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発明の名称 眼球撮像装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2000−210(P2000−210A)
公開日 平成12年1月7日(2000.1.7)
出願番号 特願平11−167158
出願日 平成2年5月8日(1990.5.8)
代理人 【識別番号】100074147
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 崇
発明者 山野辺 滋晴 / 石川 則夫
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 固体撮像デバイスが用いられた撮像カメラと、眼球に撮像用の光を照射する光源とを有し、眼球を撮像する撮像装置において、被験者の顔部に装着するゴーグル本体を備え、前記撮像カメラは、前記ゴーグル本体に穿設された取付け孔に、被験者の左右の眼球をそれぞれ撮影するように2個取付けられ、前記ゴーグル本体装着時には、これらの撮像カメラの光軸延長が被験者の眼球中心に位置するようになることを特徴とする眼球撮像装置。
【請求項2】 固体撮像デバイスが用いられた撮像カメラと、眼球に撮像用の光を照射する光源とを有し、眼球を撮像する撮像装置において、被験者の顔部に装着するゴーグル本体を備え、前記ゴーグル本体内において前記撮像カメラの光軸の周囲にリング状の基板を設け、該基板に複数の前記光源を配設したことを特徴とする眼球撮像装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検者の病状を診断する際などに回旋成分を含む眼球運動を測定するための眼球運動測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】めまい患者の診断のためには、眼球運動の水平、垂直方向の測定のみならず、回旋成分の測定が重要である。
【0003】しかし、一般に行なわれている電気眼振検査(ENG)では、水平、垂直成分の測定しかできない。
【0004】他に眼球運動を測定する方法としては、従来から高速度写真法とビデオモニタ法がある。
【0005】高速度写真法は、眼球の虹彩紋理の動きを高速度カメラで撮影し、現像後、焼付けしたプリントに1枚、1枚スケールを当てて、瞳孔の中心位置に対する紋理の動きを順次測定し、計算によって眼球の回旋角度と速度を求めるものである。
【0006】またビデオモニタ法は、ビデオカメラで撮影した虹彩紋理の動きをモニタに再生し、1フィールドまたは1フレームごとにモニタ上にスケールを当てて、瞳孔の中心位置に対する紋理の動きを測定し、眼球の回旋角度と速度を求める方法である。
【0007】また虹彩紋理の動きを追跡する代わりに、高速度写真法やビデオモニタ法によって眼底模様を追跡し、眼球回旋を測定する方法も知られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述した高速度写真法では、撮影後、フィルムの現像、焼付け処理が必要であり、手間と時間を要するとともに、1枚、1枚プリントにスケールを当てて測定しなければならないという煩わしさがある。
【0009】またビデオモニタ法でも、モニタ上に映し出された画像にいちいちスケールを当てて測定し、眼球運動を計算によって求める必要があるため、高速度写真法と同様測定に時間を要するという問題点がある。
【0010】したがって高速度写真法やビデオモニタ法では、測定結果を短時間に出すことはできないので、臨床応用には適さなかった。
【0011】なお、眼底模様を追跡して測定を行なう方法では、瞳孔の中心が移動したり、瞳孔が収縮した場合に、眼底模様が隠れて見えなくなることがあるので、虹彩紋理を追跡して測定を行なう場合に比べて測定に難しさがある。
【0012】本発明はこのよう課題を解決するために提案されたものであり、眼球運動の測定時間を大幅に短縮することができ、臨床応用に適した眼球撮像装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために請求項1の発明による眼球撮像装置は、固体撮像デバイスが用いられた撮像カメラと、眼球に撮像用の光を照射する光源とを有し、眼球を撮像する撮像装置において、被験者の顔部に装着するゴーグル本体を備え、前記撮像カメラは、前記ゴーグル本体に穿設された取付け孔に、被験者の左右の眼球をそれぞれ撮影するように2個取付けられ、前記ゴーグル本体装着時には、これらの撮像カメラの光軸延長が被験者の眼球中心に位置するようになることを特徴とする。
【0014】請求項2の発明による眼球撮像装置は、固体撮像デバイスが用いられた撮像カメラと、眼球に撮像用の光を照射する光源とを有し、眼球を撮像する撮像装置において、被験者の顔部に装着するゴーグル本体を備え、前記ゴーグル本体内において前記撮像カメラの光軸の周囲にリング状の基板を設け、該基板に複数の前記光源を配設したことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【0016】第1図は、本発明の眼球運動測定装置により被検者の眼球運動を測定する際に、被検者の顔部に装着するゴーグルの一実施例を示す。
【0017】この図で、ゴーグル本体1の正面部に穿設された取付け孔2には、被検者の左右の眼球3をそれぞれ撮影するビデオカメラ4が取り付けられている。ゴーグル装着時には、これらビデオカメラ4の光軸延長が被検者の眼球中心に位置するようになる。これらビデオカメラ4には、撮像素子としてたとえばCCDが用いられている。
【0018】ゴーグル本体1内のビデオカメラ4の光学レンズ部4aの周囲には、リング状の基板5に取り付けられた複数の光源6が配設されており、眼球撮影時にこれら光源6から被検者の眼球3にフラッシュ光が照射さるようになる。この実施例ではこれら光源6に赤外光を発するLED(発光ダイオード)が用いられている。
【0019】また光学レンズ部4aの前面と光源6の前面には、偏光フィルタ7,8が互いに偏光角を所定角度ずらしてそれぞれ配設されており、眼球面3a上からの光反射9(第7図参照)によって虹彩紋理10の撮影が妨害されるのを防止できるようになっている。
【0020】また1/4 波長板A,Bが、各偏光フィルタ7,8の前面部に設けられている。このように1/4 波長板A,Bを設けたことにより、偏光フィルタを通過した直線偏光の光は円偏光に変えられるので、偏光フィルタ7,8の角度を微妙に調整しなくとも、上述した光反射9の影響を低減できる。
【0021】また第2図に示すように光学レンズ部4aと光源6間には、光源6から発した光が直接カメラ側に漏れないようにするための円筒遮蔽板あるいは円筒光散乱板11が配設されている。光源6の外周側に設けられている円筒光反射板12は、光源6の光を有効に眼球3側に導くためのものである。
【0022】なお、光源6を直接眼球3に向けずに、眼球3に対して反対方向に向け、光反射板Cで反射させた間接光を眼球に照射するようにしてもよい。
【0023】光源6と偏光フィルタ8間には、透光性の光散乱板13が配されており、光源6の光がこの散乱板13によって散乱されて眼球3に照射されるため、眼球面3aからの上述した光反射9を低減できる。この光散乱板13としては、第3図に示すようなハニカム板14や乳白色の板、薄いペーパーや薄い織布などを用いることができる。
【0024】なお、この実施例では光源6の周囲に透光性光散乱樹脂Dを流し込んで硬化させてあり、さらに眼球面3aからの光反射9の影響を軽減できる。光散乱板13または透光性光散乱樹脂Dのどちらか一方を用いる構成であってもよい。
【0025】つぎに、ビデオカメラ4で撮影した画像を処理して眼球運動を計測するとともに、フラッシュ光を発するための光源6の制御を行なう眼球運動測定装置の構成と動作を第4図のブロック図と第5図の動作流れ図に基づき説明する。
【0026】これらの図で、ゴーグル本体1のビデオカメラ4はケーブル15によってビデオカメラコントロールユニット16に接続されており、制御回路部17によって制御されるこのコントロールユニット16によりビデオカメラ4の電子シャッター速度が設定される。通常この電子シャッター速度は1/60秒に設定される。第6図(b)は電子シャッターの開閉のタイミングを示す。なお第6図(a)はビデオコントロールユニット16から出力される映像信号波形を示す。
【0027】またコントロールユニット16から出力される複合映像信号は同期照明回路18に供給され、この同期照明回路18によって光源6が制御されることにより、映像信号に同期した1/60秒の周期で光源6が点灯される。光源6の点灯時間はこの実施例では、虹彩紋理10の動きを撮影するときに被写体ぶれが生じない程度のたとえば1/300〜1/1000秒程度に設定される。但し、鮮明な撮影を行なうために光源3の照射時間に反比例して光出力を大きくしなければならないが、光出力をあまり大きくすると目に悪影響を与えるため、光照射による蓄積エネルギーによって目が害を受けない程度の照射時間幅τに設定される。通常生体に悪影響を与えない蓄積エネルギーの上限は1mW/ m2 とされている。この実施例では第6図(c)に示すように照射時間幅τを1/1000秒に設定している。
【0028】なおビデオカメラ4、カメラコントロールユニット16、光源6および同期照明回路18は、被写体ぶれが起きない短時間の露光によって眼球運動を撮像するための撮像手段を構成する。
【0029】動作流れ図で、ステップS1における準備は被検者へのゴーグルの装着と、キーボード19からのシャッター速度の設定および光源6の照射時間幅τの設定に対応する。
【0030】被検者にゴーグルが装着され、被検者の眼球3の動きがビデオカメラ4で撮影されると、ビデオカメラ4からの撮像信号はカメラコントロールユニット16を介して画像記録手段であるVTR20に供給されて録画される。このとき録画される映像信号には検索時に必要なタイムコードが付加される。これらの処理はステップS2〜S4に対応する。
【0031】続いてステップS5において、画像解析したいフレーム数nの入力がキーボードから行なわれる。たとえばこのフレーム数はn=30程度に設定される。
【0032】つぎに、VTR20が再生動作に入ると再生出力信号がタイムベースコレクタ21に供給される。このタイムベースコレクタ21では、VTR20側の同期信号と画像処理装置22側の画像同期信号のタイミング合わせが行なわれる。なおVTR20の再生信号はコマ送り信号が制御回路部17から供給されるまでは、1フレーム目で静止している。ここまでの処理はステップS6〜S7に対応する。
【0033】タイムベースコレクタ21を経た映像信号は、画像処理装置22のA/D変換部23に供給されてディジタル信号に変換され、その後1フレーム分のデータがフレームバッファ(RAM)24に蓄えられる(ステップS8〜S9)。
【0034】続いて、第7図(a)に示すようにディスプレイ25の再生画面を見ながら被検者の眼球中心と追跡したい虹彩紋理を特定するために、眼球中心位置と紋理(眼球中心外位置)にウインドウ27を掛ける操作が行なわれる(ステップS10〜S12)。この操作は1フレーム目のみ行なえばよい。なお第7図(b)は映像信号上に現れる瞳孔28と各虹彩紋理10の信号レベルを示したものである。ここで制御回路部17とディスプレイ25は、追跡対象位置特定手段を構成する。
【0035】続いて、フレームバッファ24から読み出されたデータは、2値化処理部29に供給されて明暗に対応した2種類の画像データ(輝度データ)に変えられる。このように2値化処理を行なうことにより画像認識処理部30での処理が容易になる。
【0036】2値化処理部29からの2値化データが送られてくる画像認識処理部30では、明点と暗点を認識処理することにより、ウインドウ操作で特定した眼球中心26と虹彩紋理10の追跡を行ない、これら眼球中心26と虹彩紋理10の位置座標を決める処理が行なわれる。解析して得られたそれぞれの位置座標は、メモリ31に保存される(ステップS13〜S14)。ここで画像認識処理部30は、位置座標算出手段を構成する。
【0037】つぎに、2フレーム目の映像信号を再生するためにVTR20の自動コマ送りが行なわれ、上述した同様の処理に基づき再生データが解析されることで、移動した眼球中心26と虹彩紋理10の位置座標が求められる。これらの処理はステップS15〜S16,S7〜S10,S13〜S14に対応する。
【0038】以後同様な処理がNフレーム目まで(この実施例では30フレーム目まで)繰返されて眼球中心位置と眼球中心外位置の位置座標を決める解析処理が終了すると(ステップS15)、眼球運動算出手段を構成する演算部32において各解析データから眼球中心26の位置座標、虹彩紋理10(眼球中心外位置)の位置座標の水平・垂直方向の時間変化(移動)および回旋角度の時間変化を求める演算処理が行なわれる。演算結果はメモリ31の別のエリアに保存されるとともに、ディスプレイ25上に表示される(ステップS17〜S18)。第8図は測定結果を示すグラフ(G1,G2,G3)である。この図で(a)のG1は眼球3の水平方向の運動成分を示し、(b)のG2は垂直方向の運動成分、(c)のG3は眼球3の回旋成分を示す。
【0039】またキーボード19からプリントアウトの指示があると、プリンタ33によって測定結果のハードコピーが作られる(ステップS19〜S20)。
【0040】つぎに、LEDの光源6から急峻に立ち下がる照射パルスが発せられるようこの光源6を点灯するための同期照明回路18の回路例を説明する。
【0041】一般にLEDは周波数特性の悪さから矩形パルスを入力したとしても、第9図(a)に示すように発光出力の立ち下がりになまり34が生じるが、この立ち下がりのなまり34を解消し、第9図(b)に示すように照射時間幅τで急峻に立ち下がる照射パルス35を得るには、入力遮断後にも浮遊容量などに残存する残存電荷を何らかの方法で逃がしてやればよい。
【0042】第10図に示す回路例は、この残存電荷を逃がすために光源6であるLED6Aに抵抗R1を並列に接続している。
【0043】この図で、同期照明回路18の出力トランジスタ36のエミッタには、カソードが接地されたLED6Aのアノードが接続されており、このLED6Aには並列にバイパス用の抵抗R1が接続されている。なお出力トランジスタ36のベースには照射時間幅τに相当するパルス幅を持つLED駆動用のパルス信号が入力される。この実施例では電源電圧が8Vであるので、抵抗R1には100kΩ程度のものが用いられる。入力遮断後の蓄積電荷がこの抵抗R1によって接地側に短絡されるので、急峻な立ち下がりの発光出力が得られるようになる。
【0044】また第11図に示す回路例では、LED6Aの特性を改善するために差動増幅器37とコンプリメンタリ接続のトランジスタ38,39 を用いている。
【0045】この図で、同期照明回路18の出力端子OUT1は差動増幅器37の非反転入力端子に接続され、この差動増幅器37の出力端子がコンプリメンタリ接続された出力トランジスタ38,39 の入力端子に接続されている。このコンプリメンタリ接続された出力トランジスタ38,39 の出力端子は、差動増幅器37の反転入力端子に接続されているとともに、カソードが接地されたLED6Aのアノードに接続されている。なお符号のR2はバイアス抵抗であり、符号のD1は逆流防止用のダイオードである。
【0046】この構成では、同期照明回路18の出力回路40から点灯用のパルス出力が出ているときは、差動増幅器37の出力端子がハイレベルとなるので、トランジスタ38がオンしてLED6Aが点灯する。しかし点灯用のパルス出力が立ち下がると同時に、差動増幅器37の反転入力端子の電位が、LED出力の立ち下がりのなまり34の影響で非反転入力端子の電位よりも高まると、差動増幅器37の出力レベルがローレベルとなる。これによりトランジスタ39がオンしてLED6Aのアノードが負電源側に短絡するため、この逆バイアスの印加によりLED6Aに蓄積していた電荷が放出され、LED6Aの発光出力が急峻に立ち下がるようになる。
【0047】つぎに、第12図に示すパルス遅延回路41を用いた回路例を説明する。
【0048】この例では、同期照明回路18の出力回路40に供給される発振出力パルスが出力端子OUT2から取り出され、この出力パルスが1パルス分だけパルス遅延回路41で遅延されたあと、同期照明回路18の出力端子OUT1と接地間に接続されたトランジスタ42のベースに供給される。
【0049】これにより出力端子OUT1に接続されたLED6Aのアノードは、点灯用のパルス出力が立ち下がる同時にトランジスタ42がオンすることで、接地側に短絡され、LED出力のなまり34が改善される。
【0050】つぎに、第13図に示す反転回路43とパルス遅延回路44を用いた回路例を説明する。
【0051】この図で、同期照明回路18の出力端子OUT2から取り出された発振出力パルスは、反転回路43で反転されたあと、パルス遅延回路44で1パルス分遅延されて、出力端子OUT2と接地間に接続されたNPNトランジスタ44のベースに供給される。
【0052】これにより点灯用のパルス出力が立ち下がると同時に、反転遅延出力が供給されるトランジスタ44がオンし、LED6Aのアノードが接地側に短絡されるため、LED6Aの発光出力は急峻に立ち下がるようになる。
【0053】このような点灯回路を用いれば急峻なフラッシュ光を眼球に照射することができるので、より精度の高い計測が可能である。
【0054】つぎに、第14図に示す動作波形図に基づいて他の実施例を説明する。
【0055】この実施例では、ビデオカメラ4の電子シャッター速度を1/60秒に設定するのではなく、電子シャッター速度を1/1000秒に設定し、この電子シャッターの開閉に同期して1/1000秒の照射時間幅τで光源6を点灯するようにしたものである。
【0056】なお被写体ぶれが起きない程度の短時間の露光を得る手段としては、フラッシュ光を用いずに単にビデオカメラ4の電子シャッター速度をたとえば1/1000秒の高速度シャッターに設定するだけでもよい。
【0057】またビデオコントロールユニット16から出力される映像信号をVTR20に録画するのではなく、この映像信号をディジタルデータに変換したあとに1フレームづつ光磁気ディスク装置あるいはレーザーディスク装置に記録するようにすれば、タイムベースコレクタ21、A/D変換部23が不要となり、光磁気ディスク装置あるいはレーザーディスク装置の出力を直接フレームバッファ24に供給することができる。
【0058】またビデオカメラ4を用いずに、眼球運動を高速度電子スチールカメラで撮影し、この電子スチールカメラからの撮像信号を処理して眼球運動の計測を行なうようにしてもよい。
【0059】また追跡対象となる眼球中心外の目標を虹彩紋理10とするのではなく、瞳孔28から覗くことができる眼底模様を眼球中心外の追跡対象に設定して、眼球運動を計測することもできる。
【0060】
【発明の効果】以上説明したように本発明の眼球運動測定装置によれば、短時間の露光が可能なようにたとえば1/1000秒の短パルスのフラッシュ光を被検者の眼球に向けて照射し、眼球の動きを撮像して得た画像信号を画像認識処理によって解析処理することで、眼球運動の計測を行なうようにしているので、被写体ぶれが生じることなく、短時間で眼球運動の測定を精度よく行なうことができる。 したがって、脳に障害を持つ患者などを回旋成分を含む眼球運動の計測結果から診断する上での臨床応用の装置として適する。
【0061】また本発明によれば、偏光フィルタ(1/4 波長板を付加してもよい)と透光性の光散乱材を用いることで眼球面からの光反射の影響を低減することができるので、誤差のない高い確度の計測が可能である。
【0062】また短時間の露光が可能となる急峻なフラッシュ光を眼球に照射できるので、被写体ぶれのない高精度の測定を行なえる。




 

 


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