JPH0449944A - 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、例えば視野計等に用いられる視線検出装置に
関するものである。

［従来の技術］ 従来、視線検出装置は被検眼の同視状態を監視する場合
に用いられることが多く、テレビモニタ等に被検眼の前
眼部像を出力してその瞳孔像が移動しないことを監視し
たり、或いは角膜反射像も同時に出力して瞳孔と角膜反
射像との相対位置関係を監視している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の従来例においては、瞳孔像を監視
する場合に例えば被検者の顔部が移動すると瞳孔位置も
移動するので、被検眼は同視標を固視し続けているにも
拘らず、視線がずれたと誤検知する危険性が高く、また
瞳孔と角膜反射像の相対位置関係を監視する場合には、
角膜の曲率は被検眼の前房深度に依存しており、両者間
の距離の変化量は視線方向の変化量と比較して微小であ
るため、被検眼の視線方向の検知精度が低い。

本発明の目的は、上述の欠点を解消して、顔部や被検眼
自体の移動には無関係に、精度良（かつ短詩間で視線方
向を検知することができる視線検出装置を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するために、本発明に係る視線検出装
置においては、被検眼の眼軸に対して角膜反射像及び水
晶体後面反射像が瞳孔内に存在する程度に傾斜した方向
から被検眼に光束を投射する光束投射手段と、前記光束
の被検眼による反射光束を撮像素子で撮像してビデオ信
号を得る撮像手段と、前記ビデオ信号を基に前記撮像素
子上での瞳孔位置又は角膜反射像位置を検知する位置検
知手段と、該位置検知手段によって検知された前記瞳孔
位置又は前記角膜反射像位置から水晶体後面反射像位置
を予測して該水晶体後面反射像位置を含む領域を前記撮
像素子上に限定する領域限定手段と、前記領域内のビデ
オ信号を用いて角膜反射像位置と前記水晶体後面反射像
位置との間隔を算出する間隔算出手段と、前記間隔から
被検眼の視線方向を検出する視線方向検出手段とを有す
ることを特徴とするものである。

［作用］ 上述の構成を有する視線検出装置は、被検眼の眼軸に対
して傾斜した方向から被検眼に光束を投射し、被検眼に
よる反射光束な撮像素子上に受光してビデオ信号として
撮像し、このビデオ信号から撮像素子上の瞳孔位置又は
角膜反射像位置を検知して水晶体後面反射像位置を予測
し、その予測位置を含む領域のビデオ信号によって角膜
反射像と水晶体後面反射像との間隔を算出し、その間隔
から被検眼の視線方向を算出する。

［実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明を視野計に適用した第１の実施例の構成
図であり、１は固視標等を被検眼Ｅに提示するために被
検眼Ｅに対向して設けられたＣＲＴであって、このＣＲ
Ｔｌから被検眼Ｅに至る光軸Ｏ１上には、可視光を透過
し赤外光束を反射し、被検眼の眼軸に対して角膜反射像
及び水晶体後面反射像が瞳孔内に存在する程度に傾斜し
た反射面２ａを有するダイクロイックプリズム２、レン
ズ３が配置され、反射面２ａの反射方向の光軸０２上に
は、レンズ４、撮像素子５が配置されている。撮像素子
５の出力はビデオカメラ６に接続され、更にビデオカメ
ラ６の出力は信号処理器７に接続され、信号処理器７の
出力はＣＲＴＩに接続されている。また、第２図は光軸
Ｏ１、光軸０２に沿った光路図を示し、レンズ４の近傍
の光軸０２から被検眼Ｅに対して水平方向に偏心した位
置に赤外光束を出射する光源８が配置されている。

信号処理器７からの出力信号によって、ＣＲＴｌ上には
刺激光、固視光、バックグラウンド光が発生され、これ
らの光束は可視光であるため光軸０１上を進み、ダイク
ロイックプリズム２の反射面２ａ、レンズ３を介して被
検眼Ｅに至り、被検者にＣＲＴ　１による固視光を固視
させる。

一方、光源８からの光束は第２図に示すようにダイクロ
イックプリズム２、レンズ３を介して被検眼Ｅの前眼部
を斜め方向から照明し、この光束によって被検眼Ｅの前
眼部には光軸Ｏ１から水平方向にずれて、はぼ同一面に
角膜反射像ＲＣ及び水晶体後面反射像ＲＬが生成される
。前眼部による反射光束はレンズ３を経て反射面２ａで
反射され、レンズ４によって第３図ｆａ）に示すように
、撮像素子５上に前眼部像Ｍ及び角膜反射像ＭＣ１水晶
体後面反射像ＭＬが結像される。この画像はビデオカメ
ラ６によってビデオ信号として読み込まれ、信号処理に
必要な信号だけが信号処理器７の内部のメモリに記憶さ
れる。

この角膜反射像ＭＣと水晶体後面反射像ＭＬとの間隔ｄ
は、視線方向に依存しており、被検眼Ｅに対する光源８
の入射方向と視線方向とのなす角度をθとすると、この
角度θは間隔ｄに比例して次式％式％ なお、θ。は被検眼Ｅに対する光源８の入射方向と光軸
０１とのなす水平面における角度であり、ｄ、は視線方
向が光軸Ｏ１に一致した際の角膜反射像ＭＣと水晶体後
面反射像ＭＬとの基準間隔である。

従って、視線方向のパラメータである角度θを検知する
ためには、前眼部像Ｍから間隔ｄを算出する必要がある
。

撮像素子５上に結像された前眼部像Ｍは、ビデオカメラ
６によって各走査線β上の信号レベルが連続的に出力さ
れる。第３図ｆａ）の瞳孔像ｍｐを横切る走査線βｐに
おける信号レベルは、第３図（ｂ）に示すように強膜部
ｍａ及び虹彩部ｍｂで高く、瞳孔部ｍｐでは相対的に低
いので、適当な閾値ｈ１を設定して２値化することによ
り、各走査１ｆＡ！上で瞳孔ｍｐを容易に識別すること
ができる。なお、ｍｅは水平同期信号である。

角膜反射像ＭＣ及び水晶体後面反射像ＭＬは瞳孔像ｍｐ
の内部に必ず含まれ、これらは光軸Ｏ１から第３図（ａ
ｌの水平方向にのみずれているから、撮像素子５上で予
め走査綿Ｉ２１、氾２を指定してお（。そして、上述の
方法によって走査線ρｌ、Ｉ２２上で瞳孔像ｍｐの位置
及び幅を検出して、その位置及び幅を利用して角膜反射
像ＭＣ及び水晶体後面反射像ＭＬが含まれると予想され
る予想領域りを、例えば第３図（ａｌ　に斜線で示すよ
うに長方形領域で限定する。そして、この領域り内の信
号レベルのみを信号処理器７の内部のメモリに配憶する
。

角膜反射像ＭＣは前眼部Ｍの中で特に明る（、信号レベ
ルはかなり高いので、この角膜反射像ＭＣを横切る走査
線氾ｃ上のビデオ信号は、増幅レベルを第３図（ｂｌ　
よりも下げると第３図（ｃｌ　に示すようになる。従っ
て、この増幅レベルにおいて、領域り内の全てビデオ信
号に対して適当な閾値ｈ２を設定して２値化すれば、走
査線１２ｃ及び角膜反射像ＭＣの位置を検出することが
できる。

角膜反射像肛と水晶体後面反射像ＭＬとは水平方向にず
れているので、水晶体後面反射像ＭＬは同一の走査線Ｉ
２．ｃｌに存在するが、角膜反射像ＭＣの信号レベルと
水晶体後面反射像ＭＬの信号レベルとの間には２桁程度
の著しい格差があるため、同一の閾値ｈ２では同時に水
晶体後面反射像ＭＬの位置を検出することができない。

そこで、先ず増幅レベルを下げた第３図ｆｃｌに示すビ
デオ信号に対して閾値ｈ２で走査線Ｉ２ｃ及び角膜反射
像ＭＣを検出して、その後に増幅レベルを上げる。第３
図（ｄｌ　は走査線Ｉ２ｃ上のビデオ信号の信号レベル
を第３図（ｃ）の増幅レベルから２桁程度上げたもので
あり、走査線ｆｉｃのビデオ信号に対してこの増幅レベ
ルで閾値ｈ３を設定して２値化し、水晶体後面反射像Ｍ
Ｌの位置を検出する。なお、第３図ｆｄｌでは強膜部ａ
ａ及び角膜反射像ＭＣの信号レベルは高過ぎるため飽和
している。

このように、間隔ｄから視線方向を検知すれば、視線方
向は被検眼Ｅの撮像素子５上の位置に無関係となり、例
えば撮像素子５上で前眼部像Ｍが移動しても正確な測定
が可能となる。また、角膜反射像ＭＣの信号レベルは前
眼部像Ｍ内では著しく高いので、特に領域りを限定しな
（とも前眼部像Ｍ内で角膜反射像肛の検出は可能である
が、上述のように領域りを信号レベルの低い瞳孔像ｆｆ
１ｐ内に限定することにより、角膜反射像ＭＣ及び水晶
体後面反射像ＭＬの位置検出は正確に行われ、更に処理
する信号量が限定されるので処理を短時間で行うことが
でき、視線の動きに追従した視線検出が容易となる。な
お、角膜反射像ＭＣの検出により水晶体後面反射像ＭＬ
が含まれる位置を予想して領域を限定してもよい。

上述の実施例においては、視線方向のみを一次元的に検
出しているが、実際は二次元的に検出する必要が生ずる
場合が多い。第４図は二次元的に視線方向を検出する第
２の実施例の構成図であり、レンズ４の近傍には第１の
実施例の光源８の他に、反射面２ａを介して光軸０２か
ら被検眼Ｅに対して鉛直方向に偏心した位置に、赤外光
束を出射する光源８°が配置されており、他の構成は第
１の実施例と同様である。

光源８°からの光束は第１の実施例と同様の原理によっ
て、前眼部には鉛直方向にずれた角膜反射像ＲＣ’及び
水晶体後面反射像ＲＬ’が生成され、撮像素子５上に結
像される。この際の前眼部Ｍは第５図に示すようになっ
て、鉛直方向にずれる角膜反射像ＭＣ’　と水晶体後面
反射像ＭＬ’との間隔ｄ°から視線の光軸Ｏ１からの鉛
直方向のずれ角が検出される。なお、第１の実施例と同
様に瞳孔像ｍｐ内で領域Ｄ°を設定して、この領域内り
で処理を行えば検出時間が短縮され精度も向上する。

また、光源８．８°を光軸０２から等距離に配置してお
けば、視線方向が光軸旧と一致した際には間隔ｄ＝ｄ’
　となって容易に判定でき便利である。なお、光源８又
８°は必ずしも光軸０２から被検ｆｆｆｆ　Ｅに対して
水平方向又は鉛直方向にずれている必要はないが、光源
８．８°は第２の実施例のように水平方向、鉛直方向に
ずれて配置した方が信号処理が容易になる。

第６図は第３の実施例の構成図であって、第１の実施例
によるＣＲＴ　１の代りに被検眼Ｅに対向させて遮光性
のドーム９が設けられている。このドーム９には複数個
の穴部９ａが設けられ、この穴部９ａにはそれぞれレン
ズ１０が取り付けられ光源８が配置されている。光源８
”からの赤外光束はレンズ１０を介して被検眼Ｅに投影
されるようになっており、ドーム９の被検眼Ｅの正面に
は穴部９ｂが設けられており、その外側の光軸ｏ３上に
レンズ４、撮像素子５、テレビカメラ６が配置されてい
る。更に、図示は省略するが、複数個所に刺激光発生手
段が設けられている。

視線検出方法は第１の実施例と同様であるが、第２の実
施例のように２個の光源を設けて二次元的に検出するよ
うにしてもよい。図示しない信号処理器７の出力が光源
８”に接続されていて、信号処理器７からの信号によっ
て穴部９ａを介して測定光束が被検眼Ｅに投影される。

検出された視線方向は被検眼Ｅの固視状態の監視及び視
野を測定するために、刺激光を発生する位置の決定に利
用されるが、視線の動きに追従して正確に視線方向を検
出することができるので、視野計としての精度が向上す
る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る視線検出装置は、被検
眼の眼軸に対して傾斜した方向から被検眼に光束を投射
し、被検眼による反射光束を撮像素子上に受光してビデ
オ信号として撮像し、ビデオ信号から検知された撮像素
子上の瞳孔位置又は角膜反射像位置から水晶体後面反射
像位置を予測して、その予測位置を含む領域のビデオ信
号を用いて角膜反射像位置と水晶体後面反射像位置との
間隔を算出し、その間隔から被検眼の視線方向を検出す
るので、顔部や被検眼自体の移動には無関係に、精度良
（かつ短時間で視線方向を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る視線検出装置の実施例を示し、第１
図、第２図は第１の実施例の構成図、第３図（ａ）、第
５図はビデオカメラ上の前眼部像の説明図、第３図（ｂ
）〜（ｄ）はビデオ信号の説明図、第４図は第２の実施
例の光源配置の説明図、第６図は第３の実施例の構成図
である。 符号１はＣＲＴ、２はグイクロイックプリズム、５は撮
像素子、６はビデオカメラ、７は信号処理器、８は光源
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被検眼の眼軸に対して角膜反射像及び水晶体後面反
   射像が瞳孔内に存在する程度に傾斜した方向から被検眼
   に光束を投射する光束投射手段と、前記光束の被検眼に
   よる反射光束を撮像素子で撮像してビデオ信号を得る撮
   像手段と、前記ビデオ信号を基に前記撮像素子上での瞳
   孔位置又は角膜反射像位置を検知する位置検知手段と、
   該位置検知手段によって検知された前記瞳孔位置又は前
   記角膜反射像位置から水晶体後面反射像位置を予測して
   該水晶体後面反射像位置を含む領域を前記撮像素子上に
   限定する領域限定手段と、前記領域内のビデオ信号を用
   いて角膜反射像位置と前記水晶体後面反射像位置との間
   隔を算出する間隔算出手段と、前記間隔から被検眼の視
   線方向を検出する視線方向検出手段とを有することを特
   徴とする視線検出装置。