JPS6255864B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、瞳孔径測定装置、特に瞳孔部の撮像
信号レベルをフイードバツクして、これを基に新
たに２値化の基準レベルを設定する瞳孔径測定装
置に関する。

瞳孔の大きさは、被検眼に応じて、すなわち被
検者の年令、疲労度、症状または周囲条件（明る
さ）等によつて、まちまちであり、縮瞳している
場合と散瞳している場合で異なることは周知であ
る。因みに一般健康人の瞳孔径は３乃至９mmの範
囲内にある。

従来、瞳孔径測定装置として、被検眼前眼部を
テレビモニタによつて観察し、走査線ごとに明暗
の出力信号を検出し（瞳孔部は暗部となる）、直
径方向のカーソルマーカーの箇所の走査線による
検出より瞳孔径を、更には走査線毎に積分して瞳
孔面積を測定するものが知られている。

ここで明暗の出力信号は２値化手段により２値
化されて瞳孔部はこの２値化出力より検出される
が、従来、２値化手段として観察用テレビモニタ
を見ながら、手動で２値化の基準レベルを調整す
るものや、予め２値化の基準レベルを固定してあ
るものが知られている。

しかし手動による場合、個々の被検眼に対し
て、操作を必要とし、測定に時間が、かかり効率
の良い測定をすることができなかつた。

又、２値化の基準レベルを固定化する方法は
個々の被検眼の特性に対応することができず、良
好な２値化ができないという欠点があつた。

本発明は、上述の欠点を解消する瞳孔径測定装
置を提供することを目的とし、これを達成するた
め、撮像信号の２値化手段において瞳孔部の信号
レベルをフイードバツクして、こねれを基に新た
な２値化の基準レベルを設定することを特徴とす
る。

本発明における２値化回路は、常に１フレーム
前の情報を基に２値化の基準レベルを自動設定す
るため、時々刻々変化する瞳孔に対応して最適で
確実な２値化ができ、又、手動によるレベル設定
の煩わしさから開放され、被検眼の個人差による
影響を殆んど受けず良好な計測ができる。

以下、本発明に実施例を説明する。

第１図は観察用テレビモニタで観察される被検
眼前部の図でＰが瞳孔像である。図中Ｗはノイズ
除去のため計測範囲を制限する計測窓、Ｘ，Ｙは
カーソルマーカーで十字線を形成する。第２図は
本発明の実施例の構成図である。Ｅは被検眼、９
は対物レンズ、１０はテレビカメラ、１０ａはテ
レビカメラ１０からのビデオ信号、１１はビデオ
信号１０ａを増幅し後述する基準位置表示信号を
混合する混合器、１１ａはその出力、１２は前眼
部観察用のテレビモニタ、１３はビデオ信号１０
ａから水平同期信号及び垂直同期信号を発生する
同期分離回路、１３ａは水平同期信号、１３ｂは
垂直同期信号、１４はビデオ信号１０ａをクラン
プするクランプ回路、１４ａはその出力、１５は
クランプ回路１４でクランプされたビデオ信号を
反転し２値の量子化を行なう反転２値化回路、１
５ａはその反転２値化信号、１５ｂは十字線を表
示するための基準位置表示信号、１６は計測範囲
を制限し不要な信号や雑音を除去する計測窓回
路、１６ａは計測窓パルス、１７は２値化信号１
５ａと計測窓パルス１６ａが共にHighレベルの
部分を抽出するANDゲート、１７ａは瞳孔部信
号、１８は積分回路で瞳孔部信号１７ａで制御さ
れ、横径計測用、縦径計測用の２つの積分器を有
する。１９は積分回路１８での積分結果を保持記
憶するサンプルホールド回路、１９ａ，１９ｂは
各々瞳孔横径信号、瞳孔縦径信号、２０はサンプ
ルホールドタイミング発生回路で、サンプルホー
ルド回路１９のサンプルホールドタイミングを発
生する。また２０ａはその出力である。

２１は表示回路で、サンプルホールド回路１９
で保持された計測値をアナログ―デジタル変換し
て表示する。

テレビカメラ１０から出力されたビデオ信号１
０ａは、第３図１０ａに示されるような信号で、
増幅器１１、同期分離回路１３、クランプ回路１
４に入力する。

混合器１１で２倍に増幅され、後述する基準位
置表示信号１５ｂと混合されたビデオ信号は、観
察用テレビモニタ１２で受像される。

同期分離回路１３は、水平同期信号１３ａ、垂
直同期信号１３ｂを発生し、次段以降の種々の回
路の制御信号として用いられる。

さてクランプ１４に入力されたビデオ信号１０
ａはその最低レベルでクランプされ反転２値化回
路１５に入力される。ここでは、第３図１０ａの
ビデオ信号を基準レベルＬでスライスし、２値の
量子化が行なわれる。

この結果第３図１５ａのような２値化信号が得
られるが、これには瞳孔部の信号Ｐと共に計測に
不要な信号Ｓや雑音Ｎが含まれている。

この２値化信号と計測窓回路１６で発生した計
測窓パルス１６ａをANDゲート１７でANDをと
り、２値化信号中の瞳孔部すなわち信号Ｐのみを
含む領域を抽出する。この様子を第３図１６ａ，
１７ａに示す。

積分回路１８は一定の直流電圧を積分ゲートの
開閉に従つて積分を実行、停止するが横径計測に
ついては瞳孔部信号が、このゲート開閉パルスと
して働き、縦径計測に関しては、後述する基準線
Ｙの発生パルスと瞳孔部信号のANDをとつたも
のがゲート開閉パルスとして働く。

その結果、開閉パルスの長さ、すなわち瞳孔部
信号のレベルHighになつている時間に対応する
積分出力を発生する。

該積分出力はサンプルホールドパルス２０ａの
タイミングでサンプルホールド回路１９に記憶保
持される。この保持電圧すなわち瞳孔横径信号１
９ａ，瞳孔縦径信号１９ｂは表示回路２１でアナ
ログデジタル変換され、その結果がデジタル表示
される。

以下、本発明の特徴事項である自動２値化手段
について第４図、第５図を用いて説明する。第４
図は第２図の反転２値化回路１５の構成図であ
る。この回路に入力する信号は第２図中のクラン
プ回路１４でクランプされたビデオ信号１４ａ，
同期分離回路１３の出力であるところの水平同期
信号１３ａ，垂直同期信号１３ｂの３信号であ
る。３１は後述する基準レベルとビデオ信号１４
ａを比較して２値の量子化を行ないその反転出力
を得るためのコンパレータ、１５ａはその反転２
値化信号である。３２は垂直同期信号１３ｂの周
期で鋸歯状波を発生する垂直同期鋸歯状波発生回
路、３２ａはその鋸歯状波出力、３３は鋸歯状波
３２ａの所望の電圧のタイミングを得るためのコ
ンパレータ、３３ａはその出力、３４は所望の電
圧を発生する電圧発生器、３５はコンパレータ３
３の出力３３ａのタイミングで一水平走査周期の
間だけHighとなるようなパルスを発生する水平
線パルス発生回路、３５ａはその水平線パルス出
力、３６は水平同期信号１３ａの周期で鋸歯状波
を発生する水平同期鋸状波発生回路、３６ａはそ
の鋸歯状波出力、３７は鋸歯状波３６ａの所望の
電圧のタイミングを得るためのコンパレータ、３
７ａはその出力、３８は所望の電圧を発生する電
圧発生器、３９はコンパレータ３７の出力３７ａ
のタイミングで極く短い時間だけHighとなるよ
うなパルスを発生する垂直線パルス発生回路、３
９ａはその垂直線パルス出力、４０は水平線パル
ス３５ａと垂直線パルス３９ａが共にHighレベ
ルになる部分を得るためのANDゲート、４０ａ
はANDゲートの出力でサンプルホールド回路４
２のためのサンプルホールドパルス、４１は水平
線パルス３５ａと垂直線パルス３９ａのどちら
か、あるいは両方がHighレベルになる部分を得
るためのORゲート、１５ｂはORゲートの出力
で、基準位置表示信号、４２はサンプルホールド
信号４０ａのタイミングでビデオ信号１４ａを記
憶保持するサンプルホールド回路、４２ａはその
保持電圧、４３は保持電圧４２ａに適当なオフセ
ツト電圧を加え、又、保持電圧４２ａの急激な変
化を無視するための時定数回路、４３ａはその出
力で基準レベル信号である。

水平同期鋸歯状波発生回路３６で発生した鋸歯
状波が電圧発生器３８で発生した原点電圧を越え
るとコンパレータ３７の出力３７ａは、Lowレベ
ルからHighレベルに立上る。この立上りで垂直
線パルス発生回路は極く短いパルスを発生する
が、水平同期鋸歯状波発生回路３６は水平同期パ
ルスが入力する毎にリセツトするので、各走査線
の同じ位置のタイミングで垂直線パルスを発生す
る。この様子を第５図１３ａ，３７ａ，３９ａに
示した。垂直同期鋸歯状発生回路３２で発生した
鋸歯状波と電圧発生器３４で発生した原点電圧で
垂直線パルスの発生の場合と同様にしてコンパレ
ータ３３で出力３３ａを得る。水平線パルス発生
回路３５はコンパレータ出力３３ａの立上つた時
点から見て最初の水平同期パルスが入力してから
次の水平同期パルスが入力するまでの間だけ
Highレベルになるようなパルスを発生するが、
垂直同期鋸歯状波発生回路３２は垂直同期パルス
が入力する毎にリセツトするので、各フレームの
同じ位置のタイミングで水平線パルスを発生す
る。この様子を第５図３３ａ，３５ａに示す。こ
うして得られた水平線パルス３５ａ、垂直線パル
ス３９ａは、ANDゲート４０，ORゲート４１に
入力するがORゲートの出力１５ｂは第５図１５
ｂに示す様なパルスで第２図の混合器１１に入力
し、ビデオ信号１０ａと混合されて観察用モニタ
上に十字線を表示する。計測時にはこの十字線の
交点を基準位置としてモニタ上で被検眼の瞳孔中
心部をこの点と一致させる。

一方ANDゲート４０で得られる出力は第５図
４０ａに示す様なパルスで先の十字線の交点すな
わち被検眼の瞳孔中心部に相当する位置のタイミ
ングパルスであり、この基準位置タイミングパル
スは次段のサンプルホールド回路４２のサンプル
ホールドパルスであり、サンプルホールド回路４
２はこのタイミングでビデオ信号１４ａのサンプ
ルホールドを繰り返す。このサンプルホールド回
路で得られた保持電圧４２ａは走査線が前記の十
字線の交点すなわち、基準位置を走査する毎、換
言すれば１フレーム毎に更新される。通常の計測
状態では瞳孔部の輝度に大きな変化はなく前述の
保持電圧にも変化を与えないが、被検者が瞬時、
よそ見をした、などその他基準位置の輝度が著し
く変化した場合、２値化回路の基準電圧となるこ
の保持電圧に大きな変化が発生しこのままでは計
測に不都合が生じてしまう。そこで、時定数回路
４３はこの保持電圧の急激な変化に影響されない
ような時定数を設定してある。さらにここで適当
な量のオフセツト電圧V₀を加え瞳孔部の電圧レ
ベルよりも少しだけ高い電圧を得てこれを、コン
パレータ３１の基準レベル信号とする。コンパレ
ータ３１ではこの基準レベル信号とビデオ信号１
４ａを比較して２値の量子化を行なう。この時コ
ンパレータ３１の極性は第４図に示すように設定
してあるため、瞳孔部その他ビデオ信号中で基準
レベルＬよりも低い部分がHighとなるような反
転２値化信号１５ａが得られる。基準位置とその
前後の走査時におけるサンプルホールドパルス４
０ａ，ビデオ信号１４ａ、基準レベル信号４２
ａ、その基準レベルＬ、オフセツト電圧V₀、反
転２値化出力１５ａを第５図に示す。図中V₁，
V₂は各フレームでの瞳孔部出力電位である。

第６図は、別の実施例における反転２値化回路
の構成図である。

本実施例では瞳孔部領域内で撮像信号のピーク
値が検出され、そのときの出力でフイードバツク
をかける。入力としては水平同期信号１３ａ、垂
直同期信号１３ｂ、計測窓パルス１６ａ、ビデオ
信号１４ａである。５０は、ビデオ信号１４ａを
反転する反転器、５０ａはその出力である反転ビ
デオ信号、５１は計測窓パルス１６ａをゲート信
号としてこれがHighレベルのときに、ゲートが
開きビデオ信号１４ａをそのまま出力するゲート
回路、５２はゲート回路５１の出力のピークを検
出するピーク検出回路、５３は検出したピークを
一時的に保存しておく第１の保持回路、５４は第
１の保持回路の出力を保持しておく第２の保持回
路、５５は水平同期信号１３ａと垂直同期信号１
３ｂから前述の２つの保持回路に与えるリセツト
パルス５５ａ及び保持信号パルス５５ｂを発生す
るパルス制御回路、５６は前例における時定数回
路と同じ機能を有する時定数回路、５７は反転ビ
デオ信号５０ａと時定数回路５６の出力５６ａと
を比較して２値の量子化を行なうコンパレータ、
１５ａはその反転２値化信号である。

反転器５０で反転されたビデオ信号５０ａはゲ
ート回路５１に入力し、計測窓パルス１６ａが
Highのときだけゲートを通過する、すなわち計
測窓の内側だけについてピーク検出を行なう。ピ
ーク検出回路５２に入力したビデオ信号は現在ま
でのピーク検出におけるピークすなわち最大値を
次々と第１の保持回路５３へ出力して行く。第１
の保持回路５３はパルス制御回路５５で発生した
リセツトパルス５５ａによつて計測窓の下端の位
置タイミングでリセツトされ次フレームのピーク
検出に備える。一方第２の保持回路５４は、サン
プルホールド回路でパルス制御回路５５で発生し
た保持信号パルス５５ｂによつて計測窓の下端直
前のタイミングでサンプルホールド動作を行な
う。すなわち、ピーク検出の終了直前までのピー
ク値がサンプルホールドされ保持されることにな
る。第２の保持回路の出力から、時定数回路５６
で保持電圧の急激な変化に影響されず又、適当な
オフセツト量を加えた出力５６ａを得る。これを
２値化の基準レベルとしてコンパレータ５７で反
転ビデオ信号５０ａと比較して２値の量子化を行
なうと前例と同様に瞳孔部その他基準レベルより
高い部分でHighレベルとなるような信号１５ａ
が得られる。このことは、通常、瞳孔部の輝度は
低く撮像信号上でみると、瞳孔の周辺よりもその
レベルが低くすなわち撮像信号を反転した状態で
は瞳孔部領域内が最もレベルの高い部分であり、
ピーク検出によつて瞳孔部の信号レベルを検出で
きることに基づいている。

第７図は更に別の実施例における反転２値化回
路の構成図を示し、オフセツト量を変化させるレ
ベルシフト手段が付加されている。図中、６０は
第４図３２〜４２で構成される回路と全く同じ回
路であり入力は、水平同期信号１３ａ、垂直同期
信号１３ｂ及びビデオ信号１４ａである。４３′
は前実施例と同じ時定数を持つ時定数回路である
が、ここではオフセツト電圧を加えない。４３′
ａはその出力で瞳孔レベル信号、４４は瞳孔レベ
ル信号のレベルをシフトして同信号のレベルより
も少し高いレベルに設定するレベルシフト回路で
あるがそのシフト量は、シフト量調整回路４５に
よつて外部より手動で調節できるようにしてあ
る。レベルシフト回路４４の出力４４ａは前々実
施例と同様に基準レベルとなり、コンパレータ３
１は反転２値化出力１５ａを出力する。

以上説明したような方式で２値化回路を構成す
れば、手動による２値化基準レベル設定のわずら
わしさは解消され、効率の良い計測が可能とな
る。又計測の初期設定すなわちテレビカメラと、
被検眼の位置合せをする操作が、基準レベルのサ
ンプル点を瞳孔内に確保する操作にもなり、さら
に常に１フレーム前の情報をフイードバツクさせ
て現在のフレームにおける基準レベルを設定する
ため計測条件の変化等による瞳孔部の微妙な輝度
変化を自動追尾することになり常に確実で効果的
な２値化ができるようになる。さらに前述のよう
な自動追尾機能を持たせたままレベルシフト回路
を組み込むことにより特異な輝度分布を持つ瞳孔
の計測にも対処し易くなる、なお、撮像手段とし
て、上述した撮像管の他、例えば２次元又は１次
元イメージセンサ等の各種撮像素子を用いること
ができることは明らかである。ここで、１次元イ
メージセンサで瞳孔径を測定し、光学的又は機械
的に回転して瞳孔面積を測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は観察用テレビモニタで観察される被検
眼前眼部の図、第２図は本発明に係わる瞳孔径測
定装置の構成図、第３図は第２図における各部の
信号及び動作波形を示すタイムチヤート図、第４
図は反転２値化回路の第１実施例の構成図、第５
図は第４図における各部の信号及び動作波形を示
すタイムチヤート図、第６図は反転２値化回路の
第２実施例の構成図、第７図は反転２値化回路の
第３実施例の構成図、図中Ｐは瞳孔像、Ｗは計測
窓、Ｌはカーソルマーカー（十字線）、Ｅは被検
眼、９は対物レンズ、１０はテレビカメラ、１２
はテレビモニタ、１３ａは水平同期信号、１３ｂ
は垂直同期信号、１４はクランプ回路、１５は反
転２値化回路、１６は計測窓回路、１７はAND
ゲート、３２，３６は鋸歯状波発生回路、３５，
３９はパルス発生回路、４０はANDゲート、４
１はORゲート、４２はサンプルホールド回路、
４３，４３′，５６は時定数回路、４５はシフト
量調整回路、５０は反転器、５２はピーク検出回
路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検眼前眼部を電子走査によつて撮像する被
   検眼前眼部撮像手段と、 該撮像手段の出力信号から被検眼瞳孔の大きさ
   に対応する矩形波を抽出する２値化手段を有し、
   該２値化手段の出力から被検眼瞳孔の大きさを測
   定する瞳孔径測定装置において、瞳孔部領域内の
   所定位置での撮像信号を所定のタイミングで記憶
   保持する保持手段と、該保持手段より得られる信
   号を前記２値化手段にフイードバツクさせるフイ
   ードバツク手段を有し、該フイードバツク手段に
   より次のフレームの２値化の基準レベルを自動的
   に設定することを特徴とする瞳孔径測定装置。 ２ 前記所定位置は、各フレームで瞳孔中心位置
   である特許請求の範囲第１項記載の瞳孔径測定装
   置。 ３ 前記所定位置は、撮像信号の極値が検出され
   る位置である特許請求の範囲第１項記載の瞳孔径
   測定装置。 ４ 前記所定位置で前記保持手段より得られる信
   号に所定のオフセツト量を加えて２値化の基準レ
   ベルとする特許請求の範囲第１項記載の瞳孔径測
   定装置。 ５ 前記オフセツト量の微調整が外部よりなされ
   る特許請求の範囲第４項記載の瞳孔径測定装置。