JP2013142597A - 眼鏡フィッティングパラメータ計測システム及び眼鏡フィティングパラメータ計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、再現性の良い計測を行うことができる眼鏡フィッティングパラメータ計測システム及び眼鏡フィティングパラメータ計測方法を提供する。
【解決手段】眼鏡フィティングパラメータ計測システムは、赤外光源（１２０）と２台のカメラ（１１０Ｒ、１１０Ｌ）とを備え、被検者（３００）に一対の光学素子及び該光学素子を保持するフレームを有する測定用眼鏡（２００）を装着させて被検者の眼鏡フィティングパラメータを計測するシステムである。測定用眼鏡の各光学素子又はフレームには少なくとも３か所にマーカーが付されており、マーカーの位置が各カメラで検出されることにより各光学素子の平面の三次元位置が計算される。また、被検者の眼球表面での赤外光が各カメラで検出されることにより、眼球中心の三次元位置が計測される。眼鏡フィティングパラメータは、各光学素子の平面の三次元位置及び眼球中心の三次元位置により計算される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、装置が小型化され、再現性の良い計測を行うことができる眼鏡フィッティングパラメータ計測システム及び眼鏡フィティングパラメータ計測方法に関する。

オーダーメイドの眼鏡レンズ設計では、各個人の両眼の瞳孔間距離（ＰＤ：Ｐｕｐｉｌ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）、視線方向、フレーム形状、近用視における顔面から注視物体までの距離（ワーキングディスタンス）等の眼鏡フィティングパラメータを考慮して、各個人に合わせたレンズ設計が行われる。従来の眼鏡小売店ではこのような眼鏡フィティングパラメータの測定を、定規を用いた目測により行っていた。このような方法による眼鏡フィティングパラメータの計測では測定者の熟練度が要求されるため、誰でも簡便に測定を行うことができない。また、計測値の正確性、及び再現性が保証されないという問題点があった。

定規に代わる測定方法として、例えば特許文献１では、眼鏡レンズと視線との交点であり、レンズを設計するための重要な要素であるアイポイントを計測するシステムが開示されている。特許文献１には、被検者がダミーレンズに指標をマーキングした眼鏡を装着して被検者の顔面を撮影し、実際にマーキングされた指標の位置と撮影された指標の位置とのずれに基づいて瞳孔の位置をアイポイントの位置に修正する旨の記載があり、これによりアイポイントの計測精度が高められている。

特許第４５３６３２９号

しかし特許文献１ではマーキング位置に厳密さが求められているため測定が難しくなるという問題点があり、眼鏡フィティングパラメータの計測では更なる精度の向上が求められている。また、特許文献１の装置は大型であるため扱いにくく、強い可視光を顔面に照射するため被検者に負担がかかっている。

そこで本発明は、装置が小型化され、再現性の良い計測を行うことができる眼鏡フィッティングパラメータ計測システム及び眼鏡フィティングパラメータ計測方法を提供する。

第１観点の眼鏡フィッティングパラメータ計測システムは、赤外光源と２台のカメラとを備え、被検者に一対の光学素子及び光学素子を保持するフレームを有する測定用眼鏡を装着させて被検者の眼鏡フィティングパラメータを計測するシステムである。測定用眼鏡の各光学素子又はフレームには被検者の眼球を囲むように少なくとも３か所にマーカーが付されている。これらのマーカーの位置を各カメラで検出することにより各光学素子の平面の三次元位置を計算し、被検者の眼球表面で反射する赤外光源から発せられた赤外光を各カメラで検出し、眼球中心の三次元位置を眼球における赤外光の反射位置により計算する。眼鏡フィッティングパラメータ計測システムは、このようにして得られた光学素子の平面の三次元位置及び眼球中心の三次元位置により眼鏡フィティングパラメータを計測する。

第２観点の眼鏡フィティングパラメータ計測方法は、赤外光源と２台のカメラとを用い、被検者に一対の光学素子及び該光学素子を保持するフレームを有する測定用眼鏡を装着させて被検者の眼鏡フィティングパラメータを計測する方法である。この方法は、赤外光源が点灯した状態で被検者の眼球を含む第１画像を２台のカメラでそれぞれ取得する段階と、赤外光源が消灯した状態で測定用眼鏡の各光学素子又はフレームに被検者の眼球を囲むように少なくとも３か所に付されたマーカーを含む第２画像を２台のカメラでそれぞれ取得する段階と、第１画像及び第２画像により各光学素子の平面の三次元位置及び被検者の眼球中心の三次元位置を計算する段階と、各光学素子の平面の三次元位置及び眼球中心の三次元位置により被検者の眼鏡フィティングパラメータを計算する段階と、を有する。

本発明の眼鏡フィッティングパラメータ計測システム及び眼鏡フィティングパラメータ計測方法によれば、再現性の良い計測を行うことができる。

眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００が示された図である。 （ａ）は、測定用眼鏡２００の正面図である。 （ｂ）は、マーカー２０３ａの平面図である。 （ｃ）は、マーカー２０３ｂの平面図である。 （ｄ）は、マーカー２０３ｃの平面図である。 （ｅ）は、マーカー２０３ｄの平面図である。 眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の制御系統図である。 眼鏡フィティングパラメータの計測方法が示されたフローチャートである。 （ａ）は、眼鏡フィティングパラメータ計測システムが準備された状態が示された図である。 （ｂ）は、被検者３００の上方からみた眼鏡フィティングパラメータ計測システムが準備された状態を示した図である。 マーカー２０３ａのテンプレート画像を取得し、マーカー２０３ａの位置を高精度に測定する方法が示されたフローチャートである。 眼球中心を検出するためのフローチャートである。 被検者３００の両眼、及び測定用眼鏡２００が示された正面図である。 （ａ）は、測定用眼鏡２００をかけた被検者３００の側面図である。 （ｂ）は、被検者３００の眼球３１４、可視光源１３０、及び光学素子２０２の配置関係が示された図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

＜眼鏡フィッティングパラメータ計測システムの構成＞
眼鏡フィティングパラメータ計測システムは、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００及び測定用眼鏡２００を含む。以下に眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００及び測定用眼鏡２００について説明する。

図１は、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００が示された図である。図１は眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の正面を含んだ図である。眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００は、２台のカメラである左カメラ１１０Ｌ及び右カメラ１１０Ｒと、赤外光源１２０と、可視光源１３０と、表示部１４０と、を含んでいる。以降の説明では、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の正面が向く方向であり眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の厚さ方向を＋Ｚ軸方向として説明する。また、左カメラ１１０Ｌ及び右カメラ１１０Ｒを結ぶ直線１６１が伸びる方向であり、左カメラ１１０Ｌから右カメラ１１０Ｒに向かう方向を＋Ｘ軸方向、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに垂直な方向をＹ軸方向とする。

眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の正面には、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の正面に向かって右側のカメラである右カメラ１１０Ｒと、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の正面に向かって左側のカメラである左カメラ１１０Ｌが配置されている。

可視光源１３０は、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の正面であり、直線１６１上の右カメラ１１０Ｒと左カメラ１１０Ｌとの中間位置に配置されている。可視光源１３０は点灯されて可視光を発することにより、眼鏡フィッティングパラメータの計測時に被検者３００（図５（ａ）参照）が注視するための目印となる。可視光源１３０には、例えば緑色のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。

赤外光源１２０は、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の正面であり、可視光源１３０を通りＹ軸に平行な直線１６２上に配置される。また赤外光源１２０は、直線１６１からＹ軸方向に距離ＨＹだけ離れた位置に配置されている。赤外光源１２０は、点灯されることにより被検者３００の顔面に赤外光１２１（図５（ａ）参照）を照射する。図１では赤外光源１２０が可視光源１３０の＋Ｙ’軸方向に配置されているが、赤外光源１２０の配置位置は、直線１６２上であり、直線１６１と直線１６２との交点以外であればどの位置に配置されてもよい。

表示部１４０は、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の正面の右カメラ１１０Ｒ、左カメラ１１０Ｌ、可視光源１３０及び赤外光源１２０の配置の妨げとならない位置に配置される。表示部１４０は、様々な情報を表示させるための部分である。例えば、表示部１４０に近方視力表が添付されることにより、眼鏡フィッティングパラメータの計測時に被検者の近方視力を測ることができる。また表示部１４０に、被検者に被検者の眼鏡装着時の写真等を表示させるための３Ｄモニターが組み込まれても良い。表示部１４０は眼鏡フィッティングパラメータ計測システムの必須構成要素ではないが、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００が表示部１４０を有することにより、眼鏡フィッティングパラメータの計測の補助とすることができ、また、眼鏡の販売促進のための道具として使用することができるため好ましい。

図２（ａ）は、測定用眼鏡２００の正面図である。測定用眼鏡２００は、フレーム２０１と、フレーム２０１に保持された一対の光学素子２０２と、を含んでいる。光学素子２０２には、例えば度数の入っていないレンズ等が用いられる。各光学素子２０２は、被検者３００が測定用眼鏡２００を装着したときに被検者３００の眼の正面に配置される。また、一方の光学素子２０２及びその周りのフレーム２０１と、他方の光学素子２０２及びその周りのフレーム２０１とには、それぞれ３か所にマーカー２０３ａが添付されている。各マーカー２０３ａは、同一の色及び形状に形成されている。マーカー２０３ａは、被検者３００が測定用眼鏡２００を装着したときに、被検者３００の眼の周りに配置されるように添付される。また、マーカー２０３ａは、互いに離れた位置に添付されることにより精度の高い測定を行うことができるため好ましい。測定用眼鏡２００に添付されるマーカー２０３ａの位置は、後述される眼鏡フィッティングパラメータの計測方法において右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌで撮影した画像を画像処理することにより高精度に求めることができる。

図２（ｂ）は、マーカー２０３ａの平面図である。マーカー２０３ａは正方形の外形を有し、可視光の反射領域２０４及び可視光の吸収領域２０５の２種類の領域を有している。また、マーカー２０３ａの中心２０６は、可視光の反射領域２０４の角部及び可視光の吸収領域２０５の角部を含んで形成されている。マーカー２０３ａでは、可視光の反射領域２０４が正方形に形成されてマーカー２０３ａの上方右側及び下方左側に配置され、可視光の吸収領域２０５が正方形に形成されてマーカー２０３ａの上方左側及び下方右側に配置されている。マーカー２０３ａは、マーカー２０３ａの中心２０６が可視光の反射領域２０４の角部及び可視光の吸収領域２０５の角部を含んで形成されることにより、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌにより撮影された画像においてマーカー２０３ａの中心２０６を点として認識することができ、マーカー２０３ａの位置を高精度に検出することができる。

図２（ｃ）は、マーカー２０３ｂの平面図である。図２（ａ）の測定用眼鏡２００では、マーカー２０３ａの代わりにマーカー２０３ｂが用いられても良い。マーカー２０３ｂは正方形の外形を有し、可視光の反射領域２０４及び可視光の吸収領域２０５の２種類の領域を有している。また、マーカー２０３ｂの中心２０６は、可視光の反射領域２０４の角部及び可視光の吸収領域２０５の角部を含んで形成されている。マーカー２０３ｂでは、可視光の反射領域２０４がマーカー２０３ｂの中心２０６を頂点とする三角形に形成されてマーカー２０３ｂの左右に配置されている。また、可視光の吸収領域２０５がマーカー２０３ｂの中心２０６を頂点とする三角形に形成されてマーカー２０３ｂの上下に配置されている。

図２（ｄ）は、マーカー２０３ｃの平面図である。図２（ａ）の測定用眼鏡２００では、マーカー２０３ａの代わりにマーカー２０３ｃが用いられても良い。マーカー２０３ｃは、円形の外形を有し、可視光の反射領域２０４及び可視光の吸収領域２０５の２種類の領域を有している。また、可視光の反射領域２０４がマーカー２０３ｃの中心２０６を頂点とする扇形に形成されてマーカー２０３ｃの左右に配置されており、可視光の吸収領域２０５がマーカー２０３ｃの中心２０６を頂点とする扇形に形成されてマーカー２０３ｃの上下に配置されている。マーカー２０３ｃにおいても、マーカー２０３ｃの中心２０６に可視光の反射領域２０４及び可視光の吸収領域２０５の角部が形成されており、マーカー２０３ｃの中心２０６を高精度に判別することができる。

図２（ｅ）は、マーカー２０３ｄの平面図である。図２（ａ）の測定用眼鏡２００では、マーカー２０３ａの代わりにマーカー２０３ｄが用いられても良い。マーカー２０３ｄは、円形の外形を有している。マーカー２０３ｄの中心２０６には可視光の吸収領域２０５が形成され、可視光の吸収領域２０５の周りには可視光の反射領域２０４が形成されている。マーカー２０３ｄでは、可視光の吸収領域２０５が画像で確認でき、マーカー２０３ｄの形状を判別することができる最小の大きさに形成されている。撮影された画像においてマーカー２０３ａの中心２０６が点に近い狭い領域として認識されることにより、マーカー２０３ｄの位置を高精度に検出することができる。

図２（ｂ）から図２（ｅ）で説明されたマーカー２０３ａからマーカー２０３ｄは、マーカーの中心２０６又はその近傍が可視光の反射領域２０４及び可視光の吸収領域２０５により形成されていることにより、マーカーの中心２０６の座標を高精度に検出することができる。

図３は、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の制御系統図である。眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００は、右カメラ１１０Ｒ、左カメラ１１０Ｌ、赤外光源１２０、及び可視光源１３０の動作を制御するコントロール基板１０１を内蔵している。コントロール基板１０１は、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｒに接続され、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌに同期信号ＳＳを発して右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌの露光時間を同期させる。またコントロール基板１０１は、赤外光源１２０及び可視光源１３０にも接続され、各光源の点灯及び消灯を制御する。右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌは眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の外部に配置されている電子計算機１５０に接続されており、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌで撮影された画像ＰＩが電子計算機１５０に送られる。

＜眼鏡フィッティングパラメータの計測方法＞
図４は、眼鏡フィティングパラメータの計測方法が示されたフローチャートである。以下、図４のフローチャートを参照して、眼鏡フィティングパラメータの計測方法について説明する。

ステップＳ１０１では、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００のキャリブレーションを行うかどうかを選択する。キャリブレーションでは、右カメラ１１０Ｒと左カメラ１１０Ｌとの相対的な位置関係、及びレンズの歪曲等のパラメータを計算する。右カメラ１１０Ｒと左カメラ１１０Ｌとの相対的な位置関係、及びレンズの歪曲等のパラメータ等が既に計算されている場合にはキャリブレーションを行わずにステップＳ１０３へ進む。眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００が、右カメラ１１０Ｒと左カメラ１１０Ｌとの相対的な位置関係を取得していない場合、及びレンズの歪曲等のパラメータを取得していない場合の少なくとも１つを満たす場合には、キャリブレーションを行うためステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００のキャリブレーションが行われる。キャリブレーションでは、右カメラ１１０Ｒと左カメラ１１０Ｌとの相対的な位置関係、及びレンズの歪曲等のパラメータ等を計算する。キャリブレーションは、販売店への設置時等の眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００の導入時等に行われ、実際の被検者の眼鏡フィッティングパラメータ測定はキャリブレーションが済んだ状態で行われることが望ましい。

ステップＳ１０３では、眼鏡フィティングパラメータ計測システムが準備される。ステップＳ１０３では、被検者３００に測定用眼鏡２００をかけてもらい、被検者３００の正面に眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００が配置される。

図５（ａ）は、眼鏡フィティングパラメータ計測システムが準備された状態が示された図である。図５（ａ）では、被検者３００には測定用眼鏡２００がかけられ、被検者３００の正面に眼鏡フィティングパラメータ計測装置１００が配置されている。図５（ａ）では、被検者３００の両眼の中心と可視光源１３０とを結ぶ直線１６３が被検者３００の視線を説明するための線として示されている。被検者３００が可視光源１３０を注視した場合には、赤外光源１２０は直線１６３にＸ軸方向に重ならない位置に配置される。そのため、赤外光１２１は被検者３００の眼に被検者３００から見て斜め上方から入射する。これにより、赤外光１２１が被検者３００の眼球内部に侵入して眼の表面で反射しないことにより計測を正確に行えないことが防がれている。また眼鏡フィティングパラメータ計測装置１００では、測定に可視光ではなく赤外光１２１が用いられることにより被検者３００が眩しさを感じることがない。これにより、測定における被検者３００の負担が軽減されている。

図５（ｂ）は、被検者３００の上方からみた眼鏡フィティングパラメータ計測システムが準備された状態を示した図である。眼鏡フィティングパラメータ計測装置１００の左カメラ１１０Ｌ及び右カメラ１１０Ｒは、同一水平面上に配置されている。また、眼鏡フィティングパラメータ計測装置１００の左カメラ１１０Ｌ及び右カメラ１１０Ｒは、被検者３００の正面であり、直線１６３に垂直な面上に配置されている。

ステップＳ１０４では、マーカー２０３ａの検出を赤外光で行うか可視光で行うかを選択する。マーカー２０３ａの検出を可視光で行う場合はステップＳ１０５へ進み、マーカー２０３ａの検出を赤外光で行う場合はステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０５では、赤外光源１２０が点灯された状態で被検者３００の眼球の画像である第１画像が取得される。ステップＳ１０５ではまず可視光源１３０が点灯され、被検者３００に可視光源１３０を注視するように指示がされる。さらに、赤外光源１２０が点灯された状態で、被検者３００の眼球表面で反射する赤外光１２１を右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌで検出する。赤外光１２１の検出は、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌの各カメラで被検者３００の両眼を含んだ画像を撮影することにより行う。すなわち、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌでそれぞれ１枚の第１画像が撮られるため、ステップＳ１０５では計２枚の第１画像が撮影されることになる。画像の撮影は、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌが、図３で示されたように露光時間が同期されて行われる。これにより露光時間が最小に抑えられ、被検者３００の動き等による画像のブレが最小に抑えられる。また、赤外光１２１が使用されることにより、被検者３００が眩しさを感じることなく第１画像を取得することができる。

ステップＳ１０６では、マーカー２０３ａの位置が検出される。ステップＳ１０６では、赤外光源１３０が消灯された状態で、室内光等による可視光がマーカー２０３ａで反射して右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌで検出される。この可視光の検出は、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌで第１画像と同じ部分を撮影した第２画像をそれぞれ撮影することにより行う。赤外光源１３０が強い赤外光を出す場合には、赤外光がマーカー２０３ａを強く光らせてしまいマーカー２０３ａを検出しにくくする。そのため、マーカー２０３ａの検出時には赤外光源１３０が消灯されることが好ましい。また、ステップＳ１０６の撮影は、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌが図３で示されたように露光時間が同期されて行われる。

マーカー２０３ａの位置検出は、撮影された第２画像のマーカー２０３ａの位置を高精度に計測することにより行われる。計測は、まず右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌでそれぞれ撮影された第２画像のマーカー２０３ａの探索が行われる。その後、この探索された各マーカー２０３ａの三次元位置が高精度に計測される。

ステップＳ１０５で取得された第１画像と、ステップＳ１０６で取得された第２画像とは、互いに比較されることにより眼鏡フィティングパラメータが計算される。そのため、第１画像と第２画像との間のブレを抑えるために、ステップＳ１０５とステップＳ１０６との間隔ができる限り短いことが好ましい。眼鏡フィティングパラメータ計測装置１００は、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌと、赤外光源１３０とが同期されることにより、ステップＳ１０５の撮影が終了した後に赤外光源１３０を消灯させてすぐにステップＳ１０６の撮影を行うことができるため、第１画像と第２画像との間のブレを最小限に抑えることができる。

また、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００がマーカー２０３ａのテンプレート画像を認識していない場合は、ステップＳ１０６においてマーカー２０３ａのテンプレート画像を取得して認識した後にマーカー２０３ａの位置検出を行っても良い。以下、マーカー２０３ａのテンプレート画像の取得方法について図６のフローチャートを参照して説明する。

図６は、マーカー２０３ａのテンプレート画像を取得し、マーカー２０３ａの位置を高精度に測定する方法が示されたフローチャートである。

ステップＳ２０１では、マーカー２０３ａの画像が取得される。画像の取得は、右カメラ１１０Ｒ又は左カメラ１１０Ｌで測定用眼鏡２００をかけた被検者３００を撮影することにより行われる。この撮影時には、赤外光源１２０は消灯された状態で行われる。一方、赤外光により検出されるマーカーが用いられる場合には、赤外光源１２０が点灯された状態で画像の取得が行われる。ステップＳ２０１で撮影された画像は、電子計算機１５０（図３参照）に送られる。

ステップＳ２０２では、測定者により１箇所のマーカーの位置が指定される。測定者は、ステップＳ２０１で電子計算機１５０に送られた画像から、１箇所のマーカー２０３ａの位置を指定する。これにより、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００は１箇所のマーカー２０３ａの位置を認識する。

ステップＳ２０３では、指定されたマーカーの位置が高精度に計測される。眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００により、ステップＳ２０１で取得された画像から、ステップＳ２０２で指定されたマーカー２０３ａの位置が高精度に計測される。

ステップＳ２０４では、マーカー２０３ａのテンプレート画像が切り抜かれて眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００に認識される。眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００は、ステップＳ２０３で高精度に測定されたマーカー２０３ａのテンプレート画像を切り抜き、このテンプレート画像を認識する。

図４に戻って、ステップＳ１０７では、赤外光１２１により被検者３００の眼球の画像及びマーカー２０３ａの位置が取得される。ステップＳ１０７はステップＳ１０４から続くステップであり、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６からは独立したステップとなっている。ステップＳ１０７では、マーカー２０３ａの検出を赤外光１２１で行うため、赤外光１２１による眼球の画像の取得と、マーカー２０３ａの位置の検出が一度の撮影により行われる。また、マーカー２０３ａの位置の検出は、ステップＳ１０６と同様である。

図４のフローチャートがステップＳ１０７に分岐される場合には、図２（ｂ）から図２（ｅ）に示されるマーカー２０３ａ〜２０３ｄは、領域２０４が赤外光の反射領域、領域２０５が赤外光の吸収領域となるように形成される。これにより、マーカー２０３ａ〜２０３ｄに赤外光が照射された場合には、マーカー２０３ａ〜２０３ｄの中心２０６を高精度に判別することができる。ステップＳ１０７では、マーカーと被検者３００の眼球で反射する赤外光とを同時に撮影することができるため、マーカーと眼球で反射する赤外光との相対的位置に誤差が生じず好ましい。また、眼鏡フィッティングパラメータ計測装置１００がマーカー２０３ａのテンプレート画像を認識していない場合は、ステップＳ１０７において、マーカー２０３ａのテンプレート画像を取得した後にマーカー２０３ａの位置検出が行われても良い。マーカー２０３ａのテンプレート画像の取得方法は図６と同様である。

ステップＳ１０８では、眼球中心の三次元位置が計算される。ステップＳ１０８は、ステップＳ１０６又はステップＳ１０７から継続されるステップである。

図７は、眼球中心を検出するためのフローチャートである。図７を参照して眼球中心を検出する方法について説明する。

ステップＳ３０１では、被検者３００の両眼の部分画像が切り抜かれる。部分画像は、ステップＳ１０７で撮影された画像、又は第１画像と第２画像とから、測定者が電子計算機１５０で切り抜く範囲を直接指定することにより行うことができる。また、被検者３００の両眼の部分画像はマーカー２０３ａを被検者３００の眼の周りに配置することにより自動的に検出されても良い。

図８は、被検者３００の両眼、及び測定用眼鏡２００が示された正面図である。図８では、マーカー２０３ａが被検者３００の瞳孔３１１及び虹彩３１２を含む眼を囲むように配置されている。ステップＳ３０１では、例えばマーカー２０３ａにより囲まれる領域３２４を自動的に切り抜くことにより部分画像を取得することができる。

ステップＳ３０２では、赤外光源１２０が照射する赤外光１２１の輝点３１３が部分画像から探索される。輝点３１３の探索は、部分画像から所定の範囲の大きさ、及び所定の閾値以上の輝度を有する輝点を探すことにより行われる。輝点３１３は、輝度、大きさ及び位置が明確である赤外光源１２０（図５参照）から照射される赤外光１２１を反射したものである。また、赤外光１２１は角膜３１６（図９（ｂ）参照）により反射されるため、輝点３１３の位置は図８に示されるように、瞳孔３１１又は虹彩３１２に重なって検出される。そのため、輝点３１３の大きさ及び輝度を予測することができ、輝点３１３を正確に検出することができる。輝点３１３は、一方の眼に対して右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌでそれぞれ少なくとも１つ検出される。そのため、各眼において、輝点３１３は少なくとも２つの異なる場所で検出される。

ステップＳ３０３では、探索した輝点３１３の重心位置が計算される。眼球中心の三次元位置の検出では輝点３１３の位置座標を点とすることにより計算される。しかし、輝点３１３は所定の大きさを有しているため、眼球中心の三次元位置の計算には輝点３１３の重心位置の三次元座標を用いる。

ステップＳ３０４では、眼球中心の座標が計算される。ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３で検出した輝点３１３の重心位置の三次元座標を元に、被検者３００の各眼球中心の三次元座標が計算される。眼球中心の座標の計算では、まず、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌの画像においてステップＳ３０３で検出された輝点３１３の重心位置から、反射の法則が用いられて、角膜曲率中心位置の三次元座標が求められる。角膜曲率中心位置とは角膜３１６の表面を球面と仮定したときの球の中心位置であり、眼球中心の位置とは異なる位置である。眼球中心の三次元座標は、この角膜曲率中心位置と、赤外光源の３次元位置（設計値を使用）と、人間の眼球の大きさの平均値とにより計算される。各眼球中心の座標は、右カメラ１１０Ｒ及び左カメラ１１０Ｌの画像においてマーカー２０３ａの位置が高精度に検出されることにより、高い精度の正確性で座標を求めることができる。

図４に戻って、ステップＳ１０９では、眼鏡フィティングパラメータが計算される。眼鏡レンズの設計に必要なパラメータである眼鏡フィティングパラメータには、被検者３００の瞳孔間距離ＷＧ（図８参照）、角膜頂点距離ＷＫ、ワーキングディスタンス、視線と光学素子２０２の平面との交わる位置２０７、光学素子２０２の最下端から眼球中心までの高さＨＧ、フレームラップアングルＡＦ１、フレームチルトアングルＡＦ２、被検者３００の瞳孔径ＷＤ（図８参照）、及び被検者３００の視線方向等がある。これらのパラメータは、眼球中心の三次元位置及び光学素子２０１の平面の三次元位置に基づいて計算される。

図５（ｂ）には、Ｘ−Ｙ平面と光学素子２０２に接したフレーム２０１の鼻側及び耳側の両端を結んだ線（図５（ｂ）の直線１６５）の間の角度であるフレームラップアングルＡＦ１が示されている。フレームラップアングルＡＦ１は、光学素子２０２の平面座標から求めることができる。

図８には、被検者３００の瞳孔間距離ＷＧ及び被検者３００の瞳孔径ＷＤが示されている。瞳孔間距離ＷＧ及び瞳孔径ＷＤは、赤外光の画像から求めることができる。瞳孔間距離ＷＧは、両眼の眼球中心位置間の距離ＷＥ（図９（ｂ）参照）又は両眼の光学素子２０２の平面と視線との交わる位置２０７間の距離ＷＬ（図９（ｂ）参照）に等しいとして求められる。

図９（ａ）は、測定用眼鏡２００をかけた被検者３００の側面図である。図９（ａ）には、被検者３００が正面に向いた場合のフレーム２０１の前傾角であるフレームチルトアングルＡＦ２が示されている。フレームチルトアングルＡＦ２は、マーカー２０３ａの三次元位置から求められる光学素子２０２の平面座標から求めることができる。また図９（ａ）には、被検者３００の眼球の中心３１５を通り水平方向に伸びる直線１６４が示されており、光学素子２０２の最下端から眼球中心３１５までの高さＨＧが示されている。高さＨＧは、ステップＳ３０４で求められた眼球の中心座標と、マーカー２０３ａの位置から導かれる光学素子２０２の最下端とから求めることができる。

図９（ｂ）は、被検者３００の眼球３１４、可視光源１３０、及び光学素子２０２の配置関係が示された図である。図９（ｂ）には、被検者３００の視線３１７が示されている。視線３１７は眼球中心３１５と可視光源１３０とを結ぶ線として表すことができ、可視光源１３０の三次元位置（設計値）と眼球中心３１５の三次元位置とにより求めることができる。また図９（ｂ）には、被検者３００の視線３１７と光学素子２０２の平面との交わる位置２０７が示されている。位置２０７は、光学素子２０２の平面と視線３１７とにより、一意に定めることができる。さらに図９（ｂ）には、光学素子２０２と角膜３１６との距離である角膜頂点距離ＷＫが示されている。角膜頂点距離ＷＫは、眼球中心３１５の座標、一般的な眼球の半径、及び光学素子２０２の平面の座標により求めることができる。

また、本などを読む場合の眼から注視物までの距離であるワーキングディスタンスは、カメラと眼球位置との距離として求めることができる。例えば、右カメラ１１０Ｒの三次元位置（設計値）を座標系の原点とすると、両眼の眼球中心３１５のＺ座標の平均値をカメラから眼球位置までの距離と近似することができ、この値をワーキングディスタンスとして求めることができる。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

１００ … 眼鏡フィッティングパラメータ計測装置
１０１ … コントロール基板
１１０Ｌ … 左カメラ
１１０Ｒ … 右カメラ
１２０ … 赤外光源
１２１ … 赤外光
１３０ … 可視光源
１４０ … 表示部
１５０ … 電子計算機
２００ … 測定用眼鏡
２０１ … フレーム
２０２ … 光学素子
２０３ａ〜２０３ｄ … マーカー
２０４ … 可視光の反射領域（赤外光の反射領域）
２０５ … 可視光の吸収領域（赤外光の吸収領域）
２０６ … マーカーの中心
２０７ … 視線と光学素子２０２の平面との交わる位置
３００ … 被検者
３１１ … 瞳孔
３１２ … 虹彩
３１３ … 輝点
３１４ … 眼球
３１５ … 眼球中心
３１６ … 角膜
３１７ … 被検者の視線
ＡＦ１ … フレームラップアングル
ＡＦ２ … フレームチルトアングル
ＨＧ … 光学素子２０２の最下端から眼球中心までの高さ
ＷＤ … 被検者の瞳孔径
ＷＥ … 両眼の眼球中心位置間の距離
ＷＧ … 被検者の瞳孔間距離
ＷＫ … 角膜頂点距離
ＷＬ … 両眼の光学素子２０２の平面と視線との交わる位置２０７間の距離

Claims (12)

1. 赤外光源と２台のカメラとを備え、被検者に一対の光学素子及び該光学素子を保持するフレームを有する測定用眼鏡を装着させて前記被検者の眼鏡フィティングパラメータを計測するシステムであって、
   前記測定用眼鏡の各光学素子又は前記フレームには前記被検者の眼球を囲むように少なくとも３か所にマーカーが付され、
   前記マーカーの位置を前記各カメラで検出することにより前記各光学素子の平面の三次元位置を計算し、
   前記被検者の眼球表面で反射する前記赤外光源から発せられた赤外光を前記各カメラで検出して、前記眼球中心の三次元位置を前記眼球における前記赤外光の反射位置により計算し、
   前記各光学素子の平面の三次元位置及び前記眼球中心の三次元位置により前記眼鏡フィティングパラメータを計測する眼鏡フィティングパラメータ計測システム。
2. 前記眼鏡フィティングパラメータは、前記被検者の瞳孔間距離、角膜頂点距離、ワーキングディスタンス、視線と前記光学素子の平面との交わる位置、前記光学素子の最下端から前記眼球中心までの高さ、フレームラップアングル、フレームチルトアングル、前記被検者の瞳孔径、及び前記被検者の視線方向の少なくとも１つを含む請求項１に記載の眼鏡フィティングパラメータ計測システム。
3. 前記マーカーは可視光の吸収領域及び前記可視光の反射領域を有し、前記マーカーの中心が前記可視光の吸収領域の角部及び前記可視光の反射領域の角部を含んで構成される請求項１又は請求項２に記載の眼鏡フィティングパラメータ計測システム。
4. 前記マーカーの位置が計測されるときには、前記赤外光が消灯する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の眼鏡フィティングパラメータ計測システム。
5. 前記マーカーは前記赤外光の吸収領域及び前記赤外光の反射領域を有し、前記マーカーの中心が前記赤外光の吸収領域の角部及び前記赤外光の反射領域の角部を含んで構成される請求項１又は請求項２に記載の眼鏡フィティングパラメータ計測システム。
6. 前記各マーカーは同一の色及び形状に形成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の眼鏡フィティングパラメータ計測システム。
7. 前記２台のカメラの露光時間と、前記赤外光の照明時間との同期が取られている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の眼鏡フィティングパラメータ計測システム。
8. 前記カメラにより撮影された前記被検者の顔写真、及び近方視力表の少なくても１つが表示される表示部を有する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の眼鏡フィティングパラメータ計測システム。
9. 前記２台のカメラは、前記被検者の両眼を結ぶ直線に平行な直線上に配置され、
   前記赤外光源は、前記２台のカメラの中心の上方又は下方に配置される請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の眼鏡フィティングパラメータ計測システム。
10. 赤外光源と２台のカメラとを用い、被検者に一対の光学素子及び該光学素子を保持するフレームを有する測定用眼鏡を装着させて前記被検者の眼鏡フィティングパラメータを計測する方法であって、
    前記赤外光源が点灯した状態で、前記被検者の眼球を含む第１画像を前記２台のカメラでそれぞれ取得する段階と、
    前記赤外光源が消灯した状態で、前記測定用眼鏡の各光学素子又は前記フレームに前記被検者の眼球を囲むように少なくとも３か所に付されたマーカーを含む第２画像を前記２台のカメラでそれぞれ取得する段階と、
    前記第１画像及び前記第２画像により前記各光学素子の平面の三次元位置及び前記被検者の眼球中心の三次元位置を計算する段階と、
    前記各光学素子の平面の三次元位置及び前記眼球中心の三次元位置により前記被検者の眼鏡フィティングパラメータを計算する段階と、
    を有する眼鏡フィティングパラメータ計測方法。
11. 赤外光源と２台のカメラとを用い、被検者に一対の光学素子及び該光学素子を保持するフレームを有する測定用眼鏡を装着させて前記被検者の眼鏡フィティングパラメータを計測する方法であって、
    前記赤外光源が点灯した状態で、前記被検者の眼球、及び前記測定用眼鏡の各光学素子又は前記フレームに前記被検者の眼球を囲むように少なくとも３か所に付されたマーカーを含む画像を前記２台のカメラでそれぞれ取得する段階と、
    前記画像により前記各光学素子の平面の三次元位置及び前記被検者の眼球中心の三次元位置を計算する段階と、
    前記各光学素子の平面の三次元位置及び前記眼球中心の三次元位置により前記被検者の眼鏡フィティングパラメータを計算する段階と、
    を有する眼鏡フィティングパラメータ計測方法。
12. 前記眼鏡フィティングパラメータは、前記被検者の瞳孔間距離、角膜頂点距離、ワーキングディスタンス、視線と前記光学素子の平面との交わる位置、前記光学素子の最下端から前記眼球中心までの高さ、フレームラップアングル、フレームチルトアングル、前記被検者の瞳孔径、及び前記被検者の視線方向の少なくとも１つを含む請求項１０又は請求項１１に記載の眼鏡フィティングパラメータ計測方法。