JP2001204691A - 瞳孔測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 閉ループ方式より鋭敏な反応が得られる開ル
ープ方式で、可視光集光手段のコンパクト化を可能にす
る。 【解決手段】 撮像部１１、赤外線発光部１２および可
視光集光部１３を２組保持する保持部１４と、各撮像部
１１の撮像で得られる眼球Ｅの画像から瞳孔Ｈの大きさ
を算出する信号処理部１５とを備え、可視光ＬＥＤ１３
Ｄにより成る可視光発光部１３１と、眼球Ｅからの赤外
線を撮像部１１に反射するほか、可視光発光部１３１か
らの可視光の一部を眼球Ｅの前方側に反射するとともに
その残部を透過させるコーティングが施されて成るハー
フミラー１３２と、このハーフミラー１３２からの可視
光を眼球Ｅ側に反射するとともに、その反射した可視光
による眼球Ｅへの照射光の光束径を眼球Ｅの瞳孔径より
小さくするように集光する凹面ミラー１３３とで可視光
集光部１３を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、瞳孔の大きさなど
を計測する瞳孔測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の瞳孔対光反応を計測するための瞳
孔測定装置は、対光反応を誘発するための可視光の光束
径が瞳孔径よりも大きいいわゆる閉ループ系の計測方式
が殆どであった（「外径測定器、電子瞳孔計、および自
律神経機能検査装置」＜特開平７−１６３５２２号公報
参照＞、「瞳孔測定装置およびアルツハイマー病診断装
置」＜特開平９−２８６７２号公報参照＞、「病態判定
装置」＜特開平１０−２８６７４号公報参照＞)。

【０００３】閉ループ方式では、図１０に示すように、
眼球Ｅの瞳孔Ｈを照射する光束径が瞳孔径より大きいた
め、可視光を照射開始後、瞳孔が小さくなるにつれて瞳
孔内部に入射する全光量は減少する。瞳孔に入射する全
光量が減少するにつれて縮瞳（瞳孔が小さくなること）
が抑制される作用がはたらき、結果として瞳孔反応が鈍
化する傾向にある。それに対して、閉ループ方式で得ら
れる反応より鋭敏な瞳孔反応を調べるために、対光反応
を誘発する可視光の光束径を瞳孔径よりも小さくし、可
視光の全光束を眼球の瞳孔内部に照射するいわゆる開ル
ープ系の計測方式も行われていた（図１２参照）。

【０００４】（参考文献：星野聖「瞳孔平滑筋の形態学
的特殊性に基づく対光反応の数理モデル」、テレビジョ
ン学会誌，Ｖｏｌ１．４８，Ｎｏ．８、ｐｐ１０３６−
１０４２，１９９４）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記の開ルー
プ方式では、眼球運動や頭部運動が生起するとそれに対
応して眼球への照射光がずれ、その結果、照射光の一部
又は全部が瞳孔内部からずれてしまうという問題があ
り、そのため従来の開ループ方式では計測が困難でかつ
被験者に対して頭部運動や眼球運動を固定するなどの負
担を強いることになる。

【０００６】そこで、閉ループ方式より鋭敏な反応が得
られる開ループ方式であって、しかも計測が容易で、被
験者に負担を与えることがない、瞳孔測定装置が本出願
人により別途提案されている（特願平１１−１１５７２
０号）。

【０００７】この瞳孔測定装置の概略構成を図１１に示
す。この瞳孔測定装置は図示するように、赤外線発光手
段、可視光集光手段、可視光発光手段、眼球撮像手段の
構成要素を固定保持し、両側のつる部１ａ、１ａを被験
者の耳に掛けて被験者の顔面に装着するフレーム１と、
このフレーム１とは別体に配置される撮像信号処理手段
２及び可視光発光制御手段３とからなる。

【０００８】可視光発光手段は、フレーム１の前枠部１
ｂの被験者側の面に所定間隔で例えば後述するようにマ
トリクス状に配置される複数の可視光発光ダイオート゛４
…から構成され、この可視光発光ダイオート゛４…が消灯
した状態から点灯した状態へ変化することにより瞳孔対
光反応を誘発させるためのものである。

【０００９】可視光集光手段は、フレーム１の前枠部１
ｂの中央部から被験者方向に突出して左右の眼球Ｅ１，
Ｅ２に対応するように左右両側に分離する分離体１ｃの
両側に夫々が保持固定され、分離体１ｃで左右に分離配
置される上記可視光発光ダイオート゛４…に夫々対向配置
された集光レンズ５，５から構成され、これら集光レン
ズ５，５により、可視光発光ダイオート゛４…から照射さ
れる可視光を集光して、フレーム１を装着した被験者の
眼球Ｅ１，Ｅ２の瞳孔Ｈの径より光束径を小さくする。

【００１０】赤外線発光手段は、分離体１ｃの被験者側
の先部の両側に設けた支持部８に、眼球Ｅ１，Ｅ２に対
して照射方向を持たせるように保持固定された赤外線発
光ダイオード６…からなり、自然光が少ない暗環境下に
おいても眼球Ｅ１，Ｅ２を赤外線発光ダイオード６…の
赤外光で照射して、眼球撮像手段のＣＣＤカメラ７で眼
球画像を取得できるようにするためのもので、照射する
光の波長領域として赤外波長領域を用いるため、被験者
に感知されることはない。ここで赤外線発光ダイオード
６…の個数や赤外線出力は、使用環境によって入射する
自然光の量により設定される。また赤外線発光ダイオー
ド６…及び支持部８は被験者の視野を妨げないように配
置することにより、被験者の注意を他の注視対象に向け
させるように配慮してある。

【００１１】眼球撮像手段は、フレーム１の両側のつる
部１ａ，１ａに夫々集光レンズ５，５の光軸方向と直交
する方向に撮像方向を持つように取り付けられたＣＣＤ
カメラ７と、各支持部８に保持固定され、集光レンズ
４、４で集光された可視光を眼球Ｅ１，Ｅ２側へ透過さ
せ、かつ眼球Ｅ１，Ｅ２からの光をＣＣＤカメラ７へ入
射させるように反射するハーフミラー９とで構成され、
このハーフミラー９はＣＣＤカメラ７の位置を被験者の
視界外に配置するために眼球Ｅ１，Ｅ２の撮像と可視光
発光ダイオート゛４…の可視光による眼球Ｅ１，Ｅ２への
照射を可能としている。

【００１２】保持手段たる眼鏡型フレーム１は被験者が
顔面に装着することにより、フレーム１が被験者の顔と
ずれない限り、上記の可視光発光ダイオード６…、集光
レンズ５，５、ハーフミラー９，９、ＣＣＤカメラ７，
７、赤外線発光ダイオード６…等の構成要素が頭部運動
によってずれるのを防止するためのもである。

【００１３】撮像信号処理手段２は、眼球撮像手段を構
成するＣＣＤカメラ７，７から得られる眼球画像より眼
球Ｅ１，Ｅ２の瞳孔Ｈの大きさを計算し、またフレーム
１が頭部とずれた場合や眼球運動が生じた場合などの理
由によりＣＣＤカメラ７で得られた画像内の瞳孔Ｈの中
心位置のずれ量を検出する瞳孔位置ずれ検出手段の機能
を備えている。瞳孔Ｈの大きさとしては瞳孔径（横径又
は縦径）や瞳孔面積などが計算される。

【００１４】撮像信号処理手段２で検出された瞳孔Ｈの
中心位置のずれ量の情報ＤＡは可視光発光制御手段３で
利用される。

【００１５】可視光発光制御手段３は、撮像信号処理手
段２より得られる瞳孔中心位置のずれ量の情報ＤＡに基
づいて、可視光発光ダイオード４…から照射され、集光
レンズ５で集光される可視光の全光束が位置ずれが生じ
た後の瞳孔Ｈの中心位置に対しても瞳孔Ｈの内部に入射
するように、異なる位置にある可視光発光ダイオード４
…を点灯するように変更制御するもので、この点灯制御
によって集光された光束が常に瞳孔Ｈの内部に入射する
ようになる。

【００１６】尚Ｌ１，Ｌ２は信号線である。

【００１７】而して、図１１において、赤外線発光ダイ
オード６…によって照らされた眼球Ｅ１，Ｅ２は、ハー
フミラー９，９を経由してＣＣＤカメラ７，７によって
撮像される。撮像された眼球画像は撮像信号処理手段２
によって瞳孔Ｈの大きさが計算され、かつ瞳孔Ｈの中心
位置を計算して、瞳孔Ｈの中心位置のずれ量を算出す
る。

【００１８】ここでハーフミラー９，９に反射防止膜な
どのコーティングを行うことによって被験者にＣＣＤカ
メラ７，７が見えることはない。可視光発光制御手段３
の制御の下で各眼球Ｅ１，Ｅ２に夫々対応した可視光発
光ダイオード４…のいずれか１つを点灯させ、照射され
た光束を可視光集光手段である集光レンズ５、５によっ
て集光して瞳孔Ｈの径より小さな光束径の光を図１２に
示すように眼球Ｅ１（Ｅ２）に照射することにより、一
般に瞳孔Ｈは小さくなり（縮瞳と呼ぶ）瞳孔対光反応が
観察される。つまり、瞳孔Ｈの径が小さくなるため入射
光量が不変となる開ループ系を構成する。

【００１９】ここで図１０に示したように眼球Ｅの瞳孔
Ｈの径より大きな光束径を持つ光を照射する閉ループ系
の場合では、縮瞳時に入射光量が減少して、瞳孔Ｈを大
きくする作用が働くため、瞳孔Ｈの縮瞳量の変化が緩慢
となるのに対して、図１１に示す瞳孔測定装置のような
開ループ系では入射光量が不変であるため、ステップ状
対光反応による瞳孔Ｈの大きさの変化において、図１３
に示すように閉ループ系の潜時ｔ１に比べて、図１１の
瞳孔測定装置では潜時ｔ２が短い（すぐに反応開始）。
また縮瞳量も閉ループ系に比べて大きく、縮瞳時間も短
い。つまり閉ループ系に比べて開ループ系を構成する図
１１の瞳孔測定装置の場合の方が鋭敏な反応を得ること
ができるという特徴がある。

【００２０】点灯させるべき可視光発光ダイオード４…
は撮像信号処理手段２によって算出された瞳孔Ｈの中心
位置ずれに応じて可視光発光制御手段３の制御により変
更される。

【００２１】ここで瞳孔位置ずれ検出の方法を図１４に
より説明する。

【００２２】図１４は固定視標点（例えば一つの可視光
発光ダイオード４）注視中の左右の眼球Ｅ１，Ｅ２の瞳
孔Ｈの中心位置の画面基準位置（画面の中心点）からの
ずれ（ΔＸＬ，ΔＹＬ）、（ΔＸＲ、ΔＹＲ）を画像処
理により夫々検出する原理を示しており、同図（ａ）の
（イ）（ロ）はＣＣＤカメラ７、７の眼球画像の画面中
心と、左右の眼球Ｅ１，Ｅ２の瞳孔Ｈの中心位置とが一
致した場合の画面を示しているが、保持手段を構成する
フレーム１が被験者の頭部に対してずれる場合、もしく
はある固定された対象を注視中に眼球運動が生じた場合
の、左右の眼球Ｅ１，Ｅ２の画像は、画面中心に対して
同図（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すようにずれる。図
（ｂ）は例えばフレーム１が右へ、同図（ｃ）はフレー
ム１が左へずれ、眼球Ｅ１，Ｅ２の画像が画面中心より
左や右へずれた場合を示し、また同図（ｄ）はフレーム
１が下部に、同図（ｅ）はフレーム１が上部にずれて眼
球Ｅ１，Ｅ２の画像が画面中心より上や下へずれた場合
を示す。

【００２３】従って撮像信号処理手段２は画像処理によ
り、左右の眼球Ｅ１，Ｅ２の瞳孔Ｈの中心位置のずれ量
(△ＸＬ，△ＹＬ）、(ΔＸＲ，ΔＹＲ）を算出し、その
算出した位置ずれの情報ＤＡを可視光発光制御手段３に
与えて、可視光発光ダイオード４の点灯を制御する。尚
瞳孔Ｈの中心位置がずれる場合、左右の眼球Ｅ１，Ｅ２
とも同一方向に同程度にずれるのが一般的である。この
ことより、左右のずれ量のうちどちらか一方のみの瞳孔
中心位置の計測により両眼のずれ量とすることも可能で
ある。

【００２４】可視光発光制御手段３が、撮像信号処理手
段２で算出されたずれ量に対応して可視光発光ダイオー
ド４…の点灯を制御する方法の原理を図１５に示す。図
１５において、保持手段であるフレーム１がずれるか若
しくは眼球運動が生起するなどの理由により測定対象の
眼球Ｅの位置が例えば図に示すように右にずれた場合、
眼球撮像手段のＣＣＤカメラ７によって、そのずれた眼
球Ｅが撮像され、上述のように撮像信号処理手段２によ
ってずれ量が算出されるのであるが、算出されたずれ量
に対応して、可視光発光制御手段３により発光させるべ
き可視光発光ダイオード素子を例えば図示するようにマ
トリクス状に配設された４₁…の可視光発光ダイオード
から４₆の可視光発光ダイオードへと変更させる。この
ようにして眼球Ｅの移動、もしくは保持手段であるフレ
ーム１がずれることによって瞳孔Ｈの中心位置がずれた
場合でも、適切な可視光発光ダイオード４を点灯させる
ことによって、可視光集光手段である集光レンズ５によ
って集光された全光束が瞳孔Ｈ内部に入射させることが
可能となる。

【００２５】可視光を用いた眼球の瞳孔Ｈの中心位置の
ずれを算出する原理は上述したとおりであるが、瞳孔Ｈ
の中心位置と赤外線発光ダイオード６…の眼球Ｅ表面上
の角膜反射像との相対的位置のずれによって瞳孔Ｈの中
心位置のずれ量を導出する方法を次に説明する。赤外線
発光ダイオード６を用いて瞳孔Ｈの位置ずれを検出する
方法は、瞳孔Ｈの中心位置の赤外線発光ダイオード６の
虚像（輝点）との相対的位置変化を画像処理により夫々
検出するもので、図１６（ａ）に示すように眼球Ｅの瞳
孔Ｈの中心と、ＣＣＤカメラ７の画面の中心が一致して
いる場合には角膜で反射される赤外線発光ダイオード６
…の虚像（輝点）６’は図示するように眼球Ｅの上下に
映ることなる（この場合赤外線発光ダイオード６…は上
下２列に配置されているものとし、ＣＣＤカメラ７は赤
外線カットフィルタなどを設けずに赤外線領域を撮像で
きるものとする）。

【００２６】ここで保持手段であるフレーム１がずれる
か若しくは眼球運動により瞳孔Ｈの中心位置がＣＣＤカ
メラ７の画面に関して左又は右に移動した場合、瞳孔中
心位置と赤外線発光ダイオード素子６…の眼球Ｅの角膜
表面上の虚像（輝点）６’との相対的位置関係が図１６
（ｂ）＜右への眼球運動＞又は同図（ｃ）＜左への眼球
運動＞に示すように変化する。この変化量をずれ量とし
て画像処理により算出することで位置ずれ量を可視光の
場合と同様に検出することができるのである。このずれ
量の情報ＤＡにより可視光発光ダイオード４…の点灯制
御を行うのは上述の通りである。

【００２７】図１７に特願平１１−１１５７２０号に記
載の別の瞳孔測定装置の概略構成を示す。

【００２８】この瞳孔測定装置は、瞳孔対光反応により
痴呆診断が可能であるという従来の知見を利用するもの
である。つまり、『史学敏、内山尚志、福本一朗「瞳孔
対光反応を用いた痴呆簡易検査法の研究」、医用電子と
生体工学，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．３，ｐｐ．２１０−２
１４，１９９８』の文献で示されるように、痴呆患者の
場合、健常者と比較して瞳孔対光反応時の縮瞳率が減少
し、縮瞳時間が長くなる。

【００２９】そこで図１７の瞳孔測定装置は、図１１の
構成を基本的な構成とし、撮像した画像から瞳孔対光反
応時の縮瞳率或いは縮瞳時間又はその両者或いは縮瞳率
を求める機能を撮像信号処理手段２に備え、例えば縮瞳
率の値と、メモリ等に登録してある痴呆患者と判定する
ための所定の値とを比較し、所定の値より小さいときに
被験者が痴呆であると診断する手段或いは、縮瞳時間の
値と、メモリ等に登録してある痴呆患者と判定するため
の所定の値とを比較し、所定の値より大きいときに被験
者が痴呆であると診断する手段又は、縮瞳率とメモリ等
に予め登録してある所定の値と比較して縮瞳率が所定の
値より小さいとき、又は縮瞳時間を予めメモリ等に登録
した所定の値と比較して縮瞳時間が所定の値より大きい
ときの少なくとも一方の場合に当該被験者が診断する手
段から構成される痴呆判定手段１０を設けて判定を行う
ことができるようにしたものである。

【００３０】しかしながら、上記特願平１１−１１５７
２０号に記載の瞳孔測定装置では、可視光の光束を集光
させる可視光集光手段が大きいものとなり、被験者が装
着するには負担が大きいといった問題があった。

【００３１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、閉ループ方式より鋭敏な反応が得られる開ルー
プ方式であって、可視光集光手段のコンパクト化が可能
な瞳孔測定装置を提供することを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の発明の瞳孔測定装置は、眼球の撮像を
行う撮像手段と、暗環境下においても前記撮像により眼
球の画像が得られるようにその眼球に向けて赤外線を照
射する赤外線発光手段と、可視光による前記眼球への照
射光の光束径を前記眼球の瞳孔径より小さくしその可視
光の光束を前記眼球の瞳孔内部に照射する可視光集光手
段と、前記撮像手段、赤外線発光手段および可視光集光
手段を保持する保持手段と、前記撮像で得られる眼球の
画像から瞳孔の大きさを算出する信号処理手段とを備
え、前記可視光集光手段は、可視光を照射する可視光発
光手段と、前記眼球の前方に配置され、前記眼球からの
赤外線を前記眼球撮像手段に反射するほか、前記可視光
発光手段からの可視光の一部を前記眼球の前方側に反射
するとともにその残部を透過させるハーフミラーと、こ
のハーフミラーの前方に配置され、このハーフミラーか
らの可視光を前記眼球側に反射するとともに、その反射
した可視光による前記眼球への照射光の光束径を前記眼
球の瞳孔径より小さくするように集光する凹面ミラーと
により成るのである。

【００３３】この構成では、可視光集光手段が可視光発
光手段、ハーフミラーおよび凹面ミラーで構成されるの
で、可視光集光手段のコンパクト化が可能になる。ま
た、可視光発光手段および撮像手段を眼球の近くに配置
することができ、この場合、保持手段の重心位置が眼球
に近くなるので、被験者の装着の負担を軽減することが
できる。

【００３４】なお、請求項１記載の瞳孔測定装置におい
て、可視光発光制御手段を備え、前記可視光発光手段は
可視光を生成する可視光発光素子を複数異なる位置に配
置して成り、前記信号処理手段は前記撮像で得られる眼
球の画像から瞳孔の大きさと瞳孔の位置若しくは瞳孔の
中心位置とを算出し、前記可視光発光制御手段は、可視
光の点灯／消灯制御を行うほか、前記信号処理手段で算
出された瞳孔の位置若しくは瞳孔の中心位置を利用して
前記複数の可視光発光素子のうち適切な可視光発光素子
を選択制御する構成でもよい（請求項２）。この構成に
よれば、閉ループ方式より鋭敏な反応を得ることができ
るほか、可視光集光手段のコンパクト化が可能になる上
に、計測が容易で、被験者に負担を与えることがない効
果を得ることができる。

【００３５】また、請求項１または２記載の瞳孔測定装
置において、前記凹面ミラーは凹面ハーフミラーであっ
てもよい（請求項３）。この構成によれば、例えば被験
者が前方の指標を見ることができ、被験者に指標に注目
するように促すことで、瞳孔の位置を把握しやすくな
る。また、被験者の視界が完全に遮断されないため、被
験者に与える不安感を軽減できる。さらに、可視光発光
制御手段を備える構成では、可視光発光制御手段による
一層正確な制御が可能になる。

【００３６】また、請求項１〜３のいずれかに記載の瞳
孔測定装置において、前記可視光発光手段は平面状に配
置された複数の可視光発光素子により成る構成でもよい
（請求項４）。この構成によれば、複数の可視光発光素
子を例えばプリント基板やフレキシブル基板に実装すれ
ばよいので、製作が容易になり、コスト低減が可能にな
る。

【００３７】また、請求項１〜３のいずれかに記載の瞳
孔測定装置において、前記可視光発光手段は凹面状に配
置された複数の可視光発光素子により成る構成でもよい
（請求項５）。この構成によれば、可視光の集光面を眼
球と同じ方向の湾曲面にすることができるので、可視光
発光手段の上下移動制御なしに可視光の光束をより確実
に瞳孔内部に照射することができる。

【００３８】また、請求項１〜５のいずれかに記載の瞳
孔測定装置において、前記可視光発光手段は前記眼球の
前方と直交する方向に移動自在に設けられる構成でもよ
い（請求項６）。この構成によれば、可視光の集光点を
眼球の前後方向に移動させることが可能になるので、可
視光の光束をより確実に瞳孔内部に照射することができ
る。

【００３９】また、請求項１〜６のいずれかに記載の瞳
孔測定装置において、前記保持手段は前記眼球の位置に
対して相対的に上下方向に移動自在に設けられる構成で
もよい（請求項７）。この構成によれば、汎用性の高い
瞳孔測定装置を実現することができる。

【００４０】また、請求項１〜７のいずれかに記載の瞳
孔測定装置において、前記保持手段は前記眼球の位置に
対して相対的に前後方向に移動自在に設けられる構成で
もよい（請求項８）。この構成によれば、汎用性の高い
瞳孔測定装置を実現することができる。

【００４１】また、請求項１〜８のいずれかに記載の瞳
孔測定装置において、前記ハーフミラーは中心水平軸に
対して回転自在に設けられる構成でもよい（請求項
９）。この構成によれば、汎用性の高い瞳孔測定装置を
実現することができる。

【００４２】さらに、請求項１〜９のいずれかに記載の
瞳孔測定装置において、前記可視光発光手段では前記可
視光発光素子以外の部分に反射防止の対策が施され、可
視光の光路内の空間に、反射防止の対策がなされた部材
が設けられる構成でもよい（請求項１０）。この構成に
よれば、可視光の反射を防ぐことで、各可視光発光素子
の集光点を一点にすることができ、可視光発光制御手段
を備える構成では、可視光発光制御手段による一層正確
な制御が可能になり、可視光の光束を瞳孔内部に確実に
照射することができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態に係
る瞳孔測定装置の構成図で、この図を用いて以下に第１
実施形態の説明を行う。

【００４４】図１に示す瞳孔測定装置は、撮像部１１、
赤外線発光部１２および可視光集光部１３を２組それぞ
れ両眼用として保持しテンプル部を具備する眼鏡型フレ
ームにより成る保持部１４と、各撮像部１１の撮像で得
られる眼球Ｅの画像から瞳孔Ｈの大きさを算出する信号
処理部１５とを備えている。なお、信号処理部１５は上
記２組に対して共通に設けられる構成でもよく、あるい
は上記２組のそれぞれに対して個別に設けられる構成で
もよい。

【００４５】撮像部１１は、眼球の撮像を行うものであ
って、（一方または他方の）眼球Ｅの前方上側に設けら
れるＣＣＤなどにより成り、赤外線を透過させるフィル
タ機能を有し、赤外線に対して感度を持つ。

【００４６】赤外線発光部１２は、眼球Ｅに上方斜めお
よび下方斜めから赤外線をそれぞれ照射する赤外線ＬＥ
Ｄ１２１，１２２により成り、暗環境下においても対応
する撮像部１１の撮像で眼球Ｅの画像が得られるように
その眼球Ｅに向けて赤外線を照射するものである。つま
り、赤外線ＬＥＤ１２１，１２２は被験者の視野を妨げ
ないように配置されているのである。

【００４７】可視光集光部１３は、可視光による眼球Ｅ
への照射光の光束径を眼球Ｅの瞳孔径より小さくしその
可視光の光束を眼球Ｅの瞳孔Ｈ内部に照射するもので、
眼球Ｅの前方下側に設けられ上方に可視光を照射する可
視光ＬＥＤ１３Ｄにより成る可視光発光部１３１と、眼
球Ｅの前方に配置され、眼球Ｅからの赤外線を対応する
撮像部１１に反射するほか、対応する可視光発光部１３
１からの可視光の一部を眼球Ｅの前方側（図では右側）
に反射するとともにその残部を透過させるコーティング
が施されて成るハーフミラー１３２と、このハーフミラ
ー１３２の前方に配置され、そのハーフミラー１３２か
らの可視光を眼球Ｅ側に反射するとともに、その反射し
た可視光による眼球Ｅへの照射光の光束径を眼球Ｅの瞳
孔径より小さくするように集光する凹面ミラー１３３と
により構成されている。

【００４８】つまり、本瞳孔測定装置は、各眼球Ｅの前
方に凹面ミラー１３３を配置し、この凹面ミラー１３３
と眼球Ｅとの間にハーフミラー１３２を、眼球Ｅからの
赤外線を上方に反射するように配置し、ハーフミラー１
３２で上方に反射された赤外線を受光するように撮像部
１１をハーフミラー１３２の上側に配置し、上方に可視
光を照射するように可視光発光部１３１をハーフミラー
１３２の下側に配置して成るのである。

【００４９】次に、第１実施形態の作用を説明する。可
視光集光部１３において、可視光発光部１３１から上方
に射出された可視光は、一部がハーフミラー１３２で眼
球Ｅの前方側に反射するとともに、その残部がハーフミ
ラー１３２を透過する。ハーフミラー１３２で前方側に
反射した可視光は、凹面ミラー１３３で眼球Ｅ側に反射
するとともに、一部がハーフミラー１３２を透過して眼
球Ｅに入射する。このとき、眼球Ｅに入射した可視光に
よる眼球Ｅへの照射光の光束径は、凹面ミラー１３３の
凹面形状により集光して眼球Ｅの瞳孔径より小さくな
る。これにより、開ループ方式の効果、すなわち閉ルー
プ方式より鋭敏な反応が得られる。

【００５０】他方、撮像系において、赤外線発光部１２
から射出された光は、一部が眼球Ｅの瞳孔部に入り、残
部が瞳孔部外で反射する。瞳孔部外の眼球Ｅなどで反射
した光は、ハーフミラー１３２で殆ど上方に反射して撮
像部１１に向かう。これにより、撮像部１１の撮像で眼
球Ｅの画像が得られる。また、このように赤外波長領域
の光を用いることで、被験者にそれを感知されることは
ない。

【００５１】以上、可視光集光部１３を設けることで、
閉ループ方式より鋭敏な反応を得ることができる。ま
た、可視光集光部１３を可視光発光部１３１、ハーフミ
ラー１３２および凹面ミラー１３３で構成することによ
り、可視光集光部１３のコンパクト化が可能になる。ま
た、撮像部１１、赤外線発光部１２および可視光集光部
１３を保持部１４で保持することで、頭部運動で各構成
要素がずれるのを防止することができる。さらに、撮像
部１１および可視光発光部１３１を眼球Ｅの近くに配置
することができ、この場合、保持部１４の重心位置が眼
球Ｅに近くなるので、被験者の装着の負担を軽減するこ
とができる。

【００５２】図２は本発明の第２実施形態に係る瞳孔測
定装置の構成図で、この図を用いて以下に第２実施形態
の説明を行う。

【００５３】図２に示す瞳孔測定装置は、撮像部１１、
赤外線発光部１２および可視光集光部２３を２組それぞ
れ両眼用として備えているとともに、信号処理部１５を
備えている。可視光集光部２３は、可視光発光部１３１
およびハーフミラー１３２を第１実施形態と同様に備え
ているほか、第１実施形態との相違点として可視光が一
部透過するハーフミラー構成の凹面ミラー２３３を備え
ている。すなわち、凹面ミラー２３３がハーフミラーに
なっている以外は、第１実施形態と同様に上記各部が構
成されているのである。

【００５４】この構成では、凹面ミラー２３３が可視光
を一部透過するハーフミラーになっているので、被験者
が前方のマーカ（指標）Ｄを見ることができ、被験者に
マーカに注目するように促すことで、瞳孔Ｈの位置を把
握しやすくなる。また、被験者の視界が完全に遮断され
ないため、被験者に与える不安感を軽減できる。さら
に、後述する複数の可視光ＬＥＤを有する瞳孔測定装置
に上記ハーフミラー構成の凹面ミラーを適用すれば、後
述の可視光発光制御部による一層正確な制御が可能にな
る。

【００５５】図３は本発明の第３実施形態に係る瞳孔測
定装置の構成図で、この図を用いて以下に第３実施形態
の説明を行う。ただし、第２実施形態と同様のものには
第２実施形態と同じ符号を付しその説明を省略する。

【００５６】図３に示す瞳孔測定装置は、撮像部１１、
赤外線発光部１２および可視光集光部３３を２組それぞ
れ両眼用として備えているとともに、図１１に示した撮
像信号処理手段２と同様の処理を行う信号処理部３５、
および同図に示した可視光発光制御手段３と同様の制御
を行う可視光発光制御部３６を備えている。

【００５７】可視光集光部３３は、ハーフミラー１３２
および凹面ミラー２３３を第２実施形態と同様に備えて
いるほか、第２実施形態との相違点として、平面状に配
置された複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄにより成り、これら
複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄが図１１に示した複数の可視
光発光ダイオート゛４として可視光発光制御部３６により
制御される可視光発光部３３１を備えている。

【００５８】この構成によれば、閉ループ方式より鋭敏
な反応を得ることができるほか、可視光集光部３３のコ
ンパクト化が可能になる上に、計測が容易で、被験者に
負担を与えることがない効果を得ることができる。ま
た、複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄをチップ型の素子でプリ
ント基板やフレキシブル基板に実装することにより、製
作が容易になり、コスト低減が可能になる。

【００５９】図４は本発明の第４実施形態に係る瞳孔測
定装置の構成図で、この図を用いて以下に第４実施形態
の説明を行う。ただし、第３実施形態と同様のものには
第３実施形態と同じ符号を付しその説明を省略する。

【００６０】図４に示す瞳孔測定装置は、撮像部１１、
赤外線発光部１２および可視光集光部４３を２組それぞ
れ両眼用として備えているとともに、信号処理部３５お
よび可視光発光制御部３６を備えている。

【００６１】可視光集光部４３は、ハーフミラー１３２
および凹面ミラー２３３を第３実施形態と同様に備えて
いるほか、第３実施形態との相違点として、凹面状に配
置された複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄにより成る可視光発
光部４３１を備えている。なお、図４の例において、Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれ中央、右、左の可視光ＬＥＤ
１３Ｄからの可視光の集光点を示す。

【００６２】この構成例のように、凹面状に配置された
複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄのうち、中心部側ほど可視光
ＬＥＤ１３Ｄの位置がより低くなり、周辺部側ほど可視
光ＬＥＤ１３Ｄの位置がより高くなるようにすれば、集
光点が眼球の形状に合うようにできる。

【００６３】図５は本発明の第５実施形態に係る瞳孔測
定装置の構成図で、この図を用いて以下に第５実施形態
の説明を行う。ただし、第３実施形態と同様のものには
第３実施形態と同じ符号を付しその説明を省略する。

【００６４】図５に示す瞳孔測定装置は、撮像部１１、
赤外線発光部１２および可視光集光部５３を２組それぞ
れ両眼用として備えているとともに、信号処理部３５お
よび可視光発光制御部３６を備えている。

【００６５】可視光集光部５３は、ハーフミラー１３２
および凹面ミラー２３３を第３実施形態と同様に備えて
いるほか、第３実施形態との相違点として、平面状に配
置された複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄにより成り、これら
複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄが上下方向に移動自在に設け
られる可視光発光部５３１を備えている。

【００６６】この構成では、複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄ
が上下方向に移動自在になっているので、複数の可視光
ＬＥＤ１３Ｄを上方に移動させると可視光発光部５３１
の集光点が後方に移動し、複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄを
下方に移動させると可視光発光部５３１の集光点が前方
に移動する。これにより、可視光発光部５３１の集光点
を前後方向に移動させることが可能になる。

【００６７】図６は本発明の第６実施形態に係る瞳孔測
定装置の構成図で、この図を用いて以下に第６実施形態
の説明を行う。

【００６８】図６に示す瞳孔測定装置は、撮像部１１、
赤外線発光部１２および可視光集光部３３を２組テンプ
ル部に対して上下方向に移動自在に保持する保持部６４
をさらに備える以外は、第３実施形態の瞳孔測定装置と
同様に構成される。つまり、図６の点線で囲まれた構成
要素を固定保持する図略の部材がテンプル部に対して上
下方向に移動自在になっているのである。

【００６９】この構成によれば、眼球Ｅの位置に対し
て、撮像部１１、赤外線発光部１２および可視光集光部
３３を上下方向に移動させることができ、汎用性の高い
瞳孔測定装置を実現することができる。

【００７０】図７は本発明の第７実施形態に係る瞳孔測
定装置の構成図で、この図を用いて以下に第７実施形態
の説明を行う。

【００７１】図７に示す瞳孔測定装置は、撮像部１１、
赤外線発光部１２および可視光集光部３３を２組テンプ
ル部に対して前後方向に移動自在に保持する保持部７４
をさらに備える以外は、第３実施形態の瞳孔測定装置と
同様に構成される。つまり、図７の点線で囲まれた構成
要素を固定保持する図略の部材がテンプル部に対して前
後方向に移動自在になっているのである。

【００７２】この構成によれば、眼球Ｅの位置に対し
て、撮像部１１、赤外線発光部１２および可視光集光部
３３を前後方向に移動させることができ、汎用性の高い
瞳孔測定装置を実現することができる。

【００７３】図８は本発明の第８実施形態に係る瞳孔測
定装置の構成図で、この図を用いて以下に第８実施形態
の説明を行う。ただし、第３実施形態と同様のものには
第３実施形態と同じ符号を付しその説明を省略する。

【００７４】図８に示す瞳孔測定装置は、撮像部１１、
赤外線発光部１２および可視光集光部８３を２組それぞ
れ両眼用として備えているとともに、信号処理部３５お
よび可視光発光制御部３６を備えている。

【００７５】可視光集光部８３は、可視光発光部３３１
および凹面ミラー２３３を第３実施形態と同様に備えて
いるほか、第３実施形態との相違点として、水平方向の
中心軸に対して回転自在に設けられるハーフミラー８３
２を備えている。なお、ハーフミラー８３２には第３実
施形態と同様のコーティングが施されている。

【００７６】この構成では、ハーフミラー８３２が回転
自在になっているので、眼球Ｅの位置が上下方向にずれ
た場合、その位置ずれを補正して眼球Ｅからの赤外光を
撮像部１１のＣＣＤの受光面上に合わせ直すことができ
る。例えば、眼球Ｅが上方にずれた場合、ハーフミラー
８３２を立てる側に回転し、眼球Ｅが下方にずれた場
合、ハーフミラー８３２を寝かせる側に回転すればよ
い。この構成によれば、汎用性の高い瞳孔測定装置を実
現することができる。

【００７７】図９は本発明の第９実施形態に係る瞳孔測
定装置の構成図で、この図を用いて以下に第９実施形態
の説明を行う。

【００７８】図９に示す瞳孔測定装置は、可視光発光部
３３１の可視光ＬＥＤ１３Ｄ以外の部分に反射防止の対
策が施され、可視光の光路内の空間に、反射防止の対策
がなされた覆い部材９７がさらに設けられる以外は、第
３実施形態の瞳孔測定装置と同様に構成される。

【００７９】例えば、複数の可視光ＬＥＤ１３Ｄがプリ
ント基板やフレキシブル基板に実装される場合、その基
板Ｂの実装面（図では上面）がつや消し黒の塗料で塗装
される。また、覆い部材９７は、図９の例では、眼球Ｅ
の近傍から、撮像部１１の受光部側先端、赤外線発光部
１２および可視光集光部３３を含む範囲に亘り、眼球Ｅ
の光軸回りを覆う形状に形成され、内面には反射防止材
を貼るなどして反射防止対策がなされている。

【００８０】この構成によれば、各可視光ＬＥＤ１３Ｄ
の集光点を一点（点状）にすることができ、可視光発光
制御部３６による一層正確な制御が可能になり、可視光
の光束を瞳孔Ｈ内部に確実に照射することができる。

【００８１】なお、上記第３〜第９実施形態では、可視
光を一部透過し残部を反射する凹面ミラー２３３が使用
される構成になっているが、第１実施形態と同様、光を
全反射する凹面ミラー１３３が使用される構成でもよい
のは言うまでもない。

【００８２】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、眼球の撮像を行う撮像手段と、
暗環境下においても前記撮像により眼球の画像が得られ
るようにその眼球に向けて赤外線を照射する赤外線発光
手段と、可視光による前記眼球への照射光の光束径を前
記眼球の瞳孔径より小さくしその可視光の光束を前記眼
球の瞳孔内部に照射する可視光集光手段と、前記撮像手
段、赤外線発光手段および可視光集光手段を保持する保
持手段と、前記撮像で得られる眼球の画像から瞳孔の大
きさを算出する信号処理手段とを備え、前記可視光集光
手段は、可視光を照射する可視光発光手段と、前記眼球
の前方に配置され、前記眼球からの赤外線を前記眼球撮
像手段に反射するほか、前記可視光発光手段からの可視
光の一部を前記眼球の前方側に反射するとともにその残
部を透過させるハーフミラーと、このハーフミラーの前
方に配置され、このハーフミラーからの可視光を前記眼
球側に反射するとともに、その反射した可視光による前
記眼球への照射光の光束径を前記眼球の瞳孔径より小さ
くするように集光する凹面ミラーとにより成るので、可
視光集光手段のコンパクト化が可能になる。また、可視
光発光手段および撮像手段を眼球の近くに配置すること
ができ、この場合、保持手段の重心位置が眼球に近くな
るので、被験者の装着の負担を軽減することができる。

【００８３】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の瞳孔測定装置において、可視光発光制御手段を備
え、前記可視光発光手段は可視光を生成する可視光発光
素子を複数異なる位置に配置して成り、前記信号処理手
段は前記撮像で得られる眼球の画像から瞳孔の大きさと
瞳孔の位置若しくは瞳孔の中心位置とを算出し、前記可
視光発光制御手段は、可視光の点灯／消灯制御を行うほ
か、前記信号処理手段で算出された瞳孔の位置若しくは
瞳孔の中心位置を利用して前記複数の可視光発光素子の
うち適切な可視光発光素子を選択制御するので、閉ルー
プ方式より鋭敏な反応を得ることができるほか、可視光
集光手段のコンパクト化が可能になる上に、計測が容易
で、被験者に負担を与えることがない効果を得ることが
できる。

【００８４】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２記載の瞳孔測定装置において、前記凹面ミラーは
凹面ハーフミラーであるので、例えば被験者が前方の指
標を見ることができ、被験者に指標に注目するように促
すことで、瞳孔の位置を把握しやすくなる。また、被験
者の視界が完全に遮断されないため、被験者に与える不
安感を軽減できる。さらに、可視光発光制御手段を備え
る構成では、可視光発光制御手段による一層正確な制御
が可能になる。

【００８５】請求項４記載の発明によれば、請求項１〜
３のいずれかに記載の瞳孔測定装置において、前記可視
光発光手段は平面状に配置された複数の可視光発光素子
により成るので、製作が容易になり、コスト低減が可能
になる。

【００８６】請求項５記載の発明によれば、請求項１〜
３のいずれかに記載の瞳孔測定装置において、前記可視
光発光手段は凹面状に配置された複数の可視光発光素子
により成るので、可視光発光手段の上下移動制御なしに
可視光の光束をより確実に瞳孔内部に照射することがで
きる。

【００８７】請求項６記載の発明によれば、請求項１〜
５のいずれかに記載の瞳孔測定装置において、前記可視
光発光手段は前記眼球の前方と直交する方向に移動自在
に設けられるので、可視光の光束をより確実に瞳孔内部
に照射することができる。

【００８８】請求項７記載の発明によれば、請求項１〜
６のいずれかに記載の瞳孔測定装置において、前記保持
手段は前記眼球の位置に対して相対的に上下方向に移動
自在に設けられるので、汎用性の高い瞳孔測定装置を実
現することができる。

【００８９】請求項８記載の発明によれば、請求項１〜
７のいずれかに記載の瞳孔測定装置において、前記保持
手段は前記眼球の位置に対して相対的に前後方向に移動
自在に設けられるので、汎用性の高い瞳孔測定装置を実
現することができる。

【００９０】請求項９記載の発明によれば、請求項１〜
８のいずれかに記載の瞳孔測定装置において、前記ハー
フミラーは中心水平軸に対して回転自在に設けられるの
で、汎用性の高い瞳孔測定装置を実現することができ
る。

【００９１】請求項１０記載の発明によれば、請求項１
〜９のいずれかに記載の瞳孔測定装置において、前記可
視光発光手段では前記可視光発光素子以外の部分に反射
防止の対策が施され、可視光の光路内の空間に、反射防
止の対策がなされた部材が設けられるので、各可視光発
光素子の集光点を一点にすることができ、可視光発光制
御手段を備える構成では、可視光発光制御手段による一
層正確な制御が可能になり、可視光の光束を瞳孔内部に
確実に照射することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る瞳孔測定装置の構
成図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る瞳孔測定装置の構
成図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係る瞳孔測定装置の構
成図である。

【図４】本発明の第４実施形態に係る瞳孔測定装置の構
成図である。

【図５】本発明の第５実施形態に係る瞳孔測定装置の構
成図である。

【図６】本発明の第６実施形態に係る瞳孔測定装置の構
成図である。

【図７】本発明の第７実施形態に係る瞳孔測定装置の構
成図である。

【図８】本発明の第８実施形態に係る瞳孔測定装置の構
成図である。

【図９】本発明の第９実施形態に係る瞳孔測定装置の構
成図である。

【図１０】従来の閉ループ系の瞳孔対光反応の説明図で
ある。

【図１１】特願平１１−１１５７２０号に記載の瞳孔測
定装置の構成図である。

【図１２】同上における開ループ系の瞳孔対光反応の説
明図である。

【図１３】同上と閉ループ系の従来例との比較説明図で
ある。

【図１４】同上の瞳孔位置ずれ検出の原理説明図であ
る。

【図１５】同上の瞳孔位置ずれに対応した可視光発光ダ
イオードの点灯制御の説明図である。

【図１６】同上の赤外線発光ダイオードの虚像を用いた
瞳孔位置ずれ検出の原理説明図である。

【図１７】特願平１１−１１５７２０号に記載の別の瞳
孔測定装置の構成図である。

【符号の説明】

１１ 撮像部 １２ 赤外線発光部 １２１，１２２ 赤外線ＬＥＤ １３，２３，３３，４３，５３，８３ 可視光集光部 １３１，３３１，４３１，５３１ 可視光発光部 １３２，８３２ ハーフミラー １３３，２３３ 凹面ミラー １４，６４，７４ 保持部 １５，３５ 信号処理部 ３６ 可視光発光制御部 ９７ 覆い部材

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 眼球の撮像を行う撮像手段と、 暗環境下においても前記撮像により眼球の画像が得られ
   るようにその眼球に向けて赤外線を照射する赤外線発光
   手段と、 可視光による前記眼球への照射光の光束径を前記眼球の
   瞳孔径より小さくしその可視光の光束を前記眼球の瞳孔
   内部に照射する可視光集光手段と、 前記撮像手段、赤外線発光手段および可視光集光手段を
   保持する保持手段と、 前記撮像で得られる眼球の画像から瞳孔の大きさを算出
   する信号処理手段とを備え、 前記可視光集光手段は、可視光を照射する可視光発光手
   段と、前記眼球の前方に配置され、前記眼球からの赤外
   線を前記眼球撮像手段に反射するほか、前記可視光発光
   手段からの可視光の一部を前記眼球の前方側に反射する
   とともにその残部を透過させるハーフミラーと、このハ
   ーフミラーの前方に配置され、このハーフミラーからの
   可視光を前記眼球側に反射するとともに、その反射した
   可視光による前記眼球への照射光の光束径を前記眼球の
   瞳孔径より小さくするように集光する凹面ミラーとによ
   り成る瞳孔測定装置。
2. 【請求項２】 可視光発光制御手段を備え、 前記可視光発光手段は可視光を生成する可視光発光素子
   を複数異なる位置に配置して成り、 前記信号処理手段は前記撮像で得られる眼球の画像から
   瞳孔の大きさと瞳孔の位置若しくは瞳孔の中心位置とを
   算出し、 前記可視光発光制御手段は、可視光の点灯／消灯制御を
   行うほか、前記信号処理手段で算出された瞳孔の位置若
   しくは瞳孔の中心位置を利用して前記複数の可視光発光
   素子のうち適切な可視光発光素子を選択制御する請求項
   １記載の瞳孔測定装置。
3. 【請求項３】 前記凹面ミラーは凹面ハーフミラーであ
   る請求項１または２記載の瞳孔測定装置。
4. 【請求項４】 前記可視光発光手段は平面状に配置され
   た複数の可視光発光素子により成る請求項１〜３のいず
   れかに記載の瞳孔測定装置。
5. 【請求項５】 前記可視光発光手段は凹面状に配置され
   た複数の可視光発光素子により成る請求項１〜３のいず
   れかに記載の瞳孔測定装置。
6. 【請求項６】 前記可視光発光手段は前記眼球の前方と
   直交する方向に移動自在に設けられる請求項１〜５のい
   ずれかに記載の瞳孔測定装置。
7. 【請求項７】 前記保持手段は前記眼球の位置に対して
   相対的に上下方向に移動自在に設けられる請求項１〜６
   のいずれかに記載の瞳孔測定装置。
8. 【請求項８】 前記保持手段は前記眼球の位置に対して
   相対的に前後方向に移動自在に設けられる請求項１〜７
   のいずれかに記載の瞳孔測定装置。
9. 【請求項９】 前記ハーフミラーは中心水平軸に対して
   回転自在に設けられる請求項１〜８のいずれかに記載の
   瞳孔測定装置。
10. 【請求項１０】 前記可視光発光手段では前記可視光発
    光素子以外の部分に反射防止の対策が施され、可視光の
    光路内の空間に、反射防止の対策がなされた部材が設け
    られる請求項１〜９のいずれかに記載の瞳孔測定装置。