JP2939990B2 - 視線検出装置 - Google Patents

視線検出装置

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JP2939990B2 JP1086193A JP8619389A JP2939990B2 JP 2939990 B2 JP2939990 B2 JP 2939990B2 JP 1086193 A JP1086193 A JP 1086193A JP 8619389 A JP8619389 A JP 8619389A JP 2939990 B2 JP2939990 B2 JP 2939990B2
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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中心の位置の結像位置を利
用して視軸(注視点)を求めている。
第4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
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照明手段から所定の光量分布
を有した光束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、 眼球を照明するものであって、眼球の周辺部を前記眼
球の中心部よりも強い光で照明する照明手段と、 前記照明手段の虚像として前記眼球に生じる角膜反射
像と前記眼球の虹彩像とを受光する受光手段と、 前記受光センサの受光面上における前記角膜反射像の
結像位置と前記虹彩像の結像位置とを用いて視線を検出
する視線検出手段を有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。
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、dは後述する光源4bに基づく角膜反射像の
発生位置である。4a,4b,4c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り、各々の
光出力は電源装置8で駆動制御されている。又光源4a
(4b)(4c)は各々投光レンズ6a(6b)(6c)の焦点面
近傍に配置されている。投光レンズ6a,6b,6cは光源4a,4
b,4cからの光束を平行光束として角膜1面上を照明して
いる。
ここで光源4b(第2の光源)は主に角膜1の中央を照
明するように配置され、光源4a,4c(第1の光源)は主
に角膜1の周辺を照明するように配置されている。そし
て電源装置8により光源4bからの光出力が他の光源4a,4
cからの光出力に比べて小さくなるように電流を供給制
御している。尚、光源4a,4b,4cと投光レンズ6a,6b,6c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d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
検出手段(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4bより発光した赤外光の一部は投光
レンズ6bで平行光束とされ角膜1の表面で反射し、虚像
の角膜反射像を点dに形成する。そして点dからの光束
はハーフミラ5を透過後、受光レンズ7により集光され
たイメージセンサ9上の位置d′に角膜反射像を結像す
る。ここで角膜1の略中央を照明する赤外光の光量は小
さいが角膜1表面での赤外光の反射率は高いのでイメー
ジセンサ9において良好な角膜反射像の信号が得られ
る。又、角膜1で屈折後、瞳孔を通過した赤外光は網膜
上に結像するが、入射光量の可視成分は少ないため、こ
の赤外光は被検者には一般に知覚されない。
一方、光源4a,4cからの光束は角膜1を介して瞳孔か
ら虹彩3にわたって照明する。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、位置a′,b′に端部a,bの像を結
像する。虹彩3の反射率は小さいが光源4a,4cからの照
射光量は光源bに比べて大きいのでイメージセンサ9か
らは虹彩3の反射像の良好なる信号が得られる。又、光
源4a,4cからの赤外光の一部は瞳孔を通過し網膜まで達
するが、その入射光量は少ないため被検者には知覚され
ない。又、光源4a,4cからの赤外光の一部は角膜1の表
面で反射されるが、該反射光はイメージセンサ9までは
到達しないように各要素が設定されているため、光源4
a,4cからの光束に基づく角膜反射像は発生しない。
本実施例においては前述の従来例と同様に受光レンズ
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は前述と同様に ▲▼・sinθ≒Zc−Zd ……(1) の関係式を略満足する。このため演算手段10によりイメ
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を算出することができる。この時
(1)式は前述と同様に 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。
このように本実施例では照明手段として3つの光源4
a,4b,4cを用い該光源4a,4b,4cの光出力を電源装置8に
より制御している。即ち、眼球の中央部を照明する光源
4bの光出力を眼球の周辺部を照明する光源4a,4cに比べ
て弱くしている。これにより被検者が光源からの赤外光
(可視光を含む)を視認しえないようにして良好なる検
出状況を維持しつつ、角膜反射像dと虹彩3の端部a,b
の所定面上における結像位置を精度良く検出している。
そして眼球光軸イの回転角θを求め、即ち眼球の視軸を
求め、これより被検者の視線を検出している。
尚、本実施例において光源を3つ以上用いて中央から
周辺にかけての光出力が順次大きくなるように各光源の
光出力を制限して行っても同様の効果が得られる。
第2図は本発明の第2実施例の要部概略図である。図
中、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。
本実施例では眼球の照明領域の光量分布の制御を光路
中に所定の濃度分布(透過率分布)を有した光学フィル
ター11を配置して行っている。即ち、光源4からの光束
のうち眼球の中央部領域を照明する光束に対して周辺部
の光束に比べて光強度が弱くなるように、例えばNDフィ
ルター等の減光フィルターを光路中に配置している。こ
れにより第1図の実施例と同様な光量分布で眼球を照明
している。
次に本実施例の構成の特徴を説明する。
本実施例においては投光レンズ6をフレネルレンズよ
り構成し、その屈折力分布を角膜1の略中央に対応する
中央部と角膜1の周辺に対応する周辺部の2つの領域よ
り構成している。そしてフレネルレンズ6の焦点面付近
に光源4を配置し、電源装置8より電流を供給したとき
光源4より発光した赤外光を平行光束としてハーフミラ
5で反射させ後、被検者の眼球を平行照明している。こ
のとき光源4より発光した赤外光のうち照明領域の中央
領域の光束をフレネルレンズ6の中央部に配設した減光
フィルター11を介して減光させて、これにより角膜1の
略中央を照明している。
そしてこのとき赤外光の一部は角膜1の表面で反射
し、点dに虚像の角膜反射像を形成する。該角膜反射像
はハーフミラ5を透過後、受光レンズ7によりイメージ
センサ9上の位置d′に結像する。ここで角膜1の略中
央を照明する赤外光の光量は小さいが角膜1表面での赤
外光の反射率は高いのでイメージセンサ9において良好
な角膜反射像の信号が得られる。
又、角膜1で屈折後、瞳孔を通過した赤外光は網膜上
に結像するが、入射光量の可視成分は少ないため被検者
には知覚されない。
一方、フレネルレンズ6の周辺部を透過した赤外光は
虹彩3及び強膜2を照明中央部より強い光で照明する。
虹彩3と強膜2の境界e,fからの反射光はハーフミラ
5、受光レンズ7を介してイメージセンサ9上の位置
e′,f′にその境界像を結像する。虹彩3と強膜2との
間の赤外光に対する反射率差は小さいがフレネルレンズ
6の周辺部を透過した赤外光の光量は大きいのでイメー
ジセンサ9においては良好な虹彩3と強膜2の境界像の
信号が得られる。
演算装置10はイメージセンサ9上の眼球の特異点
(d′,e′,f′)の座標(Zd′,Ze′,Zf′)を検出する
とともに(2)式に基づいた式 に従って眼球の回転角θの算出を行なっている。但し、
図中gは虹彩3の中心で▲▼は角膜1の曲率中心O
と虹彩3の中心gとの距離である。
本実施例においてはフレネルレンズ6の中央部に対応
した位置に減光フィルターを配設し、網膜に到達する照
明光量を少なくして被検者に光源4を視認し得ないよう
にした例を示したが減光フィルター11を用いず光源4の
発光分布を変更して同様の効果を得ることも可能であ
る。
例えば第3図のこのときの光源4の発光分布図の一例
である。同図に示すように垂直方向0゜が照明手段の光
軸に相当し、原点0からの距離及び角度が発光強度及び
発光角を表わしている。
同図に示すように光源4からの光量分布はフレネルレ
ンズ6の中央部に入射する範囲で小さくフレネルレンズ
6の周辺部に入射する範囲で大きくなるように設定され
ている。その結果、前述と同様に良好な角膜反射像と虹
彩と強膜境界点の反射像が得られ、これより高精度な視
線検出を可能とするとともに被検者の網膜に到達する照
明光量を少なくし被検者が光源を視認し得ないようにし
ている。
以上のように本実施例においては演算装置10によりイ
メージセンサ9からの出力信号を用いて演算し、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
り被検者の視線を制度良く検出している。
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、本発明において眼球の照明領域の光量分布の制御
方法は以上の電気的又は光学的な方法の他に双方を併用
しても良く、又所定の光量分布が得られるなら、どのよ
うな方法を用いて行っても良い。
(発明の効果) 本発明は、眼球の周辺部を眼球の中心部よりも強い光
で照明することで、視線検出に用いる虹彩像を良好に検
出することができると共に、眼球の中心部を照明する光
量を強くしないことで、被検者が照明手段の光を視認し
得ないようにすることができる。その結果、良好な測定
環境で高精度な視線検出ができる視線検出装置を達成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図は各々本発明の第1,第2実施例の要部概
略図、第3図は本発明に係る光源の発光分布を示す一実
施例の説明図、第4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は強膜2、3は虹彩
3、4,4a,4b,4cは光源、5はハーフミラ5、6,6a,6b,6c
は投光レンズ、7は受光レンズ、8は電源装置、9はセ
ンサー、10は演算手段、11は光学フィルターである。
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 (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】眼球を照明するものであって、眼球の周辺
    部を前記眼球の中心部よりも強い光で照明する照明手段
    と、 前記照明手段の虚像として前記眼球に生じる角膜反射像
    と前記眼球の虹彩像とを受光する受光手段と、 前記受光センサの受光面上における前記角膜反射像の結
    像位置と前記虹彩像の結像位置とを用いて視線を検出す
    る視線検出手段を有することを特徴とする視線検出装
    置。
  2. 【請求項2】前記照明手段は、前記眼球の周辺部を照明
    する第1の光源と前記眼球の中心部を照明する第2の光
    源とを有し、前記第1の光源の照明光量は前記第2の光
    源の照明光量よりも大きいことを特徴とする請求項1記
    載の視線検出装置。
  3. 【請求項3】前記照明手段は、光源からの光をフレネル
    レンズで分割し、前記フレネルレンズの中央部には減光
    フィルターを設けることで、前記眼球の中心部を照明す
    る光束を前記眼球の周辺部を照明する光束よりも減光す
    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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