JP2004038181A - 自動焦点調節補助眼鏡とそのキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　ある位置を注視しているときの両眼の状態と可変焦点レンズの制御量との対応関係を簡便に調整することができる自動焦点調節補助眼鏡、およびそのキャリブレーション方法を提供する。
【解決手段】　キャリブレーションが必要になった場合には、操作者は、まず、任意の対象物を注視する。操作者は、調節部を操作して、対象物が最も鮮明に見えるように、左右のレンズの焦点距離を調節する。これにより、任意の対象物に対して、レンズの焦点距離を適合させることができる。両眼状態検出部２は、このときの両眼それぞれの状態を検出する。このときの、両眼それぞれの状態と左右のレンズに対する制御量との対応を、記憶設定部に記憶する。この記憶内容に基づいて、可変焦点レンズ１の制御を行う。
【選択図】図１

Description

　本発明は自動焦点調節補助眼鏡とそのキャリブレーション方法に関するものである。

　人間の眼球では、注視する対象物の距離に応じて水晶体の厚さが変化して網膜上に鮮明な像が投影されるようになっている。しかし、水晶体厚さの調節可能範囲は、加齢にともなって狭くなる。そのため、日常の生活においても、見ようとする対象物の距離が焦点調節可能な範囲を超えてしまう場合がしばしば生じ、種々の作業が困難となる。 眼球における焦点調節能力を補うためには眼鏡が用いられている。そして、老齢化して焦点調節可能範囲が狭まってきた場合には、近見用と遠見用の２種類の眼鏡を選択使用する方法が一般的に用いられている。

　また、眼鏡レンズの上側の領域を遠見用に下側の領域を近見用にとレンズ焦点距離を１つのレンズの中で異ならせたものを介在させ、必要に応じて眼鏡に対する視線方向を意図的に変化させて遠見用、近見用を使い分ける方法が用いられている。 ２種類の眼鏡を選択使用する方法では、作業のため両手を使用するような場合には作業の続行が困難となる。また、近見用と遠見用のレンズを１つのレンズの中に組み込んだものでは眼鏡レンズに対する視線の移動と視線が注視点に合致させるように補正するための頭部運動が必要となるため意識を連続的に集中して行う作業等の場合にはしばしば作業に支障が生ずるなどの困難を伴う。

　このような困難を軽減するために、下記特許文献１に示された自動焦点調節眼鏡が提案されている。この技術では、両眼眼球の向きに基づいて、観察者から注視点(対象点)までの距離を検知する。この距離に応じて、可変焦点レンズの焦点距離を自動的に調節する。これにより、眼鏡の交換や、意図的な視線移動や頭部運動をしなくとも、遠見、近見の両範囲にわたり鮮明な像を観察できる。この眼鏡を使用することによって、腕が届く程度の範囲での作業(たとえばオフィスにおける事務作業や、工場における組立作業)のように、近い対象物と離れた対象物とを明瞭に観察して判断して操作するような場合に、その作業効率を著しく高めることができる。このような自動焦点調節眼鏡においては、使用中に取得される注視位置までの距離情報に基づいてレンズ焦点距離の制御を行なっている。このため、距離情報と制御量との対応関係を、その使用に先立ってあらかじめ設定しておく必要がある。

　そこで、簡便に距離情報と制御量との対応関係を求めることができる、特願２００２−０５４１６３に示された自動焦点調節眼鏡およびそのキャリブレーション方法が提案されている。前記自動焦点調節補助眼鏡では、注視点距離算出部と焦点距離制御部と調節部と記憶設定部を備えている。前記注視点距離算出部は、前記可変焦点レンズから注視点までの距離を算出するものである。前記焦点距離制御部は、前記可変焦点レンズの焦点距離を制御するものである。前記調節部は、前記可変焦点レンズの焦点距離を操作者の任意で調節するものである。前記記憶設定部は、前記調節部での調節によって得られた焦点距離における、前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの注視点距離とを対応して記憶するものである。

　ところが、特願２００２−０５４１６３に示されている自動焦点調節眼鏡およびそのキャリブレーション方法においては、可変焦点レンズから注視点までの距離情報を眼球から正しく求める必要がある。そのため、この技術では、前記注視点距離算出部のキャリブレーションを、まず、正しく行なう必要がある。また、前記注視点距離算出部は、キャリブレーション後に眼鏡が位置ずれを生じた場合でも正しく動作するように設計する必要がある。

特開２０００−２４９９０２号公報

　本発明は、前記の背景に基づいてなされたもので、ある位置を注視しているときの両眼の状態と可変焦点レンズの制御量との対応関係を簡便に調整することができる自動焦点調節補助眼鏡を提供することを目的としている。

　本発明の自動焦点調節補助眼鏡は、ある位置を注視しているときの両眼の状態を検出する検出手段と、焦点を調節できる可変焦点レンズと、前記両眼の状態に基づいて前記可変焦点レンズの焦点を調節する調節手段とを備えている。

　前記調節手段は、調節部と、記憶設定部とを備えることができる。前記調節部は、操作者が前記可変焦点レンズの焦点を任意に調節できるように構成されることが好ましい。前記記憶設定部は、前記調節部によって調節された前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態とを対応して記憶するように構成されることが好ましい。

　前記検出手段は、前記両眼の状態を光学的に検出するように構成されることができる。

　また、前記検出手段は、前記両眼の状態を、眼球を動かす筋肉の筋電に基づき検出するものであってもよい。

　さらに、前記検出手段は、前記両眼の状態を、眼球に帯電している電荷に基づき検出するものであってもよい。

　前記記憶設定部は、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態とから、制御量の補間データを生成するものであってもよい。

　前記記憶設定部は、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態のデータとに基づいて、ある両眼の状態での前記制御量を設定するものであってもよい。

　前記記憶設定部は、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態のデータとから得られた前記補間データに基づいて、ある両眼の状態での前記制御量を設定するものであってもよい。

　本発明のキャリブレーション方法は、可変焦点レンズを用いた自動焦点調節補助眼鏡のキャリブレーション法であって、前記可変焦点レンズで対象物を鮮明に見える状態もしくは、鮮明に見える限界の状態における前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態との対応に基づいて自動焦点調節補助眼鏡の制御量のキャリブレーションを行なうものである。

　また、本発明のキャリブレーション方法は、次の構成であってもよい。すなわち、この方法は、可変焦点レンズを用いた自動焦点調節補助眼鏡のキャリブレーション法であって、前記可変焦点レンズの制御量と、両眼の状態の対応があらかじめ設定されており、ついで、前記可変焦点レンズで対象物を鮮明に見える状態、もしくは、鮮明に見える限界の状態における、前記可変焦点レンズの制御量と前記両眼の状態の対応を記憶し、あらかじめ設定されている制御量とその後に記憶された制御量との差分に基づいて自動焦点調節補助眼鏡の制御量のキャリブレーションを行なうものである。

　この方法によりキャリブレーションが行なわれた後、さらに前記可変焦点レンズの制御量と、前記両眼の状態との対応を記憶し、キャリブレーションされた制御量またはあらかじめ設定された制御量とその後に記憶された制御量との差分に基づいて前記制御量のキャリブレーションを行なってもよい。

　前記した各キャリブレーション方法において、キャリブレーション時における視覚的条件を、当該キャリブレーションと関連づけて記憶し、前記視覚的条件に当てはまる場合に、その視覚的条件と関連づけられた制御量をキャリブレーションに用いることもできる。

　本発明によれば、両眼それぞれの状態と可変焦点レンズの制御量との対応関係を簡便に調整することができる可変焦点調節眼鏡を提供することができる。

　（実施形態の構成）
　以下、本発明の一実施形態に係る可変焦点調節眼鏡を、添付の図面に基づいて説明する。この可変焦点調節眼鏡は、図１および図２に示されるように、可変焦点レンズ１と、両眼状態検出部２と、焦点距離制御部３と調節部４と記憶設定部５とを主体として備えている。

　可変焦点レンズ１は、眼球７および８の前方に位置されるものである(図２参照)。なお、図２において符号９は、眼球７および８の注視点を示している。可変焦点レンズ１は、右用レンズ１１と左用レンズ１２とを含んでいる。これらの２枚の可変焦点レンズ１１および１２は、いずれも、２枚の透明板と、その内部に充填された透明体とを備えている(図３参照)。透明体は、変形可能であり、この変形によって焦点距離を調節できるようになっている。このような可変焦点レンズは、例えば特開２０００−２４９８１３号公報や前記した特許文献１に示されているので、詳細な説明は省略する。

　両眼状態検出部（検出手段）２は、両眼それぞれの状態を検出するものであり、右目用の眼球状態検出器２１と、左目用の眼球状態検出器２２とを備えている。ここで、眼球状態とは、眼球の方向、黒目の位置、眼筋電、眼球帯電などについての、検出可能な状態をいう。両眼状態とは、両眼についての眼球状態をいう。これらの眼球状態を検出する検出器は、視線方向の検出用として一般的に知られているので、詳しい説明は省略する。両眼状態検出部２は、両眼の視線の向きを取得できるものである。

　焦点距離制御部３は、アクチュエータ３１（図３参照）を備えている。焦点距離制御部３は、アクチュエータ３１の動作によって、可変焦点レンズ１の焦点を制御するものである。このような焦点距離制御部３の構成は、特許文献１に記載されたものと同様である。焦点距離制御部３は、例えば、可変焦点レンズ１またはその近傍に取り付けられている。

　調節部（調節手段）４は、可変焦点レンズ１の焦点距離を操作者の操作によって調節するものである。例えば、調節部４は、操作者が焦点距離を操作できる操作部（図示せず）を備えている。調節部４は、可変焦点レンズ１またはその近傍に取り付けられていてもよく、また、無線もしくは有線を用いて離れた位置から焦点距離を調節できるようになっていてもよい。調節部４は、焦点距離を無段階に調節できるようになっていても良く、あるいは、あらかじめ設定された段階ごとに調節できるようになっていてもよい。

　記憶設定部５は、調節部４での調節によって得られた可変焦点レンズ１の制御量と、そのときの両眼それぞれの状態（つまり検出部２で検出された値）とを対応して記憶するものである。記憶設定部５は、さらに、調節部４での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量１と、そのときの両眼の状態とから、制御量の補間データを生成するものとなっている。補間データの生成方法としては、例えば、最近傍の対応点における制御量を用いたり、近傍の複数の対応点における制御量の平均値を用いたり、線形内挿あるいは線形外挿して両目状態に対応した制御量を定める方法などがある。

　記憶設定部５は、さらに、調節部４での調節によって得られた可変焦点レンズ１の制御量と、そのときの両眼それぞれの状態とについてのデータに基づいて、または、これらから得られた前記補間データに基づいて、ある両眼状態での制御量を設定するようになっている。設定された制御量は、焦点距離制御部３に送られ、この制御量に従って制御が行われるようになっている。記憶設定部５は、例えば、可変焦点レンズ１またはその近傍に取り付けられている。

　（実施形態の動作）
　つぎに、本実施形態に係る自動焦点調節補助眼鏡の動作を説明する。自動焦点調節補助眼鏡は、対象物を見たときの両眼それぞれの状態を検出し、それにより、可変焦点レンズの焦点距離を制御するものである。

　キャリブレーションが必要となった場合には、操作者は、任意の対象物を注視する。そして、操作者は、調節部４を操作して、対象物が最も鮮明に見えるように左右のレンズを調節する（この操作を再調整またはキャリブレーションと称する）。これにより、操作者は、任意の対象物に対して焦点距離を適合させることができる。このときの両眼の状態は、両眼状態検出部２（具体的には右および左の検出器２１および２２）によって検出される。この状態（具体的には視線方向などの物理量）は、記憶設定部５に記憶される。一方、このときの、左右のレンズに対する制御量も、記憶設定部５に記憶される。両眼状態と制御量との関係を図４に概念的に示している。

　なお、前記の説明では、対象物を最も鮮明に見えるようにレンズを調節することとしたが、「対象物を鮮明に見ることのできる限界の状態」となるようにレンズ１のキャリブレーションを行うこともできる。ここで、「対象物を鮮明に見ることのできる限界の状態」とは、操作者の眼における、「自力での焦点調節可能範囲の端」を意味する。

　より具体的な使用例を図５に示す。図５（ａ）は、既に記憶設定部５に記憶されている、両眼状態（対象物への距離に対応）と制御量との対応関係である。これに対して、この実施形態では、任意の数点において、これらの対応関係を再調整することができる。個々の点における再調整方法は、図４を用いて説明した方法と基本的に同様である。ただし、この例においては、あらかじめ設定された制御量（図５（ａ））とその後に記憶された制御量（図５（ｂ））との差分に基づいて再調整を行なう。つまり、まずは、あらかじめ設定された制御量に基づいて制御を行ない、ついで、そこから最適値までの差分を、調節部の操作により取得する。この差分を用いて、制御量の再調整を行なう。このようにすると、調節部の操作により制御量を取得するための時間を短縮することができる。

　別の使用例を図６に示す。この例では、任意の一点を見た状態でまず再調整を行なう。続いて、他の一点について再調整を行なう。このように、異なる位置を見ながら再調整する作業を繰り返す。この方法によって、近距離（図６（ａ））、中距離（図６（ｂ））、遠距離（図６（ｃ））という異なる位置を見ながら、キャリブレーションを逐次行なうことができる。また、この例においても、図５の場合と同様に、差分を用いて調整することができる。このようにすると、ある一点での調整によって制御量が調節された後、その調節された制御量と最適値との差分を用いて設定ができるので、調整された制御量を取得するための時間をさらに短縮しうるという利点がある。

　このようにして、両眼それぞれの状態と制御量との対応関係を再調整することができる。実際に計測していない点においては、任意の補間方法により補間することができる。

　このようにして再調整された自動焦点調節眼鏡を使用する場合には、通常の自動焦点調節眼鏡と同様に使用することができる。すなわち、再調整された対応関係が記憶設定部５に記憶されるので、それを用いて焦点距離の調節を行なうことができる。

　この実施形態では、両眼それぞれの状態と可変焦点レンズの制御量との対応関係を簡便に再設定することができる。また、使用者の視覚特性や可変焦点レンズの制御特性が変化しても、対応関係を簡便に修正することができる。さらには、ある人の自動焦点調節眼鏡を別の人のために設定し直すことさえ可能となる。

　なお、前記した実施形態では、両眼それぞれの状態と可変焦点レンズの制御量との対応関係をあらかじめ格納しておくものとしたが、最初からそのようなデータを有しない構造としてもよい。この場合、前記した方法によって取得した対応関係だけを用いればよい。また、前記したキャリブレーションのための制御量を取得する場合には、取得した時の視覚的条件(例えば朝、昼、夕などの時間的条件や疲労などの身体的条件)を、制御量とともに、記憶設定部により記憶しておくこともできる。そのようにすれば、使用者の視覚的条件が、記憶された条件と一致したときに、その条件に適した制御量を用いることができる。

　なお、前記した構成要素を動作させるための電源はレンズの近傍に配置してもよく、離れた位置に配置しても良い。

　前記実施形態の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。例えば、前記した各構成要素は、機能ブロックとして存在していればよく、独立したハードウェアとして存在しなくても良い。また、実装方法としては、ハードウェアを用いてもコンピュータソフトウェアを用いても良く、複数の機能ブロックが一つのハードウェアによって構成されていてもよい。また、本発明における一つの機能要素が複数の機能要素の集合によって実現されても良く、本発明における複数の機能要素が一つの機能要素により実現されても良い。

　さらに、本発明の自動焦点調節補助眼鏡とそのキャリブレーション方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の一実施形態に係る可変焦点調節眼鏡の概略的な構成を説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる可変焦点調節眼鏡の使用状態における説明図である。 可変焦点レンズの概略的な断面図である。 可変焦点調節眼鏡の使用方法を説明するためのグラフである。 可変焦点調節眼鏡の使用方法を説明するためのグラフである。 可変焦点調節眼鏡の使用方法を説明するためのグラフである。

符号の説明

　１　可変焦点レンズ
　１１　右用の可変焦点レンズ
　１２　左用の可変焦点レンズ
　２　両眼状態検出部
　２１　右目状態検出部
　２２　左目状態検出部
　３　焦点距離制御部
　３１　アクチュエータ
　４　調節部
　５　記憶設定部
　７・８　眼球
　９　注視点

Claims (12)

1. 　ある位置を注視しているときの両眼の状態を検出する検出手段と、焦点を調節できる可変焦点レンズと、前記両眼の状態に基づいて前記可変焦点レンズの焦点を調節する調節手段とを備えたことを特徴とする自動焦点調節補助眼鏡。
2. 　前記調節手段は、調節部と、記憶設定部とを備えており、前記調節部は、操作者が前記可変焦点レンズの焦点を任意に調節できるように構成されており、前記記憶設定部は、前記調節部によって調節された前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態とを対応して記憶するものであることを特徴とする請求項１記載の自動焦点調節補助眼鏡。
3. 　前記検出手段は、前記両眼の状態を光学的に検出するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動焦点調節補助眼鏡。
4. 　前記検出手段は、前記両眼の状態を、眼球を動かす筋肉の筋電に基づき検出するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の自動焦点調節補助眼鏡。
5. 　前記検出手段は、前記両眼の状態を、眼球に帯電している電荷に基づき検出することを特徴とする請求項１または２に記載の自動焦点調節補助眼鏡。
6. 　前記記憶設定部は、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態とから、制御量の補間データを生成するものであることを特徴とする請求項２記載の自動焦点調節補助眼鏡。
7. 　前記記憶設定部は、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態のデータとに基づいて、ある両眼の状態での前記制御量を設定するものであることを特徴とする請求項２に記載の自動焦点調節補助眼鏡。
8. 　前記記憶設定部は、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態のデータとから得られた前記補間データに基づいて、ある両眼の状態での前記制御量を設定するものであることを特徴とする請求項６に記載の自動焦点調節補助眼鏡。
9. 　可変焦点レンズを用いた自動焦点調節補助眼鏡のキャリブレーション法であって、前記可変焦点レンズで対象物を鮮明に見える状態もしくは、鮮明に見える限界の状態における前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの両眼の状態との対応に基づいて自動焦点調節補助眼鏡の制御量のキャリブレーションを行なうことを特徴とするキャリブレーション方法。
10. 　可変焦点レンズを用いた自動焦点調節補助眼鏡のキャリブレーション法であって、前記可変焦点レンズの制御量と、両眼の状態の対応があらかじめ設定されており、ついで、前記可変焦点レンズで対象物を鮮明に見える状態、もしくは、鮮明に見える限界の状態における、前記可変焦点レンズの制御量と前記両眼の状態の対応を記憶し、あらかじめ設定されている制御量とその後に記憶された制御量との差分に基づいて自動焦点調節補助眼鏡の制御量のキャリブレーションを行なうことを特徴とするキャリブレーション方法。
11. 　請求項１０記載の方法によりキャリブレーションが行なわれた後、さらに前記可変焦点レンズの制御量と、前記両眼の状態との対応を記憶し、キャリブレーションされた制御量またはあらかじめ設定された制御量とその後に記憶された制御量との差分に基づいて前記制御量のキャリブレーションを行なうことを特徴とするキャリブレーション方法。
12. 　請求項９〜１１のキャリブレーション方法において、キャリブレーション時における視覚的条件を、当該キャリブレーションと関連づけて記憶し、前記視覚的条件に当てはまる場合に、その視覚的条件と関連づけられた制御量をキャリブレーションに用いることを特徴とするキャリブレーション方法。
    

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