JP3200801B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検者の病状を診
断する際などに回旋成分を含む眼球運動を測定するため
の眼球撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】めまい患者の診断のためには、眼球運動
の水平、垂直方向の測定のみならず、回旋成分の測定が
重要である。

【０００３】しかし、一般に行なわれている電気眼振検
査（ＥＮＧ）では、水平、垂直成分の測定しかできな
い。

【０００４】他に眼球運動を測定する方法としては、従
来から高速度写真法とビデオモニタ法がある。

【０００５】高速度写真法は、眼球の虹彩紋理の動きを
高速度カメラで撮影し、現像後、焼付けしたプリントに
１枚、１枚スケールを当てて、瞳孔の中心位置に対する
紋理の動きを順次測定し、計算によって眼球の回旋角度
と速度を求めるものである。

【０００６】またビデオモニタ法は、ビデオカメラで撮
影した虹彩紋理の動きをモニタに再生し、１フィールド
または１フレームごとにモニタ上にスケールを当てて、
瞳孔の中心位置に対する紋理の動きを測定し、眼球の回
旋角度と速度を求める方法である。

【０００７】また虹彩紋理の動きを追跡する代わりに、
高速度写真法やビデオモニタ法によって眼底模様を追跡
し、眼球回旋を測定する方法も知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した高速
度写真法では、撮影後、フィルムの現像、焼付け処理が
必要であり、手間と時間を要するとともに、１枚、１枚
プリントにスケールを当てて測定しなければならないと
いう煩わしさがある。

【０００９】またビデオモニタ法でも、モニタ上に映し
出された画像にいちいちスケールを当てて測定し、眼球
運動を計算によって求める必要があるため、高速度写真
法と同様測定に時間を要するという問題点がある。

【００１０】したがって高速度写真法やビデオモニタ法
では、測定結果を短時間に出すことはできないので、臨
床応用には適さなかった。

【００１１】なお、眼底模様を追跡して測定を行なう方
法では、瞳孔の中心が移動したり、瞳孔が収縮した場合
に、眼底模様が隠れて見えなくなることがあるので、虹
彩紋理を追跡して測定を行なう場合に比べて測定に難し
さがある。

【００１２】そこで、眼球をビデオカメラで撮像し、そ
の画像信号を画像認識処理によって解析処理することで
眼球運動の測定を行う方法が考えられるが、この場合短
時間の露光が可能となるように急峻なフラッシュ光を被
検者に照射する必要がある。しかし、一般に発光ダイオ
ードには矩形パルスを入力したとしても、発光出力は立
ち下がりになまりが生じて、完全な矩形とならない。そ
のため、急峻なフラッシュ光が得られなかった。本発明
はこのような課題を解決するために提案されたものであ
り、その目的は、急峻なフラッシュ光を眼球に照射し、
精度良く眼球運動の測定を行うことである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、撮像デバイス
が用いられた撮像カメラと、眼球に撮像用の光を照射す
る発光ダイオードとを有し、眼球を撮像する撮像装置に
おいて、短時間露光を行なうために前記発光ダイオード
を短い時間幅で発光させるに際して、該発光ダイオード
に供給される発光用パルス信号の立ち下がりに同期して
該発光ダイオードに逆方向バイアスを印加するか、また
は該発光ダイオードのアノードを接地側に短絡する手段
と、被験者の顔部に装着するゴーグル本体を備え、前記
撮像カメラは、前記ゴーグル本体に穿設された取付け孔
に、被験者の眼球を撮影するように取付けられ、前記ゴ
ーグル本体装着時には、前記撮像カメラの光軸延長が被
験者の眼球中心に位置するように配置されるように構成
した。

【００１４】このような構成によれば、ゴーグル本体装
着時には、前記撮像カメラの光軸延長が被験者の眼球中
心に位置するように配置され、発光ダイオードの発光出
力の立下りのなまりが無くなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき詳細に説明する。

【００１６】第１図は、本発明の眼球撮像装置により被
検者の眼球を撮像する際に、被検者の顔部に装着するゴ
ーグルの一実施例を示す。

【００１７】この図で、ゴーグル本体１の正面部に穿設
された取付け孔２には、被検者の左右の眼球３をそれぞ
れ撮影するビデオカメラ４が取り付けられている。ゴー
グル装着時には、これらビデオカメラ４の光軸延長が被
検者の眼球中心に位置するようになる。これらビデオカ
メラ４には、撮像素子としてたとえばＣＣＤが用いられ
ている。

【００１８】ゴーグル本体１内のビデオカメラ４の光学
レンズ部4aの周囲には、リング状の基板５に取り付けら
れた複数の光源６が配設されており、眼球撮影時にこれ
ら光源６から被検者の眼球３にフラッシュ光が照射さる
ようになる。この実施例ではこれら光源６に赤外光を発
するＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられている。

【００１９】また光学レンズ部4aの前面と光源６の前面
には、偏光フィルタ７，８が互いに偏光角を所定角度ず
らしてそれぞれ配設されており、眼球面3a上からの光反
射９（第７図参照）によって虹彩紋理10の撮影が妨害さ
れるのを防止できるようになっている。

【００２０】また1/4 波長板Ａ，Ｂが、各偏光フィルタ
７，８の前面部に設けられている。このように1/4 波長
板Ａ，Ｂを設けたことにより、偏光フィルタを通過した
直線偏光の光は円偏光に変えられるので、偏光フィルタ
７，８の角度を微妙に調整しなくとも、上述した光反射
９の影響を低減できる。

【００２１】また第２図に示すように光学レンズ部4aと
光源６間には、光源６から発した光が直接カメラ側に漏
れないようにするための円筒遮蔽板あるいは円筒光散乱
板11が配設されている。光源６の外周側に設けられてい
る円筒光反射板12は、光源６の光を有効に眼球３側に導
くためのものである。

【００２２】なお、光源６を直接眼球３に向けずに、眼
球３に対して反対方向に向け、光反射板Ｃで反射させた
間接光を眼球に照射するようにしてもよい。

【００２３】光源６と偏光フィルタ８間には、透光性の
光散乱板13が配されており、光源６の光がこの散乱板13
によって散乱されて眼球３に照射されるため、眼球面3a
からの上述した光反射９を低減できる。この光散乱板13
としては、第３図に示すようなハニカム板14や乳白色の
板、薄いペーパーや薄い織布などを用いることができ
る。

【００２４】なお、この実施例では光源６の周囲に透光
性光散乱樹脂Ｄを流し込んで硬化させてあり、さらに眼
球面3aからの光反射９の影響を軽減できる。光散乱板13
または透光性光散乱樹脂Ｄのどちらか一方を用いる構成
であってもよい。

【００２５】つぎに、ビデオカメラ４で撮影した画像を
処理して眼球運動を計測するとともに、フラッシュ光を
発するための光源６の制御を行なう眼球運動測定装置の
構成と動作を第４図のブロック図と第５図の動作流れ図
に基づき説明する。

【００２６】これらの図で、ゴーグル本体１のビデオカ
メラ４はケーブル15によってビデオカメラコントロール
ユニット16に接続されており、制御回路部17によって制
御されるこのコントロールユニット16によりビデオカメ
ラ４の電子シャッター速度が設定される。通常この電子
シャッター速度は１／６０秒に設定される。第６図
（ｂ）は電子シャッターの開閉のタイミングを示す。な
お第６図（ａ）はビデオコントロールユニット16から出
力される映像信号波形を示す。

【００２７】またコントロールユニット16から出力され
る複合映像信号は同期照明回路18に供給され、この同期
照明回路18によって光源６が制御されることにより、映
像信号に同期した１／６０秒の周期で光源６が点灯され
る。光源６の点灯時間はこの実施例では、虹彩紋理10の
動きを撮影するときに被写体ぶれが生じない程度のたと
えば１／３００〜１／１０００秒程度に設定される。但
し、鮮明な撮影を行なうために光源３の照射時間に反比
例して光出力を大きくしなければならないが、光出力を
あまり大きくすると目に悪影響を与えるため、光照射に
よる蓄積エネルギーによって目が害を受けない程度の照
射時間幅τに設定される。通常生体に悪影響を与えない
蓄積エネルギーの上限は１mW/ｍ² とされている。この
実施例では第６図（ｃ）に示すように照射時間幅τを１
／１０００秒に設定している。

【００２８】なおビデオカメラ４、カメラコントロール
ユニット16、光源６および同期照明回路18は、被写体ぶ
れが起きない短時間の露光によって眼球運動を撮像する
ための撮像手段を構成する。

【００２９】動作流れ図で、ステップＳ１における準備
は被検者へのゴーグルの装着と、キーボード19からのシ
ャッター速度の設定および光源６の照射時間幅τの設定
に対応する。

【００３０】被検者にゴーグルが装着され、被検者の眼
球３の動きがビデオカメラ４で撮影されると、ビデオカ
メラ４からの撮像信号はカメラコントロールユニット16
を介して画像記録手段であるＶＴＲ20に供給されて録画
される。このとき録画される映像信号には検索時に必要
なタイムコードが付加される。これらの処理はステップ
Ｓ２〜Ｓ４に対応する。

【００３１】続いてステップＳ５において、画像解析し
たいフレーム数ｎの入力がキーボードから行なわれる。
たとえばこのフレーム数はｎ＝３０程度に設定される。

【００３２】つぎに、ＶＴＲ20が再生動作に入ると再生
出力信号がタイムベースコレクタ21に供給される。この
タイムベースコレクタ21では、ＶＴＲ20側の同期信号と
画像処理装置22側の画像同期信号のタイミング合わせが
行なわれる。なおＶＴＲ20の再生信号はコマ送り信号が
制御回路部17から供給されるまでは、１フレーム目で静
止している。ここまでの処理はステップＳ６〜Ｓ７に対
応する。

【００３３】タイムベースコレクタ21を経た映像信号
は、画像処理装置22のＡ／Ｄ変換部23に供給されてディ
ジタル信号に変換され、その後１フレーム分のデータが
フレームバッファ（ＲＡＭ）24に蓄えられる（ステップ
Ｓ８〜Ｓ９）。

【００３４】続いて、第７図（ａ）に示すようにディス
プレイ25の再生画面を見ながら被検者の眼球中心と追跡
したい虹彩紋理を特定するために、眼球中心位置と紋理
（眼球中心外位置）にウインドウ27を掛ける操作が行な
われる（ステップＳ10〜Ｓ12）。この操作は１フレーム
目のみ行なえばよい。なお第７図（ｂ）は映像信号上に
現れる瞳孔28と各虹彩紋理10の信号レベルを示したもの
である。ここで制御回路部17とディスプレイ25は、追跡
対象位置特定手段を構成する。

【００３５】続いて、フレームバッファ24から読み出さ
れたデータは、２値化処理部29に供給されて明暗に対応
した２種類の画像データ（輝度データ）に変えられる。
このように２値化処理を行なうことにより画像認識処理
部30での処理が容易になる。

【００３６】２値化処理部29からの２値化データが送ら
れてくる画像認識処理部30では、明点と暗点を認識処理
することにより、ウインドウ操作で特定した眼球中心26
と虹彩紋理10の追跡を行ない、これら眼球中心26と虹彩
紋理10の位置座標を決める処理が行なわれる。解析して
得られたそれぞれの位置座標は、メモリ31に保存される
（ステップＳ13〜Ｓ14）。ここで画像認識処理部30は、
位置座標算出手段を構成する。

【００３７】つぎに、２フレーム目の映像信号を再生す
るためにＶＴＲ20の自動コマ送りが行なわれ、上述した
同様の処理に基づき再生データが解析されることで、移
動した眼球中心26と虹彩紋理10の位置座標が求められ
る。これらの処理はステップＳ15〜Ｓ16，Ｓ７〜Ｓ10，
Ｓ13〜Ｓ14に対応する。

【００３８】以後同様な処理がＮフレーム目まで（この
実施例では３０フレーム目まで）繰返されて眼球中心位
置と眼球中心外位置の位置座標を決める解析処理が終了
すると（ステップＳ15）、眼球運動算出手段を構成する
演算部32において各解析データから眼球中心26の位置座
標、虹彩紋理10（眼球中心外位置）の位置座標の水平・
垂直方向の時間変化（移動）および回旋角度の時間変化
を求める演算処理が行なわれる。演算結果はメモリ31の
別のエリアに保存されるとともに、ディスプレイ25上に
表示される（ステップＳ17〜Ｓ18）。第８図は測定結果
を示すグラフ（G1，G2，G3）である。この図で（ａ）の
G1は眼球３の水平方向の運動成分を示し、（ｂ）のG2は
垂直方向の運動成分、（ｃ）のG3は眼球３の回旋成分を
示す。

【００３９】またキーボード19からプリントアウトの指
示があると、プリンタ33によって測定結果のハードコピ
ーが作られる（ステップＳ19〜Ｓ20）。

【００４０】つぎに、ＬＥＤの光源６から急峻に立ち下
がる照射パルスが発せられるようこの光源６を点灯する
ための同期照明回路18の回路例を説明する。

【００４１】一般にＬＥＤは周波数特性の悪さから矩形
パルスを入力したとしても、第９図（ａ）に示すように
発光出力の立ち下がりになまり34が生じるが、この立ち
下がりのなまり34を解消し、第９図（ｂ）に示すように
照射時間幅τで急峻に立ち下がる照射パルス35を得るに
は、入力遮断後にも浮遊容量などに残存する残存電荷を
何らかの方法で逃がしてやればよい。

【００４２】第１０図に示す回路例は、この残存電荷を
逃がすために光源６であるＬＥＤ6Aに抵抗R1を並列に接
続している。

【００４３】この図で、同期照明回路18の出力トランジ
スタ36のエミッタには、カソードが接地されたＬＥＤ6A
のアノードが接続されており、このＬＥＤ6Aには並列に
バイパス用の抵抗R1が接続されている。なお出力トラン
ジスタ36のベースには照射時間幅τに相当するパルス幅
を持つＬＥＤ駆動用のパルス信号が入力される。この実
施例では電源電圧が８Ｖであるので、抵抗R1には１００
ｋΩ程度のものが用いられる。入力遮断後の蓄積電荷が
この抵抗R1によって接地側に短絡されるので、急峻な立
ち下がりの発光出力が得られるようになる。

【００４４】また第１１図に示す回路例では、ＬＥＤ6A
の特性を改善するために差動増幅器37とコンプリメンタ
リ接続のトランジスタ38,39 を用いている。

【００４５】この図で、同期照明回路18の出力端子OUT1
は差動増幅器37の非反転入力端子に接続され、この差動
増幅器37の出力端子がコンプリメンタリ接続された出力
トランジスタ38,39 の入力端子に接続されている。この
コンプリメンタリ接続された出力トランジスタ38,39 の
出力端子は、差動増幅器37の反転入力端子に接続されて
いるとともに、カソードが接地されたＬＥＤ6Aのアノー
ドに接続されている。なお符号のR2はバイアス抵抗であ
り、符号のD1は逆流防止用のダイオードである。

【００４６】この構成では、同期照明回路18の出力回路
40から点灯用のパルス出力が出ているときは、差動増幅
器37の出力端子がハイレベルとなるので、トランジスタ
38がオンしてＬＥＤ6Aが点灯する。しかし点灯用のパル
ス出力が立ち下がると同時に、差動増幅器37の反転入力
端子の電位が、ＬＥＤ出力の立ち下がりのなまり34の影
響で非反転入力端子の電位よりも高まると、差動増幅器
37の出力レベルがローレベルとなる。これによりトラン
ジスタ39がオンしてＬＥＤ6Aのアノードが負電源側に短
絡するため、この逆バイアスの印加によりＬＥＤ6Aに蓄
積していた電荷が放出され、ＬＥＤ6Aの発光出力が急峻
に立ち下がるようになる。

【００４７】つぎに、第１２図に示すパルス遅延回路41
を用いた回路例を説明する。

【００４８】この例では、同期照明回路18の出力回路40
に供給される発振出力パルスが出力端子OUT2から取り出
され、この出力パルスが１パルス分だけパルス遅延回路
41で遅延されたあと、同期照明回路18の出力端子OUT1と
接地間に接続されたトランジスタ42のベースに供給され
る。

【００４９】これにより出力端子OUT1に接続されたＬＥ
Ｄ6Aのアノードは、点灯用のパルス出力が立ち下がる同
時にトランジスタ42がオンすることで、接地側に短絡さ
れ、ＬＥＤ出力のなまり34が改善される。

【００５０】つぎに、第１３図に示す反転回路43とパル
ス遅延回路44を用いた回路例を説明する。

【００５１】この図で、同期照明回路18の出力端子OUT2
から取り出された発振出力パルスは、反転回路43で反転
されたあと、パルス遅延回路44で１パルス分遅延され
て、出力端子OUT2と接地間に接続されたＮＰＮトランジ
スタ44のベースに供給される。

【００５２】これにより点灯用のパルス出力が立ち下が
ると同時に、反転遅延出力が供給されるトランジスタ44
がオンし、ＬＥＤ6Aのアノードが接地側に短絡されるた
め、ＬＥＤ6Aの発光出力は急峻に立ち下がるようにな
る。

【００５３】このような点灯回路を用いれば急峻なフラ
ッシュ光を眼球に照射することができるので、より精度
の高い計測が可能である。

【００５４】つぎに、第１４図に示す動作波形図に基づ
いて他の実施例を説明する。

【００５５】この実施例では、ビデオカメラ４の電子シ
ャッター速度を１／６０秒に設定するのではなく、電子
シャッター速度を１／１０００秒に設定し、この電子シ
ャッターの開閉に同期して１／１０００秒の照射時間幅
τで光源６を点灯するようにしたものである。

【００５６】なお被写体ぶれが起きない程度の短時間の
露光を得る手段としては、フラッシュ光を用いずに単に
ビデオカメラ４の電子シャッター速度をたとえば１／１
０００秒の高速度シャッターに設定するだけでもよい。

【００５７】またビデオコントロールユニット16から出
力される映像信号をＶＴＲ20に録画するのではなく、こ
の映像信号をディジタルデータに変換したあとに１フレ
ームづつ光磁気ディスク装置あるいはレーザーディスク
装置に記録するようにすれば、タイムベースコレクタ2
1、Ａ／Ｄ変換部23が不要となり、光磁気ディスク装置
あるいはレーザーディスク装置の出力を直接フレームバ
ッファ24に供給することができる。

【００５８】またビデオカメラ４を用いずに、眼球運動
を高速度電子スチールカメラで撮影し、この電子スチー
ルカメラからの撮像信号を処理して眼球運動の計測を行
なうようにしてもよい。

【００５９】また追跡対象となる眼球中心外の目標を虹
彩紋理10とするのではなく、瞳孔28から覗くことができ
る眼底模様を眼球中心外の追跡対象に設定して、眼球運
動を計測することもできる。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、急峻なフラッシュ光を
眼球に照射できるので、被写体ぶれのない高精度の眼球
運動の測定を行なえる。 さらに請求項１の発明によれ
ば、被験者の顔面に装着し易く、かつ撮像カメラを眼球
に対し所定の位置に正確に配置させることができる。

【００６１】

【００６２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置を用いて被検者の眼球を撮像する際
に装着するゴーグルの一実施例を示す斜視図。

【図２】第１図のＡ−Ａ線断面図。

【図３】上記ゴーグルに用いられる光散乱板の例を示す
斜視図。

【図４】本発明装置の一実施例を示すブロック図。

【図５】本発明装置の動作を示す動作流れ図。

【図６】本発明装置の動作を説明するための動作波形
図。

【図７】モニタ上に映し出された眼球と眼球上の追跡対
象を特定するために掛けるウインドウおよび眼球を撮像
したときの映像信号波形を示す図。

【図８】本発明装置を用いて眼球運動を測定したときの
測定結果を示す図、

【図９】光源として用いられるＬＥＤの発光特性とその
改善後の特性を示す波形図、

【図１０】ＬＥＤの発光特性を改善するための点灯回路
の一実施例を示す回路図、

【図１１】ＬＥＤの点灯回路の他の実施例を示す回路
図、

【図１２】ＬＥＤの点灯回路のさらに他の実施例を示す
回路図、

【図１３】ＬＥＤの点灯回路のさらに他の実施例を示す
回路図、

【図１４】本発明装置の他の実施例に基づく動作を説明
するための波形図。

【符号の説明】

１…ゴーグル本体 ３…眼球 ４…ビデオカメラ 4a…光学レンズ部 ６…光源 6A…赤外発光のＬＥＤ ７，８…偏光フィルタ ９…光反射 10…虹彩紋理 11…円筒遮蔽板あるいは円筒光散乱板 12…円筒光反射板 13…光散乱板 14…ハニカム板 16…ビデオコントロールユニット 17…制御回路部 18…同期照明回路 19…キーボード 20…ＶＴＲ 21…タイムベースコレクタ 22…画像処理装置 23…Ａ／Ｄ変換部 24…フレームバッファ 25…ディスプレイ 26…眼球中心位置 27…ウインドウ 28…瞳孔 29…２値化処理部 30…画像認識処理部 31…メモリ 32…演算部 33…プリンタ 34…なまり 35…照射パルス 36…出力トランジスタ 37…差動増幅器 38,39 …トランジスタ 41…パルス遅延回路 42,45 …トランジスタ 43…反転回路 44…パルス遅延回路 Ａ，Ｂ…1/4 波長板 Ｃ…光反射板 Ｄ…透光性光散乱樹脂 R1…バイパス用の抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−37929（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−136023（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−94635（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−125236（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−233969（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−147983（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−178735（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−77173（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−146512（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−166009（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭56−33089（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 3/10 - 3/15 H01L 33/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像デバイスが用いられた撮像カメラ
   と、眼球に撮像用の光を照射する発光ダイオードとを有
   し、眼球を撮像する撮像装置において、 短時間露光を行なうために前記発光ダイオードを短い時
   間幅で発光させるに際して、該発光ダイオードに供給さ
   れる発光用パルス信号の立ち下がりに同期して該発光ダ
   イオードに逆方向バイアスを印加するか、または該発光
   ダイオードのアノードを接地側に短絡する手段と、 被験者の顔部に装着するゴーグル本体を備え、 前記撮像カメラは、前記ゴーグル本体に穿設された取付
   け孔に、被験者の眼球を撮影するように取付けられ、 前記ゴーグル本体装着時には、前記撮像カメラの光軸延
   長が被験者の眼球中心に位置するように配置されるよう
   に構成して成る撮像装置。