JPH08322797A

JPH08322797A - 視線検出装置

Info

Publication number: JPH08322797A
Application number: JP7153868A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Ozaki; 弘康尾崎
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-05-29
Filing date: 1995-05-29
Publication date: 1996-12-10
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: US5608489A; JP3477279B2

Abstract

(57)【要約】【目的】観察光学系の光軸外から照明光を投光する構
成を前提として、照明光の光量を有効に利用することが
できる視線検出装置の提供を目的とする。【構成】視線検出装置は、ファインダーを覗く撮影者
の眼Ｅにその光軸外からアナモフィックな照明光を投光
する投光系と、眼Ｅからの反射光を受光して反射光の光
量分布に対応する信号を出力する受光系とを備える。投
光系１０により投光される照明光は、カメラを撮影画面
が横長となるよう構えた際にファインダー窓の下側から
投光範囲Ｌ内に投光され、横方向にはほぼ平行で所定の
幅を持ち、縦方向にはファインダー系の光軸Ａｘ1に向
けて発散する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばカメラのファ
インダー系に設けられて撮影者がファインダー内のいず
れの位置に注目しているかを検出する視線検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の視線検出装置は、例えば特開平
2-5号公報に開示されている。この公報に開示される視
線検出装置は、平行光束である照明光を観察光学系であ
るファインダー系のアイピースを通して撮影者の眼に入
射させる投光系と、眼からの反射光を受光素子で受光し
て反射光の光量分布に対応した信号を出力する受光系
と、この受光系からの出力を電気的に処理して視線の方
向を検出する演算手段とから概略構成されている。

【０００３】投光系は、眼がファインダー系の光軸方向
に移動した場合にも照明光が眼に入射するように、ファ
インダー系の光軸に沿って照明光を投光する。また、受
光系は、ファインダーを覗く撮影者の視線を捉えるた
め、その光軸はファインダー系の光軸に一致するよう設
けられている。

【０００４】照明光の一部は、角膜で反射されて受光素
子上に第１プルキンエ像を形成し、他の一部はファイン
ダーを覗く眼の瞳孔を通って網膜に達し、網膜からの反
射成分による像を受光素子上に形成する。

【０００５】演算手段は、受光素子の出力信号に基づい
て瞳孔中心から第1プルキンエ像までの距離を求め、こ
の距離と予め設定された瞳孔中心から角膜の曲率中心ま
での距離とに基づいて眼球の回旋角を求める。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の視線検出装置では、撮影者が眼鏡を装用してい
る場合には、眼鏡による正反射成分が眼球からの反射成
分に重畳するため、眼球からの反射成分のみを分離する
のが困難となり、検出結果にエラーが含まれる可能性が
高く、さらには検出自体が不可能となる場合もある。

【０００７】また、従来の装置では瞳孔中心の座標が網
膜からの反射成分に基づいて決定されるため、眼の位置
や周囲の明るさによって反射成分の強度が変化しやす
く、検出結果のバラツキが大きくなるという問題があ
る。

【０００８】一方、ファインダー系の光軸外から照明光
を眼に入射させる場合には、眼が光軸方向に移動した場
合にも照明光が眼に入射するように、所定の広がり角を
もって照明光を投光する必要がある。

【０００９】ただし、投光系に全ての方向について均一
の広がり角を持たせると、利用されない範囲にまで光が
達することとなり、光量を有効に利用することができな
いという問題が生じる。例えばファインダー窓の下側か
ら投光する場合、ファインダーを覗く眼は必ず投光部よ
り上側に位置するため、これより下側に向けた照明光は
利用されずに無駄になる。

【００１０】

【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、観察光学系の光軸外から照
明光を投光する構成を前提として、照明光の光量を有効
に利用することができる視線検出装置の提供を目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる視線検
出装置は、上記の目的を達成させるため、観察光学系を
覗く撮影者の眼に観察光学系の光軸外からアナモフィッ
クな照明光を投光する投光系を設けたことを特徴とす
る。眼からの反射光は、受光系の受光素子で受光されて
反射光の光量分布に対応する信号が出力され、この出力
信号に基づき演算手段において観察者の視線方向を演算
する。

【００１２】照明光をファインダー光軸外から投光する
と、瞳孔は実像として検出されるために安定した検出が
可能となり、また、眼鏡による正反射成分は眼からの反
射成分とは異なる位置に結像するためその分離が容易と
なる。

【００１３】さらに、照明光をアナモフィックとするこ
とにより、投光系の投光範囲を限定することができ、光
源の光量を有効に利用することができる。したがって、
単一の光源から発する光束によっても十分な光量を得る
ことができる。

【００１４】照明光の方向性は、観察者の眼の方向を基
準として定義され、あるいは、受光系の主たる検出方向
を基準として定義される。

【００１５】観察者の目を基準とする場合には、眼の横
方向にはほぼ平行で所定の幅を持ち、縦方向には観察光
学系の光軸側に向けて発散するアナモフィックな照明光
を、通常の使用状態において観察光学系を覗く眼の下瞼
側から投光するのが望ましい。

【００１６】一般に上瞼は下瞼より眼球を大きく覆って
いるため、照明光を上瞼側から投光する構成とすると、
下瞼側から投光する場合と比較して照明光が瞼に遮られ
て眼球に届かない可能性が高い。

【００１７】受光系の検出方向を基準とする定義は、受
光系が観察光学系内の一次元方向における視線方向を主
として検出する場合に成立する。この場合には、一次元
方向に相当する方向にはほぼ平行で所定の幅を持ち、こ
れと垂直な方向には観察光学系の光軸側に向けて発散す
るアナモフィックな照明光を投光するのが望ましい。

【００１８】この構成によれば、受光系の主たる検出方
向における照明光の光量分布のムラが少なくなり、検出
精度の低下を防ぐことができる。

【００１９】観察光学系がカメラのファインダー系であ
る場合、投光系は、カメラを横長の写真が得られるよう
に構えた際にファインダー窓の下側となる方向から、横
方向にはほぼ平行で所定の幅を持ち、縦方向にはファイ
ンダー系の光軸に向けて発散するアナモフィックな照明
光を投光するのが望ましい。

【００２０】この構成によれば、撮影画面を横長とする
のが一般的であると考えれば、前記の観察者の眼を基準
とした定義に一致し、かつ、受光系の主たる検出方向が
ファインダー視野の長手方向であると仮定すると、前記
の受光系の検出方向を基準とする定義にも一致する。

【００２１】投光系は、例えば、単一の光源から発する
光束を縦方向にはほぼ平行光で横方向には発散光とする
投光レンズと、投光レンズを透過した光束が入射する位
置に設けられ、照明光をファインダー系の光軸側に向け
て反射させると共に、横方向にはほぼ平行光、縦方向に
は発散光とするパワーを有する投光プリズムとを備え
る。

【００２２】投光プリズムの射出側の端面は、ファイン
ダー窓の近傍に配置され、ファインダー系の視野の長辺
方向と平行な長辺を有する矩形の投光窓として機能させ
ることができる。

【００２３】また、投光プリズムの光が透過する端面の
少なくとも１面をフレネルレンズ面とすることによりレ
ンズ面を薄くすることができ、ファインダー系近傍のス
ペースを有効に利用することができる。

【００２４】

【実施例】以下、この発明にかかる視線検出装置の実施
例を説明する。図１は、実施例にかかる視線検出装置が
設けられた一眼レフカメラのファインダー部分の光学系
を示す説明図である。なお、以下の説明では、カメラを
撮影画面が横長となるよう構えた際の方向性を基準と
し、図１に示すように、ファインダー系の光軸Ａｘ1の
方向をｘ軸、縦(上下)方向をｙ軸、横(左右)方向を紙面
と垂直なｚ軸で表現することとする。

【００２５】図示せぬ撮影レンズを透過してクイックリ
ターンミラーで反射された被写体からの光束は、ペンタ
プリズム１内で反射されアイピースレンズ２、赤外反射
型のビームスプリッター３を透過して撮影者の眼球Ｅに
入射する。

【００２６】視線検出装置は、アイピースレンズ２およ
びビームスプリッター３の下側に配置され、観察光学系
であるファインダーを覗く撮影者の眼Ｅにその光軸外か
らアナモフィックな照明光を投光する投光系１０と、ビ
ームスプリッター３の上側に配置され、眼Ｅからの反射
光を受光して反射光の光量分布に対応する信号を出力す
る受光系２０とを備える。受光系２０の出力信号は、演
算手段３０に入力され、演算手段３０はこの信号に基づ
いて観察者の視線方向を演算する。

【００２７】投光系１０は、光源としての赤外ＬＥＤ１
１と、このＬＥＤ１１から発する発散光を透過させるア
ナモフィックな投光レンズ１２、そして投光レンズ１２
を透過した光束をファインダー系の光軸Ａｘ1側に向け
て反射させる投光プリズム１３から構成される。

【００２８】投光レンズ１２と投光プリズム１３との各
面は、いずれもｘ−ｙ平面、あるいはｘ−ｚ平面のいず
れか一方にのみパワーを持つシリンドリカル面である。
これらの面のパワーを表１に示す。

【００２９】

【表１】投光レンズ１２投光プリズム１３入射端面射出端面入射端面射出端面１２ａ１２ｂ１３ａ１３ｂｘ−ｙ平面無正無負ｘ−ｚ平面負無正無

【００３０】投光レンズ１２は、入射端面１２ａ、射出
端面１２ｂが母線が互いに直交するシリンドリカル面で
ある。投光プリズム１３の入射端面１３ａは、フレネル
レンズ型のシリンドリカルレンズ面である。

【００３１】ＬＥＤ１１から発した発散光は、ｘ−ｙ平
面内では図１に示されるように投光レンズ１２によりほ
ぼ平行光束となり、投光プリズム１３の反射面１３ｃで
反射されると共に、負のシリンドリカル面である射出端
面１３ｂの作用により発散光として射出される。一方、
ｘ−ｚ平面内では、図２に示されるように、ＬＥＤ１１
から発した発散光は投光レンズ１２により発散し、投光
プリズム１３の入射端面１３ａの作用によりほぼ平行光
束とされて射出される。

【００３２】投光プリズム１３の射出端面１３ｂは、図
３に示されるように、ファインダー窓の下側に隣接して
配置され、ファインダー視野の長辺方向と平行な長辺を
有する矩形の投光窓として機能する。投光系１０により
投光される照明光の投光範囲Ｌは、図３に破線で示され
る通りである。照明光は、カメラを撮影画面が横長とな
るよう構えた際にファインダー窓の下側から投光され、
ｚ軸方向にはほぼ平行で所定の幅を持ち、ｙ軸方向には
ファインダー系の光軸Ａｘ1に向けて発散する。

【００３３】受光系２０は、コンデンサレンズ２１と、
ミラー２２、結像レンズ２３、ＣＣＤセンサ２４から構
成されている。ビームスプリッター３で反射された眼Ｅ
からの反射光は、コンデンサレンズ２１により集光さ
れ、ミラー２２で反射された後、結像レンズ２３により
ＣＣＤセンサ２４上に結像する。ＣＣＤセンサ２４は、
コンデンサレンズ２１と結像レンズ２３とを介して眼Ｅ
の瞳孔とほぼ共役な位置にある。

【００３４】ＣＣＤセンサ２４は、画素が二次元に配列
したエリアセンサである。ただし、受光系２０の視線検
出方向が一次元の座標のみでよい場合には、画素が一次
元に配列したラインセンサを用いることもできる。

【００３５】ＣＣＤセンサ２４上の眼の像ＥＩは、裸眼
の場合には例えば図４(A)に示した通りとなる。黒目部
分は、虹彩ＩＲとその中心に位置する瞳孔ＰＵであり、
瞳孔ＰＵ内に角膜からの鏡面反射成分により形成される
第１プルキンエ像ＰＩが位置している。ＣＣＤセンサ２
４の破線で示したラインＡ上の画素列の出力は、図４
(B)に示すように周辺の白目部分の輝度が虹彩ＩＲ、瞳
孔ＰＵに相当する部分で段階的に低くなり、第１プルキ
ンエ像ＰＩの部分で白目部分より高いピークが形成され
る。

【００３６】照明光をファインダー光軸外から投光して
いるため、瞳孔を実像として検出することが可能とな
り、網膜からの反射光に基づいて検出する場合と比較し
て、眼の位置や周囲の明るさの変化による反射成分の強
度の変化が小さく、検出結果のバラツキを小さく抑える
ことができる。

【００３７】ファインダー視野内のｚ軸方向における視
線方向のみを求める場合には、演算手段３０は、図４
(B)に示される信号に基づいてｚ軸座標の瞳孔中心から
第1プルキンエ像までの距離を求め、この距離と予め設
定された瞳孔中心から角膜の曲率中心までの距離とに基
づいて眼の回旋角を求める。撮影者が注視しているファ
インダー内の座標は、この回旋角から求めることができ
る。

【００３８】ファインダー内にｚ軸方向に配列した複数
の対象ゾーンが設けられている場合、上記の求められた
座標に基づいて撮影者がいずれの対象ゾーンを注視して
いるのかを判断することができ、これにより視線による
情報入力が可能となる。例えば、複数の焦点検出系を備
えるカメラにおいては、撮影者が注視する被写体に近い
焦点検出系を選択して撮影レンズを合焦させることがで
きるし、複数の撮影モード等を有するカメラにおいて
は、ファインダー内の所定の領域を注視することによ
り、モードの変更等を行わせることができる。

【００３９】一方、撮影者が眼鏡を装用している場合に
は、ＣＣＤセンサ２４上には、図５(A)に示したように
眼の像ＥＩと眼鏡からの反射成分ＧＩとが分離して形成
される。図５(B)は、それぞれ図５(A)中のラインＡ，
Ｂ，Ｃ上の画素列の出力を示す。照明光をファインダー
系の光軸上から入射させると、眼鏡による反射成分と眼
からの反射成分とが同一の領域に像を形成するため、出
力Ａと出力Ｃ、あるいは出力Ｂと出力Ｃとが重畳した形
でしか信号を得ることができず、視線方向の検出が困難
であった。

【００４０】照明光をファインダー系の光軸外から入射
させることにより、眼鏡からの反射成分と眼からの反射
成分とが互いに干渉しない位置に結像するため、この例
ではラインＢ上の画素列の出力を用いることにより、ｚ
軸方向における視線方向を裸眼の場合と同様に容易に検
出することができる。

【００４１】図６〜図８は、投光系の変形例を示す。い
ずれの変形例も、照明光の投光範囲は上述の実施例と同
一である。なお、これらの例では説明を簡単にするため
に受光系を図示していない。受光系は、上記の実施例と
同様の光学系を利用することができる。

【００４２】図６の例では、ペンタプリズム１を挟んで
アイピースレンズ２の反対側にＬＥＤ１１と投光レンズ
１２とが設けられ、ペンタプリズム１を透過した照明光
が投光プリズム１３により投光される。投光レンズ１２
はｘ−ｙ平面内にのみ正のパワーを持つシリンドリカル
レンズであり、投光プリズム１３はｘ−ｙ平面では負の
パワー、ｘ−ｚ平面では正のパワーを有する。

【００４３】図７の例では、ペンタプリズム１を挟んで
アイピースレンズ２の反対側にＬＥＤ１１が設けられ、
ＬＥＤ１１から発した光はペンタプリズム１とファイン
ダースクリーン４との間に配置された透明板１５の内部
を伝達して眼側に投光される。透明板１５の射出側の端
面は、ｘ−ｙ平面内では光束を上側に向けるプリズム効
果を得るために下側に向けて斜めに切断され、ｘ−ｚ平
面内では正のパワーを持つフレネルレンズ型のシリンド
リカルレンズ面とされている。

【００４４】図８の例では、ＬＥＤ１１がアイピースレ
ンズ２の上側に設けられ、Ｌ字型の透明板１６がペンタ
プリズム１とアイピースレンズ２との間からアイピース
レンズ２の下側を通して配置されている。透明板１６の
射出側の端面は、図７に示した透明板１５と同一形状で
ある。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、観察光学系の光軸外から照明光を投光する構成とし
たため、撮影者が眼鏡を装用している場合にも視線方向
を正確に検出することができ、しかも、アナモフィック
な照明光を用いることにより、照明光の光量を有効に利
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる視線検出装置を備
えるカメラのファインダーの光学系を示す側面図であ
る。

【図２】図１に示した実施例の投光系を示す平面図で
ある。

【図３】実施例の投光系による照明光の投光範囲を示
す斜視図である。

【図４】実施例の構成により裸眼を測定した際のＣＣ
Ｄセンサ上に形成される像と所定の画素列の出力とを示
す説明図である。

【図５】実施例の構成により眼鏡を装用した眼を測定
した際のＣＣＤセンサ上に形成される像と所定の画素列
の出力とを示す説明図である。

【図６】実施例の投光系の変形例を示す光学系の説明
図である。

【図７】実施例の投光系の他の変形例を示す光学系の
説明図である。

【図８】実施例の投光系のさらに他の変形例を示す光
学系の説明図である。

【符号の説明】

１ペンタプリズム２アイピースレンズ３ビームスプリッター１０投光系１１ＬＥＤ１２投光レンズ１３投光プリズム２０受光系２１コンデンサレンズ２２ミラー２３結像レンズ２４ＣＣＤセンサ３０演算手段

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【手続補正書】

【提出日】平成８年２月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる視線検
出装置は、上記の目的を達成させるため、観察光学系を
覗く撮影者の眼に観察光学系の光軸外から照明光を投光
するアナモフィックな投光系を設けたことを特徴とす
る。眼からの反射光は、受光系の受光素子で受光されて
反射光の光量分布に対応する信号が出力され、この出力
信号に基づき演算手段において観察者の視線方向を演算
する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察光学系を覗く撮影者の眼に前記観察光
学系の光軸外からアナモフィックな照明光を投光する投
光系と、前記眼からの反射光を受光して該反射光の光量分布に対
応する信号を出力する受光系と、該受光系の出力信号に基づいて前記観察者の視線方向を
演算する演算手段とを有することを特徴とする視線検出
装置。
【請求項２】前記投光系は、単一の光源から発する光束
をアナモフィックな照明光とすることを特徴とする請求
項１に記載の視線検出装置。
【請求項３】前記投光系は、通常の使用状態において前
記観察光学系を覗く眼の下瞼側から、眼の横方向ではほ
ぼ平行で所定の幅を持ち、縦方向では前記観察光学系の
光軸側に向けて発散するアナモフィックな照明光を投光
することを特徴とする請求項１に記載の視線検出装置。
【請求項４】前記受光系は、前記観察光学系内で所定の
一次元方向における視線方向を主として検出し、前記投
光系は、前記一次元方向に相当する方向にはほぼ平行で
所定の幅を持ち、これと垂直な方向には前記観察光学系
の光軸側に向けて発散するアナモフィックな照明光を投
光することを特徴とする請求項１に記載の視線検出装
置。
【請求項５】前記観察光学系は、カメラのファインダー
系であり、前記投光系は、カメラを撮影画面が横長とな
るよう構えた際にファインダー窓の下側となる方向か
ら、横方向にはほぼ平行で所定の幅を持ち、縦方向には
前記ファインダー系の光軸に向けて発散するアナモフィ
ックな照明光を投光することを特徴とする請求項１に記
載の視線検出装置。
【請求項６】前記投光系は、前記ファインダー窓の近傍
に、前記ファインダー系の視野の長辺方向と平行な長辺
を有する矩形の投光窓を備え、該投光窓を介してアナモ
フィックな照明光を投光することを特徴とする請求項５
に記載の視線検出装置。
【請求項７】前記投光系は、単一の光源から発する光束
を前記縦方向にはほぼ平行光で横方向には発散光とする
投光レンズと、該投光レンズを透過した光束が入射する
位置に設けられ、前記照明光を前記ファインダー系の光
軸側に向けて反射させると共に、前記横方向にはほぼ平
行光、縦方向には発散光とするパワーを有する投光プリ
ズムとを備えることを特徴とする請求項５に記載の視線
検出装置。
【請求項８】前記投光プリズムは、光が透過する端面の
少なくとも１面がフレネルレンズ面であることを特徴と
する請求項７に記載の視線検出装置。
【請求項９】前記投光プリズムの射出側の端面は、前記
ファインダー系の視野の長辺方向と平行な長辺を有する
矩形の投光窓として機能することを特徴とする請求項７
に記載の視線検出装置。