JP2018200411A - 双眼ルーペ装置のルーペ取付位置決定方法並びにシステム、ルーペ取付用補助具、及び双眼ルーペ装置の組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】双眼ルーペ装置の組立において、使用者の近方視における瞳孔位置に合わせてルーペを適正な取付位置・角度で取り付ける。
【解決手段】ルーペを取り付ける前のフレーム２５に矩形の透明な測定補助プレート２６を固定して使用者に装用させ、近方視している使用者の顔面を作業位置Ｐからカメラ２２で撮像して第１の画像を取得する。第１の画像をコンピューター２３で演算処理して、第１の画像上で測定補助プレートの４頂点と使用者の近方視における左右瞳孔の座標位置を測定し、これらに基づいてプレート部材の平面におけるルーペの取付位置及び／又は取付角度を決定する。
【選択図】図１９

Description

本発明は、双眼ルーペ装置の組立に関するものである。

従来、双眼ルーペ装置は、例えば医療分野で外科等の手術を行ったり、他の様々な分野で精密作業を行う際に、術部や作業部位を拡大するために広く使用されている。特に医療用の双眼ルーペ装置は、人命に関わる場合があることから、使用中継続して高精度の視認性を確保することが要求されている。

一般に、双眼ルーペ装置としては、左右のルーペ（拡大鏡）を、使用者が装用する眼鏡に装着する眼鏡型のもの（例えば、特許文献１、２を参照）と、使用者が頭部に装用するヘッドバンド（ベルト）に装着するヘッドバンド型のもの（例えば、特許文献３を参照）が知られている。更に、眼鏡型の双眼ルーペ装置には、ルーペを眼鏡のレンズに直接固定するレンズ嵌込型のもの（例えば、特許文献１を参照）と、ルーペを眼鏡レンズの直ぐ前方に位置するように、クリップやアームで眼鏡のフレームに取外可能に又は固定して装着する前掛け式のもの（例えば、特許文献２を参照）とがある。

図１は、一般的なレンズ嵌込型の双眼ルーペ装置を例示している。同図の双眼ルーペ装置１は、一般の視力矯正用眼鏡と同様の構造を有するフレーム２と、該フレームの左右リム３にそれぞれ嵌め込まれた左右のキャリアレンズ４と、左右のルーペ５と、各ルーペ５をそれぞれ対応するキャリアレンズ４に固定するための取付部６とから構成される。フレーム２は、装用時に使用者の耳に掛けて双眼ルーペ装置１を支持するためのテンプル７と、左右リム３を連結するブリッジ８と、装用時に使用者の鼻を挟むように左右リム３にそれぞれ結合されたパッド（図示せず）とを有する。

図２（ａ）に示すように、キャリアレンズ４には、ルーペ５を装着するためのルーペ取付孔１０が所定のルーペ取付位置に貫設されている。取付部６は、短円筒状の取付アダプター１１と、内周に雌ねじを有するルーペ固定リング１２とからなる。取付アダプター１１は、図２（ｂ）に示すように、キャリアレンズ４の裏側（装用者の顔面側）からルーペ取付孔１０内に挿入して嵌合保持される。ルーペ５は、その後端部（接眼レンズ側）から取付アダプター１１の貫通孔内に挿入され、該後端部外周にルーペ固定リング１２をキャリアレンズ４裏側から螺合締着させることによって、キャリアレンズ４に固定される。

図３は、外科医師である使用者Ｕが、略直立した状態のまま、手許で外科手術を行う際の作業姿勢を例示している。このとき、使用者Ｕは、頭部１６が図中破線で示す直立位置１６′から前方下向きに、或る角度α傾いた状態を維持しながら、作業対象である手術位置Ｐを注視している。

一般に人の眼は、図４に示すように、遠方視で視線（視軸）が顔の正面を向いた状態から、読書や手作業等のために近方視に移るとき、眼球が下方に回旋する。そのため、視線（視軸）は、遠方視における向き１７（図４における水平方向）から、近方視では下方に或る角度ｒ傾斜した向き１７’になる。この近方視における視線の下方傾斜は、図３に示すように頭部が前方下向きに傾いた作業姿勢でも、同様である。従って、図１のルーペ５は、図４に示すように、双眼ルーペ装置１の正面方向に関して下方傾斜角度ｒで取り付ける必要がある。

更に人の眼は、図５に示すように、遠方視で左右の視線（視軸）が顔の正面を向いた平行な状態から、読書や手作業等のために近方視に移るとき、内寄せして輻輳する。そのため、左右の視線（視軸）は、遠方視における向き１８（図５における正面方向）から、近方視では、左右それぞれに内側へ或る角度ｐ，ｑ傾斜した向き１８’、１８”になる。図１の左右のルーペ５は、図５に示すように、双眼ルーペ装置１の正面方向に関してそれぞれ内側傾斜角度ｐ，ｑで取り付ける必要がある。

本願発明者は既に、かかる双眼ルーペ装置においてルーペをキャリアレンズに装着する際の下方傾斜角度及び内側傾斜角度を決定することができる双眼ルーペの製作方法を提案している（例えば、特許文献４を参照）。この方法では、キャリアレンズにルーペを装着する前の状態でフレームを使用者に装用させ、作業姿勢で装用者の顔面を作業位置からカメラで撮像し、その画像データといくつかの作業位置からの実測距離とを用いて、ルーペの下方傾斜角度及び内側傾斜角度を算出する。

図６は、ルーペの下方傾斜角度ｒの算出方法を模式的に説明する概念図である。ここで、Ｍは、作業位置Ｐからキャリアレンズ４までの直線距離、Ｎは、作業位置Ｐからキャリアレンズ４までの水平距離、αは、キャリアレンズ４の正面視方向（図４における水平方向）からの前傾角度、βは、作業位置Ｐからキャリアレンズ４に延長する直線と作業位置Ｐからキャリアレンズ４側に延長する水平な直線とがなす角度である。図６から分かるように、下方傾斜角度ｒは、
ｒ＝９０−（９０−β）−α＝β−α
である。特許文献４では、前記作業姿勢の使用者を側方からカメラで撮像し、その画像データから鉛直方向に関する使用者の頭部又はキャリアレンズ４の傾斜角度を測定することによって、角度αを求めている。

国際公開第２００７／０５７９８７号 特開２００５−２５７８０２号公報 特開２００３−２０４９７２号公報 特開２０１４−４４３９１号公報

しかしながら、双眼ルーペ装置１のキャリアレンズ４は、一般的な眼鏡レンズと同様に、装用者の視線とレンズ光軸とを揃えるために、元々顔の正面方向に関して所定の角度前傾させて取り付けられている。しかも、その前傾取付角度は、個々の装用者によって多少異なる。フレーム２のテンプル７も、装用者によって掛け位置が変わるので、必ずしも顔の正面方向と平行に（図４の水平方向）保持されるわけではない。また、カメラの撮像画像から、鉛直方向及び頭部の前傾角度αを高精度に測定することは、実際上容易でない。このため、上述した従来技術において、ルーペの下方傾斜角度ｒを前傾角度αの実測値から高精度に算出することは、比較的困難である。

更に、各ルーペ５のキャリアレンズ４上の取付位置は、その光軸が、前記作業姿勢で作業位置Ｐを注視している使用者の視線と一致するように設定することが好ましい。しかしながら、人の顔は通常左右対称でなく、そのためにフレーム２は、多くの場合、装用者が正面視していても、左右の瞳孔位置が同じ高さであっても、左右にいくらか傾いている。また、左右方向に、フレーム２の中心位置も、顔面の中心位置とは必ずしも一致せず、近方視における眼の内寄せ量も、上述したように左右で異なる。

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、双眼ルーペ装置の組立において、頭部を前傾した作業姿勢で作業位置を近方視している使用者の視線に合わせて、ルーペをより高精度に取り付けることができる方法を提供することにある。

特に本発明は、前記作業姿勢における使用者の頭部前傾角度をより高精度に測定することができ、それによってルーペをより正確な下方傾斜角度で配置することができる双眼ルーペ装置の組立方法を提供することを目的としている。

また、本発明の目的は、双眼ルーペ装置の組立におけるルーペの取付位置をより高精度に、しかも比較的簡単に決定することができる方法及びそのためのシステムを提供することにある。

更に本発明は、双眼ルーペ装置の組立において、ルーペの取付位置をより高精度かつ簡単に決定するのに適したルーペ取付用補助具を提供することを目的としている。

本発明のルーペ取付用補助具は、使用者の頭部又は顔部に装着される保持具に関して前記使用者の左右眼に対応する左右１対のルーペを所定の位置に取り付けるために使用する補助具であって、
透明かつ平坦な概ね矩形のプレート部材からなり、
プレート部材が該プレート部材を保持具に取外可能に固定するための取付部を有し、
プレート部材は、取付部によってプレート部材を固定した保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、近方視している使用者の顔部を該使用者の左右眼の近方視線上の作業位置から見たとき、左右眼の瞳孔がプレート部材の平面内に位置するような大きさを有する、ことを特徴とする。

これにより、プレート部材の平面における使用者の左右眼の瞳孔位置を特定することができるので、使用者の瞳孔位置に合わせてルーペの取付位置を簡単に決定することができる。

或る実施形態では、取付部は、プレート部材を、その平面が保持具を装着した使用者の遠方視線に関して直交するように、保持具に固定するようになっている。

別の実施形態では、プレート部材は、その周縁に沿って設けられた概ね矩形の枠線を有する。

或る実施形態では、前記枠線が、その周囲よりも高い光反射率を有する。

別の実施形態では、前記枠線が白色又は淡色である。

本発明のルーペ取付位置決定方法は、使用者の頭部又は顔部に装着される保持具に関して前記使用者の左右眼に対応して取り付けられる左右１対のルーペの取付位置を決定するための方法であって、
上述した本発明のルーペ取付用補助具を取り付けた保持具を準備する過程と、
前記保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、近方視している前記使用者の顔部を該使用者の前記左右眼の近方視線上の作業位置から撮像して、前記ルーペ取付用補助具の前記プレート部材全体及び該プレート部材の平面内に前記使用者の近方視における左右瞳孔を含むように第１の画像を取得する過程と、
前記第１の画像上で前記プレート部材の頂点及び前記近方視における左右瞳孔の座標位置を測定する過程と、
測定した前記プレート部材の頂点及び前記左右瞳孔の座標位置に基づいて、前記作業位置に向けられた前記使用者の近方視線が前記プレート部材を通過する点の座標を演算することにより、前記プレート部材の平面における前記ルーペの取付位置及び／又は取付角度を決定する過程とを含む、ことを特徴とする。

このように第１の画像を演算処理することによって、ルーペ取付用補助具のプレート部材の平面上で使用者の近方視における左右眼の瞳孔位置を特定でき、それにより使用者の瞳孔位置に合わせてルーペの取付位置及び／又は取付角度を簡単に決定することができる。

或る実施形態では、ルーペの取付位置を決定する過程において、第１の画像上で、左右瞳孔の中心を通過する直線を回転中心軸として、その平面が真正面を向くように前記プレート部材を回転させた、前記第１の画像の平面に射影される前の仮想のプレート部材の頂点の座標位置を、前記測定した前記プレート部材の頂点の座標位置に基づいて算出し、算出した前記仮想のプレート部材の頂点の座標位置に基づいて前記プレート部材の平面における前記ルーペの取付位置を決定する。

別の実施形態では、保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、遠方視している使用者の顔部を正面から撮像して、前記プレート部材の全体及び該プレート部材の平面内に前記使用者の遠方視における左右瞳孔を含むように第２の画像を取得する過程と、
第２の画像上で前記プレート部材の頂点及び前記遠方視における左右瞳孔の座標位置を測定する過程とを更に含む。

或る実施形態では、ルーペの取付位置を決定する過程において、測定したプレート部材の頂点の座標位置と前記プレート部材の実寸法とに基づいて、前記第１の画像の平面に射影される前のプレート部材の頂点の三次元座標位置から前記第１の画像の平面における前記プレート部材の前記頂点の座標位置に変換するための変換行列を求め、前記変換行列の逆変換行列を用いて、前記プレート部材の前記平面における前記頂点の座標位置から前記三次元座標位置を算出する。

別の実施形態では、ルーペの取付角度を決定する過程において、使用者の遠方視線に関する近方視線の下方傾斜角度及び／又は内側傾斜角度を決定する。

或る実施形態では、作業位置から前記プレート部材の平面までの直線距離と水平距離とを測定し、直線距離及び水平距離と使用者の頭部の前傾角度とに基づいて、下方傾斜角度を決定する。

別の実施形態では、第１の画像におけるプレート部材の頂点の座標位置と第１の画像の平面に射影される前のプレート部材の頂点の三次元座標位置とに基づいて、第１の画像におけるプレート部材を含む平面と第１の画像の平面に射影される前のプレート部材を含む平面との回転角を算出することにより、下方傾斜角度を決定する。

別の実施形態では、作業位置から前記プレート部材の平面までの直線距離と、プレート部材の平面上における前記使用者の前記左右瞳孔の内寄せ量とを測定し、それらに基づいて前記左右眼の各内側傾斜角度を決定する。

或る実施形態では、記保持具が、使用者の顔部に装着されるフレームと、フレームに装着されるキャリアレンズとからなり、ルーペがキャリアレンズに取り付けられる。

別の実施形態では、保持具が、使用者の顔部に装着されるフレームと、フレームから正面前方に延出する支持部とからなり、ルーペが支持部により支持されるように取り付けられる。

また別の実施形態では、保持具が、使用者の頭部に装着されるヘッドバンドと、ヘッドバンドから正面前方に延出する支持部とからなり、ルーペが支持部により支持されるように取り付けられる。

本発明のルーペ取付位置決定システムは、使用者の頭部又は顔部に装着される保持具に関して使用者の左右眼に対応して取り付けられる左右１対のルーペの取付位置を決定するためのシステムであって、
カメラと、
カメラが撮像した画像を処理するための演算処理装置とからなり、
演算処理装置は、カメラが、上述した本発明のルーペ取付用補助具を取り付けた保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、近方視している使用者の顔部を該使用者の左右眼の近方視線上の作業位置から撮像することにより、ルーペ取付用補助具のプレート部材全体及び該プレート部材の平面内に使用者の近方視における左右瞳孔を含むように取得した第１の画像を演算処理して、第１の画像上でプレート部材の頂点及び近方視における左右瞳孔の座標位置を測定し、測定したプレート部材の頂点及び左右瞳孔の座標位置に基づいて、作業位置に向けられた使用者の近方視線がプレート部材を通過する点の座標を演算して、プレート部材の平面におけるルーペの取付位置及び／又は取付角度を決定する機能を有する、ことを特徴とする。

これにより、比較的簡単なシステム構成で、ルーペ取付用補助具のプレート部材の平面上で使用者の近方視における左右眼の瞳孔位置を特定でき、それにより使用者の瞳孔位置に合わせてルーペの取付位置及び／又は取付角度を簡単に決定することができる。

或る実施形態では、演算処理装置は、第１の画像上で、前記左右瞳孔の中心を通過する直線を回転中心軸として、その平面が真正面を向くように前記プレート部材を回転させた、前記第１の画像の平面に射影される前の仮想のプレート部材の頂点の座標位置を、前記測定した前記プレート部材の頂点の座標位置に基づいて算出し、算出した前記仮想のプレート部材の頂点の座標位置に基づいて前記プレート部材の平面における前記ルーペの取付位置を決定する。

別の実施形態では、演算処理装置は、カメラが、保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、遠方視している前記使用者の顔部を正面から撮像して、前記プレート部材の全体及び該プレート部材の平面内に前記使用者の遠方視における左右瞳孔を含むように取得した第２の画像を処理し、前記第２の画像上で前記プレート部材の頂点及び前記遠方視における左右瞳孔の座標位置を測定する。

また別の実施形態では、演算処理装置は、測定したプレート部材の頂点の座標位置とプレート部材の実寸法とに基づいて、第１の画像の平面に射影される前のプレート部材の頂点の三次元座標位置から第１の画像の平面における前記プレート部材の前記頂点の座標位置に変換するための変換行列を求め、前記変換行列の逆変換行列を用いて、前記プレート部材の前記平面における前記頂点の座標位置から前記三次元座標位置を算出する。

或る実施形態では、演算処理装置は、使用者の遠方視線に関する前記近方視線の下方傾斜角度及び／又は内側傾斜角度を決定する。

別の実施形態では、演算処理装置は、作業位置からプレート部材の平面までの直線距離及び水平距離と使用者の頭部の前傾角度とに基づいて、前記下方傾斜角度を決定する。

別の実施形態では、演算処理装置は、第１の画像における前記プレート部材の頂点の座標位置と第１の画像の平面に射影される前のプレート部材の頂点の三次元座標位置とに基づいて、第１の画像におけるプレート部材を含む平面と第１の画像の平面に射影される前のプレート部材を含む平面との回転角を算出することにより、前記下方傾斜角度を決定する。

また別の実施形態では、演算処理装置は、作業位置からプレート部材の平面までの直線距離と、プレート部材の平面上における使用者の前記左右瞳孔の内寄せ量とに基づいて、左右眼の各内側傾斜角度を決定する。

本発明の別の側面によれば、使用者の頭部又は顔部に装着される保持具に関して前記使用者の左右眼に対応して取り付けられる左右１対のルーペを備えた双眼ルーペ装置の組立方法であって、
上述した本発明のルーペ取付位置決定方法により、ルーペを保持具に関して取り付ける取付位置及び／又は取付角度を決定する過程と、
保持具に関してルーペを決定された取付位置及び／又は取付角度に取り付ける過程とを含む、ことを特徴とする双眼ルーペ装置の組立方法が提供される。

これにより、ルーペが保持具に関して適正な取付位置及び／又は取付角度に取り付けられるように、双眼ルーペ装置を組み立てることができる。

或る実施形態では、保持具が、使用者の顔部に装着されるフレームと、フレームに装着されるキャリアレンズとからなり、ルーペをキャリアレンズに取り付ける。

別の実施形態では、保持具が、使用者の顔部に装着されるフレームと、フレームから正面前方に延出する支持部とからなり、ルーペを記支持部に支持されるように取り付ける。

また、別の実施形態では、保持具が、前記使用者の頭部に装着されるヘッドバンドと、前記ヘッドバンドから正面前方に延出する支持部とからなり、ルーペを支持部に支持されるように取り付ける。

典型的なレンズ嵌込型の双眼ルーペ装置の全体構成図。 図１の双眼ルーペ装置におけるルーペの取付構造及び手順を示す説明図。 双眼ルーペ装置を装用した使用者の作業姿勢を模式的に示す説明図。 双眼ルーペ装置を装用した使用者の顔の拡大右側面図。 キャリアレンズに取り付けた左右ルーペの内側傾斜角度の説明図。 キャリアレンズに取り付けたルーペの下方傾斜角度の説明図。 本発明によるルーペ取付位置決定システムの全体構成図。 カメラの撮像方向を示す説明図。 図７のカメラの構成を示すブロック図。 図７のコンピュータの構成を示すブロック図。 フレームに固定された測定補助プレートを示す斜視図。 双眼ルーペ装置の組立方法を示すフロー図。 モニター部に表示されるユーザーインターフェース画面の一例を示す図。 カスケード型分類プログラムによる処理手順の説明図。 フレームに取り付けた測定補助プレートを作業位置から見た模式図。 図１５の画像を上方から見た説明図。 図１５の画像を側方から見た説明図。 左右瞳孔の内側傾斜角度を算出する説明図。 第１の画像を示す模式図。 測定補助プレートの第１の画像平面への投影を示す説明図。 第２の画像を示す模式図。

以下に、本発明の好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の要素には、同一又は類似の参照符号を付して表示するものとする。

図７は、本発明による双眼ルーペ装置の組立において、左右ルーペの取付位置を決定するためのシステムの構成全体を概略的に示している。同図において、ルーペ取付位置決定システム２１は、デジタルカメラであるカメラ２２と、その撮像画像を処理するためのコンピューター２３と、それらを接続する通信ケーブル２４とを備える。ルーペ取付位置決定システム２１は、ルーペ取付位置を決定するためだけでなく、左右瞳孔の座標位置を検出して、ルーペの下方傾斜角度及び内側傾斜角度を算出するためにも使用される。

カメラ２２は、左右ルーペを取り付ける前のフレーム２５を装用した使用者Ｕの顔及び該フレームを、正面側から撮像するために使用される。フレーム２５の前面には、ルーペの取付位置を決定するのに好適なルーペ取付位置決定用補助具として、測定補助プレート２６が固定されている。本実施形態では、使用者Ｕとして、作業位置Ｐで外科手術を行う外科医を想定することができる。

カメラ２２による撮像は、その光軸を、図８に矢印２７で示すように、頭部を角度αで前傾した作業姿勢の使用者Ｕの顔面を作業位置Ｐから斜め上向きにして、及び、矢印２８で示すように、水平正面視している顔面（同図中、破線で示す）を正面から真直ぐ水平に向けて行われる。撮像した画像データは、後述するように処理するために、カメラ２２から通信ケーブル２４を介してコンピューター２３に送られる。

図９は、カメラ２２の構成を概略的に示している。カメラ２２は、制御部３１、ストロボ光照射装置３２、光学系３３、撮像素子３４、画像メモリ３５、及びコンピュータ２３との間でデータ及び信号の授受を行うインターフェース３６を備える。制御部３１は、カメラ２２の各部を制御するプログラムを記憶させたプログラム記憶部と、前記プログラムを実行するためのＣＰＵとを有する。更に制御部３１は、コンピュータ２３からの指示に応じた光学系３３の撮像倍率やピント合わせ等の動作、画像メモリ３５に対する画像データの保存や読出し等を制御する。

図１０は、コンピューター２３の構成を概略的に示している。コンピューター２３は、モニター部４１、入力デバイス４２、プログラムに基づいて所定の演算処理や制御処理を行う中央制御部４３、及びカメラ２２との間でデータ及び信号の授受を行うインターフェース４４を備える。中央制御部４３は、撮像プログラム４３ａ、ユーザーインターフェースプログラム４３ｂ、画像処理プログラム４３ｃ及び解析プログラム４３ｄと、これらプログラムを実行するための中央演算処理装置ＣＰＵ４５とを有する。

本実施形態において、画像処理プログラム４３ｃは、識別対象を上位から順に細分化して分類する処理を行うカスケード分類器であり、カメラ２２により撮像した使用者の画像の中から顔や目を識別する。そのために、画像処理プログラム４３ｃは、予め学習により顔や目の特徴を記憶した顔検出カスケードファイル４３ｅと目検出カスケードファイル４３ｆとを備える。

測定補助プレート２６は、図１１に示すように、横に長い矩形の平坦で透明なプレート部材からなる。測定補助プレート２６の下辺５１ｂの中央には、使用者がフレーム２５を装用したときに、該測定補助プレートに鼻が接触しないように、略三角形の切欠き５２が形成されている。

測定補助プレート２６の周縁には、切欠き５２を除く全周に亘って、一定幅で矩形の枠線５３が設けられている。枠線５３は、カメラ２２による撮像画像中で、その周囲から明確に識別し得るように、撮影時に照射されるストロボ光の反射率が高い塗料や白色等の淡色の材料で形成することが好ましい。

測定補助プレート２６は、例えばビス５４等の適当な取付具で、フレーム２５のブリッジ８の前面に取外可能に固定される。ここで、測定補助プレート２６は、フレーム２５に対して、上下両辺５１ａ，５１ｂが該フレームの水平方向と平行をなし、左右方向に両者の中心位置が一致し、かつその平面がフレーム２５の正面視方向５５と直交するように配置する。別の実施形態では、測定補助プレート２６をクリップ等の他の取付具で、同様に取外可能にフレーム２５のブリッジ８に固定することができる。

測定補助プレート２６の上下寸法及びフレーム２５への取付位置は、フレーム２５を正面から見たとき、上辺５１ａが該フレームのリム３の上端より上方に位置し、かつ近方視線の方向を逆に斜め下側から見たとき、即ち前記作業姿勢の装用者を作業位置Ｐから斜め上向きに見たとき、下辺５１ｂがリム３の下端より下方に位置するように設定することが好ましい。測定補助プレート２６の左右寸法は、フレーム２５を正面から及び近方視線の方向を逆に見たときに、左右側辺５１ｃ，５１ｄが、リム３の左右外端付近に、少なくとも装用者の瞳孔よりも外側に位置するように、設定することが好ましい。

これにより、使用者が装用しているフレーム２５を、図８の矢印２７，２８のいずれの方向から撮影しても、常に該フレームのリム３の上下両端及び使用者の両方の瞳孔が測定補助プレート２６の矩形枠線５３の内側に位置する画像を得ることができる。従って、後述するように、カメラ２２の画像データを演算処理することによって、フレーム２５のキャリアレンズ４上における使用者の左右瞳孔位置を、撮像画像上における枠線５３との相対的な位置関係から確実に求めることができる。

尚、図４に例示するように、キャリアレンズ４は、正面側に凸状の湾曲したレンズ面を有し、かつ上述したように、正面視方向に関して前傾させてフレーム２５に装着されている。そのため、キャリアレンズ４の湾曲レンズ面と平坦な測定補助プレート２６の裏面との間には隙間が生じ、その大きさ即ち離隔距離は、測定補助プレート２６上の平面位置によって異なる。しかも、この離隔距離は、フレーム２５自体の種類や構造、キャリアレンズ４の前傾角によって変化する場合がある。そこで、使用されるフレーム２５の種類や構造毎、キャリアレンズ４の前傾角毎に、予め測定補助プレート２６上の平面位置に関する前記離隔距離を実測してデータ化しておくことが好ましい。

図１２のフロー図は、本発明の双眼ルーペ装置の組立方法を行程順に示している。

先ず、ルーペを未だ取り付けてない測定補助プレート２６付きフレーム２５を準備する（ステップＳ１）。次に、このフレーム２５を使用者に装用させ、その顔及びフレーム２５をカメラ２２で撮像する（ステップＳ２）。撮像した画像データは、カメラ２２から通信ケーブル２４を介してコンピューター２３に送られ、処理される（ステップＳ３）。コンピューター２３は、カメラ２２からの前記画像データと、入力デバイス４２からの入力データとに基づいて、画像上の使用者の左右瞳孔位置、ルーペを取り付けるための下方傾斜角度ｒ及び内側傾斜角度ｐ，ｑを算出する（ステップＳ４）。

更にコンピューター２３は、前記画像データ及び入力データに基づいて、キャリアレンズ４上のルーペ取付位置を決定する（ステップＳ５）。次に、決定した前記ルーペ取付位置、下方傾斜角度ｒ及び内側傾斜角度ｐ，ｑに基づいて、測定補助プレート２６を取り外したフレーム２５（又は測定補助プレート２６を取り付けていない同一構造のフレーム２５）のキャリアレンズ４に、ルーペ取付孔を加工形成する（ステップＳ６）。最後に、左右のルーペをそれぞれルーペ取付孔に挿入し、固定することによって、双眼ルーペ装置が完成する（ステップＳ７）。

以下に、上記行程の各ステップをより詳細に説明する。最初のステップＳ１では、使用者が実際の双眼ルーペ装置で使用する種類及びサイズのフレームに測定補助プレート２６を、図１１に関連して上述したように取り付けて、フレーム２５を準備する。準備したフレーム２５は、使用者に実際の作業時と同じように装用させる。

ステップＳ２では、図８に矢印２７で示すように、頭部を角度αで前傾させた作業姿勢の使用者Ｕの顔を、カメラ２２を作業位置Ｐに設置して撮像する第１の撮影と、矢印２８で示すように、頭部を真直ぐに立てた直立姿勢で使用者Ｕの顔を正面から撮像する第２の撮影とを行う。後述するように、第１の撮影による第１画像は、専らルーペの下方傾斜角度ｒ及び内側傾斜角度ｐ，ｑと、ルーペ取付位置を求めるために使用され、第２の撮影による第２画像は、専ら前記第１画像と組み合わせて、ルーペ取付位置を求めるために使用される。

前記撮影は、コンピューター２３がカメラ２２の動作を制御して行われる。コンピューター２３は、中央制御部４３が撮像プログラム４３ａを実行してカメラ２２の光学系３３を制御し、その焦点距離を、フレーム２５に取り付けた測定補助プレート２６の中心点Ｏ（図１１に図示）に合わせる。カメラ２２は、制御部３１がコンピューター２３からの指示を受けて、光学系３３が捉える画像を撮像素子３４によって電気信号に変換し、その画像信号をインターフェース３６を介してコンピューター２３に出力する。

コンピューター２３は、カメラ２２から送られた前記画像をモニター部４１に表示する。モニター部４１の表示画像から、ルーペ取付位置決定システム２１のオペレーターは、カメラ２２が捉える画像の範囲や位置合わせ、焦点距離等を調整するために、入力デバイス４２から必要な指示を入力することができる。この指示に従って、コンピューター２３はカメラ２２を制御し、モニター部４１に表示される画像を調整する。

モニター部４１上の画像が良好に調整されると、オペレーターは、コンピューター２３上でカメラ２２に撮像即ちシャッターを切るように指示を入力する。カメラ２２は、コンピューター２３を介して送られるオペレーターの撮像指示を受けると、これに直ちに応答し、ストロボ光照射装置３２をオンしてストロボ光を照射し、撮像する。撮像した画像は、カメラ２２の撮像素子３４により電気信号に変換して出力され、その画像データは、制御部３１により画像メモリ３５に保存される。

ステップＳ３において、コンピューター２３は、オペレーターが画像処理の指示を入力すると、中央制御部４３がユーザーインターフェースプログラム４３ｂを実行する。これにより、モニター部４１には、ユーザーインターフェース画面が表示される。図１３は、かかるユーザーインターフェース画面の一例を示している。前記ユーザーインターフェース画面は、撮像画像を表示するために設けられた上部の画像表示領域ＩＭを有し、その下部には、複数の動作の指示ボタンと数値表示窓とが設けられている。

オペレーターが前記ユーザーインターフェース画面上の「画像ファイルを開く」ボタンをクリックすると、カメラ２２の画像メモリ３５に保存されている画像データが、モニター部４１上の所定の表示位置（図示せず）に一覧表示される。この一覧表示から特定の画像データがオペレーターによって選択されると、該画像データは、中央制御部４３により画像メモリ３５から読み出されて、図１３に例示するように、画像表示領域ＩＭに表示される。

次に、ステップＳ４において、オペレーターは、前記ユーザーインターフェース画面から所望の処理を選択することができる。例えば、オペレーターが「瞳孔検出を行う」ボタンにチェックを入れて「解析開始」ボタンをクリックすると、コンピューター２３は、中央制御部４３が画像処理プログラム４３ｃを実行し、画像表示領域ＩＭに表示されている画像を解析して、該画像上の瞳孔位置を検出する処理を実行する。また、「マーカー検出を行う」ボタンにチェックを入れて「解析開始」ボタンをクリックすると、コンピューター２３は、中央制御部４３が同様に画像処理プログラム４３ｃを実行し、画像表示領域ＩＭの表示画像を解析して、測定補助プレート２６の中心点Ｏの位置を解析する。

図１４（ａ）は、画像処理プログラム４３ｃによる瞳孔位置検出の処理手順を示している。画像処理プログラム４３ｃは、ステップＳ３で選択した前記画像データを処理して、画像から明るさが鋭敏に、換言すれば不連続に変化している箇所を特定することにより、瞳孔位置を検出する。この処理は、図１４（ａ）に示す第１〜第４ステージからなる４つの過程に従って行われる。

先ず第１ステージにおいて、中央制御部２３は、顔検出カスケードファイル４３ｅを使用し、顔に特有の画像特徴から、画像表示領域ＩＭの画像上の識別対象が顔に該当するか否かを判断して、顔検出を行う。次の第２ステージでは、前記識別対象を細分化して、目検出カスケードファイル４３ｆを使用し、目に特有の画像特徴から、前記画像上の識別対象が目に該当するか否かを判断して、目検出を行う。

第３ステージでは、目の検出画像を二値化して虹彩の輪郭を検出する。更に、第４ステージでは、モルフォロジー処理を行って、最大輝度の矩形を検出する。これにより、コンピューター２３は、使用者の右眼瞳孔中心の座標位置（ＸＲ、ＹＲ）及び左眼瞳孔中心の座標位置（ＸＬ、ＹＬ）を検出し、前記ユーザーインターフェース画面に表示する。この座標位置の表示は、例えば、画像表示領域ＩＭの上辺左隅の点を座標原点Ｏに設定することができる。

図１４（ｂ）は、画像処理プログラム４３ｂにより測定補助プレート２６を検出する処理手順を示している。画像処理プログラム４３ｂは、同様にステップＳ３で選択した前記画像データを処理して、同図に示す第１〜第３ステージからなる３つの過程に従って、測定補助プレート２６を検出する。

第１ステージにおいて、中央制御部４３は、顔検出カスケードファイル４３ｅを使用して顔検出を行い、測定補助プレート２６が存在する領域の絞り込みを行う。次の第２ステージでは、顔の検出画像をポリライン化し、角が４個ある対象の中から、各角の角度が９０度に近いものを抽出して、測定補助プレート２６を認識する。

第３ステージにおいて、コンピューター２３は、このようにして認識した測定補助プレート２６の中心点Ｏの座標位置と、画面上のスケールとを画像表示領域ＩＭに表示する。本実施形態において、前記スケールは、１ｍｍを表示画像のピクセル数に換算して示しており、中央制御部４３は、予めコンピューター２３に入力されている測定補助プレート２６の実際のサイズに基づいて算出する。

次に、コンピューター２３は、解析プログラム４３ｄを実行する。解析プログラム４３ｄは、上述した図１４（ａ）、（ｂ）の処理により検出した左右瞳孔の中心位置と、測定補助プレート２６の中心点Ｏの位置とを用いて、以下に説明するように、ルーペの下方傾斜角度ｒ及び内側傾斜角度ｐ，ｑを算出する。

下方傾斜角度ｒは、図６に関連して説明したように、使用者の前記作業姿勢における頭部の前傾角度αと、作業位置Ｐからキャリアレンズ４を見た角度（仰角）βとから求めることができる。角度βは、上述したように、作業位置Ｐからキャリアレンズ４までの直線距離Ｍと水平距離Ｎとから求めることができる。

尚、距離Ｍ，Ｎは、上述したように、例えばメジャーで実測することができる。また、距離Ｍは、作業位置Ｐから測定補助プレート２６の中心点Ｏにレーザーを照射するレーザー計測機を用いることができる。更に、カルラ２２の光学系の焦点距離ｆと、測定補助プレート２６の実際の横寸法、及びカメラ２２の撮像面上（即ち、撮像素子）での画像寸法とから、次のように計算することができる。
Ｍ＝｛ｆ×（測定補助プレート２６の実際の寸法）｝／（撮像面上の画像寸法）

頭部の前傾角度αは、次のようにして求めることができる。図１５は、前記作業姿勢で作業位置Ｐを近方視している使用者の顔面を、作業位置Ｐから撮像した前記第１の画像における測定補助プレート２６を模式的に示している。上述したように、使用者の近方視線は、その正面視方向から下方傾斜角度ｒだけ下向きに傾斜しているので、図１５に実線で示される測定補助プレート２６の外形形状は、その上辺が下辺より短い台形形状である。中央制御部４３が画像上で検出して認識している台形の４つの頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各座標位置をそれぞれ（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、（Ｘ３、Ｙ３）及び（Ｘ４、Ｙ４）とする。

ここで、その平面を作業位置Ｐに対して真正面に向けた仮想の測定補助プレート２６’が、その中心点Ｏを実際の測定補助プレート２６の中心点と一致させて配置されている、と仮定する。図１５には、かかる仮想の測定補助プレート２６’が破線で示されている。このとき、中心点Ｏにおける実際及び仮想の測定補助プレート２６，２６’の横幅寸法は、一致する。測定補助プレート２６’の４つの頂点Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’の各座標位置をそれぞれ（Ｘ１’、Ｙ１’）、（Ｘ２’、Ｙ２’）、（Ｘ３’、Ｙ３’）及び（Ｘ４’、Ｙ４’）とする。コンピューター２３には、予め測定補助プレート２６の実寸法が入力されているので、それに基づいて中央制御部４３は、頂点Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’の座標位置を算出することができる。

従って、前記第１の画像に示される測定補助プレート２６の台形の高さ寸法ａ、上辺寸法ｂ１、底辺寸法ｂ２は、次のように表わされる。
ａ＝Ｙ１＋Ｙ３
ｂ１＝Ｘ１＋Ｘ２
ｂ２＝Ｘ３＋Ｘ４
また、前記第１の画面における元の矩形での測定補助プレート２６の縦辺の寸法ａ´及び横辺の寸法ｂ´は、次のように表わされる。
ａ´＝Ｙ１´＋Ｙ３´
ｂ´＝Ｘ１´＋Ｘ２´

これらの寸法値ｂ１、ｂ２、ａ´及びｂ´を用いて、前傾角度αを次式から求めることができる。ここで、Ｍは、作業位置Ｐから測定補助プレート２６の中心点Ｏまでの直線距離である。
α＝ｓｉｎ^−１｛（１／ｂ１−１／ｂ２）×ｂ´／ａ´×Ｍ｝
この計算式について、以下に説明する。

図１６は、前記作業姿勢で作業位置Ｐを見ている使用者が装用しているフレーム２５の測定補助プレート２６を真上から平面視した図であり、図１７は、該測定補助プレートを右側方から見た図である。
（１）図１７で、測定補助プレート２６を前傾させたとき、寸法ａ´の縦辺が傾斜した状態での水平寸法をΔＬとすると、前傾角度αは次で表される。
α＝ｓｉｎ^−１（ΔＬ／ａ´）
（２）ここで、ａ´は既知であるから、ΔＬを測定補助プレート２６の中心点ＯでΔＬ１とΔＬ２とに分割すると、次の関係が成立する（図１６）。
ｔａｎθ１＝（ｂ１／２）／Ｎ＝（ｂ´／２）／（Ｎ＋ΔＬ１）
∴ΔＬ１＝（ｂ´／ｂ１−１）×Ｍ
ｔａｎθ２＝（ｂ２／２）／Ｎ＝（ｂ´／２）／（Ｎ−ΔＬ２）
∴ΔＬ２＝（１−ｂ´／ｂ２）×Ｎ
（３）従って、ΔＬは、次のように求められる。
ΔＬ＝ΔＬ１＋ΔＬ２
＝｛（ｂ´／ｂ１−１）＋（１−ｂ´／ｂ２）｝×Ｎ
＝｛（１／ｂ１−１／ｂ２）×ｂ´×Ｎ｝
（４）これにより、前傾角度αを求める上記（１）の式は、以下の通り成立する。
α＝ｓｉｎ^−１（ΔＬ／ａ）
＝ｓｉｎ^−１｛（１／ｂ１−１／ｂ２）×ｂ´／ａ´×Ｎ｝

このように、本実施形態によれば、前傾角度αと角度βとを求めることができるので、下方傾斜角度ｒは、次式に従って算出することができる。
ｒ＝β−α

次に、左右ルーペの内側傾斜角度ｐ、ｑは、次のように求められる。図１８において、使用者の右眼瞳孔中心位置ＱＲ及び左眼瞳孔位置ＱＬから測定補助プレート２６の中心点ＣまでのＸ方向（水平方向）の距離をそれぞれＸＲ、ＸＬとする。これらＸ方向の距離ＸＲ、ＸＬは、使用者が顔を正面を向けた状態でも、そこから下に向けて状態でも同じである。

コンピューター２３は、上述した左右瞳孔中心位置の座標から、距離ＸＲ及びＸＬを算出することができる。従って、左右ルーペの内側傾斜角度は次の通りである。
ｐ＝ｔａｎ^−１（Ｍ／ＸＲ）
ｑ＝ｔａｎ^−１（Ｍ／ＸＬ）

次に、キャリアレンズ４における左右ルーペの取付位置を決定する。左右ルーペの取付位置は、以下に説明するように、測定補助プレート２６における左右瞳孔中心位置を求めることによって、決定される。測定補助プレート２６における左右瞳孔中心位置は、前記第１の撮影により撮像された第１の画像と、前記第２の撮影により撮像された第２の画像とを、コンピューター２３で演算処理することによって算出される。

図１９は、前記第１の画像における測定補助プレート２６を模式的に示している。同図には、前記第１の撮影において作業姿勢で作業位置Ｐを注視している、即ち近方視状態にある使用者の左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1が、該測定補助プレートの枠内に示されている。ここで、コンピューター２３は、左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1が測定補助プレート２６の平面上で認識されるものとして取り扱う。

従来技術に関連して上述したように、一般に人の顔は左右対称でないから、左右両眼が同じ高さ（即ち、水平）になっていても、実際には図示するように、フレーム２５は左右に傾いている場合が多い。そこで、本実施形態では、両眼が水平で、フレーム２５が左右に傾いていることを前提として、画像データをコンピューター２３で処理し、左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の位置を算出する。このことは、後述する第２の撮影による第２の画像の処理においても、同様である。

また、撮影する際のカメラ２２の設置状態によって、実際には使用者の両眼が水平であっても、画像上の左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1が同じ高さでない場合がある。そのような場合、本実施形態では、コンピューター２３の画面上に表示された画像を面内で回転させて、左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1が同じ高さになるように修正し、その後に画像データを処理を行う。このことも、後述する第２の撮影による第２の画像も、同様に取り扱う。

図１９において、左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1を通過する水平方向の直線即ち瞳孔線に平行な水平軸とそれに直交する垂直軸とからなる直交座標をｕ1ｖ1座標系とする。更に、フレーム２５の左右の傾きに対応した横軸とそれに直交する縦軸とからなる直交座標をｘ1ｙ1座標系とする。図示するように、ｘ1ｙ1座標系は、ｕ1ｖ1座標系を角度φ１だけ回転させたものである。

図１９における測定補助プレート２６は、フレーム２５が左右に傾いていても、図１５に関連して上述したように、上辺が下辺より短い台形形状で表示される。コンピューター２３は、この台形の４つの頂点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１及び左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1を認識し、それらの座標位置を、画面上で設定したｕ1ｖ1座標系のスケールに基づいて、次のように決定する。
Ａ１＝（ＵA1，ＶA1）
Ｂ１＝（ＵB1，ＶB1）
Ｃ１＝（ＵC1，ＶC1）
Ｄ１＝（ＵD1，ＶD1）
ＱNL1＝（ＵQNL1，ＶQNL1）
ＱNR1＝（ＵQNR1，ＶQNR1）

更にコンピューター２３は、図１９の画面上で、前記瞳孔線が台形の測定補助プレート２６の両側辺とそれぞれ交差する２点ＨL1，ＨR1の中点Ｍ１を認定し、前記瞳孔線に中点Ｍ１から立てた垂線Ｌｖが台形の測定補助プレート２６の上下各辺とそれぞれ交差する２点ＭT1，ＭB1を認定し、それらのｕ1ｖ1座標系の座標位置を、ｕ1ｖ1座標系のスケールに基づいて次のように決定する。
Ｍ１＝（ＵM1，ＶM1）
ＭT1＝（ＵMT1，ＶMT1）
ＭB1＝（ＵBT1，ＶBT1）

ここで、図１９の平面画像で台形形状に射影される前の、即ち実際の矩形の測定補助プレート２６について考える。この場合、台形の測定補助プレート２６は、図２０に示すように、前記瞳孔線を回転中心軸として、実際の矩形の測定補助プレート２６”を、その上辺を後側にかつ下辺を前側に下方傾斜角度ｒだけ回転させたものの射影画像と考えることができる。従って、左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の座標位置は、台形の測定補助プレート２６と、実際の矩形の測定補助プレート２６”とのいずれにおいても同じである。図２０において、符号Ｌp1は、同図中台形（Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１）の測定補助プレート２６の平面に中点Ｍ１から作業位置Ｐに向けて立てた垂線であり、符号Ｌp12は、同図中矩形（Ａ12Ｂ12Ｃ12Ｄ12）の測定補助プレート２６”の平面に中点Ｍ１から立てた垂線である。

そこで、本実施形態では、図１９の平面画像で認識される台形の測定補助プレート２６の４つの頂点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１の座標位置と、それを三次元的に回転させた実際の矩形の測定補助プレート２６”の４つの頂点Ａ12，Ｂ12，Ｃ12，Ｄ12の座標位置との関係を、コンピューター２３により演算可能な形にして導出する。これにより、図１９では台形の測定補助プレート２６上の点である左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の座標位置を、矩形の測定補助プレート２６”上の点に変換することができる。

図２１は、前記第２の画像における測定補助プレート２６を模式的に示している。同図には、前記第２の撮影において頭部を真直ぐ立てた直立状態で、正面を遠方視している使用者の、測定補助プレート２６の平面上で認識される左右瞳孔中心ＱFL、ＱFRが、該測定補助プレートの枠内に示されている。図２１に示す第２の画像は、前記第１の画像と同様に、左右瞳孔中心ＱFL、ＱFRを通る直線である瞳孔線が水平に配向されている。

前記第２の画像は、フレーム２５を真正面から撮像しているので、図２１に記載されている測定補助プレート２６は矩形である。同図において、左右瞳孔中心ＱFL、ＱFRを通過する瞳孔線に平行な水平軸とそれに直交する垂直軸とからなる直交座標をｕ2ｖ2座標系とする。更に、フレーム２５の上下辺に平行な横軸と左右側辺に平行な縦軸とからなる直交座標をｘ2ｙ2座標系とする。図示するように、ｘ2ｙ2座標系は、ｕ2ｖ2座標系を角度φ２だけ回転させたものである。

コンピューター２３は、測定補助プレート２６の４つの頂点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２及び左右瞳孔中心ＱFL、ＱFRを認識し、それらのｕ2ｖ2座標系における座標位置を、画面上で設定したｕ2ｖ2座標系のスケールに基づいて、次のように決定する。
Ａ２＝（ＵA2，ＶA2）
Ｂ２＝（ＵB2，ＶB2）
Ｃ２＝（ＵC2，ＶC2）
Ｄ２＝（ＵD2，ＶD2）
ＱFL＝（ＵQFL，ＶQFL）
ＱFR＝（ＵQFR，ＶQFR）

ｘ2ｙ2座標系における各頂点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２及び左右瞳孔中心ＱFL、ＱFRの座標位置は、次のように表される。
Ａ２＝（ＸA2，ＹA2）
Ｂ２＝（ＸB2，ＹB2）
Ｃ２＝（ＸC2，ＹC2）
Ｄ２＝（ＸD2，ＹD2）
ＱFL＝（ＸQFL，ＹQFL）
ＱFR＝（ＸQFR，ＹQFR）

これらｘ2ｙ2座標系の各座標位置は、上述したｕ2ｖ2座標系の座標位置を、例えば次の行列式を用いて座標変換することによって、コンピューター２３により算出される。ここで、角度φ２は、上述したように、ｕ2ｖ2座標からｘ2ｙ2座標への回転角である。

従って、例えば頂点Ａ２を基準点とすると、遠方視における左右瞳孔中心ＱFL、ＱFRの位置は次のように算出される。
ＱFL＝（ＸQFL−ＸA2，ＹQFL−ＹA2）
ＱFR＝（ＸQFR−ＸA2，ＹQFR−ＹA2）

例えば、頂点Ａ２及びＢ２の座標位置から、図２１の画像上における測定補助プレート２６の上辺（下辺）の長さが算出される。実際の測定補助プレート２６の上辺長さは予め分かっているから、図２１における測定補助プレート２６の縮尺が算出される。従って、実際の測定補助プレート２６上における左右瞳孔中心ＱFL、ＱFRの位置を、上述した図２１における各座標位置から決定することができる。

図１９における台形の測定補助プレート２６上の左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の座標位置を、同図上で矩形の測定補助プレート２６”上の点に変換する方法について、以下に説明する。

或る実施形態では、前記瞳孔線（ＨR1ＨL1）を回転中心軸として、実際の矩形の測定補助プレート２６”を逆向きに、即ちその上辺を前側にかつ下辺を後側に下方傾斜角度ｒだけ、台形の測定補助プレート２６と同じ平面まで回転させた、と仮定する。図１９には、このように仮定した仮想の矩形の測定補助プレート２６”が破線で記載されている。この仮想の矩形の測定補助プレート２６”は、その平面を作業位置Ｐに対して真正面に向け、台形の測定補助プレート２６と前記瞳孔線を一致させて重ね合わせた形で配置されている。図示するように、前記瞳孔線が仮想の矩形の測定補助プレート２６”の両側辺と交差する点は、台形の測定補助プレート２６の両側辺上の点ＨL1，ＨR1と一致する。

次に、コンピューター２３は、垂線Ｌｖ上の２点Ｍt1，Ｍ１間の長さｈ1a、及び２点Ｍ１，Ｍb1間の長さｈ1bを、画面上のスケールに基づいて決定し、その比ｈ1a：ｈ1b＝ｍを計算する。更にコンピューター２３は、垂線Ｌｖが仮想の矩形の測定補助プレート２６”の上下各辺と交差する２点をＭt12，Ｍb12とすると、それらと中点Ｍ１との間の長さｈ12a、ｈ12bの比は、ｈ1a、ｈ1bと同様に、ｍである。

２点Ｍt12，Ｍb12間の長さｈ12は、図２１の測定補助プレート２６に対する図１９の測定補助プレート２６”の縮尺から計算できる。図２１のｕ2ｖ2座標系における測定補助プレート２６の上下辺間の長さｈ２、及び左右側辺間の長さｗ２は、ｕ2ｖ2座標からｘ2ｙ2座標への回転角θを用いて容易に算出される。従って、水平方向の長さｗ２とｗ１との比に基づいて、長さｈ２から長さｈ12が容易に算出される。

これにより、図１９の測定補助プレート２６”の上下辺上の点Ｍt1，Ｍb1の座標位置が算出される。このように算出したｕ1ｖ1座標系の両点Ｍt1，Ｍb1、中点Ｍ１、及び近方視における左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の座標位置を、ｘ1ｙ1座標系の座標位置に変換する。これらの座標変換は、下記の数２の行列式を用いて簡単に行うことができる。

座標変換後のＭt1，Ｍb1、Ｍ１の座標位置から、ｘ1ｙ1座標系におけるＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１の座標位置を簡単に算出することができる。従って、例えば頂点Ａ１を基準点とすると、近方視における左右瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の測定補助プレート２６”上の位置は次のように算出される。
ＱNL1＝（ＸQFL−ＸA1，ＹQFL−ＹA1）
ＱNR1＝（ＸQFR−ＸA1，ＹQFR−ＹA1）
更に、実際の測定補助プレート２６に対する図１９の測定補助プレート２６”の縮尺が予め分かっているので、これら瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の座標から、実際の測定補助プレート２６上の近方視における左右瞳孔中心位置を決定することができる。

別の実施形態では、図１９の平面画像で台形形状に射影される前の、実際の矩形の測定補助プレート２６を、同図の台形における４頂点のＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１から、コンピューター２３のソフトウエア上で三次元画像に再構成する。これによって、図１９上の瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の座標位置を、直接三次元画像上の、即ち実際の矩形の測定補助プレート２６”上の座標位置に変換することができる。

この座標変換は、例えば次のように実行される。最初に、図１９の撮像画像から、台形をなす測定補助プレート２６の４頂点のＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１と、瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の座標位置を求める。これらの座標位置は、例えば画面を構成する画素（pixel）数に基づいて決定することができる。

実際の測定補助プレート２６を真正面から矩形に見たときの、測定補助プレート２６の４頂点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１の座標位置は、該測定補助プレートの実寸法から予め分かっている。そこで、所謂ピンカメラモデルにおいて、３次元座点を画像平面に射影する透視投影変換を行う公知の関数を用いて、正面を向いた測定補助プレート２６の矩形画像を図１９の台形画像に変換する変換行列Ｔを求める。次に、この変換行列の逆変換行列Ｔ^-1を求める。この逆変換行列を用いて、図１９の台形の測定補助プレート２６における瞳孔中心ＱNL1、ＱNR1の座標位置から、それらの正面を向いた矩形の測定補助プレート２６”における座標位置を算出する。

このような公知の関数として、例えば「findHomography関数」が知られている。次の数３は、findHomography関数を用いて表される、第１の画像平面の座標（ｕ1，ｖ1）と、これに射影される前の三次元座標において測定補助プレート２６”を含む平面の座標（ｕ’，ｖ’）との関係式である。

当然ながら、本発明によれば、３次元座点を画像平面に射影する透視投影変換を行う関数であれば、上記findHomography関数以外の様々な関数又は計算式を用いることができる。

更に、別の実施形態によれば、このように算出された矩形の測定補助プレート２６”の各頂点の座標位置と台形の測定補助プレート２６の各頂点の座標位置とに基づいて、図２０において測定補助プレート２６”を含む平面と台形の測定補助プレート２６を含む平面との、前記瞳孔線（ＨR1ＨL1）を中心とする回転角をコンピューター２３により算出することができる。この回転角は、下方傾斜角度ｒに一致する。

図２０において測定補助プレート２６” を含む平面の座標（ｕ’，ｖ’）と、これを前記瞳孔線（ＨR1ＨL1）を中心として角度ｒ回転させた第１の画像平面の座標（ｕ1，ｖ1）との間には、次の数４の関係式が成立する。

従って、測定補助プレート２６”の各頂点の座標位置と台形の測定補助プレート２６の各頂点の座標位置とから、上記数４におけるsinｒ又はcosｒを算出することによって、角度ｒが得られる。

ステップＳ６では、キャリアレンズ４にルーペ取付孔を加工するために、例えばＮＣ加工機を使用する。前記ＮＣ加工機には、予めルーペ取付孔加工プログラムが記憶されており、ステップＳ４及びＳ５で決定した下方傾斜角度ｒ、内側傾斜角度ｐ，ｑ、及びキャリアレンズ４上のルーペ取付位置を入力し、フレーム２５を所定位置に設置すると、自動的にキャリアレンズ４が孔加工されて、ルーペ取付孔が所望の位置及び向きに正確に形成される。

ステップＳ７では、図２に示す取付アダプター１１とルーペ固定リング１２とからなる取付部６を用いて、左右ルーペをそれぞれキャリアレンズに固定することができる。図２を参照して説明すると、先ず、取付アダプター１１をキャリアレンズ４のルーペ取付孔１０内に、キャリアレンズ４の裏側（使用者の顔面側）から挿入して固定する。図２（ａ）に示すように、ルーペ取付孔１０の内周縁には複数（図示する実施形態では、２つ）の切欠き１０ａが形成されており、これに取付アダプター１１外周面の対応する突部１１ａをそれぞれ嵌合させる。取付アダプター１１は、このように装着することによって、キャリアレンズ４に対して、その中心軸線が下方傾斜角度ｒ及び内側傾斜角度ｐ，ｑと整合するように配置することができる。

ルーペ５は、その後端部（接眼レンズ側）から取付アダプター１１の貫通孔内に挿入され、該後端部外周のねじ部に、キャリアレンズ４裏側から挿入したルーペ固定リング１２を螺合させることによって、キャリアレンズ４に固定される。このとき、ルーペ５は、その光軸が下方傾斜角度ｒ及び内側傾斜角度ｐ，ｑと整合するように調整して、ルーペ固定リング１２を締着させることによって、より高い精度でキャリアレンズ４の所望の位置に所望の角度で固定することができる。ルーペ５の前記光軸調整には、例えばレーザー光を用いた位置決め装置や他の公知の位置決め手段を用いることができる。

別の実施形態では、下方傾斜角度ｒ及び内側傾斜角度ｐ，ｑを調整したルーペ５を接着剤により、ルーペ取付孔１０に直接又は取付アダプター１１を介して固定することができる。また、ルーペ５をキャリアレンズ４に取付位置及び向きを調整して固定するために、他の様々な公知の取付手段を用いることができる。

本発明は、上述した実施形態のレンズ嵌込型だけでなく、従来技術に関連して説明したクリップやアームを用いる前掛け式やヘッドバンド型等、他のタイプ又は構造の双眼ルーペ装置にも、同様に適用することができる。前掛け式又はヘッドバンド型の場合、ルーペを保持するアーム等の位置に測定補助プレート２６を、その平面が使用者の正面視方向と直交する向きに配置する。これにより、上記実施形態と同様に、ルーペ取付位置決定システム２１のカメラ２２を用いて撮像した画像のデータをコンピューター２３で処理することによって、下方傾斜角度ｒ及び内側傾斜角度ｐ，ｑを算出し、ルーペ取付位置を決定することができる。この場合、本発明によって決定される測定補助プレート２６上の瞳孔位置が、実際のルーペ取付位置となる。

以上、本発明をその好適な実施形態に関連して詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その技術的範囲において、様々な変更又は変形を加えて実施し得ることは言うまでもない。例えば、使用者が普段通常の視力矯正用眼鏡を使用している場合、該視力矯正用レンズの上から双眼ルーペ装置を装用するのであれば、キャリアレンズ４には、プラノレンズ（度の入っていないレンズ）を用いる。視力矯正用レンズを外して双眼ルーペ装置を装用するのであれば、キャリアレンズ４には、度付きレンズを使用することができる。この場合、度付きレンズの遠方視位置は、上記ステップＳ５で撮像される前記第２の画像を用いて測定した瞳孔位置ＱFL、ＱFRに基づいて設定することができる。

１ 双眼ルーペ装置
２ フレーム
４ キャリアレンズ
５ ルーペ
６ 取付部
１０ ルーペ取付孔
２１ ルーペ取付位置決定システム
２２ カメラ
２３ コンピューター
２５ フレーム
２６ 測定補助プレート
５３ 枠線

Claims (28)

1. 使用者の頭部又は顔部に装着される保持具に関して前記使用者の左右眼に対応する左右１対のルーペを所定の位置に取り付けるために使用する補助具であって、
   透明かつ平坦な概ね矩形のプレート部材からなり、
   前記プレート部材が該プレート部材を前記保持具に取外可能に固定するための取付部を有し、
   前記プレート部材は、前記取付部によって前記プレート部材を固定した前記保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、近方視している前記使用者の顔部を該使用者の左右眼の近方視線上の作業位置から見たとき、前記左右眼の瞳孔が前記プレート部材の平面内に位置するような大きさを有する、ことを特徴とするルーペ取付用補助具。
2. 前記取付部は、前記プレート部材を、その平面が前記保持具を装着した前記使用者の遠方視線に関して直交するように、前記保持具に固定するようになっている、ことを特徴とする請求項１に記載のルーペ取付用補助具。
3. 前記プレート部材は、その周縁に沿って設けられた概ね矩形の枠線を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のルーペ取付用補助具。
4. 前記枠線が、その周囲よりも高い光反射率を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のルーペ取付用補助具。
5. 前記枠線が白色又は淡色である、ことを特徴とする請求項３又は４に記載のルーペ取付用補助具。
6. 使用者の頭部又は顔部に装着される保持具に関して前記使用者の左右眼に対応して取り付けられる左右１対のルーペの取付位置を決定するための方法であって、
   請求項１乃至５のいずれか記載のルーペ取付用補助具を取り付けた前記保持具を準備する過程と、
   前記保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、近方視している前記使用者の顔部を該使用者の前記左右眼の近方視線上の作業位置から撮像して、前記ルーペ取付用補助具の前記プレート部材全体及び該プレート部材の平面内に前記使用者の近方視における左右瞳孔を含むように第１の画像を取得する過程と、
   前記第１の画像上で前記プレート部材の頂点及び前記近方視における左右瞳孔の座標位置を測定する過程と、
   測定した前記プレート部材の頂点及び前記左右瞳孔の座標位置に基づいて、前記作業位置に向けられた前記使用者の近方視線が前記プレート部材を通過する点の座標を演算することにより、前記プレート部材の平面における前記ルーペの取付位置及び／又は取付角度を決定する過程とを含む、ことを特徴とするルーペ取付位置決定方法。
7. 前記ルーペの取付位置を決定する過程において、前記第１の画像上で、前記左右瞳孔の中心を通過する直線を回転中心軸として、その平面が真正面を向くように前記プレート部材を回転させた、前記第１の画像の平面に射影される前の仮想のプレート部材の頂点の座標位置を、前記測定した前記プレート部材の頂点の座標位置に基づいて算出し、算出した前記仮想のプレート部材の頂点の座標位置に基づいて前記プレート部材の平面における前記ルーペの取付位置を決定する、ことを特徴とする請求項６に記載のルーペ取付位置決定方法。
8. 前記保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、遠方視している前記使用者の顔部を正面から撮像して、前記プレート部材の全体及び該プレート部材の平面内に前記使用者の遠方視における左右瞳孔を含むように第２の画像を取得する過程と、
   前記第２の画像上で前記プレート部材の頂点及び前記遠方視における左右瞳孔の座標位置を測定する過程とを更に含む、ことを特徴とする請求項７に記載のルーペ取付位置決定方法。
9. 前記ルーペの取付位置を決定する過程において、前記測定したプレート部材の頂点の座標位置と前記プレート部材の実寸法とに基づいて、前記第１の画像の平面に射影される前のプレート部材の頂点の三次元座標位置から前記第１の画像の平面における前記プレート部材の前記頂点の座標位置に変換するための変換行列を求め、前記変換行列の逆変換行列を用いて、前記プレート部材の前記平面における前記頂点の座標位置から前記三次元座標位置を算出する、ことを特徴とする請求項６に記載のルーペ取付位置決定方法。
10. 前記ルーペの取付角度を決定する過程において、前記使用者の遠方視線に関する前記近方視線の下方傾斜角度及び／又は内側傾斜角度を決定する、ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のルーペ取付位置決定方法。
11. 前記作業位置から前記プレート部材の平面までの直線距離と水平距離とを測定し、前記直線距離及び水平距離と前記使用者の頭部の前傾角度とに基づいて、前記下方傾斜角度を決定する、ことを特徴とする請求項１０に記載のルーペ取付位置決定方法。
12. 前記第１の画像における前記プレート部材の前記頂点の座標位置と前記第１の画像の平面に射影される前のプレート部材の頂点の三次元座標位置とに基づいて、前記第１の画像における前記プレート部材を含む平面と前記第１の画像の平面に射影される前のプレート部材を含む平面との回転角を算出することにより、前記下方傾斜角度を決定する、ことを特徴とする請求項１０に記載のルーペ取付位置決定方法。
13. 前記作業位置から前記プレート部材の平面までの直線距離と、前記プレート部材の平面上における前記使用者の前記左右瞳孔の内寄せ量とを測定し、それらに基づいて前記左右眼の各内側傾斜角度を決定する、ことを特徴とする請求項１０に記載のルーペ取付位置決定方法。
14. 前記保持具が、前記使用者の顔部に装着されるフレームと、前記フレームに装着されるキャリアレンズとからなり、前記ルーペが前記キャリアレンズに取り付けられる、ことを特徴とする請求項６乃至１３のいずれかに記載のルーペ取付位置決定方法。
15. 前記保持具が、前記使用者の顔部に装着されるフレームと、前記フレームから正面前方に延出する支持部とからなり、前記ルーペが前記支持部により支持される、ことを特徴とする請求項６乃至１３のいずれかに記載のルーペ取付位置決定方法。
16. 前記保持具が、前記使用者の頭部に装着されるヘッドバンドと、前記ヘッドバンドから正面前方に延出する支持部とからなり、前記ルーペが前記支持部により支持される、ことを特徴とする請求項６乃至１３のいずれかに記載のルーペ取付位置決定方法。
17. 使用者の頭部又は顔部に装着される保持具に関して前記使用者の左右眼に対応して取り付けられる左右１対のルーペの取付位置を決定するためのシステムであって、
    カメラと、
    前記カメラが撮像した画像を処理するための演算処理装置とからなり、
    前記演算処理装置は、前記カメラが、請求項１乃至５のいずれか記載のルーペ取付用補助具を取り付けた前記保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、近方視している前記使用者の顔部を該使用者の前記左右眼の近方視線上の作業位置から撮像することにより、前記ルーペ取付用補助具の前記プレート部材全体及び該プレート部材の平面内に前記使用者の近方視における左右瞳孔を含むように取得した第１の画像を演算処理して、前記第１の画像上で前記プレート部材の頂点及び前記近方視における左右瞳孔の座標位置を測定し、測定した前記プレート部材の頂点及び前記左右瞳孔の座標位置に基づいて、前記作業位置に向けられた前記使用者の近方視線が前記プレート部材を通過する点の座標を演算して、前記プレート部材の平面における前記ルーペの取付位置及び／又は取付角度を決定する機能を有する、ことを特徴とするルーペ取付位置決定システム。
18. 前記演算処理装置は、前記第１の画像上で、前記左右瞳孔の中心を通過する直線を回転中心軸として、その平面が真正面を向くように前記プレート部材を回転させた、前記第１の画像の平面に射影される前の仮想のプレート部材の頂点の座標位置を、前記測定した前記プレート部材の頂点の座標位置に基づいて算出し、算出した前記仮想のプレート部材の頂点の座標位置に基づいて前記プレート部材の平面における前記ルーペの取付位置を決定する、ことを特徴とする請求項１７に記載のルーペ取付位置決定システム。
19. 前記演算処理装置は、前記カメラが、前記保持具を使用者の頭部又は顔部に装着した状態で、遠方視している前記使用者の顔部を正面から撮像して、前記プレート部材の全体及び該プレート部材の平面内に前記使用者の遠方視における左右瞳孔を含むように取得した第２の画像を処理し、前記第２の画像上で前記プレート部材の頂点及び前記遠方視における左右瞳孔の座標位置を測定する、ことを特徴とする請求項１８に記載のルーペ取付位置決定システム。
20. 前記演算処理装置は、前記測定したプレート部材の頂点の座標位置と前記プレート部材の実寸法とに基づいて、前記第１の画像の平面に射影される前のプレート部材の頂点の三次元座標位置から前記第１の画像の平面における前記プレート部材の前記頂点の座標位置に変換するための変換行列を求め、前記変換行列の逆変換行列を用いて、前記プレート部材の前記平面における前記頂点の座標位置から前記三次元座標位置を算出する、ことを特徴とする請求項１７に記載のルーペ取付位置決定システム。
21. 前記演算処理装置は、前記使用者の遠方視線に関する前記近方視線の下方傾斜角度及び／又は内側傾斜角度を決定する、ことを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれかに記載のルーペ取付位置決定システム。
22. 前記演算処理装置は、前記作業位置から前記プレート部材の平面までの直線距離及び水平距離と前記使用者の頭部の前傾角度とに基づいて、前記下方傾斜角度を決定する、ことを特徴とする請求項２１に記載のルーペ取付位置決定システム。
23. 前記演算処理装置は、前記第１の画像における前記プレート部材の前記頂点の座標位置と前記第１の画像の平面に射影される前のプレート部材の頂点の三次元座標位置とに基づいて、前記第１の画像における前記プレート部材を含む平面と前記第１の画像の平面に射影される前のプレート部材を含む平面との回転角を算出することにより、前記下方傾斜角度を決定する、ことを特徴とする請求項２１に記載のルーペ取付位置決定システム。
24. 前記演算処理装置は、前記作業位置から前記プレート部材の平面までの直線距離と、前記プレート部材の平面上における前記使用者の前記左右瞳孔の内寄せ量とに基づいて、前記左右眼の各内側傾斜角度を決定する、ことを特徴とする請求項２１に記載のルーペ取付位置決定システム。
25. 使用者の頭部又は顔部に装着される保持具に関して前記使用者の左右眼に対応して取り付けられる左右１対のルーペを備えた双眼ルーペ装置の組立方法であって、
    請求項６乃至１３のいずれかに記載のルーペ取付位置決定方法により、前記ルーペを前記保持具に関して取り付ける取付位置及び／又は取付角度を決定する過程と、
    前記保持具に関して前記ルーペを前記決定された取付位置及び／又は取付角度に取り付ける過程とを含む、ことを特徴とする双眼ルーペ装置の組立方法。
26. 前記保持具が、前記使用者の顔部に装着されるフレームと、前記フレームに装着されるキャリアレンズとからなり、前記ルーペを前記キャリアレンズに取り付ける、ことを特徴とする請求項２５に記載の双眼ルーペ装置の組立方法。
27. 前記保持具が、前記使用者の顔部に装着されるフレームと、前記フレームから正面前方に延出する支持部とからなり、前記ルーペを前記支持部に支持されるように取り付ける、ことを特徴とする請求項２５に記載の双眼ルーペ装置の組立方法。
28. 前記保持具が、前記使用者の頭部に装着されるヘッドバンドと、前記ヘッドバンドから正面前方に延出する支持部とからなり、前記ルーペを前記支持部に支持されるように取り付ける、ことを特徴とする請求項２５に記載の双眼ルーペ装置の組立方法。

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