JP3289953B2

JP3289953B2 - 視線方向検出装置

Info

Publication number: JP3289953B2
Application number: JP16022892A
Authority: JP
Inventors: 嘉小早川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: US5889577A; JPH05199996A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば眼科医院等で使
用され、視野計等や斜視や斜位、視線方向の測定等に適
用される視線方向検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の視線方向検出装置としては、プル
キニエ像の第４像を利用するもの、或いは角膜反射光束
と瞳孔との相対位置関係を利用するものがある。

【０００３】また、従来の視野計では、被検者の視線を
固視灯を固定した状態で、視線周辺特定点に刺激光を提
示し、被検者にその刺激光が見えるか否かを答えてさせ
て視野測定を行っている。この視野計においては、視線
が固視灯から外れると測定誤差となるので、通常は視線
観察手段が設けられており、例えば特公昭６１−５９１
３２号公報に開示されるように、角膜反射光束像と瞳孔
との相対位置関係から視線方向を測定するものであっ
て、視線が固視灯から外れた場合は再測定を行う場合が
一般的である。

【０００４】更に、ビデオカメラ、スリットランプ、手
術用顕微鏡等に応用可能な合焦装置においては、合焦セ
ンサを使用する場合に、画面上の特定位置に対して合焦
を行うように合焦センサを取り付けている。また、被写
体を撮像素子で捉え、そのビデオ信号を使って合焦操作
を行う方法もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の視
線方向検出装置において、プルキニエ像を利用するもの
では第４像の受光量が小さく検出が困難である。また、
角膜反射像と瞳孔との相対関係を利用するものでは、個
人差のために検出精度が低く、視線方向が或る一定範囲
内に向いているか否かの監視にしか使用できないという
欠点を有している。

【０００６】また視野計においては、被検眼が固視灯を
見続けることは被検眼にとって非常な困難を伴うため、
測定中に視線が動揺して視野測定誤差の原因となり、視
線が固視灯から外れた際には再度測定を行っているた
め、測定時間が長くなる。また、角膜反射像と瞳孔像と
の相対位置関係から視線方向を検出するものでは、前述
のような個人差のために検出精度が低く、視線方向が或
る一定範囲内を向いているか否かの監視にしか使用でき
ないという欠点を有している。

【０００７】更に、画面上の所定位置に合焦する合焦手
段では、関心部分が画面上の所定位置から外れている場
合には、関心部分が必ずしも合焦されないという問題点
がある。また、ビデオ信号を使用して合焦を行う場合
に、焦点はコントラストが高くて明るい部分に合わせら
れるため、同様に関心部分が必ずしも合焦されないとい
う欠点がある。

【０００８】本発明の目的は、上述の従来例の欠点を解
消し、個人差によらずに高精度に視線方向の検出が可能
な視線方向検出装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る視線方向検出装置は、虹彩を含む瞳孔域
を二次元撮像素子で撮影する撮像手段と、虹彩を含む瞳
孔域を照明する光源と、該光源で照明された被検眼に所
定方向の複数の視標を逐次に予備呈示し、前記予備提示
された視標の位置とそのときの前記撮像手段により撮像
された瞳孔像と前記光源の角膜反射像との相対位置とか
ら個々の被検眼に対する視線方向と前記相対位置との関
係を表すパラメータを算出して記憶する記憶手段と、そ
の後の測定時は被検眼の前記瞳孔像と前記光源の角膜反
射像との相対位置関係及び前記記憶したパラメータとを
用いて被検眼の視線方向を算出する算出手段とを有する
ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上述の構成を有する本発明の視線方向検出装置
は、眼を照明して瞳孔像と角膜反射像を撮像手段によっ
て撮像し、瞳孔像と角膜反射像の位置関係から関数パラ
メータを用いて視線方向を算出する。

【００１１】

【実施例】本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は第１の実施例の構成図を示し、視線測定光
軸O1上には被検眼Ｅに近い側から順に、可視光束を反射
し近赤外光束を透過するダイクロイックミラー１、ハー
フミラー２、レンズ３、絞り４、撮像素子５が配置さ
れ、ダイクロイックミラー１の反射方向の光軸O2上に
は、レンズ６、光学ファインダのピント面、ビデオカメ
ラのモニタ面等の観察面７が設けられ、ハーフミラー２
の反射方向の光軸O3上にはレンズ８、近赤外光束を出射
する視線検出用光源９が配置されている。また、撮像素
子５と観察面７にマイクロコンピュータ等の演算部１０
が接続されている。

【００１２】モニタ面等の観察面７からの可視光束は、
レンズ６を介してダイクロイックミラー１で反射されて
被検眼Ｅに到達し、被検者は観察面７を注視している。
この観察面７の観察時には、視線方向は次のようにして
常時検出されている。即ち、視線検出用光源９からの赤
外光束はレンズ８によって平行光束とされた後に、ハー
フミラー２によって反射され、ダイクロイックミラー１
を介して被検眼Ｅに入射される。瞳孔及び角膜による反
射光束は同じ光路を戻り、ハーフミラー２を透過し、レ
ンズ３、絞り４を経て撮像素子５に結像する。

【００１３】被検眼Ｅが観察面７の光軸上の点７ａを見
た場合と、光軸O2に対して傾斜角度θの点７ｂを見た場
合、つまり視線が測定光軸O1に対して傾斜角度θである
場合とは、被検眼Ｅの角膜反射像位置Ea、Ebが異なる。
従って、撮像素子５上で観察される角膜反射像の位置も
異なり、次のようにして角膜反射位置から傾斜角度θを
検出する。

【００１４】即ち、図２は撮像素子５上の観察像を示
し、撮像素子５上の３つの走査線ａ、ｂ、ｃ上のビデオ
信号出力を使用すると、図３の(a) 〜(c) に示すよう
に、ビデオ信号出力値は角膜反射像M1及び瞳孔像M2部分
で明瞭に区別できるため、適当な閾値を設定することに
よって、瞳孔像M2の中心及び角膜反射像M1の位置が容易
に検出される。

【００１５】図４は被検眼Ｅの視線方向を、視線測定光
軸O1に対して傾斜角度をθとした場合の角膜反射像M1、
瞳孔像M2との位置関係の説明図である。被検眼Ｅの視線
方向、即ち眼軸O4に対して測定光束が傾斜角度θで入射
した場合には、この光束は被検眼Ｅの角膜頂点P1におい
て視線測定光軸O1に対して傾斜角度２θの光軸O5方向に
反射されて、撮像素子５で受光される。

【００１６】従って、角膜の曲率半径をｒとした場合
に、眼軸O4上で角膜頂点P1からｒ／２離れた点をP2とす
ると、撮像素子５上の角膜反射像M1の位置は光軸O5上の
点P3で与えられる。いま、見掛けの瞳孔の位置を図中の
点線Ｑの中心Q1とすると、観測方向から見た、即ち撮像
素子５上で得られる角膜反射像M1の位置P3と瞳孔中心Q1
間の光軸O1と直交する方向の距離ｄは、傾斜角度θ、角
膜曲率半径ｒ、P1、Q1間の距離つまり角膜頂点P1から入
射瞳までの距離Ｌを用いて次式で与えられる。

【００１７】ｄ＝（ｒ／２）・(sin２θ／ cosθ）−Ｌ・ sinθ ∴ ｄ＝（ｒ−Ｌ）・ sinθ …(1)

【００１８】一般に、角膜曲率半径ｒ、距離Ｌは個人差
があるために、個々にｒ及びＬを検出しなければ、この
式から距離ｄ、傾斜角度θの関係を得ることはできな
い。従来では測定を行わず、（ｒ−Ｌ）が被検者によら
ず常に一定値と見做している。しかしながら、既知の傾
斜角度θでの距離ｄが検出できれば、(1) 式から各個人
の眼底固有のパラメータ（ｒ−Ｌ）の値が得られる。

【００１９】これには、演算部１０の指令により観察面
７上の点７ｂを点灯し、被検者は光軸01に対してθ（≠
０）を成す観察面７上の点７ｂを注視させる。演算部１
０は撮像素子５の出力からこの時の角膜反射像M1と瞳孔
中心Q1の距離ｄを求める。(1) 式により求めた距離ｄと
既知の傾斜角度θを代入することによって、パラメータ
（ｒ−Ｌ）の値が求められ、演算部１０はこの値を記憶
しておく。

【００２０】パラメータ（ｒ−Ｌ）が決定されると、
(1) 式にパラメータ（ｒ−Ｌ）を代入することで、任意
の距離ｄに対する傾斜角度θを求めることは可能とな
る。即ち、演算部１０は以後の測定で距離ｄの測定のみ
で正確に視線の角度θを演算することができる。

【００２１】なお、本実施例の撮像光学系では、レンズ
３の後側焦点位置に絞り４が配置されたテレセントリッ
ク光学系であるので、被検眼Ｅが光軸O1に沿った方向に
移動しても撮像素子５上の像倍率が変化することはな
い。

【００２２】以上の説明では、視線上に眼球光学系の軸
が実質的に一致すると仮定しているので、(1) 式におい
てθ＝０であればｄ＝０となる。実際には、角膜反射像
はθ＝０の場合も瞳孔中心からずれているのが一般的で
ある。この場合には、このずれが発生する方向とそれに
垂直な方向の成分に分離して考える。即ち、角膜反射像
と瞳孔中心とのずれの水平方向距離dxと垂直方向距離dy
を検出し、それぞれを(1) 式に代入して、視線の光学系
に値する傾斜角度θの各方向成分θx 、θy を求めるよ
うにする。ただし、ずれの水平方向距離dxはθ＝０の時
の角膜反射像と瞳孔中心の間隔doとから、この両者の間
隔の値のずれ値とし、この距離dxを撮像素子の出力で求
め、間隔doについては観察面上の点７ａを、被検者に注
視させた時の角膜反射像と瞳孔中心の距離を求めておい
て、これを間隔doの値として記憶しておく。

【００２３】また、視線方向即ち瞳孔中心と固視点を結
ぶ方向と、瞳孔中心と角膜曲率中心とを結ぶ光軸方向と
の成す角をラムダ角と呼び、このラムダ角が０であれば
先の(1) 式がそのまま成立する。ラムダ角が０でない場
合は、点７ａを固視点とした時の距離ｄを距離doとおい
て、ｄ＝（ｒ−Ｌ） sinθ＋do cosθ …(2) が成立する。

【００２４】図５はテレビゲーム機に適用した第２の実
施例の構成図である。操作者Ｓに対向して配置されたＣ
ＲＴ画面１１の上側面には、光軸を一致してコールドミ
ラー１２を前面に取り付けたテレビカメラ１３が載置さ
れ、その横に視線検出用光源９が設置されており、視線
検出用光源９、テレビモニタ１１、テレビカメラ１３は
テレビモニタ１１の背後に設けられた図示しない演算部
に接続され、また演算部はマニピュレータ１４にも接続
されていて、操作者Ｓがマニピュレータ１４を操作する
ようにされている。なお、光源９とテレビカメラ１３は
第１の実施例と同様に、光軸を一致させた光学系に配置
してもよい。

【００２５】先ず、操作者Ｓはテレビカメラ１３の前面
に取り付けられたコールドミラー１２に、自分の眼が映
出されるように視線検出用光源９とテレビカメラ１３の
方向を調節する。次いで、テレビモニタ１１上の１個所
に順次に較正用視標を提示し、視線検出用光源９から操
作者Ｓの眼に向けて赤外光束を出射し、操作者Ｓの瞳孔
及び角膜による反射光束をテレビカメラ１３によって受
光して、第１の実施例と同様に距離ｄと傾斜角度θ間の
パラメータ（ｒ−Ｌ）を算出する。このとき、視標の位
置と視線のテレビカメラ１３の光軸に対する角度の関係
は予め求められ、演算部に記憶されている。なお、この
較正視標の提示等はマニピュレータ１４の操作によって
行うと便利である。そして、テレビゲームの進行は操作
者Ｓの視線方向変化及びマニピュレータ１４の操作によ
ってなされる。

【００２６】この実施例では、視線方向検出装置をテレ
ビゲーム機に適用したが、その他にも視線方向を入力と
して利用するビデオカメラ等の各種制御装置に利用可能
である。

【００２７】図６は第３の実施例の構成図を示し、被検
眼Ｅに対向して視線測定光軸O6上に小開口２１ａを有す
る半球状のスクリーン２１が設けられ、スクリーン２１
の外部には可視光束を出射する刺激光発生装置２２、レ
ンズ２３が配置されていて、この刺激光発生装置２２の
光軸O7に対するミラー２４の角度を変化することによっ
て、スクリーン２１の内側の任意の位置に刺激光を導光
し、被検眼Ｅに提示することが可能とされている。な
お、図示しない固視標が光軸O6方向に設けられている
が、この固視標の代りとして小開口２１ａを用いてもよ
い。また、小開口２１ａの後方の光軸O6上には、ハーフ
ミラー２５、レンズ２６、テレビカメラ２７の撮像素子
２８が配置され、テレビカメラ２７の出力は演算部２９
を介してテレビモニタ３０に接続されており、ハーフミ
ラー２５の反射方向の光軸O8上には、レンズ３１、視線
方向検出用の赤外光源３２が順次に配設されている。

【００２８】視野測定時には、刺激光発生装置２２から
視野測定用の可視光束が出射され、その光束は光軸O7上
を進んでレンズ２３を介してミラー２４によって反射さ
れ、スクリーン２１上の例えばＡ点にスポット像として
提示される。検者はこの刺激点位置をミラー２４を傾動
することにより移動して、被検者にそれが見えるか否か
の応答を求めて視野の測定を行う。

【００２９】この第３の実施例では、視野測定時の被検
眼Ｅの視線方向の視線測定光軸O6からの傾斜角度θが、
次のようにして常時測定されており、視線方向と視野測
定用の刺激光の提示方向との差の角度は検出される。ま
た、この角度情報を用いて、例えば測定した視野から測
定時に算出された視線方向変動分を差し引くことによ
り、補正された視野測定情報を算出することも可能であ
る。

【００３０】次に、傾斜角度θの検出方法を述べると、
視野測定時には視線検出用の赤外光源３２が点灯する
と、その光束は光軸O8上を進み、レンズ３１を介して平
行光束とされた後にハーフミラー２５で反射され被検眼
Ｅに到達する。その角膜反射光束は前眼部反射光束と共
にレンズ２６によって撮像素子２８上に結像され、図６
に示したようにテレビモニタ３０上に角膜反射像M1、前
眼部像M2が映出される。赤外光源３２からの光束はレン
ズ３１によって平行光束とされ被検眼Ｅに投影されるの
で、光軸O6に垂直な平面内で被検眼Ｅが移動しても、瞳
孔中心と角膜反射像との相対位置関係は変化することは
ない。

【００３１】この場合の傾斜角度θは図４における測定
と同様に行い、パラメータ（ｒ−Ｌ）の値を代入した
(1) 式を用いると、撮像素子２８から得られた距離ｄの
値から視線の傾斜角度θを求めることができる。パラメ
ータ（ｒ−Ｌ）と傾斜角度θの算出及びミラー２４の駆
動制御は演算部３２で行う。視野測定時の刺激光束の提
示位置の移動は、予め設定したものを用いてもよいし、
前回と今回で視線方向が殆ど変化していないという前提
の下に、光束の提示ごとに検出された傾斜角度θを上乗
せして、次回の刺激光束の提示位置を定めるようにして
もよい。また、θ＝０の時にｄ＝０とならないことが問
題となる場合は、前述の第１の実施例と同様に間隔doの
値を求め、ずれの発生する方向に関して、(1) 式の距離
ｄにdoからのずれの値doを代入するようにすればよい。

【００３２】図７は眼底視野計に適用した第４の実施例
の構成図を示し、眼底観察用及び視線検出用の赤外光源
４１から被検眼Ｅに至る光軸O9上には、レンズ４２、可
視光束を出射する眼底撮影用ストロボ光源４３、レンズ
４４、穴開きミラー４５、光軸O9に挿脱可能で可視光束
を全反射し赤外光束を半反射する跳ね上げミラー４６、
対物レンズ４７が順次に配置され、穴開きミラー４５の
背後にはレンズ４８、テレビカメラ４９の撮像素子５０
が配置され、テレビカメラ４９の出力はテレビモニタ５
１に接続されている。

【００３３】また、跳ね上げミラー４６の反射方向には
可視光束を反射し赤外光束を透過するハーフミラー５２
が配置され、ハーフミラー５２の透過方向にはテレビカ
メラ５３の撮像素子５４が配置され、ハーフミラー５２
の反射方向にはレンズ５５、背影光刺激光、固視灯を表
示するテレビモニタ５６が配置されている。なお、穴開
きミラー４５は対物レンズ４７を介して被検眼Ｅの前眼
部と共役とされているため、撮像素子５０で撮像される
眼底像には角膜反射光束は含まれない。

【００３４】視野測定時には、跳ね上げミラー４６を光
軸O9上に挿入した状態でテレビモニタ５４に固視灯、刺
激光を表示すると、その可視光束はレンズ５５を介して
ハーフミラー５２、跳ね上げミラー４６で反射された後
に、対物レンズ４７を介して被検眼Ｅに到達し、被検者
Ｓに固視灯を固視させ、その周囲に表示される刺激光が
見えるか否かを答えてさせて視野測定を行う。

【００３５】この視野測定時には、固視灯方向と被検眼
Ｅの視線方向の傾斜角度θを測定するために、赤外光源
４１が点灯されており、この赤外光源４１からの赤外光
束は光軸O9を進んで、レンズ４２、眼底撮影用ストロボ
光源４３、レンズ４４を介して穴開きミラー４５で反射
され、跳ね上げミラー４６、対物レンズ４７を介して被
検眼Ｅに到達する。角膜反射像及び瞳孔反射像は同じ光
路を戻って跳ね上げミラー４６で反射され、ハーフミラ
ー５２を介して撮像素子５４上に結像されて、テレビカ
メラ５３によって撮像され、第１、第３の実施例と同様
に瞳孔中心Q1と角膜反射像間距離ｄからの視線の傾斜角
度θが算出される。

【００３６】一方、赤外光束の眼底による反射光束は、
跳ね上げミラー４６、穴開きミラー４５の開口、レンズ
４８を経て、テレビカメラ４９の撮像素子５０で撮像さ
れてテレビモニタ５１に映出される。検者はこれを観察
し、眼底撮像時には跳ね上げミラー４６を光軸O9から離
脱すると同時に、眼底撮影用ストロボ光源４３を点灯す
ると、その光束は眼底観察光束と同じ光軸を進んで被検
眼Ｅに到達し、撮像素子５０に鮮明な眼底像が撮像され
る。

【００３７】図８はビデオカメラに適用した第５の実施
例を示し、被写体Ｓに対向するレンズ６１を介しての第
１のテレビカメラ６２が配置され、このテレビカメラ６
２の出力はテレビモニタ６３に接続されている。テレビ
モニタ６３の前方の光軸上には、ダイクロイックミラー
６４、拡大レンズ６５が配置され、観察者眼ｅは拡大レ
ンズ６５を介してテレビモニタ６３上の画像を観察でき
るようになっている。ダイクロイックミラー６４への側
方への反射方向には、絞り６６、ハーフミラーから成る
光分割部材６７、レンズ６８、近赤外光を出射するＬＥ
Ｄから成る赤外赤外光源６９が順次に配置されており、
光分割部材６７の反射方向にはレンズ７０、第２のテレ
ビカメラ７１が配置され、この第２のテレビカメラ７１
の出力は演算手段７２に接続されている。また、演算部
７２はテレビカメラ６２とも接続され、演算部７２の出
力はレンズ６１を駆動するレンズ駆動手段７３に接続さ
れている。

【００３８】レンズ６１を介して第１のテレビカメラ６
２で撮像された被写体Ｓの像は、テレビモニタ６３に映
出され拡大レンズ６５で拡大されて観察者眼ｅに届く。
一方、赤外光源６９から発した近赤外光束は、レンズ６
８、光分割部材６７、絞り６６、ダイクロイックミラー
６４、拡大レンズ６５を介し平行光となって観察者眼ｅ
に入射し、観察者眼ｅの角膜により反射される。この反
射光と観察者眼ｅの前眼像は、拡大レンズ６５、ダイク
ロイックミラー６４、光分割部材６７、レンズ７０を経
て第２のテレビカメラ７１に結像する。

【００３９】図９は第２のテレビカメラ７１で得られる
像を示し、(a) は観察者眼ｅが光軸方向を向いている場
合であり、角膜反射像Mcは瞳孔Ｉの中心に現われ、(b)
は観察者眼ｅが斜め方向を見ている場合であり、角膜反
射像Mcは瞳孔Ｉに対して偏心して現われる。この偏心量
ｄは幾何学的位置関係により(1) 式で表される。

【００４０】前述したように、θ＝０の時にｄ＝０とな
らないことが問題となるのであれば間隔doの値を求め、
ずれの発生する方向に関して、この間隔doからのずれの
値dxをｄとして、(1) 式に代入するようにすればよい。

【００４１】第２のテレビカメラ７１で得られる前眼像
から偏心角度θと偏心量ｄを求めるには、角膜反射像Mc
はビデオ信号中で最も輝度の高い点として検出できる。
そこで、図９に示すようにこの点を通る走査線ａをと
り、その上下に等間隔をおいて走査線ｂ、ｃをとる。虹
彩部と瞳孔部との輝度の違いにより、走査線ａ、ｂ、ｃ
上には偏心の度合いに依存する輝度分布が表れるので、
その輝度分布をコンピュータ処理することによって、偏
心方向θと偏心量ｄが得られる。

【００４２】図１０は方向θと偏心量ｄの関係を示し、
角膜曲率半径ｒと瞳孔の見掛けの距離Ｌには個人差があ
り、この個人差を問題にする場合には、予め個人ごとに
前述のように既知の角度θ1 について偏心量d1を測定し
ておけば、(1) 式からパラメータ（ｒ−Ｌ）を決定で
き、この値を代入した(1) 式から傾斜角度θと距離ｄと
の関係を正確に求められる。偏心量d1の測定は上述の実
施例と同様に、テレビモニタ６３上に視線の角度θと距
離ｄが既知である固視目標を表示し、それを見たときの
偏心量ｄを調べればよい。

【００４３】偏心量ｄから視線方向θが求まるので、演
算部７２においては、第１のテレビカメラ６２のビデオ
信号から視線方向に対応する部分の信号タイミング回路
を使用して抽出し、更に微分回路を通し、その出力が最
大となるようにレンズ駆動手段７３によりレンズ６１を
矢印方向に駆動して、合焦する方法等の周知の自動合焦
方法を適用して合焦を行えばよい。

【００４４】図１１は第６の実施例であり、眼科で使用
するスリットランプや手術用顕微鏡に適用したものであ
る。被検眼Ｅの像は対物レンズ８１によって、観察者の
右眼eRに至る光軸O10aと、左眼eLに至る光路O10bへ導か
れるようになっており、それぞれの光軸O10a、O10bは変
倍レンズ８２ａ、８２ｂ、レンズ８３ａ、８３ｂ、正立
像プリズム８４ａ、８４ｂ、接眼レンズ８５ａ、８５ｂ
がそれぞれ順次に配置されている。また、光軸には変倍
レンズ８２ａとレンズ８３ａとの間にビームスプリッタ
８６が挿入されており、その反射側にレンズ８７、第１
の撮像手段８８が配置されている。

【００４５】一方、光路O10bには跳ね上げミラー８９が
撮影時に変倍レンズ８２ｂとレンズ８３ｂの間に挿入す
るようにされており、その反射方向にレンズ９０、フィ
ルムカメラ９１が設けられている。更に、光路O10bには
接眼レンズ８５ｂの前後にダイクロイックミラー９２、
ハーフミラー９３がそれぞれ挿入されており、ダイクロ
イックミラー９２の反射方向には、絞り９４、レンズ９
５、第２の撮像手段９６が配置されている。ハーフミラ
ー９３の反射方向には、レンズ９７、近赤外光を出射す
るＬＥＤから成る赤外光源９８が配置されている。赤外
光源９８の両側には視線較正用の可視光源９９、１００
が設けられ、赤外光源９８の脇の光軸から外れた位置に
配置されている。また、第１、第２の撮像手段８８、９
６の出力は演算部１０１に接続されている。

【００４６】このような構成において、第２の撮像手段
９６で観察者眼eLの前眼像が撮像され、前述の実施例と
同様の手段によって視線方向が検出される。ただし、視
線方向の較正つまりパラメータ（ｒ−Ｌ）の決定は、視
線較正用可視光源９９、１００の何れかを点灯して、そ
れを観察者眼eLが見ることによって行う。視線の角度θ
を検出した後は、先の実施例と同様に、第１の撮像手段
８８で得られる画像のビデオ信号の内、角度に対応する
部分の信号だけを使用し合焦操作を行えばよい。

【００４７】合焦駆動は顕微鏡の場合には光源を一体と
して動かす構造が一般的である。スリットランプは観察
時には、摺動体を前後に手動で動かしてピントを求める
が、撮像・撮影では専用レンズ、即ちレンズ８７、８２
ａ、８２ｂを駆動して合焦するようにしておいてもよ
い。

【００４８】なお、視線方向の角度θの精度が要求され
ない場合には、較正用可視光源９９、１００は必要はな
い。また、撮像手段９６には二次元撮像素子ＣＣＤ等を
使用することが便利であるが、複数個の一次元素子を使
用しても原理的には可能である。また、一次元的な検出
であれば１個の一次元ＣＣＤを使用してもよい。

【００４９】図１２は第７の実施例の構成図であり、眼
位測定装置に応用したものである。赤外光を発する測定
用赤外光源１１１の光路には、レンズ１１２、ハーフミ
ラー１１３、赤外光を透過し可視光を反射するダイクロ
イックミラー１１４が配設されている。被検眼Ｅの像を
反射するダイクロイックミラー１１４の反射方向にはレ
ンズ１１５、観察面１１６が配設され、観察面１１６上
には光源１１７、１１８が設けられ、被検者は光源１１
７、１１８を注視できる構成となっている。また、ハー
フミラー１１３の後方の光軸O11 にはレンズ１１９、テ
レビカメラ１２０が配設されており、テレビカメラ１２
０に接続されたテレビモニタ１２１によって被検眼Ｅの
前眼部像と演算部１２２による処理データが表示される
ようになっている。

【００５０】図１３はテレビカメラ１２０の撮像面上に
おける角膜反射像の位置Ｃと瞳孔Epの像の関係を示す説
明図である。眼球の光軸は一般に視線方向に対して若干
傾いているので、観察光学系の光軸O11 の方向を見た時
でも、その角膜反射像Ｃは瞳孔Epの中心Ｏに一致するこ
とはない。即ち、一般には角膜反射光は撮像面１１６上
で鼻側に０．４ｍｍ程度の所定量だけ寄っている。視線
軸を被検者の瞳孔中心Ｏと固視点を結ぶ線とし、眼球の
光軸を瞳孔中心Ｏと角膜Ecの曲率中心とを結ぶ線とすれ
ば、観察光学系の光軸方向を被検者が見た時には、撮像
面１１６上での角膜反射像Ｃは瞳孔像の中心にくる。従
って、被検者の視線が観察光学系の光軸に対し角度θを
なすような斜め方向を見た時に、角膜反射像の瞳孔中心
Ｏからの距離ｄは、前述したように(1) 式で表される。

【００５１】これに対し、ラムダ角が０でない場合、即
ち視線と眼球の光軸が若干傾いている場合を考えると、
前述したようなラムダ角の影響から、瞳孔中心Ｏから角
膜反射像Ｃを結ぶ方向、即ち図１３のｘ方向に角度θx
だけ斜め方向を見た時の角膜反射像Ｃの瞳孔中心Ｏから
の距離ｄは、 dx＝（ｒ−Ｌ） sinθx ＋do cosθx …(2) となる。ただし、doはθx ＝０の時の角膜反射像の瞳孔
中心Ｏからの距離である。θx が０に近い値であること
が想定される場合は、式(2) のdo cosθx の項はdoに置
き換えてもよい。

【００５２】一般に光軸O11 に対して、視線がｘ、ｙそ
れぞれの方向に角度θx 、θy だけ傾いている場合（撮
像面での角膜反射像はＣ’）を考えると、角膜反射像の
瞳孔中心からのｘ、ｙそれぞれの方に沿った距離dx、d
y、視線の光軸O11 に対する角度θ、視線の方位角φは
それぞれ以下のように表すことができる。

【００５３】 dy＝（ｒ−Ｌ） sinθy …(3) θ＝（θx²＋θy²)^1/2 …(4) φ＝ tan^-1（θy ／θx ） …(5)

【００５４】先ず、観察面１１６上で光源１１８を点灯
させることによって、被検眼Ｅに光源１１８を注視さ
せ、被検眼Ｅの視線を観察光学系の光軸O11 上、即ちθ
x ＝θy ＝０に合わせる。次に、測定用赤外光源１１１
を点灯し、テレビカメラ１２０によって得られた画像を
演算部１２２によって処理する。このとき、演算部１２
２において(2) 式によって求められる距離dxの値が、前
述のラムダ角の影響によって発生する距離doである。以
後、(2) 式にはこのdoの値を代入したものを用いる。

【００５５】続いて、光源１１８を消灯し光源１１７を
点灯させることによって、被検眼Ｅに光源１１７を注視
させる。被検眼Ｅが光源１１７を注視した際に視線方向
が観察光学系の光軸O11 に対して成す角度θx とθy は
予め求められていて既知である。このとき、テレビカメ
ラ１２０のビデオ信号から演算部１２２によって距離d
x、dyを求め、得られた値から(2) 又は(3) 式を用い
て、パラメータ（ｒ−Ｌ）の値を算出する。以後、(2)
、(3) 式にはこのパラメータ（ｒ−Ｌ）の値を代入し
たものを用いる。これによって算出式の較正が終了す
る。

【００５６】この後に、斜視測定用の固視光源を健眼と
患眼に順次に提示し、その際の患眼の角膜反射像と瞳孔
像をテレビカメラ１２０で撮像し、得られたビデオ信号
から演算部１２２によって距離dx、dyを求め、(2) 、
(3) 式により角度θx とθy の値を求め、更に(4) 、
(5) 式によって角度θと方位角φを求める。健眼による
固視時の患眼の眼位と、患眼に固視させた時の患眼の眼
位との差から斜視を測定する。このとき、角度θが斜視
角度即ち視線方向の傾きとなり、方位角φがその方向を
表すことになる。

【００５７】斜視測定用の固視光源は、装置の外部の遠
方位置に置くようにしてもよい。また、近見時の斜視を
測定する場合には、固視光源を被検眼Ｅの近方に配置す
るようにする。オンライン情報を必要とする場合には、
テレビカメラ１２０をフィルムカメラに置き換えてもよ
い。測定用赤外光源１１１は光軸O11 を中心に対称な２
つの位置に設け、斜めの２方向から照明を行うようにし
た場合には、前述の角膜反射像位置に一致する撮像面１
１６上に２つの角膜反射像の中点を検出し、この中点と
瞳孔中心Ｏとの距離を基に測定を行うようにすればよ
い。

【００５８】上述の(2) 、(3) 式は近軸的に求めたもの
であるから、角度θの値が大きくなった場合の補正値を
求めておき、実際の測定の際にその補正値を加味して測
定を行うようにすれば、より正確な値が得られる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る視線方
向検出装置は、角膜反射像と瞳孔像から予備測定を行っ
た後に視線方向を検出することにより、視軸方向や角膜
曲率半径などの個人差に拘わらず視線方向を精度良く検
出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】撮像素子における受光像の説明図である。

【図３】ビデオ信号出力値の説明図である。

【図４】瞳孔像及び角膜反射像位置の説明図である。

【図５】第２の実施例の構成図である。

【図６】第３の実施例の構成図である。

【図７】第４の実施例の構成図である。

【図８】第５の実施例の構成図である。

【図９】角膜反射像、前眼部像の説明図である。

【図１０】偏心度ｄと視線方向θの関係を表すグラフ図
である。

【図１１】第６の実施例の構成図である。

【図１２】第７の実施例の構成図である。

【図１３】角膜反射像の位置関係の説明図である。

【符号の説明】

５撮像素子７観察面９視線検出用光源１０、２９、７２、１０１、１２２演算部１１、３０、５１、５６、６３、１２１テレビモニタ１２コールドミラー１３、２７、４９、５３、６２、７１、１２０テレビ
カメラ１４マニピュレータ２１スクリーン２２刺激光発生装置３２、４１、６９、９８、１１１赤外光源４３ストロボ８８、９６撮像手段９１フィルムカメラ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】虹彩を含む瞳孔域を二次元撮像素子で撮
影する撮像手段と、虹彩を含む瞳孔域を照明する光源
と、該光源で照明された被検眼に所定方向の複数の視標
を逐次に予備呈示し、前記予備提示された視標の位置と
そのときの前記撮像手段により撮像された瞳孔像と前記
光源の角膜反射像との相対位置とから個々の被検眼に対
する視線方向と前記相対位置との関係を表すパラメータ
を算出して記憶する記憶手段と、その後の測定時は被検
眼の前記瞳孔像と前記光源の角膜反射像との相対位置関
係及び前記記憶したパラメータとを用いて被検眼の視線
方向を算出する算出手段とを有することを特徴とする視
線方向検出装置。
【請求項２】請求項１の視線方向検出装置を有する光
学装置。