眼鏡用測定装置及び三次元測定装置
【課題】 被検者に負荷をかけることなく角膜眼鏡間距離等の測定を行う眼鏡用測定装置を提供する。
【解決手段】 眼鏡用測定装置（１０）は、指標マーク（ＳＣ）が眼鏡フレーム（２３）に取り付けられた眼鏡（２０）をかけた被検者を撮影する撮影部（１２）と、撮影部で撮影された被検者の眼球の頂点を求めるとともに、指標マーク（ＳＣ）に基づいて眼鏡の眼鏡レンズ（２１）と被検者の眼球の頂点（ＫＰ）との角膜眼鏡間距離（ＫＧ）を演算する演算部（１４）と、を備える。
【解決手段】 眼鏡用測定装置（１０）は、指標マーク（ＳＣ）が眼鏡フレーム（２３）に取り付けられた眼鏡（２０）をかけた被検者を撮影する撮影部（１２）と、撮影部で撮影された被検者の眼球の頂点を求めるとともに、指標マーク（ＳＣ）に基づいて眼鏡の眼鏡レンズ（２１）と被検者の眼球の頂点（ＫＰ）との角膜眼鏡間距離（ＫＧ）を演算する演算部（１４）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者の眼の位置、角度、及び被検者が装着した眼鏡に対する眼位置を測定する眼鏡用測定装置及び三次元測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ玉型（未加工の眼鏡レンズ）の単焦点レンズを用いて近視用眼鏡、または遠視用眼鏡を作成する場合には、瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離、及び視線角度（アイポジション）等を測定する必要がある。さらに、１枚の眼鏡レンズに近視と遠視を混在させた累進多焦点レンズ、いわゆるプログレッシブレンズを用いる際には、瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離、及び視線角度などの情報が特に重要となる。すなわち、累進多焦点レンズは被検者の使用環境に応じて遠用及び近用の視線角度を正確に測定することが必要とされている。
【０００３】
瞳孔中心間距離及び角膜眼鏡間距離の測定には、測定者が被検者の眼の付近に定規をあてて目視測定を行う方法、または装置を用いて被検者の正面の顔画像または側面の顔画像を取得した後、瞳孔中心間距離及び角膜眼鏡間距離を測定する方法を行っている。特許文献１においては、専用の眼位置測定装置を用いて瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離、及び視線角度等を測定する方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、測定者による目視による瞳孔中心間距離及び角膜眼鏡間距離の測定は誤差が生じやすい。また、専用の眼位置測定装置を用いる場合は、専用の付属機器を眼鏡フレームに装着する必要がある点や、撮影した画像を解析するための装置を用意する必要あり、設備投資が高くなる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１６０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みて、被検者に負荷をかけることなく瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離、及び視線角度の測定を行う眼鏡用測定装置及び三次元測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の観点の眼鏡用測定装置は、指標マークが眼鏡フレームに取り付けられた眼鏡をかけた被検者を撮影する撮影部と、撮影部で撮影された被検者の眼球の頂点を求めるとともに、指標マークに基づいて眼鏡の眼鏡レンズと被検者の眼球の頂点との角膜眼鏡間距離を演算する演算部と、を備える。
【０００８】
第２の観点の眼鏡用測定装置は、被検者を正面から撮影する撮影部と、虹彩の平均径を記憶する記憶部と、撮影部で撮影された被検者の眼球の虹彩の最大径を求め記憶部に記憶された平均径と求められた虹彩の最大径とに基づいて被検者の両眼の瞳孔の距離である瞳孔中心間距離を演算する演算部と、を備える。
【０００９】
第３の観点の眼鏡用測定装置は、遠方を見る被検者を正面から第１撮影し且つ遠方より近い近方を見る被検者を正面から第２撮影する撮影部と、第１撮影及び第２撮影で撮影された被検者の眼球の虹彩の水平方向の第１径及び垂直方向の第２径を求め、第１撮影の際の第１径及び第２径と第２撮影の際の第１径及び第２径とに基づいて、被検者が遠方を見るときと近方を見るときとの視線角度を演算する演算部と、を備える。
【００１０】
第４の観点の三次元測定装置は、被検者の眼球の頂点と眼鏡レンズとの角膜眼鏡間距離、又は被検者の両眼の瞳孔の距離である瞳孔中心間距離を測定する。そして三次元測定装置は、光を透さない眼鏡レンズを有する眼鏡を被検者がかけた状態で被検者を撮影する第１撮影と、眼鏡をかけない状態で被検者を撮影する第２撮影とを行う撮影部と、第１撮影と第２撮影との画像の違いに基づいての角膜眼鏡間距離又は瞳孔中心間距離を演算する演算部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の眼鏡用測定装置及び三次元測定装置によれば、瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離及び視線角度等の測定を取得することができ、適切な眼鏡調整が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】タブレット型端末機１０を示した図である。
【図２】眼鏡２０の構成を示した図である。
【図３】被検者が眼鏡２０を装着した顔面側面像ＦＬである。
【図４】リム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定方法のフローチャートである。
【図５】顔面側面像ＦＬ、目盛ＭＫ及びテンプル２３の位置関係を示した模式図である。
【図６】斜め後方から撮影された場合に角膜眼鏡間距離ＫＧを測定する測定方法を示した模式図である。
【図７】瞳孔中心間距離ＰＤの測定方法のフローチャートである。
【図８】両目近傍の顔面正面像ＦＡを示した図である。
【図９】視線角度ψを取得するフローチャートである。
【図１０】（ａ）は遠方方向ＦＰの視線方向における虹彩ＫＳと瞳孔との位置を示した図である。 （ｂ）は近方方向ＮＰの視線方向における虹彩ＫＳと瞳孔との位置を示した図である。
【図１１】ジャイロセンサ部１３を用いた視線角度ψのフローチャートを示す。
【図１２】ジャイロセンサ部１３を用いた視線角度ψの測定概念図である。
【図１３】三次元測定装置１００で被検者を撮影する図である。
【図１４】指標マーカとしてのアライメントシールが貼られた眼鏡の一例である。
【図１５】三次元位置測定装置１００の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態ではカメラ付き携帯タブレット型端末機（以降、タブレット型端末機と称する）１０が用いられる。図１は、一般的なタブレット型端末機１０を示した図である。タブレット型端末機１０は液晶などの表示部１１、カメラ部１２、ジャイロセンサ部１３、演算部１４及び記憶部１５が具備されている。カメラ部１２は２か所に配置されて、第１カメラ部１２ａは表示部１１の反対側の面に配置され、もう一方の第２カメラ部１２ｂは表示部１１の側の面に配置されている。カメラ部１２には撮影レンズ１２１の他に受光素子１２３（図５、図６を参照）としてＣＣＤ又はＣＭＯＳが使われている。
【００１５】
タブレット型端末機１０は携帯可能な大きさであり、電話機能等の複数の機能が搭載されている。また、タブレット型端末機１０は複数のアプリケーション・プログラムがインストール可能になっている。アプリケーションはタブレット型端末機１０の演算部１４で作動し数々の演算処理することができる。なお、第１実施形態で使用するタブレット型端末機１０は図１に示されたタブレット型端末機１０のみに限定されることなく、アプリケーションがインストール可能なカメラであってもよい。
【００１６】
カメラ部１２は撮影方向を表示部１１の側、または表示部１１の反対側の方向に切り替えて撮影可能である。第１カメラ部１２ａは表示部１１の面と反対側の対象物を表示部１１で確認しながら撮影することができ、第２カメラ部１２ｂは表示部１１の側の対象物（例えば測定者本人）を表示部１１で確認しながら撮影することができる。また、カメラ部１２は静止画撮影または動画撮影を行うことができる。表示部１１は、カメラ部１２で撮影した画像を静止画像または動画像で表示することができる。演算部１４は撮影した静止画像または動画像のデータを用いて数々の演算処理が可能となっている。記憶部１５は、一般的な眼鏡の寸法とか、一般的な被検者の虹彩の直径などが記憶されている。
【００１７】
タブレット型端末機１０を用いて、瞳孔中心間距離ＰＤ、角膜眼鏡間距離ＫＧ、及び視線角度ψ等を測定する方法を説明する。
【００１８】
図２は、眼鏡２０の構成を示した図である。眼鏡２０は２枚の眼鏡レンズ２１と眼鏡フレーム２９とからなる。眼鏡フレーム２９は眼鏡レンズ２１を支えるリム２２、リムから伸びるテンプル２３及び耳にかかるモダン２４等の部品から構成される。
【００１９】
＜顔面側面像撮影＞
図３は被検者が眼鏡２０を装着した顔面側面像ＦＬである。測定者は被検者に眼鏡２０をかけてもらう。被検者の顔にフィットするように眼鏡２０の掛け具合を調整しておいた上で、測定者はタブレット型端末機１０の第１カメラ部１２ａで顔面側面像ＦＬを撮影する。特に撮影に際しては、眼鏡２０とともに被検者の眼球の虹彩ＫＳ及び角膜も撮影する。
【００２０】
測定者は顔面側面像ＦＬの撮影の際に被検者のテンプル２３に指標マーカＳＣを取り付ける。測定者はテンプル２３に指標マーカＳＣを取り付けた後、被検者に眼鏡２０を装着させてもよい。指標マーカＳＣは、測定部位の近傍で顔面側面像ＦＬの眼鏡２０のテンプル２３と平行とするよう装着される。タブレット型端末機１０の第１カメラ部１２ａの収差の理由からである。また、指標マーカＳＣは顔面側面像ＦＬの撮影範囲に入るように配置させる。なお、指標マーカＳＣはテンプル２３と重なるように配置してもよい。
【００２１】
指標マーカＳＣは距離を測定するために取り付けられる。このため、タブレット型端末機１０の演算部１４による画像処理に好適な高いコントラストを得られればよく、模様のあるシールまたはクリップ等で取り付けられる治具でもよい。例えば、指標マーカＳＣには２０ｍｍの幅で１０ｍｍ間隔Ｔで３か所の目盛ＭＫを有している。３か所の目盛ＭＫは眼鏡２０フレームが真側面から撮影されたものか、斜めから撮影されたものかを判断するために用いられる。図２では距離１０ｍｍごとの目盛ＭＫを用いているが、１０ｍｍ毎に異なる配色で形成された目盛ＭＫを用いてもよい。演算部１４は目盛ＭＫ、または指定の配色を認識して指標マーカＳＣの目盛ＭＫの所在、角度、及び目盛ＭＫ間の距離Ｔを演算する。
【００２２】
一般に、眼鏡レンズ２１は、視線と眼鏡レンズ２１の主軸が一致するとき、その屈折系の収差を最もよく補正するように設計されている。遠方視する場合において、視線は水平線に対して５〜１０°下方に傾いている。したがって、遠方用眼鏡（近視用眼鏡）の前傾角θは、常用視線と眼鏡レンズ２１の光軸を一致させるためにリム２２に５〜１０°の傾斜角を与える必要があることが知られている。近方用眼鏡（老視用眼鏡）の前傾角θは、リム２２を１２〜１５°の傾斜角にして手元で下方を見やすいようにする必要があることが知られている。累進多焦点レンズを用いる遠近両用タイプの前傾角θは、リム２２を１０〜１２°の傾斜角にする必要があることが知られている。
【００２３】
また、眼鏡レンズ２１の角膜眼鏡間距離ＫＧは、１２ｍｍから１５ｍｍぐらいの距離で設計されている。角膜眼鏡間距離ＫＧが設計された距離よりも離れていると、被検者にとり眼鏡レンズ２１の屈折度はプラス側にずれて、近視において弱く、遠視において強く感じることが知られている。角膜眼鏡間距離ＫＧが設計された距離より近いと被検者にとり眼鏡レンズ２１の屈折度はマイナス側にずれて、近視において強く、遠視において弱く感じることが知られている。
【００２４】
＜前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定＞
図４はリム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定方法のフローチャートである。測定者は、タブレット型端末機１０を起動して、リム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定用アプリケーションを選択する。リム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定は次のようにして測定される。
【００２５】
ステップＳ１０において、測定者はタブレット型端末機１０のカメラ部１２を使って被検者の顔面側面像ＦＬを撮影する。測定者はすでにテンプル２３と平行に目盛ＭＫを有する指標マーカＳＣを取り付けている。撮影範囲は被検者の眼の周辺、リム２２、指標マーカＳＣ及びテンプル２３が入る範囲を撮影する。また、撮影は静止画撮影または動画撮影を行う。
【００２６】
ステップＳ１１において、タブレット型端末機１０の演算部１４はカメラ部１２から指標マーカＳＣ（顔面側面像ＦＬ）までの距離を演算する。演算部１４は撮影された静止画像または動画像の１フレーム画像を解析して指標マーカＳＣの３点の目盛ＭＫを検知する。そして、目盛ＭＫの間隔に基づいてカメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離を演算する。図５はカメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離を演算する模式図である。なお、図５は真横から撮影される顔面側面像ＦＬのカメラ部１２及び眼鏡２０等の位置関係を上部から見た模式図である。
【００２７】
図５（ａ）において、タブレット型端末機１０のカメラ部１２はその撮影倍率などが既知であり、事前にカメラ部１２の撮影倍率は設定値としてアプリケーションに登録されている。目盛ＭＫの間隔Ｔは既知であり、本実施形態では１０ｍｍと規定している。演算部１４は撮影された画像により、三角形の相似の関係からカメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離ｙを演算する。
【００２８】
ステップＳ１２において、演算部１４は撮影された静止画像または動画像の１フレーム画像を解析して、眼鏡２０のリム２２の前傾角θを演算する。演算部１４は、テンプル２３及びリム２２を認識し、テンプル２３とリム２２とで形成する前傾角θを演算する。
【００２９】
ステップＳ１３において、演算部１４は画像から形状から角膜頂点ＫＰを検出する。図３に示されたように、演算部１４は虹彩ＫＳ及び角膜形状を認識して、虹彩形状及び角膜形状を画像処理して角膜頂点ＫＰを検出する。
【００３０】
ステップＳ１４において、演算部１４は角膜頂点ＫＰから水平方向に伸びた位置にあるリム２２を検出する。演算部１４は角膜頂点ＫＰから水平方向に位置するリム２２を検出して、その位置情報を取得する。角膜頂点ＫＰからの水平方向の求め方は２通りある。テンプル２３の伸びる方向を水平として考えて水平方向を求める方法、もう一つは指標マーカＳＣの伸びる方向を水平として考えて水平方向を求める方法である。
【００３１】
ステップＳ１５において、演算部１４はステップＳ１２の角膜頂点ＫＰと、ステップＳ１３の眼鏡レンズ２１（又はリム２２）の位置から角膜眼鏡間距離ＫＧを測定する。図５（ｂ）は、角膜眼鏡間距離ＫＧの演算方法を示した模式図である。角膜眼鏡間距離ＫＧはステップＳ１１で求められたカメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離ｙを用いて演算される。眼鏡２０はテンプル２３からのリム２２の中心距離ＢＢが既知の値として取得されている。演算部１４は目盛ＭＫの間隔Ｔの受光素子１２３のピクセル数、角膜眼鏡間距離ＫＧの受光素子１２３のピクセル数、カメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離ｙ、及びリムの中心距離ＢＢに基づいて、角膜眼鏡間距離ＫＧを演算する。
【００３２】
タブレット型端末機１０は１枚の顔面側面像ＦＬから再現性のある正確な角膜眼鏡間距離ＫＧを演算することができる。なお、角膜眼鏡間距離ＫＧは典型的な測定条件であるリムの中心距離ＢＢが４０ｍｍ程度、またテンプル２３とタブレット型端末機１０のカメラ部１２との距離が５００ｍｍ程度である場合に、０．９ｍｍの誤差範囲で測定可能である。
【００３３】
図６は斜め後方から撮影された場合に角膜眼鏡間距離ＫＧを測定する測定方法を示した模式図である。図６（ａ）は、斜め後方から撮影された顔面側面像ＦＬ及び目盛ＭＫの位置関係を示した模式図である。斜め後方からカメラ部１２で撮影する場合には、図５で示された演算方法に加え、カメラ部１２から指標マーカＳＣ（顔面側面像ＦＬ）までの距離を斜め後方からの傾斜角度で補正する演算が必要である。特に説明しないが、斜め前方から撮影された場合も同様である。
【００３４】
目盛ＭＫは３点形成されているため、目盛ＭＫ間の距離Ｔが２つある。演算部１４は顔面側面像ＦＬで２つの目盛ＭＫ間の距離Ｔがカメラ部１２の受光素子１２３のピクセル間距離ｔ１及びピクセル間距離ｔ２として認識される。斜め後方から顔面側面像ＦＬが撮影されると、ピクセル間距離ｔ１とピクセル間距離ｔ２とのピクセル数が異なる。演算部１４はピクセル間距離ｔ１とピクセル間距離ｔ２との比から傾斜角度αを演算する。
【００３５】
図６（ｂ）は、斜め方向からの角膜眼鏡間距離ＫＧの演算方法を示した模式図である。演算部１４は図４に示されたフローチャートを用いて、受光素子１２３の角膜眼鏡間距離のピクセル数から角膜眼鏡間距離ｋｇ２を演算し、図６（ａ）で示された傾斜角度αから角膜眼鏡間距離ｋｇ２を角膜眼鏡間距離ＫＧに補正することができる。
【００３６】
なお、演算部１４が、角膜頂点ＫＰ、リム２２又は目盛ＭＫの位置を検出できない場合には、タブレット型端末機１０の表示部１１のタッチパネルを使って測定者が角膜頂点ＫＰ、リム２２又は目盛ＭＫを指定して所定の測定結果を演算することも可能である。また、タブレット型端末機１０の演算部１４は動画撮影されている動画像のフレーム画像に対して角膜頂点ＫＰ、または目盛ＭＫの位置を検出した後に物体追跡（トラッキング（ｔｒａｃｋｉｎｇ））を行って、リアルタイムの測定値を表示することが可能である。上述したリム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧは、被検者の左右両側で測定することが好ましい。
【００３７】
＜瞳孔中心間距離ＰＤの測定＞
タブレット型端末機１０を用いた瞳孔中心間距離ＰＤの測定方法を説明する。
【００３８】
図７は瞳孔中心間距離ＰＤの測定方法のフローチャートである。測定者はタブレット型端末機１０の瞳孔中心間距離ＰＤの測定用アプリケーションを選択する。
【００３９】
ステップＳ２０において、測定者は両眼近傍の顔面正面像ＦＡを撮影する。測定者は被検者にタブレット型端末機１０のカメラ部１２を注視してもらい、顔面正面像ＦＡを撮影する。撮影する際に被検者は眼鏡２０を外していてもよいし眼鏡２０をかけていてもよい。また、測定者は被検者の左右の眼が同時に含まれるように撮影する。撮影は静止画像または動画像で行うことができる。図８は両眼近傍の顔面正面像ＦＡを示した図である。
【００４０】
ステップＳ２１において、演算部１４は画像を分析して両眼の虹彩ＫＳを検出する。演算部１４は撮影された静止画像または動画像の１フレーム画像を解析して両眼の虹彩ＫＳを検出し、瞳孔中心ＤＣを演算する。
【００４１】
虹彩ＫＳの検出は、演算部１４が顔面正面像ＦＡより白色の眼球を検知し、その中心部分を虹彩ＫＳとして認識させることが可能である。演算部１４は虹彩ＫＳと隣接する白色の眼球より、正確な虹彩ＫＳの辺縁の検出が可能となっている。
【００４２】
一方の眼の瞳孔中心ＤＣは、演算部１４が検出した虹彩ＫＳの辺縁において、虹彩ＫＳの直径ＫＬであるＸ軸方向の辺縁と辺縁との最大値を検出することで瞳孔中心ＤＣの位置を演算することが可能である。演算部１４は、もう一方の眼の瞳孔中心ＤＣの位置も演算する。
【００４３】
人間の虹彩ＫＳの直径の平均サイズが１１ｍｍであることから、演算部１４が検出した虹彩ＫＳの直径である虹彩ピクセル距離ＫＬを１１ｍｍとして換算させる。このような虹彩ＫＳの直径は記憶部１５に記憶されている。子供用の虹彩ＫＳの直径の平均サイズを瞳孔中心間距離ＰＤの測定用アプリケーションは備えていてもよい。
【００４４】
ステップＳ２２において、瞳孔中心間距離ＰＤを演算する。演算部１４は演算された、両方の眼の瞳孔中心ＤＣの位置が演算されると、２つの瞳孔中心ＤＣの距離の受光素子１２３のピクセル数から瞳孔中心間距離ＰＤを演算する。
【００４５】
なお、演算部１４はタブレット型端末機１０の表示部１１に検出した虹彩ＫＳを強調表示し、瞳孔中心間距離ＰＤの測定結果、及び２つの瞳孔中心位置を結ぶ直線を表示させることが可能である。また測定者が動画像で瞳孔中心間距離ＰＤの測定を行った場合においては、演算部１４が検出した虹彩ＫＳ及び瞳孔中心ＤＣの位置を物体追跡して、瞳孔中心間距離ＰＤの測定結果、及び２つの瞳孔中心位置を結ぶ直線をリアルタイムに連続して表示することが可能である。また、本実施形態では虹彩ＫＳのＸ軸方向の辺縁と辺縁との最大値を検出することで虹彩ＫＳの直径を演算し、その中心を瞳孔中心ＤＣの位置としていたが、虹彩ＫＳの辺縁で形成される円形状または楕円形状から瞳孔中心ＤＣの位置を演算してもよい。また、第１実施形態では測定者が顔面正面像ＦＡを撮影しているが、タブレット型端末機１０の表示側の第２カメラ部１２ｂ（図１を参照。）を用いることで、被検者が自分で瞳孔中心間距離ＰＤを測定することも可能である。
【００４６】
＜視線角度ψの測定＞
タブレット型端末機１０を用いた視線角度ψ（アイポジション）の測定方法を説明する。視線角度ψはタブレット型端末機１０により顔の正面方向より撮影する。測定者は撮影する際に、視線角度ψの測定用アプリケーションを選択し、測定者は被検者の左右の眼が同時に含まれるように撮影する。撮影は静止画像での撮影及び動画像での撮影のどちらでも良い。
【００４７】
視線角度ψの測定は近方作業または遠方作業における視線方向を知るために行われる。上述されたように累進多焦点レンズは１枚の眼鏡レンズ２１の中に近用、遠用、及びその中間用が混在し、被検者の使用環境に適した配置に調整する必要がある。
測定者は被検者が眼鏡２０を必要とする使用状況で、被検者の視線角度ψを取得する。
【００４８】
図９は視線角度ψを取得するフローチャートである。
ステップＳ３０において、測定者は遠方及び近方の顔面正面像ＦＡを撮影する。測定者はタブレット型端末機１０のカメラ部１２を被検者の遠方の視線方向に配置して、被検者に注視してもらい、顔面正面像ＦＡを撮影する（ＦＰ）。また、測定者はブレット型端末機１０のカメラ部１２を被検者の近方の視線方向に配置して、被検者に近方の目標物に視線を動かしてもらい、顔面正面像ＦＡを撮影する（ＮＰ）。撮影する際に被検者は眼鏡２０を外して撮影することが望ましい。また、測定者は被検者の左右の眼が同時に含まれるように撮影することが望ましい。
【００４９】
ステップＳ３１において、演算部１４は画像を分析して両眼の虹彩ＫＳを検出する。演算部１４は撮影された静止画像または動画像の１フレーム画像を解析して両眼の虹彩ＫＳの検出及び瞳孔中心ＤＣを演算する。演算部１４は、両眼の虹彩ＫＳの辺縁を検出し、瞳孔中心ＤＣを演算する。演算部１４は瞳孔中心ＤＣを中心とした虹彩ＫＳの形状を演算する。眼球内の虹彩ＫＳは視線方向によりその辺縁形状が異なる。図１０（ａ）は遠方方向ＦＰの視線方向における虹彩ＫＳと瞳孔との位置を示した図である。図１０（ｂ）は近方方向ＮＰの視線方向における虹彩ＫＳと瞳孔との位置を示した図である。
【００５０】
ステップＳ３２において、演算部１４は視線角度ψを演算する。図１０（ａ）に示されるように、遠方方向ＦＰの視線角度ψの場合の虹彩ＫＳは球状の眼球の中心部分にあり、瞳孔中心ＤＣも眼の中心部分にある。この場合のカメラで撮影された顔面正面像ＦＡの虹彩ＫＳは、虹彩ＫＳの水平方向の直径ＨＡと垂直方向の直径ＶＡはほぼ等しく真円である。一方、図１０（ｂ）に図示されるように、近方方向ＮＰの視線角度ψの場合の虹彩ＫＳは球状の眼球の下方部分にあり、瞳孔中心ＤＣも眼の下方部分に配置される。この場合のカメラ部１２で撮影された顔面正面像ＦＡの虹彩ＫＳは、虹彩ＫＳの垂直方向の直径である縦径ＶＡが水平方向の直径である横径ＨＡより短い横長の楕円になる。演算部１４は、遠方を見ているときの虹彩ＫＳの水平方向の直径ＨＡと垂直方向の直径ＶＡとに基づいて第１楕円の離心率を演算し、且つ近方を見ているときの虹彩ＫＳの水平方向の直径ＨＡと垂直方向の直径ＶＡとに基づいて第２楕円の離心率を演算する。そして演算部１４は第１楕円の離心率と第２楕円の離心率との楕円比を演算する。そして演算部１４は記憶部１５に記憶された虹彩ＫＳの楕円比と視線角度ψとのデータベースとから視線角度ψを演算する。
【００５１】
なお、虹彩ＫＳは上瞼または下瞼などの障害物により、必ずしも虹彩ＫＳの辺縁の全周が演算部１４によって検出できるわけではない。演算部１４は瞳孔中心ＤＣを中心とした虹彩ＫＳの辺形形状をアプリケーションに内蔵されたデータベースを参照して、最も適合する円または楕円を演算することができる。
【００５２】
演算部１４は取得した視線角度ψと第１実施形態で取得した角膜眼鏡間距離ＫＧとから、被検者の遠方方向ＦＰにおける視線と眼鏡レンズ２１の面との交点が演算できる。また、被検者の近方方向ＮＰにおける視線とレンズ面との交点も演算できる。これにより、測定者は被検者に最適な眼鏡２０のセッティングを行うことが可能となる。
【００５３】
なお、本実施形態では測定者が顔面正面像ＦＡを撮影しているが、タブレット型端末機１０の表示側の第２カメラ部１２ｂを用いることで、被検者が自分で視線角度ψを測定することも可能である。
【００５４】
＜変形例＞
視線角度ψを測定する方法として、本変形例はタブレット型端末機１０のジャイロセンサ部１３（図１を参照。）のジャイロセンサ機能を用いた方法を示す。ジャイロセンサ機能はタブレット型端末機１０の角度を検知することが可能である。演算部１４はタブレット型端末機１０の角度を取得することができるため、視線角度ψの測定用アプリケーションにタブレット型端末機１０の角度を用いることが可能である。本変形例も測定者及び被検者が視線角度ψを測定可能である。次に被検者本人が視線角度ψを測定する方法を示す。この場合の被検者は眼鏡２０を装着して視線角度ψを測定可能である。
【００５５】
図１１はジャイロセンサ部１３を用いた視線角度ψのフローチャートを示す。図１２はジャイロセンサ部１３を用いた視線角度ψの測定方法を示した図である。
【００５６】
ステップＳ４０において、被検者はタブレット型端末機１０を近用眼鏡が必要な状態に配置させる。タブレット型端末機１０の表示部１１には文字情報などを表示させ、被検者がタブレット端末を保持する。被検者は表示部１１の文字情報を見るために近方方向ＮＰ（図１２を参照）に視線を向ける。被検者は近用眼鏡が必要な状態で表示部１１の文字情報を見て、手で保持したタブレット型端末機１０の角度を視線と鉛直な角度に調節する。一般に、液晶パネルを用いたタブレット型端末機１０の表示部１１を観察するには、被検者の視線を液晶パネルに対して鉛直にした状態が最もコントラストが付き、明瞭に観察可能な状態であるため、被検者はタブレット端末機１０を鉛直に保持しているかを理解できる。
【００５７】
ステップＳ４１において、演算部１４は第１角度情報βを取得する。被検者は文字情報の観察に最適な角度である第１角度情報βを演算部１４に保存する。第１角度情報βの保存は、被検者がタブレット型端末機１０の表示部１１のタッチパネルにタッチする等の行為で、保存させる。
【００５８】
ステップＳ４２において、被検者はタブレット型端末機１０を遠用眼鏡が必要な状態に配置させる。タブレット型端末機１０の表示部１１には風景画像などを表示させ、被検者が普段見る風景画像の位置にタブレット端末を保持する。被検者は表示部１１の風景画像を見るために遠方方向ＦＰ（図１２を参照）に視線を向ける。被検者は遠用眼鏡が必要な状態で表示部１１の風景画像を見て、手で保持したタブレット型端末機１０の角度を視線と鉛直な角度に調節する。
【００５９】
ステップＳ４３において、演算部１４は第２角度情報γを取得する。被検者は、遠方方向ＦＰの視線である第２角度情報γを演算部１４に保存する。第２角度情報γの保存は、被検者がタブレット型端末機１０の表示部１１にタッチする等の行為で、保存させる。
【００６０】
ステップＳ４４において、演算部１４は視線角度ψを演算する。演算部１４は、ステップＳ４１の第１角度情報βとステップＳ４３の第２角度情報γの差から視線角度ψを演算することができる。
【００６１】
なお、本変形例は表示部１１に文字情報、風景を表示させているが、第２カメラ部１２ｂで被検者を静止画像、又は動画像で撮影しながら第１角度情報β及び第２角度情報γを取得してもよい。また、角度情報、または測定結果をリアルタイムに表示させることも可能である。また、本変形例は、図１０で示された虹彩ＫＳの形状で求められる遠方方向ＦＰの視線角度ψと近方方向ＮＰの視線角度ψの情報を用いて、より正確な第１角度情報β及び第２角度情報γを求めることも可能である。
【００６２】
（第２実施形態）
第２実施形態は三次元位置測定装置を用いた角膜眼鏡間距離ＫＧ、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤの測定方法を示す。図１３は三次元位置測定装置１００の概念図である。
【００６３】
三次元位置測定装置１００は被検者の顔面近傍を撮影し、顔面の三次元位置を取得することが可能である。三次元位置測定装置１００はカメラ部１１２、演算部１１４及び記憶部１１５で構成されている。また、三次元位置測定装置１００はマルチビューステレオ（ＭＶＳ（Ｍｕｌｔｉ Ｖｉｅｗ Ｓｔｅｒｅｏ））撮影装置又はステレオ撮影装置等がある。次にマルチビューステレオ撮影装置及びステレオ撮影装置における三次元位置の測定方法をそれぞれ示す。第２実施形態では三次元位置情報から眼鏡の位置及び瞳孔の位置が測定可能となる。
【００６４】
三次元位置測定装置１００において、カメラ部１１２は、被検者に眼鏡を装着しない場合の第１の三次元顔面像と眼鏡を装着した場合の第２の三次元顔面像とを取得し、記憶部１１５にそれらの画像を記憶する。そして演算部１１４が、第２の三次元顔面像から第１の三次元顔面像を引くことで、眼鏡の三次元位置を演算する。演算部１１４は、第２の三次元顔面像と第１の三次元顔面像との差分には眼鏡部分を除いた領域で位置のマッチングを行う。マッチングを行う部位には下記に記載のように眼鏡２０に指標等を配置することで正確な三次元測定を行うことが可能となる。
【００６５】
三次元位置測定装置１００は指標の他に縞パターン光を投影してから三次元画像を取得してもよい。縞パターン光は三次元位置測定装置がテクスチャの少ない顔領域で良好な三次元位置の測定をし易くさせるために投影する。その縞パターン光は、赤外波長光等を用いて被検者が眩しさを感じない波長の光を使用すると好適である。また、三次元位置測定装置１００は縞パターン光だけでなくテクスチャ（Ｔｅｘｔｕｒｅ）パターン光等を用いて三次元画像を取得してもよい。
【００６６】
第２の三次元顔面像で用いる眼鏡の２枚の眼鏡レンズの三次元位置を測定するには、光を通さない眼鏡レンズで測定する方法や、眼鏡レンズに指標パターンを描画したアライメントシールを貼り付ける方法等がある。
【００６７】
光を通さない眼鏡レンズは、２枚の眼鏡レンズ２１に赤外線光を通さない素材の眼鏡レンズを用いる。そして三次元位置測定装置１００のカメラ部１１２は赤外線光で第２の三次元顔面像を取得する。これにより、三次元位置測定装置１００の演算部１１４は被検者の顔形状と眼鏡との違いを演算する。また、光を通さない眼鏡レンズは可視光を通さない金属等の素材で形成した眼鏡レンズ２１を用いてもよい。さらに、光を通さない眼鏡レンズ２１は光を通す通常の眼鏡レンズ２１の面に光を遮光する遮光シール等を貼ってもよい。三次元位置測定装置１００のカメラ部１１２は可視光で第２の三次元顔面像を取得する。これにより、三次元位置測定装置１００の演算部１１４は被検者の顔形状と眼鏡２０との違いを演算する。
【００６８】
図１４は、遮光シールの一例であり、指標マーカとしてのアライメントシール２１０が貼られた眼鏡の一例である。アライメントシールは、位置情報測定用のパターンが印刷されている。アライメントシールは三次元位置の測定に適したパターンを形成している。アライメントシール２１０は寸法線が入っていたり特徴ある図形が描かれたりする。そのアライメントシール２１０が眼鏡レンズ２１に貼り付けられる。
【００６９】
図１４では縦横の方眼寸法線の下地に上向き三角形２１０Ａ、下向き三角形２１０Ｂ及び星形２１０Ｃが所定の位置に描かれている。アライメントシール２０１は、取り付け取り外しが自由に行うことができる。
【００７０】
三次元位置測定装置１００は、眼鏡フレーム２９のリム２２、テンプル２３、モダン２４等の特徴点から眼鏡の三次元位置を測定することができる。また、三次元位置測定装置１００の演算部１１２は眼鏡フレーム２９の三次元位置から眼鏡レンズ２０の面の三次元位置も演算することができる。また、眼鏡レンズ面はオブジェクトトラッキングアルゴリズム等、その他の方法を用いて三次元位置を求めることができる。
【００７１】
（ステレオ撮影装置）
ステレオ撮影は２台の三次元位置測定装置１００のカメラ部１１２で顔面正面像が撮影される。２台のカメラ部１１２は水平方向（Ｘ軸方向）に平行な２つの位置に配置され、それぞれの位置から被検者の顔面を撮影する。２台のカメラ部１１２は所定の間隔だけ離れて配置されている。２台のカメラを用いる場合は、被検者を同時に撮影することができるため、被検者のぶれが生じにくい利点がある。１台のカメラ部１１２で撮影した後一定距離動かして再度撮影してもよい。また、２台のカメラ部１１２の間隔が離れているほど、三次元位置の測定精度が向上する。１台のカメラ部を用いる場合は、モーションステレオ法（ＳＦＭ（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ｍｏｔｉｏｎ））等の方法を用いてもよい。モーションステレオ法は１台のカメラを移動させながら、移動前後の撮影画像から三次元位置を測定する方法である。
【００７２】
図１５は、ステレオ撮影による三次元位置の取得方法を示した図である。
ステレオ撮影は、被検者の顔面を第１カメラ部１１２Ａ及び第２カメラ部１１２Ｂの２台のカメラで撮影する。第１カメラ部１１２Ａで撮影した画像は第１顔面像Ｇ１として取得でき、第２カメラ部１１２Ｂで撮影した画像は第２顔面像Ｇ２として取得できる。顔面の測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は第１顔面像Ｇ１において第１顔面位置Ｇ１（Ｘ１，Ｙ１）に位置し、第２顔面像Ｇ２において第２顔面位置Ｇ２（Ｘ２，Ｙ２）に位置する。第１カメラ部１１２Ａ及び第２カメラ部１１２Ｂの焦点距離をＦとし、第１カメラ部１１２Ａと第２カメラ部１１２ＢとのＸ軸方向の距離をカメラ間距離ＣＤとして設定されている。なお、第１カメラ部１１２Ａの撮影レンズの中心をレンズ中心Ｏ１、及び第２カメラ部１１２Ｂの撮影レンズの中心をレンズ中心Ｏ２とする。
【００７３】
ステレオ撮影において、演算部１１４はレンズ中心Ｏ１とレンズ中心Ｏ２と測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とでなす三角形と、第１顔面位置Ｇ１（Ｘ１，Ｙ１）と第２顔面位置Ｇ２（Ｘ２，Ｙ２）と測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とでなす三角形とが相似であることから、測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算することができる。
【００７４】
ステレオ撮影において、被検者の顔面の眼の近傍が撮影されていれば良い。第１カメラ部１１２Ａ及び第２カメラ部１１２Ｂは、眼鏡２０をかけていない第１の三次元顔面像及び眼鏡をかけた第２の三次元顔面像から眼鏡２０の三次元位置及び瞳孔の三次元位置を取得する。そして、演算部１１４は角膜眼鏡間距離ＫＧ、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤを演算する。
【００７５】
（マルチビューステレオ撮影）
マルチビューステレオ撮影は、複数枚の撮影画像から三次元位置の測定を行うことができる。マルチビューステレオ撮影は１台のカメラ、または複数台のカメラで行われる。なお、マルチビューステレオ撮影では撮影した画像におけるカメラ位置を取得する必要がある。１台のカメラで複数の画像を撮影する際のカメラ位置は、撮影画像の中に同じ指標マーカを配置することによってカメラ部１１２の位置を求める。また、複数のカメラ部１１２の位置はあらかじめカメラ部１１２の位置が既知の設定値として記憶部１１５に登録されている。
【００７６】
１つのカメラ部１１２でマルチビューステレオ撮影する際には、使用する複数の撮影画像に配置する同じ指標マーカが複数の撮影画像のマッチングに使用される。このため、図１４に示したようなアライメントシール２１０を使うことが望ましい。その三角形２１０Ａ、下向き三角形２１０Ｂ及び星形２１０Ｃを使用して複数の撮影画像をマッチングすることもできる。マルチビューステレオ撮影においては、指標マーカを用いて第１の三次元顔面像及び第２の三次元顔面像を取得することができる。さらに、縞パターン、テクスチャパターンを被検者の顔に投影して指標マーカの代わりとしてもよい。
【００７７】
複数個のカメラ部１１２でマルチビューステレオ撮影を行う際には、カメラ部１１２の位置が既知であるため、カメラ部１１２ごとの撮影画像から被検者の顔面の三次元位置測定を行うことができる。指標マーカは上述したように、平面板縞パターン、テクスチャパターン、または眼鏡レンズ２１に貼り付けたアライメントシール２１０を用いることができる。
【００７８】
マルチビューステレオ撮影において、取得した三次元顔面像の画像全体ではなく測定したい顔面領域を画像強調処理（コントラスト強調、ヒストグラム調整、及びエッジ強調等）することにより、良好な顔の三次元形状を取得することができる。また、マルチビューステレオ撮影では、顔面領域以外の領域を画像処理しないマスク領域として設定することで、三次元位置の高精度化及び画像処理を高速化することができる。
【００７９】
マルチビューステレオ撮影においては第１の三次元顔面像及び第２の三次元顔面像を演算処理し、角膜眼鏡間距離ＫＧ、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤを演算する。なお、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤは眼鏡をかけていない第１の三次元顔面像で演算する。
【００８０】
以上に三次元位置測定装置でステレオ撮影及びマルチビューステレオ撮影による角膜眼鏡間距離ＫＧ、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤの演算方法を示した。また、第２実施形態で示されたステレオ撮影及びマルチビューステレオ撮影は１台のカメラ部で撮影可能であるため、第１実施形態で示されたタブレット型端末機１０においても撮影可能である。例えば、タブレット型端末機１０はマルチビューステレオ撮影のためのアプリケーションを用い、複数の場所から顔面を撮影して、指標マーカから撮影位置を演算して、顔面の三次元顔面像を取得可能である。また、タブレット型端末機１０は、ステレオ撮影のためのアプリケーションを用いて、水平方向に移動させたカメラ部１２の配置間隔を入力または設定することで、三次元顔面像を取得可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０ … タブレット型端末機、１００ … 三次元位置測定装置
１１ … 表示部
１２、１１２ … カメラ部
１３ … ジャイロセンサ部
１４、１１４ … 演算部
１５ … 記憶部
２０ … 眼鏡
２１ … 眼鏡レンズ
２９ … 眼鏡フレーム（２２ … リム、２３ … テンプル、２４ … モダン）
２１０ … アライメントシール
ＤＣ … 瞳孔中心
ＫＧ … 角膜眼鏡間距離
ＫＰ … 角膜頂点
ＫＳ … 虹彩
ＭＫ … 目盛
ＰＤ … 瞳孔中心間距離
ＳＣ … 指標マーカ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者の眼の位置、角度、及び被検者が装着した眼鏡に対する眼位置を測定する眼鏡用測定装置及び三次元測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ玉型（未加工の眼鏡レンズ）の単焦点レンズを用いて近視用眼鏡、または遠視用眼鏡を作成する場合には、瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離、及び視線角度（アイポジション）等を測定する必要がある。さらに、１枚の眼鏡レンズに近視と遠視を混在させた累進多焦点レンズ、いわゆるプログレッシブレンズを用いる際には、瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離、及び視線角度などの情報が特に重要となる。すなわち、累進多焦点レンズは被検者の使用環境に応じて遠用及び近用の視線角度を正確に測定することが必要とされている。
【０００３】
瞳孔中心間距離及び角膜眼鏡間距離の測定には、測定者が被検者の眼の付近に定規をあてて目視測定を行う方法、または装置を用いて被検者の正面の顔画像または側面の顔画像を取得した後、瞳孔中心間距離及び角膜眼鏡間距離を測定する方法を行っている。特許文献１においては、専用の眼位置測定装置を用いて瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離、及び視線角度等を測定する方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、測定者による目視による瞳孔中心間距離及び角膜眼鏡間距離の測定は誤差が生じやすい。また、専用の眼位置測定装置を用いる場合は、専用の付属機器を眼鏡フレームに装着する必要がある点や、撮影した画像を解析するための装置を用意する必要あり、設備投資が高くなる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１６０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みて、被検者に負荷をかけることなく瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離、及び視線角度の測定を行う眼鏡用測定装置及び三次元測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の観点の眼鏡用測定装置は、指標マークが眼鏡フレームに取り付けられた眼鏡をかけた被検者を撮影する撮影部と、撮影部で撮影された被検者の眼球の頂点を求めるとともに、指標マークに基づいて眼鏡の眼鏡レンズと被検者の眼球の頂点との角膜眼鏡間距離を演算する演算部と、を備える。
【０００８】
第２の観点の眼鏡用測定装置は、被検者を正面から撮影する撮影部と、虹彩の平均径を記憶する記憶部と、撮影部で撮影された被検者の眼球の虹彩の最大径を求め記憶部に記憶された平均径と求められた虹彩の最大径とに基づいて被検者の両眼の瞳孔の距離である瞳孔中心間距離を演算する演算部と、を備える。
【０００９】
第３の観点の眼鏡用測定装置は、遠方を見る被検者を正面から第１撮影し且つ遠方より近い近方を見る被検者を正面から第２撮影する撮影部と、第１撮影及び第２撮影で撮影された被検者の眼球の虹彩の水平方向の第１径及び垂直方向の第２径を求め、第１撮影の際の第１径及び第２径と第２撮影の際の第１径及び第２径とに基づいて、被検者が遠方を見るときと近方を見るときとの視線角度を演算する演算部と、を備える。
【００１０】
第４の観点の三次元測定装置は、被検者の眼球の頂点と眼鏡レンズとの角膜眼鏡間距離、又は被検者の両眼の瞳孔の距離である瞳孔中心間距離を測定する。そして三次元測定装置は、光を透さない眼鏡レンズを有する眼鏡を被検者がかけた状態で被検者を撮影する第１撮影と、眼鏡をかけない状態で被検者を撮影する第２撮影とを行う撮影部と、第１撮影と第２撮影との画像の違いに基づいての角膜眼鏡間距離又は瞳孔中心間距離を演算する演算部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の眼鏡用測定装置及び三次元測定装置によれば、瞳孔中心間距離、角膜眼鏡間距離及び視線角度等の測定を取得することができ、適切な眼鏡調整が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】タブレット型端末機１０を示した図である。
【図２】眼鏡２０の構成を示した図である。
【図３】被検者が眼鏡２０を装着した顔面側面像ＦＬである。
【図４】リム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定方法のフローチャートである。
【図５】顔面側面像ＦＬ、目盛ＭＫ及びテンプル２３の位置関係を示した模式図である。
【図６】斜め後方から撮影された場合に角膜眼鏡間距離ＫＧを測定する測定方法を示した模式図である。
【図７】瞳孔中心間距離ＰＤの測定方法のフローチャートである。
【図８】両目近傍の顔面正面像ＦＡを示した図である。
【図９】視線角度ψを取得するフローチャートである。
【図１０】（ａ）は遠方方向ＦＰの視線方向における虹彩ＫＳと瞳孔との位置を示した図である。 （ｂ）は近方方向ＮＰの視線方向における虹彩ＫＳと瞳孔との位置を示した図である。
【図１１】ジャイロセンサ部１３を用いた視線角度ψのフローチャートを示す。
【図１２】ジャイロセンサ部１３を用いた視線角度ψの測定概念図である。
【図１３】三次元測定装置１００で被検者を撮影する図である。
【図１４】指標マーカとしてのアライメントシールが貼られた眼鏡の一例である。
【図１５】三次元位置測定装置１００の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態ではカメラ付き携帯タブレット型端末機（以降、タブレット型端末機と称する）１０が用いられる。図１は、一般的なタブレット型端末機１０を示した図である。タブレット型端末機１０は液晶などの表示部１１、カメラ部１２、ジャイロセンサ部１３、演算部１４及び記憶部１５が具備されている。カメラ部１２は２か所に配置されて、第１カメラ部１２ａは表示部１１の反対側の面に配置され、もう一方の第２カメラ部１２ｂは表示部１１の側の面に配置されている。カメラ部１２には撮影レンズ１２１の他に受光素子１２３（図５、図６を参照）としてＣＣＤ又はＣＭＯＳが使われている。
【００１５】
タブレット型端末機１０は携帯可能な大きさであり、電話機能等の複数の機能が搭載されている。また、タブレット型端末機１０は複数のアプリケーション・プログラムがインストール可能になっている。アプリケーションはタブレット型端末機１０の演算部１４で作動し数々の演算処理することができる。なお、第１実施形態で使用するタブレット型端末機１０は図１に示されたタブレット型端末機１０のみに限定されることなく、アプリケーションがインストール可能なカメラであってもよい。
【００１６】
カメラ部１２は撮影方向を表示部１１の側、または表示部１１の反対側の方向に切り替えて撮影可能である。第１カメラ部１２ａは表示部１１の面と反対側の対象物を表示部１１で確認しながら撮影することができ、第２カメラ部１２ｂは表示部１１の側の対象物（例えば測定者本人）を表示部１１で確認しながら撮影することができる。また、カメラ部１２は静止画撮影または動画撮影を行うことができる。表示部１１は、カメラ部１２で撮影した画像を静止画像または動画像で表示することができる。演算部１４は撮影した静止画像または動画像のデータを用いて数々の演算処理が可能となっている。記憶部１５は、一般的な眼鏡の寸法とか、一般的な被検者の虹彩の直径などが記憶されている。
【００１７】
タブレット型端末機１０を用いて、瞳孔中心間距離ＰＤ、角膜眼鏡間距離ＫＧ、及び視線角度ψ等を測定する方法を説明する。
【００１８】
図２は、眼鏡２０の構成を示した図である。眼鏡２０は２枚の眼鏡レンズ２１と眼鏡フレーム２９とからなる。眼鏡フレーム２９は眼鏡レンズ２１を支えるリム２２、リムから伸びるテンプル２３及び耳にかかるモダン２４等の部品から構成される。
【００１９】
＜顔面側面像撮影＞
図３は被検者が眼鏡２０を装着した顔面側面像ＦＬである。測定者は被検者に眼鏡２０をかけてもらう。被検者の顔にフィットするように眼鏡２０の掛け具合を調整しておいた上で、測定者はタブレット型端末機１０の第１カメラ部１２ａで顔面側面像ＦＬを撮影する。特に撮影に際しては、眼鏡２０とともに被検者の眼球の虹彩ＫＳ及び角膜も撮影する。
【００２０】
測定者は顔面側面像ＦＬの撮影の際に被検者のテンプル２３に指標マーカＳＣを取り付ける。測定者はテンプル２３に指標マーカＳＣを取り付けた後、被検者に眼鏡２０を装着させてもよい。指標マーカＳＣは、測定部位の近傍で顔面側面像ＦＬの眼鏡２０のテンプル２３と平行とするよう装着される。タブレット型端末機１０の第１カメラ部１２ａの収差の理由からである。また、指標マーカＳＣは顔面側面像ＦＬの撮影範囲に入るように配置させる。なお、指標マーカＳＣはテンプル２３と重なるように配置してもよい。
【００２１】
指標マーカＳＣは距離を測定するために取り付けられる。このため、タブレット型端末機１０の演算部１４による画像処理に好適な高いコントラストを得られればよく、模様のあるシールまたはクリップ等で取り付けられる治具でもよい。例えば、指標マーカＳＣには２０ｍｍの幅で１０ｍｍ間隔Ｔで３か所の目盛ＭＫを有している。３か所の目盛ＭＫは眼鏡２０フレームが真側面から撮影されたものか、斜めから撮影されたものかを判断するために用いられる。図２では距離１０ｍｍごとの目盛ＭＫを用いているが、１０ｍｍ毎に異なる配色で形成された目盛ＭＫを用いてもよい。演算部１４は目盛ＭＫ、または指定の配色を認識して指標マーカＳＣの目盛ＭＫの所在、角度、及び目盛ＭＫ間の距離Ｔを演算する。
【００２２】
一般に、眼鏡レンズ２１は、視線と眼鏡レンズ２１の主軸が一致するとき、その屈折系の収差を最もよく補正するように設計されている。遠方視する場合において、視線は水平線に対して５〜１０°下方に傾いている。したがって、遠方用眼鏡（近視用眼鏡）の前傾角θは、常用視線と眼鏡レンズ２１の光軸を一致させるためにリム２２に５〜１０°の傾斜角を与える必要があることが知られている。近方用眼鏡（老視用眼鏡）の前傾角θは、リム２２を１２〜１５°の傾斜角にして手元で下方を見やすいようにする必要があることが知られている。累進多焦点レンズを用いる遠近両用タイプの前傾角θは、リム２２を１０〜１２°の傾斜角にする必要があることが知られている。
【００２３】
また、眼鏡レンズ２１の角膜眼鏡間距離ＫＧは、１２ｍｍから１５ｍｍぐらいの距離で設計されている。角膜眼鏡間距離ＫＧが設計された距離よりも離れていると、被検者にとり眼鏡レンズ２１の屈折度はプラス側にずれて、近視において弱く、遠視において強く感じることが知られている。角膜眼鏡間距離ＫＧが設計された距離より近いと被検者にとり眼鏡レンズ２１の屈折度はマイナス側にずれて、近視において強く、遠視において弱く感じることが知られている。
【００２４】
＜前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定＞
図４はリム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定方法のフローチャートである。測定者は、タブレット型端末機１０を起動して、リム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定用アプリケーションを選択する。リム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧの測定は次のようにして測定される。
【００２５】
ステップＳ１０において、測定者はタブレット型端末機１０のカメラ部１２を使って被検者の顔面側面像ＦＬを撮影する。測定者はすでにテンプル２３と平行に目盛ＭＫを有する指標マーカＳＣを取り付けている。撮影範囲は被検者の眼の周辺、リム２２、指標マーカＳＣ及びテンプル２３が入る範囲を撮影する。また、撮影は静止画撮影または動画撮影を行う。
【００２６】
ステップＳ１１において、タブレット型端末機１０の演算部１４はカメラ部１２から指標マーカＳＣ（顔面側面像ＦＬ）までの距離を演算する。演算部１４は撮影された静止画像または動画像の１フレーム画像を解析して指標マーカＳＣの３点の目盛ＭＫを検知する。そして、目盛ＭＫの間隔に基づいてカメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離を演算する。図５はカメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離を演算する模式図である。なお、図５は真横から撮影される顔面側面像ＦＬのカメラ部１２及び眼鏡２０等の位置関係を上部から見た模式図である。
【００２７】
図５（ａ）において、タブレット型端末機１０のカメラ部１２はその撮影倍率などが既知であり、事前にカメラ部１２の撮影倍率は設定値としてアプリケーションに登録されている。目盛ＭＫの間隔Ｔは既知であり、本実施形態では１０ｍｍと規定している。演算部１４は撮影された画像により、三角形の相似の関係からカメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離ｙを演算する。
【００２８】
ステップＳ１２において、演算部１４は撮影された静止画像または動画像の１フレーム画像を解析して、眼鏡２０のリム２２の前傾角θを演算する。演算部１４は、テンプル２３及びリム２２を認識し、テンプル２３とリム２２とで形成する前傾角θを演算する。
【００２９】
ステップＳ１３において、演算部１４は画像から形状から角膜頂点ＫＰを検出する。図３に示されたように、演算部１４は虹彩ＫＳ及び角膜形状を認識して、虹彩形状及び角膜形状を画像処理して角膜頂点ＫＰを検出する。
【００３０】
ステップＳ１４において、演算部１４は角膜頂点ＫＰから水平方向に伸びた位置にあるリム２２を検出する。演算部１４は角膜頂点ＫＰから水平方向に位置するリム２２を検出して、その位置情報を取得する。角膜頂点ＫＰからの水平方向の求め方は２通りある。テンプル２３の伸びる方向を水平として考えて水平方向を求める方法、もう一つは指標マーカＳＣの伸びる方向を水平として考えて水平方向を求める方法である。
【００３１】
ステップＳ１５において、演算部１４はステップＳ１２の角膜頂点ＫＰと、ステップＳ１３の眼鏡レンズ２１（又はリム２２）の位置から角膜眼鏡間距離ＫＧを測定する。図５（ｂ）は、角膜眼鏡間距離ＫＧの演算方法を示した模式図である。角膜眼鏡間距離ＫＧはステップＳ１１で求められたカメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離ｙを用いて演算される。眼鏡２０はテンプル２３からのリム２２の中心距離ＢＢが既知の値として取得されている。演算部１４は目盛ＭＫの間隔Ｔの受光素子１２３のピクセル数、角膜眼鏡間距離ＫＧの受光素子１２３のピクセル数、カメラ部１２から指標マーカＳＣまでの距離ｙ、及びリムの中心距離ＢＢに基づいて、角膜眼鏡間距離ＫＧを演算する。
【００３２】
タブレット型端末機１０は１枚の顔面側面像ＦＬから再現性のある正確な角膜眼鏡間距離ＫＧを演算することができる。なお、角膜眼鏡間距離ＫＧは典型的な測定条件であるリムの中心距離ＢＢが４０ｍｍ程度、またテンプル２３とタブレット型端末機１０のカメラ部１２との距離が５００ｍｍ程度である場合に、０．９ｍｍの誤差範囲で測定可能である。
【００３３】
図６は斜め後方から撮影された場合に角膜眼鏡間距離ＫＧを測定する測定方法を示した模式図である。図６（ａ）は、斜め後方から撮影された顔面側面像ＦＬ及び目盛ＭＫの位置関係を示した模式図である。斜め後方からカメラ部１２で撮影する場合には、図５で示された演算方法に加え、カメラ部１２から指標マーカＳＣ（顔面側面像ＦＬ）までの距離を斜め後方からの傾斜角度で補正する演算が必要である。特に説明しないが、斜め前方から撮影された場合も同様である。
【００３４】
目盛ＭＫは３点形成されているため、目盛ＭＫ間の距離Ｔが２つある。演算部１４は顔面側面像ＦＬで２つの目盛ＭＫ間の距離Ｔがカメラ部１２の受光素子１２３のピクセル間距離ｔ１及びピクセル間距離ｔ２として認識される。斜め後方から顔面側面像ＦＬが撮影されると、ピクセル間距離ｔ１とピクセル間距離ｔ２とのピクセル数が異なる。演算部１４はピクセル間距離ｔ１とピクセル間距離ｔ２との比から傾斜角度αを演算する。
【００３５】
図６（ｂ）は、斜め方向からの角膜眼鏡間距離ＫＧの演算方法を示した模式図である。演算部１４は図４に示されたフローチャートを用いて、受光素子１２３の角膜眼鏡間距離のピクセル数から角膜眼鏡間距離ｋｇ２を演算し、図６（ａ）で示された傾斜角度αから角膜眼鏡間距離ｋｇ２を角膜眼鏡間距離ＫＧに補正することができる。
【００３６】
なお、演算部１４が、角膜頂点ＫＰ、リム２２又は目盛ＭＫの位置を検出できない場合には、タブレット型端末機１０の表示部１１のタッチパネルを使って測定者が角膜頂点ＫＰ、リム２２又は目盛ＭＫを指定して所定の測定結果を演算することも可能である。また、タブレット型端末機１０の演算部１４は動画撮影されている動画像のフレーム画像に対して角膜頂点ＫＰ、または目盛ＭＫの位置を検出した後に物体追跡（トラッキング（ｔｒａｃｋｉｎｇ））を行って、リアルタイムの測定値を表示することが可能である。上述したリム２２の前傾角θ及び角膜眼鏡間距離ＫＧは、被検者の左右両側で測定することが好ましい。
【００３７】
＜瞳孔中心間距離ＰＤの測定＞
タブレット型端末機１０を用いた瞳孔中心間距離ＰＤの測定方法を説明する。
【００３８】
図７は瞳孔中心間距離ＰＤの測定方法のフローチャートである。測定者はタブレット型端末機１０の瞳孔中心間距離ＰＤの測定用アプリケーションを選択する。
【００３９】
ステップＳ２０において、測定者は両眼近傍の顔面正面像ＦＡを撮影する。測定者は被検者にタブレット型端末機１０のカメラ部１２を注視してもらい、顔面正面像ＦＡを撮影する。撮影する際に被検者は眼鏡２０を外していてもよいし眼鏡２０をかけていてもよい。また、測定者は被検者の左右の眼が同時に含まれるように撮影する。撮影は静止画像または動画像で行うことができる。図８は両眼近傍の顔面正面像ＦＡを示した図である。
【００４０】
ステップＳ２１において、演算部１４は画像を分析して両眼の虹彩ＫＳを検出する。演算部１４は撮影された静止画像または動画像の１フレーム画像を解析して両眼の虹彩ＫＳを検出し、瞳孔中心ＤＣを演算する。
【００４１】
虹彩ＫＳの検出は、演算部１４が顔面正面像ＦＡより白色の眼球を検知し、その中心部分を虹彩ＫＳとして認識させることが可能である。演算部１４は虹彩ＫＳと隣接する白色の眼球より、正確な虹彩ＫＳの辺縁の検出が可能となっている。
【００４２】
一方の眼の瞳孔中心ＤＣは、演算部１４が検出した虹彩ＫＳの辺縁において、虹彩ＫＳの直径ＫＬであるＸ軸方向の辺縁と辺縁との最大値を検出することで瞳孔中心ＤＣの位置を演算することが可能である。演算部１４は、もう一方の眼の瞳孔中心ＤＣの位置も演算する。
【００４３】
人間の虹彩ＫＳの直径の平均サイズが１１ｍｍであることから、演算部１４が検出した虹彩ＫＳの直径である虹彩ピクセル距離ＫＬを１１ｍｍとして換算させる。このような虹彩ＫＳの直径は記憶部１５に記憶されている。子供用の虹彩ＫＳの直径の平均サイズを瞳孔中心間距離ＰＤの測定用アプリケーションは備えていてもよい。
【００４４】
ステップＳ２２において、瞳孔中心間距離ＰＤを演算する。演算部１４は演算された、両方の眼の瞳孔中心ＤＣの位置が演算されると、２つの瞳孔中心ＤＣの距離の受光素子１２３のピクセル数から瞳孔中心間距離ＰＤを演算する。
【００４５】
なお、演算部１４はタブレット型端末機１０の表示部１１に検出した虹彩ＫＳを強調表示し、瞳孔中心間距離ＰＤの測定結果、及び２つの瞳孔中心位置を結ぶ直線を表示させることが可能である。また測定者が動画像で瞳孔中心間距離ＰＤの測定を行った場合においては、演算部１４が検出した虹彩ＫＳ及び瞳孔中心ＤＣの位置を物体追跡して、瞳孔中心間距離ＰＤの測定結果、及び２つの瞳孔中心位置を結ぶ直線をリアルタイムに連続して表示することが可能である。また、本実施形態では虹彩ＫＳのＸ軸方向の辺縁と辺縁との最大値を検出することで虹彩ＫＳの直径を演算し、その中心を瞳孔中心ＤＣの位置としていたが、虹彩ＫＳの辺縁で形成される円形状または楕円形状から瞳孔中心ＤＣの位置を演算してもよい。また、第１実施形態では測定者が顔面正面像ＦＡを撮影しているが、タブレット型端末機１０の表示側の第２カメラ部１２ｂ（図１を参照。）を用いることで、被検者が自分で瞳孔中心間距離ＰＤを測定することも可能である。
【００４６】
＜視線角度ψの測定＞
タブレット型端末機１０を用いた視線角度ψ（アイポジション）の測定方法を説明する。視線角度ψはタブレット型端末機１０により顔の正面方向より撮影する。測定者は撮影する際に、視線角度ψの測定用アプリケーションを選択し、測定者は被検者の左右の眼が同時に含まれるように撮影する。撮影は静止画像での撮影及び動画像での撮影のどちらでも良い。
【００４７】
視線角度ψの測定は近方作業または遠方作業における視線方向を知るために行われる。上述されたように累進多焦点レンズは１枚の眼鏡レンズ２１の中に近用、遠用、及びその中間用が混在し、被検者の使用環境に適した配置に調整する必要がある。
測定者は被検者が眼鏡２０を必要とする使用状況で、被検者の視線角度ψを取得する。
【００４８】
図９は視線角度ψを取得するフローチャートである。
ステップＳ３０において、測定者は遠方及び近方の顔面正面像ＦＡを撮影する。測定者はタブレット型端末機１０のカメラ部１２を被検者の遠方の視線方向に配置して、被検者に注視してもらい、顔面正面像ＦＡを撮影する（ＦＰ）。また、測定者はブレット型端末機１０のカメラ部１２を被検者の近方の視線方向に配置して、被検者に近方の目標物に視線を動かしてもらい、顔面正面像ＦＡを撮影する（ＮＰ）。撮影する際に被検者は眼鏡２０を外して撮影することが望ましい。また、測定者は被検者の左右の眼が同時に含まれるように撮影することが望ましい。
【００４９】
ステップＳ３１において、演算部１４は画像を分析して両眼の虹彩ＫＳを検出する。演算部１４は撮影された静止画像または動画像の１フレーム画像を解析して両眼の虹彩ＫＳの検出及び瞳孔中心ＤＣを演算する。演算部１４は、両眼の虹彩ＫＳの辺縁を検出し、瞳孔中心ＤＣを演算する。演算部１４は瞳孔中心ＤＣを中心とした虹彩ＫＳの形状を演算する。眼球内の虹彩ＫＳは視線方向によりその辺縁形状が異なる。図１０（ａ）は遠方方向ＦＰの視線方向における虹彩ＫＳと瞳孔との位置を示した図である。図１０（ｂ）は近方方向ＮＰの視線方向における虹彩ＫＳと瞳孔との位置を示した図である。
【００５０】
ステップＳ３２において、演算部１４は視線角度ψを演算する。図１０（ａ）に示されるように、遠方方向ＦＰの視線角度ψの場合の虹彩ＫＳは球状の眼球の中心部分にあり、瞳孔中心ＤＣも眼の中心部分にある。この場合のカメラで撮影された顔面正面像ＦＡの虹彩ＫＳは、虹彩ＫＳの水平方向の直径ＨＡと垂直方向の直径ＶＡはほぼ等しく真円である。一方、図１０（ｂ）に図示されるように、近方方向ＮＰの視線角度ψの場合の虹彩ＫＳは球状の眼球の下方部分にあり、瞳孔中心ＤＣも眼の下方部分に配置される。この場合のカメラ部１２で撮影された顔面正面像ＦＡの虹彩ＫＳは、虹彩ＫＳの垂直方向の直径である縦径ＶＡが水平方向の直径である横径ＨＡより短い横長の楕円になる。演算部１４は、遠方を見ているときの虹彩ＫＳの水平方向の直径ＨＡと垂直方向の直径ＶＡとに基づいて第１楕円の離心率を演算し、且つ近方を見ているときの虹彩ＫＳの水平方向の直径ＨＡと垂直方向の直径ＶＡとに基づいて第２楕円の離心率を演算する。そして演算部１４は第１楕円の離心率と第２楕円の離心率との楕円比を演算する。そして演算部１４は記憶部１５に記憶された虹彩ＫＳの楕円比と視線角度ψとのデータベースとから視線角度ψを演算する。
【００５１】
なお、虹彩ＫＳは上瞼または下瞼などの障害物により、必ずしも虹彩ＫＳの辺縁の全周が演算部１４によって検出できるわけではない。演算部１４は瞳孔中心ＤＣを中心とした虹彩ＫＳの辺形形状をアプリケーションに内蔵されたデータベースを参照して、最も適合する円または楕円を演算することができる。
【００５２】
演算部１４は取得した視線角度ψと第１実施形態で取得した角膜眼鏡間距離ＫＧとから、被検者の遠方方向ＦＰにおける視線と眼鏡レンズ２１の面との交点が演算できる。また、被検者の近方方向ＮＰにおける視線とレンズ面との交点も演算できる。これにより、測定者は被検者に最適な眼鏡２０のセッティングを行うことが可能となる。
【００５３】
なお、本実施形態では測定者が顔面正面像ＦＡを撮影しているが、タブレット型端末機１０の表示側の第２カメラ部１２ｂを用いることで、被検者が自分で視線角度ψを測定することも可能である。
【００５４】
＜変形例＞
視線角度ψを測定する方法として、本変形例はタブレット型端末機１０のジャイロセンサ部１３（図１を参照。）のジャイロセンサ機能を用いた方法を示す。ジャイロセンサ機能はタブレット型端末機１０の角度を検知することが可能である。演算部１４はタブレット型端末機１０の角度を取得することができるため、視線角度ψの測定用アプリケーションにタブレット型端末機１０の角度を用いることが可能である。本変形例も測定者及び被検者が視線角度ψを測定可能である。次に被検者本人が視線角度ψを測定する方法を示す。この場合の被検者は眼鏡２０を装着して視線角度ψを測定可能である。
【００５５】
図１１はジャイロセンサ部１３を用いた視線角度ψのフローチャートを示す。図１２はジャイロセンサ部１３を用いた視線角度ψの測定方法を示した図である。
【００５６】
ステップＳ４０において、被検者はタブレット型端末機１０を近用眼鏡が必要な状態に配置させる。タブレット型端末機１０の表示部１１には文字情報などを表示させ、被検者がタブレット端末を保持する。被検者は表示部１１の文字情報を見るために近方方向ＮＰ（図１２を参照）に視線を向ける。被検者は近用眼鏡が必要な状態で表示部１１の文字情報を見て、手で保持したタブレット型端末機１０の角度を視線と鉛直な角度に調節する。一般に、液晶パネルを用いたタブレット型端末機１０の表示部１１を観察するには、被検者の視線を液晶パネルに対して鉛直にした状態が最もコントラストが付き、明瞭に観察可能な状態であるため、被検者はタブレット端末機１０を鉛直に保持しているかを理解できる。
【００５７】
ステップＳ４１において、演算部１４は第１角度情報βを取得する。被検者は文字情報の観察に最適な角度である第１角度情報βを演算部１４に保存する。第１角度情報βの保存は、被検者がタブレット型端末機１０の表示部１１のタッチパネルにタッチする等の行為で、保存させる。
【００５８】
ステップＳ４２において、被検者はタブレット型端末機１０を遠用眼鏡が必要な状態に配置させる。タブレット型端末機１０の表示部１１には風景画像などを表示させ、被検者が普段見る風景画像の位置にタブレット端末を保持する。被検者は表示部１１の風景画像を見るために遠方方向ＦＰ（図１２を参照）に視線を向ける。被検者は遠用眼鏡が必要な状態で表示部１１の風景画像を見て、手で保持したタブレット型端末機１０の角度を視線と鉛直な角度に調節する。
【００５９】
ステップＳ４３において、演算部１４は第２角度情報γを取得する。被検者は、遠方方向ＦＰの視線である第２角度情報γを演算部１４に保存する。第２角度情報γの保存は、被検者がタブレット型端末機１０の表示部１１にタッチする等の行為で、保存させる。
【００６０】
ステップＳ４４において、演算部１４は視線角度ψを演算する。演算部１４は、ステップＳ４１の第１角度情報βとステップＳ４３の第２角度情報γの差から視線角度ψを演算することができる。
【００６１】
なお、本変形例は表示部１１に文字情報、風景を表示させているが、第２カメラ部１２ｂで被検者を静止画像、又は動画像で撮影しながら第１角度情報β及び第２角度情報γを取得してもよい。また、角度情報、または測定結果をリアルタイムに表示させることも可能である。また、本変形例は、図１０で示された虹彩ＫＳの形状で求められる遠方方向ＦＰの視線角度ψと近方方向ＮＰの視線角度ψの情報を用いて、より正確な第１角度情報β及び第２角度情報γを求めることも可能である。
【００６２】
（第２実施形態）
第２実施形態は三次元位置測定装置を用いた角膜眼鏡間距離ＫＧ、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤの測定方法を示す。図１３は三次元位置測定装置１００の概念図である。
【００６３】
三次元位置測定装置１００は被検者の顔面近傍を撮影し、顔面の三次元位置を取得することが可能である。三次元位置測定装置１００はカメラ部１１２、演算部１１４及び記憶部１１５で構成されている。また、三次元位置測定装置１００はマルチビューステレオ（ＭＶＳ（Ｍｕｌｔｉ Ｖｉｅｗ Ｓｔｅｒｅｏ））撮影装置又はステレオ撮影装置等がある。次にマルチビューステレオ撮影装置及びステレオ撮影装置における三次元位置の測定方法をそれぞれ示す。第２実施形態では三次元位置情報から眼鏡の位置及び瞳孔の位置が測定可能となる。
【００６４】
三次元位置測定装置１００において、カメラ部１１２は、被検者に眼鏡を装着しない場合の第１の三次元顔面像と眼鏡を装着した場合の第２の三次元顔面像とを取得し、記憶部１１５にそれらの画像を記憶する。そして演算部１１４が、第２の三次元顔面像から第１の三次元顔面像を引くことで、眼鏡の三次元位置を演算する。演算部１１４は、第２の三次元顔面像と第１の三次元顔面像との差分には眼鏡部分を除いた領域で位置のマッチングを行う。マッチングを行う部位には下記に記載のように眼鏡２０に指標等を配置することで正確な三次元測定を行うことが可能となる。
【００６５】
三次元位置測定装置１００は指標の他に縞パターン光を投影してから三次元画像を取得してもよい。縞パターン光は三次元位置測定装置がテクスチャの少ない顔領域で良好な三次元位置の測定をし易くさせるために投影する。その縞パターン光は、赤外波長光等を用いて被検者が眩しさを感じない波長の光を使用すると好適である。また、三次元位置測定装置１００は縞パターン光だけでなくテクスチャ（Ｔｅｘｔｕｒｅ）パターン光等を用いて三次元画像を取得してもよい。
【００６６】
第２の三次元顔面像で用いる眼鏡の２枚の眼鏡レンズの三次元位置を測定するには、光を通さない眼鏡レンズで測定する方法や、眼鏡レンズに指標パターンを描画したアライメントシールを貼り付ける方法等がある。
【００６７】
光を通さない眼鏡レンズは、２枚の眼鏡レンズ２１に赤外線光を通さない素材の眼鏡レンズを用いる。そして三次元位置測定装置１００のカメラ部１１２は赤外線光で第２の三次元顔面像を取得する。これにより、三次元位置測定装置１００の演算部１１４は被検者の顔形状と眼鏡との違いを演算する。また、光を通さない眼鏡レンズは可視光を通さない金属等の素材で形成した眼鏡レンズ２１を用いてもよい。さらに、光を通さない眼鏡レンズ２１は光を通す通常の眼鏡レンズ２１の面に光を遮光する遮光シール等を貼ってもよい。三次元位置測定装置１００のカメラ部１１２は可視光で第２の三次元顔面像を取得する。これにより、三次元位置測定装置１００の演算部１１４は被検者の顔形状と眼鏡２０との違いを演算する。
【００６８】
図１４は、遮光シールの一例であり、指標マーカとしてのアライメントシール２１０が貼られた眼鏡の一例である。アライメントシールは、位置情報測定用のパターンが印刷されている。アライメントシールは三次元位置の測定に適したパターンを形成している。アライメントシール２１０は寸法線が入っていたり特徴ある図形が描かれたりする。そのアライメントシール２１０が眼鏡レンズ２１に貼り付けられる。
【００６９】
図１４では縦横の方眼寸法線の下地に上向き三角形２１０Ａ、下向き三角形２１０Ｂ及び星形２１０Ｃが所定の位置に描かれている。アライメントシール２０１は、取り付け取り外しが自由に行うことができる。
【００７０】
三次元位置測定装置１００は、眼鏡フレーム２９のリム２２、テンプル２３、モダン２４等の特徴点から眼鏡の三次元位置を測定することができる。また、三次元位置測定装置１００の演算部１１２は眼鏡フレーム２９の三次元位置から眼鏡レンズ２０の面の三次元位置も演算することができる。また、眼鏡レンズ面はオブジェクトトラッキングアルゴリズム等、その他の方法を用いて三次元位置を求めることができる。
【００７１】
（ステレオ撮影装置）
ステレオ撮影は２台の三次元位置測定装置１００のカメラ部１１２で顔面正面像が撮影される。２台のカメラ部１１２は水平方向（Ｘ軸方向）に平行な２つの位置に配置され、それぞれの位置から被検者の顔面を撮影する。２台のカメラ部１１２は所定の間隔だけ離れて配置されている。２台のカメラを用いる場合は、被検者を同時に撮影することができるため、被検者のぶれが生じにくい利点がある。１台のカメラ部１１２で撮影した後一定距離動かして再度撮影してもよい。また、２台のカメラ部１１２の間隔が離れているほど、三次元位置の測定精度が向上する。１台のカメラ部を用いる場合は、モーションステレオ法（ＳＦＭ（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ｍｏｔｉｏｎ））等の方法を用いてもよい。モーションステレオ法は１台のカメラを移動させながら、移動前後の撮影画像から三次元位置を測定する方法である。
【００７２】
図１５は、ステレオ撮影による三次元位置の取得方法を示した図である。
ステレオ撮影は、被検者の顔面を第１カメラ部１１２Ａ及び第２カメラ部１１２Ｂの２台のカメラで撮影する。第１カメラ部１１２Ａで撮影した画像は第１顔面像Ｇ１として取得でき、第２カメラ部１１２Ｂで撮影した画像は第２顔面像Ｇ２として取得できる。顔面の測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は第１顔面像Ｇ１において第１顔面位置Ｇ１（Ｘ１，Ｙ１）に位置し、第２顔面像Ｇ２において第２顔面位置Ｇ２（Ｘ２，Ｙ２）に位置する。第１カメラ部１１２Ａ及び第２カメラ部１１２Ｂの焦点距離をＦとし、第１カメラ部１１２Ａと第２カメラ部１１２ＢとのＸ軸方向の距離をカメラ間距離ＣＤとして設定されている。なお、第１カメラ部１１２Ａの撮影レンズの中心をレンズ中心Ｏ１、及び第２カメラ部１１２Ｂの撮影レンズの中心をレンズ中心Ｏ２とする。
【００７３】
ステレオ撮影において、演算部１１４はレンズ中心Ｏ１とレンズ中心Ｏ２と測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とでなす三角形と、第１顔面位置Ｇ１（Ｘ１，Ｙ１）と第２顔面位置Ｇ２（Ｘ２，Ｙ２）と測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とでなす三角形とが相似であることから、測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を演算することができる。
【００７４】
ステレオ撮影において、被検者の顔面の眼の近傍が撮影されていれば良い。第１カメラ部１１２Ａ及び第２カメラ部１１２Ｂは、眼鏡２０をかけていない第１の三次元顔面像及び眼鏡をかけた第２の三次元顔面像から眼鏡２０の三次元位置及び瞳孔の三次元位置を取得する。そして、演算部１１４は角膜眼鏡間距離ＫＧ、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤを演算する。
【００７５】
（マルチビューステレオ撮影）
マルチビューステレオ撮影は、複数枚の撮影画像から三次元位置の測定を行うことができる。マルチビューステレオ撮影は１台のカメラ、または複数台のカメラで行われる。なお、マルチビューステレオ撮影では撮影した画像におけるカメラ位置を取得する必要がある。１台のカメラで複数の画像を撮影する際のカメラ位置は、撮影画像の中に同じ指標マーカを配置することによってカメラ部１１２の位置を求める。また、複数のカメラ部１１２の位置はあらかじめカメラ部１１２の位置が既知の設定値として記憶部１１５に登録されている。
【００７６】
１つのカメラ部１１２でマルチビューステレオ撮影する際には、使用する複数の撮影画像に配置する同じ指標マーカが複数の撮影画像のマッチングに使用される。このため、図１４に示したようなアライメントシール２１０を使うことが望ましい。その三角形２１０Ａ、下向き三角形２１０Ｂ及び星形２１０Ｃを使用して複数の撮影画像をマッチングすることもできる。マルチビューステレオ撮影においては、指標マーカを用いて第１の三次元顔面像及び第２の三次元顔面像を取得することができる。さらに、縞パターン、テクスチャパターンを被検者の顔に投影して指標マーカの代わりとしてもよい。
【００７７】
複数個のカメラ部１１２でマルチビューステレオ撮影を行う際には、カメラ部１１２の位置が既知であるため、カメラ部１１２ごとの撮影画像から被検者の顔面の三次元位置測定を行うことができる。指標マーカは上述したように、平面板縞パターン、テクスチャパターン、または眼鏡レンズ２１に貼り付けたアライメントシール２１０を用いることができる。
【００７８】
マルチビューステレオ撮影において、取得した三次元顔面像の画像全体ではなく測定したい顔面領域を画像強調処理（コントラスト強調、ヒストグラム調整、及びエッジ強調等）することにより、良好な顔の三次元形状を取得することができる。また、マルチビューステレオ撮影では、顔面領域以外の領域を画像処理しないマスク領域として設定することで、三次元位置の高精度化及び画像処理を高速化することができる。
【００７９】
マルチビューステレオ撮影においては第１の三次元顔面像及び第２の三次元顔面像を演算処理し、角膜眼鏡間距離ＫＧ、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤを演算する。なお、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤは眼鏡をかけていない第１の三次元顔面像で演算する。
【００８０】
以上に三次元位置測定装置でステレオ撮影及びマルチビューステレオ撮影による角膜眼鏡間距離ＫＧ、瞳孔中心ＤＣ及び瞳孔中心間距離ＰＤの演算方法を示した。また、第２実施形態で示されたステレオ撮影及びマルチビューステレオ撮影は１台のカメラ部で撮影可能であるため、第１実施形態で示されたタブレット型端末機１０においても撮影可能である。例えば、タブレット型端末機１０はマルチビューステレオ撮影のためのアプリケーションを用い、複数の場所から顔面を撮影して、指標マーカから撮影位置を演算して、顔面の三次元顔面像を取得可能である。また、タブレット型端末機１０は、ステレオ撮影のためのアプリケーションを用いて、水平方向に移動させたカメラ部１２の配置間隔を入力または設定することで、三次元顔面像を取得可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０ … タブレット型端末機、１００ … 三次元位置測定装置
１１ … 表示部
１２、１１２ … カメラ部
１３ … ジャイロセンサ部
１４、１１４ … 演算部
１５ … 記憶部
２０ … 眼鏡
２１ … 眼鏡レンズ
２９ … 眼鏡フレーム（２２ … リム、２３ … テンプル、２４ … モダン）
２１０ … アライメントシール
ＤＣ … 瞳孔中心
ＫＧ … 角膜眼鏡間距離
ＫＰ … 角膜頂点
ＫＳ … 虹彩
ＭＫ … 目盛
ＰＤ … 瞳孔中心間距離
ＳＣ … 指標マーカ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指標マークが眼鏡フレームに取り付けられた眼鏡をかけた被検者を撮影する撮影部と、
前記撮影部で撮影された前記被検者の眼球の頂点を求めるとともに、前記指標マークに基づいて前記眼鏡の眼鏡レンズと前記被検者の前記眼球の頂点との角膜眼鏡間距離を演算する演算部と、
を備えた眼鏡用測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の眼鏡用測定装置において、
前記眼鏡フレームはテンプル及びリムを含み、
前記指標マークは所定寸法の目盛を含み、前記指標マークは前記テンプルに取り付けられ、
前記演算部は前記目盛及び前記テンプル又は前記指標マークの方向に基づいて前記リムと前記眼球の頂点との角膜眼鏡間距離を演算する眼鏡用測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の眼鏡用測定装置において、
前記撮影部は前記被検者の真横から外れた斜め前方又は斜め後方から前記被検者を撮影し、
前記所定寸法の目盛は第１距離と第２距離とを示し、
前記演算部は、前記第１距離と前記第２距離とに基づいて前記撮影部と前記眼鏡フレームとの傾きを補正し、前記角膜眼鏡間距離を演算する眼鏡用測定装置。
【請求項４】
被検者を正面から撮影する撮影部と、
前記虹彩の平均径を記憶する記憶部と、
前記撮影部で撮影された前記被検者の眼球の虹彩の最大径を求め、前記記憶部に記憶された平均径と求められた前記虹彩の最大径とに基づいて、前記被検者の両眼の瞳孔の距離である瞳孔中心間距離を演算する演算部と、
を備えた眼鏡用測定装置。
【請求項５】
遠方を見る被検者を正面から第１撮影し、且つ前記遠方より近い近方を見る被検者を正面から第２撮影する撮影部と、
前記第１撮影及び前記第２撮影で撮影された前記被検者の眼球の虹彩の水平方向の第１径及び垂直方向の第２径を求め、前記第１撮影の際の前記第１径及び前記第２径と前記第２撮影の際の前記第１径及び前記第２径とに基づいて、前記被検者が前記遠方を見るときと前記近方を見るときとの視線角度を演算する演算部と、
を備えた眼鏡用測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の眼鏡用測定装置において、
前記演算部は、前記第１撮影の際の前記第１径及び前記第２径に基づいて前記虹彩の第１楕円の離心率を求め、前記第２撮影の際の前記第１径及び前記第２径に基づいて前記虹彩の第２楕円の離心率を求め、前記第１楕円の離心率と前記第２楕円の離心率との比である楕円比に基づいて、前記演算する眼鏡用測定装置。
【請求項７】
被検者の眼球の頂点と眼鏡レンズとの角膜眼鏡間距離、又は前記被検者の両眼の瞳孔の距離である瞳孔中心間距離を測定する三次元測定装置において、
光を透さない眼鏡レンズを有する眼鏡を前記被検者がかけた状態で前記被検者を撮影する第１撮影と、前記眼鏡をかけない状態で前記被検者を撮影する第２撮影とを行う撮影部と、
前記第１撮影と前記第２撮影との画像の違いに基づいての前記角膜眼鏡間距離又は前記瞳孔中心間距離を演算する演算部と、
を備える三次元測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の三次元測定装置において、
前記光を透さない眼鏡レンズは、赤外線光を透さない眼鏡レンズであり、
前記撮影部は赤外線光で前記第２撮影を行う三次元測定装置。
【請求項９】
請求項７に記載の三次元測定装置において、
前記光を透さない眼鏡レンズは、遮光部が形成されるとともに指標マークが形成された眼鏡レンズであり、
前記撮影部は前記指標マークを撮影する三次元測定装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の三次元測定装置において、
複数の方向から前記被検者を撮影する複数の前記撮影部を備える三次元測定装置。
【請求項１】
指標マークが眼鏡フレームに取り付けられた眼鏡をかけた被検者を撮影する撮影部と、
前記撮影部で撮影された前記被検者の眼球の頂点を求めるとともに、前記指標マークに基づいて前記眼鏡の眼鏡レンズと前記被検者の前記眼球の頂点との角膜眼鏡間距離を演算する演算部と、
を備えた眼鏡用測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の眼鏡用測定装置において、
前記眼鏡フレームはテンプル及びリムを含み、
前記指標マークは所定寸法の目盛を含み、前記指標マークは前記テンプルに取り付けられ、
前記演算部は前記目盛及び前記テンプル又は前記指標マークの方向に基づいて前記リムと前記眼球の頂点との角膜眼鏡間距離を演算する眼鏡用測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の眼鏡用測定装置において、
前記撮影部は前記被検者の真横から外れた斜め前方又は斜め後方から前記被検者を撮影し、
前記所定寸法の目盛は第１距離と第２距離とを示し、
前記演算部は、前記第１距離と前記第２距離とに基づいて前記撮影部と前記眼鏡フレームとの傾きを補正し、前記角膜眼鏡間距離を演算する眼鏡用測定装置。
【請求項４】
被検者を正面から撮影する撮影部と、
前記虹彩の平均径を記憶する記憶部と、
前記撮影部で撮影された前記被検者の眼球の虹彩の最大径を求め、前記記憶部に記憶された平均径と求められた前記虹彩の最大径とに基づいて、前記被検者の両眼の瞳孔の距離である瞳孔中心間距離を演算する演算部と、
を備えた眼鏡用測定装置。
【請求項５】
遠方を見る被検者を正面から第１撮影し、且つ前記遠方より近い近方を見る被検者を正面から第２撮影する撮影部と、
前記第１撮影及び前記第２撮影で撮影された前記被検者の眼球の虹彩の水平方向の第１径及び垂直方向の第２径を求め、前記第１撮影の際の前記第１径及び前記第２径と前記第２撮影の際の前記第１径及び前記第２径とに基づいて、前記被検者が前記遠方を見るときと前記近方を見るときとの視線角度を演算する演算部と、
を備えた眼鏡用測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の眼鏡用測定装置において、
前記演算部は、前記第１撮影の際の前記第１径及び前記第２径に基づいて前記虹彩の第１楕円の離心率を求め、前記第２撮影の際の前記第１径及び前記第２径に基づいて前記虹彩の第２楕円の離心率を求め、前記第１楕円の離心率と前記第２楕円の離心率との比である楕円比に基づいて、前記演算する眼鏡用測定装置。
【請求項７】
被検者の眼球の頂点と眼鏡レンズとの角膜眼鏡間距離、又は前記被検者の両眼の瞳孔の距離である瞳孔中心間距離を測定する三次元測定装置において、
光を透さない眼鏡レンズを有する眼鏡を前記被検者がかけた状態で前記被検者を撮影する第１撮影と、前記眼鏡をかけない状態で前記被検者を撮影する第２撮影とを行う撮影部と、
前記第１撮影と前記第２撮影との画像の違いに基づいての前記角膜眼鏡間距離又は前記瞳孔中心間距離を演算する演算部と、
を備える三次元測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の三次元測定装置において、
前記光を透さない眼鏡レンズは、赤外線光を透さない眼鏡レンズであり、
前記撮影部は赤外線光で前記第２撮影を行う三次元測定装置。
【請求項９】
請求項７に記載の三次元測定装置において、
前記光を透さない眼鏡レンズは、遮光部が形成されるとともに指標マークが形成された眼鏡レンズであり、
前記撮影部は前記指標マークを撮影する三次元測定装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の三次元測定装置において、
複数の方向から前記被検者を撮影する複数の前記撮影部を備える三次元測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２３９５６６（Ｐ２０１２−２３９５６６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１０３１（Ｐ２０１１−１１１０３１）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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