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光学装置、视网膜投影显示装置、头部安装型显示装置

2021-03-07 07:58:40

光学装置、视网膜投影显示装置、头部安装型显示装置

　　技术领域

　　本发明涉及光学装置、视网膜投影显示装置、头部安装型显示装置及验光装置。

　　背景技术

　　瞳孔位置(视线)检测技术随着不断的开发,有望在电子设备控制的界面、头戴式显示器等可穿戴显示器的影像形成支持、熟练技术人员等的视线数据采集、商品关注分析等多种用途上获得应用。对此，瞳孔位置检测装置被要求具有检测应答性能以及检测装置的小型化和轻量化。

　　针对这样的要求，现有技术，例如专利文献1(US2016/0166146)和专利文献2(US2017/0276934)，公开了通过检测在眼球表面高速扫描的激光的反射光强度时间变化，通过不使用摄像系统的非图像方式，来高速检测瞳孔位置的技术。

　　但是，在专利文献1和专利文献2的技术中，曲率大的眼球或角膜的反射会使得光检测器的受光面上的激光光束直径扩大，有时无法确切地检测瞳孔位置。

　　发明内容

　　本发明的课题是确切地检测瞳孔位置。

　　为了解决上述课题，本发明提供一种光学装置，一种光学装置，其中具有，光源部，用于发射光；会聚反射元件，用于将来自所述光源部的光会聚后，反射到具有曲率的被照射面上；以及，位置检测元件，用于检测来自所述被照射面的反射光的位置。

　　本发明的效果在于，能够确切地检测瞳孔位置。

　　附图说明

　　图1是第一实施方式涉及的瞳孔位置检测装置的一例构成的示意图。

　　图2是眼球的旋转与PSD的激光入射位置关系的示意图，其中，(a)是眼球没有转动时状态的示意图，(b)是眼球转动时状态的示意图。

　　图3是针对离轴光学系统需要满足的条件进行说明的图，(a)是元件之间距离的示意图，(b)是用同轴光学系统表示的几何学距离关系的示意图。

　　图4是凹面镜的有效区域直径与PSD受光面的激光光束半径之间关系的一例示意图。

　　图5是第一实施方式涉及的处理部的一例硬件结构模块图。

　　图6是第一实施方式涉及的处理部的一例功能结构模块图。

　　图7是第一实施方式涉及的瞳孔位置检测装置的一例处理流程图。

　　图8是第1变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部分结构示意图。其中，(a)是从VCSEL到凹面镜的光路和从眼球到PSD的光路的交叉配置的示意图， (b)从VCSEL到凹面镜的光路和从眼球到PSD的光路的不交叉配置的示意图。

　　图9是第2变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部结构示意图。

　　图10是第3变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部结构示意图。

　　图11A是第4A变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部结构示意图，其中，(a)是要部的俯视图，(b)是从左方看(a)中的部分B的图。

　　图11B是第4B变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部结构示意图，其中，(a)是俯视图，(b)是从眼球一方看到(a)中的部分B的图，(c)是从与眼球相反一方看到(a)中的部分B的图。

　　图12是第5变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部结构示意图。

　　图13是第6变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部结构示意图，其中， (a)是从面对凹面的方向看凹面镜的图，(b)是(a)的A-A'截面图。

　　图14是第7变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部结构示意图，其中， (a)是要部的俯视图，(b)是从眼球一方看(a)的部分C的图。

　　图15是非同轴凹面镜的一例构成示意图。

　　图16是一例非衍射光束的一例示意图。

　　图17是使用HOE的离轴光学系统的一例构成示意图，其中，(a)是HOE生成一束会聚激光的示意图，(b)是HOE生成多束会聚激光的示意图。

　　图18A是具有液晶反射型聚光结构的会聚反射元件的示意图。

　　图18B是液晶反射型聚光结构内液晶分子取向状态的示意图。

　　图18C是液晶反射型聚光结构的入射光线以及射出光线的偏振状态的示意图。

　　图18D是采用液晶反射型聚光结构的导光部件耦合光学系统的示意图。

　　图19是第二实施方式涉及的视网膜投影显示装置的一例构成的示意图。

　　具体实施方式

　　以下，参考附图说明实施本发明的方式。各图中对相同构成部赋予相同的符号，并省略重复说明。

　　在实施方式中以眼球的瞳孔位置检测装置为例，对光学装置进行说明，另外，还以将瞳孔位置检测装置安装在眼镜型支撑体上为例进行说明。

　　在各个实施方式中，以"人"的右眼的眼球为例进行说明，但对于左眼的眼球也是同样的。还可分别设有两个光学装置，或视网膜投影显示装置，适用于双眼眼球。

　　[第一实施方式]

　　<第一实施方式涉及的瞳孔位置检测装置构成>

　　图1是用来说明本实施方式涉及的一例瞳孔位置检测装置构成的示意图。

　　如图1所示，瞳孔位置检测装置10具有作为一例光源部的VCSEL(Vertical CellsSurface Emitting Laser)1、凹面镜2、PSD(Position Sensitive Detector)3、处理部100。

　　VCSEL1、凹面镜2以及PSD3设置在光学系统支撑体4上，光学系统支撑体4 通过球接头4a可倾斜地固定在包括眼镜镜片21和眼镜架22的眼镜型支撑体20 的眼镜架22上。通过球接头4a可以调整光学系统支撑体4的倾斜度。作为构成设置微调整机构的球接头4a，其除了利用在球体结构和其外壳结构之间作用的机械性压力来固定的方式意外，还可以利用在受到磁力作用的球体结构和金属开口结构之间作用的磁力进行固定等方式。

　　眼镜型支撑体20可安装在人的头部。安装了眼镜型支撑体20后，包括 VCSEL1、凹面镜2和PSD3的光学系统处于靠近眼球30的位置(眼前)的状态。

　　VCSEL1作为"光源部"的一个示例，具有在平面内二维配置的多个发光部。各发光部射出具有指向性以及有限扩散角的激光。在此，射出的激光是"光" 的一个例子。"多个发光部"与"多个发光点"或"多个发光元件"是同义的。

　　光源部只要能够射出光，并不局限于VCSEL。也可将多个射出激光的LD(半导体激光器，Laser Diode)和LED(发光二极管，Light Emitting Diode)在平面内作二维排列，构成光源部。进而，还可以使用射出脉冲激光的脉冲激光器。此外，也可以组合多种光源构成光源部。

　　为了不阻碍检测到瞳孔位置的"人"的识别，优选VCSEL1射出的激光波长是非可视光的近红外光波长。但是，并不限定于此，也可以是可视光。

　　从VCSEL1射出的激光L0，在与装有眼镜型支撑体20的人的脸或者安装的眼镜镜片21的镜面大致平行的方向上，向凹面镜2传播眼前的空间。激光L0是通过VCSEL1射出部开口的衍射扩大光束直径传播的发散光。发散光的发散角可以通过射出部的开口形状控制。激光L0一边发散一边传播，入射凹面镜2。

　　凹面镜2作为一例会聚反射元件，其反射面具有曲率，反射入射的激光L0，向眼球30照射会聚激光(也表示为会聚光)L1。会聚激光L1入射到眼球30的瞳孔31近旁。凹面镜2的凹面曲率中心位于离开从VCSEL1到凹面镜2的光路的光轴位置，包括VCSEL1、凹面镜2以及PSD3的光学系统构成所谓的离轴光学系统。

　　在本实施方式涉及的离轴光学系统中，到达眼球30之前的光在未受眼球 30的反射或散射的情况下至少折返一次以上，传播与眼球30相邻的眼前的空间之后，到达眼球30。

　　会聚激光L1入射眼球30的入射角度被调整为，在正视时以规定角度入射眼球30的瞳孔31的中心。VCSEL1可以从多个发光部射出激光，从多个发光部射出的激光照射到眼球30的多个位置，或者以多个角度照射眼球30。

　　VCSEL1如上所述具有多个发光部以外，还具有可以高速调制的特征。通过时间调制照射眼球的激光，从PSD得到的输出信号提取具有适于入射激光的调制周期的成分，可以去除来自不随调制变化的外部环境的光的影响。其结果，可以提高SN比，有利于在明亮环境下的瞳孔位置检测，而且还可以降低照射瞳孔的激光光量。

　　眼球30的瞳孔表面(角膜表面)作为一例被照射面，是含有水分的透明体，通常具有2～4％的反射率。入射眼球30的瞳孔31附近的会聚激光L1在眼球30的瞳孔31的表面受到反射(也表示为反射光)，反射光向PSD3传播。以下，为了简化说明，将眼球30的表面称为眼球30，瞳孔31的表面称为瞳孔31，将角膜 32的表面称为角膜32。

　　在此，凹面镜2的反射面的曲率被设定为可以抵消眼球30或角膜32的曲率所引起的反射激光的发散。如此，向PSD3传播的激光L2的光束直径就不会在 PSD元件的受光面上扩散。

　　在此，将凹面镜作为一例会聚反射元件，但只要能够使得光会聚(聚束)，并不限于此，也可以使用凸面镜和平面镜相结合的构成，或使用全息图的波面控制元件、衍射光学元件等。

　　作为凹面镜的凹面，如果使用在与会聚激光L1的光轴交叉的平面内正交的两个方向上彼此曲率不同的变形非球面，则可以使激光L2的光束直径更加微小，并且将光束整形为各向同性状态。

　　进而，被照射面不限于眼球30，只要是具有曲率的三维物体，均适用于本实施方式。

　　PSD3作为一例"受光位置检测元件"，是二维光位置检测元件，其在受光面内正交的两个方向上，检测与入射光到电极的距离相对应的电流值，并根据正交两个方向的电流值之比，求出表示入射光的位置的检测信号后输出。 PSD3可以输出表示PSD3的受光面上所形成的光斑位置的检测信号。

　　进一步具体而言，PSD3具有4个输出端子，在连续受光面(没有像素分割的受光面)上配置有电阻膜，还设置有正交两个方向的电极对。在光束斑点位置产生的光电流按照与各输出端子之间的距离被分割成4个。此时，电阻膜引起的电阻抗发生作用，使得光束点位置与输出端子之间距离越长电流就越小。 PSD3可以通过4个端子检测经由电阻膜的电信号，输出表示通过电后处理所得到的受光面内的位置的检测信号。

　　PSD3可以把光电转换所产生的电流转换为模拟电压信号，作为检测信号，从4个端子输出。也就是说，PSD3可以通过利用表面电阻求出与各端子之间的距离，来检测入射的位置。

　　然而，当用图像传感器(摄像元件)取代PSD3用来作为位置检测元件时，图像传感器的输出结果会随着各像素的入射光强度而发生变化，如果强度低，则输出电流就会变少。虽然为了减少太阳光等噪声光的影响，需要提高光源的输出功率，以提高图像传感器的入射光强度，但是，在使用让光源发射的光照射到眼球30上的装置的情况下，增加入射光强度不适于眼球安全性。

　　使用图像传感器时，需要进行用于位置检测的图像处理，而处理时会发生位置精度误差，而且，处理负荷也将增大。

　　用PSD3作为位置检测元件，使用输出端子间分割的电流分割比(比例)来检测位置，为此，可以在不依赖入射光强度的情况下检测入射光的位置，而且不需要图像处理，就此观点出发，PSD3是优选的。

　　以上例举的PSD3的构成仅仅是一个例子，也可以是其他构成。以上以检测受光面内的二维位置的二维PSD作为一例PSD3，也可以使用检测受光面内的线性位置的线性PSD。

　　处理部100输出控制信号，驱动VCSEL1发光。处理部100输入PSD3的检测信号，如以下所述，执行检测眼球30的瞳孔31的位置的处理。处理部100 可以设置在例如眼镜架22等部位上。

　　由于眼球30的倾斜，造成在激光L2在PSD3的受光面上形成的光束斑点位置发生变化，所以处理部100可以通过将PSD3的检测信号变换为坐标信息，检测眼球30的瞳孔位置。

　　PSD3可检测眼球30上的反射点的位置和法线矢量方向，瞳孔位置检测装置10可根据检测到的反射点位置和法线矢量与眼球表面形状模型的对应关系， "推定"瞳孔位置。

　　图1显示了将光学系统以及处理部设置在眼镜架22上的例子，但并不限于此，也可以使用头戴显示器和头盖型的保持结构体等。

　　<第一实施方式涉及的瞳孔位置检测装置对眼球运动的跟踪动作>

　　接下来说明瞳孔位置检测装置10对眼球运动的跟踪动作。

　　由于眼球30会发生转动等眼球运动，该转动引起激光L2的方向发生变化，从而使得激光L2有可能偏离PSD3的受光面。对此，瞳孔位置检测装置10可通过控制依次或选择性地改变VCSEL1中进行发光的发光部，防止激光L2离开PSD3 的受光面。

　　图2是用来说明眼球30的转动和激光L2在PSD3中的入射位置之间关系的示意图，其中，(a)是眼球未发生转动的状态(正视时)，(b)是眼球正在转动的状态。

　　图2显示了从VCSEL1的两个发光部射出的激光的传播。其中一个发光部射出的激光11用实线表示，另一个发光部射出的激光12用虚线表示。

　　在图2(a)中，受到眼球30反射的激光11入射PSD3的受光面的中心附近。因此，PSD3可以检测到受光面上的激光11的位置，瞳孔位置检测装置10基于 PSD3的检测信号，可以检测瞳孔31的位置。

　　另一方面，如果受到眼球30反射的激光12没有入射到PSD3的受光面，则PSD3不能检测出受光面上的激光12的位置，从而瞳孔位置检测装置10无法检测瞳孔31的位置。

　　眼球30发生较大转动时，如图2(b)所示，受到眼球30反射的激光11没有入射PSD3的受光面。因此，PSD3不能检测到受光面上的激光11的位置，从而瞳孔位置检测装置10无法检测瞳孔31的位置。

　　而受到眼球30反射的激光12入射PSD3的受光面的中心附近，因此，PSD3 能检测到在受光面上的激光12的位置，瞳孔位置检测装置10基于PSD3的检测信号，可以检测瞳孔31的位置。

　　这样，只有从一个发光部射出的光，只能在有限的角度范围内检测到眼球30的瞳孔位置，而通过改变VCSEL1的发光部，总能够让某一个发光部射出的激光入射到PSD3的受光面上。由此，即使眼球30转动，也能减少受到眼球 30反射的激光不入射PSD3的受光面的状态，扩大能够检测瞳孔位置的范围。

　　换言之，通过PSD3检测眼球30的转动运动的微动，VCSEL1的多个发光部的排列检测眼球30的转动运动的粗动，能够在眼球30的转动运动的转动角度检测中，兼顾高检测分辨率和大检测范围。

　　VCSEL1的发光部的变化可以随着(追踪)眼球30的眼球运动，按照来自处理部100的驱动信号，按时间序列执行。通过根据眼球30的转动运动来控制发光部，可以提高光利用效率并缩短推定时间。

　　不过，并不一定要根据眼球的转动运动来改变VCSEL1的发光部。瞳孔位置检测装置10也可以例如，以独立于眼球运动的规定的时间间隔，使VCSEL1 的发光部进行光栅扫描(依次发光)，根据此时的PSD3的检测信号，取得眼球 30的粗动位置。

　　在图2中，为了简化说明，只举例说明了从两个发光部射出的激光，但根据眼球30的转动，可以利用VCSEL1的更多发光部。在这种情况下，为了确切地检测瞳孔31的位置，配合PSD3的受光面大小及眼球30的大小，优化VCSEL1 的发光部的数量和位置。

　　<离轴光学系统的条件>

　　以下说明包括VCSEL1、凹面镜2、以及PSD3的离轴光学系统需要满足的条件。

　　在本实施方式中，作为从VCSEL1射出的激光入射PSD3的受光面的条件，以及会聚激光L1受到角膜32的反射后变换为平行光的条件，决定凹面镜2的有效区域的直径(能够反射激光的区域，有效直径)。

　　图3是用来说明离轴光学系统需要满足的条件的示意图，(a)用来说明元件之间距离，(b)用来说明用同轴光学系统表示的几何距离关系。

　　如图3(a)所示，设从VCSEL1到凹面镜2的距离设为d0，凹面镜2到角膜32的距离为d1，角膜32到PSD3的距离为d2。着眼于凹面镜2的曲率和有效区域，为简便起见，设定光学系统是VCSEL1、凹面镜2、以及PSD3同轴配置的同轴光学系统。

　　图3(b)显示了来自VCSEL1的发散激光入射到凹面镜2，受凹面镜2反射的激光会聚，入射角膜32，之后受到角膜32反射的激光入射到PSD3的状况。位置41表示VCSEL1的发光部的位置，位置42表示角膜32的表面位置，位置43表示凹面镜2的镜面位置。

　　光束的半径hpsd可以用利用ABCD矩阵的光线跟踪所导出的以下式(1)式来进行计算。

　　式(1)中，rc为角膜32的曲率半径，hPSD为PSD3的受光面的激光光束半径， Dm为凹面镜2的有效区域的直径，λ为VCSEL1的波长，hUL为PSD3的受光面上的激光的有设计者决定的光束半径的上限值。式(1)的中间部分的第2项上重叠了在凹面镜2上受到反射后的激光的衍射所引起的激光的扩散效果。

　　根据(1)式，可以用以下式(2)来决定凹面镜2的有效区域的直径Dm。

　　在此，图4表示基于式(2)取得的凹面镜2的有效区域的直径Dm和PSD3的受光面上的激光光束半径hpsd之间关系的一例示意图。

　　在图4所示的关系中，PSD3的受光面的激光光束半径hPSD的上限值hUL为 200um，凹面镜2到角膜32的距离d1为24mm，角膜32的曲率半径rc为8mm，激光波长λ为940nm。这些值是假定眼镜型支撑体20的值，也可以根据用途和使用环境设定任意值。

　　在图4中，如果凹面镜2的有效区域的直径Dm变小，则由于衍射造成PSD3的受光面的光束半径hPSD急剧扩大。而随着凹面镜2有效区域直径Dm的增大，PSD3 受光面的光束半径hPSD逐渐扩大，伴随光束半径hPSD的扩大，PSD3对激光的位置检测分辨率降低。

　　如图4所示，凹面镜2有效区域的直径Dm存在合适的范围，可使得PSD3受光面的光束半径hPSD最小化。斜线阴影区域是适合适的范围，满足(2)式的凹面镜 2有效区域的直径Dm范围。利用(2)式，可以将凹面镜2的有效区域的直径Dm定为0.225mm≤Dm≤2.574mm。满足该条件，可以使PSD3的受光面上的光束半径hPSD为200μm以下，从而使PSD3获得恰当的激光位置检测分辨率。

　　在激光以60°的入射角入射到眼球30的条件下，如果设定d0＝24√3(mm)，则从VCSEL1射出的激光的全角需要约为7.1°以下的发散角，该发散角可通过 VCSEL1的开口的控制来实现。

　　<第一实施方式涉及的瞳孔位置检测装置的处理部构成>

　　接下来，说明本实施方式涉及的处理部100的硬件构成。图5是处理部100 的一例硬件结构模块图。

　　处理部100具有CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103、SSD(Solid State Drive)104、光源驱动电路105、A/D(Analog/Digital)转换电路106、输入输出 I/F(Interface)107。这些元件分别通过系统总线108相互连接。

　　CPU101通过从ROM102、SSD104等存储装置将程序和数据读到RAM103上，执行处理，实现处理部100的整体控制和后述功能。另外，也可以通过 ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)或FPGA(Field- Programmable Gate Array)等硬件实现CPU101所具有的一部分功能或全部功能。

　　ROM102是能够在电源切断状态下保持程序和数据的非挥发性半导体存储器(存储装置)。ROM102中存储处理部100启动时执行的BIOS(Basic Input/Output System)、OS设定等程序和数据。RAM103是可以暂时保存程序和数据的挥发性半导体内存(存储装置)。

　　SSD104是存储用来执行处理部100的处理的程序和各种信息的非挥发性存储器。SSD也可以是硬盘(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)。

　　光源驱动电路105是电连接VCSEL1、并根据输入的控制信号向VCSEL1输出驱动电压等驱动信号的电路。光源驱动电路105可同时或依次驱动VCSEL1的多个发光部发光。通过调制驱动电压的周期，可以在不同的发光周期内驱动发光。

　　作为驱动电压，可以使用矩形波或正弦波，或者是规定波形形状的电压波形。光源驱动电路105可以改变电压波形的周期(频率)，调制驱动电压信号的周期。

　　A/D转换电路106电连接PSD3，是输出PSD3的输出模拟电压信号经过A/D转换后成为数字电压信号的电路。

　　输入输出I/F107是用于连接PC(Personal Computer)和影像设备等外部设备的接口。

　　接下来说明本实施方式涉及的处理部100的功能构成。图6是处理部100的一例功能结构模块图。如图6所示，处理部100具有发光驱动部110、检测信号输入部111、运算部120、瞳孔位置输出部130。

　　发光驱动部110向VCSEL1输出周期T1的驱动信号，驱动VCSEL1的发光部以周期T1发光。发光驱动部110可以通过光源驱动电路105等实现。

　　检测信号输入部111通过A/D变换电路106等实现，将从PSD3输入的模拟电压信号经过A/D转换后形成的数字电压信号输出到运算部120所具备的眼球转动角度推定部121。

　　运算部120具有眼球转动角度推定部121和瞳孔位置取得部122，根据来自检测信号输入部111的输入信号，执行取得眼球30的瞳孔位置的运算处理。

　　眼球转动角度推定部121根据来自检测信号输入部111的输入信号，推定眼球30的转动角度，将推定的转动角度数据输出到瞳孔位置取得部122。瞳孔位置取得部122根据推定的眼球30的转动角度，执行取得瞳孔31的位置的处理。得到的瞳孔31的位置数据借助于通过输入输出I/F107等实现的瞳孔位置输出部130，向外部装置等输出。

　　<第一实施方式涉及的瞳孔位置检测装置的处理>

　　接下来说明本实施方式涉及的瞳孔位置检测装置的处理。

　　在此，首先说明在瞳孔位置检测装置10中进行瞳孔位置检测的事先准备，预先决定从VCSEL1向眼球30照射的激光入射眼球30的入射角度、以及眼球30 的转动角度的计算公式。

　　眼球30的转动角度的计算式是1次函数或者2次函数的计算式。但是，并不限定于此，只要是可以根据激光的入射角度和PSD3的受光面上的位置求出转动角度的计算式，并不泥拘形式。作为简单的近似式，本实施方式采用2次函数的计算式。

　　在决定激光入射眼球30的角度时，可以利用眼球30的表面形状模型。例如，作为一般的眼球表面形状模型，可以使用以往广泛采用的略式模型眼(例如参见"眼睛的光学机构"，精密机械27-11，1961)等。

　　另一方面，激光射往眼球30的入射角度预先由光线跟踪计算等决定，用以使得激光射入PSD3的入射位置成为受光面中心。

　　对于PSD3的受光面的激光入射位置，可以根据激光射往眼球30的入射角度、激光在眼球30上反射位置、以及眼球30的切面的斜率，进行理论分析。然后，根据理论解析的解，用多项式近似来决定推算眼球30的转动角度的逆算式(近似式)。

　　推定眼球30的激光入射角度和眼球30的转动角度的逆算式存储在处理部 100的ROM102和SSD104等存储器中，在发光驱动部110改变发光部以及运算部120执行瞳孔位置取得处理中使用。

　　接下来，图7是本实施方式涉及的瞳孔位置检测装置进行的一例处理流程图。

　　首先，在步骤S71，发光驱动部110用发光周期T1驱动VCSEL1发光。

　　接着，在步骤S72，检测信号输入部111输入PSD3的检测信号，输出到具备运算部120的眼球转动角度推定部121。

　　接着，在步骤S73，眼球转动角度推定部121将来自检测信号输入部111的输入信号代入推定转动角度的逆算式，求出眼球转动角度。然后，把求出的眼球转动角度数据输出到瞳孔位置取得部122。

　　接着，在步骤S74，瞳孔位置取得部122根据输入的眼球转动角度数据，使用眼球的表面形状模型取得瞳孔位置数据，并通过瞳孔位置输出部130输出到外部装置。

　　这样，处理部100可以根据PSD3输出的检测信号获得眼球30的瞳孔31的位置，并将得到的位置数据输出到外部装置。

　　<效果等>

　　瞳孔位置(视线)检测技术随着不断的开发，有望在借助于视线的电子设备控制的接口、头戴式显示器或眼前(Near-eye)显示器等可携带影像显示设备的影像形成支持、工厂等熟练技术人员的视线数据采集、商品的关注分析 (记录)等多种用途中得到应用。特别是作为电子设备和人的接口发挥作用的瞳孔位置检测装置，要求具有实时性以及小型轻量的装置。

　　现有技术在照明环境下取得眼球的反射像，通过基于图案匹配的图像处理部来检测瞳孔位置，因此图像处理负荷大，而且需要在实时性和瞳孔位置检测分辨率之间进行权衡。进而，还需要配备摄像设备、处理器及驱动电源等设备，因此难以实现设备的小型轻量化。

　　另外，现有技术公开了对在眼球表面高速扫描的激光的反射强度的时间变化进行检测，以不使用摄像系统的非图像方式快速检测瞳孔位置的技术。但是，该技术由于曲率较大的眼球和角膜的反射，光检测器的受光面上的激光光束的直径增大，有时无法确切地检测瞳孔位置。

　　对此，本实施方式将离轴光学系统配置在眼前，该离轴光学系统包括发射光的VCSEL1、将光变换为会聚光，并将会聚光反射到具有曲率的被照射面的凹面镜2、以及接受受到上述被照射面反射会聚光的反射光，检测该反射光位置的PSD3。

　　具体而言，光到达眼球30之前，与眼球30相邻的眼前的空间在不受到眼球30的反射或散射的状态下，经过至少一次以上折返传播之后，到达眼球30。凹面镜2向眼球30照射会聚激光。

　　这样，可以通过会聚激光的曲率抵消眼球30、或者角膜32的曲率，使得眼球30和角膜32反射的激光不会扩散。

　　通过决定满足式(2)条件的凹面镜2的有效区域直径(开口)Dm，可以增大凹面镜2的有效区域的直径Dm，以大开口使激光光束会聚，减小PSD3的受光面上的光束直径。

　　这样，通过使得PSD3的受光面上的激光光束直径的微小化，能够确保PSD3 的位置检测分辨率以及瞳孔位置的检测精度，从而确切地检测瞳孔位置。

　　本实施方式的瞳孔位置检测装置能够有各种变形，以下对该变形例进行说明。

　　(第1变形例)

　　图8是用来说明第1变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部构成的示意图。其中，(a)是从VCSEL1到凹面镜2的激光光路和从眼球30到PSD3的光路交叉配置的示意图，(b)是从VCSEL1到凹面镜2的激光光路和从眼球30到PSD3 的光路不交叉配置的示意图。

　　图8(a)的离轴光学系统包括从VCSEL1到凹面镜2的激光光路81(虚线表示的光路)，和从凹面镜2到眼球30或角膜32的光路82(用一点锁线表示的光路)、以及从角膜32到PSD3的光路83(用两点锁线表示的光路)。

　　当眼球30处于正视状态时，光路81、光路82及光路83在同一平面内，光路81与光路83交叉。不过，根据VCSEL1的发光部位的位置，有时会偏离同一平面，但这种情况也包含在"同一平面内"。

　　在图8(a)中，VCSEL1相对于光路81垂直配置，PSD3相对于光路83垂直配置。如此，可以延长各条光路长度，而且可以防止激光在PSD3的受光面上的光束光斑变成椭圆形，由此减小光束直径，提高PSD3的位置检测分辨率。

　　另一方面，图8(b)的离轴光学系统包括从VCSEL1到凹面镜2的激光光路 84(用虚线表示的光路)、从凹面镜2到眼球30或角膜32的光路85(用一点锁线表示的光路)、以及从角膜32到PSD3的光路86(用两点锁线表示的光路)。光路 84、85、86在同一平面内与图8(a)相同。

　　光路84平行于正视状态下眼球30的斜率为0的切面，即基准被照射面90。在此，基准被照射面90是"基准平面"的一个例子。这样，可使得VCSEL1的射出面与基准照射面90正交，而且还可将PSD3的受光面和VCSEL1的射出面配置在同一平面内。据此，可以将VCSEL1和PSD3配置在同一块底板上，便于两者的安装。

　　(第二変形例)

　　图9是用来说明第2变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部构成的示意图。

　　在图9中，离轴光学系统包括从VCSEL1到凹面镜2的激光光路91(虚线显示的光路)和从凹面镜2到眼球30、或角膜32的光路92(用虚线表示的光路)和从角膜32到PSD3的光路93(用两点锁线表示的光路)。光路91和光路93交叉，可以延长光路长度。

　　VCSEL1相对于箭头80所示的眼球30的正视方向倾斜配置，从而使得相对于射出面垂直射出的激光入射到凹面镜2的中心附近。

　　VCSEL1和PSD3安装在固定在元件支撑体50上的FFC(柔性扁平电缆)52上。通过将VCSEL1和PSD3安装在同一个FFC52上，能够有效地配置电源供应线和信号线。在此，FFC52是"电装基板"的一个例子。

　　另外，用于驱动VCSEL1和PSD3的电池53以及电路群55等的驱动部被固定在FPC(柔性基板)51上。FPC51被固定在元件支撑体50上与VCSEL1及PSD3的封装面相反一侧的表面上。通过在FPC51上经由连接器54布线FFC52，可以节省驱动部的空间。

　　在此，电路群包括使用反阻抗放大器(TIA)等的IV变换电路、AD变换电路、瞳孔位置推定电路、四则运算电路、FPGA电路、以及无线传输电路等。

　　通过把PSD3配置在与眼球30的正视方向平行的方向上，便于安装。不过，也可以把PSD3配置为受光面与光路93正交。这样可防止PSD3受光面上的激光光斑变成椭圆形，减小光束直径，提高PSD3的位置检测分辨率。

　　(第3变形例)

　　图10是用来说明第3变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部构成的示意图。

　　在图10中，离轴光学系统包括从VCSEL1到凹面镜2的激光光路94(用虚线表示的光路)、从凹面镜2到眼球30或角膜32的光路95(用一点锁线表示的光路) 和从角膜32到PSD3的光路96(用两点锁线表示的光路)。光路94和光路96交叉，可以延长光路长度。

　　第2变形例显示了相对于眼球30的正视方向倾斜配置VCSEL1，以使得相对于射出面垂直射出的激光入射到凹面镜2的中心近旁的例子。对此，在本变形例中，在VCSEL1和凹面镜2之间设置三角棱镜56，用来偏转从VCSEL1射出的激光，使相对于射出面垂直射出的激光入射到凹面镜2的中心近旁。其中，三角棱镜56为一例"偏转元件"。但是，偏转元件不限定于三角棱镜56，也可以是衍射光栅。

　　另外，第2变形例给出了一例在FFC52上安装VCSEL1和PSD3的例子，对此，在本变形例中，由于VCSEL1和PSD3可以配置在同一平面内，所以在固定在元件支撑体50上的FPC57上安装VCSEL1和PSD3。这样方便了电力供应及外围电路安装。在图10中，在元件支撑体50的一侧表面上固定FPC57，而在元件支撑体 50的与固定了FPC57的表面相反一侧表面上，固定了安装电池53和电路群55的 FPC51。FPC51和FPC57通过FFC52电连接。FPC51及57分别为"电装基板"的一个例子。

　　(第4A变形例、第4B变形例)

　　图11A是用来说明第4A变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部构成的示意图。其中，(a)是从上方(正Y方向)看到的要部的俯视图，(b)是从眼球一方(正X方向)看到的(a)中的部分B(用一点锁线包围的部分)的图。

　　在本变形例中，在固定于眼镜架22的电路板58上安装封装59、电池53、电路群55。封装59具有盖玻璃59a和支撑架59b，内部收纳并封装VCSEL1和PSD3 封装。

　　将VCSEL1和PSD3收纳在一个封装59内，使VCSEL1和PSD3彼此接近设置成为可能。而且，通过将封装59、电池53、电路群55封装在一个电路板58上，可使封装59、电池53以及电路群55组成的模块小型化。

　　进而，还可将无线传输电路包括在电路群55中，将上述模块和智能手机以及平板计算机等外部终端无线连接。由此可将PSD3的检测信号无线传输到外部终端，操作外部终端或收集瞳孔位置数据。

　　在图11A中，为了实现图6所示的功能结构，电路群55以发光驱动电路、检测信号放大及提取电路、瞳孔位置运算电路、无线传输电路等。而且还安装了能够一体化的各种功能，如与外置硬件之间的接口电路、存储到内存中的存储电路、对被照射面方位进行定位的加速度传感器等传感器电路、控制发光驱动电路动作的反馈电路等。图11A中的Y方向是一例“眼镜型支撑体的长边方向”。作为一例“眼镜型支撑体的长边方向”，也可以是人戴上眼镜支撑体时连接耳朵和鼻梁的方向。

　　图11B是第4B变形例涉及的另一例瞳孔位置检测装置要部构成。其中，(a) 是从要部上方(正Y方向)看到的要部的俯视图，(b)是从眼球一方(正X方向)和负X方向看到的(a)中部分B(用一点锁线包围的部分)的图，(c)是) 是从与眼球相反一方(负X方向)看到的(a)中部分B的图。

　　本变形例中，电路板58被固定在眼镜架22内部，该电路板58的眼球一侧表面上设置收纳VCSEL1和PSD3的封装59，与眼球相反一方设置电池53和电路群55。换言之，电路板58具有双面电路板构成。封装59具备盖玻璃59a和支撑架59b，内部收纳并封装VCSEL1和PSD3封装。进而，向外一侧的开口部上设有 58用与眼睛框架22同系颜色树脂材料形成的盖结构。在此，图11B中的X方向是一例“眼镜型支撑体厚度方向”。作为“眼镜型支撑体厚度方向”的一个示例，也可以是与人带上眼镜型支撑体时连接耳朵和鼻梁的正视方向相垂直的方向

　　在图11B的说明中，例举了将电路板以及封装59、电路群55、电池53完全埋入眼睛框架22内的示例，但是，也可以是部分埋入。另外，电路群55也可以不构成为把封装59全部设置在背面。

　　如此，利用上述构成，可以消除封装59部分突出或电路板设置部凹入，减小瞳孔位置检测装置的设置空间。而且，由于采用双面电路板构成，有望减小瞳孔位置检测装置的设置空间。

　　(第5变形例)

　　图12是用来说明第5变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部构成的示意图(其5)。

　　本变形例涉及的瞳孔位置检测装置具有将从VCSEL1射出的激光反射到凹面镜2的平面镜2a。离轴光学系统包括从VCSEL1到凹面镜2的激光光路97a和 97b(用虚线表示的光路)、从凹面镜2到眼球30或角膜32的光路98(用一点锁线表示的光路)、以及从角膜32到PSD3的光路99(用两点锁线表示的光路)。 VCSEL1射出的激光往返于眼前的空间后，入射眼球30。

　　通过设置平面镜2a，可延长从VCSEL1到凹面镜2的光路长度。延长光路长度有如下好处。第一，可以扩大到达会聚反射元件的激光光束直径。通过在扩大光束直径的状态下进行激光的波面控制，提高采用非球面形状或非等方形状(异方非球面等)的光学系统及光学元件的设计自由度。第二，可以缩短设于折返光学系统的最后部分的会聚反射元件和被照射面的眼球之间的距离。换言之，即便在入射会聚反射元件的激光角度较小时，也可以调整到达会聚反射元件的光路长度，在被照射面以及PSD受光面上获得小的光束直径。第三，可以通过光路长度来控制依赖眼球曲线角度的PSD受光面上的光斑位置变化。通过把光路长度设计成适合于PSD受光面大小和眼球曲线角度的计策范围，可以实现具有所需要的视角和角度分辨率的瞳孔位置检测装置。

　　另外，也可以将平面镜2a和凹面镜2相反配置。还可以设置第2凹面镜，用以取代平面镜2a。但是，如图3中所作的说明，为了使受到眼球30或角膜32 反射后的激光变为平行光，优选适当地进行凹面镜2的曲率半径、平面镜2a以及凹面镜2的配置。

　　(第6变形例)

　　第6变形例涉及的瞳孔位置检测装置具有调整凹面镜2的位置的调整机构 131和调整倾斜度的倾斜调整机构132。

　　图13是用来说明本变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部构成的示意图，其中，(a)是从面对凹面镜2的凹面的方向看凹面镜2的图，(b)是(a)的A-A'截面图。

　　位置调整机构131如图13(a)所示，具有推压螺丝131a、131b及131c、框部131d，推压螺丝131a～131c分别支撑凹面镜2的侧面部的三个点，构成三点支撑机构。通过使推压螺丝131a～131c分别独立进退，可以改变YZ平面内的位置和YZ平面内的倾斜度。

　　斜率调整机构132如图13(b)所示，具有基板132a、弹簧132b、推压螺丝 132c。基板132a是以YZ平面为平面部的板状部件，在平面部的中心形成突起部133。突起部133的负X方向前端与位置调整机构131的框部131d所包含的正 X方向一侧的表面接触。

　　在基板132a的Y方向的两个部位上设置弹簧132b，分别向凹面镜2赋予负 X方向的作用力。基板132a和框部131d通过弹簧132b连接。

　　推压螺丝132c设置在Y方向的一个部位。推压螺丝132c在负的X方向上进退，经过框部131d推压凹面镜2，以突起部133的前端为支点，利用杠杆原理，使凹面镜2朝离开YZ平面的方向倾斜。

　　为了对凹面镜2朝离开YZ平面的方向的倾斜进行进行更加细致的调整，优选设有弹簧132b的两个部位在Y方向上尽可能处于彼此离开的位置。同样，优选设有推压螺丝132c的部位在Y方向上接近基板132a的端部的位置。虽然在此描述了在Y方向上的一个部位上设置推压螺丝132c，使得凹面镜2围绕Z轴倾斜的机构，但是，也可以在Z方向上设置一处推压螺丝，使得凹面镜2围绕Y轴倾斜。

　　本变形例可以用位置调整机构131以及倾斜调整机构132调整从凹面镜2 射往眼球30或角膜32的激光的位置及倾斜度。

　　图13虽然显示了凹面镜2的位置及倾斜度的调整机构，但是，即使是在设置衍射元件等光学元件以取代凹面镜2的情况下，也可以用同样的调整机构来调整光学元件的位置及倾斜度。

　　(第7变形例)

　　图14是用来说明第7变形例涉及的瞳孔位置检测装置的一例要部构成的示意图。其中，(a)是从上方(正Y方向)看到要部的俯视图，(b)是从眼球一方 (正X方向)看到(a)中的部分C(用一点锁线包围的部分)的图。

　　如图14所示，本变形例涉及的瞳孔位置检测装置具有导光部件150，该导光部件150在装有眼镜型支撑体20的人的眼前，被配置在VCSEL1和凹面镜2之间。导光部件150可以通过内部传播，将VCSEL1射出的激光引导到凹面镜2。

　　导光部件150例如是透明的圆柱部件。从VCSEL1射出的光从导光部件150 的负X方向的端面入射导光部件150的内部，通过内部，入射导光部件150的正 X方向的端面上形成的反射曲面150a。反射曲面150a是作为凹面镜发挥作用的面，能够反射入射的激光，将会聚激光射往眼球30。

　　导光部件150的"透明"是指对于可视光和VCSEL1射出的光来说是透明的。由于对可视光透明，则安装眼镜型支撑体20的人可以看见前方而不受到导光部件150遮挡视野。由于对VCSEL1射出的光透明，可以降低内部传播中的光吸收造成的损失。导光部件150不限定于圆柱部件，只要是柱状部件，可以是任意的截面形状。

　　如图14所示，导光部件150受到导光部件支撑体151支撑。导光部件支撑体151被固定电路板支撑体58a上，该电路板支撑体58a用来支撑安装了VCSEL1 以及PSD3等的电路板58。因此，VCSEL1、凹面镜2、以及PSD3作为L字形结构体，以位置关系固定的状态受到支撑。

　　导光部件支撑体151和电路板支撑体58a可以在圆柱形状的外周方向转动，并可在光轴方向进退。由此，对于在导光部件150的端部的反射曲面150a受到反射的激光入射眼球30或角膜32的位置进行调整便成为可能。

　　导光部件支撑体151上设有开口部，使得电路板58上安装的VCSEL1以及 PSD3不会随着导光部件支撑体151的位置调整而发生位置变化。

　　本变形例涉及的瞳孔位置检测装置构成为可将VCSEL1、导光部件150以及 PSD3等光学元件集成于一体，因此能够使瞳孔位置检测装置小型化。

　　(第8变形例)

　　第8变形例涉及的瞳孔位置检测装置具有非同轴凹面镜2b，用于凹面镜2。

　　图15是用于说明非同轴凹面镜2b的一例构成的示意图。非同轴凹面镜2b 包括具有相对于图15中用虚线表示的中心轴D的轴对称形状的两个曲面，该两个曲面的曲率中心处于以中心轴D为中心的对称的不同位置。

　　进一步具体而言，如图15所示，非同轴凹面镜2b包含围绕中心轴D对称的位置上的曲面2b1和曲面2b2，曲面2b1的曲率中心2b21和曲面2b2的曲率中心 2b22分别位于与中心轴D交叉方向上偏离中心轴D的位置。曲面2b1和曲面2b2 分别既可以是球面，也可以是非球面。

　　通过优化非同轴凹面镜2b的曲面2b1及2b2的形状，可以将受到眼球30或角膜32反射的激光变换成非衍射光束，传播到PSD3。非衍射光束例如是具有同心圆形状光束轮廓的贝塞尔(Bessel)光束等。

　　图16是用来说明非衍射光束的一例示意图。从VCSEL1射出的发散激光通过非同轴凹面镜2b变换成会聚激光，入射眼球30或角膜32。

　　图16的非同轴凹面镜2b中，实线表示的激光L3和虚线表示的激光L4在二维平面内观察时，作为受到眼球30或角膜32反射后的角度稍微不同的两束平行激光来传播(在实际的三维空间中，成为光轴上的投影成分的大小相等，且具有朝向同径方向内测的相同大小的波数矢量的光线)。

　　这种激光在图16的斜线阴影的区域中，相对于光轴，相对的波数矢量成分的光引起的干涉的结果，其光束轮廓成为贝塞尔函数形状。不需改变光束的直径就可以沿光轴方向长距离传播。

　　通过将入射PSD3的受光面的激光L5(斜线阴影的部分)作为非衍射光束，可以使PSD3的安装位置变得牢固。非衍射光束的形成区域也可以是在眼球30 上激光受到反射之前的位置。这种情况下，可以提高对眼镜型支撑体20位置的鲁棒性。

　　(第9变形例)

　　本变形例涉及的瞳孔位置检测装置具有HOE(Holographic Optical Device)2c、2d，用于取代凹面镜2。在此，HOE2c、2d均是一例"衍射型反射元件"。

　　图17是用于说明使用HOE的离轴光学系统的一例构成的示意图，其中，(a) 显示HOE2c生成一束会聚激光的情况，(b)显示HOE2d生成多束会聚激光的情况。在此，HOE2c和HOE2d均是"会聚反射元件"的例子，也是"衍射型反射元件"的例子。

　　HOE可将垂直入射到面上的光线朝倾斜方向反射。因此，如图17(a)所示，可以将HOE2c配置为向眼球30照射激光的同时，HOE2c的平面部2cs与VCSEL1的射出面1s对置。由此，便于安装时的位置对应。另外，由于能够制作薄的HOE2c，因此能够使瞳孔位置检测装置小型化。

　　另一方面，从VCSEL1的一个发光部射出的激光能够生成多个会聚激光，能够向眼球30的多个位置同时照射会聚激光。图17(b)例举了用HOE2d的0次光 L90、+1次衍射光L91、-1次衍射光L92，生成三束会聚激光。

　　在图2中描述了针对眼球30的大回转运动，让VCSEL1的发光部分移位来扩大检测范围。对此，在本变形例中，可以将VCSEL1的一个发光部的会聚位置设为三个。这样，即使眼球30作更大的转动运动，也能防止受到眼球30或角膜32反射的激光偏离PSD3的受光面，扩大转动角度的检测范围。

　　除HOE以外，还可以使用衍射光学元件(DOE)元件和菲涅耳透镜。

　　(第10变形例)

　　本变形例涉及的瞳孔位置检测装置具有封入了各向异性分子材料的液晶部202的第一会聚反射元件200，用以取代凹面镜2。在此，各向异性分子材料指的是液晶材料等。

　　图18A是用来说明使用第一会聚反射元件200的一例离轴光学系统结构的示意图。如图18A所示，第一会聚反射元件200包括支撑基板201、液晶部202、1/4波长移位部203。在此，第一会聚反射元件200是一例"会聚反射元件"，液晶部202是一例"封入部"。

　　从VCSEL1射出的直线偏振光的光通过1/4波长移位部203转换为圆偏振光，入射液晶部202。受到液晶部202向着眼球30方向反射的光，向着与射来时相反方向通过1/4波长移位部203，被重新转换为直线偏振光，入射眼球30的角膜表面。此后，在角膜表面受到反射的光入射PSD3。

　　液晶部202如图18B所示，具备支持基板2021、取向膜2022、取向膜2023、让光透射的透射支撑基板2024。

　　取向膜2022和取向膜2023所形成的膜内部空间中含有液晶分子2025。液晶分子2025在与取向膜2022以及2023的面垂直的方向上螺旋状盘旋排列。

　　通过取向膜2022和2023立体控制液晶分子2025的取向。具体而言，将取向膜2022和2023各自面内分割成微小空间区域，通过对各个区域照射向特定方向偏振的UV光，实施光取向，控制每个微小空间区域中的液晶分子2025的取向。

　　换言之，液晶分子2025取向成为在液晶部202的内部形成三维准周期结构。在此，所谓准周期构造是指立体地调整结构周期或者相位，以显现聚光特性的结构。

　　从图18B的右向左的方向射入液晶部202的光，通过透过支撑基板2024、取向膜2023，在液晶分子2025的作用受到反射，朝与来时相反方向通过取向膜2023以及支撑基板2024，从液晶部202射出。

　　在图18B的例子中，通过相当于液晶分子2025的螺旋结构开始位置的取向膜2022或者2023的面上的取向方向的调整，显示螺旋结构的曲线的等位相面 2026相对于光的入射方向呈凹状弯曲。由此，可以使得液晶分子2025作为透镜发挥作用，让通过液晶分子2025的作用而受到反射向图的右方向行进的光会聚。让液晶分子作为透镜等光学元件发挥作用的技术可以应用公知技术(例如参考Nature Photonics Vol，10(2016)p.389)，在此省略详细说明。图18B 中，用一点锁线显示的2027表示入射液晶部202的光，用两点锁线显示的2028 表示受到液晶部202反射而会聚的光。

　　接下来参考图18C，进一步说明液晶部202的光学特性。图18C(a)及(b)显示了使右转圆偏振光的光会聚的液晶部202。液晶部202依存于液晶分子2025 的旋转方向，对右旋偏振光和左旋偏振光分别具有不同的反射特性或透射特性。

　　在图18C(a)中，经过1/4波长移位部203变换成圆偏振光的光入射液晶部 202。受到液晶部202反射的光向与来时相反方向在此通过，再次通过1/4波长移位部件，返回到直线偏振光，照射到眼球30上。为了尽量减少激光入侵眼球30，优选直线偏振光作为具有在纸面垂直方向上的电场振动面的S偏振光。

　　另一方面，图18C(b)显示一例从VCSEL1的光线是不受偏振控制的随机偏振光的情况。入射液晶部202的随机偏振光中，只有右转的圆偏振光受到反射支撑基板2021反射后会聚，通过1/4波长移位部203，被变换成直线偏振光。而左转偏振光成分则直接透射支撑基板201，未照射到角膜表面。

　　本变形例涉及的瞳孔位置检测装置可以通过取向膜2022及2023的二维取向控制，控制液晶分子2025的三维取向分布，从而提供反射及衍射效率高且薄型的第一会聚反射元件200。而且能够对第一会聚反射元件200赋予偏振选择性，提供兼顾减少光学部件数量和确保对激光的眼睛安全性的瞳孔位置检测装置。

　　(第11变形例)

　　本变形例涉及的瞳孔位置检测装置具备含有各向异性分子材料的第二会聚反射元件210。

　　图18D是用来说明使用第二会聚反射元件210的离轴光学系统的一例构成的示意图。如图18D所示，第二会聚反射元件210具有液晶部211、导光部件212、 1/4波长移位部213。在此，第二会聚反射元件210是一例"会聚反射元件"，液晶部211是一例"各向异性分子材料"。

　　液晶部211被设置为与导光部件212中的导光区域的界面接触。液晶部211 与上述液晶部202相同，液晶分子在液晶部211的内部形成三维准周期结构。

　　从VCSEL1射出的光经过导光部件212的入射端的斜面，在导光部件212内受到耦合。另外，也可以通过光栅在导光部件212内耦合的方式，但是考虑到安装的简便性和精度，优选采用VCSEL1的安装基板面和导光部件212正交配置构成。

　　在导光部件212内受到耦合的光在导光部件212的界面上反复全反射，将导光部件212的内部传播到眼前近旁。在导光部件212内部传播的光之中，右旋圆偏振光或左旋圆偏振光的光受到液晶部211的选择性反射，通过液晶部 211的透镜功能会聚，通过1/4波长移位部213被变换为直线偏振光(S偏振光) 后，照射到眼球30的角膜表面。

　　在使用导光部件212时，难以用相对于角膜表面小角度的光照射角膜表面，为此在眼球30的正面附近，通过液晶部211来反射光。此时，为了使光入射PSD3，需要把光会聚到从角膜上的瞳孔中心位置移动到PSD3一侧的位置(镜面反射位置)上。

　　本变形例涉及的瞳孔位置检测装置能够在确保导光部件212内光路长度的基础上，让从VCSEL1射出的光照射到角膜表面，为此可以实现装置的小型化。另外，通过采用与图14相同的框体构成，VCSEL1、导光部件212以及PSD3 等可以构成为一体。

　　[第二实施方式]

　　接下来参考图19，说明第二实施方式的视网膜投影显示装置。

　　图19是用来说明本实施方式涉及的视网膜投影显示装置的一例构成的示意图。

　　视网膜投影显示装置60具有RGB(Red，Green，Blue)激光光源61、扫描镜 62、平面镜63、半反射镜64、图像生成部65、以及瞳孔位置检测装置10。

　　RGB激光光源61时间性地调制RGB3色激光并进行输出。扫描镜62对来自 RGB激光光源61的光进行二维扫描。扫描镜62为MEMS镜等。但是，并不限定于此，只要是多角镜、扫描振镜等具有扫描光的反射部的即可。MEMS镜在小型化和轻量化方面是相对有利。MEMS镜的驱动方式可以是静电式、压电式、电磁式等任意一种方式。

　　平面镜63朝半反射镜64方向反射扫描镜62的扫描光。半反射镜64让入射的一部分光线透过，另一部分光反射到眼球30。半反射镜64具有凹形曲面形状，使反射的光在眼球30的瞳孔31的附近会聚，在视网膜33的位置成像。由此，将扫描光所形成的图像投影到视网膜33上。图中用虚线显示的光61a表示在视网膜33上形成图像的光。半反射镜64的反射光和透射光的光量不一定需要是1对1。

　　瞳孔位置检测装置10检测响应眼球运动的瞳孔31的位置，将瞳孔31位置的反馈信号送往图像生成部65。

　　图像生成部65具有扫描镜62的偏转角控制功能和RGB激光光源61的发光控制功能。图像生成部65从瞳孔位置检测装置10收到瞳孔31位置的反馈信号，根据瞳孔位置检测装置10检测到的瞳孔31的位置，控制扫描镜62的偏转角以及RGB激光光源61的发光，改写图像的投影角度或图像内容。由此，便可以在视网膜33上形成跟踪眼球运动的瞳孔31的位置变化(眼睛追踪)的图像。

　　以上显示了将视网膜投影显示装置60作为一例可穿戴终端的头戴显示器 (HMD，Head Mount Display)。但是，作为头戴显示器的视网膜投影显示装置 60不仅可以直接安装到"人"的头部，也可以通过固定部等部件的间接地安装在"的头部(头部安装型显示装置)。还可以作为设有用于左右双眼的一对视网膜投影显示装置60的双眼方式视网膜投影显示装置。

　　[实施方式涉及的瞳孔位置检测装置和专利文献1公开的眼睛跟踪装置的对比]

　　以下，将专利文献1中描述的瞳孔位置检测装置和实施方式的瞳孔位置检测装置10进行对比。图19是专利文献1描述的眼睛探测装置构成的示意图。专利文献1描述的装置使用激光光源，用MEMS镜扫描激光，改变射往眼球的光的入射角度。与此相比，实施方式以具有多个发光部的VCSEL为光源，通过 VCSEL的发光部的变改，改变射往眼球的光的入射角度。如此，实施方式不使用可动部改变射往眼球的光的入射角度。因此，与具有可动部件的构成相比，有利于抗振以及抗外部冲击等。

　　专利文献1记载的装置通过光检测器来检测照射角膜的光的反射光强度，对此，实施方式用PSD检测受到眼球反射后入射PSD的受光面的光的位置。由于PSD在不依赖于光强度的情况下检测入射光的位置，为此，出于眼球的光的反射位置等原因所造成的反射光量产生差异，也不会受到反射光量的差别的影响，位置检测灵敏度高。其结果，能够高精度检测瞳孔等眼球的倾斜位置。

　　实施方式具有发光驱动部110，通过发光驱动部110错开VCSEL的发光部的位置和发光部之间的发光时间，进行个别点灯。这样可以捕捉眼球运动的粗动，使得眼球的反射光射到PSD的受光面上，并通过PSD的位置检测，捕捉眼球运动的微动。

　　在专利文献1记载的装置中，从眼球的反射光在时间轴上的两个峰值强度 (两点在角膜上的反射位置)推测眼球位置。而在实施方式中，根据角膜等眼球上的1点的反射位置来推定眼球位置。为此，VCSEL和PSD不一定需要是对称位置。实施方式中，也可以将PSD配置在与VCSEL相同一侧，而不在眼球的正反射(镜面反射)角近旁。

　　以上描述了本发明的实施方式的例子，但本发明不限于这些特定的实施方式，可以在专利申请范围内所记载的本发明的要旨范围内，进行各种变形和更改。

　　另外，用瞳孔位置检测装置10检测到的瞳孔位置的信息，也可以用于电子设备输入装置中的眼睛跟踪。例如，将图1所示瞳孔位置检测装置10的输出作为电子设备的输入信息用于眼睛跟踪等。由此可以实现头部位置偏移等鲁棒的眼睛探测。

　　再者，还可以应用于具有检测眼球倾斜和瞳孔位置(角膜)功能的验光装置。验光装置是指能够进行视力检查、眼睛屈光度检查、眼压检查、眼轴长检查等各种检查的装置。验光装置是一种能够对眼球进行非接触检查的装置，具有支撑受检人的面部的支撑部、验光窗、验光时进行让受检人的眼球方向 (视线方向)保持一定的显示的显示部、控制部，以及测量部。为了提高测量部的测量精度，需要眼球(视线)不动地注视一点，受试者将面部固定在支撑部上，从验光窗注视显示在显示部上的显示物。此时，在检测眼球倾斜位置时，可以利用本实施方式的眼球倾斜位置检测装置。眼球倾斜位置检测装置被配置在测量部的侧面，使得测量不会受到不妨碍。通过眼球倾斜位置检测装置获得的眼球倾斜位置(视线)信息可以反馈到控制部，从而可以进行对应眼球倾斜位置信息的测量。

　　【符号说明】

　　1VCSEL(光源部的一例)

　　2凹面反射镜(一例会聚反射元件)

　　2a 平面镜

　　2b 非同轴凹面镜(一例会聚反射元件)

　　2c、2dHOE(一例会聚反射元件、一例衍射型反射元件)

　　3PSD(一例位置检测元件)

　　10 瞳孔位置检测装置

　　20 眼镜型支撑体

　　21 眼镜镜片

　　22 眼镜架

　　30 眼球(一例被照射面)