JP2756413B2

JP2756413B2 - 視線検出装置を備える光学装置

Info

Publication number: JP2756413B2
Application number: JP6148839A
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: 1998-05-25
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JPH07146498A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、視線方向を光電的に検
出し、自動焦点調節あるいは自動露出制御等をこの検出
情報に基づいて実行するに好適なカメラに関する。

【０００２】

【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、低廉化に伴ない、カメラの自動化、
インテリジェ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。

【０００３】この種の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。

【０００４】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、抜本的な改善の望まれている。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
須条件となる。

【０００５】この様な作画上の制約を緩和するために通
例、フォーカスロックと呼ばれる方法が用いられてい
る。この方法はシャッ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ックす
る。次に撮影者は、シャッ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ャッ
ターをもう一段押し込みレリーズする。

【０００６】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使われ、ＡＥロック等と呼ばれてい
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
ャッ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。

【０００７】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。

【０００８】（１）シャッターの半押し状態を継続しな
がら、構図を検討する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。

【０００９】（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、シャッ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。

【００１０】（３）人間や動物等の表情、ポーズが変化
する被写体では、シャッターチャ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。

【００１１】（４）三脚等によりカメラを固定した状態
では、シャッ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。

【００１２】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
みが介しされている。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、図
２０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する装置である。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
マイクロプロセッサの機能を用いれば容易にソフトウェ
アにより実現できる。

【００１３】簡単に図２０の説明をすると、図２０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、…、１４２ｅ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。例
えば図２０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ィー
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１４
２ａ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、フィ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
図２０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。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】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。

【００１５】（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
ッチやダイヤルが既知である。

【００１６】（２）カメラが測距可能な各店で被写体情
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。

【００１７】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
を行うより、上述のフォーカスロッ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ットを持つ場合以
外は使いづらい。

【００１８】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。

【００１９】以上の理由により、撮影者の意志をマニュ
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
リットがない。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
号公報等に開示されているが、肝心の視線検出の装置に
ついては具体的な記述がなく、技術的に実施できるとは
思わない。

【００２０】例えば、視線検出装置をカメラ等の光学装
置に組み込む場合、単に隣接させて配置するだけでは、
視線方向を検出する時に所望の精度が得られないという
問題が生じる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題に鑑み
て成されたものであり、本発明の目的は所望の精度が得
られる視線検出装置を備える光学装置を提供することに
ある。

【００２２】本発明の第１の形態は、対物レンズの結像
面からの光を反射してその進行方向を変える光路変更光
学系と、該光路変更光学系から出射した光を受ける接眼
光学系と、眼を赤外光で照明する照明手段と、前記眼で
反射した赤外光を受ける光電変換手段と、該光電変換手
段の出力に基いて前記眼の視線の方向を検出する手段と
を有し、前記接眼光学系が可視光と赤外光に対して異
なる反射特性を有するダイクロイックミラーを有し、該
ダイクロイックミラーを介して前記眼で反射した赤外光
を前記光電変換手段へ向けることを特徴とする。

【００２３】この視線検出装置を備える光学装置では、
眼で反射した赤外光を可視光と赤外光に対して異なる反
射特性を有するダイクロイックミラーを介して前記光電
変換手段へ向けるよう構成しているため、眼で反射した
可視光がノイズ光として光電変換手段に入射するのを低
減させることができる。また、ダイクロイックミラーが
対物レンズの結像面からの光を反射してその進行方向を
変える光路変更光学系から出射した光を受ける接眼光学
系にあり、そのため眼とダイクロイックミラーの間の光
路長が短くなり、眼からの赤外光を効率よく光電変換手
段に向けることができる。

【００２４】

【００２５】

【００２６】本発明の第２の形態は、対物レンズの結像
面からの光を反射してその進行方向を変える光路変更光
学系と、該光路変更光学系から出射した前記結像面から
の光を受ける接眼光学系と、該接眼光学系の光軸に対し
て傾いた方向から赤外光で眼を照明する照明手段と、前
記眼で反射した赤外光を受ける光電変換手段と、該光電
変換手段の出力に基いて前記眼の視線の方向を検出する
手段とを有し、前記照明手段が放射源からの赤外光を受
けて前記眼に向ける凸レンズを有することを特徴とす
る。

【００２７】この視線検出装置を備える光学装置では、
前記照明手段が放射源から放射された赤外光を受けて前
記眼に向ける凸レンズを備え、前記眼で反射された赤外
光を受ける光電変換手段を有するため、眼に不快感を与
えず、効率よく眼を照明できる。

【００２８】

【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。

【００２９】図２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、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。

【００３０】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。

【００３１】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。
まず多孔視野マスク２１のスリット２１ａ、２１ｂ、２
１ｃ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２１ａで画定された被写界像の一部
を略光電素子列の対２３ａ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２
１ｆ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６１−１６０８２４号公報に開示されて
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。

【００３２】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。

【００３３】次に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と受光器を共役に関
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、各分割された領域毎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ッサｍｐ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。

【００３４】次にファインダー光路変更用のぺンタ・ダ
ハプリズム８の射出面後方の接眼光学系には接眼レンズ
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、可視光を透過せしめて赤
外光を反射するダイクロイックミラーが使用されてお
り、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Ｌ
ＥＤの様な照明光源で、好ましくは赤外光（たとえば近
赤外光）を発する。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役な関係にある。即ちファイ
ンダー光学系（８、９）のアイポイント近傍と光電変換
器１４を共役な関係になるように配置するのが一法であ
って、結像倍率は１以下が望ましい。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】人眼の構造は、角膜前面１６ａ、角膜後
面、１６ｂ水晶体前面１８ａ、水晶体後面１８ｂを接合
面若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。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。尚、人眼の眼球光軸の方向と視
線の方向（注視点の方向）とは若干異なるのが普通であ
るが、以下は便宜上眼球光軸の方向を視線の方向として
記述する。眼球光軸の方向から視線の方向を求める際
は、最初に補正値を入力しておけば済む。

【００３８】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、
凸レンズ１１によりある程度コリメートされ、ミラー１
０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
であるから、ファインダーの明るさを維持し且つ視線検
出系の照明効率を上げている。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
であるので照明先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、眼球前方から見ると図５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。図５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。

【００３９】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。

【００４０】本実施例の視線検出装置の部分の動作原理
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
光するように点光源１３の位置を調整しておく。この場
合観察者の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（ａ）において、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、照明光は眼球光軸に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。図６
（ｂ）がこの状態に対応する。観察者眼が画面中央から
さらに離れた位置を見れば、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、視線の方向を検出することができる。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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ックレンジの高い光電素子列を要す
る。

【００４８】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。

【００４９】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プロセッサｍｐ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プロセッサ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をフォーカシングすることができる。

【００５０】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。

【００５１】また、露出検出ユニット６ｂの出力をマイ
クロプロセッサ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
作に同期してシャッタ４ａと絞４ｂの一方又は両方を設
定することができる。

【００５２】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。

【００５３】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９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９中の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ッサにより容易に実現でき
る。

【００５４】本発明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
カメラのファインダー系は、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
てマージンを取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、
最小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ップし、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ッチ単位で、位置検出
しても１０μｍピッ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
ピッチの画素を用いて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。

【００５５】本発明実施例の視線検出光学系の設計に於
て、もう１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にすぎない。略平行光束
で角膜面に入射した証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、ファインダー光路から赤外反射光を
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、ファ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。

【００５６】一方、本実施例において、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。図１０（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面照明領
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。図１０（ａ）に於て、プルキンエ
の第１像６２、第４像６３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８
４に沿い光電変換した場合の出力を図１０（ｂ）に示し
てある。

【００５７】本発明の別の実施例の光学的レイアウトを
図１１に示す。図１１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、図１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ックミラー
もしくはハーフミラー９２付近で結像し、反射されてフ
ァ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でコリメートされて観
察者眼１５を照明する。

【００５８】検出系は、ミラー９３が全反射ミラーとな
るほかは、図２の実施例と同様の作用である。図１２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、ダイクロイックミラー、もしくはハーフミラー９
５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図１の場合
より、強めておくものとする。図１３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
にダイクロイッ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、検出用光電面に導ける。図
１４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ックミラーを形成する。図１
５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。

【００５９】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。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１０１と凸レンズ１
０２により構成されており、角倍率が１以下のアフォー
カルー系である。図１６（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、ダイクロイックミラーもしくはハーフミラー１０４
によりファインダー光学系と、検線検出光学系とを結合
している。正レンズ１０５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、図１の実施例と変わらな
い。図１６（ｂ）は赤外照明系と、検出光学系を分離配
置した例である。光分離器１１１のダイクロイックミラ
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。

【００６０】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、行われる必要はない。
図１７の様に、赤外照明光源１０７からの光をダイクロ
イックミラーもしくはハーフミラー１１４により、ファ
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ァ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
の視線検知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わせることが出来
る。この点は逆ガリレイファ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ＴＴ
Ｌファインダーでも成立する。

【００６１】また、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。例えば前出図５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。図１８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図１１の例を改
造している。

【００６２】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１２４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。

【００６３】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。

【００６４】図１８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。図１８
（ａ）では画面下内に５個の局所的測光点Ｓ_１〜Ｓ_５
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１８（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、

【００６５】

【外１】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。

【００６６】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本発明のカメラを構成す
ることが可能である。

【００６７】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。

【００６８】

【発明の効果】以上、説明した様に、本発明によれば、
視線の方向を所望の精度で検出でき、例えば自動焦点調
節、自動露出制御、及びその他のカメラ動作を、撮影者
の意のままにコントロールすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す光学断面図である。

【図２】図１の装置の部分構成を示す図である。

【図３】図１の装置の構成部材の平面図である。

【図４】人眼の説明図である。

【図５】模型眼の断面図である。

【図６】眼の反射像を示す説明図である。

【図７】プルキンエ像の移動を示す図である。

【図８】反射像の検出方法を示す図である。

【図９】反射像の２次元的な検出方法を示す図である。

【図１０】反射像の検出方法を示す説明図である。

【図１１】本発明の他の実施例を示す光学断面図であ
る。

【図１２】本発明の他の実施例を示す光学断面図であ
る。

【図１３】本発明の他の実施例を示す光学断面図であ
る。

【図１４】本発明の他の実施例を示す光学断面図であ
る。

【図１５】本発明の他の実施例を示す光学断面図であ
る。

【図１６】本発明の他の実施例を示す光学断面図であ
る。

【図１７】本発明の他の実施例を示す光学断面図であ
る。

【図１８】本発明の他の実施例を示す光学断面図であ
る。

【図１９】視野を示す平面図である。

【図２０】従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

２主ミラー３サブミラー６ａ焦点検出装置６ｂ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ダイクロイックミラー１１凸レンズ１２ハーフミラー１３ＬＥＤ１４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 (56)参考文献特開昭63−40112（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−210613（ＪＰ，Ａ) 特開平１−190177（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−194237（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 7/11 G03B 7/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズの結像面からの光を反射してそ
の進行方向を変える光路変更光学系と、該光路変更光学
系から出射した光を受ける接眼光学系と、眼を赤外光で
照明する照明手段と、前記眼で反射した赤外光を受ける
光電変換手段と、該光電変換手段の出力に基いて前記眼
の視線の方向を検出する手段とを有し、前記接眼光学系が可視光と赤外光に対して異なる反射特
性を有するダイクロイックミラーを有し、該ダイクロイ
ックミラーを介して前記眼で反射した赤外光を前記光電
変換手段へ向けることを特徴とする視線検出装置を備え
る光学装置。
【請求項２】前記ダイクロイックミラーが前記可視光
を透過せしめ前記赤外光を反射する反射特性を有するこ
とを特徴とする請求項１の視線検出装置を備える光学装
置。
【請求項３】前記ダイクロイックミラーからの前記赤外
光により前記眼の瞳孔近傍を前記光電変換手段上に結像
するレンズを有することを特徴とする請求項１又は請求
項２の視線検出装置を備える光学装置。
【請求項４】前記光路変更光学系はペンタ・ダハプリ
ズムを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の
視線検出装置を備える光学装置。
【請求項５】前記照明手段は、前記赤外光を放射する放
射源を備え、該放射源からの前記赤外光を前記ダイクロ
イックミラーを介して前記眼に入射させることを特徴と
する請求項１乃至請求項３の視線検出装置を備える光学
装置。
【請求項６】前記照明手段は、前記赤外光を放射する放
射源を備え、該放射源からの前記赤外光を前記眼に斜入
射させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の視線
検出装置を備える光学装置。
【請求項７】前記ダイクロイックミラーと前記光電変
換手段の間に可視光を遮光するフィルターを設けること
を特徴とする請求項１乃至請求項３の視線検出装置を備
える光学装置。
【請求項８】前記対物レンズからの光を前記光路変更光
学系側に反射する折り曲げミラーを有し、前記結像面は
前記折り曲げミラーと前記光路変更光学系の間に設定し
てあることを特徴とする請求項１乃至請求項３の視線検
出装置を備える光学装置。
【請求項９】前記検出手段による視線方向の検出結果
に応じて前記対物レンズを光軸方向に駆動する手段を備
える請求項８の視線検出装置を備える光学装置。
【請求項１０】前記検出手段による視線方向の検出結
果に応じて前記光学装置を制御する手段を有することを
特徴とする請求項１乃至請求項３の視線検出装置を備え
る光学装置。
【請求項１１】対物レンズの結像面からの光を反射し
てその進行方向を変える光路変更光学系と、該光路変更
光学系から出射した前記結像面からの光を受ける接眼光
学系と、該接眼光学系の光軸に対して傾いた方向から赤
外光で眼を照明する照明手段と、前記眼で反射した赤外
光を受ける光電変換手段と、該光電変換手段の出力に基
いて前記眼の視線の方向を検出する手段とを有し、前記
照明手段が放射源からの赤外光を受けて前記眼に向ける
凸レンズを有することを特徴とする視線検出装置を備え
る光学装置。
【請求項１２】前記光路変更光学系はペンタ・ダハプ
リズムを備えることを特徴とする請求項１１の視線検出
装置を備える光学装置。
【請求項１３】前記接眼光学系が可視光と赤外光に対
して異なる反射特性を有するダイクロイックミラーを有
し、該ダイクロイックミラーにより前記眼で反射した赤
外光を前記光電変換手段へ向けることを特徴とする請求
項１１又は請求項１２の視線検出装置を備える光学装
置。
【請求項１４】前記ダイクロイックミラーからの前記
眼で反射した赤外光により前記眼の瞳孔近傍を前記光電
変換手段上に結像するレンズを有することを特徴とする
請求項１３の視線検出装置を備える光学装置。
【請求項１５】前記ダイクロイックミラーが前記可視
光を透過せしめ前記赤外光を反射する反射特性を有する
ことを特徴とする請求項１３又は請求項１４の視線検出
装置を備える光学装置。
【請求項１６】前記照明手段の凸レンズからの赤外光
が前記ダイクロイックミラーにより反射されて前記眼に
向けられることを特徴とする請求項１５の視線検出装置
を備える光学装置。
【請求項１７】前記対物レンズからの光を前記光路変
更光学系側に反射する折り曲げミラーを有し、前記結像
面は前記折り曲げミラーと前記光路変更光学系の間に設
定してあることを特徴とする請求項１１又は請求項１２
の視線検出装置を備える光学装置。
【請求項１８】前記検出手段による前記視線方向の検
出結果に応じて前記対物レンズを光軸方向に駆動する手
段を備える請求項１７の視線検出装置を備える光学装
置。
【請求項１９】前記検出手段による前記視線方向の検
出結果に応じて前記光学装置を制御する手段を有するこ
とを特徴とする請求項１１乃至請求項１６の視線検出装
置を備える光学装置。