JP2744405B2

JP2744405B2 - 視線検出装置

Info

Publication number: JP2744405B2
Application number: JP6148841A
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: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH07143964A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は使用者もしくは被検者の
視線を検出する視線検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】既に視線で情報入力を行うカメラの提案
が特開昭６１−６１１３５号公報で行われているが、視
線を光学的に検出する方法には、“Ａｃｃｕｒａｔｅ
ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｙｅｔｒａｃｋ
ｅｒｕｓｉｎｇｆｉｒｓｔａｎｄｆｏｒｔｈＰ
ｕｒｋｉｎｊｅｉｍａｇｅｓ”出展Ｊｏｕｒｎａｌｏ
ｆｔｈｅＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆ
Ａｍｅｒｉｃａ，ｖｏｌ．６３，Ｎｏ．８，ｐａｇｅ９
２１（１９７３）に報告されている第１、第４プルキン
エ像を用いて検出する方法、特開昭６１−１７２５５２
号公報に開示されている第１プルキンエ像と瞳孔中心を
用いて検出する方法等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法で直接検出できるのは眼球の光軸であるが、この
眼球光軸は視線とは異なり、視線は眼球光軸に対して鼻
側に５°〜７°程度ずれていることが一般に知られてい
る。

【０００４】このため、眼球光軸を検出するだけでは正
確な視線検出を行うことができず、視線を検出するため
には視線と眼球光軸の偏差を求め補正を行う必要があ
る。

【０００５】さらにこの補正は眼球に対する視線検出装
置の回転位置によって変化してしまう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題に鑑み、
本願の請求項１に記載した発明は、使用者の眼球光軸を
検出し、眼球光軸と視線とのずれを補正して、前記使用
者の視線を検出する視線検出装置において、前記使用者
の眼球に対する前記視線検出装置の相対的な回転位置を
検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に応じ
て、前記ずれを補正する補正演算を変更する制御手段を
有することによって、視線検出装置が使用者の眼球に対
して相対的に回転した位置にあっても、その状態での適
切な正確な補正値を用いた補正動作ができる。

【０００７】

【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、図１は一眼レフレックスカメラに本発明を
適用した第１の実施例を示している。尚、本発明は一眼
レフレックスカメラの他、撮影光路とファインダー光路
が別設されたカメラにも適用可能である。

【０００８】図１で、１は対物レンズで、便宜上、１枚
レンズで示したが、実際は多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・ボディの下方へ向けて反射させ
る。４ａはシャッターで、後述の感光部材の受光面を所
定時間露光するのに使われる。４ｂは対物レンズ１内に
配された絞り、４ｃはフォ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。

【０００９】５は感光部材で、銀塩フィルムあるいはＣ
ＣＤ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。但し、電子的撮像デバイスに電子的シ
ャッター機能を持たせれば、シャッターは省略できる。

【００１０】６ａは焦点検出装置で、例えば図２（ａ）
に描く様に、フイールドレンズ２０、多孔視野マスク２
１、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。図１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。
図２（ａ）の構成の詳しい説明は特願昭６２−３１５４
９０号公報に述べられているが、まず多孔視野マスク２
１のスリット２１ａ、２１ｂ、２１ｃは夫々測距視野を
決定する。２次結像レンズ２２は、例えばスリット２１
ａで画定された被写界像の一部を略光電素子列の対２３
ａと２３ｂ上に再結像する。またスリット２１ｂあるい
はスリット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、各スリッ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図２０
の構成を採用することもでき、あるいは特願昭６１−１
６０８２４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。

【００１１】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。６ｂは露
出値検出ユニットで、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・ダハプリズム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
光面は例えば図３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
クロコンピュータｍｃに入力されて、複数個の中心点を
中心として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。

【００１２】次にファインダー光路変更用のペンタ・ダ
ハプリズム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。ピ
ント板の近傍又は一体にフレネルレンズが設けられてい
ても良い。１０は視線検出系のための光分割器で、例え
ば赤外光を反射するダイクロイックミラーを使用し、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および説版レンズ９の後面（観察者側面）の
パワーで例えば平行光としてファ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、ファイ
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。

【００１３】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、ファインダー光
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
図２（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、シャッター羽
根４が開閉されることによりフィルム５が所定時間露光
する。

【００１４】一方、ファ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。光束は視度調節接眼レンズ９
によりピント板７上の被写体像を、拡大投影しつつ観察
者眼１５に入射する。

【００１５】人眼の構造は、角膜面１６ａ、角膜後面１
６ｂ、水晶体前面１８ａ、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１
７は、水晶体前面付近にある。図４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
一例が図５である。

【００１６】一般に、眼球光軸Ｘの方向と注視点（視
線）の方向Ｙとは一定の偏差がある。普通、注視点方向
Ｙは黄斑Ｂと前眼部節点Ａを結んだ線上にある。眼球の
動きを光電的に検出する場合は眼球光学系の軸対称性を
利用し、眼球光軸Ｘを検出するのが容易であるが、注視
点の方向との偏差を補正していないと高い精度を求めら
れているときには不都合である。補正方法については後
述する。

【００１７】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
で反射を受けてファインダー光路に入射する。光分割器
１０は被写体から来る可視域のファインダー光を透過
し、赤外領域の照明光は反射するダイクロイックミラー
であることが、ファ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。

【００１８】ファ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、図４に示した通りであるので照明
光は屈折率変化の大小に応じ角膜前面、水晶体前面およ
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、近軸追跡
の結果理解される。これらの像はプルキンエ（Ｐｕｒｋ
ｉｎｊｅ）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３像を除き、３
個のプルキンエ像は、第３面、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、眼には感じる
ことがなく、ファ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より長いことが望ま
しく、更に７５０ｎｍ以上あれば個人差の別なく人眼は
感知しない。

【００１９】観察者眼による反射光は逆の経路をたど
り、ミラー１０、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
ファ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ット、赤外透過フィルターが挿
入されていることが望ましい。ファインダー像可視光に
よる角膜反射光をカットし、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像はデフォーカスして光
が拡散しているため、あまり光電変換信号に寄与しな
い。

【００２０】本実施例視線検出装置の眼球光軸検出の動
作原理を以下に説明する。図１の装置で、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
なわち図２（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、
既に図３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
た様子は図６（ａ）の様になる。図６で４１は虹彩、４
２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ット
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眼球光軸が向いていると、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、４
４等が前方から見て認められる。図６（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、同図６（ｃ）の様に、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図７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、眼球光軸の方向を検出することができる。

【００２１】上記の視線検出方法では眼球の平行移動へ
の対処が必要である。一般にカメラのファインダー系は
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。

【００２２】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、瞳孔の緑
（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。

【００２３】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
合わせが検出しやすい。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。

【００２４】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。これに対し各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。

【００２５】図１に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。図８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８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、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。

【００２６】図８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）で受光すると図８
（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像に各々対応した信号６５、６６が得
られる。

【００２７】瞳孔中心はエッジ部６７、６８の位置情報
から得られる。最も簡単にはエッジ部に於て、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、視線の方向を図７のグラフの
関係から知ることが出来る。この場合、図７の解釈は瞳
孔中心がプルキンエ像移動量の原点をなるものと考えれ
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ックレンジの高い光電素子列を要す
る。

【００２８】但し、瞳孔中心の代わりに黒目（角膜に覆
われた部分）の縁から中心位置を検出しても同様の効果
が得られる。中心の確定に黒目を利用することは、黒目
の径が瞳孔と違って外界の明るさで変化しないので高精
度であるが、直径が大きくなるので広い範囲を検出でき
る様にしておく必要がある。

【００２９】図８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
は限界がある。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、スリット状とす
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、スリットの背後に赤外透過
可視遮断フィルターと白色光源を順置しても良い。

【００３０】以上説明した方法を図１の光電変換器１４
の出力が入力されたマイクロコンピュータｍｃで実行
し、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コンピュータ
ｍｃ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をフォーカシングすることができる。

【００３１】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本発明に係る視線制御さ
れたカメラが得られる。視線の位置は連続的に求められ
るので、制御対象が図２（ｂ）の様な３点に限定されな
いことはもちろんである。

【００３２】また、露出検出ユニット６ｂの出力をマイ
クロコンピュータｍｃ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
操作に同期してシャッタ４ａと絞り４ｂの一方又は両方
を設定することができる。

【００３３】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、ファインダー視野中にシャッター優
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
時に確認したモード表示に応じて撮影を行うこともでき
る。

【００３４】以下、眼球光軸の方向と注視点方向との偏
差を補正する方法を説明する。

【００３５】偏差を補正する簡単な方法はマニュアルで
補正値あるいは他の情報を入力する方法である。しかし
ながらこの方法の場合、別途偏差を測定しておいてそれ
に応じた補正量を入力するのが一法であるが、一般的に
は人眼の平均的な補正量を予めマイクロコンピュータに
記憶させておく。図１のＩＰはこれらの為の入力器で、
もし予め補正量がわかっていれば、その値を入力するも
のとし、そうでなければファインダーを右目で覗くか、
左目で覗くかの区別を入力する。これは上述した黄斑の
位置が左右眼で対称になるため、偏差の方向は＋又は−
になるからである。大多数の人眼においては、注視点方
向と眼球光軸の方向との偏差は５°〜７°程度である
が、解剖学的知見として得られているので、６°に固定
しても精度±１°〜２°程度の検出は可能である。

【００３６】続いて個人差を考慮した方法を説明する。
接眼レンズ９を覗くと、図２（ｂ）に示すピント板７の
測距視野マーク１９Ｃ、１９Ｒ、１９Ｌが見えるが、例
えば観察視野中央の測距視野マーク１９Ｃを利用する。
計測に先立って観察者（カメラの撮影者）は測距視野マ
ーク１９Ｃを注視し、その状態で入力器ＩＰから計測起
動信号を入力する。

【００３７】視線検出系は前述した様に作用して、観察
者眼の眼球光軸を計測し、眼球光軸の方向を例えば瞳孔
中心に対するプルキンエ第１像の変位量、もしくはプル
キンエ第１像と第４像との相対変位量として定量化す
る。その際、人間の視線方向はかなり変動し易いと云う
生理的特性があるので一定時間内に最も高い頻度で発生
した眼球光軸の方向を採用するといった信号処理ソフト
を用いるのも良い。

【００３８】視線検出系による計測結果はマイクロコン
ピュータｍｃ中の記憶素子に記憶する。

【００３９】記録素子は不揮発性のＥＥＰＲＯＭ等が望
ましいが、これに限ったことではなく、たとえばバッテ
リーバックアップされたＲＡＭでも良い。この様な動作
状態を設けることにより、観察者が画面中央を注視して
いることが確定している状況下での視軸方向が得られ
る。撮影のためのフレーミング時には、測定された眼球
光軸の方向と、画面中央注視時の眼球光軸の方向との相
対差を演算することにより画面上の注視点が求められ
る。数式的に表現すると、たとえば、瞳孔中心点ないし
黒目中心点を基準としたプルキンエ第１像の位置をｘと
するとき、注視点方向ＸはＸ＝ｋ（ｘ−ｘ₀）（１）と表わされる。ここにｘ₀は観察者が画面中心を注視し
ているときのｘであり、またｋは比例定数で、ファイン
ダー系の定数を主因子として定まる。

【００４０】更に、検出精度を高めるためには以下の実
施例を採用するのが良い。

【００４１】即ち、視線検出系で検出した注視方向と観
察者の現実の注視方向とは若干の差が生ずるのが一般的
である。従って、検出結果を確認し、ずれがあれば調整
するのが有効であり、大きなずれであれば再検出するの
が良い。

【００４２】図９（ａ）はピント板を描いているが、観
察視野もこのように見える。７１は検出結果を示す表示
マークで、例えばピント板に積層して設けた液晶表示器
やＥＬ表示器、あるいは回折格子を側方から照明する光
学的表示器を使って表示する。ｘ₀は適当な値にプリセ
ットされている。図９（ｂ）は液晶表示器の部分を示し
ている。７３ａは液晶層で、これを一様な透明電極層７
３ｂと不連続線状に配された透明電極の層７３ｃが挟
み、更に偏光シート７３ｄで挟んで成る。下側の透明電
極層７３ｃの電極に順次給電して表示が可能となる。

【００４３】観察者はファインダー系の接眼レンズ９を
覗き、表示マーク７１を観察することができるが、その
際、観察視野内の図示しない所望の被写体を注視したと
き、被写体と表示マーク７１が重なれば検出は正確であ
ったことになる。しかしながら、観察者の主観的注視点
７２の例えば被写体あるいは中央の測距マーク位置等と
表示マーク７１がずれていたとすれば、検出に誤差が在
ったことになるから調整を行った方が良い。

【００４４】なお、補正量を計測する場合、前述の例で
は測距マークを利用したが、表示器による表示マークを
例えば画面中央に表示してこれを使用しても良く、その
際、表示マークを点滅させれば注視を接続させるのに役
立つ。

【００４５】観察者は自己が注視点と認識する位置と、
カメラが注視点として検出する位置とが一致するまで、
入力器のダイヤルや、スイッチ等の手段により式（１）
の定数ｘ₀を変化させる。観察者が自身の主観的視線と
カメラの検出表示位置が一致していると認めればそこで
ｘ₀を固定すれば良い。上記ｘ₀の入力手段はたとえば図
１０（ａ）の様に定電圧電源の抵抗分圧で操作し、ＡＤ
変換して、ｘ₀に対応づけても良いし、またはデジタル
的には（ｂ）の様にｘ₀を収納するレジスタ８１の内容
を２個の相反方向のスイッチによりアップ、ダウンして
も良い。上述方法の場合には表示器を必要とするが、観
察者が計測時に基準点を固視する状態を保障する必要が
ない点が使い易さの上でメリットとなる。

【００４６】本発明のカメラは高精度の注視点検出を行
うために、眼球光軸の方向と注視点方向のズレの固体差
を補正することをその発明内容に含んでいる。撮影者が
変わると、上記ズレの量は微妙に異なるので、それに対
するフールプルーフ対策として先に述べた注視点表示は
有効である。カメラが撮影画面にオーバーラップして表
示する注視点表示が撮影者の主観的注視点と一致してい
る場合にはそのまま使用し続ければ良く、使用者が変わ
って両者が不一致となったときに上記の補正値設定をや
り直せば良い。視線検出動作時に注視点表示が現れれ
ば、補正値設定の必要性の有無は瞬時に判断でき、また
忘れることもない。

【００４７】前述した様にあまり厳密な注視点位置を要
しない時には、眼球光軸の方向と注視点方向とのズレを
個人差に依らない普遍的定数とし、回路内にたとえばマ
スクＲＯＭの形態等で固定してもよい。なお、この場合
も、入力した注視点を表示して位置を確認することもで
きる。

【００４８】上記の方法により検出された観察者眼の注
視点位置情報に基づき、たとえば図１（ｂ）の３点１９
Ｌ、１９Ｃ、１９Ｒの一点において自動焦点調節を行っ
たり、また後述する様に自動露光補正を行ったりするこ
とができる。上記方法の注視点検出は連続的にもしくは
極めて細かいピッチで位置検出可能であるから動体対象
が図１の様に３点に限定されないことはもちろんであ
る。

【００４９】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方向の視野の
動きを検出するには、正方形に使い画素を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。すなわち図１１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９１、９２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
ることはマイクロコンピュータにより容易に実現でき
る。

【００５０】本実施例の場合に於いても、眼球光軸の方
向と注視点方向のズレを補正する方法は基本的には同じ
である。すなわち、最も簡易的には人眼の解剖学的デー
タの平均値を用い、あらかじめズレ補正量を内蔵してい
て、検出した眼球光軸の方向に対し補正を加える。注視
点方向を（Ｘ、Ｙ）とすると、Ｘ＝ｋ（ｘ−ｘ₀）
（２ａ）Ｙ＝ｋ（ｙ−ｙ₀）（２ｂ）であり、ここに
（ｘ、ｙ）は瞳孔中心もしくは黒目の中心を基準とした
プルキンエ第１像の位置（ｘ₀、ｙ₀）は観察者が画面中
央を注視している時の（ｘ、ｙ）である。

【００５１】もう少し正確な注視点検出をするために
は、特定の撮影者毎に、上記補正量（ｘ₀、ｙ₀）を検出
する。方法的には、たとえば、画面中心を注視している
ときの眼球光軸の方向の検出、または注視点検出位置表
示が撮影者の主観的注視点と一致する様に補正量調整す
る等の先に述べた方法が使用できる。

【００５２】以上の説明では、カメラの姿勢は常に固定
されていることを前提としていた。視線検出装置の作動
をより一般的な条件下で保証するためには、観察者の眼
球とカメラとの相対回転量を検出することが望ましい。
この回転自由度に対する最も標準的な状況は、図１２の
様に観察者眼の水平軸１０１とカメラの水平軸１０２と
が平行している状態であるが、実際には撮影の要求に伴
い図１３のごとく両者が不一致となることがしばしば起
こる。最も典型的にはθ＝±９０°となることが多い。
図１２、図１３に於いて１０３はペンタダハプリズムを
用いた一眼レフカメラ、１０４はペンタダハプリズム後
方のファインダー接眼部より視野観察する観察者眼球で
ある。図１３の眼球とカメラの相対回転の結果、注視点
補正量（ｘ₀、ｙ₀）は次の変更を受ける。

【００５３】

【外１】上式により回転量θに応じて補正値

【００５４】

【外２】を算出し、眼球光軸計測値から観察者眼注視点を式
（２）により求めれば良い。

【００５５】θを計測する一般的方法は光電的方法を用
いるのが良く、たとえば目尻の様な目の一部の位置を撮
像してカメラ基準座標に対し測定することで観察者眼の
水平軸１０１を相対的に求めることができる。しかし観
察者眼の水平軸が固定され、カメラの姿勢のみが変化し
て撮影フレームを選択することがほとんどであるので、
上記θを計測する作業は大体、地球水平線に対するカメ
ラの姿勢検出で置き換えることができる。これにはたと
えば図１４の様に、おもり１１２に結合された摺動子１
１３が鉛直下方を向くことを利用し、可変抵抗器１１１
の基準と摺動子１１３との成す角で姿勢を検出する検出
器が用いられる。図で１１４は摺動子の回転中心であ
り、また分圧された電圧の出力端子である。

【００５６】他方、円環内に水銀１１６を封入した図１
５の水銀スイッチ１１５を用いても良い。接点１１７
ａ、１１７ｂ等の隣接接点間のどこで導通するか調べる
ことにより円環１１５内に封入された水銀１１６の所在
が判別され、従って鉛直下方の方向が検出される。これ
ら図１４、図１５等の姿勢検出器をカメラ本体に内蔵す
れば、カメラの回転が判別されるので、回転量に応じ
（３）式を使って眼球光軸計測値に補正を加え、正確な
注視点の検出ができる。

【００５７】本発明は一眼レフカメラにその用途を限定
されないことは言うまでもない。図１６は逆ガリレイ式
ファインダー系に本発明を適用した例である。ファイン
ダー光学系は基本的には凹レンズ１２１と凸レンズ１２
２により構成されており、角倍率が１以下のアフォーカ
ル系である。図１２（ａ）の実施例ではブロック状の光
学部材１２３を正レンズと負レンズの中間に配置し、ダ
イクロイックミラーもしくはハーフミラー１２４により
ファインダー光学系と視線検出光学系とを結合してい
る。レンズ１２５は赤外照明光源１２７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１２８の受
光面に結像している。１２６はハーフミラーである。視
線検出の方法は図１の実施例と変わらない。図１２
（ｂ）は赤外照明系と検出光学系を分離配置した例であ
る。

【００５８】本発明は銀塩写真カメラのほかビデオカメ
ラやスチルビデオカメラ等ファ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。

【００５９】本発明に係る視線検出系を有するカメラの
用途は自動焦点調節の制御に限定されない。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もの
である。図１７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。また図１７
（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、

【００６０】

【外３】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。

【００６１】さらにシャッター速度の指定や絞り値の指
定、パワーフォーカス、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光学装置を構成すること
が可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上、説明したように、本願の請求項１
に記載した発明は、使用者の眼球光軸を検出し、眼球光
軸と視線とのずれを補正して、前記使用者の視線を検出
する視線検出装置において、前記使用者の眼球に対する
前記視線検出装置の相対的な回転位置を検出する検出手
段と、前記検出手段の検出結果に応じて、前記ずれを補
正する補正演算を変更する制御手段を有することによっ
て、視線検出装置が使用者の眼球に対して相対的に回転
した位置にあっても、その状態での適切な正確な補正値
を用いた補正動作ができるので、視線検出精度を向上さ
せることが可能になる。

【００６３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す光学断面図。

【図２】焦点検出装置の部分構成を説明する図。

【図３】露出検出ユニットの構成を説明する図。

【図４】人間の眼の説明図。

【図５】人間の眼の断面模式図。

【図６】眼の反射像を示す図。

【図７】プルキンエ像の移動を示す線図。

【図８】反射像の検出を説明する図。

【図９】ピント板平面図。

【図１０】調整器を示す図。

【図１１】反射像の２次元的な検出を説明する図。

【図１２】カメラの姿勢変化を説明する図。

【図１３】カメラの姿勢変化を説明する図。

【図１４】姿勢検出器を示す図。

【図１５】姿勢検出器を示す図。

【図１６】他の実施例を説明する光学断面図。

【図１７】視野を示す図。

【図１８】従来の技術を説明する図。

【符号の説明】

２主ミラー３サブミラー６ａ焦点検出装置６ｂ露出制御用測光装置７ピント板８ペンタ・ダハプリズム９接眼レンズ１０、１２光分割器１１集光レンズ１３照明光源１４光電変換器

───────────────────────────────────────────────────── 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】使用者の眼球光軸を検出し、眼球光軸と
視線とのずれを補正して、前記使用者の視線を検出する
視線検出装置において、前記使用者の眼球に対する前記視線検出装置の相対的な
回転位置を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結
果に応じて、前記ずれを補正する補正値を変更する制御
手段を有することを特徴とする視線検出装置。
【請求項２】前記検出手段は、地球水平線に対する前
記視線検出装置の姿勢を検出する姿勢検出器であること
を特徴とする請求項１に記載の視線検出装置。