JPH02264632A - 視線検出装置 - 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）が観察面北のどの位置を観察
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５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
となりへ〜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上のイ装置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ｌノてイメージセンサ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までの距離なＯＣとする
と眼球光軸イの回転角θはＱＣ−ｓｉｎθ触ＺＣ−Ｚｄ
−・・−（１）の関係式を略満足する。このためイメー
ジセンサ９七に投影された各特異点く角膜反射像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 ・　・　・　・　・　（２） 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１と受光レンズ７とイメージセ
ンサ９との距Ｓ　Ｘ　Ｏで決まる倍率で、通常はぼ一定
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−眼レフカメラにおいては撮
影者がピント面ト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な画面中
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つを選択人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により平行光として眼球の略正面
より照明している。この為、該光学系を通過した赤外光
は眼球の視線１ｒ＆が密になっている網膜の中心窩近傍
に結像する。

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、被検者に視認され不快感を与
えるという問題点があった。

本発明は被検者の眼球を複数の照明手段で照明すること
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
る測定環境のもとて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、被検者の眼球を複数の照明手
段で照明し、該複数の照明組設の該眼球の角膜からの反
射光に基づく複数の角り反射像と該眼球の虹彩像の全体
として複数の像の所定面上における結像位置を検出手段
により検出し、該検出手段からの出力信号を利用して該
被検者の視線を求めた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。第２
図は第１図のイメージセンサ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。０°は眼
球１０１の回転中心、０は角１１ｉ　ｔ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。４
ａ、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。導光［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。

６ｂ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４ａ、４ｂと投光レンズ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ｌ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１
０１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１１ｉ　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ｆｏ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ｆｏ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５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か、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４ａ
、４ｂを視認し得えない。

尚、第２図の縦軸はイメージセンサ９のＺ方向の出力■
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（ａｂ′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（弓［）てある。

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ｒ４　ｘ　＋は・　・　・
　・　・　（４） 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ｌＺｅ’　
−Ｚｆ’　　ｌより距離ｘ　Ｉを算出可能である。

但し、Ｚｏは１組の光源４ａ　（４ｂ）の２方向の間隔
、ＩＬ２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図は本発明の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１
１でピント板上の被写体像を観察している。

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一部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一部
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
ｎｑ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
機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者の視
線を検出している。

第４図は本発明の第２実施例の要部概略図である。

同図において第１図に示す要素と同一要部には同符番を
付している。又各要素の光学的配置は第１図の第１実施
例と基本的に同様である。

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１
０１を広く照明する。角膜１を透過し瞳孔を通った赤外
光は網膜を照明してそこで吸収されるか、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
者は光源４ａ。

４ｂを視認し得ない。

強膜２の領域及び角膜１を透過後、虹彩３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−ト
に虹彩像を結像する。

ここで強膜２の領域と虹彩３での反射率は異なり、イメ
ージセンサ９のＺ方向の出力■は例えば第２図のように
強膜２の領域と虹彩３の領域との間に出力差を生じる。

このため演算装置１０により各領域の境界ｇ’　、ｈ’
が検出される（Ｚｇ’　、ｚｈ’　）。これより虹彩３
の中心ｉ　（７）イメージセンサ９への投影座標Ｚｉ′
はと表わされる。

また眼球を照明する赤外光のうち角膜１表面で反射した
光束に基づく角膜反射像は受光レンズ７を介してイメー
ジセンサ９上に再結像する。

このとき第１図と第２図中ｅ°及びｆｏは１胴１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ｆｏ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５図点ｄ′の位置）と略一
致する。そこで前述と同様に演算装置１０においてはイ
メージセンサ９上での眼球の各特異点（ｅ’　、ｆ’　
）の座標（Ｚｅ’　、Ｚｆ’　）を検出するとともに（
２）式に基づいた ・　・　・　・　・　（６） に従って眼球の回転角θの算出を行う。

ここでβは受光光学系の倍率で虹彩３の大きさをＲｏ　
（＝ｇｈ）とおくと β４１２ｇ’　−ｚｈ’　　ｌ／Ｒ８ と近似される値である。

以上のように本実施例においては演算装置１０により（
３）式又は（６）式を用いて演算し、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、照明手段を２つ用いた場合を示したが３つ以上用い
て各々の光源に基づく角膜反射像を利用しても良い。

（発明の効果） 本発明によれば以上のように被検者の眼球を複数の照明
手段で照明することにより角膜で発生し形成される複数
の角膜反射像と虹彩の散乱に基づく虹彩像の所定面上の
結像点を検出することにより、被検者が照明手段の光源
を視認することなく被検者の視線を容易に検出すること
のできる視線検出装置を達成することができる。

この他本発明は複数の照明手段により発生した複数の角
膜反射像の間隔を検出することにより、視線検出手段と
被検者の眼球との距離が検知され視線検出粒度を向上さ
せることができる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部概略図、第２図は第
１図のイメージセンサからの出方状態を示す説明図、第
３図は本発明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、第４図は本発明の第２実施例の要部概
略図、第５図は従来の視線検出装置の説明図である。 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、１ｏは演算手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検者の眼球を複数の照明手段で照明し、該複数
   の照明手段の該眼球の角膜からの反射光に基づく複数の
   角膜反射像と該眼球の虹彩像の全体として複数の像の所
   定面上における結像位置を検出手段により検出し、該検
   出手段からの出力信号を利用して該被検者の視線を求め
   たことを特徴とする視線検出装置。