JP7424099B2 - 光学装置、網膜投影表示装置、頭部装着型表示装置、及び検眼装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学装置、網膜投影表示装置、頭部装着型表示装置、及び検眼装置に関する。

瞳孔位置（視線）の検出技術の開発が進み、電子機器制御のインターフェースや、ヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブル表示機器の映像形成支援、熟練技術者等の視線データ収集、商品の注目度分析等の多様な用途への応用が期待されている。瞳孔位置検出装置では、検出の応答性や検出装置の小型・軽量化が要求される。

このような要求に対し、眼球表面で高速走査したレーザ光の反射光強度の時間変化を検出し、撮像システムを使わない非画像方式で、瞳孔位置を高速検出する技術が開示されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

しかしながら、特許文献１及び２の技術では、曲率が大きい眼球や角膜での反射により、光検出器の受光面でレーザ光のビームの直径が広がり、瞳孔位置を適切に検出できなくなる場合があった。

開示の技術は、瞳孔位置を適切に検出することを課題とする。

開示の技術の一態様に係る光学装置は、光を出す光源手段と、前記光源手段からの光を集束し、眼球に向けて反射する集束反射手段と、前記眼球からの反射光の位置を検出する位置検出手段と、を有し、前記集束反射手段は、前記眼球からの前記反射光の発散を相殺するように曲率が定められている。

開示の技術によれば、瞳孔位置を適切に検出することができる。

第１の実施形態に係る瞳孔位置検出装置の構成の一例を説明する図である。 眼球の回旋とＰＳＤへのレーザ光の入射位置との関係を説明する図であり、（ａ）は眼球が回旋していない状態を説明する図、（ｂ）は眼球が回旋している状態を説明する図である。 軸外し光学系が満たすべき条件について説明する図であり、（ａ）は素子間の距離を説明する図、（ｂ）は同軸光学系で表した幾何学的距離関係を説明する図である。 凹面ミラーの有効領域直径とＰＳＤ受光面でのレーザ光のビーム半径との関係の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る処理部のハードウェア構成の一例を説明するブロック図である。 第１の実施形態に係る処理部の機能構成の一例を説明するブロック図である。 第１の実施形態に係る瞳孔位置検出装置による処理の一例を示すフローチャートである。 第１変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その１）であり、（ａ）はＶＣＳＥＬから凹面ミラーまでの光路と眼球からＰＳＤまでの光路が交差する配置を示す図、（ｂ）はＶＣＳＥＬから凹面ミラーまでの光路と眼球からＰＳＤまでの光路が交差しない配置を示す図である。 第２変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その２）である。 第３変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その３）である。 第４Ａ変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その４Ａ）であり、（ａ）は要部を上方から見た図、（ｂ）は（ａ）の部分Ｂを眼球側から見た図である。 第４Ｂ変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その４Ｂ）であり、（ａ）は要部を上方から見た図、（ｂ）は（ａ）の部分Ｂを眼球側から見た図、（ｃ）は（ａ）の部分Ｂを眼球と反対側から見た図である。 第５変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その５）である。 第６変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その６）であり、（ａ）は凹面ミラーを凹面に対向する方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ'断面を示す図である。 第７変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その７）であり、（ａ）は要部を上方から見た図、（ｂ）は（ａ）の部分Ｃを眼球側から見た図である。 非同軸凹面ミラーの構成の一例を説明する図である。 非回折ビームの一例を説明する図である。 ＨＯＥを用いた軸外し光学系の構成の一例を説明する図であり、（ａ）はＨＯＥが１つの集束レーザ光を生成する場合を説明する図、（ｂ）はＨＯＥが複数の集束レーザ光を生成する場合を説明する図である。 液晶反射型集光構造を含む集束反射手段について説明する図である。 液晶反射型集光構造内の液晶分子配向状態について説明する図である。 液晶反射型集光構造による入射および出射光線の偏光状態を説明する図である。 液晶反射型集光構造を用いた導光手段結合光学系について説明する図である。 第２の実施形態に係る網膜投影表示装置の構成の一例を説明する図である。 特許文献１に記載されたアイトラッキング装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

光学装置の一例として、実施形態では眼球の瞳孔位置検出装置を説明し、また、瞳孔位置検出装置を眼鏡型支持体に実装した場合を一例として説明する。

なお、各実施形態では、「人」の右目の眼球を例に説明するが、左目の眼球に対しても同様である。また光学装置、又は網膜投影表示装置をそれぞれ２つ備え、両目の眼球に対して適用することもできる。

［第１の実施形態］
＜第１の実施形態に係る瞳孔位置検出装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る瞳孔位置検出装置の構成の一例を説明する図である。

図１に示すように、瞳孔位置検出装置１０は、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）１と、凹面ミラー２と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）３と、処理部１００とを有する。

ＶＣＳＥＬ１、凹面ミラー２、及びＰＳＤ３は、光学系支持体４に配置されている。光学系支持体４は、眼鏡レンズ２１と眼鏡フレーム２２を含む眼鏡型支持体２０の眼鏡フレーム２２に、球継手４ａを介して傾斜可能に固定されている。球継手４ａを介することで、光学系支持体４の傾きを調整することができる。設置微調整機構を構成する球継手４ａとしては、球体構造とその外殻構造の間に働く機械的な圧力を用いて固定する方式のほか、着磁した球体構造と金属開口構造との間に働く磁力を用いた固定する方式等が利用できる。

眼鏡型支持体２０は人の頭部に装着可能である。眼鏡型支持体２０が装着されると、ＶＣＳＥＬ１、凹面ミラー２、及びＰＳＤ３を含む光学系は、眼球３０に近接した位置（眼前）に配置された状態になる。

「光源手段」の一例としてのＶＣＳＥＬ１は、平面内に２次元的に配列された複数の発光部を有する。各発光部は、指向性と有限の広がり角を有するレーザ光を射出する。ここで、射出されたレーザ光は「光」の一例である。また、「複数の発光部」は、「複数の発光点」、又は「複数の発光素子」と同義である。

但し、光源手段は、光を射出することができれば、ＶＣＳＥＬに限定されるものではない。レーザ光を射出する複数のＬＤ（半導体レーザ；Laser Diode）やＬＥＤ（発光ダイオード；Light Emitting Diode）を平面内に２次元的に配列して光源手段を構成してもよい。またパルスレーザ光を射出するパルスレーザでもよい。さらに、複数の種類の光源を組み合わせて光源手段を構成してもよい。

また、ＶＣＳＥＬ１から射出されるレーザ光の波長は、瞳孔位置を検出される「人」の視認を阻害しないように、非可視光である近赤外光の波長であることが好適である。但し、これに限定されるものではなく、可視光であってもよい。

ＶＣＳＥＬ１から射出されたレーザ光Ｌ０は、眼前の空間を、眼鏡型支持体２０を装着した人の顔面、又は装着された眼鏡レンズ２１のレンズ面に略平行な方向に、凹面ミラー２に向けて伝搬する。また、レーザ光Ｌ０は、ＶＣＳＥＬ１の射出部開口での回折により、ビームの直径を広げながら伝搬する発散光である。発散光の発散角は射出部の開口の形状によって制御可能である。レーザ光Ｌ０は、発散しながら伝搬し、凹面ミラー２に入射する。

集束反射手段の一例としての凹面ミラー２は、曲率を有する反射面を有し、入射したレーザ光Ｌ０を反射して、眼球３０に集束レーザ光（集束光とも表現する）Ｌ１を照射する。集束レーザ光Ｌ１は、眼球３０の瞳孔３１近傍に入射する。凹面ミラー２の凹面の曲率中心は、ＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までの光路の光軸から外れた位置にあり、ＶＣＳＥＬ１、凹面ミラー２、及びＰＳＤ３を含む光学系は、いわゆる軸外し光学系を構成している。

本実施形態に係る軸外し光学系では、眼球３０に到達する前の光は、眼球３０に隣接する眼前の空間を、眼球３０による反射や散乱を受けることなく、少なくとも一回以上折り返して伝搬した後、眼球３０に到達している。

眼球３０への集束レーザ光Ｌ１の入射角度は、正視時における眼球３０の瞳孔３１の中心に所定角度で入射するように調整されている。また、ＶＣＳＥＬ１は複数の発光部からレーザ光を射出することができ、複数の発光部から射出されたレーザ光は、眼球３０の複数の箇所に照射され、或いは眼球３０に複数の角度で照射される。

ＶＣＳＥＬ１は上述したように複数の発光部を有することに加え、高速変調が可能である。眼球３０に照射するレーザ光を時間変調し、ＰＳＤ３により得られる出力信号から入射レーザ光に適合した変調周波数を有する成分を抽出することで、（変調を伴わない）外部環境からの光の影響を取り除くことができる。この結果、ＳＮ比を向上することができ、明るい環境下での瞳孔位置検出において有利となる。また、眼球に照射するレーザ光の光量を低減することもできる。

被照射面の一例としての眼球３０の瞳孔表面（角膜表面）は、水分を含む透明体であり、約２～４％の反射率を有するのが一般的である。眼球３０の瞳孔３１近傍に入射した集束レーザ光Ｌ１は、眼球３０の瞳孔３１の表面で反射（反射光とも表現する）され、反射光はＰＳＤ３に向けて伝搬する。なお、以下では、説明を簡単にするため、眼球３０の表面を眼球３０と称し、瞳孔３１の表面を瞳孔３１と称し、角膜３２の表面を角膜３２と称する場合がある。

ここで、凹面ミラー２の反射面の曲率は、眼球３０、又は角膜３２の曲率による反射レーザ光の発散を相殺するように定められている。このようにすることで、ＰＳＤ３に向けて伝搬するレーザ光Ｌ２のビームの直径がＰＳＤ素子の受光面において広がらないようにすることができる。

なお、集束反射手段の一例として凹面ミラーを示したが、光を集束（集光）させられるものであれば、これに限定されるものではなく、凸面レンズと平面ミラーを合わせた構成や、ホログラムを用いた波面制御素子、回折光学素子等を用いても良い。

また、凹面ミラーの凹面として、集束レーザ光Ｌ１の光軸に交差する平面内における直交２方向で、曲率の異なるアナモフィックな非球面を用いると、レーザ光Ｌ２のビームの直径を更に微小化し、また等方な状態にビームを整形することができる。

さらに、被照射面は眼球３０に限定されるものではなく、曲率を有する三次元物体であれば、本実施形態を適用可能である。

「位置検出手段」の一例としてのＰＳＤ３は、受光面内で直交する２方向において、入射した光の電極までの距離に応じた電流値を検出し、直交２方向の電流値の比から入射光の位置を示す検出信号を算出し、出力する２次元の光位置検出素子である。ＰＳＤ３は、ＰＳＤ３の受光面に形成されたビームスポットの位置を示す検出信号を出力することができる。

より具体的には、ＰＳＤ３は４つの出力端子を備え、連続的な受光面（画素分割されていない受光面）に抵抗膜が配され、また直交２方向の電極対が設けられている。ビームスポット位置で発生した光電流は、各出力端子との距離に応じて４つに分割される。このとき、抵抗膜による電気抵抗はビームスポット位置と出力端子との距離が長いほど電流が小さくなるよう作用する。ＰＳＤ３は抵抗膜を経た電気信号を４つの端子を介して検出し、電気的な後処理により得られる受光面内の位置を示す検出信号を出力することができる。

また、ＰＳＤ３は光電変換で生じた電流をアナログ電圧信号に変換し、検出信号として４つの端子から出力することができる。つまり、ＰＳＤ３は表面抵抗を利用して各端子との距離を求めることで入射した位置を検出することができる。

ところで、ＰＳＤ３に代えてイメージセンサ（撮像素子）を位置検出手段に適用した場合、イメージセンサは、各画素への入射光の強度により出力結果が変化し、強度が低いと出力電流が少なくなる。太陽光等のノイズ光の影響を低減するためには、光源の出力を上げてイメージセンサへの入射光の強度を上げる必要があるが、眼球３０に光源からの光を入射させる装置に適用する場合、入射光の強度を上げることは、眼球への安全性の観点で好ましくない。

また、イメージセンサの場合、位置検出するための画像処理が必要となるが、処理時に位置精度誤差が生じる場合があり、また、処理負荷も大きくなる。

ＰＳＤ３を位置検出手段に用いることで、出力端子間で分割される電流分割比（割合）を使って位置を検出するため、入射光の強度に依存せず入射光の位置を検出でき、また、画像処理を必要としない点で好適である。

但し、上記のＰＳＤ３の構成は一例であって、他の構成であってもよい。また、ＰＳＤ３として受光面内の２次元的な位置を検出する２次元ＰＳＤの例を示すが、受光面内の１次元的な位置を検出する１次元ＰＳＤを用いても良い。

処理部１００は、制御信号を出力して、ＶＣＳＥＬ１を発光駆動させる。また、処理部１００は、ＰＳＤ３による検出信号を入力し、後述するように、眼球３０の瞳孔３１の位置を検出する処理を実行する。処理部１００は、一例として眼鏡フレーム２２等に配置することができる。

眼球３０の傾きによって、レーザ光Ｌ２によりＰＳＤ３の受光面に形成されるビームスポットの位置が変わるため、処理部１００は、ＰＳＤ３の検出信号を座標情報に変換することで眼球３０の瞳孔位置を検出することができる。

ＰＳＤ３は、眼球３０での反射点の位置と法線ベクトルの向きを検出することができ、瞳孔位置検出装置１０は、検出された反射点の位置と法線ベクトルと眼球の表面形状モデルとの対応に基づき、瞳孔位置を「推定」することができる。

図１では、光学系および処理部を眼鏡フレーム２２に配置する例を示したが、これに限定されるものではなく、ヘッドマウントディスプレイやヘッドギア型の保持構造体等を用いてもよい。

＜第１の実施形態に係る瞳孔位置検出装置の眼球運動への追従動作＞
次に、瞳孔位置検出装置１０の眼球運動への追従動作について説明する。

眼球３０は回旋等の眼球運動をするため、回旋によりレーザ光Ｌ２の方向が変わることで、レーザ光Ｌ２がＰＳＤ３の受光面から外れる場合がある。これに対し、瞳孔位置検出装置１０は、ＶＣＳＥＬ１で発光させる発光部を順次、又は選択的に変更する制御を行うことで、レーザ光Ｌ２がＰＳＤ３の受光面から外れることを防止することができる。

図２は、眼球３０の回旋とレーザ光Ｌ２のＰＳＤ３への入射位置との関係を説明する図であり、（ａ）は眼球が回旋していない状態（正視時）を説明する図、（ｂ）は眼球が回旋している状態を説明する図である。

図２は、ＶＣＳＥＬ１の２つの発光部から射出されたレーザ光の伝搬を示している。一方の発光部から射出されたレーザ光１１は実線で示され、他方の発光部から射出されたレーザ光１２は破線で示されている。

図２（ａ）において、眼球３０で反射されたレーザ光１１は、ＰＳＤ３の受光面の中央付近に入射している。そのため、ＰＳＤ３は受光面上でのレーザ光１１の位置を検出することができ、瞳孔位置検出装置１０はＰＳＤ３の検出信号に基づいて、瞳孔３１の位置を検出することができる。

一方、眼球３０で反射されたレーザ光１２は、ＰＳＤ３の受光面に入射していないため、ＰＳＤ３は受光面上でのレーザ光１２の位置を検出できず、瞳孔位置検出装置１０は瞳孔３１の位置を検出することができない。

また、眼球３０が大きく回旋した場合、図２（ｂ）に示すように、眼球３０で反射されたレーザ光１１はＰＳＤ３の受光面に入射していない。そのため、ＰＳＤ３は受光面上でのレーザ光１１の位置を検出できず、瞳孔位置検出装置１０は瞳孔３１の位置を検出することができない。

一方、眼球３０で反射されたレーザ光１２は、ＰＳＤ３の受光面の中央付近に入射しているため、ＰＳＤ３は受光面上でのレーザ光１２の位置を検出することができ、瞳孔位置検出装置１０はＰＳＤ３の検出信号に基づき、瞳孔３１の位置を検出することができる。

このように、１つの発光部のみからの光では、限られた角度範囲でしか眼球３０の瞳孔位置を検出できないが、ＶＣＳＥＬ１の発光部を変化させることで、何れかの発光部から射出されたレーザ光をＰＳＤ３の受光面上に入射させることができる。これにより、眼球３０が回旋しても、眼球３０で反射されたレーザ光がＰＳＤ３の受光面に入射しない状態を減らし、瞳孔位置を検出可能な範囲を拡大することができる。

換言すると、ＰＳＤ３が眼球３０の回旋運動に基づくレーザ光１２の微動を検出し、ＶＣＳＥＬ１の複数の発光部の配列が眼球３０の回旋運動に基づくレーザ光１２の粗動を検出することで、眼球３０の回旋運動の回旋角度検出において、高い検出分解能と広い検出範囲を両立することが可能となる。

ＶＣＳＥＬ１の発光部の変化は、眼球３０の眼球運動に応じて（追従して）、処理部１００からの駆動信号により時系列に行うことができる。また、眼球３０の回旋運動に応じて発光部を制御することで、光の利用効率向上や推定時間の短縮を図ることができる。

但し、必ずしも眼球の回旋運動に応じてＶＣＳＥＬ１の発光部を変化させる必要はない。例えば、瞳孔位置検出装置１０は、眼球運動とは独立に所定の時間間隔でＶＣＳＥＬ１の発光部をラスター走査（順次発光）させ、その場合のＰＳＤ３の検出信号に基づいて、眼球３０の粗動位置を検出するようにしても良い。

なお、図２では説明を簡単にするため、２つの発光部から射出されたレーザ光のみを例示したが、眼球３０の回旋に応じて、ＶＣＳＥＬ１の更に多くの発光部を利用可能である。この場合は、瞳孔３１の位置が適切に検出されるように、ＰＳＤ３の受光面サイズ及び眼球３０のサイズに合わせ、ＶＣＳＥＬ１の発光部の数、及び位置を適正化することが好適である。

＜軸外し光学系の条件について＞
次に、ＶＣＳＥＬ１、凹面ミラー２、及びＰＳＤ３を含む軸外し光学系が満たすべき条件について説明する。

本実施形態では、ＶＣＳＥＬ１から射出されたレーザ光がＰＳＤ３の受光面に入射するための条件、また、集束レーザ光Ｌ１が角膜３２での反射後に平行光に変換されるための条件として、凹面ミラー２の有効領域の直径（レーザ光を反射可能な領域。有効径）を定めている。

図３は、軸外し光学系が満たすべき条件について説明する図であり、（ａ）は素子間の距離を説明する図、（ｂ）は同軸光学系で表した幾何学的距離関係を説明する図である。

図３（ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までの距離をｄ０、凹面ミラー２から角膜３２までの距離をｄ１、角膜３２からＰＳＤ３までの距離をｄ２とする。また、凹面ミラー２の曲率と有効領域に注目し、簡単のため、ＶＣＳＥＬ１、凹面ミラー２、及びＰＳＤ３を同軸に配置した同軸光学系を想定する。

図３（ｂ）は、ＶＣＳＥＬ１からの発散レーザ光が凹面ミラー２に入射し、凹面ミラー２で反射されたレーザ光が集束しながら角膜３２に入射し、その後、角膜３２で反射されたレーザ光がＰＳＤ３に入射する様子を示している。位置４１はＶＣＳＥＬ１の発光部の位置、位置４２は角膜３２の表面の位置、位置４３は凹面ミラー２の表面の位置をそれぞれ示している。

ビームの半径ｈＰＳＤは、ＡＢＣＤ行列を用いた光線追跡で導出された次の（１）式により算出することができる。

・・・（１）
（１）式において、ｒｃは角膜３２の曲率半径、ｈＰＳＤはＰＳＤ３の受光面でのレーザ光のビームの半径、Ｄｍは凹面ミラー２の有効領域の直径、λはＶＣＳＥＬ１の波長、ｈＵＬはＰＳＤ３の受光面でのレーザ光の、設計者が決定するビームの半径の上限値である。また、中央の式の第２項で、凹面ミラー２で反射後のレーザ光の回折によるレーザ光の広がりの効果が重畳されている。

（１）式に基づき、凹面ミラー２の有効領域の直径Ｄｍは、（２）式から定めることができる。

・・・（２）
ここで、図４は、（２）式に基づき取得された、凹面ミラー２の有効領域の直径Ｄｍと、ＰＳＤ３の受光面でのレーザ光のビームの半径ｈＰＳＤとの関係の一例を示す図である。

図４に示す関係において、ＰＳＤ３の受光面でのレーザ光のビームの半径ｈＰＳＤの上限値はｈＵＬ＝２００ｕｍ、凹面ミラー２から角膜３２までの距離ｄ１は２４ｍｍ、角膜３２の曲率半径ｒｃは８ｍｍ、レーザ光の波長λは９４０ｎｍである。これらの値は、眼鏡型支持体２０を想定した値であるが、用途や使用環境に応じて任意の値を設定しても良い。

図４において、凹面ミラー２の有効領域の直径Ｄｍが小さくなると、回折に起因してＰＳＤ３の受光面のビームの半径ｈＰＳＤが急激に拡大している。また、凹面ミラー２の有効領域の直径Ｄｍが大きくなるにつれ、ＰＳＤ３の受光面のビームの半径ｈＰＳＤが徐々に拡大している。ビームの半径ｈＰＳＤの拡大に応じて、ＰＳＤ３によるレーザ光の位置検出分解能は低下する。

図４に示すように、ＰＳＤ３の受光面でのビームの半径ｈＰＳＤを最小化するために、凹面ミラー２の有効領域の直径Ｄｍには適切な範囲が存在する。灰色でハッチングした領域は適切な範囲であり、（２）式を満足する凹面ミラー２の有効領域の直径Ｄｍの範囲である。（２）式に当てはめると、凹面ミラー２の有効領域の直径Ｄｍは、０．２２５ｍｍ≦Ｄｍ≦２．５７４ｍｍで定められる。この条件を満足することで、ＰＳＤ３の受光面上のビームの半径ｈＰＳＤを２００μｍ以下にすることができ、ＰＳＤ３によるレーザ光の位置検出分解能を適切にすることができる。

なお、レーザ光が眼球３０に６０°の入射角で入射する条件として、ｄ０＝２４√３（ｍｍ）とすると、ＶＣＳＥＬ１から射出されたレーザ光は全角で約７．１°以下の発散角が必要になるが、この発散角はＶＣＳＥＬ１の開口の制御により実現可能である。

＜第１の実施形態に係る瞳孔位置検出装置の処理部の構成＞
次に、本実施形態に係る処理部１００のハードウェア構成について説明する。図５は、処理部１００のハードウェア構成の一例を説明するブロック図である。

処理部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３と、ＳＳＤ（Solid State Drive）１０４と、光源駆動回路１０５と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換回路１０６と、入出力Ｉ／Ｆ（Interface）１０７とを有している。それぞれはシステムバス１０８で相互に接続されている。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２やＳＳＤ１０４等の記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ１０３上に読み出し、処理を実行することで、処理部１００全体の制御や後述する機能を実現する。なお、ＣＰＵ１０１の有する機能の一部、又は全部を、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）といったハードウェアにより実現させてもよい。

ＲＯＭ１０２は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することが可能な不揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。ＲＯＭ１０２には、処理部１００の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Basic Input／Output System）、ＯＳ設定等のプログラムやデータが格納されている。ＲＡＭ１０３は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。

ＳＳＤ１０４は、処理部１００による処理を実行するプログラムや各種データが記憶された不揮発性メモリである。なお、ＳＳＤはＨＤＤ（Hard Disk Drive）であっても良い。

光源駆動回路１０５は、ＶＣＳＥＬ１に電気的に接続され、入力された制御信号に従ってＶＣＳＥＬ１に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。光源駆動回路１０５は、ＶＣＳＥＬ１の備える複数の発光部を同時、又は順次に発光駆動させることができる。また、駆動電圧の周期を変調することで、異なる発光周期で発光駆動させることができる。

駆動電圧として矩形波や正弦波、又は所定の波形形状の電圧波形を用いることができる。光源駆動回路１０５は、電圧波形の周期（周波数）を変化させて、駆動電圧信号の周期を変調することができる。

Ａ／Ｄ変換回路１０６は、ＰＳＤ３に電気的に接続され、ＰＳＤ３の出力するアナログ電圧信号をＡ／Ｄ変換したデジタル電圧信号を出力する電気回路である。

入出力Ｉ／Ｆ１０７は、ＰＣ（Personal Computer）や映像機器等の外部機器と接続するためのインターフェースである。

次に、本実施形態に係る処理部１００の機能構成について説明する。図６は、処理部１００の機能構成の一例を説明するブロック図である。図６に示すように、処理部１００は、発光駆動部１１０と、検出信号入力部１１１と、演算手段の一例としての演算部１２０と、瞳孔位置出力部１３０とを有する。

発光駆動部１１０は、ＶＣＳＥＬ１に周期Ｔ１の駆動信号を出力し、ＶＣＳＥＬ１の備える発光部を周期Ｔ１で発光駆動させる。発光駆動部１１０は、光源駆動回路１０５等で実現することができる。

検出信号入力部１１１は、Ａ／Ｄ変換回路１０６等により実現され、ＰＳＤ３から入力したアナログ電圧信号をＡ／Ｄ変換したデジタル電圧信号を、演算部１２０の備える眼球回旋角度推定部１２１に出力する。

演算部１２０は、眼球回旋角度推定部１２１と、瞳孔位置取得部１２２とを有し、検出信号入力部１１１からの入力信号に基づき、眼球３０の瞳孔位置を取得する演算処理を実行する。

眼球回旋角度推定部１２１は、検出信号入力部１１１からの入力信号に基づき、眼球３０の回旋角度を推定し、推定した回旋角度データを瞳孔位置取得部１２２に出力する。瞳孔位置取得部１２２は、推定された眼球３０の回旋角度に基づき、瞳孔３１の位置を取得する処理を実行する。取得された瞳孔３１の位置データは、入出力Ｉ／Ｆ１０７等により実現される瞳孔位置出力部１３０を介して、外部装置等に向けて出力される。

＜第１の実施形態に係る瞳孔位置検出装置による処理＞
次に、本実施形態に係る瞳孔位置検出装置による処理について説明する。

ここで、瞳孔位置検出装置１０では、瞳孔位置検出の事前準備として、ＶＣＳＥＬ１による眼球３０への照射レーザ光が眼球３０に入射する入射角度と、眼球３０の回旋角度の算出式が予め決定されるため、先ず、これらについて説明する。

眼球３０の回旋角度の算出式は、１次関数、又は２次関数の算出式である。但し、これに限定はされるものではなく、レーザ光の入射角度とＰＳＤ３の受光面での位置から回旋角度を定めることができる算出式であれば、式の形式は問わない。簡単な近似式として、本実施形態では２次関数による算出式を採用している。

レーザ光が眼球３０に入射する角度の決定には、眼球３０の表面形状モデルを利用することができる。例えば、一般的な眼球の表面形状モデルとして古くから知られている略式模型眼（例えば、「眼の光学的機構」、精密機械２７－１１、１９６１参照）等を利用できる。

一方、眼球３０へのレーザ光の入射角度は、ＰＳＤ３へのレーザ光の入射位置が受光面の中心になるように、光線追跡計算等により予め決定される。

また、ＰＳＤ３の受光面へのレーザ光の入射位置は、眼球３０へのレーザ光の入射角度、眼球３０でのレーザ光の反射位置、及び眼球３０の接面の傾きに基づき、理論解析することができる。そして、理論解析の解から、多項式近似により眼球３０の回旋角度を推定する逆演算式（近似式）を決定することができる。

眼球３０へのレーザ光の入射角度と、眼球３０の回旋角度を推定する逆演算式は、処理部１００のＲＯＭ１０２やＳＳＤ１０４等のメモリに記憶され、発光駆動部１１０による発光部の変更や、演算部１２０による瞳孔位置取得処理において参照される。

次に、図７は、本実施形態に係る瞳孔位置検出装置による処理の一例を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ７１において、発光駆動部１１０は、ＶＣＳＥＬ１を発光周期Ｔ１で発光駆動させる。

続いて、ステップＳ７２において、検出信号入力部１１１は、ＰＳＤ３の検出信号を入力し、演算部１２０の備える眼球回旋角度推定部１２１に出力する。

続いて、ステップＳ７３において、眼球回旋角度推定部１２１は、検出信号入力部１１１からの入力信号を、回旋角度を推定する逆演算式に代入して眼球回旋角度を算出する。そして、算出した眼球回旋角度データを瞳孔位置取得部１２２に出力する。

続いて、ステップＳ７４において、瞳孔位置取得部１２２は、入力した眼球回旋角度データに基づき、眼球の表面形状モデルを用いて取得する。取得された瞳孔位置データは瞳孔位置出力部１３０を介して外部装置に出力される。

このようにして、処理部１００は、ＰＳＤ３の出力する検出信号に基づいて眼球３０の瞳孔３１の位置を取得し、取得された位置データを外部装置に出力することができる。

＜効果等＞
瞳孔位置（視線）の検出技術の開発が進み、視線による電子機器制御のインターフェース、ヘッドマウントディスプレイ又は眼前（ニア・アイ）ディスプレイといったウェアラブル映像表示機器における映像形成支援、工場等における熟練技術者の視線データ収集、商品の注目度分析（ロギング）など、多様な用途への応用が期待されている。特に電子機器と人とのインターフェースとして機能する瞳孔位置検出装置では、リアルタイム性と装置の小型・軽量化が要求される。

従来技術では、照明環境下において眼球の反射像を取得し、パターンマッチングを基本とした画像処理部により瞳孔位置を検出するため、画像処理の負荷が大きく、また、リアルタイム性と瞳孔位置の検出分解能との間にトレードオフの関係があった。また、撮像装置やプロセッサ、駆動電源等を搭載する必要があり、装置の小型・軽量化が困難だった。

また、従来技術として、眼球表面で高速走査したレーザ光の反射光強度の時間変化を検出し、撮像システムを使わない非画像方式で、瞳孔位置を高速検出する技術が開示されている。しかし、この技術では、曲率が大きい眼球や角膜での反射により、光検出器の受光面でレーザ光のビームの直径が広がり、瞳孔位置を適切に検出できなくなる場合があった。

本実施形態では、光を射出するＶＣＳＥＬ１、光を集束光に変換し、集束光を曲率を有した被照射面に向けて折り返す凹面ミラー２、及び、集束光の前記被照射面による反射光を受光し、前記反射光の位置を検出するＰＳＤ３を含む軸外し光学系を眼前に配置する。

より詳しくは、眼球３０に到達する前の光は、眼球３０に隣接する眼前の空間を、眼球３０による反射や散乱を受けることなく、少なくとも一回以上折り返して伝搬した後、眼球３０に到達する。また、凹面ミラー２は眼球３０に向けて集束レーザ光を照射する。

これにより、集束レーザ光の曲率により眼球３０、又は角膜３２の曲率を相殺できるため、眼球３０や角膜３２で反射されたレーザ光が広がらないようにすることができる。

また、（２）式の条件を満足するように凹面ミラー２の有効領域の直径（開口）Ｄｍを決定することで、凹面ミラー２の有効領域の直径Ｄｍを大きくでき、大きな開口でレーザ光を集束させることができるため、ＰＳＤ３の受光面でのビームの直径を小さくすることができる。

このようにして、ＰＳＤ３の受光面でのレーザ光のビームの直径を微小化することで、ＰＳＤ３による位置検出分解能、及び瞳孔位置の検出精度を確保でき、瞳孔位置を適切に検出することができる。

ここで、本実施形態に係る瞳孔位置検出装置は様々な変形が可能であるため、以下にこの変形例について説明する。

（第１変形例）
図８は、第１変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その１）である。（ａ）はＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までのレーザ光の光路と、眼球３０からＰＳＤ３までの光路が交差する配置を示す図、（ｂ）はＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までのレーザ光の光路と、眼球３０からＰＳＤ３までの光路が交差しない配置を示す図である。

図８（ａ）の軸外し光学系は、ＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までのレーザ光の光路８１（破線で示す光路）と、凹面ミラー２から眼球３０、又は角膜３２までの光路８２（一点鎖線で示す光路）と、角膜３２からＰＳＤ３までの光路８３（二点鎖線で示す光路）とを含む。

眼球３０が正視状態にある場合、光路８１、光路８２及び光路８３は同一平面内にあり光路８１と光路８３は交差する。なお、ＶＣＳＥＬ１の発光部の位置により同一平面からずれる場合があるが、このような場合も「同一平面内」に含まれるものとする。

図８（ａ）では、ＶＣＳＥＬ１は光路８１に対して垂直に配置され、ＰＳＤ３は光路８３に対して垂直に配置されている。このようにすることで、各光路長を長くすることができ、また、ＰＳＤ３の受光面でのレーザ光のビームスポットの楕円化を防ぐことができる。これにより、ビームの直径を微小化し、ＰＳＤ３による位置検出分解能を向上させることができる。

一方、図８（ｂ）の軸外し光学系は、ＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までのレーザ光の光路８４（破線で示す光路）と、凹面ミラー２から眼球３０、又は角膜３２までの光路８５（一点鎖線で示す光路）と、角膜３２からＰＳＤ３までの光路８６（二点鎖線で示す光路）とを含む。光路８４、８５及び８６が同一平面内にある点は、図８（ａ）と同様である。

光路８４は、正視状態にある眼球３０の傾きがゼロの接平面である基準被照射面９０に対し、平行に配置されている。ここで、基準被照射面９０は「基準平面」の一例である。このようにすることで、ＶＣＳＥＬ１の射出面を基準被照射面９０に直交させることができ、また、ＰＳＤ３の受光面とＶＣＳＥＬ１の射出面を同一平面内に配置することができる。これにより、ＶＣＳＥＬ１とＰＳＤ３を同一基板上に配置することが可能となり、両者の実装を容易にすることができる。

（第２変形例）
図９は、第２変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その２）である。

図９において、軸外し光学系は、ＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までのレーザ光の光路９１（破線で示す光路）と、凹面ミラー２から眼球３０、又は角膜３２までの光路９２（一点鎖線で示す光路）と、角膜３２からＰＳＤ３までの光路９３（二点鎖線で示す光路）とを含む。光路９１と光路９３が交差することで、光路長を長くすることができる。

ＶＣＳＥＬ１は、射出面に対して垂直に射出されたレーザ光が凹面ミラー２の中心付近に入射するように、白抜き矢印８０で示した眼球３０の正視方向に対し、傾けて配置されている。

また、ＶＣＳＥＬ１とＰＳＤ３は、素子支持体５０に固定されたＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）５２上に実装されている。ＶＣＳＥＬ１とＰＳＤ３とを同一のＦＦＣ５２上に実装することで、電源供給線や信号線を効率的に配置することができる。ここで、ＦＦＣ５２は「電装基板」の一例である。

さらに、ＶＣＳＥＬ１及びＰＳＤ３を駆動するための電池５３、及び回路群５５等の駆動部は、ＦＰＣ（フレキシブル基板）５１上に固定されている。ＦＰＣ５１は、素子支持体５０のＶＣＳＥＬ１及びＰＳＤ３の実装面とは反対側の面に固定されている。ＦＰＣ５１にコネクタ５４を介してＦＦＣ５１を配線することで、駆動部を省スペース化することができる。

ここで、回路群は、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）等を用いたＩＶ変換回路、ＡＤ変換回路、瞳孔位置推定回路、四則演算回路、ＦＰＧＡ回路、及び無線伝送回路等を含む。

また、ＰＳＤ３は、眼球３０の正視方向に平行な方向に配置されることで、容易に実装できるようになっている。但し、受光面が光路９３に直交するようにＰＳＤ３を配置しても良い。これにより、ＰＳＤ３の受光面上でのレーザ光のビームスポットの楕円化を防ぎ、ビームの直径を微小化して、ＰＳＤ３による位置検出分解能を向上させることができる。

（第３変形例）
図１０は、第３変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その３）である。

図１０において、軸外し光学系は、ＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までのレーザ光の光路９４（破線で示す光路）と、凹面ミラー２から眼球３０、又は角膜３２までの光路９５（一点鎖線で示す光路）と、角膜３２からＰＳＤ３までの光路９６（二点鎖線で示す光路）とを含む。光路９４と光路９６が交差することで、光路長を長くすることができる。

第２変形例では、射出面に対して垂直に射出されたレーザ光が凹面ミラー２の中心付近に入射するように、眼球３０の正視方向に対し、ＶＣＳＥＬ１を傾けて配置した例を示した。本変形例では、ＶＣＳＥＬ１と凹面ミラー２の間に三角プリズム５６を設け、ＶＣＳＥＬ１から射出されたレーザ光を偏向させることで、射出面に対して垂直に射出されたレーザ光を凹面ミラー２の中心付近に入射させている。ここで、三角プリズム５６は「偏向手段」の一例である。但し、偏向手段は三角プリズム５６に限定されるものではなく、回折格子等であっても良い。

また、第２変形例では、ＦＦＣ５２上にＶＣＳＥＬ１及びＰＳＤ３を実装する例を示したが、本変形例では、ＶＣＳＥＬ１とＰＳＤ３を同一平面内に配置できるため、素子支持体５０に固定されたＦＰＣ５７上にＶＣＳＥＬ１とＰＳＤ３を実装している。これにより、電力供給や周辺回路実装を容易にすることができる。図１０では、素子支持体５０の一方の面にＦＰＣ５７を固定し、素子支持体５０のＦＰＣ５７を固定した面とは反対側の面に、電池５３と回路群５５を実装したＦＰＣ５１を固定している。ＦＰＣ５１とＦＰＣ５７とはＦＦＣ５２により電気的に接続されている。ＦＰＣ５１及び５７は、それぞれ「電装基板」の一例である。

（第４変形例）
図１１Ａは、第４Ａ変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その４Ａ）である。（ａ）は要部を上方（正のＹ方向）から見た図、（ｂ）は（ａ）における部分Ｂ（一点鎖線で囲った部分）を眼球側（正のＸ方向）から見た図である。

本変形例では、眼鏡フレーム２２に固定された回路基板５８上に、パッケージ５９と、電池５３と、回路群５５とが実装されている。また、パッケージ５９は、カバーガラス５９ａと支持枠５９ｂとを備え、内部にＶＣＳＥＬ１及びＰＳＤ３を収容して封止している。

ＶＣＳＥＬ１及びＰＳＤ３を１つのパッケージ５９内に収容することで、ＶＣＳＥＬ１とＰＳＤ３とを近接配置することが可能となる。また、パッケージ５９と、電池５３と、回路群５５とを１つの回路基板５８に実装することで、パッケージ５９と、電池５３と、回路群５５とからなるモジュールを小型化することができる。

さらに、無線伝送回路を回路群５５に含め、上記モジュールとスマートフォンやタブレット等の外部端末と無線接続させることも可能である。これにより、ＰＳＤ３の検出信号を外部端末に無線伝送し、外部端末を操作したり、瞳孔位置データを収集したりすることができる。

図１１Ａにおいて、回路群５５は、図６の機能構成を実現するために、発光駆動回路、検出信号増幅および抽出回路、瞳孔位置演算回路、無線伝送回路、などにより構成される。また、外部ハードウェアとのインターフェース回路や、メモリへの記録回路、被照射面の方位を定める加速度センサなどのセンサ回路、発光駆動回路の動作を制御するフィードバック回路など、一体化可能な様々な機能を実装する。ここで、図１１ＡにおけるＹ方向は「眼鏡型支持体の長手方向」の一例である。また、「眼鏡型支持体の長手方向」の一例として、人間が眼鏡型支持体を装着したときの、耳と鼻とを結ぶ方向ということもできる。

図１１Ｂは、第４Ｂ変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その４Ｂ）である。（ａ）は要部を上方（正のＹ方向）から見た図、（ｂ）は（ａ）における部分Ｂ（一点鎖線で囲った部分）を眼球側（正のＸ方向）から見た図、（ｃ）は（ａ）における部分Ｂを眼球と反対側（負のＸ方向）から見た図である。

本変形例では、眼鏡フレーム２２の内部に回路基板５８を固定し、眼球側にＶＣＳＥＬ１とＰＳＤ３を収容したパッケージ５９を配置し、眼球と反対側に電池５３と回路群５５とを配置している。すなわち、両面回路基板の構成を有している。また、パッケージ５９は、カバーガラス５９ａと支持枠５９ｂとを備え、内部にＶＣＳＥＬ１及びＰＳＤ３を収容して封止している。また、外界側の開口部には、眼鏡フレーム２２と同系色の樹脂材料によるカバー構造を設けている。ここで、図１１ＢにおけるＸ方向は「眼鏡型支持体の厚み方向」の一例である。また、「眼鏡型支持体の厚み方向」の一例として、人間が眼鏡型支持体を装着したときの、耳と鼻とを結ぶ方向と正視方向とに垂直な方向ということもできる。

図１１Ｂでは回路基板５８およびパッケージ５９、回路群５５、電池５３を眼鏡フレーム２２内に完全に埋め込んだ一例を説明したが、これらは、部分的に埋め込まれたものであってもよい。また、パッケージ５９の完全に裏面側に回路群５５が構成されていなくともよい。

このような構成を用いることで、パッケージ５９部分の出っ張りや回路基板設置部の凹みをなくし、通常の眼鏡フレームと遜色のない見た目を実現できる。また、両面基板構成をとることで、本瞳孔位置検出装置の設置スペースの縮小化を図ることができる。

（第５変形例）
図１２は、第５変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その５）である。

本変形例に係る瞳孔位置検出装置は、ＶＣＳＥＬ１から射出されたレーザ光を凹面ミラー２に向けて反射する平面ミラー２ａを有する。軸外し光学系は、ＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までのレーザ光の光路９７ａ及び９７ｂ（破線で示す光路）と、凹面ミラー２から眼球３０、又は角膜３２までの光路９８（一点鎖線で示す光路）と、角膜３２からＰＳＤ３までの光路９９（二点鎖線で示す光路）とを含む。ＶＣＳＥＬ１から射出されたレーザ光は、眼前の空間を往復した後、眼球３０に入射される。

平面ミラー２ａを設けることで、ＶＣＳＥＬ１から凹面ミラー２までの光路長を長くすることができる。光路長を長くすることによる幾つかの利点について説明する。第一は、集束反射手段に到達するレーザ光のビーム直径を広げることができることである。ビームの直径を広げた状態でレーザ光の波面制御を行うことで、非球面形状や非等方形状（アナモルフィック非球面等）の採用といった光学系及び光学素子の設計自由度を向上させることができる。第二は、折り返し光学系の最終段に設けた集束反射手段から被照射面である眼球までの距離を短くすることができることである。言い換えると、集束反射手段へ入射するレーザ光の角度が小さい場合であっても、集束反射手段へ到達するまでの光路長を調整することで、被照射面およびＰＳＤ受光面において小さなビーム直径を得ることができる。第三は眼球回線角度に依存するＰＳＤ受光面でのビームスポットの位置変化を光路長により制御できることである。ＰＳＤ受光面サイズと眼球回線角度の計測範囲が適合するように光路長を設計することで、所望の視野角および角度分解能を有する瞳孔位置検出装置が実現可能となる。

なお、平面ミラー２ａと凹面ミラー２は配置が逆であっても良い。また、平面ミラー２ａに代えて、第２の凹面ミラーを設けても良い。但し、図３で説明したように、眼球３０、又は角膜３２で反射後のレーザ光が平行光になるように、凹面ミラー２との曲率半径と、平面ミラー２ａ及び凹面ミラー２の配置を適切にすることが好適である。

（第６変形例）
第６変形例に係る瞳孔位置検出装置は、凹面ミラー２の位置を調整する位置調整手段１３１と、傾きを調整する傾き調整手段１３２とを有する。

図１３は、本変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その６）であり、（ａ）は凹面ミラー２を凹面に対向する方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ'断面を示す図である。

図１３（ａ）に示すように、位置調整手段１３１は、押しネジ１３１ａ、１３１ｂ及び１３１ｃと、枠部１３１ｄとを有し、押しネジ１３１ａ～１３１ｃのそれぞれが凹面ミラー２の側面部の３点を支持する３点支持機構を構成している。押しネジ１３１ａ～１３１ｃのそれぞれを独立して進退させることで、ＹＺ平面内での位置と、ＹＺ平面内での傾きを変化させることができる。

また、図１３（ｂ）に示すように、傾き調整手段１３２は、基板１３２ａと、バネ１３２ｂと、押しネジ１３２ｃとを有する。基板１３２ａはＹＺ平面を平面部とする板状部材であり、平面部の中心に突起部１３３が形成されている。突起部１３３の負のＸ方向における先端は、位置調整手段１３１の枠部１３１ｄに含まれる負のＸ方向側の面に接触している。

バネ１３２ｂは、基板１３２ａのＹ方向における２箇所に設けられ、それぞれが凹面ミラー２に負のＸ方向への付勢力を与える。また、基板１３２ａと枠部１３１ｄは、バネ１３２ｂにより接続されている。

押しネジ１３２ｃは、Ｙ方向における１箇所に設けられている。押しネジ１３２ｃが負のＸ方向に進退し、枠部１３１ｄを介して凹面ミラー２を押すことで、突起部１３３の先端を支点にして、テコの原理で凹面ミラー２をＹＺ平面の面外方向に傾ける（仰らせる）ことができる。

凹面ミラー２のＹＺ平面の面外方向への傾きの調整をより細かく行うため、バネ１３２ｂが設けられる２箇所は、Ｙ方向においてできるだけ離れた位置が好適である。同様に、押しネジ１３２ｃが設けられる箇所はＹ方向における基板１３２ａの端部に近い位置が好適である。

なお、ここでは押しネジ１３２ｃをＹ方向における１箇所に設け、凹面ミラー２をＺ軸回りに傾ける機構を説明したが、Ｚ方向における１箇所にも押しネジを設け、凹面ミラー２をＹ軸回りに傾けられるようにしても良い。

本変形例では、位置調整手段１３１及び傾き調整手段１３２を用い、凹面ミラー２から眼球３０、又は角膜３２に向けて照射されるレーザ光の位置、及び傾きを調整することができる。

なお、図１３では凹面ミラー２の位置及び傾きの調整手段を示したが、凹面ミラー２に代えて回折素子等の光学素子を設けた場合でも、同様の調整手段で光学素子の位置及び傾きを調整することができる。

（第７変形例）
図１４は、第７変形例に係る瞳孔位置検出装置の要部の構成の一例を説明する図（その７）である。（ａ）は要部を上方（正のＹ方向）から見た図、（ｂ）は（ａ）における部分Ｃ（一点鎖線で囲った部分）を眼球側（正のＸ方向）から見た図である。

図１４に示すように、本変形例に係る瞳孔位置検出装置は、眼鏡型支持体２０を装着した人の眼前で、ＶＣＳＥＬ１と凹面ミラー２との間に配置された導光手段１５０を有する。導光手段１５０は、内部を光伝搬させることで、ＶＣＳＥＬ１から射出されたレーザ光を凹面ミラー２に導光することができる。

導光手段１５０は、一例として、透明な円柱部材である。ＶＣＳＥＬ１から射出された光は、導光手段１５０の負のＸ方向における端面から導光手段１５０の内部に入射し、内部を通過して導光手段１５０の正のＸ方向における端面に形成された反射曲面１５０ａに入射する。反射曲面１５０ａは、凹面ミラーとして機能する面であり、入射するレーザ光を反射し、眼球３０に向けて集束レーザ光を照射することができる。

なお、導光手段１５０の「透明」は、可視光、及びＶＣＳＥＬ１から射出された光に対して透明であることを意味する。可視光に対して透明とすることで、眼鏡型支持体２０を装着した人は、導光手段１５０で視界を遮られることなく、前方を視認できる。また、ＶＣＳＥＬ１から射出された光に対して透明とすることで、光吸収による損失を低減して内部を伝搬させることができる。なお、導光手段１５０は円柱部材に限定されるものではなく、柱状部材であれば、任意の断面形状であっても良い。

図１４に示すように、導光手段１５０は、導光手段支持体１５１に支持されている。また、導光手段支持体１５１は、ＶＣＳＥＬ１及びＰＳＤ３等が実装された回路基板５８を支持する回路基板支持体５８ａに固定されている。従って、ＶＣＳＥＬ１、凹面ミラー２、及びＰＳＤ３は、Ｌ字型の構造体として位置関係が固定された状態で支持されている。

導光手段支持体１５１と、回路基板支持体５８ａは、円柱形状の外周方向に回転でき、また、光軸方向に進退できるようになっている。これにより、導光手段１５０の端部の反射曲面１５０ａで反射されたレーザ光が眼球３０、又は角膜３２に入射する位置を調整することが可能となる。

なお、回路基板５８上に実装されたＶＣＳＥＬ１、及びＰＳＤ３が、導光手段支持体１５１の位置調整に伴って位置変動しないように、導光手段支持体１５１には開口部が設けられている。

本変形例に係る瞳孔位置検出装置では、ＶＣＳＥＬ１、導光手段１５０及びＰＳＤ３等の光学素子を一体にして構成できるため、瞳孔位置検出装置を小型化することができる。

（第８変形例）
第８変形例に係る瞳孔位置検出装置は、凹面ミラー２に代えて、非同軸凹面ミラー２ｂを有する。

図１５は、非同軸凹面ミラー２ｂの構成の一例を説明する図である。非同軸凹面ミラー２ｂは、図１５に破線で示されている中心軸Ｄに対して軸対称の形状を含み、中心軸Ｄを挟んで対称となる位置に、曲率中心の位置が異なる２つの曲面形状を含む。

より具体的には、図１５に示すように、非同軸凹面ミラー２ｂは、中心軸Ｄを挟んで対称となる位置に、曲面２ｂ１と曲面２ｂ２とを含み、曲面２ｂ１の曲率中心２ｂ２１と曲面２ｂ２の曲率中心２ｂ２２は、中心軸Ｄと交差する方向にずれた位置にある。なお、曲面２ｂ１と曲面２ｂ２は、それぞれ球面であっても非球面であっても良い。

非同軸凹面ミラー２ｂの曲面２ｂ１及び２ｂ２の形状を適正化することで、眼球３０、又は角膜３２で反射されたレーザ光を非回折ビームに変換し、ＰＳＤ３に伝搬させることができる。非回折ビームは、一例として、同心円状のビームプロファイルを有するベッセルビーム等である。

図１６は、非回折ビームの一例を説明する図である。ＶＣＳＥＬ１から射出された発散レーザ光は、非同軸凹面ミラー２ｂにより集束レーザ光に変換され、眼球３０、又は角膜３２に入射する。

図１６の非同軸凹面ミラー２ｂでは、実線で示すレーザ光Ｌ３と、破線で示すレーザ光Ｌ４は、２次元平面内で見ると、眼球３０、又は角膜３２での反射後にわずかに角度の異なる２つの平行レーザ光として伝搬する（実際の３次元空間では、光軸への射影成分の大きさが等しく、かつ同径方向の内側に向かう同じ大きさの波数ベクトルを有する光線となる）。

このようなレーザ光は、図１６の斜線ハッチングの領域で、光軸に対し対向する波数ベクトル成分の光による干渉の結果、そのビームプロファイルがベッセル関数形状となる。また、ビームの直径を変えることなく光軸方向を長い距離伝搬することができる。

ＰＳＤ３の受光面に入射するレーザ光Ｌ５（斜線ハッチングの部分）を非回折ビームとすることで、ＰＳＤ３の実装位置をロバストにすることができる。なお、非回折ビームの形成領域は、眼球３０でレーザ光が反射する前の位置であっても良い。この場合、眼鏡型支持体２０の位置に対するロバスト性を向上させることができる。

（第９変形例）
本変形例に係る瞳孔位置検出装置は、凹面ミラー２に代えて、ＨＯＥ（Holographic Optical Device）２ｂを有する。ここで、ＨＯＥ２ｂは、「回折型反射光学素子」の一例である。

図１７Ａは、ＨＯＥを用いた軸外し光学系の構成の一例を説明する図であり、（ａ）はＨＯＥ２ｂが１つの集束レーザ光を生成する場合を説明する図、（ｂ）はＨＯＥ２ｃが複数の集束レーザ光を生成する場合を説明する図である。ここで、ＨＯＥ２ｂ及び２ｃは、それぞれ「集束反射手段」の一例であり、また、「回折型反射手段」の一例である。

ＨＯＥは面に垂直に入射した光を傾いた方向に反射できる。そのため、図１７Ａ（ａ）に示すように、眼球３０にレーザ光を照射させながら、ＶＣＳＥＬ１の射出面に平面部を対向させてＨＯＥ２ｂを配置することができる。これにより、実装時の位置合わせが容易となる。また、ＨＯＥ２ｂを薄く作製することができるため、瞳孔位置検出装置を小型化することができる。

また、ＶＣＳＥＬ１の１つの発光部で射出されたレーザ光から、複数の集束レーザ光を生成することができ、眼球３０の複数の位置に同時に集束レーザ光を照射することができる。図１７Ａ（ｂ）は、ＨＯＥ２ｄによる０次光Ｌ９０と、＋１次回折光Ｌ９１と、－１次回折光Ｌ９２により、３つの集束レーザ光が生成された例を示している。

図２において、眼球３０の大きな回旋運動に対し、ＶＣＳＥＬ１の発光部をシフトさせて検出範囲を拡大することを説明したが、本変形例ではＶＣＳＥＬ１の１つの発光部による集束位置を３つにすることができる。これにより、眼球３０がさらに大きく回旋運動しても、眼球３０、又は角膜３２で反射されたレーザ光がＰＳＤ３の受光面から外れることを防ぐことができ、回旋角度の検出範囲を広げることができる。

なお、ＨＯＥ以外にも、回折光学素子（ＤＯＥ）素子やフレネルレンズを用いることができる。

（第１０変形例）
本変形例に係る瞳孔位置検出装置は、凹面ミラー２に代えて、異方性分子材料が封入された液晶部２０２を有する第１反射型集光素子２００を備える。ここで、異方性分子材料とは液晶材料等をいう。

図１７Ｂは、第１反射型集光素子２００を用いた軸外し光学系の構成の一例を説明する図である。図１７Ｂに示すように、第１反射型集光素子２００は、支持基板２０１と、液晶部２０２と、１／４波長シフト部２０３とを含む。ここで、第１反射型集光素子２００は、「集束反射手段」の一例であり、液晶部２０２は、「封入部」の一例である。

ＶＣＳＥＬ１から出射された直線偏光の光は、１／４波長シフト部２０３により円偏光に変換され、液晶部２０２に入射する。液晶部２０２で眼球３０に向けて反射された光は、１／４波長シフト部２０３を往きとは逆向きに通過して再び直線偏光に変換され、眼球３０の角膜表面に入射する。その後、角膜表面で反射された光はＰＳＤ３に入射する。

また、図１７Ｃに示すように、液晶部２０２は、支持基板２０２１と、配向膜２０２２と、配向膜２０２３と、光を透過させる透過支持基板２０２４とを備えている。

配向膜２０２２と配向膜２０２３で形成される膜内部の空間には、液晶分子２０２５が含まれている。液晶分子２０２５は、配向膜２０２２及び２０２３の面に垂直な方向にらせん状に旋回して配列している。

液晶分子２０２５の配向は、配向膜２０２２及び２０２３により空間的に制御されている。具体的には、配向膜２０２２及び２０２３のそれぞれの面内が微小な空間領域に分割され、それぞれの領域に対して特定方向に偏光したＵＶ光が照射され、光配向が施されることで、微小な空間領域毎での液晶分子２０２５の配向が制御されている。

換言すると、液晶分子２０２５は、液晶部２０２の内部において三次元的な準周期構造を形成するように配向している。ここで、準周期構造とは、集光特性を発現するように構造周期またはその位相が空間的に調整されている構造をいう。

図１７Ｃの右から左の方向に、液晶部２０２に入射する光は、透過支持基板２０２４、配向膜２０２３を通過し、液晶分子２０２５の作用により反射されて、配向膜２０２３、及び透過支持基板２０２４を往きとは逆向きに通過して、液晶部２０２から出射する。

図１７Ｃの例では、液晶分子２０２５によるらせん構造の開始位置に該当する配向膜２０２２、又は２０２３の面上における配向方向の調整により、らせん構造を示す曲線の等位相面２０２６が光の入射方向に対して凹面状に湾曲している。これにより、液晶分子２０２５をレンズとして機能させ、液晶分子２０２５の作用により反射されて図の右方向に進む光を、集光させることができる。液晶分子を、レンズ等の光学素子として機能させる技術には、公知の技術（例えば、Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．１０ （２０１６） ｐ．３８９参照）を適用できるため、ここでは更に詳細な説明を省略する。なお、図１７Ｂにおいて、一点鎖線で示した２０２７は、液晶部２０２に入射する光を示し、二点鎖線で示した２０２８は、液晶部２０２で反射され、集光される光を示している。

次に、図１７Ｄを参照して、液晶部２０２の光学特性をさらに説明する。図１７Ｄ（ａ）及び（ｂ）は、右回り円偏光の光を集光させる液晶部２０２について示している。液晶部２０２は、液晶分子２０２５の回旋方向に依存して、右回り偏光と左回り偏光のそれぞれに対して異なる反射または透過特性を備えている。

図１７Ｄ（ａ）において、液晶部２０２には、１／４波長シフト部２０３により円偏光に変換された光が入射する。液晶部２０２で反射された光は、再度１／４波長板を往きとは逆向きに通過することで直線偏光に戻され、眼球３０に照射される。眼球３０へのレーザ光の侵入を極力低減するために、直線偏光は紙面垂直方向に電場振動面を有するＳ偏光とすることが好ましい。

一方、図１７Ｄ（ｂ）は、ＶＣＳＥＬ１からの光線が偏光制御されていないランダム偏光の場合の例を示している。液晶部２０２に入射するランダム偏光のうち、右回り円偏光のみが、支持基板２０２１で反射して集光され、１／４波長シフト部２０３を通過して、直線偏光に変換される。一方、左回り偏光成分は支持基板２０１をそのまま透過し、角膜表面には照射されない。

本変形例に係る瞳孔位置検出装置では、液晶分子２０２５の三次元的な配向分布を、配向膜２０２２及び２０２３の２次元的な配向制御により制御でき、これにより、反射および回折効率が高く、薄型の第１反射型集光素子２００を提供できる。また、第１反射型集光素子２００に偏光選択性を付与することが可能であり、光学部品点数の低減とレーザ光に対する目の安全性確保を両立した瞳孔位置検出装置を提供できる。

（第１１変形例）
本変形例に係る瞳孔位置検出装置は、異方性分子材料を含む第２反射型集光素子２１０を備える。

図１７Ｅは、第２反射型集光素子２１０を用いた軸外し光学系の構成の一例を説明する図である。図１７Ｅに示すように、第２反射型集光素子２１０は、液晶部２１１と、導光手段２１２と、１／４波長シフト部２１３とを備える。ここで、第２反射型集光素子２１０は、「集束反射手段」の一例であり、液晶部２１１は、「異方性分子材料部」の一例である。

液晶部２１１は、導光手段２１２における導光領域界面に接触するように設けられている。液晶部２１１の内部では、上述した液晶部２０２と同様に、液晶分子が、液晶部２１１の内部において三次元的な準周期構造を形成するように配向している。

ＶＣＳＥＬ１から出射された光は、導光手段２１２の入射端の斜面を介して導光手段２１２内に結合される。なお、グレーティングを介して導光手段２１２内に結合される形態でも良いが、実装の簡便性および精度を考慮して、ＶＣＳＥＬ１の実装基板面と導光手段２１２が直交した配置を取る構成が好ましい。

導光手段２１２内に結合された光は、導光手段２１２の界面で全反射を繰り返し、導光手段２１２の内部を眼前付近まで伝搬する。導光手段２１２を内部伝搬した光のうちの右回り円偏光、又は左回り円偏光の光が液晶部２１１により選択的に反射され、液晶部２１１のレンズ機能により集光され、１／４波長シフト部２１３により直線偏光（Ｓ偏光）に変換された後、眼球３０の角膜表面に照射される。

なお、導光手段２１２を用いる場合、角膜表面に対して浅い角度で光を照射することは困難であるため、眼球３０の正面近傍で、液晶部２１１により光を反射するようにしている。この場合、ＰＳＤ３に光を入射させるためには、角膜上の瞳孔中心位置よりＰＳＤ３側にシフトした位置（鏡面反射位置）に光を集光させる必要がある。

本変形例に係る瞳孔位置検出装置では、ＶＣＳＥＬ１から出射された光を導光手段２１２内で光路長を確保した上で角膜表面へ照射できるため、装置を小型化できる。また、図１４と同様の筐体の構成にすることで、ＶＣＳＥＬ１、導光手段２１２、及びＰＳＤ３等を一体に構成することができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る網膜投影表示装置を、図１８を参照して説明する。

図１８は、本実施形態に係る網膜投影表示装置の構成の一例を説明する図である。

網膜投影表示装置６０は、ＲＧＢ（Red、Green、Blue）レーザ光源６１と、走査ミラー６２と、平面ミラー６３と、ハーフミラー６４と、画像生成部６５と、瞳孔位置検出装置１０とを有する。

ＲＧＢレーザ光源６１は、ＲＧＢ３色のレーザ光を時間的に変調して出力する。走査ミラー６２は、ＲＧＢレーザ光源６１からの光を二次元的に走査する。走査ミラー６２は、ＭＥＭＳミラー等である。但し、これに限定されるものではなく、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等、光を走査する反射部を有するものであれば良い。小型化・軽量化の点でＭＥＭＳミラーが有利となる。なお、ＭＥＭＳミラーの駆動方式は、静電式、圧電式、電磁式等の何れであっても良い。

平面ミラー６３は、ハーフミラー６４に向けて走査ミラー６２による走査光を反射する。ハーフミラー６４は、入射する光の一部を透過し、一部を眼球３０に向けて反射する。ハーフミラー６４は、凹型の曲面形状を有しており、反射した光を眼球３０の瞳孔３１の近傍に集束させ、網膜３３の位置で結像させる。これにより、走査光で形成される画像を網膜３３に投影する。図中破線で示されている光６１ａは、網膜３３上に画像を形成する光を表している。なお、ハーフミラー６４は、必ずしも反射光と透過光の光量が１対１にならなくてもよい。

瞳孔位置検出装置１０は、眼球運動に応じた瞳孔３１の位置を検出し、瞳孔３１の位置のフィードバック信号を画像生成部６５に送信する。

画像生成部６５は、走査ミラー６２の振れ角制御機能と、ＲＧＢレーザ光源６１の発光制御機能とを有している。また、画像生成部６５は、瞳孔位置検出装置１０から瞳孔３１の位置のフィードバック信号を受信する。瞳孔位置検出装置１０により検出された瞳孔３１の位置に応じて、走査ミラー６２の振れ角と、ＲＧＢレーザ光源６１の発光を制御し、画像の投影角度、又は画像内容を書き換える。これにより、眼球運動に伴う瞳孔３１の位置の変化に追従（アイトラッキング）した画像を、網膜３３上に形成することができる。

上述では、網膜投影表示装置６０をウェアラブル端末であるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ；Head Mount Display）とした一例を示した。但し、ヘッドマウントディスプレイとしての網膜投影表示装置６０は、「人」の頭部に直接装着させるだけでなく、固定部等の部材を介して間接的に「人」の頭部に装着させるもの（頭部装着型表示装置）であってもよい。また、左右眼用に一対の網膜投影表示装置６０を設けた両眼式の網膜投影表示装置としてもよい。

［実施形態に係る瞳孔位置検出装置と特許文献１に記載の装置との比較］
ここで、特許文献１に記載の装置と、実施形態に係る瞳孔位置検出装置１０とを比較する。図１９は、特許文献１に記載されたアイトラッキング装置の構成を示す図である。

特許文献１に記載の装置では、レーザ光源を用い、レーザ光をＭＥＭＳミラーにより走査し、眼球への光の入射角度を変更している。これに対し、実施形態では、複数の発光部を有するＶＣＳＥＬを光源とし、ＶＣＳＥＬの発光部の変更により、眼球への光の入射角度を変更している。実施形態では、このように眼球への光の入射角度を、可動部を用いずに変更する。そのため、可動部を有する構成と比較して、振動や外的衝撃等に強くなる。

特許文献１に記載の装置では、角膜に照射した光の反射光強度を光検出器により検出するのに対し、実施形態では、ＰＳＤを用い、眼球で反射され、ＰＳＤの受光面に入射する光の位置を検出する。ＰＳＤは、光強度に依存せずに入射光の位置を検出するため、眼球における光の反射位置等に起因して反射光量に差が生じても、反射光量の差の影響を受けずに高感度の位置検出が可能である。その結果、瞳孔等の眼球の傾き位置を高精度に検出できる。

実施形態では、発光駆動部１１０を備え、発光駆動部１１０によりＶＣＳＥＬの発光部の位置と、発光部間の発光タイミングをずらして個別点灯する。これにより、眼球の運動の粗動を捕らえて、ＰＳＤの受光面に眼球からの反射光が収まるようにし、かつＰＳＤによる位置検出で眼球運動の微動を捉えることができる。

特許文献１に記載の装置では、眼球での反射光の時間軸上の２つのピーク強度（２点の角膜上の反射位置）から眼球位置を推定している。実施形態では、角膜等の眼球上の１点の反射位置により眼球位置を推定する。そのためＶＣＳＥＬとＰＳＤは、必ずしも対称位置になくともよい。実施形態では、ＰＳＤを、眼球の正反射（鏡面反射）角近傍に配置せず、ＶＣＳＥＬと同じ側に配置してもよい。

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

また、瞳孔位置検出装置１０により検出された瞳孔位置の情報を、電子機器の入力装置におけるアイトラッキングに利用することもできる。例えば、図１に示した瞳孔位置検出装置１０の出力を、電子機器への入力情報としてアイトラッキングに利用する場合等である。これにより頭部位置ずれ等にロバストなアイトラッキングを実現することができる。

また、 眼球の傾きや瞳孔位置（角膜）の検出する機能を有する検眼装置にも採用する事ができる。検眼装置とは、視力検査、眼屈折力検査、眼圧検査、眼軸長検査など種々の検査を行う事が出来る装置を指す。検眼装置は、眼球に非接触で検査可能な装置であって、被験者の顔を支持する支持部と、検眼窓と、検眼に際し被検者の眼球の向き（視線の向き）を一定にする表示を行う表示部と、制御部と、測定部とを有している。測定部の測定精度を上げるために眼球（視線）を動かさず一点を見つめる事が求められ、被検者は支持部に顔を固定し、検眼窓から表示部に表示される表示物を凝視する。このとき、眼球の傾き位置を検出する際に、本実施形態の眼球の傾き位置検出装置が利用可能である。眼球の傾き位置検出装置は測定の妨げにならないよう、測定部の側方に配置される。眼球の傾き位置検出装置で得られた眼球の傾き位置（視線）情報は、制御部にフィードバックする事が可能で、眼球の傾き位置情報に応じた測定をする事ができる。

１ ＶＣＳＥＬ（光源手段の一例）
２ 凹面ミラー（集束反射手段の一例）
２ａ 平面ミラー
２ｂ 非同軸凹面ミラー（集束反射手段の一例）
２ｃ、２ｄ ＨＯＥ（集束反射手段の一例、回折型反射手段の一例）
３ ＰＳＤ（位置検出手段の一例）
１０ 瞳孔位置検出装置
２０ 眼鏡型支持体
２１ 眼鏡レンズ
２２ 眼鏡フレーム
３０ 眼球（被照射面の一例）
３１ 瞳孔
３２ 角膜
３３ 網膜
５０ 素子支持体
５１ ＦＰＣ（駆動基板の一例）
５２ ＦＦＣ（駆動基板の一例）
５３ 電池
５４ コネクタ
５５ 回路群
５６ 三角プリズム（偏向手段の一例）
５７ ＦＰＣ
５８ 回路基板
５９ パッケージ
６０ 網膜投影表示装置
６１ ＲＧＢレーザ光源
６２ 走査ミラー
６３ 平面ミラー
６４ ハーフミラー
６５ 画像生成部
９０ 基準被照射面
１００ 処理部
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ ＳＳＤ
１０５ 光源駆動回路
１０６ Ａ／Ｄ変換回路
１０７ 入出力Ｉ／Ｆ
１１０ 発光駆動部
１１１ 検出信号入力部
１２０ 演算部（演算手段の一例）
１２１ 眼球回旋角度推定部
１２２ 瞳孔位置取得部
１３０ 瞳孔位置出力部
１３１ 位置調整手段
１３２ 傾き調整手段
１５０ 導光手段
１５１ 導光手段支持体

ＵＳ２０１６／０１６６１４６ ＵＳ２０１７／０２７６９３４

Claims (26)

1. 光を出す光源手段と、
   前記光源手段からの光を集束し、眼球に向けて反射する集束反射手段と、
   前記眼球からの反射光の位置を検出する位置検出手段と、を有し、
   前記集束反射手段は、前記眼球からの前記反射光の発散を相殺するように曲率が定められている
   光学装置。
2. 前記眼球に到達する前の光は、少なくとも一回以上折り返して伝搬した後、前記眼球に到達する
   請求項１に記載の光学装置。
3. 前記集束反射手段と前記眼球との距離をｄ１とし、
   前記集束反射手段の有効領域の直径をＤｍとし、
   前記眼球における曲率半径をｒｃとし、
   前記光源手段からの光の波長をλとし、
   前記位置検出手段の受光面での光のビームの半径をｈＵＬとした場合に、次式を満足する
   

   

   請求項１、又は２に記載の光学装置。
4. 前記光源手段から前記集束反射手段までの光路は、前記眼球から前記位置検出手段までの光路に交差する
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学装置。
5. 前記光源手段から前記集束反射手段までの光路に、前記光源手段からの光を偏向させる偏向手段が設けられている
   請求項４に記載の光学装置。
6. 前記光源手段から前記集束反射手段までの光路は、前記眼球に接する予め定められた基準平面に対し、平行である
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学装置。
7. 前記光源手段と、
   前記位置検出手段と、
   前記光源手段を駆動する光源駆動回路が実装された電装基板と、を支持する支持体を有する
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学装置。
8. 前記集束反射手段は、
   前記集束反射手段から前記眼球まで伝搬する光の光軸と、前記眼球から前記位置検出手段まで伝搬する光の光軸と、を含む平面に平行な方向と、前記平面に直交する方向の２つの方向で、曲率が異なる面を含む
   請求項１乃至７の何れか１項に記載の光学装置。
9. 前記集束反射手段の位置を調整する位置調整手段、又は前記集束反射手段の傾きを調整する傾き調整手段の少なくとも一方を有する
   請求項１乃至８の何れか１項に記載の光学装置。
10. 前記光源手段と前記集束反射手段との間に配置され、内部を伝搬させて、前記光源手段からの光を前記集束反射手段に導光する導光手段を有する
    請求項１乃至９の何れか１項に記載の光学装置。
11. 前記集束反射手段は、前記導光手段の一方の端面に形成されている
    請求項１０に記載の光学装置。
12. 前記集束反射手段は、非同軸凹面ミラーを含む
    請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光学装置。
13. 前記集束反射手段は、回折型反射手段を含む
    請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光学装置。
14. 前記回折型反射手段は、前記眼球上の複数の位置に光を照射する
    請求項１３に記載の光学装置。
15. 前記光源手段から前記眼球に入射するまでの光路は、前記眼球で反射されてから前記位置検出手段に入射するまでの光路よりも長い
    請求項１乃至１４の何れか１項に記載の光学装置。
16. 光を出す光源手段と、
    前記光源手段からの光を集束し、眼球に向けて反射する集束反射手段と、
    前記眼球からの反射光の位置を検出する位置検出手段と、を有し、
    前記位置検出手段に入射する光の直径は、前記集束反射手段に入射する光の直径以下である
    光学装置。
17. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の光学装置を有する
    網膜投影表示装置。
18. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の光学装置を有する
    頭部装着型表示装置。
19. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の光学装置を有する
    検眼装置。
20. 前記集束反射手段は、異方性分子材料が封入された封入部を備え、
    前記異方性分子材料は、前記封入部の内部で、三次元的な準周期構造を形成するように配向している
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光学装置。
21. 前記集束反射手段は、
    前記光源手段からの光を内部伝搬させる導光手段と、前記導光手段の導光領域界面に接触して設けられ、異方性分子材料が封入された封入部と、を備え、
    前記異方性分子材料は、前記封入部の内部で、三次元的な準周期構造を形成するように配向している
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学装置。
22. 前記集束反射手段と前記位置検出手段は、前記眼球の法線方向に対して対称な角度方向に配置されている
    請求項１乃至１４、２０、又は２１の何れか１項に記載の光学装置。
23. 前記光源手段、前記集束反射手段、及び前記位置検出手段は、何れも前記集束反射手段から前記眼球まで伝搬する光の光軸と、前記眼球から前記位置検出手段まで伝搬する光の光軸と、を含む面内に配置され、
    前記光源手段と前記集束反射手段は、前記眼球の法線方向に対して、一方の側に近接して配置され、
    前記集束反射手段は、前記眼球の法線方向に対して、他方の側に配置されている
    請求項１乃至１４、２０、又は２１の何れか１項に記載の光学装置。
24. 前記光源手段、前記集束反射手段、及び前記位置検出手段は、何れも眼鏡型支持体の厚み方向に配列して、前記眼鏡型支持体に配置されている
    請求項１乃至１４、２０、又は２１の何れか１項に記載の光学装置。
25. 前記光源手段、前記集束反射手段、及び前記位置検出手段は、何れも眼鏡型支持体の長手方向に配列して、前記眼鏡型支持体に配置されている
    請求項１乃至１４、２０、又は２１の何れか１項に記載の光学装置。
26. 前記電装基板の一方の面に、前記光源手段と前記位置検出手段を備え、
    前記電装基板の他方の面に、前記光源手段を駆動する光源駆動回路と、前記位置検出手段による出力を処理する演算手段の少なくとも１つを有する
    請求項７に記載の光学装置。

Images