JP2016126206A - 視覚補助器、視覚補助器の製造方法および視覚補助器の製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】メガネ、サングラス、ゴーグル、ウェアラブル端末を含む視覚補助器の装着感を向上して装着時に痛みを生じさせることがなく、頭部を動かしてもずれなどの不快状態を発生しにくい情報処理装置、視覚補助器の製造方法、および、視覚補助器の製造システムを提供する。
【解決手段】三次元計測装置によって計測した使用者３の頭部三次元形状に基づいて求められた、使用者３の頭部に接すると共に必要十分な力で安定支持する形状の接触支持部２Ｃ，２Ｄを備えるフレーム２Ａを形成してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、視覚矯正や紫外線などの目に有害な光からの保護を行うメガネやサングラス、花粉や粉塵の侵入から目の保護を行うゴーグル、目の周辺に装着するウェアラブル端末およびこれらの複合機を含む視覚補助器、視覚補助器の製造方法および視覚補助器の製造システムに関する。

従来より、メガネを作る場合、多くは既製のデザインのフレームを顔の大きさなどに合わせて数種類用意し、これに視覚矯正の程度の異なるいくつかのレンズを組み合わせることにより製造することが行われている。例えば、下記特許文献１には、木製フレームのメガネを製造する方法が記載されている。

使用者は既に用意されているいくつかのデザインの中から、気に入ったデザインのメガネを選び、その中から大きさや視覚矯正の程度を選ぶことが行われている。ゴーグルやサングラスにおいては視覚矯正はないが、紫外線などを遮断する加工を施したものや取り入れる光の強度を選ぶことができるように幾つか用意されることがある。

あるいは、幾つかのモデルの中からメガネフレームやゴーグルの種類を選択して、フレームの大きさや顔との接触部分のみを個人別に修正、微調整を行うフルオーダーによるメガネやサングラスを製造することも行われている。これによって、長時間装着しても痛みが発生しにくいメガネを形成することができる。

特開２０１２−１０８３９５号公報

しかしながら、従来の方法ではフレームを調整するために多くの時間が必要となるという問題があった。加えて、人の手によって肌との接触部分を調整するためには特殊な技術を必要とし、接触部分の調整がしきれない場合もあった。又、鼻や耳の形状に障害がある場合には、従来のメガネをかけるのに不自由があった。

また、正しく調整できたとしても、通常のメガネの接触部分が数点であるから、たとえばメガネのつるや鼻当ての部分が当たり続けることにより耳や鼻に痛みを生じさせるなど、長時間使用に伴って痛みが発生する。加えて、スポーツなどに携わるときには頭部の激し動きや風の力などによって容易にずれてしまうという問題もある。同様のことはサングラスや花粉防護ゴーグルなどにも生じ、はずれたり、ずれたりすることにより、目を保護しきれないことがあった。

さらに、近年では装着者の目の前に映像を浮かび上がらせる表示器などの機能を有するウェアラブル端末を用いて眼前に表示部を形成するなどして複合現実（Mixed Reality)を実現する装置が開発され実用化されつつあるが、比較的重量のあるウェアラブル端末を違和感なく安定装着することは極めて困難であり、これが実用化の妨げとなっている。

本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであり、メガネ、サングラス、ゴーグル、ウェアラブル端末を含む視覚補助器の装着感を向上して装着時に痛みを生じさせることがなく、頭部を動かしてもずれなどの不快状態を発生しにくい視覚補助器、視覚補助器の製造方法および視覚補助器の製造システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、第１発明は、三次元計測装置によって計測した使用者の頭部三次元形状に基づいて求められた、使用者の頭部に接すると共に必要十分な力で安定支持する形状の接触支持部を備えるフレームを形成してなることを特徴とする視覚補助器を提供する（請求項１）。

前記接触支持部は三次元計測装置によって計測した頭部三次元形状に基づいて形成されているので、使用者の頭部に寸分なく適合する。フレームは合成樹脂によって形成されるものであることにより、軽量化を図ることができ、かつ、錆びることがないので好ましい。なお、合成樹脂であっても、その弱点である耐熱温度および機械的強度の低さを克服した、いわゆる金属樹脂（ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、４Ｆパーフルオロアルキルビニルエーテル、ポリエーテルサルフォン、液晶ポリマーなど）を用いることが好ましい。あるいは、比較的強度の高い、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテエフタレート、ポリカーボネートなどの樹脂を用いて形成することが好ましい。

なお、本明細書において視覚補助器とは、メガネ、サングラス、ゴーグルのように視覚の矯正や光、粉塵、液体の進入から目を保護する視覚補助を行うものに加えて、ウェアラブル端末のように使用者の視覚に付加的な情報を提供する視覚補助を行うものやこれらの複合機も含むものである。

前記接触支持部は使用者の頭部において例えば目の回りの鼻、耳、額、頬、頭部両脇部などに接触して視覚補助器を支持できるものであり、支持する頭部との接触面積は広ければ広いほど安定すると共に使用者の肌にかかる荷重を分散させることができるので好ましい。従って、本発明の視覚補助器は鼻や耳などの従来のメガネをかけていた部分の形状に障害がある場合にも、頭部のそのほかの部分に接触支持部が接することにより支持することができる。

前記接触支持部は目を外気から遮断可能な閉鎖空間を形成するように使用者の目の周りを外気から遮蔽するように配置されたスカート部の下端部が目の周辺の肌に接するように形成したものである場合（請求項２）には、目の周辺への外気の進入を防止することができるので、花粉などの異物の混入をより確実に防止することができる。

第２発明は、三次元計測装置によって視覚補助器の使用者の頭部三次元形状を計測して三次元形状データを作成し、情報処理装置を用いて前記頭部三次元形状データを基に使用者の頭部に接すると共に必要十分な力で安定支持する接触支持部を形成した形状のフレームを備える視覚補助器の三次元モデルを作成し、この三次元モデルに従って視覚補助器を製造することを特徴とする視覚補助器の製造方法を提供する（請求項３）。

三次元計測装置によって使用者の頭部三次元形状を計測するので使用者の頭部に寸分なく適合する接触支持部を備える形状のフレームを容易かつ迅速に作成できる。

前記三次元計測装置はたとえば３Ｄスキャナであり、頭部の立体形状のみならずその表面の色も測定可能であることにより、視覚補助器を装着した状態の視覚補助器の様子を予測するのに役立てることができる。

三次元モデルに従った視覚補助器の造形は手作業で行っても良いが、ＮＣ（Numerically Controlled）工作機械を用いて形成されても良い。また、三次元モデルはレンズを含めたモデルであっても良いが、既成のレンズに合わせて形成されたフレームのみであってもよい。とりわけ、視覚補助器がメガネである場合にはレンズは視覚矯正の度合いを選択したレンズを組み合わされるフレームであることが好ましい。

前記三次元モデルに従った視覚補助器の製造は三次元造形装置を用いて行う場合（請求項４）には、三次元モデルに従った視覚補助器の造形を正確かつ容易に行うことができ、それだけ製造コストを引き下げることができる。この場合、製造される視覚補助器の色は形成される樹脂によって着色されるものである。また、視覚補助器の各部の強度は材料によって選択可能であり、例えば、ポリアミドイミドなどの金属樹脂などの剛性の高い材料を用いることにより、目をしっかりと保護することができる。

前記情報処理装置は視覚補助器を構成する複数のレンズの三次元形状データを記録してなるレンズ情報記録部と、複数のフレーム基本デザインの少なくとも三次元形状データを記録してなるフレーム情報記録部とを有し、これらのレンズとフレームのうち必要とするレンズとフレームの組み合わせを選択可能とするときにそのイメージを表示させる選択表示プログラムと、選択されたレンズとフレームの組み合わせによって少なくとも使用者の頭部に装着可能な視覚補助器の三次元形状モデルを生成するモデル作成プログラムとを実行するものである場合（請求項５）には、情報処理装置を用いて好みのフレームと必要なレンズを選ぶだけで、希望のデザインの視覚補助器を容易に形成することができる。また、情報処理装置を用いて視覚補助器の装着状態を確認しながらデザインを選ぶことができるので、それだけ、思い通りの構成の視覚補助器を形成することができる。

第３発明は、使用者の頭部三次元形状を計測して三次元形状データを作成する三次元計測装置と、この頭部三次元形状データを基に使用者の頭部に接すると共に必要十分な力で安定支持する接触支持部を形成した形状のフレームを備える視覚補助器の三次元モデルを作成する情報処理装置と、この情報処理装置によって形成された三次元モデルに従って視覚補助器を製造する三次元造形装置とを備えることを特徴とする視覚補助器の製造システムを提供する（請求項６）。

前述したように、本発明によれば、測定した頭部の三次元形状データに合わせてフレームを形成するので、フレームを調整するための時間が不要である。形成された視覚補助器は頭部との接触支持部が各使用者の頭部三次元形状に合わせて形成されているので、長時間使用しても違和感が生じることがなく、激しく顔を動かしてもメガネがずれることがない。また、風が当たってもずれることがないので、激しいスポーツを行うのに適している。視覚補助器がゴーグルである場合、顔に密着させることができるので、花粉などの粉塵の侵入を確実に防止できる。

三次元映像を供給するウェアラブル端末のゴーグルであっても、顔に完全に密着させて外部からの光の進入を遮断することにより疲れない三次元映像を表示することができる。また、比較的重量のあるウェアラブル端末でも頭部に均等に接触する広い面積の接触支持部を設けることにより、荷重を分散できるので疲れを感じることがない。

さらに、本発明の視覚補助器の製造システムを用いることにより、視覚補助器の製造方法を容易に実現でき、好みのオリジナルデザイン含むあらゆるデザインで造形して製作可能であり、視覚補助器を形成することができ、例えばつるを耳にかける必要のない視覚補助器を形成することができる。

本発明の実施形態に係る視覚補助器の製造システムの全体構成を示す図である。 視覚補助器の製造方法および製造システムのより詳細な例を示す図である。 視覚補助器の製造方法を説明する図である。 形成された視覚補助器の構成を示す図である。 視覚補助器の変形例を示す図である。

図１〜図４は本発明の実施形態を説明する図であり、本実施形態において視覚補助器はメガネである。したがって、以下、本実施例の視覚補助器２はメガネ２として説明する。図１において、１はメガネ２を製造する製造システムであり、３はメガネ２を発注して使用する使用者、４は使用者３の頭部の形状を採型すると共に、その表面の色を計測（撮像）するための三次元計測装置の一例であるハンディータイプの三次元スキャナ、５は前記計測したデータをまとめて三次元形状データを生成する前記三次元計測装置４の一部を構成する採型撮像処理部、６は測定した三次元形状データに基づいて演算処理を施すことによりメガネ２の立体形状モデルを形成する情報処理装置の一例であるノートパソコン、７は求められた三次元形状データを用いてメガネ２を造形する三次元造形装置の一例である三次元プリンタである。なお、本実施形態において三次元計測装置４はより具体的な三次元スキャナ、三次元造形装置７は三次元プリンタとも表現する。又、三次元形状データは、三次元スキャナ等だけでなく、ＣＴやＭＲＩや写真のデータを変換して作成してもよい。

前記三次元スキャナ４は複数の撮像部４Ａ，４Ｂ，４Ｃと複数の発光部４Ｄを有し、採型対象としての使用者３の頭部の特に目の周辺に向けて頭部周辺の複数の方向から撮像した画像を用いて走査線状に距離情報を算出するものであり、この三次元スキャナ４の位置情報、計測方向情報および距離情報からなる採型計測情報を取得し、採型処理部５に入力することにより、使用者３の頭部の立体形状の採型および撮像を行なうものである。なお、三次元スキャナ４はハンディータイプに限られるものではなく、固定式のものであってもよいことはいうまでもない。

図２は前記情報処理装置６の構成を概略的に示すものである。図２に示すように、本実施形態の情報処理装置６は、メガネ２を構成する複数のレンズの三次元形状データをライブラリとして記録してなるレンズ情報記録部１０と、複数のフレーム基本デザインの少なくとも三次元形状データをライブラリとして記録してなるフレーム情報記録部１１とを有する。また、その中央処理部は、前述の複数のレンズとフレームのうち必要とするレンズとフレームの組み合わせを選択可能とするときに前記三次元形状データを用いて形成される使用者３の頭部のイメージに対して選択されたレンズとフレームのイメージを重ね合わせて表示させる選択表示プログラム１２と、選択されたレンズとフレームの組み合わせによって少なくとも使用者３の頭部に装着可能なメガネ２の三次元形状モデルを生成するモデル作成プログラム１３とを実行可能に構成されている。

なお、６Ａは使用者３の頭部とメガネ２を組み合わせたイメージを表示させる表示部であり、この表示部に表示されたイメージ２’、３’はたとえばスライドバー１４，１５によってあらゆる角度から確認できるようにすることが好ましい。また、前記レンズの種類としては視覚矯正の度合いやレンズの色や形などの選択肢があり、その選択は例えばスイッチ１６，１７によって行われる。同様に、フレームの種類としてはフレームデザインや色、大きさ、肌との接触支持部の大きさなどの選択肢が考えられ、その選択は例えばスイッチ１８，１９によって行われる。

なお、フレームの選択肢の中には、メガネやサングラスだけでなく、ゴーグルやウェアラブル端末も含まれ、また、メガネやサングラスの場合にはそのつるの形状が耳にかけるものであるのか、頭部両側部を挟み込むように固定するものであるか、後頭部に回して固定するものであるか、額、前頭部、頭髪などによって支持するものであるかなどの選択肢が考えられ、その選択によってはレンズの選択範囲が異なったり、不要となったり、選択不可となったりすることも考えられる。

図３は本実施形態の視覚補助器の製造方法を説明する図である。すなわち、まず前記三次元スキャナ４を用いて使用者３の頭部の三次元形状データを作成する。（ステップＳ１）このとき、三次元スキャナ４およびその採形撮像処理部５は使用者の頭部形状のみならずその表面色も測定してその映像を含む三次元形状データを作成するので、情報処理装置６は前述のイメージを容易に形成できるが、本発明はこの点に限定されるべきではない。すなわち、より重要であるのは使用者３の顔の立体形状であり、この立体形状に完全に適合できる視覚補助器２を製造するためには三次元形状を正確に測定することが重要である。

次いで、前記使用者３の頭部、レンズ、フレーム基本デザインの三次元形状データを用いて、メガネ２の三次元モデルを作成する（ステップＳ２）。使用者３の頭部に接触してメガネ２を支持する接触支持部の三次元モデルを作成する。このとき、レンズおよびフレームの最初の選択肢は例えば最も一般的な大きさの近眼メガネのレンズとフレームであっても、前回の最後の選択肢であってもよい。いずれにしてもレンズ三次元形状データが決まることにより、フレームはレンズとの接合部の三次元形状を正確に求めることができ、基本デザインを崩さないでフレームの三次元形状を調整することができる。同様に、使用者３の頭部の正確な三次元形状データが計測されているので、使用者３の頭部に必要十分な力で安定支持できる接触支持部を形成することができる。

さらに、前記三次元モデルの三次元形状データと測定した使用者３の頭部の三次元形状データを基に、使用者３の頭部にメガネ２を装着した状態を示すイメージを作成し、この装着イメージを表示部６Ａに表示させる（ステップＳ３）。使用者３は表示部６Ａへの表示内容によって自分が選択したデザインのメガネ２を装着したときにどのように見えるのかを確認することができる。

既に説明したように表示部６Ａにはスライドバー１４，１５を形成しており、使用者３がこれを操作して角度を変更した場合には、前記ステップＳ３に戻ってイメージを表示し直すことが行われる（ステップＳ４）。

同様に表示部６Ａに表示されたフレームまたはレンズの選択ボタン１６〜１９が操作された場合には、前記ステップＳ２に戻って視覚補助器２の三次元モデルの変更から実行し直すことにより、異なる視覚補助器２に切り替えることも可能である（ステップＳ５）。

上述のステップＳ４，Ｓ５による視覚補助器２の装着イメージの確認は使用者３が納得いくまで行われるものであるが、選択が完了すると、決定されたメガネ２の三次元モデルに従って三次元プリンタ７を用いてメガネ２のフレーム２Ａを造形（作成）する（ステップＳ６）。

作成されたフレーム２Ａは既に選択されているレンズ２Ｂと組み合わせることによりメガネ２が完成する（ステップＳ７）。

図４は本実施形態によって形成される視覚補助器２の例を示す図である。図４（Ａ）に示すメガネ２は最も一般的な視覚補助器であるが、このメガネ２のフレーム２Ａは使用者３の鼻の位置に完全に適合するように当接する接触支持部（鼻あて）２Ｃと、顔の幅に合わせてその両側部に当接し、耳の位置に合わせて必要最低限の力で当接することにより接触支持する接触支持部（つる）２Ｄとを備えている。

しかしながら、本発明によって形成される視覚補助器２は一般的なメガネの形状に限られるものではなく、使用者３の頭部形状の三次元形状を測定して形成される故に得られる種々のものを選択できる。

図４（Ｂ）に示すゴーグル２０は視覚補助器の別の例を示すものである。このゴーグル２０は目の周辺の肌に密着するように当接して目に外気や液体などの異物が進入することをより確実に阻止する接触支持部２１と、ゴーグル２０の荷重を頭部両側部への接触によって支持する接触支持部２２とを備える。また、本例のレンズ２３は単に視覚矯正を行うものではなく、単に外気侵入を防止するものであり、左右の目に分かれたものである必要はない。本発明によれば顔と接触支持部２１との間に隙間が全くないのでそれだけ効果的な密閉を行うことができる。なお、ものによっては有害物のみを遮蔽して外気を導入できるように構成してあってもよい。この場合、視覚補助器は顔全体を覆う防護マスクのようなものであってもよい。

図４（Ｃ）に示すウェアラブル端末３０は視覚補助器の別の例を示すものである、このウェアラブル端末３０は使用者３（図１参照）の額および頭部両側部に挟み込むように当接する接触支持部３１と、直射日光の侵入を防止する鍔部３２と、必要な時に映像を反射するように構成された光学部材３３と、映像の表示部３４と、制御部３５とを備える。ウェアラブル端末３０は通常のメガネ２やゴーグル２０に比べて重量が多くならざるを得ないが、使用者３の頭部の三次元形状を正確に測って必要十分な力で固定するための接触指示部３１を設けたことによって使用者３に痛みや重量感を与えることなく装着することが可能となる。ゆえに、複合現実の表示部として実用化に耐えるものとなる。

なお、本例では光学部材３３のみを設けて、目の保護をするレンズを省略する例を示しているが、この光学部材３３の外側にサングラスのレンズや視覚矯正用のレンズを設けるようにしてもよいことはいうまでもない。

図５（Ａ）は前記視覚補助器２のさらに異なる変形例であるサングラス４０を示す図である。このサングラス４０は、頭髪への接触によってサングラス４０の荷重を支えるヘアーバンド型接触支持部４１と、このヘアーバンド型接触支持部４１に対して矢印Ｒに示すように回動可能に支持されるサングラスフレーム４２と、サングラスフレーム４２に支持されて特に紫外光から目を守るレンズ４３とを備える。このように構成されたサングラス４０は使用者３の頭部三次元形状を測定して、この頭部の広い領域に適合するように接触支持部４１が当接するので、より安定した支持を可能としており、スポーツを行うときにもずれることのないサングラス４０を形成することができる。

図５（Ｂ）は動物の耳の形などの仮装装飾を施したサングラス５０を示す図である。このサングラス５０は使用者３の頭部形状に嵌合してその大部分に当接すると共に着色を施してなる接触支持部５１と、動物の耳にも似た装飾５２、動物の鼻に似た装飾５４、動物のキャラクターになりきるほど大きく形成された目の装飾５５を施してなるフレームと、使用者３の目の位置に合わせて形成されたレンズ５６とを備えるものである。本例に示すサングラス５０はテーマパークなどにおいて、キャラクターになりきるためのグッズとして用いることができるだけでなく、使用者３の頭部形状に合わせて形成されるものであるから、長時間装着しても疲れることがない。

上述した各実例では視覚補助器２，２０，３０，４０，５０はいずれもレンズ２Ｂ，２３，４３，５６をいずれも視覚補助器本体のフレームとは別に形成されるものとして記載しているが、三次元プリンタ７の性能が十分であればこれらのレンズ２Ｂ，２３，４３，５６も三次元プリンタ７によって一緒に形成してもよい。なお、上述の説明においてレンズと表現しているが、メガネとしての視覚矯正を行うものであることに限定するものではなく、度の入っていないレンズを用いてもよいことはいうまでもない。

また、上述した実施形態では視覚補助器２の少なくともフレームは三次元プリンタ７によって形成される例を示しているが、これらのフレームをＮＣ加工機のような別の装置によって形成してもよい。さらには、情報処理装置６が計算した三次元モデルに従って人の手によって作成されてもよいことはいうまでもない。

１ 視覚補助器の製造システム
２，２０，３０，４０，５０ 視覚補助器
２Ａ フレーム
２Ｂ，２３，４３，５６ レンズ
２Ｃ，２Ｄ，３１，４１，５１ 接触支持部
４ 三次元計測装置
６ 情報処理装置
７ 三次元造形装置
１０ レンズ情報記録部
１１ フレーム情報記録部
１２ 選択表示プログラム
１３ モデル作成プログラム

Claims (6)

1. 三次元計測装置によって計測した使用者の頭部三次元形状に基づいて求められた、使用者の頭部に接すると共に必要十分な力で安定支持する形状の接触支持部を備えるフレームを形成してなることを特徴とする視覚補助器。
2. 前記接触支持部は目を外気から遮断可能な閉鎖空間を形成するように使用者の目の周りを外気から遮蔽するように配置されたスカート部の下端部が目の周辺の肌に接するように形成したものである請求項１に記載の視覚補助器。
3. 三次元計測装置によって使用者の頭部三次元形状を計測して三次元形状データを作成し、情報処理装置を用いて前記頭部三次元形状データを基に使用者の頭部に接すると共に必要十分な力で安定支持する接触支持部を形成した形状のフレームを備える視覚補助器の三次元モデルを作成し、この三次元モデルに従って視覚補助器を製造することを特徴とする視覚補助器の製造方法。
4. 前記三次元モデルに従った視覚補助器の製造は三次元造形装置を用いて行う請求項３に記載の視覚補助器の製造方法。
5. 前記情報処理装置は視覚補助器を構成する複数のレンズの三次元形状データを記録してなるレンズ情報記録部と、複数のフレーム基本デザインの少なくとも三次元形状データを記録してなるフレーム情報記録部とを有し、これらのレンズとフレームのうち必要とするレンズとフレームの組み合わせを選択可能とするときにそのイメージを表示させる選択表示プログラムと、選択されたレンズとフレームの組み合わせによって少なくとも使用者の頭部に装着可能な視覚補助器の三次元形状モデルを生成するモデル作成プログラムとを実行するものである請求項３または請求項４に記載の視覚補助器の製造方法。
6. 使用者の頭部三次元形状を計測して三次元形状データを作成する三次元計測装置と、この頭部三次元形状データを基に使用者の頭部に接すると共に必要十分な力で安定支持する接触支持部を形成した形状のフレームを備える視覚補助器の三次元モデルを作成する情報処理装置と、この情報処理装置によって形成された三次元モデルに従って視覚補助器を製造する三次元造形装置とを備えることを特徴とする視覚補助器の製造システム。

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