JP3225628B2 - 視線検出装置 - Google Patents

視線検出装置

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JP3225628B2
JP3225628B2 JP26429092A JP26429092A JP3225628B2 JP 3225628 B2 JP3225628 B2 JP 3225628B2 JP 26429092 A JP26429092 A JP 26429092A JP 26429092 A JP26429092 A JP 26429092A JP 3225628 B2 JP3225628 B2 JP 3225628B2
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良昭 入江
山田  晃
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B2213/00Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B2213/02Viewfinders
    • G03B2213/025Sightline detection

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  • Exposure Control For Cameras (AREA)
  • Viewfinders (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は視線検出装置に関し、特
に照明手段により眼球を照明し、受光手段により眼球か
らの反射光を受光して、受光結果から視線を検出する視
線検出装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より観察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
る装置(例えばアイカメラ)が種々提供されている。
【0003】例えば特開平1−274736号公報にお
いては、光源からの平行光束を観察者の眼球の前眼部へ
投射し、角膜からの反射光による角膜反射像と瞳孔の結
像位置を利用して視軸を求めている。
【0004】又、本出願人は、特開平3−11492号
公報において観察者の視線の個人差を補正する視線のキ
ャリブレーションを行なった視線検出装置を有した光学
装置を提案している。
【0005】図10は公知の視線検出方法の原理説明図
である。同図において1a,1bは各々観察者に対して
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、各光源1a,1bは受光レンズ12の光軸に対して
x方向に略対称に配置され観察者の眼球15を発散照明
している。眼球15で反射した照明光の一部は受光レン
ズ12によってイメージセンサー14に集光する。
【0006】図11(A)はイメージセンサー14に投
影される眼球像の概略図、図11(B)は図10のイメ
ージセンサー14からの出力信号の強度図ある。以下各
図を用いて視線の検出方法を説明する。
【0007】光源1bより放射された赤外光は観察者の
眼球15の角膜16を照明する。このとき角膜16の表
面で反射した赤外光の一部により形成される角膜反射像
d(虚像)は受光レンズ12により集光されイメージセ
ンサー14上の位置d′に結像する。
【0008】同様に光源1aより放射された赤外光は眼
球15の角膜16を照明する。このとき角膜16の表面
で反射した赤外光の一部により形成された角膜反射像e
は受光レンズ12により集光され、イメージセンサー1
4上の位置e′に結像する。また虹彩17の端部a,b
からの光束は受光レンズ12を介してイメージセンサー
14上の位置a′,b′に該端部a,bの像を結像す
る。尚、図には便宜上、a′とe′のみを示している。
【0009】受光レンズ12の光軸に対する眼球15の
光軸15aの回転角θが小さい場合、虹彩17の端部
a,bのx座標をxa ,xb とすると、瞳孔19の中心
位置cの座標xc は、 xc ≒( xa +xb)/2 と表わされる。
【0010】又、角膜反射像d及びeの中点のx座標と
角膜16の曲率中心Oのx座標xoとは略一致する。こ
のため、角膜反射像の発生位置d、eのx座標をxd ,
xe、角膜16の曲率中心Oと瞳孔19の中心Cまでの
標準的な距離をOCとし、距離OCに対する個人差を考
慮する係数(視線補正係数)をAとすると眼球15の光
軸15aの回転角θは、 ( A* OC)*SINθ≒xc-( xd +xe)/2 ‥‥‥(1) の関係式を略満足する。
【0011】このため図11に示したようにイメージセ
ンサー14上に投影された眼球15の各特徴点(角膜反
射像d、e及び虹彩の端部a、b)の位置を検出するこ
とにより眼球15の光軸15aの回転角θを求めること
ができる。この時(1)式は、 β*(A* OC)*SINθ≒( xa ′+xb ′)/2-( xd ′+ xe ′) /2 ‥‥‥(2) とかきかえられる。但し、βは受光レンズ12に対する
眼球15の位置により決まる倍率で、実質的には角膜反
射像の間隔|xd ′−xe ′|の関数として求められ
る。
【0012】眼球15の光軸15aの回転角θは θ≒ARCSIN{( xc ′−xf ′)/β/(A* OC) }‥‥‥(3) と書き換えられる。ただし xc ′≒( xa ′+xb ′) /2 xf ′≒( xd ′+xe ′) /2 ところで観察者の眼球15の光軸15aと視軸とは一致
しないため、観察者の眼球の光軸の水平方向の回転角θ
が算出されると、眼球の光軸と視軸との角度差αを補正
することにより撮影者の水平方向の視線θx は求められ
る。
【0013】眼球の光軸と視軸との補正角度αに対する
個人差を考慮する係数(視線補正係数)をBとすると観
察者の水平方向の視線θx は θx =θ±( B* α) ‥‥‥(4) と求められる。ここで符号±は、観察者に関して右への
回転角を正とすると、観察装置(ファインダー系)をの
ぞく観察者の目が左目の場合は+、右目の場合は−の符
号が選択される。
【0014】又、同図においては、観察者の眼球がz−
x平面(例えば水平面)内で回転する例を示している
が、観察者の眼球がy−z平面(例えば垂直面)内で回
転する場合においても同様に検出可能である。ただし、
観察者の視線の垂直方向の成分は眼球の光軸の垂直方向
の成分θ′と一致するため垂直方向の視線θy は θy =θ′ となる。
【0015】更に、光学装置として一眼レフカメラを用
いた場合においては視線データθx,θy より観察者が
見ているピント板上の位置(xn , yn )は xn ≒m* θx ≒m* [ARCSIN{( xc ′−xf ′)/β/(A* OC) } ±( B* α) ] ‥‥‥(5) yn ≒m* θy と求められる。
【0016】但し、mはカメラのファインダー光学系で
決まる定数である。ここで視線の個人差を補正する係数
はA,Bと二つであるため、例えば観察者に位置の異な
る二つの視標を見てもらいそのときに算出される観察者
の眼球の回転角から前記係数A,Bを求めることが可能
である。
【0017】又、カメラが縦位置にあるときの観察者の
視線検出方法に関しては本出願人が例えば特開平3−1
07909号公報で提案している。図12は同公報で提
案している視線検出装置を有した光学装置の一部分(フ
ァインダー系の接眼レンズの近傍)の要部概略図であ
る。
【0018】同図に示すようにカメラが正位置にあると
きは光源1a,1bを点灯し、カメラが縦位置にあると
きは光源1b,1cを点灯している。これによりカメラ
が正位置及び縦位置の双方にあるときの視線検出を可能
としている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】図13に示すように観
察者の眼球15を照明する2つの発光素子(IRED)
1i,1jがカメラ20を正位置で構えたとき、ファイ
ンダー系の光軸を含む鉛直面に対称で水平方向に配置さ
れているとする。
【0020】このとき図13に示す様に対象物を観察し
ている観察者がカメラ20を正位置で構えた時、IRE
D1i,1jが各々観察者の眼球15を照明することで
形成される2個の角膜反射像Pi,Pjはカメラ20内
部のイメージセンサー上に結像され、この結果2つの角
膜反射像は2個とも容易に検出可能である。
【0021】図14はこのときの2つの角膜反射像P
i,Pjと眼球との関係を示した説明図である。図中1
22は瞼、123はまつげである。
【0022】しかしながら例えば図15に示すようにカ
メラ20を撮影釦41が天頂側となる縦位置で構えたと
する。このときは図16に示すように2個の角膜反射像
(Pi,Pj)がまぶた122と直交する方向に形成さ
れるので、観察者の上まぶた122及びまつ毛123に
よって角膜反射像の一方Pjがケラレることが多い。と
りわけ日中の屋外ではまぶしさのためにまぶたが閉じ気
味になり、一方の角膜反射像のケラレる確率が極めて高
くなるという問題点が生じる。又逆にカメラ20をその
撮影釦41が地面側になる縦位置で構えたときは角膜反
射像Piがケラレ易くなる。
【0023】そこで、前述の縦位置を考慮した従来の装
置では、縦位置でも横位置と同じように2個の角膜反射
像がまぶたと平行に形成されるように照明の位置を切り
換えている。
【0024】しかしながら撮影者が直立してカメラを持
った場合、撮影釦41が地面側にある場合は図19の様
に良好な眼球像Pn,Pkが得られるが、正位置あるい
は縦位置で撮影釦41が天頂側にくる場合は、観察者の
上まぶたから照明がなされることになるため、それぞれ
図17,図18に示すように2個の角膜反射像はまぶた
122やまつげ123等によりケラレる場合があり、視
線検出が困難になる場合があった。
【0025】本発明の第1の目的は観察者の眼球を照明
する照明手段を構成する複数の発光素子の配置を適切に
設定することにより観察者がカメラを正位置に構えて
も、又カメラをその撮影釦が天頂側あるいは地面側のい
ずれの縦位置に構えても、常に眼球上に少なくとも2個
の発光部の角膜反射像を受光手段面上に良好に形成する
ことができるようにし、観察者の視線を高精度に検出す
ることができる視線検出装置を有した光学装置の提供に
ある。
【0026】従来の視線検出装置では、装置本体と眼球
との距離(実際は結像レンズとの光学的距離)及び角膜
の曲率中心Oを求めるために、対となった2つの発光素
子によって生じる2個の角膜反射像の位置検出を行う必
要がある。
【0027】しかしながら、対象物を観察している観察
者の眼球が観察者の眼鏡装着等により装置本体から離れ
た状態にある時、この2個の角膜反射像は近接してしま
うために光学系の収差やイメージセンサーの分解能等の
制約によって角膜反射像の位置を正確に検出することが
できなくなり、ひいては視線検出の精度に悪影響を与え
る場合があった。
【0028】これに対しては予め発光素子の間隔を大き
くすることが考えられるが、この場合は逆に眼球が装置
本体に近い所にあると、角膜反射像が角膜周辺の非球面
部分に発生することになり、やはり視線検出の精度が悪
化すると言う問題点があった。
【0029】又、観察者が眼鏡を装着している場合、観
察者の眼球を照明する照明光が観察者の眼鏡表面で強く
反射し、視線検出のために必要な観察者の眼球像情報を
著しく損ない、その結果高い確率で視線検出が困難にな
るという問題点があった。
【0030】本発明の第2の目的は観察者の眼球を照明
する照明手段を構成する複数の発光素子の配置及びその
発光状態を適切に設定することにより、観察者の眼球と
装置本体との距離が種々と変化しても、又観察者が眼鏡
を装着しているか否かによらず観察者の視線を高精度に
検出することができる視線検出装置及びそれを有した光
学装置の提供にある。
【0031】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の視線検
出装置は複数対の発光素子のなかから一対の発光素子を
選択し、選択した一対の発光素子で眼球を照明する照明
手段と、前記眼球からの反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段の受光結果に基づいて視線を検出する視線
検出手段と、使用者が眼鏡を装着しているかどうかを検
出する眼鏡検出手段とを有し、前記照明手段は前記眼鏡
検出手段の出力に基づいて、複数対の発光素子のなかか
ら一対の発光素子を選択することを特徴としている。請
求項2の発明は請求項1の発明において複数対の発光素
子は、発光素子間の間隔が広い対の発光素子と発光素子
間の間隔が狭い対の発光素子を有し、前記照明手段は前
記眼鏡検出手段により眼鏡の装着が検出される場合に、
発光素子間の間隔が広い対の発光素子を選択することを
特徴としている。
【0032】請求項3の発明の視線検出装置は複数対の
発光素子のなかから一対の発光素子を選択し、選択した
一対の発光素子で眼球を照明する照明手段と、前記眼球
からの反射光を受光する受光手段と、前記受光手段の受
光結果に基づいて視線を検出する視線検出手段と、装置
から眼球までの距離を検出する距離検出手段とを有し、
前記照明手段は前記距離検出手段の出力に基づいて、複
数対の発光素子のなかから一対の発光素子を選択するこ
とを特徴としている。請求項4の発明は請求項3の発明
において複数対の発光素子は、発光素子間の間隔が広い
対の発光素子と発光素子間の間隔が狭い対の発光素子を
有し、前記照明手段は前記距離検出手段により検出され
る装置から眼球までの距離が所定値を超える場合に、発
光素子間の間隔が広い対の発光素子を選択することを特
徴としている。請求項5の発明は請求項1ないし4の何
れか1項に記載の発明において前記照明手段に含まれる
全ての発光素子は眼球を下方から照明する位置に配置さ
れることを特徴としている。
【0033】請求項6の発明の視線検出装置は2つの移
動可能な発光素子で眼球を照明する照明手段と、前記眼
球からの反射光を受光する受光手段と、前記受光手段の
受光結果に基づいて視線を検出する視線検出手段と、使
用者が眼鏡を装着しているかどうかを検出する眼鏡検出
手段とを有し、前記照明手段は前記眼鏡検出手段の出力
に基づいて、2つの発光素子間の間隔を変化させること
を特徴としている。請求項7の発明は請求項6の発明に
おいて前記照明手段は、前記眼鏡検出手段により眼鏡の
装着を検出した場合には、2つの発光素子間の間隔を、
眼鏡の装着を検出できないときの2つの発光素子間の間
隔より広げるように前記発光素子を移動させることを特
徴としている。
【0034】請求項8の発明の視線検出装置は複数の発
光素子のなかから1つの発光素子を選択し、選択した発
光素子で眼球を照明する照明手段と、前記眼球からの反
射光を受光する受光手段と、前記受光手段の受光結果に
基づいて視線を検出する視線検出手段と、使用者が眼鏡
を装着しているかどうかを検出する眼鏡検出手段とを有
し、前記照明手段は前記眼鏡検出手段の出力に基づい
て、複数の発光素子のなかから1つの発光素子を選択す
ることを特徴としている。請求項9の発明は請求項8の
発明において前記視線検出装置はファインダーを有する
とともに、前記照明手段は前記ファインダーの光軸に近
い位置に配置される第1の発光素子と遠い位置に配置さ
れる第2の発光素子とを備え、前記眼鏡検出手段により
眼鏡の装着を検出した場合に第2の発光素子を選択し、
眼鏡の装着を検出できない場合に第1の発光素子を選択
することを特徴としている。
【0035】
【実施例】図1は本発明を一眼レフカメラに適用したと
きの参考例1の要部概略図、図2,図3は図1の一眼レ
フカメラの一部分の説明図である。
【0036】図中13は撮影レンズであり、図1では便
宜上2枚のレンズ13a,13bで示したが、実際は多
数のレンズから構成されている。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
束をカメラボディの下方へ向けて反射する。4はシャッ
ター、5は感光部材で、銀塩フィルムあるいはCCDや
MOS型等の固体撮像素子あるいはビディコン等の撮像
管より成っている。
【0037】6は焦点検出装置であり、結像面近傍に配
置されたフィールドレンズ6a,反射ミラー6b及び6
c,2次結像レンズ6d,絞り6e,複数のCCDから
なるラインセンサー6f等から構成されている周知の位
相差方式を採用している。同図の焦点検出装置6は、観
察画面内の複数の領域の合焦状態を検出することができ
るように構成されており、後述する視線検出装置により
選択された領域の検出値で焦点調節がなされる。
【0038】7は撮影レンズ1の予定結像面に配置され
たピント板、8はファインダー光路変更用のペンタプリ
ズム、9,10は観察画面内の被写体輝度を測定するた
めの結像レンズと測光センサーで、結像レンズ9はペン
タダハプリズム8内の反射光路を介してピント板7と測
光センサー10を共役に関係付けている。
【0039】次にペンタダハプリズム8の射出面後方に
はダイクロイック面11aを備えた光分割器11と接眼
レンズ43が配され、撮影者の眼15によるピント板7
の観察に使用される。ダイクロイック面11aは、例え
ば可視光を透過し赤外光を反射している。12は受光レ
ンズ、14はCCD等の光電素子列を2次元的に配した
イメージセンサーで受光レンズ12に関して所定の位置
にある撮影者の眼15の瞳孔近傍と共役になるように配
置されている。
【0040】イメージセンサー14と受光レンズ12は
受光手段の一要素を構成している。1(1a〜1d)は
各々撮影者の眼15の照明光源(照明手段)であるとこ
ろの赤外発光ダイオード(発光素子,IRED)で、図
2,図3に示すように接眼レンズ43の回りに複数対配
置されている。42は発光素子(IRED)1a〜1d
を支持する支持部材である。
【0041】21は明るい被写体の中でも視認できる高
輝度のスーパーインポーズ用LEDである。スーパーイ
ンポーズ用LED21から発光された光は投光用プリズ
ム22、主ミラー2で反射してピント板7の表示部に設
けた微小プリズムアレー7aで垂直方向に曲げられ、ペ
ンタプリズム8、接眼レンズ43を通って撮影者の眼1
5に達する。そこでピント板7の焦点検出領域に対応す
る位置にこの微小プリズムアレイ7aを枠状に形成し、
これを各々に対応したスーパーインポーズ用LED21
によって照明する。
【0042】27は姿勢検知手段であり、カメラ本体2
0の姿勢が正位置か、縦位置で撮影釦41が天頂側なの
か地面側なのかを判断する水銀スイッチ等から成ってい
る。31は撮影レンズ1内に設けた絞り、32は絞り駆
動回路111を含む絞り駆動装置、33はレンズ駆動用
モーター、34は駆動ギヤ等からなるレンズ駆動部材、
35はフォトカプラーでレンズ駆動部材34に連動する
パルス板36の回転を検知してレンズ焦点調節回路38
に伝えている。レンズ焦点調節回路38は、この情報と
カメラ側からのレンズ駆動量の情報に基ずいてレンズ駆
動用モーターを所定量駆動させ、撮影レンズ13の合焦
レンズ13aを合焦位置に移動させている。37は公知
のカメラとレンズとのインターフェイスとなるマウント
接点である。
【0043】参考例における観察者の視線の検出原理は
図10で説明したのと基本的に同じである。本参考例で
は図2,図3に示すようにカメラの正位置において、フ
ァインダー光軸Faと接眼レンズ43の射出面の交点を
原点とし、ファインダー光軸FaをZ軸、鉛直方向軸を
Y軸、Y,Z各軸に直行する軸をX軸と定義している。
【0044】複数の発光素子1a〜1dのうち任意の2
つ発光素子で1対の発光素子を構成している。1対の発
光素子(IRED)1aと1bはXZ平面(ファインダ
ー光軸Faを含む水平面)に対し角度θだけ傾きX軸に
平行な平面上にあり、かつ互いにYZ平面(ファインダ
ー光軸Faを含む鉛直面)について対称の位置にある。
【0045】又、他の1対の発光素子1cと1dはZX
平面について1対の発光素子(IRED)1a,1bと
それぞれ対称な位置にある。以上のように4つの発光素
子1a〜1dはファインダー系の光軸Faを含む水平面
(XZ平面)と垂直面(YZ平面)により4分割された
各領域に1つずつ位置しており、又、ファインダー系の
光軸Faに直交する平面(XY平面)に対して略平行と
なるように位置している。又これらのIRED1a〜1
dはカメラの接眼部と眼球15との距離を検出するため
に2個一組で使用される。
【0046】即ち、姿勢検知装置27からの姿勢情報を
基にして常に観察者の下まぶた側から眼球15の照明が
なされるようにカメラ20の姿勢状態に合わせて2個一
組のIREDが選択されるようになっている。つまり観
察者がカメラ20を正位置で構えた時は1対の発光素子
1aと1bが選択される。又図4のように縦位置時に撮
影釦41が天頂側にくる時は1対の発光素子1aと1c
が選択される。
【0047】図5はこのときの眼球15に形成される2
つの角膜反射像Pa,Pcを示している。又図6のよう
に縦位置時に撮影釦41が地面側にくる時は1対の発光
素子1bと1dがそれぞれ選択される。図7はこのとき
の眼球15に形成される2つの角膜反射像Pb,Pdを
示している。
【0048】本参考例ではこのように観察者の眼球上に
角膜反射像が常時2個形成され、このときの位置情報を
利用して前述したのと同様にして観察者の視線を検出し
ている。
【0049】本参考例にかかる視線検出装置は、付番
1,11,12,14で表された部材より構成された視
線検出光学系と、撮影者の視線を算出する視線演算装置
44とから構成されている。姿勢検知手段27からの信
号に基づいて選択された1対の発光素子から発光された
赤外光はファインダー系のアイポイント近傍に位置する
観察者の眼球15を照明する。
【0050】更に眼球15で反射した赤外光は、ダイク
ロイックミラー11aで反射され、結像レンズ12によ
って収斂しながらイメージセンサー14上に像を形成す
る。これらの眼球像データは演算手段としての視線演算
装置44で処理され観察者の視線が算出される。
【0051】そして視線演算装置44からの信号に基づ
いてファインダー視野内の表示(例えば測光範囲や測距
範囲の表示)を行ったり焦点検出装置6により撮影画面
内の複数領域のうちの所定の領域での測距を行ってい
る。
【0052】図8、図9は本発明に係る照明手段の実施
例1,2の要部概略図である。
【0053】図8の実施例1では照明手段1は6つの発
光素子1a〜1d,1p,1qを有している。そのうち
4つの発光素子1a〜1dは図3の参考例1と同じ位置
に配置している。残りの2つの発光素子1p,1qは発
光素子からの光束の眼鏡表面からの反射の影響を除去す
るために1対の発光素子1aと1bとの間隔より大きな
間隔でYZ平面に対称に配置している。1対の発光素子
1pと1qはZX平面からの距離が1対の発光素子1a
と1bよりも遠い位置にある。これら6個の発光素子1
a〜1d,1p,1qによって照明手段が構成されてい
る。
【0054】ここで1対の発光素子1p,1qが選択さ
れるのは、カメラの正位置において観察者が眼鏡を装着
している時だけである。それ以外は図3の参考例1と同
じ発光素子の選択がなされる。カメラの縦位置で眼鏡装
着では選択された発光素子の間隔が大きいので眼鏡表面
反射はさほど問題にならない。
【0055】図9の実施例2では照明手段1は8つの発
光素子1a〜1hを有している。
【0056】本実施例における8個の発光素子1a〜1
hはZX平面かつYZ平面に各々対称に配置されたもの
である。これらの発光素子のレイアウトでは、以下の状
況の基に1対の発光素子の選択がなされる。
【0057】まず、カメラが正位置で眼鏡非装着時は発
光素子1a,1bが、眼鏡装着時は発光素子1f,1g
が選択される。カメラが縦位置で撮影釦41が天頂側に
おいて眼鏡非装着時は発光素子1e,1fが、眼鏡装着
時は発光素子1c,1aが選択される。逆に撮影釦41
が地面側において眼鏡非装着時は発光素子1g,1h
が、眼鏡装着時は発光素子1b,1dが選択される。
【0058】又、本実施例において発光素子1c,1d
を除外したレイアウトも適用可能である。このタイプで
はカメラが正位置で眼鏡装着時に発光素子1f,1gが
選択されるが、それ以外では、眼鏡を装着していても本
実施例の眼鏡非装着と同じ発光素子の選択がなされる。
【0059】以上説明したように実施例1,2では観察
者の眼球上に少なくとも2個の発光素子の角膜反射像を
形成できるように、観察者の眼球を照明する発光素子を
カメラの正位置におけるファインダー光軸を含む水平面
に対し対称かつファインダー光軸を含む鉛直面に対し対
称となる条件を満足する位置に各々、少なくとも1対の
発光素子を配置したことにより、カメラの観察者がカメ
ラを正位置に構えても、又撮影釦が天頂側あるいは地面
側のいずれの縦位置に構えても観察者の視線を高精度に
検出することができるようにしている。
【0060】図20は本発明を一眼レフカメラに適用し
たときの実施例3の要部概略図、図21は図20の一部
分の拡大説明図、図22,図23は図21の一部分の説
明図である。
【0061】図20の構成は図1の構成に比べて、照明
手段1を構成する複数の発光素子(1a〜1d)の配列
が異なっており、又カメラの姿勢を検知する姿勢検知手
段が設けられていない点が異なっており、その他の構成
は略同じである。又観察者の視線の検出原理は図10で
説明したのと基本的に同じである。
【0062】次に本実施例の構成上の特徴について図1
の参考例1と異なる点を中心に説明する。
【0063】図中1(1a〜1d)は照明手段であり、
複数の発光素子(例えば赤外発光ダイオード(以下「I
RED」とも言う。))より成っており、視線検出を行
う観察者の眼球15を照明している。
【0064】ここで参考例1と同様にカメラ(装置)が
正位置においてファインダー光軸Faと接眼レンズ43
の射出面の交点を原点とし、ファインダー光軸FaをZ
軸、鉛直方向軸をY軸、X,Z各軸に直行する軸をX軸
と定義している。そしてZX平面に対し角度θ1だけ傾
きX軸に平行な平面をF1とし、F1平面とYZ平面と
の交線をL1としている。
【0065】このとき複数の発光素子(IRED)1a
〜1dは図21〜図23に示すようにIRED1aは平
面F1と角度θ2の傾きをなし直線L1に平行な平面F
2上に、IRED1cは平面F1と角度θ3の傾きをな
し直線L1に平行な平面F3上にある。さらにIRED
1b及び1dはそれぞれYZ平面に対しIRED1a及
び1cとそれぞれ面対称な位置にある。
【0066】又、IRED1aと1bの間隔はδ1、I
RED1cと1dの間隔はδ2であり、IRED1aと
1bのZX平面からの距離はε1、IRED1cと1d
のZX平面からの距離はε2となっている。このときI
RED1a〜1dの位置関係は次の3つの条件を満たし
ている。
【0067】 δ1<δ2、 ε1<ε2、 θ1<θ2 又、これらのIRED1a〜1dは装置の接眼部と眼球
15との距離を検出するために2個一組で使用される。
距離の検出は、2個のIREDが眼球15の角膜で反射
する2個の像間隔が距離の関数となっていることより2
個の角膜反射像の間隔をイメージセンサー14の出力よ
り測定して求めている。そしてこれより求まる距離から
例えば15mmという一定値を境にして15mmより近
ければIRED1a,1bが、遠ければIRED1c,
1dが選択され点灯される。
【0068】又、観察者が眼鏡非装着時はIRED1
a,1bが、眼鏡装着時にはIRED1c,1dが選択
される。選択手段としては観察者が直接、装置に対し入
力しても良く、又装置が自動的に眼鏡装着か否かを判別
し選択を行うものであっても良い。自動判別の方法につ
いては例えば本出願人が特願平2−260841号で提
案している様に眼鏡による照明反射光の強度、あるいは
結像予定位置からの変位等を利用して行えば良い。
【0069】又、一般的に観察者が眼鏡を装着している
時の装置と観察者の眼球との距離を概略特定できるの
で、距離から観察者が眼鏡装着か否かを判別することも
可能である。
【0070】図24は観察者が眼鏡を装着して装置のフ
ァインダー系を覗いたとき、眼鏡非装着時用のIRED
1aと1bのみを点灯させたときの観察者の眼球像の説
明図である。図中217は角膜反射像、218は眼鏡表
面反射光、17は虹彩、19は瞳孔である。
【0071】同図から明らかのように観察者のわずかな
覗き方の変化で視線検出に必要な角膜反射像217、瞳
孔19と虹彩17の境界像の情報が強力なIREDの眼
鏡表面反射光218によって容易に妨げられてしまう。
【0072】これに対して図25は図24と同じ状態で
本実施例の眼鏡装着時用のIRED1cと1dのみを点
灯させたときの眼球像の説明図である。
【0073】同図より明らかのようにIRED1c,1
dの眼鏡表面反射光218と角膜反射像217との距離
が水平、垂直方向とも拡大しており、良好な眼球像情報
が得られている。水平方向のこの2つの反射光の距離s
の拡大は図26に示す通りIREDの間隔をδ1からδ
2へ広がった(δ1<δ2)ことによるものである。I
REDの眼鏡表面反射光218は眼鏡221のレンズが
IREDの近傍にあるためIREDの位置変化に対し敏
感にその位置を変えるが、眼球15はIREDから比較
的離れた位置にあり、さらに眼鏡221より角膜16の
曲率が大幅に小さいためその角膜反射像217の位置は
さほど大きくは変化しない。そのため相対的にIRED
の眼鏡表面反射光218と角膜反射像217との距離s
は大きくなり、分離が容易となっている。
【0074】又、観察者が眼鏡221を装着したために
装置本体20と眼球15との距離が拡大し、2個の角膜
反射像217の間隔が狭くなったため角膜曲率中心位置
を求める精度が低下する現象は、発光素子(1a〜1
d)の間隔が拡大したことで角膜反射像218の間隔も
やはり拡大していることで防止できている。
【0075】一方、IREDの眼鏡表面反射光218と
角膜反射像217との垂直方向における距離tの拡大も
図27に示すように眼鏡装着時用のIRED1cと1d
の位置が眼鏡非装着時用のIRED1aと1bよりもZ
X平面から遠い(ε1<ε2)ために生じたもので水平
方向と同じ理由である。
【0076】又、観察者の眼球15の照明を2個のIR
ED一組で行い、その2個のIREDの間隔が比較的大
きな場合、IREDの配光の指向性により眼球中心付近
の像が暗くなってしまい眼球像検出に障害を与える場合
がある。
【0077】そこで例えば図28に示すように2個のI
RED1e,1fの光軸を中心よりに所定の角度だけ傾
けると眼球15は均一に照明されるようになり、IRE
Dの間隔が大きければそれだけ角度を大きくすることで
良好な眼球像の検出が可能となる(θ1<θ2)。
【0078】図29、図30は本発明に係る照明手段の
実施例4,5の要部概略図である。
【0079】前述した実施例3では4個のIREDの中
から2個一組を選択して使用している。これに対して図
29の実施例4では2個1組のIRED1g,1hを用
い、それらを案内溝220に沿って、眼鏡装着時の位置
aと眼鏡非装着時の位置bに機械的にその位置を可変で
きるようにしている。これにより実施例3と同様の効果
を得ている。
【0080】図30の実施例5では1個のIREDで観
察者の眼球を照明して視線検出を行うものである。この
方式では眼球と装置との距離が不明となるが、眼鏡使用
時と眼鏡非使用時の平均的な値を設定しておくことで比
較的粗い精度ながら観察者の視線検出が可能である。こ
の実施例では眼鏡装着時用のIRED1iと眼鏡非装着
時用の1jがZX平面からそれぞれ距離ε3,ε4(ε
3<ε4)で配置されており、IREDの眼鏡表面反射
像を眼球から垂直方向のみで分離するものである。
【0081】以上説明したように、実施例3,4,5で
は対象物を観察する観察者の眼球像情報から観察者の視
線位置を検出する際、観察者の眼球と装置本体との距離
に応じて、また観察者が眼鏡を装着しているか、非装着
かに応じて、異なる位置にある発光素子を用いて観察者
の眼球を照明することによって、観察者が装置本体から
離れていても、観察者の角膜反射像の位置、ひいては観
察者の視線位置を精度良く求めている。
【0082】又、照明の位置を変えることで、発光素子
の観察者の眼鏡表面での照明反射光の発生位置を変化さ
せ、反射光と観察者の眼球像とを明確に分離させること
により、観察者が眼鏡を装着していても良好な眼球像情
報を得て、これにより視線を高精度に検出している。
【0083】上述の実施例は銀塩フィルムを使った一眼
レフカメラに適用した例を説明したが、ビデオカメラで
も同様に適用できる。但しその場合、ファインダー系は
小型ブラウン管あるいは液晶表示器の画面を観察するこ
とになる。またこの視線検出装置は製造装置の顕微鏡や
種々の観察装置に適用できる。また視線検出装置は焦点
検出領域の選択の他に測光パターンの選択、光学装置の
色々の駆動モードの視線選択に利用できる。
【0084】
【0085】
【発明の効果】本発明によれば、観察者の眼球を照明す
る照明手段を構成する複数の発光素子の配置及びその発
光状態を適切に設定することにより、観察者の眼球と装
置本体との距離が種々と変化しても、又観察者が眼鏡を
装着しているか否かによらず観察者の視線を高精度に検
出することができる視線検出装置及びそれを有した光学
装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を一眼レフカメラに適用したときの参
考例1の要部概略図
【図2】 図1の一部分の説明図
【図3】 図1の一部分の説明図
【図4】 図1のカメラを縦位置に構えたときの概略図
【図5】 図4のときの眼球像の説明図
【図6】 図1のカメラを縦位置に構えたときの概略図
【図7】 図6のときの眼球像の説明図
【図8】 本発明に係る照明手段の実施例1の要部概略
【図9】 本発明に係る照明手段の実施例2の要部概略
【図10】 従来の視線検出装置の要部概略図
【図11】 図10の眼球像とイメージセンサーからの
出力信号の説明図
【図12】 従来の視線検出装置の照明手段近傍の説明
【図13】 カメラを正位置に構えたときの概略図
【図14】 図13での眼球像の説明図
【図15】 カメラを縦位置に構えたときの概略図
【図16】 図15での眼球像の説明図
【図17】 眼球像の説明図
【図18】 眼球像の説明図
【図19】 眼球像の説明図
【図20】 本発明を一眼レフカメラに適用したときの
実施例3の要部概略図
【図21】 図20の一部分の説明図
【図22】 図20の一部分の説明図
【図23】 図20の一部分の説明図
【図24】 図20における眼球像の説明図
【図25】 図20における眼球像の説明図
【図26】 図20の一部分の説明図
【図27】 図20の一部分の説明図
【図28】 図20の一部分の説明図
【図29】 本発明に係る照明手段の実施例4の説明図
【図30】 本発明に係る照明手段の実施例5の説明図
【符号の説明】
1 照明手段 15 眼球 1a〜1b 発光素子 16 角膜 2 主ミラー 17 虹彩 4 シャッター 19 瞳孔 5 感光部材 20 カメラ本体
(装置) 6 焦点検出装置 41 撮影釦 7 ピント板 43 接眼レンズ 8 ペンタプリズム Fa ファインダ
ー光軸 9 結像レンズ 122 まぶた 10 測光センサー 123 まつ毛 11 光分割器 221 眼鏡 12 受光レンズ 217 角膜反射
像 14 イメージセンサー 218 眼鏡表面
反射光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−138432(JP,A) 特開 平3−107909(JP,A) 特開 平4−240438(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 3/00 - 3/16 G02B 7/28 G03B 13/02

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数対の発光素子のなかから一対の発光
    素子を選択し、選択した一対の発光素子で眼球を照明す
    る照明手段と、 前記眼球からの反射光を受光する受光手段と、 前記受光手段の受光結果に基づいて視線を検出する視線
    検出手段と、 使用者が眼鏡を装着しているかどうかを検出する眼鏡検
    出手段とを有し、前記照明手段は前記眼鏡検出手段の出
    力に基づいて、複数対の発光素子のなかから一対の発光
    素子を選択することを特徴とする視線検出装置。
  2. 【請求項2】 複数対の発光素子は、発光素子間の間隔
    が広い対の発光素子と発光素子間の間隔が狭い対の発光
    素子を有し、前記照明手段は前記眼鏡検出手段により眼
    鏡の装着が検出される場合に、発光素子間の間隔が広い
    対の発光素子を選択することを特徴とする請求項に記
    載の視線検出装置。
  3. 【請求項3】 複数対の発光素子のなかから一対の発光
    素子を選択し、選択した一対の発光素子で眼球を照明す
    る照明手段と、 前記眼球からの反射光を受光する受光手段と、 前記受光手段の受光結果に基づいて視線を検出する視線
    検出手段と、 装置から眼球までの距離を検出する距離検出手段とを有
    し、前記照明手段は前記距離検出手段の出力に基づい
    て、複数対の発光素子のなかから一対の発光素子を選択
    することを特徴とする視線検出装置。
  4. 【請求項4】 複数対の発光素子は、発光素子間の間隔
    が広い対の発光素子と発光素子間の間隔が狭い対の発光
    素子を有し、前記照明手段は前記距離検出手段により検
    出される装置から眼球までの距離が所定値を超える場合
    に、発光素子間の間隔が広い対の発光素子を選択するこ
    とを特徴とする請求項に記載の視線検出装置。
  5. 【請求項5】 前記照明手段に含まれる全ての発光素子
    は眼球を下方から照明する位置に配置されることを特徴
    とすることを特徴とする請求項1ないし4の何れか1項
    に記載の視線検出装置。
  6. 【請求項6】 2つの移動可能な発光素子で眼球を照明
    する照明手段と、前記眼球からの反射光を受光する受光
    手段と、 前記受光手段の受光結果に基づいて視線を検出する視線
    検出手段と、 使用者が眼鏡を装着しているかどうかを検出する眼鏡検
    出手段とを有し、前記照明手段は前記眼鏡検出手段の出
    力に基づいて、2つの発光素子間の間隔を変化させるこ
    とを特徴とする視線検出装置。
  7. 【請求項7】 前記照明手段は、前記眼鏡検出手段によ
    り眼鏡の装着を検出した場合には、2つの発光素子間の
    間隔を、眼鏡の装着を検出できないときの2つの発光素
    子間の間隔より広げるように前記発光素子を移動させる
    ことを特徴とする請求項に記載の視線検出装置。
  8. 【請求項8】 複数の発光素子のなかから1つの発光素
    子を選択し、選択した発光素子で眼球を照明する照明手
    段と、 前記眼球からの反射光を受光する受光手段と、 前記受光手段の受光結果に基づいて視線を検出する視線
    検出手段と、 使用者が眼鏡を装着しているかどうかを検出する眼鏡検
    出手段とを有し、前記照明手段は前記眼鏡検出手段の出
    力に基づいて、複数の発光素子のなかから1つの発光素
    子を選択することを特徴とする視線検出装置。
  9. 【請求項9】 前記視線検出装置はファインダーを有す
    るとともに、前記照明手段は前記ファインダーの光軸に
    近い位置に配置される第1の発光素子と遠い位置に配置
    される第2の発光素子とを備え、前記眼鏡検出手段によ
    り眼鏡の装着を検出した場合に第2の発光素子を選択
    し、眼鏡の装着を検出できない場合に第1の発光素子を
    選択することを特徴とする請求項に記載の視線検出装
    置。
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