JP2505854B2

JP2505854B2 - 視線検出手段を備えるカメラ

Info

Publication number: JP2505854B2
Application number: JP7029788A
Authority: JP
Inventors: 謙二鈴木; 明石崎; 圭史大高; 康夫須田; 英彦深堀
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-03-23
Filing date: 1988-03-23
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH01241511A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、使用者の視線方向を光学的に検出し、検出
した視線の情報を利用して、露出制御を行うカメラに関
する。

従来の技術近年、電子回路やCCD等光電変換デバイスの急速な進
歩、廉価化に伴ない、カメラに自動化、インテリジエン
ト化が展開されている。たとえば自動焦点制御のカメラ
は、銀塩カメラ、ビデオカメラの別なく広く普及してお
り、また自動露出機能はほとんどのカメラが装備するに
至っている。

この種、自動機能はカメラの操作性を大幅に改善し、
高度な撮影技術を要せずに誰にでも一定レベルの写真撮
影を可能にした点で大きな進歩であったといえる。

しかし、一方では自動機能を取り入れたが故に自動機
能のハード的制約から作画性を制限される場合があり、
抜本的な改善が望まれている。その最も大きな問題は自
動焦点調節にしても、自動露出制御にしても画面の中心
部に重点的に機能する様に構成されているので、主被写
体が画面中央に配置されるフレーミングが多くなること
である。特に焦点合せは、主被写体にはっきりと狙いを
つけなければならず、画面全体の平均という様なものは
無意味であるから、自動焦点検出装置が作動する位置に
主被写体を画面構成することが写真撮影の必須要件とな
る。

この様な作画上の制約を緩和するために通例、フオー
カスロツクと呼ばれる方法が用いられている。この方法
はシヤツターの半押し状態で、画面中央に主被写体を置
いて自動焦点調節を行ない、合焦状態に到達すると、カ
メラは焦点調節機構を自動的にロツクする。次に撮影者
は、シヤツターの半押し状態を継続しながら、主被写体
の位置を画面内の適当な場所に変更し、フレーミングを
とり直し、得心の行ったところでシヤツターをもう一段
押し込みレリーズする。

類似の方法は自動露出制御の場合でも、特に被写体輝
度差が激しく主被写体の最重要部分をスポツト的に測光
する時に行われ、AEロツク等と呼ばれている。通例カメ
ラは画面中心部を重点化した測光感度分布を持ってお
り、特にスポツト的な測光モードでは画面中心部にしか
感度がない。従って、最も重要な被写体部分を画面中央
の測光機能で測光したのち、その測光値をシヤツターの
半押し状態でメモリーしたまま、構図をとり直すのであ
る。

この様な方法にはいくつかの基本的問題があり、作画
性を保証した十分なカメラの自動機能とはなり得ていな
いのが実情である。その問題点を以下に列挙する。

（１）シヤツターの半押し状態を継続しながら、構図を
検討するためには指先の感触の慣れが必要である。大多
数のカメラ使用者はあまり頻繁にカメラを操作するほど
撮影しないので、この様な習熟を要するカメラ操作は十
分に使いこなすことが出来ない。

（２）被写体が被写界の奥行き方向に移動している場合
には、上記操作は不可能である。自動焦点調節し、シヤ
ツターの半押し状態で構図をとり直している間にピント
位置が変化してしまうことからである。また奥行き方向
ではなく、横方向にカメラと等距離を維持しつつ移動す
る被写体の場合でも、上記の様な段階的な操作を正確に
行うには高い習熟が必要である。

（３）人間や動物等の表情、ポーズが変化する被写体で
は、シヤツターチヤンスは一瞬であるから、上記の様な
方法では撮影者の意図する写真を撮ることができない。

（４）三脚等によりカメラを固定した状態では、シヤツ
ターの半押しをしながらアングル調整するという操作は
事実上困難である。

以上の理由により中央の測距視野、あるいはスポツト
測光機能に作画性を制約されない、新しい試みが開始さ
れている。自動焦点調節について言うと、その主たる対
策は複数個の自動焦点検出点が画面内の広い領域に存在
する焦点検出装置、もしくは広い焦点検出視野の一部分
を選択的に指定し、その一部分に含まれる被写体情報に
より自動焦点調節するカメラである。両者はともに公知
であり、たとえば前者の焦点検出装置は、第20図に示し
た様に従来知られる焦点検出装置を、１個のカメラ内に
複数個配置しても良い。後者の測距視野一部選択指定は
通例、自動焦点カメラに搭載されているマイクロプロセ
ツサの機能を用いれば容易にソフトウエアにより実現で
きる。

簡単に図の説明をすると第20図に於て予定焦点面にお
ける画面フレーム141に５個の測距視野142a,142b,…,14
2eがあり、各視野に対し公知の焦点検出系一系列が構成
されている。たとえば図で左端の測距視野142aの矩形の
視野マスク開口を通過した結像光束は一体成形された複
合フイールドレンズ143の左端部レンズにより変更され
一対の二次結像レンズ144a₁,144a₂に入射する。二次結
像レンズ前面には、不図示の絞りが置かれているものと
する。144a₁を通過した光束は光電素子（以下、光電変
換素子をこの様に表記する）列145a₁上に視野145aの光
像を再結像する。一方、144a₂を通過した光束は、光電
素子列145a₂上に視野142aの光像を再結像する。先述し
た２次結像レンズ近傍の不図示の絞りは、フイールドレ
ンズにより撮影レンズ射出瞳に略結像される結果、上記
光学系により、いわゆる瞳分割焦点検出装置が構成され
ている。これを５個符設し、一体製造可能な部材を構造
的に一体化したものが第14図の系である。この様な焦点
検出装置の概念は公知の技術を複数並設したものであ
る。

この様な自動焦点検出系のハード構成に於て、測距点
の決定方法は基本的には、次の２通りの考え方がとりう
る。

（１）撮影者がカメラにピント合わせの対象とすべき測
距点位置を指定する。指定入力手段はスイツチやダイヤ
ルが既知である。

（２）カメラが測距可能な各点で被写体情報を解析し、
または更に進んで測距を実行し、あらかじめ定められた
基準に従い自動的に測距点を決定する。公知の考え方と
しては、コントラストの高い被写体位置を自動選択し、
ピント調節するものと、最も至近側に位置する被写体に
ピント合わせするものとがある。発明者らの検討に依る
と主被写体が最もコントラストが高くなる確率はあまり
大きくないので、コントラストの比較に立った制御はほ
とんど自動機能として使い難い。

上記方法はいづれも問題点が大きく、十分に改善され
た技術とはなっていない。上記（１）の撮影者がカメラ
に位置決定する方法は確実であるが、入力に手間がかか
り自動焦点調節の本来の簡便性を損なう。通常の手持ち
撮影では、位置入力をしてから自動焦点調節を行なうよ
り、上述のフオーカスロツクの手法を用いた方が手早く
撮影できる。従って、三脚使用時や、動体撮影等、測距
点の位置指定が本質的なメリツトを持つ場合以外は使い
づらい。

一方、カメラが焦点合わせする位置を決める方法は、
画一性が強すぎ、撮影者の作画意図を反映しないことが
多い。至近側選択の考え方はひとつの動作状態として選
択することはあり得るが、この様な決め方でカメラの多
様な使われ方をカバーすることは困難と思われる。

以上の理由により、撮影者の意志をマニユアル入力す
る考え方は確実性はあるものの煩雑になり易くまたカメ
ラによる自動方式は確実性が低く一般的なメリツトがな
い。わずかに、撮影者の視線をカメラが感じ測距点を決
定するという着想が特開昭61−61135号等に開示されて
いるが、肝心の視線検出の方法については何の記述もな
く、抜術的に実施できるとは思わない。

一方、最近のカメラは自動焦点調節や自動露出機能以
外の様々な機能を制御するマニユアル入力手段を有し、
カメラ・ハウジングの各所にスイツチ類、表示類が分散
配置されている。しかしながら、カメラを使用する頻度
の少ないユーザーの場合、操作方法を忘れてしまい、カ
メラに設けられている機能の一部しか使われないという
状態も多い様である。

問題点を解決するための手段本発明は上述したようなカメラの高機能化よる煩雑な
操作を必要とすることなく、カメラに使用者の撮影意図
を反映させるための情報を簡単、確実、スピーディーに
入力することを目的とする。

この目的を達成するために本願の請求項１に記載した
視線検出手段を備えるカメラは、撮影対象を観察する使
用者の眼球を照明する照明手段と、該照明手段によって
得られる該眼球の画像を受光する受光手段と、該受光手
段の出力に基づいて使用者の視線を検出する視線検出手
段と、撮影範囲内を複数の輝度検出領域に分け、該撮影
対象の輝度を検出する輝度検出手段と、該視線検出手段
にて検出した視線の情報に基づいて、該輝度検出手段の
該複数の輝度検出領域に対応した各出力に対して重み付
けを変えた測光演算を行う演算手段とを有することを特
徴とする。したがって、使用者が煩雑な操作をすること
なく、使用者の撮影意図を反映した露出制御が可能にな
る。

本願の請求項３に記載した視線検出手段を備えるカメ
ラは、撮影対象を観察する使用者の眼球を照明する照明
手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受
光する受光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者
の視線を検出する視線検出手段と、撮影範囲内を複数の
輝度検出領域に分け、該撮影対象の輝度を検出する輝度
検出手段と、該撮影範囲内の異なる領域で焦点検出動作
を行うことのできる焦点検出手段と、該視線検出手段に
て検出した視線の情報に基づいて、該輝度検出手段の該
複数の輝度検出領域に対応した各出力に対して重み付け
を変えた測光演算を行う演算手段と、該視線検出手段に
て検出した視線の情報に基づいて、該焦点検出動作を行
う領域を変える焦点検出制御手段とを有することを特徴
とする。したがって、使用者が煩雑な操作をすることな
く、使用者の撮影意図を反映した露出制御が可能になる
とともに、撮影範囲内の使用者が見ている領域に対して
合焦を得ることができる。

本願の請求項５に記載した視線検出手段を備えるカメ
ラは、撮影対象を観察する使用者の眼球を照明する照明
手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受
光する受光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者
の視線を検出する視線検出手段と、撮影範囲内を複数の
輝度検出領域に分け、該撮影対象の輝度を検出する輝度
検出手段と、該視線検出手段にて検出した視線の情報に
基づいて、該輝度検出手段の該複数の輝度検出領域を複
数のグループに分け、該複数のグループ毎に出力に対し
て重み付けを変えた測光演算を行う演算手段とを有する
ことを特徴とする。したがって、使用者が煩雑な操作を
することなく、使用者の撮影意図を反映した露出制御が
可能になるとともに、測光演算はグループ毎の重み付け
演算が行われるので、演算を簡単にすることができる。

本願の請求項６に記載した視線検出手段を備えるカメ
ラは、撮影対象を観察する使用者の眼球を照明する照明
手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受
光する受光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者
の視線を検出する視線検出手段と、撮影範囲内を複数の
輝度検出領域に分け、該撮影対象の輝度を検出する輝度
検出手段と、該視線検出手段にて検出した視線の情報に
基づいて、該輝度検出手段の該複数の輝度検出領域から
１つの輝度検出領域を選択する選択手段と、該選択手段
によって選択された輝度検出領域の出力のみを用いて測
光演算を行う演算手段とを有することを特徴とする。し
たがって、使用者が煩雑な操作をすることなく、使用者
の撮影意図を反映した露出制御が可能になる。

実施例以下、図面を使って本発明の実施例を説明するものと
し、第１図は一眼レフレツクスカメラに本発明の適用し
た第１の実施例を示している。尚、本発明は一眼レフレ
ツクスカメラの他、撮影光路とフアインダー光路が別設
されたカメラにも適用可能である。

第１図において、１は対物レンズ、便宜上、１枚レン
ズで示したが、実際は複数枚のレンズから構成されてい
ることは周知の通りである。２は主ミラーで、観察状態
と撮影状態に応じて撮影光路へ斜設されあるいは退去さ
れる。３はサブミラーで、主ミラー２を透過した光束を
図示しないカメラ・ボデイの下方へ向けて反射させる。
4aはシヤツター、4bは対物レンズ１内に配された絞り、
4cはフオーカシングのために対物レンズ１を光軸方向へ
移動させる駆動機構である。

５は感光部材で、銀塩フイルムあるいはCCDやMOS型等
の固体撮像素子あるいはビテイコン等の撮像管である。

6aは焦点検出装置で、例えば第２図（ａ）に描く様
に、フイールドレンズ20、多孔視野マスク21、正レンズ
を２枚並設した２次結像レンズ22、そして光電素子列の
対が複数配列された受光デバイスが配される。第１図で
はフイールドレンズはサブミラー３に近い、対物レンズ
１の予定結像面位置に設けられている。まず多孔視野マ
スク21のスリツト21a,21b,21cは夫々測距視野を決定す
る。２次結像レンズ22は、例えばスリツト21aで画定さ
れた被写界像の一部を略光電素子列の対の23aと23b上に
再結像する。またスリツト21bあるいはスリツト21cで画
定された部分は略光電素子列の対23cと23d又は23eと21f
上に再結像される。光電素子列の各対の受光情報は電気
信号として読み出され、相関演算が施されて、各スリツ
トで決定された測距視野内の被写体に対する対物レンズ
の焦点調節状態を表わす値が算出される。尚、焦点検出
装置としては第20図の構成を採用することもでき、ある
いは特願昭61−160824号に開示されている様な方法を利
用し、通常より長い光電素子列の対を用いてこれら光電
素子列を電気的に分割し、対応する分割領域同志に相当
する信号を使って相関演算を施すものであっても良い。

以上により6aの焦点検出装置は撮影視野の複数の位置
に対して焦点検出が可能となる。

次に6bは露出値検出ユニツトで、結像レンズと分割測
光が可能な受光器を具える。結像レンズはペンタ・ダハ
プリブム８内の光路を介して対物レンズ１の予定結像面
に配されたピント板７と受光器を共後に関係付けてい
る。受光器の受光面は例えば第３図の様に分割されてお
り、各分割された領域ごとに測光できるものとする。受
光器の出力はマイクロプロセツサmpに入力されて、複数
個の中心点を中心とした測光感度分布を持つ様に重み付
けを変更できるものとする。

次にフアインダー光路変更用のペンタ・ダハプリブム
８の射出面後方には接眼レンズ９が配され、観察者眼15
によるピント板７の観察に使用される。10は光分割器
で、例えば赤外光を反射するダイクロイツクミラーを使
用し、ここでは接眼レンズ９中に設けられる。11は集光
レンズ、12はハーフミラーの様な光分割器、13はLEDの
様な照明光源で、好ましくは赤外光（および近赤外光）
を発光する。赤外照明光源13を発した光束は集光レンズ
11及び接眼レンズ９の後面（観察者側面）のパワーで例
えば平行光としてフアインダー光路に沿って射出する。
14は光電変換器で、詳しい構成は後述するが、観察者が
接眼レンズ９を適正に覗いた時に接眼レンズ９の後面と
集光レンズ11に関して観察者眼の前眼部、詳しくは瞳孔
近傍と共後に配置する。即ち、フアインダー光学系（8,
9）のアポイント近傍と光電変換器14を共役に配置する
のが一法であって、結像倍率は１以下が好ましい。

以上の構成で、対物レンズ１を通過した結像光束は部
分透過、主ミラー２に於て、フアインダー光束と焦点検
出光束とに分割される。焦点検出光束は、主ミラー２を
透過した後、サブミラー３により反射され、焦点検出装
置６に入射する。焦点検出装置６はたとえば第２図
（ｂ）に示すピント板７の撮影画面で云えば横方向に３
点の焦点検出点19L,19C,19Rを持つ。撮影時には主ミラ
ー２は上へはね上げられサブミラー３は、主ミラー上に
積層して折りたたまれ、シヤッター羽根４が開閉される
ことによりフイルム５が所定時間露光する。

一方、フアインダー光束はピント板７を経て、ペンタ
・ダハプリズム８に入射する。但しピント板と一体ある
いは別体のフレネルレンズ等が８の近傍に配設されてい
ることもある。光束は視度調接眼レンズ９によりピント
板７上の被写体像を、拡大撮影しつつ観察者眼15に入射
する。

人眼の構造は、角膜面16a,角膜後面16b,水晶体前面18
a,水晶体後面18bを接合面もしくは界面とした接合レン
ズと見ることができ、虹彩17は、水晶体前面付近にあ
る。第４図に人眼の標準的形状と、各部の屈折率を図示
した。またこれを模型眼とした１例が第５図である。
尚、視軸の方向と注視点の方向とは若干異なるのが普通
である。これは最初に補正値を入力しておけば済むこと
なので、以下便宜上、視軸の方向を視線の方向として記
述する。

視線検出系の光路は次の通りである。赤外照明源13を
発した照明光はハーフミラー12を経て、レンズ11により
ある程度コリメートされ、ミラー10で反射を受けてフア
インダー光路に入射する。光分割器10が被写体から来る
可視域のフアインダー光を透過し、赤外領域の照明光は
反射するダイクロイツクミラーであることが、フアイン
ダーの明るさの点からも視線検出系の照明効率の点から
も望ましい。ただし十分輝度の高い赤外光源を用いるな
らば、照明効率が低下することを見込んで設計し、NDハ
ーフミラーで代用することは可能である。フアインダー
光路に導入された赤外照明光は接眼レンズ９の後面を通
過して観察者眼球を照明する。観察者眼の位置が変動し
ても、照明条件が維持される様、照明光は眼球入射時に
おいて略平行光束するのが一法である。これは先のレン
ズ11のパワーと、接眼レンズ９の後面のパワーの全体で
実現される様、各部のパワー配置を調整することで実現
できる。人眼の各界面における屈折率変化は、第４図に
示した通りであるので照明先は屈折率変化の大小に応じ
角膜前面、水晶体前面及び後面、角膜後面の順の強さで
反射される。また平行光束を入射したときの各界面の反
射像の位置は、眼球前方から見ると第５図の様になるこ
とが近軸追跡の結果理解される。これらの像はプルキン
エ像と称され、角膜前面から順に番号を付してプルキン
エ第１像，第２像等という。第５図から明らかな様に第
３像を除き、３個のプルキンエ像は、第３図、即ち水晶
体前面の直後に集中しており、また先の屈折率変化の考
察から第１像，第４像，第２像の順に強い反射像であ
る。これらの像を形成する照明光は赤外波長域であるた
め、目には感じることがなく、フアインダー像観察に支
障は生じない。このためには照明光波長は700nmより長
いこと望ましく、更に750nm以上であれば個人差の別な
く人眼は感知しない。

観察者眼による反射光は逆の経路をたどり、ミラー1
0、レンズ11を経てハーフミラー12により反射され光電
変換器14にて受光される。反射光がフアインダー光路か
ら分離され、光電変換器に受光されるまでの光路中に可
視カツト，赤外透過フイルターが挿入されていることが
望ましい。フアインダー像可視光による角膜反射光をカ
ツトし、光信号として意味のある赤外照明光の反射のみ
を光電変換するためである。光電面はレンズ11と接眼レ
ンズ９後面の全パワーで、観察者眼の水晶体前面付近す
なわち瞳孔付近が結像される様な位置に置かれている。
これにより、プルキンエの第1,第2,第４像が結像された
状態で受光され、反射光量としては必ずしも弱くない、
第３像はデフオーカスして光が拡散しているため、あま
り光電変換信号に寄与しない。

本実施例視線検出装置の部分の動作原理を以下に説明
する。第１図装置で、赤外照明光源13を点光源とし、ピ
ント板７上、画面中央の位置、すなわち第２図（ｂ）の
19cの位置と光学的に等価な地点から発光するように照
明点光源13の位置を調整しておく、この場合観察眼球の
光軸が、画面中央を通るならば眼球光軸の延長線上に照
明光源があるわけであるから、既に第５図に示した様
に、各プルキンエ像は眼球光軸上に一直線に点像となっ
て並ぶ。眼球瞳孔付近を前方から見た様子は第６図
（ａ）の様になる。図で41は虹彩、42は瞳孔、43は重な
ったプルキンエ像である。明るく照明された虹彩は環状
に観察され、暗い円形の瞳孔42の中央に各面のプルキン
エ像が重なった明るいスポツトが一点観察される。一
方、眼球が回転しており左右どちらか片寄った方向に視
軸が向いていると、照明光は眼球光軸と斜めに入射する
ので、各プルキンエ像は瞳孔中心から偏心した位置に移
動し、かつ移動の方向，量が反射面ごとに異なるので複
数個のプルキンエ像43,44等が前方から見て認められ
る。第６図（ｂ）がこの状態に対応する。観察者眼の光
軸が画面中央からさらに離れた位置を見れば、同第６図
（ｃ）様に、その傾向は一層強まり、また観察者眼が逆
方向を見ればプルキンエ像の移動方向も反転する。これ
らの動きをまとめて第７図にグラフ化した。観察者眼の
回転角に対し、瞳孔付近で強い反射像となる第1,第４プ
ルキンエ像の移動量を示してある。これらプルキンエ像
の動きを光電的にとらえれば、視線の方向を検出するこ
とができる。

上記の視線検出方法に於けるポイントは眼球の平行移
動への対処である。一般にカメラのフアインダー系へ観
察者の瞳孔が接眼レンズ開口位置に対し一定の許容領域
内に存在すれば画面全体を見渡せる様に設計される。実
際、この許容範囲が狭いと、カメラと瞳孔の位置関係を
正確に保持しなくてはならず極めて使い難いカメラにな
ることが知られている。しかし視線検出装置を基準にし
て見ると、この許容範囲内で瞳孔の位置、従ってプルキ
ンエ像の位置が変動しうることを意味しており、これを
補償する必要がある。その方法は、ひと通りではない
が、光学的な見地から実現しやすいものとして、以下の
手法が考えられる。

瞳孔中心の位置を常時検出し、瞳孔中心に対するプル
キンエ像の相対変位を視線検出量に変換する。この方法
は、最も直接的でやりやすいが、瞳孔の縁（つまり虹彩
との境界）を確実に把えなくてはならないので、光電変
換素子の見る範囲は広く必要となる。

２個以上のプルキンエ像の相対的変位を計測する。こ
の場合対象としては第１像と第４像の組み合せが検出し
やすい。像の形成位置が近く同一像面で計測出来るし、
比較的反射像が強いからである。

いづれの手法を用いるにしても、観察者がピント板上
で見る位置を変更することに要する眼球回転量は高々±
10゜〜15゜程度であり、これによるプルキンエ像の変位
は高々±1mm内外であるのに対し、眼球とカメラとの相
対的平行移動量はその数倍の大きさで許容されるので、
単純な差動センサーでは視線の動きは追えない場合があ
る。これに対し複数個の光電素子を集積して成る光電素
子列により、観察者眼の瞳孔付近に於ける光量分布を測
定し、数値的に解析することで眼球の位置や瞳孔径に影
響されない優れた視線検出装置が構成される。

第１図に図示した用途では横方向の視線移動のみ検出
すれば良いので、一次元の光電素子列を用いた単純な構
成を以下に示す。第８図はその方法を説明するためのも
ので、縦方向の検出能力を無視した結果、図の様な縦長
形状の即ち縦幅が横幅の数倍以上の光電素子を配列した
ものとなり、眼球の縦方向の平行移動もしくは回転に対
し、ほとんど不感となる。但し、通常の光電素子の列の
前に円柱レンズを接着して類似の効果を得ることもでき
る。

第８図に於て、瞳孔61内にて光るプルキンエの第１像
62と、プルキンエ第４像63を一次元の光電素子列64（光
電変換器14）で受光すると第８図（ｂ）の様な光電出力
が得られる。両側の高い出力値は虹彩を表現するもので
ある。暗い瞳孔部の中にはプルキンエ第１像，第４像に
各々に対応した信号65,66が得られる。

瞳孔中心はエツジ部67,68の位置情報から得られる。
最も簡単にはエツジ部に於て、虹彩部平均の半値に近い
出力を生ずる画素番号をi₁,i₂とする瞳孔中心の位置座
標は i₀＝（i₁＋i₂）/2 で与えられる。プルキンエ第１像の位置は、瞳孔暗部に
於て局部的に現われる最大のピークから求められるの
で、この位置と先の瞳孔中心との相対位置関係により、
眼球の回転状況、従って、視線の方向を第７図のグラフ
の関係から知ることが出来る。この場合、第７図の解釈
は瞳孔中心がプルキンエ像移動量の原点をなすものと考
えれば良い。原点をカメラに固定したものと考えるとほ
とんど眼球の平行移動しか求められない。プルキンエ第
４像は瞳孔暗部の第２のピークとして求められ、この位
置と先の第１像の位置を用いて演算しても良い。このと
きは瞳孔中心の位置は必ずしも知る必要はない。ただ
し、プルキンエ第１像と第４像とは強度が10倍以上に異
なるので比較的ダイナミツクレンジの高い光電素子列を
要する。

第８図により明らかな様に素子の配列方向と直交する
方向には不感であるが、あまり配列方向と直交する方向
に縦長の光電素子で構成すると瞳の位置によっては上下
方向で虹彩を拾ってしまうので、縦長にするには限度が
ある。従って縦長を比較的おさえた素子から成る光電素
子列を数個上下方向に併設して置き、最も適当な出力を
得られた配列のみにより視線検出すると、上下方向に不
感であり、かつ、良好なプルキンエ像信号が常時得られ
る検出装置となる。また、上記、一次元方向のみの検出
では照明光源を点光源でなく、スリツト状とすると更に
良好な信号が得られる。この場合にはLEDで線光源を構
成しても良いし、スリツトの背後に赤外透過可視遮断フ
イルターと白色光源を順置しても良い。

以上説明した方法を第１図光電変換器14の出力が入力
されたマイクロプロセッサmpで実行することで観察者の
視線を検出し、そして観察者の視線方向に対応する測距
位置での焦点検出値を焦点検出装置6aの出力からマイク
ロプロセツサmpで算出し、算出値に従って駆動機構4cを
駆動して対物レンズ１をフオーカシングすることができ
る。

この様に、得られた視線方向により、自動焦点検出の
測距点を切り替えるカメラが得られる。視線の位置は連
続的に求められるので、制御対象が第２図（ｂ）の様な
３点に限定されないことはもちろんである。

また、露出検出ユニツト6bの出力をマイクロプロセツ
サmpで信号処理し、観察者の視線方向に応じた位置に重
点を置く露出条件を決定し、レリーズ操作に同期してシ
ヤツタ4aと絞4bの一方又は両方を設定することができ
る。

そして、カメラを制御する際、自動焦点検出と自動露
出制御の双方で複数点測定が可能な場合でも観察者の意
図に応じて一方のみを使用したり、両方同時に使用する
ことができるものとする。また焦点検出と露出制御のほ
かに、フアインダー視野中にシヤツター優先、絞り優
先、プログラム撮影等のモード表示を位置を変えて表示
し、例えばレリーズ操作の第１段押し込みの時に視認し
たモード表示に応じて撮影を行うこともできる。

以上の視線検出は一次元方向のみについて述べたが、
一方向のみでなく、直交する２方向の視線の動きを検出
するには、正方形に近い画素を２次元に配列した光電素
子列を用いれば良い。プルキンエ第１像を含む様な一次
元配列を縦横各々について、選び出せば瞳孔中心を基準
とした方法により、直交する２方向での視線位置が求め
られる。すなわち第９図の様に、観察者眼、瞳孔付近の
光像が二次元配列された光電素子列上に結像されてお
り、図中71,72の縦横配列の信号を用いれば良い。光電
素子列としては既知のCCD撮像素子や、MOS型撮像素子が
使用でき、またプルキンエ第１像の位置を交点として縦
横に演算対象とすべき配列を選択することはマイクロプ
ロセツサにより容易に実現できる。

本実施例の視線検出光学系に於ては、検出系の結像倍
率、すなわち瞳孔付近の被観察面を光電面に結像する倍
率を、縮小系とすることが望ましい。一眼レフカメラの
フアインダー系は、前述した通り、観察者眼の瞳孔位置
について許容幅を持って設計されている。通例、瞳孔の
位置は、10〜20mm程度面内移動についてマージンをとっ
た設計となっている。カメラは戸外でかつ手持ちの状態
で用いられることが多いので、この値を小さくすること
は使い易さを大幅に減ずるものである。上記許容幅は、
そのまま視線検出系が検知すべき、最少限の空間範囲と
なる。CCDやMOS等のシリコン光電素子は大面積化により
著しくコストアツプし、また感度等の均一性を低下させ
る。本実施例に於けるプルキンエ像の位置の変化は眼球
回転に対応して1mm程度あるので、縮小光学系により検
出光学系を構成しても、十分な分解能で、プルキンエ像
や瞳孔の変位を検知できる。単純な信号処理で単に画素
ピツチ単位で、位置検出しても10μｍピツチで画素を集
積することは十分可能であり、ソフトウエアにより補間
演算すると、10μｍピツチの画素を用いて１μｍ精度の
変位検出が可能である。縮小倍率は２〜10倍程度が望ま
しい。また縮小光学系によれば検出系の占める体積も減
少するので、携帯用のカメラには有利である。

本発明実施例の視線検出光学系の設計に於て、もう一
つ留意すべき点は、角膜面からなるべく近い位置に検出
用の正パワーレンズを配置することである。角膜面の曲
率半径は、わずか8mm内外であるので、凸面鏡としての
焦点距離は4mmにずぎない。略平行光束で角膜面に入射
した照明光は反射された場合、速やかに距離の２乗に比
例して発散する。従って検出光学系の主たる正パワーを
受け持つレンズまでの距離が遠いと著しく光量利用効率
が低下し、視線検出がむずかしくなる。この点は、強い
光源もしくは高S/N比の光電素子等によりある程度補う
ことは可能ではあるが、なるべく反射光が拡散する前
に、フアインダー光炉から赤外反射光を分離し、レンズ
に導くことが有利である。従って分離光学部材は、フア
インダー光学系最終レンズ内もしくは、その近傍に配設
されることが望ましい。

一方、本実施例に於て、瞳孔中心を計測するかわりに
白目と黒目の境界部を測定し、黒目の中心位置を求めて
プルキンエ像の座標原点としても良い。瞳孔は外界の明
るさや観察者の心理状態で径が変化し、真円度が良くな
い場合もあるからである。黒目の境界は極めて検出しや
すい反射率変化を示す。第10図（ａ）は観察者眼の前眼
部光像と視線検出用一次元光電素子列との位置関係を示
したもの、下図は光電素子列の出力信号例である。この
方法では、高い精度が得られる反射照明領域と光電素子
の検知領域はより広くなり、多少経済性は悪くなる傾向
にある。第10図に於て、プルキンエの第１像62,第４像6
3を含む瞳孔暗部61を低反射率の虹彩がとりかこみ、黒
目は境界81で白目と接する。82は上まぶた、83は下まぶ
たである。計測線84に沿い光電変換した場合の出力を
（ｂ）に示してある。

他の実施例本発明の別の実施例の光学的レイアウトを第11図に示
す。第11図は、赤外照明光学系と検出光学系を別々の位
置に配置したものである。但し、第１図に示した部材と
同一部材には同一番号を付した。IRED等の赤外照明光源
13を発した赤外光は、レンズ91により集光されピント板
７内を進行してダイクロイツクミラーもしくはハーフミ
ラー92付近で結像し、反射されてフアインダー光路中に
導入される。ペンタ・ダハプリズムを射出した照明光は
接眼レンズ９でコリメートされた観察者眼15を照明す
る。

検出系は、ミラー93が全反射ミラーとなるほかは、第
１図実施例と同様の作用である。第12図は接眼レンズ10
とは別の光学部材94を光分割器として設け、ダイクロイ
ツクミラー、もしくはハーフミラー95に依り検出系への
光を分離している。この光学配置では、光学分離素子の
位置を、従って集光レンズ11の位置を、観察者眼の角膜
面に近づけ易くなり、反射光の光量をとりやすい。但し
集光レンズの屈折力は第１図の場合より、強めておくも
のとする。第13図は、前眼部反射光の分離光学部材を曲
面96としたものである。接合界面にダイクロイツクミラ
ーもしくはハーフミラーを形成する。本方法に依れば検
出光学系の光路長を節減でき、かつ前眼部反射光を効率
良く、検出用光電面に導びける。第14図は分離光学部材
をペンタプリズム中に設け、前例と同様接合界面にダイ
クロイツクミラーを形成する。第15図は接眼レンズをメ
ニスカス凸レンズとし、その正パワー面を観察眼側に配
置することにより角膜面で反射発散する前眼部反射光の
集光力を強めたものである。

本発明の適用対象は一眼レフカメラに限定されないこ
とは言うまでもない。第16図は逆ガリレイ式フアインダ
ー系に本発明を適用した例である。フアインダー光学系
は基本的には、凹レンズ101と凸レンズ102により構成さ
れており、角倍率が１以下のアフオーカルー系である。
第16図（ａ）の実施例では、平行平板状の光学部材103
を正レンズと負レンズの中間に配置し、ダイクロイツク
ミラーもしくはハーフミラー104によりフアインダー光
学系と、視線検出光学系とを結合している。正レンズ10
5は赤外照明光源107から来た光をコリメートする一方、
前眼部反射光を光電素子列108の受光面に結像してい
る。106はハーフミラーである。視線検出の方法は、第
１図実施例と変らない。第16図（ｂ）は赤外照明系と、
検出光学系を分離配置した例である。光分割器111のダ
イクロイツクミラー112は赤外照明光源107を発した光束
を反射し、接眼レンズ102のハーフミラー113は眼からの
反射光を反射する。

本発明に於て、赤外光による観察者眼照明は必ずしも
光軸に沿った方向に、行なわれる必要はない。第17図の
様に、赤外照明光源107からの光をダイクロイツクミラ
ーもしくはハーフミラー114により、フアインダー系光
軸や視軸に斜めの角度で照明しても良い。この場合は視
軸がフアインダーの画面中央を向いていても、プルキン
エ像は瞳孔中心もしくは黒目中心と合致しないし、また
各面のプルキンエ像は分離して観察される。しかし画面
中央を注視したときのプルキンエ像の変位状態を測定
し、初期状態として設定しておけば、実際の視線検出動
作ではそこからのズレを検出すれば良いので、補正を加
味して正常な動作を行なわせることが出来る。この点は
逆ガリレイフアインダーに特有のことでなく、一般的事
実であり、先の一眼レフカメラの様なTTLフアインダー
でも成立する。

又、本発明は光電面を２個以上有し、視軸の方向に異
なる位置で観察者眼反射像を検出しても良い。例えば前
出第５図に於て、プルキンエ第３像は、眼軸長の中央付
近に生ずるが、この像は眼球回転に対応する動きが第１
像，第４像に比べて大きく、高精度の検出に向いてい
る。眼球回転に対する動きが大であるのは、第３面の曲
率が緩く、反射鏡としての焦点距離が長いからである。
第18図は、観察者眼の瞳孔付近と、プルキンエ第３像と
を共に計測する視線検出装置で第11図の例を改造してい
る。レンズ11により結像される観察眼反射光をハーフミ
ラー121とミラー123により、光路長方向に異なる２像面
に分離し、２個の光電素子列122,124にて受光する。光
電素子列124が瞳孔付近前眼部を観察し、光電素子列122
は眼球のより深部を観察している。光電素子列122及び1
24の出力の、例えば瞳孔中央とプルキンエ第３像の出力
に基づいて視線を求めることができる。

本発明になる視線検出装置を有するカメラの用途は、
自動焦点調節の制御に限定されず、一般にカメラの動作
方法を制御する入力手段として使用しうることは上述し
た。

第19図はカメラの露出制御用測光装置の画面内測光感
度分布例を図示したものである。同図（ａ）では画面下
内に５個の局所的測光点S₁〜S₅を配置してある。視線方
向を検出することにより、これら５個の測光点の内１個
を選択し、その測光出力により露光を制御するようなカ
メラを構成することが出来る。また第19図（ｂ）は上記
局所的測光点の外側により広範囲の測光領域P₁〜P₅を配
してある。たとえば視線方向でS₂を指定したとき、S₂を
中心に両側の測光情報を加味し、なる量Ｖを演算し、注視点を中心とした広がりを持った
測光感度特性を持たせることが出来る。

さらにシヤツター速度の指定や絞り値の指定、パワー
フオーカス、パワーズームの操作、多重露出制御、各種
動作モードの切り替え等カメラのあらゆる制御方法への
意志入力手段として本発明のカメラを構成することが可
能である。

また本発明は銀塩カメラのほか、ビデオカメラやスチ
ルビデオカメラ等フアインダーを有するカメラ一般に好
適に用いられる。特に動体を撮影する場合の多いビデオ
カメラでは本発明は極めて有効である。

発明の効果以上、説明したように、本願の請求項１に記載した視
線検出手段を備えるカメラは、撮影対象を観察する使用
者の眼球を照明する照明手段と、該照明手段によって得
られる該眼球の画像を受光する受光手段と、該受光手段
の出力に基づいて使用者の視線を検出する視線検出手段
と、撮影範囲内を複数の輝度検出領域に分け、該撮影対
象の輝度を検出する輝度検出手段と、該視線検出手段に
て検出した視線の情報に基づいて、該輝度検出手段の該
複数の輝度検出領域に対応した各出力に対して重み付け
を変えた測光演算を行う演算手段とを有することによっ
て、使用者が煩雑な操作をすることなく、使用者の撮影
意図を反映した露出制御が可能になる。また、使用者は
撮影意図を反映させたい撮影対象を見るだけで、カメラ
に使用者の撮影意図に関わる情報を入力でき、スイッチ
やダイヤルで情報を入力する場合と比較して、簡単、且
つスピーディーに使用者の撮影意図をカメラに伝えるこ
とができ、シャッターチャンスを逃さない。さらに、使
用者の視線の情報に基づいて、測光演算の重み付けを変
えているので、人間の目で見たときの露出状態に近い自
然な測光条件をカメラに簡単に設定することもできる。

本願の請求項３に記載した視線検出手段を備えるカメ
ラは、撮影対象を観察する使用者の眼球を照明する照明
手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受
光する受光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者
の視線を検出する視線検出手段と、撮影範囲内を複数の
輝度検出領域に分け、該撮影対象の輝度を検出する輝度
検出手段と、該撮影範囲内の異なる領域で焦点検出動作
を行うことのできる焦点検出手段と、該視線検出手段に
て検出した視線の情報に基づいて、該輝度検出手段の該
複数の輝度検出領域に対応した各出力に対して重み付け
を変えた測光演算を行う演算手段と、該視線検出手段に
て検出した視線の情報に基づいて、該焦点検出動作を行
う領域を変える焦点検出制御手段とを有することを特徴
とすることで、上述した請求項１の効果に加えて、撮影
範囲内の使用者が見ている領域に対しても簡単、且つス
ピーディーに焦点を合わせることができる。

本願の請求項５に記載した視線検出手段を備えるカメ
ラは、撮影対象を観察する使用者の眼球を照明する照明
手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受
光する受光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者
の視線を検出する視線検出手段と、撮影範囲内を複数の
輝度検出領域に分け、該撮影対象の輝度を検出する輝度
検出手段と、該視線検出手段にて検出した視線の情報に
基づいて、該輝度検出手段の該複数の輝度検出領域を複
数のグループに分け、該複数のグループ毎の出力に対し
て重み付けを変えた測光演算を行う演算手段とを有する
ことを特徴とすることによって、上述した請求光１の効
果に加えて、撮影範囲内の輝度検出領域に対して簡単に
重み付け演算を行うことができる。

本願の請求項６に記載した視線検出手段を備えるカメ
ラは、撮影対象を観察する使用者の眼球を照明する照明
手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受
光する受光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者
の視線を検出する視線検出手段と、撮影範囲内を複数の
輝度検出領域に分け、該撮影対象の輝度を検出する輝度
検出手段と、該視線検出手段にて検出した視線の情報に
基づいて、該輝度検出手段の該複数の輝度検出領域から
１つの輝度検出領域を選択する選択手段と、該選択手段
によって選択された輝度検出領域の出力のみを用いて測
光演算を行う演算手段とを有することを特徴とすること
によって、上述したように簡単で、且つスピーディーに
カメラに撮影意図を伝えることができるとともに、使用
者の撮影意図を反映させたい撮影対象だけに対してのみ
の輝度での測光演算を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す光学断面図。第２図
（ａ）は部分構成を示す斜視図で、第２図（ｂ）は平面
図。第３図は構成部材の平面図。第４図は人眼の説明
図。第５図は模型眼の断面図。第６図（ａ）（ｂ）
（ｃ）は眼の反射像を示す図。第７図はプルキンエ像の
移動を示す線図。第８図（ａ）は反射像の検出を説明す
るための図で、第８図（ｂ）は出力信号を示す図。第９
図は反射像の２次元的な検出を説明するための図。第10
図（ａ）は反射像の検出を説明するための図で、第10図
（ｂ）は出力信号を示す図。第11図から第15図は夫々別
実施例を示す光学断面図。第16図（ａ）（ｂ）は夫々他
実施例を示す光学断面図。第17図，第18図は夫々その他
実施例を示す光学断面図。第19図（ａ）（ｂ）は夫々視
野を示す平面図。第20図は従来例を示す斜視図。図中、２は主ミラー、３はサブミラー、6aは焦点検出装
置、6bは露出制御用測光装置、７はピント板、８はペン
タ・ダハプリズム、９は接眼レンズ、10は光分割器、11
は集光レンズ、12は光分割器、13は照明光源、14は光電
変換器である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須田康夫神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内 (72)発明者深堀英彦神奈川県川崎市高津区下野毛770番地キヤノン株式会社玉川事業所内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影対象を観察する使用者の眼球を照明す
る照明手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受光する受
光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者の視線を検出する視
線検出手段と、撮影範囲内を複数の輝度検出領域に分け、該撮影対象の
輝度を検出する輝度検出手段と、該視線検出手段にて検出した視線の情報に基づいて、該
輝度検出手段の該複数の輝度検出領域に対応した各出力
に対して重み付けを変えた測光演算を行う演算手段とを
有することを特徴とする視線検出手段を備えるカメラ。
【請求項２】前記複数の輝度検出領域は少なくとも３つ
以上で構成され、前記演算手段は該複数の輝度検出領域
に含まれる少なくとも２つ以上の輝度検出領域の各出力
に対して同じ値の重み付けを行うことを特徴とする請求
項１記載の視線検出手段を備えるカメラ。
【請求項３】撮影対象を観察する使用者の眼球を照明す
る照明手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受光する受
光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者の視線を検出する視
線検出手段と、撮影範囲内を複数の輝度検出領域に分け、該撮影対象の
輝度を検出する輝度検出手段と、該撮影範囲内の異なる領域で焦点検出動作を行うことの
できる焦点検出手段と、該視線検出手段にて検出した視線の情報に基づいて、該
輝度検出手段の該複数の輝度検出領域に対応した各出力
に対して重み付けを変えた測光演算を行う演算手段と、該視線検出手段にて検出した視線の情報に基づいて、該
焦点検出動作を行う領域を変える焦点検出制御手段とを
有することを特徴とする視線検出手段を備えるカメラ。
【請求項４】前記焦点検出手段は前記撮影範囲内に予め
設けられた複数の焦点検出領域を有し、前記焦点検出制
御手段は該視線検出手段にて検出した視線の情報に基づ
いて、該複数の焦点検出領域から少なくとも１つを選択
することを特徴とする請求項３記載の視線検出手段を備
えるカメラ。
【請求項５】撮影対象を観察する使用者の眼球を証明す
る照明手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受光する受
光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者の視線を検出する視
線検出手段と、撮影範囲内を複数の輝度検出領域に分け、該撮影対象の
輝度を検出する輝度検出手段と、該視線検出手段にて検出した視線の情報に基づいて、該
輝度検出手段の該複数の輝度検出領域を複数のグループ
に分け、該複数のグループ毎の出力に対して重み付けを
変えた測光演算を行う演算手段とを有することを特徴と
する視線検出装置を備えるカメラ。
【請求項６】撮影対象を観察する使用者の眼球を証明す
る照明手段と、該照明手段によって得られる該眼球の画像を受光する受
光手段と、該受光手段の出力に基づいて使用者の視線を検出する視
線検出手段と、撮影範囲内を複数の輝度検出領域に分け、該撮影対象の
輝度を検出する輝度検出手段と、該視線検出手段にて検出した視線の情報に基づいて、該
輝度検出手段の該複数の輝度検出領域から１つの輝度検
出領域を選択する選択手段と、該選択手段によって選択された輝度検出領域の出力のみ
を用いて測光演算を行う演算手段とを有することを特徴
とする視線検出装置を備えるカメラ。