JP6546329B1 - 視線ベクトル検出装置、視機能検査装置、視機能訓練装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被験者の視線方向に沿った視線ベクトルをより正確に検出する。【解決手段】実施形態の視線ベクトル検出装置は、検査光を被験者の眼球にそれぞれ照射する複数のＩＲ照明装置と、検査光の前記眼球による反射像を撮像する撮像装置と、被験者が所定の視認対象物を視認しているときの前記反射像の位置、視認対象物の空間座標及び被験者の角膜を想定した角膜曲率中心の空間座標に基づいて、光軸ベクトルを算出する光軸ベクトル算出部と、を備える。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、視線ベクトル検出装置、視機能検査装置、視機能訓練装置及び方法に関する。

従来様々な視機能を検査する検査装置が知られている。
例えば、視機能検査としては、視力検査（片眼遮蔽検査及び両眼解放検査）、同時視検査、融像検査、立体視検査（近見検査及び遠見検査）、９方向眼位検査（Ｈｅｓｓ検査）、視野検査、選好注視法（Preferential looking method）検査、不等像検査等が挙げられる。

特許第４８２４４２０号公報

しかしながら、いずれの検査においても、被験者の実際の視線方向（視線ベクトル）を正確に把握することは困難であり、検査者が指示した注視位置を注視せずに検査が行われている可能性があり、検査の信頼性が確保できない虞があった。
特に幼児等の検査を行う場合には、検査者の指示に従っているのかを確実に把握することは困難であり、検査の信頼性が確保出来ない可能性が高い。

また、視機能を訓練する視機能訓練装置においても、被験者の実際の視線方向（視線ベクトル）を把握できないということは、訓練自体が正しく行われているのかを把握できないということであり、有効な指導が行えないこととなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高精度で光軸ベクトル検出することができる光軸ベクトル検出装置、さらには、光軸ベクトルを正確に把握して、検査の信頼性を向上させることが可能な視機能検査装置、訓練の信頼性を向上させることが可能な視機能訓練装置及びこれらの方法を提供することを目的としている。

実施形態の光軸ベクトル検出装置は、 検査光を被験者の眼球にそれぞれ照射する三つ以上のＩＲ照明装置と、
前記検査光の前記眼球による反射像を撮像する撮像装置と、一のＩＲ照明装置に対して測定不能条件あるいは所定の測定精度低下条件を満たす位置に配置されている他のＩＲ照明装置との組を除く、互いに異なる複数のＩＲ照明装置の組に対応する互いに異なる反射像の位置の組に基づいて算出した被験者の角膜を想定した複数の角膜曲率の中心の空間座標の値の平均値及び前記被験者の瞳孔の中心点に基づいて光軸ベクトルを算出する光軸ベクトル算出部と、を備える。

また、実施形態の視機能検査装置は、検査光を被験者の眼球にそれぞれ照射する三つ以上のＩＲ照明装置と、検査光の前記眼球による反射像を撮像する撮像装置と、一のＩＲ照明装置に対して測定不能条件あるいは所定の測定精度低下条件を満たす位置に配置されている他のＩＲ照明装置との組を除く、互いに異なる複数のＩＲ照明装置の組に対応する互いに異なる反射像の位置の組に基づいて算出した被験者の角膜を想定した複数の角膜曲率の中心の空間座標の値の平均値及び被験者の瞳孔の中心点に基づいて光軸ベクトルを算出する光軸ベクトル算出部と、被験者用表示装置と、オペレータ用表示装置と、被験者用表示装置に視認対象物としての画像を表示する対象表示部と、前記光軸ベクトルに基づいて前記視認対象物としての画像の視認時における被験者の視軸を推定する視軸推定部と、オペレータ用表示装置に視認対象物としての画像の表示位置及び推定した視軸に対応する視点位置及び被験者の眼球映像を表示する表示部と、を備える。

また、実施形態の視機能訓練装置は、被訓練者用表示装置と、オペレータ用表示装置とを、備えた視機能訓練装置において、検査光を被訓練者の眼球にそれぞれ照射する三つ以上のＩＲ照明装置と、検査光の眼球による反射像を撮像する撮像装置と、一のＩＲ照明装置に対して測定不能条件あるいは所定の測定精度低下条件を満たす位置に配置されている他のＩＲ照明装置との組を除く、互いに異なる複数のＩＲ照明装置の組に対応する互いに異なる反射像の位置の組に基づいて算出した被訓練者の角膜を想定した複数の角膜曲率の中心の空間座標の値の平均値及び被訓練者の瞳孔の中心点に基づいて光軸ベクトルを算出する光軸ベクトル算出部と、被訓練者用表示装置に被訓練者の視認対象物としての画像を表示する対象表示部と、光軸ベクトルに基づいて視認対象物としての画像の視認時における被訓練者の視軸を推定する視軸推定部と、オペレータ用表示装置に視認対象物としての画像の表示位置及び推定した視軸に対応する視点位置を表示する位置表示部と、オペレータ用表示装置に被訓練者の眼球映像を表示する表示部と、を備える。

また、実施形態の方法は、検査光を被験者の眼球にそれぞれ照射する三つ以上のＩＲ照明装置と、検査光の眼球による反射像を撮像する撮像装置と、被験者用表示装置と、オペレータ用表示装置とを、備えた視機能検査装置において実行される方法であって、被験者用表示装置に被験者の視認の対象画像を表示する過程と、検査光を被験者の眼球にそれぞれ照射し、検査光の眼球による反射像を撮像する過程と、被験者が対象画像を視認しているときの、一のＩＲ照明装置に対して測定不能条件あるいは所定の測定精度低下条件を満たす位置に配置されている他のＩＲ照明装置との組を除く、互いに異なる複数のＩＲ照明装置の組に対応する互いに異なる反射像の位置の組に基づいて算出した被験者の角膜を想定した複数の角膜曲率の中心の空間座標の値の平均値及び被験者の瞳孔の中心点に基づいて光軸ベクトルを算出する過程と、被験者用表示装置に被験者の視認対象物としての画像を表示する過程と、光軸ベクトルに基づいて視認対象物としての画像の視認時における被験者の視軸を推定する過程と、オペレータ用表示装置に視認対象物としての画像の表示位置及び推定した視軸に対応する視点位置を表示する過程と、オペレータ用表示装置に被験者の眼球映像を表示する過程と、を備える。

図１は、第１実施形態の視機能検査装置の概要構成ブロック図である。 図２は、第１実施形態の視機能検査装置の詳細構成ブロック図である。 図３は、第１実施形態のＩＲ照明ユニット装置におけるＬＥＤの配置位置の説明図である。 図４は、第１実施形態の光軸ベクトル検出処理の処理フローチャートである。 図５は、第１実施形態の角膜曲率中心の平均値の算出処理の処理フローチャートである。 図６は、第１実施形態の角膜曲率中心及び光軸ベクトルの算出方法の原理説明図である。 図７は、視機能検査装置における検査手順の概要説明図である。 図８は、測定前準備の処理フローチャートである。 図９は、測定前準備の説明図である。 図１０は、測定前準備時のオペレータ用ディスプレイの表示例の説明図である。 図１１は、右目の視軸キャリブレーションの説明図である。 図１２は、視軸推定処理の処理フローチャートである。 図１３は、左目の視軸キャリブレーションの説明図である。 図１４は、９方向眼位検査時の処理フローチャートである。 図１５は、オペレータ用ディスプレイにおける右目の９方向眼位検査時の表示画面の一例の説明図（その１）である。 図１６は、オペレータ用ディスプレイにおける右目の９方位眼位検査時の表示画面の一例の説明図（その２）である。 図１７は、測定結果図形の表示例の説明図（その１）である。 図１８は、測定結果図形の表示例の説明図（その２）である。 図１９は、左右眼同時の視軸キャリブレーション処理の説明図である。 図２０は、停留判定に伴うキャリブレーションの処理フローチャートである。 図２１は、第１実施形態の変形例のＬＥＤユニットにおけるＬＥＤの配置位置の説明図である。

次に図面を参照して、好適な実施形態について説明する。
［１］第１実施形態
［１．１］視機能検査装置の構成
図１は、第１実施形態の光軸ベクトル検出装置を備えた視機能検査装置の概要構成ブロック図である。
視機能検査装置１０は、大別すると被験者の検査を行うための検査ユニット１１と、検査を行うための各種操作を行うオペレータが用いるオペレータ用ユニット１２と、を備えている。

検査ユニット１１は、高さ調整可能な検査台１３上に載置されている。この検査台１３上には、被験者の顎を乗せる高さ調整可能な顎台１４が設けられており、被験者の目の位置を検査台１３と協働して検査ユニット１１に対して最適な位置に調整可能となっている。
オペレータ用ユニット１２は、いわゆるパーソナルコンピュータとして構成されている。

図２は、第１実施形態の光軸ベクトル検出装置を備えた視機能検査装置の詳細構成ブロック図である。
検査ユニット１１は、視野角、検査距離などを調整可能であるとともに、赤外光（ＩＲ）である検査光Ｌ１１〜Ｌ１８（以下、これらを区別する必要が無い場合には、検査光Ｌと表記する）をそれぞれ所定の照射位置まで導くとともに、検査光Ｌの反射光を後述の眼球カメラに導く左右の眼それぞれに対応する光学系ユニット２１Ｒ、２１Ｌと、光学系ユニット２１Ｒあるいは光学系ユニット２１Ｌを介して検査光Ｌを検査対象者である被験者の眼球に照射する一対のＩＲ照明ユニット装置ＬＤＵＲ、ＬＤＵＬと、を備えている。

さらに検査ユニット１１は、被験者の眼球を主として撮像する一対の眼球カメラ（撮像カメラ）２３Ｒ、２３Ｌと、被験者用の各種画像を表示する被験者用ディスプレイ２４と、音声データ及び映像（画像）データのインタフェース動作を行うＨＤＭＩ等のマルチメディアインタフェース（ＩＦ）２５と、マルチメディアインタフェース２５の出力信号の音／映像分離を行う音／映像分離部２６と、音響出力を行うスピーカ部２７と、制御用信号が入力されるＵＳＢ等の制御インタフェース（ＩＦ）２８と、を備えている。

また、オペレータ用ユニット１２は、オペレータ用ユニット１２を制御するＭＰＵ３１と、オペレーティングシステム（ＯＳ）を含む制御用データを不揮発的に格納したＲＯＭ３２と、ＭＰＵ３１のワーキングエリアとしても用いられ、各種データを一時的に格納するＲＡＭ３３と、各種データを不揮発的かつ更新可能に格納するフラッシュメモリ３４と、音声データ及び映像（画像）データのインタフェース動作を行うＨＤＭＩ等のマルチメディアインタフェース（ＩＦ）３５と、制御用の各種インタフェース動作を行う制御インタフェース（ＩＦ）３６と、を備えている。

さらにオペレータユニット１２は、マルチメディアインタフェース３５を介して接続され、オペレータに対し様々な情報を提示するオペレータ用ディスプレイ３７と、各種データのプリントアウトを行うプリンタ３８と、ポインティングデバイスとして機能し、各種操作を行うためのマウス３９と、各種操作を行うとともに、各種データを入力するためのキーボード４０と、ＵＳＢメモリ、ＩＣカード（例えば、ＳＤカード［登録商標］）等の外部記憶媒体を接続し、被験者のデータを読み込んだり、検査結果データの記録を行う外部記録媒体接続部４１と、を備えている。

図３は、第１実施形態のＩＲ照明ユニット装置におけるＬＥＤの配置位置の説明図である。
この場合において、ＩＲ照明ユニット装置ＬＤＵＲと、ＩＲ照明ユニット装置ＬＤＵＬとは、同一構成であるので、ＩＲ照明ユニット装置ＬＤＵＲについて説明する。

第１実施形態のＩＲ照明ユニット装置ＬＤＵＲは、８個のＩＲ照明装置ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１８を備えている。

この場合において、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１８は、図３に示すように、被験者の視軸（紙面に交差する軸）に交差する平面上の円ＣＣＬの円周上に同一角度毎（図２０の例の場合、３６０＋°／８＝４５°毎）に配置されている。従って、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１１とＩＲ光源ＬＥＤ１５、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１２とＩＲ照明装置ＬＥＤ１６、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１３とＩＲ照明装置ＬＥＤ１７、あるいは、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１４とＩＲ照明装置ＬＥＤ１８は、互いに１８０°の位置に位置している。

［１．２］光軸ベクトルの検出処理
まず、第１実施形態における光軸ベクトルの検出処理について詳細に説明する。
図４は、第１実施形態の光軸ベクトル検出処理の処理フローチャートである。
まず、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、制御インタフェース３６及び制御インタフェース２８を介してＩＲ照明装置ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１８を制御して、検査光Ｌをそれぞれ照射させ、さらに眼球カメラ２３Ｒ、２３Ｌを制御して眼球の撮像を行う（ステップＳ１１）。

続いて、ＭＰＵ３１は、複数組のＩＲ照明装置を用いて、角膜曲率中心の平均値を算出する（ステップＳ１２）。

ここで、光軸ベクトルの算出に必要な角膜曲率中心の平均値（角膜曲率中心の代表値）の算出方法についてより詳細に説明する。

図５は、第１実施形態の角膜曲率中心の平均値の算出処理の処理フローチャートである。
まず、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、第１のＩＲ照明装置を特定するためのパラメータｎを初期値である１に設定する（ステップＳ２１）。ここで、パラメータｎの値は、いずれかのＩＲ照明装置に対応しており、図３の例の場合、例えば、ｎ＝１は、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１１を表し、ｎ＝２は、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１２を表し、…、n＝８＝ｎｍａｘは、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１８を表す。

さらにＭＰＵ３１は、第２のＩＲ照明装置を特定するためのパラメータｍを初期値であるｎ＋１に設定する（ステップＳ２２）。ここで、パラメータｍの値も、いずれかのＩＲ照明装置に対応しており、図３の例の場合、例えば、ｎ＝１の場合、ｍ＝２であり、は、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１１を表し、ｎ＝２の場合、ｍ＝３であり、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１３を表し、…、ｎ＝７の場合、ｍ＝８であり、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１８を表す。ただし、n＝８の場合は、ｍ＝９であるが、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１８の次に位置するＩＲ照明装置ＬＥＤ１１を表すものとする。

次にＭＰＵ３１は、第１のＩＲ照明装置と第２のＩＲ照明装置とが測定不能条件を満たしている場合に、光軸算出から除外するための判別を行う（ステップＳ２３）。
具体的には、第１のＩＲ照明装置と第２のＩＲ照明装置とが互いに１８０°の位置に配置されている場合には、第１のＩＲ照明装置の位置、反射像位置及びカメラの光学中心を含む第１の平面と、第２のＩＲ照明装置の位置、反射像位置及びカメラの光学中心を含む第２の平面と、が理論上等しくなって、二つの平面の交線が特定できず、角膜曲率中心がどこにあるか判別することができなくなるからである。
そして、第１のＩＲ照明装置と第２のＩＲ照明装置とが互いに１８０°の位置に配置されている場合には、次式を満たすので、その場合に光軸算出から除外するようにしている。
ｍ＝ｎ＋（Ｌｎｕｍ／２）
ここで、Ｌｎｕｍは、ＩＲ照明装置の個数である。図５の例の場合、Ｌｎｕｍ＝８である。

より詳細には、本実施形態では、ＩＲ照明装置を偶数個設け、互いに均等な角度で離間して配置しているので、現在のパラメータｍがＩＲ照明装置の個数Ｌｎｕｍの１／２の値を加えた値である場合には、パラメータｎに対応する第１のＩＲ照明装置とパラメータｍ＝ｎ＋（Ｌｎｕｍ／２）にある第２のＩＲ照明装置とは互いに１８０°の位置に配置されている場合であるので光軸ベクトル算出から除外するのである。

より具体的には、上記例の場合には、ｎ＝１及びｍ＝５の組み合わせ、ｎ＝２及びｍ＝６の組み合わせ、ｎ＝３及びｍ＝７の組み合わせ、並びに、ｎ＝４及びｍ＝８の組み合わせが光軸算出から除外されることとなる。

なお、第１のＩＲ照明装置と第２のＩＲ照明装置とが互いに１８０°の位置に配置されていない場合であっても、１８０°に近い位置（±α°範囲内）、例えば、１８０±１０°の範囲内の位置に配置されていれば、測定精度が低下するので、このような条件の場合にも除外するように構成することが可能である。

これらの処理に伴い、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、ｎ番目のＩＲ照明装置ＬＥＤｎ及びｍ番目のＩＲ照明装置ＬＥＤｍを用いて後述する角膜曲率中心の算出を行う（ステップＳ２４）。

ここで、角膜曲率中心の算出及び算出した角膜曲率中心に基づく光軸の算出について詳細に説明する。
図６は、実施形態の角膜曲率中心及び光軸ベクトルの算出方法の原理説明図である。
図６において、角膜と等しい曲率を有する角膜曲率球ＣＮＲＣを仮定し、その角膜曲率中心をＣｔとし、角膜曲率球ＣＮＲＣの半径をＲとし、カメラの光学中心をＣｍとする。

また、第ｎ番目のＩＲ照明装置ＬＥＤｎ（本第２実施形態においては、ｎ＝１〜８のいずれか）及び第ｍ番目のＩＲ照明装置ＬＥＤｍ（本実施形態においては、ｍ＝１〜８［但し、ｍ≠ｎ］）をそれぞれ点光源と見なすものとする。
さらにＩＲ照明装置ＬＥＤｎの三次元空間上の反射像位置をＰｎとし、ＩＩＲ照明装置ＬＥＤｍの三次元空間上の反射像位置をＰｍとする。

このとき、ＩＲ照明装置ＬＥＤｎの位置ＬＥＤｎ、反射像位置Ｐｎ及びカメラの光学中心Ｃｍを含む平面をＰＬｎとし、ＩＲ照明装置ＬＥＤｍの位置ＬＥＤｍ、反射像位置Ｐｍ及びカメラの光学中心Ｃｍを含む平面をＰＬｍとした場合、平面ＰＬｎと平面ＰＬｍの交線ＣＬｎｍは、角膜曲率中心Ｃｔを通る。

そこで、交線ＣＬｎｍ上においてカメラの光学中心Ｃｍから角膜の曲率中心Ｃｔｎｍへ向かう単位ベクトルをＶｃとし、平面ＰＬｎ上でカメラの光学中心Ｃｍから反射像位置Ｐｎへ向かう単位ベクトルをＶｎとし、平面ＰＬｍ上でカメラの光学中心Ｃｍから反射像位置Ｐｍへ向かう単位ベクトルをＶｍとする。
さらに平面ＰＬｎ上で反射像位置Ｐｎから角膜曲率中心Ｃｔｎｍに向かうベクトルをｆ、平面ＰＬ２上で反射像位置Ｐ２から角膜曲率中心Ｃｔに向かうベクトルをｇとする。

上記条件から次のことが成立する。
（１） 単位ベクトルＶｃを定数ｔ０（ｔ０は、正の実数）倍した位置に角膜曲率中心Ｃｔが存在する。そこで、以下の説明においては、定数ｔ０が不明な段階における角膜曲率中心を第１仮定角膜曲率中心Ｃｔ１＿ｎｍとする。
（２） 単位ベクトルＶｎを定数ｔ１（ｔ１は、正の実数）倍した位置に反射像位置Ｐｎが存在する。なお、本実施形態においては、ｎ＝１〜８のいずれかである。
（３） 単位ベクトルＶｍを定数ｔ２（ｔ２は、正の実数）倍した位置に反射像位置Ｐｍが存在する。なお、本実施形態においては、ｍ＝１〜８であり、かつ、ｍ≠ｎである。）
（４） 反射像位置Ｐｎ及び反射像位置Ｐｍは、角膜曲率中心Ｃｔｎｍから角膜曲率半径Ｒの位置に存在する。

オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、ステップＳ９１で撮像した画像に基づいて、角膜曲率球ＣＮＲＣの半径Ｒを所定値とし、反射像位置Ｐｎ及び反射像位置Ｐｍを算出する。

そして、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、現在のｎの値に対応するＩＲ照明装置ＬＥＤｎの位置ＬＥＤｎ、反射像位置Ｐｎ及びカメラの光学中心Ｃｍを含む平面ＰＬｎを算出するとともに、現在のｍの値に対応するＩＲ照明装置ＬＥＤｍの位置ＬＥＤｍ、反射像位置Ｐｍ及びカメラの光学中心Ｃｍを含む平面ＰＬｍを算出する。

続いてオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、平面ＰＬｎ（を表す式）及び平面ＰＬｍ（を表す式）から、二つの平面ＰＬｎ、ＰＬｍの交線を算出する。

さらにオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、上述した反射像位置Ｐｎから単位ベクトルＶｎを算出し、算出した単位ベクトルＶｎと、反射像位置Ｐｎ及びＩＲ照明装置ＬＥＤｎの位置ＬＥＤ１からベクトルｆを取得する。

さらにまたオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、上述した反射像位置Ｐｍから単位ベクトルＶｍを算出し、算出した単位ベクトルＶｍと、反射像位置Ｐｍ及びＩＲ照明装置ＬＥＤｍの位置ＬＥＤｍからベクトルｇを取得する。

次にオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、角膜曲率中心Ｃｔ＿ｎｍの位置を推定して定数ｔ０を算出する。

まず、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、反射像位置Ｐｎからベクトルｆの向きに沿った第１の直線ＬＮｎ及び反射像位置Ｐｍからベクトルｇの向きに沿った第２の直線ＬＮｍを仮定し、直線ＬＮｎと直線ＬＮｍの交点（もしくは、２直線の双方から最も近い点［最近傍点］）を算出し、これを第２仮定角膜曲率中心Ｃｔ２＿ｎｍとする。

この場合において、第１仮定角膜曲率中心Ｃｔ１＿ｎｍと、第２仮定角膜曲率中心Ｃｔ２＿ｎｍは、実際は等しいはずであるので、次式が最小となるように、定数ｔ０を算出すればよい。
｜Ｃｔ１＿ｎｍ−Ｃｔ２＿ｎｍ｜

以下、上記原理に沿って、定数ｔ０を算出する。
まず、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、二つの平面ＰＬｎ、ＰＬｍの交線に基づいて、単位ベクトルＶｃを算出する。

具体的には、単位ベクトルＶｃと同じ向きのベクトルＶｃ１を仮定すると、次式が成り立つ。
Ｖｃ１＝｛（ＬＥＤｎ−Ｃｍ）×（ＰＰｎ−Ｃｍ）｝
×｛（ＬＥＤｍ−Ｃｍ）×（ＰＰｍ−Ｃｍ）｝

ここで、ＰＰｎは、反射像位置Ｐｎのカメラの撮像センサ上の位置であり、ＰＰｍは、反射像位置Ｐｍのカメラの撮像センサ上の位置である。
そして、単位ベクトルＶｃは、次式で表せる。
Ｖｃ＝Ｖｃ１／｜｜Ｖｃ１｜｜
ここで、｜｜Ｖｃ１｜｜は、ベクトルＶｃ１の大きさ（スカラー）である。

次にオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、単位ベクトルＶｎ及び単位ベクトルＶｍを、カメラの光学中心Ｃｍ、位置ＰＰｎ及び位置ＰＰｍから算出する。
Ｖｎ＝（Ｃｍ−ＰＰｎ）／｜｜Ｃｍ−ＰＰｎ｜｜
Ｖｍ＝（Ｃｍ−ＰＰｍ）／｜｜Ｃｍ−ＰＰｍ｜｜

そしてカメラの光学中心Ｃｍを基点として単位ベクトルＶｃを定数ｔ０倍した位置に角膜曲率中心Ｃｔ＿ｎｍに対応する第１仮定角膜曲率中心Ｃｔ１＿ｎｍが位置しているはずであるので、次式が成り立つ。
Ｃｔ１＿ｎｍ＝ｔ０・Ｖｃ＋Ｃｍ

また、カメラの光学中心Ｃｍを基点として単位ベクトルＶｎを定数ｔ１倍した位置に反射像位置Ｐｎが位置し、カメラの光学中心Ｃｍを基点として単位ベクトルＶｍを定数ｔ２倍した位置に反射像位置Ｐｍが位置しており、反射像位置Ｐｎ及び反射像位置Ｐｍは、角膜曲率中心Ｃｔ＿ｎｍから角膜曲率半径Ｒの位置に位置しているという前提で反射像位置Ｐｎ及び反射像位置Ｐｍを算出する。

より詳細には、以下の通りとなる。
Ｐｎ＝ｔ１・Ｖｎ＋Ｃｍ
とすると、
Ｒ^２＝｜｜ｔ０・Ｖｃ｜｜^２＋｜｜ｔ１・Ｖｎ｜｜^２
−２・ｔ０・ｔ１・Ｖｃ・Ｖｎ
であるから、
ｔ１＝ｔ０・Ｖｃ・Ｖｎ±√｛（｜｜Ｖｃ・Ｖｎ｜｜^２−１）・ｔ０^２＋Ｒ^２｝
となる。

ここで、復号(±)のうち、正号（＋）側は、角膜曲率中心Ｃｔ＿ｎｍを中心とする半径Ｒの球と、カメラの光学中心Ｃｍ及び反射像位置Ｐｎを通る直線と、の二つの交点のうちカメラから見て奥側の交点に相当するので、カメラから見て手前側の交点に相当する負号（−）側が求める定数ｔ１である。

同様にして、
Ｐｍ＝ｔ２・Ｖｍ＋Ｃｍ
とすると、
Ｒ^２＝｜｜ｔ０・Ｖｃ｜｜^２＋｜｜ｔ２・ｖ２｜｜^２
−２・ｔ０・ｔ２・Ｖｃ・Ｖｍ
であるから、
ｔ２＝ｔ０・Ｖｃ・ｖ２±√｛（｜｜Ｖｃ・Ｖｍ｜｜^２−１）・ｔ０^２＋Ｒ^２｝
となる。

この場合においても、復号(±)のうち、正号（＋）側は、角膜曲率中心Ｃｔ＿ｎｍを中心とする半径Ｒの球と、カメラの光学中心Ｃｍ及び反射像位置Ｐｍを通る直線と、の二つの交点のうちカメラから見て奥側の交点に相当するので、カメラから見て手前側の交点に相当する負号（−）側が求める定数ｔ２である。

続いて、ベクトルｆ及びベクトルｇを求める。
単位ベクトルＶｎと反射像位置Ｐｎ及び第ｎ番目のＩＲ照明装置ＬＥＤｎとの関係、並びに、単位ベクトルＶｍと反射像位置Ｐｍ及び第ｍ番目のＩＲ照明装置ＬＥＤｍとの関係より次の式を得ることができる。
ｆ＝Ｖｎ＋（Ｐｎ−ＬＥＤｎ）／｜｜Ｐｎ−ＬＥＤｎ｜｜
ｇ＝Ｖｍ＋（Ｐｍ−ＬＥＤｍ）／｜｜Ｐｍ−ＬＥＤｍ｜｜

つづいて、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、反射像位置Ｐｎを通り、ベクトルｆの向きに沿った第１直線ＬＮｎを仮定するとともに、反射像位置Ｐｍを通り、ベクトルｇの向きに沿った第２直線ＬＮｍを仮定し、直線ＬＮｎと直線ＬＮｍの交点（もしくは、２直線の双方から最も近い点［最近傍点］）を算出し、これを第２仮定角膜曲率中心Ｃｔ２＿ｎｍとする。

この場合において、第１仮定角膜曲率中心Ｃｔ１＿ｎｍ及び第２仮定角膜曲率中心Ｃｔ２＿ｎｍは、それぞれ角膜曲率中心Ｃｔ＿ｎｍに等しいはずであるから、第１仮定角膜曲率中心Ｃｔ１＿ｎｍと第２仮定角膜曲率中心Ｃｔ２＿ｎｍとの差を評価値Ｘとして評価値Ｘが最小となる定数ｔ０を算出する。
すなわち、次式を満たす定数ｔ０を算出する。

次に再び図５を参照して処理を説明する。
ｎ番目及びｍ番目のＩＲ照明装置を用いた角膜曲率中心の算出が終了すると（ステップＳ２４）、ＭＰＵ３１は、ｍの値に１を加算する（ステップＳ２５）。すなわち、
ｍ＝ｍ＋１
とする。

続いてＭＰＵ３１は、ｍの値がＩＲ照明装置の個数Ｌｎｕｍに１を加えた値、すなわち、
ｍ＝Ｌｎｕｍ＋１
となっているか否かを判別する（ステップＳ２６）。

ステップＳ２６の判別において、
ｍ＜Ｌｎｕｍ＋１
であると判別された場合には（ステップＳ２６；Ｎｏ）、ＭＰＵ３１は、再び処理をステップＳ１０３に処理を移行し、上述した処理を繰り返すこととなる。すなわち、一つのパラメータｎの値に対し、対応するパラメータｍの値全てに対して、光軸及び角膜曲率中心の算出を行うこととなる。

ステップＳ２６の判別において、
ｍ＝Ｌｎｕｍ＋１
であると判別された場合には（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、当該パラメータｎの値に対する処理は終了したので、ＭＰＵ３１は、パラメータｎの値を新たな値とするために、ｎの値に１を加算する（ステップＳ２７）。すなわち、
ｎ＝ｎ＋１
とする。

続いてＭＰＵ３１は、ｎの値がＩＲ照明装置の個数Ｌｎｕｍに１を加えた値、すなわち、
ｎ＝Ｌｎｕｍ＋１
となっているか否かを判別する（ステップＳ２８）。

ステップＳ２８の判別において、
ｎ＜Ｌｎｕｍ＋１
であると判別された場合には（ステップＳ２８；Ｎｏ）、ＭＰＵ３１は、再び処理をステップＳ９３に処理を移行し、上述した処理を繰り返すこととなる。すなわち、新たなパラメータｎの値に対し、対応するパラメータｍの値全てに対して、光軸及び角膜曲率中心の算出を行うこととなる。

ステップＳ２８の判別において、
ｎ＝Ｌｎｕｍ＋１
であると判別された場合には（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、光軸算出を行う全てのパラメータｎ及びパラメータｍの組み合わせ（上記例の場合には、全２４通りの組み合わせ＝８個のＩＲ照明装置から異なる２つを選ぶ組み合わせ_８Ｃ_２から１８０°配置の４組を除いた組み合わせ）に対する処理は終了したので、ＭＰＵ３１は、外れ値を除去する処理を行う（ステップＳ２９）。

外れ値の除去方法としては、例えば、２４個の角膜曲率中心算出値のうちデータの最大値と最小値付近の値を平均値の計算から除外する（いわゆる、トリム平均）ことが可能である。
続いてＭＰＵ３１は、ステップＳ２４で算出した角膜曲率中心のうち、外れ値を除去した後の角膜曲率中心の平均値（３次元空間上の角膜曲率中心座標の平均値）を角膜曲率中心平均値として算出する（ステップＳ３０）。

ここで、再び図４を参照して処理を説明する。
定数ｔ０及び角膜曲率中心平均値が算出されると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、眼球カメラ２３Ｒの撮像画像に基づいて瞳孔の中心点を求める（ステップＳ１３）。
そして、ＭＰＵ３１は、求めた瞳孔の中心点と、定数ｔ０及び単位ベクトルｖ０により算出される角膜曲率中心Ｃｔと、を結び、瞳孔の中心点から角膜曲率中心Ｃｔに至るベクトルを光軸ベクトルとして算出する（ステップＳ１４）。

以上の説明のように、本第１実施形態の光軸ベクトルの検出処理によれば、高精度で光軸ベクトル検出することができ、ひいては、高精度で視軸を算出することが可能となる。

次に第１実施形態の視機能検査装置１０における視機能検査の大まかな流れについて説明する。
以下の説明においては、視機能検査装置１０を９方向眼位検査装置として構成した場合を例として説明する。

図７は、視機能検査装置における検査手順の概要説明図である。
視機能検査装置１０において検査を行う場合には、おおまかに以下のような手順で行う。
まず、オペレータは、被験者が検査中に楽な姿勢でいられるように被験者に合わせて機材の設置調整を行う（ステップＳ４１）。

次に被験者に対する測定前準備を行う（ステップＳ４２）。
続いて、一方の眼（例えば、右目）の視軸を決定する第１視軸キャリブレーションを行う（ステップＳ４３）。

次に他方の眼（例えば、左目）の視軸を決定する第２視軸キャリブレーションを行う（ステップＳ４４）。
続いて、一方の眼（例えば、右目）の視機能検査（本実施形態では、９方向眼位検査）である第１視機能検査を行う（ステップＳ４５）。

さらに他方の眼（例えば、左目）の視機能検査である第２視機能検査を行う（ステップＳ４６）。
検査結果をオペレータ用ディスプレイあるいはプリントアウトとして提示する（ステップＳ４７）。

以下、各処理について詳細に説明する。
｛１｝設置調整
まず、オペレータは、被験者である患者が検査中に無理のない姿勢を採れるように、顎台１４及び検査台１３の高さを大まかに調整する（ステップＳ４１）。

｛２｝測定前準備
次にオペレータは、マウス３９あるいはキーボード４０を操作し、測定前準備指示を行う。
これによりオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、マルチメディアインタフェース３５及びマルチメディアインタフェース２５を介して、検査ユニット１１の被験者用ディスプレイ２４に測定前準備画像を表示し、被験者である患者の顔の位置を検査に最適な状態とするための測定前準備を行う（ステップＳ４２）。

ここで、測定前準備について詳細に説明する。
図８は、測定前準備の処理フローチャートである。
図９は、測定前準備の説明図である。
オペレータがマウス３９を操作して測定前準備への移行の指示を行うと（ステップＳ５１）、検査ユニット１１の被験者用ディスプレイ２４の表示画面２４Ｄに左目用及び右目用の測定前準備画像（図形、文字を含む）ＧＬ、ＧＲを表示する（ステップＳ５２）。

具体的には、図５に示すように、被験者用ディスプレイ２４の表示画面２４Ｄの左目用画像表示領域ＡＲＬの中央部には左目用の測定前準備画像ＧＬが表示される。また、被験者用ディスプレイの表示画面２４Ｄの右目用画像表示領域ＡＲＲの中央部には右目用の測定前準備画像ＧＲが表示される。

この場合において、左目用画像表示領域ＡＲＬは光学系ユニット２１Ｌにより被験者の左目からのみ視認可能とされる。同様に、右目用画像表示領域ＡＲＲは光学系ユニット２１Ｒにより被験者の右目からのみ視認可能とされている。
そして、オペレータは、被験者が光学系ユニット２１Ｌ、２１Ｒを介してそれぞれの測定前準備画像ＧＬ、ＧＲを注視するように指示をだすとともに、測定前準備の実行をマウス３９あるいはキーボード４０によりオペレータ用ユニット１２に指示をする（ステップＳ５３）。

図１０は、測定前準備時のオペレータ用ディスプレイの表示例の説明図である。
この結果、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、オペレータ用ディスプレイ３７に被験者用ディスプレイ２４の表示内容を表示する。また、ＭＰＵ３１は、被験者の左目を左目用の眼球カメラ２３Ｌで撮影した画像を左眼球表示領域ＥＢＬに表示する。同様にＭＰＵ３１は、被験者の右目を右目用の眼球カメラ２３Ｒで撮影した画像を右眼球表示領域ＥＢＲに表示する。

そして、眼球カメラ２３Ｌで撮影した画像及び右目用の眼球カメラ２３Ｒで撮影した画像に基づいて、眼球の位置を検出する（ステップＳ５４）。
これにより、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、瞳孔中心の上下方向の位置が各カメラ２３Ｒ、２３Ｌの光軸に対して適正な位置（カメラ２３Ｒ、２３Ｌの光軸がほぼ瞳孔中心を通っている位置）にあるか否かを判別する（ステップＳ５５）。

ステップＳ５５の判別において、瞳孔中心が眼球カメラ２３Ｌ、２３Ｒの光軸に対応する中心位置よりも下方に位置している場合には（ステップＳ５５；下方）、ＭＰＵ３１の制御により、図１０（Ａ）に示すように、オペレータ用ディスプレイ３７の表示画面３７Ｄの左眼球表示領域ＥＢＬには、被験者の左目の眼球画像が表示される。一方、右眼球表示領域ＥＢＲには、被験者の右目の眼球画像が表示され、さらに左眼球表示領域ＥＢＬと右眼球表示領域ＥＢＲとの間の量域には、顎台１４の高さを高くする方向に調整することを指示する上方向調整指示マークＡＵが表示される（ステップＳ５６）。
したがって、オペレータは、顎台１４の高さを高くする方向に調整することとなる（ステップＳ５７）。

なお、顎台１４の高さ調整だけでは、調整ができない場合には、検査台１３の高さを調整するようにすることも可能である。この場合において、瞳孔中心に対してカメラ２３Ｒ、２３Ｌの光軸が上に位置しているので、検査台１３の高さは低くする方向に調整することとなる。
続いて、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、再び処理をステップＳ５４に移行し、以下、上述した手順を繰り返す。

また、ステップＳ５５の判別において、瞳孔中心が眼球カメラ２３Ｌ、２３Ｒの光軸に対応する中心位置よりも上方に位置している場合には（ステップＳ５５；上方）、ＭＰＵ３１の制御により、図１０（Ｂ）に示すように、顎台１４の高さを低くする方向に調整することを指示する下方向調整指示マークＡＤがオペレータ用ディスプレイ３７に表示される（ステップＳ５８）。
したがって、オペレータは、顎台１４の高さを低くする方向に調整することとなる（ステップＳ５９）。
なお、顎台１４の高さ調整だけでは、調整ができない場合には、検査台１３の高さを調整するようにすることも可能である。この場合において、瞳孔中心に対してカメラ２３Ｒ、２３Ｌの光軸が下に位置しているので、検査台１３の高さは高くする方向に調整することとなる。
続いて、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、再び処理をステップＳ５４に移行し、以下、上述した手順を繰り返す。

これらに対し、ステップＳ５５の判別において、瞳孔中心が眼球カメラ２３Ｌ、２３Ｒの光軸に対応する中心位置付近に位置している場合には（ステップＳ５５；適正）、ＭＰＵ３１の制御により、測定前準備が完了したことを示す画像、図１０（Ｃ）の場合、「ＯＫ」マークＭＫがオペレータ用ディスプレイ３７に表示されるので（ステップＳ６０）、実際の検査手順に移行する。

｛３｝第１視軸キャリブレーション
以下の説明においては、第１視軸キャリブレーションとして、右目の視軸キャリブレーションを行うものとする。
図１１は、右目の視軸キャリブレーションの説明図である。
図１２は、実施形態の視軸推定処理の処理フローチャートである。
オペレータがキーボードあるいはマウスを操作することにより、右目の視軸のキャリブレーションを指示すると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、マルチメディアインタフェース３５を介して被験者用ディスプレイの表示画面の右目用画像表示領域に、図７（Ａ）に示すように、被験者が右目で注視するための注視用画像ＧＴを表示する（ステップＳ７１）。

このとき、オペレータは、被験者に注視用画像ＧＴを注視するように促し、被験者の視軸（視線）の位置の変動を抑制する。
これに伴い、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、右目の視軸の変動が抑制された状態で、図４に示した処理手順に従って右目の光軸算出を行う（ステップＳ７２）。
そして、右目の光軸算出がなされると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、ステップＳ１６で算出した光軸と視軸との差を補正量として算出する（ステップＳ７３）。

より詳細には、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、算出した光軸の位置が注視用画像ＧＴを注視している被験者の視軸（視線）と一致するように、算出した光軸位置と被験者の視軸［視線］位置との差を補正量として算出する。すなわち、ＭＰＵ３１は、視軸マーク画像ＧＶＡの表示位置（算出した光軸位置に相当）が注視用画像ＧＴ（被験者の視軸［視線］位置に相当）と一致するように、算出した光軸位置と被験者の視軸［視線］位置との差を補正量として算出することとなる。

この結果、図１１（Ｃ）に示すように、オペレータ用ディスプレイ３７には、キャリブレーションがなされた後の画像が表示される。すなわち、オペレータ用ディスプレイ３７に視軸マーク画像ＧＶＡの表示位置が注視用画像ＧＴの表示位置に一致した画面が表示されることとなる。

この状態においてオペレータは、視軸マーク画像ＧＶＡの表示位置が注視用画像ＧＴの表示位置に一致しているか否かを判別し、視軸算出時のパラメータが最適化されておらず視軸マーク画像ＧＶＡの表示位置が注視用画像ＧＴの表示位置に一致していない場合には、再び同様のキャリブレーションを行うように指示をする。

そして、キャリブレーションが完了すると、これ以降、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、光軸の算出を随時行うとともに、算出された光軸をステップＳ７３で得られた補正量で補正して、被験者の視軸を随時推定することとなる（ステップＳ７４）。

したがって、随時推定した右目の視軸に基づいて、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、オペレータ用ディスプレイ３７に推定した視軸の位置に相当する位置に随時、視軸マーク画像ＧＶＡを表示することとなる。

この場合において、視軸マーク画像ＧＶＡが所定時間、所定範囲内に停留していた場合には、当該停留位置が注視位置であるとして視軸マーク画像ＧＶＡの表示位置（算出した光軸位置）が注視用画像ＧＴ（被験者の視軸［視線］）に一致するようにキャリブレーションがなされるようにしてもよい。

｛４｝第２視軸キャリブレーション
視軸マーク画像ＧＶＡの表示位置が注視用画像ＧＴの表示位置に一致しており、右目の視軸のキャリブレーション、すなわち、第１視軸のキャリブレーションが完了した場合には、同様にして、第２視軸キャリブレーションとして、第２視軸としての左目の視軸のキャリブレーションを行う。以下においては、再び図８を参照して説明を行う。

図１３は、左目の視軸キャリブレーションの説明図である。
オペレータがキーボードあるいはマウスを操作することにより、左目視軸の決定処理を指示すると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、マルチメディアインタフェース３５及びマルチメディアインタフェース２５及び音／映像分離部２６を介して被験者用ディスプレイ２４の表示画面の左目用画像表示領域ＡＲＬに、図１３（Ａ）に示すように、被験者が左目で注視するための注視用画像ＧＴを表示する（ステップＳ７１）。

このとき、オペレータは、被験者に注視用画像ＧＴを注視するように促し、被験者の視軸（視線）の位置の変動を抑制する。
これに伴い、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、左目の視軸の変動が抑制された状態で左目の光軸算出を行う（ステップＳ７２）。

左目の光軸が算出されると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、オペレータ用ディスプレイ３７の表示画面３７Ｄに推定した光軸の位置を視軸マーク画像ＧＶＡの表示位置として表示する。

そして図１３（Ｂ）に示すように注視用画像ＧＴと視軸マーク画像ＧＶＡとが不一致している場合には、オペレータは、マウスを操作し、キャリブレーションの指示を行う。これにより、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、視軸マーク画像ＧＶＡが注視用画像ＧＴに一致するようにキャリブレーションを実行する（ステップＳ７３）。
この結果、図１３（Ｃ）に示すように、オペレータ用ディスプレイ３７には、キャリブレーションがなされた後の画像が表示される。すなわち、オペレータ用ディスプレイ３７に視軸マーク画像ＧＶＡの表示位置が注視用画像ＧＴの表示位置に一致した画面が表示されることとなる。
そして、キャリブレーションが完了すると、これ以降、ＭＰＵ３１は、光軸の算出を随時行うとともに、算出された光軸をステップＳ７３で得られた補正量で補正して、被験者の視軸を随時推定することとなる（ステップＳ７４）。

この場合においても、視軸マーク画像ＧＶＡが所定時間、所定範囲内に停留していた場合には、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、当該停留位置が注視位置であるとして視軸マーク画像ＧＶＡの表示位置（算出した光軸位置）が注視用画像ＧＴ（被験者の視軸［視線］）に一致するようにキャリブレーションを実行するようにしてもよい。

｛５｝視機能検査
続いて、視機能検査として９方位眼位検査（Ｈｅｓｓ検査）を行う場合の処理について説明する。
図１４は、９方位眼位検査時の処理フローチャートである。
｛５．１｝第１視機能検査
右目及び左目の視軸キャリブレーションが終了すると、オペレータは、マウスあるいはキーボードを介してまずは右目の９方位眼位検査の開始を指示する（ステップＳ８１）。

図１５は、オペレータ用ディスプレイにおける右目の９方向眼位検査時の表示画面の一例の説明図（その１）である。
右目の９方位眼位検査の開始が指示されると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、被験者用ディスプレイ２４の左目画像表示領域の９方向眼位検査用チャート（Ｈｅｓｓチャート）の中心の測定点ＭＰ１に相当する位置に注視用画像ＧＴ１を表示し、右目画像表示領域の一面に任意の色を表示する（ステップＳ８２）。

このように被験者用ディスプレイ２４の表示画面２４Ｄには、９方位眼位検査用チャートが表示されずに注視用画像ＧＴ１のみが表示されているので、従来のように９方位眼位検査用チャート上の測定点を注視してもらう場合と比較して被験者は他に注意を引かれることなくテストに集中することができ、より測定精度の向上が図れる。

この状態でオペレータは、被験者に注視用画像ＧＴ１を注視するように指示を行う。

オペレータ用ディスプレイ３７の表示画面３７の左画像表示領域ＨＣＬには、９方位眼位検査用チャート、注視位置特定画像ＴＭＰ及び左目の注視位置画像ＭＭＬ１が表示され、右画像表示領域には、９方位眼位検査用チャート、注視位置特定画像ＴＭＰ及び被験者の右目の注視位置画像ＭＭＲ１が表示されている。

さらにオペレータ用ディスプレイ３７の表示画面３７Ｄの下部の左眼球表示領域ＥＢＬ及び右眼球表示領域ＥＢＲには、被験者の眼球の撮像画像が表示される。

これらと並行してオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、左目の注視位置画像ＭＭＬ１及び右目の注視位置画像ＭＭＲ１の中心位置が所定の停留時間、所定の停留範囲内にとどまっているか否かの停留判定を行い、停留していたと判定された場合には、測定点ＭＰ１に相当する測定データとして取得し、測定マークとして、注視位置画像ＭＭＬ１、ＭＭＲ１と同一の画像（あるいは所定の測定マーク画像）を表示することとなる（ステップＳ８３）。

測定点ＭＰ１に相当する測定データの取得が完了すると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、全ての測定点（＝ＭＰ１［第１回目］〜ＭＰ９、ＭＰ１［第２回目］）の測定が完了したか否かを判別する（ステップＳ８４）。
ステップＳ８４の判別において、現時点では、測定が完了していないので、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、１５°の測定点ＭＰ２を次の測定点として設定し（ステップＳ８５）、処理を再びステップＳ８２に移行し、同様に測定データを取得する。

図１６は、オペレータ用ディスプレイにおける右目の９方位眼位検査時の表示画面の一例の説明図（その２）である。

オペレータ用ディスプレイ３７の表示画面３７の左画像表示領域ＨＣＬには、９方位眼位検査用チャート、注視位置特定画像ＴＭＰ及び左目の注視位置画像ＭＭＬ２が表示されている。また、オペレータ用ディスプレイ３７の表示画面３７の右画像表示領域には、９方位眼位検査用チャート、注視位置特定画像ＴＭＰ及び被験者の右目の注視位置画像ＭＭＲ２が表示されている。

さらにオペレータ用ディスプレイ３７の表示画面３７Ｄの下部の左眼球表示領域ＥＢＬ及び右眼球表示領域ＥＢＲには、被験者の眼球の撮像画像が表示される。
これらと並行してオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、左目の注視位置画像ＭＭＬ２及び右目の注視位置画像ＭＭＲ２の中心位置が所定の停留時間、所定の停留範囲内にとどまっているか否かの停留判定を行い、停留していたと判定された場合には、測定点ＭＰ２に相当する測定データとして取得し、測定マークＭＭＬ２を表示することとなる。

測定点ＭＰ２に相当する測定データの取得が完了すると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、１５°の測定点ＭＰ３〜ＭＰ９についても同様に測定データを取得する（ステップＳ８２〜Ｓ８４）。
そして、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、測定点ＭＰ９の測定データの取得が完了すると、再び測定点ＭＰ１に注視用画像ＧＴ１を表示して同様に測定データを取得する。

そして、ステップＳ８４の判別において、測定が完了したと判別すると（ステップＳ８４；Ｙｅｓ）、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、測定点ＭＰ１（第１回目測定分）→測定点ＭＰ２→…測定点ＭＰ９→測定点ＭＰ１（第２回目測定分）を順次直線で結んだ測定結果図形を表示する（ステップＳ８６）。

この場合において、測定点ＭＰ１の第１回目測定分と、測定点ＭＰ１の第２回目測定分と、が所定の閾値差以上異なっている場合には、要再検査として再度検査を行う。
ここで、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、オペレータ用ディスプレイ３７の表示画面に軽度の麻痺などにより異常が十分に検出されていないか否かを問い合わせる画面を表示し、異常が十分に検出されていないとされた場合には、さらにオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、３０°の測定点についても１５°の測定点ＭＰ１〜ＭＰ９と同様のデータを取得することとなる。

｛５．２｝第２視機能検査
第１視機能検査としての右目の９方位眼位検査が終了すると、オペレータは、第１視機能検査と同様の手順で第２視機能検査としての左目の９方位眼位検査の開始を指示し（ステップＳ８１）、上述したステップＳ８２〜ステップＳ８６の手順と同様にして、第２視機能検査としての左目の９方位眼位検査が終了する

｛６｝検査結果提示
図１７は、測定結果図形の表示例の説明図（その１）である。
測定点ＭＰ１の第１回目測定分と、測定点ＭＰ１の第２回目測定分と、が所定の閾値差以内で収まっている場合には、測定結果は信頼性があるものとして、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、測定点ＭＰ１（第１回目測定分）→測定点ＭＰ２→…測定点ＭＰ９→測定点ＭＰ１（第２回目測定分）を順次直線で結んだ測定結果図形を表示する。

より具体的には、図１７の例の場合、オペレータ用ディスプレイ３７の表示画面３７Ｄの左側には左目に対応する左目９方位眼位検査結果画面ＨＣＬＲが表示される。同様に、オペレータ用ディスプレイ３７の表示画面３７Ｄの右側には右目に対応する右目９方位眼位検査結果画面ＨＣＲＲが表示される。

図１７に示す表示例によれば、従来の紙の９方位眼位検査結果と同様の表示がなされており、これをプリンタ３８によりプリントアウトすれば、従来と同様のチャートを得ることが可能となる。

図１８は、測定結果図形の表示例の説明図（その２）である。
図１７の場合においては、両眼の９方位眼位検査結果を視覚的に比較するのは容易ではない。しかしながら、図１８に示すように、両眼の９方位眼位検査結果を一つの両眼９方位眼位検査結果画面ＨＣＲＡに表示することにより、容易に比較することが可能となる。

以上の説明のように、本第１実施形態によれば、検査者であるオペレータが被験者が実際にどの位置を注視位置として検査がなされているのかを把握することが容易となる。したがって、検査者が指示した注視位置を確実に注視させて検査を行うことができ、検査の信頼性を容易に確保できる。
これらの結果、幼児等の検査を行う場合であっても、被験者がオペレータの指示に従っているのかを確実に把握できる。

［１．３］第１実施形態の変形例
［１．３．１］第１実施形態の第１変形例
以上の説明においては、視軸のキャリブレーションを左右の眼で別個に行っていたが、本変形例は、左右眼同時で視軸キャリブレーションを行う場合のものである。
図１９は、左右眼同時の視軸キャリブレーション処理の説明図である。
オペレータがキーボードあるいはマウスを操作することにより、右目視軸の決定処理を指示すると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、図１９（Ａ）に示すように、マルチメディアインタフェース３５、マルチメディアインタフェース２５及び音／映像分離部２６を介して被験者用ディスプレイ２４の表示画面２４Ｄの右目用画像表示領域ＡＲＲに、被験者が右目で注視するための注視用画像ＧＴＲを表示し、左目用画像表示領域ＡＲＬに、被験者が左目で注視するための注視用画像ＧＴＬを表示する。

このとき、オペレータは、被験者に注視用画像ＧＴＲ、ＧＴＬを注視するように促す。
これにより、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、右目及び左目の視軸推定を行う。

したがって、推定した右目及び左目の視軸に基づいて、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、オペレータ用ディスプレイ３７に視軸の位置を視軸マーク画像ＧＶＡＲ、ＧＶＡＬとして表示することとなる。

そしてオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、図１９（Ｂ）に示すように注視用画像ＧＴＲと視軸マーク画像ＧＶＡＲとが不一致している場合には、オペレータがマウスを操作し、キャリブレーションの指示を行うと、図１９（Ｃ）に示すように、視軸マーク画像ＧＶＡＲが注視用画像ＧＴＲに一致するようにキャリブレーションがなされる。

同様にオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、図１９（Ｂ）に示すように注視用画像ＧＴＬと視軸マーク画像ＧＶＡＬとが不一致している場合には、オペレータがマウスを操作し、キャリブレーションの指示を行うと、図１９（Ｃ）に示すように、視軸マーク画像ＧＶＡＬが注視用画像ＧＴＬに一致するようにキャリブレーションがなされる。

以上の説明のように第１実施形態の第１変形例によれば、両眼について同時に視軸のキャリブレーションを行うことができ、検査時間の短縮に貢献することができる。

［１．３．２］第１実施形態の第２変形例
以上の説明においては、注視用画像と視軸マーク画像とが不一致している場合には、オペレータがマウスを操作し、キャリブレーションの指示を行うことにより、視軸マーク画像が注視用画像に一致するようにキャリブレーションがなされるように構成していた。しかしながら、視軸マーク画像が所定時間、所定範囲内に停留していた場合には、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１が、当該停留位置が注視位置であるとして視軸マーク画像が注視用画像に一致するようにキャリブレーションがなされるようにすることも可能である。

図２０は、停留判定に伴うキャリブレーションの処理フローチャートである。
まずオペレータあるいはオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、停留判定条件を設定する（ステップＳ９１）。
停留判定条件としては、停留範囲の大きさ、停留時間などが挙げられる。

停留判定条件が設定されると、オペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、推定した被験者の視軸に基づいて被験者の注視位置を検出する（ステップＳ９２）。
続いてオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、注視位置の停留状態を検出する（ステップＳ９３）。

次にオペレータ用ユニット１２のＭＰＵ３１は、注視位置が停留判定条件に設定された停留範囲に所定の停留時間以上停留したか否かを判別する（ステップＳ９４）。
ステップＳ９４の判別において、注視位置が停留判定条件に設定された停留範囲に停留していないか、あるいは、停留範囲に停留したが所定の停留時間未満の停留しかしていない場合には（ステップＳ９４；Ｎｏ）、再び処理をステップＳ８２に移行して、上述した処理を行う。

ステップＳ９４の判別において、注視位置が停留判定条件に設定された停留範囲に所定の停留時間以上停留した場合には（ステップＳ９４；Ｙｅｓ）、検出状態に応じた動作、例えば、注視点のデータを取得したり、動作モードを遷移させたり、画面遷移を行ったり、音声ガイドなどを開始するなどの動作を行う（ステップＳ９５）。

したがって、本第１実施形態の第２変形例によれば、オペレータが操作を行わなくても所定の処理を行わせることができ、視機能検査におけるオペレータの負担軽減などをはかることができる。

［１．３．３］第１実施形態の第３変形例
図２１は、第１実施形態の第３変形例のＬＥＤユニットにおけるＬＥＤの配置位置の説明図である。
本第３変形例と第１実施形態が異なる点は、奇数個のＩＲ照明装置を被験者の視軸（紙面に交差する軸）に交差する平面上の円ＣＣＬの円周上に同一角度毎に配置している点である。

図２１の例の場合、７個のＩＲ照明装置ＬＥＤ２１〜ＬＥＤ２７を被験者の視軸（紙面に交差する軸）に交差する平面上の円ＣＣＬの円周上に同一角度毎（図２１の例の場合、３６０°／７＝約５１．４°毎）に配置し、あるＩＲ照明装置に対して他のＩＲ照明装置が測定不能条件を満たす１８０°の位置に位置することが無いようにしている。

したがって、いずれの二つのＩＲ照明装置を選択した場合でも光軸位置を算出することが可能となる。この場合においては、図５におけるステップＳ２３の処理を省略して、より高速に処理を行うことができる。

この変形例においても、実施形態と同様に、第１のＩＲ照明装置と第２のＩＲ照明装置とが互いに１８０°の位置に配置されていない場合であっても、１８０°に近い位置（±α°範囲内：測定精度低下条件）、例えば、１８０±１０°の範囲内の位置に配置されているような場合には、光軸の測定精度が低下するので、このような条件の場合にも除外するように構成することが可能である。

より詳細には、第１のＩＲ照明装置と第２のＩＲ照明装置とが１８０±１０°の範囲内の位置に配置されているような場合には、第１のＩＲ照明装置の位置、反射像位置及びカメラの光学中心を含む第１の平面と、第２のＩＲ照明装置の位置、反射像位置及びカメラの光学中心を含む第２の平面と、を特定はできる。しかしながら、二つの平面の交線の特定する際の精度が低下し、角膜曲率中心の測定精度、ひいては、光軸の測定精度が低下するからである。したがって、このような条件の場合にも除外するように構成することが可能である。

［１．３．４］第１実施形態の第４変形例
第１実施形態、第１実施形態の第１変形例及び第１実施形態の第２変形例においては、複数のＩＲ照明装置を被験者の視軸に交差する平面上の円の円周上に同一角度毎に配置していたが、測定不能条件あるいは測定精度が満たされる限り、複数のＩＲ照明装置を被験者の視軸に交差する平面上の円の円周上に任意の角度毎に配置するようにすることも可能である。

［１．３．５］第１実施形態の第５変形例
以上の説明においては、ＩＲ照明装置ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１８は、被験者の視軸（紙面に交差する軸）に交差する平面上の円の円周上に配置するようにしていたが、３個以上のＩＲ照明装置を有し、カメラの光学中心位置に対する各ＩＲ照明装置の３次元的な配置位置が既知であれば、ＩＲ照明装置の位置、反射像位置及びカメラの光学中心を含む平面を容易に特定できる。

したがって、３個以上のＩＲ照明装置のうち、いずれかのＩＲ照明装置は、他のＩＲ照明装置と同一平面上に無くても（＝被験者の視軸に交差する複数の平面上の位置にあっても）よい。

また、３個以上のＩＲ照明装置のうち、いずれかのＩＲ照明装置は、被験者の視軸に交差する一の平面上、あるいは、被験者の視軸に交差する複数の平面上に３個以上のＩＲ照明装置を配置している場合には、視軸に直交する同一平面上に各ＩＲ照明装置の正射影を投影した場合に、同一円周上に無くても良い。

また、視軸に直交する同一平面上に各ＩＲ照明装置の正射影を投影した場合に、視軸に交差する平面上で、同じ角度毎に配置する必要もない。

しかしながら、測定精度の確保の観点からは、視軸に直交する同一平面上に各ＩＲ照明装置の正射影を投影した場合に、視軸を囲うように分散配置されているのが好ましい。例えば、４個のＩＲ照明装置を配置した場合、視軸に直交する平面上で、視軸を原点として互いに直交するＸ軸−Ｙ軸で構成される座標平面上で、第１象限〜第４象限のそれぞれに一つのＩＲ照明装置が配置されているのが好ましい。
［１．３．６］第１実施形態の他の変形例
以上の説明においては、視機能検査として、９方位眼位検査の場合を例として説明したが、視力検査（片眼遮蔽検査及び両眼解放検査）、同時視検査、融像検査、立体視検査（近見検査及び遠見検査）、視野検査、選好注視法（Preferential looking method）検査、不等像検査等においても同様に適用が可能である。

以上の説明においては、９方向眼位検査用チャートとして、正方形状（方眼紙形状）のチャートを用いていたが、従来よく知られている投影用の湾曲した９方向眼位検査用チャートを用いるようにすることも可能である。

［２］第２実施形態
以上の説明においては、第１実施形態として視機能検査装置を例として説明したが、被験者用ディスプレイへの表示を用いて視機能訓練を行う視機能訓練装置について同様に適用することが可能である。

具体的には、同一の物が二つに見える両眼復視の状態となっている患者（被訓練者）において、左右の網膜に移った像を融合して（一つにまとめて）単一視する働きである融像機能を訓練する融像訓練装置、立体視をすることによって眼の能力を向上させる立体視訓練（近見訓練［いわゆる交差法］及び遠見訓練［いわゆる平行法］）を行う立体視訓練装置等においても、訓練者において被訓練者が実際にどの位置を注視位置として視機能訓練を行っているかを容易に把握し、より一層の視機能訓練効果が得られるように指導を行うことが可能となる。

この場合においては、上記説明における検査者（オペレータ）を訓練者、被験者を被訓練者、被験者用ディスプレイを被訓練者用ディスプレイと読み替えるようにし、検査過程を訓練過程に適宜読み替えるようにすればよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、１０Ａ 視機能検査装置
１１ 検査ユニット
１２ オペレータ用ユニット
１３ 検査台
１４ 顎台
２１ 光学系ユニット
２１Ｌ 光学系ユニット
２１Ｒ 光学系ユニット
２３Ｌ 眼球カメラ
２３Ｒ 眼球カメラ
２４ 被験者用ディスプレイ
２４Ｄ 表示画面
２５ マルチメディアインタフェース
２６ 音／映像分離部
２７ スピーカ部
２８ 制御インタフェース
３１ ＭＰＵ
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
３４ フラッシュメモリ
３５ マルチメディアインタフェース
３６ 制御インタフェース
３７ オペレータ用ディスプレイ
３７Ｄ 表示画面
３８ プリンタ
３９ マウス
４０ キーボード
４１ 外部記録媒体接続部
ＬＤＵＲ、ＬＤＵＬ ＩＲ照明ユニット装置
ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１８、ＬＥＤ２１〜ＬＥＤ２７ ＩＲ照明装置

Claims (12)

1. 検査光を被験者の眼球にそれぞれ照射する三つ以上のＩＲ照明装置と、
   前記検査光の前記眼球による反射像を撮像する撮像装置と、
   一の前記ＩＲ照明装置に対して測定不能条件あるいは所定の測定精度低下条件を満たす位置に配置されている他の前記ＩＲ照明装置との組を除く、互いに異なる複数の前記ＩＲ照明装置の組に対応する互いに異なる前記反射像の位置の組に基づいて算出した前記被験者の角膜を想定した複数の角膜曲率の中心の空間座標の値の平均値及び前記被験者の瞳孔の中心点に基づいて光軸ベクトルを算出する光軸ベクトル算出部と、
   を備えた光軸ベクトル検出装置。
2. 複数の前記ＩＲ照明装置は、被験者の視軸に交差する一又は複数の平面上に配置可能とされている、
   請求項１記載の光軸ベクトル検出装置。
3. 前記ＩＲ照明装置は、前記被験者の視軸に交差する一の平面上の円の円周上に所定角度毎に配置される、
   請求項１記載の光軸ベクトル検出装置。
4. 複数の前記ＩＲ照明装置は、前記被験者の視軸を囲うように配置されている、
   請求項１記載の光軸ベクトル検出装置。
5. 複数の前記ＩＲ照明装置は、前記撮像装置の光学中心位置に対して３次元的な配置位置がそれぞれ既知である位置に配置されている、
   請求項１記載の光軸ベクトル検出装置。
6. 前記光軸ベクトル算出部は、前記撮像装置の撮像画像に基づいて前記瞳孔の中心点を算出する、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の光軸ベクトル検出装置。
7. 検査光を被験者の眼球にそれぞれ照射する三つ以上のＩＲ照明装置と、
   前記検査光の前記眼球による反射像を撮像する撮像装置と、
   一の前記ＩＲ照明装置に対して測定不能条件あるいは所定の測定精度低下条件を満たす位置に配置されている他の前記ＩＲ照明装置との組を除く、互いに異なる複数の前記ＩＲ照明装置の組に対応する互いに異なる前記反射像の位置の組に基づいて算出した前記被験者の角膜を想定した複数の角膜曲率の中心の空間座標の値の平均値及び前記被験者の瞳孔の中心点に基づいて光軸ベクトルを算出する光軸ベクトル算出部と、
   被験者用表示装置と、
   オペレータ用表示装置と、
   前記被験者用表示装置に視認対象物としての画像を表示する対象表示部と、
   前記光軸ベクトルに基づいて前記視認対象物としての画像の視認時における前記被験者の視軸を推定する視軸推定部と、
   前記オペレータ用表示装置に前記視認対象物としての画像の表示位置及び推定した前記視軸に対応する視点位置及び前記被験者の眼球映像を表示する表示部と、
   を備えた視機能検査装置。
8. 前記光軸ベクトル算出部は、前記撮像装置の撮像画像に基づいて前記瞳孔の中心点を算出する、
   請求項７記載の視機能検査装置。
9. 被訓練者用表示装置と、オペレータ用表示装置とを、備えた視機能訓練装置において、
   検査光を被訓練者の眼球にそれぞれ照射する三つ以上のＩＲ照明装置と、
   前記検査光の前記眼球による反射像を撮像する撮像装置と、
   一の前記ＩＲ照明装置に対して測定不能条件あるいは所定の測定精度低下条件を満たす位置に配置されている他の前記ＩＲ照明装置との組を除く、互いに異なる複数の前記ＩＲ照明装置の組に対応する互いに異なる前記反射像の位置の組に基づいて算出した前記被訓練者の角膜を想定した複数の角膜曲率の中心の空間座標の値の平均値及び前記被訓練者の瞳孔の中心点に基づいて光軸ベクトルを算出する光軸ベクトル算出部と、
   前記被訓練者用表示装置に前記被訓練者の視認対象物としての画像を表示する対象表示部と、
   前記光軸ベクトルに基づいて前記視認対象物としての画像の視認時における前記被訓練者の視軸を推定する視軸推定部と、
   前記オペレータ用表示装置に前記視認対象物としての画像の表示位置及び推定した前記視軸に対応する視点位置を表示する位置表示部と、
   前記オペレータ用表示装置に前記被訓練者の眼球映像を表示する表示部と、
   を備えた視機能訓練装置。
10. 前記光軸ベクトル算出部は、前記撮像装置の撮像画像に基づいて前記瞳孔の中心点を算出する、
    請求項９記載の視機能訓練装置。
11. 検査光を被験者の眼球にそれぞれ照射する三つ以上のＩＲ照明装置と、前記検査光の前記眼球による反射像を撮像する撮像装置と、被験者用表示装置と、オペレータ用表示装置とを、備えた視機能検査装置において実行される方法であって、
    前記被験者用表示装置に前記被験者の視認の対象画像を表示する過程と、
    検査光を被験者の眼球にそれぞれ照射し、前記検査光の前記眼球による反射像を撮像する過程と、
    前記被験者が前記対象画像を視認しているときの、一の前記ＩＲ照明装置に対して測定不能条件あるいは所定の測定精度低下条件を満たす位置に配置されている他の前記ＩＲ照明装置との組を除く、互いに異なる複数の前記ＩＲ照明装置の組に対応する互いに異なる前記反射像の位置の組に基づいて算出した前記被験者の角膜を想定した複数の角膜曲率の中心の空間座標の値の平均値及び前記被験者の瞳孔の中心点に基づいて光軸ベクトルを算出する過程と、
    前記被験者用表示装置に前記被験者の視認対象物としての画像を表示する過程と、
    前記光軸ベクトルに基づいて前記視認対象物としての画像の視認時における前記被験者の視軸を推定する過程と、
    前記オペレータ用表示装置に前記視認対象物としての画像の表示位置及び推定した前記視軸に対応する視点位置を表示する過程と、
    前記オペレータ用表示装置に前記被験者の眼球映像を表示する過程と、
    を備えた方法。
12. 前記光軸ベクトルを算出する過程において、前記撮像装置の撮像画像に基づいて前記瞳孔の中心点を算出する、
    請求項１１記載の方法。