JPH01274736A - 注視点方向検出装置を有する光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、注視点方向（視線方向）を光電的に検出して
動作の制御を行う様にした光学装置に関し、殊に光学的
に定まる眼球の視軸と注視点方向との偏差を補正し、動
作性能を大幅に改善したものである。

〔従来の技術〕

近年、電子回路やＣＣＤ等光電変換デバイスの急速な進
歩、低廉化に伴ない、カメラの自動化、インテリジェン
ト化が展開されている。たとえば自動焦点制御のカメラ
は、銀塩カメラ、ビデオカメラの別なく広（普及してお
り、また自動露出機能はほとんどのカメラが装備するに
至っている。

この種、自動機能はカメラの操作性を大幅に改善し、高
度な撮影技術を要せずに誰にでも一定レベルの写真撮影
を可能にした点で大きな進歩であったといえる。

しかし、一方では自動機能を取り入れたが故に自動機能
のハード的制約から作画性を制限される場合があり、抜
本的な改善が望まれている。その最も大きな問題は自動
焦点調節にしても、自動露出制御にしても画面の中心部
に重点的に機能する様に構成されているので、主被写体
が画面中央に配置されるフレーミングが多くなることで
ある。

特に焦点合せは、主被写体にはっきりと狙いをつけなけ
ればならず、画面全体の平均という様なものは無意味で
あるから、自動焦点検出装置が作動する位置に主被写体
を画面構成することが写真撮影の必須要件となる。

この様な作画上の制約を緩和するために通例、フォーカ
スロックと呼ばれる方法が用いられている。この方法は
シャッターの半押し状態で、画面中央に主被写体を置い
て自動焦点調節を行ない、合焦状態に到達すると、カメ
ラは焦点調節機構を自動的にロックする。次に撮影者は
、シャッターの半押し状態を継続しながら、主被写体の
位置を画面内の適当な場所に変更し、フレーミングをと
り直し、得心の行ったところでシャッターをもう一段押
し込みレリーズする。

類似の方法は自動露出制御の場合でも、特に被写体輝度
差が激しく主被写体の最重要部分をス　ポット的に測光
する時に使われ、ＡＥロック等と呼ばれている。通例カ
メラは画面中心部を重点化した測光感度分布を持ってお
り、特にスポット的な測光モードでは画面中心部にしか
感度がない。

従って、最も重要な被写体部分を画面中央の測光機能で
測光したのち、その測光値をシャツ゛ターの半押し状態
でメモリーしたまま、構図をとり直すのである。

この様な方法にはいくつかの基本的問題があり、作画性
を保証した十分なカメラの自動機能とはなり得ていない
のが実情である。その問題点を以下に列挙する。

（１）シャッターの半押し状態を継続しながら、構図を
検討するためには指先の感触の°慣れが必要である。大
多数のカメラ使用者はあまり頻繁にカメラを操作するほ
ど撮影しないので、この様な習熟を要するカメラ操作は
十分に使いこなすことが出来ない。

（２）被写体が被写界の奥行き方向に移動している場合
には、上記操作は不可能である。自動焦点調節し、シャ
ッターの半押し状態で構図をとり直している間にピント
位置が変化してしまうことからである。また奥行き方向
ではなく、横方向にカメラと等距離を維持しつつ移動す
る被写体の場合でも、上記の様な段階的な操作を正確に
行うには高い習熟が必要である。

（３）人間や動物等の表情、ポーズが変化する被写体で
は、シャッターチャンスは一瞬であるから、上記の様な
方法では撮影者の意図する写真を撮ることができない。

（４）三脚等によりカメラを固定した状態では、シャッ
ターの半押しをしながらアングル調整するという操作は
事実上困難である。

以上の理由により中央の測距視野、あるいはスポット測
光機能に作画性を制約されない、新しい試みが開始され
ている。自動焦点調節について言うと、その主たる対策
は複数個の自動焦点検出点が画面内の広い領域に存在す
る焦点検出装置、もしくは広い焦点検出視野の一部分を
選択的に指定し、その一部分に含まれる被写体情報によ
り自動焦点調節するカメラである。両者はともに公知で
あり、たとえば前者の焦点検出装置は、第１８図に示し
た様に従来知られる焦点検出装置を、１個のカメラ内に
複数個配置しても良い。後者の測距視野一部選択指定は
通例、自動焦点カメラに搭載されているマイクロプロセ
ッサの機能を用いれば容易にソフトウェアにより実現で
きる。

簡単に図の説明をすると第１８図に於て予定焦点面にお
ける画面フレーム１４１に５個の測距視野１４２ａ。

１４２ｂ、・・・、１４２ｅがあり、各視野に対し公知
の焦点検出系一系列が構成されている。たとえば図で左
端の測距視野１４２ａの矩形の視野マスク開口を通過し
た結像光束は一体成形された複合フィールドレンズ１４
３の左端部レンズにより変更され一対の二次結像レンズ
１４４ａ　８，１４４ａ　２に入射する。

二次結像レンズ前面には、不図示の絞りが置かれている
ものとする。１４４ａ　１を通過した光束は光電素子（
以下、光電変換素子をこの様に表記する）列１４５ａ　
、上に視野１４５ａの光像を再結像する。一方、１４４
ａ　２を通過した光束は、光電素子列１４５ａ　２上に
視野１４２ａの光像を再結像する。先述した２次結像レ
ンズ近傍の不図示の絞りは、フィールドレンズにより撮
影レンズ射出瞳に略結像される結果、上記光学系により
、いわゆる瞳分割焦点検出装置が構成されている。これ
を５個符設し、一体製造可能な部材を構造的に一体化し
たものが第１４図の系である。

この様な焦点検出装置の概念は公知の技術を複数並設し
たものである。

この様な自動焦点検出系のハード構成に於て、測距点の
決定方法は基本的には、次の２通りの考え方がとりうる
。

（１）撮影者がカメラにピント合わせの対象とすべき測
距点位置を指定する。指定入力手段はスイッチやダイヤ
ルが既知である。

（２）カメラが測距可能な各店で被写体情報を解析し、
または更に進んで測距を実行し、あらかじめ定められた
基準に従い自動的に測距点を決定する。例えば、最も至
近側に位置する被写体にピント合わせするものが考えら
れる。

上記方法はいづれも問題点が大きく、十分に改善された
技術とはなっていない。上記（１）の撮影者がカメラに
位置決定する方法は確実であるが、入力に手間がかかり
自動焦点調節の本来の簡便性を損なう。通常の手持ち撮
影では、位置入力をしてから自動焦点調節を行なうより
、上述のフォーカスロックの手法を用いた方が手早（撮
影できる。

従って、三脚使用時や、動体撮影等、測距点の位置指定
が本質的なメリットを持つ場合以外は使いづらい。

一方、カメラが焦点合わせする位置を決める方法は、撮
影者の作画意図を反映しないことが多い。至近側選択の
考え方はひとつの動作状態として選択することはあり得
るが、この様な決め方でカメラの多様な使われ方をカバ
ーすることは困難と思われる。

以上の理由により、撮影者の意志をマニュアル入力する
考え方は確実性はあるものの煩雑になり易くまたカメラ
による自動方式は画一性が強過ぎる。

わずかに、撮影者の視線をカメラが感じ測距点を決定す
るという着想が特開昭６１−６１１３５号等に開示され
ているが、視線検出の方法については説明がなされてい
ない。

一方、眼球の視軸は、眼球の角膜や水晶体の各面を球面
とみなせばその球心を結ぶことで決定できるが、実際に
物を観察しているときには、網膜上の黄斑と前眼部節点
を結ぶ線（視線）の延長上を注視していることになり、
視軸との間に多少の偏りがある。そのため、視線方向を
細かく測定し、この測定結果に基づいて精密な動作制御
を行おうとすると誤動作を起す懸念がある。

なお、視線方向を光電的に検出して装置の動作制御に利
用する方法は、自動焦点調節装置を備えたカメラ以外に
種々の観察装置の焦点調節や方向調節に適用できる。

その他、最近のカメラは自動焦点調節や自動露出機能以
外の様々な機能を制御するマニュアル入力手段を有し、
カメラ・ハウジングの各所にスイッチ類１表示顕が分散
配置されている。しかしながら、カメラを使用する頻度
の少ないユーザーの場合、操作方法を忘れてしまい、カ
メラに設けられている機能の一部しか使われないという
状態も多い様である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、誰でも確実、簡便に所望の作動を実施でき、
しかも視線方向を正確に検出して精密な作動性能を可動
するものである。

そしてこの目的を達成するための本発明は、物体を観察
する観察系と、観察系を覗いている観察者眼の視軸を光
学的に検出する検出手段と、検出手段による検出出力に
視軸方向と注視点方向の偏差に当る補正を行って観察者
眼の注視点方向の情報を出力する補正手段を有し、補正
手段の出力に依り光学装置の制御を行うものである。

更に視軸方向と注視点方向との偏差が個人個人によって
相違することに鑑み、観察系の視野内に注視対象を表示
し、注視対象を注視している観察者眼の視軸方向と注視
対象の方向から偏差を計測し、補正手段の補正値を決定
する。

〔実施例〕

以下、図面を使って本発明の詳細な説明するものとし、
第１図は一眼レフレックスカメラに本発明を適用した第
１の実施例を示している。尚、本発明は一眼レフレック
スカメラの他、撮影光路とファインダー光路が別設され
たカメラにも適用可能である。

第１図で、ｌは対物レンズで、便宜上、１枚レンズで示
したが、実際は多数枚のレンズから構成されていること
は周知の通りである。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を透過した光束を図示し
ないカメラ・ボディの下方へ向けて反射させる。４ａは
シャッターで、後述の感光部材の受光面を所定時間露光
するのに使われる。４ｂは対物レンズｌ内に配された絞
り、４ｃはフォーカシングのために対物レンズｌを光軸
方向へ移動させる駆動機構である。

５は感光部材で、銀塩フィルムあるいはＣＯＤやＭＯＳ
型等の固体撮像素子あるいはビテイコン等の撮像管であ
る。但し、電子的撮像デバイスに電子的シャッター機能
を持たせれば、シャッターは省略できる。

６ａは焦点検出装置で、例えば第２図（ａ）に描く様に
、フィールドレンズ２０、多孔視野マスク２１１正レン
ズを２枚並設した２次結像レンズ２２、そして光電素子
列の対が複数配列された受光デバイスが配される。第１
図ではフィールドレンズはサブミラー３に近い対物レン
ズｌの予定結像面位置に設けられている。第２図（ａ）
の構成の詳しい説明は特願昭６２−３１５４９０号に述
べられているが、まず多孔視野マスク２１のスリット２
１ａ、　２１ｂ、　２１ｃは夫々測距視野を決定する。

２次結像レンズ２２は、例えばスリット２１ａで画定さ
れた被写界像の一部を略光電素子列の対２３ａと２３ｂ
上に再結像する。またスリット２１ｂあるいはスリット
２１ｃで画定された部分は略光電素子列の対２３ｃと２
３ｄ又は２３ｅと２１ｆ上に再結像される。光電素子列
の各対の受光情報は電気信号として読み出され、相関演
算が施されて、各スリットで決定された測距視野内の被
写体に対する対物レンズの焦点調節状態を表わす値が算
出される。尚、焦点検出装置としては第２０図の構成を
採用することもでき、あるいは特願昭６１−１６０８２
４号に開示されている様な方法を利用し、通常より長い
光電素子列の対を用いてこれら光電素子列を電気的に分
割し、対応する分割領域同志に相当する信号を使って相
関演算を施すものであっても良い。

以上により６ａの焦点検出装置は撮影視野の複数の位置
に対して焦点検出が可能となる。６ｂは露出値検出ユニ
ットで、結像レンズと分割測光が可能な受光器を具える
。結像レンズはペンタ・ダハプリズム８内の光路を介し
て対物レンズｌの予定結像面に配されたピント板７と受
光器を共後に関係付けている。受光器の受光面は例えば
第３図の様に分割されており、各分割された領域ごとに
測光できるものとする。受光器の出力はマイクロプロセ
ッサｍｐに入力されて、複数個の中心点を中心とした測
光感度分布を持つ様に重み付けを変更できるものとする
。

次にファインダー光路変更用のペンタ・ダハプリズム８
の射出面後方には接眼レンズ９が配され、観察老眼１５
によるピント板７の観察に使用される。

ピント板の近傍又は一体にフレネルレンズが設けられて
いても良い。１０は視線検出系のための光分割器で、例
えば赤外光を反射するダイクロイックミラーを使用し、
ここでは接眼レンズ９中に設けられる。１１は集光レン
ズ、１２はハーフミラ−の様な光分割器、１３はＬＥＤ
の様な照明光源で、好ましくは赤外光（および近赤外光
）を発光する。赤外照明光源１３を発した光束は集光レ
ンズ１１及び接眼レンズ９の後面（観察者側面）のパワ
ーで例えば平行光としてファインダー光路に沿って射出
する。１４は光電変換器で、詳しい構成は後述するが、
観察者が接眼レンズ９を適正に覗いた時に接眼レンズ９
の後面と集光レンズ１１に関して観察老眼の前眼部、詳
しくは瞳孔近傍と共役に配置する。即ち、ファインダー
光学系（８，９）のアポインド近傍と光電変換器１４を
共役に配置するのが一法であって、結像倍率は１以下が
好ましい。

以上の構成で、対物レンズｌを通過した結像光束は部分
透過、主ミラー２に於て、ファインダー光束と焦点検出
光束とに分割される。焦点検出光束は、主ミラー２を透
過した後、サブミラー３により反射され、焦点検出装置
６に入射する。焦点検出装置６はたとえば第２図（ｂ）
に示すピント板７の撮影画面で云えば横方向に３点の焦
点検出点１９Ｌ、　　１９ｃ。

１９Ｒを持つ。撮影時には主ミラー２は上へはね上げら
れ、サブミラー３は主ミラー上に積層して折りたたまれ
、シャッター羽根４が開閉されることによりフィルム５
が所定時間露光する。

一方、ファインダー光束はピント板７を経て、ペンタ・
ダハプリズム８に入射する。但しピント板と一体あるい
は別体のフレネルレンズ等が８の近傍に配設されている
こともある。光束は視度調接眼レンズ９によりピント板
７上の被写体像を、拡大投影しつつ観察老眼１５に入射
する。

人眼の構造は、角膜面１６ａ、角膜後面１６ｂ、水晶体
前面１８ａ、水晶体後面１８ｂを接合面もしくは界面と
した接合レンズと見ることができ、虹彩１７は水晶体前
面付近にある。第４図に人眼の標準的形状と、各部の屈
折率を図示した。またこれを模型眼とした１例が第５図
である。

一般に、視軸Ｘの方向と注視点（視線）の方向Ｙとは一
定の偏差が在る。普通、注視点方向Ｙは黄斑Ｂと前眼部
節点Ａを結んだ線上にある。眼球の動きを光電的に検出
する場合は眼球光学系の軸対称性を利用し、視軸Ｘを検
出するのが容易であるが、注視点の方向との偏差を補正
していないと高い精度を求められているときには不都合
である。

補正方法については後述する。

視線検出系の光路は次の通りである。赤外照明源１３を
発した照明光はハーフミラ−１２を経て、レンズ１１に
よりある程度コリメートされ、ミラー１０で反射を受け
てファインダー光路に入射する。光分割器ＩＯが被写体
から来る可視域のファインダー光を透過し、赤外領域の
照明光は反射するダイクロイックミラーであることが、
ファインダーの明るさの点からも視線検出系の照明効率
の点からも望ましい。ただし十分輝度の高い赤外光源を
用いるならば、照明効率が低下することを見込んで設計
し、ＮＤハーフミラ−で代用することは可能である。

ファインダー光路に導入された赤外照明光は接眼レンズ
９の後面を通過して観察者眼球を照明する。

観察老眼の位置が変動しても、照明条件が維持される様
、照明光は眼球入射時において略平行光束するのが一法
である。これは先のレンズ１１のパワーと、接眼レンズ
９の後面のパワーの全体で実現される様、各部のパワー
配置を調整することで実現できる。人眼の各界面におけ
る屈折率変化は、第４図に示した通りであるので照明光
は屈折率変化の大小に応じ角膜前面、水晶体前面及び後
面、角膜後面の順の強さで反射される。また平行光束を
入射したときの各界面の反射像の位置は、眼球前方から
見ると第５図の様になることが近軸追跡の結果理解され
る。

これらの像はプルキンエ（Ｐｕｒｋｉｎｊｅ）像と称さ
れ、角膜前面から順に番号を付してプルキンエ第１像。

第２像等という。第５図から明らかな様に第３像を除き
、３個のプルキンエ像は、第３面、即ち水晶体前面の直
後に集中しており、また先の屈折率変化の考察から第１
像、第４像、第２像の順に強い反射像である。これらの
像を形成する照明光は赤外波長域であるため、目には感
じることがなく、ファインダー像観察に支障は生じない
。このためには照明光波長は７００ｎｍより長いことが
望ましく、更に７５０ｎｍ以上であれば個人差の別なく
人眼は感知しない。− 観察者眼による反射光は逆の経路をたどり、ミラー１０
、レンズ１１を経てハーフミラ−１２により反射され光
電変換器１４にて受光される。反射光がファインダー光
路から分離され、光電変換器に受光されるまでの光路中
に可視カット赤外透過フィルターが挿入されていること
が望ましい。ファインダー像可視光による角膜反射光を
カットし、光信号として意味のある赤外照明光の反射の
みを光電変換するためである。光電面はレンズ１１と接
眼レンズ９後面の全パワーで、観察者眼の水晶体前面付
近すなわち瞳孔付近が結像される様な位置に置かれてい
る。これにより、プルキンエの第１．第２．第４像が結
像された状態で受光され、反射光量としては必ずしも弱
くない、第３像はデフォーカスして光が拡散しているた
め、あまり光電変換信号に寄与しない。

本実施例視線検出装置の視軸検出の動作原理を以下に説
明する。第１図装置で、赤外照明光源１３を点光源とし
、ピント板７上、画面中央の位置、すなわち第２図（ｂ
）の１９ｃの位置と光学的に等価な地点から発光するよ
うに照明点光源１３の位置を調整しておく、この場合観
察眼球の光軸が、画面中央を通るならば眼球光軸の延長
線上に照明光源があるわけであるから、既に第３図に示
した様に、各プルキンエ像は眼球光軸上に一直線に点像
となって並ぶ。眼球瞳孔付近を前方から見た様子は第６
図（ａ）の様になる。図で４１は虹彩、４２は瞳孔、４
３は重なったプルキンエ像である。明るく照明された虹
彩は環状に観察され、暗い円形の瞳孔４２の中央に各面
のプルキンエ像が重なった明るいスポットが一点観察さ
れる。一方、眼球が回転しており左右どちらか片寄った
方向に視軸が向いていると、照明光は眼球光軸と斜めに
入射するので、各プルキンエ像は瞳孔中心から偏心した
位置に移動し、かつ移動の方向、ｉｌが反射面ごとに異
なるので複数個のプルキンエ像４３．４４等が前方から
見て認められる。第６図（ｂ）がこの状態に対応する。

観察者眼の光軸が画面中央からさらに離れた位置を見れ
ば、同第６図（Ｃ）様に、その傾向は一層強まり、また
観察者眼が逆方向を見ればプルキンエ像の移動方向も反
転する。これらの動きをまとめて第７図にグラフ化した
。観察者眼の回転角に対し、瞳孔付近で強い反射像とな
る第１．第４プルキンエ像の移動量を示しである。これ
らプルキンエ像の動きを光電的にとらえれば、視軸の方
向を検出することができる。

上記の視線検出方法では眼球の平行移動への対処が必要
である。一般にカメラのファインダー系は観察者の瞳孔
が接眼レンズ開口位置に対し一定の許容領域内に存在す
れば画面全体を見渡せる様に設計される。実際、この許
容範囲が狭いと、カメラと瞳孔の位置関係を正確に保持
しな（ではならず、極めて使い難いカメラになることが
知られている。

しかし視線検出装置を基準にして見ると、この許容範囲
内で瞳孔の位置、従ってプルキンエ像の位置が変動しう
ることを意味しており、これを補償する必要がある。そ
の方法は、ひと通りではないが、光学的な見地から実現
しやすいものとして、以下の手法が考えられる。

■瞳孔中心の位置を常時検出し、瞳孔中心に対するプル
キンエ像の相対変位を視軸検出量に変換する。この方法
は、最も直接的でやりやすいが、瞳孔の縁（つまり虹彩
との境界）を確実に把えな（ではならないので、光電変
換素子の見る範囲は広く必要となる。

■２個以上のプルキンエ像の相対的変位を計測する。

この場合対象としては第１像と第４像の組み合せが検出
しやすい。像の形成位置が近く同一像面で計測出来るし
、比較的反射像が強いからである。

いづれの手法を用いるにしても、観察者がピント板上で
見る位置を変更することに要する眼球回転量は高々±１
０°〜１５°程度であり、これによるプルキンエ像の変
位は高々上１ｍｍ内外であるのに対し、眼球とカメラと
の相対的平行移動量はその数倍の大きさで許容されるの
で、単純な差動センサーでは視線の動きは追えない場合
がある。これに対し各数個の光電素子を集積して成る光
電素子列により、観察老眼の瞳孔付近に於ける光量分布
を測定し、数値的に解析することで眼球の位置や瞳孔径
に影響されない視線検出装置が構成される。

第１図に図示した用途では横方向の視線移動のみ検出す
れば良いので、−次元の光電素子列を用いた単純な構成
を以下に示す。第８図はその方法を説明するためのもの
で、縦方向の検出能力を無視した結果、図の様な縦長形
状の即ち縦幅が横幅の数倍以上の光電素子を配列したも
のとなり、眼球の縦方向の平行移動もしくは回転に対し
、はとんど不感となる。但し、光電素子の列の前に円柱
レンズを接着して類似の効果を得ることもできる。

第８図に於て、瞳孔６１内にて光るプルキンエの第１像
６２と、プルキンエ第４像６３を一次元の光電素子列６
４（光電変換器１４）で受光すると第８図（ｂ）の様な
光電出力が得られる。両側の高い出力値は虹彩を表現す
るものである。暗い瞳孔部の中にはプルキンエ第１像、
第４像に各々対応した信号６５．６６が得られる。

瞳孔中心はエツジ部６７．６８の位置情報から得られる
。最も簡単にはエツジ部に於て、虹彩部平均の半値に近
い出力を生ずる画素番号を’ｌ＋　１２とする瞳孔中心
の位置座標は ｉｏ＝　（ｉ　Ｉ　＋ｉ　２）　／２ で与えられる。プルキンエ第１像の位置は、瞳孔暗部に
於て局部的に現われる最大のピークから求められるので
、この位置と先の瞳孔中心との相対位置関係により、眼
球の回転状況、従って、視線の方向を第７図グラフの関
係から知ることが出来る。

この場合、第７図の解釈は瞳孔中心がプルキンエ像移動
量の原点をなすものと考えれば良い。原点をカメラに固
定したものと考えるとほとんど眼球の平行移動しか求め
られない。プルキンエ第４像は瞳孔暗部の第２のピーク
として求められ、この位置と先の第１像の位置を用いて
演算しても良い。このときは瞳孔中心の位置は必ずしも
知る必要はない。

ただし、プルキンエ第１像と第４像とは強度が１０倍以
上に異なるので比較的ダイナミックレンジの高い光電素
子列を要する。

但し、瞳孔中心の代わりに黒目（角膜に覆われた部分）
の縁から中心位置を検出しても同様の効果が得られる。

中心の確定に黒目を利用することは、黒目の径が瞳孔と
違って外界の明るさで変化しないので高精度であるが、
直径が大きくなるので広い範囲を検出できる様にしてお
く必要がある。

第８図により明らかな様に素子の配列方向と直交する方
向には不感であるが、あまり配列方向と直交する方向に
縦長の光電素子で構成すると瞳の位置によっては上下方
向で虹彩を拾ってしまうので、縦長にするには限度があ
る。従って縦長を比較的おさえた素子から成る光電素子
列を数個上下方向に併設して置き、最も適当な出力を得
られた配列のみにより視線検出すると、上下方向に不感
であり、かつ、良好なプルキンエ像信号が常時得られる
検出装置となる。また、上記、−次元方向のみの検出で
は照明光源を点光源でなく、スリット状とすると更に良
好な信号が得られる。この場合にはＬＥＤで線光源を構
成しても良いし、スリットの背後に赤外透過可視遮断フ
ィルターと白色光源を装置しても良い。

以上説明した方法を第１図光電変換器１４の出力が入力
されたマイクロコンピュータｍｃで実行し、観察者の視
線方向に対応する測距位置での焦点検出値を焦点検出装
置６ａの出力からマイクロコンピュータｍｃで算出し、
算出値に従って駆動機構４０を駆動して対物レンズ１を
フォーカシングすることができる。

この様に、得られた視線方向により、自動焦点検出の測
距点を切り替える本発明に係る視線制御されたカメラが
得られる。視線の位置は連続的に求められるので、制御
対象が第２図（ｂ）の様な３点に限定されないことはも
ちろんである。

また、露出検出ユニット６ｂの出力をマイクロコンピュ
ータｍｃで信号処理し、観察者の視線方向に応じた位置
に重点を置（露出条件を決定し、レリーズ操作に同期し
てシャッタ４ａと絞り４ｂの一方又は両方を設定するこ
とができる。

そして、カメラを制御する際、自動焦点検出と自動露出
制御の双方で複数点測定が可能な場合でも観察者の意図
に応じて一方のみを使用したり、両方同時に使用するこ
とができるものとする。また焦点検出と露出制御のほか
に、ファインダー視野中にシャッター優先、絞り優先、
プログラム撮影等のモード表示を位置を変えて表示し、
例えばレリーズ操作の第１段押し込みの時に視認したモ
ード表示に応じて撮影を行うこともできる。

以下、視軸方向と注視点方向との偏差を補正する方法を
説明する。

偏差を補正する簡単な方法はマニュアルで補正値あるい
は他の情報を入力する方法である。しかしながらこの方
法の場合、別途偏差を測定しておいてそれに応じた補正
量を入力するのが一法であるが、−船釣には人眼の平均
的な補正量を予めマイクロコンピュータに記憶させてお
（。第１図のＩＰはこれらの為の入力器で、もし予め補
正量がわかっていれば、その値を入力するものとし、そ
うでなければファインダーを右目で覗くか、左目で覗く
かの区別を入力する。これは上述した黄斑の位置が左右
眼で対称になるため、偏差の方向は十又は−になるから
である。大多数の人眼においては、注視点方向と視軸方
向との偏差は５°〜７°程度であるが、解剖学的知見と
して得られているので、６°に固定しても精度±１°〜
２°１°〜２°程可能である。

続いて個人差を考慮した方法を説明する。接眼レンズ９
を覗（と、第２図（ｂ）に示すピント板７の測距視野マ
ーク１９ｃ、１９Ｒ，１９Ｌが見えるが、例えば観察視
野中央の測距視野マーク１９Ｃを利用する。計測に先立
って観察者（カメラの撮影者）は測距視野マーク１９Ｃ
を注視し、その状態で入力器ＩＰから計測起動信号を入
力する。

視線検出系は前述した様に作用して、観察老眼の視軸を
計測し、視軸方向を例えば瞳孔中心に対するプルキンエ
第１像の変位量、もしくはプルキンエ第１像と第４像と
の相対変位量として定量化する。

その際、人間の視線方向はかなり変動し易いと云う生理
的特性があるので一定時間内に最も高い頻度で発生した
視軸方向を採用するといった信号処理ソフトを用いるの
も良い。

視線検出系による計測結果はマイクロコンピュータｍｃ
中の記憶素子に記憶する。

記録素子は不揮発性のＥＥＰＲＯＭ等が望ましいが、こ
れに限ったことではな（、たとえばバッテリーバックア
ップされたＲＡＭでも良い。この様な動作状態を設ける
ことにより、観察者が画面中央を注視していることが確
定している状況下での視軸方向が得られる。撮影のため
のフレーミング時には、測定された視軸の方向と、画面
中央注視時の視軸の方向との相対差を演算することによ
り画面上の注視点が求められる。数式的に表現すると、
たとえば、瞳孔中心点ないし黒目中心点を基準としたプ
ルキンエ第１像の位置をＸとするとき、注視点方向Ｘは
Ｘ　＝ｋ　（ｘ−ｘｏ）　　　　　　　　　　　　（１
）と表わされる。ここにｘｏは観察者が画面中心を注視
しているときのＸであり、またｋは比例定数で、ファイ
ンダー系の定数を主因子として定まる。

更に、検出精度を高めるためには以下の実施例を採用す
るのが良い。

即ち、視線検出系で検出した注視方向と観察者の現実の
注視方向とは若干の差が生ずるのが一般的である。従っ
て、検出結果を確認し、ずれがあれば調整するのが有効
であり、大きなずれであれば再検出するのが良い。

第９図（ａ）はピント板を描いているが、観察視野もこ
のように見える。７１は検出結果を示す表示マークで、
例えばピント板に積層して設けた液晶表示器やＥＬ表示
器、あるいは回折格子゛を側方から照明する光学的表示
器を使って表示する。ｘｏは適当な値にプリセットされ
ている。第９図（ｂ）は液晶表示器の部分を示している
。７３ａは液晶層で、これを−様な透明電極層７３ｂと
不連続線状に配された透明電極の層７３ｃが挟み、更に
偏光シート７３ｄで挟んで成る。下側の透明電極層７３
ｃの電極に順次給電して表示が可能となる。

観察者はファインダー系の接眼レンズ９を覗き、表示マ
ーク７１を観察することができるが、その際、観察視野
内の図示しない所望の被写体を注視したとき、被写体と
表示マーク７１が重なれば検出は正確であったことにな
る。しかしながら、観察者の主観的注視点７２の例えば
被写体あるいは中央の測距マーク位置等と表示マーク７
１がずれていたとすれば、検出に誤差が在ったことにな
るから調整を行った方が良い。

なお、補正量を計測する場合、前述の例では測距マーク
を利用したが、表示器による表示マークを例えば画面中
央に表示してこれを使用しても良く、その際、表示マー
クを点滅させれば注視を接続させるのに役立つ。

観察者は自己が注視点と認識する位置と、カメラが注視
点として検出する位置とが一致するまで、入力器のダイ
ヤルや、スイッチ等の手段により式（１）の定数ｘｏを
変化させる。観察者が自身の主観的視線とカメラの検出
表示位置が一致していると認めればそこでｘＯを固定す
れば良い。上記ｘｏの入力手段はたとえば第１０図（ａ
）の様に定電圧電源の抵抗分圧で操作し、ＡＤ変換して
、ｘｏに対応づけても良いし、またはデジタル的には（
ｂ）の様にｘｏを収納するレジスタ８１の内容を２個の
相反方向のスイッチによりアップ、ダウンしても良い。

上述方法の場合には表示器を必要とするが、観察者が計
測時に基準点を固視する状態を保障する必要がない点が
使い易さの上でメリットとなる。

本発明のカメラは高精度の注視点検出を行うために、視
軸方向と注視点方向のズレの個体差を補正することをそ
の発明内容に含んでいる。撮影者が変わると、上記ズレ
の量は微妙に異なるので、それに対するフールプルーフ
対策として先に述べた注視点表示は有効である。カメラ
が撮影画面にオーバーラツプして表示する注視点表示が
撮影者の主観的注視点と一致している場合にはそのまま
使用し続ければ良く、使用者が変わって両者が不一致と
なったときに上記の補正値設定をやり直せば良い。視線
検出動作時に注視点表示が現れれば、補正値設定の必要
性の有無は瞬時に判断でき、また忘れることもない。

前述した様にあまり厳密な注視点位置を要しない時には
、視軸方向と注視点方向とのズレを個人差に依らない普
遍的定数とし、回路内にたとえばマスクＲＯＭの形態等
で固定してもよい。なお、この場合も、入力した注視点
を表示して位置を確：認することもできる。

上記の方法により検出された観察者眼の注視点位置情報
に基づき、たとえば第１図（ｂ）の３点１９Ｌ。

１９Ｃ，１９Ｒの一点において自動焦点調節を行ったり
、また後述する様に自動露光補正を行ったりすることが
できる。上記方法の注視点検出は連続的にもしくは極め
て細かいピッチで位置検出可能であるから動体対象が第
１図の様に３点に限定されないことはもちろんである。

以上の視線検出は一次元方向のみについて述べたが、一
方向のみでなく、直交する２方向の視線の動きを検出す
るには、正方形に近い画素を２次元に配列した光電素子
列を用いれば良い。プルキンエ第１像を含む様な一次元
配列を縦横各々について選び出せば、瞳孔中心を基準と
した方法により、直交する２方向での視線位置が求めら
れる。すなわち第１１図の様に、観察者眼、瞳孔付近の
光像が二次元配列された光電素子列上に結像されており
、図中９１、９２の縦横配列の信号を用いれば良い。光
電素子列としては既知のＣＣＤ撮像素子や、ＭＯＳ型撮
像素子が使用でき、またプルキンエ第１像の位置を交点
として縦横に演算対象とすべき配列を選択することはマ
イクロコンピュータにより容易に実現できる。

本実施例の場合に於いても、視軸方向と注視点方向のズ
レを補正する方法は基本的には同じである。すなわち、
最も簡易的には人眼の解剖学的データの平均値を用い、
あらかじめズレ補正量を内蔵していて、検出した視軸方
向に対し補正を加える。

注視点方向を（ｘ、　　ｙ）とすると、Ｘ＝ｋ　（ｘ−
ｘｏ）　　　　　　　　　　　（２ａ）Ｙ＝ｋ　（ｙ　
　ｙｏ）　　　　　　　　　　　（２ｂ）であり、ここ
に（ｘ、　ｙ）は瞳孔中心もしくは黒目の中心を基準と
したプルキンエ第１像の位置、（ｘ　ｏ　、　ｙ　ｏ　
）は観察者が画面中央を注視しているときの（ｘ、　ｙ
）である。

もう少し正確な注視点検出をするためには、特定の撮影
者毎に、上記補正ｊｉ　（ｘｏ、　ｙｏ）を検出する。

方法的には、たとえば、画面中心を注視しているときの
視軸方向の検出、または注視点検出位置表示が撮影者の
主観的注視点と一致する様に補正量調整する等の先に述
べた方法が使用できる。

以上の説明では、カメラの姿勢は常に固定されているこ
とを前提としていた。視線検出装置の作動をより一般的
な条件下で保証するためには、観察者眼の視軸回りに関
する眼球とカメラの相対回転量を検出することが望まし
い。この回転自由度に対する最も標準的な状況は、第１
２図の様に観察者眼の水平軸１０１とカメラの水平軸１
０２とが平行している状態であるが、実際には撮影の要
求に伴い第１３図のごと（両者が不一致となることがし
ばしば起こる。最も典型的にはθ＝±９０°　となるこ
とが多い。第１２図、第１３図に於いて１０３はペンタ
ダハプリズムを用いた一眼レフカメラ、１０４はペンタ
ダハプリズム後方のファインダー接眼部より視野観察す
る観察者眼球である。第１３図の眼球とカメラの相対回
転の結果、注視点補正量（ｘ　ｏ　＋　ｙ　ｏ　）は次
の変更を受ける。

上式により回転量θに応じて補正値（ｘ　ｏ　＋　　ｙ
　ｏ　）を算出し、視軸計測値から観察老眼注視点を式
（２）により求めれば良い。

θを計測する一般的方法は光電的方法を用いるのが良く
、たとえば目尻の様な目の一部の位置を撮像してカメラ
基準座標に対し測定することで観察者眼の水平軸１０１
を相対的に求めることができる。しかし観察者眼の水平
軸が固定され、カメラの姿勢のみが変化して撮影フレー
ムを選択することがほとんどであるので、上記θを計測
する作業は大体、地球水平線に対するカメラの姿勢検出
で置き換えることができる。これにはたとえば第１４図
の様に、おもり１１２に結合された摺動子１１３が鉛直
下方を向くことを利用し、可変抵抗器１１１の基準と摺
動子１１３との成す角で姿勢を検出する検出器が用いら
れる。図で１１４は摺動子の回転中心であり、また分圧
された電圧の出力端子である。

他方、円環内に水銀１１６を封入した第１５図の水銀ス
イッチ１１５を用いても良い。接点１１７ａ、　１１７
ｂ等の隣接接点間のどこで導通するか調べることにより
円環１１５内に封入された水銀１１６の所在が判別され
、従って鉛直下方の方向が検出される。これら第１４図
、第１５図等の姿勢検出器をカメラ本体に内蔵すれば、
カメラの回転が判別されるので、回転量に応じ（３）式
を使って視軸計測値に補正を加え、正確な注視点の検出
ができる。

本発明は一眼レフカメラにその用途を限定されないこと
は言うまでもない。第１６図は逆ガリレイ式ファインダ
ー系に本発明を適用した例である。

ファインダー光学系は基本的には凹レンズ１２１と凸レ
ンズ１２２により構成されており、角倍率が１以下のア
フォーカル系である。第１２図（ａ）の実施例ではブロ
ック状の光学部材１２３を正レンズと負レンズの中間に
配置し、グイクロイックミラーもしくはハーフミラ−１
２４によりファインダー光学系と検線検出光学系とを結
合している。レンズ１２５は赤外照明光源１２７から来
た光をコリメートする一方前眼部反射光を光電素子列１
２８の受光面に結像している。１２６はハーフミラ−で
ある。視線検出の方法は第１図実施例と変わらない。第
１２図（ｂ）は赤外照明系と検出光学系を分離配置した
例である。

本発明は銀塩写真カメラのほかビデオカメラやスチルビ
デオカメラ等ファインダーを有するカメラ一般に好適に
用いられる。特に動体を撮影する場合の多いビデオカメ
ラでは本発明は極めて有効である。

本発明に係る視線検出系を有するカメラの用途は自動焦
点調節の制御に限定されない。一般にカメラの動作方法
を制御する入力手段として使用しうるものである。第１
７図はカメラの露出制御用測光装置の画面的測光感度分
布例を図示したものである。同図（ａ）では画面上内に
５個の局所的測光点８１〜Ｓ、を配置しである。視線方
向を検出することにより、これら５個の測光点の内１個
を選択し、その測光出力により露出を制御するようなカ
メラを構成することが出来る。また第１７図（ｂ）は上
記局所的測光点の外側により広範囲の測光領域Ｐ１〜Ｐ
６を配しである。たとえば視線方向で８２を指定したと
きＳ２を中心に両側の測光情報を加味しなるｆｉＶを演
算し、注視点を中心とした広がりを持った測光感度特性
を持たせることが出来る。

さらにシャッター速度の指定や絞り値の指定、パワーフ
ォーカス、パワーズームの操作、多重露出制御、各種動
作モードの切替え等カメラのあらゆる制御方法への意志
入力手段として光学装置を構成することが可能である。

〔発明の効果〕

以上、説明した様に本発明によれば、前眼部反射像の位
置の変位を把えることにより、また視軸の方向と注視点
方向の偏位を補正することにより正しい視線の方向を検
出し、自動焦点調節、自動露出制御、及びその他のカメ
ラ動作を、撮影者の意のままにコントロールすることが
可能となる。

本発明は自動機能の簡便性、正確性、高速性と、手動制
御の作画上の自由度とを、同時に満たす新規なカメラを
提供する。本発明実施例はカメラと観察老眼との位置関
係に、自由度を許容しながら高精度の視線検出を、ファ
インダー系に於いて行う光学的視線検出方法を明示した
。

また携帯性を損なわず経済的にも可能な装置として視線
検出装置をカメラ内に内蔵したカメラ構成を開示し、新
規なカメラ制御の手法を示した。本発明カメラを用いる
ことにより、高度の自動機能を撮影者の意志を正確に反
映しながら駆使することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す光学断面図。第２図（ａ
）は部分構成を示す斜視図で、第２図（ｂ）は平面図。 第３図は構成部材の平面図。第４図は人眼の説明図。第
５図は模型眼の断面図。第６図（ａ）。 （ｂ）、（Ｃ）は眼の反射像を示す図。第７図はプルキ
ンエ像の移動を示す線図。第８図（ａ）は反射像の検出
を説明するための図で、第８図（ｂ）は出力信号を示す
図。第９図（ａ）はピント板の平面図で、（ｂ）は拡大
断面図。第１０図（ａ）、（ｂ）は夫々、調整器を示す
図。第１１図は反射像の２次元的な検出を説明するため
の図。第１２図と第１３図は夫々、カメラの姿勢変更を
説明するための図。第１４図と第１５図は夫々、姿勢検
出器を示す図。第１６図（ａ）。 （ｂ）は夫々、他実施例を示す光学断面図。第１７図（
ａ）、（ｂ）は夫々、視野を示す平面図。第１８図は従
来例を示す斜視図。 図中、２は主ミラー、３はサブミラー、６ａは焦点検出
装置、６ｂは露出制御用測光装置、７はピント板、８は
ペンタ・ダハプリズム、９は接眼レンズ、ＩＯは光分割
器、１１は集光レンズ、１２は光分割器、１３は照明光
源、１４は光電変換器である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体を観察する観察系と、観察系を覗いている観
   察者眼の視軸を光学的に検出する検出手段と、検出手段
   による検出出力に視軸方向と注視点方向の偏差に当る補
   正を行って観察者眼の注視点方向の情報を出力する補正
   手段を有し、補正手段の出力に依り光学装置の制御を行
   うことを特徴とする注視点方向検出装置を有する光学装
   置。
2. （２）物体を観察する観察系と、観察系を覗いている観
   察者眼の視軸を光学的に検出する検出手段と、検出手段
   による検出出力に視軸方向と注視点方向の偏差に当る補
   正を行って観察者眼の注視点方向の情報を出力する補正
   手段と、観察系の視野内に注視対象を表示する表示手段
   と、注視対象を注視している観察者眼の視軸を検出手段
   で検出して、その視軸と注視対象の方向とから偏差を計
   測し、補正手段の補正値を決定する計測手段とを有する
   注視点方向検出装置を有する光学装置。
3. （３）前記表示手段は更に、前記計測手段により検出さ
   れた確認用注視点を表示する特許請求の範囲第２項記載
   の注視点方向検出装置を有する光学装置。
4. （４）前記確認用注視点と観察者が現在見ている注視点
   とが一致する様に前記補正手段の補正量を調整する調整
   手段を更に有する特許請求の範囲第３項記載の注視点方
   向検出装置を有する光学装置。
5. （５）前記補正手段は補正値をＥＥＰＲＯＭに記憶する
   特許請求の範囲第２項記載の注視点方向検出装置を有す
   る光学装置。
6. （６）前記補正手段の実行する補正方法を制御するため
   で光学装置の姿勢を検出する検出器を更に有する特許請
   求の範囲第２項記載の注視点方向検出装置を有する光学
   装置。