JPH10307314A

JPH10307314A - 観察光学装置

Info

Publication number: JPH10307314A
Application number: JP9134522A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kobayashi; 秀一小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1998-11-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ファインダ等で観察者の視度を簡便に合わせ
る。【解決手段】光源２９ａ、２９ｂ、２９ｃの何れかが
点灯すると、その光束は先ず第２の光反射手段２５で偏
向し、続いて第１の光反射手段２２により偏向し、接眼
レンズ２１ａを通り眼Ｅを照明する。このとき、光源２
９は平行光として眼Ｅを照明する。これらの光の眼Ｅに
おける反射光は再び接眼レンズ２１ａを通り、第１の光
反射手段２２で反射され、第２の光反射手段２５を透過
し、絞り２６、結像レンズ２７、受光素子２８上に到達
する。絞り２６は接眼レンズ２１ａの焦点位置に存在す
るので、光源２９が発光した位置と観察者の視度に応じ
て、受光素子２８上で得られた画像中の瞳像の光の強度
分布が変化する。これを画像解析回路３０により解析
し、眼Ｅの視度を得ることが可能となる。この得られた
視度情報に基に、画像表示素子２４をアクチュエータ３
３により所定量駆動し、視度調整を完了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばカメラやビ
デオカメラ等のファインダや双眼鏡、望遠鏡等の観察光
学機器の視度調整を自動化する観察光学装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、カメラやビデオカメラのファイン
ダの視度調整方法として、固定のファインダに視度補正
レンズを付加して観察者の視度を合わせる方法、可動の
ファインタレンズを備え、そのファインダレンズの位置
を調整して視度を合わせる方法、或いはビデオカメラ等
の液晶表示装置等の画像表示装置を光軸方向に移動させ
ることで視度を調整する方法などが知られている。

【０００３】しかしながら、このような方法はファイン
ダの観察者が直接ファインダの像を確認しながら、自分
の視度に対して調整するものであり、極めて煩わしい作
業である。

【０００４】この問題を解決し、ファインダの視度を観
察者の視度に自動的に合わせるために、特開昭６３−２
０６７３１号公報、特開平６−３０１０８１号公報、特
開平８−２８６１４４号公報などの技術が開示されてい
る。

【０００５】先ず、特開昭６３−２０６７３１号公報に
ついて図２４を用いて説明する。観察者の眼１９をファ
インダレンズ１０、ファインダ系１２を介して観察し、
眼屈折力を眼屈折計１４によって測定する。眼屈折計１
４は光源３０の像P1を眼１９の網膜上に投影する送光系
１６と、網膜上の光源像２２のピントを観察するための
受光系１８を有している。なお、ファインダ系、送光
系、受光系の光路はハーフミラー３８、４８及びミラー
３６により構成されている。

【０００６】送光系１６はレンズ３４により光源３０か
らの光束をファインダレンズ１０のピント位置P2に結像
する。このとき、光路中に観察者の瞳２４と共役の位置
にスリット４０を設け、これを通して送光する。従っ
て、観察者の瞳２４上にはスリット像が結像される。

【０００７】受光系１８はファインダレンズ１０により
得られる網膜上の光源像２２の像P3を、スリット５８の
２つの開口部５４、５６を通してレンズ５０、５２によ
りラインセンサ６４上に瞳分割して結像し、２つの光源
像P4、P5を形成する。これは、カメラの自動焦点検出に
用いる方法と同様なものであり、２つの光源像P4、P5の
間隔を像間距離演算部７０で検出することによって、像
P3のピント状態を検出するものである。

【０００８】この検出された情報を基に、ファインダの
制御部２６はルーペ移動部２８によりレンズ１０を駆動
し視度調整を行う。スリット５８の開口部５４、５６は
観察者の瞳２４と共役の位置に設けており、スリット４
０と共に瞳２４を分割するように構成されている。

【０００９】次に、特開平６−３０１０８１号公報につ
いて図２５を用いて説明する。物体を観察するためのフ
ァインダ装置と、ファインダを観察する観察者の眼屈折
力を測定するための手段とを有し、眼屈折力測定値に基
づいて観察者の眼屈折力を光学的に補償することによ
り、観察者の視力に拘わらずファインダ内の像のぼけを
なくしたものである。また、本従来例はビデオカメラ等
の撮像系を表しており、ここでは従来例の視度調節部分
に関する機能にのみ簡単に説明する。

【００１０】図２５において、人眼１、ファインダ内の
表示装置２、ハーフミラー３、接眼レンズ４は光軸ｘ上
に配置されている。人眼１は接眼レンズ４を通してファ
インダ内の表示装置２を観察する。光軸ｘの途中に設け
られた第１のハーフミラー３により光軸ｘは分岐されて
おり、分岐された光軸上に別のハーフミラー８が配置さ
れている。この第２のハーフミラー８の透過側には、眼
屈折力測定のために遮光部材１１と、人眼１の瞳を受光
素子１３上に結像させるための結像レンズ１２が存在す
る。更に、第２のハーフミラー８の反射側には光源７が
設けられている。

【００１１】光源７からは赤外光が放射され、この光束
は第２のハーフミラー８、第１のハーフミラー３で反射
され、接眼レンズ４を通り人眼１に向かって照明され
る。照明された光は人眼１の瞳孔６を通り眼底５に導か
れる。光束は眼底５で反射され、瞳孔６を通り接眼レン
ズ４側に向かう。光束の一部は接眼レンズ４を通り、第
１のハーフミラー３で反射し、第２のハーフミラー８を
透過し、更に結像レンズ１２を透過し受光素子１３によ
り受光される。受光素子１３は結像レンズ１２により人
眼１の瞳孔６と共役関係があるため、眼底５からの反射
光は受光素子１３上に広がりを持つ光量の分布を形成す
る。

【００１２】第２のハーフミラー８と結像レンズ１２の
間の遮光部材１１により、人眼１の屈折力に応じて光量
分布が変化するために、受光素子１３上に得られる瞳像
中は或る傾きを有する光強度分布を形成する。従って、
この傾きに基づいて視度を算出する。

【００１３】更に、特開平８−２８６１４４号公報の技
術について、図２６を用いて説明する。観察者の眼球１
は観察光学系２を介して画像表示素子の画像を観察する
ようにされている。画像観察系２の途中には第１の光反
射手段３１が設けられ、光路を画像観察系２と視度検出
系３とに分岐している。P1は眼を照明するための第１の
光源であり、３２は視度検出系中の投光系と受光系とに
光路を分岐するための第２の反射手段である。第１の光
源P1は接眼レンズ２１の焦平面上に置かれ、投光系は２
つの反射手段３２、３１を介して、接眼レンズ２１を通
して眼球１を照明する。投光系の第１の光源P1は第１の
アクチュエータ３７に接続され、光源P1は時間的にその
光学的位置を変えることができるようにされている。

【００１４】受光系は絞り３３と結像レンズ３４と受光
素子３５より形成されており、投光系によって照明され
た眼球１の瞳像を受光する。受光素子３５と観察者の眼
球１の瞳は共役な関係にあり、観察者の眼球１の眼底１
２と絞り３３は共役関係にある。受光素子３５の出力は
画像解析手段３６に接続されている。視度測定は光源P1
の位置を第１のアクチュエータ３７により変化させたと
きの瞳像中の光の強度分布を解析して行う。

【００１５】一方、自動的にファインダの観察者の視度
とファインダの光学系における視度設定を合わせるとい
う前述の特開平６−１０８１号公報、特開昭６３−６７
３１号公報のような技術の他に、特開平１−２４１５１
１号公報、特開平２−５号公報に開示されているような
ファインダの観察者の視線方向を検出するという技術が
知られている。これは、撮影者の意志をより正確に反映
した撮影を実現することを目的としているものであり、
１眼レフカメラやビデオカメラなどにこの視線方向を検
出するという技術が搭載され、商品化されている。

【００１６】図２７はビデオカメラのファインダに視線
検出の機能が搭載された場合の例を示している。ここで
は、視線を検出するための構成のみを簡単に説明する。
観察者の眼Ｅの前方には、接眼レンズ１ａ、ハーフミラ
ーから成る光反射手段２、接眼レンズ１ｂ、観察するた
めの表示装置３が配列されている。光反射手段２の反射
方向には、絞り４、レンズ５、受光素子６が配置され、
受光素子６の出力は画像解析回路７に接続されている。
また、接眼レンズ１ａと眼Ｅの間には光源８が眼Ｅの眼
を照明するために設けられている。

【００１７】光源８は赤外光を観察者の眼Ｅに向かって
照射する。眼Ｅの表面で反射された光は、接眼レンズ１
ａを透過し光反射手段２で反射され、絞り４、結像レン
ズ５を通り、受光素子６上に結像され、受光素子６上に
は眼Ｅの像が形成される。

【００１８】図２８において、受光素子６上には角膜で
の光の反射によるプルキンエ像Ｐ、眼Ｅの瞳孔像Eiが形
成されている。受光素子６は制御回路９によって駆動さ
れる受光素子駆動回路１０により駆動され、受光素子６
で受光された画像の出力は画像解析回路７に接続されて
おり、その画像解析回路７でプルキンエ像Ｐ、瞳孔部像
Eiが画像中から解析される。そして、この解析結果を基
に視線方向を検出する。

【００１９】先に説明した特開平６−１０８１号公報と
特開平８−２８６１４４号公報は、この視線検出機能と
観察者の視度測定機能を併せ持つファインダを実現する
ことができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−６７３１号公報に開示されている所謂眼屈折計に
おいては、瞳分割を行って網膜上の像を観察するため
に、眼屈折力の測定が可能となる瞳の位置が屈折力計の
スリットの位置により一義的に定まってしまうため、観
察者の眼を或る特定の位置に固定しなければならないと
う問題を生ずる。また、送光系と受光系のスリットの像
の位置を瞳上に正確に形成する必要があり、構成が複雑
になるという問題も生ずる。更には、前述の観察者の視
線方向を検出する機能を付加するためには、新たに視線
方向を検出するための光学系を別途設ける必要があり、
ファインダが更に大型化してしまうという欠点もある。

【００２１】また、特開平６−１０８１公報では視線方
向が検知できるものの、視度の調整量によっては眼の像
と受光素子との共役関係が変化してしまうという問題が
生ずる可能性がある。

【００２２】また、特開平８−２８６１４４公報は光源
を時間的に変化させる照射角変更手段を必要とするため
に構造が複雑になる。

【００２３】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
観察者の視度に簡便に合わせることができる観察光学装
置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像観察装
置は、照明手段と、受光手段と、画像解析手段とを有
し、前記照明手段は、少なくとも２つ以上の複数の光源
と、観察者が観察対象を観察するための光学系とその一
部を共有し観察者の眼を照明する照明光学系とを有し、
前記受光手段は、観察者が観察対象を観察するための光
学系とその一部を共有する受光光学系と、観察者が所定
の視度のときにおける観察者の眼底と共役の位置にある
開口絞りと、前記照明手段により照明した観察者の眼球
の像を受光する受光素子とを有し、前記画像解析手段は
前記照明手段の複数の光源が順次に点灯したときの前記
受光素子上で得られる観察者の眼球像を解析することを
特徴とする。

【００２５】また、本発明に係る画像観察装置は、観察
光学系と、観察者の眼の視度を検出するための視度検出
手段と、該視度検出手段により得られた観察者の視度情
報により前記観察光学系の視度を調整する視度調整手段
とを有し、観察者の視度を測定する際に前記観察光学系
の視度を或る特定の位置に設定した状態において観察者
の視度を測定することを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜図２３に図示の実
施例に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施例を
説明するための主要部の概略図である。本実施例では、
ビデオカメラ等に採用されている液晶等の画像表示素子
の画像を倍率を変えて観察するような観察光学系が用い
られている。Ｅは観察者の眼を表しており、Ｒはその眼
底、Ｉは虹彩、Ｃは角膜を表している。人間の眼Ｅには
これら以外に様々な部位が存在するが、ここでは省略す
る。

【００２７】眼Ｅの前方には、接眼レンズ２１ａ、ハー
フミラーから成る第１の光反射手段２２、接眼レンズ２
１ｂから成る観察光学系２３、画像表示素子２４が配列
されている。第１の光反射手段２２の反射方向にはハー
フミラーから成る第２の光反射手段２５、絞り２６、撮
像レンズ２７、ＣＣＤ等から成る受光素子２８が配列さ
れ、第２の光反射手段２５の反射方向には赤外光を発す
る３個の光源２９ａ、２９ｂ、２９ｃが設けられてい
る。

【００２８】また、受光素子２８の出力は画像解析回路
３０に接続され、画像解析回路３０の出力は図示しない
カメラ側の回路と接続する制御回路３１に接続されてい
る。更に、制御回路３１の出力は画像表示素子２４の画
像表示を駆動する画像表示装置駆動回路３２、画像表示
素子２４を光軸方向に移動するアクチュエータ３３、受
光素子２８を駆動する受光素子駆動回路３４、光源２９
ａ、２９ｂ、２９ｃに接続されている。

【００２９】視度検出系３５は眼を照明するための投光
系３５ａと眼Ｅから反射した光を受光するための受光系
３５ｂとから構成されている。光源２９ａ、２９ｂ、２
９ｃは、眼Ｅと光源２９の間にある接眼レンズ２１ａの
焦平面上に位置している。また、絞り２６も同様に接眼
レンズ２１ａの焦平面上に位置している。受光素子２８
は結像レンズ２７及び接眼レンズ２１ａに対して眼Ｅの
表面と共役関係になるように配置されている。

【００３０】観察者は接眼レンズ２１ａ、２１ｂを通し
て画像表示素子２４による画像を観察している。制御回
路３１からの信号により、光源２９ａ、２９ｂ、２９ｃ
の何れかが点灯すると、その光束は先ず第２の光反射手
段２５で偏向し、続いて第１の光反射手段２２により偏
向し、接眼レンズ２１ａを通り眼Ｅを照明する。このと
き、光源２９は接眼レンズ２１ｂの焦平面上に配置され
ているため、平行光として眼Ｅを照明する。これらの光
は眼Ｅの角膜Ｃなどの表面で反射及び角膜Ｃ等を透過し
た光は眼底Ｒで反射する。これらの反射光は再び接眼レ
ンズ２１ａを通り、第１の光反射手段２２で反射され、
第２の光反射手段２５を透過し、絞り２６、結像レンズ
２７、受光素子２８上に到達する。

【００３１】受光素子２８は眼Ｅの表面と共役関係にあ
るため、受光素子２８上には眼球の像が形成される。ま
た、絞り２６は接眼レンズ２１ａの焦点位置に存在する
ので、光源２９が発光した位置と観察者の視度に応じ
て、受光素子２８上で得られた画像中の瞳像の光の強度
分布が変化する。これを画像解析回路３０により解析
し、眼Ｅの視度を得ることが可能となる。この得られた
視度情報に基に、画像表示素子２４をアクチュエータ３
３により所定量駆動し、視度調整を完了する。

【００３２】図２は投光系３５ｂの作用説明図であり、
簡単のために光路を展開して示している。図２(a) は光
軸上に位置した光源２９ａによる投光時における光路を
示し、光源２９ａからの投光光は平行光で眼Ｅを照明す
る。この光源２９ａの照明により、眼Ｅの内部に入射し
た光は眼底Ｒ上に光源２９ａの像Paを形成する。

【００３３】図２(b) は光源２９ｂからの照明を行った
場合の光路を示し、光源２９ｂは光軸からΔｘ離れた位
置にあるために、眼Ｅに対して角度θ傾いて照明するこ
とになる。なお、θは光源２９ｂと眼Ｅの間にある接眼
レンズ２１ａの焦点距離ｆを用いて、 θ＝ tan^-1（Δｘ／ｆ）のように表される。この傾いて入射した光により、眼底
Ｒには光軸からΔｘ’だけ離れた点に光源２９ｂの像Pb
が形成される。これらの像Pa、Pbは、２次光源として作
用する。

【００３４】図２では、像Pa、Pbが眼底Ｒ上で結像した
ように示したが、眼Ｅの視度によっては、光源２９ａ、
２９ｂと眼Ｅの眼底Ｒ上との結像関係が崩れ、図３の近
視眼の場合に示すように眼底Ｒ上にぼけた状態で照明す
ることがある。

【００３５】視度測定のための原理について説明する。
図４は受光系の配置を簡略化して示したものであり、L1
は眼Ｅの屈折力を表すレンズを表し、全体として眼Ｅの
光学系を表している。また、L2は観察光学系のレンズで
あり、Ｎは光軸に垂直に配置されたナイフエッジを表
し、観察光学系のレンズL2の焦点位置にあり、光軸に対
して片側を通る光を遮光する。

【００３６】図４(a) は観察者の眼Ｅが正視眼の状態を
表している。正視眼の場合には、眼底Ｒにある２次光源
からの光は図４(a) に示すように平行光となる。このた
め、この光は観察光学系のレンズL2の焦点位置に結像す
る。図４(a) の場合に、このナイフエッジＮの位置で眼
Ｅからの光束が結像するため、受光素子２８上には均一
の光量分布が得られる。

【００３７】図４(b) は観察眼が近視眼の場合について
の眼底Ｒにある２次光源からの光の経路を示す。近視眼
の場合に、眼底Ｒからの光束が結像する位置がナイフエ
ッジＮよりも眼Ｅ側で結像することになり、受光素子２
８で得られる光量分布は上半分が遮光されたような形と
なる。

【００３８】図４(c) は観察者の眼Ｅが遠視眼の場合を
示したものであり、この場合に受光素子２８上の光量分
布は下半分が遮光されたような状態になる。

【００３９】なお、図４では各視度によって光量分布が
異なることを示したが、投光系３５ａの説明で述べたよ
うに、実際は外部から眼Ｅを照明するために、眼底Ｒで
の光源の像は観察者の視度によりぼけ方が異なってい
る。

【００４０】図５はぼけ像を加味した時の光量の分布の
説明図である。なお、L3は眼球像を受光素子３５上に結
像するためのレンズである。眼Ｅが正視眼のとき眼底Ｒ
とナイフエッジＮはレンズL1、L2に関して共役関係にな
り、またレンズL1の表面と受光素子２８はレンズL2、L3
を介して共役関係になっている。従って、眼Ｅの瞳径を
Ｐｕとし、瞳のレンズL2、L3に対する倍率をβとしたと
き、受光素子２８上での瞳像の直径Ｂｕは、次式のよう
になる。Ｂｕ＝β・Ｐｕ

【００４１】図５(a) 、(b) 、(c) は正視眼、近視眼、
遠視眼のそれぞれの場合の瞳像の光の強度分布を示し、
光源２９のぼけを考慮したときの光源２９のナイフエッ
ジＮによる光路を示している。正視眼の場合は図５(a)
に示すようにナイフエッジＮにより遮光されることはな
いため、図４(a) の場合と同様に均一の光量分布が得ら
れる。

【００４２】また、図５(b) は近視眼の場合を示したも
のであり、ナイフエッジＮにより下方が明るい勾配を有
する光量分布が現れる。このように眼Ｅの視度により、
瞳中の光の強度分布が変化することから、その光の強度
分布を受光素子２８上に得られた画像により解析するこ
とで、観察者の視度情報が得られる。

【００４３】図５(c) は遠視眼の場合の光量分布の様子
を示したものであり、図５(b) の近視眼の場合と光量分
布が異なっていることが分かる。このときの視度の計測
については、特開平６−３０１０８１公報や特開平２−
２５２４３２公報などに記載されている通りである。

【００４４】図４、図５はナイフエッジＮが光軸に対し
て片側を遮光する場合について説明したが、本実施例で
はナイフエッジＮのような光軸に対して片側を遮光する
部材は存在せず、その位置に開口絞り２６が配置されて
いる。そして、図２、図３で説明したように、光源２９
を光軸からオフセットして配置することにより、この効
果を発揮させるようにしている。

【００４５】本実施例の場合の受光系の動作について、
正視眼、近視眼、より度が強い近視眼、遠視眼の場合を
それぞれ図６、図７、図８、図９を用いて説明する。な
お、理解し易いように各視度における眼底Ｒに形成され
た２次光源Pa、Pbを点で示している。

【００４６】図６は観察者が正視眼の時の２次光源Paか
らの光線の経路とそのとき得られる受光素子２８上の画
像、及びその画像上での図中のＹ断面における電気信号
の様子を模式的に示したものであり、図６(a) は光軸上
にある光源２９ａが点灯した状態を示し、F0は観察者の
眼Ｅの周りを表しており、F1は黒眼部像、F2は瞳孔部
像、F3は角膜からの反射像であるプルキエンエ像であ
る。

【００４７】図６(b) 、(c) は光軸からオフセットした
光源２９ｂが点灯したときの２次光源Pbからの光路、及
びそのとき得られる画像、及び画像中のＹ断面の光の強
度分布に対する電気信号の出力を模式的に表現したもの
である。眼底Ｒに形成された２次光源Pbは絞り２６によ
っても遮光されていない場合であり、この場合に瞳孔部
像F2の受光素子２８上での位置が変化するものの、瞳像
中の光の強度分布は均一なものが得られる。

【００４８】図６(c) は光軸からオフセットされた光源
２９ｂがより光軸から離れたときであり、この場合に眼
底Ｒ上に形成される２次光源Pbの像の絞り２６上に形成
される像は、絞り２６によって完全に遮光されてしま
う。このため、そのとき得られる受光素子２８上の画像
中の瞳孔部像F2は暗くなり、そのときの電気信号の出力
F4が得られる。

【００４９】図７は観察者の眼Ｅが近視眼の場合の２次
光源の光路、及びそのとき得られる受光素子２８上の画
像及び画像中のＹ断面における電気信号の出力F4を示し
ている。図７(a) は光源２９ａが点灯した状態を示し、
近視眼であるために眼底Ｒに形成された２次光源Paは絞
り２６よりも接眼レンズ２１ａ側に結像する。

【００５０】図７(b) は光軸からオフセットされた光源
２９ｂによる２次光源Pbの場合であり、絞り２６の位置
で光線が或る割合で遮ぎられるために、眼Ｅの画像F0〜
F3、電気信号出力F4が得られる。図７(c) は光軸からの
オフセット量がより大きい光源による場合を示し、この
場合に絞り２６において光線が遮光されてしまうため、
(c) に示すような光路により画像及びＹ断面の信号とな
る。

【００５１】図８は図７の場合よりも近視眼の度合いが
強い場合であり、近視の度合いがより強くなった場合
に、眼底Ｒの２次光源の像は絞り２６に対してより接眼
レンズ２１ａ側に結像する。図８(a) は光軸上にある光
源２９ａにより照明した場合であり、光軸上に位置する
光源２９ａから照明された場合に近視の度合いが強い
と、２次光源Paからの光が絞り２６で一部が遮光されて
しまい、対称的な勾配を持った光量分布の出力F4にな
る。

【００５２】また、図(b) 、(c) に示すように光軸から
オフセットされた光源２９ｂからの場合の２次光源Pbか
らの光線の光路、そのときの画像及び電気信号は視度に
応じて出力F4の勾配が変化している。

【００５３】図９は遠視眼の場合の２次光源Pa、Pbから
の光路及びそのときの画像F0〜F3、及び電気信号の出力
F4を示し、図９(b) は図７、図８の(b) と比べると、瞳
像中の光量分布の出力F4の向きが異なっていることが分
かる。

【００５４】図１０は光軸上にある光源２９ａが点灯し
た場合の受光素子２８で得られた画像F0と、そのときの
瞳像の拡大図F5及び電気信号の出力F4を示している。光
軸上の光源２９ａが点灯した場合に、眼Ｅの視度によら
ずに対称性のある光量分布が得られる。この状態におい
て、得られた瞳像の中に１画素以上から成る領域S1、S2
を選択する。光源２９ａによるそれぞれのエリアS1、S2
における出力を、Out(S1)a、Out(S2)aとし、図１０に示
すようにエリアS1、S2を光軸に対して対称な位置に選択
すれば、次式のようになる。Out(S1)a＝Out(S2)a

【００５５】次に、光源２９ｂを点灯させ、そのときの
それぞれのエリアS1、S2の出力をOut(S1)b、Out(S2)bと
し、次式を算出する。 Δｂ＝Out(S1)b−Out(S2)b

【００５６】同様に、光源２９ｂと光軸に対して対称な
位置にある光源２９ｃを点灯させ、それぞれのエリアS
1、S2の出力から、次式を算出する。 Δｃ＝Out(S1）ｃ−Out(S2）ｃ

【００５７】図１１、図１２は近視眼の場合の光源２９
ｂ及び２９ｃを点灯した状態を表したものであり、Δｂ
＜０、Δｃ＞０が得られ、これらが近視であることを表
し、またS1とS2の間の距離をｄとしたとき、Δｂ／ｄ、
Δｃ／ｄの大きさが視度を表す。このことから、視度情
報を得るためには光源２９ｂ又は２９ｃの出力だけで求
まるが、それぞれを平均化することで検出の誤差を減ら
すことができる。

【００５８】以上のような原理によって観察者の眼Ｅの
視度を算出することができる。そして、この算出された
量に基づいて画像表示素子２４をアクチュエータ３３に
より駆動すれば、眼Ｅに視度を合わせることが可能とな
る。

【００５９】本実施例はビデオカメラ等のファインダで
あり、次にこれらの視度調節の動作アルゴリズムを図１
３のフローチャート図により説明する。

【００６０】ステップ１：電源を投入する。

【００６１】ステップ２：制御上のパラメータの読み込
みやカメラを動作させるための設定が行われ、自動視度
調節を行うかどうかのパラメータもこのとき読み込まれ
る。また、画像表示素子２４を初期設定の位置に移動す
る。なお、本実施例の場合にファインダの視度を０ジオ
プタに設定する。

【００６２】ステップ３：ステップ２において読み込ま
れたパラメータに従い、自動視度調節が行われるかどう
かの判定をする。

【００６３】ステップ４：アクチュエータ３３を駆動
し、視度検出を行うための視度に画像表示素子２４を移
動する。

【００６４】ステップ５：光軸上にある光源２９ａを発
光し、受光素子２８で眼Ｅの像を取り込み、光源２９ａ
を消灯する。

【００６５】ステップ６：ステップ５で読み込まれた画
像を解析し、眼Ｅが画像中に確認されているか、瞳孔部
の光量が或る許容範囲内で均一化されているかなどをチ
ェックする。

【００６６】ステップ７：瞳像中の光量分布を計測する
エリアを設定する。

【００６７】ステップ８：光軸からオフセットされた光
源２９ｂを発光し、そのときの眼像を取り込む。

【００６８】ステップ９：光軸からオフセットされた光
源２９ｃを発光しそのときの眼像を取り込む。

【００６９】ステップ１０：ステップ８、ステップ９で
得られた画像を解析し、視度情報を得る。

【００７０】ステップ１ｌ：ステップ１０で得られた結
果の信頼性を判定する。

【００７１】ステップ１２：ステップ１１で得られた視
度にするためのアクチュエータ３３の移動量を算出す
る。

【００７２】ステップ１３：アクチュエータ３３を駆動
し視度調節を行う。

【００７３】ステップ１４：視度調節を終了し、撮影な
どを行う。

【００７４】本実施例では、電源を投入した状態におけ
る視度調節に関するアルゴリズムについて述べたが、視
度調節を行うのはこれに限定するものでなく、ファイン
ダの観察者が視度調節を行いたいとの意志をカメラ側に
伝えるスイッチ等を設け、それに基づいて視度調節を行
えるようにしてもよいし、或る時間間隔をおいて自動的
に行えるようにしてもよい。

【００７５】また本実施例では、光軸上に位置している
光源２９ａからの照明により、観察者の瞳孔の状態を検
出し、視度測定のためのエリアS1、S2を設定したが、瞳
孔等の検出に当っては、光源２９ａの位置を限定するも
のでなく、例えば光軸からオフセットされている対称位
置にある光源２９ｂ、２９ｃを同時に点灯するなどして
もよいし、照明によって瞳孔部を特定できれば同様の効
果が得られる。更に、本実施例では、視度算出に当って
瞳像中の２つのエリアS1、S2の光量の勾配から算出した
が、これは２つのエリアということに限定するものでは
なく、より多くのエリアを基にして視度を算出すること
も可能である。

【００７６】また光学的な配置として、絞り２６を正視
眼のときの眼底Ｒと共役な関係になるように設定した
が、この位置に限定するものでない。例えば、ファイン
ダの基準となる視度が−１ジオプタであったとき、その
位置に絞り２６を設定すれば、その基準視度のときに光
軸上の光源２９ａを発光したときの光量分布が対称とな
り、視度算出に対しては同様の効果が得られる。

【００７７】また、光源と絞り２６の位置関係について
は、眼底Ｒに形成される２次光源からの光線の中心光線
が、絞り２６のエッジに掛かるようにすると、図６、図
９や特開平２−２５２４３２号公報や特開平６−３０１
０８１号公報のように、光軸上に光源２９ａがあるとき
のナイフエッジと同様の効果が得られる。

【００７８】本実施例では、３つの光源２９ａ、２９
ｂ、２９ｃを順次に点灯する場合について説明したが、
２つ以上の光源２９があり、光軸に関して垂直な方向に
配置されていれば同様の作用効果が得られる。例えば、
図１４に示すように投光系３５ａの光源２９を２つにし
ても、或いは図１５に示すようにより多くの光源２９を
設けても同様の効果が得られる。特に、投光系３５ａに
レンズを付加し、光源２９の位置に対して光線のふれ角
を小さくするような配置にすると、精度の良い視度検出
が可能となる。

【００７９】また本実施例では、ビデオカメラ等に採用
されている画像表示素子２４を観察するためのファイン
ダについて示したが、ビデオカメラに限定されるもので
ない。また本実施例では、受光素子２８上に眼像が得ら
れるため、瞳孔中心及びプルキンエ像の位置を算出する
ことができる。従って、この２つの量から眼Ｅの回転角
即ち眼Ｅの視線方向を検知することが可能である。

【００８０】更に本実施例は、観察者の眼Ｅの視度を計
測する目的があるため、眼Ｅに対して平行光で照明し眼
底Ｒからの反射光の瞳像における強度分布を測定できる
ようにしたが、視線検知の目的のためには瞳孔中心とプ
ルキンエ像の位置が特定できればよい。従って、図１６
に示すように、観察光学系の接眼レンズ２１ａと眼Ｅの
間に制御回路３１で制御される第２の光源群３６を設
け、この照明によって視線検知を行うようにすることも
できる。

【００８１】なお本実施例では、眼を平行光で照明し受
光素子２８で受光を行うため、受光素子２８上で瞳像が
検知できれば視度測定を行うことができ、眼Ｅを或る一
点に固定する必要がない。

【００８２】人間の眼は調整能力があるため、例えば近
視の人は或る距離よりも近いものを見ることができる。
従って、観察光学系の視度が近視寄りに設定されている
状態で、正常眼の観察者或いは近視眼の観察者が観察し
た場合に、観察者は自らの眼を調節して視度を観察光学
系に合わせてしまう可能性がある。従って、自動視度調
節を行う場合に、観察者の眼Ｅにできるだけ調節機能を
働かせない状態で、遠点視度を検出しその視度に対して
観察光学系の視度調節を行うことが望ましい。本実施例
では、自動視度調節を行うときに、図１３のフローチャ
ートのステップ４で視度測定用の視度位置設定を行って
いる。この視度は０ジオプタに設定しているが、この視
度については限定するものでなく、観察眼に強い調節作
用を強いないものであれば同様の効果が得られる。

【００８３】図１７は第２の実施例の主要部概略図であ
り、第１の実施例と同一の符号は同一の部材を示してい
る。本実施例はプリズム形状をした画像観察光学素子を
有する画像観察装置に、第１の実施例の視度検出及び調
整手段を適用したものである。画像観察光学素子４１は
第１の光学作用面４１ａと、反射層を有する第２の光学
作用面４１ｂと、第３の光学作用面４１ｃを有し、全体
として正の屈折力を有する。接眼レンズとして作用する
ものであり、観察者は画像観察光学素子４１を通して画
像表示素子２４の画像を観察する。画像観察光学素子４
１と画像表示素子２４の間には、光路を分けるためのガ
ラス平板４２がありガラス平板４２中のハーフミラー４
２ａにより光路を分岐する。

【００８４】ハーフミラー４２ａの反射方向には、赤外
光を反射するハーフミラーである光反射手段２５、絞り
２６、結像レンズ２７、受光素子２８が配列され、光反
射手段２５の反射方向には光源２９ａ、２９ｂ、２９ｃ
が設けられている。

【００８５】この第２の本実施例の画像観察装置は、画
像表示素子２４を光軸に垂直な方向に移動させて視度調
整を行う。画像表示素子２４からの光は、ガラス平板４
２を透過して画像観察素子４１の第３の光学作用面４１
ｃを屈折透過して、第１の光学作用面４１ａに向かい、
この面４１ａで全反射して第２の光学作用面４１ｂに向
かい、この光学作用面４１ｂの反射層で反射して、再び
第１の光学作用面４１ａに向かう。そして、この光学作
用面４１ａを屈折透過し拡大した虚像を形成すると共
に、観察者の眼Ｅに入射して虚像を観察させる。

【００８６】観察光学素子４１は像性能と歪みを補正
し、画像表示素子２４に対してテレセントリックな系と
するために３つの作用面４１ａ、４１ｂ、４１ｃをそれ
ぞれ回転対称な軸を有さない３次元曲面で構成されてい
る。ここでいう光軸とは、例えば観察者がアイポイント
の位置で真っ直ぐ画像を観察したときの瞳孔中心を通る
光線などの基準となる軸のことである。

【００８７】光源２９は光反射手段２５で反射しハーフ
ミラー４２ａで反射され、画像観察光学素子４１を通
り、観察者の眼Ｅを照明する。このとき、光源２９は眼
Ｅを照明するための光束が平行になるような位置に置か
れている。この照明により、照明時と逆の経路をたどっ
て反射像が戻り、光反射手段２５を透過し、絞り２６、
結像レンズ２７を介して受光素子２８上に結像する。絞
り２６は観察眼が正視眼のときの反射光が集光する位
置、つまり観察者の眼Ｅの視度が０ジオプタのときの集
光する位置に設定されている。

【００８８】受光素子２８上には眼Ｅの像が得られる
が、その画像中の瞳の光の強度分布を解析することによ
り視度を検出する。視度により光の強度分布が変化する
原理は、第１の実施例で説明した通りである。そして、
検出された視度に基づいて第１のアクチュエータ３３を
駆動し画像観察装置の視度を調整する。

【００８９】図１８、図１９、図２０は図１０、図１
１、図１２と同様に、眼Ｅが近視眼であるときの光源２
９ａ、２９ｂ、２９ｃである時の状態の眼像及び眼像中
の瞳像、そして瞳像中のＹ断面における電気信号の分布
を模式的に示したものであり、光源２９ａ、２９ｂ、２
９ｃが点灯した場合がそれぞれ図１８、図１９、図２０
に対応する。

【００９０】図１８は光源２９ａが点灯した場合に得ら
れる画像であるため、瞳像の光の強度分布の電気信号の
出力F4に対称性がある。光源２９ｂ及び２９ｃが点灯し
た状態では、眼Ｅが近視眼、遠視眼である場合に、瞳像
中の光の強度分布が図１８及び図１９に示すようにそれ
ぞれ変化する。瞳像の中にある強度分布を検出するため
の領域S1、S2を、図に示したように設定する。

【００９１】ここで、Out(S1)a、Out(S1)b、Out(S1)c、
・・・は、それぞれエリアS1における光源２９ａ、２９
ｂ、２９ｃの出力を表し、Out(S2)a、Out(S2)b、Out(S
2)c、・・・は、それぞれエリアS2における光源２９
ａ、２９ｂ、２９ｃの出力を表しているものとする。

【００９２】図２１は光源２９ｂ、２９ｃを交互に点灯
させたときの信号の変化を示し、光源２９ｂ、２９ｃの
変化と光の強度変化の位相情報が、近視眼であることを
表し、そのときの変化量情報の次式の Δｂ＝Out(S1)b−Out(S2)b

【００９３】或いは、次式の Δｃ＝Out(S1)c−Out(S2)c が視度を表している。このΔｂ又はΔｃを時間的に平均
化することにより精度を向上させることができる。ま
た、原理的にはΔｂ又はΔｃの一方が求まれば視度が検
出できるが、本実施例のように複数の光源２９ｂ、２９
ｃからの情報で視度を算出することにより、視度検出量
の信頼性を向上させることができる。

【００９４】また、視度情報は次式からも求めることが
できる。 Δ１＝Out(S1)b−Out(S1)c

【００９５】遠視眼の場合には、光源２９ｂ、２９ｃの
変化と光の強度分布の位相情報が近視眼の状態の逆にな
る。

【００９６】この第２の実施例では、光源２９の点灯の
状態と瞳像中の光量変化の位相と変化量から視度情報を
得たが、この方法に限定するものでなく、第１の実施例
のようにその勾配から検出するようにしてもよく、受光
素子２８上で得られた画像の瞳像中の光源の変化と光量
分布との相関関係を画像解析回路３０により解析するこ
とにより、同様の効果が得られる。このように、光源２
９ｂ、２９ｃを順次に点灯することで動的な応答が検出
できるため、精度の高い視度検出が行える。また、その
ために第１の実施例の図１５に示すようにより多くの光
源を配置してもよい。本実施例の画像観察装置は、第１
の実施例と同様の自動視度調節アルゴリズムにより調節
を行うことができる。

【００９７】図２２は第３の実施例の主要部の概略図で
あり、本実施例は位置Ｇに形成された像を観察するため
の観察光学装置に、第１の実施例の視度検出手段及び調
整手段を取り入れたものである。観察者は位置Ｇに配し
た例えば画像表示素子２４によって形成された像を観察
するように構成されている。なお、第１、第２の実施例
と同じ符号のものは同じ部材を表すものとして説明を省
略する。

【００９８】本実施例では、観察光学系２３の一部の接
眼レンズ２１ｂを光軸方向に移動させて光学系の視度を
変更するように構成されている。そのため、視度調節を
行うためのアクチュエータ３３が観察光学系２３の接眼
レンズ２１ｂに接続されており、視度検出光学系３によ
り検出された観察者の眼Ｅの視度に合わせて、制御回路
３１からの信号により駆動される。視度検出方法は第
１、第２の実施例と同様の方法で行うことができる。

【００９９】また、第３の実施例の視度検出系３５内の
受光素子２８は、第１、第２の実施例と同様に観察者の
眼Ｅの像を受光しており、瞳像の光の強度分布から視度
を検出している。この受光素子２８上の画像中には、瞳
孔、プルキンエ像を含み、それらの画像から瞳孔中心、
プルキンエ像位置を算出することによって、観察者の視
線方向を得ることも可能である。また、そのために瞳孔
をより特定し易くするために、眼底Ｒからの反射光をな
くす目的で、図２３に示すような観察者の眼Ｅと接眼光
学系２の間に視線方向検知用の照明の光源３６を配置し
これにより照明してもよい。

【０１００】また、本実施例において観察画像の位置に
図示しない光学系からの実像を形成させると、双眼鏡等
の観察光学系に自動視度調節装置が適用できる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る観察光
学装置は、観察者が観察対象を観察する際に観察者が視
度を調整しなくとも、自動的に観察者の視度に視度を調
整することができる。また、観察者が眼の位置を固定せ
ずに、観察者が或る空間的な範囲内にあれば観察者の視
度を検出することができ、比較的簡単な構成によりその
機能を実現し得る。更に、観察者の視度を検出できるば
かりでなく、観察者の視線方向を検出することも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成図である。

【図２】正視眼における作用説明図である。

【図３】近視眼における作用説明図である。

【図４】ナイフエッジ法を用いた場合の視度検出の説明
図である。

【図５】ナイフエッジ法の説明図である。

【図６】正視眼の場合の説明図である。

【図７】近視眼の場合の説明図である。

【図８】より度が強い近視眼の場合の説明図である。

【図９】遠視眼の場合の説明図である。

【図１０】正視眼の場合の瞳部の光量分布及び測定エリ
アの説明図である。

【図１１】近視眼の場合の瞳部の光量分布及び測定エリ
アの説明図である。

【図１２】遠視眼の場合の瞳部の光量分布及び測定エリ
アの説明図である。

【図１３】フローチャート図である。

【図１４】変形例の構成図である。

【図１５】他の変形例の構成図である。

【図１６】視線検知のための光源を付加した構成図であ
る。

【図１７】第２の実施例の構成図である。

【図１８】正視眼の場合の瞳部の光量分布及び測定エリ
アの説明図である。

【図１９】近視眼の場合の瞳部の光量分布及び測定エリ
アの説明図である。

【図２０】遠視眼の場合の瞳部の光量分布及び測定エリ
アの説明図である。

【図２１】光量変化のグラフ図である。

【図２２】第３の実施例の構成図である。

【図２３】視線検知のための光源を付加した構成図であ
る。

【図２４】従来例の構成図である。

【図２５】従来例の構成図である。

【図２６】従来例の構成図である。

【図２７】従来例の構成図である。

【図２８】従来例の構成図である。

【符号の説明】

２１ａ、２１ｂ接眼レンズ２２、２３光反射手段２４画像表示素子２６開口絞り２７結像レンズ２８受光素子２９、３６光源３０画像解析回路３１制御回路３２画像表示装置駆動回路３３アクチュエータ３４受光素子駆動回路４１画像観察光学素子４２平板ガラス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/225 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｎ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明手段と、受光手段と、画像解析手段
とを有し、前記照明手段は、少なくとも２つ以上の複数
の光源と、観察者が観察対象を観察するための光学系と
その一部を共有し観察者の眼を照明する照明光学系とを
有し、前記受光手段は、観察者が観察対象を観察するた
めの光学系とその一部を共有する受光光学系と、観察者
が所定の視度のときにおける観察者の眼底と共役の位置
にある開口絞りと、前記照明手段により照明した観察者
の眼球の像を受光する受光素子とを有し、前記画像解析
手段は前記照明手段の複数の光源が順次に点灯したとき
の前記受光素子上で得られる観察者の眼球像を解析する
ことを特徴とする観察光学装置。
【請求項２】前記照明手段の複数の各光源は赤外光を
発光する光源であり、前記各光源は光軸に対して垂直な
面内に存在する請求項１に記載の観察光学装置。
【請求項３】前記照明手段中の各光源は、観察者の眼
と前記各光源との間に存在する光学系の焦平面上に配置
した請求項２に記載の観察光学装置。
【請求項４】前記受光手段の受光素子は、光軸に対し
て垂直な面内に広がりを有する二次元的な配列を有する
光電変換素子とした請求項３に記載の観察光学装置。
【請求項５】観察者が観察対象を観察する光学系中
に、前記受光手段の光路と観察者が観察対象を観察する
ための光路とを分岐する第１の光反射手段を有し、該第
１の光反射手段と前記受光手段との光路中に、観察者の
眼球を照明するための前記照明手段と前記受光手段との
光路を分岐する第２の光反射手段を有する請求項４に記
載の観察光学装置。
【請求項６】前記受光素子上で得られた瞳像の光の強
度分布から観察者の眼の視度に関する値を検出する請求
項５に記載の観察光学装置。
【請求項７】観察者の眼の視度に合わせて観察光学系
の視度を調整するための手段を有し、前記観察光学系の
視度を調整する視度変更手段が前記第１の光反射手段に
対し観察対象側にあり、前記瞳像中の光の強度分布から
得られた観察者の視度に関する値を基に、前記視度調整
手段により視度を変更する請求項６に記載の観察光学装
置。
【請求項８】前記受光素子上で得られた画像から、観
察者の眼球の瞳孔位置と角膜反射光の位置を算出し、そ
れに基づき観察者の視線方向を検知する請求項７に記載
の観察光学装置。
【請求項９】観察者の眼球と最も眼球側のレンズとの
間に眼球を照明するための第２の照明手段を有する請求
項８に記載の観察光学装置。
【請求項１０】前記第２の照明手段は赤外光を発光す
る請求項９に記載の観察光学装置。
【請求項１１】観察光学系と、観察者の眼の視度を検
出するための視度検出手段と、該視度検出手段により得
られた観察者の視度情報により前記観察光学系の視度を
調整する視度調整手段とを有し、観察者の視度を測定す
る際に前記観察光学系の視度を或る特定の位置に設定し
た状態において観察者の視度を測定することを特徴とす
る観察光学装置。
【請求項１２】前記視度検出手段は観察者が観察対象
を観察するための光学系とその光路の一部を共有し、前
記視度検出手段の位置は或る所定の位置に固定し、前記
視度調整手段が前記共有した光路中に存在しないように
した請求項１１に記載の観察光学装置。
【請求項１３】前記視度検出手段は、前記共有した光
路を通して観察者の眼球を照明するための照明手段と、
眼球の瞳孔部と略共役の関係になるように配置した受光
手段とから成り、前記照明手段により照明されたときの
観察者の眼球の像中の瞳像の光の強度分布から観察者の
視度情報を得て、該視度情報により前記観察光学系の視
度を前記視度調整手段により調整する請求項１２に記載
の観察光学装置。
【請求項１４】前記照明手段は赤外光を発光する固定
され複数の光源から成る請求項１３に記載の観察光学装
置。
【請求項１５】前記照明手段により観察者の眼球が照
明されたときに前記受光手段により得られる観察者の眼
球の画像中から観察者の瞳孔部と角膜反射光の位置を算
出し、それにより観察者の視線方向を検出する請求項１
４に記載の観察光学装置。
【請求項１６】観察者の眼と前記観察光学系との間に
第２の照明手段を設け、該第２の照明手段は前記観察光
学系の光軸からオフセットした位置に配置した光源群と
し、前記第２の照明手段により観察者の眼球を照明した
ときに得られる受光素子上の観察者の眼球の画像から観
察者の視線方向を検出する請求項１３に記載の観察光学
装置。