特許 6019721 他覚式変位測定装置、及び他覚式変位測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6019721

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】他覚式変位測定装置、及び他覚式変位測定方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 3/113 20060101AFI20161020BHJP

【ＦＩ】

   A61B3/10 B

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-106081(P2012-106081)

(22)【出願日】2012年5月7日

(65)【公開番号】特開2013-233216(P2013-233216A)

(43)【公開日】2013年11月21日

【審査請求日】2015年4月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】110000198

【氏名又は名称】特許業務法人湘洋内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】四宮 孝史

(72)【発明者】

【氏名】三宅 信行

【審査官】 冨永 昌彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２９７３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表昭６３−５０２６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１９９９９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ３／００ − ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも被検者の眼を含む眼球画像から、
前記被検者の眼球の視線ベクトルを推定する処理と、
前記被検者の眼球の光軸ベクトルを推定する処理と、
前記視線ベクトルに対する、前記光軸ベクトルの変位量を算出する処理と、を実行し、
前記被検者の眼位が第一の眼位にある際の視線ベクトルに対する、前記被検者の眼位が第二の眼位にある際の視線ベクトルの変位量を算出する処理を、さらに実行すること
を特徴とする変位測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の変位測定装置であって、
前記第一の眼位は、融像性輻輳が成立していない眼位であり、
前記第二の眼位は、融像性輻輳が成立している眼位であること
を特徴とする変位測定装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の変位測定装置であって、
前記変位量は、開散輻輳方向或いは上下方向への少なくとも何れかの変位量として算出されること
を特徴とする変位測定装置。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一項に記載の変位測定装置であって、
前記変位量の単位は、プリズムディオプトリーであること
を特徴とする変位測定装置。

【請求項5】

少なくとも被検者の眼を含む眼球画像から、
被検者の眼球の視線ベクトルを推定するステップと、
被検者の眼球の光軸ベクトルを推定するステップと、
前記視線ベクトルに対する、前記光軸ベクトルの変位量を算出するステップと、を実行し、
前記被検者の眼位が第一の眼位にある際の視線ベクトルに対する、前記被検者の眼位が第二の眼位にある際の視線ベクトルの変位量を算出するステップを、さらに実行すること
を特徴とする変位測定方法。

【請求項6】

コンピュータに、被検者の眼の変位量を測定させるプログラムであって、
前記コンピュータを、制御手段として機能させ、
前記制御手段に、
被検者の眼球の視線ベクトルを推定するステップと、
被検者の眼球の光軸ベクトルを推定するステップと、
前記視線ベクトルに対する、前記光軸ベクトルの変位量を算出するステップと、を実行させ、
前記被検者の眼位が第一の眼位にある際の視線ベクトルに対する、前記被検者の眼位が第二の眼位にある際の視線ベクトルの変位量を算出するステップを、さらに実行させること
を特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、他覚式変位測定装置、及び他覚式変位測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、視聴者に立体感や奥行感を認知させる立体コンテンツを提供する技術が普及してきている。しかしながら、このような立体画像や立体映像を知覚し得る能力（両眼視能）は、必ずしも万人が持ち得るものではない。特に、眼位は両眼視能や視力に大きく影響することが知られている。

【0003】

眼位は両眼視眼位（両眼開放で見ているときの眼位）、融像除去眼位（両眼視眼位から融像性輻輳を除去したときの眼位）、安静位（緊張から解放されたときの眼位）の大きく３つに分けられる。このような眼位を測定することで、眼位の状態を判断することができる。例えば、両眼視眼位／融像除去眼位ともに偏位のない場合は正位、両眼視眼位は偏位がないが融像除去眼位が偏位する場合は斜位、両眼視眼位／融像除去眼位ともに偏位する場合は斜視と判断される。また、角膜反射と瞳孔中央とにずれが見られる臨床的γ角（κ角）異常、黄斑部に偏位が見られる黄斑偏位等の見かけの斜視の場合は、偽斜視と称される。

【0004】

このように、眼位は臨床的診断には欠かせず、これらを測定する検査も数多く知られている。例えば、角膜反射を利用したHirschberg試験やKrimsky試験、片眼に対し遮蔽具を装着したり外したりすることで遮蔽／非遮蔽眼の変位を観察する遮蔽試験等が代表的である。また、眼位が測定可能な装置としては、引用文献１に記載されるような大型弱視鏡が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−２７８７６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら上記に記載されるような試験や装置によって得られる検査結果は、検者の技量や感覚に依存することが知られている。よって、検査を行ったり装置を扱ったりする検者には、専門的な知識や経験を持ち得る熟練の技術者が必要とされる上、異なる検者間での比較が困難で定量性に問題がある。また、被検者との対話や協力が必要な場合も多く、被検者が乳幼児等であると測定そのものが不可能となる可能性もあった。

【0007】

そこで本発明は、他覚的に定量性の高い眼位を測定することが可能な装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る変位測定装置は、少なくとも被検者の眼を含む眼球画像から、前記被検者の眼球の視線ベクトルを推定する処理と、前記被検者の眼球の光軸ベクトルを推定する処理と、前記視線ベクトルに対する、前記光軸ベクトルの変位量を算出する処理と、を実行し、前記被検者の眼位が第一の眼位にある際の視線ベクトルに対する、前記被検者の眼位が第二の眼位にある際の視線ベクトルの変位量を算出する処理を、さらに実行することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

他覚的に定量性の高い眼位を測定することが可能な装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る変位測定システム１００の概略図である。

【図2】変位測定システム１００の機能構成を説明するためのブロック図である。

【図3】被検者情報１２１０の概略説明図である。

【図4】（ａ）〜（ｃ）楕円近似についての概略説明図である。

【図5】眼球の回転角についての説明図である。

【図6】変位算出処理についての説明図である。

【図7】ベクトルのなす角αについての説明図である。

【図8】変位測定装置１の実行する測定処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】変位測定装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態に係る他覚的変位測定システム（以下、単に変位測定システムと称する）１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、変位測定システム１００の概略図、図２は、変位測定システム１００の機能構成を説明するためのブロック図である。

【0012】

変位測定システム１００は、他覚的変位測定装置１と、撮像装置２と、照明装置３と、を有している。

【0013】

撮像装置２は、被検者の少なくとも眼周辺領域を撮像するものである。このような撮像装置にはどのようなものを用いてもよいが、例えば、光学系を有し、固体撮像素子に結像させた像を映像信号として出力する一般的なビデオカメラが挙げられる。以下、図１に示すように、撮像装置２の光軸をｚ軸とする３次元の座標系をカメラ座標系、撮像画像を基準とした２次元の画像座標系と称する。なお、撮像装置２の位置及び姿勢に関する情報はカメラパラメータとして、予め記憶部１２に記憶されている。

【0014】

照明装置３は、被検者の少なくとも眼周辺領域に赤外光を照射するものである。このような照明装置３にはどのようなものを用いてもよいが、ここでは、撮像装置２のレンズ開口外周を囲むリング状のＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明であり、その軸は、撮像装置２の光学系の軸と一致するよう構成されている。

【0015】

他覚的変位測定装置（以下、単に変位測定装置と称する）１は、システムを統括制御する制御部１１と、処理に要する情報を記憶する記憶部１２と、各部及び各装置間を接続する入出力インターフェース部（以下、Ｉ／Ｆ部と称する）１３と、を有している。

【0016】

Ｉ／Ｆ部１３は、各部及び各装置間を情報の送受信可能に接続するためのインターフェースを提供する。

【0017】

記憶部１２は、被検者情報記憶領域１２１を有している。

【0018】

被検者情報記憶領域１２１には、被検者に関する情報である被検者情報１２１０が記憶されている。図３は、被検者情報１２１０の概略説明図である。

【0019】

被検者情報１２１０は例えば、被検者を特定するための情報である被検者ＩＤを格納する被検者ＩＤ格納領域２１と、被検者の認証に関する情報を格納する認証情報格納領域２２と、被検者の眼球の回転中心座標に関する情報を格納する回転中心座標格納領域２３と、視線ベクトルに関する情報を格納する視線ベクトル格納領域２４と、光軸ベクトルに関する情報を格納する光軸ベクトル格納領域２５と、各ベクトルの変位量に関する情報を格納する変位情報記憶領域２６と、を有している。

【0020】

次に、制御部１１について説明する。制御部１１は、被検者の情報を管理する情報管理部１１１と、被検者の視線ベクトルを推定する視線推定部１１２と、被検者の光軸ベクトルを推定する光軸推定部１１３と、視線ベクトル及び光軸ベクトルから各種測定値を算出する変位算出部１１４と、を備えている。以下、制御部１１の備える各機能部の行う処理について、順を追って説明する。

【0021】

情報管理部１１１は、図示しない操作手段から測定の開始指示を受け付けると、被検者を特定するための被検者認識処理を実行する。具体的に、情報管理部１１１は、被検者が新規の被検者か否かを判断し、新規の被検者であれば被検者情報１２１０に当該被検者のレコードを新たに作成する。一方、新規の被検者でなければ、被検者情報１２１０から当該被検者に該当するレコードを特定する。

【0022】

新規の被検者か否かを判断は、例えば、図示しない表示装置にログイン画面や新規登録者画面を出力させ、被検者自身や検者に図示しない操作手段からの直接入力を促したり、周知の生体認証を利用したりすることで実現可能である。

【0023】

以下、上記生体認証の中のでも顔認証を用いる場合について説明する。顔認証については、既知のどのような方法を用いても構わない。例えば情報管理部１１１は、撮像装置２から最新の撮像画像を取得し、その画像内から被検者の顔全体を含む顔周辺画像を抽出する。なお、ここでは被検者が予め撮像装置２の方向を向いているものとするが、図示しない表示装置にガイド画像を表示させたり、図示しない音声出力手段にガイド音声を出力させたりすることによって、被検者の顔の向きを撮像に適した方向へ誘導してもよい。

【0024】

次に情報管理部１１１は、顔周辺画像内から顔認証に要する特徴点を抽出して、認証情報格納領域２２に格納される全てのレコードの認証情報（例えば、テンプレート画像）と比較し、認証が成立したレコードを被検者に該当するレコードであると判定する。一方、全てのレコードで認証が成立しなかった場合には、新規の被検者であると判定して、被検者情報１２１０に新たなレコードを作成して一意に定まる被検者ＩＤを付与し、被検者ＩＤ格納領域２１に格納する。そして、使用した顔周辺画像を認証情報として加工処理し、認証情報格納領域２２に格納する。

【0025】

上述の被検者認識処理が終了すると、情報管理部１１１は視線推定部１１２に測定処理の開始要求を出力し、測定を開始させる。視線推定部１１２は測定処理の開始要求を受け付けると、視線推定処理を開始する。

【0026】

ここで、眼位について再度説明する。睡眠中等の緊張から解放されたときの眼位を生理的安静位といい、この生理的安静位に融像性輻輳と緊張性輻輳を加えたものが日常の両眼視眼位となる。また、両眼視眼位から融像性輻輳を除いた眼位を融像除去眼位という。このような生理的安静位や融像除去眼位は、本来その人が持っている固有の眼位である。従ってこれらの眼位と両眼視眼位との差が大きければ大きいほど、視標に対して視線を向けるための融像性輻輳も大きくなる。特に過剰な融像性輻輳は運動系や神経系器官を酷使するため、眼精疲労や複視の原因となりうる。即ち、融像性眼位や安静位は、被検者の両眼視力等の診断に有意な情報となる。

【0027】

そこで本発明では、完全暗室下において両眼の同時視覚入力を阻害した状態で測定を行うことで、生理的安静位を検出する。まず視線推定部１１２は、完全暗室内の被検者に対して照明装置３に赤外光を照射させると共に、撮像装置２より被検者の少なくとも眼を含む顔領域を撮像し、撮像画像を取得する。なお赤外光は不可視光であるため、被検者に対して視覚刺激を与えず固視の手掛かりとなることはない。加えて、被検者に具体的な非固視の指示を、音声ガイド等により実行してもよい。

【0028】

また、視線推定部１１２は、被検者に任意の視標を固視させ、同様の撮像を再度実行する。なお、視標は被検者の視線を一点に引き付けて固視させることを目的とするものであれば、どのようなものを用いてもよい。また、明室、暗室等のどのような条件下で視標を固視させても構わない。加えて、被検者に具体的な注視位置や固視（中心視）を行う旨の指示を、音声ガイド等により行うこともできる。

【0029】

なお、ここでは一台の撮像装置によって左右眼を撮像しているが、左右眼それぞれを別の撮像装置によって撮像してもよい。

【0030】

次に視線推定部１１２は、４つの眼球画像について視線ベクトルを推定する。視線ベクトルは、ここでは眼球の回転中心Ｒと瞳孔中心Ｐを結ぶ線から推定するものとし、推定にはどのような技術を用いてもよい。例えば強膜反射法、角膜反射法、瞳孔−角膜反射法、楕円近似法等の技術が挙げられるが、ここでは瞳孔を楕円によって近似する楕円近似法を用いる。図４（ａ）〜（ｃ）は、楕円近似についての説明図である。

【0031】

まず視線推定部１１２は、被検者の固視非固視の画像を左右眼についてそれぞれ切り出し、図４（ａ）に示すような眼球画像を４つ生成する。そして、所定の輝度値で二値化して、画像内に映り込んだ瞳孔領域Ａを抽出する。これは、カメラの光軸と照明光を同軸にして眼球を照明すると、赤外光の眼球透過率が低いために網膜上の光の反射によって眼球の瞳孔が画像内に明るく映り込む現象を利用するものである（明瞳孔法）。よってこのような二値化画像から明るい領域を抽出することにより、瞳孔に該当する画像領域が得られる。

【0032】

次に視線推定部１１２は、抽出された瞳孔領域Ａを楕円に近似して撮像画像上の瞳孔（楕円）中心Ｐの座標を求めて、楕円パラメータを推定する。楕円中心の検出はどのような手法を用いてもよく、例えば、ハフ変換法、最小メジアン法、内接する平行四辺形を用いる方法等が挙げられる。ここでは、高速な処理が可能である内接する平行四辺形を用いる方法について説明する。

【0033】

内接する平行四辺形を用いる方法は、平行四辺形の相対する辺の中点同士を連結すると２本の直線が交わり、その直線の交点が楕円の中心となるという楕円に内接する平行四辺形の成立条件を用いるものである。この方法では、最初に楕円中心を算出し、その後にアウトライア（異常値）の除去を行ってから楕円パラメータを推定する。

【0034】

具体的に視線推定部１１２は、図４（ｂ）に示すように、上下、左右から全ての点に関して順に内接する平行四辺形を求めてゆき、平行四辺形が成立する場合のみ交点の画像に重みをつけて投票する。そして最終的に投票数が最大の画素を楕円中心と判定する。これにより、欠損した楕円にも対応できる。なお、輪郭点が存在しない欠損部分については、楕円中心からの距離が等しい輪郭のみを残してアウトライアを除去する。このようにして得られた輪郭点に対してフィッティングを行うことで、各楕円パラメータが定まる。ここでは、瞳孔（楕円）中心Ｐの座標を（ｘ，ｙ）、長軸をａ、短軸をｂとする。

【0035】

次に視線推定部１１２は、左右それぞれの眼球の回転中心Ｒを推定する。回転中心Ｒの推定についてもどのような方法をもちいてもよいが、例えば次のような方法が利用可能である。まず、図４（ａ）に示すように、視線ベクトルを撮像画像中に投影して得られる直線は、瞳孔の楕円領域の短軸ｂ方向に一致する。即ち視線方向は楕円の短軸ｂと一致し、視線は眼球の回転中心Ｒを通ることから短軸ｂの延長線上に画像上の眼球回転中心Ｒが存在すると言える。よって、眼球の位置が異なる複数の画像を撮像しおけば、各画像の短軸ｂの延長線の交差点を、画像上の眼球の回転中心Ｒの座標（ｘ_０，ｙ_０）として推定することができる。このように求められた右眼の回転中心座標Ｒ_Ｒ（ｘ_０，ｙ_０）と、左眼の回転中心座標Ｒ_Ｌ（ｘ_０，ｙ_０）とは、回転中心座標格納領域２３にそれぞれ格納される。

【0036】

なお、回転中心Ｒを推定する際の撮像は必ずしも暗室で行う必要は無いが、カメラと眼球の相対位置については固定した状態で行う必要がある。これは、被検者の頭部（例えば、額と顎等）を固定するための支持台を設け、カメラからの眼球位置が被検者や検査によってばらつかないよう、略一致させることで実現可能である。

【0037】

次に視線推定部１１２は、眼球の回転角を算出する。図５は、眼球の回転角の説明図である。眼球の回転角は、水平方向の回転角θと、上下方向の回転角φとして、下記数式（１）及び数式（２）によって求められる。

【0038】

【数1】

【0039】

【数2】

【0040】

なお、ここでは眼球半径ｒ_０には、予め記憶されている平均値を利用するものとした。これは厳密には個人によって異なるため、被検者から計測した数値を利用してもよい。

【0041】

さらに視線推定部１１２は、３次元空間中における瞳孔中心Ｐを通る視線ベクトルＶを求める。視線ベクトルＶは、下記式（３）によって求めることができる。

【0042】

【数3】

【0043】

このようにして求められた固視時の右眼の視線ベクトルＶ_ＢＲと、固視時の左眼の視線ベクトルＶ_ＢＬと、非固視時の右眼の視線ベクトルＶ_ＤＲと、非固視時の左眼の視線ベクトルＶ_ＤＬとは、視線ベクトル格納領域２４にそれぞれ格納される。なお、このＶ_ＢＲ、Ｖ_ＢＬは両眼視眼位の視線ベクトル、Ｖ_ＤＲ、Ｖ_ＤＬは生理的安静位の視線ベクトルと見なすことができる。

【0044】

ここまでの処理を終えると視線推定部１１２は、光軸推定部１１３に光軸推定処理の開始要求を出力する。光軸推定部１１３は光軸推定処理の開始要求を受け付けると、光軸推定処理を開始する。

【0045】

光軸推定部１１３は、上記４つの眼球画像について光軸ベクトルを推定する。光軸ベクトルは、ここでは眼球の回転中心Ｒと角膜頂点Ｃとを結ぶ線から推定するものとし、推定にはプルキニエ像を利用する等のどのような技術を用いてもよい。ここでは例えば、上述の楕円近似法を用いる。なお、角膜頂点Ｃは角膜中心と推定できるため、角膜中心を角膜頂点Ｃと定める。

【0046】

まず光軸推定部１１３は、上述の固視非固視及び左右の眼球画像を所定の輝度値で二値化して、画像内に映り込んだ角膜領域Ｇを抽出する。図４（ａ）に示すように、角膜領域Ｇは、白色の強膜領域Ｆと透明な角膜領域Ｇ（内側に存在する虹彩等が透けて見える領域）との境界であるエッジＥを検出することで特定可能である。なお、エッジＥの内部に存在する瞳孔領域Ａは、全て角膜領域Ｇとして取り扱う。

【0047】

さらに光軸推定部１１３は、抽出された角膜領域Ｇを楕円に近似して撮像画像上の角膜（楕円）中心の座標を求めて、楕円パラメータを推定する。次に光軸推定部１１３は、回転中心座標格納領域２３から回転中心Ｒの座標（ｘ_０，ｙ_０）を読み出し、上記数式（１）〜（３）によって角膜頂点Ｃを通る光軸ベクトルＷを求める。なおここで用いる眼球半径は、上記ｒ_０に眼房の深さを考慮した値を用いてもよい。即ち、上記ｒ_０の値に一般的な眼房の深さ（４ｍｍ程度）を加えた値である。このようにして求められた固視時の右眼の光軸ベクトルＷ_ＢＲと、固視時の左眼の光軸ベクトルＷ_ＢＬと、非固視時の右眼の光軸ベクトルＷ_ＤＲと、非固視時の左眼の光軸ベクトルＷ_ＤＬは、光軸ベクトル格納領域２５にそれぞれ格納される。

【0048】

ここまでの処理を終えると光軸推定部１１３は、変位算出部１１４に変位算出処理の開始要求を出力する。変位算出部１１４は、処理開始要求を受け付けると、変位算出処理を開始する。図６は、変位算出処理について説明する説明図である。

【0049】

変位算出部１１４は、図６に示すように、各眼の固視或いは非固視時における瞳孔に対する角膜の変位量を求める。このような角膜変位量は、視線ベクトル−光軸ベクトル間の水平方向の回転角θの差分Δθと、上下方向の回転角φの差分Δφとで表され、変位情報格納領域２６内の角膜変位格納領域２６１に格納される。具体的には、固視時の右眼の変位である視線ベクトルＶ_ＢＲに対する光軸ベクトルＷ_ＢＲの回転角Δθ_ＢＲ及び回転角Δφ_ＢＲ、固視時の左眼の変位である視線ベクトルＶ_ＢＬに対する光軸ベクトルＷ_ＢＬの回転角Δθ_ＢＬ及び回転角φΔφ_ＢＬ、非固視時の右眼の変位である視線ベクトルＶ_ＤＲに対する光軸ベクトルＷ_ＤＲの回転角Δθ_ＤＲ及び回転角Δφ_ＤＲ、非固視時の左眼の変位である視線ベクトルＶ_ＤＬに対する光軸ベクトルＷ_ＤＬの回転角Δθ_ＤＬ及び回転角Δφ_ＤＬの、８つの差分値である（光軸ベクトルＷの回転角θ及びφは実際には眼球の回転角ではないが、ここでは便宜上「回転角」と称する）。

【0050】

なおその単位はどのようなものでもよいが、ここではプリズムジオプトリー（△）を用いた（１△＝１ｍ当たり１ｃｍの偏位を与えるプリズム屈折力）。これはプリズムジオプトリー（△）と度（°）との変換表を予め記憶部１２に記憶させておき、変位算出部１１４に変換処理を行わせることで実現可能である。また、各角膜変位角は、瞳孔中心を基準として表される。具体的には、視線ベクトルＶに対する光軸ベクトルＷの変位を検出した際に、Δθの回転方向が開散方向（耳側）、或いはΔφの回転方向が上方向である場合にはマイナス（−）、Δθの回転方向が輻輳方向（鼻側）、或いはΔφの回転方向が下方向である場合にはプラス（＋）が付与される。

【0051】

ここで、視線ベクトルＶは、眼球の回転中心Ｒと瞳孔中心Ｐを結ぶ線から推定されているが、殆どの場合この延長線上又は延長線上に近い位置に固視点が存在するため、これは略注視線と見なすことができる。また、光軸ベクトルＷは光（眼軸）であるので、視線ベクトルＶに対する光軸ベクトルＷの回転角は、瞳孔中心と角膜頂点との軸ずれであるγ角を定量的に表す数値となっている。このような変位角は、瞳孔中心Ｐと角膜頂点ＣとがＸ軸方向、及びＹ軸方向に偏位していない被検者では０となる。

【0052】

次に、変位算出部１１４は、非固視時の視線ベクトルに対する固視時の視線ベクトルの変位量を求める。このような融像変位量は、固視−非固視間における視線ベクトルの水平方向の回転角θの差分Δθと、上下方向の回転角φの差分Δφとで表され、変位情報格納領域２６内の融像変位格納領域２６２に格納される。具体的には、右眼の視線ベクトルＶ_ＤＲに対する視線ベクトルＶ_ＢＲの回転角Δθ_Ｒ及び回転角Δφ_Ｒ、左眼の視線ベクトルＶ_ＤＬに対する光軸ベクトルＶ_ＢＬの回転角Δθ_Ｌ及び回転角Δφ_Ｌ、の４つの差分値が算出される。

【0053】

ここで、被検者が視標を固視している際の視線ベクトルＶ_Ｂは眼位が両眼視眼位にある場合の視線ベクトルであり、非固視の際の視線ベクトルＶ_Ｄは眼位が生理的安静位にある場合の視線ベクトルである。即ち、視線ベクトルＶ_Ｄに対する視線ベクトルＶ_Ｂの回転角である融像変位角は、被検者の輻輳（特に、融像性輻輳及び緊張性輻輳）の強度を定量的に表す数値となっている。

【0054】

なお、上記の各変位量は、各視線ベクトルどうしのなす角としてもよい。図７は、視線ベクトルＶ_ＢＬと光軸ベクトルＶ_ＤＬのなす角αについての説明図である。このようななす角αからは変位の方向を知ることはできないが、その大きさから変位量を直観的に知ることができる。

【0055】

ここで、変位測定装置１のハードウェア構成について説明する。図９は、変位測定装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

【0056】

図９に示すように、変位測定装置１は、各部を集中的に制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１と、各種データを書換え可能に記憶するメモリ９０２と、各種のプログラム、プログラムの生成するデータ等を格納する外部記憶装置９０３と、これらを接続するバス９０４と、を備える。変位測定装置１は、例えば、外部記憶装置９０３に記憶されている所定のプログラムを、メモリ９０２に読み込み、ＣＰＵ９０１で実行することにより実現可能である。

【0057】

なお、上記した各構成要素は、変位測定装置１の構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。処理ステップの分類の仕方やその名称によって、本発明が制限されることはない。また、変位測定装置１が行う処理は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。さらに、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。

【0058】

また、各機能部は、ハードウエア（ＡＳＩＣなど）により構築されてもよい。また、各機能部の処理が一つのハードウエアで実行されてもよいし、複数のハードウエアで実行されてもよい。

【0059】

以上のように構成される本実施形態にかかる変位測定装置１の実行する処理を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。図８は、本実施形態に係る変位測定装置１の実行する測定処理の流れを示すフローチャートである。

【0060】

視線推定部１１２は、情報管理部１１１から出力される測定処理の開始要求受け付けると、眼球画像を取得する（ステップＳ１１）。

【0061】

具体的に視線推定部１１２は、瞳孔検出部１１２は、完全暗室内の被検者に対して照明装置３に赤外光を照射させると共に、撮像装置２より被検者の少なくとも眼を含む顔領域を撮像し、撮像画像を取得する。また、視線推定部１１２は、被検者に任意の視標を固視させ、同様の撮像を再度実行する。そして、固視／非固視の画像を左右眼についてそれぞれ切り出し、４つの眼球画像を生成する。

【0062】

次に、視線推定部１１２は、眼球画像から視線ベクトルを推定する（ステップＳ１２）。

【0063】

具体的に視線推定部１１２は、例えば楕円近似法を用いて瞳孔を楕円と見なしその楕円パラメータを推定する。次に視線推定部１１２は、眼球の回転中心Ｒを推定し、右眼の回転中心座標Ｒ_Ｒ（ｘ_０，ｙ_０）と、左眼の回転中心座標Ｒ_Ｌ（ｘ_０，ｙ_０）とを、回転中心座標格納領域２３にそれぞれ格納する。さらに視線推定部１１２は、眼球の水平方向の回転角θと、上下方向の回転角φとを算出して３次元空間中における瞳孔中心Ｐを通る視線ベクトルＶを求める。そして、固視時の右眼の視線ベクトルＶ_ＢＲと、固視時の左眼の視線ベクトルＶ_ＢＬと、非固視時の右眼の視線ベクトルＶ_ＤＲと、非固視時の左眼の視線ベクトルＶ_ＤＬとを、視線ベクトル格納領域２４にそれぞれ格納する。ここまでの処理を終えると視線推定部１１２は、光軸推定部１１３に光軸推定処理の開始要求を出力する。

【0064】

光軸推定部１１３は光軸推定処理の開始要求を受け付けると、光軸ベクトルを推定する（ステップＳ１３）。

【0065】

具体的に光軸推定部１１３は、楕円近似法を用いて角膜を楕円と見なしその楕円パラメータを推定する。次に項軸推定部１１３は、回転中心座標格納領域２３から回転中心Ｒの座標（ｘ_０，ｙ_０）を読み出し、角膜頂点Ｃを通る光軸ベクトルＷを求める。そして、固視時の右眼の光軸ベクトルＷ_ＢＲと、固視時の左眼の光軸ベクトルＷ_ＢＬと、非固視時の右眼の光軸ベクトルＷ_ＤＲと、非固視時の左眼の光軸ベクトルＷ_ＤＬとを、光軸ベクトル格納領域２５にそれぞれ格納する。ここまでの処理を終えると光軸推定部１１３は、変位算出部１１４に変位算出処理の開始要求を出力する。

【0066】

変位算出部１１４は、変位算出処理開始要求を受け付けると、角膜変位を算出する（ステップＳ１４）。

【0067】

具体的に変位算出部１１４は、視線ベクトルＶ−光ベクトルＷ間の、水平方向の回転角θの差分Δθと、上下方向の回転角φの差分Δφと、を求める。即ち、変位算出部１１４は、固視時の右眼の変位である視線ベクトルＶ_ＢＲに対する光軸ベクトルＷ_ＢＲの回転角Δθ_ＢＲ及び回転角Δφ_ＢＲ、固視時の左眼の変位である視線ベクトルＶ_ＢＬに対する光軸ベクトルＷ_ＢＬの回転角Δθ_ＢＬ及び回転角φΔφ_ＢＬ、非固視時の右眼の変位である視線ベクトルＶ_ＤＲに対する光軸ベクトルＷ_ＤＲの回転角Δθ_ＤＲ及び回転角Δφ_ＤＲ、非固視時の左眼の変位である視線ベクトルＶ_ＤＬに対する光軸ベクトルＷ_ＤＬの回転角Δθ_ＤＬ及び回転角Δφ_ＤＬの、８つの差分値を求め、変位情報格納領域２６内の角膜変位格納領域２６１に格納する。

【0068】

さらに変位算出部１１４は、融像変位を算出する（ステップＳ１５）。

【0069】

具体的に変位算出部１１４は、視線ベクトルＶについて、固視−非固視間における融像変位角を求める。具体的には、右眼の視線ベクトルＶ_ＤＲに対する視線ベクトルＶ_ＢＲの回転角Δθ_Ｒ及び回転角Δφ_Ｒ、左眼の視線ベクトルＶ_ＤＬに対する光軸ベクトルＶ_ＢＬの回転角Δθ_Ｌ及び回転角Δφ_Ｌ、の４つの差分値を求め、変位情報格納領域２６内の融像変位格納領域２６２に格納して処理を終了する。

【0070】

以上、変位測定装置１が測定処理を行う際の一実施例について説明した。上記したフローの各処理単位は、変位測定装置１の処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。構成要素の分類の仕方やその名称によって、本発明が制限されることはない。また、変位測定装置１の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分割することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。

【0071】

このように、本発明の変位測定装置１によれば、被検者の左右眼の視線ベクトル、及び光軸ベクトルを他覚的に検出することが可能である。例えば従来の自覚的な測定法では、被検者の感覚や検者の経験が結果に影響するのを避けることは難しかったが、本発明によれば常に定量的なデータを得ることができる。そのため、自覚症状の無い被検者の微少な変位であっても、検者の経験や勘に頼ることなく、客観的な評価を下すことができる。

【0072】

また、従来の大掛かりな装置や専門家を必要とせず、簡便な設備で正確かつ高速な測定が可能であるため、健康診断や家庭での測定も可能となる。

【0073】

なお、上記の実施形態は、本発明の要旨を例示することを意図し、本発明を限定するものではない。本発明の技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。

【0074】

例えば、非固視時の眼位は必ずしも生理的安静位でなくともよい。例えば、明室において半透明遮蔽板によって両眼を覆ってもよいし、片眼固視の状態で他方の眼を半透明遮蔽板で覆い、遮蔽眼の位置を測定することで融像除去眼位を測定し、これを生理的安静位の代わりに用いることができる。

【0075】

また、角膜による屈折の補正を行ってもよい。角膜屈折の補正は、角膜による光の屈折に影響されて解剖学的な瞳孔位置よりも１５％程度拡大された虚像となっているカメラ画像の瞳孔を、本来あるべき大きさの瞳孔に補正する。

【0076】

さらに表示装置を設け、測定結果を該表示装置へ出力してもよい。

【符号の説明】

【0077】

１：変位測定装置、２：撮像装置、３：照明装置、１１：制御部、１２：記憶部、１３：入出力インターフェース部、１００：変位測定システム、１１１：情報管理部、１１２：視線推定部、１１３：光軸推定部、１１４：変位算出部、１２１：被検者情報記憶領域、１２１０：被検者情報。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】