WO2008001909A1 - Dispositif de formation d'image - Google Patents

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WO2008001909A1
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Takashi Miyoshi
Akio Kosaka
Hidekazu Iwaki
Takayoshi Togino
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Olympus Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus capable of capturing an environmental image and an eyeball image with a single imaging element.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-181233 proposes an image processing method for determining an important region in an image by mounting an eyeball camera on eyeglasses and measuring a line of sight and a pupil diameter.
  • the conventional technology has been difficult to reduce the size and weight because it captures a scene image and an eyeball image using a plurality of cameras.
  • a wearable camera that is always worn by humans, it cannot cope with the long-time drive that consumes much power.
  • the present invention has been made paying attention to the above problems, and an object of the present invention is to provide an imaging device capable of capturing an environmental image and an eyeball image while reducing the number of cameras. .
  • an imaging apparatus includes an imaging optical system, an imaging element that captures a subject image formed by the imaging optical system, A visual field dividing optical system that divides a visual field captured by the imaging element into an environmental imaging side visual field and an eyeball imaging side visual field;
  • the visual field splitting optical system is a predetermined stage with respect to the imaging optical system before the imaging optical system.
  • the reflecting mirror is arranged with an inclination of ⁇ and divides the field of view of the imaging optical system at least in half.
  • the reflection mirror includes an optical system having negative power.
  • the reflection mirror is a convex mirror.
  • the reflection mirror includes a concave refracting surface and a reflective surface having a radius of curvature larger than at least the concave refracting surface. It is a transflective mirror lens.
  • the reflection mirror includes an optical system having a positive power.
  • the reflection mirror is a concave mirror.
  • the reflection mirror includes a convex refracting surface and a reflective surface having a curvature radius smaller than at least the convex refracting surface. It is a transflective mirror lens.
  • an imaging apparatus provides an imaging optical system, an imaging element that captures a subject image formed by the imaging optical system, and an image that is captured by the imaging element.
  • a field division optical system that divides the field of view into an environment imaging side field of view and an eyeball imaging side field of view; and a bending optical system for imaging from the front of the eyeball by the field of view divided by the field division optical system.
  • the visual field splitting optical system is predetermined with respect to the imaging optical system before the imaging optical system.
  • the reflecting optical system is a reflecting mirror that is arranged with an inclination of at least half and that divides the field of view of the imaging optical system by at least half
  • the bending optical system is a reflecting mirror that bends the divided field of view by a predetermined angle.
  • an imaging apparatus includes a first imaging optical system and a first imaging element that images a subject image formed by the first imaging optical system.
  • a first field-dividing optical system that divides a field of view captured by the first imaging element into an environment imaging side field of view and an eyeball imaging side field of view, a first imaging device, and a second connection.
  • An image optical system a second image pickup device for picking up a subject image formed by the second image pickup optical system, a visual field picked up by the second image pickup device, an environmental image pickup side visual field, and an eyeball image pickup side
  • a second imaging device having a second field-division optical system that divides the field of view into the field of view, and one of the first imaging device and the second imaging device can image the other They are arranged so as to face each other.
  • the imaging device according to the twelfth aspect of the present invention is the eleventh aspect, wherein at least one of the first imaging device and the second imaging device includes the first imaging device.
  • a marker for detecting a positional change between the device and the second imaging device is provided.
  • FIG. 1 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a part of FIG.
  • FIG. 3 is a captured image diagram in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an image processing unit 100 that generates an image from an image pickup signal from the image pickup device 27.
  • FIG. 5 is a diagram showing a first modification of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a second modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a view showing a third modification of the first embodiment.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the camera unit according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration for accurately measuring the relative positions of both eyes in a binocular head-mounted camera.
  • FIG. 11 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view when the camera unit of FIG. 11 is enlarged.
  • FIG. 13 is a captured image diagram in the third embodiment.
  • FIG. 14 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a side view when the camera unit of FIG. 15 is enlarged.
  • FIG. 17 is a diagram showing the position of the eyeball 28 in the configuration shown in FIG.
  • FIG. 18 is a captured image diagram in the fifth embodiment.
  • FIG. 19 shows a captured image when the image sensor is not tilted!
  • FIG. 20 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a horizontal sectional view of the head mounted camera according to the first embodiment of the present invention.
  • the head mounted camera according to the first embodiment includes an image sensor 27 arranged on a vine portion of the left mounting jig 29 of the glasses-shaped left and right mounting jigs 29, and an image sensor 27 on the left side.
  • An imaging lens 22 provided to form an image, and an angle in the range of 30 ° force to 60 ° with respect to the imaging lens 22, preferably 45 °.
  • a convex reflection mirror (first mirror) 21 that reflects light rays that are approximately half the angle of view of the image lens 22.
  • a low-pass Z-infrared cut filter 23 is disposed in front of the imaging element 27.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a part of FIG.
  • FIG. 3 is a captured image diagram captured by the image sensor 27.
  • the left side is an image from the eyeball imaging side visual field 20, and the right side is an image from the environmental imaging side visual field 24 °.
  • FIG. 4 shows a configuration of an image processing unit 100 that generates an image from an imaging signal from the imaging device 27.
  • the image engine 50 an image processing device 51, an eyeball image output unit 52, an environmental image, and the like.
  • a configuration including the imaging lens 22, the Low-Z Z infrared cut filter 23, the image sensor 27, and the image processing unit 100 is defined as a camera unit.
  • a subject image (not shown) existing in front of the mounting jig 29 is imaged by approximately half of the field of view of the imaging lens 22 and imaged by the image sensor 27.
  • the captured image at this time is called an environment image.
  • the imaging range at this time is the environmental imaging side visual field 20 in FIGS.
  • the other half of the field of view of the imaging lens 22 is used to photograph the surroundings of the eyes from the side of the face by the first mirror 21, and in FIGS. Call.
  • the first mirror 21 is a convex mirror for enlarging the angle of view, and has the same effect as the close-up lens and is configured to perform close-up photography.
  • An image picked up by the image pickup device 27 is input to the image engine 50 of the image processing unit 100 and converted into predetermined image data.
  • the image processing device 51 performs processing such as segmentation of the environment image and eyeball image regions, image rotation, and enlargement / reduction.
  • the eyeball image output unit 52 and the environment image output unit 53 output an eyeball image and an environment image in a desired image format, respectively.
  • the output eyeball image is input to the line of sight and pupil diameter measuring device.
  • the power is mainly looking at the left or right, the power with the eyes open or closed.
  • the output environment image is input to the object recognition 'storage device.
  • the image generated by the image engine 50 may be output as it is.
  • the eyeball image is input to the line of sight 'pupil diameter measuring device and the environment image is input to the object recognition' storage device, but is input to a communication device that distributes to a wireless or wired network. Even so,
  • the field image and the eyeball image can be recorded simultaneously by one image sensor, so that the number of necessary cameras can be reduced.
  • the first mirror 21 is placed on the vine portion of the mounting jig 29, and half of the field of view of the imaging lens 22 is reflected by the first mirror 21, so that close-up photography is performed along with the folding of the field of view.
  • This makes it possible to photograph the face, mainly the vicinity of the eyeball.
  • an environmental image in front of the wearer's head is taken.
  • a lens with no power and power showing a myopic lens (concave lens) for glasses may be used, or this part may be an HMD (head mounted display).
  • the image processing unit and the image sensor may be wirelessly connected.
  • FIG. 5 shows a first modification of the first embodiment, which is configured to perform focus and angle of view correction using a concave lens.
  • the first mirror (reflection mirror) 21 is a convex mirror in order to increase the angle of view, but the curvature of a part of the mounting jig lens 25 is changed (for example, the direction in which the head is facing ( By providing the concave lens region 30 in the light transmission path of the front image), the eyeball image and the front image can be configured to be in focus.
  • FIG. 6 shows a second modification of the first embodiment, which is configured to widen the angle by a focal optical system.
  • a negative lens or a wide range By adding a conversion lens 31 (in Fig. 6, concave lens 31-1 and convex lens region 31-2) to the jig lens 25 for mounting, an environmental image can be taken with a wide field of view.
  • FIG. 7 shows a third modification of the first embodiment.
  • This embodiment is characterized by the fact that an HMD (head-mounted display) 32 is mounted in front of the opposite eyeball as shown in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the camera unit according to the present embodiment.
  • an adjustment screw (optical axis adjustment device) 33 consisting of six push-pull screws is provided to adjust the position of the first mirror 21, and thereby an eyeball image can be taken. I speak like that.
  • FIG. 9 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to the second embodiment of the present invention.
  • the camera portion is provided in the vine portion of the left mounting jig 29, but also the camera portion is provided in the vine portion of the right mounting jig 29.
  • It is a binocular head mounted camera with Here, the mirror arrangement of each camera unit is arranged symmetrically. According to such a configuration, it is possible to photograph the left and right side forces, so that it is easy to measure the convergence and estimate the direction of the line of sight.
  • the environment image can be taken in stereo, it is also possible to capture the three-dimensional configuration of a subject (not shown) by three-dimensional reconstruction.
  • FIG. 10 shows a configuration for accurately measuring the relative position of both eyes in such a binocular head mounted camera.
  • a plurality of markers 34 are arranged in a fixed positional relationship with the first mirror 21 of the mounting tool 29 on which one camera is mounted, and the marker is imaged by the other camera. By doing so, it is possible to detect changes in the positional relationship between the left and right cameras due to the distortion of the glasses.
  • FIG. 11 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view when the camera portion of FIG. 11 is enlarged.
  • the luminous flux is reduced.
  • a plano-concave mirror lens is used as the first mirror 21, and a convex mirror is arranged as the second mirror 36 in order to widen the angle of view to a position facing the eyeball 28 on the mounting jig lens 25. It is characterized by that.
  • the second mirror 36 is fixed to the mounting jig lens 25 via an adjusting jig 37 made of thermoplastic resin.
  • the adjustment jig 37 used here is used to change the position of the second mirror 36, that is, the imaging range, because the position of the pupil differs depending on the user.
  • the second mirror 36 is supported by the adjustment jig 37, and when the mounting jig is fitted, heat is applied to the adjustment jig 37 made of thermoplastic resin to adjust the angle of the second mirror 36. You may make it carry out for every one.
  • the first mirror may be supported by an adjustment jig and the same adjustment as described above may be performed.
  • the filter 23-1 here has a low-pass Z-infrared cut function for the environmental imaging side visual field, and a visible light cut Z-infrared transmission function for the eyeball imaging side visual field.
  • the plano-convex mirror lens as the second mirror 36 is a lens having a mirror surface on the plane side, and has a positive noise. With such a configuration, an eyeball front image (frontal pupil image) can be taken.
  • FIG. 13 is an imaging image diagram at this time. The left side is an image based on the eyeball imaging side visual field 20, and the right side is an image based on the environmental imaging side visual field 24.
  • both an eyeball image and an image viewed by the wearer can be captured in one image.
  • FIG. 14 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the fourth embodiment in the configuration of the third embodiment, not only the camera portion is provided in the vine portion of the left mounting jig 29, but also the camera portion is provided in the vine portion of the right mounting jig 29.
  • This is a binocular head mounted camera.
  • the mirror arrangement of each camera unit is arranged symmetrically. According to such a configuration, it is possible to photograph the left and right side forces, so that it is easy to measure the convergence and estimate the direction of the line of sight.
  • the environment image can be taken in stereo
  • the subject three-dimensional reconstruction
  • FIG. 15 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a side view when the camera unit of FIG. 15 is enlarged.
  • FIG. 17 illustrates the position of the eyeball 28 in the configuration shown in FIG.
  • the fifth embodiment is characterized in that it is provided below the mounting jig lens 25 at a position facing the eyeball 28 of the mounting jig lens 25.
  • the image from the eyeball 28 enters the second mirror 36, is then reflected upward by the second mirror 36, and the reflected light enters the first mirror 21.
  • the first mirror 21 reflects the reflected light so that it enters the image sensor 27.
  • FIG. 18 is a captured image diagram in the fifth embodiment.
  • the image obtained in the visual field 24 on the eyeball imaging side is rotated by the reflection angle of the reflection mirror. Therefore, the image pickup device 27 is arranged to be inclined at an angle corresponding to the image rotation around the optical axis.
  • the captured image is inclined in the visual field 20 on the environmental imaging side, but a correct captured image is obtained in the visual field 24 on the eyeball imaging side. In this case, it is preferable to rotate the environment-side captured image in accordance with the stereo-polar epipolar line.
  • the eyeball-side captured image may be rotated by image processing, and the image sensor itself may be arranged along the epipolar line without being tilted.
  • FIG. 19 shows a captured image when the image sensor is not tilted. In this case, a tilted captured image is obtained in the visual field 24 on the eyeball imaging side, but a normal captured image is obtained in the visual field 20 on the environmental imaging side.
  • FIG. 20 is a horizontal sectional view of a head mounted camera according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the camera unit is not only provided on the vine part of the left mounting jig 29, but also the binocular head mounted camera provided with the camera part on the vine part of the right mounting jig 29. It is.
  • the mirror arrangement of each camera unit is arranged symmetrically. With such a configuration, it is possible to shoot with both left and right side forces, making it easier to measure congestion and estimate the direction of the line of sight.
  • the convex mirror as the second mirror may be a plano-concave lens mirror with the plane side of the plano-concave lens as a mirror surface, and the same positive / negative power distribution, combination of concave mirror and convex mirror, plano-convex mirror lens, plano-concave mirror lens It is good also as a combination.
  • plano-concave mirror lens or plano-convex mirror lens is effective for protecting the mirror deposition surface.
  • the combination of the concave mirror and the convex mirror is a combination of only reflecting surfaces, so that there is an advantage that chromatic aberration does not occur.
  • variable focus mirror lens filled with a liquid refractive material and having a concave variable film surface and a flat mirror surface
  • the image can be captured more clearly than the eyeball with a curvature that suits the user.
  • electrostatic variable focus mirror to adjust the optical axis and focal length, fitting the mounting jig to the head, and imaging position that matches the user's eyeball position It may be configured to make adjustments.
  • an imaging device capable of capturing an environmental image and an eyeball image while reducing the number of cameras.

Description

撮像装置
技術分野
[0001] 本発明は撮像装置に関し、特に、 1つの撮像素子で環境画像と眼球画像とを撮像 可能な撮像装置に関する。
背景技術
[0002] 装着者の正面と眼球の両方を撮影する撮像装置が知られて 、た。例えば特開 200 4— 181233には、眼鏡に眼球撮影カメラを装着して視線、瞳孔径を測定することで 画像中の重要領域を決定する画像処理方法が提案されて ヽる。
発明の開示
[0003] 従来技術は、複数台のカメラを用いてシーン画像と、眼球画像を捉えて 、るため小 型軽量ィ匕しにくかった。また、人間に常時装着するウェアラブルカメラとして、消費電 力が多ぐ長時間駆動という点について対応することができない。
[0004] 本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、カメラ の台数を減らしつつ環境画像と眼球画像とを撮像可能な撮像装置を提供することに ある。
[0005] 上記の目的を達成するために、本発明の第 1の態様に係る撮像装置は、結像光学 系と、前記結像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像 素子で撮像する視野を環境撮像側視野と、眼球撮像側視野とに分割する視野分割 光学系と、を具備する。
[0006] また、本発明の第 2の態様に係る撮像装置は、第 1の態様において、前記視野分 割光学系は、前記結像光学系の前段に、前記結像光学系に対して所定の傾きを持 たせて配置され、前記結像光学系の視野を少なくとも 2分する反射ミラーである。
[0007] また、本発明の第 3の態様に係る撮像装置は、第 1または第 2の態様において、前 記反射ミラーは、負のパワーを持つ光学系からなる。
[0008] また、本発明の第 4の態様に係る撮像装置は、第 3の態様において、前記反射ミラ 一は、凸面ミラーである。 [0009] また、本発明の第 5の態様に係る撮像装置は、第 3の態様において、前記反射ミラ 一は、凹屈折面と、少なくとも前記凹屈折面よりも曲率半径の大きい反射面とを持つ 透過反射型のミラーレンズである。
[0010] また、本発明の第 6の態様に係る撮像装置は、第 1または第 2の態様において、前 記反射ミラーは、正のパワーを持つ光学系からなる。
[0011] また、本発明の第 7の態様に係る撮像装置は、第 6の態様において、前記反射ミラ 一は凹面ミラーである。
[0012] また、本発明の第 8の態様に係る撮像装置は、第 6の態様において、前記反射ミラ 一は、凸屈折面と、少なくとも前記凸屈折面よりも曲率半径の小さい反射面とを持つ 透過反射型のミラーレンズである。
[0013] また、本発明の第 9の態様に係る撮像装置は、結像光学系と、前記結像光学系に より結像された被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子で撮像する視野を環 境撮像側視野と、眼球撮像側視野とに分割する視野分割光学系と、前記視野分割 光学系により分割された視野により、眼球正面から撮像するための屈曲光学系と、を 具備する。
[0014] また、本発明の第 10の態様に係る撮像装置は、第 9の態様において、前記視野分 割光学系は、前記結像光学系の前段に、前記結像光学系に対して所定の傾きを持 たせて配置され、前記結像光学系の視野を少なくとも 2分する反射ミラーであり、前記 屈曲光学系は、前記 2分された視野をさらに所定角度屈曲させる反射ミラーである。
[0015] また、本発明の第 11の態様に係る撮像装置は、第 1の結像光学系と、前記第 1の 結像光学系により結像された被写体像を撮像する第 1の撮像素子と、前記第 1の撮 像素子で撮像する視野を環境撮像側視野と、眼球撮像側視野とに分割する第 1の 視野分割光学系と、具備する第 1の撮像装置と、第 2の結像光学系と、前記第 2の結 像光学系により結像された被写体像を撮像する第 2の撮像素子と、前記第 2の撮像 素子で撮像する視野を環境撮像側視野と、眼球撮像側視野とに分割する第 2の視 野分割光学系と、を具備する第 2の撮像装置と、から構成され、前記第 1の撮像装置 と第 2の撮像装置とは互いに一方が他方を撮像可能なように対向して配置されてい る。 [0016] また、本発明の第 12の態様に係る撮像装置は、第 11の態様において、前記第 1の 撮像装置および第 2の撮像装置の少なくともいずれか一方には、前記第 1の撮像装 置と第 2の撮像装置間の位置変動を検出するためのマーカーが設置されている。 図面の簡単な説明
[0017] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。
[図 2]図 2は、図 1の一部を拡大して示す図である。
[図 3]図 3は、第 1実施形態における撮像イメージ図である。
[図 4]図 4は、撮像素子 27からの撮像信号から画像を生成する画像処理部 100の構 成を示す図である。
[図 5]図 5は、第 1実施形態の第 1変形例を示す図である。
[図 6]図 6は、第 1実施形態の第 2変形例を示す図である。
[図 7]図 7は、第 1実施形態の第 3変形例を示す図である。
[図 8]図 8は、本実施形態に係るカメラ部の拡大図である。
[図 9]図 9は、本発明の第 2実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。
[図 10]図 10は、双眼型頭部装着カメラにおいて、両眼の相対位置を正確に測定する ための構成を示す図である。
[図 11]図 11は、本発明の第 3実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。
[図 12]図 12は、図 11のカメラ部を拡大したときの側面図である。
[図 13]図 13は、第 3実施形態における撮像イメージ図である。
[図 14]図 14は、本発明の第 4実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。
[図 15]図 15は、本発明の第 5実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。
[図 16]図 16は、図 15のカメラ部を拡大したときの側面図である。
[図 17]図 17は、図 16に示す構成において眼球 28の位置を示す図である。
[図 18]図 18は、第 5実施形態における撮像イメージ図である。
[図 19]図 19は撮像素子を傾けな!/、ときの撮像イメージである。
[図 20]図 20は、本発明の第 5実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。ここでは本発明の撮 像装置を眼球撮影機能付き頭部装着カメラに適用した場合について説明する。
[0019] (第 1実施形態）
図 1は、本発明の第 1実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。第 1実 施形態の頭部装着カメラは、眼鏡状の左右の装着用治具 29のうち、左側の装着用 治具 29のつるの部分に配置された撮像素子 27と、撮像素子 27上に結像するように 設けられた結像レンズ 22と、結像レンズ 22に対して 30° 力も 60° の範囲の角度望 ましくは 45° で眼球を側方力 捉えられる位置に設けられ、結像レンズ 22の画角の 略半分の光線を反射する凸面反射ミラー (第 1ミラー） 21とを具備する。さらに撮像素 子 27の前段にはローパス Z赤外カットフィルタ 23が配置されている。また、眼鏡状の ため、装着用治具 29には、装着用治具レンズ 25が取り付けられており、図示せぬ鼻 あてなどにより、顔面に安定して装着可能である。図 2は、図 1の一部を拡大して示す 図である。また、図 3は、撮像素子 27により撮像される撮像イメージ図であり、左側は 眼球撮像側視野 20による画像であり、右側は環境撮像側視野 24〖こよる画像である。
[0020] 図 4は、撮像素子 27からの撮像信号から画像を生成する画像処理部 100の構成を 示しており、画像エンジン 50と、画像処理装置 51と、眼球画像出力部 52と、環境画 像出力部 53と、を備えている。
[0021] ここでは、上記した結像レンズ 22と、ローノ ス Z赤外カットフィルタ 23と、撮像素子 2 7と、画像処理部 100とからなる構成をカメラ部として定義する。
[0022] 次に、上記した構成の作用を説明する。装着用治具 29の正面に存在する被写体 像（図示せず）は、結像レンズ 22の視野の略半分により結像されて撮像素子 27によ り撮像される。このときの撮像画像を環境画像と呼ぶ。このときの撮影範囲を図 1、 2 では、環境撮像側視野 20としている。
[0023] 一方、結像レンズ 22の視野の残り半分の視野は、第 1ミラー 21により、顔面側方か ら目周囲を撮影するのに用いられ、図 1、 2では眼球撮像側視野 24と呼ぶ。ここで、 第 1ミラー 21は画角を拡大するために凸面鏡になっており、クローズアップレンズと同 様の効果を持たせ、近接撮影ができるように構成されている。これにより、近接してい る目の周囲部と、眼鏡正面に離れて存在する被写体との双方に合焦した画像を撮像 することができる。 [0024] 撮像素子 27で撮像された画像は、画像処理部 100の画像エンジン 50に入力され て所定の画像データに変換される。画像処理装置 51は、環境画像及び眼球画像の 領域の切り出し、画像回転、拡大縮小などの処理を行う。眼球画像出力部 52及び環 境画像出力部 53はそれぞれ所望の画像フォーマットにて眼球画像及び環境画像を 出力する。出力された眼球画像は、視線，瞳孔径計測装置に入力される。ここで眼球 の半球像から、左右どちらを主に見ている力、目を開けているか閉じている力、などを 判定する。一方、出力された環境画像は、物体認識'記憶装置に入力される。
[0025] なお、ここでは 2つの画像を別個に出力するようにした力 画像エンジン 50で生成 した画像をそのまま出力してもよい。また、ここでは、眼球画像は、視線'瞳孔径計測 装置に入力され、環境画像は、物体認識'記憶装置に入力されるようにしたが、無線 、有線のネットワークに配信する通信装置に入力するようにしてもょ 、。
[0026] 上記した構成によれば、一つの撮像素子により視野画像と眼球画像とを同時に記 録することが可能になるので必要なカメラの台数を減らすことができる。すなわち、第 1のミラー 21を装着用治具 29のつるの部分に設置して、結像レンズ 22の視野の半 分を当該第 1のミラー 21で反射させることにより、視野の折り曲げと共に近接撮影を 可能とし、これによつて顔面、主に眼球近傍を撮影可能としている。同時に、結像レン ズ 22の視野の他の半分では装着者の頭部前方の環境画像が撮影される。
[0027] なお、この発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
例えば、図 1、 2では、眼鏡の近視用レンズ（凹レンズ)を示した力 パワーのないレン ズでもよく、また、この部分が HMD (ヘッドマウントディスプレイ）になっているものでも ょ ヽ。画像処理部と撮像素子とは無線接続されて ヽてもよ ヽ。
[0028] 図 5は、第 1実施形態の第 1変形例を示しており、凹レンズによる焦点、画角補正を 行う構成となっている。第 1実施形態では画角を大きくするために第 1ミラー (反射ミラ 一） 21を凸面鏡としたが、装着用治具レンズ 25の一部の曲率を変える（例えば頭部 の向いている方向（前方画像)の光線の透過路に凹レンズ領域 30を設ける）ことで眼 球像と前方画像の焦点が双方に合うように構成することができる。
[0029] 図 6は、第 1実施形態の第 2変形例を示しており、ァフォーカル光学系による広角化 を行う構成となっている。図 6に示すように、負レンズや、ァフォーカルに組んだワイド コンバージョンレンズ 31 (図 6では凹レンズ 31— 1及び凸レンズ領域 31— 2)を装着 用治具レンズ 25の部分に追加することで環境画像を広視野で撮影することができる
[0030] 図 7は、第 1実施形態の第 3変形例を示している。本実施の形態では、一眼である 力 図 7のように、反対の眼球前に HMD (ヘッドマウントディプレイ） 32を装着したこと を特徴とする。
[0031] 図 8は、本実施形態に係るカメラ部の拡大図である。ここでは図 7に示すように、例 えば、押しひきネジ 6点からなる調整ネジ (光軸調整装置） 33を設けて第 1ミラー 21の 位置を調整し、これによつて眼球画像を撮影できるようにして ヽる。
[0032] (第 2実施形態）
図 9は、本発明の第 2実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。第 2実 施形態では、第 1実施形態の構成において、左側の装着用治具 29のつるの部分に カメラ部を設けるのみならず、右側の装着用治具 29のつるの部分にもカメラ部を設け た双眼型頭部装着カメラとなって 、る。ここで各カメラ部のミラー配置は左右対称に 配置される。このような構成によれば左右両側力ゝらの撮影が可能になるので輻輳の 計測や視線方向の推定が容易になる。
[0033] また、環境画像をステレオ撮影することができるため、三次元再構成による被写体（ 図示しない）の立体的構成も捉えることが可能となる。
[0034] 図 10は、このような双眼型頭部装着カメラにおいて、両眼の相対位置を正確に測 定するための構成を示している。すなわち、ユーザが装着するメガネに 2台のカメラを 搭載した場合には当該めがねのゆがみにより 2台のカメラの相対位置関係が変動す ることが考えられる。そこで、図 10に示すように、一方のカメラが搭載された装着用治 具 29の第 1ミラー 21と一定の位置関係をもたせて複数のマーカー 34を配置し、当該 マーカーを他方のカメラにより撮像することにより、めがねのゆがみによる左右カメラ 間の位置関係の変動を検出することができる。
[0035] (第 3実施形態）
図 11は、本発明の第 3実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。図 12 は、図 11のカメラ部を拡大したときの側面図である。第 3実施形態では、光束を絞る ために第 1ミラー 21としての平凹ミラーレンズを用い、かつ、装着用治具レンズ 25上 の眼球 28と対畤する位置に画角を広げるために第 2ミラー 36として凸ミラーを配置し たことを特徴とする。
[0036] 第 2ミラー 36は熱可塑性榭脂からなる調整用治具 37を介して装着用治具レンズ 25 に固着される。ここでの調整用治具 37は、使用者によって瞳の位置が異なるので、 調整用治具 37により第 2ミラー 36の位置すなわち撮像範囲を変更するために用いる 。すなわち、調整用治具 37で第 2ミラー 36を支持し、取り付け治具のフィッティング時 に熱可塑性榭脂からなる調整用治具 37に熱を加えて、第 2ミラー 36の角度調整をュ 一ザ一ごとに実施するようにしてもよい。第 1ミラーを調整用治具で支持して上記と同 様の調整を行っても良い。
[0037] また、ここでのフィルタ 23— 1は環境撮像側視野に関してはローパス Z赤外カットの 機能をもち、眼球撮像側視野に関しては可視光カット Z赤外透過の機能をもって ヽ る。
[0038] 第 2ミラー 36としての平凸ミラーレンズは、その平面側を鏡面にしたレンズで、正の ノ^ーを持つ。このような構成により、眼球正面画像 (正面瞳孔像)を撮影することが できる。図 13はこのときの撮像イメージ図であり、左側は眼球撮像側視野 20による画 像であり、右側は環境撮像側視野 24による画像である。
[0039] 第 3実施形態によれば、一枚の画像中に眼球画像と、装着者が見ているイメージの 両方を撮像することが可能となる。また、輻輳、瞳孔径変動、視線などを計測しつつ、 そのときに主に顔が向いている部分のステレオ映像の撮影も可能となる。
[0040] (第 4実施形態）
図 14は、本発明の第 4実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。第 4 実施形態では、第 3実施形態の構成において、左側の装着用治具 29のつるの部分 にカメラ部を設けるのみならず、右側の装着用治具 29のつるの部分にもカメラ部を設 けた双眼型頭部装着カメラとなって 、る。ここで各カメラ部のミラー配置は左右対称に 配置される。このような構成によれば左右両側力ゝらの撮影が可能になるので輻輳の 計測や視線方向の推定が容易になる。
[0041] また、環境画像をステレオ撮影することができるため、三次元再構成による被写体（ 図示しない）の立体的構成も捉えることが可能となる。
[0042] (第 5実施形態）
図 15は、本発明の第 5実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。また、 図 16は、図 15のカメラ部を拡大したときの側面図である。また、図 17は、図 16に示 す構成において眼球 28の位置を図示したものである。
[0043] 上記した第 3実施形態では、眼球の正面に第 2ミラー 36を配置しているのでユーザ 一の視野の妨げになる場合がある。そこで第 5実施形態では、装着用治具レンズ 25 の眼球 28に対畤する位置ではなぐ装着用治具レンズ 25の下方に設けたことを特徴 とする。この構成では、眼球 28からの画像は第 2ミラー 36に入射した後、第 2ミラー 3 6によって上方に反射され、その反射光が第 1ミラー 21に入射する。第 1ミラー 21は 当該反射光が撮像素子 27に入射するように反射する。
[0044] 図 18は、第 5実施形態における撮像イメージ図である。図 16、図 17の構成の場合 、眼球撮像側視野 24にお ヽて得られる画像は反射ミラーの反射角度により像回転し てしまう。そこで、撮像素子 27を光軸を中心に画像回転に対応する角度だけ傾けて 配置するようにする。これによつて図 18 (A)に示すように、環境撮像側視野 20では 傾 ヽた撮像イメージとなるが、眼球撮像側視野 24では正し ヽ撮像イメージが得られる 。このときは、ステレオ視のェピポーララインに合わせて環境側撮像画像を回転させ ることが好ましい。
[0045] また、これに代えて、撮像素子で撮影された画像を回転させて視線の上下、左右方 向の動きを計測する座標軸、もしくは、ステレオ視のェピポーララインに合わせて、そ れぞれの撮像領域で画像を切り出した上で画像を回転させてもょ ヽ。
[0046] また、環境側撮像画像を優先する場合は、眼球側撮像画像を画像処理により回転 させるようにし、撮像素子自体は傾けず、ェピポーララインに沿って配置するようにし てもよい。図 19は撮像素子を傾けないときの撮像イメージである。この場合には、眼 球撮像側視野 24では傾 、た撮像イメージとなるが、環境撮像側視野 20では正 ヽ 撮像イメージが得られる。
[0047] (第 6実施形態）
図 20は、本発明の第 6実施形態に係る頭部装着カメラの水平断面図である。第 6 実施形態では、左側の装着用治具 29のつるの部分にカメラ部を設けるのみならず、 右側の装着用治具 29のつるの部分にもカメラ部を設けた双眼型頭部装着カメラとな つている。ここで各カメラ部のミラー配置は左右対称に配置される。このような構成に よれば左右両側力ゝらの撮影が可能になるので輻輳の計測や視線方向の推定が容易 になる。
[0048] (付記）
なお、この発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。 第 2ミラーとしての凸ミラーは平凹レンズの平面側を鏡面にした平凹レンズミラーとし ても良ぐ正負のパワー配分が同様な、凹ミラー、凸ミラーの組み合わせ、平凸ミラー レンズ、平凹ミラーレンズの組み合わせとしてもよい。
[0049] 特に、平凹ミラーレンズ、平凸ミラーレンズを使うと、ミラー蒸着面の保護には有効で ある。逆に、凹ミラー、凸ミラーの組み合わせは、反射面のみの組み合わせなので、 色収差の発生がな 、と 、う利点がある。
[0050] また、液状の屈折材料を充填し、凹面の可変フィルム面と、平面の鏡面を持った可 変焦点ミラーレンズなどを使うことで、ユーザーに合わせた曲率で、眼球より鮮明に撮 像するよう構成したり、静電式の可変焦点ミラーを用いて、光軸調整と、焦点距離の 調整を行い、取り付け治具の頭部へのフィッティングや、ユーザーの眼球位置に合わ せた撮像位置の調整をするように構成してもよ 、。
産業上の利用可能性
[0051] 本発明によれば、カメラの台数を減らしつつ環境画像と眼球画像とを撮像可能な撮 像装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 結像光学系と、
前記結像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子で撮像する視野を環境撮像側視野と、眼球撮像側視野とに分割す る視野分割光学系と、
を具備する撮像装置。
[2] 前記視野分割光学系は、前記結像光学系の前段に、前記結像光学系に対して所 定の傾きを持たせて配置され、前記結像光学系の視野を少なくとも 2分する反射ミラ 一である請求項 1記載の撮像装置。
[3] 前記反射ミラーは、負のパワーを持つ光学系からなる請求項 2記載の撮像装置。
[4] 前記反射ミラーは、凸面ミラーである請求項 3記載の撮像装置。
[5] 前記反射ミラーは、凹屈折面と、少なくとも前記凹屈折面よりも曲率半径の大きい反 射面とを持つ透過反射型のミラーレンズである請求項 3記載の撮像装置。
[6] 前記反射ミラーは、正のパワーを持つ光学系からなる請求項 2記載の撮像装置。
[7] 前記反射ミラーは凹面ミラーである請求項 6記載の撮像装置。
[8] 前記反射ミラーは、凸屈折面と、少なくとも前記凸屈折面よりも曲率半径の小さい反 射面とを持つ透過反射型のミラーレンズである請求項 6記載の撮像装置。
[9] 結像光学系と、
前記結像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子で撮像する視野を環境撮像側視野と、眼球撮像側視野とに分割す る視野分割光学系と、
前記視野分割光学系により分割された視野により、眼球正面から撮像するための 屈曲光学系と、
を具備する撮像装置。
[10] 前記視野分割光学系は、前記結像光学系の前段に、前記結像光学系に対して所 定の傾きを持たせて配置され、前記結像光学系の視野を少なくとも 2分する反射ミラ 一であり、前記屈曲光学系は、前記 2分された視野をさらに所定角度屈曲させる反射 ミラーである請求項 9記載の撮像装置。
[11] 第 1の結像光学系と、
前記第 1の結像光学系により結像された被写体像を撮像する第 1の撮像素子と、 前記第 1の撮像素子で撮像する視野を環境撮像側視野と、眼球撮像側視野とに分 割する第 1の視野分割光学系と、を具備する第 1の撮像装置と、
第 2の結像光学系と、
前記第 2の結像光学系により結像された被写体像を撮像する第 2の撮像素子と、 前記第 2の撮像素子で撮像する視野を環境撮像側視野と、眼球撮像側視野とに分 割する第 2の視野分割光学系と、を具備する第 2の撮像装置と、から構成され、 前記第 1の撮像装置と第 2の撮像装置とは互いに一方が他方を撮像可能なよう〖こ 対向して配置されている撮像装置。
[12] 前記第 1の撮像装置および第 2の撮像装置の少なくともいずれか一方には、前記 第 1の撮像装置と第 2の撮像装置間の位置変動を検出するためのマーカーが設置さ れて ヽる請求項 11記載の撮像装置。
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