JP5652973B1 - How to make a binocular loupe - Google Patents

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【課題】作業者個々の作業体勢に応じた角度にてキャリアレンズにルーペを取り付けることができる双眼ルーペの製作方法を提供する。【解決手段】被検者が作業体勢を執って下方の作業操作箇所を凝視している状態において、被検者の左右の眼球に赤外線発光ダイオード36A及び36Bから赤外線を照射して、左右両眼からの反射光を一対のアイカメラ35A及び35Bによって撮像する。撮像した画像データを処理して両眼それぞれの視線方向を演算し、演算した視線方向から左右のキャリアレンズの面にそれぞれ装着するルーペの各内側装着角度及び下方装着角度を決定する。そして、下方装着角度と内側装着角度とに基づいて左右のキャリアレンズの面に開口を形成して、開口に左右のルーペを挿入して固定して双眼ルーペを製作する。【選択図】図8A binocular loupe manufacturing method capable of attaching a loupe to a carrier lens at an angle according to the work posture of each worker. In a state where a subject is in a working posture and stares at a lower work operation location, the left and right eyes of the subject are irradiated with infrared rays from infrared light emitting diodes (36A and 36B). The reflected light from the camera is imaged by a pair of eye cameras 35A and 35B. The captured image data is processed to calculate the viewing direction of both eyes, and the inner mounting angle and the lower mounting angle of the loupe to be mounted on the surfaces of the left and right carrier lenses are determined from the calculated viewing direction. Then, an opening is formed in the surfaces of the left and right carrier lenses based on the lower mounting angle and the inner mounting angle, and the binocular loupe is manufactured by inserting and fixing the left and right loupes into the opening. [Selection] Figure 8

Description

本発明は、医療手術や精密工作作業の際に使用される双眼ルーペに関するものであり、特に、フレームのキャリアレンズにルーペを取り付ける双眼ルーペの製作方法に関する。   The present invention relates to a binocular loupe used in medical surgery and precision work, and more particularly, to a method for manufacturing a binocular loupe for attaching a loupe to a carrier lens of a frame.

双眼ルーペは、手元の局所的な視覚対象物を拡大して視認する手段として、従来から、医療分野、精密工作、宝石加工等の各分野において広く使用されており、これらの分野では、高い精度で視認できることが要求される。   The binocular loupe has been widely used in the medical field, precision work, jewelry processing, and other fields as a means of magnifying and visually recognizing a local visual object at hand. It is required to be visible with

一般的なレンズ嵌め込み式の双眼ルーペ10の構成は、図1に示すように、眼鏡と同じ構造のフレーム1と、作業対象の像を拡大するための双眼ルーペ本体であるルーペ2と、フレーム1に嵌め込まれてルーペ2を取り付けるためのキャリアレンズ5と、ルーペ2をキャリアレンズ5に取り付けるための取付部3と、精密作業者の顔に装着するためのフレーム蔓部6と、から成る。ルーペ2は、キャリアレンズ5の表面に刳り抜いた開口に挿入されて取付部3にて固定されている。   As shown in FIG. 1, a general lens-fitting binocular loupe 10 includes a frame 1 having the same structure as that of glasses, a loupe 2 that is a binocular loupe body for enlarging an image to be worked, and a frame 1. A carrier lens 5 for attaching the loupe 2 to the carrier lens 5, an attachment portion 3 for attaching the loupe 2 to the carrier lens 5, and a frame vine portion 6 for mounting on the face of a precision worker. The loupe 2 is inserted into an opening cut out on the surface of the carrier lens 5 and is fixed by the mounting portion 3.

図2は、双眼ルーペ10を作業者が着用した状態を示す説明図である。双眼ルーペ10は、通常の眼鏡と同様に、フレーム1のフレーム蔓部6を、作業者の耳に掛けることにより顔面に着用することができる。   FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which the operator wears the binocular loupe 10. The binocular loupe 10 can be worn on the face by putting the frame vine portion 6 of the frame 1 on the ears of the operator, like normal glasses.

このような双眼ルーペ10は、特に、医療分野において用いられる場合には、人命に関わることから、作業者個々における瞳孔間距離や作業体勢に適合させたものであることが求められ、高精度の視認性を確保するためには、作業者の身体的特徴に応じて、以下の手順に沿って製作される。   Such a binocular loupe 10 is particularly relevant to human life when used in the medical field, and is therefore required to be adapted to the distance between the pupils and the working posture of each worker. In order to ensure the visibility, it is manufactured according to the following procedure according to the physical characteristics of the worker.

(1)作業者の顔の身体的特徴に適合したフレームの選定
フレーム蔓部6が作業者の側頭部にフィットしていると共に、フレーム蔓部6の曲状の先端部が耳に適切に掛かる。一組のキャリアレンズ5の間に設けられるノーズパッドが作業者の眉間と完全に接触している。
(1) Selection of a frame adapted to the physical characteristics of the operator's face The frame vine portion 6 fits the operator's temporal region, and the curved tip of the frame vine portion 6 is suitable for the ear. It takes. A nose pad provided between the pair of carrier lenses 5 is in complete contact with the operator's eyebrow.

(2)PDメーターによる瞳孔間距離の測定
瞳孔間距離を測定するには、PDメーターを用いて測定するのが一般的である(例えば、特許文献1を参照)。PDメーターは、一端に測定者用の見口、他方に被測定者が本体内部を見通す窓が設けられており、被測定者は、本体内部に映し出されている指標を注視するようこの窓に両眼を近づける。そして、測定者が、見口を覗きながら必要な操作を行って被測定者の左右の瞳孔を合致させたとき、PDメーターはそのときの像を光学的に読み取ることで、瞳孔間距離及び被測定者の鼻中央より左右の瞳孔中心までの距離を測定して表示する。
(2) Measurement of interpupillary distance using a PD meter To measure the interpupillary distance, it is common to use a PD meter (see, for example, Patent Document 1). The PD meter is provided with a window for the measurer at one end and a window through which the measured person sees the inside of the main body on the other side, and the measured person can see the index displayed inside the main body at this window. Bring both eyes closer. Then, when the measurer performs necessary operations while looking into the mouth and matches the left and right pupils of the subject, the PD meter optically reads the image at that time, thereby determining the distance between the pupils and the subject. The distance from the center of the measurer's nose to the center of the left and right pupils is measured and displayed.

一方、作業者(医師)が作業をしているときの体勢(手術時の体勢)は、図3で示すように、作業者は前傾姿勢を執りながら手にしている器具の先端(作業操作箇所P)を凝視している状態にある。図3において、作業者が掛けているフレームは、ルーペ2が未装着の状態で示されているが、作業者はルーペ2を通して作業操作箇所Pを拡大して観察している。そのため、ルーペ2をフレーム1に取り付ける際には、フレーム1のキャリアレンズ5の平面に対してルーペ2を垂直に取り付けるのではなく、上下方向では、図2で示すように下方(フレームの下縁側)に向けて傾斜しており、且つ水平方向では、図4で示すように内側(ノーズパッド側)に向けて傾斜している状態で取り付ける必要がある。   On the other hand, as shown in FIG. 3, the posture when the operator (doctor) is working (the posture at the time of operation) is the tip of the instrument (work operation) The point P) is in a state of staring. In FIG. 3, the frame on which the worker is hung is shown with the loupe 2 not attached, but the worker observes the work operation place P in an enlarged manner through the loupe 2. Therefore, when the loupe 2 is attached to the frame 1, the loupe 2 is not attached perpendicularly to the plane of the carrier lens 5 of the frame 1, but in the vertical direction, as shown in FIG. ) And in the horizontal direction, as shown in FIG. 4, it is necessary to be attached in a state of being inclined toward the inner side (the nose pad side).

このときの左右のルーペ2の内側に向けて取り付ける内側装着角度p1、p2は、PDメーターによって測定した鼻中央の中心線Lから左右両眼の瞳孔中心までの距離と焦点距離とから導き出される。   The inner mounting angles p1 and p2 attached toward the inside of the left and right loupes 2 at this time are derived from the distance from the center line L of the nose center measured by the PD meter to the pupil centers of the left and right eyes and the focal length.

(3)眼から作業操作箇所までの距離の測定
眼から作業操作箇所Pまでの距離の測定は、ルーペ2が未装着のフレーム1を着用した作業者に図3に示す作業体勢を再現してもらい、このときの作業操作箇所Pからフレーム蔓部6とフレーム1との接続部分までの距離を測定して行う。
(3) Measurement of the distance from the eye to the work operation place The measurement of the distance from the eye to the work operation place P is performed by reproducing the work posture shown in FIG. 3 to the worker wearing the frame 1 to which the loupe 2 is not attached. This is done by measuring the distance from the work operation point P at this time to the connection portion between the frame vine portion 6 and the frame 1.

この距離の測定を、図5で模式的に示すと、作業者がフレーム1を着用して手術を行うときの体勢での作業操作箇所Pからキャリアレンズ5までの距離Aと、キャリアレンズ5を通る鉛直線に直交する水平方向距離Bとをそれぞれメジャーを用いて実測する。そして、実測した距離A、Bからこの辺に挟まれた角度aを求める。   When the measurement of this distance is schematically shown in FIG. 5, the distance A from the operation position P to the carrier lens 5 in the posture when the operator wears the frame 1 and performs the operation, and the carrier lens 5 The horizontal distance B perpendicular to the vertical line passing through is measured using a measure. Then, an angle a sandwiched between the sides is obtained from the actually measured distances A and B.

一方、作業者が手術を行うときの体勢では、作業者の頭部の前傾によりフレーム1も前傾しており(図3)、この前傾角度sは、外科手術のような立ち姿勢での手術では25度、歯科手術のような座姿勢での手術では20度程度である。よって、製作しようとする双眼ルーペ10が用いられる手術に応じた25度又は20度の何れかの前傾角度sと、角度aとから、左右のルーペ2をキャリアレンズ5に取り付ける際の下向きの角度である下方装着角度r1、r2がそれぞれ導き出される。   On the other hand, in the posture when the operator performs an operation, the frame 1 is also tilted forward by the forward tilt of the operator's head (FIG. 3), and this forward tilt angle s is a standing posture like a surgical operation. This is 25 degrees for the surgery of 20 degrees, and about 20 degrees for the surgery in a sitting posture like dental surgery. Therefore, when the left and right loupes 2 are attached to the carrier lens 5 from the anteversion angle s of either 25 degrees or 20 degrees according to the operation in which the binocular loupe 10 to be manufactured is used and the angle a, The lower mounting angles r1 and r2, which are angles, are respectively derived.

(4)こうして、ルーペ2の内側装着角度p1、p2と下方装着角度r1、r2を決定すると、左右のキャリアレンズ5のそれぞれにおいて、測定した瞳孔間距離の測定で求めた左右両眼の瞳孔位置からルーペ2の取り付け位置を決めて開口し、この開口にルーペ2を内側装着角度p1、p2と下方装着角度r1、r2を保って嵌め込んで双眼ルーペ10を製作する。 (4) Thus, when the inner mounting angles p1 and p2 and the lower mounting angles r1 and r2 of the loupe 2 are determined, the left and right pupil positions obtained by measuring the interpupillary distance in each of the left and right carrier lenses 5 The binocular loupe 10 is manufactured by determining the mounting position of the loupe 2 and opening it, and fitting the loupe 2 into the opening while maintaining the inner mounting angles p1, p2 and the lower mounting angles r1, r2.

特開2000−14639号公報JP 2000-14639 A

しかし、従来から採用されている上記した双眼ルーペの製作方法は、作業操作箇所Pからキャリアレンズ5までの距離Aやキャリアレンズ5を通る鉛直線に直交する水平方向距離Bを実測するために精度に難点がある。そして、作業者が手術を行うときの前傾角度sについても、一般的な統計上の数値が採用されるために、作業者個々がそれぞれ作業しやすい前傾角度が反映されておらず、また実測したとしても上記の距離A、Bと同様に精度に問題がある。   However, the above-described binocular loupe manufacturing method that has been conventionally used is accurate in order to measure the distance A from the operation point P to the carrier lens 5 and the horizontal distance B perpendicular to the vertical line passing through the carrier lens 5. There are difficulties. Also, since the general statistical numerical value is adopted for the forward tilt angle s when the operator performs an operation, the forward tilt angle at which each worker can easily work is not reflected. Even if actually measured, there is a problem in accuracy as in the case of the distances A and B described above.

本発明は、上記した従来技術の課題に鑑み為されたものであり、個々の作業者による作業体勢に応じた取り付け角度にてルーペのキャリアレンズに取り付けることができる双眼ルーペの製作方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a method for producing a binocular loupe that can be attached to a carrier lens of a loupe at an attachment angle corresponding to the work posture of each worker. It is for the purpose.

このため、本発明による双眼ルーペの製作方法は、フレームに装着したキャリアレンズにルーペを取り付ける双眼ルーペの製作方法であって、(a)作業体勢を執って下方の作業操作箇所を凝視している状態での作業者の左右の眼球に赤外線を照射するステップと、(b)左右の眼球からの赤外線による反射光を一対の撮像素子によって受光するステップと、(c)前記撮像素子からの画像データを処理して両眼それぞれの視線方向を演算するステップと、(d)前記視線方向から左右の前記キャリアレンズ面にそれぞれ装着する前記ルーペの各内側装着角度pを決定するステップと、(e)前記視線方向から左右の前記キャリアレンズ面にそれぞれ装着する前記ルーペの下方装着角度rを決定するステップと、(f)前記下方装着角度rと、前記内側装着角度pとに基づいて左右の前記キャリアレンズ面に開口を形成し、前記開口に左右の前記ルーペを挿入して固定するステップと、の各ステップを有する。   Therefore, the binocular loupe manufacturing method according to the present invention is a binocular loupe manufacturing method in which a loupe is attached to a carrier lens mounted on a frame, and (a) a work posture is stared at a lower work operation location. Irradiating the left and right eyeballs of the worker in the state with infrared rays, (b) receiving reflected light from the left and right eyeballs with a pair of imaging elements, and (c) image data from the imaging elements And (d) determining each inner mounting angle p of the loupe to be mounted on each of the left and right carrier lens surfaces from the line-of-sight direction, and (e) Determining a lower mounting angle r of the loupe to be mounted on the left and right carrier lens surfaces from the line-of-sight direction, and (f) the lower mounting angle r, Said inner mounting angle on the basis of the p form an opening in the carrier lens surfaces of the right and left, having the steps of inserting and fixing the loupe of right and left in the opening, the steps of.

前記ステップ(e)において、前記フレームに取り付ける加速度センサーの前記作業体勢時における出力に基づき演算した前記フレームの前傾角度sを用いて、求めた前記下方装着角度rを補正するとよい。   In the step (e), the obtained downward mounting angle r may be corrected using the forward tilt angle s of the frame calculated based on the output of the acceleration sensor attached to the frame during the working posture.

前記ステップ(a)では、赤外線発光ダイオード又は赤外線を発光するストロボを用いて作業者の左右の眼球に赤外線を照射する。ここで、赤外線を発光するストロボとは、赤外線のみを発光するストロボには限定されず、可視光線及び赤外線をミックスして発光するストロボに赤外線だけを透過するフィルターを装着したものでもよい。   In the step (a), the left and right eyeballs of the worker are irradiated with infrared rays using an infrared light emitting diode or a strobe that emits infrared rays. Here, the strobe that emits infrared light is not limited to a strobe that emits only infrared light, and a strobe that emits light by mixing visible light and infrared light may be provided with a filter that transmits only the infrared light.

このとき、前記ステップ(c)における前記視線方向は、顔面に平行で水平の軸をXとし、顔面に平行で垂直な軸をYとしたとき、前記プルキニエ像の位置の瞳孔の中心点からのXの値とYの値とから演算することができる。 At this time, the line-of-sight direction in the step (c) is X from the horizontal axis parallel to the face and Y as the axis parallel to the face and perpendicular to the face from the center point of the pupil at the position of the Purkinje image. It can be calculated from the value of X and the value of Y.

また、前記ステップ(d)において、前記内側装着角度pは、角膜の曲率中心及び瞳孔の前記中心点間の寸法cと前記Xの値とで決定される。   In the step (d), the inner mounting angle p is determined by the dimension c between the center of curvature of the cornea and the center point of the pupil and the value of X.

そして、前記ステップ(e)において、前記下方装着角度rは、角膜の曲率中心及び瞳孔の前記中心点間の寸法cと前記Yの値とで決定される。   In the step (e), the lower mounting angle r is determined by the dimension c between the center of curvature of the cornea and the center point of the pupil and the value of Y.

さらに、前記キャリアレンズの左右それぞれの表面において右瞳孔及び左瞳孔に対応する位置を定めるステップ(g)を設けることで、前記ステップ(f)は、前記右瞳孔位置及び左瞳孔位置と、前記下方装着角度rと、前記内側装着角度pとに基づいて左右の前記キャリアレンズの表面に前記開口を形成する。 Further, by providing the step (g) determining the position corresponding to the Oite right pupil and the left pupil on each surface left of the carrier lens, said step (f) includes: the right pupil position and the left pupil position, The openings are formed on the surfaces of the left and right carrier lenses based on the lower mounting angle r and the inner mounting angle p.

そして、前記ステップ(g)では、前記作業操作箇所を凝視している状態での作業者の左右の眼球に前記作業操作箇所からストロボ光を照射し、前記ストロボ光の反射光を前記作業操作箇所に配置した撮像装置によって撮像し、前記撮像装置の撮像データから右瞳孔位置及び左瞳孔位置を特定することができる。この際、前記ステップ(g)では、前記撮像データにおいて前記フレームの中心点から左右側の予め設定された領域内において輝度が予め設定された閾値を超える所定範囲の面積を有し且つその周辺領域よりも所定倍数以上の輝度を有する箇所の中心点を求めることで右瞳孔位置及び左瞳孔位置を特定する。   In the step (g), the left and right eyeballs of the worker in a state of staring at the work operation place are irradiated with strobe light from the work operation place, and the reflected light of the strobe light is applied to the work operation place. It is possible to specify the right pupil position and the left pupil position from the imaging data of the imaging apparatus. At this time, in the step (g), the imaging data has an area in a predetermined range in which the luminance exceeds a preset threshold in a preset area on the left and right sides from the center point of the frame and its peripheral area In addition, the right pupil position and the left pupil position are specified by obtaining the center point of a location having a luminance of a predetermined multiple or more.

このとき、前記撮像装置は、ストロボ光照射装置を備え、前記撮像データをメモリ内に電子的に格納するデジタルカメラによって撮像するとよい。   At this time, the imaging device may include a strobe light irradiation device, and the imaging data may be captured by a digital camera that is electronically stored in a memory.

また、前記ルーペとしては、前記作業操作箇所を拡大する固定倍率又は倍率を所定の範囲で可変可能なズーム機能を有するものが好ましい。   The loupe preferably has a zoom function capable of changing a fixed magnification or magnification for enlarging the work operation portion within a predetermined range.

前記キャリアレンズは、前記作業者の視力調整用レンズである。そして、このキャリアレンズは、前記作業者が前記作業体勢を解除し前記作業操作箇所よりも上方遠方を見る時の立姿勢において、前記キャリアレンズを装着したフレームを着用した作業者による前記双眼ルーペを使用する前記立姿勢時における作業操作箇所からストロボ光を照射するステップと、前記作業者の瞳孔からの前記ストロボ光の反射光を前記作業操作箇所に配置された前記撮像装置によって撮影するステップと、前記撮像装置による正面の撮像データに基づいて、前記フレームの中心点からの前記作業者の右瞳孔位置及び左瞳孔位置を電子的に特定するステップと、前記作業者の右瞳孔位置及び左瞳孔位置に前記視力調整用レンズの中心が配置されるステップと、の各ステップを実施することで製作される。   The carrier lens is a lens for adjusting the visual acuity of the operator. And this carrier lens is the binocular loupe by the worker who wears the frame on which the carrier lens is mounted in the standing posture when the worker releases the working posture and looks farther above the work operation location. Irradiating the strobe light from the work operation location in the standing posture to be used, and photographing the reflected light of the strobe light from the pupil of the worker by the imaging device disposed in the work operation location; Electronically identifying the operator's right and left pupil positions from the center point of the frame based on front imaging data from the imaging device; and the operator's right and left pupil positions And a step in which the center of the eyesight adjusting lens is disposed.

また、前記ステップ(f)における前記左右のルーペを装着するための開口の形成は、NC加工機により切削加工して行われる。そして、前記ステップ(f)において前記左右のキャリアレンズに形成された前記開口に前記左右のルーペを取り付ける際、レーザー位置決め機によって前記下方装着角度r及び前記内側装着角度pで位置決めし、位置決めした状態で前記左右のルーペを前記左右のキャリアレンズに挿入して固定することで双眼ルーペが製作される。 The opening for mounting the left and right loupes in the step (f) is formed by cutting with an NC processing machine. When the left and right loupes are attached to the openings formed in the left and right carrier lenses in the step (f) , the laser positioning machine positions and positions the lower mounting angle r and the inner mounting angle p. The binocular loupe is manufactured by inserting and fixing the left and right loupes into the left and right carrier lenses.

本発明に係る双眼ルーペの製作方法によれば、作業体勢を再現している作業者の左右の眼球の視線方向からルーペをキャリアレンズ面に取り付ける内側装着角度と下方装着角度を計測するために、作業者毎に異なる作業体勢や身体的特徴を双眼ルーペの製作に簡単に反映させることができ、作業者に合致した拡大視野を提供することができる。   According to the manufacturing method of the binocular loupe according to the present invention, in order to measure the inner mounting angle and the lower mounting angle for attaching the loupe to the carrier lens surface from the line-of-sight direction of the left and right eyeballs of the worker who is reproducing the work posture, Different working postures and physical characteristics for each worker can be easily reflected in the production of a binocular loupe, and an enlarged field of view that matches the worker can be provided.

双眼ルーペの全体構成を説明する斜視図。The perspective view explaining the whole structure of a binocular loupe. 双眼ルーペを着用した状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state which wore binocular loupe. 作業者(被検者)が作業している状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state which the operator (examinee) is working. キャリアレンズにルーペを取り付けるときの内側装着角度について模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically about an inner mounting angle when attaching a loupe to a carrier lens. キャリアレンズにルーペを取り付けるときの下方装着角度について模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically about the downward mounting angle when attaching a loupe to a carrier lens. 眼球の動きを模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows the motion of an eyeball typically. 眼球の構成を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of an eyeball typically. キャリアレンズ面にルーペを取り付ける際の内側装着角度及び下方装着角度を計測するシステムを概略的に示す説明図。Explanatory drawing which shows schematically the system which measures the inner side mounting angle and downward mounting angle at the time of attaching a loupe to a carrier lens surface. 図8における視線方向計測装置の動作を説明するフローチャート。The flowchart explaining operation | movement of the gaze direction measuring apparatus in FIG. 図8におけるコンピュータによる内側装着角度の算出の原理を眼球の水平断面で示す模式図。The schematic diagram which shows the principle of calculation of the internal mounting angle by the computer in FIG. 8 in the horizontal cross section of an eyeball. 図8におけるコンピュータによる下方装着角度の算出の原理を眼球の垂直断面で示す模式図。The schematic diagram which shows the principle of calculation of the downward mounting angle by the computer in FIG. 8 with the vertical cross section of an eyeball. 図8におけるコンピュータの構成をブロックにより概略的に示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram schematically illustrating the configuration of the computer in FIG. 8 with blocks. 図12におけるカメラの構成をブロックにより概略的に示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the camera in FIG. 12 roughly with a block. 瞳孔位置の測定時において、カメラによりフレームを着用している被検者を撮影したときのモニター上の画面を概略的に示す説明図。Explanatory drawing which shows schematically the screen on a monitor when image | photographing the test subject who wears the flame | frame with a camera at the time of the measurement of a pupil position. 視力調整用のキャリアレンズの焦点距離の測定時において、カメラによりフレームを着用している被検者を撮影したときのモニター上の画面を概略的に示す説明図。Explanatory drawing which shows schematically the screen on a monitor when image | photographing the subject who is wearing the flame | frame with a camera at the time of the measurement of the focal distance of the carrier lens for visual acuity adjustment. 図8におけるアイカメラの具体例を示す図。The figure which shows the specific example of the eye camera in FIG.

以下、本発明に係る双眼ルーペの製作方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a binocular loupe according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[視線方向の検出]
双眼ルーペを製作するのに必要となる上記の内側装着角度p1、p2及び下方装着角度r1、r2は、製作する双眼ルーペ着用する作業者(被験者)に図3に示すような作業体勢を再現し作業対象箇所Pを凝視してもらい、このときの両眼それぞれの視線方向を計測することで検出される。
[Gaze direction detection]
The inner mounting angles p1 and p2 and the lower mounting angles r1 and r2 necessary for manufacturing the binocular loupe reproduce the work posture as shown in FIG. 3 for the worker (subject) wearing the binocular loupe to be manufactured. It is detected by having the work target point P stared and measuring the line-of-sight directions of both eyes at this time.

図6で示すように、眼球30の瞳孔43の中心点39(図10及び図11を参照)から、顔面に平行で水平な軸をX、顔面に平行で垂直な軸をYとすると、眼球30は視線方向の変化に応じてそれぞれX軸及びY軸に対して回転運動を行う。このとき、眼球30がX軸に対して回転したとき、眼球30を外部から観察すると黒目部分は上下に移動し、眼球がY軸に対して回転したとき、黒目部分は左右に移動する。よって、本発明に係わる双眼ルーペの製作方法は、眼球30のX、Y方向への移動による視線方向を検出することで、内側装着角度p1、p2及び下方装着角度r1、r2を測定する。視線方向を検出する装置としては種々のタイプのものが実用に供されているが、測定の簡便性を考えると非接触型の光学的に検出する装置が好ましい。   As shown in FIG. 6, from the center point 39 of the pupil 43 of the eyeball 30 (see FIGS. 10 and 11), if the horizontal axis parallel to the face is X and the vertical axis parallel to the face is Y, the eyeball 30 performs a rotational motion with respect to the X-axis and the Y-axis, respectively, according to the change in the line-of-sight direction. At this time, when the eyeball 30 rotates with respect to the X axis, the black eye portion moves up and down when the eyeball 30 is observed from the outside, and when the eyeball rotates with respect to the Y axis, the black eye portion moves left and right. Therefore, the binocular loupe manufacturing method according to the present invention measures the inner mounting angles p1 and p2 and the lower mounting angles r1 and r2 by detecting the line of sight due to the movement of the eyeball 30 in the X and Y directions. Various types of devices for detecting the line-of-sight direction have been put to practical use, but a non-contact type optical detection device is preferable in view of simplicity of measurement.

光学的に視線方向を検出する方法には、プルキニエ像を認識して行う方法がある。図7の模式図で示すように、眼球30は、強膜(白目)31と角膜(黒目)32があり、角膜32は、瞳孔43と虹彩34とから成っている。プルキニエ像とは、光を照射したとき角膜32に反射されて眼球30内に映る輝点像37である。図7(b)で示すように、眼球30においては、眼球30の回転中心33に対して角膜32は中心が偏心しており、瞳孔43の中心点39(図10及び図11を参照)と回転中心33を結ぶ線が視線Eとなる。眼球30の向きが変化すると、眼球30内に映るプルキニエ像37の位置が眼球30の向きに対応して移動する。よって、光源36から眼球30に赤外線を照射しカメラ35が捉える眼球画像から瞳孔43の中心点39と角膜反射点であるプルキニエ像37の位置座標を求めることで視線方向が検出できる。   As a method of optically detecting the direction of the line of sight, there is a method of recognizing a Purkinje image. As shown in the schematic diagram of FIG. 7, the eyeball 30 has a sclera (white eye) 31 and a cornea (black eye) 32, and the cornea 32 includes a pupil 43 and an iris 34. The Purkinje image is a bright spot image 37 reflected in the cornea 32 and reflected in the eyeball 30 when irradiated with light. As shown in FIG. 7B, in the eyeball 30, the cornea 32 is eccentric with respect to the rotation center 33 of the eyeball 30, and rotates with the center point 39 (see FIGS. 10 and 11) of the pupil 43. A line connecting the centers 33 is a line of sight E. When the direction of the eyeball 30 changes, the position of the Purkinje image 37 reflected in the eyeball 30 moves corresponding to the direction of the eyeball 30. Therefore, the line-of-sight direction can be detected by obtaining the position coordinates of the center point 39 of the pupil 43 and the Purkinje image 37 that is the corneal reflection point from the eyeball image that is emitted from the light source 36 to the eyeball 30 and captured by the camera 35.

図8は、視線方向計測システム40の構成を概略的に示すもので、左右の眼球位置にそれぞれ隣接して配置する赤外線発光ダイオード36A及び36Bと、赤外線の照射を受けて左右それぞれの眼球からの反射光を検出するCCD等の撮像素子を備えたアイカメラ35A及び35Bと、アイカメラ35A及び35Bの撮影画像から得られた両眼それぞれの画像データに基づき演算処理して両眼それぞれの視線方向を検出する視線方向計測装置41と、検出された視線方向を演算処理して内側装着角度p1、p2及び下方装着角度r1、r2を決定する処理装置42とから構成される。視線方向計測装置41は、瞳孔43の中心点39に対するプルキニエ像37のX−Yの位置座標を求めて両眼それぞれの視線方向を検出する。   FIG. 8 schematically shows the configuration of the eye gaze direction measuring system 40. The infrared light emitting diodes 36A and 36B are arranged adjacent to the left and right eyeball positions, respectively, and the infrared rays are irradiated from the left and right eyeballs. Eye cameras 35A and 35B equipped with an image sensor such as a CCD for detecting reflected light, and calculation processing based on the image data of both eyes obtained from the captured images of the eye cameras 35A and 35B, and the line-of-sight directions of both eyes And a processing device 42 that determines the inner mounting angles p1 and p2 and the lower mounting angles r1 and r2 by calculating the detected line-of-sight direction. The gaze direction measuring device 41 obtains the XY position coordinates of the Purkinje image 37 with respect to the center point 39 of the pupil 43 to detect the gaze direction of both eyes.

このとき、赤外線発光ダイオード36A(36B)とアイカメラ35A(35B)とは、視線方向測定時の撮像が行いやすいように一体に構成されたものを使用するとよい。例えば、図16で示すように、アイカメラ35A(35B)は本体が細長形状の円筒体で構成されており、前面にカメラレンズ50を中心にして周りに複数の赤外線発光ダイオード36A(36B)を環状に配置して成るタイプのカメラが好適である。このようなカメラは、携帯性がよく被験者の眼球を撮像するのに操作しやすく、更に、マイクロSDカード等のメモリカードに撮像データを記録するカメラであればなおよい。   At this time, the infrared light emitting diodes 36A (36B) and the eye camera 35A (35B) may be configured to be integrated so that it is easy to take an image when measuring the line-of-sight direction. For example, as shown in FIG. 16, the eye camera 35A (35B) has a body formed of an elongated cylindrical body, and a plurality of infrared light emitting diodes 36A (36B) are arranged around the camera lens 50 on the front surface. A camera of a type arranged in an annular shape is suitable. Such a camera may be any camera that has good portability and is easy to operate for imaging the eyeball of the subject, and that records imaging data on a memory card such as a micro SD card.

また、眼球30に赤外線を照射する光源36(図7)として、図8に示す構成例では赤外線発光ダイオード36A及び36Bを使用したが、赤外線ストロボを用いてもよい。更に、赤外線のみを発光する赤外線ストロボに限らず、可視光線及び赤外線をミックスして発光する一般的なストロボに赤外線だけを透過するフィルターを装着したものを光源36に用いてもよい。   Further, as the light source 36 (FIG. 7) for irradiating the eyeball 30 with infrared rays, the infrared light emitting diodes 36A and 36B are used in the configuration example shown in FIG. 8, but an infrared strobe may be used. Further, the light source 36 is not limited to an infrared strobe that emits only infrared light, but a general strobe that emits light by mixing visible light and infrared light and a filter that transmits only infrared light may be used as the light source 36.

視線方向計測装置41の動作を図9のフローチャートを用いて説明する。視線方向計測装置41は、まず処理S1にて赤外線発光ダイオード36A及び36Bを駆動して赤外線を照射し、次の処理S2でアイカメラ35A及び35Bから画像データを取り込む。   The operation of the gaze direction measuring device 41 will be described with reference to the flowchart of FIG. The line-of-sight measuring device 41 first drives the infrared light emitting diodes 36A and 36B to irradiate infrared rays in process S1, and takes in image data from the eye cameras 35A and 35B in the next process S2.

処理S3では、アイカメラ35A及び35Bからの画像データの平滑化を行ってノイズの影響を抑え、次の処理S4では、隣接する2点の輝度差が一定値以下の領域を連結してセグメント化を行う。   In process S3, the image data from the eye cameras 35A and 35B is smoothed to suppress the influence of noise, and in the next process S4, regions where the luminance difference between two adjacent points is equal to or less than a certain value are connected and segmented. I do.

処理S5では、セグメント化された領域の中から輪郭形状で判定して瞳孔領域を決定して瞳孔43の中心点39およびプルキニエ像37を検出する。この場合、アイカメラ35A及び35Bの光軸が赤外線発光ダイオード36A及び36Bの光軸が一致していると明瞳孔となり、視線方向計測装置41は、画像の明暗を利用した画像処理技術を利用して、眼球画像から明るい瞳孔43の中心点39と明るいプルキニエ像37を検出する。逆に、赤外線発光ダイオード36A及び36Bがアイカメラ35A及び35Bと離れた位置から眼球30に赤外線を照射していると暗瞳孔となり、眼球画像から暗い瞳孔43の中心点39と明るいプルキニエ像37を検出する。   In the process S5, the pupil region is determined by determining the contour shape from the segmented regions, and the center point 39 of the pupil 43 and the Purkinje image 37 are detected. In this case, when the optical axes of the eye cameras 35A and 35B are coincident with the optical axes of the infrared light emitting diodes 36A and 36B, a bright pupil is formed, and the gaze direction measuring device 41 uses an image processing technique using the contrast of the image. Thus, the center point 39 of the bright pupil 43 and the bright Purkinje image 37 are detected from the eyeball image. Conversely, when the infrared light emitting diodes 36A and 36B irradiate the eyeball 30 with infrared rays from a position away from the eye cameras 35A and 35B, a dark pupil is formed, and the center point 39 of the dark pupil 43 and the bright Purkinje image 37 are obtained from the eyeball image. To detect.

そして、処理S6で視線方向計測装置41は、瞳孔43の中心点39に対するプルキニエ像37のX、Yの位置座標を求める演算処理を行うことで、右眼及び左眼のそれぞれの視線方向を(X1、Y1)及び(X2、Y2)の座標を示す信号を出力する。   In step S6, the line-of-sight direction measuring device 41 performs calculation processing to obtain the X and Y position coordinates of the Purkinje image 37 with respect to the center point 39 of the pupil 43, thereby determining the line-of-sight directions of the right eye and the left eye ( A signal indicating the coordinates of (X1, Y1) and (X2, Y2) is output.

こうして、左右両眼の視線方向が検出されると、処理装置42は、処理S7にて視線方向計測装置41によって示される座標(X1、Y1)及び(X2、Y2)のデータから内側装着角度p1、p2及び下方装着角度r1、r2を演算する。   Thus, when the line-of-sight directions of both the left and right eyes are detected, the processing device 42 determines the inner mounting angle p1 from the data of the coordinates (X1, Y1) and (X2, Y2) indicated by the line-of-sight direction measurement device 41 in step S7. , P2 and lower mounting angles r1, r2.

内側装着角度p1、p2及び下方装着角度r1、r2の演算について説明する。図10は、眼球30の水平断面模式図で被験者が作業操作箇所Pを凝視したときの眼球30の水平方向の回転角度である内側装着角度p(p1、p2)を求める演算の基本的な原理を示している。図10(a)は眼球30が中央を見ている状態を模式図により示しており、眼球30の回転中心33、角膜32の曲率中心38、プルキニエ像37及び瞳孔43の中心点39は眼球の視線Eの線上に整列している。   The calculation of the inner mounting angles p1, p2 and the lower mounting angles r1, r2 will be described. FIG. 10 is a schematic horizontal cross-sectional view of the eyeball 30, and the basic principle of the calculation for obtaining the inner mounting angle p (p 1, p 2) that is the horizontal rotation angle of the eyeball 30 when the subject stares at the work operation place P. Is shown. FIG. 10A schematically shows a state in which the eyeball 30 is looking at the center. The rotation center 33 of the eyeball 30, the curvature center 38 of the cornea 32, the Purkinje image 37, and the center point 39 of the pupil 43 are the eyeballs. They are aligned on the line of sight line E.

そして、被験者が作業操作箇所Pを凝視すると、右眼であると眼球30は図10(b)で示すように左を見る方向に回転する。すなわち、視線Eは左方向にp度変位する。よって、プルキニエ像37と瞳孔43の中心点39との間に生じる変位量がプルキニエ像37のX−Y座標のX値に対応している。このとき、角膜32の曲率中心38と瞳孔43の中心点39との間の寸法をcとすると、眼球30に回転角度pは、
p=arcsin(X/c)
の数式で算出される。そして、この回転角度pが内側装着角度となる。
When the subject stares at the work operation place P, the eyeball 30 rotates in the direction of looking left as shown in FIG. That is, the line of sight E is displaced p degrees in the left direction. Therefore, the amount of displacement generated between the Purkinje image 37 and the center point 39 of the pupil 43 corresponds to the X value of the XY coordinates of the Purkinje image 37. At this time, if the dimension between the center of curvature 38 of the cornea 32 and the center point 39 of the pupil 43 is c, the rotation angle p of the eyeball 30 is
p = arcsin (X / c)
It is calculated by the following formula. This rotation angle p becomes the inner mounting angle.

よって、右眼におけるプルキニエ像の位置を(X1、Y1)とし、左眼におけるプルキニエ像37の位置を(X2、Y2)としたとき、内側装着角度p1、p2は、
p1=arcsin(X1/c)
p2=arcsin(X2/c)
の各数式によってそれぞれ求めることができる。
Therefore, when the position of the Purkinje image in the right eye is (X1, Y1) and the position of the Purkinje image 37 in the left eye is (X2, Y2), the inner mounting angles p1, p2 are
p1 = arcsin (X1 / c)
p2 = arcsin (X2 / c)
It can obtain | require each by each numerical formula.

次に、被験者が作業操作箇所Pを凝視したときの眼球30の上下方向の回転角度である下方装着角度r(r1又はr2)を求める数式を図11を用いて説明する。図11は眼球30の垂直断面模式図であるが、眼球30の回転中心33、角膜32の曲率中心38及び瞳孔43の中心点39の各条件は図10と同様である。そして、眼球30が中央を見ている状態では図11(a)で示すように、眼球30の回転中心33、角膜32の曲率中心38、プルキニエ像37及び瞳孔43の中心点39は眼球の視線Eの線上に整列している点も図10(a)と同様である。   Next, a mathematical expression for obtaining the lower mounting angle r (r1 or r2), which is the vertical rotation angle of the eyeball 30 when the subject stares at the work operation place P, will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic vertical sectional view of the eyeball 30. The conditions of the rotation center 33 of the eyeball 30, the center of curvature 38 of the cornea 32, and the center point 39 of the pupil 43 are the same as those in FIG. When the eyeball 30 is looking at the center, as shown in FIG. 11A, the rotation center 33 of the eyeball 30, the curvature center 38 of the cornea 32, the Purkinje image 37, and the center point 39 of the pupil 43 are the line of sight of the eyeball. The point aligned on the line E is the same as in FIG.

図11(b)は、被験者が作業操作箇所Pを凝視して眼球30が下方に回転した状態を示しており、視線Eは下方向にr度変位する。プルキニエ像37と瞳孔43の中心点39との間に生じる変位量がプルキニエ像37のX−Y座標のY値に対応している。このとき回転角度rは、
r=arcsin(Y/c)
の数式で算出される。そして、この回転角度rが下方装着角度となる。
FIG. 11B shows a state in which the subject stares at the work operation place P and the eyeball 30 rotates downward, and the line of sight E is displaced r degrees downward. The amount of displacement generated between the Purkinje image 37 and the center point 39 of the pupil 43 corresponds to the Y value of the XY coordinates of the Purkinje image 37. At this time, the rotation angle r is
r = arcsin (Y / c)
It is calculated by the following formula. And this rotation angle r becomes a downward mounting angle.

よって、左右両眼の下方装着角度r1、r2は、
r1=arcsin(Y1/c)
r2=arcsin(Y2/c)
の各数式でそれぞれ求めることができる。
Therefore, the lower mounting angles r1, r2 of the left and right eyes are
r1 = arcsin (Y1 / c)
r2 = arcsin (Y2 / c)
It can obtain | require each with each numerical formula.

視線方向を光学的に測定する別の方法としては、図8において、アイカメラ35A及び35Bを用いて眼球30の画像を取り込みと、画像の明暗を利用した画像処理技術を用いて、強膜(白目)と角膜(黒目)の光に対する反射率の差を利用して強膜と角膜の境目の変化から眼球の向きを検出することでも視線方向が検出される。   As another method for optically measuring the direction of the line of sight, in FIG. 8, the image of the eyeball 30 is captured using the eye cameras 35A and 35B, and the sclera ( The line-of-sight direction is also detected by detecting the direction of the eyeball from the change in the boundary between the sclera and the cornea using the difference in reflectance between the light of the white eye and the cornea (black eye).

ここで、被験者が作業操作箇所Pを凝視するときは、図3で説明したように前傾姿勢を執る傾向にあり、処理装置42が演算した下方装着角度r1、r2にこの前傾角度sの分も含まれていることもある。このような場合、下方装着角度r1、r2は、キャリアレンズ5の垂直面と直交する線に対しての下向きの角度以上の値を示すため、視線方向のY座標の値から求めた前傾角度sによって下方装着角度r1、r2を補正するとよい。   Here, when the subject stares at the work operation place P, as shown in FIG. 3, the subject tends to take a forward leaning posture, and the forward mounting angle r1 and r2 calculated by the processing device 42 are equal to the forward tilting angle s. Minutes may also be included. In such a case, the downward mounting angles r1 and r2 indicate a value equal to or greater than the downward angle with respect to a line orthogonal to the vertical plane of the carrier lens 5, and therefore the forward tilt angle obtained from the Y coordinate value in the line-of-sight direction The lower mounting angles r1 and r2 may be corrected by s.

前傾角度sを求めるには、加速度センサー(図示せず)を用いることができる。例えば、被験者が作業操作箇所Pを凝視するときに加速度センサーを装着したフレーム1を着用していると、被験者が前傾したとき加速度センサーはフレーム1の傾き角に応じた電圧を出力する。よって、処理装置42は、ステップS7(図9)の処理において、下方装着角度r1、r2を演算したとき、加速度センサーからの電圧信号に基づき前傾角度sを算出し、算出した前傾角度sに基づいて下方装着角度r1、r2を補正することができる。   An acceleration sensor (not shown) can be used to determine the forward tilt angle s. For example, if the subject wears the frame 1 equipped with the acceleration sensor when staring at the work operation place P, the acceleration sensor outputs a voltage corresponding to the inclination angle of the frame 1 when the subject tilts forward. Therefore, the processing device 42 calculates the forward tilt angle s based on the voltage signal from the acceleration sensor when the lower mounting angles r1 and r2 are calculated in the process of step S7 (FIG. 9), and the calculated forward tilt angle s. The lower mounting angles r1 and r2 can be corrected based on the above.

[瞳孔位置の特定]
左右のキャリアレンズ5のそれぞれの表面において右瞳孔及び左瞳孔に対応する位置を定めるには、被験者が装着した左右のキャリアレンズ5の表面で両眼が対応する位置に直接マーキングしてもよいが、コンピュータによってモニター画面上で瞳孔位置を特定することもできる。
[Identification of pupil position]
In order to determine the positions corresponding to the right pupil and the left pupil on the respective surfaces of the left and right carrier lenses 5, it is possible to directly mark the positions corresponding to both eyes on the surfaces of the left and right carrier lenses 5 worn by the subject. The pupil position can also be specified on the monitor screen by a computer.

図12は、製作する双眼ルーペ10の設計を支援するコンピュータ20の概略構成を示しており、このコンピュータ20によって瞳孔位置を特定する実施例を説明する。図12において、コンピュータ20は、中央制御部23と、種々の制御プログラムが記憶されているROM25と、モニター部21と、入力デバイス22と、カメラ11や処理装置42との間でデータ及び信号の授受を行うインターフェース24とを含んで構成される。中央制御部23は、ROM25に書き込まれている制御プログラムを実行することで、撮像制御部23a、瞳孔位置特定制御部23b及びキャリアレンズ測定制御部23c等として機能する。   FIG. 12 shows a schematic configuration of a computer 20 that supports the design of the binocular loupe 10 to be manufactured, and an embodiment in which the pupil position is specified by the computer 20 will be described. In FIG. 12, a computer 20 includes a central control unit 23, a ROM 25 in which various control programs are stored, a monitor unit 21, an input device 22, and data and signals between the camera 11 and the processing device 42. And an interface 24 for performing transmission and reception. The central control unit 23 functions as an imaging control unit 23a, a pupil position specifying control unit 23b, a carrier lens measurement control unit 23c, and the like by executing a control program written in the ROM 25.

カメラ11は、図13で示すように、制御部12、ストロボ光照射装置13、光学系14、撮像素子15、画像メモリ16及びコンピュータ20とデータ及び信号の授受を行うインターフェース17を含んで構成されるデジタルカメラである。   As shown in FIG. 13, the camera 11 includes a control unit 12, a strobe light irradiation device 13, an optical system 14, an image sensor 15, an image memory 16, and an interface 17 that exchanges data and signals with the computer 20. Digital camera.

制御部12は、カメラ11の各部を制御するプログラム記憶部と、このプログラムを実行するCPUとを備えている。制御部12の制御としては、コンピュータ20からの指示に伴う光学系14の撮像倍率やピント合わせ等の制御、画像メモリ16に対する画像の保存や読出し等の制御を行う。   The control unit 12 includes a program storage unit that controls each unit of the camera 11 and a CPU that executes the program. As control of the control unit 12, control such as imaging magnification and focusing of the optical system 14 according to an instruction from the computer 20, and control such as saving and reading of an image with respect to the image memory 16 are performed.

カメラ11を用いた瞳孔位置の特定について具体的に説明する。瞳孔位置の特定は、コンピュータ20がカメラ11を作動して行うが、このとき、中央制御部23はカメラ11を制御して、フレーム1を着用した作業者の両眼にズームし、フレーム1の中心点O(図4)に焦点距離を合わせる。よって、カメラ11はコンピュータ20からの指示により、光学系14が捉えて撮像素子15により電気信号に変換された画像信号をコンピュータ20に出力している。そして、コンピュータ20が、この画像をモニター部21に表示することで、双眼ルーペの製作者は、カメラ11が捉える画像の範囲や位置合わせ等の調整を入力デバイス22から指示することができ、コンピュータ20はこの調整指示の内容に従ってカメラ11による撮影画像を調整する。   The specification of the pupil position using the camera 11 will be specifically described. The pupil position is specified by the computer 20 operating the camera 11. At this time, the central control unit 23 controls the camera 11 to zoom in on both eyes of the worker wearing the frame 1. The focal length is adjusted to the center point O (FIG. 4). Therefore, the camera 11 outputs an image signal captured by the optical system 14 and converted into an electrical signal by the image sensor 15 to the computer 20 in accordance with an instruction from the computer 20. The computer 20 displays this image on the monitor unit 21 so that the binocular loupe producer can instruct the input device 22 to adjust the range and position of the image captured by the camera 11. 20 adjusts an image taken by the camera 11 in accordance with the contents of the adjustment instruction.

そして、カメラ11は、双眼ルーペの製作者の指示の下でコンピュータ20から送られる撮像指令に応答して、ストロボ光照射装置13からストロボ光を照射させ撮影を行う。これにより、カメラ11の撮像素子15は、光学系14からの撮影光を電気信号に変換して出力し、制御部12は、この撮像データを画像メモリ16に保存する。   Then, the camera 11 performs shooting by irradiating the strobe light from the strobe light irradiation device 13 in response to an imaging command sent from the computer 20 under the direction of the binocular loupe manufacturer. Thereby, the imaging device 15 of the camera 11 converts the imaging light from the optical system 14 into an electrical signal and outputs the electrical signal, and the control unit 12 stores the imaging data in the image memory 16.

そして、コンピュータ20の中央制御部23は、カメラ11の画像メモリ16に保存した撮像データを読み出してモニター部21に表示する。ストロボ光によって撮影を行うと左右両眼の瞳孔が光を反射し、撮像データの中でもこの部分の輝度は高くなる。   Then, the central control unit 23 of the computer 20 reads the image data stored in the image memory 16 of the camera 11 and displays it on the monitor unit 21. When photographing with strobe light, the pupils of the left and right eyes reflect the light, and the brightness of this portion of the image data increases.

図14は、このときのモニター部21上の画面を表示している。中央制御部23は、フレームの中心点Oから左右側の予め設定された撮像データの領域内において各画素を走査し、輝度が予め設定された閾値を超える領域を検出する。そして、この閾値を超えている領域が所定範囲の面積を有して、且つその周辺領域よりも所定倍数以上の輝度を有する箇所の中心点p11、p12を求める演算処理を行うことで、作業者の右瞳孔位置(XR1、YR1)及び左瞳孔位置(XL1、YL1)を電子的に特定する。 FIG. 14 shows a screen on the monitor unit 21 at this time. The central control unit 23 scans each pixel in a predetermined imaging data area on the left and right sides from the center point O of the frame, and detects an area where the luminance exceeds a predetermined threshold value. Then, by performing arithmetic processing for obtaining the center points p11 and p12 of a portion where the area exceeding the threshold has a predetermined range area and having a luminance more than a predetermined multiple than the surrounding area, the operator Right pupil position (X R1 , Y R1 ) and left pupil position (X L1 , Y L1 ) are electronically specified.

このように中央制御部23が画像素子の輝度を演算により走査して、作業者の右瞳孔位置(XR1、YR1)及び左瞳孔位置(XL1、YL1)を特定する画像処理の方法以外にも、製作者がモニター部21の表示している画像から右の瞳孔位置p11及び左の瞳孔位置p12を入力デバイス22のマウス等によって直接ポイントアウトすることで、中央制御部23はポイントアウトされた位置を演算して、右瞳孔位置(XR1、YR1)及び左瞳孔位置(XL1、YL1)を電子的に特定するようにしても良い。 In this way, the central control unit 23 scans the luminance of the image element by calculation to specify the right pupil position (X R1 , Y R1 ) and the left pupil position (X L1 , Y L1 ) of the operator. In addition to this, the manufacturer directly points out the right pupil position p11 and the left pupil position p12 from the image displayed on the monitor unit 21 by using the mouse of the input device 22, etc. The right position (X R1 , Y R1 ) and the left pupil position (X L1 , Y L1 ) may be electronically specified by calculating the determined position.

コンピュータ20は、ルーペ2を通して被検者が作業操作箇所Pを凝視する際の右瞳孔位置(XR1、YR1)及び左瞳孔位置(XL1、YL1)を電子的に特定すると、処理装置42から送られてくる内側装着角度p1、p2及び下方装着角度r1、r2とに基づき製作する双眼ルーペ10の仕様を決定し、モニター部21に表示する。 When the computer 20 electronically specifies the right pupil position (X R1 , Y R1 ) and the left pupil position (X L1 , Y L1 ) when the subject stares at the work operation place P through the loupe 2, the processing device The specifications of the binocular loupe 10 to be manufactured are determined based on the inner mounting angles p1 and p2 and the lower mounting angles r1 and r2 sent from the camera 42 and displayed on the monitor unit 21.

[キャリアレンズの製作]
キャリアレンズ5は、作業者の近視や遠視などの視力を調整するレンズであり、遠近両用の二重焦点レンズでも良い。なお、視力の調整が必要のない作業者には、素通しのレンズが使用される。
[Production of carrier lens]
The carrier lens 5 is a lens that adjusts visual acuity such as myopia and hyperopia of an operator, and may be a bifocal lens for both near and far. A transparent lens is used for an operator who does not need to adjust visual acuity.

キャリアレンズ5は、ルーペ2が取り付けられる前に、すなわち、被験者がフレーム1を選択したときに製作される。このとき、被験者が視力の調整が必要な場合、作業者の顔面にストロボ光を当てることによりレンズの焦点距離を測定することができる。   The carrier lens 5 is manufactured before the loupe 2 is attached, that is, when the subject selects the frame 1. At this time, when the subject needs to adjust his or her visual acuity, the focal length of the lens can be measured by applying strobe light to the face of the operator.

この場合、中央制御部23はカメラ11を制御して、被験者の顔面にストロボ光を当てて撮影するのは、上記した瞳孔位置の特定のときと同じである。しかし、このとき被検者には、作業体勢ではなく自然体による立姿勢で作業操作箇所Pよりも上方の水平方向で遠方を見てもらい、フレーム1を着用した作業者の両眼にズームして、フレーム1の中心点Oに焦点距離を合わせる。そして、作業操作箇所Pにあるカメラ11は、コンピュータ20からの指示により、光学系14が捉えて撮像素子15により電気信号に変換された画像信号をコンピュータ20に出力する。コンピュータ20が、この画像をモニター部21の画面上に表示し、双眼ルーペの製作者は撮影画像の範囲や位置合わせ等の調整を入力デバイス22から指示することができ、コンピュータ20はこの調整指示の内容に従ってカメラ11を制御する。   In this case, the central control unit 23 controls the camera 11 to shoot with a strobe light on the subject's face in the same manner as when the pupil position is specified. However, at this time, the subject is asked to look far away in the horizontal direction above the work operation position P in a standing posture by a natural body instead of the work posture, and zooms to both eyes of the worker wearing the frame 1. The focal length is adjusted to the center point O of the frame 1. Then, the camera 11 at the work operation location P outputs an image signal captured by the optical system 14 and converted into an electrical signal by the imaging device 15 to the computer 20 in accordance with an instruction from the computer 20. The computer 20 displays this image on the screen of the monitor unit 21, and the producer of the binocular loupe can instruct the input device 22 to make adjustments such as the range and alignment of the photographed image. The camera 11 is controlled according to the contents of

そして、カメラ11は、コンピュータ20から送られる撮像指令に応答して、ストロボ光照射装置13からストロボ光を照射させて撮影を行う。そして、カメラ11の撮像素子15は、光学系14からの撮影光を電気信号に変換して出力し、制御部12は、この撮像データを画像メモリ16に保存する。   Then, in response to the imaging command sent from the computer 20, the camera 11 performs shooting by irradiating the strobe light irradiation device 13 with the strobe light. The imaging device 15 of the camera 11 converts the photographic light from the optical system 14 into an electrical signal and outputs the electrical signal, and the control unit 12 stores the captured data in the image memory 16.

コンピュータ20の中央制御部23は、カメラ11の画像メモリ16に保存した撮像データを読み出してモニター部21に表示する。前述したように、ストロボ光にて撮影を行うと左右両眼の瞳孔位置は周辺の部分と比べて輝度が高くなり、モニター部21は図13に示す画像を表示する。   The central control unit 23 of the computer 20 reads the image data stored in the image memory 16 of the camera 11 and displays it on the monitor unit 21. As described above, when photographing with strobe light, the pupil positions of the left and right eyes are higher in brightness than the surrounding portions, and the monitor unit 21 displays the image shown in FIG.

よって、中央制御部23は、フレーム1の中心点Oから左右側の予め設定された撮像データの領域内において各画素を走査し、輝度が予め設定された閾値を超える領域を検出する。そして、この閾値を超えている領域が所定範囲の面積を有して、且つその周辺領域よりも所定倍数以上の輝度を有する箇所の中心点p13、p14を求める演算処理を行うことで、作業者の右瞳孔位置(XR2、YL2)及び左瞳孔位置(XL2、YL2)を電子的に特定する。 Therefore, the central control unit 23 scans each pixel within a predetermined imaging data area on the left and right sides from the center point O of the frame 1 and detects an area where the luminance exceeds a predetermined threshold value. Then, by performing arithmetic processing for obtaining the center points p13 and p14 of a portion where the area exceeding the threshold has a predetermined range area and having a luminance more than a predetermined multiple than the surrounding area, the operator Right pupil position (X R2 , Y L2 ) and left pupil position (X L2 , Y L2 ) are electronically specified.

また画像処理の方法以外にも、上記したように、製作者がモニター部21の表示している画像から右の瞳孔位置p13及び左の瞳孔位置p14を入力デバイス22のマウス等によって直接ポイントアウトすることで、中央制御部23は右瞳孔位置(XR2、YL2)及び左瞳孔位置(XL2、YL2)を電子的に特定することもできる。 In addition to the image processing method, as described above, the producer directly points out the right pupil position p13 and the left pupil position p14 from the image displayed on the monitor unit 21 by the mouse of the input device 22 or the like. Thus, the central control unit 23 can also electronically specify the right pupil position (X R2 , Y L2 ) and the left pupil position (X L2 , Y L2 ).

そして、製作者は、被験者の右瞳孔位置(XR2、YL2)及び左瞳孔位置(XL2、YL2)に視力調整用レンズの中心が合うように左右のキャリアレンズ5を加工する。こうした作業者の視力調整が可能なキャリアレンズ5を有した双眼ルーペを使用すれば、作業時には作業者はルーペ2を通して作業箇所における精密部分を拡大して凝視することができ、作業体勢を解除して自然体のときはキャリアレンズ5を通して矯正された視界を確保できるために、作業の準備や周囲の人との作業についての打ち合わせ等において、その都度、双眼ルーペを外して眼鏡に掛け替える手間がなくなる。 Then, the manufacturer processes the left and right carrier lenses 5 so that the center of the eyesight adjustment lens is aligned with the right pupil position (X R2 , Y L2 ) and the left pupil position (X L2 , Y L2 ) of the subject. If the binocular loupe having the carrier lens 5 capable of adjusting the visual acuity of the worker is used, the worker can zoom in on a precise portion of the work place through the loupe 2 and stare at the work, and the work posture is released. Since it is possible to secure a corrected field of view through the carrier lens 5 when it is a natural body, there is no need to remove the binocular loupe and change it to glasses each time in preparation for work or meetings with people around it. .

[キャリアレンズへのルーペの取り付け]
キャリアレンズ5が決まると、NC加工機(図示せず)に下方装着角度r1、r2及び内側装着角度p1、p2と、右瞳孔位置(XR1、YR1)及び左瞳孔位置(XL1、YL1)のデータを入力することで、NC加工機は切削加工のプログラムに従ってこれらのデータに基づきキャリアレンズ5の表面からルーペ2の挿入部分を刳り抜いて開口部を形成する。この場合、双眼ルーペ10の設計を支援するコンピュータ20を利用して、下方装着角度r1、r2及び内側装着角度p1、p2と、右瞳孔位置(XR1、YR1)及び左瞳孔位置(XL1、YL1)のデータをNC加工機に送信してもよい。また、コンピュータ20がNC加工機を直接制御して開口部を形成することもできる。
[Attaching the loupe to the carrier lens]
When the carrier lens 5 is determined, the NC processing machine (not shown) is attached to the lower mounting angles r1, r2 and the inner mounting angles p1, p2, the right pupil position (X R1 , Y R1 ), and the left pupil position (X L1 , Y By inputting the data of L1 ), the NC machine cuts out the insertion portion of the loupe 2 from the surface of the carrier lens 5 based on these data in accordance with the cutting program to form an opening. In this case, using the computer 20 that supports the design of the binocular loupe 10, the lower mounting angles r1, r2 and the inner mounting angles p1, p2, the right pupil position (X R1 , Y R1 ), and the left pupil position (X L1). , Y L1 ) data may be transmitted to the NC processing machine. Further, the computer 20 can directly control the NC processing machine to form the opening.

そして、開口部の形成後、ルーペ2を開口部からキャリアレンズ5に挿入し、レーザー位置決め機(図示せず)によって、下方装着角度r1、r2及び内側装着角度p1、p2の調整を行い取付部3(図1)によりルーペ2をキャリアレンズ5に固定する。ルーペ2は、作業操作箇所Pを拡大する固定倍率又は倍率を所定の範囲で可変可能なズーム機能を有するものを使用すれば、実用性の高い双眼ルーペとすることができる。   After the opening is formed, the loupe 2 is inserted into the carrier lens 5 through the opening, and the lower mounting angles r1 and r2 and the inner mounting angles p1 and p2 are adjusted by a laser positioning machine (not shown). The loupe 2 is fixed to the carrier lens 5 by 3 (FIG. 1). The loupe 2 can be a highly practical binocular loupe by using a magnifying lens having a zoom function capable of changing a fixed magnification or magnification within a predetermined range to enlarge the work operation place P.

取付部3は、ルーペ2を固定するアダプターと、キャリアレンズ5を挟んだ状態でこのアダプターを締め付けるリングとから成り、アダプターは、ルーペ2をキャリアレンズ5面に対して下方装着角度r1、r2及び内側装着角度p1、p2で保持して固定するように構成されている。また、ルーペ2をキャリアレンズ5に固定するには、ルーペ2を下方装着角度r1、r2及び内側装着角度p1、p2を維持した状態で開口部に嵌め込み接着材にて接着する方法がある。   The mounting portion 3 is composed of an adapter for fixing the loupe 2 and a ring for tightening the adapter with the carrier lens 5 sandwiched between them, and the adapter is configured to attach the loupe 2 to the carrier lens 5 surface at lower mounting angles r1, r2 and It is configured to be held and fixed at the inner mounting angles p1 and p2. Further, in order to fix the loupe 2 to the carrier lens 5, there is a method in which the loupe 2 is fitted into the opening and adhered with an adhesive while maintaining the lower mounting angles r1, r2 and the inner mounting angles p1, p2.

本発明は、医療手術や精密作業の際に使用される双眼ルーペであって、キャリアレンズにルーペを取り付ける際に、作業者個々の特徴に応じた角度で取り付けることができる双眼ルーペの製作方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。   The present invention relates to a binocular loupe used in medical surgery or precision work, and a method for producing a binocular loupe that can be attached at an angle according to the characteristics of each operator when the loupe is attached to a carrier lens. And has industrial applicability.

1 フレーム
2 ルーペ
5 キャリアレンズ
10 双眼ルーペ
11 カメラ(撮像装置)
13 視線方向検出装置
18 ストロボ光照射装置
35(35A、35B) アイカメラ
36(36A、36B) 赤外線発光ダイオード
P 作業操作箇所
p ルーペの内側装着角度
r ルーペの下方装着角度
1 frame 2 loupe 5 carrier lens 10 binocular loupe 11 camera (imaging device)
13 Gaze direction detection device 18 Strobe light irradiation device 35 (35A, 35B) Eye camera 36 (36A, 36B) Infrared light emitting diode P Work operation location p Inside mounting angle of loupe r Downward mounting angle of loupe

Claims (16)

フレームに装着したキャリアレンズにルーペを取り付ける双眼ルーペの製作方法であって、
(a)作業体勢を執って下方の作業操作箇所を凝視している状態での作業者の左右の眼球に赤外線を照射するステップと、
(b)左右の眼球からの赤外線による反射光を一対の撮像素子によって受光するステップと、
(c)前記撮像素子からの画像データを処理して両眼それぞれの視線方向を演算するステップと、
(d)前記視線方向から左右の前記キャリアレンズ面にそれぞれ装着する前記ルーペの各内側装着角度pを決定するステップと、
(e)前記視線方向から左右の前記キャリアレンズ面にそれぞれ装着する前記ルーペの下方装着角度rを決定するステップと、
(f)前記下方装着角度rと、前記内側装着角度pとに基づいて左右の前記キャリアレンズ面に開口を形成し、前記開口に左右の前記ルーペを挿入して固定するステップと、の各ステップを有することを特徴とする双眼ルーペの製作方法。
A binocular loupe manufacturing method for attaching a loupe to a carrier lens mounted on a frame,
(A) irradiating infrared rays to the left and right eyeballs of a worker in a state of staring at a work operation position below the work posture;
(B) receiving reflected light by infrared rays from the left and right eyeballs by a pair of imaging elements;
(C) processing image data from the image sensor to calculate the line-of-sight directions of both eyes;
(D) determining each inner mounting angle p of the loupe to be mounted on the left and right carrier lens surfaces from the line-of-sight direction;
(E) determining a downward mounting angle r of the loupe to be mounted on each of the left and right carrier lens surfaces from the line-of-sight direction;
(F) Steps of forming openings in the left and right carrier lens surfaces based on the lower mounting angle r and the inner mounting angle p, and inserting and fixing the left and right loupes in the openings. A method for producing a binocular loupe, comprising:
前記ステップ(a)では、赤外線発光ダイオード又は赤外線を発光するストロボを用いて作業者の左右の眼球に赤外線を照射することを特徴とする請求項1に記載の双眼ルーペの製作方法。   2. The method for producing a binocular loupe according to claim 1, wherein in step (a), the left and right eyeballs of the worker are irradiated with infrared rays using an infrared light emitting diode or a strobe that emits infrared rays. 前記ステップ(c)における前記視線方向は、前記画像データに含まれているプルキニエ像の位置から演算することを特徴とする請求項1に記載の双眼ルーペの製作方法。   The binocular loupe manufacturing method according to claim 1, wherein the line-of-sight direction in the step (c) is calculated from a position of a Purkinje image included in the image data. 前記ステップ(c)における前記視線方向は、顔面に平行で水平の軸をXとし、顔面に平行で垂直な軸をYとしたとき、前記プルキニエ像の位置の瞳孔の中心点からのXの値とYの値とから演算することを特徴とする請求項3に記載の双眼ルーペの製作方法。 The line-of-sight direction in the step (c) is a value of X from the center point of the pupil at the position of the Purkinje image , where X is a horizontal axis parallel to the face and Y is an axis parallel to the face and perpendicular to the face. The method of manufacturing a binocular loupe according to claim 3, wherein the calculation is performed from the values of Y and Y. 前記ステップ(d)において、前記内側装着角度pは、角膜の曲率中心及び瞳孔の前記中心点間の寸法cと前記Xの値とで決定することを特徴とする請求項4に記載の双眼ルーペの製作方法。   5. The binocular loupe according to claim 4, wherein in the step (d), the inner mounting angle p is determined by a dimension c between the center of curvature of the cornea and the center point of the pupil and the value of X. 6. How to make. 前記ステップ(e)において、前記下方装着角度rは、角膜の曲率中心及び瞳孔の前記中心点間の寸法cと前記Yの値とで決定することを特徴とする請求項4に記載の双眼ルーペの製作方法。   5. The binocular loupe according to claim 4, wherein, in the step (e), the lower mounting angle r is determined by a dimension c between the center of curvature of the cornea and the center point of the pupil and the Y value. How to make. 前記ステップ(e)において、加速度センサーを取り付けた前記フレームを着用した作業者による前記作業体勢時における前記加速度センサーの出力に基づき前記フレームの前傾角度sを演算し、前記前傾角度sを用いて前記下方装着角度rを補正することを特徴とする請求項1又は6に記載の双眼ルーペの製作方法。   In the step (e), a forward tilt angle s of the frame is calculated based on an output of the acceleration sensor during the work posture by an operator wearing the frame with the acceleration sensor, and the forward tilt angle s is used. The binocular loupe manufacturing method according to claim 1 or 6, wherein the downward mounting angle r is corrected. 前記キャリアレンズの左右それぞれの表面において右瞳孔及び左瞳孔に対応する位置を定めるステップ(g)をさらに含み、前記ステップ(f)は、前記右瞳孔位置及び左瞳孔位置と、前記下方装着角度rと、前記内側装着角度pとに基づいて左右の前記キャリアレンズの表面に前記開口を形成することを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の双眼ルーペの製作方法。 Wherein further comprising the step (g) determining the position corresponding to the Oite right pupil and the left pupil on each surface left and right carrier lens, said step (f) includes: the right pupil position and the left pupil position, the lower mounting The binocular loupe manufacturing method according to any one of claims 1 to 7, wherein the openings are formed on the surfaces of the left and right carrier lenses based on the angle r and the inner mounting angle p. 前記ステップ(g)は、前記作業操作箇所を凝視している状態での前記作業者の左右の眼球に前記作業操作箇所からストロボ光を照射し、前記ストロボ光の反射光を前記作業操作箇所に配置した撮像装置によって撮像し、前記撮像装置の撮像データから右瞳孔位置及び左瞳孔位置を特定することを特徴とする請求項8に記載の双眼ルーペの製作方法。   The step (g) irradiates the left and right eyeballs of the operator with the strobe light from the work operation place while staring at the work operation place, and the reflected light of the strobe light is applied to the work operation place. The method for producing a binocular loupe according to claim 8, wherein an image is picked up by a placed image pickup device, and a right pupil position and a left pupil position are specified from image pickup data of the image pickup device. 前記ステップ(g)は、前記撮像データにおいて前記フレームの中心点から左右側の予め設定された領域内において輝度が予め設定された閾値を超える所定範囲の面積を有し且つその周辺領域よりも所定倍数以上の輝度を有する箇所の中心点を求めることで右瞳孔位置及び左瞳孔位置を特定することを特徴とする請求項9に記載の双眼ルーペの製作方法。   The step (g) has an area in a predetermined range in which luminance exceeds a predetermined threshold in a predetermined area on the left and right sides from the center point of the frame in the imaging data, and is more predetermined than the surrounding area. 10. The method for manufacturing a binocular loupe according to claim 9, wherein the right pupil position and the left pupil position are specified by obtaining a center point of a portion having a luminance of a multiple or more. 前記撮像装置は、ストロボ光照射装置を備え、前記撮像データをメモリ内に電子的に格納するデジタルカメラであることを特徴とする請求項9に記載の双眼ルーペの製作方法。   The binocular loupe manufacturing method according to claim 9, wherein the imaging device is a digital camera including a strobe light irradiation device and electronically storing the imaging data in a memory. 前記ルーペは、前記作業操作箇所を拡大する固定倍率又は倍率を所定の範囲で可変可能なズーム機能を有する特徴とする請求項1に記載の双眼ルーペの製作方法。   The binocular loupe manufacturing method according to claim 1, wherein the loupe has a zoom function capable of changing a fixed magnification or magnification for enlarging the work operation portion within a predetermined range. 前記キャリアレンズは、前記作業者の視力調整用レンズである請求項1に記載の双眼ルーペの製作方法。   The binocular loupe manufacturing method according to claim 1, wherein the carrier lens is a lens for adjusting the visual acuity of the operator. 前記作業者が前記作業体勢を解除し前記作業操作箇所よりも上方遠方を見る時の立姿勢において、
前記キャリアレンズを装着したフレームを着用した前記作業者による前記双眼ルーペを使用する前記立姿勢時における作業操作箇所からストロボ光を照射するステップと、
前記作業者の瞳孔からの前記ストロボ光の反射光を前記作業操作箇所に配置された撮像装置によって撮影するステップと、
前記撮像装置による正面の撮像データに基づいて、前記フレームの中心点からの前記作業者の右瞳孔位置及び左瞳孔位置を電子的に特定するステップと、
前記作業者の右瞳孔位置及び左瞳孔位置に前記視力調整用レンズの中心が配置されるステップと、
の各ステップを有し、これにより前記キャリアレンズを製作することを含む請求項13に記載の双眼ルーペの製作方法。
In the standing posture when the worker releases the working posture and looks farther upward than the work operation location,
Irradiating strobe light from a work operation location in the standing posture using the binocular loupe by the worker wearing the frame with the carrier lens; and
Photographing the reflected light of the strobe light from the operator's pupil with an imaging device disposed at the work operation location;
Electronically identifying the right and left pupil positions of the operator from the center point of the frame, based on front imaging data from the imaging device;
The center of the eyesight adjustment lens is disposed at the right pupil position and the left pupil position of the operator;
The method of manufacturing a binocular loupe according to claim 13, comprising manufacturing the carrier lens.
前記ステップ(f)における前記左右のルーペを装着するための開口の形成は、NC加工機により切削加工して行われることを特徴とする請求項1に記載の双眼ルーペの製作方法。   The method for manufacturing a binocular loupe according to claim 1, wherein the formation of the opening for mounting the left and right loupes in the step (f) is performed by cutting with an NC processing machine. 前記ステップ(f)において前記左右のキャリアレンズに形成された前記開口に前記左右のルーペを取り付ける際、レーザー位置決め機によって前記下方装着角度r及び前記内側装着角度pで位置決めし、位置決めした状態で前記左右のルーペを前記左右のキャリアレンズに挿入して固定することを特徴とする請求項15に記載の双眼ルーペの製作方法。 When attaching the left and right loupes to the openings formed in the left and right carrier lenses in the step (f) , the laser positioning machine is positioned at the lower mounting angle r and the inner mounting angle p, and the positioning is performed in the state where the positioning is performed. The binocular loupe manufacturing method according to claim 15, wherein the left and right loupes are inserted and fixed to the left and right carrier lenses.
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