JP7388507B2 - Surface-emitting laser for pupil or cornea position detection device, light source device, and eyeball tilt position detection device - Google Patents
Surface-emitting laser for pupil or cornea position detection device, light source device, and eyeball tilt position detection device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7388507B2 JP7388507B2 JP2022145184A JP2022145184A JP7388507B2 JP 7388507 B2 JP7388507 B2 JP 7388507B2 JP 2022145184 A JP2022145184 A JP 2022145184A JP 2022145184 A JP2022145184 A JP 2022145184A JP 7388507 B2 JP7388507 B2 JP 7388507B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- position detection
- eyeball
- pupil
- detection device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 title claims description 188
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 170
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 title claims description 121
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 title claims description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 107
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 64
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 33
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 23
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 20
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 19
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 description 18
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 14
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 14
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 230000004424 eye movement Effects 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 230000036040 emmetropia Effects 0.000 description 5
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 230000002207 retinal effect Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 241000287181 Sturnus vulgaris Species 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000003542 behavioural effect Effects 0.000 description 1
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004410 intraocular pressure Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Eye Examination Apparatus (AREA)
- Position Input By Displaying (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は、瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザ、光源装置及び眼球の傾き位置検出装置に関する。 The present invention relates to a surface emitting laser for a pupil or cornea position detection device , a light source device, and an eyeball tilt position detection device.
近年、仮想現実(VR)、拡張現実(AR)に関わる技術・製品が注目されている。特にAR技術は、実空間においてデジタル情報を表示する手段として、産業分野への応用が期待されている。AR技術を活用する「人」は、認知情報の大部分を視覚から取得していることに鑑み、行動(作業)環境下において利用可能な眼鏡型映像表示装置が開発されている。また、このような眼鏡型映像表示装置として、レーザを用いて「人」の網膜上に直接映像を描画する網膜描画方式の眼鏡型映像表示装置が知られている。 In recent years, technologies and products related to virtual reality (VR) and augmented reality (AR) have been attracting attention. In particular, AR technology is expected to be applied to the industrial field as a means of displaying digital information in real space. In view of the fact that "people" who utilize AR technology acquire most of their cognitive information visually, glasses-type video display devices that can be used in behavioral (work) environments have been developed. Furthermore, as such a glasses-type image display device, a glasses-type image display device using a retinal drawing method that draws an image directly on a "person's" retina using a laser is known.
ところで、レーザを用いた網膜描画方式の眼鏡型映像表示装置では、角膜や瞳孔の大きさの制限から眼球運動を伴う行動(作業)環境下において、角膜や瞳孔の外周部等でレーザのケラレが発生し、所定の位置に所定の映像を描画できなくなる場合がある。 By the way, in glasses-type video display devices that use a retinal drawing method using a laser, the laser vignetting may occur on the outer periphery of the cornea or pupil in an action (work) environment that involves eye movement due to the size limitations of the cornea or pupil. This may occur, making it impossible to draw a specific image at a specific location.
このような課題に対し、角膜の位置を検知して映像の描画位置等にフィードバックするために、眼球上でレーザを走査するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーと、反射光強度を検出するための光検出器と、検出強度から眼球上の角膜位置を推定する電子回路を備えたアイトラッキング技術が開示されている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。
To address these issues, we have developed a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror that scans a laser on the eyeball in order to detect the position of the cornea and feed it back to the image drawing position, and a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror that scans the laser on the eyeball and a mirror that detects the intensity of reflected light. Eye tracking technology that includes a photodetector and an electronic circuit that estimates the corneal position on the eyeball from the detected intensity has been disclosed (see, for example,
本発明は、光量の増大及びアライメント精度の向上を実現可能な瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a surface emitting laser for a pupil or corneal position detection device that can increase the amount of light and improve alignment accuracy.
開示の技術の一態様に係る瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザは、活性層と反射鏡によって光を発振させ光射出面から光学素子を介して射出する瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザであって、前記光学素子から射出された光は、前記光射出面に対し垂直な方向から見て円環状である。 A surface emitting laser for a pupil or corneal position detecting device according to one aspect of the disclosed technology is a surface emitting laser for a pupil or corneal position detecting device in which light is oscillated by an active layer and a reflecting mirror and emitted from a light exit surface via an optical element. In the surface emitting laser, light emitted from the optical element has an annular shape when viewed from a direction perpendicular to the light exit surface.
本発明の実施形態によれば、光量の増大及びアライメント精度の向上を実現可能な瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザを提供することができる。
According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a surface emitting laser for a pupil or cornea position detection device that can increase the amount of light and improve alignment accuracy.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are given the same reference numerals, and redundant explanations may be omitted.
実施形態における「眼球の傾き位置」は、眼球の瞳孔や角膜の傾き、又は位置である。実施形態では、眼球の傾き位置検知装置を眼鏡型支持体に実装した場合を一例として説明する。 The "eyeball tilt position" in the embodiment is the tilt or position of the pupil or cornea of the eyeball. In the embodiment, a case where an eyeball inclination position detection device is mounted on a glasses-type support will be described as an example.
尚、実施形態では、「人」の右目の眼球の傾き位置検知装置を一例として説明するが、左目の眼球に対しても同様である。また眼球の傾き位置検知装置を2つ備え、両目の眼球に対して適用することもできる。 In the embodiment, a device for detecting the tilt position of the right eyeball of a "person" will be described as an example, but the same applies to the left eyeball. It is also possible to provide two eyeball tilt position detection devices and apply them to the eyeballs of both eyes.
[第1の実施形態]
第1の実施形態では、眼球の傾き位置検知装置の一例として、瞳孔位置検知装置10を説明する。
[First embodiment]
In the first embodiment, a pupil
<瞳孔位置検知装置の構成>
図1は、本実施形態に係る瞳孔位置検知装置の構成の一例を示す図である。尚、図中に示されている矢印は、X方向、Y方向、及びZ方向を示している。
<Configuration of pupil position detection device>
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a pupil position detection device according to this embodiment. Note that the arrows shown in the figure indicate the X direction, the Y direction, and the Z direction.
図1において、瞳孔位置検知装置10は、非回折光生成部1と、ミラー2と、光位置検出素子3と、処理部100とを有している。また非回折光生成部1は、アレイ光源4と、リングスリット5と、レンズ6とを有している。
In FIG. 1, a pupil
非回折光生成部1は、眼鏡型支持体20の眼鏡フレーム21に設けられ、ミラー2と、光位置検出素子3は、眼鏡型支持体20の眼鏡レンズ22に固定されている。
The non-diffracted
アレイ光源4は、XY平面内の複数の位置から、正のZ方向に指向性を有するレーザ光を射出するVCSEL(垂直共振器面発光レーザ;Vertical Cavity Surface Emitting LASER)である。アレイ光源4はレーザ光を射出する複数の発光部がXY平面内に2次元アレイ状に配列された光源であり、発光部は制御信号に応じて変化させることができる。
The
但し、アレイ光源4はVCSELに限定されるものではなく、指向性を有する光源であれば、LD(半導体レーザ;Laser Diode)等をXY平面内に2次元アレイ状に配列させてアレイ光源4を構成してもよい。尚、アレイ光源4は「光源」の一例であり、VCSELは「面発光レーザ」の一例である。
However, the
アレイ光源4から射出される光の波長は、瞳孔位置を検知される「人」の視認を阻害しないように、非可視光である近赤外光の波長であることが好ましい。但し、これに限定されるものではなく、可視光であってもよい。
The wavelength of the light emitted from the
アレイ光源4から射出されたレーザ光は、リングスリット5とレンズ6によって、異なる波数ベクトルをもつ円環状の光(以下、リング光という)であるリング光61a及び61bに変換される。そしてリング光61a及び61bが干渉することで非回折光が生成される。この非回折光生成部1の構成については別途詳述する。
Laser light emitted from the
非回折光生成部1から射出された非回折光は、レンズ6で偏向(屈折)され、ミラー2により眼球30に向けて反射されて、正視時における眼球30の瞳孔31の中心に所定の角度で入射する。尚、ミラー2は眼球30の瞳孔31に対向する方向に設けられた光学系であり、「眼前光学系」の一例である。
The non-diffracted light emitted from the non-diffracted
ここで、非回折光生成部1から射出された非回折光を眼球30に入射させるための光偏向手段は、レンズ6とミラー2に限定されない。アレイ光源4からの光を所定角度で眼球に入射させることが可能であれば、任意の部材又は任意の部材の組合せであってもよい。
Here, the light deflecting means for making the undiffracted light emitted from the undiffracted
光偏向手段として、凸レンズの他、マイクロレンズアレイ、凹型曲面ミラー、ホログラム回折素子、プリズムアレイ、又は回折格子の何れか1つ、又は何れか2つ以上の組合せを用いることで、瞳孔位置検知範囲の拡大、装置の小型化、瞳孔位置検知装置10の組み立て負荷低減等の効果が得られる。
As a light deflection means, in addition to a convex lens, by using any one of a microlens array, a concave curved mirror, a hologram diffraction element, a prism array, or a diffraction grating, or a combination of two or more of them, the pupil position detection range can be adjusted. Effects such as enlargement of the pupil
一方、角膜表面(瞳孔表面)は水分を含む透明体であり、約2~4%の反射率を有するのが一般的である。瞳孔31付近に入射した光は眼球30の角膜表面で反射され、反射光は光位置検出素子3に入射する。ここで光位置検出素子3は、2次元PSD(Position Sensitive Detector)等であり、「光検出素子」の一例である。また角膜表面は「眼球の表面」の一例である。
On the other hand, the corneal surface (pupil surface) is a transparent body containing water and generally has a reflectance of about 2 to 4%. Light incident near the
眼球30の傾きによって反射光の光位置検出素子3への入射位置が変わるため、光位置検出素子3による検出信号を座標情報に変換することで、眼球30の瞳孔位置を検知することができる。尚、PSDが検出するのは、反射点の法線ベクトルの向き、すなわち3次元形状である。検出された3次元形状と眼球モデルとの対応により瞳孔中心位置が「推定」される。
Since the incident position of the reflected light on the optical
二次元PSDは、直交2方向において、入射する光の電極までの距離に応じた電流値を検出し、直交2方向の電流値の比から入射光の位置を検出して検出信号を出力する。 A two-dimensional PSD detects a current value corresponding to the distance of incident light to an electrode in two orthogonal directions, detects the position of the incident light from a ratio of the current values in the two orthogonal directions, and outputs a detection signal.
ここで、二次元PSDは、入射光の光強度に依存せずに、入射光の位置を検出することができる。そのため、眼球30における反射位置等に起因して反射光量に差が生じたとしても、反射光量の差の影響を受けずに高感度の位置検出が可能である。
Here, the two-dimensional PSD can detect the position of the incident light without depending on the light intensity of the incident light. Therefore, even if there is a difference in the amount of reflected light due to the reflection position on the
但し、光位置検出素子3は二次元PSDに限定はされない。X方向における入射光の位置を検出可能な1次元PSDをY方向に配列させたり、Y方向における入射光の位置を検出可能な1次元PSDをX方向に配列させたりして、入射光のXY平面内での位置を検出してもよい。CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)等の撮像素子を用いてもよい。
However, the optical
1次元PSDは2次元PSD等と比較して安価であることから、瞳孔位置検知装置10のコストを抑制できる等の効果が得られる。
Since the one-dimensional PSD is cheaper than the two-dimensional PSD, etc., effects such as being able to suppress the cost of the pupil
また光位置検出素子3として1次元PSD又は2次元PSDを用いると、CCDやCMOS等の撮像素子を用いた場合と比較して、位置検出に複雑な画像処理を要さないことから処理負荷を低減できる効果がある。
Furthermore, when a one-dimensional PSD or two-dimensional PSD is used as the optical
一方で、処理部100は、発光制御部110と、瞳孔位置算出部120と、出力部130とを有している。
On the other hand, the
発光制御部110は、アレイ光源4に電気的に接続され、制御信号を送信する。発光制御部110は、制御信号によりアレイ光源4において発光させる発光部を変化させ、また発光のタイミングを制御する。発光制御部110は、複数の発光部間の発光タイミングを所定のタイミングで変化させ、眼球30への光の入射角度を時系列に変化させることができる。
The light
瞳孔位置算出部120は、光位置検出素子3に電気的に接続され、光位置検出素子3による検出信号を受信する。瞳孔位置算出部120は、検出信号に基づいて眼球30の回旋角及び瞳孔中心位置を算出し、算出結果を、出力部130を介して表示装置等の外部装置に出力する。ここで、瞳孔位置算出部120が出力部130を介して出力する眼球30の回旋角及び瞳孔中心位置は、「眼球の傾き位置情報」の一例である。
The pupil
眼球30の回旋等の眼球運動により眼球30での反射光の方向が変わると、反射光が光位置検出素子3を外れてしまう場合がある。これを防ぐために発光制御部110は、アレイ光源4で発光させる発光部を順次、又は選択的に変更する。
When the direction of the reflected light from the
発光部が変わると、アレイ光源4におけるXY平面内での発光位置が変わり、レンズ6とミラー2を介して眼球30に入射する光の入射角度が変化する。これにより眼球30で反射され、光位置検出素子3に入射する光の位置を変化させることができる。従って眼球30の眼球運動に応じてアレイ光源4で発光させる発光部を変化させることで、眼球30での反射光が光位置検出素子3から外れることを防止できる。
When the light emitting section changes, the light emitting position within the XY plane in the array
<瞳孔位置検知装置の動作>
図2は、瞳孔位置検知装置10による瞳孔位置検知の動作の一例を説明する図であり、(a)は眼球30の正視時、つまり眼球30が正面を向いている時を示し、(b)は眼球30が回旋している時を示している。図2では、アレイ光源4の2つの発光部から射出された光の振る舞いを示している。一方の発光部からの光4aは点線で表され、他方の発光部からの光4bは一点鎖線で表されている。
<Operation of pupil position detection device>
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the operation of detecting the pupil position by the pupil
図2(a)において、光4aは眼球30で反射され、光位置検出素子3の中央付近に入射している。光位置検出素子3は眼球30の回旋に応じた光4aの入射位置の変化を検出でき、瞳孔位置算出部120は光位置検出素子3の検出信号に基づいて眼球30の瞳孔位置を算出することができる。
In FIG. 2A, the
一方、一点鎖線で示されている光4bは、眼球30で反射された後、光位置検出素子3に入射していない。そのため光位置検出素子3は光4bを検出することができず、瞳孔位置算出部120は眼球30の瞳孔位置を算出することができない。
On the other hand, the
一方、図2(b)に示されているように、図2(a)に対して眼球30が大きく回旋すると、光4aは光位置検出素子3から外れている。反対に光4bは光位置検出素子3の中央付近に入射しているため、光位置検出素子3は光4bを検出でき、瞳孔位置算出部120は眼球30の瞳孔位置を算出することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2(b), when the
このように、一つの発光部からの光では、限られた角度範囲でしか眼球30の眼球運動を検知できないのに対し、本実施形態ではアレイ光源4の発光部を変化させることで、眼球30への入射角度を変化させることができる。これにより眼球30の眼球運動及び瞳孔位置の検知範囲を拡大することができる。
In this way, the eye movement of the
アレイ光源4の発光部は、眼球30の眼球運動に応じた発光制御部110からの制御信号に基づき、時系列に変化される。眼球30の眼球運動に応じて(追従して)発光部を制御することで、光利用効率向上や推定時間の短縮を図ることができる。但し、必ずしも「眼球運動に応じる」必要はない。例えば、眼球運動とは独立に一定時間間隔で発光部位置をラスター走査し、眼球の粗動位置を取得してもよい。
The light emitting section of the array
図2では説明を簡略化するため、2つの発光部から射出された光のみを例示したが、アレイ光源4の備えるさらに多くの発光部を利用してもよい。この場合、光位置検出素子3の大きさと眼球の大きさに応じて、眼球30の瞳孔位置が適切に検知されるように、アレイ光源4の発光部の数、及び位置は適正化される。
In FIG. 2, in order to simplify the explanation, only light emitted from two light emitting parts is illustrated, but more light emitting parts provided in the array
次に、図3は、本実施形態に係る処理部100のハードウェア構成の一例を機能ブロックで示す図である。
Next, FIG. 3 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the
処理部100は、CPU(Central Processing Unit)101と、ROM(Read Only Memory)102と、RAM(Random Access Memory)103と、入出力I/F(Interface)104とを有している。これらは、システムバス105を介して相互に接続されている。
The
CPU101は、処理部100の動作を統括的に制御する。またCPU101は、光位置検出素子3の検出信号に基づき、眼球30の瞳孔位置を算出する処理を実行する。
The
CPU101は、RAM103をワークエリア(作業領域)としてROM102等に格納されたプログラムを実行することで、上記の制御及び処理を実行し、後述する各種機能を実現する。尚、CPU101の有する機能の一部、又は全部を、ASIC(application specific integrated circuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)といったワイヤードロジックによるハードウェアにより実現させてもよい。
The
また入出力I/F104は、PC(Personal Computer)や映像機器等の外部機器と接続するためのインターフェースである。
Further, the input/output I/
図4は、本実施形態に係る処理部100が有する構成要素の一例を機能ブロックで示す図である。尚、図4に図示される各機能ブロックは概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。各機能ブロックの全部又は一部を、任意の単位で機能的又は物理的に分散・結合して構成してもよい。
FIG. 4 is a diagram showing, in functional blocks, an example of the components included in the
上述のように、処理部100は発光制御部110と、瞳孔位置算出部120と、出力部130とを有している。発光制御部110の機能は、上述した通りである。一方、瞳孔位置算出部120は、検出信号受信部121と、眼球回旋角度推定部122と、瞳孔中心位置算出部123とを有している。
As described above, the
検出信号受信部121は、光位置検出素子3が出力する検出信号を受信し、眼球回旋角度推定部122に出力する。
The detection
眼球回旋角度推定部122は、光位置検出素子3の検出信号に基づき、眼球30の回旋角度を推定し、推定した回旋角度を瞳孔中心位置算出部123に出力する。
The eyeball rotation
瞳孔中心位置算出部123は、眼球30の回旋角度に基づき、瞳孔31の中心位置を算出して出力部130に出力する。
The pupil center
出力部130は、瞳孔位置算出部120による算出結果を、入出力I/F104を介して表示装置等の外部装置に出力する。
The
図5は、本実施形態に係る瞳孔位置算出部120による処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of processing by the pupil
先ずステップS51に先立ち、瞳孔位置算出のための事前準備として、アレイ光源4から射出された光が眼球30に入射する角度が設計され、眼球30の回旋角度の算出式が決定される。
First, prior to step S51, as a preliminary preparation for calculating the pupil position, the angle at which the light emitted from the array
眼球30の回旋角度の算出式は、1次関数、又は2次関数の算出式である。但し、これに限定はされない。設計された光線入射角度と光位置検出素子3上の反射光線の着地位置から回旋角度が定まる算出式であれば式の形式は問わない。簡単な近似式として、シミュレーションでは2次関数による算出式を採用している。
The formula for calculating the rotation angle of the
光が眼球30に入射する角度の設計には、眼球30の表面形状のモデルが利用される。一般的な眼球表面形状のモデルとしては、略式模型眼などが古くから知られている(例えば、「眼の光学的機構」、精密機械27-11、1961参照)。
A model of the surface shape of the
ミラー2(図1、及び図2参照)は、アレイ光源4から射出された光の集光点に配置されている。ミラー2で反射された光は、眼球30に入射する。眼球30への入射光は、所定の角度だけ回旋した眼球30で反射され、光位置検出素子3に向けて伝搬する。この伝搬光が光位置検出素子3の中心位置に入射されるように、眼球30に入射させる光の角度を予め光線追跡計算等により決めておく。
The mirror 2 (see FIGS. 1 and 2) is arranged at the focal point of the light emitted from the array
光位置検出素子3への光の入射位置は、眼球30への光の入射角度、眼球30での光の反射位置、及び眼球30表面の接面の傾きに基づき、理論解析可能である。このような理論解析の解から、多項式近似により眼球30の回旋角度を推定する逆演算式(近似式)を決定する。
The incident position of the light on the optical
以上が、図5のステップS51に先立ち、瞳孔位置算出のために実施される事前準備である。眼球30に入射させる光の角度と、眼球30の回旋角度を推定する逆演算式は、処理部100のROM102等のメモリに記憶され、発光制御部110による発光制御や、瞳孔位置算出部120による瞳孔位置算出において参照される。
The above is the advance preparation performed for calculating the pupil position prior to step S51 in FIG. The inverse calculation formula for estimating the angle of light incident on the
次に、ステップS51において、発光制御部110は、事前に決定された光の入射角度に応じて、アレイ光源4の発光部の少なくとも1つを所定のタイミングで発光させる。光位置検出素子3は、アレイ光源4から射出され、眼球30での反射された光を検出し、検出信号を処理部100に出力する。処理部100の検出信号受信部121は、受信した光位置検出素子3の検出信号を眼球回旋角度推定部122に出力する。
Next, in step S51, the light
続いて、ステップS53において、眼球回旋角度推定部122は入力した検出信号(位置データ)を、上述の逆演算式に代入し、眼球回旋角度を算出する。眼球回旋角度推定部122は、算出した眼球回旋角度を瞳孔中心位置算出部123に出力する。
Subsequently, in step S53, the eyeball rotation
続いて、ステップS55において、瞳孔中心位置算出部123は、入力した眼球回旋角度に基づき、眼球表面形状のモデルを用いて瞳孔中心位置を算出し、出力部130を介して外部装置等に出力する。
Subsequently, in step S55, the pupil center
このようにして瞳孔位置検知装置10は眼球30の瞳孔位置を検知することができる。
In this way, the pupil
次に、図6は、瞳孔位置検知装置10の原理検証のために実施した数値シミュレーションを説明する図である。
Next, FIG. 6 is a diagram illustrating a numerical simulation carried out to verify the principle of the pupil
この数値シミュレーションでは、図1において、眼球30から+Z軸方向に10mm離れた平面内に配置されたミラー2及び光位置検出素子3を想定する。X方向に5点、Y方向に3点、ともに5°刻みで回旋角度を変化させた時の眼球30の角度を基準角度(θx,θy)とする。
In this numerical simulation, in FIG. 1, it is assumed that the
図6の横軸はX方向の眼球回旋角度の変化量で、縦軸はY方向の眼球回旋角度の変化量である。回旋角度をX方向に5点、Y方向に3点、ともに5°刻みで変化させたそれぞれの入射角を、基準(角度変化量(0、0))にした値である。 The horizontal axis of FIG. 6 is the amount of change in the eyeball rotation angle in the X direction, and the vertical axis is the amount of change in the eyeball rotation angle in the Y direction. This value is based on the incident angles obtained by changing the rotation angle at 5 points in the X direction and 3 points in the Y direction, both in 5° increments, as a reference (angle change amount (0, 0)).
数値シミュレーションでは、眼球30で反射され、光位置検出素子3の中央に入射する光のミラー2の位置での射出角度(ミラー2での反射角度)を、眼球30の基準角度毎に数値演算により求めた。尚、光位置検出素子3の中央は、座標(0、0)として表現される。
In the numerical simulation, the exit angle at the position of the mirror 2 (reflection angle at the mirror 2) of the light reflected by the
また、射出角度毎の光と、眼球30の基準角度(θx,θy)との差分(Δθx、Δθy)を、光位置検出素子3への入射位置(x,y)から推定する逆演算式を用いて2次関数により表現し、その係数をテイラー展開による方法で数値的に算出した。
In addition, an inverse calculation formula for estimating the difference (Δθx, Δθy) between the light at each exit angle and the reference angle (θx, θy) of the
図6(a)は、基準角度を(θx,θy)=(0°,0°)とした場合、すなわち正視状態を基準角度とした場合の眼球30の回旋角度の推定結果を表わすグラフである。図6(a)において、格子点は実際の眼球30の回旋角度であり、ドットが推定位置である。眼球30の回旋角度が小さい場合には、良好な一致が得られている。この場合、|Δθx|≦2.5°の範囲で、誤差は最大0.1°程度に収まっている。ここで2.5°という数値は、基準角度を5°刻みとした半分の値であり、光が検出されていない領域が生じないための条件を意味している。また、ミラー2と光位置検出素子3を平面内でX方向に配置した構成を想定したことから、Y方向の誤差はX方向よりも小さな値となっている。
FIG. 6(a) is a graph showing the estimation result of the rotation angle of the
図6(b)は、基準角度を(θx,θy)=(10°,5°)とした場合、すなわち瞳孔31の位置が正視の状態から右上方にある場合の結果である。図6(a)の結果と同等の誤差範囲で、眼球30の回旋角度が推定されている。
FIG. 6(b) shows the result when the reference angle is (θx, θy)=(10°, 5°), that is, when the position of the
上記の数値シミュレーション結果は、眼球30の回旋角度の推定値を示したものである。眼球30の回旋角度は、正視の方向であるZ軸に対し、眼球30の中心、すなわち回旋の中心位置と角膜の中心位置とを結ぶ直線がなす角度と定義することができる。従って瞳孔31の位置は、眼球30の中心位置と角膜の中心位置との距離だけ、眼球30の中心位置から眼球30の回旋角度の方向に離れた座標として、算出可能である。尚、眼球30の中心位置から角膜の中心位置までの距離は、予め眼球モデルで与えられる。
The above numerical simulation results show an estimated value of the rotation angle of the
このように、図5に示した瞳孔位置算出部120の算出処理によって、十分な精度で眼球30の瞳孔位置を算出できることが検証された。
In this way, it has been verified that the pupil position of the
尚、瞳孔位置検知装置10では、変化させたアレイ光源4の発光部の位置に基づいて、眼球30の大きな動き(粗動)を検知し、眼球30で反射された光の光位置検出素子3への入射位置に基づいて、眼球の小さな動き(微動)を検知することで、眼球30の瞳孔位置を広範囲かつ高精度に検知してもよい。
The pupil
<非回折光生成部の構成等>
次に、非回折光生成部1の構成について説明する。
<Configuration of non-diffracted light generating section, etc.>
Next, the configuration of the non-diffracted
アレイ光源4は、ガウス型ビームのレーザ光を射出する。ここで、ガウス型ビームとは、ビーム断面の光強度分布をガウス分布とみなせる光ビームをいう。
The array
ガウス型ビームのビーム径w(z)は、以下の(1)式で表される。 The beam diameter w(z) of the Gaussian beam is expressed by the following equation (1).
図1において、アレイ光源4から射出されたガウス型ビームのレーザ光は、リングスリット5とレンズ6によって、光伝播方向と平行な断面を見ると2本の平行光であり、異なる波数ベクトルをもつ円環状の光(以下、リング光という)であるリング光61a及び61bに変換される。そしてリング光61a及び61bが干渉することで非回折光が生成される。図1で、斜線ハッチングで示した非回折光領域71aは、生成された非回折光が伝搬する領域を示している。ここで、リング光は、「円環状の光」の一例である。また、「異なる波数ベクトルをもつ円環状の光」は、光伝播方向と平行な断面を見ると2本の平行光である円環状の収束光、又は発散光等である。
In FIG. 1, a Gaussian beam laser beam emitted from an array
ここで、非回折光は、上述の(1)式の特性を有さず、回折現象に伴ったビーム径の広がりが生じない光である。つまり焦点深度が深く、ビームウエスト(集光位置)からのレーザ光の伝搬距離に応じてビーム径が大きくならない特性を有する光である。 Here, the undiffracted light is light that does not have the characteristic of the above-mentioned formula (1), and the beam diameter does not widen due to the diffraction phenomenon. In other words, it is light that has a deep depth of focus and a characteristic that the beam diameter does not increase depending on the propagation distance of the laser light from the beam waist (focusing position).
このような非回折光の特性は、以下の[1]~[3]のように整理することができる。
[1]回折しない。
[2]長距離を伝播することができる。
[3]回折限界を超えた分解能で集光(結像)することができる。
The characteristics of such undiffracted light can be summarized as follows [1] to [3].
[1] No diffraction.
[2] Can propagate over long distances.
[3] Light can be focused (imaged) with a resolution exceeding the diffraction limit.
非回折光には、ベッセルビーム、エアリービーム、ウェーバービーム、長距離伝搬非回折ビーム(LRNB;Long Range Nondiffracting Beam)等がある。 Non-diffracted light includes a Bessel beam, an Airy beam, a Weber beam, a long-range nondiffracting beam (LRNB), and the like.
尚、完全な非回折光の生成には無限のエネルギーが必要となるため、実際には完全な非回折光を生成することはできず、近似された近似非回折光が生成されることになるが、説明を簡略にするため、以下では、便宜的に近似非回折光のことを非回折光と称する。 Furthermore, since infinite energy is required to generate a perfect undiffracted light, it is actually not possible to generate a perfect undiffracted light, but an approximated undiffracted light is generated. However, in order to simplify the explanation, the approximate undiffracted light will be referred to as undiffracted light hereinafter for convenience.
図7は、非回折光生成部1の要部の構成の一例を説明する図であり、(a)はリングスリット5による光線の振る舞いを説明する図であり、(b)はアレイ状のリングスリット5による光線の振る舞いを説明する図である。
7A and 7B are diagrams illustrating an example of the configuration of the essential parts of the non-diffracted
図7(a)において、図示を省略するアレイ光源4の1つの発光部から射出された光は、リングスリット5で回折され、レンズ6で偏向(屈折)されて、異なる波数ベクトルをもつリング光に変換される。リング光が非回折光領域71で重ね合されて干渉することで、非回折光が生成される。生成される非回折光のビームウエスト径や、非回折光領域71Aの位置や大きさは、リングスリット5の半径、リングスリット5とレンズ6の距離、及びレンズ6の曲率等により決定される。
In FIG. 7(a), light emitted from one light emitting part of an array light source 4 (not shown) is diffracted by a
図7(b)は、リングスリット5及びレンズ6をそれぞれアレイ状に並べて構成した非回折光生成部1の要部を示している。図示を省略するアレイ光源4の各発光部の配列間隔と、アレイ状のリングスリット5及びアレイ状のレンズ6のそれぞれの配列間隔を一致させることで、非回折光領域71にアレイ状の非回折光を生成することができる。
FIG. 7(b) shows a main part of the non-diffracted
図1に戻り、生成された非回折光は、非回折光領域71aを伝搬し、眼球30の角膜表面で反射される。反射された非回折光は、非回折光領域72aを伝搬して光位置検出素子3に入射する。入射した光の光位置検出素子3による検出信号に基づき、眼球30の瞳孔位置が検知される。
Returning to FIG. 1, the generated undiffracted light propagates through the undiffracted
本実施形態では、非回折光を眼球30の角膜表面及び光位置検出素子3の双方に入射させることで、眼球30の角膜表面上及び光位置検出素子3上の双方でのレーザ光の集光分解能を向上させている。これにより、眼球30の瞳孔位置の検知精度を向上させることができる。
In this embodiment, by making the undiffracted light incident on both the corneal surface of the
ここで、比較例として、ガウス型ビームのレーザ光を眼球30に入射させる場合を考える。眼鏡フレーム21がずれる等してミラー2から眼球30までの距離(光路長)が変化すると、入射光は角膜表面上で集光せず(ビームウエストの状態にならず)、角膜表面で異常な反射や散乱を生じさせ、角膜表面での反射光が光位置検出素子3に適切に入射しない場合がある。
Here, as a comparative example, a case will be considered in which a Gaussian beam of laser light is made to enter the
尚、異常な反射とは、角膜表面で反射された後、光位置検出素子3に入射する光が大きく広がる発散光になる場合等であり、異常な散乱とは、角膜表面に入射する光が大きく広がり、角膜の縁部で散乱する場合等である。
Incidentally, abnormal reflection refers to cases where the light incident on the optical
また、同様に眼鏡フレーム21がずれる等して眼球30から光位置検出素子3までの距離が変化した場合にも、光位置検出素子3に入射する光は光位置検出素子3上でビームウエストの状態にならず、入射した光の位置を光位置検出素子3で適切に検出できない場合がある。
Similarly, even if the distance from the
これらは眼球30の瞳孔位置の検知精度低下の要因となる。
These factors cause a decrease in the detection accuracy of the pupil position of the
これに対し、本実施形態で眼球30に入射させる非回折光はレーザ光の伝搬距離に応じてビーム径が大きくならない。そのため、眼鏡フレーム21がずれる等してミラー2から眼球30までの距離が変化しても、ビームウエストの状態で眼球30の角膜表面にレーザ光を入射させることができ、入射光を眼球30の角膜表面で適切に反射させることができる。
In contrast, in the present embodiment, the beam diameter of the undiffracted light incident on the
また光位置検出素子3に入射させるレーザ光も非回折光である。そのため、眼球30と瞳孔位置検知装置10の間隔が変化しても、ビームウエストの状態で光位置検出素子3にレーザ光を入射させることができ、入射光の位置を光位置検出素子3で適切に検出することができる。
Further, the laser light that is made incident on the optical
このようにして、本実施形態では、非回折光を用いて眼球30の角膜表面及び光位置検出素子3にビームウエストの状態でレーザ光を入射させることで、眼球30の角膜表面からの反射光を光位置検出素子3で適切に検出することができる。そして、振動や外的衝撃に対する眼球の瞳孔位置検知のロバスト性を向上させることができる。
In this way, in this embodiment, by making the laser beam enter the corneal surface of the
尚、非回折光生成部1の構成に自動位置調整手段を追加し、自動焦点調節機能を備えさせてもよい。自動焦点調節機能により、異なる波数ベクトルをもつリング光の伝搬角度を変化させられるため、非回折光の生成位置を調整することができる。そして、眼鏡フレーム21のずれや、使用者の顔の形状又は眼球30の形状等の個人差に対する瞳孔位置検知のロバスト性をさらに向上させることができる。
Note that an automatic position adjustment means may be added to the configuration of the non-diffracted
(変形例1)
図8は、本実施形態の変形例1に係る瞳孔位置検知装置11の構成の一例を示す図である。瞳孔位置検知装置11では、ミラー2と眼球30の角膜表面との間の空間範囲に限定して非回折光を生成する。ここで、ミラー2と眼球30の角膜表面との間の空間範囲とは、眼球角膜表面と入射光の法線上を通り、入射光の光線伝播面と垂直な面を境界面としたときに、光線が眼球角膜に向かって進行してくる領域と定義する。図8において、ミラー2と眼球30の角膜表面との間の空間範囲は、非回折光領域72として示している。
(Modification 1)
FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of the pupil
瞳孔位置検知装置11では、空間範囲を限定して生成した非回折光を、眼球30の角膜表面に入射させる。これにより眼球30の角膜表面におけるレーザ光の集光分解能を向上させ、眼球30の瞳孔位置の検知精度を向上させることができる。また眼鏡フレーム21のずれ等に対する瞳孔位置検知のロバスト性を向上させることができる。
In the pupil
(変形例2)
図9は、本実施形態の変形例2に係る瞳孔位置検知装置12の構成の一例を示す図である。瞳孔位置検知装置12では、眼球30の角膜表面と光位置検出素子3との間の空間範囲に限定して非回折光を生成する。図9において、非回折光領域73は、非回折光が伝搬する領域を示している。
(Modification 2)
FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of a pupil position detection device 12 according to a second modification of the present embodiment. The pupil position detection device 12 generates undiffracted light only in a spatial range between the corneal surface of the
ここで、瞳孔位置検知装置10及び11において、波数ベクトルが揃った光を眼球30の角膜表面に入射させても、角膜表面の曲率によって反射光が光位置検出素子3に向けて広がる発散光となり、反射された非回折光の強度が減衰したり、反射後に波数ベクトルが揃わずに非回折光が生成されなかったりする場合がある。
Here, in the pupil
そこで、瞳孔位置検知装置12では、角膜表面の曲率を測定する等して予め把握しておき、角膜表面で反射された後に波数ベクトルが揃うような収束光を眼球30に入射させる。これにより、角膜表面での反射により波数ベクトルが揃ったレーザ光を干渉させて非回折光を生成し、非回折光領域73を伝搬させて光位置検出素子3に入射させることができる。
Therefore, in the pupil position detection device 12, the curvature of the corneal surface is known in advance by measuring the curvature, and convergent light whose wave number vectors are aligned after being reflected on the corneal surface is made to enter the
光位置検出素子3に入射する光を非回折光とすることで、上述したように集光分解能を向上させることができ、また眼球の瞳孔位置の検知精度を向上させることができる。また眼鏡フレーム21のずれ等に対するロバスト性を向上させることができる。
By making the light incident on the optical
(変形例3)
図10は、本実施形態の変形例3に係る瞳孔位置検知装置13の非回折光生成部1aの要部の構成の一例を説明する図であり、(a)はアキシコンレンズ5aによる光線の振る舞いを説明する図で、(b)はアレイ状のアキシコンレンズ5aによる光線の振る舞いを説明する図である。
(Modification 3)
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of the main part of the non-diffracted light generating section 1a of the pupil position detection device 13 according to the third modification of the present embodiment, and (a) shows the configuration of the main part of the non-diffracted light generating section 1a. FIG. 3B is a diagram illustrating the behavior of light rays caused by the array-shaped axicon lens 5a.
尚、アキシコンレンズは、円錐状の表面形状を有するレンズであり、アキシコンレンズ5aは「円錐レンズ」の一例である。 Note that an axicon lens is a lens having a conical surface shape, and the axicon lens 5a is an example of a "conical lens."
図10(a)において、図示を省略するアレイ光源4の1つの発光部から射出された平行光は、アキシコンレンズ5aで偏向され、異なる波数ベクトルをもつ光に変換される。そしてこれらが非回折光領域71で重ね合されて干渉することで、ベッセルビーム等の非回折光が生成される。生成される非回折光のビームウエスト径や、非回折光領域71の位置や大きさは、アキシコンレンズ5aの曲率や円錐定数等により決定される。 In FIG. 10(a), parallel light emitted from one light emitting part of the array light source 4 (not shown) is deflected by an axicon lens 5a and converted into light having a different wave number vector. These light beams are superposed and interfered in the non-diffracted light region 71, thereby generating non-diffracted light such as a Bessel beam. The beam waist diameter of the generated undiffracted light and the position and size of the undiffracted light region 71 are determined by the curvature, conic constant, etc. of the axicon lens 5a.
図7(b)は、アレイ状のアキシコンレンズ5aをアレイ状に並べて構成した非回折光生成部1aを示している。図示を省略するアレイ光源4の各発光部の配列間隔と、アレイ状のアキシコンレンズ5aの配列間隔を一致させることで、アレイ状の非回折光を生成することができる。 FIG. 7B shows a non-diffracted light generating section 1a configured by arranging an array of axicon lenses 5a in an array. By matching the arrangement interval of each light emitting part of the array light source 4 (not shown) with the arrangement interval of the arrayed axicon lens 5a, an array of undiffracted light can be generated.
(変形例4)
図11は、本実施形態の変形例4に係る瞳孔位置検知装置14の非回折光生成部1bの要部の構成の一例を説明する図であり、(a)はDOE(回折光学素子;Diffractive Optical Element)5bによる光線の振る舞いを説明する図で、(b)はアレイ状のDOE5bによる光線の振る舞いを説明する図である。尚、DOEは、平板上に周期構造が形成された光学素子であり、通過する光線を偏向(屈折)させる機能を有する光学素子である。またDOE5bは「回折光学素子」の一例である。
(Modification 4)
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the configuration of the main part of the non-diffracted light generating section 1b of the pupil position detection device 14 according to the fourth modification of the present embodiment, and (a) is a diagram illustrating an example of the configuration of the main part of the non-diffractive light generating section 1b of the pupil position detection device 14 according to the fourth modification of the present embodiment. (b) is a diagram illustrating the behavior of light rays due to the DOE 5b in the form of an array. Note that the DOE is an optical element in which a periodic structure is formed on a flat plate, and has a function of deflecting (refracting) passing light rays. Further, the DOE 5b is an example of a "diffractive optical element."
図11(a)において、図示を省略するアレイ光源4の1つの発光部から射出された平行光は、DOE5bで偏向され、異なる波数ベクトルをもつ光に変換される。そしてこれらが非回折光領域71で重ね合されて干渉することで、ベッセルビーム等の非回折光が生成される。生成される非回折光のビームウエスト径や、非回折光領域71の位置や大きさは、DOE5bの周期構造の間隔等により決定される。 In FIG. 11A, parallel light emitted from one light emitting part of the array light source 4 (not shown) is deflected by the DOE 5b and converted into light having a different wave number vector. These light beams are superposed and interfered in the non-diffracted light region 71, thereby generating non-diffracted light such as a Bessel beam. The beam waist diameter of the generated undiffracted light and the position and size of the undiffracted light region 71 are determined by the interval of the periodic structure of the DOE 5b, etc.
図11(b)は、DOE5bをアレイ状に並べて構成した非回折光生成部1bを示している。図示を省略するアレイ光源4の各発光部の配列間隔と、DOE5bの配列間隔を一致させることで、アレイ状の非回折光を生成することができる。 FIG. 11(b) shows a non-diffracted light generating section 1b configured by arranging DOEs 5b in an array. By matching the arrangement interval of each light emitting part of the array light source 4 (not shown) with the arrangement interval of the DOE 5b, an array of undiffracted light can be generated.
(変形例5)
図12は、本実施形態の変形例5に係る瞳孔位置検知装置15の非回折光生成部1cの要部の構成の一例を説明する図であり、(a)は光軸方向に複数のアキシコンレンズを並べたアキシコンレンズ群5cによる光線の振る舞いを説明する図で、(b)はアレイ状のアキシコンレンズ群5cによる光線の振る舞いを説明する図である。また(c)はアレイ状のアキシコンレンズ5caと結像プレート5ccによる光線の振る舞いを説明する図で、(d)はアレイ光源4とアキシコンレンズ5caとの間隔を狭めた場合を説明する図である。
(Modification 5)
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of the main part of the non-diffracted light generating section 1c of the pupil position detection device 15 according to
図12(a)において、アキシコンレンズ群5cは、凹面を備える凹アキシコンレンズ5caと、2つの凸面を備える両凸アキシコンレンズ5cbとを有する。ここで、アキシコンレンズ群5cは「円錐レンズ群」の一例である。 In FIG. 12A, the axicon lens group 5c includes a concave axicon lens 5ca having a concave surface and a biconvex axicon lens 5cb having two convex surfaces. Here, the axicon lens group 5c is an example of a "conical lens group."
図示を省略するアレイ光源4の1つの発光部から射出された平行光は、アキシコンレンズ群5cで偏向され、異なる波数ベクトルをもつ光に変換される。そしてこれらが非回折光領域71で重ね合されて干渉することで、ベッセルビーム等の非回折光が生成される。 Parallel light emitted from one light emitting part of the array light source 4 (not shown) is deflected by the axicon lens group 5c and converted into light having a different wave number vector. These light beams are superposed and interfered in the non-diffracted light region 71, thereby generating non-diffracted light such as a Bessel beam.
尚、アキシコンレンズ群5cのうち、凹アキシコンレンズ5caは入射光を広げる(発散させる)ように作用し、両凸アキシコンレンズ5cbは入射光を収束させるように作用する。 In the axicon lens group 5c, the concave axicon lens 5ca acts to spread (diverge) the incident light, and the biconvex axicon lens 5cb acts to converge the incident light.
生成される非回折光のビームウエスト径や、非回折光領域71の位置や大きさは、凹アキシコンレンズ5ca及び両凸アキシコンレンズ5cbの曲率や円錐定数等により決定される。 The beam waist diameter of the generated undiffracted light and the position and size of the undiffracted light region 71 are determined by the curvatures and conic constants of the concave axicon lens 5ca and the biconvex axicon lens 5cb.
図12(b)は、アキシコンレンズ群5cをアレイ状に並べて構成した非回折光生成部1cを示している。図示を省略するアレイ光源4の各発光部の配列間隔と、アレイ状のアキシコンレンズ群5cの配列間隔を一致させることで、アレイ状の非回折光を生成することができる。 FIG. 12(b) shows a non-diffracted light generating section 1c configured by arranging axicon lens groups 5c in an array. By matching the arrangement interval of each light emitting part of the array light source 4 (not shown) with the arrangement interval of the arrayed axicon lens group 5c, an array of undiffracted light can be generated.
図12(c)は、両凸アキシコンレンズ5cbに代えて結像プレート5ccを設けた場合を示している。ここで、結像プレート5ccは、短冊状のマイクロミラーをアレイ状に設けた透明平板を2枚備え、2枚の透明平板を、短冊状のマイクロミラーの長手方向が交差するように張り合わせて構成した光学素子である。 FIG. 12(c) shows a case where an imaging plate 5cc is provided in place of the biconvex axicon lens 5cb. Here, the imaging plate 5cc includes two transparent flat plates on which strip-shaped micromirrors are arranged in an array, and is constructed by pasting the two transparent plates together so that the longitudinal directions of the strip-shaped micromirrors intersect. It is an optical element with
結像プレート5ccは、入射した光を一方のマイクロミラーで反射した後に、もう一方のマイクロミラーによって再度反射することで、光源と反対側に結像させることができる。 The imaging plate 5cc can form an image on the side opposite to the light source by reflecting the incident light on one micromirror and then reflecting it again on the other micromirror.
また直交するマイクロミラーは、結像プレート5cc内で二次元アレイ状に分布しているため、結像プレート5ccのどの面を利用しても同様の結像性能を得ることができる。このような特性を利用することで、図12(d)に示すように、入射光の結像プレート5ccでの光線の重複を考慮することなく、アレイ光源4(図示を省略)及びアレイ状のアキシコンレンズ5caの間隔を自由に狭くすることができる。 Further, since the orthogonal micromirrors are distributed in a two-dimensional array within the imaging plate 5cc, the same imaging performance can be obtained no matter which surface of the imaging plate 5cc is used. By utilizing such characteristics, as shown in FIG. 12(d), the array light source 4 (not shown) and the array-shaped The interval between the axicon lenses 5ca can be freely narrowed.
(変形例6)
図13は、本実施形態の変形例6に係る瞳孔位置検知装置16の非回折光生成部1dの要部の構成の一例を説明する図であり、(a)は光軸方向に複数のDOEを並べたDOE群5dによる光線の振る舞いを説明する図で、(b)はアレイ状のDOE群5dによる光線の振る舞いを説明する図である。また(c)はアレイ状のDOE5daと結像プレート5dcによる光線の振る舞いを説明する図で、(d)はアレイ光源4とDOE5daとの間隔を狭めた場合を説明する図である。
(Modification 6)
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of the main part of the non-diffracted light generating section 1d of the pupil position detection device 16 according to
図13(a)において、DOE群5dは、凹レンズとして作用するDOE5daと、両凸レンズとして作用するDOE5dbとを有する。ここでDOE群5dは「回折光学素子群」の一例である。 In FIG. 13A, the DOE group 5d includes a DOE 5da that acts as a concave lens and a DOE 5db that acts as a biconvex lens. Here, the DOE group 5d is an example of a "diffractive optical element group."
図示を省略するアレイ光源4の1つの発光部から射出された平行光は、DOE群5dで偏向され、異なる波数ベクトルをもつ光に変換される。そしてこれらが非回折光領域71で重ね合されて干渉することで、ベッセルビーム等の非回折光が生成される。 Parallel light emitted from one light emitting part of the array light source 4 (not shown) is deflected by the DOE group 5d and converted into light having a different wave number vector. These light beams are superposed and interfered in the non-diffracted light region 71, thereby generating non-diffracted light such as a Bessel beam.
尚、DOE群5dのうち、DOE5daは入射光を広げる(発散させる)ように作用し、DOE5dbは入射光を収束させるように作用する。 Note that among the DOE group 5d, the DOE 5da acts to spread (diverge) the incident light, and the DOE 5db acts to converge the incident light.
生成される非回折光のビームウエスト径や、非回折光領域71の位置や大きさは、DOE5da及び5dbの曲率や円錐定数等により決定される。 The beam waist diameter of the generated undiffracted light and the position and size of the undiffracted light region 71 are determined by the curvature and conic constant of the DOEs 5da and 5db.
図13(b)は、DOE群5dをアレイ状に並べて構成した非回折光生成部1dを示している。図示を省略するアレイ光源4の各発光部の配列間隔と、アレイ状のアキシコンレンズ群5cの配列間隔を一致させることで、アレイ状の非回折光を生成することができる。 FIG. 13(b) shows a non-diffracted light generating section 1d configured by arranging DOE groups 5d in an array. By matching the arrangement interval of each light emitting part of the array light source 4 (not shown) with the arrangement interval of the arrayed axicon lens group 5c, an array of undiffracted light can be generated.
図13(c)は、DOE5dbに代えて結像プレート5dcを設けた場合を示している。結像プレート5dcは、入射した光を一方のマイクロミラーで反射した後に、もう一方のマイクロミラーによって再度反射することで、光源と反対側に結像させることができる。 FIG. 13(c) shows a case where an imaging plate 5dc is provided in place of the DOE 5db. The imaging plate 5dc can form an image on the side opposite to the light source by reflecting the incident light on one micromirror and then reflecting it again on the other micromirror.
また直交するマイクロミラーは、結像プレート5cc内で二次元アレイ状に分布しているため、結像プレート5dcのどの面を利用しても同様の結像性能を得ることができる。このような特性を利用することで、図13(d)に示すように、入射光の結像プレート5dcでの光線の重複を考慮することなく、アレイ光源4(図示を省略)及びアレイ状のDOE5daの間隔を自由に狭くすることができる。 Further, since the orthogonal micromirrors are distributed in a two-dimensional array within the imaging plate 5cc, the same imaging performance can be obtained no matter which surface of the imaging plate 5dc is used. By utilizing such characteristics, as shown in FIG. 13(d), the array light source 4 (not shown) and the array-shaped The interval between DOE5da can be freely narrowed.
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る眼球の傾き位置検知装置17を、図14を参照して説明する。尚、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。
[Second embodiment]
Next, an eyeball tilt
図14は、本実施形態に係る眼球の傾き位置検知装置17の構成の一例を示す図である。眼球の傾き位置検知装置17は、非回折光生成部1と光位置検出素子3とを一体として、眼鏡型支持体20の眼鏡フレーム21に備えている。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the configuration of the eyeball tilt
非回折光生成部1から射出された非回折光は、レンズ6で偏向(屈折)され、眼球30に入射する。入射光は眼球30で反射され、反射光は光位置検出素子3に入射する。
The non-diffracted light emitted from the non-diffracted
眼球30の傾きによって、反射光が光位置検出素子3に入射する位置が変わるため、光位置検出素子3による検出信号を座標情報に変換することで、眼球30の瞳孔位置を検知することができる。
Since the position at which the reflected light enters the optical
このように、非回折光生成部1と光位置検出素子3とを一体化することで、眼球の傾き位置検知装置の構成を簡略化することができる。
In this way, by integrating the non-diffracted
尚、これ以外の効果は、第1の実施形態で説明したものと同様である。 Note that other effects are the same as those described in the first embodiment.
[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態に係る眼球の傾き位置検知装置18を、図15及び16を参照して説明する。尚、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。
[Third embodiment]
Next, an eyeball tilt position detection device 18 according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. Note that descriptions of the same components as those of the previously described embodiments will be omitted.
VCSELは、半導体製造技術により製造されるため、様々な機能を持つ光学素子をVCSELに積層させて形成することができる。そこで、本実施形態では、眼球の傾き位置検知装置の光源に、非回折光を生成するための光学素子を実装したVCSELを用い、非回折光生成部の小型化、薄型化、アライメント精度向上及び光量増大を図っている。 Since VCSELs are manufactured using semiconductor manufacturing technology, optical elements having various functions can be laminated onto the VCSELs. Therefore, in this embodiment, a VCSEL equipped with an optical element for generating non-diffracted light is used as the light source of the eyeball tilt position detection device, and the non-diffracted light generating section is made smaller and thinner, and alignment accuracy is improved. Efforts are being made to increase the amount of light.
図15は、非回折光を生成するための光学素子を実装したVCSELの構成の一例を説明する図であり、(a)はVCSELが基板からみて活性層(表面)側にレーザ光を射出する例を説明する図であり、(b)は活性層側に成膜した膜に光学素子を形成した例を説明する図である。また(c)は活性層からみて基板(裏面)側からレーザ光を射出する例を説明する図であり、(d)は基板の裏面側に成膜した膜に光学素子を形成した例を説明する図である。 FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the configuration of a VCSEL equipped with an optical element for generating non-diffracted light, and (a) shows the VCSEL emitting laser light toward the active layer (surface) side when viewed from the substrate. It is a figure explaining an example, and (b) is a figure explaining the example in which the optical element was formed in the film formed into the active layer side. Further, (c) is a diagram illustrating an example in which laser light is emitted from the substrate (back side) side when viewed from the active layer, and (d) is a diagram illustrating an example in which an optical element is formed on a film formed on the back side of the substrate. This is a diagram.
図15(a)において、VCSEL4aでは、n型半導体基板151上に、第1DBR(分布ブラッグ反射器:Distributed Bragg Refletor)層152、n型スペーサ層153、活性層154、p型スペーサ層155、及び第2DBR層156が順に形成されている。ここで、第1DBR層152は高反射率の層であり、第2DBR層156は低反射率の層である。
In FIG. 15A, in the
VCSEL4aでは、駆動電流の供給により活性層154で放出された光が第1DBR層152と第2DBR層156との間を往復することで、活性層154で誘導放出が生じてレーザ発振し、上部の光射出面から射出される。
In the
この際、上部の光射出面上に光学素子を形成することによって、レーザ光のビームプロファイルやモードを任意に制御することができる。このような光学素子は、p型のコンタクト電極の成膜にフォトリソグラフィーパターニングを施すことで形成される。或いは、図15(b)に示すVCSEL4bのように、第2DBR層上に新たに成膜した遮光膜157に、フォトリソグラフィーパターニングを施すことで光学素子を形成してもよい。
At this time, by forming an optical element on the upper light exit surface, the beam profile and mode of the laser beam can be arbitrarily controlled. Such an optical element is formed by applying photolithographic patterning to the formation of a p-type contact electrode. Alternatively, as in the
一方、図15(c)において、VCSEL4cでは、第1DBR層152が低反射率の層であり、第2DBR層156が高反射率の層になっており、レーザ光はn型半導体基板151の下部を光射出面として射出される。
On the other hand, in FIG. 15(c), in the
この際、n型半導体基板151の下部の光射出面上に光学素子を形成することによって、レーザ光のビームプロファイルやモードを任意に制御することができる。このような光学素子は、裏面のn型のコンタクト電極の成膜にフォトリソグラフィーパターニングを施すことで形成される。或いは、図15(d)に示すVCSEL4dのように、n型半導体基板151の裏面側に新たに成膜した遮光膜158に、フォトリソグラフィーパターニングを施すことで光学素子を形成してもよい。
At this time, by forming an optical element on the lower light exit surface of the n-
次に図16は、非回折光を生成するためにVCSELに実装する光学素子の構成の一例を説明する図であり、(a)はリングスリット5をVCSEL4の光射出面上に形成した構成の一例を説明する斜視図であり、(b)は断面図であり、(c)はアレイ状のリングスリット5の構成の一例を説明する断面図である。また(d)はDOE5bをVCSEL4の光射出面上に形成した構成の一例を説明する斜視図であり、(e)は断面図であり、(f)はアレイ状のDOE5bの構成の一例を説明する断面図である。
Next, FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the configuration of an optical element mounted on a VCSEL to generate undiffracted light, and (a) shows a configuration in which a
図16(a)~(c)に示す構成により、アレイ光源4とリングスリット5を別々の構成にする場合と比較して、光量の増大を図ることができ、アレイ光源4とリングスリット5のアライメント精度を向上させることができる。
With the configurations shown in FIGS. 16(a) to 16(c), the amount of light can be increased compared to the case where the array
また図16(d)~(f)に示す構成により、同様に、アレイ光源4とDOE5bを別々の構成にする場合と比較して、光量の増大を図ることができ、アレイ光源4とDOE5bのアライメント精度を向上させることができる。
Furthermore, with the configurations shown in FIGS. 16(d) to (f), it is possible to increase the amount of light compared to the case where the array
以上説明したように、非回折光を生成するための光学素子を実装したVCSELを用いることで、非回折光生成部及び非回折光生成部を備える眼球の傾き位置検知装置を小型化、及び/又は薄型化することができる。またアレイ光源と光学素子のアライメント精度の向上、及び/又は光量増大を図ることができ、これにより眼球の傾き位置検知装置の検知精度を向上させることができる。 As explained above, by using a VCSEL equipped with an optical element for generating non-diffracted light, an eyeball tilt position detection device including a non-diffracted light generating section and a non-diffracted light generating section can be miniaturized and/or Or it can be made thinner. Furthermore, it is possible to improve the alignment accuracy between the array light source and the optical element and/or to increase the amount of light, thereby improving the detection accuracy of the eyeball tilt position detection device.
[第4の実施形態]
次に、第4の実施形態に係る表示装置を、図17を参照して説明する。尚、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。
[Fourth embodiment]
Next, a display device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. 17. Note that descriptions of the same components as those of the previously described embodiments will be omitted.
本実施形態では、ウェアラブル端末であるヘッドマウントディスプレイ(HMD;Head Mount Display)を表示装置の一例として説明する。またヘッドマウントディスプレイに、眼球の傾き位置検知装置の一例である瞳孔位置検知装置10を適用する例を説明する。
In this embodiment, a head mount display (HMD), which is a wearable terminal, will be described as an example of a display device. Further, an example will be described in which a pupil
図17は、本実施形態に係る表示装置50の構成の一例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing an example of the configuration of the
表示装置50は、RGB(Red、Green、Blue)レーザ光源51と、走査ミラー52と、ミラー53と、ハーフミラー54と、画像生成部55と、瞳孔位置検知装置10とを有している。
The
RGBレーザ光源51は、RGB3色のレーザ光を時間的に変調して出力する。走査ミラー52は、RGBレーザ光源51からの光を二次元的に走査するMEMSミラー等である。但し、これに限定されるものではなく、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等、光を走査する反射面を有するものであれば良い。小型化・軽量化の点でMEMSミラーは有利である。尚、MEMSミラーの駆動方式は、静電式、圧電式、電磁式などいずれであっても良い。
The RGB
ミラー53は、走査ミラー52による走査光を、ハーフミラー54に向けて反射する。ハーフミラー54は、入射する光の一部を透過し、一部を眼球30に向けて反射する。ハーフミラー54は、凹型の曲面形状を有しており、反射した光を眼球30の瞳孔31の近傍に収束させ、網膜32の位置で結像させる。これにより走査光で形成される画像を網膜32に投影する。図中破線で示されている光51aは、網膜32上に画像を形成する光を表している。尚、ハーフミラー54は、必ずしも反射光と透過光の光量が1対1にならなくてもよい。
瞳孔位置検知装置10は、眼球運動に応じた瞳孔31の位置を検知し、画像生成部55に、瞳孔31の位置を示すフィードバック信号を送信する。
The pupil
画像生成部55は、走査ミラー52の振れ角制御機能と、RGBレーザ光源51の発光制御機能とを有している。また画像生成部55は、瞳孔位置検知装置10から瞳孔31の位置を示すフィードバック信号を受信する。
The
画像生成部55は、瞳孔31の位置に応じて、走査ミラー52の振れ角、及びRGBレーザ光源51の発光を制御し、画像の投影角度、又は画像内容を書き換える。これにより、眼球運動に伴う瞳孔31の位置の変化に追従(アイトラッキング)した画像を、網膜32上に形成することができる。
The
尚、ヘッドマウントディスプレイとしての表示装置50は、「人」の頭部に直接装着させるだけでなく、固定部等の部材を介して間接的に「人」の頭部に装着させるものであってもよい。また、左右眼用に一対の表示装置50を設けた両眼式の表示装置としてもよい。
The
以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although examples of embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. It is possible to transform and change.
例えば、眼球の傾きや瞳孔位置(角膜)の検知する機能を有する検眼装置にも採用する事ができる。検眼装置とは、視力検査、眼屈折力検査、眼圧検査、眼軸長検査など種々の検査を行う事が出来る装置を指す。検眼装置は、眼球に非接触で検査可能な装置であって、被験者の顔を支持する支持部と、検眼窓と、検眼に際し被検者の眼球の向き(視線の向き)を一定にする表示を行う表示部と、制御部と、測定部とを有している。測定部の測定精度を上げるために眼球(視線)を動かさず一点を見つめる事が求められ、被検者は支持部に顔を固定し、検眼窓から表示部に表示される表示物を凝視する。このとき、眼球の傾き位置を検知する際に、本実施形態に係る眼球の傾き位置検知装置が利用可能である。眼球の傾き位置検知装置は測定の妨げにならないよう、測定部の側方に配置される。眼球の傾き位置検知装置で得られた眼球の傾き位置(視線)情報は、制御部にフィードバックする事が可能で、眼球の傾き位置情報に応じた測定をする事ができる。 For example, it can be adopted in an optometry device that has a function of detecting the tilt of the eyeball and the position of the pupil (cornea). An optometry device refers to a device that can perform various tests such as a visual acuity test, an eye refractive power test, an intraocular pressure test, and an axial length test. An optometry device is a device that can perform eye examinations without contacting the eyeballs, and includes a support part that supports the subject's face, an optometry window, and a display that keeps the subject's eyeball direction (direction of line of sight) constant during the eye exam. It has a display section, a control section, and a measurement section. In order to improve the measurement accuracy of the measurement unit, the patient is required to stare at a single point without moving their eyes (line of sight), and the test subject fixes his or her face on the support and stares at the object displayed on the display through the optometry window. . At this time, when detecting the tilted position of the eyeball, the eyeball tilted position detection device according to this embodiment can be used. The eyeball tilt position detection device is placed on the side of the measurement unit so as not to interfere with the measurement. The eyeball tilt position (line of sight) information obtained by the eyeball tilt position detection device can be fed back to the control unit, and measurements can be made in accordance with the eyeball tilt position information.
また瞳孔位置検知装置10により検知された瞳孔位置の情報を、電子機器の入力装置におけるアイトラッキングに利用することもできる。例えば、図1に示した瞳孔位置検知装置10の出力を、電子機器への入力情報としてアイトラッキングに利用する場合等である。これにより頭部位置ずれ等にロバストなアイトラッキングを実現することができる。
Further, information on the pupil position detected by the pupil
ここで、特許文献1に記載の装置と、実施形態に係る瞳孔位置検知装置10~16及び眼球の傾き位置検知装置17~18とを比較する。図18は、特許文献1に記載されたアイトラッキング装置の構成を示す図である。
Here, the device described in
特許文献1に記載の装置では、レーザ光源を用い、レーザ光をMEMSミラーにより走査し、眼球30への光の入射角度を変更している。これに対し、実施形態では、複数の発光部を有するアレイ光源4を光源とし、アレイ光源4の発光部の変更により、眼球30への光の入射角度を変更している。また実施形態では、アレイ光源4と併せて光偏向手段(レンズ、平面ミラー、マイクロレンズアレイ、凹型曲面ミラー、ホログラム回折素子、プリズムアレイ、回折格子等)を用いることで、入射角度の変更の範囲を拡大している。実施形態では、このように眼球30への光の入射角度を、可動部を用いずに変更するため、可動物を有する構成と比較して、振動や外的衝撃等に強くなる。
In the device described in
特許文献1に記載の装置では、角膜に照射した光の反射光強度を光検出器により検出するのに対し、実施形態では、2次元のPSD等の光位置検出素子3を用い、眼球30による反射光の位置を検出する。PSDは、光強度に依存せずに入射光を検出できるため、眼球30における光の反射位置等に起因して反射光量に差が生じても、反射光量の差の影響を受けずに高感度の位置検出が可能である。その結果、眼球の傾き位置を高精度に検出できる。
In the device described in
実施形態では、発光制御部110を備え、発光制御部110によりアレイ光源4の発光部の位置と、発光部間の発光タイミングをずらして個別点灯する。これにより、眼球30の運動の粗動を捕らえて、光位置検出素子3に眼球30からの反射光が収まるようにし、かつ光位置検出素子3による位置検出で眼球30運動の微動を捉えることができる。
In the embodiment, a light
特許文献1に記載の装置では、眼球での反射光の時間軸上の2つのピーク強度(2点の角膜上の反射位置)から眼球位置を推定している。実施形態では、角膜等の眼球上の1点の反射位置により眼球位置を推定する。そのためアレイ光源4と光位置検出素子3は、必ずしも対称位置になくともよい。実施形態では、光位置検出素子3を、眼球30の正反射(鏡面反射)角近傍に配置せず、アレイ光源4と同じ側に配置してもよい。
In the device described in
1 非回折光生成部
2 ミラー(眼前光学系の一例)
3 光位置検出素子(光検出素子の一例)
4 アレイ光源(光源の一例)
5 リングスリット
6 レンズ
10~16 瞳孔位置検知装置
17~18 眼球の傾き位置検知装置
20 眼鏡型支持体
21 眼鏡フレーム
22 眼鏡レンズ
30 眼球
31 瞳孔
32 網膜
50 表示装置
51 RGBレーザ光源
52 走査ミラー
53 ミラー
54 ハーフミラー
55 画像生成部
100 処理部
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 入出力I/F
105 システムバス
110 発光制御部
120 瞳孔位置算出部
121 検出信号受信部
122 眼球回旋角度推定部
123 瞳孔中心位置算出部
130 出力部
151 n型半導体基板
152 第1DBR層
153 n型スペーサ層
154 活性層
155 p型スペーサ層
156 第2DBR層
157、158 遮光膜
1 Non-diffracted
3 Optical position detection element (an example of a photodetection element)
4 Array light source (an example of a light source)
5
102 ROM
103 RAM
104 Input/output I/F
105
Claims (11)
前記光学素子から射出された光は、前記光射出面に対し垂直な方向から見て円環状である
ことを特徴とする瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザ。 A surface emitting laser for a pupil or cornea position detection device that oscillates light using an active layer and a reflecting mirror and emits light from a light exit surface via an optical element,
A surface emitting laser for a pupil or cornea position detection device , wherein the light emitted from the optical element has an annular shape when viewed from a direction perpendicular to the light exit surface.
前記光学素子は、前記光射出面の第1領域を覆う遮光部を含み、該第1領域の外側の第2領域から光を射出する
ことを特徴とする瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザ。 A surface emitting laser for a pupil or cornea position detection device that oscillates light using an active layer and a reflecting mirror and emits light from a light exit surface via an optical element,
The optical element includes a light shielding part that covers a first region of the light exit surface, and emits light from a second region outside the first region. laser.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザ。 The surface emitting laser for a pupil or cornea position detection device according to claim 1 or 2, wherein the optical element is formed on the light exit surface.
前記電極対のうち一方は、前記光学素子と同一面上に形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザ。 comprising an electrode pair for supplying current to the active layer,
The surface emitting laser for a pupil or corneal position detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein one of the electrode pairs is formed on the same surface as the optical element.
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザ。 The position of the pupil or cornea according to any one of claims 1 to 4, wherein the light exit surface is located on the substrate side on which the surface emitting laser for the pupil or cornea position detection device is formed. Surface emitting laser for detection equipment .
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザ。 5. The light emitting surface is located on the opposite side of the active layer to the substrate on which the surface emitting laser for the pupil or corneal position detection device is formed. The surface emitting laser for a pupil or corneal position detection device as described above.
前記回折光学素子で回折された光は、前記光射出面に対し垂直な方向で重ね合う
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザ。 The optical element is a diffractive optical element,
The surface emitting device for detecting the position of a pupil or cornea according to any one of claims 1 to 6, wherein the light diffracted by the diffractive optical element overlaps in a direction perpendicular to the light exit surface. laser.
ことを特徴とする請求項7に記載の瞳孔又は角膜の位置検知装置用面発光レーザ。 The pupil or cornea according to claim 7, wherein the light diffracted by the diffractive optical element is superimposed in a direction perpendicular to the light exit surface to generate undiffracted light. Surface emitting laser for position detection equipment .
レンズと、を有し、
前記光学素子はリングスリットであり、
前記レンズは、前記リングスリットを介した光を前記光射出面に対し垂直な方向で重ね合せる
ことを特徴とする光源装置。 A surface emitting laser for a pupil or corneal position detection device according to any one of claims 1 to 6;
having a lens;
the optical element is a ring slit;
The light source device, wherein the lens superimposes the light passing through the ring slit in a direction perpendicular to the light exit surface.
ことを特徴とする請求項9に記載の光源装置。 The light source device according to claim 9, wherein the light that has passed through the lens is superimposed in a direction perpendicular to the light exit surface to generate undiffracted light.
ことを特徴とする眼球の傾き位置検出装置。 An eyeball tilt position detecting device comprising: the surface emitting laser for a pupil or corneal position detecting device according to any one of claims 1 to 8; or the light source device according to claim 9 or 10.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022145184A JP7388507B2 (en) | 2018-11-27 | 2022-09-13 | Surface-emitting laser for pupil or cornea position detection device, light source device, and eyeball tilt position detection device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018221339A JP7143739B2 (en) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Eyeball tilt position detection device, display device, input device and optometry device |
JP2022145184A JP7388507B2 (en) | 2018-11-27 | 2022-09-13 | Surface-emitting laser for pupil or cornea position detection device, light source device, and eyeball tilt position detection device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018221339A Division JP7143739B2 (en) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Eyeball tilt position detection device, display device, input device and optometry device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022179503A JP2022179503A (en) | 2022-12-02 |
JP7388507B2 true JP7388507B2 (en) | 2023-11-29 |
Family
ID=70904935
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018221339A Active JP7143739B2 (en) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Eyeball tilt position detection device, display device, input device and optometry device |
JP2022145184A Active JP7388507B2 (en) | 2018-11-27 | 2022-09-13 | Surface-emitting laser for pupil or cornea position detection device, light source device, and eyeball tilt position detection device |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018221339A Active JP7143739B2 (en) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Eyeball tilt position detection device, display device, input device and optometry device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP7143739B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7418149B2 (en) | 2018-11-29 | 2024-01-19 | 株式会社リコー | Optical devices, retinal projection display devices, head-mounted display devices, and input devices |
US20240264435A1 (en) * | 2021-06-02 | 2024-08-08 | Sony Group Corporation | Line-of-sight detection apparatus, display apparatus, line-of-sight detection system, and line-of-sight detection method |
EP4374772A1 (en) * | 2021-08-18 | 2024-05-29 | Sony Group Corporation | Eyeball information detection device, display device, eyeball information detection method and display method |
CN114646457B (en) * | 2022-05-20 | 2022-08-12 | 南昌虚拟现实研究院股份有限公司 | Eye movement tracking accuracy testing method and system |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004288674A (en) | 2003-03-19 | 2004-10-14 | Fuji Xerox Co Ltd | Surface-emitting semiconductor laser and optical communication system using it |
JP2006510200A (en) | 2002-12-11 | 2006-03-23 | フィニサー コーポレイション | Optical transceiver |
JP2007258260A (en) | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Kyoto Univ | Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser |
WO2012127880A1 (en) | 2011-03-24 | 2012-09-27 | 株式会社ニコン | Observation device and observation method |
JP2013502716A (en) | 2009-08-20 | 2013-01-24 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Vertical cavity surface emitting laser device with angle selective feedback |
JP2013518430A (en) | 2010-01-29 | 2013-05-20 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. | Vertical cavity surface emitting laser with aperiodic diffraction grating. |
JP2017124055A (en) | 2016-01-14 | 2017-07-20 | 株式会社トプコン | Ophthalmologic measurement device |
JP2019537486A (en) | 2016-11-21 | 2019-12-26 | クレストオプティクス ソチエタ ペル アチオニ | Spatial super-resolution device for fundus fluorescence analysis |
JP2020077678A (en) | 2018-11-06 | 2020-05-21 | ローム株式会社 | Semiconductor light-emitting device |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10213105B2 (en) | 2014-12-11 | 2019-02-26 | AdHawk Microsystems | Eye-tracking system and method therefor |
US10013055B2 (en) | 2015-11-06 | 2018-07-03 | Oculus Vr, Llc | Eye tracking using optical flow |
-
2018
- 2018-11-27 JP JP2018221339A patent/JP7143739B2/en active Active
-
2022
- 2022-09-13 JP JP2022145184A patent/JP7388507B2/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006510200A (en) | 2002-12-11 | 2006-03-23 | フィニサー コーポレイション | Optical transceiver |
JP2004288674A (en) | 2003-03-19 | 2004-10-14 | Fuji Xerox Co Ltd | Surface-emitting semiconductor laser and optical communication system using it |
JP2007258260A (en) | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Kyoto Univ | Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser |
JP2013502716A (en) | 2009-08-20 | 2013-01-24 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Vertical cavity surface emitting laser device with angle selective feedback |
JP2013518430A (en) | 2010-01-29 | 2013-05-20 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. | Vertical cavity surface emitting laser with aperiodic diffraction grating. |
WO2012127880A1 (en) | 2011-03-24 | 2012-09-27 | 株式会社ニコン | Observation device and observation method |
JP2017124055A (en) | 2016-01-14 | 2017-07-20 | 株式会社トプコン | Ophthalmologic measurement device |
JP2019537486A (en) | 2016-11-21 | 2019-12-26 | クレストオプティクス ソチエタ ペル アチオニ | Spatial super-resolution device for fundus fluorescence analysis |
JP2020077678A (en) | 2018-11-06 | 2020-05-21 | ローム株式会社 | Semiconductor light-emitting device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020081449A (en) | 2020-06-04 |
JP2022179503A (en) | 2022-12-02 |
JP7143739B2 (en) | 2022-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7559815B2 (en) | Eyeball tilt position detection device, display device, and eye examination device | |
JP7388507B2 (en) | Surface-emitting laser for pupil or cornea position detection device, light source device, and eyeball tilt position detection device | |
US11868522B2 (en) | Method for ascertaining a viewing direction of an eye | |
US10317672B2 (en) | Eye-tracking system and method therefor | |
CN111665622B (en) | Optical device, retina projection display device, and head-mounted display device | |
US12085716B2 (en) | Eye accommodation distance measuring device and method for head-mounted display, and head-mounted display | |
JP7052577B2 (en) | Optical equipment, video display equipment, and optometry equipment | |
JP7464166B2 (en) | Pupil or cornea position detection device, retinal projection display device, head-mounted display device, and input device | |
CN114815468B (en) | Multi-plane projection with laser beam scanning in an augmented reality display | |
JP7424099B2 (en) | Optical devices, retinal projection display devices, head-mounted display devices, and optometry devices | |
JP7163230B2 (en) | Line-of-sight detection device, line-of-sight detection method, and display device | |
US11914151B2 (en) | Optical device, method of detecting degree of inclination of three-dimensional object, and line-of-sight detection method | |
RU2724442C1 (en) | Eye focusing distance determining device and method for head-end display device, head-end display device | |
CN216485801U (en) | Optical imaging system, image display device and augmented reality display equipment | |
JP7428028B2 (en) | Rotation angle detection device for three-dimensional objects, retinal projection display device, head-mounted display device, optometry device, and input device | |
US20200310122A1 (en) | Compact array light source for scanning display | |
JP2021148509A (en) | Rotation angle detection device for three-dimensional object, retina projection display device, head-mounted type display device, optometric device, and input device | |
JP2023094539A (en) | Inclination detector, visual line detector, retina projection display device, head attachment type display device, eye examination device, virtual reality display device, user state estimation device, drive support system, inclination detection method of solid object, and visual line detection method | |
JP2021148883A (en) | Rotation angle detection device for three-dimensional object, retina projection display device, head-mounted type display device, optometric device, and input device | |
US12130441B2 (en) | Retinal projection display device, head-mounted display device, and optometric device | |
US20240111160A1 (en) | Retinal projection display device, head-mounted display device, and optometric device | |
US20230305292A1 (en) | Movable device, range-finding apparatus, image display apparatus, head-mounted display, wavelength-variable laser unit, and spectroscopic sensor | |
CN118369605A (en) | Inclination detector, visual line detection device, retina projection display device, head-mounted display device, optometry device, virtual reality display device, user state estimation device, driver assistance system, three-dimensional object inclination detection method, visual line detection method | |
KR20230088909A (en) | Systems and methods for eye tracking in head-mounted devices using low-coherence interferometers | |
EP4356179A1 (en) | Optical system for eye tracking |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221012 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221012 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230524 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230613 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230802 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231017 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231030 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7388507 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |