CN105026989B - 眼镜镜片的设计系统、供给系统、设计方法及制造方法 - Google Patents

眼镜镜片的设计系统、供给系统、设计方法及制造方法 Download PDF

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Abstract

一种眼镜镜片的设计系统，具有：眼球旋转中心位置决定单元，基于由规定的摄影装置拍摄的图像来确定被检查者的眼睛的角膜顶点位置，基于确定的角膜顶点位置来决定被检查者的眼球旋转中心位置；视线信息算出单元，基于由所述眼球旋转中心位置决定单元决定的眼球旋转中心位置和注视对象的位置来算出对配置在规定位置的该注视对象进行注视时的被检查者的视线信息；以及形状设计单元，基于规定的处方信息和由所述视线信息算出单元算出的视线信息来设计眼镜镜片的形状。

Description

眼镜镜片的设计系统、供给系统、设计方法及制造方法
技术领域
本发明涉及使用被检查者的视线信息来设计眼镜镜片的方法及制造眼镜镜片的方法。
背景技术
近年来，为了提供更适于顾客(预定佩戴者或被检查者)的处方的眼镜镜片，提出了在眼镜镜片的设计中导入预定佩戴者的视线信息的方案。这样的眼镜镜片的具体的设计方法在日本国专利第4942661号公报(以下，记为专利文献1)中有所记载。
但是，专利文献1所记载的设计方法以在进行视线测量时使预定佩戴者佩戴眼镜为前提，因此被指出存在不能应对裸眼的预定佩戴者的问题。
发明内容
在非专利文献1(Kenneth Alberto Funes Mora and Jean-Marc Odobez：“GazeEstimation from Multimodal Kinect Data”p.4321-4326)中记载了如下技术，即，使用能够获取RGB图像和距离图像(深度信息)的RGB-D摄影机来拍摄被检查者和注视对象，基于所拍摄的图像来测量对注视对象进行注视的被检查者的视线。根据记非专利文献1所记载的方法，被检查者在进行视线测量时是裸眼。
因此，本发明人认为通过在眼镜镜片的设计中导入非专利文献1所记载的视线测量技术，从而能够与预定佩戴者是否为裸眼无关地提供具有适合于其视线的运动等的像差分配的眼镜镜片，并进行了反复研究。其结果是，本发明人得到了并不能将非专利文献1所记载的视线测量技术单纯地导入到眼镜镜片的设计中的结论。具体地说，已知在使用通过非专利文献1所记载的视线测量技术测量的视线信息来设计眼镜镜片的情况下，当进行预定佩戴者佩戴眼镜镜片注视近处(例如，读书)的仿真时，会产生模糊、晃动、失真等，因此不能成为适合于注视近处时的视线的像差分配。
本发明正是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供一种具有适合于各视线距离的像差分配的眼镜镜片的设计系统、供给系统、设计方法以及制造方法。
本发明的一个方式的眼镜镜片的设计系统，具有：眼球旋转中心位置决定单元，基于由规定的摄影装置拍摄的图像来确定被检查者的眼睛的角膜顶点位置，基于确定的角膜顶点位置来决定被检查者的眼球旋转中心位置；视线信息算出单元，基于由所述眼球旋转中心位置决定单元决定的眼球旋转中心位置和注视对象的位置来算出对配置在规定位置的该注视对象进行注视时的被检查者的视线信息；以及形状设计单元，基于规定的处方信息和由所述视线信息算出单元算出的视线信息来设计眼镜镜片的形状。
在使用通过非专利文献1所记载的视线测量技术测量的视线信息来设计的眼镜镜片中，作为特别在注视近处时产生模糊、晃动、失真等的原因之一，可认为是视线信息的起点(角膜顶点)与设计眼镜镜片时的原点(眼球旋转中心)不同。因此，在本发明的一个方式中，在将视线信息的起点与设计眼镜镜片时的原点相同地设定在眼球旋转中心的基础上算出视线信息。通过使用这样的视线信息来设计眼镜镜片，从而不会产生由设计眼镜镜片时的原点与视线信息的起点的偏差造成的视线的方向和距离的误差。即，根据本发明的一个方式，通过采集上述视线信息，从而可设计具有适合于各视线距离的像差分配的眼镜镜片。
眼镜镜片的设计系统还可以具有佩戴参数算出单元，该佩戴参数算出单元基于角膜顶点位置来算出佩戴参数，该角膜顶点位置是基于由所述摄影装置拍摄的图像确定的。在该情况下，所述形状设计单元能够做成为使用由所述佩戴参数算出单元算出的佩戴参数来设计眼镜镜片的形状的结构。
佩戴参数可以包括镜架前倾角、镜架面弯角、镜架顶点间距离、瞳孔间距离、近点工作距离中的至少任一个。
佩戴参数算出单元可以作为时序数据而连续地算出佩戴参数，并使用作为该时序数据而连续地算出的值来决定真实的佩戴参数。
可以是，在将以设定在摄影装置的基准点作为原点的坐标系定义为摄影装置坐标系、将以设定在被检查者的头部的基准点作为原点的坐标系定义为头部坐标系的情况下，眼球旋转位置决定单元构成为：基于由摄影装置拍摄的图像来算出摄影装置坐标系中的被检查者的头部的位置和姿势，基于算出的被检查者的头部的位置和姿势来定义头部坐标系，进行规定的坐标变换使定义的头部坐标系的坐标轴的方向与摄影装置坐标系的坐标轴的方向一致，由此将该摄影装置坐标系中的角膜顶点位置的坐标变换为该头部坐标系中的角膜顶点位置的坐标，通过对变换的头部坐标系中的角膜顶点位置的坐标加既定值，从而求出所述眼球旋转中心位置的坐标。
眼镜镜片的设计系统还可以具有：检测单元，每个规定的时间，基于检测装置的检测数据来检测头部的位置和姿势，该检测装置能够检测由摄影装置拍摄的图像或被检查者的该头部的位置和姿势；以及虚拟移动单元，以虚拟方式使注视对象的位置移动检测前后的头部的位置差和姿势差的量，使得在该检测前后虚拟地保持被检查者的该头部的位置和姿势。在该情况下，视线信息算出单元能够做成为基于所决定的眼球旋转中心位置和虚拟地移动的注视对象的位置来算出视线信息的结构。
可以是，图像由所述摄影装置以规定的帧频拍摄，在眼球旋转中心位置决定单元中，通过对规定数的帧决定眼球旋转中心位置，从而对该规定数的帧图像算出所述眼球旋转中心的暂定位置，基于算出的该规定数的帧图像内的暂定位置来决定真实的眼球旋转中心位置。
视线信息是视线的矢量信息，可以包括连结眼球旋转中心位置和所述注视对象的位置的视线的矢量长和单位矢量。
视线信息还可以包括视线的时间轴信息。
眼镜镜片的设计系统还可以具有：暂定形状设计单元，基于规定的处方信息来设计眼镜镜片的暂定形状；使用算出单元，基于由视线信息算出单元算出的视线信息所包括的视线的矢量长、单位矢量以及时间轴信息，计算被检查者佩戴了暂定形状的眼镜镜片时视线通过的该镜片上的位置和视线在该位置的停留时间，由此算出该被检查者的该镜片内的使用区域和使用频度；以及校正单元，基于算出的使用区域和使用频度来校正暂定形状。
眼镜镜片的设计系统还可以具有视线信息显示单元，该视线信息显示单元显示与算出的视线信息和佩戴参数相关的信息。
本发明的一个方式的眼镜镜片的供给系统是如下的眼镜镜片的供给系统，其具有：上述的任一个眼镜镜片的设计系统；以及眼镜镜片制造装置，使用眼镜镜片设计系统的设计数据来制造眼镜镜片。
本发明的一个方式的眼镜镜片的设计方法是如下的方法，其包括：拍摄步骤，由规定的摄影装置进行被检查者的拍摄；决定步骤，基于在拍摄步骤中拍摄的图像来确定被检查者的眼睛的角膜顶点位置，基于确定的角膜顶点位置来决定被检查者的眼球旋转中心位置；算出步骤，基于在决定步骤中决定的眼球旋转中心位置和注视对象的位置来算出对配置在规定位置的注视对象进行注视时的被检查者的视线信息；以及形状设计步骤，基于规定的处方信息和在算出步骤中算出的视线信息来设计眼镜镜片的形状。
在本发明的一个方式中，在将视线信息的起点与设计眼镜镜片时的原点相同地设定在眼球旋转中心之后算出视线信息。通过使用这样的视线信息来设计眼镜镜片，从而不会产生由设计眼镜镜片时的原点与视线信息的起点的偏差造成的视线的方向和距离的误差。即，根据本发明的一个方式，通过采集上述视线信息，从而可设计具有适合于各视线距离的像差分配的眼镜镜片。
眼镜镜片的设计方法还可以包括佩戴参数算出步骤，在该佩戴参数算出步骤中，基于角膜顶点位置来算出佩戴参数，该角膜顶点位置是基于由所述摄影装置拍摄的图像确定的。在该情况下，在形状设计步骤中，能够使用所述算出的佩戴参数来设计眼镜镜片的形状。
佩戴参数可以包括镜架前倾角、镜架面弯角、镜架顶点间距离、瞳孔间距离、近点工作距离中的至少任一个。
在佩戴参数算出步骤中，也可以作为时序数据而连续地算出佩戴参数，并使用作为该时序数据而连续地算出的值来决定真实的佩戴参数。
此外，在眼镜镜片的设计方法中，可以是，在将以设定在摄影装置的基准点作为原点的坐标系定义为摄影装置坐标系、将以设定在被检查者的头部的基准点作为原点的坐标系定义为头部坐标系的情况下，在决定步骤中，基于在拍摄步骤中拍摄的图像来算出摄影装置坐标系中的被检查者的头部的位置和姿势，基于算出的被检查者的头部的位置和姿势来定义头部坐标系，进行规定的坐标变换使定义的头部坐标系的坐标轴的方向与摄影装置坐标系的坐标轴的方向一致，由此将摄影装置坐标系中的角膜顶点位置的坐标变换为头部坐标系中的角膜顶点位置的坐标，通过对变换的头部坐标系中的角膜顶点位置的坐标加既定值，从而求出眼球旋转中心位置的坐标。
此外，还可以进行如下步骤：检测步骤，每个规定的时间，基于检测装置的检测数据来检测头部的位置和姿势，该检测装置能够检测由摄影装置拍摄的图像或被检查者的头部的位置和姿势；以及虚拟移动步骤，以虚拟方式使注视对象的位置移动检测前后的头部的位置差和姿势差的量，使得在检测前后虚拟地保持被检查者的头部的位置和姿势。在该情况下，在算出步骤中，基于在决定步骤中决定的眼球旋转中心位置和在虚拟移动步骤中虚拟地移动的注视对象的位置来算出视线信息。
此外，在拍摄步骤中图像例如以规定的帧频进行拍摄。在该情况下，可以通过对规定数的帧进行决定步骤，从而对规定数的帧图像算出眼球旋转中心的暂定位置，基于算出的规定数的帧图像内的暂定位置来决定真实的眼球旋转中心位置。
视线信息例如是视线的矢量信息，包括连结眼球旋转中心位置和注视对象的位置的视线的矢量长和单位矢量。
此外，视线信息还可以包括视线的时间轴信息。
此外，本发明的一个方式的眼镜镜片的设计方法为如下方法，其包括：暂定形状设计步骤，基于规定的处方信息来设计眼镜镜片的暂定形状；使用算出步骤，基于在算出步骤中算出的视线信息所包括的视线的矢量长、单位矢量以及时间轴信息，计算被检查者佩戴了暂定形状的眼镜镜片时视线通过的镜片上的位置和视线在该位置的停留时间，由此算出被检查者的镜片内的使用区域和使用频度；以及校正步骤，基于算出的使用区域和使用频度来校正暂定形状。
眼镜镜片的设计方法还可以包括视线信息显示步骤，在该视线信息显示步骤中，显示与算出的视线信息相关的信息。
此外，本发明的一个方式的眼镜镜片的制造方法是如下的方法，其包括眼镜镜片制造工序，在该眼镜镜片制造工序中，制造使用上述的方法设计的眼镜镜片。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的眼镜镜片制造系统的结构的框图。
图2是示出本发明的实施方式中的眼镜镜片的制造工序的流程图的图。
图3是示出本发明的实施例1的视线信息采集装置的结构的框图。
图4是示出本发明的实施例1的视线信息采集装置的使用状态的图。
图5是示出本发明的实施例1的视线信息采集处理的流程图的图。
图6是示出图5的处理步骤S2(算出眼球旋转中心坐标的处理)的流程图的图。
图7是例示眼球模型的图。
图8是示出本发明的实施例1的RGB-D摄影机的坐标系和预定佩戴者的头部的坐标系的图。
图9是示出图5的处理步骤S3(算出注视对象坐标的处理)的流程图的图。
图10是例示2台RGB-D摄影机的拍摄定时不同步的情况下的时间图的图。
图11是示出本发明的实施例2的视线信息采集装置的结构的框图。
图12是示出本发明的实施例2的视线信息采集装置的使用状态的图。
图13是示出本发明的实施例2的视线信息采集处理的流程图的图。
图14是示出本发明的实施例3的视线信息采集装置的使用状态的图。
图15是示出本发明的实施例3的视线信息/佩戴参数采集处理的流程图的图。
图16是本发明的实施例3的算出镜架前倾角的处理的流程图。
图17是正面脸部三维数据的横截面图，是用于说明算出镜架前倾角的处理的图。
图18是本发明的实施例3的算出镜架面弯角的处理的流程图。
图19是正面脸部三维数据的纵截面图，是用于说明算出镜架面弯角的处理的图。
图20是本发明的实施例3的算出镜架顶点间距离的处理的流程图。
图21是正面脸部三维数据的横截面图，是说明算出镜架顶点间距离的处理的图。
图22是正面脸部三维数据的正视图，是用于说明算出瞳孔间距离的处理的图。
图23是示出由眼镜镜片设计用计算机进行的渐进屈光力镜片的设计工序的流程图的图。
图24是示出由眼镜镜片设计用计算机构筑的假想模型例的图。
图25是示出设计例1中的最优化前后的镜片的像散分布的图。
图26是示出设计例2中的最优化前后的logMAR视力值的分布的图。
图27是用于说明设计例3-1中的视线的状态的图。
图28是表示设计例3-1中的透射平均度数的图表。
图29是用于说明设计例3-2中的瞳孔间距离PD的状态的图。
图30是针对设计例3-2中的透射像散表示与现有设计的差的图表。
图31是用于说明设计例3-3中的眼点位置、视线通过位置、加入度的状态的图。
图32是表示设计例4-1中的加入度曲线和现有设计的加入度曲线的图表。
图33是现有设计和设计例4-1中的透射像散图。
图34是表示设计例4-1与现有设计中的透射像散的差的图表。
图35是表示设计例4-2与现有设计中的加入度曲线的图表。
图36是现有设计与设计例4-2中的透射像散图。
图37是表示设计例4-2与现有设计中的透射像散的差的图表。
图38是示出由眼镜镜片设计用计算机进行的单焦点镜片的设计工序的流程图的图。
图39是重叠了设计的结果和镜架、视线信息的示意图的例子。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的眼镜镜片制造系统(眼镜镜片供给系统)进行说明。
[眼镜镜片制造系统1]
图1是示出本实施方式的眼镜镜片制造系统1的结构的框图。如图1所示，眼镜镜片制造系统1具有订购与针对顾客(预定佩戴者或者被检查者)的处方相应的眼镜镜片的眼镜店10，和接受眼镜店10的订购而制造眼镜镜片的眼镜镜片制造工厂20。可通过利用因特网等规定的网络、传真等发送数据向眼镜镜片制造工厂20进行订购。订购者可以包括眼科医生、一般消费者。
[眼镜店10]
在眼镜店10设置有店铺计算机100和视线信息采集装置150。店铺计算机100例如是一般的PC(Personal Computer，个人计算机)，安装有用于向眼镜镜片制造工厂20订购眼镜镜片的软件。通过由眼镜店职员进行的鼠标、键盘等的操作对店铺计算机100输入镜片数据和镜架数据。此外，在店铺计算机100经由LAN(Local Area Network，局域网)等网络、串行电缆连接有视线信息采集装置150，输入由视线信息采集装置150采集的预定佩戴者的视线信息。在镜片数据中，例如包括由视线信息采集装置150采集的视线信息、处方值(球面屈光力、散光屈光力、散光轴向、棱镜屈光力、棱镜基底方向，加入度数，瞳孔间距离(PD：Pupillary Distance)等)、镜片材质、折射率、光学设计的种类、镜片外径、镜片厚度、边缘厚度、偏心、基弧、眼镜镜片的佩戴条件(角膜顶点间距离、镜片前倾角、镜片面弯角)、眼镜镜片的种类(单焦点球面，单焦点非球面，多焦点(双焦点、渐进)、涂层(染色加工、硬涂层、防反射膜、抗紫外线等))、根据顾客的要求的布局数据等。在镜架数据中包括顾客选择的镜架的形状数据。镜架数据例如用条形码标签进行管理，能够通过利用条形码阅读器读取贴附在镜架的条形码标签而得到。店铺计算机100例如经由因特网将订购数据(镜片数据和镜架数据)发送到眼镜镜片制造工厂20。
[眼镜镜片制造工厂20]
在眼镜镜片制造工厂20，构筑有以主计算机200为中心的LAN，连接有以眼镜镜片设计用计算机202、眼镜镜片加工用计算机204为代表的多个终端装置。眼镜镜片设计用计算机202、眼镜镜片加工用计算机204是一般的PC，分别安装有眼镜镜片设计用的程序、眼镜镜片加工用的程序。在主计算机200中输入从店铺计算机100经由因特网发送的订购数据。主计算机200将输入的订购数据发送到眼镜镜片设计用计算机202。
[在眼镜镜片制造工厂20内的眼镜镜片的制造]
[图2的S1(眼镜镜片的设计)]
图2是示出眼镜镜片制造工厂20内的眼镜镜片的制造工序的流程图。眼镜镜片设计用计算机202安装有用于设计与接单相对应的眼镜镜片的程序，基于订购数据制作镜片设计数据和镜片外形加工数据。利用眼镜镜片设计用计算机202进行的眼镜镜片的设计将在后面详细说明。眼镜镜片设计用计算机202将制作的镜片设计数据和镜片外形加工数据传送到眼镜镜片加工用计算机204。
[图2的S2(眼镜镜片的制造)]
眼镜镜片加工用计算机204读取从眼镜镜片设计用计算机202传送的镜片设计数据和镜片外形加工数据，对加工机206进行驱动控制。
例如，考虑通过浇注聚合法来制造塑料眼镜镜片的情况。在该情况下，加工机206通过按照镜片设计数据对例如金属、玻璃、陶瓷等材料进行研磨/抛光来制作与镜片的外表面(凸面)、内表面(凹面)的各面对应的成型模。制作的一对成型模隔开与眼镜镜片的厚度对应的间隔相向配置，用粘合胶带缠绕两个成型模的外周面来对成型模之间进行密封。当一对成型模被设置在眼镜镜片用成型装置208时，在粘合胶带的一部分开孔，通过该孔将镜片原料液注入到腔室(成型模之间的密封空间)。注入、填充到腔室的镜片原料液通过热、紫外线照射等被聚合固化。由此，可得到转印有一对成型模的各转印面形状和由粘合胶带决定的周缘形状的聚合体(眼镜镜片基材)。将通过聚合固化得到的眼镜镜片基材从成型模卸下。对脱模了的眼镜镜片基材实施退火处理来除去残留应力、染色加工、硬涂层加工、防反射膜、抗紫外线等各种涂覆。由此，完成眼镜镜片并交付给眼镜店10。
此外，在眼镜镜片制造工厂20中，为了提高生产性，也可以将整个制作范围的度数区分为多个组，预先准备具有适合于各组的度数范围的凸面曲线形状(例如球面形状、非球面形状等)和镜片直径的半成品镜片坯件组，以应对眼镜镜片的订单。半成品镜片坯件是例如树脂坯件或者玻璃坯件，凸面、凹面分别是光学面(完成面)、非光学面(未完成面)。在该情况下，基于镜片数据选择最合适的半成品镜片坯件，将所选择的半成品镜片坯件设置在加工机206。加工机206通过对设置的半成品镜片坯件的凹面按照镜片设计数据进行研磨/抛光，从而制作毛边镜片。对制作了凹面形状之后的毛边镜片实施染色加工、硬涂层加工、防反射膜、抗紫外线等各种涂覆。对于各种涂覆后的毛边镜片，基于由眼镜镜片设计用计算机202制作的镜片外形加工数据对外周面进行周缘加工。将加工成镜片外形形状的眼镜镜片交付给眼镜店10。
[利用视线信息采集装置150的视线信息采集方法]
如上所述，根据本发明人的研究，已知在使用通过非专利文献1所记载的视线测量技术测量的注视近处时的视线信息来设计眼镜镜片的情况下，当预定佩戴者实际佩戴眼镜镜片注视近处(例如，读书)时，会产生模糊、晃动、失真等，因此不能成为适合于注视近处时的视线的像差分配。在此，因为眼镜镜片通常将眼球旋转中心作为原点来进行设计，所以认为将视线的起点也设定在眼球旋转中心是合适的。另一方面，在非专利文献1所记载的视线测量技术中，角膜顶点被设定为视线的起点。在注视对象的位置(视线的终点)远(即，注视远方)的情况下，由起点不同导致的视线的方向和距离的偏差对眼镜镜片的设计造成的影响小。但是，在注视对象的位置(视线的终点)近(即，注视近处)的情况下，由起点不同导致的视线的方向和距离的偏差对眼镜镜片的设计造成的影响大。像这样，之所以在导入非专利文献1所记载的视线测量技术来设计眼镜镜片的情况下得不到适合于注视近处时的视线的像差分配，认为其原因之一就是视线的起点被设定在角膜顶点。因此，以下，对于采集预定佩戴者的视线信息的视线信息采集处理说明3个例子(实施例1～3)，该视线信息采集处理适合于实现设计/制造具有适合于从远处到近处的各视线距离的像差分配的眼镜镜片的方法。
[实施例1]
[视线信息采集装置150的结构]
图3是示出本实施例1的视线信息采集装置150的结构的框图。如图3所示，本实施例1的视线信息采集装置150具有信息处理终端152、RGB-D摄影机154-1和154-2。
信息处理终端152例如是台式PC(Personal Computer)、手提式PC、笔记本PC、平板PC、智能电话等终端，具有处理器152a、存储器152b、用户接口152c以及显示器152d。处理器152a对视线信息采集装置150内的各构成要素进行总体控制。处理器152a通过执行存储在存储器152b的各种程序等来采集预定佩戴者的视线信息。用户接口152c是鼠标、键盘等输入设备。眼镜店职员能够经由用户接口152c来操作视线信息采集装置150。在显示器152d中显示有例如由视线信息采集装置150采集预定佩戴者的视线信息所需的GUI(GraphicalUser Interface，图形用户界面)。
RGB-D摄影机154-1、154-2具有摄影机154a和距离图像摄影部154b。摄影机154a是能够拍摄被摄体的二维的RGB图像的数码摄影机。距离图像摄影部154b是能够拍摄距离图像的传感器。距离图像是二维图像，构成图像的各像素具有深度方向的信息(即，被摄体的距离信息)。构成距离图像的各像素与构成由摄影机154a拍摄的RGB图像的各像素存在对应关系。另外，RGB-D摄影机本身是公知的，能够参照例如非专利文献1。
处理器152a基于构成由距离图像摄影部154b输入的距离图像的各像素的深度信息(距离图像)计算由摄影机154a拍摄的RGB图像内的各对应像素的三维坐标数据，由此能够生成具有三维信息的被摄体图像。在此，通过利用该三维图像生成功能并对其进行改良发展，从而使利用视线信息采集装置150采集预定佩戴者的视线信息成为可能。
图4是示出本实施例1中的视线信息采集装置150的使用状态的图。此外，图5是示出由以图4的状态使用的视线信息采集装置150进行视线信息采集处理的流程图。如图4所示，RGB-D摄影机154-1设置在台上。在图4的例子中，指示预定佩戴者S坐在置于RGB-D摄影机154-1的附近位置的椅子上，注视RGB-D摄影机154-1侧。此外，在从预定佩戴者S观察比RGB-D摄影机154-1远的位置且在RGB-D摄影机154-1的后方也设置有台。在RGB-D摄影机154-1的后方的台设置有RGB-D摄影机154-2。另外，为了使预定佩戴者S、RGB-D摄影机154-1和154-2的相对位置能够调节，椅子的位置和座面的高度以及各台的位置和台面的高度等做成为能够适当调节。
[利用视线信息采集装置150进行的视线信息采集处理]
[图5的S11(利用RGB-D摄影机的拍摄处理)]
RGB-D摄影机154-1以规定的帧频拍摄预定佩戴者S的RGB图像和距离图像。此外，RGB-D摄影机154-2也在与RGB-D摄影机154-1同步的定时以规定的帧频拍摄注视对象O的RGB图像和距离图像。
[图5的S12(算出眼球旋转中心坐标的处理)]
处理器152a算出作为预定佩戴者S的视线的起点的眼球旋转中心的坐标νrc1。本处理步骤S12的大体流程如下，按在图5的处理步骤S11(利用RGB-D摄影机的拍摄处理)由RGB-D摄影机154-1拍摄的每个帧算出预定佩戴者S的眼球旋转中心坐标νrc1的暂定值(后述的图6的处理步骤S12a～S12g)，当得到足够求出统计值的数量的暂定值时，算出这些暂定值的平均值作为眼球旋转中心坐标νrc1的确定值(将其作为真实的眼球旋转中心位置)(后述的图6的处理步骤S12h、S12i)。另外，为了算出眼球旋转中心坐标νrc1，希望预定佩戴者S注意以下方面。
·因为要拍摄双眼，所以正面面对RGB-D摄影机154-1。
·拍摄中头部不要动。
·为了提高各眼的角膜顶点位置的检测精度，在佩戴有眼镜的情况下将其摘下。
在图6示出更详细地说明本处理步骤S12的流程图。
<图6的处理步骤S12a>
处理器152a获取在图5的处理步骤S11(利用RGB-D摄影机的拍摄处理)中由RGB-D摄影机154-1拍摄的RGB图像和距离图像。
<图6的处理步骤S12b>
处理器152a通过分析由RGB-D摄影机154-1获取的RGB图像来检测RGB图像内的预定佩戴者S的眼睛的区域。例如，能够通过利用非专利文献2(Paul Viola and MichelJ.Jones：“Robust Real-Time Face Detection”，International Journal of ComputerVision 57(2)，pp.137-154，(2004))记载的公知技术来检测预定佩戴者S的眼睛的区域。
<图6的处理步骤S12c>
处理器152a认为角膜顶点位于在图6的处理步骤S12b中检测的眼睛的区域的中心，由此确定RGB图像内的角膜顶点位置坐标。即，将位于在图6的处理步骤S12b中检测的眼镜的区域的中心的像素(坐标)作为拍摄到角膜顶点的像素。
<图6的处理步骤S12d>
处理器152a确定与在图6的处理步骤S12c中确定的像素(RGB图像内的角膜顶点位置坐标)对应的距离图像的像素。由此，可得到角膜顶点的三维坐标(xc，yc，zc)。
<图6的处理步骤S12e>
在此，通过利用公知的眼球模型，从而根据角膜顶点位置坐标(xc，yc，zc)算出眼球旋转中心的三维坐标νrc1。例如，考虑使用Gullstrand眼模型的情况。在该情况下，眼球旋转中心能够定义为从角膜顶点起沿着Z轴位于后方13mm处(参照图7的眼球模型)。
虽然预定佩戴者S像上述的那样被指示正面面对RGB-D摄影机154-1，但是在拍摄中RGB-D摄影机154-1与预定佩戴者S的头部不一定是正对着的。另外，这里所说的“正对”指的是RGB-D摄影机154-1的坐标系(坐标轴)的方向与预定佩戴者S的头部的坐标系(坐标轴)的方向一致的状态。
在图8(a)、图8(b)的各图中示出RGB-D摄影机154-1的坐标系和预定佩戴者S的头部的坐标系。如图8(a)、图8(b)的各图所示，RGB-D摄影机154-1的坐标系是以RGB-D摄影机154-1的光学中心为原点的坐标系，以下记为“第一摄影机坐标系”。第一摄影机坐标系在RGB-D摄影机154-1的水平方向上具有X轴，在RGB-D摄影机154-1的垂直方向上具有Y轴(在图8中为方便起见标注附图标记Ycc)，在RGB-D摄影机154-1的深度方向上具有Z轴(从RGB-D摄影机154-1越向前方越为正的值，在图8中为方便起见标注附图标记Zcc。)。此外，预定佩戴者S的头部的坐标系是以头部的规定位置(例如鼻部的中心位置)为原点的坐标系，以下记为“头部坐标系”。头部坐标系在预定佩戴者S的头部的水平方向上具有X轴，在头部的垂直方向上具有Y轴(在图8中为方便起见标注附图标记Yhh)，在头部的深度方向上具有Z轴(朝向头部的后侧为正方向，在图8中为方便起见标注附图标记Zhh。)。
如图8(a)所示，考虑第一摄影机坐标系的方向与头部坐标系的方向不一致的情况。在该情况下，当对在图6的处理步骤S12d中求出的第一摄影机坐标系中的角膜顶点位置坐标(xc，yc，zc)进行对Z分量加上相当于13mm的坐标值的运算时，在头部坐标系中该坐标值相加运算会被分解为Y分量和Z分量。因此，可知不能精确地算出眼球旋转中心坐标νrc1。为了精确地算出眼球旋转中心坐标νrc1，至少需要使第一摄影机坐标系的方向与头部坐标系的方向一致。因此，在本处理步骤S12e中，处理器152a基于由RGB-D摄影机154-1获取的距离图像来估计预定佩戴者S的头部的位置和姿势。例如，通过利用非专利文献3(GabrieleFanelli，Juergen Gall，and Luc Van Gool：“Real Time Head Pose Estimation withRandom Regression Forests”(2011))记载的公知技术，从而能够基于由RGB-D摄影机154-1获取的距离图像来估计预定佩戴者S的头部的位置和姿势。另外，位置用XYZ的三轴来定义，姿势用横摆角、横倾角、纵倾角来定义。
<图6的处理步骤S12f>
处理器152a基于在图6的处理步骤S12e中估计的预定佩戴者S的头部的位置和姿势来定义头部坐标系。处理器152a通过进行规定的坐标变换(至少使第一摄影机坐标系的坐标轴的方向与头部坐标系的坐标轴的方向一致)，从而将第一摄影机坐标系中的角膜顶点位置坐标(xc，yc，zc)变换为头部坐标系中的角膜顶点位置坐标(xh，yh，zh)(参照图8(b))。通过进行本处理步骤S12f，从而在软件处理上，变成预定佩戴者S正面面对RGB-D摄影机154-1的状态。
<图6的处理步骤S12g>
处理器152a通过对在图6的处理步骤S12f中进行坐标变换后的角膜顶点位置坐标(xh，yh，zh)的Z分量加既定值α(在此为相当于13mm的值)，从而得到眼球旋转中心坐标νrc1(xh，yh，zh+α)。这里得到的眼球旋转中心坐标νrc1(xh，yh，zh+α)是某一帧中的眼球旋转中心坐标，是暂定值。另外，既定值α并不限定于相当于13mm的值。严格地说，考虑到人种、性别、年龄、视力等种种因素，角膜顶点与眼球旋转中心的距离不能唯一确定。因此，可以考虑这些因素而选择合适的既定值α(眼球模型)，从而能够对预定佩戴者设定更合适的既定值α。
<图6的处理步骤S12h>
对各帧进行图6的处理步骤S12a～S12g。在本处理步骤S12h中，处理器152a通过进行多次图6的处理步骤S12a～S12g，从而判定是否得到了规定帧数的量的眼球旋转中心坐标νrc1(xh，yh，zh+α)的暂定值。在得到规定帧数的量的眼球旋转中心坐标νrc1(xh，yh，zh+α)的暂定值的情况下(S12h：是)，处理器152a使处理前进至图6的处理步骤S12i。在未得到规定帧数的量的眼球旋转中心坐标νrc1(xh，yh，zh+α)的暂定值的情况下(S12h：否)，处理器152a使处理返回到图6的处理步骤S12a，对下一帧进行图6的处理步骤S12a～S12g。
<图6的处理步骤S12i>
规定帧数是足以求出统计值的帧数。因此，处理器152a算出对规定帧数的量的暂定值进行平均的值，将算出的平均值作为眼球旋转中心坐标νrc1(xh，yh，zh+α)的确定值。像这样，求出作为视线的起点的眼球旋转中心坐标νrc1(xh，yh，zh+α)。
[图5的S13(算出注视对象坐标的处理)]
预定佩戴者S被指示在拍摄中对注视对象O进行注视。预定佩戴者S为了对注视对象O进行注视，也可以佩戴例如平常使用的眼镜。注视对象O例如是随机或有规律地移动的对象物，或者是出现或配置在随机或有规律的位置的对象物。处理器152a算出成为预定佩戴者S的视线的终点的注视对象O的坐标。另外，由视线信息采集装置150采集的视线信息是视线的矢量信息，包括连结眼球旋转中心(视线的起点)和注视对象O(视线的终点)的视线的矢量长和单位矢量。在图9示出详细地说明本处理步骤S13的流程图。
<图9的处理步骤S13a>
处理器152a获取在图5的处理步骤S11(利用RGB-D摄影机的拍摄处理)中由RGB-D摄影机154-2拍摄的RGB图像和距离图像。
<图9的处理步骤S13b>
处理器152a通过分析由RGB-D摄影机154-2获取的RGB图像，从而检测RGB图像内的注视对象O的坐标。例如，能够通过利用非专利文献2所记载的公知技术，从而检测注视对象O的坐标。
<图9的处理步骤S13c>
处理器152a确定与在图9的处理步骤S13b检测的坐标(像素)对应的距离图像的像素。由此，可得到注视对象O的三维坐标νo2。
<图9的处理步骤S13d>
如上所述，视线的起点(眼球旋转中心)和终点(注视对象O)分别被坐标系不同的RGB-D摄影机所拍摄。在此，RGB-D摄影机154-2的坐标系是以RGB-D摄影机154-2的光学中心为原点的坐标系，以下记为“第二摄影机坐标系”。第二摄影机坐标系也和第一摄影机坐标系一样，在RGB-D摄影机154-2的水平方向上具有X轴，在RGB-D摄影机154-2的垂直方向上具有Y轴，在RGB-D摄影机154-2的深度方向上具有Z轴(从RGB-D摄影机154-2越向前方越为正的值)。
为了基于分别用坐标系不同的RGB-D摄影机拍摄的视线的起点(眼球旋转中心)和终点(注视对象O)算出视线信息，需要将例如第二摄影机坐标系中的注视对象O的坐标νo2变换为从第一摄影机坐标系观察时的坐标νo1。在将根据从第二摄影机坐标系观察的第一摄影机坐标系的相对关系(相对的位置、方向等关系)得到的旋转矩阵、平移矢量分别定义为R21、t21，将规定的时间轴上的时刻定义为t的情况下，这样的变换处理可使用下式来进行。
νo1 t＝R21 t(νo2 t-t21 t)
例如，考虑通过使用夹具等设置RGB-D摄影机154-1和RGB-D摄影机154-2从而彼此的相对的位置关系和姿势关系为已知的情况。在该情况下，能够将旋转矩阵R21和平移矢量t21作为已知的参数来处理。此外，考虑RGB-D摄影机154-1和RGB-D摄影机154-2的相对的位置关系和姿势关系为未知的情况。在该情况下，用RGB-D摄影机154-1和RGB-D摄影机154-2测定同一特征点(例如预定佩戴者S的脸部的特征点)，基于测定的同一特征点来估计RGB-D摄影机154-1和RGB-D摄影机154-2的相对的位置关系和姿势关系。另外，因为这种估计技术是公知的，所以省略详细的说明。
<图9的处理步骤S13e>
由RGB-D摄影机154-1拍摄的预定佩戴者S的眼球旋转中心的坐标系如上所述被变换为头部坐标系。因此，由RGB-D摄影机154-2拍摄的注视对象O在图9的处理步骤S13d中变换为从第一摄影机坐标系观察时的坐标值后，还需要与眼球旋转中心相同地变换到头部坐标系。在此，由于预定佩戴者S用眼睛追随注视对象O，所以不只是视线会移动，头部也会移动。因此，头部坐标系相对于第一摄影机坐标系每时每刻都在变化。处理器152a为了跟踪头部坐标系的变化，每隔规定的时间就基于由RGB-D摄影机154-1获取的距离图像来检测预定佩戴者S的头部的位置和姿势。
<图9的处理步骤S13f>
处理器152a在每次检测预定佩戴者S的头部的位置和姿势时算出检测前后的头部的位置差和姿势差。处理器152a基于算出的头部的位置差和姿势差更新头部坐标系。处理器152a通过将第一摄影机坐标系变换为更新后的头部坐标系，从而将从第一摄影机坐标系观察时的注视对象O的坐标νo1变换为从头部坐标系观察时的注视对象O的坐标νoh。换言之，处理器152a以在检测前后可在软件处理上保持头部的位置和姿势的方式(以维持正面面对RGB-D摄影机154-1的状态的方式)，将注视对象O的坐标变更相当于检测前后的头部的位置差和姿势差的量。
[图5的S13(算出注视对象坐标的处理)的补充]
图9的流程图的说明以RGB-D摄影机154-1和RGB-D摄影机154-2在同步的定时拍摄各自的被摄体(预定佩戴者S、注视对象O)为前提。但是，2台RGB-D摄影机的拍摄定时在硬件上不一定是同步的。因此，通过进行下一个处理，从而使RGB-D摄影机154-1和RGB-D摄影机154-2的拍摄定时在软件处理上同步。
在图10例示了2台RGB-D摄影机的拍摄定时不同步的情况下的流程图。如图10所示，例如，RGB-D摄影机154-1的拍摄时刻t12和RGB-D摄影机154-2的拍摄时刻t22不同步。此外，其它的彼此的拍摄时刻也同样不同步。另外，拍摄时刻是RGB图像和距离图像的元数据，示出各RGB-D摄影机实际进行拍摄的时刻。
在此，考虑例如将拍摄时刻t22时的注视对象O的坐标νo2变换为从头部坐标系观察时的注视对象O的坐标νoh的情况。在该情况下，处理器152a参照拍摄时刻t12时的预定佩戴者S的头部的位置和姿势以及拍摄时刻t12与拍摄时刻t22的时间差，且使用平滑样条等内插算法，由此对拍摄时刻t22时的头部的位置和姿势的各参数进行内插。内插的值是拍摄时刻t22时的头部的位置和姿势的估计值。处理器152a根据该估计值算出拍摄时刻t22时的头部坐标系，将拍摄时刻t22时的注视对象O的坐标νo2变换为从算出的头部坐标系观察时的注视对象O的坐标νoh。另外，作为变形例，也可以通过对拍摄时刻t12时的注视对象O的坐标νo2进行内插，从而使RGB-D摄影机154-1和RGB-D摄影机154-2的拍摄定时同步。
[图5的S14(算出视线信息的处理)]
处理器152a算出视线矢量(包括矢量长和单位矢量。)，该视线矢量以在图5的处理步骤S12(算出眼球旋转中心坐标的处理)中算出的眼球旋转中心坐标νrc1(xh，yh，zh+α)为起点，以在图5的处理步骤S13(算出注视对象坐标的处理)中算出的注视对象O的坐标νoh为终点。处理器152a将算出的视线信息保存在存储器152b内的规定区域。另外，在视线信息中还包括将视线朝向注视对象O时的时间轴信息(例如时刻的信息，具体地说，是RGB-D摄影机154-1或RGB-D摄影机154-2的拍摄时刻)。
[图5的S15(结束判定处理)]
处理器152a判定在存储器152b内是否采集(保存)了规定时间的量(规定数)的视线信息。在采集了规定时间的量的视线信息的情况下(图5的S15：是)，处理器152a结束本流程图的处理。在未采集规定时间的量的视线信息的情况下(图5的S15：否)，处理器152a使处理返回到图5的处理步骤S13(算出注视对象坐标的处理)。
另外，处理器152a也可以在采集了规定时间的量的视线信息后(S15：是之后)将与该视线信息相关的信息显示在显示器152d。作为显示与视线信息相关的信息的形式，可以有各种各样的形式。例如，可以在切割成镜架型的镜片的图像上用等高线、浓淡、点等显示视线通过点的频率。
根据本实施例1，将视线的起点与设计眼镜镜片时的原点同样地设定在眼球旋转中心。因此，根本不会产生起因于设计眼镜镜片时的原点与视线的起点的偏差的视线的方向和距离的误差。因此，利用本实施例1采集的视线信息适合利用于眼镜镜片的设计。此外，根据本实施例1，通过设置在预定佩戴者S的眼前的RGB-D摄影机154-1来拍摄预定佩戴者S。因为预定佩戴者S在RGB图像内拍得大，所以能够利用RGB图像以高精度检测眼睛的二维位置。此外，因为RGB-D摄影机154-1与预定佩戴者S的距离近，所以还能够利用距离图像以高精度检测眼睛的深度方向上的位置。对于预定佩戴者S的头部的位置和姿势，也同样能够以高精度检测。像这样，根据本实施例1，能够以高精度检测预定佩戴者S的眼睛及头部的位置和姿势，因此视线信息的算出精度会提高。因此，可得到有利于设计眼镜镜片的视线信息。
[实施例2]
[视线信息采集装置150M的结构]
图11是示出本实施例2的视线信息采集装置150M的结构的框图。如图11所示，本实施例2的视线信息采集装置150M具有信息处理终端152和RGB-D摄影机154-1。即，与本实施例1的视线信息采集装置150不同，仅具有一台RGB-D摄影机。另外，在本实施例2中，对于与本实施例1重复的内容，为方便起见，适当省略或简略其说明。此外，在本实施例2中，对于与本实施例1相同的结构和处理步骤，标注相同的附图标记并适当省略或简略其说明。
图12是示出本实施例2中的视线信息采集装置150M的使用状态的图。此外，图13是示出由在图12的状态下使用的视线信息采集装置150M进行的视线信息采集处理的流程图的图。如图12所示，在从预定佩戴者S观察比RGB-D摄影机154-1远的位置且在RGB-D摄影机154-1的后方设置有图表CH。在图表CH中，多个注视对象O被印在图表上的不同的位置。
[由视线信息采集装置150M进行的视线信息采集处理]
[图13的S111(由RGB-D摄影机进行的拍摄处理)]
RGB-D摄影机154-1以规定的帧频拍摄预定佩戴者S的RGB图像和距离图像。
[图13的S112(算出眼球旋转中心坐标的处理)]
处理器152a算出成为预定佩戴者S的视线的起点的眼球旋转中心的坐标vrc1。因为本处理步骤S112与图5的处理步骤S12(算出眼球旋转中心坐标的处理)相同，所以省略进一步的说明。
[图13的S113(获取注视对象坐标的处理)]
在拍摄过程中，预定佩戴者S按照例如由信息处理终端152输出的声音提示等，对图表CH上的各注视对象O进行视觉确认。图表CH上的各注视对象O的位置是已知的，其位置信息储存在信息处理终端152的存储器152b。处理器152a从存储器152b读出与声音提示等对应的注视对象O的位置信息作为从第一摄影机坐标系观察时的注视对象O的坐标vo1，并与图9的处理步骤S13f同样地变换为从头部坐标系观察时的注视对象O的坐标voh。
[图13的S114(算出视线信息的处理)]
处理器152a算出视线矢量(包括矢量长和单位矢量)，该视线矢量将在图13的处理步骤S112(算出眼球旋转中心坐标的处理)中算出的眼球旋转中心坐标vrc1(xh，yh，zh+α)作为起点，将在图13的处理步骤S113(获取注视对象坐标的处理)中获取的注视对象O的坐标voh作为终点。处理器152a将算出的视线信息保存在存储器152b内的规定区域。
[图13的S115(结束判定处理)]
处理器152a通过感测声音提示等的结束，从而判定预定佩戴者S是否对图表CH上的所有的注视对象O进行了视觉确认。处理器152a在判定预定佩戴者S对图表CH上的所有的注视对象O进行了视觉确认的情况下(图13的S115：是)，视为采集了规定时间的量的视线信息而使本流程图的处理结束。处理器152a在判定图表CH上的注视对象O中存在预定佩戴者S在未进行视觉确认的注视对象O的情况下(图13的S115：否)，视为未采集到规定时间的量的视线信息，返回到图13的处理步骤S113(获取注视对象坐标的处理)处理。
根据本实施例2，与本实施例1同样地，视线的起点与设计眼镜镜片时的原点同样地被设定在眼球旋转中心，因此通过本实施例2采集的视线信息适合于在眼镜镜片的设计中利用。此外，根据本实施例2，与本实施例1同样地，由设置在预定佩戴者S的眼前的RGB-D摄影机154-1拍摄预定佩戴者S，因此可得到有利于设计眼镜镜片的精度高的视线信息。此外，根据本实施例2，用一台RGB-D摄影机154-1就足够，因此可抑制视线信息采集装置150M的成本。
[本实施例1和2的变形例1]
在本实施例1和2中，使用RGB-D摄影机来确定角膜顶点的三维坐标。具体地说，在本实施例1和2中采用了如下方法，即，利用由摄影机154a拍摄的RGB图像来确定角膜顶点坐标(像素)，根据与所确定的角膜顶点的像素对应的、由距离图像摄影部154b拍摄的距离图像的像素来确定角膜顶点的三维坐标。另一方面，在变形例1中，能够通过应用例如非专利文献4(Tae Kyun Kim，Seok Cheol Kee and Sang Ryong Kim：“Real-Time Normalizationand Feature Extraction of 3D Face Data Using Curvature Characteristics”)所记载的技术，从而在不利用RGB图像的情况下根据距离图像来直接确定角膜顶点坐标。此外，对于注视对象O，在将具有特征性形状的对象物作为注视对象的情况下，也能够通过应用非专利文献4所记载的技术，从而在不利用RGB图像的情况下根据距离图像来直接确定注视对象O的坐标。在变形例1中，能够将RGB-D摄影机替换为距离图像传感器，因此可抑制例如视线信息采集装置的成本。
[本实施例1和2的变形例2]
在本实施例1中，在实施图5的处理步骤S12(算出眼球旋转中心坐标的处理)后，RGB-D摄影机154-1的作用限定为估计预定佩戴者S的头部的位置和姿势。此外，在本实施例2中，也与本实施例1同样地，在实施图13的处理步骤S112(算出眼球旋转中心坐标的处理)后，RGB-D摄影机154-1的作用限定为估计预定佩戴者S的头部的位置和姿势。因此，在变形例2中，在图5的处理步骤S12或图13的处理步骤S112中算出了眼球旋转中心坐标之后，也可以使IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量装置)代替由RGB-D摄影机154-1进行的处理。具体地说，在变形例2中，预定佩戴者S将IMU戴在头部。在变形例2中，在图5的处理步骤S13(算出注视对象坐标的处理)或图13的处理步骤S113(获取注视对象坐标的处理)以后，使用由IMU测定的头部的位置和姿势来进行处理。另外，在该情况下，头部坐标系的原点设定在例如IMU的重心。
[实施例3]
以下，对与视线信息采集处理相关的实施例3进行说明。像以下详细说明的那样，在实施例3中，与视线信息一同，同时且以时序方式并且考虑预定佩戴者S的头部姿势来采集佩戴参数。另外，在本实施例3中，为方便起见，对于与本实施例1重复的内容将适当省略或简略其说明。此外，在本实施例3中，对于与本实施例1同样的结构和处理步骤，将标注同样的附图标记并适当省略或简略其说明。
图14是示出本实施例3的视线信息采集装置150N的使用状态的图。本实施例3中的视线信息采集装置150N的结构与实施例2中的结构(图11)相同，因此省略图示。如图14所示，本实施例3的视线信息采集装置150N具有信息处理终端152和RGB-D摄影机154-1，RGB-D摄影机154-1以能够拍摄注视对象O和预定佩戴者S的方式设置在工作台上。即，在本实施例3中，利用1台RGB-D摄影机来获取考虑了头部姿势的视线信息、佩戴参数。图15是由在图14的状态下使用的视线信息采集装置150N进行的视线信息/佩戴参数采集处理的流程图。
[由视线信息采集装置150N进行的视线信息/佩戴参数采集处理]
[图15的S511(由RGB-D摄影机进行的拍摄处理)]
RGB-D摄影机154-1以规定的帧频拍摄预定佩戴者S和注视对象O的RGB图像和距离图像。
[图15的S512(算出角膜顶点位置、眼球旋转中心坐标的处理)]
处理器152a算出并保持成为预定佩戴者S的视线的起点的眼球旋转中心的坐标νrc1。因为本处理步骤S512和图5的处理步骤S12(算出眼球旋转中心坐标的处理)相同，所以省略进一步的说明。另外，在本步骤S152中，也保持为了求出眼球旋转中心而测定的角膜顶点坐标。具体地说，由于也获取了规定帧数的量的角膜顶点坐标，因此将其平均值确定为角膜顶点坐标而进行保持。保持的角膜顶点坐标将在后面算出佩戴参数时利用。
[图15的S513-1(获取注视对象坐标的处理)]
预定佩戴者S在拍摄中被指示对注视对象O进行注视。预定佩戴者S为了对注视对象O进行注视，可以裸眼也可以佩戴例如平常使用的眼镜，但是在S513-2中算出佩戴参数中的镜架前倾角、镜架面弯角、镜架顶点间距离的任一个的情况下，必须要佩戴眼镜。注视对象O是例如随机或者有规律地移动的对象物，或者是出现或配置在随机或有规律的位置的对象物。处理器152a算出成为预定佩戴者S的视线的终点的注视对象O的坐标。因为获取注视对象O的坐标的处理与图5的步骤S13相同，所以省略详细的说明。
[图15的S513-2(算出佩戴参数的处理)]
处理器152a算出佩戴参数(镜架前倾角、镜架面弯角、镜架顶点间距离、瞳孔间距离)(仅近点工作距离在S514中算出)。以下对于各佩戴参数获取处理的细节进行说明。
[算出镜架前倾角的处理]
图16是算出镜架前倾角的处理的流程图。另外，在本处理中利用基于在图15的步骤S513-1中求出的头部位置/姿势定义的预定佩戴者S的正面脸部三维数据和在S512中保持的角膜顶点坐标(在不佩戴眼镜的状态下获取的角膜顶点坐标)。
[图16的步骤S501a]
图17是正面脸部三维数据的横截面图，是用于说明算出镜架前倾角的处理的图。在图17中，示出了正面脸部三维数据的横截面图，并且示出了角膜顶点位置V1。处理器152a从角膜顶点位置V1起向上下扫描像素，检测出Z坐标的值不连续地急剧变化的点作为镜架特征点。通过该扫描，检测出从脸部起向Z轴方向移位的位置F1(x1，y1，z1)和F2(x2，y2，z2)作为镜架特征点。
[图16的步骤S501b]
处理器152a使用像这样检测的镜架特征点的位置F1、F2来算出镜架前倾角。镜架前倾角(θ)可表示如下。
[算出镜架面弯角的处理]
图18是算出镜架面弯角的处理的流程图。另外，在本处理中，利用基于在图15的步骤S513-1中求出的头部位置/姿势定义的预定佩戴者S的正面脸部三维数据和在S512保持的角膜顶点坐标。
[图18的步骤S502a]
图19是正面脸部三维数据的纵截面图，是说明算出镜架面弯角的处理的图。在图19中，示出了正面脸部三维数据的纵截面图，并且示出了角膜顶点位置V1。处理器152a从角膜顶点位置V1起向左右扫描像素，检测出Z坐标不连续地急剧变化的点作为镜架特征点。通过该扫描，检测出从脸部起向Z轴方向移位的位置F3(x3，y3，z3)和F4(x4，y4，z4)作为镜架特征点。
[图18的步骤S502b]
处理器152a使用像这样检测的镜架特征点的位置F3、F4来算出镜架面弯角。镜架面弯角(θ)可表示如下。
[算出镜架顶点间距离的处理]
图20是算出镜架顶点间距离的处理的流程图。另外，在本处理中，利用基于在图15的步骤S513-1中求出的头部位置/姿势定义的预定佩戴者S的正面脸部三维数据和在S512中保持的角膜顶点坐标。
[图20的步骤S503a]
图21是正面脸部三维数据的横截面图，是用于说明算出镜架顶点间距离的处理的图。在图21中，示出了正面脸部三维数据的横截面图，并且示出了角膜顶点位置V1、镜架特征点F1、F2。与图16的步骤S501a的情况相同，处理器152a算出镜架特征点的位置F1、F2。
[图20的步骤S503b]
在图21中，直线L1是从角膜顶点V1平行于Z轴引出的直线，直线L2是连结镜架特征点F1、F2的直线。处理器152a算出直线L1与直线L2的交点X1和角膜顶点V1的距离作为镜架顶点间距离。
[算出瞳孔间距离的处理]
图22是正面脸部三维数据的正视图，是用于说明算出瞳孔间距离的处理的图。处理器152a通过利用在图15的步骤S512中获取的左右眼的角膜顶点位置((xr2、yr2、zr2)和(xl2、yl2、zl2))来沿着X轴计算xl2-xr2，从而算出瞳孔间距离。
[图15的S514(算出视线信息的处理)]
处理器152a算出视线矢量，该视线矢量以在图15的处理步骤S512(算出眼球旋转中心坐标的处理)中算出的眼球旋转中心坐标νrc1(xh，yh，zh+α)为起点，以在图15的处理步骤S513-1(算出注视对象坐标的处理)中算出的注视对象O的坐标νoh为终点。处理器152a将算出的视线信息保存在存储器152b内的规定区域。另外，在视线信息中还包括将视线朝向注视对象O时的时间轴信息(例如是时刻的信息，具体地说，是RGB-D摄影机154-1的拍摄时刻)。另外，关于近点工作距离，能够以如下方式算出，即，将注视对象设置在与预定佩戴者S的近点工作匹配的距离，将在该状态下算出的视线矢量长看作是近点工作距离。
[图15的S515(结束判定处理)]
处理器152a判定在存储器152b内是否采集(保存)了规定时间的量(规定数)的视线信息。在采集了规定时间的量的视线信息的情况下(图15的S515：是)，处理器152a结束本流程图的处理。在未采集规定时间的量的视线信息的情况下(图15的S515：否)，处理器152a使处理返回到图15的处理步骤S513-1(算出注视对象坐标的处理)。
根据本实施例3，与实施例1、2同样地，视线的起点与设计眼镜镜片时的原点相同地被设定在眼球旋转中心，因此通过本实施例采集的视线信息适合利用于眼镜镜片的设计。此外，视线信息(方向、距离)作为时序数据而被连续地测定。因此，能够判定预定佩戴者S以高频度使用镜片的哪个部分，能够基于所判定的使用频度给予镜片适当的像差分配。
此外，根据本实施例3，还可同时获取佩戴参数，并且可作为时序数据而连续地获取。因此，对于作为时序数据而获取的佩戴参数，通过使用平均值、中位数，从而能够采集可靠度更高的佩戴参数(将其作为真实的佩戴参数)。根据本实施例，能够通过在图14作为一个例子而示出的那样的简易的结构同时且作为时序数据来获取视线信息和佩戴参数。进而，根据本实施例3，在算出佩戴参数的处理中考虑了头部姿势。因此，能够获取准确的佩戴参数。
另外，本实施例3的视线信息采集装置的结构，并不限定于图14所示的结构，能够采用各种各样的结构。例如，即使是图4所示的使用了2台RGB-D摄影机的结构，也能够实现与上述的实施例3同样的处理。
[利用眼镜镜片设计用计算机202的眼镜镜片的具体设计方法]
接着，对使用在本实施例1、本实施例2中采集的视线信息来设计眼镜镜片的方法进行说明。在图23示出利用眼镜镜片设计用计算机202进行的渐进屈光力镜片的设计工序的流程图。
[渐进屈光力镜片的设计例]
[图23的S201(构筑假想模型)]
眼镜镜片设计用计算机202构筑了设想预定佩戴者S佩戴眼镜镜片的状态的、由眼球和眼镜镜片构成的规定的假想模型。图24示出利用眼镜镜片设计用计算机202构筑的假想模型例。
眼球的眼轴长因远视、近视而异。因此，眼镜镜片设计用计算机202预先存储了眼轴长因远视、近视的程度而有多大不同。从中，眼镜镜片设计用计算机202按照订购数据所包括的预定佩戴者S的处方值(球面屈光力、散光屈光力)来选择合适的眼球模型E，将所选择的眼球模型E配置在假想模型空间。在眼球模型E的中心定义眼球旋转中心EO。
眼镜镜片设计用计算机202以眼球旋转中心EO为原点来设计初始的眼镜镜片模型L。具体地说，眼镜镜片设计用计算机202基于订购数据所包括的处方值，将镜片的外表面(凸面)、内表面(凹面)的各面决定为球面形状、非球面形状、渐进面形状或自由曲面形状(渐进面形状以外的形状)的任一形状。例如，在单面渐进屈光力镜片的情况下，凸面或凹面决定为渐进面形状。眼镜镜片设计用计算机202基于处方值、镜片的折射率等决定中心厚度并隔开所决定的中心厚度的量来配置凸面和凹面，由此设计初始的眼镜镜片模型L。
眼镜镜片设计用计算机202基于通过图15的流程测定的佩戴参数的值，进行从镜片的测定值到作为镜片配置的参数的镜片面弯角、镜片前倾角、角膜顶点间距离CVD的数值的变换。使用测定的佩戴参数的值、镜架的形状、边缘或槽位置、镜片的度数、基弧、拟合点位置、厚度等来进行变换。基于得到的镜片面弯角、镜片前倾角、角膜顶点间距离CVD对于眼球模型E配置眼镜镜片模型L。在没有佩戴参数的测定值的情况下，也可以指定任意的值并据此计算镜片配置的参数。角膜顶点间距离CVD是眼镜镜片模型L的后方顶点与眼球模型E的角膜顶点的距离。拟合点通过如下方式来决定，即，以JIS标准中的方框表示法(boxingsystem)中的B尺寸的一半为基准线(datum line)，根据瞳孔中心距基准线处于几mm上方或几mm下方来决定，或者根据瞳孔中心距距镜架的下缘处于几mm上方来决定。另外，在上述的各种参数不清楚的情况下，也可以采用标准的值作为镜片配置的参数。作为一个例子，角膜顶点间距离CVD也可以设为规定的值(12.5mm等)。
[图23的S202(获取视线信息)]
眼镜镜片设计用计算机202通过视线信息采集装置150(或150M)来获取在本实施例1(或本实施例2)中采集的视线信息。如上所述，在所获取的视线信息中还包括视线矢量的信息和将视线朝向注视对象O时的时间轴信息，视线矢量包括矢量长和单位矢量。
[图23的S203(算出使用区域和使用频度)]
眼镜镜片设计用计算机202基于视线信息算出预定佩戴者S在眼镜镜片模型L内的使用区域(视线通过的区域)和区域内的使用频度。具体地说，眼镜镜片设计用计算机202计算以眼球旋转中心EO为原点的各视线信息的单位矢量(视线的方向)和眼镜镜片模型(例如凸面)L交叉的点，根据计算的交点的分布求出使用区域。眼镜镜片设计用计算机202还基于各视线信息的单位矢量和时间轴信息计算在使用区域内的各位置中各视线在眼镜镜片模型L上停留的时间，根据计算的各位置中的停留时间来求出区域内的使用频度。
[图23的S204(设定主注视线)]
眼镜镜片设计用计算机202基于在图23的处理步骤S203(算出使用区域和使用频度)中算出的使用区域和使用频度来算出在眼镜镜片模型L上使用频度高的多个位置(点)，使用样条内插等将相邻的算出点彼此平滑地连接，由此在眼镜镜片模型L上引出主注视线。眼镜镜片设计用计算机202基于通过在眼镜镜片模型L上引出的主注视线上的各视线信息的矢量长(视线的距离信息)来设定主注视线上的加入度分布。加入度分布可通过如下方式得到，即，例如在主注视线上以等间隔配置多个控制点，基于通过各控制点的视线信息的矢量长来计算各控制点的屈光力，使用B样条等的样条内插等来对相邻的控制点间的屈光力进行内插。
[图23的S205(控制水平方向上的棱镜作用)]
眼镜镜片设计用计算机202定义从在图23的处理步骤S204(设定主注视线)中设定的主注视线在水平方向上延伸的多个截面曲线，根据远用部、渐进带、近用部的各部分的度数分布来设定各截面曲线上的屈光力分布。
[图23的S206(暂时决定镜面形状)]
眼镜镜片设计用计算机202使用样条内插等将主注视线上和在水平方向延伸的各截面曲线上的屈光力分布平滑地连接，通过公知的换算式将连接后的屈光力分布换算为曲率分布，由此暂时决定眼镜镜片模型L的镜面的几何学形状。
[图23的S207(光线跟踪计算)]
眼镜镜片设计用计算机202通过光线跟踪对暂定地决定的眼镜镜片模型L进行最优化计算，并对在图23的处理步骤S203(算出使用区域和使用频率)中算出的使用区域进行评价。定义用于对使用区域进行最优化的规定的收敛条件的评价值和评价函数能够任意地设定。
[图23的S208(满足收敛条件的判定)]
眼镜镜片设计用计算机202基于图23的处理步骤S207(光线跟踪计算)中的评价结果来判定是否满足规定的收敛条件。在不满足规定的收敛条件的情况下(图23的S208：否)，眼镜镜片设计用计算机202进入到图23的处理步骤S209(微调加入度分布)。
[图23的S209(加入度分布的微调)]
为了满足规定的收敛条件，眼镜镜片设计用计算机202通过变更眼镜镜片模型L的主注视线上的各控制点的位置、屈光力等，从而对加入度分布进行微调。
[图23的S210(控制水平方向上的棱镜作用)]
眼镜镜片设计用计算机202在通过图23的处理步骤S209(加入度分布的微调)进行加入度分布的微调之后，与图23的处理步骤S205(控制水平方向上的棱镜作用)同样地，定义从主注视线在水平方向上延伸的多个截面曲线，并根据远用部、渐进带、近用部的各部分的度数分布来设定各截面曲线上的屈光力分布。接着，眼镜镜片设计用计算机202使本流程图的处理返回到图23的处理步骤S206(暂时决定镜面形状)。
例如，考虑如下情况，即，通过重复从图23的处理步骤S206(暂时决定镜面形状)到图23的处理步骤S210(控制水平方向上的棱镜作用)，从而对镜面形状进行校正，其结果在图23的处理步骤S208(满足收敛条件的判定)中判定为满足规定的收敛条件(图23的S208：是)。在该情况下，眼镜镜片设计用计算机202对图23的处理步骤S206(暂时决定镜面形状)之后的暂定的镜面形状计算并附加与佩戴条件(例如镜片前倾角、镜片面弯角等)相应的非球面校正量。由此，确定镜面形状，渐进屈光力镜片的形状设计结束。
根据本设计工序，可设计具有适合于实际的佩戴状态的像差分配且适合于每个预定佩戴者S的视线的使用方式和视距的渐进屈光力镜片。
在此，对分别采用不同的收敛条件时的2个设计例(设计例1～2)进行说明。
<设计例1>
图25(a)示出设计例1中的最优化前的镜片的透射像散分布，图25(b)示出设计例1中的最优化后的镜片的透射像散分布。在设计例1中，以使透射像散在图23的处理步骤S203(算出使用区域和使用频度)中算出的使用区域(图25中，用椭圆围起来的区域)内为2.0屈光度(2.0D)以下的方式设定评价函数。在设计例1中，如图25(b)所示，使用区域内的透射像散被抑制在2.0D以下，因此可减轻使用区域内的波动、失真。
<设计例2>
图26(a)示出设计例2中的最优化前的logMAR视力值的分布，图26(b)示出设计例2中的最优化后的logMAR视力值的分布。关于logMAR视力值的细节，能够参照例如日本专利第4033344号公报。在设计例2中，以使在比拟合点FP位于镜片上方的远用部内的使用区域中logMAR视力值为0.155以下(按照小数视力换算为0.7以上)的面积按照分布图的面积换算(不是镜片表面的面积)大于190mm2的方式设定评价函数。在设计例2中，如图26(b)所示，在设想例如驾驶汽车等主要注视远方的状况的情况下，能够在远用部内的使用区域中将预定佩戴者S能够清楚地进行视觉确认的范围选取得较宽。
进而，对根据本实施方式的使用了视线信息的渐进屈光力镜片的5个设计例(设计例3-1～3、设计例4-1～2)进行说明。另外，实施例3-1～3是与主注视线的内偏移量的设定相关的设计例，设计例4-1～2是与加入度曲线的设定相关的设计例。
<设计例3-1>
即使在人(预定佩戴者S)认为正视的情况下，有时脸部也是倾斜的。在这样的情况下，即使在设想没有面弯角的情况下，镜片相对于正视视线看上去也是倾斜的。为了比较这些状态，在图27(a)示出脸部没有倾斜的情况下的视线的状态，在图27(b)示出脸部倾斜的情况下的视线的状态。另外，在各图中，在上侧与头部坐标系一同示出镜片佩戴状态下的纵截面图，在下侧示出镜片上的正视视线的通过位置。
在脸部没有倾斜的状态(图27(a))下，正视视线通过设想的瞳孔间距离PD的设定位置PR、PL。另一方面，在脸部倾斜的状态(图27(b))(在此，作为一个例子设想头部绕Y轴倾斜10度)下，实际的正视视线不通过设想的瞳孔间距离PD的设定位置PR、PL，而是通过从这些位置移位的位置QR、QL。即，图27(b)的状态相当于相对于正视视线附加了表观上的10度的镜架的面弯角的状态。
因此在本设计例中，进行了利用与表观的面弯角相应的棱镜的校正和像差校正的设计。
图28是表示现有设计(未进行与表观的面弯角相应的校正的情况)与上述设计例(进行了与表观的面弯角相应的校正(棱镜校正、像差校正等))的情况的比较的图。另外，在此按照S+3.00、ADD2.50D进行计算。具体地说，图28是如下的图，即，以没有表观的面弯角的情况下的设计为基准，分别对现有设计的情况和本设计例的情况，对透射平均度数(右镜片的凸面坐标基准，在Y＝0mm位置的截面的差值，X轴的范围为±20mm)将与作为基准的设计的差分进行图表化的图。在图28中，虚线的曲线是现有设计与作为基准的设计的透射平均度数的差，实线的曲线是本设计例与作为基准的设计的透射平均度数的差。
如图28所示，相对于在现有设计中与作为基准的设计的差为0.3D以上，在本设计例中，与作为基准的设计的差被抑制在0.1D以下。
<设计例3-2>
存在由于瞳孔间距离PD的测量误差而在实际的视线通过位置和镜片的设想的瞳孔间距离PD中产生差异的情况。本设计例是用于应对这样的情况的例子。图29是用于说明这样的状况下的本设计例的图。另外，在此设想实际的视线相对于右眼的测量的瞳孔间距离PD向鼻侧偏移1mm的情况。在这样的状况下，在现有设计的情况下镜片相对于正视视线的位置是偏心的，因此测量的瞳孔间距离PD也会移位，注视中间～近处时的视线所通过的镜片上的位置将会通过有像散的区域(参照在图29所示的像散图上用虚线表示的视线通过位置)。
另一方面，如上所述，根据本实施方式能够获取视线在镜片上的通过位置的停留时间信息，因此能够根据该停留时间信息来变更瞳孔间距离PD。因此，能够使注视中间～近处时的视线所通过的镜片上的位置通过像散少的位置。
图30是示出如上所述的状况下的现有设计与本设计例的差的图。另外，在此按照S+0.00D、ADD2.50D进行计算。具体地说，图30是透射像散的图表(凸面坐标值基准)，表示现有设计与本设计例的比较。如图30所示，在现有设计的情况下，图29中的虚线的曲线成为主注视线，与修正了瞳孔间距离PD的本设计例相比较有最大0.4D的像散。
<设计例3-3>
在眼点EP位置在左右不同时，在由于拟合点FP的位置不同而使下方旋转量左右相同的情况下，注视近处时的视线通过位置在镜片上的高度和内偏移量有可能在左右不同而需要进行修正。图31(a)是说明这样的状况的图。在此，例示左边的FP比右边高2mm的情况。如图31(a)所示，关于左眼，注视近处时的实际的视线通过位置从PL偏移到QL，此外，视线的内偏移量也不同(在图31(a)中实际的视线位置用实线的曲线示出)。
图31(b)是表示加入度曲线的图表，虚线的图表是现有设计的情况下的加入度的图表，实线的曲线是本设计例的情况下的加入度的图表。如图31(b)所示，在现有设计情况下，在右眼的PR的位置可得到2.50D的加入度，但是在左眼的QL的位置只能得到2.36D。
另一方面，在本设计例中，通过根据视线信息来调整主注视线上的加入度，从而即使在QL的位置也能够确保2.50D的加入度。
<设计例4-1>
本设计例是上述的实施方式的根据拟合点FP上的距离信息、近处距离来设定加入度曲线的例子。作为一个例子，设订单处方为S0.00、ADD2.50D(按照距离换算为40cm)。在测定中，拟合点FP中的距离信息为1.7m(相当于大约0.6D)、近处距离为45cm，因此认为加入度为大约2.22D已足够而按照ADD2.22进行设计。即，在本设计中，变为S0.00D，ADD2.22D。
图32是示出本设计例的加入度曲线的图表(图32的实线的曲线)。此外，在图32中，为了比较还图示了现有设计的加入度曲线的图表(图32的虚线的曲线)。根据图32可知，关于近处距离，因为在现有设计中设定为比实际使用的距离近的距离，所以在注视近处时反而变得不靠近就看不清楚。此外，在现有设计中，加入度变化大，像散变大，中间部变窄。
在图33(a)示出现有设计的透射像散图，在图33(b)示出本设计例的透射像散图。另外，图33以右镜片的凸面坐标值为基准，X、Y轴的范围为±20mm，分度值为5mm。根据图33可知，在现有设计中由于不必要地添加了大的加入度而使像散变大。另一方面，根据本设计例，因为能够以在注视近处时的视线通过位置满足充分的加入度的方式来设计主注视线上的加入度曲线，所以能够减少像散。此外，根据本设计例，像差的最小值会变小，像差的混入也会降低，可确保宽的中间部。另外，透射像散图表示以从眼球旋转中心到透镜后表面的顶点的距离为半径的参照球面上的像散，光线从物体通过镜片而通过眼球旋转中心。
图34是示出本设计例与现有设计的透射像散(以右镜片的凸面坐标值为基准)的差的图表。详细地说，表示在Y＝-5mm、X＝±20mm的截面方向上的像散的差。根据图34可知，本设计例与现有设计在Y＝-5mm、X＝±20mm的截面方向上的像散的差最大为0.25D以上，可知本设计例是有利的。
<设计例4-2>
本设计例是进一步考虑上述的实施方式的拟合点FP或比其靠上的注视远方视线的距离信息来设定加入度曲线的情况下的例子。作为一个例子，设订单处方为S0.00D、ADD2.50D。在所测定的注视远方视线的距离信息是有限距离(在此，作为一个例子设为2m)的情况下，能够将对订单处方作为度数而加上该距离的值作为远方度数来进行设计。在注视近用的位置将该距离信息换算为度数，在考虑了上述增加的远方的度数的基础上设定加入度曲线。例如，设计为(注视近用的位置的度数)＝(增加的有限距离)+(加入度变化)。
图35是示出本设计例的加入度曲线的图表(图35的实线的曲线)。此外，在图35中，为了比较，还图示了现有设计的加入度曲线的图表(图35的虚线的曲线)。根据图35可知，在现有设计中，因为在注视远方时会成为比实际使用的距离远的距离，所以需要调节与其相应的量，可能会造成疲劳。此外，在现有设计中，加入度变化大，像散变大，中间部变窄。
在图36(a)示出现有设计的透射像散图(按照订单处方S0.00、ADD2.50D的设计)，在图36(b)示出本设计例的透射像散图(按照S0.50D、ADD2.00D的设计)。另外，图36以右镜片的凸面坐标值为基准，X、Y轴的范围为±20mm，分度值为5mm。根据图36可知，根据本设计例，即使通过在远方的度数加上所需的距离(即，所测定的距离)的量的度数而减少了处方的加入度，也能够在注视近处时的视线通过位置达到所需的近用的度数，因此无需添加多余的加入度，能够抑制像散。此外，根据本设计例，像差的最大值变小，像差的混入也会降低，可确保宽的中间部。
图37是示出本设计例与现有设计的透射像散(以右镜片的凸面坐标值为基准)的差的图表。详细地说，表示在Y＝-5mm、X＝±20mm的截面方向上的像散的差。根据图37可知，本设计例与现有设计在Y＝-5mm、X＝±20mm的截面方向上的像散的差最大为0.45D以上，可知本设计例是有利的。
另外，前面说明的透射平均度数、透射像散是指，透射镜片凸面和镜片凹面并通过眼球旋转中心的光线在以连接眼球旋转中心和镜片的后方顶点的距离为半径的球面(后方顶点球面，图24的V)上的光线的平均度数误差、像散。
[单焦点镜片的设计例]
在图38示出由眼镜镜片设计用计算机202进行的单焦点镜片的设计工序的流程图。
[从图38的S301(构筑假想模型)到S303(算出使用区域和使用频度)]
眼镜镜片设计用计算机202进行图38的处理步骤S301(构筑假想模型)、处理步骤S302(获取视线信息)以及处理步骤S303(算出使用区域和使用频度)。本设计例的初始的眼镜镜片模型L例如是具有基于处方值选择的球面形状的球面镜片。因为这些处理步骤与图23的处理步骤S201(构筑假想模型)到处理步骤S203(算出使用区域和使用频度)相同，所以省略具体的说明。
[图38的S304(非球面系数等的初始设定)]
眼镜镜片设计用计算机202基于在图38的处理步骤S303(算出使用区域和使用频度)中算出的使用区域和使用频度，以初始的眼镜镜片模型L为基准来设定与非球面系数、自由曲面相关的参数的初始值。
[图38的S305(暂时决定镜面形状)]
眼镜镜片设计用计算机202基于与非球面系数、自由曲面相关的参数来暂定地决定眼镜镜片模型L的镜面的几何学形状。
[图38的S306(光线跟踪计算)]
眼镜镜片设计用计算机202利用光线跟踪对暂定地决定的眼镜镜片模型L进行最优化计算，并对在图38的处理步骤S303(算出使用区域和使用频率)中算出的使用区域进行评价。
[图38的S307(满足收敛条件的判定)]
眼镜镜片设计用计算机202基于图38的处理步骤S306(光线跟踪计算)中的评价结果来判定是否满足规定的收敛条件。在不满足规定的收敛条件的情况下(图38的S307：否)，眼镜镜片设计用计算机202进入到图38的处理步骤S308(变更非球面系数等)。
[图38的S308(变更非球面系数等)]
为了满足规定的收敛条件，眼镜镜片设计用计算机202变更与非球面系数、自由曲面相关的参数。接下来，眼镜镜片设计用计算机202使本流程图的处理返回到图38的处理步骤S305(暂时决定镜面形状)。
例如，考虑如下情况，即，通过重复从图38的处理步骤S305(暂时决定镜面形状)到图38的处理步骤S308(变更非球面系数等)，从而校正镜面形状，其结果在图38的处理步骤S307(满足收敛条件的判定)中判定满足规定的收敛条件(图38的S307：是)。在该情况下，眼镜镜片设计用计算机202对图38的处理步骤S305(暂时决定镜面形状)后的暂定的镜面形状计算并附加与佩戴条件(例如镜片前倾角、镜片面弯角等)相应的非球面校正量。由此，确定镜面形状，单焦点镜片的形状设计结束。
根据本设计工序，设计了具有适合于实际的佩戴状态的像差分配且适合于每个预定佩戴者S的视线的使用方式和视距的单焦点镜片。
在上述中，说明了使用预定佩戴者S的视线信息来设计渐进屈光力镜片、单焦点镜片的例子，但是在其它实施方式中，也可以从规定的多种类眼镜镜片中选择最适合于与预定佩戴者S的视线信息对应的条件的眼镜镜片。
另外，眼镜镜片设计用计算机202也可以通过主计算机200经由因特网在显示器152d显示与所设计的镜片的透射像散分布、透射平均度数分布、logMAR视力分布、或者像专利文献2所记载的那样的性能指数(日本特许第3919097号)、由摄影装置得到的RGB图像、任意的RGB图像、对三维的假想物体的图像根据光线的像差对各像素施加图像处理的图相关的信息，而且可以在该信息例如以等高线、浓淡、点等方式重叠视线通过点的频度而显示在显示器152d上。显示也可以以如下方式进行，即，在上述分布图、RGB图像、三维的假想物体的图像上重叠切割为镜架形状的镜片来进行显示。在图39示出这样的显示图像的例子。另外，图39是重叠了设计的结果和镜架、视线信息的示意图，使用了作为图26所示的设计结果的logMAR的分布图。详细地说，图39(a)是用等高线表示视线停留时间和通过位置的情况的例子，图39(b)是绘制了视线通过位置的情况的例子。
以上是对本发明的例示性的实施方式的说明。本发明的实施方式不限定于上述说明的实施方式，能够在本发明的技术思想的范围内进行各种各样的变形。例如对在说明书中例示性地明示的实施例、变形例或者显而易见的实施例、变形例进行适当组合的内容也包括在本申请的实施方式中。

Claims (17)

1.一种眼镜镜片的设计系统，具有：
眼球旋转中心位置决定单元，基于由规定的摄影装置拍摄的图像来确定被检查者的眼睛的角膜顶点位置，基于确定的角膜顶点位置来决定被检查者的眼球旋转中心位置；
视线信息算出单元，基于由所述眼球旋转中心位置决定单元决定的眼球旋转中心位置和注视对象的位置来算出对配置在规定位置的该注视对象进行注视时的被检查者的视线信息；以及
形状设计单元，基于规定的处方信息和由所述视线信息算出单元算出的视线信息来设计眼镜镜片的形状。
2.如权利要求1所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
还具有：佩戴参数算出单元，基于角膜顶点位置来算出佩戴参数，所述角膜顶点位置是基于由所述摄影装置拍摄的图像确定的，
所述形状设计单元使用由所述佩戴参数算出单元算出的佩戴参数来设计眼镜镜片的形状。
3.如权利要求2所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
所述佩戴参数包括镜架前倾角、镜架面弯角、镜架顶点间距离、瞳孔间距离、近点工作距离中的至少任一个。
4.如权利要求2所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
所述佩戴参数算出单元作为时序数据而连续地算出所述佩戴参数，并使用作为该时序数据而连续地算出的值来决定真实的佩戴参数。
5.如权利要求1所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
在将以设定在所述摄影装置的基准点作为原点的坐标系定义为摄影装置坐标系、将以设定在所述被检查者的头部的基准点作为原点的坐标系定义为头部坐标系的情况下，
所述眼球旋转中心位置决定单元，
基于由所述摄影装置拍摄的图像来算出所述摄影装置坐标系中的所述被检查者的头部的位置和姿势，
基于算出的被检查者的头部的位置和姿势来定义所述头部坐标系，
进行规定的坐标变换使定义的头部坐标系的坐标轴的方向与所述摄影装置坐标系的坐标轴的方向一致，由此将该摄影装置坐标系中的角膜顶点位置的坐标变换为该头部坐标系中的角膜顶点位置的坐标，
通过对变换的头部坐标系中的角膜顶点位置的坐标加既定值，从而求出所述眼球旋转中心位置的坐标。
6.如权利要求5所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
还具有：
检测单元，每隔规定的时间，基于检测装置的检测数据来检测头部的位置和姿势，所述检测装置能够检测由所述摄影装置拍摄的图像或所述被检查者的该头部的位置和姿势；以及
虚拟移动单元，以虚拟方式使所述注视对象的位置移动检测前后的头部的位置差和姿势差的量，使得在该检测前后虚拟地保持所述被检查者的该头部的位置和姿势，
所述视线信息算出单元基于决定的眼球旋转中心位置和被虚拟地移动的注视对象的位置来算出所述视线信息。
7.如权利要求1所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
所述图像由所述摄影装置以规定的帧频拍摄，
在所述眼球旋转中心位置决定单元中，通过对规定数的帧决定眼球旋转中心位置，从而对该规定数的帧图像算出所述眼球旋转中心的暂定位置，基于算出的该规定数的帧图像内的暂定位置来决定真实的眼球旋转中心位置。
8.如权利要求1所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
所述视线信息是视线的矢量信息，包括连结所述眼球旋转中心位置和所述注视对象的位置的视线的矢量长和单位矢量。
9.如权利要求8所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
所述视线信息还包括视线的时间轴信息。
10.如权利要求9所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
还具有：
暂定形状设计单元，基于规定的处方信息来设计眼镜镜片的暂定形状；
使用算出单元，基于由所述视线信息算出单元算出的视线信息所包括的视线的矢量长、单位矢量以及时间轴信息，计算所述被检查者佩戴了所述暂定形状的眼镜镜片时视线通过的该镜片上的位置和视线在该位置的停留时间，由此算出该被检查者在该镜片内的使用区域和使用频度；以及
校正单元，基于算出的使用区域和使用频度来校正所述暂定形状。
11.如权利要求1至权利要求10的任一项所述的眼镜镜片的设计系统，其中，
还具有：视线信息显示单元，显示与所述算出的视线信息相关的信息，
所述视线信息是矢量信息。
12.一种眼镜镜片的供给系统，具有：
权利要求1所述的眼镜镜片的设计系统；以及
眼镜镜片制造装置，使用所述眼镜镜片的设计系统的设计数据来制造眼镜镜片。
13.一种眼镜镜片的设计方法，包括：
拍摄步骤，由规定的摄影装置进行被检查者的拍摄；
决定步骤，基于在所述拍摄步骤中拍摄的图像来确定被检查者的眼睛的角膜顶点位置，基于确定的角膜顶点位置来决定被检查者的眼球旋转中心位置；
算出步骤，基于在所述决定步骤中决定的眼球旋转中心位置和注视对象的位置来算出对配置在规定位置的该注视对象进行注视时的被检查者的视线信息；以及
形状设计步骤，基于规定的处方信息和在所述算出步骤中算出的视线信息来设计眼镜镜片的形状。
14.如权利要求13所述的眼镜镜片的设计方法，其中，
还包括：佩戴参数算出步骤，基于角膜顶点位置来算出佩戴参数，所述角膜顶点位置是基于由所述摄影装置拍摄的图像确定的，
在所述形状设计步骤中，使用算出的佩戴参数来设计眼镜镜片的形状。
15.如权利要求14所述的眼镜镜片的设计方法，其中，
所述佩戴参数包括镜架前倾角、镜架面弯角、镜架顶点间距离、瞳孔间距离、近点工作距离中的至少任一个。
16.如权利要求14所述的眼镜镜片的设计方法，其中，
在所述佩戴参数算出步骤中，作为时序数据而连续地算出所述佩戴参数，并使用作为该时序数据而连续地算出的值来决定真实的佩戴参数。
17.一种眼镜镜片的制造方法，包括：
眼镜镜片制造工序，制造眼镜镜片，该眼镜镜片是使用权利要求13至权利要求16的任一项所述的设计方法设计的。
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