JPH02209125A - 視線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は視線検出装置に関し１例えばカメラのような光
学装置において礒影系による被写体像が形成されている
観察面上の観察者（撮影者）が観察している注視点方向
の軸、所謂視線（視軸）を観察者の眼球面上を照明し、
眼球の強膜と角膜との境界点を検出することにより演算
し、求めた視線検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より観察者が観察面上のどの位置を観察しているか
を検出する所謂視線（視軸）を検出する視線検出装置が
種々と提案されている。

例えば特開昭６１−１７２５５２号公報においては、光
源からの光束を被検眼の前眼部へ投射し、角膜および虹
彩からの反射光に基づく反射像の結像状態を利用して視
軸（注視点）を求めている。

第４図は同公報で提案されている視線検出方法の原理説
明図である。

同図において４は観察者に対して不感の赤外光を放射す
る発光ダイオード専の光源であり、投光レンズ６の焦点
面に配置されている。

光源４より発光した赤外光は投光レンズ６により平行光
となりハーフミラ１０で反射し、眼球１０１の角ｌｌ１
ｌを照明する。このとき角ｇｌの表面で反射した赤外光
の一部はハーフミラ１０を透過し受光レンズ７により集
光されイメージセンサ９上の位ｒａｄ’に結像する（第
１プルキンエ像）、また虹彩３の端部ａ、ｂは八−フミ
ラ１０、受光レンズ７を介してイメージセンサ９上の位
［ａ’　　　ｂ’に結像する。受光レンズ７の光軸アに
対する眼球の光軸イの回転角θが小さい場合、虹彩３の
端部ａ、ｂのＺ座標をＺａ％ｚｂとすると虹彩３の中心
位Ｗ１ｃの座標ＺｃはＺｃ　　〜 Ｚ　　ａ　　＋　　７．ｂ と表わされる。

また、第１プルキンエ像の発生位Ｗ１ｄのＺＰＩ標をＺ
ｄ、角ｌｉｔの曲率中心０と虹彩３の中心Ｃまでの距離
をＯＣとすると眼球光軸イの回転角θは ＱＣ−ｓｉｎ　　θ　４Ｚｃ−Ｚｄ　　　　　　　　　
（ａ）の関係式を略満足する。このためイメージセンサ
９上に投影された各特異点く第１プルキンエ像ｄ及び虹
彩の端部ａ、ｂ）の位置を検出することにより眼球光軸
イの回転各θを求めることができる。この時（８１式は （ｂ） とかきかえられる、但し、βは第１プルキンエ像の発生
位ｒａｄと受光レンズ７との距離ｉ１と受光レンズ７と
イメージセンサ９との距離ｅ０で決まる倍率で、通常は
ぼ一定の値となっている。

又本出願人は先の特願昭６３−２３１９３４号において
眼球の強膜（白目領域）と角１［Ｑ（黒目領域）の境界
位置を検出し、該黒目領域の大きさ（虹彩の大きさ）及
び黒目領域の中心位１１！（虹彩の中心位置）より観察
者の視線を求めた視線検出装置を提案している。

一般に被検眼の視線の方向（注視点）を検出することに
より１例えば−眼レフカメラにおいては撮影者がピント
面上のどの位置を観察しているかを知ることができる。

これは例えば自動焦点検出装置において測距点を画面中
心のみならず画面内の複数箇所に設けた場合、観察者が
そのうちの１つの測距点を選択して自動焦点検出を行う
とする場合、その１つを選択入力する手間を省き観察者
が観察している点を測距点と見なし、該測距点を自動的
に選択して自動焦点検出を行うのに有効である。

（発明が解決しようとする問題点） 特開昭６１−１７２５５２号公報では瞳孔部領域からの
反射光と虹彩部領域からの反射光との強度差が小さい為
、瞳孔中心の検出が難しく、視軸の検出精度が低下する
こと、又、視線の角度の大きさによっては瞳孔と虹彩の
境界近傍に角膜からの反射光が発生して瞳孔中心が検出
できなく視線の検出精度が低下してくるという問題点が
あった。

又特願昭６３−２３１９３４号では角膜からの反射像又
は強膜からの反射像（以下「フレアー反射像」という、
）が受光手段の受光面上に入射し、強膜と虹彩の境界位
置に重なり合って、該境界位置の検出精度を低下させて
くる場合があった。

本発明は本出願人が先に提案した特願昭６３−２３１９
３４号の視線検出装置を更に改良し、フレアー反射像を
除去し、又装置と観察者の眼球との相対的位置関係にと
られれず、観察者の視線を高精度に検出することができ
る視線検出装置の堤供な目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は観察者の眼球上の所定面を照明手段により照明
し、該眼球の強膜と角膜の境界位置を受光手段により受
光面上に結像させ、該受光手段からの出力信号を用いて
演算手段により該ｍ重書の視線を演算し求める際、該強
膜及び／又は角膜に入射させた該照明手段からの照明光
束のうち絃強膜表面及び／又は該角膜表面からの反射光
束が該受光手段の受光面上に入射しないように該照明手
段と該受光手段の各要素を設定したことを特徴としてい
る。

例えば前記照明手段を前記受光手段の光軸より、前記眼
球の光軸が回転することによってできる面と垂直な方向
に変位した位置に配置したり、前記照明手段の光軸と前
記受光手段との光軸をほぼ平行に設定し、また、該照明
手段の光軸と該受光手段のなす平面と、前記眼球の光軸
が回転することによってできる面とは平行になるように
各要素を設定し、該照明手段からの光束を平行光束にし
て該眼球上の所定面上に入射させたことを特徴としてい
る。

（実施例〕 第１図は本発明の第１実施例の要部正面図、第２図は第
１図の要部平面図である。

図中１０１は被検＃（観察者）の眼球、ｌは被検者の眼
球の角膜、２は同じ＜ＩＩｌ、　３は虹彩である。０°
は眼球ｌｏｔの回転中心、０は角ＩＩＩの曲率中心、ａ
、ｂは各々虹彩３の端部、即ち強１１Ｑ２と角膜ｌとの
境界点である。４は光源で被検者に不感である赤外光を
放射する発光ダイオード等である。６は投光レンズであ
り、光源４からの光束により角膜１面上を照明している
。

尚、光源４、投光レンズ６は照明手段の一要素な構成し
ている。

７は受光レンズであり強！ｌ１２と角ｗＡ１との境界点
ａ、ｂの像をイメージセンサ５面上に結像している。

尚、受光レンズ７、イメージセンサ５は受光手段の一要
素を構成している。

８は演算手段であり、後述するようにイメージセンサ５
からの出力信号を利用して、被検者の視線を演算し求め
ている。

アは受光レンズ７の光軸、イは眼球１０１の光軸で、眼
球の光軸イは受光レンズフの光軸アに対して角度θ回転
している。

尚、同図においては受光レンズ７の光軸アはＸ軸と一致
している。

つは投光レンズの光軸である。

前述の眼球の回転中心Ｏ°は光軸アに対して図中＋Ｚ力
方向距離Ｓだけシフトしている。

本実施例においては眼球の光軸イ及び受光レンズ７の光
軸アは図中ｚ−ｘ平而内面存在している（ここでは眼球
の光軸が回転することによりできる面はＺ−ｘ平面）、
照明手段の一部を構成する２組の発光ダイオード４及び
投光レンズ６は受光手段の光軸アを含む図中Ｚ−ｘ平面
に対して第１図に示すように＋Ｙ力方向所定量シフトし
た位置、すなわち検出すべき眼球の光軸イの回転面と直
交する方向にシフトした位置に配置されている。

これにより眼球ｌｏｔの強ｌｌＩ２及び角１１１ｉ１を
効率的に照明している。

眼球１０１を照明した赤外光のうち強Ｈ＆２及び角Ｂｔ
を通過し、虹彩３で反射した赤外光は、受光レンズ７を
介してイメージセンヂ５上に収斂する。この時強ｗＡ２
と虹彩３との間には反射率に差があるので、イメージセ
ンサ５上で、前記強Ｍ２と虹彩３の境界位１ｆａ’、ｂ
’が検出される。

境界位ｉ！ｆａ”、ｂ’の各座標をＺａ、Ｚｂ、虹彩３
の半径をγ。、受光光学系の横倍率をβとおくと、眼球
の光軸イの回転角θは と表わされる。また、強［１２と虹彩３の境界位置ａ及
びｂの中心Ｃと、眼球の回転中心０°との距離をβ。と
すると、眼球の回転中心Ｏ“のシフトにＳは Ｓ４−１５４−１ｌθ−（Ｚａ−Ｚｂ）／βと表わされ
る０本実施例ではこのときの（１）、（２〕より得られ
た眼球の光軸イの回転角θ及び眼球の回転中心０゛のシ
フトＩｉＳより観察者の視線を求めている。

即ち前述の演算手段８において、イメージセンサ５にお
いて検出された強１１２及び角膜１（あるいは虹彩３）
の境界位Ｗ１より（１）、（２）式に基づいて演算をし
、観察者の視線を算出している。

尚、一般には視線は眼球の光軸イに対して５°〜７°回
転している為、この量を補正して視線を求めている。

本実施例においては前述のように照明手段を、受光手段
の光軸アより眼球の光軸イが回転することによりできる
面と垂直な方向に変憤した位置に配置されるように各要
素を設定している。これにより角ＷＡ１の表面で反射し
た赤外光は図中Ｐの位置に虚像（第１プルキンエ＠）を
つくるが、このときの第１プルキンエ像Ｐが図中Ｚ−ｘ
平面内には存在しないようにし、第１プルキンエ像Ｐの
受光レンズ７による投影像がイメージセンサ５上に結像
しないようにしている。

これによりイメージセンサ５面上における強膜２と角膜
１との境界位Ｗ１ａ、ｂに不用光より成るフレアー反射
像が入射しないようにし、境界位置ａ、ｂの検出精度の
低下を防止している。

尚本実施例においては検出すべき眼球光軸イの回転面と
直交する方向に照明手段をシフトして配置した例を示し
たが、照明手段の光軸を眼球光軸イの回転面と同一面上
に設定し、受光手段を眼球光軸イの回転面と直交する方
向に所定量シフトして構成し、これにより視線の検出を
行なっても同様の効果が得られる。

第３図は本発明の第２実施例の要部平面図である。同図
において第２図に示した要素と同一＝ＭＲには同符番を
付しである。

本実施例では眼球の光軸イは図中Ｚ−Ｘ平面内にあり、
受光レンズ７の光軸アに対して角度θ回転している。ま
た眼球の回転中心０°は第２図の第１実施例と同様に受
光レンズ７の光軸アに対して＋Ｚ力方向距ｌ１ｌｓシフ
トしているものとする。

本実施例において投光レンズ６と発光ダイオ−Ｆ４より
構成される照明手段は受光レンズ７の光軸アに対して図
中±Ｚ力方向所定量シフトした位置に配置され、前記照
明手段の光軸つはＺ−ｘ平面内で、しかも投光レンズ７
の光軸アと略平行になるように設定されている。さらに
は発光ダイオード４は投光レンズ６に対して、該投光レ
ンズ６により眼球を照明する光束が略平行光束になるよ
うな位置に配置されている。

即ち発光ダイオード４を投光レンズ６の焦点位置に配置
してくる。

これにより角膜１を平行光束で照明し、このときの光束
が角膜１の曲率中心Ｏを通らない。

その結果、角膜ｌの表面から反射した赤外光は各々光軸
アから離れるように反射し、受光レンズ７には入射しな
いようにし、イメージセンサ５上にフレアー反射像が結
像しないようにしている。

一方、角膜ｌを透過し虹彩３で反射した赤外光及び、強
膜２及びその内部で散乱反射した赤外光は受光レンズ７
によりイメージセンサ５上に収斂する。虹彩３及び強ｌ
Ｉ２内部の反射率には差があるためイメージセンサ５上
において強！ｉ２及び角１ｉｔ（あるいは虹彩３）の境
界位置を検出することができる。

そして、このとき得られるイメージセンサ５面上におけ
る強膜２及び角ｌｌ１ｌの境界位置より演算装Ｗ１８に
より前記（１）、（２）式に基づいた演算を行ない第１
実施例と同様にして観察者の視線を求めている。

（発明の効果） 本発明によれば角膜表面又は／及び強膜表面からの反射
光束が受光手段の受光面上に入射しないように照明手段
と受光手段との相対的位置や各々の構成要素等を設定す
ることにより、角膜と強膜の境界位置を高精度に検出す
ることが出来、装置と観察者の眼球との相対的位置関係
にとられれずｎ＊者の視線を高精度に求めることのでき
る視線検出装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部正面図、第２図は第
１図の要部平面図、第３図は本発明の第２実施例の要部
平面図、第４図は従来の視線検出装置の概略図である。 図中１０１は眼球、１は角膜、２は強膜、３は虹彩、４
は光源、５．９はイメージセンサ−１６は投光レンズ、
７は受光レンズ、８は演算手段、である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）観察者の眼球上の所定面を照明手段により照明し
   、該眼球の強膜と角膜の境界位置を受光手段により受光
   面上に結像させ、該受光手段からの出力信号を用いて演
   算手段により該観察者の視線を演算し求める際、該強膜
   及び／又は角膜に入射させた該照明手段からの照明光束
   のうち該強膜表面及び／又は角膜表面からの反射光束が
   該受光手段の受光面上に入射しないように該照明手段と
   該受光手段の各要素を設定したことを特徴とする視線検
   出装置。
2. （２）前記照明手段は、前記受光手段の光軸より、前記
   眼球の光軸の回転面と垂直な方向に変位した位置に配置
   されていることを特徴とする請求項１記載の視線検出装
   置。
3. （３）前記照明手段の光軸と前記受光手段の光軸とはほ
   ぼ平行で、前記照明手段の光軸と前記受光手段の光軸と
   のなす平面と、前記眼球の光軸の回転面とは平行になる
   ように各要素を設定し、該照明手段からの光束を平行光
   束にして該眼球上の所定面上に入射させたことを特徴と
   する請求項１記載の視線検出装置。