JPH03109028A - 視線検出装置及びカメラ - 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） 本発明は照射光量制御手段を有した視線検出装置に関し
、例えばカメラのような光学装置において撮影系による
被写体像が形成されている観察面（ピント面）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手段からの光束で照
明したときに形成される反射像を利用して検出する際に
該眼球面上への照射光量を適切に制御するようにした照
射光量制御手段を有し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（被検者）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
源からの平行光束を被検眼の前眼部へ投射し、角膜から
の反射光に基づく角膜反射像と瞳孔の結像位置を利用し
て視軸（注視点）を求めている。

第６図は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
る発光ダイオード等の光源であり、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５で反射し、眼球１０１の角膜１を照
明する。このとき角膜１の表面で反射した赤外光の一部
に基づく角膜反射像ｄはハーフミラ５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上の位置ｄ′に角
膜反射像ｄを再結像する。

また虹彩３の端部ａ、ｂからの光束はハーフミラ５、受
光レンズ７を介してイメージセンサ９上に導光され、そ
の位置ａ、ｂ′に該端部ａ、ｂの像を結像する。受光レ
ンズ７の光軸アに文１する眼球の光軸イの回転角θが小
さい場合、虹彩３　（１）端部ａ、ｂの２座標をＺａ、
Ｚｂとすると、虹彩３の中心位置Ｃの座標Ｚｃは Ｚａ＋Ｚｂ Ｚａ幻　　　２ と表わされる。

また、角膜反射像の発生位置ｄのＺ座標をＺｄ、角ｌｌ
５ｉ１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０Ｃ−５ｉｎθ４Ｚｃ
−Ｚｄ　・・・・（１）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（角膜反射
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角θを求めることができる。この時
（１）式は β−ＱＣ−ｓｉｎθ、Ｚａ”＋Ｚｂ’　　　：ｚｃｉ′
・　・　・　・　・　（２） とかきかえられる。但し、βは角膜反射像の発生位置ｄ
と受光レンズ７との距離１と受光レンズ７とイメージセ
ンサ９との距ａｌｌ　ｎ　ｏで決まる倍率で、通常はぼ
一定の値となっている。

このように観察者の被検眼の視線の方向（注視点）を検
出することにより、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な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つを選択人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、該測距点な自動的
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している問題点）前記特開昭６１
−１７２５５２号公報で提案されている視線検出装置で
は眼球と視線検出装置との間隔（距離）に応じてイメー
ジセンサ面上に結像される照明手段からの光束に基づく
角膜反射像や虹彩像の光強度は大きく変化してくる。

例えば眼球と視線検出装置との間隔が大きくなると、こ
れらの像の光強度は少なくなる。この九間隔が大きいと
きでも良好なる視線検出を可能とする為には照明手段か
ら比較的大きな光量で眼球を照明する必要がある。

一方、間隔が大きい状態で設定した照射光量は眼球と視
線検出装置との間隔が狭くなると、これらの像の光強度
は強すぎ、又眼球への照射光量が過大となり眼の安全上
の点からも問題となってくる。

一般には視線検出可能な最小限度の略一定の光量で眼球
を照明するのが良い。しかしながら一般には眼球と視線
検出装置との間隔はその都度変化するので視線検出可能
の一定光量で照明することは大変能しい。

本発明は視線検出の際に必要とされる眼球への照射光量
を常に最適値に設定することが出来、高精度な視線検出
を可能とした照射光量制御手段を有した視線検出装置の
提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の照射光量制御手段を有した視線検出装置、被検
者の眼球を複数の照明手段で照明し、該複数の照明手段
の該眼球の角膜からの反射光に基つ゛く複数の角膜反射
像と該眼球の虹彩像の所定面上における結像位置を検出
手段により検出し、該検出手段からの出力信号を利用し
て該被検者の視線を求める際、該検出手段により検出さ
れる角膜反射像の間隔に基づく信号を利用して光量制御
手段により該照明手段の照射光量を制御したことを特徴
としている。

又本発明では、被検者の眼球を照明手段で照明し、該照
明手段の該眼球の角膜からの反射光に基づく角膜反射像
と該眼球の虹彩像の所定面上における結像位置を検出手
段により検出し、該検出手段からの出力信号を利用して
該被検者の視線を求める際、スイッチ手段により該照明
手段の照射光量を制御したことを特徴としている。

この他、本発明では例えば前記照明手段による眼球への
照射光量は前記検出手段による角膜反射像の検出前では
少なく、検出後に所定光量で照射するようにしている。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例における眼球の視線検出を
行う際の要部概略図である。第２図は第１図のイメージ
センサ９からの出力状態を示す説明図である。

図中１０１は被検者（観察者）の眼球、１は被検者の眼
球の角膜、２は同じく強膜、３は虹彩である。ｅ′は眼
球１０１の回転中心、０は角膜１の曲率中心、ａ、ｂは
各々虹彩３の端部、ｅ、　　ｆは各々後述する光源４ａ
、４ｂに基づく角膜反射像の発生位置である。４ａ、４
ｂは各々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。又光源４ａ　（４ｂ）は投光レ
ンズ６ａ　（６ｂ）の焦点面よりも投光レンズ６ａ（６
ｂ）側に配置されている。投光レンズ６ａ。

６ｂは光源４ａ、４ｂからの光束を発散光束として角膜
１面上を広く照明している。ここで光源４ａは投光レン
ズ６ａの光軸上にあり、光源４ｂは投光レンズ６ｂの光
軸上にあり、光軸アに対してＺ方向に対称に配置されて
いる。尚、光源４ａ、４ｂと投光レンズ６ａ、６ｂは照
明手段の要素を構成している。

７は受光レンズであり角膜１近傍に形成された角膜反射
像ｅ、ｆと虹彩３の端部ａ、ｂをイメージセンサ９面上
に結像している。尚、受光レンズ７、イメージセンサ９
は受光手段の一要素を構成している。

１０は演算手段であり、後述するようにイメージセンサ
９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の光軸で図中のＸ軸と一致している。

イは眼球の光軸でＸ軸に対して角度θ傾いている。

本実施例では光源４ａ　（４ｂ）より発光した赤外光は
投光レンズ６ａ　（６ｂ）を透過後、発散しながら眼球
１０１の角膜１を広く照明する。角膜１を透過した赤外
光は虹彩３を照明する。

このとき眼球を照明する赤外光のうち角ＩＩ！２１の表
面で反射した光束に基づく角膜反射像ｅ、ｆを受光レン
ズ７を介してイメージセンサ９上の点ｅ、ｆ′に再結像
する。このとき第１図と第２図中のｅ′及びｆ′は１組
の光源４ａ、４ｂにより発生した角膜反射像（虚像）ｅ
及びｆの投影像である。投影像ｅ′及びｆ′の中点は光
軸ア上に照明手段を配置した際に発生する角膜反射像の
イメージセンサ９への投影位置（第６図の点ｄ′の位置
）と略一致している。

又、虹彩３の表面で拡散反射した赤外光は受光レンズ７
を介してイメージセンサ９上に導光され、虹彩像を結像
する。一方、眼球の瞳孔を通った赤外光は網膜を照明し
てそこで吸収されるが、照明される領域は中心窩から離
れた視細胞の疎な領域であるため被検者はこの光源４ａ
、４ｂを視認し得えない。

尚、第２図の縦軸はイメージセンサ９の２方向の出力■
を示したものである。同図においては瞳孔を通った赤外
光はほとんど反射してかえってこない為、瞳孔と虹彩３
の境界には出力差が生じその結果、虹彩端部の虹彩像ａ
、ｂ’か検出される。

そこで本実施例では演算装置１０においてイメージセン
サ９上での眼球の各特異点（ａｂ′及びｅ”、ｆ’）の
座標（Ｚａ′、Ｚｂ”及びＺｅ　　、Ｚｆ′）を検出す
るとともに（２）式に基づいた β・０Ｃ−８ｉｎθ与　Ｚ８′＋Ｚｂ′Ｚｅ　　’　　
＋Ｚｆ　　” ・　　・　・　・　（３） に従って眼球と回転角θの算出を行う。

このときの回転角θより眼球の視軸を求め、これより被
検者の視線を検出している。

旦。

但し、βは受光光学系の倍率（〜□）であＪ２゜ る。

本発明に係る視線検出装置において、角膜反射像の発生
位置と受光レンズ７のとき距Ｒｘ　ｌは・　・　・　・
　・　（４） の関係式を満足する。このため視線検出装置と眼球まで
の距離が変化しても２つの角膜反射像の間隔ｌＺｅ　　
−Ｚｆ’ｌより距５Ｉ１１を算出可能である。

但し、Ｚｏは１組の光源４ａ　（４ｂ）のＺ方向の間隔
、λ２は光源４ａ　（４ｂ）と受光レンズ７とのＸ方向
の間隔である。

第３図は本発明に係る視線検出装置を一眼レフカメラに
適用したときの一実施例の要部概略図である。

同図において第１図で示した要素と同一要素には同符番
を付している。尚、演算装置とピント板は省略している
。

本実施例では撮影レンズ１４により被写体像を跳ね上げ
ミラー１３を介し、不図示のピント板上に形成している
。そしてペンタダハプリズム１２を介し、正立正像とし
てダイクロイックミラー面１１ａを有する接眼レンズ１
１でピント板上の被写体像を観察している。

一般に一眼レフレックスカメラのファインダー視野をの
ぞく観察者（被検者）は撮影レンズ１４を透過し、跳ね
上げミラー１３で反射しピント板上に形成した被写体光
（像）をペンタダハプリズム１２及び接眼レンズ１１を
介して受光・観察する。このとき観察者はファインダー
視野内の注視する被写体に対して視線を向けるために眼
球を回転させる。

接眼レンズ１１の側方（２方向）には１対の照明手段（
光源４ａ　（４ｂ）及び投光レンズ６ａ（６ｂ）により
構成）が配置され、不図示の観察者の眼球を照明する。

このとき観察者は眼球の側方から照明する光源４ａ　（
４ｂ）を視認し得ない。眼球の角膜及び虹彩にて反射し
た赤外光は接眼レンズ１１に入射するとともに接眼レン
ズ１１のダイクロイックミラ一部１１ａで反射し、受光
レンズ７を介してイメージセンサ９上に各々の像を結像
する。ここで接眼レンズ１１のダイクロイックミラ一部
１１ａは、例えば誘電体多層膜を塗膜した直角プリズム
を２枚貼り合わせることにより形成され、該誘電体多層
膜は可視光は透過し赤外光は反射するように設定されて
いる。

イメージセンサ９上に形成された眼球の反射に基づく各
機より各特異点を検出し、さらに（３）式に従った演算
を不図示の演算装置によって行うことにより観察者の視
線を検出している。

第４図は本発明の第１実施例に係る電気回路の要部ブロ
ック図である。同図は２つの角膜反射像の間隔に基づく
信号を利用し、照明手段からの照射光量を制御する場合
を示している。

同図において４０１は第１図の演算手段１０に対応する
視線演算回路であり、第２図の２つの角膜反射像ｅ、ｆ
’の間隔に相当する信号を一時記録型のラッチメモリー
４０２に記録する。ラッチメモリー４０２には視線演算
回路４０１で視線の情報を演算し、角膜反射像ｅ、ｆ′
の間隔が検知出来た時だけ、基本的にはその情報を記録
すルヨうに構成し、角膜反射像ｅ、ｆ’の間隔が検知出
来ない時には、例えば１隅０に相当する別の情報を人力
する様に構成している。

４０３はデコーダーであり、ラッチメモリー４０２に記
録された情報をコード変換して端子０、・・・・、７の
いずれかを高レベル側に反転する。トランジスタ４０４
〜４０８、抵抗４０９〜４１３、演算増幅器４１４とに
よりデコーダ４０３でデコードされた情報をアナログ電
圧に変換している。

ここでＫＶｃは演算増幅器４１４の非反転入力端子に印
加される定電圧電源である。演算増幅器４１４の出力は
演算増幅器４１５の非反転入力端子に印加され、発光素
子（光源）４１６は演算増幅器４１５と抵抗４１７，４
１８、トランジスタ４１９とで定電流駆動される。４２
０は角膜反射像が検出されない場合の電流制御回路であ
る。

まず全系に電源が投入され、被検者の眼球が視線検出装
置にセットされるまで、即ち被検者が視線検出装置の所
定面上をのぞくまでは角膜反射像が検出されないのでラ
ッチメモリー４０２にｎ１述した様に０の情報が書き込
まれる。この時にはデコーダ４０３は出力端子０を選択
して高レベル側に反転し、トランジスタ４０５がオンし
、抵抗４０９で決められる微小な角膜反射像形成用のア
イドリング用演算電流の発生が可能となる。

このときの電流は電流制御回路４２０の出力により制御
されるトランジスタ４０４を介して最終的にはオン・オ
フ制御される。

電流制御回路４２０は１つ目のモードとしては出力が常
に高レベルであり、角膜反射像が検知出来なかりた時に
常に抵抗４０９で決まる角膜反射像形成用のアイドリン
グ用演算電流を流すモードである。

２つ目のモードとしては視線検出装置をカメラ等に使用
した場合に好都合なモードで電源スィッチをオンした時
、一定時間の聞出カを高レベルにするモードである。

３つ目のモードとしては一定時間毎に周期的に出力を高
レベルにするモード等が考えられる。これらのモードは
それぞれのシステムに応じて選択されている。

次に角膜反射像ｅ、ｆ’の位置が検知され、その間隔の
コードデータがラッチメモリー４０２に入るとデコーダ
４０３でコート変換され、例えば２端子が選択されると
トランジスタ４０７がオンし、抵抗４１１で決まる電流
が抵抗４１３を流れ対応する電圧Ｖ。が生ずる。この角
膜反射像ｅ、ｆ’の間隔は眼球と視線検出装置との距離
（間隔）が大きい程小さく、距離が小さい程、大きくな
る。

この為、例えば角膜反射像ｅ、ｆ’の間隔が小さい時に
端子工、大きい時に端子７が順次選択されるように構成
しておく。そうすると端子１は眼球が遠くにある時に選
択されるので照明光の光量を大きくするため、抵抗４１
０の値を小さくして演算電流を大きくしている。

また逆に端子７は眼球が近くにある時に選択されるので
照明光の光量を小さくするため、抵抗４１２の値を大き
くして演算電流を小さくして演算増幅器４１４の出力Ｖ
。の値を小さくし照明光量を減している。

本実施例では光源として発光素子４１６は定電流駆動さ
れており、抵抗４１７の抵抗値をＲとするとｖｏ／Ｒの
電源で発光していることになる。

尚、抵抗４０９はアイドリング用の演算電流を流すため
に抵抗４１２よりも、かなり大きい抵抗値を有している
。

以上の如く本実施例によれば角膜反射像の間隔、即ち眼
球と視線検出装置との距離に対応する光量で眼球を照明
出来るので眼球は、常に必要最小限の光量で照明される
ことになる。

尚、本実施例では被検者がまばたきすると角膜反射像が
消失するので照明光量はアイドリンク状態の弱い光量に
戻ってしまうが、連続的に角膜反射像が検知出来ている
内には、まばたき程度の短い時間角膜反射像が消失して
も、消失前の照明光量を維持出来るように構成すること
により、まばたきの影響を取り除くことがでてきる。

第５図は本発明の第２実施例に係る電気回路の要部ブロ
ック図である。本実施例は例えば被検者（カメラの撮影
者）がメガネをかけている場合と裸眼のときでは視線検
出装置をのぞいた場合の眼球と視線検出装置との間隔が
著しく異なるため、この時の照明光量を簡単なメガネ、
裸眼切換え用のスイッチ手段で切換えて制御している。

同図において５０１は第１図の演算手段１０に対応する
視線演算回路、５０２はメガネ、裸眼切換え用のスイッ
チ手段１．５０３はメガネデータメモリー、５０４は裸
眼データメモリー、５０５はアイドリングデータメモリ
ー、５０６はＳＰ端子への信号に基づいて入力データを
選択するデータセレクタである。５０７はデコーダであ
り、データセレクタ５０６で選択された情報をコート変
換して端子０，１．２のいすかを高レベル側に反転する
。トランジスタ５０８〜５１１、抵抗５１２〜５１５、
演算増幅器５１６でデコーダ５０７でデコードされた情
報をアナログ電圧に変換している。演算増幅器５１６の
出力は演算増幅器５１７の非反転入力端子に印加され・
発光素子５１８は演算増幅器５１７と抵抗５１９゜５２
０、トランジスタ５２１とで定電流駆動される。５２２
は電流制御回路である。

まず全系の電源が投入され、被検者の眼球が視線検出装
置にセットされるまでは、即ち被検者が視線検出装置の
所定面上をのぞきこむまでは角膜反射像が検出されない
のでデータセレクタ５０６のＳＰｉ子を介してアイドリ
ンクデータメモリー５０５が選択される。この時デコー
ダ５０７は出力端子０を選択して高レベル側に反転し、
トランジスタ５０９がオンし、抵抗５１２で決められる
微小な角膜反射像形成用のアイドリンク用演算電流の発
生が可能となる。

次に角膜反射像が検知されるとデータセレクタ５０６は
メガネ、裸眼切換え用のスイッチ手段５０２で選択され
るメガネデータメモリー５０３が裸眼データメモリー５
０４のいずれかを選択する。

被検者がメガネをかけていてメガネスイッチを同図の位
置にセットするとメガネデータメモリー５０３の内容が
デコーダ５０７でデコートされ端ｔ１が高レベル側に反
転し５　トランジスタ５１０かオンし、抵抗５１３で決
まる演算、電流に基づいて演算増幅器５１６の出力Ｖ。

か演算される。被検者かメガネをかけている場合には、
眼球と視線検出装置との距離（間隔）が大きいので照明
光量を大きくする必要かあるので抵抗５１３の値は小さ
く設定されている。

次に裸眼の人が使う場合には切換え用のスイッチ手段５
０２を図示と反対側に切換え、裸眼データメモリー５０
４を選択し、このメモリーの内容をデコーダ５０７でデ
コートすると端子２が高レベル側に反転し、トランジス
タ５１１がオンし抵抗５１４で決まる演算電流に基づい
て演算増幅器５１６の出力Ｖ。が演算される。

この場合には眼球と視線検出装置との距ｍ＜間隔）は小
さいので照明光量は小さくする必要があり、抵抗５１４
の値は大きく設定し、演算電流を小さくして演算増幅器
５１６の出力であるｖｏを小さくしている。電流制御回
路５２２の動作は第４図の電流制御回路４２０と同等で
あるのでここでは省略する。

またこれらの実施例で眼球が視線検出装置とセットされ
ていない時は、角膜反射像検出用の微剥な照明を行い、
眼球がセットされると規定の照明光量に制御出来るのは
角膜反射率が２′、５％程で虹彩等の眼球の他の組織に
比べて著しく大きいことによる。

更に本実施例は角膜反射像が１つしか形成されない視線
検出装置の照明光量の制御に簡便な方法であり特に有効
である。

（発明の効果） 本発明によれば被検者の眼球を照明手段で照明し、眼球
からの角膜反射像や虹彩像の所定面上における結像点を
検出することにより被検者の視線を検出する際、前述の
如く各要素を構成することにより眼球への照射光量を視
線検出可能な最適な光量に制御し、良好なる状態で視線
検出をすることができる照射光量制御手段を有した視線
検出装置を達成することができる。

又、本発明によれば眼球の角膜反射像が検知出来るまで
は弱い光で照明し、角膜反射像が検知出来てから所定の
光量で照明することにより、視線検出系全体の電力消費
の無駄をなくすと共に不必要な光が外部に射出する事を
防止することができる等の安全対策上からも好ましい照
射光量制御手段を有した視線検出装置を達成することか
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における眼球の視線検出を
行う際の要部概略図、第２図は第１図のイメージセンサ
からの出力状態の説明図、ｉ　３　［Ｉｉは本発明に係
る視線検出装置を一眼レフカメラに適用したときの要部
概略図、第４図、第５図は各々本発明の第１．第２実施
例に係る電気回路の要部ブロック図、第６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１１ｉ、３は虹
彩、４ａ、４ｂは光源、６ａ、６ｂは投光レンズ、７は
受光レンズ、９はセンサー、１０は演算手段、４０１，
５０１は視線演算回路、４０３．５０７はデコーダ、４
１６，５１８は発光素子、４０２はラッチメモリー、４
２０゜５２２は電流制御回路、４１４，４１５は演算増
幅器である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検者の眼球を複数の照明手段で照明し、該複数
   の照明手段の該眼球の角膜からの反射光に基づく複数の
   角膜反射像と該眼球の虹彩像の所定面上における結像位
   置を検出手段により検出し、該検出手段からの出力信号
   を利用して該被検者の視線を求める際、該検出手段によ
   り検出される角膜反射像の間隔に基づく信号を利用して
   光量制御手段により該照明手段の照射光量を制御したこ
   とを特徴とする照射光量制御手段を有した視線検出装置
   。
2. （２）被検者の眼球を照明手段で照明し、該照明手段の
   該眼球の角膜からの反射光に基づく角膜反射像と該眼球
   の虹彩像の所定面上における結像位置を検出手段により
   検出し、該検出手段からの出力信号を利用して該被検者
   の視線を求める際、スイッチ手段により該照明手段の照
   射光量を制御したことを特徴とする照射光量制御手段を
   有した視線検出装置。（３）前記照明手段による眼球へ
   の照射光量は前記検出手段による角膜反射像の検出前で
   は少なく、検出後に所定光量で照射するようにしたこと
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の照射光量制御
   手段を有した視線検出装置。