JPH08234136A - 画像観察装置 - Google Patents
画像観察装置Info
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- JPH08234136A JPH08234136A JP7066992A JP6699295A JPH08234136A JP H08234136 A JPH08234136 A JP H08234136A JP 7066992 A JP7066992 A JP 7066992A JP 6699295 A JP6699295 A JP 6699295A JP H08234136 A JPH08234136 A JP H08234136A
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- light
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- observation apparatus
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-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
- G03B13/02—Viewfinders
- G03B13/06—Viewfinders with lenses with or without reflectors
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lenses (AREA)
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
付きのヘッドマウントディスプレイ等に好適な画像観察
装置を得ること。 【構成】 表示手段２に表示した画像を複数の反射面を
有し、全体として正の屈折力の光学ブロックより成る光
学素子１で観察者の前方に虚像として形成し、該虚像を
観察する画像観察系と、光源３からの光束で照明した該
観察者の眼球からの反射光を該光学素子の一部を通した
後に、該光学素子の一部を介したことにより発生する非
点収差を補正する光学部材５を介して結像レンズ系４で
眼球像を受光素子６面上に形成する視線検出系と、を具
備したこと。
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画像観察
装置を得ること。 【構成】 表示手段２に表示した画像を複数の反射面を
有し、全体として正の屈折力の光学ブロックより成る光
学素子１で観察者の前方に虚像として形成し、該虚像を
観察する画像観察系と、光源３からの光束で照明した該
観察者の眼球からの反射光を該光学素子の一部を通した
後に、該光学素子の一部を介したことにより発生する非
点収差を補正する光学部材５を介して結像レンズ系４で
眼球像を受光素子６面上に形成する視線検出系と、を具
備したこと。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像観察装置に関し、特
に表示手段に表示した画像の虚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
イ等に好適な画像観察装置に関するものである。
に表示手段に表示した画像の虚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
イ等に好適な画像観察装置に関するものである。
【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。
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１０、図１１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１０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１１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、２
０７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２１０，２１１，２１
２，２１３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、ＣＲＴ２０７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。２
０４はリレーレンズである。２０５は第２平面ミラーで
あり、ＣＲＴ２０７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。
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１０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１１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、２
０７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２１０，２１１，２１
２，２１３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、ＣＲＴ２０７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。２
０４はリレーレンズである。２０５は第２平面ミラーで
あり、ＣＲＴ２０７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１０によって説明す
る。ＣＲＴ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Ｐ
１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Ｉ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Ｉ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ＣＲＴ２０７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２
０１、第２凹面ミラー２０２、面２１６，２１５，２１
４を透過してくる外界の風景２１９とを重ねて観察す
る。
画像観察光学系の作用について図１０によって説明す
る。ＣＲＴ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Ｐ
１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Ｉ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Ｉ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ＣＲＴ２０７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２
０１、第２凹面ミラー２０２、面２１６，２１５，２１
４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１１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２０
４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２０２を透過し、面２１６を透過し
て、面２１５に入射し、面２１４から射出して観察者の
眼Ｉ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Ｉ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２０
０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。
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２０
４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２０２を透過し、面２１６を透過し
て、面２１５に入射し、面２１４から射出して観察者の
眼Ｉ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Ｉ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２０
０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
２０８の位置が、第２の凹面ミラー２０２の焦点位置Ｐ
１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。
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
２０８の位置が、第２の凹面ミラー２０２の焦点位置Ｐ
１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と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
置の提供を目的とする。
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と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）表示手段に表示した画像を複数の反射面を有
し、全体として正の屈折力の光学ブロックより成る光学
素子で観察者の前方に虚像として形成し、該虚像を観察
する画像観察系と、光源からの光束で照明した該観察者
の眼球からの反射光を該光学素子の一部を通した後に、
該光学素子の一部を介したことにより発生する非点収差
を補正する光学部材を介して結像レンズ系で眼球像を受
光素子面上に形成する視線検出系と、を具備したことを
特徴としている。
は、 （１−１）表示手段に表示した画像を複数の反射面を有
し、全体として正の屈折力の光学ブロックより成る光学
素子で観察者の前方に虚像として形成し、該虚像を観察
する画像観察系と、光源からの光束で照明した該観察者
の眼球からの反射光を該光学素子の一部を通した後に、
該光学素子の一部を介したことにより発生する非点収差
を補正する光学部材を介して結像レンズ系で眼球像を受
光素子面上に形成する視線検出系と、を具備したことを
特徴としている。
【０００９】特に、（１−１−１）前記光学素子は前記
表示手段で表示した画像からの光束を入射させる入射面
と、該入射面からの光束を全反射させる第１の作用面
と、該第１の作用面からの光束を該第１の作用面側方向
へ反射させる第２の作用面、そして該第２の作用面から
の光束を出射させる該第１の作用面の一部に設けた出射
面と、を有していること。
表示手段で表示した画像からの光束を入射させる入射面
と、該入射面からの光束を全反射させる第１の作用面
と、該第１の作用面からの光束を該第１の作用面側方向
へ反射させる第２の作用面、そして該第２の作用面から
の光束を出射させる該第１の作用面の一部に設けた出射
面と、を有していること。
【００１０】（１−１−２）前記第２の作用面の一部の
領域に前記表示手段に表示した画像からの光束を反射さ
せる反射膜を設け、かつその一部の領域に前記観察者の
眼球からの反射光を通過させる少なくとも１つの開口部
Ａを設けたこと。
領域に前記表示手段に表示した画像からの光束を反射さ
せる反射膜を設け、かつその一部の領域に前記観察者の
眼球からの反射光を通過させる少なくとも１つの開口部
Ａを設けたこと。
【００１１】（１−１−３）前記光源からの光束を前記
第２の作用面の一部に設けた開口部Ａ´と、前記第１の
作用面とを通過させて観察者の眼球に導光しているこ
と。
第２の作用面の一部に設けた開口部Ａ´と、前記第１の
作用面とを通過させて観察者の眼球に導光しているこ
と。
【００１２】（１−１−４）前記開口部Ａ上には可視光
を反射し、赤外光を透過するダイクロイック膜が形成さ
れていること。
を反射し、赤外光を透過するダイクロイック膜が形成さ
れていること。
【００１３】（１−１−５）前記開口部Ａ内の一部の領
域には前記表示手段に表示した画像からの光束を反射さ
せる複数の反射膜が設けられていること。
域には前記表示手段に表示した画像からの光束を反射さ
せる複数の反射膜が設けられていること。
【００１４】（１−１−６）前記第１の作用面と前記第
２の作用面は回転非対称の曲面より成っていること。
２の作用面は回転非対称の曲面より成っていること。
【００１５】（１−１−７）前記入射面と第１の作用面
と第２の作用面は回転対称軸を有しない３次元曲面より
構成されていること。
と第２の作用面は回転対称軸を有しない３次元曲面より
構成されていること。
【００１６】（１−１−８）前記第２の作用面は前記観
察者の眼球に対して上下方向又は左右方向に傾斜されて
いること。
察者の眼球に対して上下方向又は左右方向に傾斜されて
いること。
【００１７】（１−１−９）前記表示手段は該観察者の
眼球に対して上下方向又は左右方向に設けられているこ
と。
眼球に対して上下方向又は左右方向に設けられているこ
と。
【００１８】（１−１−１０）前記光学部材の少なくと
も１つの面には曲率が付けられていること。
も１つの面には曲率が付けられていること。
【００１９】（１−１−１１）前記光学部材は内部反射
面を有していること。
面を有していること。
【００２０】（１−１−１２）前記光学部材はくさび形
状より成るくさびプリズム又はくさびレンズであるこ
と。
状より成るくさびプリズム又はくさびレンズであるこ
と。
【００２１】（１−１−１３）前記結像レンズ系を構成
するレンズのうち少なくとも１つのレンズのレンズ面に
は回転対称な非球面が施されていること。
するレンズのうち少なくとも１つのレンズのレンズ面に
は回転対称な非球面が施されていること。
【００２２】（１−１−１４）前記光源は赤外光源であ
ること。
ること。
【００２３】（１−２）表示手段に表示した画像からの
光束を入射させる入射面と、該入射面からの光束を全反
射させる第１の作用面と、該第１の作用面からの光束を
該第１の作用面側方向へ反射させる第２の作用面、そし
て該第２の作用面からの光束を出射させる該第１の作用
面の一部に設けた出射面と、を有する光学ブロックから
成る正の屈折力の光学素子を介して観察者側に導光し
て、該画像の虚像を観察する画像観察系と、光源からの
光束で観察者の眼球を照明し、該眼球からの反射光を該
光学素子の出射面と該第２の作用面に設けた少なくとも
１つの開口部Ａを介して射出させた後、該光学素子を通
過させたことにより発生する非点収差を補正する為の光
学部材を介して結像レンズにより受光素子面上に眼球像
を形成し、該受光素子からの信号を用いて該観察者の眼
球の視線を検出する視線検出系とを有し、該表示手段に
表示した画像を観察する際に該視線検出系からの視線情
報を利用していることを特徴としている。
光束を入射させる入射面と、該入射面からの光束を全反
射させる第１の作用面と、該第１の作用面からの光束を
該第１の作用面側方向へ反射させる第２の作用面、そし
て該第２の作用面からの光束を出射させる該第１の作用
面の一部に設けた出射面と、を有する光学ブロックから
成る正の屈折力の光学素子を介して観察者側に導光し
て、該画像の虚像を観察する画像観察系と、光源からの
光束で観察者の眼球を照明し、該眼球からの反射光を該
光学素子の出射面と該第２の作用面に設けた少なくとも
１つの開口部Ａを介して射出させた後、該光学素子を通
過させたことにより発生する非点収差を補正する為の光
学部材を介して結像レンズにより受光素子面上に眼球像
を形成し、該受光素子からの信号を用いて該観察者の眼
球の視線を検出する視線検出系とを有し、該表示手段に
表示した画像を観察する際に該視線検出系からの視線情
報を利用していることを特徴としている。
【００２４】特に、（１−２−１）前記第２の作用面の
一部の領域には前記表示手段に表示した画像からの光束
を反射させる反射膜が形成されており、前記開口部Ａは
該反射膜の一部の領域に設けられていること。
一部の領域には前記表示手段に表示した画像からの光束
を反射させる反射膜が形成されており、前記開口部Ａは
該反射膜の一部の領域に設けられていること。
【００２５】（１−２−２）前記光源からの光束を前記
第２の作用面の一部に設けた開口部Ａ´と、前記第１の
作用面とを通過させて観察者の眼球に導光しているこ
と。
第２の作用面の一部に設けた開口部Ａ´と、前記第１の
作用面とを通過させて観察者の眼球に導光しているこ
と。
【００２６】（１−２−３）前記開口部Ａ上には可視光
を反射し、赤外光を透過するダイクロイック膜が形成さ
れていること。
を反射し、赤外光を透過するダイクロイック膜が形成さ
れていること。
【００２７】（１−２−４）前記開口部Ａ内の一部の領
域には前記表示手段に表示した画像からの光束を反射さ
せる複数の反射膜が設けられていること。
域には前記表示手段に表示した画像からの光束を反射さ
せる複数の反射膜が設けられていること。
【００２８】（１−２−５）前記第１の作用面と前記第
２の作用面は回転非対称の曲面より成っていること。
２の作用面は回転非対称の曲面より成っていること。
【００２９】（１−２−６）前記入射面と第１の作用面
と第２の作用面は回転対称軸を有しない３次元曲面より
構成されていること。
と第２の作用面は回転対称軸を有しない３次元曲面より
構成されていること。
【００３０】（１−２−７）前記第２の作用面は前記観
察者の眼球に対して上下方向又は左右方向に傾斜されて
いること。
察者の眼球に対して上下方向又は左右方向に傾斜されて
いること。
【００３１】（１−２−８）前記表示手段は該観察者の
眼球に対して上下方向又は左右方向に設けられているこ
と。
眼球に対して上下方向又は左右方向に設けられているこ
と。
【００３２】（１−２−９）前記光学部材の少なくとも
１つの面には曲率が付けられていること。
１つの面には曲率が付けられていること。
【００３３】（１−２−１０）前記光学部材は内部反射
面を有していること。
面を有していること。
【００３４】（１−２−１１）前記光学部材はくさび形
状より成るくさびプリズム又はくさびレンズであるこ
と。
状より成るくさびプリズム又はくさびレンズであるこ
と。
【００３５】（１−２−１２）前記結像レンズ系を構成
するレンズのうち少なくとも１つのレンズのレンズ面に
は回転対称な非球面が施されていること。
するレンズのうち少なくとも１つのレンズのレンズ面に
は回転対称な非球面が施されていること。
【００３６】（１−２−１３）前記光源は赤外光源であ
ること。
ること。
【００３７】
【実施例】図１（Ａ）は本発明の実施例１の要部概略
図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示した光学素子の第２の
作用面の説明図である。
図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示した光学素子の第２の
作用面の説明図である。
【００３８】図中、１は光学素子（観察光学素子）であ
り、全反射面と出射面とを併用する第１の作用面ａ、反
射面と一部開口部（透過部）を有する第２の作用面ｂ、
入射面としての第３の作用面ｃを有し、全体として正の
屈折力を有した光学ブロックより成り、基本光軸Ｌに対
して全体としてくさび状の形状より成っている。光学素
子１の第２の作用面ｂは観察者の眼Ｉの上下方向に対し
て傾斜しており、該第２の作用面ｂの一部に後述する表
示手段２で表示した画像からの光束を反射させる反射膜
Ｍを形成しており、かつその中央部に観察者の眼球から
の反射光を通過させる所定形状より成る開口部Ａを設け
ている。
り、全反射面と出射面とを併用する第１の作用面ａ、反
射面と一部開口部（透過部）を有する第２の作用面ｂ、
入射面としての第３の作用面ｃを有し、全体として正の
屈折力を有した光学ブロックより成り、基本光軸Ｌに対
して全体としてくさび状の形状より成っている。光学素
子１の第２の作用面ｂは観察者の眼Ｉの上下方向に対し
て傾斜しており、該第２の作用面ｂの一部に後述する表
示手段２で表示した画像からの光束を反射させる反射膜
Ｍを形成しており、かつその中央部に観察者の眼球から
の反射光を通過させる所定形状より成る開口部Ａを設け
ている。
【００３９】又、本実施例における光学素子１は像性能
と歪みを補正し、テレセントリックな系とする為に３つ
の作用面ａ，ｂ，ｃをそれぞれ回転対称軸を有しない３
次元曲面で構成しており、本実施例の３つの作用面ａ，
ｂ，ｃは基本光軸Ｌを含む垂直面（紙面に平行な平面）
にのみ対称な曲面形状にしている。
と歪みを補正し、テレセントリックな系とする為に３つ
の作用面ａ，ｂ，ｃをそれぞれ回転対称軸を有しない３
次元曲面で構成しており、本実施例の３つの作用面ａ，
ｂ，ｃは基本光軸Ｌを含む垂直面（紙面に平行な平面）
にのみ対称な曲面形状にしている。
【００４０】２は表示手段であり、例えば液晶画像表示
素子などで構成して画像（映像）を表示している。表示
手段２は観察者の上方( 第１の作用面ａの傾きが図の逆
ならば下方) に配置している。
素子などで構成して画像（映像）を表示している。表示
手段２は観察者の上方( 第１の作用面ａの傾きが図の逆
ならば下方) に配置している。
【００４１】３（３ａ，３ｂ）は光源としての赤外光源
であり、観察者の眼球（眼）Ｉの前眼部を赤外光で照明
している。赤外光源３は基本光軸（中心軸）Ｌを含む垂
直面（紙面に平行な平面）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Ｉを照明するように配置し
ている。
であり、観察者の眼球（眼）Ｉの前眼部を赤外光で照明
している。赤外光源３は基本光軸（中心軸）Ｌを含む垂
直面（紙面に平行な平面）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Ｉを照明するように配置し
ている。
【００４２】５は光学素子１の第１の作用面ａと第２の
作用面ｂを介したときに発生する非点収差を補正する光
学部材としてのくさび形状より成るくさびプリズムであ
り、光学素子１側のプリズム面（透過面）には曲率を付
けている。本実施例では、後述するように、このくさび
プリズム５によりくさび形状より成る光学素子１で発生
する非点収差を良好に補正して高精度の視線検出を行な
っている。
作用面ｂを介したときに発生する非点収差を補正する光
学部材としてのくさび形状より成るくさびプリズムであ
り、光学素子１側のプリズム面（透過面）には曲率を付
けている。本実施例では、後述するように、このくさび
プリズム５によりくさび形状より成る光学素子１で発生
する非点収差を良好に補正して高精度の視線検出を行な
っている。
【００４３】４は結像レンズ系であり、２つの正レンズ
４ａ，４ｂを有しており、正レンズ４ａの両レンズ面に
回転対称な非球面を施しており、観察者の眼および眼の
角膜反射像を縮小結像している。
４ａ，４ｂを有しており、正レンズ４ａの両レンズ面に
回転対称な非球面を施しており、観察者の眼および眼の
角膜反射像を縮小結像している。
【００４４】６は受光素子であり、例えば光電変換素子
などで構成して結像レンズ系４で形成された像を検出し
ている。尚、後述する視線検出系で観察者の眼Ｉから絞
りに至るまでの光路を図中Ｅで示し、観察者の眼Ｉと表
示手段２の中心を結ぶ線を基本光軸Ｌとして示してい
る。
などで構成して結像レンズ系４で形成された像を検出し
ている。尚、後述する視線検出系で観察者の眼Ｉから絞
りに至るまでの光路を図中Ｅで示し、観察者の眼Ｉと表
示手段２の中心を結ぶ線を基本光軸Ｌとして示してい
る。
【００４５】以上の各要素のうち、表示手段２、光学素
子１等は画像観察系の一要素を構成しており、赤外光源
３、くさびプリズム５、結像レンズ系４、受光素子６等
は視線検出系の一要素を構成している。
子１等は画像観察系の一要素を構成しており、赤外光源
３、くさびプリズム５、結像レンズ系４、受光素子６等
は視線検出系の一要素を構成している。
【００４６】次に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に入射して、第１の作用面ａで全反射
し、第２の作用面ｂに形成された反射膜Ｍで反射されて
第１の作用面ａに向かい、該第１の作用面ａを透過・屈
折して光学素子１を射出し、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
Ｉ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。
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に入射して、第１の作用面ａで全反射
し、第２の作用面ｂに形成された反射膜Ｍで反射されて
第１の作用面ａに向かい、該第１の作用面ａを透過・屈
折して光学素子１を射出し、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
Ｉ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。
【００４７】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Ｌに沿って平行移動することにより行
なっている。
光学素子１の光軸Ｌに沿って平行移動することにより行
なっている。
【００４８】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に示すように基本光軸Ｌとは異なる方向から観察者の
眼球の前眼部を照明する。照明光は観察者の角膜及び瞳
孔で反射散乱され、これらの反射光は光学素子１の第１
の作用面ａより入射し、第２の作用面ｂに形成した反射
膜Ｍの中央部に設けた開口部Ａを通過してくさびプリズ
ム５を介し結像レンズ系４により受光素子６上に結像さ
れる。
る。２つの赤外光源３ａ，３ｂから発した赤外光は、図
１に示すように基本光軸Ｌとは異なる方向から観察者の
眼球の前眼部を照明する。照明光は観察者の角膜及び瞳
孔で反射散乱され、これらの反射光は光学素子１の第１
の作用面ａより入射し、第２の作用面ｂに形成した反射
膜Ｍの中央部に設けた開口部Ａを通過してくさびプリズ
ム５を介し結像レンズ系４により受光素子６上に結像さ
れる。
【００４９】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。そして
受光素子６から得られるプルキンエ像と瞳孔の画像を基
に視線検出回路（不図示）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。
形成し、瞳孔で散乱した光は瞳孔像を形成する。そして
受光素子６から得られるプルキンエ像と瞳孔の画像を基
に視線検出回路（不図示）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。
【００５０】同公報では受光手段を構成する複数の光電
素子列のうちから所定の２つの光電素子列を適切に選択
し、該選択した２つの光電素子列より角膜反射像と虹彩
反射像に基づく情報を得ることにより観察者の視線を高
精度に算出している。
素子列のうちから所定の２つの光電素子列を適切に選択
し、該選択した２つの光電素子列より角膜反射像と虹彩
反射像に基づく情報を得ることにより観察者の視線を高
精度に算出している。
【００５１】本実施例では前述の如く結像レンズ系４を
構成するレンズの少なくとも１つのレンズのレンズ面に
非球面を施しており、これにより軸外における結像性能
を向上させている。
構成するレンズの少なくとも１つのレンズのレンズ面に
非球面を施しており、これにより軸外における結像性能
を向上させている。
【００５２】本実施例の光学素子１は前述の如く基本光
軸Ｌに対してくさび状の形状より成っている。この為、
光学素子１で発生する非点収差を補正する為に、くさび
形状より成るくさびプリズム（非点収差を補正する光学
部材）５を結像レンズ系４に用いることによって効果的
に補正している。更に本実施例ではくさびプリズム５の
少なくとも１つの面（光学素子１側の透過面）に曲率を
付けることによって更に非点収差を良好に補正してい
る。
軸Ｌに対してくさび状の形状より成っている。この為、
光学素子１で発生する非点収差を補正する為に、くさび
形状より成るくさびプリズム（非点収差を補正する光学
部材）５を結像レンズ系４に用いることによって効果的
に補正している。更に本実施例ではくさびプリズム５の
少なくとも１つの面（光学素子１側の透過面）に曲率を
付けることによって更に非点収差を良好に補正してい
る。
【００５３】又、本実施例では反射膜Ｍに設けた開口部
が単一の場合には、結像レンズ系４の絞りを、その開口
部Ａ近傍に設けるのが良い。これにより開口部Ａの大き
さを小さくすることができ、画像観察系（観察像）に対
する中抜けを有効に防止することができる。尚望ましく
は開口部Ａと絞りとが一致していることが良い。又この
開口部Ａの大きさを２ｍｍより小さく設定することによ
り、眼の瞳径よりも小さくすることができ、これにより
更に画像観察系に対する中抜けを有効に防止することが
できる。
が単一の場合には、結像レンズ系４の絞りを、その開口
部Ａ近傍に設けるのが良い。これにより開口部Ａの大き
さを小さくすることができ、画像観察系（観察像）に対
する中抜けを有効に防止することができる。尚望ましく
は開口部Ａと絞りとが一致していることが良い。又この
開口部Ａの大きさを２ｍｍより小さく設定することによ
り、眼の瞳径よりも小さくすることができ、これにより
更に画像観察系に対する中抜けを有効に防止することが
できる。
【００５４】又、本実施例では前述の如く観察者の眼Ｉ
を照明する光束に視感度の低い赤外光を用いている。そ
こで本実施例では、例えば結像レンズ系４に可視光をカ
ットする部材（レンズ）を少なくとも１つ設けることに
よって、視線の検出精度を向上させている。
を照明する光束に視感度の低い赤外光を用いている。そ
こで本実施例では、例えば結像レンズ系４に可視光をカ
ットする部材（レンズ）を少なくとも１つ設けることに
よって、視線の検出精度を向上させている。
【００５５】図２は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。同図において図１に示した要素と同一要素には同符
番を付している。
る。同図において図１に示した要素と同一要素には同符
番を付している。
【００５６】本実施例において前述の実施例１と異なる
点は光学素子の形状及び視線検出系の一部の構成であ
り、その他の構成及び光学的作用は略同様であり、これ
により同様な効果を得ている。
点は光学素子の形状及び視線検出系の一部の構成であ
り、その他の構成及び光学的作用は略同様であり、これ
により同様な効果を得ている。
【００５７】即ち、２１は光学素子（観察光学素子）で
あり、全反射面と出射面とを併用する第１の作用面ａ、
反射面と一部開口部（透過部）を有する第２の作用面
ｂ、入射面としての第３の作用面ｃを有し、全体として
正の屈折力を有した光学ブロックより成り、基本光軸Ｌ
に対して全体としてくさび状の形状より成っている。
あり、全反射面と出射面とを併用する第１の作用面ａ、
反射面と一部開口部（透過部）を有する第２の作用面
ｂ、入射面としての第３の作用面ｃを有し、全体として
正の屈折力を有した光学ブロックより成り、基本光軸Ｌ
に対して全体としてくさび状の形状より成っている。
【００５８】光学素子２１の第２の作用面ｂは観察者の
眼Ｉの上下方向に対して傾斜しており、該第２の作用面
ｂの一部に後述する表示手段２からの光束を反射させる
反射膜Ｍを形成しており、その中央部に観察者の眼球か
らの反射光を通過させる所定形状より成る開口部Ａを設
けている。
眼Ｉの上下方向に対して傾斜しており、該第２の作用面
ｂの一部に後述する表示手段２からの光束を反射させる
反射膜Ｍを形成しており、その中央部に観察者の眼球か
らの反射光を通過させる所定形状より成る開口部Ａを設
けている。
【００５９】又、光学素子２１は像性能と歪みを補正
し、テレセントリックな系とする為に３つの作用面ａ，
ｂ，ｃをそれぞれ回転対称軸を有しない３次元曲面で構
成しており、本実施例の３つの作用面ａ，ｂ，ｃは基本
光軸Ｌを含む垂直面（紙面に平行な平面）にのみ対称な
曲面形状にしている。
し、テレセントリックな系とする為に３つの作用面ａ，
ｂ，ｃをそれぞれ回転対称軸を有しない３次元曲面で構
成しており、本実施例の３つの作用面ａ，ｂ，ｃは基本
光軸Ｌを含む垂直面（紙面に平行な平面）にのみ対称な
曲面形状にしている。
【００６０】２４は結像レンズ系であり、光学素子２１
の第１の作用面ａと第２の作用面ｂを介したときに発生
する非点収差を補正する光学部材としてのくさび形状よ
り成るくさびレンズ２４ａと、光学素子２１側のレンズ
面に回転対称な非球面を施した正レンズ（結像レンズ）
２４ｂとを有し、該くさびレンズ２４ａは光学素子１の
第２の作用面ｂと僅かな空気間隔を隔てて配置してい
る。これにより結像レンズ系４を少ないレンズ枚数で構
成することができ、装置全体の小型化を図っている。又
このくさびレンズ２４ａの斜めの面（傾斜面）２４ａ１
に曲率を付けることにより第２の作用面ｂで発生する偏
心収差を更に良好に補正している。更にこの傾斜面２４
ａ１の形状を第２の作用面ｂの形状と同一又はそれに近
い形状とし、例えば該第２の作用面ｂと接合することで
傾斜面の屈折を無くすことにより、更に光学性能を向上
させている。
の第１の作用面ａと第２の作用面ｂを介したときに発生
する非点収差を補正する光学部材としてのくさび形状よ
り成るくさびレンズ２４ａと、光学素子２１側のレンズ
面に回転対称な非球面を施した正レンズ（結像レンズ）
２４ｂとを有し、該くさびレンズ２４ａは光学素子１の
第２の作用面ｂと僅かな空気間隔を隔てて配置してい
る。これにより結像レンズ系４を少ないレンズ枚数で構
成することができ、装置全体の小型化を図っている。又
このくさびレンズ２４ａの斜めの面（傾斜面）２４ａ１
に曲率を付けることにより第２の作用面ｂで発生する偏
心収差を更に良好に補正している。更にこの傾斜面２４
ａ１の形状を第２の作用面ｂの形状と同一又はそれに近
い形状とし、例えば該第２の作用面ｂと接合することで
傾斜面の屈折を無くすことにより、更に光学性能を向上
させている。
【００６１】尚、本実施系における各要素のうち表示手
段２、光学素子２１等は画像観察系の一要素を構成して
おり、赤外光源３、くさびレンズ２４ａ、結像レンズ２
４ｂ、受光素子６等は視線検出系の一要素を構成してい
る。
段２、光学素子２１等は画像観察系の一要素を構成して
おり、赤外光源３、くさびレンズ２４ａ、結像レンズ２
４ｂ、受光素子６等は視線検出系の一要素を構成してい
る。
【００６２】図３は本発明の実施例３の要部概略図であ
る。同図において図２に示した要素と同一要素には同符
番を付している。
る。同図において図２に示した要素と同一要素には同符
番を付している。
【００６３】本実施例では画像観察系を観察者に対して
横に展開した例であり、前述の実施例２と異なる点は光
学素子２１の第２の作用面ｂを観察者の眼の左右方向に
対して傾斜させ、かつ表示手段２を観察者の左方（又は
右方）方向に対して配置させたことであり、その他の構
成及び光学的作用は実施例２と略同様であり、これによ
り同様な効果を得ている。
横に展開した例であり、前述の実施例２と異なる点は光
学素子２１の第２の作用面ｂを観察者の眼の左右方向に
対して傾斜させ、かつ表示手段２を観察者の左方（又は
右方）方向に対して配置させたことであり、その他の構
成及び光学的作用は実施例２と略同様であり、これによ
り同様な効果を得ている。
【００６４】図４（Ａ）は本発明の実施例４の要部概略
図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示した光学素子の第２の
作用面の一部分の説明図である。同図において図２に示
した要素と同一要素には同符番を付している。
図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示した光学素子の第２の
作用面の一部分の説明図である。同図において図２に示
した要素と同一要素には同符番を付している。
【００６５】本実施例において前述の実施例２と異なる
点は第２の作用面ｂに設けた開口部Ａ上に赤外光を透過
させ、可視光を反射させるダイクロイック膜Ｄを形成
し、観察像の中抜けを更に有効に防止したことであり、
その他の構成及び光学的作用は実施例２と略同様であ
り、これにより同様な効果を得ている。
点は第２の作用面ｂに設けた開口部Ａ上に赤外光を透過
させ、可視光を反射させるダイクロイック膜Ｄを形成
し、観察像の中抜けを更に有効に防止したことであり、
その他の構成及び光学的作用は実施例２と略同様であ
り、これにより同様な効果を得ている。
【００６６】即ち、図４（Ｂ）においてＡは第２の作用
面ｂの一部に設けた開口部であり、この開口部Ａ上に赤
外光を透過させ、可視光を反射させるダイクロイック膜
Ｄを形成している。これにより本実施例では視線検出の
為の赤外光を透過させ、観察像を観察する為の可視光を
反射させることによって、画像観察系及び視線検出系を
適切に構成している。
面ｂの一部に設けた開口部であり、この開口部Ａ上に赤
外光を透過させ、可視光を反射させるダイクロイック膜
Ｄを形成している。これにより本実施例では視線検出の
為の赤外光を透過させ、観察像を観察する為の可視光を
反射させることによって、画像観察系及び視線検出系を
適切に構成している。
【００６７】尚、本実施例において第２の作用面の領域
Ｍ全体に表示手段に表示した画像からの光束（可視光）
を反射させ、赤外光源からの光束（赤外光）を透過させ
る反射膜（ダイクロイック膜）を施しても良い。
Ｍ全体に表示手段に表示した画像からの光束（可視光）
を反射させ、赤外光源からの光束（赤外光）を透過させ
る反射膜（ダイクロイック膜）を施しても良い。
【００６８】図５（Ａ）は本発明の実施例５の要部概略
図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示した光学素子の第２の
作用面の説明図である。図５において図２に示した要素
と同一要素には同符番を付している。
図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示した光学素子の第２の
作用面の説明図である。図５において図２に示した要素
と同一要素には同符番を付している。
【００６９】本実施例において前述の実施例２と異なる
点は赤外光源３を光学素子２１の第２の作用面ｂの外側
（光学素子２１に対して観察者の眼Ｉと反対側）の位置
に設け、かつ該第２の作用面ｂに形成した反射膜Ｍの一
部に該赤外光源３から発する赤外光が通過する２つの開
口部Ａ１，Ａ２を設けたことであり、その他の構成及び
光学的作用は実施例２と略同様であり、これにより同様
な効果を得ている。
点は赤外光源３を光学素子２１の第２の作用面ｂの外側
（光学素子２１に対して観察者の眼Ｉと反対側）の位置
に設け、かつ該第２の作用面ｂに形成した反射膜Ｍの一
部に該赤外光源３から発する赤外光が通過する２つの開
口部Ａ１，Ａ２を設けたことであり、その他の構成及び
光学的作用は実施例２と略同様であり、これにより同様
な効果を得ている。
【００７０】即ち、図５（Ｂ）においてＡ１，Ａ２は各
々反射膜Ｍに設けた所定形状より成る開口部であり、赤
外光源３（３ａ，３ｂ）から発する赤外光をこの２つの
開口部Ａ１，Ａ２を通過させることにより観察者の眼球
の前眼部を照明するようにしている。
々反射膜Ｍに設けた所定形状より成る開口部であり、赤
外光源３（３ａ，３ｂ）から発する赤外光をこの２つの
開口部Ａ１，Ａ２を通過させることにより観察者の眼球
の前眼部を照明するようにしている。
【００７１】本実施例における画像観察系の光学作用に
ついては前述した実施例１と同様である。ここでは視線
検出系の光学作用について説明する。
ついては前述した実施例１と同様である。ここでは視線
検出系の光学作用について説明する。
【００７２】第２の作用面ｂの外側に設けた赤外光源３
（３ａ，３ｂ）から発した赤外光は該第２の作用面ｂに
形成した反射膜Ｍの一部（図面上、下方）に設けた開口
部Ａ´（本実施例では２つの開口部Ａ１，Ａ２）を通過
し、第１の作用面ａを透過し・屈折して、基本光軸Ｌと
は異なる方向から観察者の眼球の前眼部を照明してい
る。照明光は前述の実施例２と同様に観察者の角膜、瞳
孔で反射散乱され、これらの反射光は光学素子１の第１
の作用面ａより入射し、第２の作用面ｂの反射膜Ｍの中
央部に設けた開口部Ａを通過してくさびレンズ２４ａを
通り結像レンズ２４ｂにより受光素子６上に結像され
る。
（３ａ，３ｂ）から発した赤外光は該第２の作用面ｂに
形成した反射膜Ｍの一部（図面上、下方）に設けた開口
部Ａ´（本実施例では２つの開口部Ａ１，Ａ２）を通過
し、第１の作用面ａを透過し・屈折して、基本光軸Ｌと
は異なる方向から観察者の眼球の前眼部を照明してい
る。照明光は前述の実施例２と同様に観察者の角膜、瞳
孔で反射散乱され、これらの反射光は光学素子１の第１
の作用面ａより入射し、第２の作用面ｂの反射膜Ｍの中
央部に設けた開口部Ａを通過してくさびレンズ２４ａを
通り結像レンズ２４ｂにより受光素子６上に結像され
る。
【００７３】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。そして
受光素子６から得られるプルキンエ像と瞳孔の画像を基
に視線検出回路（不図示）によって観察者の視線方向を
検出している。
形成し、瞳孔で散乱した光は瞳孔像を形成する。そして
受光素子６から得られるプルキンエ像と瞳孔の画像を基
に視線検出回路（不図示）によって観察者の視線方向を
検出している。
【００７４】図６は本発明の実施例６の要部概略図であ
る。同図において図１に示した要素と同一要素には同符
番を付している。
る。同図において図１に示した要素と同一要素には同符
番を付している。
【００７５】本実施例において前述の実施例２と異なる
点は視線検出系の一部の構成であり、その他の構成及び
光学的作用は実施例２と略同様であり、これにより同様
な効果を得ている。
点は視線検出系の一部の構成であり、その他の構成及び
光学的作用は実施例２と略同様であり、これにより同様
な効果を得ている。
【００７６】即ち、６４は結像レンズ系であり、内部反
射面を有するくさび形状より成るくさびレンズ（非点収
差を補正する光学部材）６４ａと正レンズ（結像レン
ズ）６４ｂとを有しており、該くさびレンズ６４ａの内
部反射面を利用して結像レンズ系の光軸を屈曲せしめて
いる。
射面を有するくさび形状より成るくさびレンズ（非点収
差を補正する光学部材）６４ａと正レンズ（結像レン
ズ）６４ｂとを有しており、該くさびレンズ６４ａの内
部反射面を利用して結像レンズ系の光軸を屈曲せしめて
いる。
【００７７】本実施例におけるくさびレンズ６４ａは射
出面近傍に１次像を形成し、この１次像を結像レンズ６
４ｂにより受光素子６面上に再結像させている。これに
より本実施例では結像レンズ系を図面上、上方又は下方
に展開させることにより、装置全体の小型化を図ってい
る。
出面近傍に１次像を形成し、この１次像を結像レンズ６
４ｂにより受光素子６面上に再結像させている。これに
より本実施例では結像レンズ系を図面上、上方又は下方
に展開させることにより、装置全体の小型化を図ってい
る。
【００７８】図７（Ａ）は本発明の実施例７の要部概略
図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示した第２の作用面の説
明図、図７（Ｃ）は図７（Ｂ）に示した一部分の拡大説
明図である。同図において図２に示した要素と同一要素
には同符番を付している。
図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示した第２の作用面の説
明図、図７（Ｃ）は図７（Ｂ）に示した一部分の拡大説
明図である。同図において図２に示した要素と同一要素
には同符番を付している。
【００７９】本実施例において前述の実施例２と異なる
点は第２の作用面ｂに形成された反射膜Ｍの中央付近に
所定形状より成る多数の小さな開口部Ａを設けたこと
と、視線検出系の一部の構成であり、その他の構成及び
光学的作用は実施例２と略同様であり、これにより同様
な効果を得ている。
点は第２の作用面ｂに形成された反射膜Ｍの中央付近に
所定形状より成る多数の小さな開口部Ａを設けたこと
と、視線検出系の一部の構成であり、その他の構成及び
光学的作用は実施例２と略同様であり、これにより同様
な効果を得ている。
【００８０】即ち、図中７５は非点収差を補正する光学
部材としてのくさび形状より成るくさびプリズムであ
り、そのプリズム面（光学素子１側の透過面）に曲率を
付けている。７４は結像レンズ系であり、該結像レンズ
系７４を構成する少なくとも１つのレンズのレンズ面に
回転対称な非球面を施しており、観察者の眼および眼の
角膜反射像を縮小結像している。
部材としてのくさび形状より成るくさびプリズムであ
り、そのプリズム面（光学素子１側の透過面）に曲率を
付けている。７４は結像レンズ系であり、該結像レンズ
系７４を構成する少なくとも１つのレンズのレンズ面に
回転対称な非球面を施しており、観察者の眼および眼の
角膜反射像を縮小結像している。
【００８１】ｂは光学素子２１の第２の作用面であり、
図７（Ｂ），（Ｃ）に示すようにその一部に表示手段２
からの光束を反射させる反射膜Ｍを形成しており、かつ
その中央部に観察者の眼球からの反射光を通過させる所
定形状より成る多数の小さな開口部Ａを設けている。
図７（Ｂ），（Ｃ）に示すようにその一部に表示手段２
からの光束を反射させる反射膜Ｍを形成しており、かつ
その中央部に観察者の眼球からの反射光を通過させる所
定形状より成る多数の小さな開口部Ａを設けている。
【００８２】本実施例において画像観察系の光学作用に
ついては前述した実施例１と同様である。ここでは視線
検出系の光学作用について説明する。
ついては前述した実施例１と同様である。ここでは視線
検出系の光学作用について説明する。
【００８３】赤外光源３から発した赤外光は基本光軸Ｌ
とは異なる方向から観察者の眼球の前眼部を照明する。
照明光は前述の実施例２と同様に観察者の角膜、瞳孔で
反射散乱され、これらの反射光は光学素子１の第１の作
用面ａより入射し、第２の作用面ｂに形成した反射膜Ｍ
の中央部に設けた多数の開口部Ａを通過して、くさびプ
リズム７５を介し結像レンズ系７４により受光素子６上
に結像される。
とは異なる方向から観察者の眼球の前眼部を照明する。
照明光は前述の実施例２と同様に観察者の角膜、瞳孔で
反射散乱され、これらの反射光は光学素子１の第１の作
用面ａより入射し、第２の作用面ｂに形成した反射膜Ｍ
の中央部に設けた多数の開口部Ａを通過して、くさびプ
リズム７５を介し結像レンズ系７４により受光素子６上
に結像される。
【００８４】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。そして
受光素子６から得られるプルキンエ像と瞳孔の画像を基
に視線検出回路（不図示）によって観察者の視線方向を
検出している。
形成し、瞳孔で散乱した光は瞳孔像を形成する。そして
受光素子６から得られるプルキンエ像と瞳孔の画像を基
に視線検出回路（不図示）によって観察者の視線方向を
検出している。
【００８５】このとき第２の作用面ｂにおける結像レン
ズ系７４の光束有効部を大きく設定しても、開口部Ａに
よる画像観察系のケラレが生じないので、該結像レンズ
系７４の絞りは開口部Ａに設けなくとも良い。これによ
り結像レンズ系を簡略化でき、更に小型化を図ることが
できる。
ズ系７４の光束有効部を大きく設定しても、開口部Ａに
よる画像観察系のケラレが生じないので、該結像レンズ
系７４の絞りは開口部Ａに設けなくとも良い。これによ
り結像レンズ系を簡略化でき、更に小型化を図ることが
できる。
【００８６】又、本実施例では図７（Ｂ），（Ｃ）に示
すように反射膜Ｍの中央部に多数の小さな開口部Ａを設
けたが、これに限らず、例えば図８に示すように大きい
開口部ＬＡ内に多数の反射部Ｓm を設けるように形成し
ても本発明は前述の実施例と同様に適用することができ
る。
すように反射膜Ｍの中央部に多数の小さな開口部Ａを設
けたが、これに限らず、例えば図８に示すように大きい
開口部ＬＡ内に多数の反射部Ｓm を設けるように形成し
ても本発明は前述の実施例と同様に適用することができ
る。
【００８７】次の本発明の数値実施例１，２を以下に示
す。数値実施例１は前述した実施例１に、又数値実施例
２は前述した実施例２に基づいている。 数値実施例１
す。数値実施例１は前述した実施例１に、又数値実施例
２は前述した実施例２に基づいている。 数値実施例１
【００８８】
【数１】 図９は本発明の数値実施例における座標系を表わす説明
図であり、ｄは基本光軸上の各面の間隔で、シフト、チ
ルトは基本光軸（Ａ0 ）に対する実際の面頂点（Ｐ）の
移動量（ｄＹ）と傾き（θ）を表わす。各面はシフト、
チルトで変換されたローカルな座標系で定義される。第
１面、第２面は自由曲面で、２次曲面に以下の多項式で
表わされる非球面項を有する。自由曲面を表わす式は次
のようになる。
図であり、ｄは基本光軸上の各面の間隔で、シフト、チ
ルトは基本光軸（Ａ0 ）に対する実際の面頂点（Ｐ）の
移動量（ｄＹ）と傾き（θ）を表わす。各面はシフト、
チルトで変換されたローカルな座標系で定義される。第
１面、第２面は自由曲面で、２次曲面に以下の多項式で
表わされる非球面項を有する。自由曲面を表わす式は次
のようになる。
【００８９】
【数２】 第６面、第７面は回転対称の非球面で次の式で表わす。
【００９０】
【数３】 各面の非球面係数は次のようになる。
【００９１】
【数４】
【００９２】
【数５】 数値実施例２
【００９３】
【数６】 第１面、第２面は数値実施例１と同様な自由曲面であ
り、第６面は回転対称の非球面である。
り、第６面は回転対称の非球面である。
【００９４】各面の非球面係数は次のようになる。
【００９５】
【数７】
【００９６】
【数８】
【００９７】
【発明の効果】本発明によれば前述の如く、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できるようにした画像
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を達成することができる。
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できるようにした画像
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を達成することができる。
【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７の変形例を示す説明図
【図９】 本発明の数値実施例における座標系を表わす
説明図
説明図
【図１０】 従来の画像観察装置の要部概略図
【図１１】 従来の画像観察装置の要部概略図
１，２１ 光学素子 ２ 表示手段 ３，５３ 光源 ４，７４ 結像レンズ系 ５，７５ くさびプリズム ６ 受光素子 ２４ａ，６４ａ くさびレンズ ２４ｂ，６４ｂ 結像レンズ Ａ，Ａ１，Ａ２，ＬＡ 開口部 Ｍ，Ｓm 反射膜 Ｄ ダイクロイック膜
Claims (29)
- 【請求項１】 表示手段に表示した画像を複数の反射面
を有し、全体として正の屈折力の光学ブロックより成る
光学素子で観察者の前方に虚像として形成し、該虚像を
観察する画像観察系と、 光源からの光束で照明した該観察者の眼球からの反射光
を該光学素子の一部を通した後に、該光学素子の一部を
介したことにより発生する非点収差を補正する光学部材
を介して結像レンズ系で眼球像を受光素子面上に形成す
る視線検出系と、を具備したことを特徴とする画像観察
装置。 - 【請求項２】 前記光学素子は前記表示手段で表示した
画像からの光束を入射させる入射面と、該入射面からの
光束を全反射させる第１の作用面と、該第１の作用面か
らの光束を該第１の作用面側方向へ反射させる第２の作
用面、そして該第２の作用面からの光束を出射させる該
第１の作用面の一部に設けた出射面と、を有しているこ
とを特徴とする請求項１の画像観察装置。 - 【請求項３】 前記第２の作用面の一部の領域に前記表
示手段に表示した画像からの光束を反射させる反射膜を
設け、かつその一部の領域に前記観察者の眼球からの反
射光を通過させる少なくとも１つの開口部Ａを設けたこ
とを特徴とする請求項２の画像観察装置。 - 【請求項４】 前記光源からの光束を前記第２の作用面
の一部に設けた開口部Ａ´と、前記第１の作用面とを通
過させて観察者の眼球に導光していることを特徴とする
請求項２の画像観察装置。 - 【請求項５】 前記開口部Ａ上には可視光を反射し、赤
外光を透過するダイクロイック膜が形成されていること
を特徴とする請求項３の画像観察装置。 - 【請求項６】 前記開口部Ａ内の一部の領域には前記表
示手段に表示した画像からの光束を反射させる複数の反
射膜が設けられていることを特徴とする請求項３の画像
観察装置。 - 【請求項７】 前記第１の作用面と前記第２の作用面は
回転非対称の曲面より成っていることを特徴とする請求
項２又は４の画像観察装置。 - 【請求項８】 前記入射面と第１の作用面と第２の作用
面は回転対称軸を有しない３次元曲面より構成されてい
ることを特徴とする請求項２の画像観察装置。 - 【請求項９】 前記第２の作用面は前記観察者の眼球に
対して上下方向又は左右方向に傾斜されていることを特
徴とする請求項２、３、４、７又は８の画像観察装置。 - 【請求項１０】 前記表示手段は該観察者の眼球に対し
て上下方向又は左右方向に設けられていることを特徴と
する請求項１、２、３又は６の画像観察装置。 - 【請求項１１】 前記光学部材の少なくとも１つの面に
は曲率が付けられていることを特徴とする請求項１の画
像観察装置。 - 【請求項１２】 前記光学部材は内部反射面を有してい
ることを特徴とする請求項１又は１１の画像観察装置。 - 【請求項１３】 前記光学部材はくさび形状より成るく
さびプリズム又はくさびレンズであることを特徴とする
請求項１、１１又は１２の画像観察装置。 - 【請求項１４】 前記結像レンズ系を構成するレンズの
うち少なくとも１つのレンズのレンズ面には回転対称な
非球面が施されていることを特徴とする請求項１の画像
観察装置。 - 【請求項１５】 前記光源は赤外光源であることを特徴
とする請求項１又は４の画像観察装置。 - 【請求項１６】 表示手段に表示した画像からの光束を
入射させる入射面と、該入射面からの光束を全反射させ
る第１の作用面と、該第１の作用面からの光束を該第１
の作用面側方向へ反射させる第２の作用面、そして該第
２の作用面からの光束を出射させる該第１の作用面の一
部に設けた出射面と、を有する光学ブロックから成る正
の屈折力の光学素子を介して観察者側に導光して、該画
像の虚像を観察する画像観察系と、 光源からの光束で観察者の眼球を照明し、該眼球からの
反射光を該光学素子の出射面と該第２の作用面に設けた
少なくとも１つの開口部Ａを介して射出させた後、該光
学素子を通過させたことにより発生する非点収差を補正
する為の光学部材を介して結像レンズにより受光素子面
上に眼球像を形成し、該受光素子からの信号を用いて該
観察者の眼球の視線を検出する視線検出系とを有し、 該表示手段に表示した画像を観察する際に該視線検出系
からの視線情報を利用していることを特徴とする画像観
察装置。 - 【請求項１７】 前記第２の作用面の一部の領域には前
記表示手段に表示した画像からの光束を反射させる反射
膜が形成されており、前記開口部Ａは該反射膜の一部の
領域に設けられていることを特徴とする請求項１６の画
像観察装置。 - 【請求項１８】 前記光源からの光束を前記第２の作用
面の一部に設けた開口部Ａ´と、前記第１の作用面とを
通過させて観察者の眼球に導光していることを特徴とす
る請求項１６の画像観察装置。 - 【請求項１９】 前記開口部Ａ上には可視光を反射し、
赤外光を透過するダイクロイック膜が形成されているこ
とを特徴とする請求項１６、又は１７の画像観察装置。 - 【請求項２０】 前記開口部Ａ内の一部の領域には前記
表示手段に表示した画像からの光束を反射させる複数の
反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１６、
又は１７の画像観察装置。 - 【請求項２１】 前記第１の作用面と前記第２の作用面
は回転非対称の曲面より成っていることを特徴とする請
求項１６又は１８の画像観察装置。 - 【請求項２２】 前記入射面と第１の作用面と第２の作
用面は回転対称軸を有しない３次元曲面より構成されて
いることを特徴とする請求項１６の画像観察装置。 - 【請求項２３】 前記第２の作用面は前記観察者の眼球
に対して上下方向又は左右方向に傾斜されていることを
特徴とする請求項１６、１７、１８、２１又は２２の画
像観察装置。 - 【請求項２４】 前記表示手段は該観察者の眼球に対し
て上下方向又は左右方向に設けられていることを特徴と
する請求項１６、１７又は２０の画像観察装置。 - 【請求項２５】 前記光学部材の少なくとも１つの面に
は曲率が付けられていることを特徴とする請求項１６の
画像観察装置。 - 【請求項２６】 前記光学部材は内部反射面を有してい
ることを特徴とする請求項１６又は２５の画像観察装
置。 - 【請求項２７】 前記光学部材はくさび形状より成るく
さびプリズム又はくさびレンズであることを特徴とする
請求項１６、２５又は２６の画像観察装置。 - 【請求項２８】 前記結像レンズ系を構成するレンズの
うち少なくとも１つのレンズのレンズ面には回転対称な
非球面が施されていることを特徴とする請求項１６の画
像観察装置。 - 【請求項２９】 前記光源は赤外光源であることを特徴
とする請求項１６、又は１８の画像観察装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06699295A JP3683934B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 画像観察装置 |
| US08/606,851 US5689736A (en) | 1995-02-28 | 1996-02-26 | Image observation apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06699295A JP3683934B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 画像観察装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08234136A true JPH08234136A (ja) | 1996-09-13 |
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Family
ID=13332019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06699295A Expired - Fee Related JP3683934B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 画像観察装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3683934B2 (ja) |
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| US5973858A (en) * | 1996-01-29 | 1999-10-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Reflecting optical system and optical apparatus |
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| US6166866A (en) | 1995-02-28 | 2000-12-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Reflecting type optical system |
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- 1995-02-28 JP JP06699295A patent/JP3683934B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1996
- 1996-02-26 US US08/606,851 patent/US5689736A/en not_active Expired - Lifetime
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