JP4551107B2 - 光学系の位置合わせ装置及び方法、並びにこれを用いた三次元観察状態測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、眼屈折力測定部などの測定光軸を被測定眼の視軸と略一致させるための光学系の位置合わせ装置及びその方法に関するものである。また、本発明は、例えば立体的な観察対象物を視聴する被測定者の視覚状態を測定する三次元観察状態測定装置及び方法に関する。

従来の眼科測定においては、検眼担当者が固視標を被測定者に提示して、被測定者が固視標を注視するように指示していた。その結果、被測定者が検眼担当者の指示に従って固視標を注視する場合には、被測定眼の視線方向は固視標の方向に固定される。そこで、例えば特許文献１に示すように、眼科測定装置に設けられたアライメント機構は、前記被測定眼の前眼部画像のピント調整に用いられる面外位置調整部と、前眼部の瞳画像の位置調整に用いられる面内位置調整部とを有していた。

特開平５−１８４５４０号公報 ［０００４］、図１

しかし、被測定者が検眼担当者の指示に従って固視標を注視する場合には、被測定眼が緊張状態にある。そして、このような緊張状態の眼科測定特性は、自然な状態の被測定者の眼科測定特性と比較して、相違している可能性が高いと考えられている。即ち、自然な状態では、視線は右を見たり、左を見たり、遠くを見たり、近くを見たりするものであり、固視標を注視する事態はまれである。その結果、眼球の筋肉も一定状態を維持するよりは不規則に運動する方が自然であり、視覚神経も単一映像を注視するよりは、時々刻々と変化する環境風景に馴染み易くなっている。

ところが、従来の眼科測定装置では、被測定眼の視線方向が時々刻々と変動する事態を想定していない。そこで、被測定眼の視線方向が変動すると、従来のアライメント機構では、眼科測定装置の測定光軸を被測定眼の視軸方向と一致させるアライメントが行ないにくいという課題があった。

本発明は上述した課題を解決したもので、第１の目的は、被測定眼の視線方向が変動しても、測定光軸を被測定眼の視軸方向と容易に一致させることができる光学系の位置合わせ装置及び方法を提供することである。第２の目的は、自然な三次元対象物を被測定者が観察する場合に、被測定者の被測定眼における屈折力、輻輳（瞳孔径）等の眼特性を容易に計測できる三次元観察状態測定装置及び方法を提供することである。

前記第１の目的を達成する本発明の光学系の位置合わせ装置は、例えば図２に示すように、測定部１８０の被測定眼４０の特性を測定する測定光軸１８２ａ、１８２ｂを被測定眼４０に位置合せする光学系の位置合わせ装置において、前記測定光軸中心に中心軸を有する第１アライメントパターンを、被測定眼４０に向けて投影する第１投影部１２０と、少なくとも前記測定光軸中心付近で光束を有する第２アライメントパターンを、被測定眼４０に向けて投影する第２投影部１４０と、被測定眼４０の前眼部画像を形成する画像形成部１６０と、画像形成部１６０で形成された被測定眼４０の前眼部画像から抽出される第１及び第２のアライメントパターン画像の位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸を面内方向位置に関して調整する面内位置調整部２１０と、被測定眼４０の前眼部画像と前記第１又は第２のアラインメントパターン画像の少なくとも一方との位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸を被測定眼４０の視軸方向を向くように調整する角度調整部２２０とを備えている。

このように構成された本発明の光学系の位置合わせ装置は、第１投影部１２０により第１アライメントパターンを被測定眼４０に投影し、第２投影部１４０により第２アライメントパターンを被測定眼４０に投影する。画像形成部１６０は、第１及び第２のアライメントパターン画像を含む被測定眼４０の前眼部画像を形成する。面内位置調整部２１０は、第１及び第２のアライメントパターン画像の位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸を面内方向位置に関して調整する。角度調整部２２０は、被測定眼４０の前眼部画像と前記第１又は第２のアラインメントパターン画像の少なくとも一方との位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸を被測定眼４０の視軸方向を向くように調整する。面内位置調整部２１０と角度調整部２２０を用いて、測定光軸１８２ａ、１８２ｂを被測定眼４０に位置合せする。

好ましくは、本発明の光学系の位置合わせ装置において、第１及び第２のアライメントパターンは、近赤外帯域の波長を有する光であって、ダイクロイックミラー１０２を介して被測定眼４０に投影するように構成されているとよい。第１及び第２のアライメントパターンとして近赤外帯域の波長を有する光を用いると、被測定眼４０では視認することができないから、ダイクロイックミラー１０２は、被測定眼４０が自然な状態で外部を見ている状態で、被測定眼４０に第１及び第２のアライメントパターンを投影することが可能となると共に、被測定眼４０の視軸方向と測定光軸とを一致させることが可能になる。

好ましくは、本発明の光学系の位置合わせ装置において、例えば図３に示すように、面内位置調整部２１０は、前記第１及び第２のアライメントパターン画像の位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸と被測定眼４０の角膜頂点位置とが略一致するように、測定部１８０の測定光軸を面内方向に移動させて、面内方向位置を調整するように構成されているとよい。被測定眼４０の角膜頂点位置は、被測定眼４０の視軸方向を検出するのに役立つ。

好ましくは、本発明の光学系の位置合わせ装置において、例えば図４に示すように、角度調整部２２０は、被測定眼４０の前眼部画像中の瞳位置と前記第１又は第２のアラインメントパターン画像との位置関係から、被測定眼４０の瞳位置と前記測定光軸とが一致するように測定部１８０の測定光軸の角度を調整するように構成されているとよい。第１アラインメントパターン画像の場合は、測定光軸中心に中心軸を有するから、抽出される中心軸と瞳位置の偏差を用いる。第２アラインメントパターン画像の場合は、測定光軸中心付近に有する光束と瞳位置の偏差を用いる。

好ましくは、本発明の光学系の位置合わせ装置において、さらに、前記アライメントパターン画像のピント状態に応じて、測定部１８０の測定光軸方向の位置を調整してピントが合うように調整する面外位置調整部２３０を備えるとよい。

前記第１の目的を達成する本発明の光学系の位置合わせ方法は、例えば図６に示すように、被測定眼４０の特性を測定する測定部１８０の測定光軸中心に中心軸を有する第１アライメントパターンを、被測定眼４０に向けて投影する第１投影ステップ（Ｓ１０６）と、少なくとも前記測定光軸中心付近で光束を有する第２アライメントパターンを、被測定眼４０に向けて投影する第２投影ステップ（Ｓ１０８）と、第１及び第２のアライメントパターン画像を含む被測定眼４０の前眼部画像を形成する画像形成ステップ（Ｓ１１０）と、第１及び第２のアライメントパターン画像の位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸を面内方向位置に関して調整する面内位置調整ステップ（Ｓ１１２、Ｓ１１４）と、被測定眼４０の前眼部画像と前記第１又は第２のアラインメントパターン画像の少なくとも一方との位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸を被測定眼４０の視軸方向を向くように調整する角度調整ステップ（Ｓ１１６、Ｓ１１８）とを含んでいる。

前記第２の目的を達成する本発明の三次元観察状態測定装置は、例えば図７に示すように、視線方向を含むステレオ画像を取得する画像取得部３１５と、画像取得部３１５で得られたステレオ画像に基づき、当該視線方向の観察対象物５０の三次元座標値を取得する座標取得部３２０と、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光学系の位置合わせ装置（１００、２００、２４０）を用いて、測定光軸を被測定眼４０の視軸方向と一致させることによって、被測定眼４０の視線方向を検出する視線方向検出部３００と、視線方向検出部３００で検出された視線から、被測定眼４０の注視点位置を求める注視点位置測定部３１０と、注視点位置測定部３１０で得られた注視点位置と、当該注視点位置を求めた時点の視線方向における観察対象物５０の注視座標値とを比較する座標比較部３３０とを備えている。

前記第２の目的を達成する本発明の三次元観察状態測定方法は、例えば図８に示すように、画像取得部３１５により視線方向を含むステレオ画像を取得し（Ｓ２０２）、ステレオ画像に基づき、画像取得部３１５により当該視線方向の観察対象物５０の三次元座標値を取得し（Ｓ２０４）、請求項６に記載の光学系の位置合わせ方法を用いて、測定光軸を被測定眼４０の視軸方向と一致させ（Ｓ２０７）、視線方向検出部３００により被測定眼４０の視線方向を検出し（Ｓ２０８）、注視点位置測定部３１０により、視線方向検出部３００で検出された視線から、被測定眼４０の注視点位置を求め（Ｓ２１０）、注視点位置測定部３１０で得られた注視点位置と、当該注視点位置を求めた時点の視線方向における観察対象物５０の注視座標値とを比較する（Ｓ２１２〜Ｓ２１６）ことを含んでいる。

本発明の光学系の位置合わせ装置によれば、面内方向（Ｘ、Ｙ）と、視軸と測定光軸の傾斜角の角度（θ）方向のアライメントを随時行なうことができ、被測定眼の視軸が移動しても、常にアライメントが可能となる。そこで、例えば両眼開放による自然な状態の被測定眼の光学特性を測定する場合に、適している。

本発明の三次元観察状態測定装置によれば、被測定者がみている観察対象物の方向や距離を、画像取得部と座標取得部によって、動的に三次元的に計測し、この三次元的計測位置と被測定者の注視点位置と比較することにより、眼疲労状態が正確に検査できると共に、被測定者の被測定眼における屈折力、輻輳（瞳孔径）等の眼特性を容易に計測できる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

ここでは、本発明の光学系の位置合わせ装置を状態測定装置に組込んだ状態を用いて、本発明の実施例１を説明する。ここで、状態測定装置は、被測定者を両眼開放状態にして、被測定眼の眼科的特性（例えば屈折率や輻輳（瞳孔径））を測定するものである。

図１は、本発明の光学系の位置合わせ装置が組込まれる状態測定装置の全体構成図である。図において、状態測定装置は、被測定眼４０の左右両眼にそれぞれ一対設けられる。片眼用の状態測定装置は、床やテーブルに据え付ける架台１０、架台１０から上方に伸びる支持部２０、支持部２０に支持される光学ヘッド３０を有している。光学ヘッド３０は、架台１０に対して、光学ヘッド３０の測定光軸方向と大略一致する面外方向（Ｚ）と、光学ヘッド３０の測定光軸方向と大略直交する面内方向（Ｘ、Ｙ）と、光学ヘッド３０の測定光軸方向を被測定眼４０の視線方向に合致させるための角度（θ）方向に移動可能に支持される。

図２は、本発明の一実施の形態を説明する構成図で、被測定眼（片眼）の視軸と光学ヘッドに含まれる光学部材の配置関係を平面図にて示している。被測定眼４０の視軸４２は、第１ダイクロイックミラー１０２を介して、正面の観察対象物５０を向いており、被測定眼４０は正面の観察対象物５０を可視光領域の光を用いて自然な状態で観察している。この第１ダイクロイックミラー１０２は、可視光領域に対しては透過性を有しており、測定光として用いられる波長領域、例えば赤外光領域に関しては反射特性を有している。光学ヘッド筐体１００からの測定光束には、第１ダイクロイックミラー１０２が反射特性を有する波長領域を用いている。レンズ１０４は、第１ダイクロイックミラー１０２と第２ダイクロイックミラー１０６の間に装着されているもので、光学ヘッド筐体１００からの測定光束を平行光束にして被測定眼４０に送っている。第２ダイクロイックミラー１０６は、測定部１８０からの測定光束と、画像形成部１６０に送る光束とを分離する。ハーフミラー１０８では、第２投影部１４０からの光束と、被測定眼４０の前眼部からの光束が合流するもので、画像形成部１６０の前段に置かれる。

光学ヘッド筐体１００は、光学ヘッド３０が装着される筐体であり、第１投影部１２０、第２投影部１４０、画像形成部１６０、測定部１８０を収容している。第１投影部１２０は、第１波長（例えば９４０ｎｍ）の近赤外の光束を発生するリング状の光源１２２と、リング状の光源１２２の前面に設けられたリング状の拡散板１２４を有している。レンズ１０４は、リング状の拡散板１２４の中央中空部に装着されている。

第１投影部１２０で投影される第１アラインメントパターンは、被測定眼４０の屈折力などを測定する測定部１８０の測定光軸１８２ａ、１８２ｂに中心軸が一致したパターン（リング状パターン）で形成される。即ち、第１アラインメントパターンは、その中心軸が特定できるような形状であればよい。例えば、円、リング状、星型、矩形、などが採用できる。

第２投影部１４０は、第２波長（例えば９４０ｎｍ）の近赤外の光源１４２、ピンホール１４４、並びに集光レンズ１４６とを有している。第２投影部１４０で投影される第２アラインメントパターンの光束は、被測定眼４０の角膜に対して略平行光束で照明されるように構成されている。その結果、第２アラインメントパターン像は、角膜曲率半径の約１／２付近（焦点位置）に虚像として形成される。虚像としての第２アラインメントパターン像は、焦点位置から発散したような光束で反射してくる。

測定部１８０は、例えば屈折力を測定する屈折力測定系や動的視力のような他の眼科的光学特性を測定する装置で構成される。屈折力測定系では、第３波長（例えば８４０ｎｍ）の光束で眼底に所定のパターン、例えばリングパターンを投影し、反射光により形成されるパターン像の変形により、屈折力を測定する。測定光軸１８２ａ、１８２ｂは、測定部１８０の被測定眼４０の特性を測定する測定光軸で、測定光軸１８２ａは測定部１８０から第２ダイクロイックミラー１０６までの区間、測定光軸１８２ｂは第２ダイクロイックミラー１０６から第１ダイクロイックミラー１０２までの区間を指す。なお、測定光軸１８２ｃは第１ダイクロイックミラー１０２から被測定眼４０の前眼部までの区間を指す。

ここで、第１波長と第２波長は、同一波長として説明したが、異ならせても差し支えない。測定精度を重視する場合には、測定に用いる第３波長が可視域に近いことが望ましいので、アライメントに用いる第１波長と第２波長より、可視域に近く設定されることが望ましい。即ち、第３波長は、第１波長と第２波長より、短波長側に設定されることが望ましい。画像形成部１６０は、電荷結合素子(Charge Coupled Device)のような撮像素子によって二次元的な画像を生成するものである。また、被測定眼４０の前眼部は、画像形成部１６０にいたる経路のレンズ系において、画像形成部１６０と共役な関係に形成される。

制御演算部２００は、例えば高機能の演算能力を有するプロセッサを搭載したパソコンに、面内位置調整部２１０、角度調整部２２０、面外位置調整部２３０として作用するソフトウェアを搭載したものである。面内位置調整部２１０は、画像形成部１６０で形成された被測定眼４０の前眼部画像から抽出される第１及び第２のアライメントパターン画像の位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸を面内方向位置に関して調整する。角度調整部２２０は、被測定眼４０の前眼部画像と第２アラインメントパターン画像との位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸を被測定眼４０の視軸方向を向くように調整する。面外位置調整部２３０は、アライメントパターン画像のピント状態に応じて、測定部１８０の測定光軸方向の位置を調整してピントが合うように調整する。面内位置調整部２１０、角度調整部２２０、面外位置調整部２３０の各機能の詳細は、図３〜図５を用いて後で説明する。

駆動部２４０は、制御演算部２００から出力される駆動信号に従い、光学ヘッド筐体１００を面外方向（Ｚ）、面内方向（Ｘ、Ｙ）、並びに角度（θ）方向に移動させる。駆動部２４０には、例えばパルスモータを用いて、高精度に位置決めできるように構成すると良い。

このように構成された装置の光学的関係を次に説明する。光学ヘッド筐体１００からの測定光束は、第１ダイクロイックミラー１０２にて被測定眼４０に向けて反射され、被測定眼４０からの反射した測定光が第１ダイクロイックミラー１０２にて光学ヘッド筐体１００に向けて反射される。光学ヘッド筐体１００からの測定光束には、第１投影部１２０からの測定光束と第２投影部１４０からの測定光束とがある。

第１投影部１２０からの光束は、第１ダイクロイックミラー１０２を介して被測定眼４０の前眼部を照明し、被測定眼４０の角膜表面のレンズ作用により、リング状の第１アライメント像が形成される。第１アライメント像からの光束は、第１ダイクロイックミラー１０２により視軸４２から分離され、第２ダイクロイックミラー１０６を通過し、ハーフミラー１０８を通過してＣＣＤなどで形成される画像形成部１６０に到達する。

第２投影部１４０からの光束は、ハーフミラー１０８で反射されて、第２ダイクロイックミラー１０６、レンズ１０４、第１ダイクロイックミラー１０２を経て被測定眼４０の前眼部を照明する。その結果、第２アラインメントパターン像を含む反射光束は、第１ダイクロイックミラー１０２、第２ダイクロイックミラー１０６、ハーフミラー１０８を介して画像形成部１６０上に投影される。

次にアライメント原理に関して説明する。アライメント原理は、面内方向（Ｘ、Ｙ）アライメント処理及び角度（θ）アライメント処理並びに、面外方向（Ｚ）アライメント処理に大別される。

図３は、面内方向（Ｘ、Ｙ）アライメント処理の説明図で、（Ａ）は光学系の配置、（Ｂ）は瞳孔付近の前眼部画像を示している。光学ヘッド筐体１００の測定光軸１８２ｂは、第１ダイクロイックミラー１０２により反射して、測定光軸１８２ｃとして被測定眼４０の前眼部方向を向く（一点鎖線）。他方、被測定眼４０の視軸４２は、任意の方向を向いている（実線）。なお、第１ダイクロイックミラー１０２は、光学ヘッド筐体１００との相対的な位置関係が連結部材１０３によって固定されており、駆動部２４０による精密な位置調整を可能としている。面内方向（Ｘ、Ｙ）アライメントとは、測定光軸１８２ｃを視軸４２に対して直交する面内で位置合わせすることをいう。

図３（Ｂ）において、瞳孔６０の画像に対して、第１アラインメントパターン像（リング状パターン）６２と第２アライメントパターン像（中心スポット）６４の画像が現れている。第１アラインメントパターン像６２の中心位置６３（三角印）と第２アライメントパターン像６４（ｘ印）とは一致しておらず、ずれている。面内位置調整部２１０は、面内方向（Ｘ、Ｙ）アライメントにおいて、第１アラインメントパターン像６２の中心位置６３（三角印）と第２アライメントパターン像６４（ｘ印）とが一致するように、操作信号を駆動部２４０に出力する。

図４は、角度（θ）アライメント処理の説明図で、（Ａ）は光学系の配置、（Ｂ）は瞳孔付近の前眼部画像を示している。角度（θ）アライメントとは、図４（Ａ）に示すように、測定光軸１８２ｃと視軸４２とのなす角度を一致させる位置合わせを意味する。図４（Ｂ）において、瞳孔６０の画像に対して、瞳孔の中心６１（○印）と第２アライメントパターン像（ｘ印）６４とは一致しておらず、ずれている。角度調整部２２０は、角度（θ）アライメントにおいて、瞳孔の中心６１と第２アライメントパターン像６４（ｘ印）とが一致するように、操作信号を駆動部２４０に出力する。なお、角度（θ）アライメント処理では、第２アライメントパターン像６４（ｘ印）に代えて、第１アラインメントパターン像６２の中心位置６３（三角印）を用いても良い。

また、面内方向（Ｘ、Ｙ）アライメント処理と角度（θ）アライメント処理には相互干渉がある。即ち、面内方向（Ｘ、Ｙ）アライメント終了後に、角度（θ）アライメントを行うと、画像形成部１６０で形成される前眼部像上に現れる第２アライメントパターン像６４（ｘ印）と第１アラインメントパターン像の中心位置６３（三角印）とに新たにずれが生じる。そこで、両者の処理を適宜繰り返して、両方のアライメントが適切な状態となるようにする。

図５は、面外方向（Ｚ）アライメント処理の説明図で、（Ａ）は光学系の配置、（Ｂ）は瞳孔付近の前眼部画像を示している。面外方向（Ｚ）アライメントとは、視軸４２方向での位置合わせを意味し、その際の被測定眼４０と光学ヘッド筐体１００との位置関係、移動方向は、図５（Ａ）に示す関係になっている。面外方向（Ｚ）アライメントにおいて、位置ずれがある場合、第１アライメントパターン像６２がボケており、その強度が弱く現れる。光学ヘッドを視軸方向に移動し、強度をピークとなるように調整することにより行われる。面外方向（Ｚ）アライメント処理の詳細は、例えば本出願人の提案にかかる特開平５−１８４５４０号公報に記載されている。

図６は本発明の光学系の位置合わせ方法を説明するフローチャートである。まず、アライメント開始を開始する（Ｓ１００）。被測定者は、観察対象物５０（三次元形状が一般的であるが、平面的でも良い）を見る（Ｓ１０２）。このとき、被測定者の眼球は回旋している。次に、面外位置調整部２３０によって、光学ヘッド筐体１００を被測定眼４０に対して粗い面外方向（Ｚ）のアライメントを行なう（Ｓ１０４）。

次に、光学ヘッド筐体１００において、第１投影部１２０によって、第１アライメントパターンを被測定眼４０に向けて投影する（Ｓ１０６）。続いて、第２投影部１４０によって、第２アライメントパターンを被測定眼４０に向けて投影する（Ｓ１０８）。そして、画像形成部１６０では、第１及び第２のアライメントパターン画像を含む被測定眼４０の前眼部画像を形成する（Ｓ１１０）。

次に、面内位置調整部２１０によって、第１及び第２のアライメントパターン画像の位置関係に基づき、測定部１８０の測定光軸を面内方向位置に関して調整する（Ｓ１１２）。そして、制御演算部２００によって、第１及び第２アラインメントパターン画像６２〜６４と瞳孔中心６１とは一致しているか判断する（Ｓ１１４）。Ｓ１１４でＮｏであれば、角度調整部２２０によって、被測定眼４０の前眼部画像における瞳孔中心６１と第２アラインメントパターン画像６４の位置関係に基づき、光学ヘッド筐体１００の回転角を算出する（Ｓ１１６）。駆動部２４０は、角度調整部２２０によって算出された操作信号に従い、測定部１８０の測定光軸１８２ｃが被測定眼４０の視軸４２方向を向くように調整し（Ｓ１１８）、Ｓ１０６に戻る。Ｓ１１４でＹｅｓであれば、面外位置調整部２３０によって、面外方向（Ｚ）の詳細なアライメントを行なう（Ｓ１２０）。そして、アライメントが終了する（Ｓ１２２）。

図７は本発明の第２の実施の形態を説明する構成ブロック図である。三次元観察状態測定装置は、光学ヘッド筐体１００、ダイクロイックミラー１０２、制御演算部２００、駆動部２４０、画像取得部３１５、座標取得部３２０、視線方向検出部３００、注視点位置測定部３１０、座標比較部３３０並びに視線方向座標演算部３４０を備えているもので、被測定者が観察対象物５０を観察している状態を計測するものである。ここで、観察対象物５０は例えば人形や構造体のような三次元の可視物体で、静止していてもよく、また可動体でもよい。光学ヘッド筐体１００、ダイクロイックミラー(Dichroic Mirror)１０２、制御演算部２００並びに駆動部２４０は、例えば図１で説明したものを用いる。

画像取得部３１５は、視線方向を含むステレオ画像を取得するもので、典型的にはステレオカメラが用いられる。ステレオカメラとは、基線距離離れた左右の同一特性を有するカメラで対象物を撮影するもので、ステレオカメラで撮影した左右画像の視差が三次元の高さ方向の情報として重要であるため、レンズ収差の極めて少ない写真画像が得られるように構成されている。ステレオカメラの視線方向には、観察対象物５０が設置されており、ステレオ画像に観察対象物５０の像が含まれるように倍率が配慮されている。観察対象物５０が静止体であれば、一台のカメラの撮影場所を基線距離だけ離して左右の画像を作成して、ステレオ画像とすることができる。

座標取得部３２０は、画像取得部３１５で得られたステレオ画像に基づき、観察対象物５０の三次元座標値を取得するもので、座標値の基準点として、例えば被測定眼４０の位置を用いる。座標取得部３２０は、例えば予め画像取得部３１５で得られるステレオ画像に関して三次元座標が得られるように調整したキャリブレーション情報を用いる。キャリブレーション情報は、寸法が既知の校正体を用いて、画像取得部３１５で撮影されるステレオ画像の各種パラメータ、例えばレンズの焦点距離やレンズ収差の値を取得しておく。このようなキャリブレーション情報は、例えば本出願人の提案に係る特開２００３−４２７３０号公報、４２７３２号公報に開示された校正体を用いた表面形状測定装置により得ることができる。また、座標取得部３２０は、例えば本出願人の提案に係る特開２００３−４２７２６号公報に開示された校正体を観察対象物５０の設置場所に置いて、被測定眼から校正体までの距離や方向を予め測定しておき、この校正体の測定結果を用いて観察対象物５０の三次元座標値を設定できるようにしてもよい。

視線方向検出部３００は、被測定眼４０の視線方向を検出するもので、代表的な検出原理としては角膜検出方式と強膜反射方式とがある。角膜検出方式は、角膜上に赤外ＬＥＤ(Light Emitting Diode)の放射光による虚像を作り、眼球の移動に従ってその虚像が移動するのを検出する方式である。強膜反射方式は、眼に弱い赤外線を照射し、赤外光の反射光量が黒目と白目で異なることを利用する。本発明の第２の実施の形態に示す装置において、角度調整部２２０による光学ヘッド筐体１００の角度（θ）アライメントに関して、全体的な角度調整量を記録することにより、視線方向を検出することができる。

注視点位置測定部３１０は、視線方向検出部３００で検出された視線から、被測定眼４０の注視点位置を求める。被測定者は左右眼で観察対象物５０を観察しているので、視線方向検出部３００で左右の被測定眼４０の視線方向を検出し、左右の視線方向の交点を求めることで、被測定眼４０の注視点位置を求めることができる。

視線方向座標演算部３４０は、注視点位置測定部３１０によって注視点位置を求めた時点の視線方向における観察対象物５０との交点である注視座標値を演算する。即ち、観察対象物５０には立体像としての大きさがあるので、視線方向座標演算部３４０は、視線方向検出部３００で検出された左右の被測定眼４０の視線方向情報を用いて、左右の被測定眼４０で注視点に相当する観察対象物５０の座標値を求める。なお、左右の被測定眼４０の視線方向と観察対象物５０の表面で実質的に一点に収束していない場合には、左右の被測定眼４０の一方しか観察対象物５０の表面部位を注視していない状態と考えられるので、視線方向座標演算部３４０において、有効な側の眼の視線方向のみを採用するとか、左右の被測定眼４０により観察対象物５０を見ている方向の中間位置を採用するなどの適宜の措置をとるとよい。

座標比較部３３０は、注視点位置測定部３１０で得られた注視点位置と、視線方向座標演算部３４０で取得した観察対象物５０の座標値とを比較して、両者の乖離量を求める。そして、座標比較部３３０は、被測定者の眼疲労度を識別する為に設定した基準値に対して、注視点と注視座標値との乖離量を比較して、左右の被測定眼４０が健康な状態にあるか眼疲労状態にあるかの判定を行なう。なお、座標比較部３３０に設定してある基準値は、集団検診等で標準的な被測定者の調節機能を用いて設定し、個別の被測定者向けに設定する場合には当該個人の被測定者の検査履歴を用いて設定するとよい。

このように構成された装置の動作を次に説明する。図８は図７の装置を用いた三次元観察状態測定方法の一例を示すフローチャートである。まず、観察対象物５０を三次元観察状態測定装置の近傍に設置する（Ｓ２００）。そして、画像取得部３１５により視線方向を含むステレオ画像を取得し（Ｓ２０２）、ステレオ画像に基づき、座標取得部３２０により当該視線方向の観察対象物５０の三次元座標値を取得する（Ｓ２０４）。次に、被測定者を三次元観察状態測定装置の所定位置、例えばダイクロイックミラー１０２と観察対象物５０の光軸上に案内する（Ｓ２０６）。そして、光学ヘッド筐体１００に対して図６にて説明した手順に従い、アライメントを行なう（Ｓ２０７）。

次に、三次元観察状態測定装置は、視線方向検出部３００により被測定眼４０の視線方向を検出し（Ｓ２０８）、注視点位置測定部３１０により、視線方向検出部３００で検出された左右の被測定眼４０の視線方向から、被測定眼４０の注視点位置を求める（Ｓ２１０）。また、視線方向座標演算部３４０により、視線方向検出部３００によって注視点位置を求めた時点の視線方向であって、観察対象物５０との交点である注視座標値を演算する（Ｓ２１２）。

そして、座標比較部３３０は、座標注視点位置測定部３１０で得られた注視点位置と、Ｓ２１２で求めた注視座標値とを比較して、乖離量を演算する（Ｓ２１４）。そして、座標比較部３３０は、乖離量が基準値よりも大きいか比較して（Ｓ２１６）、大きい場合には被測定眼の眼疲労が大きくなっていると判断して（Ｓ２１８）、被測定者が観察対象物５０を観察することを停止させて、休息を取るように指示する（Ｓ２２０）。他方、Ｓ２１６で小さい場合には、被測定眼の眼疲労は小さいと判断できるから、被測定者による観察対象物５０の観察を許可する（Ｓ２２２）。被測定者は、Ｓ２０６に戻って観察対象物５０の観察を継続してもよい。

なお、上記の実施の形態では、左右両眼に対して光学ヘッド筐体によるアライメントを行なう場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、左右のうち片方の測定眼に対して光学ヘッド筐体を用いて光学的特性を測定する場合でも良い。また、上記の実施の形態では、角度調整部による測定光軸と視軸の回転角調整量を、被測定眼の前眼部画像における瞳孔中心と第２アラインメントパターン画像の位置関係に基づき算出する場合を示したが、瞳孔中心と第１アラインメントパターン画像の位置関係に基づき算出してもよい。

本発明の光学系の位置合わせ装置が組込まれる状態測定装置の全体構成図である。 本発明の一実施の形態を説明する構成図で、被測定眼（片眼）の視軸と光学ヘッドに含まれる光学部材の配置関係を平面図にて示している。 面内方向（Ｘ、Ｙ）アライメント処理の説明図で、（Ａ）は光学系の配置、（Ｂ）は瞳孔付近の前眼部画像を示している。 角度（θ）アライメント処理の説明図で、（Ａ）は光学系の配置、（Ｂ）は瞳孔付近の前眼部画像を示している。 面外方向（Ｚ）アライメント処理の説明図で、（Ａ）は光学系の配置、（Ｂ）は瞳孔付近の前眼部画像を示している。 本発明の光学系の位置合わせ方法を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態を説明する構成ブロック図である。 図７の装置を用いた三次元観察状態測定方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

３０ 光学ヘッド
４０ 被測定眼
４２ 視軸
５０ 観察対象物
１００ 光学ヘッド筐体
１２０ 第１投影部
１４０ 第２投影部
１６０ 画像形成部
１８０ 測定部
１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃ 測定光軸
２００ 制御演算部
２１０ 面内位置調整部
２２０ 角度調整部
２３０ 面外位置調整部
２４０ 駆動部
３００ 視線方向検出部
３１０ 注視点位置測定部
３２０ 座標取得部
３３０ 座標比較部
３４０ 視線方向座標演算部

Claims (8)

1. 被測定眼の特性を測定する測定光軸を、当該被測定眼に位置合わせする光学系の位置合わせ装置において；
   前記測定光軸中心に中心軸を有する第１アライメントパターンを、前記被測定眼に向けて投影する第１投影部と；
   少なくとも前記測定光軸中心付近で光束を有する第２アライメントパターンを、前記被測定眼に向けて投影する第２投影部と；
   前記被測定眼の前眼部画像を形成する画像形成部と；
   前記画像形成部で形成された前記被測定眼の前眼部画像から抽出される第１及び第２のアライメントパターン画像の位置関係に基づき、前記測定光軸を面内方向位置に関して調整する面内位置調整部と；
   前記被測定眼の前眼部画像と前記第１又は第２のアラインメントパターン画像の少なくとも一方との位置関係に基づき、前記測定光軸を前記被測定眼の視軸方向を向くように調整する角度調整部と；
   を備える光学系の位置合わせ装置。
2. 前記第１及び第２のアライメントパターンは、近赤外帯域の波長の光であって、ダイクロイックミラーを介して前記被測定眼に投影されるように構成されている請求項１記載の光学系の位置合わせ装置。
3. 前記面内位置調整部は、前記第１及び第２のアライメントパターン画像の位置関係に基づき、前記測定光軸と被測定眼の角膜頂点位置とが略一致するように、前記測定光軸を面内方向に移動させて、面内方向位置を調整するように構成されている請求項１記載の光学系の位置合わせ装置。
4. 前記角度調整部は、前記被測定眼の前眼部画像中の瞳位置と前記第１又は第２のアラインメントパターン画像との位置関係から、前記被測定眼の瞳位置と前記測定光軸とが一致するように前記測定光軸の角度を調整するように構成されている請求項１記載の光学系の位置合わせ装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学系の位置合わせ装置において；
   さらに、前記アライメントパターン画像のピント状態に応じて、前記測定光軸方向の位置を調整してピントが合うように調整する面外位置調整部を備える光学系の位置合わせ装置。
6. 被測定眼の特性を測定する測定部の測定光軸中心に中心軸を有する第１アライメントパターンを、前記被測定眼に向けて投影する第１投影ステップと；
   少なくとも前記測定光軸中心付近で光束を有する第２アライメントパターンを、前記被測定眼に向けて投影する第２投影ステップと；
   前記第１及び第２のアライメントパターン画像を含む前記被測定眼の前眼部画像を形成する画像形成ステップと；
   前記第１及び第２のアライメントパターン画像の位置関係に基づき、前記測定光軸を面内方向位置に関して調整する面内位置調整ステップと；
   前記被測定眼の前眼部画像と前記第１又は第２のアラインメントパターン画像の少なくとも一方との位置関係に基づき、前記測定光軸を前記被測定眼の視軸方向を向くように調整する角度調整ステップと；
   を含む光学系の位置合わせ方法。
7. 視線方向を含むステレオ画像を取得する画像取得部と；
   当該画像取得部で得られたステレオ画像に基づき、当該視線方向の観察対象物の三次元座標値を取得する座標取得部と；
   請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光学系の位置合わせ装置を用いて、測定光軸を前記被測定眼の視軸方向と一致させることによって、被測定眼の視線方向を検出する視線方向検出部と；
   前記視線方向検出部で検出された視線から、前記被測定眼の注視点位置を求める注視点位置測定部と；
   前記注視点位置測定部で得られた注視点位置と、当該注視点位置を求めた時点の視線方向における観察対象物の注視座標値とを比較する座標比較部と；
   を備える三次元観察状態測定装置。
8. 画像取得部により視線方向を含むステレオ画像を取得し；
   前記ステレオ画像に基づき、座標取得部により当該視線方向の観察対象物の三次元座標値を取得し；
   請求項６に記載の光学系の位置合わせ方法を用いて、測定光軸を前記被測定眼の視軸方向と一致させ；
   視線方向検出部により被測定眼の視線方向を検出し；
   注視点位置測定部により、前記視線方向検出部で検出された視線から、前記被測定眼の注視点位置を求め；
   前記注視点位置測定部で得られた注視点位置と、当該注視点位置を求めた時点の視線方向における観察対象物の注視座標値とを比較する；
   コンピュータを用いた三次元観察状態測定方法。
   

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