JPH05245106A - 視線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成でノイズ光を低減し、検出の精度を
向上した視線検出装置を提供すること。 【構成】ＬＥＤ１０からの赤外光は、偏光板１６ａによ
り直線偏光となり、ハーフミラー１２を介して、ビーム
スプリッタ１４ａにより反射され、１／４波長板１７に
よって円偏光となり撮影者の眼球２０１を照明する。眼
球反射光は円偏光であるが、１／４波長板１７によって
再び直線偏光となり、ビームスプリッタ１４ａで再反射
して、受光レンズ１３、ハーフミラー１２、偏光板１６
ｂを介してイメージセンサ１５上に集光する。この眼球
の像情報は、図示しないＣＰＵ２０に取り込まれ、該Ｃ
ＰＵ２０は眼球像の特徴座標を抽出し撮影者の視線の方
向を算出する。尚、上記偏光板１６ｂの光軸方向は、眼
球反射光の振動面と向きを合わせて配置されており、光
学系の内部で発生するノイズ光は眼球反射光と振動面と
が直交しているため遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カメラなどに用いられ
る視線方向の検出装置に係り、特に観察者の眼球に光線
を投光し、その反射光より得られるプルキンエ像を利用
して視線方向を検出する視線検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カメラへの情報の入力は、ダイヤ
ル、釦等による入力操作部材によって、測距や測光のた
めに必要となる情報を入力していたが、一般に、入力す
べき情報が増えると操作が煩雑になり易い。

【０００３】そこで、ファインダをのぞく撮影者の視線
方向を検出し、その視線情報によりカメラに指示を与え
る技術が、例えば特開平３−１０７９０９号公報、特開
昭６１−１７２５５２号公報等により開示されている。

【０００４】図７は、上記特開平３−１０７９０９号公
報により開示された装置の構成を示す図であり、同図に
示すように、観察光学系では、撮影レンズ１０１を通過
した光の光路上に跳ね上げミラー１０２が配置されてお
り、該跳ね上げミラー１０２の反射光の光路上には、ピ
ント板１０３、コンデンサレンズ１０４が設けられてい
る。

【０００５】そして、上記ピント板１０３及びコンデン
サレンズ１０４を通過した光の光路上には、ペンタプリ
ズム１０５が設けられており、該ペンタプリズム１０５
の反射面で反射した光の光路上には、視線検出を行なう
為の光学部材を兼ねた接眼レンズ１４が設けられてい
る。

【０００６】一方、視線検出光学系は、撮影者に対して
不感の光源である赤外発光ダイオード(LED;light emitt
ing diode)１０と投光レンズ１１とからなる照明部と、
ラインセンサ１５、ハーフミラー１２及び受光レンズ１
３とからなる受光部とから構成され、ダイクロックミラ
ーよりなるビームスプリッタ１４ａを有する接眼レンズ
１４の上方に配置されている。

【０００７】このような構成において、観察光学系にお
いて撮影レンズ１０１を通過した被写体光は、跳ね上げ
ミラー１０２により反射され、ピント板１０３の焦点近
傍に結像される。そして、ピント板１０３にて拡散した
被写体光はコンデンサレンズ１０４、ペンタダハプリズ
ム１０５、そして、ビームスプリッタ１４ａを有する接
眼レンズ１４を介して、撮影者の眼球２００におけるア
イポイント２０１ａに導かれる。

【０００８】一方、視線検出光学系においてＬＥＤ１０
から照射されたの赤外光は、投光レンズ１１により平行
光束にされ、接眼レンズのビームスプリッタ１４ａにお
いて反射され、撮影者の眼球２０１に照射される。そし
て、上記眼球２０１で反射した赤外光の一部は、ビーム
スプリッタ１４ａで再反射して、受光レンズ１３、ハー
フミラー１２を介してイメージセンサ１５上に結像され
る。

【０００９】図８は図７に示す装置を改良したものであ
り、２つのＬＥＤ１０ａ，１０ｂを設けることにより、
照明光の光軸を受光系の光軸からずらし、不要な反射光
を除去し、検出精度を向上させるように構成されたもの
である。

【００１０】図９は、上記イメージセンサ６で得られた
眼球の像情報を示す図であり、同図に示すような出力信
号に基づいて中央演算処理装置（ＣＰＵ）９により撮影
者の視線の方向が算出される。

【００１１】ここで、特開平２−５号公報では、上記視
線方向を角膜表面での反射光である第１プルキンエ像９
１の位置と虹彩の中心位置とから算出する技術が開示さ
れている。即ち、図１０に示すように眼球２００の角膜
２０１に光軸ｌに平行な光束５１を照射した場合に、光
学的に無限大の距離にある光源の像が角膜２０１の曲率
中心５４と角膜頂点５２との間の中点５３に生じる光点
を第１プルキンエ像として検出する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示した視線検出装置を有するカメラにおいては、照明光
と検出反射光とがハーフミラー１２から眼球２００まで
の間で共軸となっている為に、ＬＥＤ１０から投光され
た光束は投光レンズ１１やレンズ１４の表面で反射し、
その反射光の多くがセンサに入射してしまう。この検出
光学系内部での反射光（以下、ノイズ光と略す）は、検
出すべき眼球からの反射光に対して悪影響を及ぼす。

【００１３】そして、眼球表面２０１は凸面となってお
り、眼球表面からの反射光は本来弱いものとなるため眼
球からの反射光に対するノイズ光の割合が多くなりがち
であり検出精度が低下してしまっていた。また、この検
出光学系内部でのノイズ光を抑えるためにコストの掛か
るコーティングを必要としていた。

【００１４】さらに、図８に示す装置においては、ファ
インダのどの位置に眼球があるときでも眼球からの反射
光を検出するために複数の光源を必要とし、複雑な構成
にならざるを得ない。

【００１５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、簡単な構成でノイズ光を
低減し、検出の精度を向上した視線検出装置を提供する
ことにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の視線検出装置では、対象とする被写体像を
ビームスプリッタを介して観察する観察系と、上記ビー
ムスプリッタを介して観察者の眼球に光を照射する投光
手段と、上記投光手段により眼球に照射された光の該眼
球からの反射光を受光する受光手段と、上記受光手段か
らの出力信号に基づいて観察者の視線方向を検出する演
算手段とを有する視線検出装置において、上記投光手段
による照射光及び眼球からの反射光を少なくとも一部を
共有する光路上においてそれぞれ偏光させる偏光手段
と、上記照射光と反射光とが共有する光路中であって上
記偏光手段と眼球との間に配設され上記偏光光の位相を
変化させる光学手段とを具備することを特徴とする。

【００１７】

【作用】即ち、本発明の視線検出装置では、観察系によ
り対象とする被写体像がビームスプリッタを介して観察
される。一方、投光手段により上記ビームスプリッタを
介して観察者の眼球に光が照射されると、この照射によ
る上記眼球からの反射光が受光手段により受光され、該
受光手段からの出力信号に基づいて演算手段により観察
者の視線方向が検出される。このとき、上記投光手段に
よる照射光及び眼球からの反射光を偏光手段により偏光
させ、上記照明光と上記反射光とが共有する光路中であ
って上記偏光手段と眼球との間に配設された光学手段に
より、上記偏光光の位相が変化される。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の視線検出装置の概要を示す図
である。同図に示すように、被写体像を撮影者の眼球２
００まで導くための観察系１が設けられている。

【００１９】そして、投光部２からの照射光の光路上に
は偏光部２が設けられており、該偏光部２により偏光さ
れた光の光路上には、ハーフミラー７、ビームスプリッ
タ８が設けられている。そして、上記ビームスプリッタ
８で反射された光の光路上には光学部６が設けられてい
る。

【００２０】さらに、撮影者の眼球２００により反射さ
れた光の光路上では上記光学部６、ビームスプリッタ
８、ハーフミラー７を共有し、さらに偏光部５ｂが設け
られている。そして、上記偏光部５ｂにより偏光された
光の光路上には受光部３が設けられている。そして、上
記投光部２及び受光部３は演算部４に接続されている。
このような構成において、観察系１より対象とする被写
体像がビームスプリッタ８を介して観察される。

【００２１】一方、投光部２より照射された光は、偏光
部５ａおいて偏光された後、ハーフミラー７により反射
される。そして、この反射光はビームスプリッタ８によ
り反射され、光学部６により位相変化された後、眼球２
００に入射される。

【００２２】そして、上記眼球からの反射光は、再び光
学部６において位相変化された後、ビームスプリッタ８
により反射される。そして、この反射光はハーフミラー
７を透過して、偏光部５ｂにおいて偏光された後、受光
部３により受光される。さらに、演算部４において、上
記受光部３からの出力信号に基づいて観察者の視線方向
が検出される。以下、図１１を参照して、上記光学部６
において偏光光の位相を変化させるために用いられた１
／４波長板の性質について説明する。

【００２３】図１１（ａ）に示すように、１／４波長板
に直線偏光化されて光線が入射してその偏光入射光の振
動方向が１／４波長板の光軸に対して４５度の角度のと
きには、射出する光線は円偏光となる。

【００２４】そして、図１１（ｂ）に示すように、１／
波長板に円偏光化された光線が入射すると、射出する光
線は１／４波長板の光軸に対して４５度の角度の直線偏
光となる。

【００２５】また、図１１（ｃ）に示すように、１／４
波長板の光軸に対し４５度の振動方向を持つ直線偏光が
１／４波長板に入射し、その後反射して戻ってくると、
１／４波長板より射出する反射光の振動方向は入射光の
振動方向と直交するようになる。以下、図２を参照し
て、本発明を一眼レフカメラに適用した第１の実施例に
ついて説明する。

【００２６】同図に示すように、観察光学系では、撮影
レンズ１０１を通過した光の光路上には、跳ね上げミラ
ー１０２が配置されており、該跳ね上げミラー１０２の
反射光の光路上には、ピント板１０３、コンデンサレン
ズ１０４が設けられている。そして、上記ピント板１０
３及びコンデンサレンズ１０４を通過した光の光路上に
は、ペンタダハプリズム１０５が設けられており、該ペ
ンタダハプリズム１０５の反射面で反射した光の光路上
には、視線検出を行なう為の光学部材を兼ねた接眼レン
ズ１４が設けられている。

【００２７】一方、視線検出光学系は、撮影者に対して
不感の光源である赤外線発光ダイオード(LED;light emi
tting diode)５と偏光板１６ａと投光レンズ１１、１／
４波長板１７とからなる照明部と、電荷結合素子(CCD;c
harge couppled device)ラインセンサなどのイメージセ
ンサ１５、偏光板１６ｂとハーフミラー１２及び受光レ
ンズ１３、１／４波長板１７とからなる受光部とから構
成され、可視光を通過し赤外光を反射するダイクロック
ミラーよりなるビームスプリッタ１４ａを有する接眼レ
ンズ１４の上方に配置されている。

【００２８】このような構成において、観察光学系にお
いて、撮影レンズ１０１を通過した被写体光は、跳ね上
げミラー１０２により反射されピント板１０４の焦点面
近傍に結像する。

【００２９】さらに、ピント板１０４にて拡散した被写
体光はコンデンサレンズ１０５、ペンタダハプリズム１
０６、そしてビームスプリッタ１ａを有する接眼レンズ
１と１／４波長板１７とを介して、撮影者の眼球２００
におけるアイポイント２０１ａに導かれる。この１／４
波長板１７は、ここで使用する赤外光に対し１／４波長
の位相差を生じさせる機能を持つ。

【００３０】一方、視線検出光学系において、ＬＥＤ１
０から照射された赤外光は、偏光板１６ａによって直線
偏光となり、ハーフミラー１２を介して、接眼レンズ１
４のビームスプリッタ１４ａにおいて反射され、１／４
波長板１７によって円偏光となり撮影者の眼球２０１を
照明する。ここで、上記１／４波長板１７の光軸方向
は、偏光板１６ａの光軸方向、即ちＬＥＤ１０からの直
線偏光の振動面に対して、ほぼ４５度の角度をもってい
る。

【００３１】そして、上記眼球２０１で反射した赤外光
は円偏光であるが、１／４波長板１７によって再び直線
偏光となる。この直線偏光となった眼球反射光の振動面
は、照明光の振動面に対し直交している。

【００３２】さらに、この眼球からの反射光は、ビーム
スプリッタ１４ａで再反射して、受光レンズ１３、ハー
フミラー１２、偏光板１６ｂを介してイメージセンサ１
５上に集光する。

【００３３】ここで、上記偏光板１６ｂの光軸方向は、
眼球反射光の振動面と向きを合わせて配置されている。
よって、眼球からの反射光は偏光板１６ｂを通過するこ
とができるが、光学系の内部で発生するノイズ光は眼球
反射光と振動面とが直交しているため上記偏光板１６ｂ
を通過することができない。

【００３４】こうして、イメージセンサ１５で得られた
眼球の像情報は、インターフェイスを介してディジタル
化されＣＰＵ２０に取り込まれ、該ＣＰＵ２０は所定の
アルゴリズムに従い、眼球像の特徴座標を抽出し撮影者
の視線の方向を算出する。尚、上記１／４波長板１７の
反射面での反射光のごく一部は、イメージセンサ１５に
導かれてしまうので、この面に対しては反射光の注意が
必要である。さらに、反射面による反射によって光源の
像がイメージセンサ１５に結像することがないようにす
ることで精度を向上することができる。以下、図３及び
図４を参照して上記ＣＰＵ９の演算処理について説明す
る。スイッチオンなどの割り込みにより視線検出のシー
ケンスを始めると、まず照明光用の赤外発光ダイオード
ＬＥＤ１０をオンする（Ｓ１０１）。

【００３５】そして、眼球像を検出するイメージセンサ
１５をリセットして、光量積分を開始する（Ｓ１０
２）。このイメージセンサ１５は光量モニタ部を有して
おり、終了するとＣＰＵ２０に教える。

【００３６】次に、上記ＣＰＵ２０はセンサ積分終了を
待ち（Ｓ１０３）、終了したらＬＥＤ１０をオフし（Ｓ
１０４）、イメージセンサ１５からの像信号を読み取る
（Ｓ１０５）。

【００３７】そして、得られた眼球像よりプルキンエ像
位置・虹彩中心位置の特徴座標を検出する（Ｓ１０
６）。ここで、必要に応じて記憶しておいたノイズ光の
みの像データを用いてノイズ光除去の処理が像データに
施される。こうして、視軸の補正など加えて視線方向を
算出する（Ｓ１０７）。次に、図５を参照して、本発明
の第２の実施例に係る視線検出装置について説明する。
尚、第１の実施例と同一内容のものは同一番号で示し、
説明は省略する。本実施例は、第１の実施例において用
いられたハーフミラー１２の代わりに偏光の特性を持つ
偏光ハーフミラー１８を用いたことに特徴を有する。こ
のように、本実施例においてはハーフミラーの偏光特性
を管理しているために、眼球から検出光はほとんどハー
フミラーでのロスがない。そして、ただのハーフミラー
では約５０％光量がダウンするため、少ない発光量で十
分な検出像のＳ／Ｎを確保することができる。また、装
置の消費電流低減のほかに、検出インターバルを短くす
ることや、目に対して十分安全な光量で照明できるとい
う副次的な効果もある。

【００３８】さらに、装置内部のファインダからセンサ
に至る光学系において、偏光板を具備しているので、ノ
イズ光となるファインダからの逆入射光も低減すること
ができる。次に、図６を参照して、本発明の第３の実施
例に係る視線検出装置について説明する。尚、第１の実
施例と同一内容のものは同一番号で示し、説明は省略す
る。

【００３９】本実施例では、接眼レンズ１４が、ダイク
ロックミラーによるビームスプリッタ１４ａと１／４波
長板１７とを有し、さらに、接眼レンズ１４の射出面１
９を球面にしていることに特徴を有する。

【００４０】このように接眼レンズの射出面１９を球面
にすることによって、射出面１９での反射光が光路外に
偏向するようにした受光部に直接返ることを防ぐことが
できる。以上、本発明の実施例について説明したが、本
発明はこれに限定されることなく、改良、変更が可能で
あることは勿論である。

【００４１】例えば、偏光光の位相変化部として１／４
波長板を用いた実施例について説明してきたが、この１
／４波長板の代わりに１／２波長板を用いることも可能
である。

【００４２】そして、光路途中でミラー・プリズムなど
を有する光学系においては、最終的にノイズ光と眼球反
射光とが直交する偏光となるようにして、ノイズ光が遮
断されるようになっていればよい。また、ＬＥＤの後に
偏光板を置き照明光を直線偏光にしたが、円偏光になる
ようにしてもよい。

【００４３】さらに、実施例をカメラを例に説明した
が、本発明はカメラに特定されるものではなく、接眼レ
ンズを通じて使用者が物体を観察する他の光学機器、例
えば双眼鏡、顕微鏡などにも適用できることは勿論であ
る。

【００４４】以上詳述したように、本発明の視線検出装
置によれば、偏光部と偏光光の位相変化部とを組み合わ
せて用いることによって、装置内部でのノイズ光を遮断
して眼球からの反射光のみを選択的に検出することがで
きる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な構成でノイズ光
を低減し、検出の精度を向上した視線検出装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の視線検出装置の概念図である。

【図２】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図３】ＣＰＵ２０の機能を説明するための図である。

【図４】ＣＰＵ２０による視線検出の動作を示す図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施例の構成を示す図である。

【図７】従来の視線検出装置の構成を示す図である。

【図８】従来の視線検出装置の構成を示す図である。

【図９】検出像である第１プルキンエ像の様子を示す図
である。

【図１０】第１プルキンエ像の検出について説明するた
めの図である。

【図１１】１／４波長板の性質について説明するための
図である。

【符号の説明】

１…観察系、２…投光部、３…受光部、４…演算部、５
…偏光部、６…光学部、７…ハーフプリズム、８…ビー
ムスプリッタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象とする被写体像をビームスプリッタ
   を介して観察する観察系と、 上記ビームスプリッタを介して観察者の眼球に光を照射
   する投光手段と、 上記投光手段により眼球に照射された光の該眼球からの
   反射光を受光する受光手段と、 上記受光手段からの出力信号に基づいて観察者の視線方
   向を検出する演算手段と、を有する視線検出装置におい
   て、 上記投光手段による照射光及び眼球からの反射光を、少
   なくとも一部を共有する光路上においてそれぞれ偏光さ
   せる偏光手段と、 上記照射光と反射光とが共有する光路中であって上記偏
   光手段と眼球との間に配設され上記偏光光の位相を変化
   させる光学手段と、を具備することを特徴とする視線検
   出装置。