JPH0288034A - 検出装置及び光学機器 - 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〕 本発明は被検眼の位置、そして更に視線の方向を検出す
るだめの装置に関し、被検眼と検出装置の検出光学系と
の間隔が不定であったり、偏芯している場合でも間隔及
び視線方向を正確に検出できる装置であってカメラの様
な光学機器と組合せて使用するのに適した装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来より被検眼の視線方向を検出する装置は周知である
。

例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　０ｐｔｉｃａｌ　
　５ｏｃｉｅｔｙｏｆ　　Ａｍｅｒｉｃａ、　　ｖｏｌ
、６３．　Ｎａ８．　９２１頁以下に説明された方法、
あるいは特開昭６１−１７２５５２号に開示の方法は、
被検眼の前眼部へ光線を投射し、角膜あるいは水晶体に
よる反射像であるプルキンエ像を利用するものである。

これとは別に、虹彩の輪郭を用いる視線検出法として第
９図の様な構成が提案されている。

この方法は虹彩（黒目の部分）が強膜（白目の部分）よ
り反射率が低（、両者の境界の検出が比較的容易な点を
利用しており、まず光源ＬＳで虹彩輪部（虹彩と強膜の
境界部）の水平両側をスポット状または短冊状に照明す
る。その反射光を２個の受光素子ＰＤで受光し、その差
分信号から水平方向の眼球運動量（回転角）を検出する
。また、２個の受光素子ＰＤの和信号により垂直方向の
眼球運動量を検出する。なお、光源ＬＳには赤外発光ダ
イオード、受光素子ＰＤとしては赤外フォトダイオード
を用いて人間の眼への違和感をなくしている。

ただし、この装置は検出装置の光軸と被検眼の光軸を一
致させて使用することを前提とするため、−眼レフレッ
クスカメラ等の光学機器の接眼レンズを不用意に覗いて
いる観察眼の様に接眼レンズ光軸と眼球軸との間に偏芯
が含まれる可能性が大きい場合には不向きである。

因に一眼レフレックスカメラを覗いている被検眼の視線
の方向を検出する必要性は、カメラの自動焦点検出技術
が進歩して焦点を検出する測距視野が画面中心のみなら
ず、複数箇所に設けられ、その内の１つを迅速に選択す
るための入力手段が求められる様になった事、あるいは
カメラの他の撮影条件、例えば平均測光と重点測光の切
換あるいは複数の撮影モードの内の１つを選択入力する
手段を簡略化したいと言う欲求がある事に基づいている
。この様な必要性はカメラのみならず、顕微鏡等の観察
装置あるいは位置検出装置などにも存在する。

一方、観察者が接眼レンズを覗く場合、人により明視の
距離に多少の差があったり、癖あるいは眼鏡の装用等で
接眼レンズと観察眼の間隔に個人差が生ずる。

しかしながら、観察眼について情報を得ようとする場合
に検出装置と観察眼の間隔が一定でないと検出した情報
の信頼性は著しく低（ならざるを得ないわけである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は検出装置と被検眼の間隔を検出し得る新規な装
置の提供を目的とする。

そして更に、装置の検出系と被検眼が相対的に変位（シ
フト）シた場合であっても被検眼の視線の方向を検出す
ることを別の目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、イメージセンサ−上での虹彩の像の大きさが
結像レンズから眼球までの距離と負の相関関係にあるこ
とを利用して、すなわちイメージセンサ−上での虹彩の
大きさと実際の虹彩の大きさ、結像レンズの焦点距離な
どから結像レンズから眼球までの距離を求めている。

更に、この距離情報に加えて、虹彩輪郭上の複数点を結
像レンズを通してイメージセンサ−上に結像させ、イメ
ージセンサ−上の結像位置の座標を求め、この座標の値
を用いて視線の回転角と変位量を求めることにより、カ
メラの様に視線検出系に対して眼球の相対位置が変化す
る場合においても正しい視線の方向を求めている。

〔実施例〕

以下、第１図に沿って本発明実施例の基本的な構成を説
明する。尚、図は水平断面として表現されているが、垂
直方向も同様である。

１はライン型イメージセンサ、２は結像レンズ、３は被
検眼を示す。イメージセンサｌは結像レンズ２からｆだ
け離れた位置に配される。ｌはイメージセンサ１と光学
的に共役な位置から結像レンズ２までの距離で、共役位
置に被検眼角膜の頂点が位置すれば正確な検出が実行さ
れる。

しかし、ここでは所定距離ｌに対してβ′　の差異が入
り込むことを想定する。尚、Ｘ座標を結像レンズ２の光
軸上に採り、ｙ座標を結像レンズ２の主点を通り、Ｘ軸
に垂直に採っている。０は被検眼眼球３の回転中心を示
し、ｒは回転中心と角膜頂点の長さを示す。図示の状態
で被検眼は結像レンズ２の光軸に対して平行偏芯してお
り、Ｓはその変位量を示す。被検眼の諸元でｂは虹彩の
半径、Ｃは角膜前面の曲率半径、ａはａ＝ｃ−ａ−フで
表わされる定数である。尚、人が注視する場合、眼球の
軸から若干偏った黄斑で物を見るため、視線と眼軸に若
干の偏差が生ずるが、その分は演算の内でオフセットす
れば良いので、便宜上両者が一致するものとして説明を
進める。

図に示すように回転角θ、変位量Ｓの場合の虹彩輪郭と
虹彩の中心を通る水平線の２交点の座標を（Ｘ＋　”　
＋　）　（Ｘ　２　Ｙ　２　）センサ」二での結像位置
を（−ｆ、　　Ｋ　、　）　（−ｆ、　　Ｋ。）とする
と故に であるので、これよりに、に２は次式の様になる。

今、これらの諸■のうちｌがｉ−＋ｌ！’）に変化した
とすると（２）式は ここで被検者に正面を注視させて検出を行えばばθ＝０
°　となるからｎ−１１”　　が求まる。

一方、（３）を（２′）に代入して解き、回転角θ変位
量Ｓを求めると と変形される。（２′）式の２式の差をとり適当な近似
を行い整理すると となる。ここです、　ｃの値は実用上の精度に関しては
定数とみなし得る。

この様に結像レンズから角膜までの距離ｌをイメージセ
ンサ−」−での虹彩の大きさ（Ｋｌ−に２）を補正し、
その補正された距離＋１＋ｎ’）を用いて視線の回転角
θとシフト■Ｓを求めている。

よって、この様に結像レンズから角膜までの距離を補正
しているので、もしこの距離がなんらかの理由で変化し
たとしても、正確に視線の回転角を変位量、すなわち視
線の方向を正確に検知することができる。

以上の方法を実施する視線検出装置をカメラに組込んだ
場合の配置を第２図に示す。

図中、１０は撮影レンズ、１１は主ミラーで、主ミラー
１１は撮影レンズ１０を通過した光束の大半を反射し一
部を透過させる。１２はサブミラーで、主ミラー１１を
透過した光束をカメラボディの底部へ反射させる。１３
は複数の測距視野を持った焦点検出ユニットである。１
４は黒点板、１５は情報表示板で、第３図の様に例えば
撮影画面内に測距視野マークを表示し、またＡＶ、　Ｔ
Ｖ、　　Ｐ、　　Ｍの様な露出制御モード、Ｓ（シング
ル）、Ｃ（連続）４Ｍ（マニュアル）の様なフォーカス
モードを表示する。

図示しないレリーズボタンの押込みに同期させて露出モ
ード表示、あるいはフォーカスモード表示のいずれかに
視野を向けて選択したモードを登録することもできるし
、また測距視野の１つを登録することもできる。

１６はペンタプリズム、１７は接眼レンズである。

１８は光路分割鏡で、例えばダイクロイックミラーを使
用し、可視光を透過させ赤外光を反射させる。

１９は結像レンズで、この結像レンズ１９と接眼レンズ
１７を合成したものが第１図の結像レンズ２に相当する
。ｌａ、　　ｌｂ、　　ｌｃは夫々、ライン・イメージ
センサ−で、図面に垂直方向に３本併設されている。照
明系は後述する。

例えば、ファインダー内の表示が前に触れた第３図に示
すような場合について考えることにする。

撮影者が測距点測光点を選択するときは中央の列を、露
出制御モードを選択するときは上の列を、フォーカスモ
ードを選択するときは下の列をにらむことになる。どの
列をにらんでいるかの判別は、１　ａ−１ｃのセンサ上
で虹彩の幅がもっとも大きく結像されているセンサーを
判別することで行う。

すなわち、センサー１ａにおいて（ＫＩ　　Ｋ２）の値
が他のセンサーにおける（ＫＩ　　Ｋ２）値より大きけ
ればセンサー１ａに対応するフォーカスモードを選択し
たと判断する。同様にセンサー１ｂにおける（ＫＩ　　
Ｋ２）の値が最大なら測距点、測光点をセンサー１ｃに
おける（ＫＩ　　Ｋ２）の値が最大なら露出制御モード
を選択したと判断する。この縦方向の視線検出に対して
も、当然カメラの場合には検出系と眼球の相対的位置の
変化が生じる。よって、回転量と変位量を正確に把握し
なければ正確な視線の方向を求めることができない。し
かし、この場合は３つの列の間隔が十分に離れているの
で、正確な視線の方向がわからな（でもおおまかな視線
の方向がわかれば実用上十分である。そのためには、３
つのセンサー上での虹彩の幅、つまり（ＫＩ　　Ｋ２）
を比較し、どのセンサー上で最大になっているのかを知
ればよい。

そして、撮影者がどの列をにらんでいるのがわかったら
、その中でどれを選択したのかを次に判別する。これは
、どのセンサー上で虹彩の幅が最大になっているかを比
較する際に求めたＫＩ。

Ｋ２を用いて行う。すなわち、撮影者かにらんでいる列
に対応するセンサー上でのに、、に２と（４）式を用い
て回転角θ、変位ｆｆ１Ｓを算出し、正確な視線の方向
を求める。この視線の方向より撮影者の意図したものを
知ることができる。（４）式の計算はカメラ内のマイク
ロコンピュータ２０を用いれば可能であることは言うま
でもない。

この様にして、縦方向の視線の向きをおおまかに、横方
向の視線の向きを正確に求めることにより、第３図に示
すファインダー表示の中のどこに撮影者の視線が向いて
いるのかを知ることができる。

なお、虹彩輪部のコントラストを高め、検出の精度をあ
げるために実際には第４図に示すように光源７ａ、　７
ｂからの光束を光路分割器１８で反射させ、接眼レンズ
１７を通して虹彩輪部を照明する。この光源は赤外発光
素子であることが望ましい。なぜならば、人間の視感度
内の光を投光することは撮影者のファインダーの観察を
、しづらくするからである。また、光源に赤外発光素子
を用い、光路分割器１８にダイクロイックミラーを用い
ることで視線検出系ファインダー系双方の光全ロスを防
ぐことができる。

ファインダー内の表示が第３図の様な場合においては撮
影者が選択する視野列が縦方向に十分離れていたので、
縦方向の視線検出はおおまかでよかったが、第５図に示
すように測距測光点が多数存在していたり、全画面中の
任意の点で測距測光を行うことを想定した場合は、縦方
向の視線も正確に検出しなければならない。この様な場
合の検出方法を以下に示す。

縦方向の視線を正確に検出するためには、縦方向での虹
彩輪部のセンサー上での座標を２つ知る必要がある。第
６図ＡＡ’　　が検出できれば精度の点などで最も有利
であるが、ここは瞼に隠れていて検出できない。そこで
ＢＢ’　点を検出することとする。

なお、Ｃは横方向の視線を検出する際の検出点である。

この場合は第７図に示すようなレイアウトになる。１は
エリアセンサーである。エリアセンサーの出力を信号処
理し、虹彩の幅が最大になる横方向のラインを抽出し、
このライン上の虹彩輪部の座標Ｋ　８１　Ｋ　Ｈ２を求
め、（４）式を用いて横方向の回転角θＨと変位量ＳＨ
を求める。

次にＣの座標（Ｋ　Ｈ２）よりＢＢ’　　に相当する縦
方向のラインを抽出し、そのライン上で虹彩輪部の座標
Ｋ　Ｖｌ　、　　Ｋ　Ｖ２を求め（４）式を用いて縦方
向の回転角θＶとシフトｆｆ１ｓｖを求める。

この様にして、縦方向・横方向の変位量・回転角を求め
、これを用いて正確な視線の方向を求めれば、ファイン
ダー内のどこを撮影者が注視しているのかを正確に知る
ことができる。

〔他の実施例〕

先の実施例においては、（４）式を用いて視線の回転角
・変位量を直接求めている。しかし、（４）式に示す計
算式は逆三角関数という特殊な関数を含んでいるので、
演算が面倒である。

そこで、（４）式を用いて帰納的に視線の回転角を変位
量を求めるようにしたのが本実施例である。

そのアルゴリズムを第８図に示す。

まず、第１ステツプで（４）式により。回転角θ・変位
量Ｓを求める。第２ステツプでは第１ステツプで求めた
θ・Ｓを用いて、計算上の虹彩輪部の座標Ｋ　、　Ｌ　
Ｋ　２Ｊ　　を計算する。その際に用いる計算式を次式
に示す。

と結像レンズから角膜前面までの距離を補正しなおし、
この補正しなおされた距離を用いて、次に第３ステツプ
において計算上の虹彩輪部の座標に、’　　Ｋ。′　と
実際に計測された虹彩輪部の座標に、　Ｋ２　　を比較
する。そして、Ｋ　、　Ｌ　　とＫｌ。

Ｋ２′　とに２の差がともに　所定値内であれば、その
ときの回転角θ・変位量Ｓを採用しアルゴリズムを終了
する。もし、所定値外であれば第４ステツプに進む。第
４ステツプでは で示すように回転角θと変位量Ｓを計算しなおす。

そして第２ステツプにもどり、計算上の虹彩輪部の座標
に、’に２　を求め、次の第３ステツプにおいて計測さ
れた座標Ｋ　、　Ｋ　２と比較する。この操作をに１′
　　とに、に２　とＫの差が所定値内におさまるまで続
ける。

このアルゴリズムで逆三角関数を近似した後述の（６）
　（７）式を用いても同様の効果を得ることができる。

それは近似を用いたことによりに、′　とに、、に２　
とに２の差が所定値内におさまるまでの繰返し計算回数
が増すものの（６）　（７）に示すような簡単な計算式
を用いることにより一回の計算に必要な計算時間が短縮
されるからである。

なお、この様な原理に基づく検出方法を実際にカメラに
用いる場合のレイアウトは第２図、第７図に示す通りで
ある。この場合、上述の第一実施例と同様にして種々の
動作が行われる。

〔発明の効果〕

以上説明してきた様に本発明においては、イメージセン
サ−上での虹彩の像の大きさが結像レンズから眼球まで
の距離βと負の相関関係にあることを利用して、すなわ
ち、イメージセンサ−上での虹彩の大きさと、実際の虹
彩の大きさ及び結像レンズの焦点距離などから、結像レ
ンズから眼球までの距離を求めることが可能となる効果
がある。

続いて、この求められた距離を用いて視線の回転角、変
位量、視線の方向を求めている。この様にして視線の方
向を求めることにより、検出系に対して眼球が水平、鉛
直、光軸のどの方向に相対的に変位したとしても、正確
な視線の方向を求めることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る光学断面図。第２図は一
眼レフカメラの縦断面図。第３図はファインダー内表示
を示す図。第４図は照明系の斜視図。 第５図は別のファインダー内表示を示す図。第６図は被
検眼の測定点を示す図。第７図は部分断面図。 第８図は別実施例のフローチャートを示す図。第９図は
先行例を説明するための図。 図中、１．ｌａ、ｌｂ、ｌｃはイメージセンサ、２は結
像レンズ、３は被検眼球、１８は光路分割器、７ａ、７
ｂは照明用光源である。 Ｓ　　　　　Ｃｌ−１Ｆｏｃｕｓ＠−Ｐでし困 （Ａ） Ｃワン （’Ａ） 蒸沿右向出Ｄ ζＢン 警市方１５′１世Ｄ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検眼前眼部の像を結像するための結像光学系と
   、前記像を受像するためのイメージセンサと、イメージ
   センサの出力から得られた虹彩径に関する情報並びに前
   記結像光学系の光学性能情報を使用して被検眼前眼部と
   結像光学系の間隔に関する情報を演算する演算手段を備
   えたことを特徴とする検出装置。
2. （２）前記演算手段は、前眼部の像の虹彩と強膜の境界
   の複数の位置に関する情報と前記被検眼前眼部と結像光
   学系の間隔に関する情報を使用して被検眼の視線の方向
   を演算する特許請求の範囲第１項記載の検出装置。