JP3298640B2 - 視野分析器用凝視トラッキング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、人間の目の網膜の光学的知覚をテストする
視野分析器に関するものである。凝視方向をトラッキン
グ即ち追跡する本装置は、正確な視野テスト測定を行な
うのに必要な真直前の視線集中からの目の動きに対して
信号を発生する。

視野テスト問題の要約 視野分析器は、患者の網膜の感度を検査する装置であ
る。ポイントと呼ばれる光スポットが短時間の間半球状
の投影スクリーンへ投影される。球の中心からその半球
状の投影スクリーンを見る患者は、ボール（「半球状の
投影スクリーン」と同意語）の表面上に装着されている
視線集中光源への視線に沿って視線集中を行なう。半球
状の投影スクリーン上の投影点は、視線集中光源から離
隔した位置へ制御されて変化することが可能である。好
適には、ポイントが半球状の投影スクリーン上のある位
置から別の位置へ移動する場合に、ポイントの強度が変
化する。ポイントが見えた場合には、患者が応答ボタン
を押圧することによって主観的な決定が行なわれる。ポ
イントを半球状投影スクリーン上の既知の位置へ位置決
めさせ且つ輝度（全体で約40個の異なる輝度）を変化さ
せることによって、患者の網膜の感度を測定し且つマッ
ピングする。

この簡単な概念は患者とインターフェースする上で基
本的に二つの光学的な問題を有している。第一に、患者
は半球状投影スクリーンの中心上に視線集中せねばなら
ない。ポイントが網膜の一貫した部分の上に位置する場
合には、ポイントが患者の視線集中した視線の周辺部へ
位置されるように、この視線集中は維持されなければな
らない。第二に、患者の視力は、通常、半球状の投影ス
クリーンの表面を網膜上へ焦点を合わせるために適切に
補正されねばならない。

患者の視覚のスレッシュホールドにおいて網膜の感度
が測定される場合には、焦点が特に重要であることが理
解され、患者の焦点が正しいものでない場合には、見ら
れるべきターゲットは検知されず誤った結果を与える。
これは、フォーカスされていない光スポットはフォーカ
スされているものよりもより暗く表われるということに
起因している。

患者のメガネは殆ど常に、少なくとも三つの理由によ
って半球状の投影スクリーン上にポイントのフォーカス
した画像を与えるために適したものではない。第一に、
患者のメガネのフレームは寸法及び形状が予測不可能に
変化する。フレームは、視覚のぼやけ及びレンズ傾斜角
度の分野において不知である。更に、テスト条件が何年
もの期間にわたって再現性のあるものであることが重要
である。これは、患者の眼鏡用品における変化によって
影響を受ける。

第二に、患者のメガネに関する光学的処方は、殆ど常
に、テストに必要とされる特定の焦点距離（通常、約30
cm）にとって不適切である。メガネは、殆ど常に、患者
の目からスクリーンの表面への距離に対しての患者の視
力を補正するものではない。

第三に、患者のメガネの視界角度は通常不適切であ
る。例えば、患者のメガネは二焦点レンズ又は可変レン
ズを有する場合があり、それらのレンズはスクリーン上
のポイント位置の関数として患者の焦点距離を変化させ
る。患者の視界をテストする場合に、このようなメガネ
は誤った結果を与える。

これらの限界のために、フィールドテスト即ち視野テ
スト期間中の視力は、典型的に、いわゆる試行レンズに
よって補正され、試行レンズは30cm焦点距離へ補正され
た視力を与えるべく選択されており且つ試行レンズホル
ダ内において目の近くに配置される。更に、通常、二つ
のレンズが必要とされ、即ちその一つは球面パワー
（度）を補正をするものであり、且つ他の一つは円柱
（非点）パワー（度）を補正するものである。

患者の視力の補正は、患者の目の直接前における光学
経路に一つ又は二つの試行レンズを追加することによっ
て行なわれる。これらの通常は試行レンズは多種類の球
及び円柱パワー（度）のものが作られており且つ、半球
状投影スクリーンの半径である30cmに補正された患者の
処方に基づいて、オペレータによって選択される。

標準的な試行レンズは比較的直径の小さなものである
（2.5cmの程度）。試行レンズの中心は、強いレンズに
関連するプリズム効果を回避するために、目のほぼ中心
に配置されるべきである。更に、試行レンズは、試行レ
ンズホルダ又はレンズフレームによって患者の視野のぼ
やけを防止するために目の近くに位置させるべきであ
る。殆どの視野テストは、視線集中軸から30度の角度範
囲で行なわれる。強い正のレンズが使用される場合に
は、近接性がより重要である。何故ならば、強いレンズ
の場合には、ボールを拡大することによって、該レンズ
を介しての視界角度をより小さなものとさせるからであ
る。

今日までの全ての公知の視野テスト装置においては、
レンズの位置はスクリーンの中心と相対的に固定されて
おり、患者の目の位置も固定することを必要としてい
る。この状態はビデオカメラによってモニタされ且つ監
視ツールとしてオペレータへ提供される。患者の目の移
動はオペレータによる患者の再命令を必要とする場合が
ある。

視野分析器は、典型的に、ビデオフィールドの照明の
ために周囲スクリーン光を使用する。殆どの視野分析器
の周囲スクリーン光は、半球状投影スクリーン表面の一
様な照明から得られ、この照明は投影したポイントに対
して一様なコントラストを与えるべく供給される。患者
が光を検知することを防止するために、赤外線波長を使
用して試行レンズホルダ上に装着した光源から目を照明
することも公知である。

試行レンズを使用する場合に付随する実際的な機械的
整合問題に加えて、視野テスト手順期間中に患者の網膜
の感度を測定する場合において凝視方向に関して付加的
な問題が存在している。

半球状の投影スクリーン上において認識された可変的
に位置されたポイントを網膜上の対応する位置に正確に
マッピングすることは、テストが進行するにしたがい、
目が半球状の投影スクリーンの中心に対してその角度関
係を変化させないことを必要とする。然しながら、目は
頭部に配設されており、凝視方向を変化させることは容
易に行なわれ、且つ実際に、例えばぼんやりした光スポ
ットなどの物体が周辺視野へ入る場合にはもっとも自然
に行なわれることである。従って、一定の凝視方向を維
持することは患者の側にとって著しい集中力を必要とす
る。要するに、各目に対して通常最大で20分間かかるテ
スト手順は患者にとっては極めてつらいものである場合
がある。

通常の視野テストにおいては、患者は照明されたター
ゲット上に「視線集中」することによって視界を真直前
へ向けるべく指示される。これによって、ターゲット
を、目の最も高い分解能の区域である患者の網膜の黄斑
部分上に結像させるべく目を位置決めさせる。スクリー
ンの中心上に視線集中することによって、スクリーン上
のポイントと網膜上の特定の位置との間に一定の関係が
維持され、そのことは、患者の頭部位置が中心位置から
変化した場合にあってもそうである。

患者の網膜のいわゆる光学的カップ即ち「盲点」にポ
イントを与えて、これらのポイントが見られないことを
確かめることによって患者の凝視方向をチェックするこ
とは公知である。正常な目の網膜上の光学的カップは光
を見ることが出来ない区域であることは公知の自然現象
である。通常の視野テストの開始時近くにおいて盲点の
予測される位置近くに多数のポイントを与えることによ
って盲点の位置が決定される。この時に患者は適切に視
線集中しているものと仮定される。患者の盲点の位置が
決定されると、半球状の投影スクリーン内のこの位置へ
周期的にポイントが提供される準備がなされ、その位置
は患者の目にとっては「ブラインド」即ち見えない位置
である。通常、且つ患者が正しい凝視方向を維持するも
のと仮定すると、この周期的に与えられるポイントは見
られるものではなく、且つこのポイントの供給に対して
患者によって否定応答が与えられる。肯定の応答は、
「ブラインド」スポットへポイントを供給した時に患者
が正しい凝視方向を維持していないことを表わす。

ブラインドスポットへ光ポイントを供給することはそ
れだけテストに時間が余計にかかることになる。更に、
このように周期的なポイントの供給は凝視方向のスポッ
トチェックを行なうに過ぎず、患者はこれらの相次ぐス
ポットチェックの間における時間間隔においてある時間
の間正しくない凝視方向を有する場合がある。現在のと
ころ、実際の凝視方向を測定することは市販の視野分析
器乃至はテスターにおいて一般的に使用されているもの
ではない。

中央瞳孔位置が無くなることを決定する視野テスト装
置があり、それは凝視方向を測定するものと主張してい
る。この測定は試行レンズを中心位置決めさせる問題に
関するものであって、患者が試行レンズ上の中心に位置
決めされているか否かを報告するが、実際の凝視方向に
は何等関係するものではない。瞳孔が試行レンズにおい
て完全に中心位置決めされている状態で目は事実上任意
の角度方向に凝視した状態とすることが可能であること
を理解すべきである。

視野テスト期間中に、ビデオ表示においてテスト中の
目を観察することは公知である。このことは、視野テス
トにおける明らかな欠陥を検知するために、試行レンズ
ホルダに関しての患者の目の位置の連続的な観察をオペ
レータが行なうことを可能としている。然しながら、オ
ペレータは時折その場所にいないか又は他の作業に従事
する場合があり、そのことはオペレータの注意をビデオ
の表示から遠ざける。更に、オペレータはビデオ表示か
ら凝視方向を決定することは出来ず、且つ、凝視方向が
重要な唯一の時間である実際のポイントが供給される時
間を知ることは出来ない。瞳孔の位置のみを信頼性を持
って測定することが可能である。然しながら、目の運動
と満足の行く凝視方向性能の蓋然性との間には自然的な
関係が存在している。このようなビデオ表示は、ビデオ
カメラを必要とすると共に正確に記録をするためにビデ
オ表示用の充分なる光を必要とする。

視野分析器は、ある程度の赤外線エネルギを含有する
白熱灯ランプによって発生される均一な光で半球状の投
影スクリーンを照明するものである。典型的には、使用
されるビデオカメラは赤外線スペクトルに感受性を有す
るものである。このことは、暗い色の虹彩を有する患者
に対して、虹彩から反射された光と暗い瞳孔との間での
コントラストを増加させる。何故ならば、赤外線照明の
場合には、全ての虹彩の色はほぼ同じ量の光を反射する
からである。

然しながら、この照明システムは、更に、試行レンズ
表面からの光も反射する。半球状の投影スクリーンは該
レンズを部分的に取囲んでいる。該レンズは、典型的
に、反射防止コーティングがされているものではない。
従って、該レンズは、半球状投影スクリーンから捕獲さ
れる赤外線の光でグローする、即ち輝く。このレンズか
らのグローは、ビデオ画像において瞳孔と虹彩とのコン
トラストを減少させる。

発明の要約 本発明によれば、視野テスト装置が提供され、それは
半球状の投影スクリーンに対して正しい焦点距離を与え
且つ患者の自動化したビデオ監視を介して自動的な凝視
方向決定を与えるために試行レンズの自動化した位置決
めにおいて対話型に動作する。患者の顎当てが設けら
れ、それは二つの顎当て乃至は顎受けを有しており、一
つの顎受けは患者の片方のの目をテストするためのもの
である。患者は、典型的には、左側の目をテストするた
めに必要な顎受け又は右側の目をテストするための顎受
け内に顎を配置させる。顎受け乃至は顎当ては、典型的
には、初期的に高さが調整されて、球状の投影スクリー
ンの中心に関し患者の位置をほぼ中心に位置決めさせ
る。この調節は、オペレータが横から患者及び試行レン
ズホルダを観察することによって、又はビデオ表示モニ
タ画像を使用することによってなされる。この調節は患
者の顎から患者の目への垂直間隔における広い範囲のた
めに必要である。左側の目と右側の目との間の水平方向
の間隔における変化はより一様であり、且つ視野テスト
装置によってテストされる人口集団にわたりオペレータ
の調節を必要とするものではない。

移動可能な試行レンズホルダが設けられている。テス
トは一度に一方の目について行なわれる。この試行レン
ズホルダは、遠隔操作によって水平方向及び垂直方向に
移動可能であり、且つテスト中の目を照明するために、
好適には赤外線スペクトル内において、小型の光源を担
持している。

光源は、好適には、試行レンズ中心に関して２時、４
時、８時、10時の位置に位置されている。角膜において
これらの光源によって形成される反射は、目の位置のイ
ンジケータとして使用することが可能であるが、目の位
置は、好適には、ビデオ画像における瞳孔自身を探し出
すことによって決定される。試行レンズホルダは、ビデ
オ画像に関する位置の表示が設けられている。この位置
の表示データは、試行レンズホルダを位置決めし且つ試
行レンズ内側の区域内へビデオデータの興味のある区域
を制限するために位置決めをコンピュータによって使用
することが可能である。好適には、試行レンズホルダ
は、試行レンズの位置を決定するためにビデオカメラ内
へ指向された照明源（この場合にも赤外線スペクトル
内）が設けられている。この照明源は、ビデオ画像内に
明るい光スポットを発生し、それは試行レンズホルダと
共に移動し、且つ「マーカー」と呼ばれる。患者の頭
は、最初は、視野テストを開始する前に、顎当てを垂直
方向にオペレータが位置決めすることによって垂直方向
に整合される。次いで、患者は必要に応じて頭を移動す
ることによって試行レンズを介して見ることが要求され
る。位置決め用コンピュータは試行レンズの寸法と等し
いビデオウインドウ内に目が存在しており且つ試行レン
ズマーカーから得られるデータによって試行レンズの内
側に位置決めされていることを決定する。次いで、位置
決め用コンピュータは試行レンズホルダを水平方向に移
動させて目の瞳孔をレンズ内に心合わせさせる。テスト
期間中に、本システムは瞳孔に追従即ちトラッキングを
行なう。

その結果、試行レンズはそうでない場合には視野テス
トを中断することなしに、試行レンズは不本意的な患者
の頭の移動に追従する。移動可能な試行レンズホルダ
は、本発明の凝視方向検知システムにとって有益的なも
のである。それは、瞳孔がレンズに対して心合わせされ
ていることを確保し、且つレンズの中心のみを取囲む寸
法を減少した付加的なビデオウインドウを発生すること
が可能であり、試行レンズ表面から発生することのある
反射が凝視方向測定を混乱させることを防止する。

本凝視方向検知システムにおいては、例えば発光ダイ
オード（LED）等の凝視トラッキング即ち追跡用赤外線
スペクトル源（好適にはスクリーンの中心近くのスクリ
ーンの表面上に設けられている）、が目の角膜上におい
て凝視トラッキング反射を発生し、この凝視トラッキン
グ反射は正規の球状角膜の中心近くである。この反射は
直径が小さく、且つその位置は試行レンズホルダに対す
る目の近接性とは独立的であり且つ投影スクリーンの中
心に関する目の位置とは独立的である。

この光源は光源をターンオン及びターンオフする手段
を具備しており、従って角膜からの反射は、凝視方向決
定のために必要な場合にのみ発生される。このことは、
単一ビデオフレームにおいて発生することが可能であ
り、且つ前のビデオフレームから一つのビデオフレーム
を減算することによって分離を達成することが可能であ
る。小さな中央ウインドウにおける唯一の変化は、凝視
トラッキング光源から角膜反射の付加である。

凝視トラッキング光源はレンズトラッキング期間中オ
ンとなるべきではない。何故ならば、それは、試行レン
ズにおいて反射を発生させ、それが瞳孔中心の決定を混
乱させる場合があるからである。これらの反射は、ビデ
オカメラ及び光源に関して所定の角度で試行レンズホル
ダにおける試行レンズを傾斜させることによって、小さ
な中央のビデオウインドウ内に入ることが防止されてい
る。

凝視方向を測定するためには、レンズ中心位置決めの
ために必要とされる精度よりも高い精度で瞳孔の中心を
決定せねばならない。目の瞳孔の中心の自動化したビデ
オ測定を行なうための構成が設けられており、それは、
好適には、目の瞳孔の水平方向の弦を測定し、この水平
方向の弦を二等分し、二等分した位置から下方向に沿っ
て目の瞳孔の底部を探し出し、且つその後に瞳孔中心を
見つけ出すものである。

凝視方向は、瞳孔中心と凝視トラッキング角膜反射の
間のベクトル変位によって決定される。このベクトルに
対する初期値は、患者が適切な凝視方向を有するものと
仮定される場合には、視野テストの開始時に決定され
る。この変位ベクトルにおける変化は、凝視方向におけ
る変化を表示するために使用される。本発明による凝視
方向決定は、所要の試行レンズにおいて存在する場合の
ある反射を無視するプロトコルにおいて正しい試行レン
ズ中心位置決めがなされることを仮定している。視野テ
スト期間中に得られるデータの品質を決定するために、
試行レンズ移動及び凝視方向変化を記録する構成が設け
られている。

図面の簡単な説明 図1A及び1Bは半球状の投影スクリーンを有する視野テ
スター内に向かっている患者の概略側面図及び概略正面
図であり、図1Bにおける患者は本発明のモニタ用ビデオ
装置及び移動可能試行レンズホルダを使用して患者の右
の目の網膜の視野テストを行なうために位置決めされて
いる状態である。

図２は目の視野テストの期間中に発生する頭及び目の
不本位の運動期間中に患者の目に追従して試行レンズを
移動させる装置の構成を示した概略図である。

図3A及び3Bは目を照明するために目に向かって指向さ
れた四つのLEDとして示された試行レンズ照明源を示し
た概略図であって、図3Aは上から見た状態の試行レンズ
ホルダ及び目を示しており、且つ図3Bは患者に面した側
から見た状態の試行レンズホルダを示している。

図４はテスト中の目の虹彩及び瞳孔を示した概略図で
あって、目の虹彩中心及び半径を決定するための解析を
示している。

図5Aは患者の頭及び目の不本意な移動が発生した直後
に発生する状態を示しており、従って患者の虹彩及び試
行レンズの中心との間に変位が発生した状態を示してい
る。

図5Bは移動した患者の目に関して試行レンズの中心位
置決めのために必要とされる補正のベクトルプロットを
示している。

図5Cは必要とされるステッパーモータ変位をベクトル
の形態で示したベクトルプロットの拡大図である。

図６は患者の目のビデオ画像と相対的に移動可能な試
行レンズを中心位置決めするために必要とされるソフト
ウェア論理を示した概略ブロック図である。

図7Aは凝視方向決定期間中に凝視トラッキング光源か
ら及び四個の照明用LEDからの角膜反射を示した試行レ
ンズホルダの概略図である。

図7Bは患者の凝視方向における変化をベクトルで示し
た試行レンズホルダと相対的なビデオウインドウの概略
図である。

図7Cは凝視方向における変化を決定する状態を示した
図7Bのベクトルの拡大図である 図８は二つの寸法のビデオウインドウがフィールド上
に重ねられているビデオカメラフィールドの説明図であ
って、ビデオフィールドの第一部分が試行レンズの現在
の位置に重なっており且つ別のより小さな中心部分がテ
スト期間中に患者の凝視方向を測定するために使用され
る。

図９は患者の視線集中即ち凝視方向を検知するために
必要なプログラム論理を示したソフトウェア論理概略図
である。

図10A乃至10Dは患者を試行レンズに関して正しい距離
に維持するために試行レンズと相対的な目の距離を認識
するための概略図である。

図11A−11Cは虹彩及び瞳孔を介してとられる図４に示
した目の直径を横断して通過する一つのビデオライン上
のビデオデータを表わしており、これらの図は図11Aに
おいて光強度を示しており、図11Bにおいては光強度の
一次微分、図11Cにおいては光強度の二次微分を示して
いる。

好適実施例の説明 図1A及び1Bを参照すると、本発明の移動可能な試行レ
ンズホルダ40の概略図が示されている。患者Ｐは半球状
の投影スクリーンＳを観察している状態に示されてい
る。患者Ｐは、ここでは、右側の目Ｅをテストする状態
が示されている。このテストにおいては、患者Ｐは半球
状の投影スクリーンの中心における視線集中光Ｌ上に視
線集中することの指示が与えられている。

図1Bを参照すると、図示した顎当て25は二つの凹所を
有しており、これらの凹所は、患者の右目をテストする
ための凹所26と患者の左目をテストするための凹所27と
を有している。この顎当ては、螺設ラック機構29上を矢
印31の方向に垂直に調節可能である。二つの顎当て凹所
以外に、顎の位置の水平方向の補正は行なわれない。

当該技術分野において公知のコンピュータ（不図示）
の制御下にあるプロジェクタ即ち投影器14が、半球状の
投影スクリーンの表面上に光スポット16を投影する。患
者は、応答ボタン30を押圧することによって、光スポッ
ト16が見えたことを表示する。ボタンを押圧することに
よる患者の応答は、当該技術分野において公知の装置に
よって記録される。

上述した視野テスト装置は視野分析器シリーズ600と
いう製品名称の下でアメリカ合衆国カリフォルニア州サ
ンリュアンドロのアラーガンハンフリー社から購入する
ことが可能である。以下の説明において、試行レンズホ
ルダを移動させる機構及びビデオカメラＶを使用して凝
視方向のトラッキングを行なう構成（図1A）は本発明の
主要な特徴部分を構成するものである。

試行レンズホルダ40は半円形状のフレームとして図２
に示してある。ホルダ40は活性位置及び非活性位置を有
している。活性位置において、試行レンズホルダ40は二
個のモータの制御下において水平方向及び垂直方向（Ｘ
及びＹ）の両方に移動する可能性を有している。試行レ
ンズホルダ40が非活性位置にある場合には、ホルダは中
央位置から破線40′で示した限界位置へ移動され、その
限界位置においては、試行レンズホルダはテスト期間中
の患者Ｐの視野の外に位置している。

視野テスターは二つのタイプの視野テストを行なうた
めに使用される。最も頻繁に行なわれる視野テストは、
視線集中軸から中央30度のテストを行なう。それほど頻
繁に行なわれるものではないテストは、視線集中軸から
30度と90度との間の視野角度においての視力感度の測定
を行なうもので、周辺視力の感度をテストするものであ
る。この種類のテストの場合には、レンズホルダ40は破
線で示したレンズホルダ40′の位置へ移動される。典型
的には、この拡張した視野テストにおいては、試行レン
ズは使用されない。そうでない場合には、スクリーン状
の限界角度に供給されるポイントはレンズの視野角度を
介して通過することはない。ポイントのうちの幾つかは
レンズによって補正されず且つ幾つかは試行レンズフレ
ームによってぼやかされる。

より一般的な視野テストは、視線集中軸から30度の角
度以内における中央視力感度の測定である。以下の説明
においては、特に断りがない限りこの測定が興味のある
測定であると仮定する。

図２を参照すると、試行レンズホルダ40の必要とされ
る運動に対する機構が概略的に示されている。この機構
は、Ｘモータを示しており、該モータの本体は視野テス
ターのシャシへ接続されている。Ｘモータから延在する
シャフト42は微細外部螺子を有している。該シャフトは
Ｘモータを貫通しており、ＸモータはＸモータのロータ
によって回転されるナットを有している。該シャフトは
該機構によって回転することが防止されているので該ナ
ットが回転すると、Ｘモータのロータの回転に応答して
Ｙモータの並進運動を発生する。Ｘモータのロータが回
転すると、シャフト42はＹモータを水平方向に移動させ
る。

Ｙモータは同様の構成を有しており、且つＸモータに
よって駆動される水平方向に摺動するキャリッジ50上に
装着されている。Ｙモータは、垂直シャフト44を介して
試行レンズホルダを垂直方向に移動させることが可能で
ある。図示した垂直方向への運動方法は、Ｘモータの同
様の水平方向の運動に類似している。

図示した機構では、典型的に、従来のリニアなステッ
パーモータを使用する。これらのステッパーモータは、
以下に説明する制御用のコンピュータシステムが患者の
目Ｅの運動の全ての通常の動きに対して目の前方の垂直
面内における任意の必要な位置にレンズを移動させるこ
とを可能としている。

図3A及び3Bを参照すると、移動可能な試行レンズホル
ダ40をより完全に理解することが可能である。この場合
には、試行レンズホルダ40は、ビデオカメラＶへ直接的
に指向する赤外線光源58が設けられている。この光源58
は「マーカー」と呼ばれる。

試行レンズホルダ40の位置のトラッキング即ち追跡を
行なうためにマーカー58を使用することが望ましい。然
しながら、その他の構成及び方法を使用することも可能
である。例えば、レンズホルダ40の機械的位置は他の手
段、例えばステッパーモータ回転のカウントによって入
力することが可能である。本発明を理解する目的のため
には、目Ｅのビデオ画像に関するレンズホルダ40の位置
を確定することが可能であるということが必要であるに
過ぎない。

少なくとも一個で且つ好適には四個の赤外線光源54−
57が、２時、４時、８時、10時の夫々の位置において試
行レンズホルダに配設されている。これらの光源は、虹
彩を均一に照明するために瞳孔中心に向かって斜めに指
向されている。これらの光源によって角膜内に形成され
る反射は目の位置を画定するために使用することが可能
であるが、外来的な角膜反射が存在しており、そのよう
な反射が主要な反射と混乱を起こす場合がある。従っ
て、瞳孔自身を使用して目の位置を決定することが望ま
しく、瞳孔は虹彩の一般的に明るいフィールド内の大き
な暗い区域として表われ、従って容易に区別することが
可能である。

２時、４時、８時、10時の位置における光源の位置決
めが望ましい。目の上方における光源は、上側のマブタ
及びマツゲによって陰を発生することが判明した。同様
に、目の下側の光源は下側のマブタか又は目の肉部分の
いずれかによって同様に陰を発生させる。更に、多くの
目は部分的に閉じており特に観察状態における上側のマ
ブタにおいてそのことが言える。そうであるから、横方
向から目Ｅに入射する光が周りの体部分によって干渉を
発生させる可能性が一番少ないことが判明した。マーカ
ー58が使用される場合には、ビデオプロセサがマーカー
と目の瞳孔60との相対的な位置を決定する。該プロセサ
は試行レンズの自動化した追従運動によって、目の瞳孔
60とマーカー58との間の初期的に決定した空間関係を維
持する。その結果、視野テスト手順の期間中、試行レン
ズは目の瞳孔に対して自動的に心合わせされる。

本発明の試行レンズの心合わせ即ち中心位置決めの利
点は、レンズが患者の目Ｅと相対的に中心がずれた場合
には発生する可能性のある試行レンズホルダ40によって
患者の視野の一部がぼやかされることを防止することで
ある。同時に、試行レンズの自動化した運動は、患者の
気分の良さを向上させ、且つ最大で20分程度のテスト期
間中の間、頭の位置を絶対的に且つ凍結した状態に維持
することの必要性がないことによって患者のストレスを
減少させることに貢献する。その結果、患者の気持ち良
さ及びテストの精度の両方が改善される。

付加的な利点としては、視野テスターの半球状の投影
スクリーンと相対的な目のわずかな運動は、適切な凝視
方向が維持される場合には、テストの精度に顕著な変化
を発生するものではないということである。

本発明の自動化した試行レンズ中心位置決めプロトコ
ルの更なる利点は、視野テストスクリーンの中心に対し
て患者の頭の位置は高さ方向においてのみ調節すること
が必要であるに過ぎないということである。更に、二つ
の顎当て凹所26,27を有する顎当て25によって、オペレ
ータがテストの開始時において患者の頭の水平方向の位
置を調節することの必要性が取除かれている。その結
果、従来技術による水平方向に頭の位置を調節するため
の機構はもはや必要ではない。この水平方向の頭調節機
構は堅牢なものであると共に調節可能であることが必要
とされるので、このような機構を除去することによって
かなりの費用が節約される。

通常のテストプロトコルの場合には、視線集中軸から
30度の角度内においてのみ視力乃至は視覚がテストされ
る。然しながら、この角度範囲の外側のテスト角度で、
視線集中軸から90度に到達するような角度へ延長するあ
るテストプロトコルがある。このような周辺部のテスト
プロトコルの場合には、試行レンズホルダ40は完全に視
野の外部とすることは出来ない。そのために、試行レン
ズ51,52及び試行レンズホルダ40は典型的に、使用され
ず且つ完全に患者の視野の外側に移動される。このこと
は、目に対する照明光源を除去する。何故ならば、光源
は試行レンズホルダ上に装着されているからである。こ
れらの照明光源は凝視方向決定におけるデータの一部と
して使用される瞳孔中心の決定を行なうために虹彩と瞳
孔との境界を照明する上で必要なものである。

目の周りに試行レンズホルダが存在することなしに瞳
孔中心の決定を維持するための二つの変形例について記
載する。一方の変形例では、照明光源LEDをレンズ保持
部分とは別個に装着し且つ視野の下側に位置させるよう
にレンズホルダ40を修正し、従ってレンズホルダ40のレ
ンズ保持部分を周辺部のテストを行なうために取除くこ
とを可能とするものである。このことは、目の下側の位
置からLEDが上方向へ目の上に光を指向させることを必
要とする。この変形例は目の下側の肉の部分によって陰
を発生させ、下端部において虹彩と瞳孔との境界を画定
することを困難とするという欠点を有している。

より有益的な変形例は、スクリーンＳ上に二個の付加
的なLED光源301,302（図1B参照）を配置させることであ
る。これらの光源はボール内において充分に中心からず
れており、ボールの表面から目を照明させ且つ凝視トラ
ッキング用光源と競合するような中心区域においての角
膜からの反射を発生することはない。ボール表面上にこ
れらの光源を配置することは周辺部のテストを行なう場
合に可能である。何故ならば、不所望の反射を発生させ
るような試行レンズが存在しないからである。凝視方向
を決定するための中央角膜反射は、尚且つ、同一の態様
で発生される。

図1A,1B,2に示した如く、Ｚ調節、即ち目に対するレ
ンズの近接度は手動的に調節される。これは、接続アー
ムのベース近くの高摩擦接続部55の形態をしており、接
続アームの角度を変化させることによってホルダを目に
対してより近くに移動させることが可能である。

図3A及び3Bを参照すると、レンズホルダにおける目Ｅ
の照明光源の概略が示されている。この概略図は、患者
の目Ｅの平面図と患者の視野方向からのレンズホルダ40
の正面図を示している。図3Aは試行レンズホルダ40に装
着されている二つの試行レンズ51,52を示した平面図で
ある。典型的に、第一試行レンズ52は、患者によって必
要とされる球面補正を与える。第二試行レンズ51は、患
者の補正の所要の円柱成分を有しており、患者の補正に
対する適切な角度で整合されている。これらのレンズ5
1,52は目Ｅの角膜Ｃ及び網膜Ｒの前方に配設して示され
ている。

図3Bを参照すると、患者の視野方向におけるレンズホ
ルダ40の状態が示されている。このレンズホルダは、四
個の赤外線発光ダイオードLED54−57の位置を示してい
る。これらのLEDはレンズホルダ40と一体的に設けられ
ている。

試行レンズからの反射を取除く目的のために、好適に
は患者に面した試行レンズホルダの側に位置されている
四個の赤外線発光ダイオードLEDを使用して試行レンズ
ホルダ側から目を照明する。これらのLEDの好適な位置
は試行レンズホルダの中心に関して２時、４時、８時、
10時の位置である。

これらの赤外線LEDは多数の標準的なパッケージのう
ちの一つで封止されており且つレンズホルダフレーム内
に挿入されている。選択されたLEDはレンズが具備され
ているか、又は非常に低い度のレンズが具備されてお
り、従って光は広角パターンで拡大する。四つのパター
ンがオーバーラップして均一な照明状態で目を照明し、
赤外線スペクトルにおいて高いコントラストのビデオ画
像を発生する。

図3Aを参照すると、目Ｅの角膜Ｃは高反射性の球面で
あり、それは赤外線照明光源からの光線のあるものをビ
デオカメラＶへ反射させる。これらの光線は等角規則に
したがい、入射角度と等しいが反対方向の角度で角膜Ｃ
の表面から反射する。目Ｅ及び周りの区域の通常の画像
に加えて四個の明るい光ドット64−67がビデオカメラＶ
のビデオ画像内に形成される。このことは図４から理解
することが可能である。

注意すべきことであるが、角膜の中心近くにおいて反
射光線が発生されることはない。更に、試行レンズの表
面によって反射光線が発生されることはない。角膜の中
心近くにおいて照明用LEDの反射がないということは、
角膜に対しての照明光源の角度に起因するものである。
レンズからの反射が存在しないということは、試行レン
ズホルダ40上の照明光源がレンズの患者側にあるという
事実によるものである。

図3Aを参照すると、照明光源の角度は更に、目Ｅの網
膜Ｒから反射された光がビデオカメラＶに到達すること
を排除している。このことは、ビデオ画像が反射が存在
しない状態で暗い瞳孔区域を有することを可能とし、そ
れは、試行レンズを瞳孔上に中心位置決めすべく構成さ
れた位置制御コンピュータシステムのパターン認識動作
にとって望ましい画像である。

図４を参照すると、瞳孔60の中心の計算において使用
される中心を探索するための弦を有する虹彩及び瞳孔の
概略図を示している。この概略図は、照明された虹彩62
によって取囲まれている暗い瞳孔60の理想化したビデオ
画像を示している。虹彩62の区域内に表われる四個の黒
いドット64−67は、レンズホルダ40からの夫々の照明光
源54,57の角膜Ｃの球状表面からの反射である。

紙の上での目Ｅを図示することは現実の状態とは異な
っており、即ち、瞳孔60は暗く、虹彩62は約1/4の明る
さであり、鞏膜64及び周りの皮膚は約半分の明るさであ
り、且つ四個の角膜反射64−67は完全なる明るさであ
る。

ビデオデータにおける干渉を減少させるために種々の
光源からの光を分離するための波長及びビデオウインド
ウを使用することが本発明の目的の一つである。試行レ
ンズの反射を減少させ且つ更に虹彩と瞳孔とのコントラ
ストを増加させるために、ビデオカメラは赤外線の光の
みに応答する。好適には、ビデオカメラはこの結果を達
成するために赤外線バンドパスフィルタ11を有してい
る。この点については図1Aを参照するとよい。

図1Bを参照すると、可視光スペクトルにおいて比較的
一定な輝度の照明したバックグラウンドを有する半球状
の投影スクリーンＳを照明することが望ましい。スクリ
ーン区域を照明するスクリーンライト107は蛍光灯であ
り、半球状投影スクリーンＳにおける赤外線の成分を減
少させている。従って、スクリーンライトによって照明
される物体からの反射光はビデオデータ内に表われるこ
とはない。その結果、ぼやかされることのない目Ｅの画
像及び虹彩62と瞳孔60との境界が試行レンズの後ろ側に
与えられ、該レンズは実用上ビデオ表示においては透明
なものである。

試行レンズホルダ内に照明用光源を配置させることの
利点は、カメラは、ボールの中心に関しての試行レンズ
ホルダ位置とは独立的に、一定状態を維持する照明を使
用してテスト中の目を観察するということである（試行
レンズを介して）。従って、目の位置変化によって目の
照明の変化が発生することはない。

上述した照明方法を使用すると、ビデオカメラＶは試
行レンズホルダ40を介してテスト中の目Ｅの区域を観察
する場合にデータを発生する。ビデオデータが試行レン
ズとオーバーラップする区域に制限される場合（図5A及
び5B参照）、そのデータは少なくとも以下のものを包含
している。

1.照明用光源が斜めの角度で指向されているという事実
によって発生する瞳孔60の位置における暗い区域は、カ
メラによって観察される網膜の部分にほとんど又は全く
光が到達することはない結果となる。その結果発生する
暗い瞳孔60と明るい虹彩62とのコントラストは瞳孔位置
を決定するために最も有益的なものであって、目の凝視
方向をテストする場合に有効である。

2.明るく照明された虹彩区域62があり、この虹彩区域は
暗い瞳孔からシャープな区画を形成する特性を有してい
る。

3.ミラーとして作用する球面状の角膜によって形成され
る点64−67におけるLED54−57の反射は小さなLED光源54
−57の画像を反射させる。

ビデオ区域が試行レンズとオーバーラップする区域に
制限されない場合には、以下の付加的なデータを得るこ
とが可能である。

4.レンズホルダマーカーLED58によって発生される試行
レンズ下側の小さな明るい区域。

5.視野テスト期間中にオペレータのCRTディスプレイ上
での患者のオペレータのモニタを可能とするために、目
Ｅと周りの試行レンズホルダ40との複合目コントラスト
画像。

本発明のビデオプロトコルの付加的な利点は、カメラ
フィールド内のデータは、最も明るい区域と最も暗い区
域とを見付けだすために容易にコンピュータで解析する
ことが可能であるということである。上から下へスキャ
ニングをする場合に最後の明るいビデオ区域はマーカー
LED58である。この位置は、一定のオフセットと関連し
て、ビデオデータを試行レンズ開口内側に入るものに制
限するビデオウインドウ115を画定するために使用され
る。このことは、試行レンズホルダによって発生される
暗い区域及び試行レンズフレームからの反射がコンピュ
ータ解析において考慮されることを防止する。瞳孔は、
ウインドウ内の唯一の主要な暗い区域であり且つ該マー
カーはビデオフィールドにおける最後の主要な明るい区
域である。この明るい区域は「マーカー」LED58の画像
であって、試行レンズホルダが移動される場合には移動
する。位置制御コンピュータは、自動的にビデオウイン
ドウ115を移動させて前記マーカー位置から一定のオフ
セットを有する様にする。

試行レンズ中心位置決めプロトコルの利点は、照明光
源からの反射は瞳孔区域内側に入ることは必要ではなく
且つ好適には入るものではないという点である。従っ
て、図1Aを再度参照すると、暗い瞳孔区域内の角膜から
の付加的な反射を形成するために、中心近くのスクリー
ンの表面上に別の赤外線光源130を配置させることが可
能である。この光源130は凝視方向決定用の反射140（図
7A参照）における如く、角膜に対して中心の反射を発生
することが可能である。この反射は四個の照明用LED54
−57によって発生される反射とは別個のものであり且つ
それらとは干渉しないものである。

光源130は試行レンズの表面から及び試行レンズフレ
ームから反射を形成する。前者は所定の角度で好適には
下方向にレンズを傾斜させることによって、中心区域か
ら偏向され、且つ後者は試行レンズフレーム内に中心位
置決めされている大きなビデオウインドウ115によって
排除される（図5B参照）。

レンズ中心位置決めプロトコルの利点は、瞳孔が常に
レンズの中心にあり、光源130によって発生されるどの
ような付加的な反射も、凝視決定用の試行レンズの中心
に配置させた図7bにおける小さなビデオウインドウ125
によって拒否することが可能であるという点である。更
に、目がレンズの中心にない場合には、レンズの屈折効
果に起因する反射140の位置に対して補正を行なわれね
ばならない。従って、レンズ中心位置決めプロトコルの
更なる利点はこれらの補正を最小とすることである。

本発明の付加的な目的は、目に関して移動可能な試行
レンズの中心位置決めに対する広範なプロトコルを提供
することである。この最も簡単なプロトコルにおいて
は、ハードウェア／ソフトウェアシステムが、ビデオデ
ータにおけるレンズホルダの位置と視野テスターフレー
ムに関する試行レンズホルダ40の位置との間の絶対的な
関係を知得していなければならない。このようなシステ
ムを使用する場合には、試行レンズホルダ40を視野テス
ターフレームに関して既知の位置へ移動させることによ
って初期化が行なわれ、且つ所定のオフセットを使用し
てビデオウインドウを試行レンズに対して中心に位置さ
せる。その後に、試行レンズホルダの個別的な移動を行
なって試行レンズを瞳孔上に中心位置決め状態に維持す
る。

このようなシステムは患者との機械的な干渉によって
容易に位置ずれを発生する場合がある。第二のプロトコ
ルは、何等かの形態の位置エンコーダを使用して、視野
テスターフレームに対してのレンズホルダの絶対的な位
置を実時間で測定することである。第三の、且つ好適な
試行レンズホルダ40と目Ｅの両方の相対的な位置を測定
するためのプロトコルは、試行レンズホルダ40上のマー
カー58を使用して行なわれる。いずれのプロトコルの場
合にも、目の瞳孔に対する試行レンズの中心位置決めが
行なわれる。

ビデオ画像は、ラインと呼ばれる個別的な区域内へ水
平方向に場面の輝度をスキャニングすることによって形
成される。上下に並んだ多数のこれらのラインを結合し
て完全な画像のスキャンが形成される。このデータは性
質的には直列的なものであり、即ち、一つのラインの後
に別のラインが続いており、且つデジタル形式へ変換さ
れ且つ電子的メモリのブロック内に格納される。これは
コンピュータによる解析のために画像の並列形態を形成
する。

ここで使用されるビデオ画像の解析の場合には、市販
されているビデオRAMを使用している。特に、カナダケ
ベック州のドーバルのメイトロックス（Matrox）社によ
って製造されMaroxという名称の下で販売されているビ
デオRAMモデルMIP−512を使用している。

瞳孔中心を探出すプロセスはスキャニングプロセスの
特性によって瞳孔内の任意に位置された水平な弦を形成
するビデオライン上のデータを選択することにより開始
する。最善の精度を得るために、位置制御コンピュータ
がビデオデータ内の最も長い暗い区域であるとしてこの
ラインを選択し、それは通常瞳孔の主要な直径である。

図４を参照すると、コンピュータは、暗い瞳孔区域60
から明るい虹彩区域62への遷移を見付けだすことによっ
て前記弦68の端部を見付けだす動作を行なう。輝度とは
独立的に且つ個別的な画素分解能を超えた分解能で遷移
点を見付けだすために、これらの光の値の二次導関数を
使用することが望ましい。

図11Aを参照すると、時間の関数としてカメラからの
特定のビデオライン上の光強度が示されている。選択さ
れたラインは、図４に示した瞳孔の任意の弦近くのもの
である。理解される如く、データの強度は画像の輝度に
直接的に対応している。この信号が瞳孔の位置決めのた
めに使用される場合には、特定の強度304を選択するこ
とが可能である。然しながら、実際にはデータは図11A
に示したように理想的なものではなく、典型的には、左
側から右側へ虹彩の輝度において変化を示すものであ
り、且つ左側及び右側における瞳孔と虹彩との境界にお
いて輝度の変化割合における変動が存在している。これ
は全ての目及び全ての照明条件に対して一様なものでは
ない。従って、この形式は好適なものではない。

図11Bを参照すると、図11Aに示した信号の一次微分す
なわち一次導関数が示されている。これは水平なベース
ライン300に対して反対方向に延在するピーク305,306を
示している。

図11Cを参照すると、二次微分即ち第二導関数が示さ
れている。この信号では、虹彩から瞳孔へ（一方では
（及び瞳孔から虹彩へ他方では）のより広範な交差検知
方法となっているので好適である。何故ならば、信号が
ベースライン300を交差する点307及び308は信号強度及
び虹彩の輝度とは独立的だからであり、これらの点は、
絶対的な輝度の大きさよりも輝度の変化割合に基づくも
のだからである。更に、種々の色の目からの信号は点30
7及び308において水平軸の交差において一様なものであ
る。弦68の端部の長さ及び位置は選択した特定の水平な
ビデオライン上の点307及び308によって決定される。

図４を参照すると、本プロセスにおける次のステップ
は、弦68を二等分することであり、且つその二等分の開
始にあたって、垂直ライン下方向にスキャニングして瞳
孔60の底部において暗い瞳孔から明るい虹彩区域への遷
移を見付けだす。これによって垂直距離ｙが得られる。
水平距離ｘは、二等分の点から弦68の一端部への弦の長
さである。

この場合の計算はピタゴラスの定理に基づくものであ
る。公知の如く、直角三角形の二辺の平方の和は斜辺の
平方に等しい。三角形が図４に示されており、それは弦
68の半分と、垂直成分と未知の半径との間の差ｙ−ｒと
斜辺としての未知の半径ｒとによって形成されている。
このことは、この測定の場合の仮定として、瞳孔が真円
である場合にのみ成立する。この数学的方法は、瞳孔60
の中心の下側に位置される任意の弦68に対しても同様に
適用可能である。

この場合の公式は以下の如くである。即ち、ピタゴラ
スの定理によって、 a²＋b²＝c² （ｙ−ｒ）^２＋x²＝r² y²＋r²−2yr＋x²＝r² 2yr＝x²＋y² ｒ＝（x²＋y²）÷（2y） 中心＝X₀,Y₀−（ｙ−ｒ） 尚、ｒ＝未知の半径 ｘ＝弦の半分の長さ ｙ＝瞳孔の弦から底部への距離 X₀,Y₀＝任意の弦二等分位置 本発明の更に別の目的とするところは、瞳孔の直径と
は独立的に凝視方向の決定を可能とすることである。テ
スト期間中に瞳孔の直径は変化するので、凝視方向を見
付けだす任意の方法は瞳孔の直径とは独立的なものでな
ければならない。更に望ましいこととしては、瞳孔の直
径はシステムによって決定され且つ瞳孔の光応答の生理
学的機能を記録するためにメインコンピュータへ報告さ
れる。瞳孔の中心の決定は、前述した方法に加えて、多
数の方法によって行なうことが可能であり、例えば、Ｘ
及びＹの主直径を二等分し、瞳孔境界上の多数の点を探
出し且つ中心を計算するか又は瞳孔を隠すための円形状
のビデオマスクを位置決めさせることによって行なう。
本発明の更に別の目的とするところは、本発明で使用さ
れるソフトウエァにおいて実行される瞳孔中心の位置を
見付けだす好適な方法を提供することである。患者の上
側のマブタはテスト期間中に下側に移動し瞳孔を部分的
に隠す場合がある。この条件はテストに対して一時的な
障害を構成する場合があるか、又はテスト中の患者の永
久的な条件を構成する場合がある。このことは、中央の
反射がぼやかされない限り瞳孔直径の決定にとって許容
可能なことである。中央反射のぼやけが発生する場合に
は、システムはエラーを発生し、中央反射が再度見付か
るまで、凝視方向の決定を行なうことが出来ないことを
表示する。この中央反射のぼやかしは患者がマブタを閉
じる場合に通常発生する。

瞳孔中心の決定のための好適なプロセスは以下の如き
ものである。

1.一様な虹彩の照明を発生させるために好適には四個の
LED54−57を使用して目を照明する。

2.下から上にかけてビデオデータを解析し、輝度に基づ
いてレンズホルダマーカー58を有するライン及び水平方
向のセル（画素）を見つけだす。最初の明るい区域がマ
ーカーである。何故ならば、それは試行レンズの下側に
あり、従って照明用光源54−57の反射の下側であるから
である。

3.レンズウインドウ115を位置決めしてステップ２にお
いて見つけだされたマーカーの位置を使用して試行レン
ズ円の外側のビデオデータを排除する。

4.ウインドウ内の最も長い暗い区域を有する特定のビデ
オラインを見付け出し且つそのラインの二等分位置を決
定する。

5.凝視方向決定がスケジュールされていない場合には該
二等分位置を使用して必要な場合にはレンズの再位置決
めを行なう。これは、該二等分位置と試行レンズマーカ
ーの位置とを比較することによって決定する。オフセッ
トが最大の許容可能限界を超える場合には、レンズを移
動させてエラーを補正するために該二等分の位置上に心
合わせさせる。

6.凝視方向決定がスケジュールされている場合には、よ
り正確な瞳孔中心が見出されねばならない。その方法
は、ステップ３において選択された最も長いビデオライ
ンで開始する。

7.両方の水平方向において瞳孔から虹彩への変位へのこ
の弦上の画素数を決定する。好適実施例においては、好
適には暗い瞳孔と比較的明るい虹彩との間の遷移は容易
に検知可能なものである。

8.水平方向の画素の数を二等分して弦の水平方向におけ
る中心位置を見付け出す。これは瞳孔の水平方向の中心
であると仮定される。

二等分位置を介して下方向へ垂直ライン上のデータを
解析して瞳孔の下側端部を見付け出す。

10.瞳孔の中心及び直径を計算する。

11.ビデオフレームＡの終了時に凝視方向決定用LEDをタ
ーンオンし且つ次のフレームであるビデオフレームＢの
期間中にその照明を維持する。フレームＡのデータをフ
レームＢのデータから減算して図7bにおける小さな中央
ウインドウ125内における唯一の新たなイベント、即ち
中央凝視方向決定反射のみを見付け出す。

12.瞳孔中心からの変位ベクトル及び凝視方向決定反射
位置を初期決定から格納されたものと比較する。凝視方
向が予め定めた限界を超える場合にはエラーが発生され
る。

上述した如く、瞳孔直径の決定はシステムスケジュー
ルのレンズ中心位置決め部分において行なうことが可能
であり、且つ凝視方向決定反射位置は凝視方向決定部分
の期間中に決定することが可能である。このことは、瞳
孔中心決定に悪影響を与えることなしに、凝視方向決定
反射を瞳孔上又はその外側に落下させることを可能とし
ている。凝視方向決定は、迅速に行なわれねばならず、
好適には、例えばデータが直前及び0.2秒のポイント表
示期間中に有効であるように二つのカメラフレーム（0.
067秒）の間になされる。凝視方向決定がスケジュール
されている場合には、システムは瞳孔の直径及び中心の
測定と凝視方向決定反射位置の測定とを交互に行なう。
システムスケジュールのレンズ中心位置決め部分は、ポ
イントがスクリーン上に与えらえている場合には、患者
の気が散ることを防止するために終了させることが可能
である。

図5Aを参照すると、試行レンズホルダ40に関して運動
している目Ｅの概略図が示されている。この概略図は、
試行レンズホルダ40を介して見られる目Ｅのビデオカメ
ラＶの画像及びビデオカメラＶに対して指向されて示さ
れる試行レンズマーカーLED58の位置を示している。

目Ｅは半球状の投影スクリーンＳの中心に直接凝視し
た状態が示されているが、患者Ｐの頭部の無意識の運動
が発生して目Ｅの運動を発生した状態が示されている。
従って図5Aにおいては、目Ｅは水平方向及び垂直方向の
両方においてわざと中心からそれた状態に示されてい
る。このことは、患者の頭が前に中心位置決めされた位
置から移動し且つ患者Ｐは視野テスターによって供給さ
れるポイントを試行レンズフレームでぼやかす危険性に
直面している。

目Ｅが中心位置から移動する場合には、角膜Ｃ上の反
射も移動する。このことは反射64−67（ビデオ画像内の
明るいドット）も中心からずらさせる。コンピュータ
は、これらの反射を無視し且つ瞳孔の直径及び中心を見
付け出すためにビデオデータにおいて暗い瞳孔区域60を
見付け出さねばならない。従って、四個のLED照明光源5
4−57（図3B参照）は、それらの反射が瞳孔の主直径と
干渉する蓋然性が最も少なく且つ目Ｅの虹彩62の上に表
われるように配置されている。

図5Bを参照すると、レンズホルダ40によって発生され
る暗いデータがビデオデータ内に含まれることを防止し
且つ瞳孔60と間違わないように試行レンズ51,52内部に
おいてウインドウ115によってビデオデータが制限され
ている状態が示されている。瞳孔60はこの画像の唯一の
主要な暗い部分である。この区域がビデオデータ内に見
付け出されると、最も長い暗い区域を含むビデオライン
が見付け出され、この暗い区域の長さを二等分し、且つ
瞳孔の直径と中心とが計算される。

瞳孔60の中心の位置と試行レンズホルダマーカーLED5
8の位置とが与えられると、コンピュータはハードウェ
ア及びソフトウェアのモータ制御部分に命令を与えてレ
ンズを瞳孔の中心に位置決めすべく移動させる。試行レ
ンズマーカーからレンズの中心へのオフセットは特定の
視野テスターに対するキャリブレートされた即ち較正値
である。

凝視方向決定 図7Aを参照すると、本発明の別の目的は、視野テスト
下における目の実際の凝視方向を決定することである。
この方向は、中心近くの半球状投影スクリーンＳの表面
上の赤外線光源130（又は130′、図1A参照）によって発
生される角膜反射140と瞳孔開口60の相対的位置を使用
することによって最もよく測定される。例えば、目Ｅが
凝視方向を多少変化すると、光源130の角膜反射140は瞳
孔60とは異なった速度で移動する。これは、角膜は目の
上に設けられている目よりも直径が小さな球の一部であ
るという事実に起因する。凝視が変更される場合に、目
は、球状の角膜の中心ではない中心周りに回転する。従
って、角膜反射140の位置と瞳孔60の中心との間の差を
決定することによって、凝視方向を容易に導出すること
が可能である。

然しながら、全ての角膜は絶対的に球状をしている訳
ではない。従って、視野テストの開始時において、初期
的な読取りが行なわれ且つテスト期間中に基準として使
用することが必要とされる。患者が適切に視線集中され
ていることが知られている制御された環境下において
は、瞳孔の中心と角膜反射140との間の関係が基準とし
て格納される。この関係は、テスト期間中に、実際の実
時間の凝視方向を決定するために使用することが可能で
ある。目が移動すると、患者の頭がボールの中心から移
動するので、且つ患者はいまだに適切に視線集中状態に
ある場合には、測定した視線集中が変化する場合があ
る。

目の視線集中を決定するための本発明方法の利点の一
つは、ボールに関しての絶対的な目の位置はレンズ位置
決めプロトコルによって知られているので、目の位置変
化のみに起因する測定した視線集中変化の部分を計算し
且つ測定値から減算することが可能である。この独立性
は、目が球状の投影スクリーンＳの中心から離れて移動
することを可能としている。何故ならば、レンズは瞳孔
上の中心へ追従するからである。

本発明の別の目的は、凝視測定を目から試行レンズホ
ルダへの距離とは独立的なものとすることを可能とする
ことである。凝視反射として知られる中央反射は、患者
Ｐに向かって指向しており中心近くのスクリーンＳの表
面上に配置されているLED130によって発生される。この
LED光源130は、患者がスクリーンＳの中心に視線集中さ
れている場合に、瞳孔開口の中心近くに角膜反射を発生
する。凝視反射140位置は目の試行レンズに対する近接
性とは独立的である。何故ならば、該光源は目から比較
的離れているからである。

本発明の別の目的とするところは、凝視方向を決定す
るために光源の配置のための別のプロトコルを提供する
ことである。注意すべきことであるが、角膜からの反射
は非常に効率的なものである。簡単に図1Aを参照する
と、目から30cmの距離にある凝視方向光源130又は130′
をターンオンすることは、角膜上に光の明るいドットを
発生する一方、レンズホルダ内の四つの照明用LEDと比
較して、虹彩の照明には殆ど貢献することはない。この
ことは、光源130又は130′をオン状態でのビデオデータ
を光源をオフ状態でのデータから減算することを可能と
する。その結果得られるデータは、唯一の主要な変化で
ありそれは角膜反射である。位置制御コンピュータは画
像の輝度と干渉することなしに、最大輝度において角膜
反射を行なうために光源130又は130′の輝度を調節する
ことが可能である。

第一実施例によれば、投影スクリーン表面上に配置し
てあるLEDを使用して中央の角膜反射を発生させる。こ
の実施例においては、反射用の光源130′をカメラの光
学的中心と整合したスクリーンの正確な中心近くに配置
させる。これは網膜から反射された光で瞳孔を照明す
る。

第二の及び好適な実施例によれば、スクリーン表面上
に配置したLEDは網膜反射を発生させないように位置130
における如くオフセットされている。このオフセット
は、網膜によって反射された光をカメラではなく光源へ
帰還させることによって暗い瞳孔を維持するために充分
である。

両方のプロトコルの利点は、それらのプロトコルが明
るいバックグラウンドを有する一つ及び暗いバックグラ
ウンドを有する一つの中央の角膜反射を発生することで
ある。

中央の光源130′からの中央の角膜反射の欠点は、網
膜の輝度が瞳孔直径の平方の関数であるということであ
る。何故ならば、虹彩は目に入る光に対する制限として
作用するからである。別の欠点は、光源130′はビデオ
カメラへ帰還する光のいくらかを阻止し且つ光源の反射
が照明された瞳孔上でコントラストが低下するというこ
とである。更に、光源130′をオフ状態でのデータから
光源130′をオン状態でのデータを減算することは二つ
の変化、即ち照明した瞳孔及び付加した中央角膜反射を
検知する。

光源130はビデオカメラＶの光軸に関してオフセット
しているので、瞳孔は暗く表われる。この光源130の暗
い瞳孔の照明は、その結果得られる暗い瞳孔が瞳孔の直
径とは独立的に等しく暗いまま残存するという利点を有
している。この暗い瞳孔を使用する方法は瞳孔と角膜反
射との間に高いコントラストを発生する。その結果、瞳
孔内の角膜反射を探し出すことはより簡単である。

この方法は暗い瞳孔ビデオ画像を維持するので、凝視
方向決定反射LED光源をON状態で瞳孔中心を決定する場
合には、光源130の暗い瞳孔照明が好適である。然しな
がら、レンズ中心位置決めスケジュール期間中に瞳孔中
心を決定する場合には、LEDがオフした場合に、いずれ
のタイプの照明を使用することも可能である。何故なら
ば、両方の方法とも凝視方向決定に必要な中央の角膜反
射を形成するからである。

レンズ中心位置決めと凝視決定の相互関係に対するプ
ロトコルを参照することによって、交互のプロトコルが
好適であることが理解される。特に、レンズ中心位置決
め期間中に、光源130又は130′を消灯する。凝視トラッ
キング期間中に、光源130又は130′を照明する。この照
明方法は「交互照明プロトコル」と呼ばれる。

凝視方向決定から試行レンズ中心位置決めを分離する
ための交互照明プロトコルの利点は、それが、凝視方向
中央反射と瞳孔中心の決定との間の相互作用を取除くこ
とである。理解される如く、ランダムに選択した角膜は
完全に球状のものではない。ある患者は凝視方向中央反
射を瞳孔の端部に配置する角膜形状を有している。この
ことは、患者が適切に視線集中しない場合にも発生す
る。ビデオデータにおける明るい凝視方向決定角膜反射
は、交互照明プロトコルが使用されなかった場合には、
左側及び右側の瞳孔端部の決定と干渉を発生する場合が
ある。

交互照明プロトコルの欠点は、それが中央反射位置用
のデータの蓄積から１フレーム（0.03秒）だけ、瞳孔中
心の決定用のデータの蓄積を遅延させることである。こ
の遅延は、患者が急激に移動する場合には凝視方向決定
にエラーを発生させる場合がある。

図６を参照すると、コンピュータシステム及び凝視照
明制御の概略図が示されている。この概略図はソフトウ
ェアで実現されていることに注意すべきである。コンピ
ュータシステムは六つの主要な構成要素から構成されて
いる。

1.ビデオカメラＶは、赤外線で照明された情景をアナロ
グデータの直列ストリームへ変化させることの可能な従
来の画像変換装置である。その情景はスキャン又はフィ
ールドと呼ばれる従来の一組の水平ラインへ上から下へ
スキャンされる。そのカメラは二つの逐次的なスキャン
から構成される完全な画像を形成するために各々が垂直
ライン間隔の半分だけオフセットされている二つのスキ
ャンを発生するインターレース型のものとすることが可
能である。

2.ビデオRAM Ａは、ビデオカメラからのアナログビデ
オデータをデジタル形態へ変化させ且つ電子メモリ又は
RAM（ランダムアクセスメモリ）における位置制御コン
ピュータの制御下においてデジタルデータを格納するた
めの電子プロセサを有する電子メモリのブロックであ
る。ビデオカメラからのデータは従来の同期装置によっ
てライン、スキャン及びフレームに同期される。これは
カナダ、ケベック州、ドーバルのメイトロックス社によ
るMatroxの名称の下に製造販売されている標準的な商品
である。使用したモデルはモデルMIP−512であった。

3.奇数／偶数フレーム発生器Ｇは、ビデオカメラ同期か
らビデオフレームの完了を決定するハードウェアブロッ
クである。これは凝視方向決定モードが位置制御コンピ
ュータによって選択される場合に、凝視方向決定反射発
生器（LED）をビデオデータの交互のフレーム上で照明
させることを可能とする。このハードウェア要素は簡単
なバイナリ要素であり、フレームクロックを２で割算し
て交互のフレームにおいて凝視トラッキング照明をスケ
ジュールする。

4.位置制御コンピュータ100はレンズ中心位置決めを制
御し且つ凝視方向決定を行なう。この位置制御コンピュ
ータはメインコンピュータと呼ばれる視野テスター自身
の動作用の別のコンピュータからのコマンド即ち命令に
応答する。該メインコンピュータはシャッタを開放する
ためのコマンドを送給し、その際にポイントを提供す
る。これは凝視方向を決定する信号である。何故なら
ば、そのポイントは正に提供されとしているものだから
である。位置制御コンピュータは凝視方向データを解析
を行なうためにメインコンピュータへ帰還させる。位置
制御コンピュータ100はカリフォルニア州コンコードのS
BEインコーポレイテッドによってSBEの名称の下で販売
されている。

5.凝視方向決定用LEDドライバ102は、凝視方向決定光源
用のLEDドライバを有している。これは光源130又は13
0′をターンオン及びターンオフするための簡単なトラ
ンジスタスイッチを構成している。

6.モータコントローラ104はレンズを移動するモータを
動作するのに必要なハードウェアを有している。これら
は従来のステッパーモータコントローラを構成してい
る。位置制御コンピュータは、試行レンズが適切に瞳孔
上に中心位置決めされていないことを決定する場合に移
動をスケジュールし且つレンズを再度中心位置決めする
のに必要な運動をコントローラへ送信する。

ビデオカメラＶは従来のスキャン型のものであり、目
Ｅの画像を上から下へスキャニングした水平方向にスキ
ャニングした一連のラインへ変化させる。このスキャン
データはデジタル形態へ変換されビデオRAM Ａ内の電
子メモリ内に格納される。このビデオデータは、目及び
試行レンズホルダの画像を有している。試行レンズホル
ダを探し出し且つビデオデータを試行レンズフレームに
よって取囲まれている区域へ制限するビデオウインドウ
を位置決めするために、試行レンズホルダ上に発生され
る明るい光のドットと暗い瞳孔画像とが存在する。暗い
瞳孔画像が発生しない場合には、マブタが閉じられてい
るものと仮定され且つ試行レンズの運動が発生されるべ
きではない。ビデオウインドウが暗い場合には、患者が
存在しないものと仮定され、試行レンズ運動が発生され
るべきではない。

例えば試行レンズホルダマーカー及び瞳孔−虹彩境界
等の画像特徴部の座標はそれらのライン及びドットアド
レスに基づいてソフトウェアシステムによって適宜決定
される。

図7Aを参照すると、瞳孔60を試行レンズフレーム40内
に中心位置決めさせた凝視方向が変化された目Ｅの概略
が示されている。この概略図は、試行レンズ40を介して
みられる目ＥのビデオカメラＶの視野及びビデオカメラ
Ｖに指向して示された試行レンズマーカーLED58の位置
を示している。目Ｅは半球状の投影スクリーンＳの中心
を凝視していないが、瞳孔60がレンズ51,52の中心にあ
る状態が示されている。これは瞳孔60の仮定された位置
である。何故ならば、試行レンズの中心位置決め動作は
凝視トラッキング動作の開始前に発生しているからであ
る。

照明用光源64−67の反射はレンズ又は瞳孔に対して中
心に位置していない。何故ならば、目Ｅはレンズ内にお
いて中心に位置されていないからである。瞳孔60のみが
レンズ51,52内において中心に位置されている。

凝視方向決定のために使用されるビデオウインドウ12
5は更に小さく、レンズ中心位置決め用のウインドウ115
の面積の約16分の１である（図5Bと比較）。このことは
試行レンズ表面141及び142からの反射を排除するのに充
分に興味のある区域を制限する。これらの不所望の反射
は主に高パワー試行レンズによって発生され、その場合
にはレンズの傾斜は完全には効果的なものではない。然
しながら、傾斜は反射が中心でないものとさせ、そのこ
とは中央反射の位置を混乱させる。試行レンズはカメラ
の軸に関して傾斜され、好適には下方向へ傾斜されて、
凝視方向決定光源130又は130′の反射を中央ウインドウ
から離れたレンズの上部及び底部に配置させる（例示的
な反射として反射141,142参照）。

凝視方向決定は、試行レンズホルダ40の位置決めより
も一層精密に行なわれねばならない。凝視方向決定は、
ビデオカメラＶの分解能に影響を与えるビデオデータの
変化を検知せねばならない。このことは凝視方向におけ
る小さな変化を決定するために必要である。試行レンズ
の位置決めは、患者の瞳孔の近似的な中心にレンズを位
置決めするより低い分解能の関数を有しており、従って
大きな精度が必要とされることはない。

凝視方向決定光源130又は130′がターンオンされ且つ
ビデオデータが、前のフレームからの中央データを維持
することを可能とするRAMの一部の中に格納させる。こ
のことはレンズ中心位置決めデータを保存することを可
能とし、従ってレンズトラッキング期間中に粗目の決定
が行なわれた場合にはより正確な瞳孔中心の決定を行な
うことが可能である。

凝視方向は、瞳孔中心及び凝視トラッキング反射位置
から計算することが可能である。実際上、これらのポイ
ントの位置の初期的なキャリブレーション即ち較正は、
視野テストの開始時において患者が適切に視線集中して
いる場合に行なわれる。このキャリブレーション値は後
に凝視方向決定用の基準として使用される。

図８を参照すると、レンズトラッキング及び凝視トラ
ッキング用のRAMアドレスマップのダイヤグラムが互い
に重畳して示されている。より大きなレンズトラッキン
グビデオ画像は115に示してある。より小さな凝視トラ
ッキングビデオ画像は125に示してある。

RAM（ランダムアクセスメモリ）はビデオカメラＶに
よって出力されるビデオデータの16分の１を格納するの
に充分なメモリを有している。該カメラの視野は試行レ
ンズ内に目を中心からずれて位置させることを可能とす
る大きな面積をカバーせねばならないので、該カメラの
全体的なビデオ視野はレンズ位置決め用に必要とされる
視野の何倍も超える大きさのものである。ビデオカメラ
フィールド即ち視野上の目の画像の寸法は視野と分解能
との間の妥協である。レンズトラッキング用ウインドウ
115はカメラの視野の中心に示されているが、試行レン
ズホルダマーカーの位置に基づいて他の位置へ移動す
る。それは常にレンズ内に中心位置決めされる。

このウインドウ115は位置制御コンピュータによって
移動されて、最後の明るいビデオ画像部分、即ち試行レ
ンズホルダ40のマーカー58の位置に基づいて試行レンズ
面積の内側にフィットする。該ウインドウの寸法及び中
心位置決めは重要である。何故ならば、それは、瞳孔と
混乱する可能性のある試行レンズホルダ40によって発生
される暗い区域及び中央角膜反射と混乱する場合のある
試行レンズフレームからの反射を排除する方法だからで
ある。

凝視方向決定ウインドウ125はより大きなレンズ中心
位置決めウインドウ115の小さな部分を有するに過ぎな
い。特に、凝視方向決定ウインドウは、レンズ中心位置
決めウインドウ115の角部から角部210−213をマッピン
グすることによって形成される。この角部におけるマッ
ピングはレンズ中心位置決め機能と著しく干渉するもの
ではなく、且つこれらの角部を小さな中央ウインドウを
格納するために有益的に使用することを可能とする。こ
れら四つの角部に格納されるビデオデータは、ハードウ
ェアによって自動的に結合されて小さな中央ウインドウ
内にデータ区域を形成する。この小さなウインドウは、
角膜反射140を有する瞳孔の画像を格納するのに充分な
大きさである。何故ならば、瞳孔は凝視方向決定の前に
レンズ中心位置決めシステムによって中心位置決めされ
ているからである。

本発明のビデオマップについて説明したので、レンズ
中心位置決め及び凝視方向決定は五つの密接に相互に関
係した機能を有するものであることが理解される。これ
らの機能とは以下の機能である。

1.試行レンズを患者の瞳孔上に中心位置決めするために
試行レンズを移動させる（トラッキング）。

2.患者のマブタが閉じられているか（レンズ中心位置決
めウインドウ内に暗い区域が存在しない）、又は患者が
存在しない（レンズ中心位置決めウインドウ内に明るい
区域が存在しない）かを決定する。

3.患者の実時間凝視方向を測定する。

4.実時間瞳孔直径を測定する。

5.試行レンズに対する目の近接度をチェックする（オプ
ション）。

図８及び９を同時に参照すると、レンズ中心位置決め
及び凝視方向決定の両方において使用される論理を理解
することが可能である。最初に凝視方向を決定するため
に使用される小さな中心メモリウインドウ125について
説明する。その後に、図５の概略図を参照して、本発明
において使用されるソフトウェアの全体的な動作につい
て説明する。

互いに干渉を発生することなしに種々のトラッキング
機能が発生することが可能であるように装置のプロトコ
ルを相互に関係づけることが必要である。従って、瞳孔
中心及び直径は、凝視方向決定光源130又は130′をター
ンオンさせる前に、レンズ中心位置決め動作期間中又は
凝視トラッキング期間中に決定する。中心角膜反射は、
凝視方向決定動作期間中に発生され、ポイント供給前又
はその期間中に短期的に発生する。この機能分離は、凝
視方向決定光源130又は130′によって発生される試行レ
ンズの表面からの反射が暗い瞳孔位置決定と干渉するこ
とを防止している。

凝視方向決定プロトコルの利点は、本システムが実時
間瞳孔直径の二次的出力を有している点である。このこ
とは、患者応答プッシュボタンに対する代替物として使
用することが可能である。何故ならば、ポイントが供給
され且つ認識される場合に瞳孔直径における小さな変化
が発生するからである。瞳孔直径60の変化を測定するこ
とが可能であるということは本発明の有用な結果であ
る。

レンズ中心位置決め及び凝視方向プロトコルの別の利
点は、本システムは、更に、時間の関数として患者の頭
位置及び凝視方向の安定性に関するデータを発生するこ
とである。このことは、テストの有効性のインジケータ
として使用することが可能である。何故ならば、患者が
気持ちよくテストを受ける場合にはレンズは殆ど調節を
必要とすることはなく、従って患者が注意を払っている
状態にある場合には凝視方向において殆ど変化が発生す
ることはないからである。

凝視方向決定は簡単に以下の如くに要約することが可
能である。図９を参照すると、シャッタが200において
開放すべく命令が与えられると、視野テスターはスクリ
ーンＳの表面上にポイント16を配置する準備を開始す
る。位置制御コンピュータがシャッタの開放を遅延させ
且つ凝視方向決定のスケージューリングを行なう。

凝視方向決定を開始する前に、レンズが移動していな
いこと及び最後に運動が停止された後に回収された完全
なフレームが存在することを検査するためのチェックが
行なわれる。これらの検査に合格しない場合には、レン
ズが移動しておらず且つ完全なフレームが回収されてい
るこれらの条件が発生するまで凝視方向決定は待機状態
とされる。

凝視方向決定光源130又は130′がターンオンされ、且
つRAMのアドレッシングが図８において125に示したマッ
プへハードウェアにおいて変化される。このマップ変化
の目的は、レンズ中心位置決め手順によって使用された
最後のフレーム（中央の角膜反射のない暗い瞳孔）を保
存し且つ中央凝視トラッキングビデオウインドウ125
（中央の角膜反射を有する暗い瞳孔）を保存即ち格納す
るために角部210−213におけるデータを上書きするため
である。

凝視方向決定手順がコール即ち呼出される場合には、
瞳孔が中心位置決めされているので、これらの角部210
−213が使用される。ハードウェアは、RAMのこれらの角
部を連続的なものであって且つレンズの中心に表わせさ
せる。

角膜反射140は、より大きなレンズ中心位置決めウイ
ンドウの中心におけるデータをより小さな凝視方向決定
ウインドウ内のデータからソフトウェア減算することに
よって見付けだすことが可能である。これらの二つの画
像の間の主要な差異は中央角膜反射140が加わっている
ことである。減算は凝視方向決定反射140が混乱を発生
することなしに瞳孔区域60又は虹彩区域62内に表われる
ことを可能とする。これは、小さな瞳孔、非球状の角
膜、及び／又は厳しい凝視角度エラーを有する患者の場
合に発生する。

本発明の更に別の目的とするところは、試行レンズ中
心位置決め位置及び凝視方向決定の逐次的な方法を提供
することである。本発明の視野分析器テストは、スクリ
ーン上の逐次的に供給するポイントを有している。これ
らのポイントは約0.2秒の期間の間約１秒当たり１回供
給される。凝視方向は、該ポイントを供給する直前及び
該ポイントの供給期間中に重要性がある。その他の時間
においては、ポイントは供給されないので、凝視方向は
重要性がない。

患者Ｐの気を散らさないようにレンズホルダ40はゆっ
くりと移動されるので、レンズ中心位置決めは、投影器
14を次の光ポイント16へ位置決めさせるのに必要な時間
に対してスケジュールされる。凝視方向決定は、光ポイ
ント供給前及びその期間中の時間に対してスケジュール
される。このことは、反射140（図７参照）を発生させ
るために使用される投影スクリーン上の赤外線光源が、
レンズトラッキング動作期間中にターンオフし且つ凝視
角度決定期間中にターンオンすることを可能としてい
る。

レンズ中心位置決め期間中に凝視方向決定用に使用さ
れる凝視方向決定光源130又は130′を消灯することに利
点が存在している。この光源130又は130′の消灯は、試
行レンズ51及び52からの赤外線反射の発生を排除する効
果を有している。これらの試行レンズ51及び52からの赤
外線反射は、画像内に明るい区域を形成する場合があ
り、それは瞳孔60の位置決定と干渉する場合がある。

図7Bを参照すると、凝視方向決定光源130又は130′に
よって発生されるその他の反射の干渉を防止することが
本発明の別の目的である。上述した如く、スクリーンＳ
上の凝視方向決定用LED光源130は試行レンズ51及び52の
表面からカメラの視野内に他の反射データを発生させる
場合がある。これらの不所望の反射を回避するために、
試行レンズが適切に中心位置決めされており且つ小さな
ビデオウインドウが該不所望の反射を排除するものとの
仮定がなされる。更に、試行レンズ51,52は、凝視方向
決定光源130又は130′からの試行レンズ反射がパワー即
ち度の低いレンズに対してカメラからより遠くに指向さ
れ且つ比較的強いレンズに対しては中央へ変位されるこ
とを確保する量だけ角度α傾斜させる（図1A参照）。

特に図7Aを参照し且つこの試行レンズにおける反射変
位の位置を仮定すると、試行レンズ51及び52の中心に関
し中央のビデオウインドウ125が発生される。該ウイン
ドウ外側のデータは考慮に入れられない。ウインドウ12
5は該レンズの中心上に心合わせされ、その位置は試行
レンズホルダ上のマーカーからの固定したオフセットに
よって決定されるか又はレンズホルダマーカーが使用さ
れない場合には試行レンズホルダの絶対的な位置によっ
て決定される。該ウインドウは、試行レンズホルダ及び
試行レンズ表面からの反射を廃棄する。

図９を参照すると、ソフトウェアによって実行される
二つの主要な動作が存在している。一つの動作は、瞳孔
60の画像に関してレンズホルダ40の中心位置決めを行な
うためにモータＸ及びＹの運動である。他の動作は、目
の凝視方向及び瞳孔の直径の計算である。

ビデオの各フレームの終了時に、試行レンズホルダマ
ーカーが著しく移動したか否かを判別するためにハード
ウェアがチェックされる。このチェックは論理210にお
いて発生する。このように著しい移動が発生していた場
合には、ビデオウインドウは再度整合されてレンズの内
側にフィットされる。（図5B参照）。この再整合は、モ
ータがレンズを移動した後においてのみ発生するべきで
あるが、レンズを移動する患者との相互作用を介して発
生することも可能である。

レンズを再度中心位置決めすべきモータの運動量が計
算され（212参照）且つモータが移動せねばならない量
がスケジュールされる（214参照）。患者の処方（211参
照）は、この計算にとって必要なパラメータであり、且
つ視野テストの開始時に入力される。何故ならば、レン
ズのパワー即ち度は目のみかけの大きさを変化させ且つ
目を再度中心位置決めさせるためのみかけの距離を変化
させるからである。モータ動作は、サーボハンティング
を減少させるために、移動が完了するまでレンズの中心
位置決め及び凝視方向決定動作を終了させる（凝視トラ
ッキング動作をディスエーブル即ち動作不能状態とする
線216参照）。

従来技術の視野テスターから入力端200において信号
が与えられる如くシャッタが開放すべくスケジュールさ
れると、ビデオシステムはモータ運動が完了するのを待
機し且つ処理の前に少なくとも一つの完全なるフレーム
のビデオデータを必要とする。次いで、それは凝視方向
決定発生器をターンオンし且つそのデータをRAM内に格
納する（218）。凝視角度及び瞳孔直径がメインコンピ
ュータへ供給されて検討が行なわれる（ライン222参
照）。限界内である場合には、シャッタが開放され且つ
ポイントが供給される。

ポイント供給期間中に、凝視トラッカが凝視状態をチ
ェックすることが要求される場合がある。これは、凝視
を測定するのに必要な二つのカメラフィールド（視野）
を得るためにレンズ及び凝視トラッキングの間の交代を
必要とする。

本発明の更に別の目的は、試行レンズホルダに関して
の患者の近接度をモニタするために視野テストビデオプ
ロトコルをイネーブルさせることである。目Ｅが試行レ
ンズホルダから遠ざかると、試行レンズホルダ40を介し
ての視野は減少される。目がレンズから逆に移動する
と、レンズホルダ光源によって発生される反射は目の中
心へ向かって移動し、従って互いにより近接した状態と
なる。これは、目に対しての四つの照明光源の角度に起
因する。位置制御コンピュータは図3B内の照明用光源55
及び57の図7A内の二つの下側の反射65及び66を見付け出
し且つこれらの反射が所定の限界の内側において共に近
接した状態で移動する場合には、近接度エラーを発生す
る。それほど効果的なものではないが、より簡単な機能
的方法は、マーカー58と比較して反射65の位置変化を測
定することである。瞳孔が中心位置決めされ且つ凝視が
限界内のものである場合には、前記比較は近接度の正当
な表示である。

レンズ中心位置決め及び近接度検知プロトコルの両方
の利点は、これらのプロトコルが患者の視野をぼやかす
ことによって発生されるテストエラーを減少させること
である。レンズ中心位置決めは、患者の装置に対する固
定した整合条件を取除いている。近接度テストは、試行
レンズホルダを介しての患者の視界角度が不透明の試行
レンズホルダによって人工的な視野暗点が発生される点
へ減少されることを防止する。

図10A−10Dを参照すると、試行レンズへの種々の距離
における目の概略図が示されている。図10A−10Dは試行
レンズへの種々の近接度状態においての目の四つの誇張
した状態を示している。それは、照明光源の反射間の間
隔350における著しい変化を示している。

この間隔変化は、患者のレンズからの後退位置を検知
するために使用することが可能であり、それはレンズに
おいて中心からずれるのとほぼ同じ程度に深刻な条件で
ある。明らかに、患者がレンズから後退すると、フレー
ムは、患者が試行レンズホルダ40から後退することによ
って発生するレンズを介しての視界角度が減少すること
に起因し半球状の投影スクリーン上に供給される特定の
ポイントの視野を隠す可能性を有している。

マブタが部分的に閉じられた場合には、上側二つの反
射を隠す乃至はぼやかす可能性があるので、下側二つの
反射65,67が好適である。試行レンズの倍率によって発
生される間隔における差異は、レンズへの近接度が知ら
れており且つそのレンズが所定位置にある場合に、テス
トの開始時において特定の患者をキャリブレート即ち較
正することによって除去することが可能である。存在す
る場合のあるその他の反射との混乱を回避するために、
下側の瞳孔／虹彩境界で開始し且つ両方向に動作するこ
とによって二つの底部反射65,67を見付け出すことが可
能である。近接度検知手順は、極めてたまに行なうこと
が可能であり、又はレンズ中心位置決め又は凝視方向決
定動作の一部として付加することが可能である。試行レ
ンズへの目の近接度はカメラによって見られる目の倍率
を変更し、その際に凝視方向決定の精度に影響を与え
る。この近接度データは補正係数として使用することが
可能である。

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明
したが、本発明は、これら具体例にのみ限定されるべき
ものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなし
に種々の変更が可能であることは勿論である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キールシュバーム，アラン，アール. アメリカ合衆国，カリフォルニア 94611，オークランド，ソーンヒル ド ライブ 6116 (56)参考文献 特開 昭62−286432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−196931（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−116088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−210235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−15936（ＪＰ，Ａ) 米国特許出願公開1960111（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 3/00 - 3/16

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】患者の目の視線集中が発生する視線に対し
   て周辺部に可変強度の光画像を投影することによって患
   者の目の網膜視野をモニタする視野テスト装置におい
   て、 前記視線に沿って前記患者の目による視野に対する視線
   集中光源が設けられており、 前記画像を形成する投影光を受取るために前記視線集中
   光源周りにスクリーンが装着されており、前記スクリー
   ンは、前記患者の目を前記視線集中光源における前記視
   線に沿って視線集中することを可能とし目の網膜の光学
   的感度のマッピングを行うために前記スクリーンに対し
   投影される可変強度の画像を該視線の周辺部において観
   察することを可能とするために前記視線に関して中心位
   置決めされており、 前記患者からの入力に応答して前記光のポイントの前記
   画像の前記視野の患者の表示を記録する手段が設けられ
   ており、 前記患者の前記目の網膜視野の測定のために前記視線と
   相対的に前記スクリーンに対して既知の異なった可変配
   置位置に異なった強度の前記画像を投影する手段が設け
   られており、 テストを受けている前記患者の目において前記患者の前
   方に少なくとも一個の試行レンズを保持する手段が設け
   られており、 前記患者の目を前記視線と前記少なくとも一個の試行レ
   ンズを保持する手段との交差部に近接させた状態で前記
   患者の頭部の一部を当接させる手段が設けられており、 前記患者の目のビデオ画像を得るために前記スクリーン
   に装着されたビデオモニタ手段が設けられており、 前記目の角膜上に前記視線と相対的に前記目の網膜の位
   置の関数である反射を発生させるために凝視方向決定光
   源が前記スクリーンに装着されており、 前記目の瞳孔中心を位置決めするために目の瞳孔におけ
   る前記ビデオ画像を処理し且つ目の中心を表す第一信号
   を出力すると共に前記目における凝視方向決定光源の反
   射の位置に関する第二信号を出力する手段が設けられて
   おり、 前記第一及び第二信号を比較し且つ前記目の凝視方向に
   関係した複合信号を出力する手段が設けられている、 ことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ビデオモニタ手段
   が、前記瞳孔の境界間の前記目を横断しての水平方向の
   弦を探し出す手段と、前記水平方向の弦を二等分する手
   段と、前記弦の二等分点から下方向への前記瞳孔の境界
   への寸法をとる手段とを有することを特徴とする装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記凝視方向決定光源
   が前記ビデオモニタ手段と同一の光軸上に設けられてい
   ることを特徴とする装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記凝視方向決定光源
   が前記ビデオモニタ手段の光軸に関してオフセットされ
   ていることを特徴とする装置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記凝視方向決定光源
   が可視光に近い赤外線スペクトルにおける光源を有する
   ことを特徴とする装置。
6. 【請求項６】請求項１において、前記少なくとも一個の
   試行レンズを保持する手段が、前記試行レンズの中心に
   対して前記試行レンズ上の反射を変位させるために前記
   少なくとも一個の試行レンズを傾斜させる手段を有する
   ことを特徴とする装置。
7. 【請求項７】請求項１において、前記目の瞳孔中心を探
   し出すために目の瞳孔におけるビデオ画像をビデオ処理
   する手段が、前記目の瞳孔を横断しての水平方向の弦を
   測定する手段と、前記測定した弦に基いて前記目の瞳孔
   中心を決定する手段とを有することを特徴とする装置。
8. 【請求項８】請求項７において、前記測定した弦に基い
   て前記目の瞳孔中心を決定する手段が、前記水平な弦を
   二等分する手段と、前記水平な弦の二等分点から前記瞳
   孔の底部への距離を測定する手段と、前記測定し且つ二
   等分した弦に対して仮定される円形状の瞳孔の中心及び
   前記弦の二等分点からの前記瞳孔の底部への距離を計算
   する手段とを有することを特徴とする装置。
9. 【請求項９】請求項１において、更に、前記少なくとも
   一個の試行レンズを保持する手段に対する前記患者の瞳
   孔位置の相対的変化に関連する第三信号を出力するため
   に前記少なくとも一個の試行レンズを保持する手段に対
   する前記患者の瞳孔の相対的変位に比例する信号を発生
   するために前記患者の目のビデオ画像内の瞳孔の位置と
   前記試行レンズの位置とを比較する手段が設けられてお
   り、前記患者の目と前記少なくとも一個の試行レンズを
   保持する手段との間に一定の相対的変位を維持するため
   に前記少なくとも一個の試行レンズを保持する手段を移
   動させるために前記少なくとも一個の試行レンズを保持
   する手段と相対的に前記患者の目の位置における変化に
   関連する前記第三信号に応答して前記少なくとも一個の
   試行レンズを保持する手段を移動させる手段が設けられ
   ていることを特徴とする装置。
10. 【請求項１０】請求項９において、前記第三信号の発生
    期間中に前記凝視方向決定光源をスイッチオフする手段
    が設けられていることを特徴とする装置。