JP2939988B2 - 視線検出装置 - Google Patents

視線検出装置

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JP2939988B2 JP1086191A JP8619189A JP2939988B2 JP 2939988 B2 JP2939988 B2 JP 2939988B2 JP 1086191 A JP1086191 A JP 1086191A JP 8619189 A JP8619189 A JP 8619189A JP 2939988 B2 JP2939988 B2 JP 2939988B2
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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、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
面上を照明したときに形成される反射像を利用して検出
するように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5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
射する。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の中心位置cの座標Zcは 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、角膜1
の曲率中心Oと虹彩3の中心Cまでの距離を▲▼と
すると眼球光軸イの回転角θは ▲▼・sinθ≒Zc−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 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との距離と受光レンズ7とイメージセ
ンサ9との距離で決まる倍率で、通常ほぼ一定の値
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、例えば一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
出装置は照明手段として1つの光源4を用い、該光源4
からの赤外光を投光レンズ6により平行光として眼球の
略正面より照明している。この為、該光学系を通過した
赤外光は眼球の視細胞が密になっている網膜の中心窩近
傍に結像する。
一般に光源4として用いる例えば赤外発光ダイオード
の発光分光特性の波長分布は広い為、虹彩3と瞳孔との
コントラストを得る為に光源4の出力を大きくすると可
視領域の光出力も大きくなり、被検者に認識され不快感
を与えるという問題点があった。
本発明は被検者の眼球を複数の照明手段で照明するこ
とにより、光源の光出力をあまり高くせず、被検者が照
明手段の一部である光源を視認し得ないようにし、良好
なる測定環境のもとで被検者の視線を求めることのでき
る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) 本発明の視線検出装置は、 (1−1)複数の光源を有し、前記複数の光源はそれぞ
れ発散光束によって眼球を斜めから照明する照明手段
と、 前記眼球が前記照明手段によって照明されることで前
記眼球に生じる前記複数の光源の虚像である複数の角膜
反射像と、虹彩像を受光する受光手段と、 前記受光手段の受光面上における前記複数の角膜反射
像の位置と前記虹彩像の位置に基づいて、前記視線を検
出する視線検出手段とを有することを特徴としている。
特に、 (1−1−1)前記視線検出手段は前記受光手段の受光
面上における前記複数の角膜反射像の間隔から前記眼球
と前記受光手段との間の距離を求め、前記距離と前記受
光手段の受光面上における前記複数の角膜反射像の位置
と前記虹彩像の位置から前記視線を検出することを特徴
としている。
(実施例) 第1図は本発明の第1実施例の要部概略図である。第
2図は第1図のイメージセンサ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。O′は眼
球101の回転中心、O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,4b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(6b)側に配置されている。投光レンズ6a,6
b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4
a,4bと投光レンズ6a,6bは照明手段の一要素を構成して
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膜1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5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4
a,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z方向の出力
I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′が検出される。
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(a′,b′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 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より眼球を視軸を求め、これより
被検者の視線を検出している。
但し、βは受光光学系の倍率(≒0/)である。
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のとき距離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|Ze′−Z
f′|より距離を算出可能である。
但し、z0は1組の光源4a(4b)のz方向の間隔、
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図は本発明の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図で示した要部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11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(z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
ックミラー部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ー部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、該誘導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
各像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2実施例の要部概略図である。
同図において第1図に示す要素と同一要部には同符番
を付している。又各要素の光学的配置は第1図の第1実
施例と基本的に同様である。
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を広く
照明する。角膜1を透過し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光源4
a,4bを視認し得ない。
強膜2の領域及び角膜1を透過後、虹彩3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
に虹彩像を結像する。
ここで強膜2の領域と虹彩3での反射率は異なり、イ
メージセンサ9のz方向の出力Iは例えば第2図のよう
に強膜2の領域と虹彩3の領域との間に出力差を生じ
る。このため演算装置10により各領域の境界g′,h′が
検出される(Zg′,Zh′)。これより虹彩3の中心iの
イメージセンサ9への投影座標Zi′は と表わされる。
また眼球を照明する赤外光のうち角膜1表面で反射し
た光束に基づく角膜反射像は受光レンズ7を介してイメ
ージセンサ9上に再結像する。
このとき第1図と第2図中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5図点d′の位置)と略一致す
る。そこで前述と同様に演算装置10においてはイメージ
センサ9上での眼球の各特異点(e′,f′)の座標(Z
e′,Zf′)を検出するとともに(2)式に基づいた に従って眼球の回転角θの算出を行う。
ここでβは受光光学系の倍率で虹彩3の大きさをR
0(=▲▼)とおくと β≒|Zg′−Zh′|/R0 と近似される値である。
以上のように本実施例においては演算装置10により
(3)式又は(6)式を用いて演算し、眼球の光軸イの
回転角θを検出し、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。
尚、以上の各実施例において照明手段の光源からの光
束を直接投光レンズに入射させないでスリット等を介し
て所定の光束径に整形した状態で投光レンズに入射させ
ても良い。
又、照明手段を2つ用いた場合を示したが3つ以上用
いて各々の光源に基づく角膜反射像を利用しても良い。
(発明の効果) 請求項1に記載した発明は、複数の光源を有し、前記
複数の光源はそれぞれ発散光束によって眼球を斜めから
照明する照明手段と、 前記眼球が前記照明手段によって照明されることで前
記眼球に生じる前記複数の光源の虚像である複数の角膜
反射像と、虹彩像を受光する受光手段と、 前記受光手段の受光面上における前記複数の角膜反射
像の位置と前記虹彩像の位置に基づいて、前記視線を検
出する視線検出手段とを有することにより、被検者が照
明手段の光源を視認し得ないようにし、良好な測定環境
のもとで被検者の視線を高い視線検出精度で求めること
のできる視線検出装置を提供することができる。
請求項2に記載した発明の請求項1に記載した発明に
おいて、前記視線検出手段は前記受光手段の受光面上に
おける前記複数の角膜反射像の間隔から前記眼球と前記
受光手段との間の距離を求め、前記距離と前記受光手段
の受光面上における前記複数の角膜反射像の位置と前記
虹彩像の位置から前記視線を検出することにより視線検
出精度を向上させることができる。
【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を示す説明図、第
3図は本発明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、第4図は本発明の第2実施例の要部概
略図、第5図は従来の視線検出装置の説明図である。 図中、101は眼球、1は角膜、2は強膜、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は演算手段である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61B 3/113

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の光源を有し、前記複数の光源はそれ
    ぞれ発散光束によって眼球を斜めから照明する照明手段
    と、 前記眼球が前記照明手段によって照明されることで前記
    眼球に生じる前記複数の光源の虚像である複数の角膜反
    射像と、虹彩像を受光する受光手段と、 前記受光手段の受光面上における前記複数の角膜反射像
    の位置と前記虹彩像の位置に基づいて、前記視線を検出
    する視線検出手段とを有することを特徴とする視線検出
    装置。
  2. 【請求項2】前記視線検出手段は前記受光手段の受光面
    上における前記複数の角膜反射像の間隔から前記眼球と
    前記受光手段との間の距離を求め、前記距離と前記受光
    手段の受光面上における前記複数の角膜反射像の位置と
    前記虹彩像の位置から前記視線を検出することを特徴と
    する請求項1記載の視線検出装置。
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