JP2007536043A - 人の視覚挙動を決定するための方法と装置、並びに眼鏡用レンズのカスタマイズ法 - Google Patents
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Abstract
Description
40歳を超えると老眼又は遠視になる人は比較的多い。これは、その人が異なる距離で目の焦点を合わせる能力を失うことを意味し、特に近距離での視力損失の形で現れる。
通常、老眼の人は、視距離に応じて複数の異なる補正を必要とする。このような補正を提供するレンズの種類の1つが二焦点(又は多焦点)レンズであり、少なくとも2つの明確に区別された領域、即ち遠視野用の上部領域及び近視野用の下部領域を備える。着用者にとって二焦点レンズの最も不愉快な特徴の1つは、これらの領域を分割する、目に見える線である。
累進屈曲レンズでは、二焦点レンズの場合とは逆に、目に見える線も突然の倍率変化もないが、これらの利点が得られる代わりに、レンズ周辺部に光学的欠陥の全くない漸進型の表面を形成することが不可能であるため、周辺部の色収差が増大するという欠点が生じる。
近年は、累進屈曲表面の形状、その設計のソフトウェア、及びレンズ製造技術の進歩により、周辺色収差を減少させることが可能となり、その理論的限度に近づけることができるようになっている。
累進屈曲レンズの設計における最近の傾向は、着用者の反応を改善することを目的としたレンズのカスタマイズを指向している。これは現在、数値制御機械加工とコンピュータを援用した製造技術が進歩したことにより実行可能である。
このようなカスタマイズは、何らかの手段により個人の眼球及び頭部の運動パターンを計測することに基づく。眼球運動と頭部の運動との協調は、個人の挙動、個人的な視野戦略の結果であることが立証されている。眼球を多く動かし頭部はあまり動かさない人から、頭部を多く動かし眼球はあまり動かさない人まで、全ての種類の視覚挙動が見出された。
例えば、読書のために主に眼球を動かす老眼の人は、比較的広い近距離視野領域と比較的長い遷移領域(滑らかな遷移が可能)とを含むように設計された累進屈曲レンズの方に適応し易く、主に頭部を動かす人には、比較的狭い近距離視野領域と比較的短い遷移領域(急転的遷移)とを有するレンズの方がよい。
国際特許公開WO01/62139は、一連の視覚運動を実行している間のレンズ着用者の頭部の動きを決定する運動検出システムを用いてレンズを設計する方法に関する。この場合、コンピュータが、計算アルゴリズムを用いて着用者の眼球の動きを推定する。得られたデータと、着用者の個人情報とを組み合わせて、着用者を視覚挙動の1つのカテゴリーに分類する。最後に、所定の関係に基づいて、コンピュータプログラムが、着用者の視覚挙動のカテゴリーに合う累進屈曲レンズを選択する。
複雑な視作業を実行している間の着用者の視覚挙動に関して確実にカスタマイズされたレンズを得ることを目的として、本発明の第1の態様は人の視覚挙動を決定するための方法であり、この方法は、視作業を実行している間の人の眼球の少なくとも一方の眼球運動を記録するステップ、異なる時点の頭部に対する眼球の相対的方位を決定するステップ、及び各方位に眼球が保持されていた時間の量を決定するステップを含む。この時間量は、異なる視作業に対して最も頻繁に記録された眼球の方位及び最も多く用いられたレンズ領域を十分な精度で決定する。
普通、眼球方位は視野線方位に等しく、眼球方位の座標は、基準平面に対する視野線の水平角及び基準平面に対する視野線の垂直角である。このとき、頭部に対する眼球の相対的方位が、視野線方位から頭部方位をベクトル減算することによって決定される。
好ましい一実施形態では、各方位に眼球が保持されていた時間の量は、前記方位の記録を有限区間にグループ分けすること及び各区間に含まれる記録量をグループ分けすることによって求められる。
上記グラフに関連して、方位平面を有限区間に分離し、各有限区間に含まれる方位の記録の量を計数し、方位の記録の量に応じた高さを有する三次元のヒストグラムを方位平面上に描くことが有用である。別の選択肢として、各区間を色分けし、方位の記録の量の関数である頻度を示すことができる。このようなグラフ化を行うことにより、最も頻繁に起こる眼球方位が一目瞭然となる。
また、分離された各方位に視野線が保持されていた時間の量に応じた高さを有し、視野が前記方位に固定されていた記録の量に応じた色を有する、三次元の組み合わせグラフを作成することは興味深い。
有利には、視作業は、1つ又は複数の異なる距離の先を注視するときの人の頭部及び眼球の移動性を検査するための、一連の視覚運動を含む。
人の視覚挙動の調査は、異なる視作業に対する人の反応を検査することにより完了する。
一実施形態では、個人の頭部の運動を感知するデバイスは、ユーザの頭部に保持される少なくとも2つの発光素子、及び前記発光素子の感知手段を備える。好ましくは、前記発光素子の感知手段は、頭部の立体的マッピングを行うことができるように配置された少なくとも2つのカメラを備える。
好適な一実施形態では、前記表示手段は、上半分と下半分に分割されたスクリーンを備え、上半分のスクリーンと下半分のスクリーンはユーザから異なる距離に位置する。通常、上半部のスクリーンがユーザの近くに位置し、そのため光点が前記下半分のスクリーンに移動するとユーザは眼球を近づけるために前方に乗りださなければならない。
好適な一実施形態では、制御デバイスは、発光素子に対するユーザの眼球の角膜の相対的な位置を決定する手段を備える。眼球の絶対的位置はこのようにして求められる。
本明細書に開示される内容に対する理解を深めるために、非限定的な例示のみを目的とする、実施形態の実用モードを図式的に示す図面を添付する。
本発明の一実施形態に従って人の視覚挙動を決定するための方法を実行する装置1について以下に説明する。
図1に示すように、装置1は、視作業を実行している間の個人の頭部の動き(方位)を感知するデバイス10、視作業を実行している間の視野線の方位を感知するデバイス20、及び前記感知デバイスからのデータを記録して処理するコンピュータ又は演算システム30を備える。本明細書の残りの部分において、眼球の方位に言及する場合、それは視野線の方位に関する。
本方法の目的は、異なる時点の頭部に対する眼球の相対的方位を決定すること、及び各方位に眼球が保持されていた時間の量を決定することである。この場合、各方位に眼球が保持されていた時間の量は、近接度によりグループ分けされた方位の有限区間内に眼球が固定保持されていた時間の計測値又は推定値を含む。
頭部に対する眼球の相対的方位は、外部基準に対する頭部の方位と視線が向けられている点の位置から計算される。頭部の方位は、デバイス10と頭部−頸部−胴体の運動学的連鎖の生体力学的モデルとを用いて得られる。視線が向けられている点の位置は、デバイス20を用いて得られ、眼球−頭部の生体力学的モデルから視線の方向の方位が得られる。これらの生体力学的モデルは、コンピュータ30の演算ソフトウェアに含まれている。
本発明の別の実施形態に従って人の視覚挙動の決定を可能にするアッセイを実行する装置を図7及び図10に示す。前記装置は、個人の頭部に装着されるヘアバンド50、計測デバイス60、及び制御デバイス70を備える。
計測デバイス60は更に、上半分のスクリーン611の両側にそれぞれ、個人の頭部に対向するカメラ63を有し、カメラ63は、個人がスクリーン61の正面の適切な位置に座って頭部にヘアバンド50を適切に装着したとき、LED51からの光と、視差によりその位置とを検知する。
この装置の操作は以下のように行う。実行すべきアッセイを受ける人を、ヘアバンド50を眉の上にしっかりと装着させて、上半分のスクリーン611から約50cmの距離に座らせる。個人とヘアバンドの両方が2つのカメラ63の間のできるだけ中央に位置するようにする。カメラ63は、個人の頭部を正確に狙う必要がある。2つのカメラ63は、視差により個人の頭部の立体的マッピングを提供する。
このアッセイに特定の作業は以下のように進められる。前記作業は、個人による、スクリーン61上を連続的に移動する光点の軌跡の追跡からなる。この移動経路は、上半分のスクリーン611と下半分のスクリーン612とを区別しない。即ち、両方の半スクリーンの間で連続性を保つ。下半分のスクリーン612が上半分のスクリーン611より個人に近いことにより、下半分のスクリーン612を通り抜けた光点を追うためには、下半分のスクリーン612が上半分のスクリーン611の単なる延長である場合よりも大きく前かがみにならなければならないため、作業を行う間の個人の視野線方位の範囲拡大が可能になる。
視作業の間、眼球と頭部の両方の動きは自然でなければならない。即ち、個人の挙動がその人自身の自然な視覚戦略を表すように、個人は非緊張状態にあることが必要である。視作業が正しく実行及び記録されていることを確認するための表示器が存在する。それらは例えば、作業実行中にLED51が正しく検知されていることを確認する信頼性指示器、ヘアバンドが正しく中心にあることを確認するローバスト性指示器、又は作業実行中に異常と考えられる動きを個人がしなかったことを確実にする自然状態指示器である。アッセイを承認するために、これら3つの指示器は正しいと考えられる値を提示しなければならない。
特定のデータ圧縮アルゴリズムにより、視覚マップに含まれる情報を符号化し、それをコンパクト且つ安全な方法でレンズ製造工場へ送信できる。特に、前記アルゴリズムは、適切なあらゆる手段、例えば、紙に印刷したデータを用いるか、又はコンピュータから直接電話回線を使用して、工場に送付可能な独特の英数字コードを提供することができる。
当然ながら、視覚マップを構築するために説明した本方法は、眼球の方位だけでなく、一時的に連続する方位のあらゆる組を検査する目的にかなうものであり、例えば、頭部の回転及び屈折にも適用できる。
三次元のヒストグラムの組合せ及び視覚マップも取得できる。例えば、高さが、各方位(個別の)に視野線が保持されていた時間の量を表わし、色がこの方位に記録された固定の数を表す三次元グラフ表示は有用である。
前記第1のレベルのカスタマイズの結果を用いて、着用者が含まれる人口集団に最も適切なレンズを決定することができる。
この情報に基づき、個人の身体的特徴、癖、及び好みだけでなく、個人の眼球及び頭部の動きから得られた視覚挙動をも考慮して、各着用者用にカスタマイズされたレンズを設計することができる。特に、視覚マップは、最も頻繁に起こる眼球の方位、従って最も使用されるレンズ領域を示す。
本発明について、複数の実施形態に言及して説明したが、本技術分野の当業者が変更を加えることは可能であり、一部の構成要素を他の技術的に同等な要素に置換することも可能であり、これらも特許請求の範囲によって定義される保護範囲に含まれる。
例えば、上述の装置に、得られた結果のプリントアウト又は画像を提供する印刷手段を組み込むことができることは明らかである。
最後に、本発明による装置の種々のデバイスは、本技術分野の当業者に自明の方法により内蔵型とすることができる。
Claims (30)
- 人の視覚挙動を決定するための方法であって、視作業を実行している間の人の頭部の動きを記録するステップを含み、視作業を実行している間の人の少なくとも1つの眼球運動を記録するステップ、異なる時点の頭部に対する眼球の相対的方位を決定するステップ、及び各方位に眼球が保持されていた時間の量を決定するステップを更に含むことを特徴とする方法。
- 眼球運動を記録するステップが、視野線の方位を決定するステップを含むことを特徴とする、請求行1に記載の方法。
- 眼球方位の1つの座標が、基準平面に対する視野線の水平角であることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 眼球方位の1つの座標が、基準平面に対する視野線の垂直角であることを特徴とする、請求項2又は3に記載の方法。
- 頭部に対する眼球の相対的方位が、視野線方位から頭部方位をベクトル減算することによって求められることを特徴とする、請求項2ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- 各方位に頭部が保持されていた時間の量が、前記方位の記録を有限区間にグループ分けすること、及びそこに含まれる方位に眼球が保持されていた時間の量をこれらの区間の各々に割り当てることによって求められることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。
- 各方位に頭部が保持されていた時間の量が、前記方位の記録を有限区間にグループ分けすること及び各区間に含まれる記録量をグループ分けすることによって求められることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法。
- 頭部に対する眼球の相対的方位の記録の組のグラフを描き、頭部の第1の基準平面に対する視野線の水平角(α)を第1軸上に表し、頭部の第2の基準平面に対する視野線の垂直角(γ)を第2軸上に表すステップであって、前記第1及び第2軸が方位のベクトル空間又は平面を定義するステップを含むことを特徴とする、請求項4ないし7のいずれか1項に記載の方法。
- 方位平面を有限区間に分離するステップ、各有限区間に含まれる方位の記録の量を計数するステップ、及び前記方位の記録の量を高さで表わす三次元のヒストグラムを方位平面上に表すステップを含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 方位平面を有限区間に分離するステップ、各有限区間に含まれる方位の記録の量を計数するステップ、及び前記方位の記録の量の頻度に応じて各区間に色を付けるステップを含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 人が視線を移動させる瞬間と視線を固定する瞬間とに従って、眼球方位を異なるグラフ表記で表すステップを含むことを特徴とする、請求項9又は10に記載の方法。
- 分離された各方位に視野線が保持されていた時間の量が高さで表わされ、前記方位に視線が固定されていた記録の量が色で表わされる組み合わせ三次元グラフを作成するステップを含むことを特徴とする、請求項8ないし11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記グラフ表記が、複数の異なる視作業について得られた結果を合成することによって得られることを特徴とする、請求項9ないし12のいずれか1項に記載の方法。
- 頭部の動きを記録するステップが、電磁式、超音波式、ジャイロスコープ式、又は画像処理式デバイスから選択された、少なくとも2自由度を有する運動感知デバイスの使用を含むことを特徴とする、請求項1ないし13のいずれか1項に記載の方法。
- 視野線方位の決定が、赤外線式又は画像処理式の、少なくとも2自由度を有する視線感知デバイスの使用を含むことを特徴とする、請求項2ないし14のいずれか1項に記載の方法。
- 視作業が、1つ又は複数の異なる距離の先を注視するときの、人の頭部及び眼球の移動性を検査するために設計された、一連の視覚運動を含むことを特徴とする、請求項1ないし15のいずれか1項に記載の方法。
- 人の視覚挙動を調査するために、同じ視作業から異なる視作業へ移行する際の、反応を検査することを特徴とする、請求項1ないし16のいずれか1項に記載の方法。
- 眼鏡フレーム着用者の視覚挙動を決定するステップを含む、眼鏡フレーム用レンズのカスタマイズ方法であって、請求項1ないし17のいずれか1項の記載内容に従って前記ステップを実行することを特徴とする方法。
- 着用者の身体的特性、好み、癖、及び必要性を試験するステップを含むことを特徴とする、請求項18に記載の方法。
- 人の視覚挙動を決定するための装置であって、視作業を実行している間の人の頭部の方位を感知するデバイス(10;50、63)を備え、視作業を実行している間の人又はユーザの視野線の方位を感知するデバイス(20;61)、前記デバイスからのデータを記録する手段、異なる時点の頭部に対する眼球の相対的方位を決定する手段、及び各方位に眼球が保持されていた時間の量を決定する手段を更に含むことを特徴とする装置。
- 前記頭部の運動を感知するデバイスが、ユーザの頭部に装着される少なくとも2つの発光素子(51)、及び前記発光素子を感知する手段を備えることを特徴とする、請求項20に記載の装置。
- 前記発光素子(51)を感知する手段が、頭部の立体的マッピングを可能にするように配置される少なくとも2つのカメラ(63)を備えることを特徴とする、請求項21に記載の装置。
- 視野線方位を感知するデバイスが、前記視作業を表示する表示手段(61)を備えることを特徴とする、請求項20ないし22のいずれか1項に記載の装置。
- 前記視作業が、前記表示手段(61)上で連続的な軌跡を描いて移動する光点を、ユーザの視線が追うことを含むことを特徴とする、請求項23に記載の装置。
- 表示手段(61)が、上半分のスクリーン(611)と下半分のスクリーン(612)とから構成され、上半分のスクリーンと下半分のスクリーンとはユーザから異なる距離に位置することを特徴とする、請求項23又は24に記載の装置。
- 感知手段(63)及び表示手段(61)が計測デバイス(60)内に組み込まれ、計測デバイスが更に、ユーザの頭部及び眼球の方位に関するデータを記録して処理する演算システムを備えることを特徴とする、請求項23ないし25のいずれか1項に記載の装置。
- 異なる時点の頭部に対する眼球の相対的方位を決定する前記手段、及び各方位に眼球が保持されていた時間の量を決定する前記手段が、前記演算システムに組み込まれていることを特徴とする、請求項26に記載の装置。
- 前記演算システムが、演算システムに記録されたユーザの視覚挙動についての情報を圧縮して符号化するためのモジュールを備えることを特徴とする、請求項26又は27に記載の装置。
- 計測デバイス(60)が、発光素子(51)に対するユーザの眼球角膜の位置を決定する手段を備える制御デバイス(70)に接続されることを特徴とする、請求項26ないし28のいずれか1項に記載の装置。
- 制御デバイス(70)が、前記視作業の実行を確認する手段を備えることを特徴とする、請求項26ないし29のいずれか1項に記載の装置。
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