JP4082565B2 - 自動焦点調節眼鏡およびそのキャリブレーション方法 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、自動焦点調節眼鏡およびそのキャリブレーション方法に関するものである。
【０００１】
【発明の背景】
人間の眼球では、注視する対象物の距離に応じて水晶体の厚さが変化して、網膜上に鮮明な像が投影されるようになっている。しかし、水晶体厚さの調節可能範囲は、加齢に伴って狭くなる。そのため、日常の生活においても、見ようとする対象物の距離が焦点調節可能な範囲を超えてしまう場合がしばしば生じ、種々の作業が困難となる。眼球における焦点調節能力の不足を補うためには眼鏡が用いられている。そして、老齢化して焦点調節可能範囲が狭まってきた場合には、近見用と遠見用の２種類の眼鏡を選択使用する方法が一般的に用いられている。
【０００２】
また、２焦点レンズも存在する。これは、眼鏡レンズの上側の領域を遠見用の焦点距離とし、下側の領域を近見用の焦点距離とするものである。これによれば、眼鏡に対する視線方向を意図的に変化させることにより、遠見用と近見用とを使い分けることができる。
【０００３】
しかしながら、２種類の眼鏡を選択使用する方法では、作業のため両手を使用するような場合に、作業の続行が困難となる。また、２焦点レンズは、レンズに対する視線の移動と、視線が注視点に合致するための頭部運動とが必要となるため、意識を連続的に集中して行う作業等の場合には、しばしば作業に支障が生ずるという困難を伴う。
【０００４】
このような困難を軽減するために、特開2000-249902公報（文献１）に示された自動焦点調節眼鏡が提案されている。この技術では、両眼眼球の向きに基づいて、観察者から注視点（対象点）までの距離を検知する。この距離に応じて、可変焦点レンズの焦点距離を自動的に調整する。これにより、眼鏡の交換や、意図的な視線移動や、頭部運動をしなくとも、遠見、近見の両範囲にわたり鮮明な像が観察できる。この眼鏡を使用することによって、腕が届く程度の範囲での作業（たとえばオフィスにおける事務作業や、工場における組立作業）のように、近い対象物と離れた対象物とを明瞭に観察して判断して操作するような場合に、その作業効率を著しく高めることができる。このような自動焦点調節眼鏡においては、使用中に取得される、注視位置までの距離情報に基づいて、レンズ焦点距離の制御を行っている。このため、距離情報と制御量との対応関係を、その使用に先立ってあらかじめ設定しておくことが必要である。
【０００５】
そのため、従来の技術では、つぎの調整作業が必要であった。（１）各使用者の視覚的特性を計測すること。（２）可変焦点レンズの制御特性を取得すること。（３）これらから得られたデータに基づいて、注視位置までの距離とレンズ焦点距離の制御量との対応関係を設定すること。
【０００６】
しかしながら、各使用者の視覚的特性を計測したり、可変焦点レンズの制御特性を正確に求めるためには、特別な計測システムが必要とされる。そして、可変焦点レンズの制御特性は使用中に徐々に変化することが予想される。さらに、可変焦点レンズは、使用中に劣化する。すると、時々交換することが必要とされ、その場合には可変焦点レンズの制御特性が異なってしまう。レンズの制御特性が変わった場合には、制御特性を再度計測することが必要になる。さらには、使用者の視覚特性も、朝、昼、夕という時間変化や疲れなどの視覚的要因によって変動する。したがって、注視位置までの距離情報と可変焦点レンズの制御量を定めるための対応関係を一旦得たとしても、再度のキャリブレーションが望まれる。ところが、前記した調整作業を繰り返すことは煩雑であるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の背景に基づいてなされたもので、注視位置までの距離情報と可変焦点レンズの制御量との対応関係を簡便に調整することができる可変焦点調節眼鏡を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の自動焦点調節眼鏡は、可変焦点レンズと、注視点距離算出部と、焦点距離制御部と、調節部と、記憶設定部とを備えている。前記注視点距離算出部は、前記注視点を注視したときの視線方向に基づいて、前記可変焦点レンズから注視点までの距離を算出するものである。前記焦点距離制御部は、前記記憶設定部での記憶内容に基づいて、前記可変焦点レンズの焦点距離を制御するものである。前記調節部は、前記可変焦点レンズの焦点距離を操作者の任意で、前記注視点における対象物が鮮明に見えるように調節するものである。前記記憶設定部は、前記調節部での前記操作者による調節によって得られた焦点距離における、前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの前記視線方向に基づく注視点距離とを対応して記憶するものである。
【０００９】
請求項２記載の自動焦点調節眼鏡は、請求項１記載のものにおいて、前記記憶設定部が、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの注視点距離とから、補間データを生成するものとなっている。
【００１０】
請求項３記載の自動焦点調節眼鏡は、請求項１または２に記載のものにおいて、前記記憶設定部が、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの注視点距離とのデータ、または、これらから得られた前記補間データに基づいて、ある注視点距離での前記制御量を設定するものとなっている。
【００１１】
請求項４記載の方法は、可変焦点レンズを用いた自動焦点調節眼鏡のキャリブレーション方法であって、前記可変焦点レンズで操作者が対象物を鮮明に見える状態となるように、前記可変焦点レンズを前記操作者が操作することによって取得される、前記可変焦点レンズの制御量と、前記操作者が前記対象物を鮮明に見える状態における、前記可変焦点レンズから注視点までの注視点距離との対応に基づいて、前記可変焦点レンズの制御量と、前記視線方向に基づく注視点距離との対応関係に対してキャリブレーションを行う構成となっている。
【００１２】
請求項５記載の方法は、可変焦点レンズを用いた自動焦点調節眼鏡のキャリブレーション方法であって、前記可変焦点レンズの制御量と、前記可変焦点レンズから注視点までの注視点距離との対応が予め設定されており、ついで、前記可変焦点レンズで操作者が対象物を鮮明に見える状態となるように、前記可変焦点レンズを前記操作者が操作することによって取得される、前記可変焦点レンズの制御量と、前記操作者が前記対象物を鮮明に見える状態における、前記可変焦点レンズから注視点までの注視点距離との対応を記録し、予め設定された制御量とその後に記録された制御量との差分に基づいて、前記可変焦点レンズの制御量と、前記視線方向に基づく注視点距離との対応関係に対してキャリブレーションを行う構成となっている。
【００１３】
請求項６記載のキャリブレーション方法は、請求項５記載の方法によりキャリブレーションが行われた後、さらに、前記可変焦点レンズの制御量と、前記可変焦点レンズから注視点までの注視点距離との対応を記録し、キャリブレーションされた制御量または予め設定された制御量とその後に記録された制御量との差分に基づいて前記制御量のキャリブレーションを行う構成となっている。
【００１４】
請求項７記載のキャリブレーション方法は、請求項４〜６のいずれか１項記載のキャリブレーション方法であって、さらに、キャリブレーション時における視覚的条件を、当該キャリブレーションと関連付けて記録しておき、前記視覚的条件に当てはまる場合には、その条件と関連づけられた制御量を用いる構成となっている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る可変焦点調節眼鏡を、添付の図面に基づいて説明する。この可変焦点調節眼鏡は、図１および図２に示されるように、可変焦点レンズ１と、注視点距離算出部２と、焦点距離制御部３と、調節部４と、記憶設定部５とを主体として備えている。
【００１６】
可変焦点レンズ１は、眼球１０の前方に配置されるものである（図２参照）。可変焦点レンズ１には、左用と右用とがある。すなわち、本実施形態では、２枚の可変焦点レンズ１が用いられている。これらの可変焦点レンズ１は、互いに同様に構成されている。可変焦点レンズ１は、２枚の透明板１１と、その内部に充填された透明体１２とを備えている（図３参照）。透明体１２は、変形可能であり、この変形によって焦点距離を調整できるようになっている。このような可変焦点レンズは、例えば特開2000-249813公報（文献２）や特開2001-249202公報（文献３）に示されているので、詳細な説明は省略する。
【００１７】
注視点距離算出部２は、注視点までの距離を算出するものである。注視点距離算出部２は、右目用の視線方向検出器２１と、左目用の視線方向検出器２２とを備えている。注視点距離算出部２の構成は、文献１に記載された通りであるので、詳細な説明を省略する。焦点距離制御部３は、アクチュエータ３１を備えている。焦点距離制御部３は、アクチュエータ３１の動作によって、可変焦点レンズ１の焦点距離を制御するものである。このような焦点距離制御部３も、文献１に記載された通りである。注視点距離算出部２と焦点距離制御部３とは、例えば、可変焦点レンズ１またはその近傍に取り付けられている。
【００１８】
調節部４は、可変焦点レンズ１の焦点距離を操作者の操作によって調節するものである。例えば、調節部４は、操作者が焦点距離を操作できる操作部（図示せず）を有している。調節部４は、可変焦点レンズ１またはその近傍に取り付けられていても良く、または、無線もしくは有線を用いて離れた位置から焦点距離を調節できるようになっていてもよい。調節部４は、焦点距離を無段階で調節できるようになっていても良く、あるいは、予め設定された段階毎に調節できるようになっていてもよい。
【００１９】
記憶設定部５は、調節部４での調節によって得られた、可変焦点レンズ１の制御量と、そのときの注視点距離とを対応して記憶するものである。記憶設定部５は、さらに、調節部４での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの注視点距離とから、補間データを生成するものとなっている。記憶設定部５は、さらに、調節部４での調節によって得られた可変焦点レンズ１の制御量と、そのときの注視点距離とのデータ（または、これらから得られた前記補間データ）に基づいて、ある注視点距離での制御量を設定するようになっている。設定された制御量は、焦点距離制御部３に送られ、この制御量に従って制御できるようになっている。記憶設定部５は、例えば、可変焦点レンズ１またはその近傍に取り付けられている。
【００２０】
つぎに、本実施形態に係る自動焦点調節眼鏡の動作を説明する。この実施形態の眼鏡は、文献１に記載されたものと同様に使用される。キャリブレーションが必要になった場合には、操作者は、まず、任意の対象物を注視する。このときの視線方向に基づいて、算出部２により、注視点までの距離を算出することができる。一方、操作者は、調節部４を操作して、対象物が最も鮮明に見えるように、左右のレンズ１の焦点距離を調節する。これにより、操作者は、任意の対象物に対して焦点距離を適合させることができる。このときの、左右のレンズ１に対する制御量を、記憶設定部５に記憶する。この関係を図４に概念的に示している。
【００２１】
より具体的な使用例を図５に示す。図中破線は、距離情報と制御量との対応関係（既設定内容）である。これに対して、任意の数点において、対応関係を再設定することができる。個々の点における再設定方法は、図４に示される方法と基本的に同様である。ただし、この例においては、予め設定された制御量（図５中破線）とその後に記録された制御量（図５中実線）との差分に基づいて設定を行う。つまり、まずは、予め設定された制御量に基づいて制御を行う。そこから最適値までの差分を、調節部４の操作により取得する。この差分を用いて、制御量の設定を行う。このようにすると、調節部４の操作により制御量を取得するための時間を短縮することができる。
【００２２】
別の使用例を図６に示す。この例では、任意の一点についてまず再調整を行う。続いて、他の点について再調整を行う。この作業を繰り返して行う。この方法によって、近距離、中距離、遠距離という異なる位置を見ながら、キャリブレーションを逐次行うことができる。また、この例においても、図５の場合と同様に、差分を用いて調整することができる。このようにすると、ある一点での調整によって制御量が調節された後、その調節された制御量と最適値との差分を用いて設定ができるので、調整された制御量を取得するための時間をさらに短縮しうるという利点がある。
【００２３】
このようにして、距離情報と制御量との対応関係を再調整することができる。実際に計測していない点については、任意の補間方法により補間することができる。
【００２４】
このようにして再調整された自動焦点調節眼鏡を使用する場合には、通常の自動焦点調節眼鏡と同様に使用することができる。すなわち、再調整された対応関係が焦点距離制御部３に格納されるので、それを用いて焦点距離の調整を行うことができる。
【００２５】
この実施形態では、注視位置までの距離情報と可変焦点レンズの制御量との対応関係を簡便に再設定することができる。また、使用者の視覚特性や可変焦点レンズ１の制御特性が変化しても、対応関係を簡便に修正することができる。さらには、ある人の自動焦点調節眼鏡を別の人のために設定しなおすことさえ可能となる。
【００２６】
なお、前記した実施形態では、注視位置までの距離情報と可変焦点レンズの制御量との対応関係を予め格納しておくものとしたが、最初からそのようなデータを有しない構成としてもよい。この場合は、前記した方法によって取得した対応関係を初めから用いればよい。また、前記したキャリブレーションのための制御量を取得する場合には、取得した時の視覚的条件（例えば朝、昼、夕等の時間的条件や疲労などの身体的条件）を制御量と共に記憶設定部５により記録しておくこともできる。そのようにすれば、使用者の視覚的条件が、記録された条件と一致したときに、その条件に適した制御量を用いることができる。
【００２７】
なお、前記実施形態の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。例えば、前記した各構成要素は、機能ブロックとして存在していれば良く、独立したハードウエアとして存在していなくてもよい。また、実装方法としては、ハードウエアを用いてもコンピュータソフトウエアを用いてもよい。さらに機能ブロックが複数のハードウエアにより構成されていても良く、複数の機能ブロックが一つのハードウエアにより構成されていてもよい。
なお、前記した構成要素を動作させるための電源は、レンズ１の近傍に配置しても良く、離間した位置に配置していてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、注視位置までの距離情報と可変焦点レンズの制御量との対応関係を簡便に調整することができる可変焦点調節眼鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変焦点調節眼鏡の概略的な構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る可変焦点調節眼鏡の全体構成を説明するための説明図である。
【図３】可変焦点レンズの概略的な断面図である。
【図４】可変焦点調節眼鏡の使用方法を説明するためのグラフである。
【図５】可変焦点調節眼鏡の使用方法を説明するためのグラフである。
【図６】可変焦点調節眼鏡の使用方法を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１ 可変焦点レンズ
２ 注視点距離算出部
３ 焦点距離制御部
４ 調節部
５ 記憶設定部
１０ 眼球
２０ 注視点

Claims (7)

1. 可変焦点レンズと、注視点距離算出部と、焦点距離制御部と、調節部と、記憶設定部とを備え、前記注視点距離算出部は、前記注視点を注視したときの視線方向に基づいて、前記可変焦点レンズから注視点までの距離を算出するものであり、前記焦点距離制御部は、前記記憶設定部での記憶内容に基づいて、前記可変焦点レンズの焦点距離を制御するものであり、前記調節部は、前記可変焦点レンズの焦点距離を操作者の任意で、前記注視点における対象物が鮮明に見えるように調節するものであり、前記記憶設定部は、前記調節部での前記操作者による調節によって得られた焦点距離における、前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの前記視線方向に基づく注視点距離とを対応して記憶するものであることを特徴とする自動焦点調節眼鏡。
2. 前記記憶設定部は、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの注視点距離とから、補間データを生成するものであることを特徴とする請求項１記載の自動焦点調節眼鏡。
3. 前記記憶設定部は、さらに、前記調節部での調節によって得られた前記可変焦点レンズの制御量と、そのときの注視点距離とのデータ、または、これらから得られた前記補間データに基づいて、ある注視点距離での前記制御量を設定するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の自動焦点調節眼鏡。
4. 可変焦点レンズを用いた自動焦点調節眼鏡のキャリブレーション方法であって、前記可変焦点レンズで操作者が対象物を鮮明に見える状態となるように、前記可変焦点レンズを前記操作者が操作することによって取得される、前記可変焦点レンズの制御量と、前記操作者が前記対象物を鮮明に見える状態における、前記可変焦点レンズから注視点までの注視点距離との対応に基づいて、前記可変焦点レンズの制御量と、前記視線方向に基づく注視点距離との対応関係に対してキャリブレーションを行うことを特徴とするキャリブレーション方法。
5. 可変焦点レンズを用いた自動焦点調節眼鏡のキャリブレーション方法であって、前記可変焦点レンズの制御量と、前記可変焦点レンズから注視点までの注視点距離との対応が予め設定されており、ついで、前記可変焦点レンズで操作者が対象物を鮮明に見える状態となるように、前記可変焦点レンズを前記操作者が操作することによって取得される、前記可変焦点レンズの制御量と、前記操作者が前記対象物を鮮明に見える状態における、前記可変焦点レンズから注視点までの注視点距離との対応を記録し、予め設定された制御量とその後に記録された制御量との差分に基づいて、前記可変焦点レンズの制御量と、前記視線方向に基づく注視点距離との対応関係に対してキャリブレーションを行うことを特徴とするキャリブレーション方法。
6. 請求項５記載の方法によりキャリブレーションが行われた後、さらに、前記可変焦点レンズの制御量と、前記可変焦点レンズから注視点までの注視点距離との対応を記録し、キャリブレーションされた制御量または予め設定された制御量とその後に記録された制御量との差分に基づいて前記制御量のキャリブレーションを行うキャリブレーション方法。
7. 請求項４〜６のいずれか１項記載のキャリブレーション方法であって、さらに、キャリブレーション時における視覚的条件を、当該キャリブレーションと関連付けて記録しておき、前記視覚的条件に当てはまる場合には、その条件と関連づけられた制御量を用いることを特徴とするキャリブレーション方法。

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