JP2016049261A - 照明撮像装置および視線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】瞳孔が収縮している場合や目が撮像カメラの近傍に焦点を合わせている場合であっても一定以上の輝度の瞳孔画像を得ることができるように照明と撮像を行うことが可能な照明撮像装置を提供する。【解決手段】検知光を出射する光源１１の光軸１１Ｃと、撮像部材１２の光軸１２Ｃとの交差部に、グリッド偏向素子である偏光板１４と波長板１５が設けられている。光源１１から発せられた光は偏光板１４で反射され、波長板１５を透過して対象物に与えられる。光源１１の光軸１１Ｃを撮像部材１２の光軸１２Ｃに一致させることで、撮像部材１２で明瞳孔画像を鮮明に取得できるようになる。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置の撮像光軸とほぼ同軸に照明光を与えることができる照明撮像装置、および前記照明撮像装置を使用した視線検出装置に関する。

人間の目には、網膜による光の反射に再帰性の特性があり、瞳孔から入射した光はその入射方向の反対の方向に強く反射する。このため、視線検出装置においては、対象者の顔を撮影する際に、撮影カメラの光軸と同軸に光源を配置させることによって、対象者の目からの反射光の光路と撮影カメラの光軸を重ね、これによって瞳孔が明るい状態の画像を取得し、この画像から瞳孔画像を抽出して視線を検出することが提案されている。

このように画像を撮影するための装置としては、輪帯状に光源を設け、この光源全体の輝度分布の重心位置（仮想光軸）がカメラの光軸と同一となるように配置した輪帯照明方式（例えば特許文献１）が知られている。

ここで、目の特性として、瞳孔画像を得るためにはカメラで撮影される網膜の領域に照明光が到達している必要があるが、瞳孔が収縮しているために撮影される網膜の領域が小さい場合や、カメラとほぼ等距離の範囲に目が焦点を合わせている場合には瞳孔画像が得られにくいことが分かっている。

国際公開２０１２／０２０７６０号公報

しかしながら、上記輪帯方式は構造が単純ではあるが、光源とカメラの光軸を厳密に同軸に合わせるのが困難であり、このような配置関係において、瞳孔が収縮している場合や目が撮像カメラの近傍に焦点を合わせている場合は一定以上の輝度の瞳孔画像を得ることは難しい。

そこで本発明は、撮像装置の撮像光軸とほぼ同軸に照明光を与えることができる照明撮像装置を提供することを目的としている。

また本発明は、瞳孔が収縮している場合や目が撮像カメラの近傍に焦点を合わせている場合であっても、一定以上の輝度の瞳孔画像を得ることができるように照明と撮像を行うことが可能な視線検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、検知光を出射する光源と、前記光源からの照明光が与えられた対象物の画像を取得する撮像部材とを備えた照明撮像装置において、
前記光源と前記撮像部材は、光軸が互いに交差して配置されており、
前記光源の光軸と前記撮像部材の光軸との交差部に配置されて、前記光源からの入射光の一部を反射し残りを透過させる分岐素子と、前記光源と前記分岐素子との間に配置されて、前記撮影部材の画角に基づいて光の発散角を調整する発散角調整素子と、前記分岐素子で分岐された前記照明光以外の光の進行方向前方に配置された反射防止部材と、が設けられていることを特徴とする
ものである。

本発明は、撮像部材による撮像光軸に、光源の発光光軸を一致させ、または接近させることができるため、光源からの照明光が与えられた対象物の画像を撮像部材で鮮明に取得できる。例えば、対象物である人の目の瞳孔が収縮している場合や、人の目が撮像部材とほぼ等距離の範囲に焦点を合わせている場合であっても、瞳孔画像（明瞳孔画像、暗瞳孔画像）を確実に取得することができる。

例えば、前記分岐素子は、グリッド偏光子と波長板とから構成され、前記検知光の偏光成分はｐ偏光成分とｓ偏光成分を含み、前記波長板が、ぞれぞれの前記光軸に対して傾けて配置されていることを特徴とするものである。

あるいは、前記分岐素子は、ポルカドット方式の反射鏡であることを特徴とする。
さらには、前記分岐素子は、波長選択式の反射鏡であることを特徴とするものである。

前記いずれかの分岐素子を使用することにより、光の吸収損失が少なく、光の利用効率を高くできる。

また、偏光板にグリッド偏光子を使用することで、光源からの光を発散角調整素子によって発散光にして偏光板に与えた場合でも、偏光板から対象物に減衰の小さい発散光を与えることができる。これにより、光源から出射される検知光と対象物からの反射光の減衰を抑えることができ、検知光の利用効率を高く維持することができる。また、撮像部材への入射光量を十分確保できるため、ＳＮ比の低下を防ぐことができ、瞳孔画像の抽出や視線方向の検出を高精度で行うことができる。

特にグリッド偏光子を使用することにより、可視光から赤外光までの広い波長範囲で高い偏光分離性能を得ることができる。また、耐熱性に優れるため、自動車の車室内などの高温環境下でも偏光分離が可能である。

また、振幅型の分岐素子としてポルカドット方式の反射鏡を使用すると、透過と反射の割合を調整しやすくなり、例えば、透過と反射比率が５０％に近い分岐素子を実現することも可能である。

また、発散角調整素子を使用すると、光源から発せられる照明光の発散角を撮像部材の画角に合わせることができ、撮像部材で常に対象者の顔を含む広い範囲の画像を鮮明に取得できるようになる。

本発明の照明撮像装置においては、前記光源からの光のうち、分岐素子により照明光として対象者に向かう以外の光の進行方向前方に反射防止部材が配置されている。

これにより、対象者に与えられない光が再度分岐素子に、あるいは直接に撮像部材に入射することを抑えることができ、対象者の視線方向の検出を精度良く行うことができる。

以上のように、本発明は、高効率の分岐素子、発散角調整素子、反射防止部材等を総合的に最適化することで、対象者の照明光強度を向上するとともに、装置自身眼からのフレア発生を抑制することで、総合的に高いＳＮ比を有する照明撮像装置を実現することが可能となる。

本発明の視線検出装置は、前記照明撮像装置が使用され、前記光源が点灯したときに、前記撮像部材で明瞳孔画像が取得され、前記光源よりも波長の長い第２の光源が点灯したときに、前記撮像部材で暗瞳孔画像が取得されることを特徴とするものである。

前記第２の光源は、前記光源から前記分岐素子に至る光路とは別の光路上に配置されているものとして構成できる。または、前記第２の光源は、前記光源から前記分岐素子に至る光路上に配置されているものとして構成できる。

本発明の視線検出装置は、明瞳孔を撮影するための光源の発光方向を、撮像部材の撮像光軸に一致させまたは接近させることができるため、明瞳孔画像を鮮明に撮影できるようになる。よって、撮像時の条件によらずに対象者の視線方向を精度良く検出することが可能となる。

本発明の照明撮像装置は、照明光を撮像部材の光軸に一致させまたは接近させて与えることができ、撮像部材で鮮明な画像を取得することができる。

本発明の視線検出装置は、明瞳孔画像を鮮明に取得できるようになり、瞳孔が収縮している場合や目が撮像カメラの近傍に焦点を合わせている場合であっても一定以上の輝度の瞳孔画像を得ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る照明撮像装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る照明撮像装置を含む視線検出装置の構成を示すブロック図である。 人の目の視線の向きと照明撮像装置との関係を示す平面図である。 瞳孔中心と角膜反射光の中心とから視線の向きを算出するための説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る照明撮像装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。以下、対象者の視線を検出するための視線検出装置に用いる照明撮像装置について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る照明撮像装置の概略構成を示す図であり、図２は、本実施形態に係る照明撮像装置を含む視線検出装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る照明撮像装置１０は、第１の光源１１と、撮像部材１２と、発散角調整素子として機能するレンズ１３と、偏光型の分岐素子として機能する偏光板１４ならびに波長板１５と、さらに反射防止部材１６とを備える。

図２に示すように、本実施形態に係る視線検出装置２０は、前記照明撮像装置１０と、演算制御部ＣＣとを備え、自動車の車室内の、例えばインストルメントパネルやウインドシールドの上部などに、対象物（対象者）である運転者の顔に向けるように設置される。

図１に示す第１の光源１１は、赤外線光を発するＬＥＤ（発光ダイオード）である。第１の光源１１の前方に前記レンズ１３が設けられており、第１の光源１１の光軸１１Ｃとレンズ１３の光軸１３Ｃとが一致している。第１の光源１１から出射された検知光は、光軸１１Ｃに沿った光路Ｌ１１を進行してレンズ１３に入射する。レンズ１３は、組み合わせレンズや非球面単レンズであって、配光特性が調整され、偏光板１４側へ出射角度θを有する発散光となって出射される。この射出角θは、撮像部材１２の画角に基づいて決定される。

実施の形態での第１の光源１１は、ＬＥＤであり、検知光として、波長８５０ｎｍ（第１波長）の赤外光（近赤外光）を出射する。

偏光板１４は、入射光の偏光成分に応じて、入射光の一部を反射し残りを透過させる損失の少ない光学素子であり、例えばワイヤーグリッド偏光子を用いる。ワイヤーグリッド偏光子は、透光性の基板と、この基板に平行に並べられた多数の金属ワイヤ（例えばアルミニウム）とで構成されている。ワイヤーグリッド偏光子は、前記金属ワイヤに垂直な電界ベクトルを有する入射光（ｐ偏光成分と定義する）を透過し、ワイヤに平行な電界ベクトルを有する入射光（ｓ偏光成分と定義する）を反射する。

第１の光源１１であるＬＥＤから発せられる検知光の偏光成分のうち、ワイヤーグリッド偏光子に対しては、ｓ偏光成分のほとんどが反射され、ｐ偏光成分のほとんどが透過する。第１の光源１１から発せられる光はレンズ１３によって出射角度がθとなる発散光となるが、ワイヤーグリッド偏光子を使用すると、発散状態で入射するｓ偏光成分を発散光として反射させることができる。

偏光板１４は、第１の光源１１の光軸１１Ｃとレンズ１３の光軸１３Ｃに対して、４５度の角度を成すように対象者側に傾けて配置される。これにより、偏光板１４からの反射光は、レンズ１３の光軸１３Ｃに対して９０度を成す方向（光路Ｌ１２）に向けて発散光として出射される。

偏光板１４からの反射光の光路Ｌ１２上には、波長板１５が配置されている。波長板１５は、偏光板１４からの反射光の光路Ｌ１２に対して所定角度γだけ傾けて配置されている。偏光板１４と波長板１５は互いに非平行となるように配置している。波長板１５を光軸１２Ｃに対して傾けて配置することにより、光源からの照明光が波長板１５で反射され、撮像部材１２に入射するようなフレアの発生を避けることができる。傾ける角度γは、撮影部材１２の画角に依存する。また偏光板１４と波長板１５とを非平行にしているのは、波長板１５を偏光板１４と同じ角度にすると波長板１５が大型化するためである。したがって、偏光板１４と波長板１５とを接着して一体化する場合は、波長板１５は偏光板１４と同じ角度（この場合４５°）に配置されることになる。

波長板１５は、例えばλ／４波長板を用いることができる。偏光板１４を反射したｓ偏光成分は、波長板１５を透過することで位相差が９０度シフトされて円偏光に変換される。偏光板１４で反射されて波長板１５を透過した円偏光成分は対象者の顔に向かう。この光は拡散光であるため、対象者の目を含む広い領域で、ほぼ顔全体を照明できるようになる。

対象者の目を含む領域（ほぼ顔全体）で反射された光は、波長板１５に向かって光路Ｌ１３上を戻る。この反射戻り光は、対象者に反射されて位相差が１８０度変化して光路Ｌ１２で進んだ円偏光と逆向きの円偏光となる。この円偏光がλ／４波長板である波長板１５を透過すると、その透過光は主にｐ偏光波に変換され、ほとんどの光成分が偏光板１４を透過して撮像部材１２側へ向かって光路Ｌ１４上を進む。

撮像部材１２は、撮像素子１２Ａと対物レンズ１２Ｂを備える。撮像素子１２Ａとしては、例えば、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）やＣＣＤ（電荷結合素子）などを用いる。対物レンズ１２Ｂは、レンズ１３の出射角度とほぼ等しい画角θを有し、対象者の目で反射されて偏光板１４を透過した光を撮像素子１２Ａ上に集光させる。撮像部材１２は、その光軸１２Ｃが、第１の光源１１の光軸１１Ｃと互いに略直交するように配置され、その交差部に偏光板１４が配置されている。撮像部材１２の光軸１２Ｃは、偏光板１４から撮像部材１２へ入射する光の光路Ｌ１４に重なっている。撮像部材１２は、波長板１５と偏光板１４を経て入射した、運転者の目を含む顔の画像を取得する。撮像素子１２Ａでは、二次元的に配列された複数の画素で光が検出される。

図１に示すように、レンズ１３からの出射角度θの範囲内であって、偏光板１４に関してレンズ１３と反対側に、反射防止部材１６が設けられている。別言すると、反射防止部材１６は、第１の光源１１から偏光板１４に入射した光のうち、偏光板１４を透過した光の光路上に配置されている。反射防止部材１６は、それに入射する光の光路を変換して戻り光を抑える反射鏡や、入射した光を吸収する部材で構成され、例えば、第１の光源１１から出射される検知光の波長の光を吸収する材料で構成する。反射防止部材１６は、表面にくさび状の凹凸をつけることで、吸収と反射防止効果を高める構成とすることが可能である。

ここで、偏光板１４として使用されるワイヤーグリッド偏光子は、ｓ偏光成分の反射率が９０％程度で、ｐ偏光成分の透過率が８０％程度である。第１の光源１１から発せられてレンズ１３で配光調整された検知光のｐ偏光成分が占める比率は５０％程度となるのが一般的である。波長板１５の光透過率は９８％程度であるため、第１の光源１１から発せられた光が撮像素子１２Ａで取得されるまで光路上での光の利用率は、偏光板１４と波長板１５以外の部分での光の減衰を無視して計算すると、
０．５（レンズ１３を透過したｓ偏光成分）×０．９（偏光板１４によるｓ偏光成分の反射効率）×０．９８（波長板１５の光透過効率）×０．９８（波長板１５の光透過効率）×０．８（偏光板１４によるｐ偏光成分の透過効率）＝０．３４６（３４．６％）
以上の通りである。これに対し、偏光板１４と波長板１５の代わりに通常の金属ハーフミラーを用いると、第１の光源１１から発せられた光に対して撮像素子１２Ａで受光させることができる光量は、金属による吸収のためせいぜい１６％程度である。このように、前記偏光板１４と波長板１５を使用することにより、第１の光源から発せられた光を照明光として使用したときに対象物（対象者）の画像を鮮明に取得できる。

前記実施の形態では、撮像部材１２が運転者などの対象者と対向し、光源１１からの照明光が分岐素子で反射されて対象者に向かう構成となっているが、光源１１と対象者とを対向させ、対象者からの反射光を分岐素子で反射させて撮像部材１２で撮像する構成も可能である。

図１に示すように、照明撮像装置１０を含む視線検出装置２０には、第２の光源１７が設けられている。

第２の光源１７は、第１の光源１１から偏光板１４に至る光路Ｌ１１とは別の光路上に配置されている。例えば、第２の光源１７は、偏光板１４の影響を受けることがないように、偏光板１４よりも対象物（対象者）に近い側に配置されることが好ましい。

第２の光源１７は赤外光を発するＬＥＤであり、発せられる赤外光の波長は９４０ｎｍである。第１の光源１１から発せられる８５０ｎｍの赤外光（近赤外光）は、人の目の眼球内で吸収されにくい波長であり、眼球の奥の網膜での光の反射率が高くなる。これに対し、第２の光源１７から発せられる９４０ｎｍの赤外光は、眼球内で吸収されやすく、網膜での光の反射率が低い。

第１の光源１１からの光路Ｌ１１は、偏光板１４で反射されて、撮像部材１２に設けられている対物レンズ１２Ｂの光軸１２Ｃとほぼ一致する。この構造では、第１の光源１１が点灯したときに、対象者の目の網膜で反射された波長８５０ｎｍの赤外光が、瞳孔を通じて撮像素子１２Ａで鮮明に取得されるようになる。このときの取得画像が明瞳孔画像である。第１の光源１１の光軸１１Ｃと対物レンズ１２Ｂの光軸１２Ｃを一致させることで、比較的明るい環境下で使用されたような場合であっても、明瞳孔画像を鮮明に取得できるようになる。

これに対し、第２の光源１７は、対物レンズ１２Ｂの光軸１２Ｃから離れた位置に配置されている。第２の光源１７から発せられる波長９４０ｎｍの赤外光は、網膜での光吸収率が高く、網膜からの反射率が小さくなるが、それでも少しの量の光は網膜で反射される。しかし、第２の光源１７の光軸１７Ｃと、対物レンズ１２Ｂの光軸１２Ｃとをずらしておくことにより、第２の光源１７を点灯したときに、撮像素子１２Ａで取得される画像に瞳孔からの反射光が写りにくくなる。このときの取得画像が暗瞳孔画像である。

図２に示すように、演算制御部ＣＣは、コンピュータのＣＰＵやメモリで構成されており、図２に示す各ブロックの機能は、予めインストールされたソフトウエアを実行することで演算が行われる。

演算制御部ＣＣには、光源制御部２１と、画像取得部２２と、瞳孔画像抽出部３０と、瞳孔中心算出部３３と、角膜反射光中心検出部３４と、視線方向算出部３５とが設けられている。

撮像部材１２で取得された画像は、フレームごとに画像取得部２２に取得される。画像取得部２２で取得された画像は、フレームごとに瞳孔画像抽出部３０に読み込まれる。瞳孔画像抽出部３０は、明瞳孔画像検出部３１と暗瞳孔画像検出部３２とを備えている。

第１の光源１１と第２の光源１７の点灯は、光源制御部２１によって切換え制御される。第１の光源１１が点灯しているときは、瞳孔画像抽出部３０の明瞳孔画像検出部３１で明瞳孔画像が検出され、第２の光源１７が点灯しているときは、暗瞳孔画像検出部３２で暗瞳孔画像が検出される。

図３は、対象者の目４０の視線の向きと照明撮像装置１０との関係を模式的に示す平面図である。図４は、瞳孔中心と角膜反射光の中心とから視線の向きを算出するための説明図である。図３（Ａ）と図４（Ａ）は、対象者の視線方向ＶＬが撮像部材１２の光軸１２Ｃに沿っている場合であり、図３（Ｂ）と図４（Ｂ）は視線方向ＶＬが撮像部材１２の光軸１２Ｃからずれている場合である。

目４０は前方に角膜４１を有し、その後方に瞳孔４２と水晶体４３が位置している。そして最後部に網膜４４が存在している。

波長８５０ｎｍの検知光は、網膜４４上で反射されやすいため、第１の光源１１が点灯したときに、撮像部材１２で取得される画像では、網膜４４で反射された赤外光（近赤外光）が瞳孔４２を通じて検出され、瞳孔４２が明るく見える。この画像が明瞳孔画像として明瞳孔画像検出部３１で抽出される。前述のように、第１の光源１１の光軸１１Ｃと、撮像部材１２に設けられた対物レンズ１２Ｂの光軸１２Ｃとが実質的に一致しているため、第１の光源１１が点灯しているときに、明瞳孔画像を鮮明に取得することができる。

これに対して、波長９４０ｎｍの検知光は、網膜４４上で反射されにくいため、第２の光源１７が点灯したときに撮像部材１２で取得される画像では、網膜４４から赤外光がほとんど反射されず、瞳孔４２が暗く見える。この画像が暗瞳孔画像として、暗瞳孔画像検出部３２で抽出される。特に、第２の光源１７の光軸１７Ｃと対物レンズ１２Ｂの光軸１２Ｃとを離しておくことで、第２の光源１７が点灯したときに、取得される暗瞳孔画像に、瞳孔が写りにくくなる。

瞳孔画像抽出部３０では、明瞳孔画像検出部３１で検出された明瞳孔画像から暗瞳孔画像検出部３２で検出された暗瞳孔画像がマイナスされて、瞳孔４２の形状が明るくなった瞳孔画像信号が生成される。この瞳孔画像信号は、瞳孔中心算出部３３に与えられる。瞳孔中心算出部３３では、瞳孔画像信号が画像処理されて二値化され、瞳孔４２の形状と面積に対応する部分のエリア画像を算出される。さらに、このエリア画像を含む楕円が抽出され、楕円の長軸と短軸との交点が瞳孔４２の中心位置として算出される。

一方、波長８５０ｎｍと波長９４０ｎｍの検知光はいずれも、角膜４１の表面で反射され、その反射光が明瞳孔画像検出部３１と暗瞳孔画像検出部３２の双方で検出される。特に暗瞳孔画像検出部３２では、瞳孔４２の画像が暗いため、角膜４１の反射点４５から反射された反射光が明るくスポット画像として検出される。

暗瞳孔画像検出部３２で検出された暗瞳孔画像信号は、角膜反射光中心検出部３４に与えられる。暗瞳孔画像信号は、３と図４に示す、角膜４１の反射点４５から反射された反射光による輝度信号が含まれている。角膜４１の反射点４５からの反射光はプルキニエ像を結像するものであり、図４に示すように、撮像部材１２の撮像素子には、きわめて小さい面積のスポット画像が取得される。角膜反射光中心検出部３４では、スポット画像が画像処理されて、角膜４１の反射点４５からの反射光の中心が求められる。

瞳孔中心算出部３３で算出された瞳孔中心算出値と角膜反射光中心検出部３４で算出された角膜反射光中心算出値は、視線方向算出部３５に与えられる。視線方向算出部３５では、瞳孔中心算出値と角膜反射光中心算出値とから視線の向きが検出される。

図３（Ａ）に示す場合では、人の目４０の視線方向ＶＬが、撮像部材１２の光軸１２Ｃと一致している。このとき、図４（Ａ）に示すように、角膜４１からの反射点４５の中心が瞳孔４２の中心と一致している。これに対して、図３（Ｂ）に示す場合では、人の目４０の視線方向ＶＬが、撮像部材１２の光軸１２Ｃと異なる方向へ向けられている。このとき、図４（Ｂ）に示すように、瞳孔４２の中心と角膜４１からの反射点４５の中心とが位置ずれする。

視線方向算出部３５では、瞳孔４２の中心と、角膜４１からの反射点４５の中心との直線距離αが算出される（図４（Ｂ））。また瞳孔４２の中心を原点とするＸ−Ｙ座標が設定され、瞳孔４２の中心と反射点４５の中心とを結ぶ線とＸ軸との傾き角度βが算出される。さらに、前記直線距離αと前記傾き角度βとから、視線方向ＶＬが算出される。

視線方向算出部３５において、視線方向ＶＬを精度良く算出するためには、瞳孔４２の中心座標と反射点４５の中心座標を高精度に検出することが必要である。

なお、視線検出装置２０には、第１の光源１１と第２の光源１７ならびに撮像部材１２を有する照明撮像装置１０が２組設けられることが好ましい。２組の照明撮像装置１０使用することにより、瞳孔の検出やプルキニエ像の
検出を、ステレオ方式で三次元的に求めることができる。

以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）対象者の目からの反射光が偏光板１４から撮像部材１２へ入射する光路Ｌ１４が、撮像部材１２の光軸１２Ｃに重なるように構成されているため、周囲が明るい場合や、対象者の目の瞳孔が収縮している場合、あるいは対象者の目が撮像部材１２とほぼ等距離の範囲に焦点を合わせている場合であっても、明瞳孔画像を確実に取得することができ、これにより、撮像時の条件によらずに対象者の視線方向を精度良く検出することが可能となる。

（２）光学素子として偏光板１４を用いたことにより、第１の光源１１から出射される検知光や対象者の目からの反射光の減衰を抑えることができ、検知光の利用効率を高く維持することができる。これにより、撮像部材１２への入射光量を十分確保できるため、ＳＮ比の低下を防ぐことができ、瞳孔画像の抽出や視線方向の検出を高精度で行うことができる。

（３）偏光板１４としてグリッド偏光子を用いることにより、可視光から赤外光までの広い波長範囲で高い偏光分離性能を得ることができる。また、耐熱性に優れるため、自動車の車室内などの高温環境下でも偏光分離が可能である。さらに、レンズ１３を用いて発散状態となった赤外光を対象物に送ることが可能になる。

（４）反射防止部材１６を設けたことにより、偏光板１４を透過して対象者に与えられない光が撮像部材１２に入射することを抑えることができ、これにより、対象者の視線方向の検出を精度良く行うことができる。

（５）発散角調整素子として機能するレンズ１３を設けることで、撮像部材の画角と照明光の照明角を最適な関係に保つことができ、照明の効率化とフレアの低減を図ることができる。

次に、本発明の変形例について説明する
（ａ）装置構成としての変形例
図１では、第２の光源１７を、第１の光源１１の光軸と離れた位置に配置しているが、第１の光源１１の位置に、２つの波長の光を発する２つの発光源（発光チップ）を配置してもよい。この場合には、検知光として、波長８５０ｎｍ（第１波長）の赤外光と波長９４０ｎｍ（第２波長）の赤外光を選択的に出射できるようにする。

ただし、暗瞳孔画像に瞳孔を写りにくくするためには、９４０ｎｍの光を発する第２の光源１７の光軸１７Ｃを、対物レンズ１２Ｂの光軸１２Ｃから離しておくことが好ましい。

なお、第２の光源１７として第１の光源１１と同じ波長の光を発するＬＥＤなどを使用し、対物レンズ１２Ｂの光軸１２Ｃから大きく離しておいてもよい。この場合、対物レンズ１２Ｂと同軸に光を発する第１の光源１１を点灯したときに明瞳孔画像が取得され、対物レンズ１２Ｂの光軸１２Ｃから大きく離れた光源が点灯したときに、撮像素子１２Ａで暗瞳孔画像が取得される。

（ｂ）分岐素子の変形例
前記実施の形態では、偏光型の分岐素子として、偏光板１４ならびに波長板１５とが組み合わされて使用されている。従来の分岐素子の例として、樹脂を一方向に引き伸ばした偏光板や金属のハーフミラーなどが一般的なものとして使用されているが、これら従来の分岐素子は吸収損失が比較的大きい。そこで、本発明で使用される分岐素子は、吸収などの損失が少なく効率の良いものが好ましく、高効率の分岐素子としては、前記偏光型の他に振幅型や波長選択型などを使用することができる。

振幅型の分岐素子としては、透明基板に島状に反射部が点在するポルカドット方式の反射鏡を利用することができる。この反射鏡は、通常の金属ミラーを用いたハーフミラーとは異なり、点在する島部の反射率を可能な限り高く設定できる。透過と反射の割合は島状の反射部とそれ以外の透明部分との比率によって決定されるため、吸収損失が少なく、透過と反射比率を５０％に近い状態に設定した分岐素子とすることができる。この分岐素子の場合、角度変化による特性の変化が小さいという利点も有する。

分岐素子として波長選択型の反射鏡を利用することも可能である。これはある決められた帯域の波長の光を反射・透過するミラーで、その他の波長の光は透過させる。このような分岐素子もポルカドットと同程度の高い効率を実現できる。

（ｃ）発散角調整素子
前記実施の形態では、発散角調整素子として、組み合わせレンズや非球面単レンズなどのレンズ１３が使用されている。

撮影部材１２は、あらかじめ決められた角度範囲（画角）の画像を取得するものであるため、第１の光源１１からの照明光は少なくともこの画角範囲を照明できることが必要である。第１の光源１１としては、実施の形態で説明したＬＥＤの他にレーザなどを発する固体光源が使用される。これらの光源はその物理的構造により様々な発散角を持つ。これら光源固有の発散角を撮影に必要な範囲の角度に調整するのが発散角調整素子である。本明細書での発散角調整とは、光源の発散角を狭める、あるいは広げる、均一性を改善する等、使用する光源に応じた様々な調整を意味している。

この調整素子の役割は、必要な画角範囲に照明光を集中し、照明効率を高めることと、それ以外の無駄な光の割合を少なくし、フレアの発生抑制することで画像のＳＮを向上するという役割をもつ。このような機能を発揮できる発散角調整素子としては、前記レンズ１３の他、反射鏡やフレネルレンズなどが使用される。

（ｄ）反射防止部材の変形例
反射防止部材としては、第１の光源１１から発せられる光の進行方向に対して傾けた反射鏡を配置し、分岐素子に直接戻らない構成としたものや、微小なくさび構造に反射防止塗料を塗布したものなどが使用可能である。

以上のように、本発明に係る照明撮像装置は、対象者の視線を検出するための視線検出装置における照明及び撮像に有用である。

１０、１１０ 照明撮像装置
１１ 第１の光源
１１Ｃ 光軸
１２ 撮像部材
１２Ａ 撮像素子
１２Ｂ 対物レンズ
１２Ｃ 光軸
１３ レンズ（発散角調整素子）
１４ 偏光板（分岐素子）
１５ 波長板
１６ 反射防止部材
１７ 第２の光源
３０ 瞳孔画像抽出部
３１ 明瞳孔画像検出部
３２ 暗瞳孔画像検出部
３３ 瞳孔中心算出部
３４ 角膜反射光中心検出部
３５ 視線方向算出部
４０ 目

Claims (7)

1. 検知光を出射する光源と、前記光源からの照明光が与えられた対象物の画像を取得する撮像部材とを備えた照明撮像装置において、
   前記光源と前記撮像部材は、光軸が互いに交差して配置されており、
   前記光源の光軸と前記撮像部材の光軸との交差部に配置されて、前記光源からの入射光の一部を反射し残りを透過させる分岐素子と、
   前記光源と前記分岐素子との間に配置されて、前記撮影部材の画角に基づいて光の発散角を調整する発散角調整素子と、
   前記分岐素子で分岐された前記照明光以外の光の進行方向前方に配置された反射防止部材と、
   が設けられている
   ことを特徴とする照明撮像装置。
2. 前記分岐素子は、グリッド偏光子と波長板とから構成され、前記検知光の偏光成分はｐ偏光成分とｓ偏光成分を含み、前記波長板が、ぞれぞれの前記光軸に対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明撮像装置。
3. 前記分岐素子は、ポルカドット方式の反射鏡であることを特徴とする請求項１に記載の照明撮像装置。
4. 前記分岐素子は、波長選択式の反射鏡であることを特徴とする請求項１に記載の照明撮像装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の照明撮像装置が使用され、前記光源が点灯したときに、前記撮像部材で明瞳孔画像が取得され、前記光源よりも波長の長い第２の光源が点灯したときに、前記撮像部材で暗瞳孔画像が取得されることを特徴とする視線検出装置。
6. 前記第２の光源は、前記光源から前記分岐素子に至る光路とは別の光路上に配置されている請求項５記載の視線検出装置。
7. 前記第２の光源は、前記光源から前記分岐素子に至る光路上に配置されている請求項５記載の視線検出装置。

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