JP3709921B2 - 眼疾患者への映像付与方法及び映像付与装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、眼疾患者への映像付与方法及び映像付与装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
網膜の一部に疾患を有している場合、眼球の水晶体によって網膜上に投影される外界光のうち、疾患部分に導かれる外界光は知覚されず、視野内における前記疾患部に対応する箇所での映像が欠落等して見えることになり、特に、疾患部分が網膜の中心部に存在する場合には、外界からの情報のうちの重要な部分の多くを失うことになる。また、水晶体の光透過性に疾患がある場合には、水晶体外に人工的に瞳孔（穴）を形成することが行われるが、この人工瞳孔では鮮明な映像を見ることはできない。また、水晶体の焦点調節機能に疾患がある場合には、眼鏡を着用することになるが、一つの眼鏡を領域分けせずに遠近に対応することは困難である。また、水晶体の焦点機能を失っている場合には、外界光を網膜に結像させることができず、外界の明暗は認識できても映像を鮮明に認識することは困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の事情に鑑み、眼疾患者に鮮明な映像を与え得る眼疾患者への映像付与方法及び映像付与装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の眼疾患者への映像付与方法（以下、この項目において第１の方法という）は、空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の眼球の瞳孔中心に位置させると共に、光軸を眼球の中心軸に対して斜めに設定し、網膜の主として中心外の非疾患部に映像光を直接投影することを特徴とする。
【０００５】
上記の構成であれば、空間光変調素子により生成される映像（例えば、外界をＣＣＤカメラで撮像した映像）は、眼球水晶体におけるレンズ機能の影響を受けずに網膜に直接投影されることになり、この投影は網膜の疾患部を避けて非疾患部に対して行われるのであるから、外界情報の取り込みの欠落を極力少なくすることが可能となる。
【０００６】
また、この発明の眼疾患者への映像付与方法（以下、この項目において第２の方法という）は、空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の眼球瞳孔内の非中心部に位置させ、網膜の主として中心外の非疾患部に映像光を直接投影することを特徴とする。
【０００７】
かかる構成においても、映像光の投影は網膜の疾患部を避けて非疾患部に対して行われるから、外界情報の取り込みの欠落を極力少なくすることができる。ここで、平行光線による映像光の集光点が眼疾患者の眼球瞳孔内の非中心部に位置するときには、平行光線は眼球水晶体による屈折の作用を受け、映像は網膜の中心から外れた位置に導かれることになる。
【０００８】
また、この発明の眼疾患者への映像付与方法（以下、この項目において第３の方法という）は、空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の眼球水晶体外に設けられた人工瞳孔に位置させると共に、光軸を眼球の中心軸に対して斜めに設定し、網膜上に映像を直接投影することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成であれば、空間光変調素子により生成される映像は、人工瞳孔を通して網膜に直接投影され、鮮明な映像を与えることが可能となる。
【００１０】
また、この発明の眼疾患者への映像付与方法（以下、この項目において第４の方法という）空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の集光調整機能不全の水晶体に位置させ、網膜上に映像を直接投影することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成であれば、空間光変調素子により生成される映像は、眼球水晶体におけるレンズ機能の影響を受けずに網膜に直接投影されるから、集光調整機能不全でも、映像を良好に認識させることができる。
【００１２】
また、この発明の眼疾患者への映像付与方法（以下、この項目において第５の方法という）は、空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光の光線束の幅を絞って集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の集光機能不全の水晶体に位置させ、網膜上の中央付近に映像を直接投影することを特徴とする。
【００１３】
かかる構成であれば、空間光変調素子の開口（画素）の幅自体が網膜上の中央付近の視力から見て解像度不足であるとしても、映像光の光線束の幅を絞って集光素子に与えるため、網膜上での開口（画素）の幅は小さくなり、網膜上の中央付近の視力に対応させたものとすることができる。
【００１４】
この発明の映像付与装置は、空間光変調素子と、前記空間光変調素子に平行光線を投光する光源装置と、前記空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光する集光素子とを備え、マックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置であって、光軸が観察者の眼球の中心軸に対して斜めになって観察者に装着される構成としたことを特徴とする。かかる構成であれば、上述した第１の方法、第２の方法、及び第３の方法を実現することができる。
【００１５】
また、この発明の映像付与装置は、空間光変調素子と、前記空間光変調素子に平行光線を投光する光源装置と、前記空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光する集光素子とを備え、マックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置であって、前記集光素子が光軸に対して斜めに配置される構成としたことを特徴とする。かかる構成においても、上述した第１の方法、第２の方法、及び第３の方法を実現することができる。
【００１６】
また、この発明の映像付与装置は、空間光変調素子と、前記空間光変調素子に平行光線を投光する光源装置と、前記空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光する集光素子とを備え、マックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置であって、光軸が観察者の眼球の中心軸に対して平行に且つ当該中心軸から瞳孔径の半分以下の距離シフトして観察者に装着される構成としたことを特徴とする。かかる構成であれば、上述した第２の方法を実現することができる。
【００１７】
また、この発明の映像付与装置は、空間光変調素子と、前記空間光変調素子に平行光線を投光する光源装置と、前記空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光する集光素子とを備え、マックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置であって、前記映像光の光線束の幅を絞る光学系を備えたことを特徴とする。かかる構成であれば、上述した第５の方法を実現することができる。
【００１８】
これら映像付与装置において、観察者の瞳孔位置を検出する検出手段と、光軸を調節するためのアクチュエータと、前記検出手段の出力に基づいて眼の中心軸に光軸が一致する状態を避けるように前記アクチュエータの駆動制御を行う駆動制御手段と、を備えるのがよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の眼疾患者への映像付与方法及び映像付与装置を図１乃至図９に基づいて説明する。
【００２０】
図１の上部には頭部装着型の映像付与装置１における主要部と観察者Ａとの位置関係を示し、下部には頭部装着型の映像付与装置１を示している。映像付与装置１は、映像投影器１１と、ヘルメット状の頭部装着具１２と、支持体１３とから成る。支持体１３は、映像投影器１１を頭部装着具１２に連結すると共に、映像投影器１１を水平面内（垂直軸回り）及び垂直面内（水平軸回り）で回動自在に支持する部材である。
【００２１】
支持体１３の支持部１３ａは、頭部装着具１２上で垂直軸回りに回動自在に設けられている。支持部１３ａは、観察者Ａの眼Ａｅにおける瞳孔中心を通る垂直軸上に設定されており、映像投影器１１からの出射映像光の中心（光軸）が常に瞳孔中心を通るようになっている。すなわち、図に示す実線の状態においては、観察者Ａが前方を真っ直ぐに見ている状態において、映像投影器１１からの出射映像光は、観察者Ａの眼Ａｅの瞳孔中心を通って網膜の中央部よりも左側の領域に導かれ、図に示す点線の状態においては、観察者Ａが前方を真っ直ぐに見ている状態において、映像投影器１１からの出射映像光は、観察者Ａの眼Ａｅの瞳孔中心を通って網膜の中央部よりも右側の領域に導かれることになる。
【００２２】
また、支持部１３ａには支持棒部１３ｂの一端側が当該支持部１３ａを中心に水平軸回りに回動自在に連結されている。更に、支持棒部１３ｂの他端側は映像投影器１１に固定された支持部１３ｃに水平軸回りに回動自在に連結されている。上記２ヵ所において水平軸回りの回動が行えることにより、観察者Ａが前方を真っ直ぐに見ている状態において、映像投影器１１からの出射映像光を観察者Ａの瞳孔中心を通して網膜の中央部よりも上側の領域に導くこと、或いは、網膜の中央部よりも下側の領域に導くことが行える。
【００２３】
図２は映像投影器１１の具体的構成を示すと共に、その出射映像光の眼Ａｅへの導かれかたを示している。映像投影器１１は、レーザー光源１１ａと、このレーザー光源１１ａから出射された光を平行光化するコリメータレンズ１１ｂと、空間光変調素子である液晶表示パネル１１ｃと、空間フィルタ１１ｄと、集光素子であるホログラム集光素子１１ｅとを備え成る。ホログラム集光素子１１ｅの焦点距離をｆとすると、このホログラム集光素子１１ｅは観察者の瞳孔中心からｆの距離をおいて配置されており、マックスウェル視によって観察者Ａは映像を観察する。そして、液晶表示パネル１１ｃに表示された映像は深い焦点深度で観察者Ａに与えられる。液晶表示パネル１１ｃの画素（開口）を透過した平行光には、高次回折光が含まれており、この平行光をそのままホログラム集光素子１１ｅに入射させると映像が多重像になるが、この実施形態では、空間フィルタ１１ｄを配置することで、０次光だけを取り出し、多重像となるのを回避している。液晶表示パネル１１ｃには、図示しない撮像カメラにて撮像した映像に基づく信号、コンピュータにて作成された映像の信号などが供給されることになる。
【００２４】
眼Ａｅの網膜略中央に疾患部Ａｄが存在する場合でも、図２に示しているごとく、投影光軸が眼球の中心軸に対して斜めに設定されることで、網膜略中央以外の非疾患部に映像光が導かれ、これによって、疾患部Ａｄを有する眼疾患者に映像を鮮明に与えることが可能となる。
【００２５】
図３（ａ）（ｂ）に映像付与装置の他の例を示す。図３（ａ）に示す映像付与装置１Ａは、映像投影器１１と、頭部装着具１２と、ミラー１４と、ミラー支持棒１５とから成る。映像投影器１１は頭部装着具１２上において垂直面内及び水平面内で回動可能に設けられている。ミラー１４は、ミラー支持棒１５の先端部（眼Ａｅの前方位置）において垂直軸Ｘ回りに回動可能に設けられ、且つ水平軸Ｙ回りに揺動可能に設けられている。かかる構成であれば、映像投影器１１から出射された映像光は、ミラー１４に反射されて眼Ａｅの網膜中心よりも略下側に導かれることになる。この場合においても、投影光軸が眼球の中心軸に対して斜めに設定されたことで網膜略中央以外の非疾患部に映像光が導かれ、疾患部Ａｄを有する眼疾患者に映像を鮮明に与えることが可能となる。また、図３（ｂ）に示す映像付与装置１Ｂは、図３（ａ）の構成と略同じであるが、２枚のハ文字状に向かい合わせて上下に位置させたミラー１４Ａ，１４Ｂを備えている。かかる構成では、映像投影器１１から出射された映像光は、ミラー１４Ａ，１４Ｂに反射されることで、眼Ａｅの網膜中心よりも略上側に導くことができる。
【００２６】
図４は、前記ホログラム集光素子１１ｅによる映像光の集光点を眼球Ａｅの瞳孔内の非中心部に位置させると共に、光軸を眼球Ａｅの中心軸外で且つ中心軸に対して平行に設定し、網膜の疾患部Ａｄを避けて網膜の主として中心外の非疾患部に映像光を導いている様子を示している。かかる方法によっても、疾患部Ａｄを有する眼疾患者に映像を鮮明に与えることが可能となる。かかる方法を実現する映像付与装置としては、例えば、図１や図３に示した構成を利用し、観察者Ａの両眼の瞳孔中心を結ぶ線と平行に映像投影器１１を頭部装着具１２上において瞳孔径の１／２の範囲でスライド可能に配置すればよい。
【００２７】
図５は、映像投影器１１の光軸を眼球Ａｅの中心軸外で且つ中心軸に対して平行に設定すると共に、ホログラム集光素子１１ｅを光軸に対して傾けて配置し、ホログラム集光素子１１ｅによる映像光の集光点を眼球Ａｅの瞳孔内の非中心部に位置させ、網膜の疾患部Ａｄを避けて網膜の主として中心外の非疾患部に映像光を導いている様子を示している。かかる方法によっても、疾患部Ａｄを有する眼疾患者に映像を鮮明に与えることが可能となる。この方法を実現する映像付与装置は、ホログラム集光素子１１ｅを光軸に対して傾けて保持する傾斜保持部材を映像投影器１１内に備えていてればよい。また、ホログラム集光素子１１ｅの傾斜角度を調節する調節機能付きの保持部材としてもよい。
【００２８】
図６は、ホログラム集光素子１１ｅによる映像光の集光点を眼疾患者の眼球水晶体外に設けられた人工瞳孔Ａａに位置させると共に、光軸を眼球Ａｅの中心軸に対して斜めに設定し、網膜上に映像を導いている。人工瞳孔Ａａは医療行為にて形成されるものであるが、この医療行為自体を本願発明の構成要素とするものではなく、人工瞳孔Ａａがあれば、この図６の構成を適用することができるということに過ぎない。かかる方法を実現する映像付与装置として、例えば、図１や図３に示した装置を利用することができる。
【００２９】
図７（ａ）は眼球Ａｅの水晶体が正常に集光機能を有している場合の網膜への映像光の導かれ方を示し、同図（ｂ）は眼球Ａｅの水晶体が集光機能を有していない場合の網膜への映像光の導かれ方を示している。同図（ｂ）の場合、液晶表示パネル１１ｃの画素（開口）が幅ｄを有しているとすれば、網膜上での刺激幅もｄとなる。眼の中心窩からの偏位と視力の関係の一例を同図（ｃ）に示す。例えば、中心窩で視力１．０であるとすれば、中心窩では視角１分の違いを判別でき、網膜上での解像度は５〜７μｍとなる。そして、中心窩から１０度の範囲では、視力は０．２に相当することになり、この範囲では、視角５分の違いを判別でき、網膜上での解像度は概ね３９μｍとなる。液晶表示パネル１１ｃの画素（開口）の幅ｄが１０μｍ〜２０μｍであるとすれば、その映像光を中心窩から１０度以上偏位させた領域に導くとする場合、その領域での視力の低下に鑑みれば、液晶表示パネル１１ｃの画素幅ｄがそのまま網膜上での刺激幅ｄとなることは、映像を認識する上で十分であるといえる。一方、周辺視野を司る網膜部分に疾患部Ａｄを有しており、或いは、疾患部を有しない場合で、眼球Ａｅの水晶体が集光機能を有していない眼疾患者では、視力の高い中心窩の領域に映像が導かれるため、画素幅ｄが１０μｍ〜２０μｍであるとすれば、解像度としては不十分である。
【００３０】
図８は、映像光の光線束の幅を絞るテレセントリック光学系１６を備えた映像付与装置を示している。テレセントリック光学系１６は、焦点距離と口径の異なる一対のレンズ１６ａ，１６ｂにて構成され、焦点距離の比に応じて光線束の幅を変更することができる。この映像付与装置では、画素幅ｄが１５μｍであるとし、これをその略半分の７μｍに絞って中心窩に投影している。これにより、視力１．０換算の網膜投影が行われることになる。なお、空間フィルタ（再回折光学系）１１ｄは、一対のレンズの間に絞りをおいたものであるので、テレセントリック光学系１６と再回折光学系１１ｄを統合した構成とすることもできる。
【００３１】
図９に示す映像付与装置は、観察者Ａの瞳孔位置を検出すべく、ハーフミラー１４′の裏面側にＣＣＤ撮像部１９を設けている。ＣＣＤ撮像部１９による映像信号は駆動制御部２０に与えられる。映像投影器１１は、観察者Ａの両眼の瞳孔中心を結ぶ線と平行に頭部装着具１２上において瞳孔径の１／２の範囲でスライド可能に配置されている。アクチュエータ（モータ等）２１は映像投影器１１をスライド駆動する。駆動制御部２０は、前記ＣＣＤ撮像部１９によって撮像された瞳孔の位置が画面中央から右方向或いは左方向に所定距離外れた状態を保つように、前記アクチュエータ２１の駆動制御を行う。これにより、観察者Ａの眼Ａｅの中心軸に映像投影器１１の光軸が一致する状態が自動的に避けられることになり、網膜の非疾患部に映像を常に導くことが可能となる。なお、映像投影器１１やハーフミラー１４′を回動駆動する構成としても、観察者Ａの眼Ａｅの中心軸に映像投影器１１の光軸が一致する状態を自動的に避ける自動制御を行う構成を実現できる。
【００３２】
なお、以上の説明においては、集光素子としてホログラム集光素子１１ｅを示したが、これに代えて凸レンズ又や凹面鏡を用いることができる。凹面鏡の場合には、光軸を変更するための手段（例えば、ビームスプリッタ（ハーフミラー１４′）、或いはミラー１４，１４Ａ，１４Ｂ）として配置することができる。また、空間光変調素子として透過型の液晶表示パネル１１ｃを示したが、他の透過型の映像表示パネル、反射型の液晶表示パネルや他の映像表示パネル（ＤＭＤ：ディジタル・マイクロミラー・デバイスなど）を用いることができる。また、図３に示した構成において、ミラー１４（同図（ｂ）では或いは１４ａ，１４Ｂの一方）にホログラム集光素子１１ｅの機能を持たせるようにしてもよいものである。また、図９に示した構成において、ハーフミラー１４′に代えて、透明基板にホログラム集光素子１１ｅの機能をもたせたものを用いるようにしてもよい。また、観察者Ａの瞳孔位置を検出するＣＣＤ撮像部１９を設けたが、眼球を動かす筋肉の電位を検出して瞳孔位置を検出するようにしてもよい。また、本発明では、光源にレーザー光源を用いたが、ＬＥＤや小型ランプ、光ファイバーでガイドした白色光源等を用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、空間光変調素子により生成される映像は、眼球水晶体を通すときでも、そのレンズ機能の影響を受けず、また、人工瞳孔を通すときにおいても、網膜に直接投影されることになり、映像を鮮明に認識させることが可能となる。また、映像光の光線束の幅を絞って集光素子に与える構成であれば、空間光変調素子の開口（画素）の幅自体が網膜上の中央付近の視力から見て解像度不足であるとしても、映像光の光線束の幅を絞って集光素子に与えるため、網膜上での開口（画素）の幅は小さくなり、網膜上の中央付近の視力に対応させたものとすることができる。また、眼の中心軸に映像投影器の光軸が一致する状態を自動的に避ける自動制御を行う構成であれば、映像付与装置の装着時の調節の手間が省けるとともに、観察者が眼を動かしても自動的に追従できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】上部には頭部装着型の映像付与装置における主要部と使用者との位置関係を示し、下部には頭部装着型の映像付与装置を示した説明図である。
【図２】眼疾患者への映像付与方法を示した説明図である。
【図３】同図（ａ）及び（ｂ）は各々映像付与装置の他の例を示した斜視図である。
【図４】眼疾患者への映像付与方法の他の例を示した説明図である。
【図５】眼疾患者への映像付与方法の他の例を示した説明図である。
【図６】眼疾患者への映像付与方法の他の例を示した説明図である。
【図７】同図（ａ）は眼球の水晶体が正常に集光機能を有している場合の網膜への映像光の導かれ方を示し、同図（ｂ）は眼球の水晶体が集光機能を有していない場合の網膜への映像光の導かれ方を示した説明図であり、同図（ｃ）は眼の中心窩からの偏位と視力の関係の一例を示した説明図である。
【図８】テレセントリック光学系を有した映像付与装置を示した説明図である。
【図９】眼の中心軸に映像投影器の光軸が一致する状態を自動的に避ける自動制御を行う構成を備えた映像付与装置を示した斜視図である。
【符号の説明】
１ 映像付与装置
１１ 映像投影器
１１ａレーザー光源
１１ｂコリメータレンズ
１１ｃ液晶表示パネル
１１ｄと、空間フィルタ
１１ｅホログラム集光素子
１２ 頭部装着具
１３ 支持体
１４ ミラー
１６ テレセントリック光学系

Claims (10)

1. 空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の眼球の瞳孔中心に位置させると共に、光軸を眼球の中心軸に対して斜めに設定し、網膜の主として中心外の非疾患部に映像光を直接投影することを特徴とする眼疾患者への映像付与方法。
2. 空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の眼球瞳孔内の非中心部に位置させ、網膜の主として中心外の非疾患部に映像光を直接投影することを特徴とする眼疾患者への映像付与方法。
3. 空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の眼球水晶体外に設けられた人工瞳孔に位置させると共に、光軸を眼球の中心軸に対して斜めに設定し、網膜上に映像を直接投影することを特徴とする眼疾患者への映像付与方法。
4. 空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の集光調整機能不全の水晶体に位置させ、網膜上に映像を直接投影することを特徴とする眼疾患者への映像付与方法。
5. 空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光の光線束の幅を絞って集光素子に与え、前記集光素子による映像光の集光点を眼疾患者の集光機能不全の水晶体に位置させ、網膜上の中央付近に映像を直接投影することを特徴とする眼疾患者への映像付与方法。
6. 空間光変調素子と、前記空間光変調素子に平行光線を投光する光源装置と、前記空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光する集光素子とを備え、マックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置であって、光軸が観察者の眼球の中心軸に対して斜めになって観察者に装着される構成としたことを特徴とする映像付与装置。
7. 空間光変調素子と、前記空間光変調素子に平行光線を投光する光源装置と、前記空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光する集光素子とを備え、マックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置であって、前記集光素子が光軸に対して斜めに配置される構成としたことを特徴とする映像付与装置。
8. 空間光変調素子と、前記空間光変調素子に平行光線を投光する光源装置と、前記空間光変調素子に平行光線を投光して得られる映像光を集光する集光素子とを備え、マックスウェル視によって観察者に映像を観察させる映像付与装置であって、光軸が観察者の眼球の中心軸に対して平行に且つ当該中心軸から瞳孔径の半分以下の距離シフトして観察者に装着される構成としたことを特徴とする映像付与装置。
9. 請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の映像付与装置において、前記映像光の光線束の幅を絞る光学系を備えたことを特徴とする映像付与装置。
10. 請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の映像付与装置において、観察者の瞳孔位置を検出する検出手段と、光軸を調節するためのアクチュエータと、前記検出手段の出力に基づいて眼の中心軸に光軸が一致する状態を避けるように前記アクチュエータの駆動制御を行う駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする映像付与装置。

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