JP2022037273A - 可視判定システム及び視野検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】可視判定を高精度に行うことのできる可視判定システムを提供する。【解決手段】ユーザーの視線から離れた位置の視標に対してユーザーが可視状態であるか否かを判定する可視判定システム1は、ユーザーの視線を検出して視線の方向に関する視線情報を出力する視線検出部31と、視標の位置情報と視線情報とに基づき、ユーザーが視標を視認しているか否かを判定する視認判定部40と、視標をディスプレイ13上に表示した時に、視標に対してユーザーが可視状態であったか否かを判定する可視判定部50と、を備え、可視判定部50は、視線が視標表示時点の視線の初期位置91から視標92に到達するまでの軌跡と時間との少なくとも何れか一方に基づいて可視判定を行う。【選択図】図1

Description

本発明は、可視判定システム及び視野検査装置に関する。
視野を検査するための視野検査装置が従来から提供されており、例えば、下記特許文献1に開示されている。下記特許文献1に開示された視野検査装置では、ユーザーが視標を眼で視て認識しているか否かを、ボタン等の入力装置により入力させている。
しかし、ユーザーによっては、入力装置の操作に慣れていなかったり、緊張等によって上手く入力装置を操作できなかったりして、入力に失敗する場合があり、視野検査を正確に行えない場合があった。
これに対して、下記特許文献2には、視線検出装置によりユーザーが視ている方向である視線を自動的に検出し、ユーザーが視標を視認しているかどうかを自動的に判定する視野検査装置が開示されている。
WO2017-022757号公報 特開2011-161122号公報
ここで、視野検査では、正面中心を注視(固視)しているユーザーに対して、現在の視線の位置の周囲に離れて表示される測定用指標が見えているか否かを判定(可視判定)する必要がある。
しかし、従来の視野検査装置では、ユーザーの視線が計測用視標に到達すれば、固視の時点において計測用視標が見えていたと可視判定するため、視野を正確に検査できないおそれがあった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、可視判定を高精度に行うことのできる可視判定システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る可視判定システムは、ユーザーの視線から離れた位置の視標に対して前記ユーザーが可視状態であるか否かを判定する可視判定システムにおいて、前記ユーザーの視線を検出して前記視線の方向に関する視線情報を出力する視線検出部と、前記視標の位置情報と前記視線情報とに基づき、前記ユーザーが前記視標を視認しているか否かを判定する視認判定部と、前記視標をディスプレイ上に表示した時に、前記視標に対して前記ユーザーが可視状態であったか否かを判定する可視判定部と、を備え、前記可視判定部は、前記視線が前記視標表示時点の前記視線の初期位置から前記視標に到達するまでの軌跡と時間との少なくとも何れか一方に基づいて可視判定を行うことを特徴とする。
本発明によれば、可視判定部により、視線が視標表示時点の視線の位置から視標に到達するまでの軌跡と時間との少なくとも何れか一方に基づいて可視判定を行うことで、高精度に可視判定を行うことができる。
図1は、本発明の実施形態に係る可視判定システムの構成を概略的に示す模式図である。 図2は、本発明の実施形態に係るHMDの構成を概略的に示す要部断面図である。 図3は、本発明の実施形態に係るHMDの構成を概略的に示す要部斜視図である。 図4は、本発明の実施形態に係る計測用視標の表示位置を示す図である。 図5は、本発明の実施形態に係る可視判定部の判定処理の流れを示すフローチャートである。 図6は、本発明の実施形態に係る可視判定領域を説明するための図である。 図7は、本発明の実施形態に係る視野検査結果の出力画面の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態である可視判定システム1について詳細に説明する。可視判定システム1は、ユーザーの眼が視ている方向である視線を自動的に検出し、現在の視線の位置を視ているユーザーにとって、当該視線位置の周囲に表示される視標が見えているか否か、すなわち視線から離れた位置の視標が可視であるか否かを自動的に可視判定する。
可視判定システム1は、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)10と、制御装置30と、HMD10と制御装置30とを接続する通信用のケーブル80とを備えている。HMD10は、被験者であるユーザーの頭に装着するためのベルトを含む筐体11と、ディスプレイ13と、凸レンズ14と、カメラ15と、ホットミラー16と、近赤外線の発光部18とを備えており、後述する視線検出部31と協働して、HMD10を装着するユーザーの眼が視ている方向である視線を自動的に検出する視線検出機能を備えている。
ディスプレイ13は、液晶ディスプレイであり、ユーザーの右眼用ディスプレイ13a、左眼用ディスプレイ13bが、それぞれ左右の眼の前に対向して設置されている。ディスプレイ13とユーザーの眼との間には、左右それぞれに右眼用凸レンズ14a、左眼用凸レンズ14bが設置されている。ディスプレイ13に表示される画像は、凸レンズ14を介して、ユーザーの眼に映る。
カメラ15は、ユーザーの眼を撮像する近赤外線カメラであり、非可視光である近赤外線に基づいて、ユーザーの左右の眼を撮影する。カメラ15も右眼用カメラ15aと左眼用カメラ15bが設置されている。
ディスプレイ13と凸レンズ14との間には、近赤外線を反射し、可視光を透過させる多層膜が施されたホットミラー16a,16bが左右それぞれに設置されている。ディスプレイ13から照射される映像の可視光はホットミラー16を透過し、発光部18から照射される近赤外線の非可視光はホットミラー16で反射される。
発光部18は、ユーザーの眼を撮影するための照明として近赤外線を照射するLED(IR-LED)である。発光部18a,18bは、凸レンズ14の周囲にユーザーの左右の眼に対向して、左右にそれぞれ設置されている。
カメラ15は、ホットミラー16に対して、ディスプレイ13と反対側の眼側に設置されている。発光部18から直接ユーザーの眼に照射される近赤外線は、ユーザーの眼で反射してから凸レンズ14を介してホットミラー16で反射され、カメラ15へと到達して撮像される。
制御装置30は、各種演算を行うためのCPU(Central Processing Unit)等の演算装置70と、各種情報を記憶するためのHDD(Hard Disc Drive)や演算処理のワークエリアとして使用されるRAM(Random Access Memory)等の記憶装置75とを備えている。
記憶装置75は、後述する視線検出部31が出力する視線情報を記録する視線ログ記憶部76と、ディスプレイ13に表示する視標情報を記録する視標記憶部77とを備えている。
また、制御装置30は、機能的に、視線検出部31と、視標表示部33と、視認判定部40と、可視判定部50とを備えており、これらの機能は、演算装置70が記憶装置75に記憶されている所定のプログラムを実行することで実現される。また、制御装置30が同じく機能的に視野検査部60を備えると、可視判定システム1は、視野検査を行う視野検査装置として機能することができる。
視線検出部31は、カメラ15の出力であるユーザーの眼の撮影画像に基づいてユーザーが視ている方向、すなわち、視線を検出する。視線を検出した視線検出部31は、極座標(球面座標)系上の2つの角度θ,φを視線の方向を表す視線情報(視線角)として出力する。本実施形態では、正面中心を原点として、角度θは、正面中心(原点)を向く視線から水平方向(横方向)の角度(°)を示し、角度φは、同じく正面中心から垂直方向(縦方向)の角度(°)を示している。
上記極座標系の設定は、視野計測開始前のキャリブレーションにおいて行われる。具体的には、予め指定する視標を凝視させ、その画像を極座標の原点(眼球中心)と対応させた後、指定した別の極座標となる点を凝視させた画像を記憶する。各々の画像に捉えた瞳の中心の位置と、それぞれを凝視させた極座標の相関を求めることで、画像から極座標系における視線角(θ,φ)を求めることができる。
この視線検出部31による視線の検出は、右眼、左眼に対して独立して行われ、約15ms毎に視線情報が視線ログ記憶部76に時系列に記録される。視線ログ記憶部76に記録される視線情報には、上述した視線角(θ,φ)が含まれる。
視標表示部33は、視標記憶部77に記録されている視標情報に基づき、ディスプレイ13上に所定の大きさの視標を所定の位置に表示させる。ここで、視標表示部33は、後述する視野検査を行う場合の視標の表示方法として、視線を正面中心付近に戻して注視(固視)させるための注視用視標と、視野を測定するための計測用視標との2種類の視標を使用するモードと、注視用視標を用いないで計測用視標のみを使用するモードとを備えている。本実施形態では、基本的には、計測用視標のみを使用するモードで視野検査を行う。
なお、視標記憶部77に記憶される視標情報には、各視標の表示位置を示す位置情報として、上記極座標系における2つの角度θ,φが用いられ、水平角度θと垂直角度φから、視標の表示位置を表す視標角(θ,φ)が定められる。
図4は、視野検査の際に用いる計測用視標の表示位置(視野角)を示している。毎回視線を正面中心に戻す場合には、各視標位置の視標角に相当する視野角の可視を計測することができる。本実施形態では、正面中心から視野角度30°以内の視野を測定するため、格子状の交差点に配置された点が76箇所、盲点付近に集中的に配置された点が13箇所の合計89箇所に計測用視標が表示される(ハンフリー視野検査。中心30-2)。
もちろん、視野検査の方法は適宜変更可能であり、視野検査方法に応じて、ディスプレイ13に表示される視標の位置等も適宜変更される。例えば、ハンフリー視野検査では、10-2、24-2の中心視野検査が用いられる。
図4では、水平角度θを横軸、垂直角度φを縦軸として、各計測用視標の表示位置を示している。但し、各計測用視標をディスプレイ13上に表示する際には、視標表示部33は、各計測用視標に視線が到達して視認した際の視線角が当該視標の視標角と同じになるように、ユーザーの眼を中心とする極座標上に上記視標角で表示される計測用視標と原点とを結ぶ直線をディスプレイ13上の平面まで延長した位置に各計測用視標を表示する。
視認判定部40は、衝突判定部41を備えており、視線検出部31により検出した視線とディスプレイ13上に表示された計測用視標の座標とに基づいて、ユーザーの視線が視標に到達しているか否か、すなわち、ユーザーが視標を実際に視認しているか否かを判定する。
衝突判定部41は、所定の座標系上で視線検出部31が検出した視線方向の延長線が対象となる視標と物理的に衝突するか否かで、ユーザーが視標を視認しているか否かを判定する。具体的には、衝突判定部41は、視線検出部31が検出した視線角と、対象となる視標の位置を表す視標角とを対比し、角度差が2°以内であれば、衝突したとして視認したと判定する。
なお、視認判定部40は、視線情報のログから論理的な判定手法により視認判定するようにしても良い。例えば、視線が対象となる視標に近接し、且つ、当該視標の近くに位置し続けている場合に、視認判定部40が論理的に視認判定するように構成しても良い。
可視判定部50は、可視判定領域設定部51を備えており、ディスプレイ13上において、ユーザーの視線位置から離れた位置にある視標(計測用視標)がユーザーから見えている(目でとらえている)かどうか、すなわち可視状態であるか否かを判定する。
可視判定部50は、計測用視標がディスプレイ13上に表示された後、表示された時点の視線位置から当該計測用視標に到達するまでの視線の到達軌跡と到達時間から可視判定を行う。ユーザーの視線が計測用視標に到達したか否かは、視認判定部40により判定する。
到達軌跡に関し、可視判定部50は、視標表示時点の視線位置から計測用視標に到達するまでの視線の軌跡(到達軌跡)が所定の可視判定領域X内を移動したか否かの判定を行う。
可視判定領域設定部51は、この可視判定領域Xを設定する(図6参照)。本実施形態では、可視判定領域設定部51は、視標表示時点の視線の初期位置91と当該視標92の表示位置の二点を結ぶ直線を直線Aとして、直線Aを内部に含む、直線Aに平行な長辺をもつ長方形を可視判定領域Xとして設定する。
より詳細には、可視判定領域Xは、直線Aの長さをLとして、可視判定領域Xの視線91側の短辺と視線の初期位置91との距離が0.3L、視標92側の短辺と視標92位置との距離が0.7L、視線の初期位置91から視標92に向かって進行方向右側の長辺と直線Aとの距離が0.5L、同じく視線の初期位置91から視標92に向かって進行方向左側の長辺と直線Aとの距離が0.2Lに設定される。すなわち、長方形状の可視判定領域Xの長辺の長さは2L、短辺の長さは0.7Lに設定される。
なお、上記可視判定領域Xは右眼用であり、左眼の場合には、視線から視標に向かって、左右を反転させれば良い。すなわち、左眼用の可視判定領域Xは、進行方向左側が進行方向右側に比べて広くなる。
到達時間に関し、可視判定部50は、視標表示時点の視線の初期位置91から視標92に到達するまでの到達時間tが862ms以下であるか否かの判定を行う。
以下、図5を参照しながら、可視判定部50の可視判定の処理の流れについて説明する。可視判定部50は、S1において、視認判定部40によりユーザーが計測用視標92を視認しているか否かを確認し、視認していた場合には、S2へと進む。
S2において、可視判定領域設定部51が可視判定領域X設定を行い、S3では、可視判定部50は、到達軌跡Cが可視判定領域X内を移動したか否かを確認する。可視判定領域X内を移動していた場合(図6において、C1の場合)には、S4へと進み、到達軌跡Cが可視判定領域Xの外を通過していた場合(図6において、C2の場合)には、当該計測用視標92は不可視であったと判定して、判定処理を終了する。
S4に進むと、可視判定部50は、到達時間tが862ms以下であるか否かを確認する。862ms以下の場合には、当該計測用視標92が可視であったと判定し、到達時間が862msを越えていた場合には、当該計測用視標92は不可視であったと判定して判定処理を終了する。
可視判定に際して、到達軌跡Cが可視判定領域X内を移動するのを要求するのは、視線の初期位置91から視標92までの最短軌跡(直線A)から大きく離れた場合、視標表示時点では、ユーザーが暗点の存在により視標を目でとらえておらず、視線がふらふらと動くうちに、視標92が暗点から外れて、途中で視標92が見えるようになったと考えられるからである。
また、可視判定に際して、到達時間tが所定の時間以下であることを要求するのは、視線の初期位置91から視標92までの到達時間が所定時間よりかかる場合には、同じく、視標表示時点では、ユーザーが視標92を目でとらえていなかったと考えられるからである。
以上、可視判定部50は、視標表示時点の視点の初期位置91から視標92に到達するまでの到達軌跡と、到達するまでの到達時間とに基づいて、視標表示時点でユーザーが当該視標92に対して可視状態であったか否かを時間的に遡って判定する。
なお、可視判定領域Xの形状やサイズ、到達時間tの判定閾値(862ms)は、過去の測定データに基づき、経験則で設定されたものであり、適宜変更可能である。例えば、可視判定領域Xは、長方形ではなく、楕円形状や長方形以外の多角形であっても良いし、サイズも適宜変更できる。
但し、経験則上、可視判定領域Xは、右眼の場合は到達軌跡の進行方向右側、左眼の場合は到達軌跡の進行方向左側に膨らんでおり、さらに、視線の初期位置91から視標92へと向かう進行方向の奥側に向かって膨らんでいることが望ましい。
また、可視判定領域Xの外縁は、視線の初期位置91から視標92までの最短軌跡(直線A)から大きく離れないようにする必要があるため、可視判定領域Xのサイズは、可視判定領域Xの外縁が直線Aから距離L以内に位置する大きさとするのが望ましい。
また、本実施形態では、到達軌跡及び到達時間の双方に基づき、可視判定を行っているが、到達軌跡と到達時間との何れか一方に基づいて可視判定を行っても良い。
可視判定システム1を視野検査装置として機能させるための視野検査部60は、視標表示部33、視認判定部40及び可視判定部50を制御し、視標表示部33により、視野検査のための計測用視標を順次所定の位置に表示しながら、可視判定部50により各視標の可視判定を順次行うことで、ユーザーの視野検査を行う。
また、本実施形態では、計測用視標のみを表示するモードで視野検査を行うため、視標表示部33は、計測用視標のみを順次ディスプレイ13上に表示する。このとき、図4に示す表示位置は、注視用視標により視線を正面中心に毎回戻す場合の計測用視標の表示位置(視野角)を示すため、本実施形態では、これらの表示位置に計測用視標が表示されるわけではない。
本実施形態では、図4に示す各表示位置の視野角を検査できる位置、すなわち、計測用視標を表示する瞬間の視線の位置から、検査したい視野角を取る位置に計測用視標が表示される。より具体的には、図4に示す各表示位置の視野角に現在の視線の視線角を加算して求められる位置に計測用視標を表示すれば良い。
なお、本実施形態では、全ての計測用視標がディスプレイ13の所定の視野角度(本実施形態では18°)内に表示されるように、さらに適宜表示位置が調整される。これは、計測用視標がディスプレイ13の中心から離れた位置に表示され、視線のディスプレイ13の画面に対する視線角が大きくなるにつれて、視線検出部31による視線検出の精度が低下するため、計測用視標を光学系中心から所定の視野角度(本実施形態では18°)内に位置するようにディスプレイ13上に表示するためである。
具体的には、計測用視標がディスプレイ13上で光学系中心から視野角度18°の範囲よりも外側に位置する場合には、当該計測用視標を18°以内となる位置にスライド移動させてディスプレイ13上に表示するように調整する。このとき、現在の視線の位置も同じ方向に同じ距離だけスライドさせるため、ダミーの注視用の視標を追加で表示する。
このように、計測用視標をディスプレイ13上に視野角度18°以内の位置に表示することで、視線検出部31の検出精度を低下させることなく、安定して高精度に視線を検出することがきる。
続いて、可視判定システム1が視野検査装置として機能する際の視野検査の流れについて説明する。視野検査においては、HMD10を被験者であるユーザーの頭にセットし、「ディスプレイ13上に順次視標が表示されるので、常に視標を見るように。」、と被験者に指示する。測定にあたっては、最初にキャリブレーションを行い、視線検出部31が被験者の視線を正しく検出できるように調整を行う。
初期調整後、視標表示部33が視標をディスプレイ13上に表示する。視標表示部33は、視標記憶部77に記録されている視標情報に基づいて、右眼検査用の視標と左眼検査用の視標とを合わせてランダムに順次ディスプレイ13上に表示する。すなわち、本実施形態では、右眼の視野検査と左眼の視野検査を同時に行う。
ここで、左眼用の視標は左眼用ディスプレイ13b上のみに、右眼用の視標は右眼用ディスプレイ13a上のみに表示され、検査中は、右眼用又は左眼用の一方の視標のみが右眼用ディスプレイ13a又は左眼用ディスプレイ13bに表示されることになる。
上述したように、本実施形態では、視標表示部33は、計測用視標のみを順次ディスプレイ13上に表示する。視標の切り換えに関しては、視標表示部33は、表示されている視標が可視判定部50により可視状態又は不可視状態であると判定されると、次の視標に切り換えて表示する。また、視標の表示後、2.5s経過しても可視判定されない場合には、タイムアウトとして認定して、次の計測用視標を表示する。なお、不可視状態又はタイムアウトと認定された視標が計測用視標の場合には、当該計測用視標は再計測対象となる。
このような態様で視標表示部33によりディスプレイ13上に計測用視標を順次表示しながら、視線検出部31により被験者の視線を検出し、可視判定部50が、視線検出部31及び視認判定部40の出力に基づき、計測用視標毎に視標表示時点で被験者が当該視標を可視状態であったか否かを判定する。
全ての計測用視標について一通り可視判定を行うと、引き続き、再計測対象となった計測用視標について、再度、可視判定部50による可視判定を行う。再計測でも可視であると判定できなかった計測用視標については、視野検査部60が暗点であると認定し、再計測で可視であると判定された計測用視標については、さらにもう一度計測対象とする。
3回目の計測でも可視であると判定された計測用視標は、視野検査部60が暗点ではないと認定し、3回目の計測で視認していないと判定された計測用視標は、視野検査部60が暗点であると認定する。
以上、全ての計測用視標に対して再計測も含めて可視判定が終了すると、視野検査部60は、可視判定部50による可視判定結果に基づく視野検査結果を所定の表示装置(図示せず)に出力する。図7は、視野検査結果の出力画面の一例を示す図である。
図7(a)は、盲点部分を除く各計測用視標での反応時間を高さで示しており、再測定対象となった視標は複数回の測定結果が横に並んで表示されている。図7(b)は、暗点と認定された計測用視標の場所を示しており、暗点と認定された計測用視標を大きな丸で示している。
図7(c)は、各計測用視標との反応時間と暗点と認定された場所の双方を色と濃淡で示しており、反応時間の短い視標近傍は薄い緑色で表示し、反応時間が長くなるにつれて濃い緑色で表示すると共に、暗点近傍が赤く表示している。
以上、本実施形態に係る可視判定システム1について説明したが、本実施形態によれば、可視判定部50により、視線が視標表示時点の初期位置から視標に到達するまでの到達軌跡と到達時間に基づき、視標表示時点においてユーザーが当該視標に対して可視状態であったか否かの可視判定を行っており、高精度な可視判定を実現できる。
また、本実施形態に係る可視判定システム1を備える視野検査装置によれば、高精度な可視判定により、視野検査を高精度に行うことができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、視線や視線の位置情報として、極座標系を採用したが、三次元直交座標系を採用しても良い。
また、上記実施形態では、左眼用ディスプレイと右眼用ディスプレイとして独立したディスプレイを採用したが、1つの大型ディスプレイを右眼用と左眼用の領域に分けて使用するようにしても良い。
1 可視判定システム
10 HMD
11 筐体
13 ディスプレイ
14 凸レンズ
15 カメラ
16 ホットミラー
18 発光部
30 制御装置
31 視線検出部
33 視標表示部
40 視認判定部
41 衝突判定部
50 可視判定部
51 可視判定領域設定部
60 視野検査部
70 演算装置
75 記憶装置
76 視線ログ記憶部
77 視標記憶部
80 ケーブル
91 視線の初期位置
92 視標
A 直線(最短軌跡)
C 到達軌跡
X 可視判定領域

Claims (6)

  1. ユーザーの視線から離れた位置の視標に対して前記ユーザーが可視状態であるか否かを判定する可視判定システムにおいて、
    前記ユーザーの視線を検出して前記視線の方向に関する視線情報を出力する視線検出部と、
    前記視標の位置情報と前記視線情報とに基づき、前記ユーザーが前記視標を視認しているか否かを判定する視認判定部と、
    前記視標をディスプレイ上に表示した時に、前記視標に対して前記ユーザーが可視状態であったか否かを判定する可視判定部と、を備え、
    前記可視判定部は、前記視線が前記視標表示時点の前記視線の初期位置から前記視標に到達するまでの軌跡と時間との少なくとも何れか一方に基づいて可視判定を行うことを特徴とする可視判定システム。
  2. 前記可視判定部は、前記視線が前記初期位置から前記視標に到達するまでの到達軌跡が所定の可視判定領域内を移動したときに可視であると判定することを特徴とする請求項1記載の可視判定システム。
  3. 前記可視判定部は、前記視線が前記視標に到達するまでの到達時間が所定の時間以下の場合に可視であると判定することを特徴とする請求項1又は2記載の可視判定システム。
  4. 前記可視判定領域は、前記初期位置と前記視標とを結ぶ直線を内部に含む領域であって、右眼に対する可視判定の際には、前記到達軌跡の進行方向右側が膨らむ領域、左眼に対する可視判定の際には、前記到達軌跡の進行方向左側が膨らむ領域であることを特徴とする請求項2記載の可視判定システム。
  5. 前記可視判定領域は、前記初期位置と前記視標とを結ぶ直線を内部に含む領域であって、前記直線の長さをLとして、前記可視判定領域の外縁が前記直線から距離L以内に位置する大きさであることを特徴とする請求項2記載の可視判定システム。
  6. 請求項1乃至5何れか1項記載の可視判定システムを備える視野検査装置において、
    視野検査のための計測用視標を前記ディスプレイ上に表示する視標表示部と、
    前記視標表示部により前記計測用視標を順次表示しながら、前記可視判定部により順次前記計測用視標の可視判定を行うことで視野検査を行う視野検査部と、
    を備えることを特徴とする視野検査装置。
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