JPH02264634A - 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）か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＠）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中心の位置の結像状
態を利用して視勃（注視点）を求めている。

第４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、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のｚｐｌ標をＺｄ、・角
膜ｌの曲率中心Ｏと虹彩３の中心Ｃまての距離をＯＣと
すると眼球光軸イの回転角θはＯＣ−ｓ　ｉ　ｎθＬｒ
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上に投影された各特異
点（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 ７３−ＱＣ−ｓｉｎｅ’ｑＺａ’　　””　　−Ｚｄ・
　・　・　・　・　（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Ｈｘと受光レンズ７とイメージセ
ンサ９との距離ｕ。で決まる倍率で、通常はぼ一定の値
となフている。

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
影者かピント面上のどの位置を観察しているかを知るこ
とかできる。

これは例えば自動焦点検出装置において測距点を両面中
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）面記特開昭６
１−１７２５５２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ｌ
Ｉｍ胞が密になっている１１４１１０の中心窩近傍に結
像する。

一般に光ｆＸ４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。

この他、従来の視線検出装置では球面系より成る投光レ
ンズを用いている為、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照明手段から所定の光量分布を
有した光束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。

本発明の更なる目的は照明手段の小型化な図リ、しかも
所定の光量分布を有した照明光束が容易に得られ、良好
なる状態で被検者の眼球を照明し、視線を検出すること
ができる視線検出装置の提供にある。

（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、該照明手段を該眼球の照明領域における光量
分布が所定の分布となるように各要素を構成したことを
特徴としている。

特に本発明では、前記照明手段は光源からの光束を集光
する為のフレネルレンズと該光源から放射される光束の
光量分布を所定の光量分布とする為の光学フィルターを
有しており、又前記眼球の照明領域の光量分布は照明中
心から周辺にかけて徐々に増大し、次いで減少するよう
な光強度分布より成っ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実施例の要部概略図である。

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５３は虹彩である。０°は眼
球１０１の回転中心、０は角膜１の曲率中心、ａ、ｂは
各々虹彩３の端部、ｄは後述する光源４ｂに基づく角膜
反射像の発生位置である。４ａ、４ｂ、４ｃ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
等であり、各々の光出力は電源装置８て駆動制御されて
いる。又光源４ａ　（４ｂ）（４ｃ）は各々投光レンズ
６ａ　（６ｂ）（６ｃ）の焦点面近傍に配置されている
。投光レンズ６ａ、６ｂ、６ｃは光源４ａ、４ｂ、４ｃ
からの光束を平行光束として角膜１面上を照明している
。

ここで光源４ｂは主に角膜１の中央を照明するように配
置され、光源４ａ、４ｃは主に角膜１の周辺を照明する
ように配置されている。そして電源装置８により光源４
ｂからの光出力が他の光源４ａ、４ｃからの光出力に比
べて小さくなるように電流を供給制御している。尚、光
源４ａ。

４ｂ、４ｃと投光レンズ６ａ、６ｂ、６ｃ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ｄ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（受光手段）の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４ｂより発光した赤外光の一部は投光
レンズ６ｂで平行光束とされ角膜１の表面で反射し、虚
像の角膜反射像を点ｄに形成する。そして点ｄからの光
束はハーフミラ５を透過後、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°に角膜反射像を結像す
る。ここで角ＩＥ２１の略中央を照明する赤外光の光量
は小さいが角膜１表面での赤外光の反射率は高いのでイ
メージセンサ９において良好な角膜反射像の信号が得ら
れる。又、角膜１で屈折後、瞳孔を通過した赤外光は網
膜上に結像するが、入射光量の可視成分は少ないため、
この赤外光は被検者には一般に知覚されない。

一方、光源４ａ、４ｃからの光束は角膜１を介して瞳孔
から虹彩３にわたって照明する。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上に導光され、位置ａ’　、ｂ’に端部ａ、
ｂの像を結像する。虹彩３の反射率は小さいが光源４ａ
、４ｃからの照明光量は光＠ｂに比べて大きいのでイメ
ージセンサ９からは虹彩３の反射像の良好なる信号が得
られる。又、光−Ｒ４ａ、４ｃからの赤外光の一部は瞳
孔を通過し網膜まで達するか、その入射光量は少ないた
め被検者には知覚されない。又、光源４ａ、４ｃからの
赤外光の一部は角膜１の表面で反射されるか、該反射光
はイメージセンサ９までは到達しないように各要素が設
定されているため、光源４ａ、４ｃからの光束に基つく
角膜反射像は発生しない。

本実施例においては前述の従来例と同様に受光レンズ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２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は前述と同様に ０Ｃ−ｓｉｎθ与Ｚｃ−Ｚｄ　−−−・（１）の関係式
を略満足する。このため演算手段１０によりイメージセ
ンサ９上に投影された各特異点（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を算出することかできる。この時（１）式は
前述と同様に ７３−ＱＣ１ｓｉｎｅ岬Ｚａ’　　””　　−Ｚｄ’・
　・　・　・　・　（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１ｘと受光レンズ７とイメージセ
ンサ９との距ｍ　ｘ　ｏで決まる倍率で、通常はぼ一定
の値となっている。

このように本実Ｍｉ例では照明手段として３つの光ｆＸ
４ａ、４ｂ、４ｃを用い該光源４ａ、４ｂ。

４ｃの光出力を電源装置８により制御している。

即ち、眼球の中央部を照明する光源４ｂの光出力を眼球
の周辺部を照明する光Ｊ４ａ、４ｃに比べて弱くしてい
る。これにより被検者か光源からの赤外光（可視光を含
む）を視認しえないようにして良好なる検出状況を維持
しつつ、角膜反射像ｄと虹彩３の端ａ、ｂの所定面上に
おける結像位置をも一度良く検出している。そして眼球
九袖イの回転角Ｏを求め、即ち眼球の視軸を求め、これ
より被検者の視線を検出している。

尚、本実施例において光源を３つ以上用いて中央から周
辺にかけての光出力が順次大きくなるように各光源の光
出力を制限して行っても同様の効果か得られる。

第２図は本発明の第２実施例の要部概略図である。図中
、第１図で示した要素と同一要素には同符番な付してい
る。

本実施例では眼球の照明領域の光量分布の制御を光路中
に所定の濃度分布（透過率分布）を有した光学フィルタ
ー１１を配置して行っている。即ち、光源４からの光束
のうち眼球の中央部領域を照明する光束に対して周辺部
の光束に比べて光強度が弱くなるように、例えばＮＤフ
ィルター等の減光フィルターを光路中に配置している。

これにより第１図の実施例と同様な光量分布で眼球を照
明している。

次に本実施例の構成の特徴を説明する。

本実施例においては投光レンズ６をフレネルレンズより
構成し、その屈折力分布を角膜１の略中火に対応する中
央部と角膜１の周辺に対応する周辺部の２つの領域より
構成している。そしてフレネルレンズ６の焦点面付近に
光源４を配置し、電源装置８より電流を供給したとき光
＃、４より発光した赤外光を平行光束としてハーフミラ
５で反射させ後、被検者の眼球を平行照明している。こ
のとき光源４より発光した赤外光のうち照明領域の中央
領域の光束なフレネルレンズ６の中央部に配設した減光
フィルター１１を介して減光させて、これにより角膜１
の略中央を照明している。

そしてこのとき赤外光の一部は角膜１の表面で反射し、
点ｄに虚像の角膜反射像を形成する。該角膜反射像はハ
ーフミラ５を透過後、受光レンズ７によりイメージセン
サ９上の位置ｄ゛に結像する。ここで角膜１の略中央を
照明する赤外光の光１１１は小さいが角膜１表面での赤
外光の反射率は高いのでイメージセンサ９において良好
な角Ｄｉ反射像の信号か得られる。

又、角膜１で屈折後、瞳孔を通過した赤外光は網膜上に
結像するが、入射光量の可視成分は少ないため被検者に
は知覚されない。

一方、フレネルレンズ６の周辺部を透過した赤外光は虹
彩３及び強膜２を照明中央部より強い光で照明する。虹
彩３と強膜２の境界ｅ、ｆからの反射光はハーフミラ５
、受光レンズ７を介してイメージセンサ９上の位置ｅ’
　、ｆ’にその境界像を結像する。虹彩３と強膜２との
間の赤外光に対する反射率差は小さいがフレネルレンズ
６の周辺部を透過した赤外光の光量は大きいのでイメー
ジセンサ９においては良好な虹彩３と強膜２の境界像の
信号が得られる。

演算装置１０はイメージセンサ９上の眼球の特異点（ｄ
’、　　’、ｆ’）の座標（Ｚｄ’Ｚｅ’　、Ｚｆ’　
）を検出するとともに（２）式に基づいた式 ％式％（３） に従って眼球の回転角θの算出を行なっている。但し、
図中ｇは虹彩３の中心でＯｇは角膜１の曲率中心Ｏと虹
彩３の中心ｇとの距離である。

本実施例においてはフレネルレンズ６の中央部に対応し
た位置に減光フィルターを配設し、網膜に到達する照明
光量を少なくして被検者に光［４を視認し得ないように
した例を示したが減光フィルター１１を用いず光源４の
発光分布を変更して同様の効果を得ることも可能である
。

例えば第３図はこのときの光源４の発光分布図の一例で
ある。同図に示すように垂直方向０°が照明手段の光軸
に相当し、原点０からの距離及び角度が発光強度及び発
光角を表わしている。

同図に示すように光源４からの光量分布はフレネルレン
ズ６の中央部に入射する範囲で小さくフレネルレンズ６
の周辺部に入射する範囲で大きくなるように設定されて
いる。その結果、前述と同様に良好な角膜反射像及び虹
彩と強膜境界点の反射像が得られ、これより高蹟度な視
線検出を可能とするとともに被検者の網膜に到達する照
明光量を少なくし被検者が光源を視認し得ないようにし
ている。

以上のように本実施例においては演算装置１０によりイ
メージセンサ９からの出力信号を用いて演算し、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、本発明において眼球の照明領域の光量分布の制御方
法は以上の電気的又は光学的な方法の他に双方を併用し
ても良く、又所定の光量分布が得られるなら、どのよう
な方法を用いて行っても良い。

（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前述の構成
を有する照明手段により所定の光量分布の光束で照明す
ることにより、角膜で発生し形成される角膜反射像と虹
彩の周辺部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、しかも高錆度に検出
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
。

又、照明手段の投光レンズとしてフレネルレンズを用い
ることによりレンズ厚の薄肉化と共に焦点距離の短縮化
を図り、照明手段の小型化を容易に図ることが出来る等
の特長を有した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、第２図は各々本発明の第１．第２実施例の要部
概略図、第３図は本発明に係る光源の発光分布を示す一
実施例の説明図、第４図は従来の視線検出装置の概略図
である。 図中、１０１は眼球、１は角膜、２は強膜２．３は虹彩
３．４，４ａ、４ｂ、４ｃは光源、５はハーフミラ５．
６，６ａ、６ｂ、６ｃは投光レンズ、 ７は受光レンズ、 ８は電源装置、 ９はセン サー ０は演算手段、 は光学フィルターで ある。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検者の眼球を照明手段で照明し、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、該照明手
   段を該眼球の照明領域における光量分布が所定の分布と
   なるように各要素を構成したことを特徴とする視線検出
   装置。
2. （２）前記照明手段は光源からの光束を集光する為のフ
   レネルレンズと該光源から放射される光束の光量分布を
   所定の光量分布とする為の光学フィルターを有している
   ことを特徴とする請求項１記載の視線検出装置。
3. （３）前記眼球の照明領域の光量分布は照明中心から周
   辺にかけて徐々に増大し、次いで減少するような光強度
   分布より成っていることを特徴とする請求項１又は請求
   項２記載の視線検出装置。
4. （４）前記眼球の照明領域は照明中心に比べ照明周辺部
   で光強度が強い領域を有する光量分布となっていること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の視線検出装置
   。