JP2964495B2 - 視線検出装置及びカメラ - Google Patents

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及びカメラに関し、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手段からの光束で照明したときに
形成される反射像を利用して検出する際に該眼球面上へ
の照射光量を適切に制御するようにした視線検出装置及
びカメラ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６図は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_０で決まる倍率で、通常ほぼ一定の値
となっている。尚第６図において２は眼球101の強膜、
０′は眼球101の回転中心である。

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
出装置では眼球と視線検出装置との間隔（距離）に応じ
てイメージセンサ面上に結像される照明手段からの光束
に基づく角膜反射像や虹彩像の光強度は大きく変化して
くる。

例えば眼球と視線検出装置との間隔が大きくなると、
これらの像の光強度は少なくなる。この為間隔が大きい
ときでも良好なる視線検出を可能とする為には照明手段
から比較的大きな光量で眼球を照明する必要がある。

一方、間隔が大きい状態で設定した照明光量は眼球と
視線検出装置との間隔が狭くなると、これらの像の光強
度は強すぎ、又眼球への照射光量が過大となり眼の安全
上の点からも問題となってくる。

一般には視線検出可能な最小限度の略一定の光量で眼
球を照明するのが良い。しかしながら一般には眼球と視
線検出装置との間隔はその都度変化するので視線検出可
能の一定光量で照明することは大変難しい。

本発明は視線検出の際に必要とされる眼球への照射光
量を常に最適値に設定することが出来、高精度な視線検
出を可能とした視線検出装置及びカメラの提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 請求項１の発明の視線検出装置は、 照明手段からの光により眼を照明し、該眼からの反射
光の強度分布に基いて視線の方向を検出する視線検出装
置において、前記照明手段は第１の光源と第２の光源を
有し、該第１の光源からの光と該第２の光源からの光の
それぞれが前記眼の角膜で反射されて生じる第１の角膜
反射像と第２の角膜反射像の間隔に基いて前記眼と前記
視線検出装置の距離を求め、該求めた距離に応じて前記
照明手段からの光の量を制御する光量制御手段を有する
ことを特徴としている。

請求項２の発明は請求項１の発明において、 前記光量制御手段は、電源スイッチのオンの後、一定
時間の間、前記照明手段からの光の光量を大きくするこ
とを特徴としている。

請求項３の発明は請求項１の発明において、 前記光量制御手段は、一定時間毎に周期的に前記照明
手段からの光の光量を大きくすることを特徴としてい
る。

請求項４の発明は請求項１の発明において、 前記眼が光路にないときの前記照明手段からの光の光
量を前記眼が光路にあるときの前記照明手段からの光の
光量よりも小さく設定することを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１の発明において、 前記照明手段からの光は赤外光であることを特徴とし
ている。

請求項６の発明は請求項１の発明において、 前記反射光の強度分布中の角膜反射像と虹彩像とに基
づいて前記眼の視線方向を算出することを特徴としてい
る。

請求項７の発明のファインダーは請求項１から６のい
ずれか１項の視線検出装置を備え、該視線検出装置によ
りファインダー視野内のどこに観察者の眼の視線が向け
られているかを検出することを特徴としている。

請求項８の発明は請求項７の発明において、 前記照明手段からの光が接眼レンズを介さずに前記眼
を照明することを特徴としている。

請求項９の発明のカメラは請求項７、又は８のファイ
ンダーを有することを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の視線検出装置の第１実施例における
眼球の視線検出を行う際の要部概略図である。第２図は
第１図のイメージセンサ９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と投影レンズ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６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より眼球の視軸を求め、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 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_１は 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_１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、_２
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図は本発明に係る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図で示した要素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、該誘電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射の
視線を検出している。

第４図は本発明の第１実施例に係る電気回路の要部ブ
ロック図である。同図は２つの角膜反射像の間隔に基づ
く信号を利用し、照明手段からの照射光量を光量調節手
段で制御する場合を示している。

同図において401は第１図の演算手段10に対応する視
線演算回路であり、第２図の２つの角膜反射像ｅ′,f′
の間隔に相当する信号を一時記録型のラッチメモリー40
2に記録する。ラッチメモリー402には視線演算回路401
で視線の情報を演算し、角膜反射像ｅ′,f′の間隔が検
知出来た時だけ、基本的にはその情報を記録するように
構成し、角膜反射像ｅ′,f′の間隔が検知出来ない時に
は、例えば１隅０に相当する別の情報を入力する様に構
成している。

403はデコーダーであり、ラッチメモリー402に記録さ
れた情報をコード変換して端子0,‥‥,7のいずれかを高
レベル側に反転する。トランジスタ404〜408、抵抗409
〜413、演算増幅器414とによりデコーダ403でデコード
された情報をアナログ電圧に変換している。

ここでKVcは演算増幅器414の非反転入力端子に印加さ
れる定電圧電源である。演算増幅器414の出力は演算増
幅器415の非反転入力端子に印加され、発光素子（光
源）416は演算増幅器415と抵抗417,418、トランジスタ4
19とで定電流駆動される。420は角膜反射像が検出され
ない場合の電流制御回路である。

まず全系に電源が投入され、被検者の眼球が視線検出
装置にセットされるまで、即ち被検者が視線検出装置の
所定面上をのぞくまでは角膜反射像が検出されないので
ラッチメモリー402に前述した様に０の情報が書き込ま
れる。この時にはデコーダ403は出力端子０を選択して
高レベル側に反転し、トランジスタ405がオンし、抵抗4
09で決められる微小な角膜反射像形成用のアイドリング
用演算電流の発生が可能となる。

このときの電流は電流制御回路420の出力により制御
されるトランジスタ404を介して最終的にはオン・オフ
制御される。

電流制御回路420は１つ目のモードとしては出力が常
に高レベルであり、角膜反射像が検知出来なかった時に
常に抵抗409で決まる角膜反射像形成用のアイドリング
用演算電流を流すモードである。

２つ目のモードとしては視線検出装置をカメラ等に使
用した場合に好都合なモードで電源スイッチをオンした
時、一定時間の間出力を高レベルにするモードである。

３つ目のモードとしては一定時間毎に周期的に出力を
高レベルにするモード等が考えられる。これらのモード
はそれぞれのシステムに応じて選択されている。

次に角膜反射像ｅ′,f′の位置が検知され、その間隔
のコードデータがラッチメモリー402に入るとデコーダ4
03でコード変換され、例えば２端子が選択されるとトラ
ンジスタ407がオンし、抵抗411で決まる電流が抵抗413
を流れ対応する電圧V₀が生ずる。この角膜反射像ｅ′,
f′の間隔は眼球と視線検出装置との距離（間隔）が大
きい程小さく、距離が小さい程、大きくなる。

この為、例えば角膜反射像ｅ′,f′の間隔が小さい時
に端子１、大きい時に端子７が順次選択されるように構
成しておく。そうすると端子１は眼球が遠くにある時の
選択されるので照明光の光量を大きくするため、抵抗41
0の値を小さくして演算電流を大きくしている。

また逆に端子７は眼球が近くにある時に選択されるの
で照明光の光量を小さくするため、抵抗412の値を大き
くして演算電流を小さくして演算増幅器414の出力V₀の
値を小さくし照明光量を減じている。

本実施例では光源として発光素子416は定電流駆動さ
れており、抵抗417の抵抗値をＲとするとV₀/Rの電源で
発光していることになる。尚、抵抗409はアイドリング
用の演算電流を流すために抵抗412よりも、かなり大き
い抵抗値を有している。以上の各要素401,410〜415等は
光量調節手段の一要素を構成している。

以上の如く本実施例によれば角膜反射像の間隔、即ち
眼球と視線検出装置との距離に対応する光量で眼球を照
明出来るので眼球は、常に必要最小限の光量で照明され
ることになる。

尚、本実施例では被検者がまばたきすると角膜反射像
が消失するので照明光量はアイドリング状態の弱い光量
に戻ってしまうが、連続的に角膜反射像が検知出来てい
る内には、まばたき程度の短い時間角膜反射像が消失し
ても、消失前の照明光量を維持出来るように構成するこ
とにより、まばたきの影響を取り除くことがでできる。

第５図は本発明の第２実施例に係る電気回路の要部ブ
ロック図である。本実施例は例えば被検者（カメラの撮
影者）がメガネをかけている場合と裸眼のときでは視線
検出装置をのぞいた場合の眼球と視線検出装置との間隔
が著しく異なるため、このときの光量調整手段による照
明光量の調整をメガネ、裸眼切換え用のスイッチ手段で
切換えた後に行っている。

同図において501は第１図の演算手段10に対応する視
線演算回路、502はメガネ、裸眼切換え用のスイッチ手
段、、503はメガネデータメモリー、504は裸眼データメ
モリー、505はアイドリングデータメモリー、506はSP端
子への信号に基づいて入力データを選択するデータセレ
クタである。507はデコーダであり、データセレクタ506
で選択された情報をコード変換して端子0,1,2のいずか
を高レベル側に反転する。トランジスタ508〜511、抵抗
512〜515、演算増幅器516でデコーダ507でデコードされ
た情報をアナログ電圧に変換している。演算増幅器516
の出力は演算増幅器517の非反転入力端子に印加され、
発光素子518は演算増幅器517と抵抗519,520、トランジ
ス521とで定電流駆動される。522は電流制御回路であ
る。

まず全系の電源が投入され、被検者の眼球が視線検出
装置にセットされるまでは、即ち被検者が視線検出装置
の所定面上をのぞきこむまでは角膜反射像が検出されな
いのでデータセレクタ506のSP端子を介してアイドリン
グデータメモリー505が選択される。この時デコーダ507
は出力端子０を選択して高レベル側に反転し、トランジ
スタ509がオンし、抵抗512で決められる微小な角膜反射
像形成用のアイドリング用演算電流の発生が可能とな
る。

次に角膜反射像が検知されるとデータセレクタ506は
メガネ、裸眼切換え用のスイッチ手段502で選択される
メガネデータメモリー503が裸眼データメモリー504のい
ずれかを選択する。

被検者がメガネをかけていてメガネスイッチを同図の
位置にセットするとメガネデータメモリー503の内容が
デコーダ507でデコードされ端子１が高レベル側に反転
し、トランジスタ510がオンし、抵抗513で決まる演算電
流に基づいて演算増幅器516の出力V₀が演算される。被
検者がメガネをかけている場合には、眼球と視線検出装
置との距離（間隔）が大きいので照明光量を大きくする
必要があるので抵抗513の値は小さく設定されている。

次に裸眼の人が使う場合には切換え用のスイッチ手段
502を図示と反対側に切換え、裸眼データメモリー504を
選択し、このメモリーの内容をデコーダ507でデコード
すると端子２が高レベル側に反転し、トランジスタ511
がオンし抵抗514で決まる演算電流に基づいて演算増幅
器516の出力V₀が演算される。

この場合には眼球と視線検出装置との距離（間隔）は
小さいので照明光量は小さくする必要があり、抵抗514
の値は大きく設定し、演算電流を小さくして演算増幅器
516の出力であるV₀を小さくしている。電流制御回路522
の動作は第４図の電流制御回路420と同等であるのでこ
こでは省略する。以上の各要素501,512〜516等は光量調
整手段の一要素を構成している。

またこれらの実施例で眼球が視線検出装置とセットさ
れていない時は、角膜反射像検出用の微弱な照明を行
い、眼球がセットされると規定の照明光量に制御出来る
のは角膜反射率が2.5％程で虹彩等の眼球の他の組織に
比べて著しく大きいことによる。

更に本実施例は角膜反射像が１つしか形成されない視
線検出装置の照明光量の制御に簡便な方法であり特に有
効である。

（発明の効果） 本発明によれば被検者の眼球を照明手段で照明し、眼
球からの角膜反射像や虹彩像の所定面上における結像点
を検出することにより被検者の視線を検出する際、前述
の如く各要素を構成することにより眼球への照射光量を
視線検出可能な最適な光量に制御し、良好なる状態で視
線検出をすることができる視線検出装置及びカメラを達
成することができる。

又、本発明によれば眼球の角膜反射像が検知出来るま
では弱い光が照明し、角膜反射像が検知出来てから所定
の光量で照明することにより、視線検出系全体の電力消
費の無駄をなくすと共に不必要な光が外部に射出する事
を防止することができる等の安全対策上からも好ましい
視線検出装置及びカメラを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における眼球の視線検出を
行う際の要部概略図、第２図は第１図のイメージセンサ
からの出力状態の説明図、第３図は本発明に係る視線検
出装置を一眼レフカメラに適用したときの要部概略図、
第４図，第５図は各々本発明の第1,第２実施例に係る電
気回路の要部ブロック図、第６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、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、401,501は視線演算回路、40
3,507はデコーダ、416,518は発光素子、402はラッチメ
モリー、420,522は電流制御回路、414,415は演算増幅器
である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−293431（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−158093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−72842（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−29508（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭62−501477（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 3/113

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】照明手段からの光により眼を照明し、該眼
   からの反射光の強度分布に基いて視線の方向を検出する
   視線検出装置において、前記照明手段は第１の光源と第
   ２の光源を有し、該第１の光源からの光と該第２の光源
   からの光のそれぞれが前記眼の角膜で反射されて生じる
   第１の角膜反射像と第２の角膜反射像の間隔に基いて前
   記眼と前記視線検出装置の距離を求め、該求めた距離に
   応じて前記照明手段からの光の量を制御する光量制御手
   段を有することを特徴とする視線検出装置。
2. 【請求項２】前記光量制御手段は、電源スイッチのオン
   の後、一定時間の間、前記照明手段からの光の光量を大
   きくすることを特徴とする請求項１の視線検出装置。
3. 【請求項３】前記光量制御手段は、一定時間毎に周期的
   に前記照明手段からの光の光量を大きくすることを特徴
   とする請求項１の視線検出装置。
4. 【請求項４】前記眼が光路にないときの前記照明手段か
   らの光の光量を前記眼が光路にあるときの前記照明手段
   からの光の光量よりも小さく設定することを特徴とする
   請求項１の視線検出装置。
5. 【請求項５】前記照明手段からの光は赤外光であること
   を特徴とする請求項１の視線検出装置。
6. 【請求項６】前記反射光の強度分布中の角膜反射像と虹
   彩像とに基づいて前記眼の視線方向を算出することを特
   徴とする請求項１の視線検出装置。
7. 【請求項７】請求項１から６のいずれか１項の視線検出
   装置を備え、該視線検出装置によりファインダー視野内
   のどこに観察者の眼の視線が向けられているかを検出す
   ることを特徴とするファインダー。
8. 【請求項８】前記照明手段からの光が接眼レンズを介さ
   ずに前記眼を照明することを特徴とする請求項７のファ
   インダー。
9. 【請求項９】請求項７、又は８のファインダーを有する
   ことを特徴とするカメラ。