(57)【要約】【課題】眼球撮像装置を、撮像素子と眼球の距離が変化しても、撮像素子で撮像された画像中における眼球、瞳孔の大きさが一定となるように改良する。【解決手段】眼球撮像装置は、レンズ系１１と撮像素子とを備える。レンズ系１１は、レンズ系１１の前側に位置する眼球Ｘからの像光であって、その主光線が光軸に平行なものを、撮像素子の撮像面に結像させる。図中Ｙが撮像面上の像である。【選択図】図５
2020049154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像の対象となる被験者の眼球である対象眼球からの像光を撮像する、撮像を行う機能を持つ撮像面を有する撮像素子と、前記撮像面に前記対象眼球からの前記像光を結像させるレンズ系とを備えてなる眼球撮像装置であって、
前記レンズ系は、前記対象眼球からの像光のうち、光軸に沿って前記レンズ系に入射する平行光を前記撮像素子の前記撮像面に結像させるようになっている、
眼球撮像装置。
【請求項２】
前記レンズ系の前側に、前記被験者が前記対象眼球の周囲を当接させることで前記対象眼球の前記レンズ系に対する相対的な位置決めを可能とする位置決め部材を備えている、
請求項１記載の眼球撮像装置。
【請求項３】
前記位置決め部材は、前記対象眼球の周囲一周を押し当てることができ、且つ外光を遮蔽することができる筒状の部材であり、
前記撮像素子は、外光を含まない状態で前記像光を撮像するようになっている、
請求項２記載の眼球撮像装置。
【請求項４】
前記撮像素子は、不可視光領域の波長の前記像光を撮像するようになっているとともに、
前記像光を生じるために前記対象眼球に照射される照明光を照射する照明光源を有している、
請求項１〜３のいずれかに記載の眼球撮像装置。
【請求項５】
前記対象眼球に可視光領域の光である刺激光を照射する刺激光光源を有している、
請求項１〜４のいずれかに記載の眼球撮像装置。
【請求項６】
前記レンズ系は、平行光である前記像光を収束させ中間像を生成する被写体側レンズと、前記中間像を生成した後の前記像光を前記撮像素子の前記撮像面に結像させる像面側レンズと、
を備えている、
請求項１記載の眼球撮像装置。
【請求項７】
前記被写体側レンズと、前記像面側レンズとの少なくとも一方は、正のパワーを持つ複数枚のレンズにより構成されている、
請求項６記載の眼球撮像装置。
【請求項８】
前記像面側レンズは、オートフォーカス機能を有している、
請求項６記載の眼球撮像装置。
【請求項９】
前記被写体側レンズは、非球面レンズである、
請求項６〜８のいずれかに記載のレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の眼球の撮像を行うための眼球撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼球撮像装置が古くから知られている。
眼球撮像装置は、例えば、被験者において、交感神経と副交感神経とのいずれが優位かということを判定するために用いられる。
【０００３】
瞳孔が、交感神経と副交感神経の二重支配を受けていることは、医学の分野で古くから知られている。瞳孔の拡大（散瞳）は交感神経のはたらきによって実現され、瞳孔の縮小（縮瞳）は、副交感神経のはたらきによって実現される。
したがって、刺激光を被験者の目に照射して瞳孔がどのように反応するかを観察することにより、交感神経と副交感神経とのどちらが優位にはたらいているか、ということを判定することができる。
例えば、交感神経が優位である場合には一般に被験者は、緊張状態、興奮状態にあり、副交感神経が優位である場合には一般に被験者は、リラックス状態、鎮静状態にある。したがって、瞳孔の反応を観察することにより、交感神経と副交感神経とのいずれが優位であるかという判定を行うことができる。
それのみならず、瞳孔の反応を観察することにより、例えば被験者の現時点における心身の状態を、判定することが可能となり、更には、本願発明者の最近の研究によりわかってきたことであるが、瞳孔の反応から、被験者がストレスを抱えているかといった判定、或いは睡眠不足の状態にあるかといった判定も行える可能性がある。
しかも、周知のように、交感神経と副交感神経とはともに、被験者の意思とは無関係に働く自律神経に属する。したがって、かかる判定の結果は、被験者の意思によって誤魔化すことができないという点で信頼性が高い。そのような点に鑑みると、瞳孔を観察するための技術は、今後大きなマーケットを生じる可能性がある。
【０００４】
上述の如き刺激光に対する瞳孔の反応の観察の方法は、判定結果の正確性、或いは一定性を担保するために、過去の研究の結果によってある程度定型化されている。一般的には、刺激光を照射した後５、６秒の間に瞳孔の大きさがどのように変化するか、ということに基づいて上述の判定が行われる。
もっとも、本願発明者の知見によれば、瞳孔の大きさが変化していく過程のみならず、瞳孔の大きさの絶対値をも正確に測定することができれば、従来できなかった判定を行えるようになるか、或いは従来からできた判定をより精度を高く行えるようになる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来から存在する眼球撮像装置では、瞳孔の大きさの絶対値を把握することは難しい。それは以下のような理由による。
眼球撮像装置は、通常、撮像の対象となる被験者の眼球である対象眼球（通常は１つの眼球であるが、２つの眼球でも良い。）からの像光を撮像する、撮像を行う機能を持つ撮像面を有する撮像素子と、撮像面に対象眼球からの像光を結像させるレンズ系とを備えている。
瞳孔の撮像を行う際、被験者は、レンズ系の前側（本願では、像光の光軸上であって、レンズ系を挟んで撮像素子の反対側に位置する範囲を「レンズ系の前側」と定義する。）の所定の位置に撮像の対象となる対象眼球を固定的に位置決めする。その状態で対象眼球は、撮像素子によって撮像されるのであるが、像光を撮像素子の撮像面に結像させるためのレンズ系が一般的なものであると、撮像素子から対象眼球までの距離が遠ければ遠い程、或いは対象眼球から撮像素子に至る像光の光路が長ければ長い程、撮像素子で捉えられた対象眼球の画像中における対象眼球の大きさは小さくなってしまう。これでは、対象眼球に対する瞳孔の相対的な大きさや、瞳孔の大きさが刺激光が照射された後にどのように変化するかということを上述の画像から特定乃至把握することは可能であるが、瞳孔の大きさの絶対値を特定乃至把握することは困難となる。
従来の眼球撮像装置には、対象眼球の周囲をその先端に押し当てることができるようにされた筒状のフードが設けられており、瞳孔の撮像を行う際に被験者がフード先端の縁を対象眼球の周囲に押し当てることで、対象眼球の撮像素子に対する位置決めを可能とするものがある。しかしながら、眼窩の形状、眼球の出っ張りの程度等に個人差があるため、上述のフードの如き工夫があったとしても、対象眼球の撮像素子に対する位置決めを正確に行うことは難しい。
これはすなわち、瞳孔の絶対的な大きさを撮像素子で得られた画像から特定乃至把握することが難しい、ということを意味する。
【０００６】
同様の課題は、眼球撮像装置が光刺激に対する瞳孔反応を観察するために用いられる場合以外にも存在する。眼球撮像装置は、例えば、虹彩認証の目的でも使用されうる。
そのような分野においても、同一人物の眼球を撮像する場合に、眼球中の虹彩の大きさを画像中で常に一定にすることができれば、認証の精度を上げられるか或いは認証に必要なコンピュータによる処理を軽くすることができる可能性がある。
【０００７】
本願発明は、撮像素子で得られた画像中に写り込んだ物（例えば瞳孔）の絶対的な大きさを特定乃至把握することが可能な眼球撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するため、本願発明者は以下の発明を提案する。
本願発明は、撮像の対象となる被験者の眼球である対象眼球からの像光を撮像する、撮像を行う機能を持つ撮像面を有する撮像素子と、前記撮像面に前記対象眼球からの前記像光を結像させるレンズ系とを備えてなる眼球撮像装置である。
そして、かかる眼球撮像装置における前記レンズ系は、前記対象眼球からの像光のうち、光軸に沿って前記レンズ系に入射する平行光を前記撮像素子の前記撮像面に結像させるようになっている。
従来の眼球撮像装置では、上述のように、撮像素子から対象眼球までの距離が遠ければ遠い程、或いは対象眼球から撮像素子に至る像光の光路が長ければ長い程、撮像素子で捉えられた対象眼球の画像中における対象眼球の大きさは小さくなってしまう。その原因を本願発明者が分析した結果、従来の眼球撮像装置におけるレンズ系は、対象眼球からレンズ系に向かってくる像光のうち、光軸に向けてその径が拡大していくものを撮像素子の撮像面に結像させるようになっているからである、ということが判明した。そのような像光が撮像素子の撮像面に結像する、つまりは撮像素子で撮像される対象となるのであれば、撮像面から対象眼球が離れる程、像光の始点となる範囲は小さくなってしまうから、撮像素子で生成された画像データに基づく画像中に写り込んだ対象眼球の大きさは小さくなってしまう。つまり、従来の眼球撮像装置の撮像素子で得られた画像中に写り込んだ物（眼球、瞳孔、虹彩等）の絶対的な大きさを、上述の画像から特定乃至把握することは困難である。
撮像素子から対象眼球までの距離が遠ければ遠い程、或いは対象眼球から撮像素子に至る像光の光路が長ければ長い程、撮像素子で生成された画像データに基づく画像中に写り込んだ対象眼球の大きさを小さくする上述の原因を、本願発明では、対象眼球からの像光のうち、光軸に沿って前記レンズ系に入射する平行光を撮像素子に結像させるレンズ系を採用することにより解消した。かかるレンズ系によれば、撮像素子の撮像面に結像する像光の始点となる範囲は、その始点がレンズ系の前側で前後したとしても、つまり、対象眼球から撮像素子に至る像光の光路長が変化したとしても、対象眼球がレンズ系の前側に位置する限りその大きさに変化がない。したがって、かかるレンズ系を採用することにより、対象眼球の位置がレンズ系の前側で多少前後したとしても、撮像素子で得られる画像に写り込んだ物（眼球、瞳孔、虹彩等）の大きさに変化が生じないことになる。もちろん、画像中における瞳孔の大きさが実際の対象眼球における瞳孔の大きさと比較してどのような関係にあるかということを予め設定しておく必要はあるが、それさえしておけば、本願発明による眼球撮像装置によって得られた画像に写り込んだ瞳孔の大きさから実際の対象眼球における瞳孔の大きさを特定乃至把握することが可能となる。実際に本願発明者が試作した眼球撮像装置では、対象眼球から撮像素子までの光路にある基準点を基準として±５ｍｍの幅が生じたとしても、撮像素子で生成された画像データに基づく画像中における物（眼球、瞳孔、虹彩等）の大きさには、１％程の変化しか生じなかった。
本願発明におけるレンズ系は、上述のように、対象眼球からの像光のうち、光軸に沿って前記レンズ系に入射する平行光を撮像素子に結像させるものとなっている。かかるレンズ系には、被写体側（物体側）において平行光である像光を、像面側で結像させる、或いは、被写体側（物体側）において主光線が光軸と平行である像光を、像面側で結像させるものとされた、公知或いは周知のテレセントリックレンズ系を応用することができる。公知或いは周知のテレセントリックレンズ系は一般に、複数のレンズからなるが、本願発明におけるレンズ系もそれを踏襲することができる。もっとも、本願発明におけるレンズ系は、必ずしも複数である必要はなく、またのレンズに加えて他の光学要素を含んでいても構わない。例えば、レンズ系を構成するレンズ（レンズが複数枚の場合には例えば最も撮像素子よりのもの）と、撮像素子との間に絞りを設けることも可能である。
なお、本願発明における対象眼球は被験者の両目であっても良いが片目であっても良い。
これには限られないが本願発明における前記レンズ系は、平行光である前記像光を収束させ中間像を生成する被写体側レンズと、前記中間像を生成した後の前記像光を前記撮像素子の前記撮像面に結像させる像面側レンズと、を備えていても構わない。その場合、前記被写体側レンズと、前記像面側レンズとの少なくとも一方は、正のパワーを持つ複数枚のレンズにより構成されていてもよい。被写体側レンズは被験者の目からの平行光である像光を通過させるものであるため、例示するのであれば、少なくとも３０ｍｍ程度、好ましくは４０ｍｍ程度のある程度大きな口径を必要とする。そうすると、口径が大きな被写体側レンズのｆ値はいきおい大きくなり、特段の工夫を行わないのであれば、被写体側レンズから撮像素子の撮像面までの距離が２００ｍｍ程度或いはそれ以上と長くなってしまいがちである。これを放置すると眼球撮像装置の大型化を招く。被写体側レンズを正のパワーを持つ複数のレンズから構成することとすればそのｆ値を小さくすることができるので、被写体側レンズから撮像素子の撮像面までの距離を小さくすることが可能となる。像面側レンズを正のパワーを持つ複数のレンズから構成しても同様の効果を得ることができる。被写体側レンズと、像面側レンズの双方を正のパワーを持つ複数のレンズから構成することも可能である。被写体側レンズを構成する正のパワーを持つ複数のレンズを、光軸上で当接させるか或いは極めて近接させるようにすると眼球撮像装置を小型化するのに有利である。像面側レンズを構成する正のパワーを持つ複数のレンズを、光軸上で当接させるか或いは極めて近接させるようにすると眼球撮像装置を小型化するのに有利である。また、像面側レンズ（像面側レンズが正のパワーを持つ複数のレンズにより構成される場合は、その最も対物側レンズに近いもの）の対物側レンズよりの面は、中間像の直後に配すると眼球撮像装置を小型化するのに有利である。また、眼球撮像装置を小型化するのであれば、被写体側レンズと像面側レンズとの少なくとも一方をガラス製とするのが好ましい。
前記像面側レンズは、オートフォーカス機能を有していてもよい。本願の眼球撮像装置では、眼球とレンズ系との距離、或いは眼球と撮像素子の撮像面までの距離が変わったとしても撮像素子で撮像した画像に写り込んだ眼球の大きさは変わらないものの、その距離が過度に変わると、画像がピントの合っていないものとなることがある。像面側レンズがオートフォーカス機能を有している（公知或いは周知のオートフォーカス機構の一部としてオートフォーカス機構に組み込まれている）と、例えば、被験者ごとの個人差により眼球が多少光軸方向で前後に移動する場合であっても、ピントが合う範囲が広くなるため撮像素子で撮像された画像がピントの合ったものとなる。
前記被写体側レンズは、非球面レンズであってもよい。これにより、画像に生じる収差を抑えられる。この効果は、特にオートフォーカス機能を像面側レンズに持たせた場合に顕著に現れる。
【０００９】
これには限られないが、本願発明の眼球撮像装置は、前記レンズ系の前側に、前記被験者が前記対象眼球の周囲を当接させることで前記対象眼球の前記レンズ系に対する相対的な位置決めを可能とする位置決め部材を備えていてもよい。位置決め部材は、レンズ系に対して対象眼球の相対的な位置決めが可能なのであればどのように構成されていても構わない。
例えば、前記位置決め部材は、前記対象眼球の周囲一周を押し当てることができ、且つ外光を遮蔽することができる筒状の部材であってもよい。対象眼球が１つの場合には位置決め部材を構成する筒は、その縁が片目の周りに押し当てられ、対象眼球が２つの場合には位置決め部材を構成する筒は、その縁が両目の周りに押し当てられることになる。位置決め部材が上述のごとき筒状の部材であるとき、前記撮像素子は、外光を含まない状態で前記像光を撮像するようになっていてもよい。外光を遮断することによって、一定の条件下での撮像が可能となるので、撮像素子によって得られる対象眼球が写り込んだ画像が安定したものとなる。
【００１０】
本願発明における眼球撮像装置における前記撮像素子は、不可視光領域の波長の前記像光を撮像するようになっていてもよい。その場合、本願発明の眼球撮像装置は、前記像光を生じるために前記対象眼球に照射される照明光を照射する照明光源を有していてもよい。これにより、照明光が瞳孔の大きさに影響を与えることを防止することが可能となる。
本願発明における眼球撮像装置は、前記対象眼球に可視光領域の光である刺激光を照射する刺激光光源を有していてもよい。刺激光光源からの刺激光を、瞳孔に拡縮の反応を生じさせるきっかけとすることが可能となる。
刺激光光源を備える眼球撮像装置は、刺激光に対する瞳孔反応を観察するための装置として応用することが可能である。その場合には、撮像素子が生成する画像データは、動画の画像についてのものである必要がある。他方、例えば、眼球撮像装置が虹彩認証を目的とするのであれば、撮像素子が生成する画像データは動画の画像についてのものであってもよいが、静止画の画像についてのものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態における眼球撮像装置の外観を概略的に示す斜視図。
【図２】図１に示した眼球撮像装置の頭部の水平断面図。
【図３】図１に示した眼球撮像装置の垂直断面図。
【図４】図１に示した眼球撮像装置で撮像を行うときにおける照明光と反射光の振る舞いを説明するための図。
【図５】図１に示した眼球撮像装置の撮像素子で撮像される像光の振る舞いを説明するための側面図。
【図６】眼球撮像装置で採用され得る他のレンズ系の構成と、その場合に撮像素子で撮像される像光の振る舞いを説明するための側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１に、この実施形態における眼球撮像装置の外観を示す斜視図を示す。
この実施形態における眼球撮像装置では、撮像の対象となるのは被験者の眼球である。撮像の対象となる眼球を、対象眼球と称することとすれば、対象眼球は被験者の両目であっても良いし、片目であってもよい。これには限られないが、この実施形態における対象眼球は被験者の片目であるものとする。また、これには限られないがこの実施形態における眼球撮像装置は、刺激光に対する瞳孔の反応を観察することを目的とするものとされる。
後述する撮像素子により、被験者の対象眼球（以後、対象眼球を単に「眼球」という場合がある。）が撮像され、撮像素子によって被験者の眼球が写り込んだ画像についての画像データが撮像素子の機能によって生成される。この実施形態における眼球撮像装置の使用目的が上述の通りであるので、撮像素子によって得られる画像データに基づく画像はこの実施形態では動画である。また、この実施形態における眼球撮像装置の使用目的が上述の通りであるので、撮像素子によって得られる画像データに基づく動画の画像は、例えば、それを医師等が見ることにより、刺激光に基づく瞳孔の反応を観察することができるようなものとされる。
【００１４】
この実施形態における眼球撮像装置は、手持ち可能とされた把持部１０と、把持部１０の例えば上端の前側に設けられた頭部２０とを備えている。
把持部１０と頭部２０は、これには限られないが例えば不透明な樹脂製である。少なくとも頭部２０は、不透明な素材でできている必要がある。それらの内部は中空であり、後述するようにしてその内部に種々の部品が内蔵され、或いは取付けられる。把持部１０及び頭部２０は部品が内蔵されるので、部品が内蔵される事実上のケースとして機能する。
把持部１０は、片手で手持ちすることができる形状となっており、これには限られないがこの実施形態では棒状或いは円柱状の形状とされている。
頭部２０は先端に向かってやや広がるようにされた、その断面が例えば略矩形状とされた筒であり、不透明な素材例えば不透明な樹脂でできている。頭部２０の先端（使用時に、被験者の顔に対面される側、図１における手前側）には開口２１が設けられている。これには限られないが、この実施形態における開口２１は、その四隅が丸められた横長の略矩形である。この眼球撮像装置は、被験者自身、或いは被験者以外の医師等がその把持部１０を把持して、頭部２０の先端の開口２１の縁を被験者のいずれかの目である眼球の周囲に当接させた状態で用いられる。開口２１の縁を隙間なく眼球の周りに押付けることにより、頭部２０を構成する樹脂が不透明なこともあり、頭部２０の内側に外光が入り込まない状態を作り出せるようになっている。
なお、この実施形態における眼球は１つであるが、それが２つである場合には、開口２１は更に横長になり、両目の周囲にその開口２１のうちを押付けることが可能とされる。
【００１５】
図２に眼球撮像装置における頭部２０の水平断面図を、図３に眼球撮像装置全体の垂直断面図をそれぞれ示す。
頭部２０の内部の図１における手前側には、レンズ系１１、照明光光源３１Ａ、刺激光光源３１Ｂ、及び第１偏光板３２が設けられている。また、頭部２０の内部の図１における奥側には、第２偏光板３３及び撮像素子１２が設けられている。
【００１６】
この実施形態において、照明光光源３１Ａは複数である。照明光光源３１Ａは、照明光としての自然光を発するものである。それが可能な限り照明光光源３１Ａは電球、ＬＥＤ等適宜のもので構成することができる。この実施形態における照明光光源３１Ａはこれには限られないがＬＥＤである。照明光光源３１Ａは、これには限られないが、ある程度の指向性をもって対象物たる眼球の表面に向けて光を発するようになっている。後述するように、撮像時において、眼球は、開口２１の略中央に位置することになるので、各照明光光源３１Ａから照射される光の光軸は、概ね開口２１の中央の方向を向いている。それにより、撮像時に眼球が位置することが予定された一定の範囲は、照明光光源３１Ａからの照明光によりある程度一様の明るさで照明されることになる。なお、照明光光源３１Ａは、頭部２０に固定された基板に固定されているが、基板の図示は省略している。
照明光光源３１Ａが発する照明光の波長には特に制限はない。一般的な白色光を照明光光源３１Ａが発するようになっていても良い。もっとも、被験者の目へ生理的な影響を与えないようにすることを重視するのであれば、照明光の波長は不可視光領域の波長とすべきであり、これには限られないがこの実施形態における照明光は、不可視光領域の波長の光、より詳細には、赤外領域の波長の光とされている。この実施形態の照明光光源３１Ａは、赤外領域のうちの特定の波長範囲の波長の光を選択的に発生させるＬＥＤにて構成されている。この実施形態の照明光光源３１Ａが照射する光の波長は、例えば、９００ｎｍ或いはそれよりも長いものとされている。照明光の波長を長くしても、この実施形態における第１偏光板３２と第２偏光板３３に用いられる直線偏光板（より詳細には、ワイヤグリッド偏光板、これらについては後述する。）によって艶消しの画像を得ることに対する影響は生じない。しかしながら波長が過度に長いと、一般的な撮像素子１２による撮像は行いにくくなる。このような点を考慮し、照明光の波長を９００ｎｍよりも長い範囲で適当に選択すべきである。
他方、刺激光光源３１Ｂは、瞳孔に反応を生じさせるための刺激光を照射するものとなっている。刺激光光源３１Ｂからの刺激光は、眼球撮像装置において眼球が撮像されるときに眼球が位置することが予定された一定の範囲（少なくとも瞳孔が位置することが予定された範囲）に照射される。刺激光は、瞳孔反射を生じさせるためのものであるから、その波長領域は可視光領域のものである光がある。その条件が満たされる限り、刺激光は、或いは刺激光光源３１Ｂはどのようなものであってもよい。後述するように刺激光光源３１Ｂは複数である。また、刺激光光源３１Ｂは例えば、ＬＥＤによって構成されている。
上述したように、この実施形態における照明光光源３１Ａは、これには限られないが複数である。各照明光光源３１Ａは、頭部２０の開口２１付近に位置しており、この実施形態では、開口２１の図１における水平方向の両外側における頭部２０の壁のやや内側に位置している。開口２１の右側と左側に位置する照明光光源３１Ａはそれぞれ、直線状に、より正確には、図１における鉛直方向に、この実施形態では複数個ずつ並んでいる。開口２１の右側と左側に位置する照明光光源３１Ａはそれぞれ、照明光の光路（光軸）を挟み且つ照明光の光路（光軸）と垂直となるようにして直線状に並んでいる。図３に示したように、開口２１の右側において上下方向に並ぶ照明光光源３１Ａの数は５つであり、開口２１の左側においても同様である。もっとも、当然に開口２１の右側と左側上下方向に並べた照明光光源３１Ａの数は５つずつである必要がなく、もっと言えば複数である必要もない。
他方、刺激光光源３１Ｂは、５つで１組となった上述の照明光光源３１Ａのうちの最も上に位置するものの更に上側に１つずつ設けられている。もっとも、刺激光光源３１Ｂは、この位置に存在する必要はなく、また複数である必要はない。
これには限られないが、この実施形態における照明光光源３１Ａは常時点灯するようになっている。他方、刺激光光源３１Ｂは、適当なタイミングで短時間、例えば０．５から０．６秒程度だけ点灯するようになっている。刺激光光源３１Ｂは、把持部１０に設けられた図示せぬスイッチを操作することにより点灯するようになっているものとする。
【００１７】
開口２１の両外側付近において上下方向に並んだ５つで１組の照明光光源３１Ａそれぞれの手前には、それを通過した自然光である照明光を直線偏光にする偏光板である第１偏光板３２が１枚ずつ配置されている。この実施形態における第１偏光板３２は、図１、図３に示されたように、縦長の矩形であり、その限りではないが、この実施形態では、開口２１の下端から上端にわたるようにして開口２１の先端付近に配されている。この実施形態では、照明光光源３１Ａから出た光のうち、撮像素子１２によって後述するように行われる撮像に寄与する照明光はすべて、第１偏光板３２を通過するようになっており、第１偏光板３２の幅はその観点から設計されている。なお、撮像素子１２による撮像に寄与する照明光がすべて第１偏光板３２を通過するようにするために、これには限られないが、この実施形態では、レンズ系１１（より詳細には、後述する第１レンズ及び第２レンズ）の周囲にその内縁が隙間なく接し、且つその外縁が頭部２０の内周面に隙間なく接する、ドーナツ型であり光を通さない壁である隔壁１９が、頭部２０内に設けられている。隔壁１９は、頭部２０内の空間を、レンズ系１１の前側の空間と後側の空間とに区切るものである。かかる隔壁１９の存在により、各照明光光源３１Ａから発せられた光のうち、第１偏光板３２を通過していないものがレンズ系１１の後側の撮像素子１２が存在する空間に到達しないようになる。
なお、この実施形態では、刺激光光源３１Ｂから出た刺激光も第１偏光板３２を通過するようになっている。もっとも、刺激光は必ずしも第１偏光板３２を通過するようになっているかは問わない。
この実施形態における第１偏光板３２は、赤外領域の波長の光に対して偏光板として機能するものとなっている。必ずしもこの限りではないが、この実施形態における第１偏光板３２は、ワイヤグリッド偏光板である。ワイヤグリッド偏光板は、樹脂の板に、非常に細い金属線を所定間隔で平行に配したものであり、通常の偏光板が偏光板として機能しない赤外領域の波長の光に対しても偏光板として機能する。ワイヤグリッド偏光板の例としては、旭化成イーマテリアルズ株式会社が製造販売する「Ａｓａｈｉ  Ｋａｓｅｉ  ＷＧＦ（商標）」を挙げることができる。なお、以上については、第２偏光板３３も同じである。
上述したように、第１偏光板３２を通過した照明光は直線偏光になる。ここで、第１偏光板３２を通過した直線偏光である照明光の偏光面は、例えば、図１において水平となるようになっている。
【００１８】
レンズ系１１は、照明光が眼球である対象物で反射して生じる反射光（像光）を撮像素子１２に結像させるためのものである。より詳細には、レンズ系１１は、眼球から来る像光のうち、光軸に沿ってレンズ系１１に入射する平行光を撮像素子１２の撮像面１２Ａに結像させるようになっている。それが可能な限りにおいて、レンズ系１１の構成は自由である。この実施形態のレンズ系１１としては、公知或いは周知のテレセントリックレンズ系の構成を応用することができる。
この実施形態におけるレンズ系１１は、前側に位置する第１レンズ１１Ａと後側に位置する第２レンズ１１Ｂの２枚のレンズからなっている。これら第１レンズ１１Ａと第２レンズ１１Ｂとは、いずれもガラス製とすることができ、いずれも非球面レンズとすることができる。これには限られないがこの実施形態では、第１レンズ１１Ａと第２レンズ１１Ｂとは、いずれもガラス製で、いずれも非球面レンズである。もっとも、レンズ系１１は、第１レンズ１１Ａ、第２レンズ１１Ｂという２枚のレンズから構成されている必要はなく、１枚の或いは３枚以上のレンズから構成されていてもよい。また、レンズ系１１は、レンズ以外の他の光学要素を含んでいても構わない。また、レンズ系１１は像の拡大の機能を持っていてもよいし、それ以外の機能を持っていても良い。レンズ系１１を、第１レンズ１１Ａ、第２レンズ１１Ｂで呼応制することにより、口径を保ちつつ合成焦点距離を小さくしやすくなる。
撮像素子１２は、反射光を捉え撮像を行うものである。この実施形態の撮像素子１２は赤外領域の波長の光による撮像を行えるものであればどのようなものでも構わない。もっといえば、この実施形態における撮像素子１２は、赤外領域の波長の光の撮像のみを行えるようになっている。撮像素子１２は例えばＣＣＤであり、或いはＣＭＯＳにより構成することができる。撮像素子１２のレンズ系１１に対向する面が撮像面１２Ａである。レンズ系１１を通過した像光は、撮像面１２Ａに結像するようになっている。撮像素子１２は撮像により得た、より詳細には撮像面１２Ａに結像した像光によって得られた画像についてのデータである画像データを生成する。撮像素子１２が撮像する画像は、本来的には静止画であっても、動画であっても良いが、この実施形態の眼球撮像装置の使用目的は、上述のように刺激光に基づいて生じる瞳孔の反応を観察することなので、この実施形態の撮像素子１２が撮像する画像は動画であり、撮像素子１２が生成する画像データはビデオ信号である。
撮像素子１２は、接続線１２ａにて処理回路１３に接続されている。処理回路１３は撮像素子１２が生成した画像データを接続線１２ａを介して撮像素子１２から受取るようになっている。処理回路１３は、ビデオ信号の外部への出力に先んじて必要に応じた適当な処理、例えば、信号の増幅、明るさの調整や、必要であればアナログ／デジタル変換などを行う。
処理回路１３は接続線１３ａを介して出力端子１４に接続されている。出力端子１４は、図示を省略のケーブルを介して外部機器との接続を行うものである。外部機器は、典型的にはディスプレイであり、或いは記録装置である。ディスプレイは、出力端子１４からケーブルを介して受取ったビデオ信号に基いて動画を表示する。記録装置は、出力端子１４からケーブルを介して受取ったビデオ信号を記録し、後にそのビデオ信号を所定のディスプレイで見られるようにする。この実施形態では、出力端子１４は、ケーブルを介して図外のディスプレイに接続されている。なお、眼球撮像装置によって生成されたビデオ信号の外部機器への出力は、この実施形態のように有線で行われる必要はない。ビデオ信号の出力が無線で行われる場合には、眼球撮像装置は、出力端子１４に代えて、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）による通信を外部機器と行うための公知或いは周知の通信機構を備えることになる。もちろん、外部機器との接続を、有線と無線の双方で行えるようにすることも可能である。また、ディスプレイ、記録装置等の上述した外部機器を、眼球撮像装置に設けることも可能である。その場合には、ビデオ信号を外部機器に出力するための出力端子１４は不要となる。
【００１９】
第２偏光板３３は、上述したように第１偏光板３２と同じものでできているものの、その機能が第１偏光板３２と異なる。第２偏光板３３は、第１偏光板３２によって直線偏光とされた照明光が眼球である対象物の表面で反射することによって生じた反射光のうちの表面反射光（後述する。）に含まれる直線偏光の成分を遮断する機能を有している。
照明光と反射光の光軸を軸として見れば、第１偏光板３２と第２偏光板３３とは、それらを通過した光の直線偏光における偏光面が直交するような向きとなるようになっている。この実施形態でいえば、自然光が第２偏光板３３を反射光と同じ向きで通過した場合、第２偏光板３３を通過することによって生じた直線偏光の偏光面は、図１における鉛直方向となるようになっている。
眼球からの反射光は、レンズ系１１を通り、更には第２偏光板３３を通過してから撮像素子１２で撮像される。したがって、撮像素子１２で撮像に寄与する光は、反射光のうち、第２偏光板３３を通過できる成分のみとなる。なお、第２偏光板３３は、撮像素子１２と対象物との間の反射光の光路上に存在すれば良く、例えば、レンズ系１１の眼球側に存在しても良いし、また、例えばレンズ系１１が複数枚のレンズからなるのであれば、複数枚のレンズの間に位置すれば良い。
【００２０】
次に、この眼球撮像装置の使用方法を説明する。
眼球撮像装置を用いる場合には、被験者又は医師等がその把持部１０を把持し、その頭部２０における開口２１の周囲を、刺激光による瞳孔の反応の観察を行うべき被験者の目の周囲に押し当てる。このとき、開口２１の周囲から頭部２０の内部に外光が入り込まないように注意する。
この状態で、医師は被験者の眼球を観察する。常時点灯している照明光光源３１Ａからの照明光は、第１偏光板３２を通過してから、開口２１の略中央に位置する眼球で反射し、レンズ系１１及び第２偏光板３３を通過して撮像素子１２に至る。撮像素子１２は、眼球からの反射光を捉え、撮像を行う。適当なタイミングで医師等は、把持部１０に設けられたスイッチを押す。そうすると、スゲ気候光源３１Ｂから出た刺激光が、第１偏光板３２を通過して被験者の眼球に照射される。撮像素子１２は、少なくとも刺激光によって生じる瞳孔の反射反応の観察を行うに必要な時間だけ、動画についての画像データであるビデオ信号を生成する。撮像素子１２が生成した動画についてのビデオ信号は、処理回路１３で必要な処理をなされてから接続線１３ａを介して出力端子１４に至る。上述したように、この実施形態の眼球観察装置は、図外のディスプレイに出力端子１４に接続されたケーブルを介して接続されている。したがって、医師は、ディスプレイに拡大して表示される被験者の眼球の動画を見ながら、例えば、当該被験者において交感神経と副交感神経のどちらが優位かを判定するための観察を行うことができる。
【００２１】
ディスプレイに表示される眼球の動画がどのようなものであるかについて説明する。
照明光光源３１Ａが点灯している場合に撮像素子１２で撮像される反射光がどのようなものかということを、概念的に図４に示す。
図４（Ａ）は眼球の最表面（例えば、眼球を覆う涙の表面）で反射する表面反射光を、図４（Ｂ）は眼球の表面から若干眼球内に入って反射する内部反射光の振る舞いを示している。また、太線の○印の中に引かれた直線は当該部分における照明光又は反射光の偏光面の向きを示しており、○印の中に放射状に線が引かれているのは当該部分における照明光又は反射光の直線偏光性が乱れている（例えば自然光化している。）ことを示している。
照明光光源３１Ａから出た照明光は、第１偏光板３２を通過する。第１偏光板３２を通過した照明光は直線偏光になる。その場合の照明光である直線偏光の偏光面は、図１における水平方向である。ここまでは、図４（Ａ）、（Ｂ）で共通である。
第１偏光板３２を通過した直線偏光である照明光は、眼球Ｘに当たり、眼球Ｘからの反射光となる。眼球Ｘの表面で反射した反射光のうち表面反射光は、その偏光状態が理想的には維持されたままである。直線偏光である表面反射光は、自然光を通過させたときに生じる直線偏光の偏光面の向きが第１偏光板３２と直交するようにされている第２偏光板３３に遮断され、撮像素子１２には届かない（図４（Ａ））。
他方、内部反射光は、その偏光状態が乱れている。内部反射光は、その中に含まれる光のうち、表面反射光に含まれる直線偏光の偏光面と直交する方向で振動するものが、第２偏光板３３を通過するので、その半分程度が撮像素子１２に到達することになる（図４（Ｂ））。
結果として、照明光光源３１Ａからの照明光を用いて撮像素子１２が画像を撮像するために利用される光は、内部反射光のみということになる。したがって、撮像素子１２が撮像を行うことにより生成される画像は、涙が存在しない状態の眼球の画像となり、いわゆる艶消しの画像になる。もちろん、ディスプレイに表示される画像も艶消し画像になる。
なお、この実施形態では、刺激光光源３１Ａから発せられる可視光領域の波長の光である刺激光は、瞳孔に反射反応を生じさせた後に照明光と同様に撮像素子１２に到達するが、撮像素子１２は赤外領域の波長の光のみを撮像することができるものとなっているため、刺激光の偏光状態がどうなっていようが撮像素子１２で撮像されることはない。したがって、撮像素子１２で撮像される画像を考えるときにおいては刺激光の影響を無視することができる。
【００２２】
また、眼球からの反射光（像光）のうち、レンズ系１１を経て撮像素子１２の撮像面１２Ａに至るものについて、図５を用いて説明する。
図５中、Ｘが眼球、破線が像光の光軸、１１が第１レンズ１１Ａと第２レンズ１２Ｂとを合成したものとして表現されたレンズ系、Ｙが撮像面１２Ａに結像した像である。細線が、眼球Ｘの上下の端部から生じる像光である。
この実施形態では、眼球Ｘから出た像光のうち光軸に平行なものが、レンズ系１１を経て撮像素子１２の撮像面１２Ａに結像させられる。言い換えれば、この実施形態のレンズ系１１は、レンズ系１１の前側において主光線が光軸と平行である像光を、像面側で結像させるものとされている。それにより、眼球Ｘとレンズ系１１との距離に変化が生じたとしても、像光を撮像した撮像素子１２で作られた画像中における眼球の大きさ、或いは同画像中に写り込んだ瞳孔の大きさは一定となる。レンズ系１１の光軸を中心とした径、より詳細には、第１レンズ１１Ａと第２レンズ１２Ｂとのうちの少なくとも第１レンズ１１Ａの径は、撮像素子１２で眼球全体を撮像できるような形状、大きさとされている。例えば、被験者の眼球から出る平行光である像光によって眼球の全体を撮像するために、被験者の眼球を含む例えば直径３０ｍｍの範囲の平行光を撮像素子１２に導くことが必要なのであれば、円形とされた第１レンズ１１Ａの直径は、３０ｍｍ以上、好ましくは４０ｍｍ内外とされる。この実施形態の撮像素子によって得られた画像データによる画像は、眼球Ｘとレンズ系１１との距離が過度に変化した場合に、ピントが合わなくなることもあり得る。とはいえ、この実施形態では、ピントが合う範囲内で、前述の効果を得られる。
なお、この実施形態では、第１レンズ１１Ａ及び第２レンズ１２Ｂを通過した像光は、一旦収束して、中間像Ｚを生成する。中間像Ｚが生成される場所は、第１レンズ１１Ａ及び第２レンズ１２Ｂを合成した場合に観念される仮想のレンズの焦点の位置に等しく、この実施形態では光軸方向の略その位置に、撮像素子１２の撮像面１２Ａに撮像に必要な量の像光を導くことができる範囲で小さい絞りが配置されている。この絞りの存在により、眼球からの平行光のみが選択的に撮像素子１２の撮像面Ｍに導かれるようになっている。
【００２３】
なお、この実施形態における眼球撮像装置におけるレンズ系１１は、例えば、図６に示したようなものとすることができる。レンズ系１１は、上述の場合と同様に眼球撮像装置の頭部２０の中に収納される。
この場合のレンズ系１１は、平行光である前記像光を収束させ中間像を生成する被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄと、中間像を生成した後の像光を撮像素子１２の撮像面１２Ａに結像させる像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆと、を備えている。
被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄのうち少なくとも前側に位置する被写体側レンズ１１Ｃは、上述の例において少なくとも第１レンズ１１Ａの直径を３０ｍｍ以上、好ましくは４０ｍｍ内外とすべきのと同様の理由で、その直径が３０ｍｍ以上、好ましくは４０ｍｍ以上とされる。もっともこれには限られないが、この実施形態における被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄの径は同じものとされているので、それらの直径はともに、３０ｍｍ以上、好ましくは４０ｍｍ以上とされている。これら被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄは、いずれもガラス製にすることができ、いずれも非球面レンズとすることができる。これには限られないがこの実施形態では、被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄは、いずれもガラス製で、いずれも非球面レンズである。
被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄはいずれも、この例では正のパワーを持つレンズである。被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄを、それらを合成したのと等価な１枚のレンズに置換することも可能であるが、被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄを２枚のレンズからなるものとすると、その径を大きくしてもｆ値を小さくすることができるから眼球撮像装置を小型化することができる。この例では、被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄは、２枚のレンズであるが、より多くの枚数のレンズであってもよい。被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄはこの例では極めて近接しており、例えばその間隔は１〜５ｍｍ程度である。両者は互いに当接していても良い。
像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆはいずれも、この例では正のパワーを持つレンズである。像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆはこの限りではないが、いずれもガラス製であり、いずれも非球面レンズである。像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆを、それらを合成したのと等価な１枚のレンズに置換することも可能であるが、像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆを２枚のレンズからなるものとすると、その径を大きくしてもｆ値を小さくすることができるから眼球撮像装置を小型化することができる。この例では、像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆは、２枚のレンズであるが、より多くの枚数のレンズであってもよい。像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆはこの例では極めて近接しており、例えばその間隔は１〜５ｍｍ程度である。両者は互いに当接していても良い。像面側レンズ１１Ｅの前側の面は、後述する中間像の直後に位置している。中間像から像面側レンズ１１Ｅまでの距離は、例えば１〜５ｍｍ程度である。
図６に示されたように、このレンズ系１１が採用された場合には、眼球Ｘから出た平行光である像光は、被写体側レンズ１１Ｃ、１１Ｄを通過して収束して中間像Ｚを形成する。中間像Ｚを形成した後の像光は、その直後にある像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆを通過して、撮像素子１２の撮像面１２Ａ上に像Ｙを結ぶ。先に述べたレンズ系１１の場合と同様に、光軸方向における中間像Ｚが生成される位置或いはその付近に、絞りを設けられており、それにより、眼球からの平行光のみが選択的に撮像素子１２の撮像面１２Ａに像Ｙを結ぶようになっている。
なお、像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆはオートフォーカス機能を有するものとされていてもよく、換言すれば公知或いは周知のオートフォーカス機構に組み込まれてオートフォーカス機構の一部をなすものとされていてもよい。その場合、像面側レンズ１１Ｅ、１１Ｆは、眼球の光軸方向の位置に応じて自動的に移動する。それにより、撮像素子１２で像光を撮像されることによって生成される眼球の写り込んだ画像のピントが、眼球が光軸方向に多少移動したとしても合いやすくなる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  把持部
１１  レンズ系
１２  撮像素子
１２Ａ  撮像面
２０  頭部
３１Ａ  照明光光源
３２  第１偏光板
３３  第２偏光板
Ｘ  眼球
【図１】
2020049154.tif 000003
【図２】
2020049154.tif 000004
【図３】
2020049154.tif 000005
【図４】
2020049154.tif 000006
【図５】
2020049154.tif 000007
【図６】
2020049154.tif 000008