JP2010262189A - 多焦点電子眼鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】焦点が過度に頻繁に切り換わらない多焦点電子眼鏡を提供する。
【解決手段】注視点距離を検出する注視点距離検出部（１０８）の出力に基づき第１の焦点切換信号（Ｆａ）を作成する自動焦点信号作成部（１０６）と、使用者の焦点切り換え指示に基づいて第２の焦点切換信号（Ｆｍ）を作成する手動焦点信号作成部（１０７）を備える。更に、動作モード選択部（１０５）を備え、第１の焦点切換信号（Ｆａ）の入力周期を監視し、周期が予め定めた値よりも短いときは第２の焦点切換信号（Ｆｍ）を焦点制御部（１０３）に送り、それ以外では第１の焦点切換信号（Ｆａ）の出力を焦点制御部（１０３）に送ることにより、焦点が頻繁に切り換わることを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変焦点レンズを備えた多焦点電子眼鏡に関するものである。

加齢等により眼の水晶体の調節能力が衰えると、遠くや近くのものに対して焦点が合いにくくなり、遠用と近用の両方の眼鏡が必要になる。そこで、眼鏡の掛け替えの煩わしさを防ぐために、焦点の異なる複数のレンズを組み合わせた多焦点眼鏡や、１枚のレンズ中に遠用から近用までの焦点が連続してある累進多焦点眼鏡がある。

しかし、この種の眼鏡では焦点境界部での像の歪みや、視野が狭いという問題がある。
また、異なる焦点が一枚のレンズに分割して配置されるため、例えば、遠くを見る場合はレンズの上部を通し、近くを見る場合はレンズの下部を通して見なければならないため、使用者に不便を与える。

そこで、電気的な制御により焦点を変える事のできる可変焦点レンズを用いて、必要に応じてレンズの焦点を制御する方法が知られている。この場合、可変焦点レンズの切り換え指示は、眼鏡フレームに切り換えスイッチ等を設けて使用者が手動で行う。

しかし、このような手動で切り換える構成では、作業で両手が塞がっている場合は切り換えが行えず不便なので、特許文献２には距離センサを設けて使用者から注視点までの距離を測定し、注視点距離が遠い場合は「遠用」の焦点へ自動的に切り換え、近い場合は「近用」の焦点へ自動的に切り換える技術が開示されている。

特開２０００−２４９８１３号公報 特開２０００−２４９９０２号公報

前記従来の構成では、注視点距離の変化を利用して可変焦点レンズの焦点を切り換えているため、使用者が、切換閾値の付近にある物体などを長い時間注視していると、可変焦点レンズの焦点が頻繁に切り換わるので、使用者の気分が悪くなるという課題を有している。

本発明は、可変焦点レンズを用いた多焦点電子眼鏡において、切換閾値の付近にある物体などを長い時間注視していても、可変焦点レンズの焦点が過度に頻繁に切り換わらない多焦点電子眼鏡を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の多焦点電子眼鏡は、可変焦点レンズの焦点距離を、手動入力または使用者の注視点距離に近づくように制御する多焦点電子眼鏡であって、使用者の注視点距離を検出する注視点距離検出部と、前記注視点距離に基づいて前記可変焦点レンズの第１の焦点切換信号を作成する自動焦点信号作成部と、使用者によって入力された焦点距離に基づいて前記可変焦点レンズの第２の焦点切換信号を作成する手動焦点入力部と、第１の焦点切換信号または第２の焦点切換信号を選択して出力する動作モード選択部と、前記動作モード選択部の出力した焦点切換信号に基づいて前記可変焦点レンズの焦点を指定する焦点制御部とを備え、前記動作モード選択部を、第１の焦点切換信号の切り換え周期が、設定値よりも短い場合には第２の焦点切換信号を前記焦点制御部に出力し、それ以外では第１の焦点切換信号を前記焦点制御部に出力して前記可変焦点レンズの焦点距離を調節するように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の多焦点電子眼鏡は、請求項１において、前記動作モード選択部は、手動モードか自動モードのどちらであるかを表すモード情報と、前記自動焦点信号作成部から入力される焦点切換信号の周期を監視する周期カウンタと、前記自動焦点信号作成部から第１の焦点切換信号が通知される時間間隔が正常な自動焦点の切り換えであるかを示す判定基準の設定値を定義する周期情報を備え、前記周期カウンタと前記周期情報を比較してモード情報を決定することを特徴とする。

本発明の請求項３記載の多焦点電子眼鏡は、請求項１において、前記動作モード選択部は、前記モード情報が自動モードである場合は、前記自動焦点信号作成部で作成された第１の焦点切換信号を前記焦点制御部に命令し、前記モード情報が手動モードである場合は、前記手動焦点信号作成部で作成された第２の焦点切換信号を前記焦点制御部に命令するよう構成したことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の多焦点電子眼鏡は、請求項１において、前記自動焦点信号作成部は、焦点を切り換える基準となる注視点距離である切換閾値が保存される切換閾値記憶部と、前記注視点距離検出部の出力と前記切換閾値記憶部の切換閾値と、レンズ焦点情報記憶部が出力するレンズ焦点情報とから制御する焦点を作成する自動モード焦点決定部とを備えていることを特徴とする。

本発明の請求項５記載の多焦点電子眼鏡は、請求項１において、前記手動焦点信号作成部は、前記手動焦点入力部の出力と、レンズ焦点情報記憶部が出力するレンズ焦点情報とから制御する焦点の目標値を作成することを特徴とする。

本発明の請求項６記載の多焦点電子眼鏡は、請求項１において、前記注視点距離検出部は、眼球を撮影する撮像部と、前記撮像部の画像から注視点距離を算出する注視点距離算出部とからなることを特徴とする。

この構成によれば、自動焦点切り換え情報の周期を監視する動作モード選択部を備え、自動で焦点が過度に頻繁に切り換わるのを防止し、快適な焦点切り換え機能を提供することができる。

本発明の実施の形態１における多焦点電子眼鏡の全体構成図 同実施の形態における多焦点電子眼鏡の外観図 同実施の形態における可変焦点レンズの具体例の構成図 同実施の形態における手動焦点信号作成部の処理の流れ図 眼の輻輳角を説明する図 同実施の形態における自動焦点信号作成部とその周辺の構成図 同実施の形態における自動焦点信号作成部の処理の流れ図 同実施の形態における動作モード選択部とその周辺の構成図 同実施の形態における動作モード選択部の処理の流れ図

（実施の形態１）
図２は本発明の多焦点眼鏡を正面から見た状態を示している。
フレーム９０の左右のリム９１，９２には、左眼用可変焦点レンズ１０１，右眼用可変焦点レンズ１０２が取り付けられている。左リム９１には左眼用撮像部１０９が取り付けられている。右リム９２には右眼用撮像部１１０が取り付けられている。

フレーム９０の右テンプル９３には、手動焦点入力部１１２の遠用制御選択用ボタン９０１と近用制御選択用ボタン９０２が設けられており、何れかのボタンを操作することにより選択入力を行う。なお、フレーム９０の内部には、手動焦点入力部１１２の操作に基づいて左眼用可変焦点レンズ１０１，右眼用可変焦点レンズ１０２の焦点距離を調節する電気系の他に、左眼用撮像部１０９と右眼用撮像部１１０の検出に基づいて眼用可変焦点レンズ１０１，右眼用可変焦点レンズ１０２の焦点距離を自動調節する電気系などが収められている。

図１はフレーム９０に設けられた電気系の全体の構成を示している。
左眼用可変焦点レンズ１０１と右眼用可変焦点レンズ１０２は、焦点制御部１０３からの焦点制御信号により焦点距離を変化させることができる。この可変焦点レンズの具体例を図３に示す。

二つの透明な板状対象物２０１の間に空気の屈折率と異なる屈折率を有する透明な液体２０２を充填し、上下にアクチュエータ２０３が取り付けられている。焦点制御部１０３からアクチュエータ２０３に電圧を印加することにより二つの板状対象物２０１が変形し、二つの板状対象物２０１を通過する光の屈折率が変化する。このレンズの構成は、例えば特許文献１に示されているので詳細な説明は省略する。

左眼用可変焦点レンズ１０１と右眼用可変焦点レンズ１０２に焦点制御信号を送信する焦点制御部１０３には、自動焦点信号作成部１０６から第１の焦点切換信号が通知される時間間隔に応じて自動焦点信号作成部１０６の出力と手動焦点信号作成部１０７の出力とのどちらかを動作モード選択部１０５が選択して送信する。前記焦点制御信号は、動作モード選択部１０５からの入力信号を元に焦点制御部１０３が作成する。

さて、焦点制御部１０３は、左眼用可変焦点レンズ１０１と右眼用可変焦点レンズ１０２に焦点制御信号を送信した後、左眼用可変焦点レンズ１０１の制御した焦点情報と、右眼用可変焦点レンズの制御した焦点情報であるレンズ焦点情報を、レンズ焦点情報記憶部１０４にレンズの焦点制御状態として記憶させる。

レンズ焦点情報記憶部１０４に記憶されたレンズ焦点情報は、手動焦点信号作成部１０７と自動焦点信号作成部１０６に入力される。
手動焦点信号作成部１０７では、レンズ焦点情報記憶部１０４に記憶されているレンズ焦点情報と、手動焦点入力部１１２からの入力とに基づいて第２の焦点切換信号Ｆｍを作成する。現状のレンズ焦点よりも遠用の焦点に制御するか近用の焦点に制御するか、使用者が遠用制御選択用ボタン９０１と近用制御選択用ボタン９０２を介して選択入力すると、図４のステップＳ７０１で手動焦点入力部１１２からの操作入力を検出して、以下の判断処理を行う。この判断処理は、手動焦点入力部１１２から入力がある度に行われる。

ステップＳ７０２では、ステップＳ７０１で検出した入力が「遠用への指示」か「近用への指示」かをチェックする。
ステップＳ７０２での判定結果が遠用への指示であると判定した場合、先ず、ステップＳ７０３では、レンズ焦点情報記憶部１０４のレンズ焦点情報が遠用であるのかをチェックする。

ステップＳ７０３での判定結果が「遠用」であった場合には、「遠用」への制御がこれ以上は不可能なため、何もせず処理を終了する。ステップＳ７０３での判定結果が遠用でなかった場合には、ステップＳ７０４で左眼用可変焦点レンズ１０１と右眼用可変焦点レンズ１０２の制御焦点をレンズ焦点から１段階だけ「遠用」側の焦点に決定する。例えば、レンズ焦点情報が「近用」であれば、「中用」に決定する。決定した焦点は、ステップＳ７０７を介して動作モード選択部１０５に切り換えを通知する。

前記ステップＳ７０２での判定結果が「近用」への指示であった場合、先ず、ステップＳ７０５では、レンズ焦点情報記憶部１０４のレンズ焦点情報が「近用」であるのかをチェックする。

ステップＳ７０５での判定結果が「近用」であった場合には、「近用」への制御がこれ以上は不可能なため、何もせず処理を終了する。ステップＳ７０５での判定結果が「近用」でなかった場合には、ステップＳ７０６で左眼用可変焦点レンズ１０１と右眼用可変焦点レンズ１０２の制御焦点をレンズ焦点から１段階だけ「遠用」側の焦点に決定する。例えば、レンズ焦点情報が遠用であれば、「中用」に決定する。決定した焦点は、ステップＳ７０７を介して動作モード選択部１０５に切り換えを通知する。

自動焦点信号作成部１０６は、レンズ焦点情報記憶部１０４に記憶されたレンズ焦点情報と、注視点距離検出部１０８からの入力とから第１の焦点切換信号Ｆａを作成する。
注視点距離検出部１０８は、左眼用撮像部１０９によって使用者の左眼球を撮影し、右眼用撮像部１１０によって使用者の右眼球を撮影し、注視点距離算出部１１１で画像処理技術により瞳孔位置を検出し、それを基に注視点距離を算出する。

注視点距離を算出する具体的な方法には、両眼の輻輳を検出して注視点距離を算出する方法がある。輻輳とは、単一像を得るための眼球の回転運動である。図５（ａ）に示すように、遠くにある対象物を注視する場合の輻輳角３０１が小さく、図５（ｂ）に示すように、近くにある対象物を注視する場合の輻輳角３０２が大きくなる。この輻輳角と瞳孔間距離３０３から注視点距離３０４が求まる。輻輳角と瞳孔間距離から注視点距離を算出する式は、例えば特許文献２の図５に示されているので詳細な説明は省略する。

図６は、自動焦点信号作成部１０６とその周辺の構成を示す。
自動焦点信号作成部１０６は、切換閾値記憶部４０１と自動モード焦点決定部４０４とで構成されている。

切換閾値記憶部４０１には、中近切換閾値４０２と遠中切換閾値４０３が設定されている。切換閾値とは、注視点距離がいくらのときにどの焦点で制御するかを決定するための定義である。例えば、注視点距離が３０ｃｍ未満の場合に「近用」とし、３０ｃｍ以上５０ｃｍ未満の場合に「中用」とし、５０ｃｍ以上の場合に「遠用」とする場合、中近切換閾値４０２が３０ｃｍ、遠中切換閾値４０３が５０ｃｍとなる。

自動モード焦点決定部４０４では、注視点距離検出部１０８で検出された注視点距離と、中近切換閾値４０２と、遠中切換閾値４０３とを比較して、制御する焦点を決定し、レンズ焦点情報記憶部１０４に記憶されているレンズ焦点情報と同じでなければ動作モード選択部１０５に第１の焦点切換信号を通知する。

図７は、自動焦点信号作成部１０６の処理の流れを示す。
注視点距離検出部１０８から注視点距離情報が入力されたことをステップＳ６０１で検出すると、以下の焦点判断処理を行う。

ステップＳ６０２では、注視点距離と中近切換閾値を比較して注視点距離が中近切換閾値より小さいかをチェックする。ここで、注視点距離が中近切換閾値より小さい場合にはステップＳ６０３で焦点を「近用」に決定する。

ステップＳ６０２で注視点距離が中近切換閾値より小さくないと判定された場合には、ステップＳ６０４において、注視点距離が遠中切換閾値より小さいかをチェックする。ここで、注視点距離が遠中切換閾値より小さい場合にはステップＳ６０５で焦点を「中用」に決定する。

ステップＳ６０４で注視点距離が遠中切換閾値より小さくないと判定された場合には、ステップＳ６０６において焦点を「遠用」に決定する。
ステップＳ６０７では、ステップＳ６０３，Ｓ６０５，Ｓ６０６の何れかで決定した焦点と、レンズ焦点情報記憶部１０４のレンズ焦点情報と比較する。ここで、両者が同じでなければステップＳ６０８で動作モード選択部１０５に決定した焦点での切り換えを通知する。以上のステップＳ６０２〜ステップＳ６０８の判断処理ルーチンを注視点距離検出部１０８からの入力がある度に行う。

自動焦点信号作成部１０６からの第１の焦点切換信号Ｆａ，手動焦点信号作成部１０７からの第２の焦点切換信号Ｆｍの何れかを選択して出力する動作モード選択部１０５は、図８に示すように焦点情報選択部５０１と記憶部５０２とで構成されている。記憶部５０２には、モード情報５０３と周期情報５０４と周期カウンタ５０５の情報が記憶される。

モード情報５０３は現状の動作モードであり、動作モードには、手動モードと自動モードがある。自動モードとは、自動焦点信号作成部１０６からの第１の焦点切換信号Ｆａで切り換え制御を行うモードであり、手動モードとは、手動焦点信号作成部１０７からの第２の焦点切換信号Ｆｍで切り換え制御を行うモードである。

周期情報５０４は、自動焦点信号作成部１０６から第１の焦点切換信号Ｆａが通知される時間間隔が、いくら以上であれば正常な切り換えであるかを示す。例えば、動作モード選択部１０５が５００ｍｓｅｃおきに入力ポーリング処理を行っているとすると、１周期は５００ｍｓｅｃで、正常な焦点変化の間隔が１５００ｍｓｅｃ以上、すなわち３周期以上であるとすると、周期情報５０４の設定値は３周期となる。この周期情報５０４よりも焦点切換信号通知の周期が短い場合には、使用者が、例えば焦点切換閾値の付近を注視しており、過度に焦点切り換えが発生している状況が考えられる。

周期カウンタ５０５は、自動焦点信号作成部１０６からの焦点通知の周期を計測するためのカウンタである。この詳細な焦点変化周期の監視方法及び焦点選択の方法は、後に図９に基づいて説明する。

焦点情報選択部５０１は、記憶部５０２の情報を基に、自動焦点信号作成部１０６から通知される第１の焦点切換信号Ｆａと、手動焦点信号作成部１０７から通知される第２の焦点切換信号Ｆｍのどちらかを選択し、焦点制御部１０３に焦点切り換えを通知する。

図９は、動作モード選択部１０５の処理の流れを示す。
ステップＳ８０１では、記憶部５０２の周期カウンタ５０５を、周期情報５０４の値で初期化する。これは、最初の焦点入力を受け付けるためである。

ステップＳ８０２では、手動焦点信号作成部１０７または自動焦点信号作成部１０６からの焦点入力がないかをチェックする。焦点入力がない場合には、ステップＳ８０３で周期カウンタ５０５をインクリメントしてステップＳ８０２に戻って、焦点入力が起こるまで周期カウンタ５０５をカウントアップする。

ステップＳ８０２で焦点入力があったと判定すると、それが自動焦点信号作成部１０６からの第１の焦点切換信号Ｆａであるか、手動焦点信号作成部１０７からの第２の焦点切換信号Ｆｍであるかを、ステップＳ８０４でチェックする。これが第１の焦点切換信号Ｆａである場合には、ステップＳ８０５において、周期情報５０４が周期カウンタ５０５の値以下をチェックする。ステップＳ８０５で周期情報５０４が周期カウンタ５０５の値以下であると判定した場合には、ステップＳ８０６で記憶部５０２のモード情報５０３を自動モードに更新する。そして、ステップＳ８０７では、入力された焦点で焦点制御部１０３に切り換え通知する。さらに、ステップＳ８０８で周期カウンタ５０５の内容を“０”にする。

ステップＳ８０５において、周期情報５０４が周期カウンタ５０５の値以下ではないと判定した場合には、過度な焦点入力が起きていると判断し、ステップＳ８０９で記憶部５０２のモード情報５０３を手動モードに更新する。さらに、ステップＳ８０８で周期カウンタ５０５の内容を“０”にする。このとき、焦点制御部１０３への焦点通知は行わない。

ステップＳ８０２で検出した焦点入力が、自動焦点信号作成部１０６からの第１の焦点切換信号Ｆａではなくて手動焦点信号作成部１０７の第２の焦点切換信号Ｆｍであった場合には、ステップＳ８１０で記憶部５０２のモード情報５０３が手動モードであるかチェックする。ここで、手動モードであると判定された場合には、ステップＳ８１１において、入力された焦点での切り換えを焦点制御部１０３へ通知する。

ステップＳ８１０で記憶部５０２のモード情報５０３が手動モードでなくて自動モードであると判定された場合には、ステップＳ８０２で検出した焦点入力を無視してステップＳ８０２に戻る。

このように、動作モード選択部１０５を設け、自動焦点信号作成部１０６からの第１の焦点切換信号Ｆａの入力周期を監視し、周期が短い場合は手動焦点入力による第２の焦点切換信号Ｆｍを有効にすることにより、過度な焦点切り換えを防止し、快適な焦点切り換えを実現できる。

本発明は、自動的に焦点を切り換える機能を備えた各種の光学機器の高機能化に寄与する。

１０１ 左眼用可変焦点レンズ
１０２ 右眼用可変焦点レンズ
１０３ 焦点制御部
１０４ レンズ焦点情報記憶部
１０５ 動作モード選択部
１０６ 自動焦点信号作成部
Ｆａ 第１の焦点切換信号
１０７ 手動焦点信号作成部
Ｆｍ 第２の焦点切換信号
１０８ 注視点距離検出部
１０９ 左眼用撮像部
１１０ 右眼用撮像部
１１１ 注視点距離算出部
１１２ 手動焦点入力部
４０１ 切換閾値記憶部
４０２ 中近切換閾値
４０３ 遠中切換閾値
４０４ 自動モード焦点決定部
５０１ 焦点情報選択部
５０２ 記憶部
５０３ モード情報
５０４ 周期情報
５０５ 周期カウンタ
９０１ 遠用制御選択用ボタン
９０２ 近用制御選択用ボタン

Claims (6)

1. 可変焦点レンズの焦点距離を、手動入力または使用者の注視点距離に近づくように制御する多焦点電子眼鏡であって、
   使用者の注視点距離を検出する注視点距離検出部と、
   前記注視点距離に基づいて前記可変焦点レンズの第１の焦点切換信号を作成する自動焦点信号作成部と、
   使用者によって入力された焦点距離に基づいて前記可変焦点レンズの第２の焦点切換信号を作成する手動焦点入力部と、
   第１の焦点切換信号または第２の焦点切換信号を選択して出力する動作モード選択部と、
   前記動作モード選択部の出力した焦点切換信号に基づいて前記可変焦点レンズの焦点を指定する焦点制御部と
   を備え、前記動作モード選択部を、
   第１の焦点切換信号の切り換え周期が、設定値よりも短い場合には第２の焦点切換信号を前記焦点制御部に出力し、それ以外では第１の焦点切換信号を前記焦点制御部に出力して前記可変焦点レンズの焦点距離を調節するように構成した
   多焦点電子眼鏡。
2. 前記動作モード選択部は、
   手動モードか自動モードのどちらであるかを表すモード情報と、
   前記自動焦点信号作成部から入力される焦点切換信号の周期を監視する周期カウンタと、
   前記自動焦点信号作成部から第１の焦点切換信号が通知される時間間隔が正常な自動焦点の切り換えであるかを示す判定基準の設定値を定義する周期情報を備え、前記周期カウンタと前記周期情報を比較してモード情報を決定する
   請求項１の多焦点電子眼鏡。
3. 前記動作モード選択部は、
   前記モード情報が自動モードである場合は、前記自動焦点信号作成部で作成された第１の焦点切換信号を前記焦点制御部に命令し、
   前記モード情報が手動モードである場合は、前記手動焦点信号作成部で作成された第２の焦点切換信号を前記焦点制御部に命令するよう構成した
   請求項１の多焦点電子眼鏡。
4. 前記自動焦点信号作成部は、
   焦点を切り換える基準となる注視点距離である切換閾値が保存される切換閾値記憶部と、
   前記注視点距離検出部の出力と前記切換閾値記憶部の切換閾値と、レンズ焦点情報記憶部が出力するレンズ焦点情報とから制御する焦点を作成する自動モード焦点決定部と
   を備えている
   請求項１の多焦点電子眼鏡。
5. 前記手動焦点信号作成部は、
   前記手動焦点入力部の出力と、
   レンズ焦点情報記憶部が出力するレンズ焦点情報とから制御する焦点の目標値を作成する
   請求項１の多焦点電子眼鏡。
6. 前記注視点距離検出部は、
   眼球を撮影する撮像部と、
   前記撮像部の画像から注視点距離を算出する注視点距離算出部とからなる
   請求項１の多焦点電子眼鏡。

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