JP6433258B2

JP6433258B2 - 双眼ルーペの製作方法

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Publication number: JP6433258B2
Application number: JP2014233670A
Authority: JP
Inventors: 中村　正一; 正一中村
Original assignee: 中村　正一; 正一中村; 日本エー・シー・ピー株式会社
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-11-18
Also published as: JP2016099375A

Description

本発明は、医療手術や精密工作作業の際に使用される双眼ルーペに関するものであり、特に、フレームのキャリアレンズにルーペを取り付ける双眼ルーペの製作方法に関する。

双眼ルーペは、手元の局所的な視覚対象物を拡大して視認する手段として、従来から、医療分野、精密工作、宝石加工等の各分野において広く使用されており、これらの分野では、高い精度で視認できることが要求される。

一般的なレンズ嵌め込み式の双眼ルーペ１０の構成は、図１に示すように、使用者の視力を調整する眼鏡と同じ構造のフレーム１と、作業対象の像を拡大するための双眼ルーペ本体であるルーペ２と、フレーム１に嵌め込まれてルーペ２を取り付けるためのキャリアレンズ５と、ルーペ２をキャリアレンズ５に取り付けるための取付部３と、精密作業者の顔に装着するためのフレーム蔓部６と、から成る。ルーペ２は、キャリアレンズ５の表面に刳り抜いた開口に挿入されて取付部３にて固定されている。

図２は、双眼ルーペ１０を作業者が着用した状態を示す説明図である。双眼ルーペ１０は、通常の眼鏡と同様に、フレーム１のフレーム蔓部６を、作業者の耳に掛けることにより顔面に着用することができる。

作業者が作業をしているときの体勢は、図３で示すように、前傾姿勢を執りながら手にしている器具の先端（作業操作箇所Ｐ）を凝視し、ルーペ２を通して作業操作箇所Ｐを拡大して観察している。したがって、ルーペ２はキャリアレンズ５の平面に対して、上下方向では、図２で示すように下方（フレームの下縁側）への傾斜角度（下方装着角度ｒ）と、水平方向では、図４で示すように内側（ノーズパッド側）への傾斜角度（左右両眼の各内側装着角度ｐ及びｑ）を設けて取り付けられる。

しかし、このような双眼ルーペ１０を、医療分野において使用する場合には人命に関わることから、高精度の視認性を確保するためには、使用者に応じて正確な瞳孔位置、下方装着角度ｒ及び内側装着角度ｐ、ｑを測定して、その測定結果に基づきルーペ２をキャリアレンズ５に取り付ける必要がある。

そのため、フレーム１を試着した作業者（医師）に実際の作業体勢（手術体勢）を再現してもらい、作業操作箇所Ｐからフレームまでの距離や左右両眼の瞳孔までの距離等をメジャーによって実測、又は撮像した画像から計算により求めて、その測定結果から導き出す瞳孔位置と下方装着角度ｒと内側装着角度ｐ、ｑとに基づいて、ルーペ２をキャリアレンズ５に取り付けて双眼ルーペを製作することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許第５３１１６０１号公報

下方装着角度ｒは、図５で示すように、作業操作箇所Ｐからキャリアレンズ５までの距離Ｍ及びを通る鉛直線に直交する水平方向距離Ｎを測定することで求まるこの距離Ｍ、Ｎの辺に挟まれる角度βと、作業者が手術を行うときのキャリアレンズ５の前傾角度αとから導き出せる。

このとき前傾角度αを実測で求めることは困難であり、特許文献１においては、前傾姿勢を執っている着用者の側方からの画像から背骨を通る鉛直線に対する頭部又はキャリアレンズ５の前傾角度を測定することで求めている。

しかしながら、フレーム１の構造上、キャリアレンズ５はフレーム蔓部６に対して直角に取り付けられてはいない。また、着用者がフレーム１を耳に掛けて顔を水平方向に向けたときでも、フレーム蔓部６は厳密には水平状態にはない。したがって、前傾角度αを測定するのに、単純に鉛直線に対する傾き角度を測定すると誤差が生じる。

本発明は、上記点に鑑み為されたものであり、作業者が作業を行うときの前傾角度αを精度よく測定して、正確な下方装着角度でルーペをキャリアレンズに取り付けることが可能な双眼ルーペの製作方法を提供することを目的とするものである。

このため、本発明に係る双眼ルーペの製作方法は、フレームに装着されたキャリアレンズに双眼ルーペの着用者に応じた条件でルーペを取り付けて製作する双眼ルーペの製作方法であって、（ａ）前記フレームに４つの内角が全て９０°である四角形のマーカーを取り付けるステップ、（ｂ）前記フレームの着用者が双眼ルーペを使用するときの作業体勢で下方の作業操作箇所を凝視しているときの着用者の顔面を前記作業操作箇所から撮像するステップ、（ｃ）撮像した下方からの顔面の斜め画像による前記マーカーを検出するステップ、（ｄ）前記画像処理ステップで検出した前記マーカーの四角形から台形への形状の変化度から前記キャリアレンズの前傾角度αを演算し、前記前傾角度αによって前記キャリアレンズに前記ルーペを装着する際の下方装着角度ｒを決定するステップ、（ｅ）前記画像から明るさが不連続に変化している箇所を特定することで前記フレームの着用者が下方の前記作業操作箇所を凝視しているときの前記キャリアレンズ面上のＸ−Ｙ軸での右眼瞳孔位置ＱＲ（ＸＲ、ＹＲ）と左眼瞳孔位置ＱＬ（ＸＬ、ＹＬ）とを特定するステップ、（ｆ）前記フレームの着用者の視線が水平方向を見つめる体勢から前記作業体勢に移したときの左右の瞳孔の移動に伴いそれぞれの角膜が下方向に回動したときの角度に基づいて、前記右眼瞳孔位置ＱＲと前記左眼瞳孔位置ＱＬの各Ｙ座標値を補正して、左右の前記ルーペの前記キャリアレンズ面上の取り付け右ルーペ取付座標位置Ｑ´Ｒと左ルーペ取付座標位置Ｑ´Ｌを決定するステップ、（ｇ）前記右眼瞳孔位置ＱＲ及び左眼瞳孔位置ＱＬのそれぞれから前記マーカーの中心点ＣまでのＸ座標方向での距離及び前記中心点Ｃから作業操作箇所Ｐまでの距離Ｌに基づいて左右の前記キャリアレンズの面に装着する前記ルーペの各内側装着角度ｐ、ｑを決定するステップ、（ｈ）前記右ルーペ取付座標位置Ｑ´Ｒ及び前記左ルーペ取付座標位置Ｑ´Ｌと、前記下方装着角度ｒと、前記内側装着角度ｐ、ｑとに基づいて前記左右のキャリアレンズ面に開口を形成し、前記開口に前記左右のルーペを挿入して固定するステップ、の各ステップを有している。

このとき、前記ステップ（ｃ）では、前記画像から顔に特有の画像特徴を抽出して顔検出を行い、顔の検出画像から前記マーカーを検出する。

また、前記ステップ（ｄ）では、前記マーカーの４隅の座標位置を特定することで前記前傾角度αを決定する。具体的には、画像をポリライン化し、角が４つのものの中から各々の角度が９０度に近いものを探索することで座標位置を特定する。

そして、座標位置を特定すれば、前記座標位置から導き出した前記台形の上辺寸法及び底辺寸法と、実際のマーカーの縦横の寸法比と、前記作業操作箇所から前記マーカーの中心点までの距離とに基づき前記前傾角度αを決定することができる。

前記ステップ（ｄ）では、前記前傾角度αを決定すれば、予め距離Ｍで測定されている前記作業操作箇所から前記キャリアレンズまでの線及び予め距離Ｎで測定されている前記キャリアレンズを通る鉛直線に直交する水平方向の線で挟まれた角の余角と、前記前傾角度αとに基づいて、前記下方装着角度を決定することができる。

さらに、（ｅ）前記画像から前記フレームの着用者が下方の前記作業操作箇所を凝視しているＸ−Ｙ軸での右眼瞳孔位置（ＸＲ、ＹＲ）と左眼瞳孔位置（ＸＬ、ＹＬ）とを特定するステップを有している。

前記ステップ（ｅ）では、前記画像から明るさが不連続に変化している箇所を特定することで瞳孔位置を検出する。それには、前記画像から顔に特有の画像特徴を抽出することで顔検出し、検出した顔部分から前記瞳孔位置を検出するとよい。

この場合、検出した顔から目に特有の画像特徴を抽出する。そして、検出した目の画像を二値化して虹彩の輪郭を検出し、さらにモルフォロジー処理を行って最大輝度の矩形を検出することにより前記瞳孔位置が検出される。

その場合に、前記キャリアレンズに前記ルーペを装着するＹ座標値は、前記フレームの着用者が視線を水平方向に向けるために角膜を上方向に回動させる角度に基づき決定する。このとき、角膜が上方向に回動する角度は、前記前傾角度αと、前記キャリアレンズの鉛直線に対する傾き角度θと、前記角膜と前記キャリアレンズとの間の距離Ｖと、前記作業操作箇所から前記キャリアレンズの面までの距離Ｍに基づくものであるとよい。

本発明に係る双眼ルーペの製作方法によれば、下方の作業対象箇所から撮像することで正四角形のマーカーを台形形状で捉えて、この正四角形から台形への変化度に応じてマーカーの傾き、すなわち、キャリアレンズの傾きを検出するために、着用者の前傾角度を正確に把握することができる。そのため、着用者の作業時の前傾姿勢に応じた適切な下方装着角度でルーペをキャリアレンズに取り付けることができる。

双眼ルーペの全体構成図を示す。双眼ルーペを着用した状態を側面図で示す。作業者が双眼ルーペを着用して作業体勢をとるときの状態を模式的に示す説明図を示す。キャリアレンズにルーペを取り付ける際の内側装着角度の説明図を示す。キャリアレンズにルーペを取り付ける際の下方装着角度の説明図を示す。カメラの構成を概略的に示すブロック図を示す。コンピュータの概略的な構成をブロック図で示す。撮影した画像を処理するときのコンピュータによるユーザーインターフェース画面を模式的に示す。カスケード型分類プログラムによる処理手順の説明図を示す。フレームに取り付けたマーカーの作業対象箇所からの正面画像を模式的に示す。図１０の画像の平面からの説明図を示す。図１０の画像の側面からの説明図を示す。瞳孔とキャリアレンズと作業操作箇所との位置関係を側面から説明する模式図を示す。左右両眼の瞳孔位置から内側装着角度の検出の説明図を示す。キャリアレンズの面上での瞳孔の座標位置を説明するための正面図を示す。顔の中心線ｖ１とフレームの中心線ｖ２とが傾斜によりずれている状態を説明する模式図を示す。顔の中心線ｖ１とフレームの中心線ｖ２とが間隔を存して平行にずれている状態を説明する模式図を示す。

以下、本発明に係る双眼ルーペの製作方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本製作方法では、双眼ルーペの発注者はルーペ２が装着されていないフレーム１を着用して作業体勢を再現して貰い、そのときの顔面を作業操作箇所Ｐに据え付けたカメラ１１によって撮影する。そして、撮影データをコンピュータがデータ処理することで、フレーム１の着用者に応じた瞳孔位置と下方装着角度ｒと内側装着角度ｐ、ｑとを測定し、この測定結果に沿ってキャリアレンズ５にルーペ２を取り付けることで双眼ルーペを製作する。

図６は、カメラ１１の構成を概略的に示している。カメラ１１は、制御部１２、ストロボ光照射装置１３、光学系１４、撮像素子１５、画像メモリ１６及び画像処理を行うコンピュータ２０とデータ及び信号の授受を行うインターフェース１７を含んで構成されるデジタルカメラである。

制御部１２は、カメラ１１の各部を制御するプログラム記憶部と、このプログラムを実行するＣＰＵとを備えている。制御部１２の制御としては、コンピュータ２０からの指示に伴う光学系１４の撮像倍率やピント合わせ等の制御、画像メモリ１６に対する画像の保存や読出し等の制御を行う。

図７は、コンピュータ２０の構成を模式的に示している。コンピュータ２０は、モニター部２１、入力デバイス２２、プログラムに基づいて所定の演算処理や制御処理を行う中央制御部２３及びカメラ１１とデータ及び信号の授受を行うインターフェース２４を含んで構成される。

そして、中央制御部２３は、撮像プログラム２３ａ、ユーザーインターフェースプログラム２３ｂ、画像処理プログラム２３ｃ及び解析プログラム２３ｄと、これらプログラムを実行する中央演算処理装置ＣＰＵとを含んでいる。画像処理プログラム２３ｃは、識別対象を上位から順に細分化して分類する処理を行うカスケード分類器であり、本例では、人の画像の中から顔や目を識別する。したがって、画像処理プログラム２３ｃは、予め学習により顔や目の特徴を記憶した顔検出カスケードファイル２３ｅと目検出カスケードファイル２３ｆを備える。

カメラ１１でフレーム１を着用した着用者を撮影する際には、フレーム１の両眼の間のブリッジ７には正四角形のマーカー８がビスで取り付けられる。この場合、マーカー８は、その中心が位置するようにフレーム１の水平方向での中心位置に取り付けられる。マーカー８は、白色アクリル板で構成されて、周縁部及びビス止めされる中央部以外は彫刻が施され黒で塗装されている。

撮影はコンピュータ２０がカメラ１１を作動して行われるが、中央制御部２３は撮像プログラム２３ａを実行してカメラ１１を制御し、フレーム１に取り付けたマーカー８の中心点Ｃ（図８に図示）に焦点距離を合わせる。カメラ１１は、コンピュータ２０からの指示により、光学系１４が捉える画像を撮像素子１５によって電気信号に変換した画像信号をコンピュータ２０に出力する。そして、コンピュータ２０が、この画像をモニター部２１に表示することで、双眼ルーペ製作者は、カメラ１１が捉える画像の範囲や位置合わせ等の調整を入力デバイス２２から指示することができ、コンピュータ２０はこの調整指示の内容に従ってカメラ１１による撮影画像を調整する。

カメラ１１は、製作者の指示の下でコンピュータ２０から送られる撮像指令に応答して、ストロボ光照射装置１３からストロボ光を照射し撮影を行う。そして、カメラ１１の撮像素子１５は、光学系１４からの撮影光を電気信号に変換して出力し、制御部１２は、この画像データを画像メモリ１６に保存する。

コンピュータ２０は、画像処理の動作が指定されると、中央制御部２３がユーザーインターフェースプログラム２３ｂを処理して、モニター部２１に図８に示すユーザーインターフェース画面を表示する。そして、この画面の入力部にある「画像ファイルを開く」ボタンを操作して、特定の着用者の画像データファイルが指定されると、中央制御部２３は、画像メモリ１６からこの画像データを読み出して画面の画像表示領域ＩＭに表示する。

続いて、ユーザーインターフェース画面の「瞳孔検出を行う」ボタンや「マーカー検出を行う」ボタンにチェックを入れて「解析開始」ボタンを操作すると、コンピュータ２０は、瞳孔位置やマーカー８の中心位置を解析する。

図９（ａ）は、画像処理プログラム２３ｃによる瞳孔位置検出の処理手順を示しており、中央制御部２３は、画像処理プログラム２３ｃを処理することで、画像から明るさが鋭敏に、換言すれば不連続に変化している箇所を特定することで瞳孔位置を検出する。中央制御部２３は、先ず第１ステージで顔検出カスケードファイル２３ｅを使用して、顔に特有の画像特徴から識別対象が顔に該当するかを判断することで顔検出を行う。次の第２ステージでは、識別対象を細分化して目検出カスケードファイル２３ｆを使用して、目に特有の画像特徴から識別対象が目に該当するかを判断することで目検出を行う。そして、第３ステージでは、目の検出画像を二値化して虹彩の輪郭を検出する。さらに、第４ステージでは、モルフォロジー処理を行って最大輝度の矩形を検出することにより、コンピュータ２０は、着用者の右瞳孔の座標位置（ＸＲ、ＹＲ）及び左瞳孔の座標位置（ＸＬ、ＹＬ）を検出して画面に表示する。この場合、例えば、画像表示領域ＩＭの上辺左隅の点を座標の基準点Ｏにしている。

図９（ｂ）は、画像処理プログラム２３ｃによるマーカー検出の処理手順を示しており、中央制御部２３は、第１ステージで顔検出カスケードファイル２３ｅを使用して顔検出を行うことで、マーカー８が存在する領域の絞り込みを行う。次の第２ステージでは、顔の検出画像をポリライン化して角が４個あるものの中から各々の角度が略９０度に近いものを抽出することでマーカー８を認識する。そして、第３ステージで、コンピュータ２０は、マーカー８の中心の座標位置とスケールを画面に表示する。スケールは、１ｍｍが画像内のいくつのピクセル数に相当しているかを示しており、中央制御部２３は、予め入力されているマーカー８の実際のサイズに基づいて算出する。

このようにして、瞳孔位置やマーカー８の中心位置を検出すると、コンピュータ２０は、解析プログラム２３ｄを処理することで、これら検出データからルーペ２をキャリアレンズ５の面上に取り付ける際の穴開け位置や下方装着角度及び内側装着角度を演算により導き出す。

［ルーペの下方装着角度の決定］
下方装着角度ｒは、図５で説明したようにキャリアレンズ５の前傾角度αと角度βとで求めることができるが、このとき前傾角度αの求め方について説明する。

着用者が顔を下方に傾けて作業操作箇所Ｐを凝視しているときにマーカー８を正面から捉えた画像は、その下辺は上辺に比べて作業操作箇所Ｐに接近しているために、図１０で実線によって示すように上辺が下辺より短い台形の形状となっている。このとき中央制御部２３が画像で認識しているマーカー８の台形の４隅Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各座標位置をそれぞれ（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、（Ｘ３、Ｙ３）及び（Ｘ４、Ｙ４）で検出している。同時に、中央制御部２３は、正四角形のマーカー８の縦横寸法が予め入力されているために、本来の正四角形でのマーカー８の破線で示す仮想位置での４隅Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各座標位置をそれぞれ（Ｘ１´、Ｙ１´）、（Ｘ２´、Ｙ２´）、（Ｘ３´、Ｙ３´）及び（Ｘ４´、Ｙ４´）を演算により求めている。

したがって、台形で捉えているマーカー８の高さ寸法ａは（Ｙ１＋Ｙ３）、上辺寸法ｂ１は（Ｘ１＋Ｘ２）、底辺寸法ｂ２は（Ｘ３＋Ｘ４）で表わせる。また、マーカー８が正四角形での縦辺の寸法ａ´は（Ｙ１´＋Ｙ３´）、横辺の寸法ｂ´（Ｘ１´＋Ｘ２´）で表せる。

前傾角度αは、これら寸法値ｂ１、ｂ２、ａ´及びｂ´を用いて、次の式から求めることができる。尚、Ｌは、作業操作箇所Ｐからマーカー８の中心点Ｃまでの距離であり、メジャーによる実測で測定される。
α＝ｓｉｎ^−１｛（１／ｂ１−１／ｂ２）×ｂ´／ａ´×Ｌ｝

ここで、前傾角度αを算出する上記式について説明する。図１１は、作業操作箇所Ｐから見たマーカー８の平面図を示している。
（１）図１２で、マーカー８を傾けたときその縦寸法ａ´を斜辺としたときの水平な辺の寸法をΔＬとすると、前傾角度αは次で表される。
α＝ｓｉｎ^−１（ΔＬ／ａ´）
（２）そして、ａ´はマーカー８の実測で既知であるからΔＬを求めると、ΔＬをマーカー８の中心ＣでΔＬ１とΔＬ２とに分割すると次の関係が成立する（図１１）。
ｔａｎθ１＝（ｂ１／２）／Ｌ＝（ｂ´／２）／（Ｌ＋ΔＬ１）
∴ΔＬ１＝（ｂ´／ｂ１−１）×Ｌ
ｔａｎθ２＝（ｂ２／２）／Ｌ＝（ｂ´／２）／（Ｌ−ΔＬ２）
∴ΔＬ２＝（１−ｂ´／ｂ２）×Ｌ
（３）よって、ΔＬは以下の通り求められる。
ΔＬ＝ΔＬ１＋ΔＬ２＝｛（ｂ´／ｂ１−１）＋（１−ｂ´／ｂ２）｝×Ｌ＝｛（１／ｂ１−１／ｂ２）×ｂ´×Ｌ｝
（４）ΔＬを求めることで、前傾角度αを求める上記の式は以下の通り成立する。
α＝ｓｉｎ^−１（ΔＬ／ａ）＝ｓｉｎ^−１｛（１／ｂ１−１／ｂ２）×ｂ´／ａ´×Ｌ｝

ところで、距離Ｌは、メジャーによる測定の他に、レーザー計測機を用いて作業操作箇所Ｐからマーカー８の中心点Ｃにレーザーを照射して測定する方法もある。さらに、このような実測以外にも、撮影の焦点距離ｆと、マーカー８の横寸法ｂ´の実際のサイズ及びカメラ１１によるイメージサイズとから次の演算で求めることができる。
Ｌ＝｛ｆ×（マーカー８の実際のサイズ）｝／（マーカー８のイメージサイズ）

このようにして前傾角度αが求まると、角度βについては、図５で説明したように作業操作箇所Ｐからキャリアレンズ５までの距離Ｍ及びキャリアレンズ５を通る鉛直線に直交する水平方向の距離Ｎを測定することで求めることができるため、下方装着角度ｒを導き出すことができる。

［ルーペの内側装着角度の決定］
左右のルーペ２をキャリアレンズ５に装着するときのそれぞれの内側装着角度ｐ、ｑは、図１４で示すように、着用者の右瞳孔位置及び左瞳孔位置からマーカー８の中心点ＣまでのＸ方向での距離及び同じ中心点Ｃから作業操作箇所Ｐまでの距離Ｌに基づいて決定する。

着用者の左右両眼の瞳孔位置で中心点ＣからのＸ方向での距離は、顔を傾けた状態でも正面を向けた状態でも同じであり、コンピュータ２０は、上記瞳孔位置の座標から右眼はＸＲで左眼はＸＬを測定している。また、距離Ｌは上記したように種々の方法で求めることができる。したがって、左右の内側装着角度は次の通りとなる。
ｐ＝ｔａｎ^−１（Ｌ／ＸＲ）
ｑ＝ｔａｎ^−１（Ｌ／ＸＬ）

［穴開け位置の検出］
ルーペ２をキャリアレンズ５に装着する際の穴開け位置の検出について図１３及び図１５を用いて説明する。

図１３（ａ）は、フレーム１の装着者が上体を下方に傾けて瞳孔の角膜２５を作業操作箇所Ｐに向けて注視している状態を示しており、角膜２５と作業操作箇所Ｐとを結ぶキャリアレンズ５の面上のＱ点の座標は、図１５で示すように、右瞳孔であればＱＲ（ＸＲ、ＹＲ）、又は左瞳孔であればＱＬ（ＸＬ、ＹＬ）となる。α及びＭは、それぞれ図５で説明した前傾角度αと、作業操作箇所Ｐからキャリアレンズ５の面までの距離である。フレーム１は、人が顔に掛けた際にはキャリアレンズ５の面が鉛直線に対して傾くように設計されており、キャリアレンズ５のこの傾き角度をδで示している。また、角膜２５とキャリアレンズ５との間の距離（角膜頂点間距離）をＶで示している。尚、距離Ｍについては、精度を期するのであれば、作業操作箇所Ｐから左右両眼のキャリアレンズ５までの距離を別々に測定しておくのが好ましい。そして、測定は、距離Ｌと同様に、メジャーやレーザー計測機による実測や撮影画像からの演算で求める。

そして、フレーム装着者が前傾姿勢を解除して、視線ｅを図１３（ｂ）に示すように水平方向に向けたときには瞳孔が移動することになり、角膜２５は上方向に角度（α−δ）分だけ回転する。よって、その回転量に応じてキャリアレンズ５の面上での瞳孔位置は、図１５で示すようにＹ座標軸上で左右それぞれ距離ｄだけ移動することになる。この距離ｄは、（Ｖ＋Ｍ）ｔａｎ（α−δ）で表すことができる。

したがって、視線ｅが水平方向に向けたときの左右瞳孔の座標位置は次の通りとなり、この座標位置がキャリアレンズ５の面に穴開けされてルーペ２が取り付けられる右穴開け位置Ｑ´Ｒ及び左穴開け位置Ｑ´Ｌとなる。
Ｑ´Ｒ（ＸＲ、ＹＲ＋（Ｖ＋Ｍ）ｔａｎ（α−δ））
Ｑ´Ｌ（ＸＬ、ＹＬ＋（Ｖ＋Ｍ）ｔａｎ（α−δ））

ところで、眼鏡フレームを掛けて撮影したとき、着用者の身体的な特徴やフレームの調整等が原因で着用者の顔の中心線ｖ１とフレームの中心線ｖ２とが一致しないことがある。図１６は、中心線ｖ２が中心点Ｃを中心にして右方向に回転しており、すなわち中心線ｖ２が中心線ｖ１に対して角度γだけ傾いている。図１７は、中心線ｖ１、ｖ２はそれぞれ垂直であるが両者は間隔ｔをおいて平行状態にある。

よって、図１６に示す不一致が生じている場合には、中央制御部２３は、左右の瞳孔の座標位置ＱＲ（ＸＲ、ＹＲ）、ＱＬ（ＸＬ、ＹＬ）を特定したとき、次のような補正を行う。
ＱＲ（ＸＲ、ＹＲ＋ＸＲｔａｎγ）
ＱＬ（ＸＬ、ＹＬ＋ＸＬｔａｎγ）
ここで、角度γは、マーカー８の４隅ＡとＢ（又はＣとＤ）の各座標位置でＹ１とＹ２（又はＹ３とＹ４）の数値に差が生じていることから、その差分から割り出すことができる。

また、図１７に示す不一致が生じている場合には、中央制御部２３は、左右の瞳孔の座標位置ＱＲ（ＸＲ、ＹＲ）、ＱＬ（ＸＬ、ＹＬ）を特定したとき、次のような補正を行う。
ＱＲ（ＸＲ＋ｔ、ＹＲ）
ＱＬ（ＸＬ−ｔ、ＹＬ）
ここで、間隔ｔは、左右の瞳孔の中間位置でのＸ座標値とマーカー８の中心点ＣのＸ座標値との差から導き出すことができる。

このように、顔の中心線ｖ１とフレームの中心線ｖ２とに不一致が生じていても、中央制御部２３は、左右の瞳孔の座標位置ＱＲ、ＱＬを正確に求めることができる。この場合、図１６と図1７に示す不一致が複合的に生じていても上記の補正を用いることで対処することができる。すなわち、瞳孔位置のＹ座標値ＹＲ、ＹＬとを角度γに基づいてそれぞれ補正した後でも、中心線ｖ１とｖ２中心線とが間隔ｔ´を置いて平行なずれを生じているときは、瞳孔位置のＸ座標値ＸＲ、ＸＬとを前記間隔ｔ´に基づきそれぞれ補正するものである。

［双眼ルーペの作製］
双眼ルーペの作製は、こうして決まる穴開け位置座標と、下方装着角度ｒ及び内側装着角度ｐ、ｑとからキャリアレンズ５にルーペ２を挿入する位置をＮＣ加工機にプログラムし、挿入部分を切削加工してキャリアレンズ５の表面を刳り抜いて開口部を形成する。そして、開口部の形成後、ルーペ２を開口部からキャリアレンズ５に挿入し、レーザー位置決め機によって、下方装着角度ｒ及び内側装着角度ｐ、ｑの調整を行い取付部３によりルーペ２をキャリアレンズ５に固定する。取付部３は、ルーペ２を固定するアダプターと、キャリアレンズ５を挟んだ状態でこのアダプターを締め付けるリングとから成り、アダプターは、ルーペ２をキャリアレンズ５面に対して下方装着角度ｒ及び内側装着角度ｐ、ｑで保持して固定するように構成されている。また、ルーペ２をキャリアレンズ５に固定するには、ルーペ２を下方装着角度ｒ及び内側装着角度ｐ、ｑを維持した状態で開口部に嵌め込み接着材にて接着してもよい。

本発明は、医療手術や精密作業の際に使用される双眼ルーペであって、作業者個々の特徴に応じた左右両眼の瞳孔位置や作業体勢に適合する双眼ルーペの製作方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

１フレーム
２ルーペ
３取付部
５キャリアレンズ
８マーカー
１０双眼ルーペ
１１カメラ
１３ストロボ光照射装置
１８レーザー計測機
Ｐ作業操作箇所
ｐ、ｑ左右ルーペの内側装着角度
ｒルーペの下方装着角度

Claims

フレームに装着されたキャリアレンズに双眼ルーペの着用者に応じた条件でルーペを取り付けて製作する双眼ルーペの製作方法であって、
（ａ）前記フレームに４つの内角が全て９０°である四角形のマーカーを取り付けるステップ、
（ｂ）前記フレームの着用者が双眼ルーペを使用するときの作業体勢で下方の作業操作箇所を凝視しているときの着用者の顔面を前記作業操作箇所から撮像するステップ、
（ｃ）撮像した下方からの顔面の斜め画像による前記マーカーを検出するステップ、
（ｄ）前記画像処理ステップで検出した前記マーカーの四角形から台形への形状の変化度から前記キャリアレンズの前傾角度αを演算し、前記前傾角度αによって前記キャリアレンズに前記ルーペを装着する際の下方装着角度ｒを決定するステップ、
（ｅ）前記画像から明るさが不連続に変化している箇所を特定することで前記フレームの着用者が下方の前記作業操作箇所を凝視しているときの前記キャリアレンズ面上のＸ−Ｙ軸での右眼瞳孔位置ＱＲ（ＸＲ、ＹＲ）と左眼瞳孔位置ＱＬ（ＸＬ、ＹＬ）とを特定するステップ、
（ｆ）前記フレームの着用者の視線が水平方向を見つめる体勢から前記作業体勢に移したときの左右の瞳孔の移動に伴いそれぞれの角膜が下方向に回動したときの角度を前記前傾角度αと前記キャリアレンズの鉛直線に対する傾き角度δとから求めて、該角度に基づいて前記右眼瞳孔位置ＱＲと前記左眼瞳孔位置ＱＬの各Ｙ座標値を補正して、左右の前記ルーペの前記キャリアレンズ面上の取り付け右ルーペ取付座標位置Ｑ´Ｒと左ルーペ取付座標位置Ｑ´Ｌを決定するステップ、
（ｇ）前記右眼瞳孔位置ＱＲ及び左眼瞳孔位置ＱＬのそれぞれから前記マーカーの中心点ＣまでのＸ座標方向での距離及び前記中心点Ｃから作業操作箇所Ｐまでの距離Ｌに基づいて左右の前記キャリアレンズの面に装着する前記ルーペの各内側装着角度ｐ、ｑを決定するステップ、
（ｈ）前記右ルーペ取付座標位置Ｑ´Ｒ及び前記左ルーペ取付座標位置Ｑ´Ｌと、前記下方装着角度ｒと、前記内側装着角度ｐ、ｑとに基づいて前記左右のキャリアレンズ面に開口を形成し、前記開口に前記左右のルーペを挿入して固定するステップ、
の各ステップを有することを特徴とする双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｃ）では、前記画像から顔に特有の画像特徴を抽出して顔検出を行い、顔の検出画像から前記マーカーを検出することを特徴とする請求項１に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｃ）では、前記顔の検出画像をポリライン化して角が４個あるものの中から各々の角度が略９０度に近いものを抽出することで前記マーカーを検出することを特徴とする請求項２に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｃ）では、前記斜め画像での前記マーカーの四隅のＸ−Ｙ軸での座標位置を決定することを特徴とする請求項３に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｃ）では、前記マーカーの四隅の座標位置から中心の座標位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｃ）では、既知の前記マーカーの実寸法から前記画像における単位寸法当たりのピクセル数を求めて、当該ピクセル数で前記座標位置のＸ、Ｙの値を座標の数値を表すことを特徴とする請求項４又は５に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｄ）では、前記座標位置から導き出した前記台形の上辺寸法及び底辺寸法と、前記マーカーの実際の縦横の寸法比と、前記作業操作箇所から前記マーカーの中心点までの距離とに基づき前記前傾角度αを決定することを特徴とする請求項４に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｄ）では、予め距離Ｍで測定されている前記作業操作箇所から前記キャリアレンズまでの線及び予め距離Ｎで測定されている前記キャリアレンズを通る鉛直線に直交する水平方向の線で挟まれた角の余角と、前記前傾角度αとに基づいて、前記下方装着角度ｒを決定することを特徴とする請求項１に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｅ）では、前記画像から目の画像部分を抽出し、抽出した目の画像を二値化して虹彩の輪郭を検出することにより、前記右眼瞳孔位置ＱＲ及び前記左眼瞳孔位置ＱＬを検出することを特徴とする請求項１に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｆ）における前記Ｙ座標値の補正は、前記角度に加えてさらに、前記角膜と前記キャリアレンズとの間の距離Ｖと前記作業操作箇所から前記キャリアレンズの面までの距離Ｍとに基づくことを特徴とする請求項１に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記キャリアレンズの面までの距離Ｍは、超音波又は赤外線による測距センサーにより実測することを特徴とする請求項１０に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｆ）では、顔の上下方向での中心線ｖ１と前記マーカーの上下方向での中心線ｖ２とのずれに応じて前記右眼瞳孔位置ＱＲと前記左眼瞳孔位置ＱＬを補正することを特徴とする請求項１に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｆ）では、前記中心線ｖ１と前記ｖ２中心線とが斜行によるずれを生じているとき、前記右眼瞳孔位置ＱＲと前記左眼瞳孔位置の各Ｙ座標値ＹＲ、ＹＬを前記斜行で交わる角度γに基づいてそれぞれ補正することを特徴とする請求項１２に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｆ）では、前記中心線ｖ１と前記ｖ２中心線とが間隔ｔを置いて互いに平行しているずれを生じているときは、前記右眼瞳孔位置ＱＲと前記左眼瞳孔位置の各Ｘ座標値ＸＲ、ＸＬを前記間隔ｔに基づいてそれぞれ補正することを特徴とする請求項１２に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記間隔ｔは、左右の前記瞳孔位置の中間位置のＸ座標値と前記マーカーの中心点ＣのＸ座標値との差から求めることを特徴とする請求項１４に記載の双眼ルーペの製作方法。
前記ステップ（ｆ）では、前記瞳孔位置のＹ座標値ＹＲ、ＹＬを前記角度γに基づいてそれぞれ補正した後でも、前記中心線ｖ１と前記ｖ２中心線とが間隔ｔ´を置いて平行なずれを生じているときは、瞳孔位置のＸ座標値ＸＲ、ＸＬとを前記間隔ｔ´に基づきそれぞれ補正することを特徴とする請求項１３に記載の双眼ルーペの製作方法。