JP2007232753A - 眼鏡仕様設定装置及び視野検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】眼鏡の製作条件を設定する際に、使用者の眼鏡使用状態を検出し、眼鏡フレームの選定或いは眼鏡レンズの製作を適正に行うことが可能な視野検出装置及びこれを用いた眼鏡仕様設定装置の提供。
【解決手段】予め設定した指標方向に向く被験者の視線移動状態を検出する視線移動状態検出手段と、被験者の矯正処方及び／又はレンズ形状を選択または入力する眼鏡処方データ入力手段と、上記眼鏡処方データ入力手段に基づいて矯正レンズ位置若しくはレンズ角度を決定するためのフレーム設計手段と、被験者の左右の眼球に対するレンズ位置やレンズ角度と視線移動状態とからレンズ仕様を設定するレンズ設計手段とを備える。
【選択図】 図５

Description

本発明は使用者が眼鏡を注文する際に、使用者の視線位置の個人差を眼鏡レンズの製作反映させるための眼鏡仕様設定装置及び視野検出装置に関する。

一般に眼鏡使用者が眼鏡を新規に製作する際には、視力その他の検眼結果に応じて矯正レンズ処方と、このレンズを装着する眼鏡フレームを使用者の好みに応じて選定し、これに検眼結果に応じたレンズを製作して装着している。このような従来の眼鏡製作方法では、矯正レンズは使用者の病理的処方に基づいて選定し、眼鏡フレームは使用者の嗜好など好みに応じて選定している。

このような従来の眼鏡製作方法では使用者個々の特性、例えば顔形状にマッチした眼鏡、或いは使用者の嗜好に応じた眼鏡の作成は困難であり、最近、眼鏡を構成する各パーツ部品を多数準備し使用者の好みに応じてパーツを選択し、嗜好に合った眼鏡フレームを製作するオーダメイドシステムが例えば特許文献１（特公平１−６０１２８号公報）に提案されている。同公報には眼鏡の耳当て、つる、ヒンジ（よろい）、フレーム、ブリッジ、ノーズパッド（鼻当てパッド）などの各パーツを多数の形状、色彩のなかから選択し、同時に使用者の眼鏡装着部の形状、寸法を測定する方法が提案されている。

ところがこのようなオーダメイドシステムでは出来上がった眼鏡の装着状態が把握できない欠点があり、例えば選択したブリッジの色彩が使用者個人に合うかどうか分からない問題がある。そこで特許文献２（特許第３５３７８３１号公報）にはフレームなどの眼鏡モデルの選定と、使用者の正面２次元画像と側面２次面画像に眼鏡モデルの画像を合成して表示し、装着状態をシミュレーションする試みが提案されている。
特公平１−６０１２８号公報 特許第３５３７８３１号公報

上述のように眼鏡を使用者の好みに応じて選定する際に、従来矯正レンズは検眼などの処方に基づいてその製作条件を設定し、眼鏡フレームは多数のサンプルフレームから使用者が選定するか、或いは前掲特許文献１のようにフレームを構成するパーツを使用者が選択して選定している。この為、眼鏡作成後にこれを使用者が装着して使用するとフレームと眼鏡レンズとがマッチしない、或いは例えば横方向の目的物を視認する際に適正に矯正されずにボケるなどの問題がある。

これは使用者個々の癖などで上下左右、横方向の目的物を見る際に顔面は正面を向き眼球のみを目的物方向に動かして視認する場合と、顔面を目的物の方向に動かして目的物を正面方向にして視認する場合がある。前者の傾向の強い使用者にあっては周辺の目的物を見る場合に歪み或いは焦点が合わずに疲れ易い問題がある。これは近視、遠視などの矯正レンズはその中心で収差が少なく最もよく見え、周辺では歪んでみえたり焦点が合わなかったりするレンズ製作時の収差が原因する。そこで本発明は、眼鏡注文時など眼鏡の製作条件を設定する際に、使用者の眼鏡使用状態を検出し、眼鏡フレームの選定或いは眼鏡レンズの製作を適正に行うことが可能な視野検出装置及びこれを用いた眼鏡仕様設定装置の提供をその主な目的としている。

本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を採用する。
まず本発明に係わる眼鏡仕様設定装置は、予め設定した指標方向に向く被験者の視線移動状態を検出する視線移動状態検出手段と、被験者の矯正処方及び／又はレンズ形状を選択または入力する眼鏡処方データ入力手段と、上記眼鏡処方データ入力手段に基づいて矯正レンズ位置若しくはレンズ角度を決定するためのフレーム設計手段と、被験者の左右の眼球に対するレンズ位置やレンズ角度と視線移動状態とからレンズ仕様を設定するレンズ設計手段とを備える。これによって被験者の視線移動状態検出手段で、目的物を視認する際の被験者の眼球動作を検出し、この視認動作とフレーム設計手段で選定する眼鏡フレームとがマッチングするか否か、若しくはこの視認動作にレンズ設計手段で設定するレンズ仕様を適合する眼鏡仕様の設定が可能である。

また、上記視線移動状態検出手段は、被験者の前方に配置された視線誘導ランプと、撮像カメラと、被験者の顔面に装着されたフェイスマーカとから構成し、撮像カメラで撮影したフェイスマーカに基づいて被験者の顔向き量を算出する顔向き算出手段と、視線誘導ランプの位置と顔向き量に基づいて、視線移動状態を算出する視野算出手段とから構成する。

更に本発明の視野検出装置は被験者の顔面の少なくとも３個所に装着するフェイスマーカ手段と、被験者の前方に配置され視線を所定方向に誘導する視線誘導手段と、被験者に装着された上記複数のフェイスマーカ手段を測距若しくは撮像するマーク位置検出手段とを備える。そして上記視線誘導手段の予め設定された視線目標に向く被験者の顔面姿勢を上記マーク手段の検出値から算出する演算手段を設ける。

本発明は、眼鏡装着状態で周辺の目的物を視認する際に、被験者の眼球の動きと顔面姿勢の動きの視線移動状態を観察することによって眼鏡フレームの選定時に好適なレンズ領域を設定することが出来る。つまり被験者が所定の目標点である視線誘導手段を視認する際に被験者の顔面姿勢を顔面３個所以上に装着したフェイスマーカをマーク位置検出手段で検出することにより眼鏡使用時の被験者個々の習性を知得することが出来る。

従って例えばレンズ枠の小さいフレームを選定した被験者が眼球を目的物方向に向け顔面姿勢を動かさない場合にはレンズ枠の大きいフレームに選定するなど装着時の使用状態に適合した眼鏡フレームの選定が可能となる。これと同時に上述のような習性の被験者用レンズは、その製作時にレンズ中心から周辺に向かって収差の少ない特性に製作することが可能で疲労感の少ない眼鏡の選定が可能である。またこれと逆に目的物の方向に顔面姿勢を動かし眼球を動かさない（視野が狭く顔面を目的物に向ける習性）被験者用レンズは、レンズ中心部の収差が少ないレンズを選定或いは製作することによって疲労感も、又焦点が合わないということがない。

更に、本発明は被験者の視線移動状態を眼鏡モデルなどの顔面に装着したマーク手段の位置を検出手段で検出するため、被験者の動きを感覚的に捉えることなく数値データ化して検出することが出来るため矯正レンズの研磨工程から個々の被験者に合致したレンズの製作が可能となるなど顕著な効果を奏する。

以下図示の好適な実施の態様に基づいて本発明を詳述する。図１は本発明の眼鏡仕様設定装置のシステム構成を示すブロック図であり、図２は視野検出装置に於けるフェイスマーカの装着状態図である。図１に於いて、Ａ１はコンピュータなどの制御ＣＰＵで構成される演算部、Ａ２は制御部、Ｂは測定部、Ｃはデータ入力部である。

このような装置構成で、本発明は被験者の顔面に装着するフェイスマーカ１４と、このフェイスマーカ１４に装備されたマーク手段（光源ランプ）１５とを備え、このフェイスマーカ１４のマーク手段１５をマーク位置検出手段２４（後述の撮像カメラ）で検出することによって被験者の目的物を視認する際の顔姿勢、例えば傾き角度を検出することを特徴としている。まずフェイスマーカ１４の構成を図２に基づいて説明すると、図示のフェイスマーカ１４は眼鏡形状のツル部１４ａとレンズ枠部１４ｂとを備えた測定治具で構成されている。

この眼鏡形状のフェイスマーカ１４には少なくとも３個所に検出部を形成するマーク１５が組み込まれている。このマーク手段１５は図３に示すように三角形の頂点を形成する３個所にＬＥＤランプ（図示のものは緑色光源）をレンズ枠部１４ｂに埋設して構成されている。そして被験者の顔面左端に位置する左ＬＥＤ１５ａと中央に位置する中央ＬＥＤ１５ｂと右端に位置する右ＬＥＤ１５ｃは図４に示す位置関係に配置されている。同図（ａ）の上面（平面）図に示すように被験者の視線方向に左右ＬＥＤ１５ａ，１５ｃに対し、中央ＬＥＤ１５ｂが前方に突出（図示のものは３５ｍｍ〜４０ｍｍ）し、同図（ｂ）の正面図に示すように左右ＬＥＤ１５ａ，１５ｃに対し、中央ＬＥＤ１５ｂは上方にオフセットした位置に配置されている。

従って同図（ｃ）に示すように被験者の視線方向で左右ＬＥＤ１５ａ，１５ｃは水平方向に、中央ＬＥＤ１５ｂはその上方に位置している。尚本発明にあってマーク１５はＬＥＤランプを眼鏡（測定治具）に埋設する場合を示したが、例えば眼鏡の一部に光源ランプを配置し、このランプから光ファイバーなどで所定位置が発光するように構成しても良い。尚、図４では中央のＬＥＤが左右ＬＥＤを結んだ線より上側に設けられているが、これは単に眼鏡治具の制作上の問題であり、機能的に相違するものではない。従ってこの三角形の頂点に位置する３つのＬＥＤランプの位置を検出することによってこれを装着した被験者の顔姿勢、例えば傾き角度を算出することが可能となる。この算出方法については後述する。

一方、被験者の前方には被験者の視線を誘導する視線誘導手段１０と被験者の顔面を撮影する撮像カメラ２４（前述のマーク位置検出手段）が配置される。視線誘導手段１０は中央ＬＥＤ１０ａと下ＬＥＤ２個１０ｂ、１０ｃと左ＬＥＤ１０ｄと右ＬＥＤ１０ｅで図５に示すレイアウトで被験者の前方に配置されている。つまり、被験者が視線を向ける目標点に相当する視線誘導手段１０は視習慣を知得するものであり、５つ以上の視線誘導用の視標となるＬＥＤを個人の生活環境に応じて任意の視角にセットできる構成とすることが好ましい。

図示のものは顔面の眼前方中心に中央ＬＥＤ１０ａ、左右水平方向で４０度方向に左ＬＥＤ１０ｄと右ＬＥＤ１０ｅ、眼の輻輳を伴う近方下方２０度方向に第１下ＬＥＤ１０ｂ、下方４０度方向に第２下ＬＥＤ１０ｃがそれぞれ配置してある。そして、上記視線誘導手段１０を第１のモード「何も指示せずに自然体で視標を視る時」、第２のモード「眼だけで視標を視る時」、第３のモード「顔位のみで視標を視る時」など測定パターンを変えることにより、個人の視習慣をより詳細に把握することができる。これらの測定パターンで被験者の習性を検知して、例えば眼鏡レンズの形状選択に使用し、或いは被験者に対する眼鏡使用時のアドバイスなどを行う。

以下に上述のフェイスマーカ手段１４を装着して上記視線誘導手段１０を視認する際のマーク１５の検出について以下説明する。図５に示すように、被験者Ｍのほぼ正面に撮像カメラ２４を配置する。この撮像カメラはモノクロカメラであっても良いがカラーカメラで構成し、フェイスマーカ１４のマーク１５に赤色或いは緑色等の色付きランプを使用し、これをカラーカメラで撮像する。そして、赤成分や緑成分を抽出するようにすれば、背景ノイズや眼球に映りこむ輝点等のノイズの影響を防ぐことができる。

上述の視線誘導手段１０で指示された目標点を視認する際の被験者の顔面姿勢を検出する方法について説明する。まず視線誘導手段１０は先に説明した５つのＬＥＤで例えば中央ＬＥＤ１０ａ→第１下ＬＥＤ１０ｂ→中央ＬＥＤ１０ａ→第２下ＬＥＤ１０ｃ→中央ＬＥＤ１０ａ→左ＬＥＤ１０ｄ→中央ＬＥＤ１０ａ→右ＬＥＤ１０ｅ→中央ＬＥＤ１０ａの順に自動的若しくはマウスクリックなど手動で各ＬＥＤランプを点灯させる。これらのＬＥＤから構成された視線誘導手段１０を試験者が視認する際の顔面姿勢を撮像カメラ２４で撮像する。

このため各点灯したＬＥＤランプを被験者が視認したとき、被験者の手元に配置したボタンスイッチ若しくはオペレータがマウスクリックなどでデータ確定（視線確定）の入力装置を操作する。するとこの視線確定の信号を受けて前記撮像カメラ２４は被験者の顔面画像を撮影する。

このような手順で、視線誘導手段１０のＬＥＤランプを、中央ＬＥＤ１０ａから左右ＬＥＤ１０ｄ，１０ｅ及び第１，第２下ＬＥＤ１０ｂ，１０ｃの各ランプを点灯し、被験者がその目標ＬＥＤを視認した視線確定の入力装置を操作し、確定時の顔面画像を撮影する。この顔面画像データはメモリに格納され、後述する顔面姿勢演算算出に備える。図示の装置は視線誘導手段１０のＬＥＤランプ点灯及び視線確定を自動的に行う自動測定モードを備えている。

この自動測定は例えば次のように実行する。まず、中央ＬＥＤ１０ａを点灯させる。予め定められた動作待ち時間後から、画像の撮影と後述の画像処理によるフェイスマーカ抽出処理の実行を開始する。この画像の撮影と画像処理は例えば０．１秒間隔で行い、時々刻々のフェイスマーカ角度を算出する。フェイスマーカ１４の角度が例えば±１°以内であると判断された期間が所定の安定待ち時間以上であったとき、フェイスマーカ角度の算出結果を確定して、中央ＬＥＤ１０ａを消灯し、第１下ＬＥＤ１０ｂを点灯させ、同様の処理を行う。次いで第１下ＬＥＤ１０ｂを消灯して中央ＬＥＤ１０ａを点灯し、順次ＬＥＤランプの点灯個所を移動しながら上述の撮影処理動作を連続して実行する。動作待ち時間は通常の被験者が所定のＬＥＤランプに視線を移動する動作時間を見込んで設定してあり、例えば０．７秒である。安定待ち時間は視線の方向が安定する（凝視している）最小時間を設定してあり、例えば０．５秒である。

上述の撮像カメラ２４で撮影した被験者の顔画像はフェイスマーカ１４のマーカ１５（左ＬＥＤ１５ａ、中央ＬＥＤ１５ｂ、右ＬＥＤ１５ｃ）が画面上最も明るくなる。この３点のＬＥＤが円形で中央が周囲より明るい輝点を画像抽出する。

［フェイスマーカＬＥＤと画像処理］
図３のようにフェイスマーカＬＥＤを配置することで、１台のカメラで撮像した画像から、フェイスマーカ１４の向きを求めることができる。同図（ａ）は中央ＬＥＤ１５ｂが突出していることで、フェイスマーカ１４が撮像カメラ２４に対して正面を向いている状態のときであり、同図（ｂ）はカメラから見て右を向いている場合図を、同図（ｃ）は左を向いている場合であり、正面下を向いている時は同図（ｄ）の画像が得られる。更に、左下を向きながらローテーション角度も加わった例を同図（ｅ）に示す。画像処理によって、撮像された画面から３個の輝点を検出し、２次元座標を求める。左右端の点を直線で結んだ時の（水平との）角度を求めると、フェイスマーカ１４のローテーション角度となる。

次に各図のｘｌ、ｘｒを求める。正面の場合、ほぼｘｌ＝ｘｒであり、右向きの場合ｘｌ＞ｘｒである。フェイスマーカ１４の横向き方向の角度は、例えば次式で求められる。
θ＝Ｆ（（ｘｌ−ｘｒ）／（ｘｌ＋ｘｒ））
尚、Ｆ（）は関数である。最も単純には比例式でも良い。また、アークタンジェント等で求めても良い。
また、フェイスマーカ縦方向の角度は例えば次式で求められる。
φ＝Ｇ（ｙｃ、（ｘｌ＋ｘｒ））
すなわち、左右端点の距離に対する、中央点の左右点を結ぶ直線までの距離ｙｃ、によって計算できる。Ｇ（）はその変換関数である。

なお、中央ＬＥＤ１５ｂの突起は、大きい方が角度変化に対する画像での変化量も大きいので感度は高い。しかしながら、突起量が大き過ぎると顔向きが大きくなった場合に、左右の点の外側にはみ出す可能性がある。この場合、左右の点か中央の点であるかの弁別が困難となる。例えば中央ＬＥＤ１５ｂを赤、左右ＬＥＤ１５ａ，１５ｃを緑にして、カラーカメラでの弁別することは可能である。

本発明の眼鏡仕様設定装置のシステム構成を示すブロック図。 視野検出装置に於けるフェイスマーカの説明図であり、図（ａ）はフェイスマーカの全体斜視図を示し、図（ｂ）は正面図を、図（ｃ）は装着状態図を示す。 フェイスマーカＬＥＤの配置図であり、図（ａ）は撮像カメラに対して正面を向いている状態を示し、図（ｂ）は撮像カメラから見て右を向いている場合を、図（ｃ）は左を向いている場合であり、図（ｄ）は正面下を向いている状態を示し、図（ｅ）は左下を向きながらローテーション角度も加わった状態図である。 マーク手段の配置図であり、図（ａ）は上面図を示し、図（ｂ）は正面図を、図（ｃ）は側面図である。 視線誘導手段と撮像カメラのレイアウト図であり、図（ａ）は被験者と撮像カメラとの配置を示し、図（ｂ）は視線誘導手段の構成図である。

符号の説明

１０ 視線誘導手段
１０ａ 中央ＬＥＤ
１０ｂ 第１下ＬＥＤ
１０ｃ 第２下ＬＥＤ
１０ｄ 左ＬＥＤ
１０ｅ 右ＬＥＤ
１４ フェイスマーカ
１５ マーク手段
１５ａ 左ＬＥＤ
１５ｂ 中央ＬＥＤ
１５ｃ 右ＬＥＤ
２４ 撮像カメラ（マーク位置検出手段）

Claims (4)

1. 予め設定した指標方向に向く被験者の視線移動状態を検出する視線移動状態検出手段と、
   被験者の矯正処方及び／又はレンズ形状を選択または入力する眼鏡処方データ入力手段と、
   上記眼鏡処方データ入力手段に基づいて矯正レンズ位置若しくはレンズ角度を決定するためのフレーム設計手段と、
   被験者の左右の眼球に対するレンズ位置やレンズ角度と視線移動状態とからレンズ仕様を設定するレンズ設計手段とを備えた眼鏡仕様設定装置。
2. 前記視線移動状態検出手段は、
   被験者の前方に配置されたランプなどの視線誘導手段と、
   撮像カメラと、
   被験者の顔面に装着されたフェイスマーカとから構成され、
   上記撮像カメラで撮影した上記フェイスマーカの位置に基づいて被験者の顔向き量を算出する顔姿勢算出手段と、
   上記視線誘導手段の位置と上記顔向き量に基づいて、視線移動状態を算出する視野算出手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の眼鏡仕様設定装置。
3. 被験者の顔面の少なくとも３個所に装着するフェイスマーカ手段と、
   被験者の前方に配置され視線を所定方向に誘導する視線誘導手段と、
   被験者に装着された上記複数のフェイスマーカ手段を測距若しくは撮像するマーク位置検出手段とを備え、
   上記視線誘導手段の予め設定された視線目標に向く被験者の顔面姿勢を上記マーク手段の検出値から算出する演算手段を有することを特徴とする視野検出装置。
4. 前記フェイスマーカ手段は、被験者に装着するツル部とノーズパッドとを有する眼鏡と、
   この眼鏡の少なくとも３個所に配設された光源ランプとで構成されることを特徴とする請求項３記載の視野検出装置。

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