JPH08179223A - 画像観察装置及びこれを用いた両眼画像観察装置 - Google Patents

画像観察装置及びこれを用いた両眼画像観察装置

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JPH08179223A JP6335933A JP33593394A JPH08179223A JP H08179223 A JPH08179223 A JP H08179223A JP 6335933 A JP6335933 A JP 6335933A JP 33593394 A JP33593394 A JP 33593394A JP H08179223 A JPH08179223 A JP H08179223A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 視線入力機能付きのビデオカメラなどのファ
インダーや頭部に装着して画像を観察する視線入力機能
付きのたヘッドマウントディスプレイ等に好適な画像観
察装置及びこれを用いた両眼画像観察装置を得ること。 【構成】 表示手段と、3 つの作用面を有する光学素子
と、観察者の前眼部を照明する光源と、表示手段からの
光を透過し、該光源の光を反射する平板状の光反射手段
と、該観察者の前眼部を結像する結像レンズと、その像
を検出する受光素子とを有する画像観察装置において、
観察者に面する第1 の作用面は該観察者の瞳の中心と表
示虚像の中心とを結ぶ中心軸に対して傾いており、該光
反射手段は該第1 の作用面の近傍に、これに沿って配置
し、該中心軸が該光反射手段により反射される軸に沿っ
て該結像レンズ及び該受光素子を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像観察装置及びこれを
用いた両眼画像観察装置に関し、特に表示手段に表示し
た画像を観察する観察者の眼球の視線を検出し、該視線
情報を利用して画像の観察状態を調整するようにした、
視線入力機能付きの例えばビデオカメラなどのファイン
ダーや頭部に装着して画像を観察する視線入力機能付き
のヘッドマウントディスプレイ等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、表示手段に表示した画像情報
を観察者の眼に導き、これを観察できるようにした画像
観察装置が種々知られている。そしてこのような画像観
察装置に視線検出系、即ち観察者の注視方向、いわゆる
視線を観察者の眼球の像を解析することにより検出する
ようにした光学系を設け、該視線検出系で得られる視線
情報を利用して表示手段に表示する画像情報を制御する
ようにした画像観察装置も知られている。
【０００３】図9 、図10はかかる画像観察装置として特
開平3-101709号公報において開示されているものであ
る。図9 はこの従来例の画像観察装置の観察光学系とし
ての光路図であり、図10はこの画像観察装置の視線検出
光学系としての光路図である。図中、207 はCRT の表示
面（CRT)である。200 はプリズムブロックであり、光学
要素210、211、212、213 から構成されている。201 は第1
凹面ミラーであり、赤外光のみを反射し、その他の光は
透過する。202 は第2 凹面ミラーであり、CRT 207 から
の狭い波長範囲の可視光は反射し、その他の波長の光は
透過する。203 は第1 平面ミラーであり、赤外光に対し
てはハーフミラーであり、その他の光は反射する。204
はリレーレンズである。205 は第2 平面ミラーであり、
CRT 207 からの狭い波長範囲の可視光は反射し、その他
の可視光及び赤外光は透過する特性を持っている。206
は点状の赤外光源、208 は赤外光の受光素子である。
【０００４】この従来例の作用について説明する。まず
画像観察光学系の作用について図9によって説明する。C
RT の表示面207 に形成された画像からの光束は第2 平
面ミラー205 で反射し、リレーレンズ204 を通って第1
平面ミラー203 で反射し、第2 凹面ミラー202 の焦点位
置に中間像P1を形成する。中間像P1からの光束はプリズ
ムブロック200 の面218 に入射し、面216 で全反射した
後、第2 凹面ミラー202 で反射して観察者の眼E1に向か
い、面216 を透過して、面215 に入射し、面214 から射
出して眼E1に入射する。これにより観察者の前方に拡大
された虚像を形成している。観察者はこのCRT 207 の画
像の虚像とプリズムブロック200 の面217 、第1 凹面ミ
ラー201 、第2 凹面ミラー202 、面216、215、214 を透過
してくる外界の風景219 とを重ねて観察する。
【０００５】次いで、視線検出光学系の作用を図10によ
って説明する。赤外光源206 から発する赤外光束は、第
2 平面ミラー205 を透過し、リレーレンズ204 を通っ
て、第1 平面ミラー203 で一部反射し、プリズムブロッ
ク200 の面218 に入射し、面216 で全反射した後、第2
凹面ミラー202 を透過して第1 凹面ミラー201 に達し、
ここで反射して観察者の眼に向かい、第2 凹面ミラー20
2 を透過し、面216 を透過して、面215 に入射し、面21
4 から射出して観察者の眼E1に達し、観察者の眼を照明
する。赤外光で照射された観察者の眼E1の映像は再びプ
リズムブロック200 に入射し、照射した光路を逆行し、
プリズムブロック200 を射出後、第1 平面ミラー203 を
一部透過して受光素子208 に入射する。そして受光素子
208 上に結像した眼の画像を解析して視線を検出してい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来例に
おいては、画像表示面207 からの光路と眼球照明及び視
線検出の光路が同軸であり、かつ視線検出の受光素子20
8 の位置が、第2 の凹面ミラー202 の焦点位置Ｐ１より
も遠い位置に設定されているため、CRT の表示面207 の
画像はリレーレンズ204 を用いて一旦中間像を形成しな
ければならず、これによって画像観察光学系の光路が長
くなり、装置全体が大きくなる問題があった。また、眼
の像を形成する第1 の凹面ミラー201 と受光素子208 の
間隔が長くなってしまうために、眼の像の結像倍率が大
きくなってしまい、これにより受光素子208 が大型化
し、装置が大きくなってしまう問題があった。さらに、
赤外光源206 からの照明光及び眼からの反射赤外光は第
1 平面ミラー203 で反射、透過するために、第1 平面ミ
ラー203 は赤外光に対してハーフミラーの特性が必要と
なり、光源206 から受光素子208 に至る赤外光の利用効
率が悪化してしまう問題があった。
【０００７】本発明は、特にビデオカメラ等のファイン
ダーや観察者の頭部に装着して、表示手段に表示した画
像情報を観察出来るようにした画像観察装置、所謂ヘッ
ドマウントディスプレイなどにおいて、表示手段で表示
された画像情報を拡大観察する画像観察系と、観察者の
視線を検出する視線検出系を適切に設定することによ
り、装置全体の小型化を実現し、更に視線情報に基づい
て画像観察系の表示手段に表示する画像情報やその他の
機能を種々と制御できる視線検出系を有した画像観察装
置及び両眼画像観察装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の画像観察装置
は、 （１−１） 画像を表示する表示手段と、観察者に面し
た第1 の作用面、これに対向する反射凹面よりなる第2
の作用面、該表示手段に面した第3 の作用面を有し、全
体として正の屈折力を備えて、該観察者の前方に該画像
の虚像を形成する光学素子と、視線検出のために該観察
者の前眼部を照明する光源と、該画像からの光を透過
し、該光源の光を反射する平板状の光反射手段と、該観
察者の前眼部を結像する結像レンズと、該結像レンズで
形成された像を検出する受光素子とを有する画像観察装
置において、該第1 の作用面は該観察者の眼球の中心と
該虚像の中心とを結ぶ中心軸に対して傾いており、該光
反射手段を該光学素子と該観察者の眼の間に設け、該中
心軸が該光反射手段により反射される軸に沿って該結像
レンズ及び該受光素子を設けたこと等を特徴としてい
る。
【０００９】特に、 （１−１−１） 前記光学素子は、前記表示手段に表示
した画像からの光束を、前記第3 の作用面から入射さ
せ、該第3 の作用面からの光束を前記第1 の作用面で全
反射させ、該第1 の作用面からの反射光を前記第2 の作
用面で該第1 の作用面側に集光反射させて、該第1 の作
用面より射出しており、前記光反射手段は該第1 の作用
面に沿って、その近傍に配置していること。 （１−１−２） 前記第1 の作用面の法線が前記中心軸
となす角をθとするとき、 20゜≦ θ ≦ 40゜
の条件を満足すること。 （１−１−３） 前記光源は赤外光源であり、前記光反
射手段の1 面には可視光を透過し、赤外光を反射するダ
イクロイック膜を形成していること。 （１−１−４） 前記光学素子を構成する作用面のうち
少なくとも1 つの面形状は、対称面が1 つのみ存在する
3 次元曲面であること。等を特徴としている。
【００１０】更に本発明の画像観察装置は、 （１−２） 画像を表示する表示手段と、観察者に面し
た第1 の作用面、これに対向する反射凹面よりなる第2
の作用面、該表示手段に面した第3 の作用面を有し、全
体として正の屈折力を備えて、該観察者の前方に該画像
の虚像を形成する光学素子と、視線検出のために該観察
者の前眼部を照明する光源と、該観察者の前眼部を結像
する結像レンズと、該結像レンズで形成された像を検出
する受光素子とを有する画像観察装置において、該第1
の作用面は該観察者の眼球の中心と該虚像の中心とを結
ぶ中心軸に対して傾いており、該光学素子は、該表示手
段に表示した画像からの光束を、該第3の作用面から入
射させ、該第3 の作用面からの光束を該第1 の作用面で
全反射させ、該第1 の作用面からの反射光を該第2 の作
用面で該第1 の作用面側に集光反射させて、該第1 の作
用面より射出しており、該第1 の作用面上に可視光を透
過し該光源の光を反射する光反射手段を有しており、該
中心軸が該光反射手段により反射される軸に沿って該結
像レンズ及び該受光素子を設け、該受光素子より得られ
る信号より該眼球の視線情報を検出し、該視線情報を利
用して該表示手段に表示する画像の観察を制御している
こと等を特徴としている。
【００１１】特に、 （１−２−１） 前記第1 の作用面の法線が前記中心軸
となす角をθとするとき、 20゜≦ θ ≦ 40゜
の条件を満足すること。 （１−２−２） 前記光源は赤外光源であり、前記光反
射手段は可視光を透過し、赤外光を反射するダイクロイ
ック膜であること。 （１−２−３） 前記光学素子を構成する作用面のうち
少なくとも1 つの面形状は、対称面が1 つのみ存在する
3 次元曲面であること。等を特徴としている。
【００１２】本発明の両眼画像観察装置は、 （１−３） (1-1)〜(1-2-3) のいずれか1 つに記載の
画像観察装置を観察者の両眼に設けたこと等を特徴とし
ている。
【００１３】本発明の撮影装置は、 （１−４） 画像を撮影する撮影手段と、該撮影手段に
よる画像を記録する記録手段と、撮影する画像もしくは
記録した画像を観察する観察手段とが一体構造となった
撮影装置において、該観察手段は(1-1)〜(1-2-3) のい
ずれか1 つに記載の画像観察装置であって、該観察手段
が検出する観察者の視線に基づき該撮影手段及び該記録
手段の制御が可能であること。 （１−５） 画像を撮影する撮影手段と、該撮影手段に
よる画像を記録する記録手段と、撮影する画像もしくは
記録した画像を観察する観察手段とを有する撮影装置に
おいて、該観察手段は(1-1)〜(1-2-3) のいずれか1 項
に記載の画像観察装置であって、該観察手段が検出する
観察者の視線に基づき該撮影手段及び該記録手段の制御
が可能であり、該撮影手段、該記録手段、該観察手段の
うち少なくとも１つが着脱可能であること。等を特徴と
している。
【００１４】又、本発明の画像観察装置は、 （１−６） 観察者の眼球の前方に可視光を透過し赤外
光を反射する平板状の光反射手段を観察方向に対して斜
設し、該光反射手段の光透過側に画像を表示する表示手
段と、該表示手段で表示した画像を該観察者の観察方向
に虚像として表示する正の屈折力の光学素子を設けると
共に、該光反射手段の光反射側に該眼球を赤外光で照射
する光源と、該眼球に基づく像情報を該光反射手段を介
して受光素子面上に結像させる結像レンズとを設け、該
受光素子より得られる信号より該眼球の視線情報を検出
し、該視線情報を利用して該表示手段に表示する画像の
観察を制御していること等を特徴としている。
【００１５】特に、 （１−６−１） 前記観察方向は観察者の眼球の中心と
前記虚像の中心とを結ぶ中心軸に一致していること。 （１−６−２） 前記光学素子は前記表示手段に表示し
た画像に基づく光束を入射面c より入射させ、該入射面
c からの光束を観察方向に対して傾けた面a で全反射さ
せ、該面a からの反射光を面b で該面a 側に集光反射さ
せて、該面a より射出しており、前記光反射手段は該光
学素子と前記眼球との間の光路中において該面a と平行
となるように斜設していること。 （１−６−３） 前記面a の法線が前記観察方向となす
角をθとするとき、20゜≦ θ ≦ 40゜ なる条件
を満足すること。 （１−６−４） 前記光学素子は対称面が１つのみ存在
する３次曲面を少なくとも１つ有していること。等を特
徴としている。
【００１６】又、本発明の両眼画像観察装置は、 （１−７） (1-6)〜(1-6-4) のいずれか１つに記載の
画像観察装置を観察者の両眼に各々設けたこと等を特徴
としている。
【００１７】又、本発明の撮影装置は、 （１−８） 画像を撮影する撮影手段と、該撮影手段に
よる画像を記録する記録手段と、該撮影手段で撮影する
画像又は該記録手段で記録した画像を観察者が画像観察
装置で観察する際、該画像観察装置は、観察者の眼球の
前方に可視光を透過し赤外光を反射する平板状の光反射
手段を観察方向に対して斜設し、該光反射手段の光透過
側に画像を表示する表示手段と、該表示手段で表示した
画像を該観察者の観察方向に虚像として表示する正の屈
折力の光学素子を設けると共に、該光反射手段の光反射
側に該眼球を赤外光で照射する光源と、該眼球に基づく
像情報を該光反射手段を介して受光素子面上に結像させ
る結像レンズとを設け、該受光素子より得られる信号よ
り該眼球の視線情報を検出し、該視線情報を利用して該
表示手段に表示する画像の観察を制御していること等を
特徴としている。
【００１８】
【実施例】図1 は本発明の実施例1 の要部概略図であ
る。図1(A)はその側面図、図1(B)はその正面図である。
図中、1 は光学素子であり、各々光学的作用をする第1
の作用面a 、第2 の作用面b 、第3 の作用面c を有し、
全体として正の屈折力を有する。2 は表示手段であり、
液晶表示素子などで構成して画像（映像）を表示する。
3(3a,3b)は赤外光源であり、観察者の眼球（眼）E1の前
眼部を赤外光で照明する。4 は結像レンズであり、観察
者の眼E1および眼E1の角膜反射像を縮小結像する。5 は
受光素子であり、光電変換素子などで構成して結像レン
ズ4 で形成された像を検出する。6 は光反射手段であ
り、平板状であって、その１面には赤外光を反射し、可
視光を透過する特性のダイクロイック膜が蒸着されてい
る。光反射手段6 は観察方向(O-O) に対して斜設してい
る。
【００１９】光学素子1 と表示手段2 は観察者から見て
光反射手段6 の光透過側に設けており、又光源3 、結像
レンズ4 、受光素子5 は観察者から見て光反射手段6 の
光反射側に設けている。
【００２０】光学素子1 の第1 の作用面a は、観察者の
眼の上下方向に傾斜している。即ち、第1 の作用面a の
法線は観察方向でもある中心軸OO（観察者の眼球の中心
と表示虚像の中心とを結ぶ軸）に対してθ゜傾いてい
る。又、第2 の作用面b は第1の作用面a に対向する強
い凹面であり、これによって光学素子1 の正の屈折力の
殆どを発生している。更にこの面には光を反射するため
の反射膜を設けている。
【００２１】表示手段2 は観察者の上方( 第1 の作用面
a の傾きが図の逆ならば下方) に配置する。光反射手段
6 は第1 の作用面a の近傍で、第1 の作用面a に略平行
に配置し、結像レンズ4 及び受光素子5 は中心軸OOが光
反射手段6 によって反射された軸に沿って眼の下方( 第
1 の作用面a の傾きが図の逆ならば上方) に配置する。
赤外光源3 は中心軸OOを含む垂直面に対して対称に少な
くとも2 個、斜め下方から観察者の眼E1を照明するよう
に配置する。
【００２２】以上の各要素のうち、表示手段2 、光学素
子1 、光反射手段6 等は画像観察系の一要素を構成して
おり、赤外光源3 、光反射手段6 、結像レンズ4 、受光
素子5 等は視線検出系の一要素を構成している。
【００２３】画像観察系の光学作用について説明する。
表示手段2 で表示した画像からの光束は第3 の作用面
（入射面）c に入射し、第1 の作用面a で全反射し、第
2 の作用面b の凹の反射面で反射すると共に収束されて
第1 の作用面a に向かい、第1の作用面a を透過・屈折
して光学素子1 を射出し、次いで光反射手段6 を透過し
て、観察者の視度に適合した拡がり角( 収束角または平
行) の光束となって観察者の眼に入射する。これにより
観察者の前方に虚像を形成している。
【００２４】なお、観察する画像（虚像）の歪みを補正
する為には表示手段2 に表示された画像の中心から観察
者の瞳に向かう光線を第3 の作用面c に対して傾けて入
射させることが有効である。さらに結像性能と歪みの補
正を同時に満足するためには、光学素子1 の3 つの作用
面をそれぞれ3 次元曲面で構成するのが望ましく、本実
施例の3 つの作用面は中心軸OOを含む垂直面に対称な曲
面形状をしている。なお、光学素子1 の第1 の作用面a
はその全反射を利用するために光反射手段6 と第1 の作
用面a は空気間隔をあけて配置している。
【００２５】観察者の視度に対する調整は、表示手段2
を光学素子1 の光軸Laに沿って平行移動することにより
行う。
【００２６】次に、視線検出系の光学作用について説明
する。２つの赤外光源3a,3b から発した赤外光は、図1
(B)に示すように中心軸OOとは異なる方向から観察者の
前眼部を照明する。照明光は観察者の眼E1及び眼E1の角
膜で反射散乱され、これらの反射光は、光反射手段6 に
より反射され、結像レンズ4 により受光素子5 上に結像
される。そして角膜で反射した光はプルキンエ像を形成
し、瞳孔で散乱した光は瞳孔像を形成する。受光素子5
から得られるプルキンエ像と瞳孔の画像をもとに不図示
の視線検出回路によって観察者の視線方向を検出してい
る。尚、このときの検出方法は例えば本出願人が特開平
3-109029号公報に開示している方法が適用できる。
【００２７】本実施例は光学素子1 の第1 の作用面a を
中心軸OOに対し傾け、光反射手段6を第1 の作用面a に
沿って略平行に配置し、光反射手段6 で反射される光路
に結像レンズ4 、受光素子5 を設けている。これによ
り、画像観察装置の大きさをコンパクトにして、表示手
段2 に表示される画像の観察と視線の検出を可能として
いる。又、前眼部で反射または散乱した光をダイクロイ
ック膜１つのみで受光素子5 に導いているので、前眼部
の像を受光素子5 上に効率よく結像できる。さらに結像
レンズ4 と受光素子5 を近接して配置できるので前眼部
の結像倍率を小さくすることができ、受光素子5 の大き
さを小さくすることができると共に、広範囲の前眼部の
像を取り込んで、これにより視線検出精度を向上させて
いる。
【００２８】さらに、本実施例は光学素子1 において、
表示手段2 で表示した画像からの光が、第3 の作用面c
に入射し、第1 の作用面a で全反射し、第2 の作用面b
で反射し、再び第1 の作用面a を透過する構成としたこ
とにより、光路を短くしたままで、光学性能、とくに画
像の歪みを良好に補正している。
【００２９】実施例1 の第1 の作用面a の傾き角θは約
32°である。この傾き角θは、 20゜≦ θ ≦ 40゜ の範囲であることが望ましい。
【００３０】角度θが20゜よりも小さいと、図1 に示す
角度αが小さくなって視線検出系が眼の側に飛び出し易
くなるので、光反射手段6 及び光学素子1 を眼から離さ
なければならなくなり、装置の大きさを大きくする。又
角度θが40゜よりも大きいと光束が第1 の作用面a を透
過する際に発生する色ずれが大きくなり画像の見えを悪
化させる。
【００３１】図2 は本発明の実施例2 の要部概略図であ
る。図2(A)はその平面図、図2(B)はその正面図である。
本実施例は実施例1 に比べて赤外光源を４つ用い、又中
心軸OOを軸として光学素子1 、表示手段2 、そして光反
射手段6 を90°回転した点が異なっており、その他の構
成は同じである。
【００３２】図中、1 は光学素子であり、各々光学的作
用をする第1 の作用面a 、第2 の作用面b 、第3 の作用
面c を有し全体として正の屈折力を有する。2 は表示手
段であり、液晶表示素子などで構成して画像を表示す
る。13(13a,13b,13c,13d) は赤外光源であり、眼球の前
眼部を赤外光で照明する。4 は結像レンズであり、観察
者の眼E1および眼E1の角膜反射像を縮小結像する。5 は
受光素子であり、光電変換素子などで構成して結像レン
ズ4 で形成された像を検出する。6 は光反射手段であ
り、平板状であって、その１面には赤外光を反射し、可
視光を透過する特性のダイクロイック膜が蒸着されてい
る。
【００３３】光学素子1 の第1 の作用面a は、観察者の
眼の左右方向に傾斜している。即ち、第1 の作用面a の
法線は中心軸OOに対してθ゜傾いている。又、第2 の作
用面b は第1 の作用面a に対向する強い凹面であり、こ
れによって光学素子1 の正の屈折力の殆どを発生してい
る。更にこの面には光を反射するための反射膜を設けて
いる。
【００３４】表示手段2 は観察者の左側( 第1 の作用面
a の傾きが図の逆ならば右側) に配置する。光反射手段
6 は第1 の作用面a に沿って略平行に配置し、結像レン
ズ4及び受光素子5 は中心軸OOが光反射手段6 によって
反射された軸に沿って眼の右側( 第1 の作用面a の傾き
が図の逆ならば左側) に配置する。赤外光源13は中心軸
OOを含む垂直面に対して対称に4 個、斜め下方から観察
者の眼E1を照明するように配置する。
【００３５】以上の各要素のうち、表示手段2、光学素子
1 、光反射手段6 等は画像観察系の一要素を構成してお
り、赤外光源13、光反射手段6 、結像レンズ4 、受光素
子5等は視線検出系の一要素を構成している。
【００３６】画像観察系の光学作用は実施例1 と基本的
に同じである。
【００３７】次に、視線検出系の光学作用について説明
する。４つの赤外光源13(13a,13b,13c,13d) から発した
赤外光は、図2(B)に示すように中心軸OOとは異なる方向
から観察者の前眼部を照明する。照明光は観察者の眼E1
及び眼E1の角膜で反射散乱され、これらの反射光は、光
反射手段6 により反射され、結像レンズ4 により受光素
子5 上に結像される。そして角膜で反射した光はプルキ
ンエ像を形成し、瞳孔で散乱した光は瞳孔像を形成す
る。受光素子5 から得られるプルキンエ像と瞳孔の画像
をもとに不図示の視線検出回路によって観察者の視線方
向を検出している。
【００３８】本実施例においては第1 の作用面a の傾き
θは約32°である。
【００３９】又、本実施例の効果は実施例1 と同様であ
る。
【００４０】図3 は本発明の実施例3 の要部概略図であ
る。本実施例が実施例1 と異なる点は第1 の作用面a 上
に可視光を透過し、赤外光を反射するダイクロイック膜
36を形成し、該ダイクロイック膜36に光反射手段として
の機能を持たせた点であり、その他の構成は同じであ
る。
【００４１】図中、31は光学素子であり、第1 の作用面
a 、第2 の作用面b 、第3 の作用面c を有し全体として
正の屈折力を有する。第1 の作用面a 上には、赤外光を
反射し、可視光を透過する特性のダイクロイック膜36が
蒸着されており、本実施例ではこの膜で光反射手段とし
ての機能を持たせている。
【００４２】2 は表示手段であり、液晶表示素子などで
構成して画像を表示する。3 は赤外光源であり、観察者
の眼球E1の前眼部を赤外光で照明する。4 は結像レンズ
であり、観察者の眼および眼の角膜の反射像を縮小結像
する。5 は受光素子であり、光電変換素子などから構成
し、結像レンズ4 で形成された像を検出する。
【００４３】光学素子31の第1 の作用面a の法線は中心
軸OOに対して上下方向にθ°傾斜している。表示手段2
は観察者の上方( 第1 の作用面a の傾きが逆ならば下
方) に配置し、視線検出のための結像レンズ4 及び受光
素子5 は中心軸OOが第1 の作用面a によって反射された
軸に沿って眼の下方( 第1 の作用面a の傾きが逆ならば
上方) に配置する。第2 の作用面b には、光を反射する
ための反射膜を設けている。赤外光源3a,3b は中心軸OO
を含み垂直な平面に対して対称に少なくとも2 個、斜め
下方から観察者の眼E1を照明するように配置している。
【００４４】以上の各要素のうち、表示手段2、光学素子
31、等は画像観察系の一要素を構成しており、赤外光源
3a,3b 、ダイクロイック膜36、結像レンズ4 、受光素子
5 等は視線検出系の一要素を構成している。画像観察系
の光学作用については基本的に実施例1 と同じである。
【００４５】視線検出系の光学作用について説明する。
赤外光源3a,3b から発した光は、中心軸OOとは異なる方
向から観察者の前眼部を照明する。照明光は観察者の眼
E1及び眼E1の角膜で反射散乱され、これらの反射光は、
第1 の作用面a 上のダイクロイック膜36により反射さ
れ、結像レンズ4 により受光素子5 上に結像される。そ
して角膜で反射した光はプルキンエ像を形成し、瞳孔で
散乱した光は瞳孔像を形成する。受光素子5 から得られ
るプルキンエ像と瞳孔の画像をもとに不図示の視線検出
回路によって観察者の視線方向を検出している。
【００４６】本実施例の効果は実施例1 と略同じである
が、平板状の光反射手段6 が無い分、構成は簡単であ
り、コスト面でも有利となる。
【００４７】図4 は本発明の実施例4 の要部概略図であ
る。本実施例は実施例3 の変形例であり、眼球を照明す
る赤外光源33a,33b を第1 の作用面a に向けて配置し、
照明光が第1 の作用面a 上のダイクロイック膜36で反射
した後、観察者の前眼部を照明するようにしたものであ
る。これにより、前眼部の照明を眼E1に対して正面に近
い方向から行うことができるので、まぶたや、まつげの
影による視線検出のエラーを防ぎ精度の高い視線検出を
可能としている。
【００４８】図5 は本発明の実施例5 の要部概略図であ
る。本実施例は両眼画像観察装置を示している。図中、
51、52 は各々実施例1 の画像観察装置であり、本実施例
ではこの同じ構成の画像観察装置を観察者の両眼に設け
て両眼画像観察装置を構成している。
【００４９】本実施例においては表示手段2 を眼の上方
に配置している。このようにして両眼画像観察装置を構
成すれば、視差のある画像を右眼と左眼にそれぞれ表示
することで立体映像を容易に鑑賞することができる。そ
して、両眼の視線検出系により両眼の視線方向を検出
し、3 次元の注視点を検出することを可能とする。
【００５０】図6 は実施例6 の要部概略図である。本実
施例は両眼画像観察装置の実施例の平面図である。図
中、61、62 は各々実施例2 の画像観察装置であり、本実
施例ではこの同じ構成の画像観察装置を観察者の両眼に
設けて両眼画像観察装置を構成している。
【００５１】本実施例においては表示手段2 を右眼用は
観察者の右眼の右側に、左眼用は観察者の左眼の左側に
配置しているので装置全体をコンパクトに構成すること
ができる。このようにして両眼画像観察装置を構成すれ
ば、視差のある画像を右眼と左眼にそれぞれ表示するこ
とで立体映像を容易に鑑賞することができる。そして、
両眼の視線検出系により両眼の視線方向を検出し、3 次
元の注視点を検出することを可能とする。
【００５２】図7 は本発明の実施例7 の要部概略図であ
って、実施例1 の画像観察装置をビデオカメラに取り付
けた例である。同図は撮影部（撮影手段）、記録部（記
録手段）からなるカメラ本体50に、実施例1 よりなる画
像観察装置（観察手段）71を一体構成として構成したビ
デオカメラでもって撮影している場合を示している。本
実施例では、通常の一体型ビデオカメラと同じ様に撮影
することができ、且つ観察手段71より得られる観察者の
視線情報に基づいて撮影部及び記録部を種々制御でき
る。
【００５３】又、図8 は本発明の実施例8 の要部概略図
であって、実施例1 の画像観察装置をビデオカメラに応
用した例である。本実施例は実施例1 よりなる画像観察
装置（観察手段）81を撮影部（撮影手段）・記録部（記
録手段）からなるカメラ本体80に対して着脱自在とし、
外したときはこれを支持部材によって観察者の頭部に装
着し、カメラ本体80とはフレキシブルな信号線で繋げる
ようにしてビデオカメラを構成したものである。
【００５４】本実施例によるビデオカメラによれば、撮
影者が手を上部に差し延べた位置からの撮影とか、地面
すれすれの位置から撮影する場合にも容易に撮影でき、
フレキシブルな撮影を行え、且つ観察手段81より得られ
る観察者の視線情報に基づいて撮影部及び記録部を種々
制御できる。
【００５５】又、観察手段と撮影手段とを一体化して、
記録手段のみをフレキシブルな信号線で繋いでビデオカ
メラを構成しても良い。る。
【００５６】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、特にビデオ
カメラ等のファインダーや観察者の頭部に装着して、表
示手段に表示した画像情報を観察出来るようにした画像
観察装置、所謂ヘッドマウントディスプレイなどにおい
て、表示手段で表示された画像情報を拡大観察する画像
観察系と、観察者の視線を検出する視線検出系を適切に
設定することにより、装置全体の小型化を実現し、更に
視線情報に基づいて画像観察系の表示手段に表示する画
像情報やその他の機能を種々と制御できる視線検出系を
有した画像観察装置及びこれを用いた両眼画像観察装置
を達成している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例1 の要部概略図
【図２】 本発明の実施例2 の要部概略図
【図３】 本発明の実施例3 の要部概略図
【図４】 本発明の実施例4 の要部概略図
【図５】 本発明の実施例5 の要部概略図
【図６】 本発明の実施例6 の要部概略図
【図７】 本発明の実施例7 の要部概略図
【図８】 本発明の実施例8 の要部概略図
【図９】 従来例
【図１０】 従来例
【符号の説明】
1、31、 光学素子、 2 表示手段、 3、3a,3b,13a,13b,13c,13d、33a,33b 赤外光源、 36 ダイクロイック膜 4 結像レンズ、 5 受光素子、 6 光反射手段 51,52,61,62 画像観察装置 70、80 ビデオカメラの撮影部・記録部よりなる
カメラ本体 71、81 画像観察装置（観察手段） E1 眼 OO 中心軸 La 光軸

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像を表示する表示手段と、観察者に面
    した第1 の作用面、これに対向する反射凹面よりなる第
    2 の作用面、該表示手段に面した第3 の作用面を有し、
    全体として正の屈折力を備えて、該観察者の前方に該画
    像の虚像を形成する光学素子と、視線検出のために該観
    察者の前眼部を照明する光源と、該画像からの光を透過
    し、該光源の光を反射する平板状の光反射手段と、該観
    察者の前眼部を結像する結像レンズと、該結像レンズで
    形成された像を検出する受光素子とを有する画像観察装
    置において、 該第1 の作用面は該観察者の眼球の中心と該虚像の中心
    とを結ぶ中心軸に対して傾いており、該光反射手段を該
    光学素子と該観察者の眼の間に設け、該中心軸が該光反
    射手段により反射される軸に沿って該結像レンズ及び該
    受光素子を設けたことを特徴とする画像観察装置。
  2. 【請求項２】 前記光学素子は、前記表示手段に表示し
    た画像からの光束を、前記第3 の作用面から入射させ、
    該第3 の作用面からの光束を前記第1 の作用面で全反射
    させ、該第1 の作用面からの反射光を前記第2 の作用面
    で該第1 の作用面側に集光反射させて、該第1 の作用面
    より射出しており、 前記光反射手段は該第1 の作用面に沿って、その近傍に
    配置していることを特徴とする請求項1 の画像観察装
    置。
  3. 【請求項３】 前記第1 の作用面の法線が前記中心軸と
    なす角をθとするとき、 20゜≦ θ ≦ 40゜
    の条件を満足することを特徴とする請求項1又は2 の画
    像観察装置。
  4. 【請求項４】 前記光源は赤外光源であり、前記光反射
    手段の1 面には可視光を透過し、赤外光を反射するダイ
    クロイック膜を形成していることを特徴とする前記請求
    項1、2 又は3 の画像観察装置。
  5. 【請求項５】 前記光学素子を構成する作用面のうち少
    なくとも1 つの面形状は、対称面が1 つのみ存在する3
    次元曲面であることを特徴とする請求項1、2、3 又は4 の
    画像観察装置。
  6. 【請求項６】 画像を表示する表示手段と、観察者に面
    した第1 の作用面、これに対向する反射凹面よりなる第
    2 の作用面、該表示手段に面した第3 の作用面を有し、
    全体として正の屈折力を備えて、該観察者の前方に該画
    像の虚像を形成する光学素子と、 視線検出のために該観察者の前眼部を照明する光源と、
    該観察者の前眼部を結像する結像レンズと、該結像レン
    ズで形成された像を検出する受光素子とを有する画像観
    察装置において、 該第1 の作用面は該観察者の眼球の中心と該虚像の中心
    とを結ぶ中心軸に対して傾いており、該光学素子は、該
    表示手段に表示した画像からの光束を、該第3の作用面
    から入射させ、該第3 の作用面からの光束を該第1 の作
    用面で全反射させ、該第1 の作用面からの反射光を該第
    2 の作用面で該第1 の作用面側に集光反射させて、該第
    1 の作用面より射出しており、該第1 の作用面上に可視
    光を透過し該光源の光を反射する光反射手段を有してお
    り、該中心軸が該光反射手段により反射される軸に沿っ
    て該結像レンズ及び該受光素子を設け、該受光素子より
    得られる信号より該眼球の視線情報を検出し、該視線情
    報を利用して該表示手段に表示する画像の観察を制御し
    ていることを特徴とする画像観察装置。
  7. 【請求項７】 前記第1 の作用面の法線が前記中心軸と
    なす角をθとするとき、 20゜≦ θ ≦ 40゜
    の条件を満足することを特徴とする請求項6の画像観察
    装置。
  8. 【請求項８】 前記光源は赤外光源であり、前記光反射
    手段は可視光を透過し、赤外光を反射するダイクロイッ
    ク膜であることを特徴とする前記請求項6 又は7 の画像
    観察装置。
  9. 【請求項９】 前記光学素子を構成する作用面のうち少
    なくとも1 つの面形状は、対称面が1 つのみ存在する3
    次元曲面であることを特徴とする請求項6、7又は8 の画
    像観察装置。
  10. 【請求項１０】 請求項1〜9 のいずれか1 項に記載の
    画像観察装置を観察者の両眼に設けたことを特徴とする
    両眼画像観察装置。
  11. 【請求項１１】 画像を撮影する撮影手段と、該撮影手
    段による画像を記録する記録手段と、撮影する画像もし
    くは記録した画像を観察する観察手段とが一体構造とな
    った撮影装置において、 該観察手段は請求項1〜9 のいずれか1 項に記載の画像
    観察装置であって、該観察手段が検出する観察者の視線
    に基づき該撮影手段及び該記録手段の制御が可能である
    ことを特徴とする撮影装置。
  12. 【請求項１２】 画像を撮影する撮影手段と、該撮影手
    段による画像を記録する記録手段と、撮影する画像もし
    くは記録した画像を観察する観察手段とを有する撮影装
    置において、 該観察手段は請求項1〜9 のいずれか1 項に記載の画像
    観察装置であって、該観察手段が検出する観察者の視線
    に基づき該撮影手段及び該記録手段の制御が可能であ
    り、該撮影手段、該記録手段、該観察手段のうち少なく
    とも１つが着脱可能であることを特徴とする撮影装置。
  13. 【請求項１３】 観察者の眼球の前方に可視光を透過し
    赤外光を反射する平板状の光反射手段を観察方向に対し
    て斜設し、 該光反射手段の光透過側に画像を表示する表示手段と、
    該表示手段で表示した画像を該観察者の観察方向に虚像
    として表示する正の屈折力の光学素子を設けると共に、 該光反射手段の光反射側に該眼球を赤外光で照射する光
    源と、該眼球に基づく像情報を該光反射手段を介して受
    光素子面上に結像させる結像レンズとを設け、 該受光素子より得られる信号より該眼球の視線情報を検
    出し、該視線情報を利用して該表示手段に表示する画像
    の観察を制御していることを特徴とする画像観察装置。
  14. 【請求項１４】 前記観察方向は観察者の眼球の中心と
    前記虚像の中心とを結ぶ中心軸に一致していることを特
    徴とする請求項13の画像観察装置。
  15. 【請求項１５】 前記光学素子は前記表示手段に表示し
    た画像に基づく光束を入射面c より入射させ、該入射面
    c からの光束を観察方向に対して傾けた面aで全反射さ
    せ、該面a からの反射光を面b で該面a 側に集光反射さ
    せて、該面aより射出しており、前記光反射手段は該光
    学素子と前記眼球との間の光路中において該面a と平行
    となるように斜設していることを特徴とする請求項13又
    は14の画像観察装置。
  16. 【請求項１６】 前記面a の法線が前記観察方向となす
    角をθとするとき、 20゜≦ θ ≦ 40゜ なる条件を満足することを特徴とする請求項13、14 又は
    15の画像観察装置。
  17. 【請求項１７】 前記光学素子は対称面が１つのみ存在
    する３次曲面を少なくとも１つ有していることを特徴と
    する請求項13〜16 のいずれか1 項に記載の画像観察装
    置。
  18. 【請求項１８】 請求項13〜17 のいずれか１項に記載
    の画像観察装置を観察者の両眼に各々設けたことを特徴
    とする両眼画像観察装置。
  19. 【請求項１９】 画像を撮影する撮影手段と、該撮影手
    段による画像を記録する記録手段と、該撮影手段で撮影
    する画像又は該記録手段で記録した画像を観察者が画像
    観察装置で観察する際、 該画像観察装置は、 観察者の眼球の前方に可視光を透過し赤外光を反射する
    平板状の光反射手段を観察方向に対して斜設し、該光反
    射手段の光透過側に画像を表示する表示手段と、該表示
    手段で表示した画像を該観察者の観察方向に虚像として
    表示する正の屈折力の光学素子を設けると共に、 該光反射手段の光反射側に該眼球を赤外光で照射する光
    源と、該眼球に基づく像情報を該光反射手段を介して受
    光素子面上に結像させる結像レンズとを設け、 該受光素子より得られる信号より該眼球の視線情報を検
    出し、該視線情報を利用して該表示手段に表示する画像
    の観察を制御していることを特徴とする撮影装置。
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