JP6422954B2 - 焦点距離の調節 - Google Patents

Description

本発明は、一対の可変焦点距離レンズを備えるメガネ（一組のメガネ）及び、かかるメガネにおいて一対の可変焦点距離レンズを制御し、較正する方法に関する。

可変焦点距離レンズを持つメガネは、例えば老眼への対応にとって有用である。この症状は、近くの物体に焦点を合わせる眼の能力の低下を示す中年に発症して、人に影響を与え始める。症状は進行性であるので、多くの人は、歳を取るにつれ、容易に読めるようにするために視力矯正が必要になる。事が面倒なのは、視力に必要な矯正は年々悪化する可能性があり、その結果、年を経るとともに何度もメガネを交換せねばならなくなることである。この症状は、それ以外については良好な視力を有し、遠見視力に対する矯正を何ら必要としない人によく起こる。老眼の人に必要な追加球面屈折力（球面度数）は、各自の年齢及び作動距離（そのときの対象物までの距離）にも依存する。例えば、本は、通常はコンピュータモニターまでの視距離よりも近くに置かれ、老眼の人にとって明瞭な画像を形成するために、程度の異なる追加球面屈折力が必要になるかもしれない。

老眼は、多くの場合、近視やその他の視覚障害と複合することが多く、遠視及び近視に対する様々な処方が必要になる。例えば、近視の人は、一般的な視力に対してマイナス５ジオプトリに加えて、読書などの近い作業に応じるために追加のプラス２ジオプトリの球面屈折力を必要とすることがある。この追加のプラス２ジオプトリは、読書で焦点を合わせることができない眼の能力を補償する。快適にテレビを見たりコンピュータモニタで作業したりすることができるように、僅かに小さい追加球面屈折力が必要となるかもしれない。可変焦点距離レンズを用いることにより、ユーザーが近い作業に集中しているときに焦点距離を変えられるようにして老眼に対処することができる。

可変焦点距離レンズを有するメガネは、ユーザーが必要に応じてレンズの焦点距離を調節できるようにする調節機構も備えている。しかし、この強いて行う調節はユーザーにとって不便であり、しかも、この機構が特に敏感である場合、又は、調節がずれたり飛んだりする可能性がある機構の作動行程中に不安定な位置がある場合、調節を正確に行うことは困難である。

メガネにおいて、レンズの焦点距離の自動調節を提供するための試みがなされてきた。これらの試みの多くは、眼におけるレンズの遠近調整に連動するユーザーの眼の両眼離反運動（両眼球がお互いに内側方向に動いたり外側方向に動いたりすること）を制御する生体システムと激しく対立する可能性のある複雑な距離計自動焦点システムに少なくとも部分的に頼るものであった。この対立は、中度の老眼を持つユーザーに生じやすい傾向にある。その理由は、距離計システムが、かかるユーザーに実際に必要な矯正度を高く見積もってしまうからである。言うまでもなく、これはユーザーを不快にする。

別の試みは、像の完璧な焦点の検出に用いることができる、ユーザーの網膜からの光の偏光状態の変化の検出に基づいて行われている。しかし、これは、どちらかと言えば複雑なアプローチであり、光が常にユーザーの瞳孔に入ることができること及び網膜からの反射光を確実に検出できるようにする極端な手段を取らずに信頼性をもって達成するのは困難である。

これらの問題に加え、メガネを着用している人に対して自動システムを較正するには複雑な状態がともなう。本来、老眼の程度は人によって異なり、二人が全く同じであることは無いため、かかる較正は各個人に対して行わなければならない。既存の距離計及び偏光ベースのシステムの較正は単純明快ではなく、眼鏡技師そしてユーザー自身による使用にとって扱い易いものではない。

本発明の第一の態様によれば、一対の可変焦点距離レンズと、ユーザーの両眼の各画像を取得するように構成された画像取得システムと；前記画像を解析して前記ユーザーの眼の両眼離反運動の程度を監視し、前記可変焦点距離レンズの焦点距離を、監視された前記両眼離反運動の程度から直接導き出される値に調節するように構成されたコントローラとを備えるメガネが提供される。

本発明の第二の態様によれば、メガネにおいて、一対の可変焦点距離レンズの焦点距離を制御する方法であって、ユーザーの両眼の各画像を取得するステップと；前記画像を解析して前記ユーザーの眼の両眼離反運動の程度を監視するステップと；前記可変焦点距離レンズの焦点距離を、監視された前記両眼離反運動の程度から直接導き出される値に調節するステップとを備える方法が提供される。

したがって、本発明は、眼又はレンズからユーザーが見ている物体までの距離の計算を何ら必要とせずに、両眼離反運動の程度のみに依存して、メガネにおけるレンズの焦点距離を自動的に調節する方法を提供することができる。両眼離反運動は、単一の両眼視を得る又は維持するための、反対方向への両眼の同時移動であり、両眼は、近くの物体を見るときには寄る方向に動き、遠くの物体を見るときには離れる方向に動く。眼におけるレンズ（水晶体）の遠近調節は両眼離反運動の程度に連動している。本発明は、この現象を利用して、両眼離反運動のみに応じて適切な焦点距離を決定することができる。その結果、複雑な距離測定も偏光検出システムも必要としない、より信頼性のあるシステムが得られる。したがって上記問題は本発明によって克服される。

本明細書において、「可変焦点距離レンズ」に言及する場合は、この用語が、レンズの一範囲のみが可変焦点距離を有するレンズだけでなく、レンズの全体が可変焦点距離を有するレンズを包含することを理解すべきである。レンズの焦点距離の変化に対する言及は、かかるレンズの可変焦点距離範囲における焦点距離の変化を包含することを理解すべきである。

注目すべき重要な点は、（例えば、ユーザーの眼又はレンズから）物体までの距離は何らかの方法で本発明によって計算されたり測定されたり用いられたりしなくてもよいということである。典型的には、監視しなければならない唯一の因子は両眼離反運動であり、これを用いて焦点距離に必要な値を直接に導く。しかし、実施の形態によっては、別の二次的な要因、例えば周りの光レベル、を用いて焦点距離に対し軽微な調節を行ってもよい。

取得される画像は、ユーザーの眼のそれぞれの全体の画像であっても、ユーザーの眼のそれぞれの一部のみの画像であってもよい。通常は、取得される画像には、ユーザーの眼のそれぞれの対応する部分が含まれることになる。

取得した画像にユーザーの両眼のそれぞれの対応する部分が含まれる場合、コントローラは、画像を解析して対応する両部分の間の距離の程度を監視することによってユーザーの両眼の両眼離反運動の程度を監視するようになされていてもよい。したがって、この方法は、較正及び／又は動作モードにおいて、画像を解析して対応する両部分の間の距離を監視することによってユーザーの眼の両眼離反運動の程度を監視する工程（ステップ）を備えてもよい。対応する両部分の間の距離は両眼離反運動の程度と共に直接に変化するので、この距離を用いてユーザーの眼の両眼離反運動の量を提供することができる。

ユーザーの両眼の各々の対応する部分は、それらの相対位置及び従って離間距離を監視できるように容易に検出可能であれば眼のどの部分であってもよい。例えば、ユーザーの眼の対応する部分は、強膜と角膜との間の境界である縁郭（境目）上にあってもよい。強膜（白色である）と角膜との間のコントラストは通常は高いので、縁郭は、縁郭の位置を特定するよう、閾値処理及びエッジ検出等の標準的な画像処理技術を用いて位置を検出することが比較的簡単である。この場合、典型的には、対応する両点は、縁郭の図心から外方へ延びる基準放射軸から同じ回転角度にあり、その位置は、上で説明したように縁郭が検出された後に計算することができる。

しかしながら、好ましい実施の形態では、前記画像取得システムは、ユーザーの瞳孔の両方の少なくとも一部を含む画像を取得するのに適するように構成され、前記コントローラは、前記画像を解析して前記瞳孔間距離を監視するのに適するように構成される。したがって、この好ましい実施の形態では、ユーザーの眼の対応する部分は、ユーザーの瞳孔の部分である。

同様に、好ましい実施の形態では、本方法は、ユーザーの瞳孔の両方の少なくとも一部を含む画像を取得するステップ及び前記画像を解析して前記瞳孔間距離を監視するステップを備えてもよい。

したがって、この好ましい実施の形態では、ユーザーの眼の対応する部分は瞳孔上にあり、２つの部分の間の距離は瞳孔間距離を表している。瞳孔の検出は、閾値処理及びエッジ検出等の標準的な画像処理技術を用いて瞳孔のエッジの位置を特定することができるように、典型的にはそれと周囲にある虹彩との間のコントラストが高いので、比較的容易である。対応する両部分は瞳孔の図心であってもよく、その位置は、瞳孔のエッジが検出された後に計算することができる。

典型的には、前記画像取得システムは、前記ユーザーの両眼の各々の前記対応する部分を含む画像を取得するための１台以上のカメラを備える。

２台以上のカメラが用いられる場合、画像取得システムは、各カメラからの画像を処理して、各カメラによって取得された画像から作成される単一の合成画像を作製してもよい。そのために標準の画像ステッチング（縫い合わせるように組み合わせる）技術を用いることができる。単一の合成画像がこのように作製される場合、両カメラは、画像ステッチングアルゴリズムが機能できるように好ましくは重複視野を有するべきである。

他の実施の形態では、視野が重複しない複数のカメラを（典型的には、各々の眼に対して１台）用いてもよい。各カメラは製造の際にまず較正される。これは、フレームサイズ、ベースカーブ、広角度の及び二面の角、及び公称の規範的瞳孔間距離等の異なる公称パラメータを把握するために必要である。初期のユーザー較正プロセスの間、各視野における固定基準点が見出される。これは、涙管等の（連続取込み画像の間で移動しないため検出可能な）それぞれの静止点（immobilepoint）に対する各カメラからの連続取込み画像を走査することによって行うことができる。（フレームの寸法形状（geometry）から知ることができる）カメラ間の距離及び各カメラと（画像処理技術を用いて測定することができる）それぞれの静止点との間の距離は、それらが同じ画像内に現れていなくても、２つの静止点間の距離を決定するために用いることができる。各静止点とユーザーの両眼の対応する部分（例えば、瞳孔）との間の距離を測定することによって、ユーザーの両眼の対応する部分の間の距離を監視することができる。

特に好ましい実施の形態では、前記画像取得システムは、前記ユーザーの両眼を照明するように配置された１つ以上の光源を備え、それによって、前記ユーザーの両眼の各々に１つ以上のプルキンエ像を形成し、前記ユーザーの両眼の各々における対応するプルキンエ像が、前記ユーザーの両眼の各々の前記対応する部分を画成（定め形成する）するように構成される。

それ故、本方法は、前記ユーザーの両眼を照明して前記ユーザーの眼の各々において１つ以上のプルキンエ像を形成するステップを更に備え、前記ユーザーの両眼の各々における対応するプルキンエ像が、前記ユーザーの両眼の各々の対応する部分を画成するように構成されてもよい。

プルキンエ像は、眼の構造からの（この場合の光源は１つ以上）反射である。眼の構造の２つ以上の部分からの反射があってもよいので、形成されるプルキンエ像は２つ以上であってもよい。典型的には、４つまでのプルキンエ像を形成することができる。第１のプルキンエ像は最も輝度が高く、角膜の外面からの反射である。したがって、上記の対応するプルキンエ像は、通常は、１つ以上の光源による照明（照光）の結果としてユーザーの両眼に形成される第１のプルキンエ像である。典型的には、第１のプルキンエ像は、瞳孔の上の角膜上に形成される。それらはそのような高輝度の画像であるため、瞳孔の暗い背景に対して容易に検出できる。

前記コントローラは、典型的には、前記対応するプルキンエ像を検出し、前記対応するプルキンエ像のそれぞれの図心の位置を計算し、及び前記図心間の距離を計算することによって、前記画像を解析して前記ユーザーの両眼の各々の対応する部分の間の距離を監視するのに適するように構成される。

よって、本方法は、前記対応するプルキンエ像を検出し、前記対応するプルキンエ像のそれぞれの図心の位置を計算し、及び前記図心間の距離を計算することによって、前記画像を解析して前記ユーザーの両眼の各々の対応する部分の間の距離を監視するステップを更に備えてもよい。

この距離は、通常は、画像内のピクセルの数として計算される。
コントローラは、通常、ルックアップテーブル（検索表）から作動制御信号レベルを取り出し、前記作動制御信号レベルを、それらの焦点距離を調節するために前記可変焦点距離レンズに結合された１つ以上のアクチュエータに印加することによって、調節対象である焦点距離を調節するのに適するように構成される。これにより、ユーザーの両眼の対応する点の間の距離のみに依存して、可変焦点距離レンズを正しく作動させる簡単な方法が提供される。

それ故に、本方法は通常、ルックアップテーブルから作動制御信号レベルを取り出し、前記作動制御信号レベルを、それらの焦点距離を調節するために前記可変焦点距離レンズに結合された１つ以上のアクチュエータに印加することによって前記焦点距離を調節せしめるステップを更に備える。

代わりに、前記コントローラは、更に、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離に対する前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度に関する数式から作動制御信号レベルを計算し、前記作動制御信号レベルを、それらの焦点距離を調節するために前記可変焦点距離レンズに結合される１つ以上のアクチュエータに印加することによって前記焦点距離を調節するのに適するように構成されてもよい。

この代案では、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離に対する前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度に関する数式から作動制御信号レベルを計算し、前記作動制御信号レベルを、それらの焦点距離を調節するために前記可変焦点距離レンズに結合される１つ以上のアクチュエータに印加することによって前記焦点距離を調節するステップを更に備えてもよい。

したがって、見て取れるように、焦点距離の値はルックアップテーブルから検索する又は計算することを含む様々な方法で、監視された両眼離反運動の程度から直接に導くことができる。ルックアップテーブル又は計算は、作動制御信号レベル自体に対する値を返してもよく、又は、作動制御信号レベルの計算のもとになる焦点距離を返してもよい。

ルックアップテーブルは、値（この場合、作動制御信号レベルに対する値）を返すよう１つの変数（この場合は、監視された両眼離反運動の程度）によって指標付け(indexing)又はアドレス指定できるデータ構造であってもよい。

前記コントローラは、好ましくは、前記一対の可変焦点距離レンズを格納するフレームの上又はその内部に全部が配置される。

好ましい実施の形態では、前記コントローラは、較正モードに切り換え可能であり、前記コントローラは更に、ユーザーの両眼の各画像を取得し、少なくとも２つの設定点の各々に対して、連続して、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離を調節し、ユーザーが所定の物体を見ていることをユーザーが示せるように前記設定点の各々におけるユーザー入力を受信し、前記ユーザー入力の受信に応じて前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度を監視するために前記画像取得システムによって取得された前記画像を解析し、前記焦点距離と各設定点における前記監視された両眼離反運動の程度とから、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離に対する前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度に関する数式を生成するように構成される。

よって本発明の第三の態様によれば、この好ましい実施の形態によるメガネにおいて一対の可変焦点距離レンズを較正する方法であって；較正モードに切り換えるステップと；ユーザーの両眼の各々の画像を取得するステップと；前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離を、少なくとも２つの設定点の各々に連続して調節するステップと；所定の物体を見ていることを前記ユーザーが示すことを許容する、前記設定点の各々でのユーザー入力を受信するステップと；前記ユーザー入力の受信に応じて、前記画像を解析して前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度を監視するステップと；前記焦点距離と、各設定点における前記監視した両眼離反運動の程度とから、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離に対する前記ユーザーの眼の前記両眼離反運動の程度に関する数式を生成するステップとを備える方法が提供される。

このようにして、本発明は、非常に容易に直接的に較正することができる能力を可変焦点距離メガネに提供する。必要とされるのは、焦点距離の少なくとも２つの設定点において取り込まれる、ユーザーによって示される両眼離反運動の程度である。これにより、後に続くメガネの操作のベースとなり得る較正としての役割を果たすこれら２つの数量に関する数式を生成することが可能になる。

前記コントローラは、ユーザー入力に応じて、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離を前記設定点の少なくとも１つに調節するのに適するように構成され、よって、各設定点は、ユーザーが前記所定の物体に焦点が合っていると認識する前記焦点距離を表すように構成されてもよい。

よって第三の態様による方法では、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離は、ユーザー入力に応じて前記設定点の少なくとも１つに調節されるように構成され、よって、各設定点は、前記所定の物体に焦点が合っているとユーザーが認識する前記焦点距離を表すように構成されてもよい。

前記コントローラは、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離を、無限焦点に関連付けられた設定点に自動的に調節するように構成されてもよい。

よって第三の態様による方法では、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離は、無限焦点に関連する設定点へ自動的に調節されるように構成されてもよい。

好ましくは、所定の物体を見ていることを前記ユーザーが示すことを許容する前記ユーザー入力は、更に、前記所定の物体の焦点が合っていることを前記ユーザーにより認識されたことを前記ユーザーが示すことを許容するように構成される。

２つの設定点のみが存在するものとしてもよい。しかしながら、他の実施の形態では、３以上の設定点があってもよい。

前記数式は一次方程式であってもよい。

前記コントローラは、好ましくは、更に、前記較正モード時に、前記数式を用いて、前記監視された両眼離反運動の程度又は前記ユーザーの両眼の距離を、１つ以上のアクチュエータが前記可変焦点距離レンズを調節するようにさせるために、作動制御信号レベルに関連付けるルックアップテーブルに前記数式を追加するのに適するように構成されてもよい。

したがって、第三の態様による方法は、数式を用いて、監視された両眼離反運動の程度又はユーザーによって示される距離を、１つ以上のアクチュエータに可変焦点距離レンズを調節させるための作動制御信号レベルに関連付けるルックアップテーブルを読み込む工程を更に備えてもよい。

代わりに、前記コントローラは、更に、前記数式を表す１つ以上のパラメータを格納するのに適するように構成される。

この場合、第３の態様による方法は、更に、数式を表す１つ以上のパラメータを格納する工程を備える。

本発明の実施の形態を、添付図面を参照してここに説明する。

図１は、本発明の一の実施の形態によるメガネを示す図である。 図２は、本発明の実施の形態による方法を実行するために図１のメガネに埋め込まれるシステムのブロック図である。 図３は、図１に示すメガネを較正する方法のフローチャートである。 図４は、図１に示すメガネを操作する方法のフローチャートである。

図１はメガネ１を示す。メガネ１は、一対のレンズ３及び４を収容するフレーム２を備える。レンズ３及び４は可変焦点距離レンズである。それらは各々流体充填キャビティを備え、その前面は可撓膜で形成されている。キャビティ（空洞）の容積又はキャビティ内の流体の体積は、メガネ１のテンプル（メガネのつる）５及び６に収容された電動アクチュエータで調節することができる。かかる調節の結果、可撓膜の曲率が変化し、それによりレンズ３及び４の焦点距離が同調して変わる。この種類のレンズの詳細な説明は、本発明を完全に理解するためには必要ではないため、ここに含まれない。本発明者の同時係属出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０５１４２６は、この類のレンズについて完全に説明している。他の種類の可変焦点距離レンズを用いてもよい。

電動アクチュエータの他に、テンプル５及び６のそれぞれは、画像取得システムの一部を収容し、テンプル５及び６のうちの一方には、画像取得システム及び電動アクチュエータの動作を制御するためのコントローラが収容されている。コントローラ、画像取得システム、及び電動アクチュエータの動作は、図２を参照して以下に説明する。

図２は、メガネを較正し、続いて可変焦点距離レンズ３及び４の焦点距離を制御するシステムのブロック図である。このシステムは、２つの部分１１ａ及び１１ｂ内に配置された画像取得システムと、一対の電動アクチュエータ１２及び１３とに結合されるコントローラ１０を備える。画像取得システムの一部分１１ａ及びアクチュエータ１２はレンズ３に関連付けられて、テンプル５内に収容されるのに対し、画像取得システムの一部分１１ｂ及びアクチュエータ１３はレンズ４に関連付けられて、テンプル６内に収容される。コントローラ１０はデザインに応じてテンプル５又は６のどちらか一方に収容されてもよい。それは、必要に応じて、フレーム２を通る細いワイヤによって、画像取得システムの部分１１ａ及び１１ｂ並びにアクチュエータ１２及び１３に結合される。アクチュエータ１２及び１３はリニアアクチュエータであってもよいが、この実施の形態では、ステッパモータの回転運動が、レンズ３及び４の焦点距離の対応する調節を引き起こすようにレンズ３及び４と機械的に結合された小型ステッパモータである。

コントローラ１０は、メモリ１５に結合されるマイクロプロセッサ１４を備える。メモリ１５は、以下で説明するような、図３及び図４に示す方法を実行するためのコンピュータプログラムコードを格納する。マイクロプロセッサ１４は画像取得システムの部分１１ａ及び１１ｂにも結合される。画像取得システムの各部分１１ａ及び１１ｂは、それぞれの光源１６ａ及び１６ｂ並びにカメラ１７ａ及び１７ｂを備えている。光源１６ａ及び１６ｂはユーザーの眼を照明し、カメラは、以下で説明するような、マイクロプロセッサ１４上で動作するソフトウェアによる解析のために、照明された眼の画像を取り込む。解析に応じて、マイクロプロセッサ１４は、それに結合されるステッパモータドライバ１８へ出力信号を供給する。ステッパモータドライバ１８はパルスを生成して、レンズ３及び４の焦点距離をマイクロプロセッサ１４からの出力信号に対応する値に適切に調節するためにステッパモータアクチュエータ１２及び１３を駆動する。

図２のシステムは、フレーム２上の１つ以上のボタンの形又は外部コンピュータとの有線又は無線インターフェースの形でのインターフェースも備えている。インターフェースは、コントローラを較正モードに切り換え、較正モードの場合に較正プロセスを実行するよう用いることができる。有線又は無線インターフェースが提供される場合において、これは、ＵＳＢ等のコンピュータデバイス、イーサネット（登録商標）等の有線ネットワーク、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線ネットワーク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（周辺機器をワイヤレスで使える近距離通信技術）、又は同様のものを結合するよう用いられる種々のインターフェースのどれであってもよい。

図３は、較正モードに切り換えられたときの図２に示すシステムによって（特に、メモリ１５に格納されたプログラムコードを実行する場合にマイクロプロセッサ１４によって）実行される方法のフローチャートを示している。このプロセス中、ユーザーは、ユーザーから様々な距離に位置する一連の物体（例えば、２つの物体）を見るように求められる。例えば、ユーザーは、読む距離に置かれた本、典型的な作業距離にあるコンピュータモニタ、及び遠くにある車又は建物等の物体を見るよう求められる。ユーザーが物体のそれぞれを順番に見る間、瞳孔間距離が測定され、それによって、ユーザーが示す瞳孔間距離（したがって両眼離反運動）がそれぞれの物体の距離に関連付けられる。

この方法は、ステップ３０で、第１の設定点へのレンズの焦点距離の調節から始まる。焦点距離の第１の設定点は、ユーザーが、ユーザーの眼から第１の距離にある所定の物体に焦点を合わせることができるようにするために必要とされる。第１の距離は、典型的には、ユーザーに近い距離であり、例えば、ユーザーは、読む距離に本を置くように求められてるかもしれない。所定の物体を、その焦点が合ってユーザーが見えるために必要な屈折力の適切な度合い（即ち、焦点距離）は、様々な方法で決定することができる。例えば、この実施の形態において、ユーザーは、上記のインターフェースによりステップ３０でレンズの焦点距離を制御し、次いで、第１の物体を見ているときに、また、第１の物体を焦点が合って見えることをステップ３１において、再度インターフェースを用いて確認する。

ステップ３１で、ユーザー入力として受けた確認により、システムは、ユーザーの眼が示す両眼離反運動を測定するよう促されるが、それは当然ながら、ユーザーが第１の物体と同じ距離にある物体を見る時に常に示される両眼離反運動に対応する。両眼離反運動の測定は、ステップ３２においてユーザーの眼を照明することから始まる。これは光源１６ａ及び１６ｂによって行われる。これらは恒久的に電力供給されてもよいが、それらは、例えば、動作モードにあり、ユーザーがメガネ１を外した場合など、必要ない場合に節電するようマイクロプロセッサ１４の制御下で照明されるのであれば好ましい。上記のように、光源１６ａ及び１６ｂはテンプル５及び６に配置される。それらは、ユーザーの瞳孔の中央に向けられ、フレーム２にそれらを保持する取付配置は、瞳孔の上のユーザーの角膜に直接当たるように、光源１６ａ及び１６ｂから発する光の方向を微調節できる調節機構を含んでもよい。これにより、第１のプルキンエ像が瞳孔の上に確実に形成され、ここで、これは、高輝度のプルキンエ像と暗い瞳孔との間の高いコントラストゆえに容易に検出できる。光源１６ａ及び１６ｂからの光が斜め方向からユーザーの眼の前面に確実に当たることによって、光が瞳孔を通過して網膜に達することなく、第１のプルキンエ像を形成されることができる。したがって、ユーザーは、光源１６ａ及び１６ｂからの光を、比較的意識せずに済むことが可能なので、それらは煩わしくならない。

次に、強膜、虹彩及び瞳孔を含むユーザーの眼の像と、光源１６ａ及び１６ｂからの照明によって形成されたプルキンエ像とは、ステップ３３で取得される。この画像取得は、テンプル５及び６内の光源１６ａ及び１６ｂと並んで配置されたカメラ１７ａ及び１７ｂによって実行される。

カメラ１７ａ及び１７ｂによって取得された画像データは、マイクロプロセッサ１４に渡され、そこで、ステップ３４において画像データを共にステッチして（縫い合わせるように組み合わせて）、ユーザーの強膜と、虹彩と、瞳孔と、それらの上の角膜に形成される第１のプルキンエ像とを表すデータを含む画像データを含んだ単一の合成画像を形成する。標準の画像ステッチングアルゴリズムのいずれも、この目的のために用いることができる。

次に、マイクロプロセッサ１４によって実行される画像処理は、ステップ３５において合成画像内で虹彩のそれぞれの位置を特定する。これは典型的には、ドーグマン（Ｄａｕｇｍａｎ）のアルゴリズムを用いて行われる。次に、瞳孔はステップ３６において虹彩内部で位置を特定される。これは、虹彩を表すピクセルと瞳孔を表すピクセルとの間の画像データ内の境界の位置を特定するようエッジ検出アルゴリズムを用いて容易に達成される。虹彩と瞳孔との間の比較的高いコントラストは、エッジ検出アルゴリズムがこのタスクに対して良好に働くと予想できることを意味している。

次に、閾値処理アルゴリズムは、ステップ３７において瞳孔を表す画像データのピクセルに関して実行される。閾値処理アルゴリズムは、閾輝度値未満の全てのピクセルを黒で置き換え、閾輝度値以上の全てのピクセルを白で置き換える。次いで、第１のプルキンエ像の位置は、瞳孔内部の明確な白色領域として容易に見出される。これは、瞳孔を表す閾値処理された画像データに別のエッジ検出プロセスを用いて達成することができる。

閾値処理操作の結果、ステップ３７で見出された第１のプルキンエ像の図心はステップ３８で計算される。これは、第１のプルキンエ像によって定義される二次元領域の幾何学的中心を表す２点を提供する。従って、これらの２点の間の距離は瞳孔間距離を表すことになる。ユーザーの眼が動いて寄る（より近くの物体を見ることによって生じる両眼離反運動）につれて、瞳孔間距離及び従って第１のプルキンエ像間の距離は減少する。その反対に、ユーザーの眼が動いて離れる（より遠くの物体を見ることによって生じる両眼離反運動）につれて、瞳孔間距離及び従って第１のプルキンエ像間の距離は増加する。２つの図心間のピクセル数はステップ３９で測定され、これは、瞳孔間距離と、ひいてはユーザーによって示された両眼離反運動とを表すのに用いられる。

システムはここで、第１の物体は焦点が合っているとして認識するようユーザーが求める焦点距離と、第１の物体と同じ距離にある物体を見ているときにユーザーが示す両眼離反運動とを判定したことになる。ステップ４０において、マイクロプロセッサは、ユーザーによって示される両眼離反運動を、焦点距離に対するもう一つの設定点で測定すべきかどうかを判断する。最小限２つを用いねばならず、実際にはこれで十分であるが、望ましければより多くの設定点を用いてもよい。したがって、この実施の形態では２つの設定点が用いられている。それゆえに、焦点距離はステップ３０で第２の設定点に対して再調節される。第２の設定点における焦点距離は、ユーザーが、ユーザーの眼から第２の距離にある第２の所定の物体に焦点を合わせることを可能にするのに要する焦点距離である。この第２の距離は典型的にはユーザーから遠い距離であり、例えば、ユーザーは遠方にある車又は建物を見るよう求められてもよく、この時、ユーザーの眼のレンズによる追加の遠近調節は通常は何ら必要ではない。この場合、焦点距離の調節は、第２の物体に焦点が合っていると認識されるまではユーザーによってなされてもよく、又はシステムが、レンズ３、４によって提供される屈折力をゼロとなるよう単純に自動的に調節してもよい。

ステップ４１において、ユーザーがインターフェースを介して入力を提供することにより、彼らが第２の所定の物体を見ていること、そして彼らがその焦点が合っていると認識していることを確認する。次に、第２の所定の物体を見ている間にユーザーによって示される両眼離反運動はステップ３２乃至ステップ３９で測定される。

この２つの設定点における両眼離反運動がここで取得されたことになるので、マイクロプロセッサは、それより多くの設定点で両眼離反運動を測定する必要が無いことをステップ４０で判定し、レンズ３、４の焦点距離に対してユーザーが示す両眼離反運動の程度に関する式がステップ４１で生成される。これは単純な一次方程式であり、上記の焦点距離の第１及び第２の設定点にて測定された両眼離反運動から（即ち、瞳孔間距離として）決定することができる。これは、両眼離反運動と、視認される物体が位置するユーザーからの距離との間に線形関係があることから、有効である。したがって、両眼離反運動と、ユーザーに提供されなければならない追加の屈折力との間も線形関係にある。実施の形態において、３つ以上の設定点が用いられている場合は、線形回帰法を用いて数式を生成してもよい。

この式は、ステップ４２で用いられ、メモリ１５に格納されたルックアップテーブルに追加される。これは、ステップ４１で生成された式への入力として２つの設定点のそれぞれにおいて測定された２つの値の間の瞳孔間距離の値の範囲を（両眼離反運動の測定として）用いることによって行うことができる。式からの結果は、瞳孔間距離の値の範囲のそれぞれにおけるレンズ３、４の関連付けられた焦点距離である。したがって、瞳孔間距離及び焦点距離に対する値の対応する対は、２つの設定点の間の点の範囲で取得される。この範囲内の瞳孔間距離の各値は、レンズ３、４を瞳孔間距離に対応する焦点距離に調節するために必要な作動制御信号のための信号レベルと連結した関係で、ルックアップテーブルへのアドレス指定変数又は指標変数としてルックアップテーブルに格納される。他の実施の形態では、数式自体をメモリ１５に格納してもよく、これを用いて、動作モード時において要求される度に瞳孔間距離の測定値に対応するレンズ３、４の焦点距離を計算してもよい。

別の実施の形態では、ユーザーがレンズ３、４の焦点距離を調節できるようにするのではなく、ユーザーがそれぞれ近くの物体を見て（例えば、本を読む）、また遠くの物体を見て（例えば、遠くにある車を見る）いるときの、近視力及び遠視力の眼の検査中に、眼鏡技師が測定した所定の屈折力にレンズの焦点距離を設定することができる。次に、ユーザーは、近くの物体又は遠くの物体を見ていることを、インターフェースを用いて単に確認する。ここで、処方のパラメータ（これからレンズ３、４の必要とされる焦点距離を決定できる）は、ユーザーによって又はアイケア（眼科）の専門家によってインターフェースに既に入力されている。

図４は、通常動作における（即ち、もはや較正モードではない場合の）図２に示すシステムによって（特に、メモリ１５に格納されたプログラムコードを実行する場合にマイクロプロセッサ１４によって）実行される方法のフローチャートを示している。典型的には、図３の較正方法は、既に実行されている。ステップ５０で始まりステップ５７で終わる方法の部分は、図３のステップ３２で始まりステップ３９で終わる方法の部分と同一である。これは先に詳細に説明したので、図４の方法のこの部分の説明はここでは繰り返さない。

ステップ５７で測定された瞳孔間距離はメモリ１５に格納されたルックアップテーブルにアクセスするために用いられ、ステップ４２で、図３の較正プロセス時に追加される。ルックアップテーブルは、瞳孔間距離の値を作動制御信号のための対応する信号レベルに関連付ける。次に、この作動制御信号はステップ５９でステッパモータドライバ１８と小型ステッパモータ１２及び１３とを備える作動システムに印加される。ステッパモータドライバ１８は、ステッパモータ１２及び１３の現在位置を監視し、作動制御信号を適切な一連のパルスに変換することにより現在の瞳孔間距離及び新しい位置に応じてステッパモータ１２及び１３を新たな要求位置まで駆動する。ステッパモータ１２及び１３はレンズ３及び４に（図２に点線で示すように）機械的に結合されているため、レンズ３及び４の焦点距離は、ユーザーによって示される両眼離反運動の程度にのみ応じて、適切な値に調節できる。

実際の実施の形態において、ステップ５１乃至５９は巡回ループで繰り返される。ユーザーの眼が両眼離反運動の異なる程度を示す間中、レンズの調節がハンチングを起こすので、これが連続的に行われることはないであろう。その代わりに、新たな画像がステップ５１で取得される前、制御信号がステップ５９で印加された後ごとに、数秒の時間遅延が組み込まれる。

１ メガネ
２ フレーム
３、４ 一対のレンズ
５、６ テンプル
１０ コントローラ
１１ａ、１１ｂ ２つの部分
１２、１３ 一対の電動アクチュエータ
１４ マイクロプロセッサ
１５ メモリ
１６ａ、１６ｂ 光源
１７ａ、１７ｂ カメラ
１８ ステッパモータドライバ

Claims (35)

1. 一対の可変焦点距離レンズと；
   ユーザーの両眼の各画像を取得するように構成された画像取得システムと；
   前記画像を解析して前記ユーザーの眼の両眼離反運動の程度を監視し、前記可変焦点距離レンズの焦点距離を、監視された前記両眼離反運動の程度の関数である値に調節するように構成されたコントローラと；を備え、
   前記コントローラは、較正モードに切り換え可能であり、前記コントローラは更に、ユーザーの両眼の各画像を取得し、少なくとも２つの設定点の各々に対して、連続して、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離を調節し、ユーザーが所定の物体を見ていることをユーザーが示せるように前記設定点の各々におけるユーザー入力を受信し、ユーザー入力に応じて、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離を前記設定点の少なくとも１つに調節するように構成され、よって、各設定点は、ユーザーが前記所定の物体に焦点が合っていると認識する前記焦点距離を表すものであり、前記ユーザー入力の受信に応じて前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度を監視するために前記画像取得システムによって取得された前記画像を解析し、前記焦点距離と各設定点における前記監視された両眼離反運動の程度とから、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離に対する前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度に関する数式を生成するように構成された、
   メガネ。
2. 前記コントローラは、一以上の二次的な要因に基づいて、前記可変焦点距離レンズの焦点距離に、さらなる調節を行うように構成された、
   請求項１に記載のメガネ。
3. 前記一以上の二次的な要因は、周りの光レベルを含む、
   請求項２に記載のメガネ。
4. 取得された前記画像は、前記ユーザーの両眼の各々の対応する部分を含み；
   前記コントローラは前記画像を解析して、前記対応する部分の間の距離を監視することによって前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度を監視するように構成された；
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のメガネ。
5. 前記画像取得システムは、ユーザーの瞳孔の両方の少なくとも一部を含む画像を取得するように構成され；
   前記コントローラは、前記画像を解析して前記瞳孔間距離を監視するように構成された；
   請求項４に記載のメガネ。
6. 前記画像取得システムは、前記ユーザーの両眼の各々の前記対応する部分を含む画像を取得するための１台以上のカメラを備える；
   請求項４又は請求項５に記載のメガネ。
7. 前記画像取得システムは、前記ユーザーの両眼を照明するように配置された１つ以上の光源を備え、それによって、前記ユーザーの両眼の各々に１つ以上のプルキンエ像を形成し、前記ユーザーの両眼の各々における対応するプルキンエ像が、前記ユーザーの両眼の各々の前記対応する部分を画成するように構成された；
   請求項４乃至請求項６の何れか１項に記載のメガネ。
8. 前記コントローラは、前記対応するプルキンエ像を検出し、前記対応するプルキンエ像のそれぞれの図心の位置を計算し、及び前記図心間の距離を計算することによって、前記画像を解析して前記ユーザーの両眼の各々の対応する部分の間の距離を監視するように構成された；
   請求項７に記載のメガネ。
9. 前記コントローラは更に、焦点距離を両眼離反運動に関連付けるルックアップテーブルから作動制御信号レベルを取り出し、前記作動制御信号レベルを、それらの焦点距離を調節するために前記可変焦点距離レンズに結合される１つ以上のアクチュエータに印加することによって前記焦点距離を調節するように構成された；
   請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のメガネ。
10. 前記コントローラは、更に、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離に対する前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度に関する前記数式から作動制御信号レベルを計算し、前記作動制御信号レベルを、それらの焦点距離を調節するために前記可変焦点距離レンズに結合される１つ以上のアクチュエータに印加することによって前記焦点距離を調節するように構成された；
    請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のメガネ。
11. 前記数式は、前記少なくとも２つの設定点に基づく一次方程式であり、前記２つの設定点の各々は、（ｉ）ユーザーが所定の物体に焦点が合っていると認識する焦点距離と、（ｉｉ）対応する、両眼離反運動の程度、を表す、
    請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載のメガネ。
12. 前記コントローラは、前記一対の可変焦点距離レンズを格納するフレームの上又はその内部に全部が配置される、
    請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載のメガネ。
13. 前記較正モードにおいて、前記コントローラは、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離を、無限焦点に関連付けられた前記設定点に自動的に調節するように構成された；
    請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載のメガネ。
14. 所定の物体を見ていることを前記ユーザーが示すことを許容する前記ユーザー入力は、更に、前記所定の物体の焦点が合っていることを前記ユーザーにより認識されたことを前記ユーザーが示すことを許容するように構成された；
    請求項１乃至請求項１３の何れか１項に記載のメガネ。
15. ２つの設定点のみ存在する；
    請求項１乃至請求項１４の何れか１項に記載のメガネ。
16. 前記コントローラは、更に、前記較正モード時に、前記数式を用いて、前記監視された両眼離反運動の程度又は前記ユーザーの両眼の距離を、１つ以上のアクチュエータが前記可変焦点距離レンズを調節するようにさせるために、作動制御信号レベルに関連付けるルックアップテーブルに前記数式を追加するように構成された；
    請求項１乃至請求項１５の何れか１項に記載のメガネ。
17. 前記コントローラは、更に、前記数式を表す１つ以上のパラメータを格納するように構成された；
    請求項１乃至請求項１６の何れか１項に記載のメガネ。
18. 請求項１乃至請求項１７の何れか１項に記載のメガネにおいて、一対の可変焦点距離レンズの焦点距離を制御する方法であって：
    ユーザーの両眼の各画像を取得するステップと；
    前記画像を解析して前記ユーザーの眼の両眼離反運動の程度を監視するステップと；
    前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離に対する前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度に関する数式から前記可変焦点距離レンズの焦点距離を得るステップと；
    前記可変焦点距離レンズの焦点距離を、監視された前記両眼離反運動の程度の関数である値に調節するステップと；を備え、
    前記数式は：
    較正モードに切り換えるステップと；
    ユーザーの両眼の各々の画像を取得するステップと；
    前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離を、少なくとも２つの設定点の各々に連続して調節するステップと；
    所定の物体を見ていることを前記ユーザーが示すことを許容する、前記設定点の各々でのユーザー入力を受信するステップであって、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離は、ユーザー入力に応じて前記設定点の少なくとも１つに調節されるように構成され、よって、各設定点は、前記所定の物体に焦点が合っているとユーザーが認識する前記焦点距離を表すものである、前記設定点の各々でのユーザー入力を受信するステップと；
    前記ユーザー入力の受信に応じて、前記画像を解析して前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度を監視するステップと；
    前記焦点距離と、各設定点における前記監視した両眼離反運動の程度とから、前記数式を生成するステップと；を含む較正する方法により得られる、
    一対の可変焦点距離レンズの焦点距離を制御する方法。
19. 一以上の二次的な要因に基づいて、前記可変焦点距離レンズの焦点距離に、さらなる調節を行うステップを備える、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記一以上の二次的な要因は、周りの光レベルを含む、
    請求項１９に記載の方法。
21. 取得された前記画像はユーザーの両眼の各々の対応する部分を含み；
    前記画像は、前記対応する部分の間の距離を監視することによって、前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度を監視するために解析されるように構成された；
    請求項１８に記載の方法。
22. ユーザーの瞳孔の両方の少なくとも一部を含む画像を取得するステップ及び
    前記画像を解析して前記瞳孔間距離を監視するステップを備える；
    請求項２１に記載の方法。
23. 前記ユーザーの両眼を照明して前記ユーザーの眼の各々において１つ以上のプルキンエ像を形成するステップを更に備え；
    前記ユーザーの両眼の各々における対応するプルキンエ像が、前記ユーザーの両眼の各々の対応する部分を画成するように構成された；
    請求項２１又は請求項２２に記載の方法。
24. 前記対応するプルキンエ像を検出し、前記対応するプルキンエ像のそれぞれの図心の位置を計算し、及び前記図心間の距離を計算することによって、前記画像を解析して前記ユーザーの両眼の各々の対応する部分の間の距離を監視するステップを更に備える；
    請求項２３に記載の方法。
25. ルックアップテーブルから作動制御信号レベルを取り出し、前記作動制御信号レベルを、それらの焦点距離を調節するために前記可変焦点距離レンズに結合された１つ以上のアクチュエータに印加することによって前記焦点距離を調節するステップを更に備える；
    請求項１８乃至請求項２４の何れか１項に記載の方法。
26. 前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離に対する前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度に関する数式から作動制御信号レベルを計算し、前記作動制御信号レベルを、それらの焦点距離を調節するために前記可変焦点距離レンズに結合される１つ以上のアクチュエータに印加することによって前記焦点距離を調節するステップを更に備える；
    請求項１８乃至請求項２４の何れか１項に記載の方法。
27. 前記数式は、前記少なくとも２つの設定点に基づく一次方程式であり、前記２つの設定点の各々は、（ｉ）ユーザーが所定の物体に焦点が合っていると認識する焦点距離と、（ｉｉ）対応する、両眼離反運動の程度、を表す、
    請求項２６に記載の方法。
28. 前記設定点の一つは、無限焦点に関連付けられた設定点である、
    請求項２７に記載の方法。
29. 請求項１乃至請求項１７の何れか１項に記載のメガネにおいて、一対の可変焦点距離レンズを較正する方法であって：
    較正モードに切り換えるステップと；
    ユーザーの両眼の各々の画像を取得するステップと；
    前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離を、少なくとも２つの設定点の各々に連続して調節するステップと；
    所定の物体を見ていることを前記ユーザーが示すことを許容する、前記設定点の各々でのユーザー入力を受信するステップであって、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離は、ユーザー入力に応じて前記設定点の少なくとも１つに調節されるように構成され、よって、各設定点は、前記所定の物体に焦点が合っているとユーザーが認識する前記焦点距離を表すものである、前記設定点の各々でのユーザー入力を受信するステップと；
    前記ユーザー入力の受信に応じて、前記画像を解析して前記ユーザーの両眼の前記両眼離反運動の程度を監視するステップと；
    前記焦点距離と、各設定点における前記監視した両眼離反運動の程度とから、前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離に対する前記ユーザーの眼の前記両眼離反運動の程度に関する数式を生成するステップと；を備える、
    一対の可変焦点距離レンズを較正する方法。
30. 前記可変焦点距離レンズの前記焦点距離は、無限焦点に関連する前記設定点へ自動的に調節されるように構成された；
    請求項２９に記載の方法。
31. 所定の物体を見ていることを前記ユーザーが示すことを許容する前記ユーザー入力は、更に、前記所定の物体の焦点が合っていることを前記ユーザーにより認識されたことを前記ユーザーが示すことを許容する；
    請求項２９又は請求項３０に記載の方法。
32. ２つの設定点のみ存在する；
    請求項２９乃至請求項３１の何れか１項に記載の方法。
33. 前記数式が一次方程式である、
    請求項２９乃至請求項３２の何れか１項に記載の方法。
34. 前記数式を用いて、前記監視された両眼離反運動の程度又は前記ユーザーの両眼の距離を、１つ以上のアクチュエータが前記可変焦点距離レンズを調節するようにさせるために、作動制御信号レベルに関連付けるルックアップテーブルに前記数式を使用するステップを更に備える；
    請求項２９乃至請求項３３の何れか１項に記載の方法。
35. 前記数式を表す１つ以上のパラメータを格納するステップを更に備える；
    請求項２９乃至請求項３３の何れか１項に記載の方法。
    

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