを同一デバイスに搭載し、動的に切り替える点です。
高精度モード（グリントベースの視線追跡システム）：グリントベースの視線追跡システムでは、光源から発せられた光は、ユーザーの目（角膜）に反射し、その反射光（グリント）をカメラで撮影します。目の表面は非球面であり、反射光のパターンは目の形状によって歪むため、このパターンを解析することで、ユーザーの視線方向を特定することができます。
この技術は角膜反射法とも呼ばれます。
グリントベースの視線追跡システムは高精度な視線追跡を実現しますが、消費電力が高いことから常時使うことができないため、特定の状況下で使用されます。
低電力モード（低消費電力の視線追跡システム）：低消費電力の視線追跡システムでは、光センサーで反射光の強度を測定します。このシステムは、光源から発せられた光が目の表面で反射し、その反射光の強度を測定することで視線方向を特定します。この技術は強膜反射法とも呼ばれます。
低消費電力の視線追跡システムは、グリントベースのシステムに比べて消費電力が低いため、バッテリー寿命を延ばすことができ、常時使用に適しています。
さらに、両方式は同じ光源を共有できるため（請求項11参照）、デバイス構成を簡略化しながら、状況に応じて自動で最適な視線追跡モードを選択できます。
赤外線を利用することで、外光環境に左右されず、プライバシーを保ちながら快適な操作が可能になります。
視線追跡技術については、 視線を検出する技術 を参照してください。
応用可能性と今後の展望
この二重構成の視線追跡システムは、AppleのAR/VR戦略の中心技術になる可能性があります。
・Apple Vision Proシリーズへの応用
高精度トラッキングと低消費モードの自動切替により、
より軽量で長時間動作するヘッドセットの実現が期待されます。
・次世代スマートグラス（Apple Glass）
カメラを常時動作させないため、プライバシーを重視したARデバイスとして展開できるでしょう。
・ヘルスケア・研究用途
視線データは、ユーザーの集中度・疲労・興味対象を推定する指標として利用可能です。
これにより、教育・医療・心理分野での応用も広がります。
特許公報の中では、視線データを含む個人情報の扱いにも触れ、ユーザーが「オプトイン／オプトアウト」できる設計方針を明示しています。
Appleらしい、プライバシーとユーザー制御を重視したアプローチが読み取れます。
まとめ
Appleが特許を出願した視線追跡システムを搭載したスマートグラスは、先端技術を駆使した革新的なデバイスです。
- Appleの公開特許 US2024/0219715A1 は、2種類の視線追跡システムを統合したシステムを提案。
- 高精度なグリント方式と、省電力な光検出方式を状況に応じて切替可能。
- 今後のApple GlassやVision Pro後継機の中核技術となる可能性が高い。
特許情報
特許番号：US2024/0219715 A1
タイトル：Head-Mounted Devices With Dual Gaze Tracking Systems
発明者：Michael J. Oudenhoven, Brian S. Lau, David A. Kalinowski
出願人：Apple Inc.
公開日：2024/7/4
出願日：2021/3/13
このブログ記事は、特許公報 US2024/0219715A1 に基づいて構成されており、Appleが描く「視線で操作する世界」の最新技術を、わかりやすく解説しました。
※企業の特許は、製品になるものも、ならないものも、どちらも出願されます。今回紹介した特許が製品になるかどうか現時点では不明です。ご注意ください。
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