JP4892692B2 - 眼球回旋点の測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、眼球回旋点の測定方法および装置に関する。本発明は、特に限定するものではないが、好ましくは眼科分野へ応用することを意図している。

人が物を視るときのことを考えると、真っ直ぐ前方を視たときや空間の異なる点を注視したときに視野全体を表現することが望ましい。
その為には、人が異なる点を視るときの人の目の動きを考慮する必要がある。人の目の動きは、一般に眼球回旋点（Ｃｅｎｔｒｅ ｄｅ Ｒｏｔａｔｉｏｎ ｄｅ ｌ’Ｏｅｉｌ；ＣＲＯ）として知られている特定の点を中心に回転している。

目とレンズシステムの光学特性は、ＣＲＯの位置と眼鏡の位置関係により変わり、通常ＣＲＯは主要な注視方向にあると考えられている。通常、簡単な写真を用いて、レンズの裏面と主要な注視方向にある角膜の前面との間の距離を測定することができる。ＣＲＯは、角膜の前面から後ろ１５ｍｍの位置である。

より一般的には、ＣＲＯの位置は、眼球レンズの裏面または表面の点、あるいは眼鏡レンズが所定位置にある人の顔の特定点からの距離で測定される。

ＣＲＯを決めるに使用される値は、理論値、任意値、標準値である。
実際的には、人により目の位置や大きさが異なり、このため理論値によるＣＲＯの位置は概略の値となる。より一般的には、目の動きやＣＲＯの位置は、注視方向により決められるものである。

本発明は、個人それぞれに測定してＣＲＯの位置を決めることを目的としている。
眼科分野では、個人それぞれのＣＲＯ位置を決めることでよりよい視力レンズを実現することを可能にすることができる。
一般の応用分野では、本発明はＣＲＯの位置を正確に決めることを可能にしており、特に、視覚化シュミレーションでは、３Ｄ立体映像を描写するのにカメラがＣＲＯ上に正確に位置することが必要である。

理論的には、人の眼球回転の中心は、人に引いた指標線との関連で決められることは知られている。これは、この人がターゲットを視て少なくとも平行でない二つの方向に視軸を決め、この視軸が交わる最適点を眼球回転中心としている。

しかしながら、この方法は次のような技術的な問題がある。
正確に決めようとすれば、顎を台に載せる特別の装置を用いて人の頭を動かないようにする必要がある。しかし、目を動かすとき、これが僅かな角度であっても、人は反射的に頭を動かすので、これは必然的に近似の値になってしまう。

ターゲットを視て少なくとも二つの平行でない方向に視軸を決め、それら視軸の最適交点を眼球回旋点として定義し、前記ターゲットと人の頭の少なくとも二つの相対位置を決めることで、人に引いた指標線との関連で眼球回旋点を測定する装置は、米国特許公報Ｎｏ．６，５８０，４４８に記載されている。しかしながら、この文献に提案された装置は、特に構造および操作において複雑である。

本発明は、構造が非常に簡単で、かつ操作が極めて容易に人の眼球回旋点を決定する特別の装置を提供するものである。

この発明は、この問題点を解決すべくなされたものであり、ターゲット（２）を視て少なくとも二つの平行でない方向に視軸を決め、それら視軸の最適交点を眼球回旋点として定義し、前記ターゲットと人の頭の少なくとも二つの相対位置を決めることで、人または人の眼鏡に引いた指標線との関連で眼球回旋点（ＣＲＯ）を測定する装置であって、光源をターゲットとして円筒形支持部材（３）の一端部（３Ａ）に置かれ、他端部（３Ｂ）には人の目が正面向きに置かれ、前記支持部材（３）に第１位置センサー（４）を、人の頭部に第２位置センサー（７）が置かれる。
この発明によれば、人は自然体であるいは動いていてもよい。

第１の実施態様では、ターゲットは一方向の点光源であり、好ましくはレーザーであって、人がターゲットを視たとき、人の注視方向の線上に置かれる。

第２の実施態様では、ターゲットはどのような光源でもよいが、好ましくはダイオードまたはテストパターンである。また、支持部材には、碁盤目を付けた透明薄板または貫通孔のあるスクリーンなど光が通る第２のターゲットが人の目に向けて置かれ、一直線上にある２つのターゲットを視るとき、支持部材が注視方向と直線になるようにしてある。

第３の実施態様では、支持部材は小径のチューブであり、人がターゲットを視るとき注視方向と直線になるようにしてある。

これら３つの実施態様を組み合わせて、直線上にある精度を高め、および／または装置の位置合わせを簡単にするのが好ましい。

ターゲットが光源であるとき、好ましくは、さらに碁盤目を付けた透明薄板または貫通孔のあるスクリーンなど光が通る別の透明ターゲットを、第１のターゲットと支持部材の中間との間に置いて、装置の位置合せを容易にする。

本発明の装置は、また、人の頭に固定して人の目の前に置かれ、視軸方向と一致する透明の点域のあるスクリーンを備えている。
スクリーンは、眼鏡フレーム又はヘルメット上に固定される。
好ましくは、透明の点域は単純な孔であり、その径は人の目の瞳孔の通常の直径より小さく、好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍｍである。

本発明はまた、上述した装置を用いて、ターゲットと被検者の頭との少なくとも２つの相対的な位置で人の眼球回旋点を決定する方法を提供する。

第１の実施態様において、視軸の最適交点が、視軸のそれぞれに垂直な表面上に最善の焦点を定めることにより決定され、最善の焦点が眼球回旋点として定義される。

第２の実施態様において、視軸の最適交点が、２つの視軸から等距離かつ最小距離にある点を各対の視軸に対して定め、次いで点の重心を定めることにより決定され、その重心が眼球回旋点とされる。

第３実施態様において、視軸の最適交点が、２つの視軸から等距離かつ最小距離にある点を各対の視軸に対して定め、次いでその点を包含する最小半径の球を定めることにより決定され、その球の中心が眼球回旋点とされる。
この方法は最適化されて、１ｍｍ未満の誤差内でＣＲＯを決定することができる。
好ましくは、複数の視軸方向が、正面を注視した視軸に対し略対称である。

本発明は、また、上述の装置を用いて、前記ターゲットと測定される人の頭部との少なくとも２つの相対的な位置において人の眼球回旋点を決定する方法を提供する。

図を参照してこの発明を詳細に説明する。
図１は、第１の実施態様となる本発明の装置の概観図である。図２は、第２の実施態様となる本発明の装置の概観図である。図３は、人に装着した本発明の装置の概観図である。

図１に示すように、本発明の装置１は、ターゲットを有しており、好ましくは、円筒パイプまたはチューブの形をした支持部材３の一端部３Ａに光源２が置かれ、他端部３Ｂには人の目が合わせられる。

２枚の碁盤目を付けた透明薄板５Ａ、５Ｂが、好ましくは一方の透明薄板５Ａを光源２の近くに、他方の透明薄板５Ｂをチューブの開放された端部３Ｂに置かれる。これらの板は、それぞれの中心部に貫通孔をあけたスクリーンであってもよい。

光源２が、例えばレーザーのように一方向点光源であるときには、チューブの開放端部３Ｂに置かれる透明板薄５Ｂはなくともよい。光源２近くの透明薄板５Ａは、どんな場合でもなくともよい。

図１の装置は、図２にその変形を示すように、中心部に孔をあけたスクリーン６を眼鏡のフレームまたはヘルメット上に固定して人の目の前に置くと都合よく出来上がる。
支持部材３の長さ方向の位置は、人の視力に合わせて調節する。

支持部材３は、第１位置センサー４を有していて、位置合わせすると、例えば点Ａおよび点Ｂを検出することで支持部材３上の該センサーの位置との関係から光線Ｆの方向を知ることができる。
細い光線Ｆにより、視軸に相当する方向を決めることができる。

図３に図解されているように、この装置は、第２位置センサー７を有して、これは向きを変えることの多い人の頭の上に装着される。第２位置センサー７は、頭にヘッドバンドで固定されていて常時頭の位置を知ることができる。これらセンサーは、例として、ポルヘムス（Ｐｏｌｈｅｍｕｓ）社から市販されている「ファストトラック（ＦａｓｔＴｒａｋ）」が使用できる。

支持部材３、光線Ｆ、および人の頭は位置合わせする必要がある。
この位置合わせは、次のように行うことができる。
支持部材を位置合わせすることにより、第１位置センサー４の指標線から、光線Ｆの方向の指標軸への動きを計算することができる。

一つの方法は、以下の通りである。
光線Ｆは、ターゲットが光源であるとき、ターゲット２から放射される光線により、又はターゲット２と碁盤目を付けた透明薄板５Ｂ及びオプションの透明薄板５Ａとにより具現化される。可動ポイントマーカーが、光線Ｆの一端は具現化するターゲット２の位置を示すのに用いられる。光線Ｆの他端は、支持部材の他端を横切る光線又は透明薄板５Ｂにより具現化されるように、同じ方法で決定される。好ましくは、特にターゲット２が一層識別し難い位置にある光源である時に、ターゲット２の位置に加え、またはその代わりに透明薄板５Ａの位置を決定することができる。電子システムは、１つの特定の基準枠として表される２つの点の座標を与える。電子システムは、同時に支持部材に固着された第１の位置センサー４に対する基準枠の軸を与える。第１の位置センサー４と常時測定される可動ポイントマーカーとの位置が異なるので、支持部材３は測定の間固定される必要がない。

簡単な計算により、第１の位置センサ４の指標線からビームＦの方向に変換することができる。
頭の位置合せにより、その変換を計算し、頭上の第２の位置センサー７に関連した指標線から特定の既知の頭部指標線へ変えることができる。

一つの方法は、以下の通りである。
特定の点を指摘するに、可動ポイントマーカーが使用される。電気システムが、特殊な指標線に表現されてこの点に相当する点を指示する。同時に、このシステムは、頭に固定された第２位置センサーと関連した軸を与える。これは、第２位置センサー７と常時測定されている可動ポイントマーカーとの間の位置の違いをみるのであるから、測定中頭は静止している必要はない。

この位置合わせに使用される可動ポイントマーカーは、ポルヘムス（Ｐｏｌｈｅｍｕｓ）社から市販されている「ファストトラック（ＦａｓｔＴｒａｋ）」が使用できる。

特定の点と必要な軸は、次のようにするのがよい；
鼻の付け根：指標線の出発点
右の瞳孔の中心から左の瞳孔の中心を結ぶ軸：第１軸
垂直軸：第２軸、および
第３軸は、直交座標を作るように計算する。
特定の点は、ＣＲＯの測定値からレンズ−ＣＲＯ間の距離を差し引くことができるように、眼鏡レンズの裏面中心であるのがよい。
ある人についてこの点と軸が決められると、簡単な計算で第２位置センサーに引いた線から頭に引いた線への変化を把握できる。

位置合わせが終わると、装置は次のようにして操作する。
人が眼鏡を外し、支持部材３を掴む。目の前に支持部材を置き、直線上にあるターゲット２、薄板上に形成された追加のターゲットまたはスクリーン５Ａおよび５Ｂが見える所まで目を移す。この時点で、視軸は光軸Ｆの方向と一致する。このとき、第１位置センサー４、第２位置センサー７および関連するソフトウエアは、視軸の方向と頭の位置を記録する。ソフトウエアにより頭に引かれた標準線に、視軸の方向を計算する。

いずれかの方向にチューブを回転させることが求められ、次いで人は、ターゲットと一直線になる、または光源を視ようと目、頭を動かす。
新しい視軸の方向と頭の位置が記録される。
精度を上げるため、この操作を少なくとも二回行い、二つの視軸を決める。
ＣＲＯが位置する精度は、測定する空間の方向の数、さらに種々の方向間の角度の差に拠る。

例として、人が煩わしくなく行えるためには、方向を２０°離して全方向行い、約１０のデータを取ることができる。
例えば、次の９つの方向を用いることができる。
１／正面注視
２／上（約２０°）
３／上（約４０°）
４／下（約−２０°）
５／下（約−４０°）
６／右（約２０°）
７／右（約４０°）
８／左（約−２０°）および
９／左（約−４０°）

また、次の別の９つの方向も用いることができる。
１／正面注視
２／上（約４０°）
３／下（約−４０°）
４／右（約４０°）
５／左（約−４０°）
６／上（約４０°）と右（約４０°）
７／上（約４０°）と左（約−４０°）
８／下（約−４０°）と右（約４０°）および
９／下（約−４０°）と左（約−４０°）

視軸を正面注視に対して略対称にするのがよい。
視軸と頭の位置が決まると、位置合わせは終わる。
得た全ての方向について、ソフトウエアは、頭に引かれた標準線の内に視軸の方向を計算する。
計算結果を用いて、ソフトウエアは、全方向からベストのＣＲＯを計算する。

第１の実施態様によれば、最適交点は、それぞれの視軸に対して垂直な面での最良の焦点として、その最良の焦点が眼球回旋点とされる。

第２の実施態様によれば、最適交点は、それぞれの対になった視軸に等距離にあり、その軸からの最短距離にある点であり、その点の重心が眼球回旋点とされる。

第３の実施態様によれば、最適交点は、それぞれの対になった視軸に対して、二つの軸に等距離にあり、その軸からの最短距離にある点であり、その点を含む最小径の球の中心が眼球回旋点とされる。

本発明の装置は、種々の方法で、眼球回旋点を決めるに必要な線を得るのに使用され、上記の使用方法はその例である。

第１の実施態様では、人は自由な姿勢であり、片手にチューブを持つだけである。
この第１の実施態様は、人は頭と目が自由に動かせ、自然な姿勢でいられることにある。しかしながら、施行者は、人の注視方向を正しく変えるようにしなければならない。この方法は、被検者の頭と目の動きの習慣を重んじている。

第２の実施態様では、人がある方向を視るようにするために、ある場所に貫通孔のあるスクリーン６を人の目の前に置く。この場合、この発明の装置では、人の目の前にスクリーンを置き、その方向に透明な点領域を設ける。

第２の実施態様の有利なことは、注視の方向が空間によく配分されることであり、これにより操作をよく制御し、最高の精度を得るべく注視の方向を計算できることである。さらに対象の瞳孔の大きさは関係ないが、瞳孔の大きさにより注視の方向の位置の精度を上げることができ、これは、所望の大きさ、例えば、径を０．５から２ｍｍの孔を用いることにより達成できる。

第３の実施態様では、チューブは測定ベンチに固定して精度高く直線上に置くことができる。この場合にも貫通したスクリーンを置くことができる。

第３の実施態様の有利なことは、チューブの操作に伴う僅かな振動を抑えてより正確、かつ安定な直線状態を作ることができることにある。

ある目に対して、複数の視軸対に対応する複数のＣＲＯの位置を決めることができる。ＣＲＯの位置は、視軸対の関数である。
例えば、真直ぐ前を注視したのを参照の軸として、真直ぐ前を注視した軸の周囲に複数の対称の視軸を決める。それぞれの視軸対（真直ぐ前の注視と、一方は視軸）に対して、ＣＲＯの位置が決められる。

ＣＲＯの位置を決めると、眼科分野に応用できる。

第１の実施態様となる本発明の装置の概観図である。 第２の実施態様となる本発明の装置の概観図である。 人に装着した本発明の装置の概観図である。

Claims (9)

1. ターゲット（２）を視て少なくとも二つの平行でない方向に視軸を決め、それら視軸の最適交点を眼球回旋点として定義し、前記ターゲットと人の頭の少なくとも二つの相対位置を決めることで、人または人の眼鏡に引いた指標線との関連で眼球回旋点（ＣＲＯ）を測定する装置であって、
   光源をターゲットとして円筒形支持部材（３）の一端部（３Ａ）に置かれ、他端部（３Ｂ）には人の目が正面向きに置かれ、前記支持部材（３）に第１位置センサー（４）を、人の頭部に第２位置センサー（７）が置かれてなることを特徴とする眼球回旋点の測定装置。
2. さらに人の目の正面に透明な第２ターゲットが置かれることを特徴とする請求項１に記載の眼球回旋点の測定装置。
3. 前記支持部材が、小径のチューブであることを特徴とする請求項１または２に記載の眼球回旋点の測定装置。
4. さらに別の透明ターゲットが、前記光源と前記支持部材の中央との間に置かれることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載の眼球回旋点の測定装置。
5. さらに前記視軸方向に透明な点域をもつスクリーンが、人の頭に固定して目の前に置かれることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載の眼球回旋点の測定装置。
6. 少なくとも前記ターゲットと人の頭との２つの相対位置を測定する請求項１ないし５いずれか１項記載の装置を用い、前記視軸の最適交点が、前記視軸のそれぞれに垂直な表面上に最善の焦点を定めることにより決定されて、前記最善の焦点を眼球回旋点とすることを特徴とする眼球回旋点の測定方法。
7. 少なくとも前記ターゲットと人の頭との２つの相対位置を測定する請求項１ないし５いずれか１項記載の装置を用い、前記視軸の最適交点が、前記２つの視軸から等距離かつ最小距離にある点を各対の視軸に対して定め、次いで前記点の重心を定めることにより決定されて、前記重心を眼球回旋点とすることを特徴とする眼球回旋点の測定方法。
8. 少なくとも前記ターゲットと人の頭との２つの相対位置を測定する請求項１ないし５いずれか１項記載の装置を用い、前記視軸の最適交点が、前記２つの視軸から等距離かつ最小距離にある点を各対の視軸に対して定め、次いで前記点を包含する最小半径の球を定めることにより決定されて、前記球の中心を眼球回旋点とすることを特徴とする眼球回旋点の測定方法。
9. 前記複数の視軸方向が、正面注視した視軸に対し略対称であることを特徴とする請求項６ないし８いずれか１項に記載の眼球回旋点の測定方法。

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