JP6567257B2 - 眼鏡レンズを有する光学装置、及びそれを用いた眼鏡、並びに眼鏡型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば使用者が眼鏡をかけた状態で、使用者の視界を遮ることなく、視点検出等を行うことができる眼鏡レンズを有する光学装置、及びそれを用いた眼鏡、並びに眼鏡型表示装置に関する。

下記特許文献にはヘッドマウントディスプレイ等の表示装置に関する発明が開示されている。ヘッドマウントディスプレイは、使用者の頭部に装着され、眼前に画像を表示するための眼鏡型表示装置で構成される。

また眼鏡の使用者の瞳孔を撮影できる光学系を有した商品も開発されている。これら光学系では、一部の光を反射させるビームスプリッタやミラー等を組み合わせた光学機構を構成している。このような光学機構では、ビームスプリッタは光学設計上から４５°の傾きを持って配置される。

その結果、装置全体が大きくなり、また部品点数が多くコストが上昇するといった問題があった。

このように従来においては、瞳孔を直接撮影できたり、あるいは画像を表示できる機能を備えたスマートな眼鏡や眼鏡型表示装置は存在しなかった。

国際公開第２０１２／１０５５００号パンフレット 国際公開第２０１０／０６４５８２号パンフレット 国際公開第２０１４／０４１８７１号パンフレット 特開２０１３−１８７７９４号公報

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、特に、従来に比べて、簡単な光学機構で且つ薄い膜厚の眼鏡レンズを用いて画像を取得し、あるいは画像を表示することができる眼鏡レンズを有する光学装置、及びそれを用いた眼鏡、並びに眼鏡型表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、光反射層を備えた眼鏡レンズを有する光学装置であって、前記光反射層は、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方を透過し、他方を反射する偏光層であり、前記光反射層は、前記眼鏡レンズの光軸直交方向に対して、０°よりも大きく３０°よりも小さい傾きを有しており、複数の前記光反射層が、接触せずに互いの端部同士が光軸方向に離れて配置され、前記光反射層により光軸方向に対して斜めに反射した画像光を取得し、及び／又は、画像光を前記眼鏡レンズに向けて光軸方向に対して斜め方向に出力するための画像光機能部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、光反射層を光軸直交方向に対して０°よりも大きく３０°よりも小さい傾きで配置した。これにより、正反射を防止でき、且つ出光角を全反射臨界角より小さくできる。

そして本発明では、画像光機能部にて、光反射層により光軸方向に対して斜めに反射した画像光を取得したり、斜めに投影する画像光を光軸方向に出力することができ、特に、薄い膜厚の眼鏡レンズで且つ簡単な光学機構でそれを実現することが可能になる。また、多重反射を抑制でき、視認性に優れた画像を取得し、あるいは画像を表示することができる。

本発明では、このとき、前記眼鏡レンズと前記画像光機能部との間に偏光板が配置されており、前記偏光層と前記偏光板との偏光透過軸とが直交していることが好ましい。これにより、コントラストの高い画像を取得し、あるいはコントラストの高い画像を表示することができる。

また本発明では、前記偏光層は、ワイヤグリッド偏光子であることが好ましい。

あるいは本発明では、前記光反射層が、波長選択性を有しており、例えば、ＲＧＢ反射特性、近赤外反射特性、及び赤外反射特性の少なくとも１種以上の反射特性を有する構成であってもよい。

また本発明では、前記眼鏡レンズは、一対の透明基材と、前記一対の透明基材の間に配置された前記光反射層と、前記一対の透明基材の間を埋める透明接着樹脂と、を有して構成されることが好ましい。これにより、眼鏡レンズの薄型化を図ることができる。

また本発明では、さらに、吸収型偏光層が外光の光入射側に配置されることが好ましい。これにより、外光の多重反射を改善することができる。

また本発明は、上記のいずれかに記載の光学装置を有する眼鏡であって、使用者の瞳孔画像を撮影する前記画像光機能部としての撮像素子を有することを特徴とする。

これにより、眼鏡越しの視認性を確保しつつ、瞳孔画像を撮影することができる。すなわち瞳孔画像は斜め方向の反射画像として取得できるため、撮像素子を眼鏡レンズの横後方位置に配置できる。したがって、使用者が眼鏡をしたときに、瞳孔画像によって眼鏡越しの前方の視認性が失われることなく瞳孔画像を適切に撮像素子で取得し、瞳孔画像に基づく分析を行うことが可能である。

本発明では、さらに、前記光反射層を介して瞳周辺を照明するための照明部を備えることが好ましい。これにより、適切に瞳孔画像を得ることができる。また本発明では、前記光反射層は偏光層であり、前記撮像素子と前記眼鏡レンズとの間、あるいは、前記照明部と前記眼鏡レンズとの間、又は、前記撮像素子と前記眼鏡レンズとの間及び前記照明部と前記眼鏡レンズとの間に、前記偏光層の偏光透過軸と直交する偏光透過軸を備えた偏光板が配置されていることが好ましい。

本発明では、さらに、外界を撮影する外界用撮像素子を備え、前記外界用撮像素子にて撮影された外界画像と、前記瞳孔画像とに基づいて、視点検出を可能としたことが好ましい。

また本発明は、上記のいずれかに記載の光学装置を有する眼鏡型表示装置であって、使用者の眼前に画像を表示するための前記画像光機能部としての投影装置を有することを特徴とする。これにより、薄い膜厚の眼鏡レンズで且つ簡単な光学機構で使用者の眼前に画像を表示することができる。

また本発明では、さらに、使用者の瞳孔画像を撮影する前記画像光機能部としての撮像素子、及び前記光反射層を介して瞳周辺を照明するための照明部を備えることが好ましい。例えば、投影装置により、使用者の眼前に画像を表示させた状態で、撮像素子により使用者の瞳孔画像を観察して視点検出を行うことで、目の動きに合わせて画像を動かしたり画像内に所定の指示を与える等、手を使わずとも所定の動作を行うことが可能になる。

本発明によれば、従来に比べて、簡単な光学機構で且つ薄い膜厚の眼鏡レンズを用いて画像を取得し、あるいは画像を表示することができる眼鏡レンズを有する光学装置、及びそれを用いた眼鏡、並びに眼鏡型表示装置を提供することができる。

本実施の形態に係る眼鏡レンズの模式図（断面図）である。 本実施の形態に係る眼鏡レンズを用いた光学機構を説明するための模式図（斜視図）である。 図２Ａあるいは図２Ｂに示す光学機構を用いて実験を行った際の写真である。 図３に示す各写真の模式図である。 第１の実施の形態を示す眼鏡の模式図（斜視図）である。 第２の実施の形態を示す眼鏡の模式図（斜視図）である。 第３の実施の形態を示す眼鏡型表示装置の模式図（斜視図）である。 第１の実施の形態の眼鏡の光学機構を説明するための模式図（断面図）である。 第２の実施の形態の眼鏡の光学機構を説明するための模式図（断面図）である。 第３の実施の形態の眼鏡の光学機構を説明するための模式図（断面図）である。 図１１Ａは、ワイヤグリッド偏光子の断面図であり、図１１Ｂは、ワイヤグリッド偏光子の平面模式図である。 本実施の形態に係る眼鏡レンズの製造工程を説明するための工程図（模式図）である。 図１２の次に行われる工程図（模式図）である。

本実施の形態に係る眼鏡レンズの模式図（断面図）である。図１に示すように、眼鏡レンズ１は、一対の透明基材２、３と、透明基材２、３の間に介在する光反射層４と、透明基材２、３間を埋める透明接着樹脂５とを有して構成される。

透明基材２、３は、所定厚にて形成された板状であり、具体的には２５μｍ〜１０００ μｍ程度の厚みで形成される。

本実施の形態では、透明基材２、３の材質を限定するものでない。例えば、透明基材２、３として、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等のプラスチックレンズや無機ガラス等を用いることができる。ただし、眼鏡レンズ１として曲面成形する場合、透明基材２、３には、樹脂（プラスチック）を用いることが好適である。透明基材２、３における全光線透過率は８０％以上であることが好ましく、より好ましくは９０％以上である。

図１に示すように、光反射層４は、ＸＹ平面に対して斜めに傾いて配置されている。ここでＸＹ平面に直交するＺ方向は、眼鏡レンズ１の光軸方向Ｏを指す。ここで「光軸」とは、レンズ内を通過する光束の代表となる幅方向中心の仮想的な光線をいい、例えば、眼鏡レンズ１の物体側の外面及び眼側の内面の曲率中心を結ぶ直線である。図１に示す模式図では、外界側の外面及び眼側の内面が夫々、ＸＹ平面と平行な平面として示されているが、実際には、外界側、及び眼側が球面あるいは非球面の屈曲面からなる凸レンズあるいは凹レンズで構成される。

図１に示すように、光反射層４は光軸方向Ｏの直交方向（Ｘ；光軸直交方向）に対して０°よりも大きく３０°よりも小さい傾き角度θ１にて傾斜配置されている。

図１に示すように、複数の光反射層４が不連続に配置されている。ここで「不連続に配置」とは、光反射層４が接触せずに互いの端部同士が離れて配置された状態を指す。図１に示すように各光反射層４は光軸方向Ｏと平行な方向に重なっていない。各光反射層４はいずれも、光軸直交方向（Ｘ）に対して０°よりも大きく３０°よりも小さい傾き角度θ１にて傾斜配置されている。各光反射層４はいずれも略同一の傾き角度θ１にて配置されている。また、光学設計上、場所によって各光反射層４の傾き角度を変えることも可能である。例えば、眼鏡レンズ１の端部に向かうに従い、緩やかな傾き角度で光反射層４を配置したり、あるいは、傾きが急となるように光反射層４を配置することもできる。

光反射層４は例えば偏光層である。偏光層としては、複屈折の異なる薄膜を積層した偏光子やワイヤグリッド偏光子等を用いることができる。複屈折の異なる薄膜を積層した偏光子には、３Ｍ社製の多層複屈折フィルムＡＰＦ、ＤＢＥＦ等を用いることができる。また、ワイヤグリッド偏光子には、旭化成イーマテリアルズ（株）製のワイヤグリッド偏光フィルム等がある。

図１に示す光反射層４は透明性が高いことが好ましく、光反射層４が偏光層の場合、透過率（可視光）は、３０％以上であることが好ましく、反射率は１５％以上であることが好ましい。

ワイヤグリッド偏光子について説明する。図１１Ａは、本実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子（ワイヤグリッド偏光フィルム）の断面図である。

ワイヤグリッド偏光子２０は、保持基材（ベースフィルム）２１と、保持基材２１の表面２１ａに設けられた樹脂基材２２と、を有して構成されている。

図１１Ａに示すように、樹脂基材２２の基材表面２２ａには、複数の格子状凸部２３が設けられている。図１１Ａに示すように、樹脂基材２２は、所定厚からなる基材層２４と格子状凸部２３とが一体的に形成されている。

保持基材２１は、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムやポリカーボネートフィルム、ＣＯＰ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＳ、ＰＥ、アクリル、ポリイミド系の高透過性のフィルムであることが好ましい。樹脂基材２２は、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。

図１１Ａに示すように、各格子状凸部２３の表面の少なくとも一部に誘電体層２６を介して金属層（金属ワイヤ）２７が形成されている。誘電体層２６は形成されていなくてもよい。かかる場合、金属層２７が直接、格子状凸部２３の表面に形成される。

誘電体層２６を構成する誘電体は、可視領域で実質的に透明であればよい。樹脂基材２２を構成する材料及び金属層２７を構成する金属との間の密着性が高い誘電体材料を好適に用いることができる。例えば、珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はその複合体（誘電体単体に他の元素、単体又は化合物が混ざった誘電体）や、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バリウム（Ｂａ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はそれらの複合物を用いることができる。

金属層（金属ワイヤ）２７を構成する金属は、可視光領域で光の反射率が高く、誘電体層２６を構成する材料との密着性の高いものであることが好ましい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）又はそれらの合金で構成されていることが好ましい。コストの観点から、アルミニウム又はその合金で構成されることがさらに好ましい。

図１１Ｂは、本実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の平面模式図である。図１１Ｂに図示された複数の横線は、図１１Ａに示す金属層（金属ワイヤ）２７の延出方向を示している。

図１１Ｂに示すように、金属層２７の延出方向に対して直交する方向が偏光透過軸２０ａの方向である。

図１１Ａに示すように、保持基材２１と樹脂基材２２との接着性の向上や屈折率の調整を目的とした接着層や粘着層の接合層２９を介していてもよい。例えば、保持基材２１と樹脂基材２２との間に、シリカ、アルミナなどの誘電体層が薄い膜厚で形成されていても良いし、保持基材２１の表面２１ａをコロナ放電処理、大気圧プラズマ処理、真空プラズマ処理、紫外線処理することで官能基の付与や微細な凹凸形状を付与するなどの変性層であっても良い。

ワイヤグリッド偏光子２０の厚みを特に限定するものでないが、例えば５０μｍ〜２００μｍ程度である。また、保持基材２１を切り離し、樹脂基材２２と金属層２７とでワイヤグリッド偏光子２０を構成することで、ワイヤグリッド偏光子２０の厚みを０．５μｍ〜５０μｍ程度まで薄くすることができる。これにより光反射層４のピッチＰ（図１参照）を小さく、かつ傾き角度θ１も浅くでき、より薄肉化を実現でき、フィルム状にすることが可能になる。したがって、光反射層４が傾斜して配置されたフィルム材を眼鏡レンズに貼って使うことも可能である。

あるいは、光反射層４は、波長選択性を有する構成にもできる。このとき、光反射層４は、ＲＧＢ反射特性、近赤外反射特性、及び赤外反射特性の少なくとも１種以上の反射特性を有することが好ましい。かかる場合、光反射層４の透過率は、５０％以上であることが好ましく、反射率は１５％以上であることが好ましい。

例えば、既存の波長選択性フィルムを用いることができ、一例として窓用遮熱・断熱フィルムとして用いられる東海ゴム工業（株）製の「リフレシャイン」（登録商標、以下同じ）を光反射層４として用いることができる。「リフレシャイン」では、可視光線を透過させるが、近赤外線を反射させることができる。またコレステリック液晶を用いてＲＧＢ反射板を形成することができる。ＲＧＢ反射特性を有する光反射層４としては、富士フィルム（株）製の「ＷＡＶＩＳＴＡ」を用いることができる。

また光反射層４は単層でなく複数の反射層の積層構造であってもよい。一例として、可視光波長域で偏光性を有するＤＢＥＦと近赤外波長域で反射機能を有する反射フィルムとを積層することで、可視光域では偏光反射し、近赤外域では偏光を有さない光反射層４とすることができる。

なおワイヤグリッド偏光子の場合は、可視光波長から近赤外波長域の広い波長範囲で、透過反射偏光を有する。

図１に示す透明接着樹脂５には、透明基材２、３間の親和性に優れた透明の接着剤を用いることが好ましい。透明接着樹脂５は、熱硬化型あるいは紫外線硬化型の樹脂により形成できるが、硬化時間が短い点から紫外線硬化型の接着剤を用いることが好ましい。

透明接着樹脂５における全光線透過率は８０％以上であることが好ましく、より好ましくは９０％以上である。

また各透明基材２、３と透明接着樹脂５との屈折率差は、０．０１〜０．１程度であることが好ましい。各透明基材２、３と透明接着樹脂５との界面での反射光散乱を抑制することができる。

例えば、各透明基材２、３を、０．５ｍｍ厚のポリカーボネート樹脂（屈折率＝１．５８）で形成し、光反射層４をワイヤグリッド偏光子で形成した。ワイヤグリッド偏光の基材としてＴＡＣフィルム（屈折率ｎ＝１．４９）ワイヤグリッド層を形成する樹脂２２（屈折率ｎ＝１．５１）を用いた。また光反射層４の傾き角度θ１を１５°とし、各光反射層４のピッチＰを０．９ｍｍ、プリズム高さＨ１を約０．２５ｍｍとした。

また透明接着樹脂５にＵＶ接着剤（東亜合成（株）製 アロニックス（登録商標）ＬＣＲ０６２８Ａ）（屈折率ｎ＝１．５）を用いた。眼鏡レンズ１の総厚Ｈ２を約１．４ｍｍとした。

上記した条件のもとに、光Ｌを光軸方向Ｏと平行な方向から入射し、光反射層４で反射させると、その反射光の反射角度θ２は約５０°であった。ただし、実際には、眼鏡レンズ１の外面及び内面は曲面であり、レンズ曲面や光反射層４の傾き角度θ１によって反射角度θ２は変化する。レンズ曲面や光反射層４の傾き角度θ１（０°＜θ１＜３０°）の調整により、反射角度θ２を、３０°〜６０°程度に制御することができる。

本実施の形態では、光反射層４を光軸直交方向（Ｘ）に対して０°よりも大きく３０°よりも小さい傾き角度θ１で配置した。これにより、図１に示すように、光軸方向Ｏ上で入射した光もしくは画像光（例えば、瞳孔画像）Ｌは正反射しない。しかも出光角（図１のθ２）を全反射臨界角よりも小さくできる。この結果、画像光Ｌは眼鏡レンズ内に光が閉じ込められず、光軸方向に対して斜めに傾く方向に反射光を眼鏡レンズから外方に出射することができる。

また本実施の形態では、眼鏡レンズ１を薄い膜厚で形成でき、且つ簡単な光学機構を実現できるといった利点もある。眼鏡レンズ１では、一対の透明基材２、３の間に斜めに傾いた光反射層４を配置しているが、その傾き角度θ１は、０°よりも大きく３０°よりも小さい範囲内であるため、一対の透明基材２、３間の距離を縮めることができる。また眼鏡レンズ１であるため、所定の強度を得るために、光反射層４を両側で挟み込むための一対の透明基材２、３が必要とされるが、ポリカーボネート樹脂等で透明基材２、３を形成することで、各透明基材２、３が１ｍｍ程度以下の厚みで所定の強度を保つことができる。また、一対の透明基材２、３間は、光反射層４以外の空間を透明接着樹脂５で埋めればよく、透明接着樹脂５の膜厚を薄くできる。このため、眼鏡レンズ１の総厚Ｈ２を薄く形成でき、具体的には０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度の厚みで形成することができる。

また、眼鏡レンズ１内に内蔵された光反射層４と、後述する撮像素子やプロジェクタ等の画像光機能部とを配置することで光学装置を構成でき、このように本実施の形態では、簡単な光学機構を実現でき、低コスト化を図ることができる。

図２は、本実施の形態に係る眼鏡レンズを用いた光学機構を説明するための模式図（斜視図）である。図３は、図２Ａあるいは図２Ｂに示す光学機構を用いて実験を行った際の写真である。図４は、図３に示す各写真の模式図である。

図２Ａ、図２Ｂでは、光反射層４（図１参照）にワイヤグリッド偏光子等の偏光層を用いた眼鏡レンズ１を用いている。

図２Ａに示すように眼鏡レンズ１の図示手前側に偏光板６が配置されている。また偏光板６側から見て眼鏡レンズ１越しに「ＡＢＣ」の表示板が配置されている。今、眼鏡レンズ１の偏光透過軸１ａがＸ方向に平行であるとする。一方、偏光板６の偏光透過軸６ａが偏光透過軸１ａと平行であるとき、入射光Ｌ１は、偏光板６及び眼鏡レンズ１を透過する。このため観察者が偏光板６よりも図示手前側にいるとき、観察者の眼Ｅを通して「ＡＢＣ」の表示を視認することができる（図３Ａ、図４Ａ参照）。

次に、偏光板６を９０°回転させ、偏光板６の偏光透過軸６ｂを偏光透過軸１ａと直交させると、入射光Ｌ２は、偏光板６を透過するが眼鏡レンズ１で反射する。したがって観察者の眼Ｅを通して「ＡＢＣ」の表示を視認することができない（図３Ｂ、図４Ｂ参照）。

次に図２Ｂでは、眼鏡レンズ１の図示奥側に偏光板７と「ＡＢＣ」の表示板とが配置されている。今、眼鏡レンズ１の偏光透過軸１ａがＸ方向に平行であるとする。一方、偏光板６の偏光透過軸７ａが偏光透過軸１ａと平行であるとき、眼鏡レンズ１にて反射された反射光Ｌ３は、偏光板７でも反射する。このため、観察者が偏光板７の図示奥側にいるとき、観察者の眼Ｅを通して「ＡＢＣ」の表示を視認することができない（図３Ｃ、図４Ｃ参照）。このとき、眼鏡レンズ１越しの風景が透けて見える。

一方、偏光板７を９０°回転させ、偏光板７の偏光透過軸７ｂを偏光透過軸１ａと直交させると、眼鏡レンズ１にて反射された反射光Ｌ４は、偏光板７を透過する。したがって、観察者の眼Ｅを通して「ＡＢＣ」の表示を視認することができる（図３Ｄ、図４Ｄ参照）。このとき、眼鏡レンズ１越しの風景が透けて見えず、コントラストの良い画像として視認できる。

ただし図３Ｄ、図４Ｄに示すように、「ＡＢＣ」は反転して表示される。したがって、撮像される画像は任意の必要な画像に処理することが好ましい。ただし、得られる画像表示が反転されたものであってもよい場合には、少なくとも図２Ｂの光学機構で足りる。

光反射層４（図１参照）が偏光層であるとき、偏光透過軸１ａは、Ｐ偏光成分を透過させる透過軸であってもＳ偏光成分を透過させる透過軸であっても構わない。例えば、偏光透過軸１ａがＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射すると仮定する。かかる場合、図２Ａに示したように、眼鏡レンズ１と偏光板６の偏光透過軸１ａ、６ａが平行の場合、Ｐ偏光が眼鏡レンズ１と偏光板６の双方を透過し、「ＡＢＣ」の表示を視認でき透明である。

また、図２Ｂに示したように、眼鏡レンズ１と偏光板７の偏光透過軸１ａ、７ｂが直交の場合、偏光板７は、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する。したがって、Ｓ偏光が眼鏡レンズ１で反射されると、Ｓ偏光である反射光は、偏光板７を透過するため、「ＡＢＣ」の反転表示を視認することができる。このとき、Ｐ偏光は、眼鏡レンズ１を透過し、また眼鏡レンズ１にて透過されなかったＰ偏光は、偏光板７では反射されるので、高コントラスで画像光を取得することができる。

次に、図１、図２で説明した眼鏡レンズを用いた具体的なアプリケーションについて説明する。図５は、第１の実施の形態を示す眼鏡の模式図（斜視図）である。

図５に示すように、眼鏡３０は、眼鏡レンズ１と眼鏡レンズ１を支持するフレーム３１とを有して構成される。図５に示すように、眼鏡３０にはフレーム３１のテンプル部分の内面３１ａ（使用者と対向する側の面）に、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳ等の撮像素子（画像光機能部）３２と、眼鏡レンズ１に向けて照明光を照射する照明部３３とが設けられている。

照明部３３は、拡散照明やパルス発光可能な構成等であるが、使用者に照明光の影響を与えないように照明部３３は、例えば、近赤外ＬＥＤ照明であることが好ましい。近赤外照明により、眼鏡レンズ１の光反射層を介して瞳周辺を眩しくない状態で照明でき、瞳孔画像を撮像素子３２で適切に撮影できる。

図５に示すように、眼鏡３０を装着した使用者の瞳孔Ｅ１、あるいは瞳孔Ｅ１の周辺も含んだ画像光Ｌ５が眼鏡レンズ１で反射されて撮像素子３２に取り込まれる。ここで「瞳孔画像」とは、瞳孔のみの画像、瞳孔と瞳孔周辺を含む画像の双方が含まれる。

図８は、第１の実施の形態の眼鏡の光学機構を説明するための模式図（断面図）である。図８に示すように、眼鏡レンズ１には光反射層４が内蔵されている。光反射層４は図１で説明した通り、光軸直交方向に対して０°よりも大きく３０°よりも小さい傾きを有して配置されている。図８では、その内面１ｂ及び外面１ｃが球面あるいは非球面の屈曲面からなる眼鏡レンズ１を図示した。なお図８では各光反射層４の傾き角度を同じとしたが、実際には、各光反射層４の傾き角度はレンズの曲率に応じて変化している。図９、図１０も同じである。例えば図８に示す眼鏡３０は偏光サングラスであり、光反射層４にてＰ偏光を透過しＳ偏光を反射すると仮定すると、画像光Ｌ５のＳ偏光成分が光反射層４にて反射される。このとき、光反射層４は光軸直交方向に対して０°よりも大きく３０°よりも小さい傾きで配置されているので、正反射せず、画像光Ｌ５の反射光が使用者の眼に戻ってこない。また入射角を臨界角よりも小さくできるため、眼鏡レンズ１にて反射した画像光Ｌ５は眼鏡レンズ１内に閉じ込められず、斜めに反射した画像光Ｌ５が眼鏡レンズ１の外部に出射される。そして斜めに反射した画像光Ｌ５は、その反射光路上に配置された撮像素子３２に入射され、撮像素子３２にて画像光Ｌ５を取得することができる。

一方、使用者側（内面１ｂ側）から見て、Ｐ偏光成分は透過するので、使用者は、眼鏡レンズ１越しの前方風景を視認することができる。

また外光の多重反射を改善するために、外光の入射側（外面１ｃ側）に吸収型偏光層３７を配置することが好ましい。このとき、吸収型偏光層３７の透過軸は、光反射層４と一致している（図２Ａの説明参照）。図１に、吸収型偏光層３７を設けない場合の多重反射線を図示した。これに対して、吸収型偏光層３７（Ｐ偏光成分は透過させ、Ｓ偏光成分は吸収）を設けると、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分のうち、反射光としてのＳ偏光成分を眼鏡レンズ１の手前で吸収することができる。また眼鏡３０を装着したときに、眼鏡３０の脇から侵入する外光の影響を抑制するために、画像光Ｌ５の反射光を適切に得られる範囲内で、内面１ｂ側に吸収型偏光層３７（超高透過吸収型）を配置することもできる。あるいは、眼鏡３０が偏光サングラスでない場合、内面１ｂの全域に吸収型偏光層３７を設けて、Ｓ偏光成分あるいはＰ偏光成分の一方を吸収することもできる。吸収型偏光層３７はフィルム状であると、眼鏡レンズ１の面に適切に貼り合わせすることができる。また吸収型偏光層３７を眼鏡レンズ１の内部に配置することもできる。

図８に示すように、撮像素子３２と眼鏡レンズ１との間には偏光板３４が配置されている。この偏光板３４は、光反射層４の偏光透過軸に対して直交する偏光透過軸を有している（図２Ｂの説明参照）。これにより高コントラストの画像光Ｌ５を撮像素子３２に取り込むことができる。また偏光板３４は、照明部３３（図５参照）と眼鏡レンズ１との間にも配置されていることが好適である。照明部３３と眼鏡レンズ１との間に配置される偏光板３４も、眼鏡レンズ１の偏光透過軸と直交する偏光透過軸を備えている。これにより、正反射光をカットすることができ、照明による局部的なハレーションを解消でき、正確な画像を取得できる。

図５に示す眼鏡３０では、使用者の正面に自らの瞳孔画像が映り込まないので視認性に優れ、一方、瞳孔画像は斜めに反射して、その反射経路上に配置された撮像素子３２に取り込まれ、瞳孔画像に基づいた様々な解析処理を行うことが可能である。例えば瞳孔画像より使用者の視点変化や健康状態（バイタルセンシング）などを検出することができる。

図５では、一方の瞳孔だけを撮影できる形態であるが、両目の瞳孔を撮影するように、フレーム３１の両側のテンプル部分に撮像素子３２及び照明部３３を配置することができる。後述する図６、図７においても、画像光機能部や照明部を両目に対して配置することができる。

図６は、第２の実施の形態を示す眼鏡の模式図（斜視図）である。図９は、第２の実施の形態の眼鏡の光学機構を説明するための模式図（断面図）である。なお図６、図９において図５、図８と同じ符号は同じ部材を示している。

図６では、外界用撮像素子３５が設けられている。外界用撮像素子３５は、例えばフレーム３１の外面であって、眼鏡レンズ１の間の位置に配置することができる。

外界用撮像素子３５で眼鏡３０の前方の風景を撮影し、その映像を制御部３６に送信する（図９参照）。一方、撮像素子３２では、図５、図８で説明したように、瞳孔画像を取得し、制御部３６に送信される。制御部３６では、図６に示すように、得られた瞳孔画像と外界画像とを所定の方法に基づいてマッチングさせて、外界画像４０内での視点４１、４２の検出を行うことができる。なお図６に示す視点４１、４２は、時間経過に伴う視点変化を示している。

外界画像４０は外界そのものの画像でなくてもよく、予め定められた部分だけを取り出した画像、あるいは、所定の色度や彩度等に基づいて処理された画像等とすることができる。

外界画像４０のマッピングやイニシャライズを経て外界画像４０内での視点変化を求めることができる。図６に示す眼鏡３０では、例えば、自動車の運転などで視点変化を検出し、また外界画像４０と視点との関係などに基づいて運転の安全性を高めることができる。

図７は、第３の実施の形態を示す眼鏡型表示装置の模式図（斜視図）である。図１０は、第３の実施の形態の眼鏡の光学機構を説明するための模式図（断面図）である。図５、図６、図８、図９と同じ符号の部分は、各図面と同じ部材を示している。

図７は、ヘッドマウントディスプレイ（眼鏡型表示装置）４４を構成している。図７に示すように、フレーム３１のテンプル部分の内面３１ａには、プロジェクタ（投影装置）４５が配置されている。図７に示すように、プロジェクタ４５は、光軸方向に対して傾いた位置であって、光反射層４（図１等参照）を介した反射光路上に配置されている。このため、プロジェクタ４５から出射された画像光Ｌ６は、眼鏡レンズ１の光反射層４にて反射されるので、ヘッドマウントディスプレイ４４を装着した使用者がプロジェクタ４５にて映し出された画像を見ることができる。このとき光反射層４にて反射した画像光Ｌ６を、光軸方向と平行な方向に出射できる。

図７では、フレーム３１テンプル部分の内面３１ａに図５で説明した撮像素子３２及び照明部３３が配置されている。

図１０に示すように、撮像素子３２により瞳孔Ｅ１の画像を取得できる。図１０に示す制御部４２では、撮像素子３２にて取得された瞳孔画像と、プロジェクタ４５（図７参照）からの表示画像とをマッチングさせて、表示画像内での瞳孔位置を検出することができる。これにより、視点位置に基づいて、表示画像に対する所定の処理、命令等を行うことができる。例えば、表示画像がキーボードであり、視点の動きに基づいて文字入力を可能とする。あるいは表示画像がゲーム画像であり、視点の動きに基づいて、ゲームを進行させることができる。このように、目の動きに合わせて画像を動かしたり画像内に所定の指示を与える等、手を使わずとも所定の動作を行うことが可能になる。

また、例えば、眼鏡レンズ１の外面１ｃにＰ偏光吸収層４３を配置し、光反射層４がＰ偏光を透過する場合、偏光透過軸が直交配置となり外界が見えなくなる。このように、外界を見えなくし、コントラストの良い画像で画像を視認したい場合は、眼鏡レンズ１の外面１ｃにＰ偏光吸収層４３を配置することが好ましい。なお、Ｐ偏光吸収層４３は取り外し可能とすることが好ましい。

投影装置に、ＬＣＯＳやＬＣＤを用い、光反射層に偏光層を用いて画像投影する場合、画像光に偏光層の偏光透過軸と直交する偏光を持たせることでコントラストの良い画像を得ることができる。

また、ＤＬＰ方式の投影装置を用いた場合、画像光は偏光を持たないため、例えば、ＲＧＢの波長選択反射層を使うことができる。

図１２は、本実施の形態に係る眼鏡レンズの製造工程を説明するための工程図（模式図）である。図１３は、図１２の次に行われる工程図（模式図）である。

図１２Ａでは、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）で形成された平板状の基材５０の一面に粘着層（図示しない）を介して光反射層４を貼り合せる。粘着層は粘着と剥離性を備えた微粘着層であることが好適である。

図１２Ｂの工程では、表面に複数の傾斜面５２が垂直面５３を介して連続して形成された金型５４を用意する。傾斜面５２の傾き角度θ３はＸＹ平面に対して０°よりも大きく３０°よりも小さい範囲にて設定される。金型５４は例えばＮｉで形成されている。

図１２Ｂに示すように、基材５０の光反射層４が設けられた側を金型５４の傾斜面５２が設けられた側と対向させる。そして真空熱プレスを行う。

図１２Ｃに示すように、真空熱プレスにより、基材５０に設けられた光反射層４が金型５４の傾斜面５２のエッジ部５４ａ（傾斜面５２と垂直面５３との縁部）にて切断されつつ、基材５０が金型５４の傾斜面５２と垂直面５３との間の空間に侵入する（流動する）。なお、光反射層４は、傾斜面５２にのみ設けられ、垂直面５３には設けられていない。

そして、金型５４を除去する。これにより、図１２Ｄに示すように、０°よりも大きく３０°よりも小さい傾き角度θ３を有する基材５０の傾斜面５２に光反射層４が配置された光反射層付き基材５５を得ることができる。なお図１２Ｄでは、図１２Ｃを反転させて図示した。

次に図１２Ｅに示すように、基材５０の光反射層４が配置された側に、透明接着樹脂５を介して透明基材２を対向させて、基材５０と透明基材２との間を、透明接着樹脂５を介して接合する（図１３Ａ参照）。透明接着樹脂５にはＵＶ接着剤を用いることが好ましい。透明接着樹脂５にＵＶ接着剤を用いた場合には、図１３Ａの状態でＵＶ照射して、透明接着樹脂５を硬化させることができる。

次に図１３Ｂの工程では、基材５０を除去する。図１３Ｂでは、図１３Ａを反転させて図示した。基材５０と光反射層４との間に介在する粘着層は微粘着層であるため、基材５０を適切に除去することができる。

そして図１２Ｅで示した工程と同様の工程を、図１３Ｂで露出した光反射層４上にも行うことで、図１３Ｃに示すように、一対の透明基材２、３と、透明基材２、３の間に配置された、０°よりも大きく３０°よりも小さい傾き角度を有する光反射層４と、透明基材２，３間の空間を埋める透明接着樹脂５と、を有する眼鏡レンズ１のベース基材を製造することができる。眼鏡レンズ化する場合、必要に応じ所望の曲率の金型を用い、真空成形することで、レンズ状に曲率を付加できる。

図１に示すように、上記した製造方法に基づけば、光反射層４を不連続にて配置することができる。すなわち、図１２Ｃに示すように、光反射層４は複数に切断されて、垂直面５３には配置されない。垂直面５３にも配置されると光反射層４が連続的な配置となり、眼鏡レンズ１内に進入した光が垂直面５３に配置された光反射層４で乱反射を起こす。したがって、図１３Ｃに示すように、０°よりも大きく３０°よりも小さい傾き角度で配置された複数の光反射層４が不連続に配置されていることで、光の多重反射を抑制することができる。

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例をもとに本発明をより詳細に説明する。なお、下記実施例における構成は例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更して実施することが可能である。そのため、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

［実施例１］
図２Ｂに示す光学機構を用いて、実験を行った。光反射層には、ワイヤグリッド偏光子を用いた。光反射層は、可視光波長から近赤外波長域（４００−１６００ｎｍ）の広い波長範囲で、透過反射偏光を有する。また、眼鏡レンズの平均透過率が３５％であり、平均反射率が３５％であった。レンズ曲率は１３０ｍｍであった。

実験では、図２Ｂに示す偏光板７の偏光透過軸を、光反射層の偏光透過軸と直交させた。そして図２Ｂの瞳Ｅの箇所にカメラを設置して撮影したところ図３Ｄに示すように、ＡＢＣ文字（反転画像）を撮影することができた。

［実施例２］
実施例１の眼鏡レンズの凸面側に吸収型偏光板を光反射層の偏光透過軸と一致させて配置した。眼鏡レンズの平均透過率は３２％であり、反射率は３５％であった。

外光の光反射層での反射光は、吸収型偏光板に吸収されるため、眼鏡レンズ内の多重反射が減少し、よりクリアな視界が得られた。

［実施例３］
光反射層として、東海ゴム工業製の近赤外反射膜である「リフレシャイン」を用いた。可視光域（４００ー７５０ｎｍ）の平均透過率は７０％であり、近赤外光域（８００−１６００ｎｍ）での平均反射率は約３０％程度であった。

ワイヤグリッド偏光子を用いた実施例１に比べて、画像のコントラストが多少落ちたものの、赤外反射でも画像を取得することができるとわかった。

本発明の光学装置を用いて眼鏡（サングラスを含む）や眼鏡型表示装置に適用することができる。眼鏡としては一般的な使用形態の他に、乗り物の運転用や、バイタルセンシング用などとしても適用できる。またヘッドマウントディスプレイとして適用でき、特に手を使わずとも表示画像に対する処理、命令等を行うことが可能である。

１ 眼鏡レンズ
１ａ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ 偏光透過軸
２、３ 透明基材
４ 光反射層
５ 透明接着樹脂
６、７、３４ 偏光板
２０ ワイヤグリッド偏光子
２１ 保持基材
２２ 樹脂基材
２３ 格子状凸部
２７ 金属層
３０ 眼鏡
３１ フレーム
３２ 撮像素子
３３ 照明部
３５ 外界用撮像素子
３６、４２ 制御部
３７ 吸収型偏光層
４０ 外界画像
４３ Ｐ偏光吸収層
４４ ヘッドマウントディスプレイ
４５ プロジェクタ
５０ 基材
５２ 傾斜面
５３ 垂直面
５４ 金型

Claims (13)

1. 光反射層を備えた眼鏡レンズを有する光学装置であって、
   前記光反射層は、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方を透過し、他方を反射する偏光層であり、
   前記光反射層は、前記眼鏡レンズの光軸直交方向に対して、０°よりも大きく３０°よりも小さい傾きを有しており、
   複数の前記光反射層が、接触せずに互いの端部同士が光軸方向に離れて配置され、
   前記光反射層により光軸方向に対して斜めに反射した画像光を取得し、及び／又は、画像光を前記眼鏡レンズに向けて光軸方向に対して斜め方向に出力するための画像光機能部が設けられていることを特徴とする眼鏡レンズを有する光学装置。
2. 前記眼鏡レンズと前記画像光機能部との間に偏光板が配置されており、前記偏光層と前記偏光板との偏光透過軸とが直交していることを特徴とする請求項１記載の眼鏡レンズを有する光学装置。
3. 前記偏光層は、ワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の眼鏡レンズを有する光学装置。
4. 前記光反射層が、波長選択性を有していることを特徴とする請求項１記載の眼鏡レンズを有する光学装置。
5. 前記光反射層は、ＲＧＢ反射特性、近赤外反射特性、及び赤外反射特性の少なくとも１種以上の反射特性を有することを特徴とする請求項４記載の眼鏡レンズを有する光学装置。
6. 前記眼鏡レンズは、一対の透明基材と、前記一対の透明基材の間に配置された前記光反射層と、前記一対の透明基材の間を埋める透明接着樹脂と、を有して構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の眼鏡レンズを有する光学装置。
7. さらに、吸収型偏光層が外光の光入射側に配置されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の眼鏡レンズを有する光学装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の光学装置を有する眼鏡であって、
   使用者の瞳孔画像を撮影する前記画像光機能部としての撮像素子を有することを特徴とする眼鏡。
9. さらに、前記光反射層を介して瞳周辺を照明するための照明部を備えることを特徴とする請求項８記載の眼鏡。
10. 前記光反射層は偏光層であり、前記撮像素子と前記眼鏡レンズとの間、あるいは、前記照明部と前記眼鏡レンズとの間、又は、前記撮像素子と前記眼鏡レンズとの間及び前記照明部と前記眼鏡レンズとの間に、前記偏光層の偏光透過軸と直交する偏光透過軸を備えた偏光板が配置されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の眼鏡。
11. さらに、外界を撮影する外界用撮像素子を備え、前記外界用撮像素子にて撮影された外界画像と、前記瞳孔画像とに基づいて、視点検出を可能としたことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の眼鏡。
12. 請求項１ないし７のいずれかに記載の光学装置を有する眼鏡型表示装置であって、
    使用者の眼前に画像を表示するための前記画像光機能部としての投影装置を有することを特徴とする眼鏡型表示装置。
13. さらに、使用者の瞳孔画像を撮影する前記画像光機能部としての撮像素子、及び前記光反射層を介して瞳周辺を照明するための照明部を備えることを特徴とする請求項１２記載の眼鏡型表示装置。