JPH02264633A - 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（第１プルキニエ像）と瞳
孔中心の位置の結像状態を利用して視軸（注視点）を求
めている。

第６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＋１５！　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トに導光され、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、Ｚ
ｂ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（７）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ＯＣと
すると眼球光軸イの回転角θはＱＣ−ｓｉｎθＬｒＺｃ
−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ｊ摸反
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を求めることかできる。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との距離り、と受光レンズ７とイメージ
センサ９との距ｆｉＬ。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ｌノ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、眼球の回転及び移動に対応して広い領域の照明
を行うとすると投光レンズ６の有効径を拡大せねばなら
ず、それに伴い投光レンズ６のレンズ厚が増大し、又投
光レンズ６の焦点距離も長くなり照明手段全体が大型化
してくるという問題点があった。

本発明は被検者の眼球を発散性光束の照明手段で照明す
ることにより、投光レンズの有効径及び厚さの増大を防
止し、このときの発散性光束を用いたことによる角膜反
射像の所定面上における結像位置を補正手段で補正する
ことにより、装置全体の小型化が図れ、かつ被検者の視
線を粒度良く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、被検者の眼球を照明手段から
の発散性光束で照明し、該照明手段の該眼球の角膜から
の反射光に基づく角膜反射像と該眼球の虹彩像の双方の
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演算手段により
該被検者の視線を求める際、該演算手段は該検出手段か
らの出力信号のうち該角膜反射像の所定面上における結
像位置を補正手段により補正し、該補正した信号を用い
て該視線を検出していることを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の要部側面図、第２図は第
１図の要部上面図である。第３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。

本実施例では被検者のＺ−Ｘ平面内の視線を検出する場
合を示している。

図中１０１は被検者（観察者）の眼球５．１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＠１の曲率中心、ａ、ｂ
は各々虹彩３の端部、ｅは後述する光源４に基づく光束
で形成される角膜反射像の発生位置である。４は光源で
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４は投光レンズ６の焦点面よりも投光レンズ６側
に配置されている。投光レンズ６は光源４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。これに
より投光レンズ６の有効径の小型化を図っている。ここ
で光源４は投光レンズ６の光軸上にあり、光軸アに対し
てＹ方向に配置されている。尚、光源４と投光レンズ６
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
検出手段の一要素を構成している。

８は演算手段であり、後述するようにイメージセンサ９
からの出力信号のうち角膜反射像のセンサー９面上にお
ける結像位置に関する出力信号を補正する補正手段を有
しており、補正手段からの出力信号と虹彩３の端部ａ、
ｂに関する信号とを利用して、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４より発光した赤外光は投光レンズ６
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を受光レンズ７を介し
てイメージセンサ９上の点ｅ°に再結像する。このとき
第２図と第３図中のｅ′は光源４により発生した角膜反
射像（虚像）ｅの投影像である。

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′ＩＭ
４を視認し得えない。

尚、第３図の縦軸はイメージセンサ９の２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しその結果、虹彩端部の虹彩像ａ
’、ｂ’（座標Ｚａ’　、Ｚｂ’　）が検出される。

ところで、第６図に示した従来例のように眼球を平行照
明した場合に発生する角膜反射像の位置は、第２図中角
膜１の曲、車中心０を通りＸ軸と平行な軸つ上の点ｄの
位置である。各角膜反射像（虚像）のＺ座標をＺｄ、Ｚ
ｅとすると、各角膜反射像のズレ量δ（＝Ｚｄ−Ｚｅ）
は δＬ９（Ｒ／２）／（Ｌ＋Ｒ）＊Ｚｄ　　−（３）と表
わされる。但し、Ｌは光源４から角膜１までの距離、Ｒ
は角膜１の曲率半径である。

そこで演算手段８においてはその一部、又は独立に設け
た補正手段によりイメージセンサ９上で眼球の各特異点
（ａ’　、ｂ’及びｅ’　）の座標（Ｚａ’　、Ｚｂ’
及びＺｅ’　）を検出すると、まず（３）式に基づいて
角膜反射像の位置の補正を行なう。即ち、眼球を平行照
明した場合に発生する角膜反射像の座標Ｚｄ’は眼球を
発散照明した場合に発生する角膜反射像の座標Ｚｅ’を
用いると、 Ｚｄ’　　岬２本（（、＋Ｒ）／（２本し＋Ｒ）＊Ｚｅ
’　　　　　　−−−−・・・（４）と補正される。さ
らに眼球の回転角θは（２）式％式％ として求められる。

このようにして本実施例では光軸イの回転角θを検出し
、眼球の視軸を求め被検者の視線を検出している。

尚、本実施例で示した照明手段は、光源４と投光レンズ
６とが分離したものを示したが、光源４と投光レンズ６
とか−・体となったドーム状パッケージタイプの赤外発
光ダイオードであってもかまわない。

第４図は本発明の第２実施例の要部上面図、第５図は第
４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、第２図で示す要素と同一要素には同符番を
付している。

本実施例において視線検出装置は、２つの照明手段を用
い被検者のＺ−Ｘ平面内の視線を検出する例を示してい
る。被検者の眼球は光軸イが受光レンズ７の光軸ア（図
中Ｘ軸と一致）に対し角度θ回転している例を示してい
る。

光源４及び投光レンズ６より構成される照明手段は、Ｚ
−Ｘ平面内で受光レンズ７の光軸アに対して±Ｚ力方向
配置されている。また、光源４は投光レンズ６の焦点面
より投光レンズ６よりに配置し、光源４より発光した赤
外光は投光レンズ６を透過後、発散しながら被検者の眼
球を広く照明するように設定されている。これにより照
明手段の小型化を図っている。

本実施例では光源４から発し、角膜１を透過した赤外光
の一部は虹彩３を照明する。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３の像を結像する。

一方、強１１ｑ２の表面で拡散反射した赤外光は、同様
に受光レンズ７を介してイメージセンサ９−１−に強膜
２の像を結像する。

第５図は第４図のイメージセンサ９のＺ方向の出力Ｉを
示したものである。強膜２と虹彩３の反射率には差があ
るため、強膜２の虹彩３の境界には出力差が生じその結
果、虹彩３の端部の像ｈ’、ｉ’（座標Ｚｈ’　、Ｚｉ
’　）が検出される。

また、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ｆ、ｇは受光レンズ７を介
してイメージセンサ９トに結像する。このとき、第４興
中の像ｆ及びｇは一対の光源４により発生した角１摸反
射像（虚像）で、イメージセンサ９上の点ｆ’　、ｇ’
の位置に投影される。一対の光［４は受光レンズ７０光
軸アに対して対称に配置されているため、角膜反射像ｆ
及びｇの中点は一対の光源４の中点より眼球を発散照明
した際に発生する角膜反射像ｅとほぼ一致し、 Ｚｅ＝　　（Ｚｆ＋Ｚｇ）／２　　　　−＝＝（５）と
書き表される。

ところで、第６図に示した従来例のように眼球を平行光
束で照明した場合に発生する角膜反射像の位置は、第４
図中の角膜１の曲率中心０を通りＸ軸と平行な軸つ上の
点ｄの位置で角膜反射像ｆ及びｇの中点（角膜反射像ｅ
と等価）との間にズレが発生する。そこで、演算装置８
内の又は独立に設けた補正手段においてイメージセンサ
９上で眼球の各特異点（ｈ’、ｉ’及びｆ’　、ｇ’　
）の座標（Ｚｈ’　、Ｘｉ’及びｚｔ”　、Ｚｇ’　）
を検出すると、まず（３）式に基づいて角膜反射像の位
置の補正を行なう。即ち、眼球を平行光束で照明した場
合に発生する角膜反射像の座標Ｚｄ’は、眼球を発散光
束で照明した場合に発生ずる角１漠反射像の座標ｚｔ”
　、Ｚｇ“を用いると、７、ｄ’　　句２本（１、＋Ｒ
）／（２＊１．＋Ｒ戸（Ｚｆ’＋Ｚｇ’）／２　　・・
・（６）と補正される。さらに、眼球の回転角θは（２
）式より、 β本ＯＣ本　ＳＩＮθ ４（Ｚａ’＋Ｚｂ’）／２−２＊（Ｌ＋Ｒ）／（２＊Ｌ
＋Ｒ）　　＊（Ｚｆ’＋Ｚｇ’）／２と求められ、該回
折角θより前述と同様にして被検者の視線が検出される
。

又、本実施例で示した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との距離Ｌ１は （１，１／ＬＯ）＊（ｌＺｆ’−Ｚｇ’ｌ／Ｚｏ）　　
勾（Ｒ／２）（Ｌ”Ｒ）　　”・（７）１１　−　　Ｌ
ｌ　　−Ｌｌ　＋（Ｒ／２）　　　　　　　　・・・・
・・・・・・・・（８）の関係式を満足するため、視線
検出装置と眼球までの距離しか変化しても２つの角膜反
射像の間隔Ｚｆ’　−Ｚｇ’　　ｌより距ｊｌｉｌＬ１
を算出可能である。その結果、受光光学系の倍率βが明
らかとなり精度の高い視線検出が可能となる。但し、Ｚ
。

は一対の光［４の２方向の間隔、Ｌｌは光源４と受光レ
ンズ７とのＸ方向の間隔である。

以上のように本発明においては補正手段により角膜反射
像の結像位置を補正して、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精度
良く検出している。

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、第４図では照明手段を２つ用いた場合を示したか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照明手段か
ら発散性の光束で照明することにより、角膜で発生し形
成される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して被検者の視線を検出する際、発
散性光束を用いたことによる角膜反射像の結像位置を補
正手段により補正することにより、照明手段の小型化を
図りっつ、即ち装置全体の小型化を図りつつ被検者の視
線を容易に、しかも高精度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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部側面図、第２図は第
１図の要部上面図、第３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、第４図は本発明の第２実施
例の要部上面図、第５図は第４図のイメージセンサから
の出力状態を示す説明図、第６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、
４は光源、６は投光レンズ、７は受光レンズ、９はセン
サー、８は演算手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検者の眼球を照明手段からの発散性光束で照明
   し、該照明手段の該眼球の角膜からの反射光に基づく角
   膜反射像と該眼球の虹彩像の双方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演算手段により該被検者の視線を求
   める際、該演算手段は該検出手段からの出力信号のうち
   該角膜反射像の所定面上における結像位置を補正手段に
   より補正し、該補正した信号を用いて該視線を検出して
   いることを特徴とする視線検出装置。