(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的測定装置（１）を着用する被検者（３１）の少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）における少なくとも１つのパラメータを捕捉する光学的測定装置（１）であり、この光学的測定装置は、フレーム（４）と、このフレーム（４）に取付けた少なくとも１個のフレームインサート（８ｌ，８ｒ）と、及び少なくとも１個の捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）を備え、フレーム（４）は、光学的測定装置（１）を被検者（３１）の頭部に対して固定するよう設計し、この場合、少なくとも１個のフレームインサート（８ｌ，８ｒ）が被検者（３１）の少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）の前方で、少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）の光軸（Ｋ）上における少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）が見る方向に位置決めされるよう固定し、捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）は少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）における少なくとも１つのパラメータを光学的に捕捉するよう構成した、該光学的測定装置（１）であって、前記捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）は、少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）における少なくとも１つのパラメータを捕捉する光路（Ｍ）はフレームインサート（８ｌ，８ｒ）を除外するよう構成し、前記捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）は、前記フレームインサート（８ｌ，８ｒ）によってブロックされるスペクトル範囲において光学的感度を有するよう設計された、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の光学的測定装置（１）において、前記フレームインサート（８ｌ，８ｒ）は、前記光学的測定装置（１）を前記被検者（３１）の頭部に対して固定した状態で前記フレームインサート（８ｌ，８ｒ）におけるポイントと前記被検者（３１）の眼（１０ｌ，１０ｒ）を結ぶラインを通過する視線経路（Ｋ）が決定され、また捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）は、眼（１０ｌ，１０ｒ）における少なくとも１つのパラメータを捕捉する前記光路（Ｍ）及び前記視線経路（Ｋ）が共用する唯一の光学的素子を眼（１０ｌ，１０ｒ）とするよう配置した、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光学的測定装置（１）において、前記光路（Ｍ）全体は、光学的測定装置（１）を前記被検者（３１）の頭部に対して固定した状態で前記フレームインサート（８ｌ，８ｒ）における前記少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）に対面する側に存在する空間（Ｓｐ）内で延在するようにした、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項記載の光学的測定装置（１）において、前記少なくとも１個のフレームインサート（８ｌ，８ｒ）は少なくとも１つの光学的特性を有する、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の光学的測定装置（１）において、前記少なくとも１個のフレームインサートは光学的素子、とくに、光学的レンズ及び／又は光学的回折素子として構成した、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の光学的測定装置（１）において、前記少なくとも１個のフレームインサート（８ｌ，８ｒ）は光学的スペクトルフィルタ、とくに、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ又はノッチフィルタとして構成した、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項記載の光学的測定装置（１）において、前記捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）は、少なくとも１つの予め決定可能なスペクトル範囲で光学的感度を示すものとした、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項８】
請求項７記載の光学的測定装置（１）において、前記光学的測定装置（１）を前記被検者（３１）の頭部に対して固定した状態で前記予め決定可能なスペクトル範囲の放射を発生するよう構成した少なくとも１個の照射ユニット（９）を設け、この照射ユニット（９）による放射が少なくとも部分的に前記少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）に当たるよう配置した、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の光学的測定装置（１）において、前記少なくとも１個のフレームインサート（８ｌ，８ｒ）は、前記予め決定可能なスペクトル範囲内で最大５０％、好適には、２０％未満の透過性を有するものとした、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のうちいずれか一項記載の光学的測定装置（１）において、前記予め決定可能なスペクトル範囲は赤外線波長範囲内とした、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれか一項記載の光学的測定装置（１）において、前記捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）は、前記光学的測定装置（１）を前記被検者（３１）の頭部に対して固定した状態で前記少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）における少なくとも１つのパラメータを捕捉する前記光路（Ｍ）が前記捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）から前記眼（１０ｌ，１０ｒ）に至る直線ライン上に延在するよう配置した、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のうちいずれか一項記載の光学的測定装置（１）において、光学的転向素子（１１）を設け、前記光学的転向素子（１１）及び前記捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）は、前記光学的測定装置（１）を前記被検者（３１）の頭部に対して固定した状態で前記少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）における少なくとも１つのパラメータを捕捉する前記光路（Ｍ）が前記捕捉ユニット（３ｌ，３ｒ）から前記光学的転向素子（１１）を経て前記眼（１０ｌ，１０ｒ）に至るよう配置した、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか一項記載の光学的測定装置（１）において、前記少なくとも１つの捕捉可能なパラメータは、少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）における、指向性及び／又は位置及び／又は瞼閉じ及び／又は瞳孔直径及び／又は強膜特性及び／又は虹彩特性及び／又は血管特性及び／又は角膜特性に関するものとした、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のうちいずれか一項記載の光学的測定装置（１）において、前記フレームインサート（８ｌ，８ｒ）はディスプレイユニットを有する構成とし、とくに、前記光学的測定装置（１）を前記被検者（３１）の頭部に対して固定した状態で前記ディスプレイユニットにおけるディスプレイを前記被検者（３１）の前記少なくとも一方の眼（１０ｌ，１０ｒ）が光学的に捕捉できるようにした、ことを特徴とする光学的測定装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のうちいずれか一項記載の光学的測定装置（１）を備えたシステムであって、透過特性及び／又は反射特性が互いに異なった少なくとも２個のフレームインサート（８ｌ，８ｒ）を備え、前記フレームは、前記少なくとも２個のフレームインサート（８ｌ，８ｒ）を交換可能に取付け可能にした、ことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的測定装置を着用する被検者少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを捕捉（取得）する光学的測定装置に関し、この光学的測定装置は、フレームと、このフレームに取付けた少なくとも１個のフレームインサートと、及び少なくとも１個の捕捉ユニットを備え、フレームは、被検者の頭部に対して固定するよう設計し、この場合、少なくとも１個のフレームインサートが被検者の少なくとも一方の眼の前方で、少なくとも一方の眼の光軸上における少なくとも一方の眼の少なくとも一方の視線方向に位置決めされるよう固定し、また捕捉ユニットは少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを光学的に捕捉するよう設計する。本発明は、このような光学的測定装置を備えるシステムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術からヘッドマウント型の視線追跡デバイスは既知である。特許文献１は、人の眼の動きをモニタリングする装置を開示している。このシステムは、人の眼に着用するフレームと、このフレームに設けたエミッタであり、人の眼に向けて光を発生する発光器のアレイと、及び発光器のアレイからの光を検出するようフレームに設けたセンサのアレイとを有する。これらセンサは眼又は瞼における対応部分から反射する光を検出し、これにより目の反射部分が瞼によって覆われた時を示す出力信号を発生する。このシステムによれば、その人の眠気レベルをモニタリングすることができる。
【０００３】
特許文献２は、人の眼の動きを使用して通信するシステム及び方法について開示しており、この場合、人の眼に光を指向させる発光器と、発光器からの光を検出するセンサと、このセンサに接続し、センサから受け取った順次の光強度信号をデータのストリームに変換する、及び／又は信号を理解可能なメッセージに変換するプロセッサとを含む。
【０００４】
特許文献３は、人の眼の動きをモニタリングする視線追跡システムを開示しており、この場合、アイカメラ及びシーンカメラを備え、使用者の眼の画像及び使用者が見たシーンの画像を示す電子ビデオデータを結び付けることを行う。さらに、このシステムには、ビデオデータをデジタル化し、かつアイデータ及びシーンデータを２つの処理チャネルに振り分けるフレーム取込み器と、ビデオデータから、使用者の眼を点光源で照射することにより使用者の眼に形成される基準スポットの位置を決定するスポット位置モジュールを組込む。このシステムには、さらに、瞳孔位置モジュールを組込み、使用者の注視ラインを決定することができるようにする。
【０００５】
特許文献４は、基準ポイントとしての検査シーンに配置した１個又は複数個の赤外線信号源と、被検者が着用する少なくとも１個の眼鏡（めがね）と、人の注視ポイントを計算するデータ処理及び記憶ユニットとを有する、注視ポイント検出システムを開示している。この眼鏡は、赤外線信号源からの赤外線信号を検出し、また赤外線信号源追跡信号を発生する画像センサと、被検者の注視方向を決定しかつ視線追跡信号を発生する視線追跡ユニットと、及び検査シーン映像を撮影し得るカメラユニットとを備える。
【０００６】
特許文献５は、ビデオ画面ポインタを使用者注視に関連する注視ポイントに表示する視線追跡システムを開示している。このシステムは、使用者の眼に焦点を合わせたカメラと、カメラの注視位置を使用者の瞳孔に固定するようカメラに連結した支持体と、及びＣＰＵ及び視線追跡インタフェースを有するコンピュータとを備える。眼の中心を決定することにより、ビデオ表示画面上のポインタを注視ポイントに表示する。特許文献５は、本明細書の冒頭に記載の光学的測定装置を開示している。
【０００７】
特許文献６は、透明レンズと、少なくとも１個の光源と、及び複数個の光検出器とを有する視線追跡システムを開示している。透明レンズは、眼に隣接して配置し得るものとする。少なくとも１個の光源は透明レンズ内に配置し、眼に向かって光を発生するよう構成する。少なくとも１個の光源は可視光に対して透過性を示す。複数個の光検出器は透明レンズ内に配置し、少なくとも１個の光源から発生した光を受け、また眼から反射するよう構成する。各光検出器は、可視光に対して透過性を示し、眼から反射した光を受光したとき出力信号を供給するよう構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国再発行特許第３９，５３９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１６３，２８１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０１９６４３３号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１０／８３８５３号
【特許文献５】国際公開第２００４／０６６０９７号
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１０／０２２０２９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
既知のヘッドマウント型視線追跡装置は、被検者の眼で反射する外部の迷光が視線追跡機能に悪影響を与えるという欠点がある。被検者の眼をモニタリングするカメラは、眼の動きを追跡し続けるのに使用されるはっきりとした眼の特徴と、外部からの照射照明条件から生ずる反射などの特徴との区別をすることができない。一般的に、照射照明状況は極めて厳密に規定されない。信頼性の高い視線追跡は、しばしば外部条件及び追跡機構を攪乱する望ましくない迷光によって阻害される。したがって、既知のヘッドマウント型視線追跡装置は、通常、限定された精度及び確実性しか得られない。検出精度を向上するためには、時間がかかり、困難な較正手順を必要とする。
【００１０】
本発明の目的は、眼を特徴付ける少なくとも１つのパラメータをより信頼性高く捕捉（取得）できる光学的測定装置及びシステムを得るにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、本発明による特許請求の範囲の請求項１の特徴を有する光学的測定装置、及び請求項１５の特徴を有するシステムにより解決する。本発明の有利な実施形態は特許請求の範囲の独立請求項に従属する従属請求項に記載する。
【００１２】
本発明による光学的測定装置は、光学的測定装置を着用する被検者の少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを捕捉するよう作用し、この光学的測定装置は、フレームと、このフレームに取付けた少なくとも１個のフレームインサートと、及び少なくとも１個の捕捉ユニットを備え、フレームは、光学的測定装置を被検者の頭部に対して固定するよう設計し、この場合、少なくとも１個のフレームインサートが被検者の少なくとも一方の眼の前方で、少なくとも一方の眼の光軸上における少なくとも一方の眼の少なくとも一方の眼が見る方向に位置決めされるよう固定し、また捕捉ユニットは少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを光学的に捕捉するよう構成する。また捕捉ユニットは、少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを捕捉する光路はフレームインサートを除外するよう構成する。
【００１３】
このようにして、フレームインサート及び捕捉ユニットは光学的に分離される。双方の素子は、相互に関連し合う機能性を持たせる必要なく、異なる目的のために供することができる。とくに、捕捉ユニットの光路は、フレームインサートを通過するよう指向させることなく、さらに、フレームインサートの表面を反射性光学的素子にすることもない。したがって、フレームインサートの光学的特性は、光路の要件を考慮に入れる必要なく設計することができる。このようにして、新たな光学的設計に関する選択肢が得られ、眼の少なくとも１つのパラメータをより信頼性高くまた効率的に捕捉（取得）できるようになる。捕捉ユニットの光路はフレームインサートによって阻害されない。
【００１４】
フレームインサートは光学的測定装置のフレームに挿入及び／又は取外し可能な任意の素子とすることができる。フレームインサートは透明又は非透明のいずれかとすることができる。フレームインサートは、フレームとは別個（その材質に起因して）の任意な素子とすることができ、フレームに対して固定又は取外すことができるものとする。捕捉ユニットは少なくとも１個のカメラとすることができる。とくに、少なくとも一方の眼の光軸は眼の注視方向とすることができる。捕捉ユニットの光路又は検出経路はフレームインサートを除外する、すなわち、フレームインサートは捕捉ユニットの光路の一部ではない。光路を幾何学的な光学系の意味で説明する場合、光路を特徴付けるいかなる光線もフレームインサートとは共通ポイントを持たない。
【００１５】
有利には、フレームインサートは、光学的測定装置を被検者の頭部に対して固定した状態でフレームインサートにおけるポイントと被検者の眼を結ぶラインを通過する視線経路が決定され、また捕捉ユニットは、眼における少なくとも１つのパラメータを捕捉する前記光路及び前記視線経路が共用する唯一の光学的素子を眼とするよう配置する。とくに、フレームインサートは、眼並びに捕捉ユニットが共用する光学的素子では決してない。特別には、この実施形態は光線光学系の意味で理解すべである。とくに、被検者の視線はフレームインサートに向かう又は貫通するとともに、被検者の視線及び捕捉ユニットの視線は、共通の光学的素子を使用しないことによって、完全に分離される。この実施形態によれば、フレームインサートは、被検者の視線に作用することによって被検者視線に影響を及ぼすためにのみ使用される。他方、捕捉ユニットにより眼を直接観測するとともに、眼はフレームインサートの光学的特性によって悪影響を受けない。
【００１６】
有利には、光路全体は、光学的測定装置を被検者の頭部に対して固定した状態で前記フレームインサートにおける前記少なくとも一方の眼に対面する側に存在する空間内で延在するようにする。このようにして、捕捉ユニットの光路はフレームインサートによって適正に保護される。フレームインサートの特性に基づいて、眼の少なくとも１つのパラメータを捕捉する品質は大幅に改善される。とくに、フレームインサートは、光路が貫通する空間からの望ましくない光をブロックすることができる。望ましくない反射及び迷光は、フレームインサートによって捕捉ユニットに達するのを阻止される。
【００１７】
有利には、少なくとも１個のフレームインサートは少なくとも１つの光学的特性を有する。とくに、少なくとも１個のフレームインサートは光学的素子、とくに、光学的レンズ及び／又は光学的回折素子として構成することができる。とくに、フレームインサートは少なくとも１個のメガネレンズにより構成することができる。このようにして、フレームインサートは被検者の外部環境に対する光学的知覚が改善される。被検者の視線も改善することができる。他方、フレームインサートの光学的特性は、捕捉ユニットによって少なくとも１つのパラメータを捕捉する品質が改善されるよう選択することができる。
【００１８】
一実施形態において、このことは、少なくとも波長範囲にわたる可視スペクトル範囲内にある少なくとも１個のフレームインサートは、光学的に減光フィルタとして構成する。減光フィルタは広い波長範囲、とくに、可視スペクトルにわたり光の強度を減少する。このようにして、眼の瞳孔は、外部環境に変化しない照明条件があっても、より広くなる。眼の捕捉されるパラメータが瞳孔直径である場合、より大きい瞳孔直径は捕捉ユニットによる検出を改善し、またより高い信頼性を保証する。さらに、捕捉（撮影）した画像の露光過多は回避され、よりよい画像品質となる。
【００１９】
他の実施形態において、少なくとも１個のフレームインサート（８ｌ，８ｒ）は光学的スペクトルフィルタ、とくに、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ又はノッチフィルタとして構成する。このようなフィルタは、特定スペクトル範囲の光のみ、フレームインサート背後の眼に到達できることを保証する。このようにして、捕捉ユニットの捕捉能力に悪影響を与える光を厳格にブロックする。これにより、眼における望ましくない反射、及び特定波長範囲における好ましくない迷光を阻止することができる。少なくとも１つのパラメータの捕捉品質は極めて高くなる。
【００２０】
好適には、捕捉ユニットは、少なくとも１つの予め決定可能なスペクトル範囲で光学的感度を示すものとする。とくに、スペクトル範囲は、少なくとも１個のフレームインサートの光学的特性に相関付けされるよう予め決定する。例えば、捕捉ユニットは、フレームインサートによってブロックされるスペクトル範囲において光学的感度を有するよう設計することができる。フレームインサートを透過する光は、したがって、捕捉ユニットの捕捉能力に悪影響を与えないようにすることができる。完全な光学的分離が得られる。捕捉ユニットのために、フレームインサート背後に暗くなった空間を生じ、これにより眼のパラメータをほとんど背景がない状態で捕捉できる。とくに、フレームインサート及び捕捉ユニットの特性は、フレームインサートが可視波長範囲でほぼ完全に透過性を示し、外部環境を阻害されることなく見ることができ、また捕捉ユニットが光学的な感度を示す波長範囲ではほぼ完全に不透過性を示すよう、選択することができる。
【００２１】
有利には、光学的測定装置には、光学的測定装置を被検者の頭部に対して固定した状態で予め決定可能なスペクトル範囲の放射を発生するよう構成した少なくとも１個の照射ユニットを設け、この照射ユニットによる放射が少なくとも部分的に前記少なくとも一方の眼に当たるよう配置する。この場合、照射ユニットは、捕捉ユニットが捕捉できる光を眼に照射することができる。特定の反射及び／又は照射パターン（構造化照明）を眼に発生させ、このパターンが少なくとも１つのパラメータを捕捉する捕捉ユニットを支援することができる。好適な実施形態において、フレームインサートを光学的スペクトルフィルタとして構成する特徴、捕捉ユニットが予め決定したスペクトル範囲に光学的感度を示すようにする特徴、及び予め決定したスペクトル範囲における光を発生する照射ユニットの特徴を組合わせる。フレームインサートの光学的スペクトルフィルタは、捕捉ユニット及び照射ユニットを最適化するために、好適には、予め決定したスペクトル範囲では少なくとも部分的に不透過性を示すよう設計する。好適には、少なくとも１個のフレームインサートは、予め決定したスペクトル範囲において、４０％未満、好適には、２０％未満の透過性を有するようにする。この場合、フレームインサート背後に完全に異なった光環境を生じ、捕捉ユニットによる少なくとも１つのパラメータの最適な捕捉が可能になる。この光学的分離状況は捕捉及び検出の効率を改善する。
【００２２】
一実施形態において、照射ユニット及びフレームインサートの構成は、照射ユニットの放射発生のための予め決定したスペクトル範囲及びフレームインサートがほぼ不透過性を示す予め決定したスペクトル範囲が相関関係を有して変化できるよう構成する。この場合、検出スキーム（計画）は外部環境における照射条件に適合するよう調整することができる。
【００２３】
有利には、少なくとも１個のフレームインサートは、予め決定したスペクトル範囲で少なくとも部分的に、４０％より大きい、好適には、６０％より大きい反射効率を有するものとする。このようにして、捕捉プロセスを潜在的に攪乱する背景光は十分抑制される。
【００２４】
好適な実施形態において、予め決定可能なスペクトル範囲は赤外線波長範囲内とする。この場合、フレームインサートは可視スペクトル範囲内で透過性を示すことができるとともに、主に赤外線光をブロックする。人の眼は赤外線光に対して感度を示さないため、フレームインサートは被検者にとって完全に透明のように見えて、視野を妨げない。他方、フレームインサート背後にＩＲ迷光のない環境を生じ、赤外線照射ユニットによって被検者の眼に生ずる望ましい反射を効率よく捕捉することができる。
【００２５】
有利には、捕捉ユニットは、光学的測定装置を被検者の頭部に対して固定した状態で少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを捕捉する光路が捕捉ユニットから眼に至る直線ライン上に延在するよう配置する。とくに、光路には何らの光学的素子も、とくに、光学的反射素子も含まないようにする。この場合、捕捉ユニットは、光学的素子によって干渉されずに眼を直接観察することができる。
【００２６】
代案として、光学的測定装置には光学的転向素子を設け、光学的転向素子及び捕捉ユニットは、光学的測定装置を被検者の頭部に対して固定した状態で少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを捕捉する光路が捕捉ユニットから光学的転向素子を経て眼に至るよう配置する。光路を転向させることによって、光学的測定装置における捕捉ユニットの位置決めに多くの異なった可能性を生ずる。高度に集積させたコンパクトな測定装置を実現する。光路は、捕捉ユニットの位置を変化させる必要なく、転向素子の向きを調節することによって調整できる。低い開口数を有する捕捉ユニットを使用することができる。
【００２７】
有利には、光学的測定装置は、メガネを着用する被検者の頭部に固定するとき、少なくとも１個のフレームインサートは、被検者のメガネの少なくとも一方のメガネレンズの前方に配置されるよう構成する。光学的測定装置は、視野を改善する補正メガネを必要とする被検者が着用することができる。
【００２８】
有利には、フレームインサートは、少なくとも１個のキャリヤ素子及び少なくとも１個の光学的素子よりなる多重部材素子として構成し、とくに、光学的素子が捕捉ユニットと相互作用し、捕捉ユニットが少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを光学的に捕捉する、及び／又は捕捉の支援をすることができるようにする。とくに、光学的素子は捕捉ユニットが感度を示す波長範囲において、反射性を示すことができる。有利には、少なくとも１個の光学的素子はミラー及び／又は反射性コーティングとして構成する。とくに、キャリヤ素子は透明メガネとするとともに、光学的素子はこのメガネ上における反射性コーティングとすることができる。
【００２９】
有利には、捕捉された少なくとも１つのパラメータは、少なくとも一方の眼における、指向性及び／又は位置及び／又は瞼閉じ及び／又は瞳孔直径及び／又は角膜縁特性及び／又は強膜特性及び／又は虹彩特性及び／又は血管特性及び／又は角膜特性に関する。とくに、捕捉された少なくとも１つのパラメータは、角膜半径（前側、後側）、眼球半径、瞳孔中心から角膜中心までの距離、角膜中心から眼球中心までの距離、瞳孔中心から周縁中心までの距離、角膜曲率測定法による屈折率、角膜屈折率、硝子体液屈折率、水晶体から眼球中心まで、及び角膜中心まで、及び角膜頂点までの距離、水晶体屈折率、光軸の向き、瞳孔軸（アクロマチック軸）の向き、見る方向のライン、フラット軸及びスティープ軸における乱視度（ジオプター）及び向きの角度、虹彩直径、瞳孔直径（瞳孔長軸及び短軸）、瞳孔面積、周縁長軸及び短軸、眼の回転方向ねじれ、眼球内距離、眼の両眼転導、眼の内転／外転に対する統計、及び眼の上げ／下げ統計に関する。光学的測定装置は、視線追跡装置として動作することができる。
【００３０】
有利には、フレームインサートはディスプレイユニットを有する構成とする。このディスプレイユニットは透明、又は部分的に透明、又は不透明とすることができる。
【００３１】
有利には、光学的測定装置を被検者の頭部に対して固定した状態でディスプレイユニットにおけるディスプレイを被検者の少なくとも一方の眼が光学的に捕捉できるようにする。この実施形態によれば、被検者がディスプレイユニットにおける特定ディスプレイを見ながら、被検者の眼における少なくとも１つのパラメータを捕捉することができる。特定情報を表示しつつ、捕捉ユニットはディスプレイに悪影響を受けることはなく、なぜなら少なくとも１つのパラメータを捕捉するための光路はディスプレイユニットを除外するからである。光学的な分離によって、捕捉ユニットによる眼の観測を妨害しないようにすることができる。捕捉ユニットは被検者の眼に関する情報のみを捕捉するだけで、ディスプレイユニット上に表示されている情報は捕捉しない。
【００３２】
光学的測定装置は眼鏡デバイスとすることができる。
【００３３】
本発明によるシステムは、本発明による光学的装置と、透過特性及び／又は反射特性が互いに異なった少なくとも２個のフレームインサートとを備え、フレームは、少なくとも２個のフレームインサートを交換可能に取付け可能にする。測定条件及び／又は外部環境の光条件に基づいて、捕捉ユニットの捕捉能力を最適にするのに適したフレームインサートを選択することができる。フレームインサート交換によるシステム認識は、被検者自身によって容易に行うことができる。光学的測定装置は変化する条件に適合するよう柔軟に調整することができる。種々の条件において、光学的測定装置の極めて良好な捕捉能力を得ることができる。
【００３４】
本発明の一態様において、光学的測定装置で異なったフレームインサートを交換できるようにする方法に関する。光学的測定装置及び少なくとも２個のフレームインサートを備えたシステムの一実施形態において、少なくとも２個のフレームインサートのうち第１フレームインサートを光学的測定装置のフレームに取付ける。この第１フレームインサートは第１透過特性を有する。外部の光の条件が変化するとき、少なくとも２個のフレームインサートのうち第２フレームインサートが変化した光の条件により適合するようになる。なぜならこのようにすると、主に被検者の少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータの捕捉を改善するからである。この方法のステップによれば、被検者は第２フレームインサートを選択し、光学的測定装置のフレームから第１フレームインサートを取外し、これを第２フレームインサートに交換する。第２フレームインサートを、つぎにフレームに取付け、これにより変化した光条件の下での捕捉能力が改善される。光学的測定装置は変化する外部の光条件に適合するよう柔軟に調整することができる。代案として、異なったフレームインサートを使用して、光学的測定装置の異なった捕捉機能原理に適合させることができる。
【００３５】
本発明の他の態様は、眼鏡デバイスを着用する被検者の少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを捕捉する眼鏡デバイスに関し、この眼鏡デバイスは、フレームと、このフレームに取付けた少なくとも１個のフレームインサートと、及び少なくとも１個の捕捉ユニットを備え、フレームは、被検者の頭部に対して眼鏡デバイスを固定するよう構成し、この場合、少なくとも１個のフレームインサートが被検者の少なくとも一方の眼の前方で、少なくとも一方の眼の光軸上における少なくとも一方の眼の少なくとも一方の眼が見る方向に位置決めされるよう固定し、また捕捉ユニットは少なくとも一方の眼における少なくとも１つのパラメータを光学的に捕捉するよう構成し、フレームインサートはディスプレイユニットを有する構成とする。
【００３６】
有利には、眼鏡デバイスを被検者の頭部に固定した状態でディスプレイユニットのディスプレイを被検者の少なくとも一方の眼が光学的に捕捉可能にする。
【００３７】
有利には、眼鏡デバイスのフレームインサートはメガネレンズを有する構成とする。
【００３８】
本発明による光学的測定装置の有利な実施形態は、本発明によるシステム及び他の態様による眼鏡デバイスの有利な実施形態としてもみなすことができる。
【００３９】
本発明の他の特徴は、特許請求の範囲、図面及び図面の説明から導くことができるであろう。上述した説明におけるすべての特徴及び特徴の組合せ、並びに以下に図面につきさらに説明する及び／又は単に図面で示す特徴及び特徴の組合せは、各場合に示した組合せで使用できるだけでなく、異なる組合せ又はそれ自体でも使用できる。
【００４０】
本発明を、以下に個別の好適な実施形態につき、また添付図面につきより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による眼鏡デバイスの正面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す眼鏡デバイスの側面図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示す眼鏡デバイスの頂面図である。
【図１Ｄ】図１Ａに示す眼鏡デバイスの斜視図である。
【図２】眼鏡デバイスの背面図である。
【図３】光路を眼に指向させる転向素子を使用するアイカメラを有する眼鏡デバイスの線図的背面図である。
【図４】アイカメラの向きを線図的に示す眼鏡デバイスの側面図である。
【図５】眼鏡デバイスが有する個別電子コンポーネントの線図的説明図である。
【図６Ａ】従来技術による光学的測定デバイスで得られる大きなパララックス誤差を示すシンボマーク付きの説明図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による眼鏡デバイスによりパララックス誤差がないことを示すシンボマーク付きの説明図である。
【図７】パララックス誤差モデルを示す説明図である。
【図８】従来技術による測定デバイス及び本発明の実施形態による測定デバイスのパララックス誤差を比較する説明図である。
【図９Ａ】シーンカメラが捕捉する第１視野を示す説明図である。
【図９Ｂ】シーンカメラが捕捉する第２視野を示す説明図である。
【図１０Ａ】アイカメラの光路がアイカメラから眼にいたる直線上に存在する眼鏡デバイスの線図的側面図である。
【図１０Ｂ】アイカメラの光路がアイカメラからミラーを経て眼に至る眼鏡デバイスの線図的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図面において、同一素子又は同一機能を有する素子には同一の参照符号を付けて示す。図２，３及び４図は、デカルト座標軸及び互いにに直交するｘ，ｙ及びｚ軸を有する同一基準座標系を示す。
【００４３】
図１Ａ〜１Ｄには、それぞれ眼鏡デバイス１又は視線追跡デバイスの形式とした光学的測定装置を示す。眼鏡デバイス１は、人が頭部に通常のメガネのように着用することができる設計とする。このデバイスは、着用する人の耳に眼鏡デバイスを支持する２つのサイドバー５ｌ及び５ｒを有するフレーム４を備える。さらに、眼鏡デバイス１は、鼻サポート７によって頭部の所定位置に保持する。主フレームは固有の幅ｗ１及び高さｈを有する。その長さｌは、サイドバー５ｌ及び５ｒの長さに基づく。図１Ｃに示すように、サイドバー５ｌ及び５ｒは、フレーム４の前方部分にヒンジ連結し、これにより、サイドバー５ｌ及び５ｒ相互間の距離ｗ２が拡大又は減少（図１Ｃに示すサイドバー５ｌを破線で示したサイドバー参照）できるようにする。
【００４４】
代案として、光学的測定装置は、普通のメガネの形式として設計せず、フェイスシールド付きのフレームを形成し、またフレームインサートを形成するヘルメットに類似する設計とすることができる。
【００４５】
フレーム４において鼻サポート７上方にシーンカメラ２を据え付ける。シーンカメラ２はフレーム４に取り付けるか、又はフレーム４内に一体化する。シーンカメラ２によれば、眼鏡デバイス１を着用するとき、被検者が見るのと同様の視野を撮影できる。フレーム４の下方部分において、眼鏡デバイス１には２つのアイカメラ３ｌ，３ｒを設ける。眼鏡デバイス１を人が着用するとき、人の眼は、フレーム４に適正な角度で組入れたアイカメラ３ｌ，３ｒが捕捉することができる。アイカメラ３ｌ，３ｒは、それぞれ人の左眼及び右眼を、すなわち、人の眼の特性を撮影する。
【００４６】
フレーム４は、メガネレンズ８ｌ，８ｒを装着し、したがって、フレームインサートを形成する２つの開口を有する。シーンカメラ２及びアイカメラ３ｌ，３ｒが撮影した映像は、サイドバー５ｌ，５ｒ内に組入れた１個又は複数個の前処理ユニット６で処理する信号を生ずる。
【００４７】
図２は、眼鏡デバイス１の内側から見た図を示す。フレーム部分のメガネレンズ８ｌ，８ｒを包囲するリムに沿って、数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）９をリング状に配置する。眼鏡デバイス１を人が着用するとき、これらＬＥＤ９は被検者の眼を規定様式で照射する。ＬＥＤ９は、被検者の眼ですべての生じ得る注視角度で反射（角膜反射）する。これら反射をアイカメラ３ｌ，３ｒによって検出することができ、また視線追跡に使用することができる。
【００４８】
ＬＥＤ９は、特定時間パターンに従って個別に、又はグループ毎に、又はすべて一斉にストロボ的特性で又は空間的変化をつけて、スイッチをオン・オフする。異なったＬＥＤ９又はＬＥＤ９のグループ毎にオン・オフする切替えの周波数を変化させることができる。ＬＥＤ９の所定グループは、他のグループがまさにスイッチオフする時点でちょうどスイッチオンする。特定の空間的及び時間的相関パターンは、スイッチング特性及び照明特性に関連して実現する。このようにして、アイカメラ３によって容易に認識することができる反射パターンを眼で生ずる。
【００４９】
最も重要な電子コンポーネントとともに全体のセットアップ構成を図５に示す。アイカメラ３ｌ，３ｒは、特定カメラ電子機器１５に対して長さ１００ｍｍのケーブル１４により接続する。とくに、アイカメラ３ｌ，３ｒは、基本的電子コンポーネントのみを有するとともに、大部分の電子コンポーネントはカメラ電子機器１５内に配置する。このようにして、アイカメラ３ｌ，３ｒの主要な「光学的部品」は、カメラ電子機器１５内の主要「電子部品」から離れた位置に配置することができる。つぎに、双方の部品は、可撓性のＰＣＢケーブル１４によって接続することができる。このようにして、アイカメラ３ｌ，３ｒ内の光学的センサ及び基本電子コンポーネントは、極めて小さくコンパクト性の高な統一体をなすとともに、電子機器１５内の嵩張る電子コンポーネントはより空間的余裕のある集積回路板上の任意な位置に配置することができる。電子機器１５は前処理ユニット１６に接続し、この前処理ユニット１６は、アイカメラ３ｌ，３ｒからの信号を処理することができる。前処理ユニット１６は、眼鏡デバイス１のサイドバー５ｌ，５ｒ内に配置した前処理ユニット６と同一のとすることができる。前処理ユニット１６はＵＳＢハブ１９に接続する。フレーム４に設置したＬＥＤ９は、メガネレンズ８ｌ，８ｒの周りにそれぞれリング状に配列した第１赤外線ＬＥＤチェーン２１及び第２赤外線ＬＥＤチェーン２２を形成する。第１及び第２の赤外線ＬＥＤチェーン２１及び２２は、赤外線ＬＥＤ用の一定電流源２０に接続し、この一定電流源２０はＵＳＢハブ１９にも接続する。ＵＳＢハブ１９は、さらに、赤外線ＬＥＤ用の一定電流源２０のための電源としても作用する。赤外線ＬＥＤチェーン２１及び２２のＬＥＤ９は、個別にスイッチのオン・オフを行うことができる。このことを行うには、赤外線ＬＥＤチェーン２１及び２２のＬＥＤ９を赤外線ＬＥＤ用の一定電流源２０に並列ネットワーク状に接続し、各ＬＥＤ９用の個別電気スイッチを実装する。
【００５０】
ＵＳＢハブ１９は、ＵＳＢ２．０ケーブル２５を介して前処理ユニット２６に接続する。前処理ユニット２６内で処理した信号は、最終的にパーソナルコンピュータ２７内で分析し、このコンピュータは記録装置２８を含む。眼鏡デバイス１におけるインタフェースを形成する付加的な補助／同期ポート１３もＵＳＢハブ１９に接続する。補助／同期ポート１３は、他の電子デバイスと同期をとり、またパラレルなデータ取得をトリガするためのインタフェースとして作用することができる。電子機器１５、前処理ユニット１６、ＵＳＢハブ１９、及び赤外線ＬＥＤ用の一定電流源２０は、共通のプリント回路板ＰＣＢ２３上に配置する。
【００５１】
このセットアップ構成と同様に、シーンカメラ２も１００ｍｍケーブル１４により電子機器１５に接続する。この場合、電子機器１５は、第２プリント回路板ＰＣＢ２４上に配置し、この第２プリント回路板ＰＣＢ２４は、さらに、前処理ユニット１７も有する。前処理ユニット１７は、ダビンチ・デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）により電子機器に基づくものとすることができる。前処理ユニット１７は、電子機器１５から受け取る信号をエンコードする、ＭＰＥＧエンコーダ１８を含む。マイクロフォン１２も前処理ユニット１７に接続することができる。ＰＣＢ２４上に配置した前処理ユニット１７をＵＳＢハブ１９に接続する。このようにして、シーンカメラ２が取得した処理信号を最終的にパーソナルコンピュータ２７内で分析する。
【００５２】
前処理ユニット６，１６，１７及び２６は、２個のアイカメラ３ｌ，３ｒ及びシーンカメラ２により発生した３つの画像ストリームのうち、少なくとも１つの画像ストリームを圧縮することができる。この場合、異なる代替案が可能である。前処理ユニットは、１個のカメラの画像ストリームのみを圧縮するとともに、各カメラはそれ自身の前処理ユニットを有する。代案として、単独の前処理ユニットがすべてのカメラの画像ストリームを圧縮することができ、さらに、前処理ユニットは、システムインタフェース及び対応のソフトウェアを介して、解像度調整による帯域幅、関心領域、フレームレート及び圧縮パラメータを管理するよう構成可能にすることができる。前処理ユニットは、カメラによる画像撮影を同期的にトリガするよう設計する。カメラは、各撮影した画像にタイムスタンプを付与し、これらタイムスタンプを使用して、オフラインでいくつかの又はすべてのカメラデータストリームの同期をとることができるようにする。
【００５３】
前処理ユニットは、カメラの集積回路板上、又はヘッドマウント内若しくはヘッドマウント上に配置した個別の集積回路板上（例えば、眼鏡デバイス１のサイドバー５ｌ，５ｒ内の）、又は例えば、ベルトのような被検者３１が着用する個別のハウジング内のいずれかに配置することができる。
【００５４】
眼鏡デバイス１は、さらに、外部センサからリアルタイムでデータを取得できる補助インタフェースを有することができる。このようなセンサとしては、バイオメトリックセンサ（限定しないが、ＥＥＧ，ＥＣＧ等を含む）、姿勢センサ（限定しないが、加速度計、磁力計、ジャイロスコープ等を含む）がある。つぎに、外部センサのデータストリームをカメラ２，３ｌ及び３ｒから取得したデータストリームと同期させることができる。さらに、外部クロック又はトリガ信号を供給し、これらを使用して外部センサがシステムと自身を同期させることができる。インタフェースから取得したデータの帯域幅は、システム内に統合した基板取付処理リソースによって専用記録ユニット２８内に縮小又は圧縮することができる。
【００５５】
アイカメラ３ｌ，３ｒは、可視光又は近赤外光のいずれかに適合可能である。アイカメラは、使用者の顔面を２分割する垂直中心ラインに対して対称的に配置する。アイカメラ３ｌ，３ｒは、眼１０ｌ，１０ｒの前方かつ下方にそれぞれ配置し、例えば、１対のメガネレンズ８ｌ，８ｒにおける下側のリム内若しくはリムで眼１０ｌ，１０ｒに向かって３０゜〜５０゜の角度をなすよう、またフレーム４内に３０゜〜５０゜の角度をなすよう位置決めすることができる。この実施形態において、アイカメラ３ｌ，３ｒは近赤外光に対して感受性があるものとする。
【００５６】
シーンカメラ２は、使用者の顔を２つのハーフに分割する垂直中心線上に、又はフレーム４の鼻ブリッジに配置することができる。代案として、ヘルメット、キャップ又はヘッドバンドの縁、縁内又は縁に近接する位置に配置することもできる。シーンカメラ２はＨＤ（高解像度）及び／又は少なくとも７２０ｐ（１２８０×７２０ピクセル）の調整可能な解像度を有し、３０Ｈｚ又は６０Ｈｚで動作するものとすることができる。このシーンカメラは風景又は人物に対する指向性を有するよう取り付けることができる。さらに、その指向性は、風景から人物向けの指向性に変化（カメラロール）させることができ、また、カメラが指し示す方向を変化（カメラパン及びチルト）できるよう取り付けることができる。
【００５７】
単独のシーンカメラ２の代わりに、眼鏡デバイス１は１対のシーンカメラを有するものとすることができ、この場合、各シーンカメラは人物モード又は風景モードのいずれかの指向性を持たせることができる。さらに、各シーンカメラは、それぞれに対する他方の第２カメラとは独立的に指向性を持たせることができる。代案として、双方のシーンカメラ２を、互いに異なる、又は互いに異ならない固定指向性にすることができる。
【００５８】
さらに、プリズム又はレンズをシーンカメラ２の前面に取付け、メガネに対するシーンカメラ２の視野の異なった位置決め、とくに、近接レンジ読取り用途向けのより下方に向かう視野の位置決めを生ずるようにすることができる。
【００５９】
６個のＬＥＤ９を各メガネレンズ８の周りに配置する。ＬＥＤは、赤外線波長レンジ（典型的には７５０ｎｍより長く、１０００ｎｍ未満）にあり、中心波長が８５０ｎｍの光を発生する。ＬＥＤは赤外線ＬＥＤ用一定電流源２０によって供給される５０ｍＡの電流によって駆動される。
【００６０】
ＬＥＤ９により直接眼を照射する代わりに、光ガイドを用いる実施形態も考えられる。１個又は数個の光ガイド（例えば、光ファイバ）セグメントを使用することができる。眼の照射は、合焦光学系（構造化照明）で実施することができる。ＬＥＤ９の代わりに、適当な回折光学的又はレーザーを使用して、眼を照射するためのコヒーレント光のパターンを発生させることができる。光源を光学的素子（例えば、合焦光学系又は回折光学系）と一緒に使用して、眼１０ｌ，１０ｒにおける反射パターンを生ずることができる。照射源は可視光又は近赤外光のいずれかを発生できるものとする。照射源は、フレーム４内又はフレーム４上で、とくに、メガネレンズ８ｌ，８ｒの周りに円形状配列となるよう位置決めする。代案として、照射源は、ヘッドマウントディスプレイのフレームのリムに配置することができる。とくに、被検者３１の眼の表面で反射パターンを生ずるよう設計する。
【００６１】
図２に示す眼鏡デバイス１を被検者が着用するとき、図１０Ａに示す状況が簡単に実現される。アイカメラ３は、被検者の頭部に固定した眼鏡デバイス１により、眼１０における少なくとも１つのパラメータを取得する光路Ｍは、アイカメラ３から眼１０に至る直線上に存在する。
【００６２】
図３及び図１０Ｂは、眼鏡デバイス１の異なった形態を示す。眼鏡デバイス１は、フレーム４に取付けた光学的転向素子をなすミラー１１を有し、ミラー１１及びアイカメラ３は、被検者の頭部に固定した眼鏡デバイス１により、眼１０における少なくとも１つのパラメータを取得する光路Ｍが、アイカメラ３からミラー１１を経て眼１０に至るようフレームに配置する。図３の３次元的表示は、眼鏡デバイス１を後方又は内側から見た状態を示す。この図において、左眼１０ｌ及び右眼１０ｒの反射が、それぞれメガネレンズ８ｌ及び８ｒに見える。座標系は、ｚ軸が投影面に指向するデカルト座標系である。
【００６３】
このように、アイカメラ３ｌ，３ｒは、眼１０ｌ，１０ｒの前方及び上方に取付け、光ガイド又はミラー１１を眼１０ｌ，１０ｒの前方及び下方、例えば１対のメガネレンズ８ｌ，８ｒの下側リム内又は下側リムに配置し、アイカメラ３ｌ，３ｒが各眼１０ｌ，１０ｒの前方及びは下方からの透視画像を取得し、またその画像が眼１０ｌ，１０ｒに見えるようにする。光ガイド又はミラー１１は、（平坦）ミラー、球面ミラー、ドームミラー、カスタムレンズ、ホログラフィック・イメージガイド等のいずれかとすることができる。ミラー１１は、特定波長レンジのみで反射でき、他のレンジに対しては透過性を示すものとすることができる。
【００６４】
ミラー１１は平坦ミラー又は球面ミラーのいずれかとすることができる。球面ミラーは、アイカメラ３の視野を平坦ミラーで得られる視野を越えて拡大するという利点がある。図３の形態によれば、さらに、光学系を眼１０に極めて（セット方向に）近接させて配置でき、したがって、人間工学的にまた審美的に改善をもたらす。被検者自身の視野はほとんど阻害されない。ミラー１１は、いわゆるホットミラーとすることができ、すなわち、このミラーは、可視波長範囲では透過性を示し、赤外線波長レンジでは高い反射性を有する。このミラーは極めて薄くかつ中空（いわゆるドーム状）にすることができ、したがって、屈折に起因するゆがみを減少することができる。それは、極めて低い屈折率（ＩＯＲ：index of refraction）を示す材料から形成することができる。
【００６５】
図１０Ａ及び１０Ｂ双方の場合、アイカメラ３は、眼１０における少なくとも１つのパラメータを取得する光路Ｍがフレームインサート、すなわちメガネレンズ８を除外するよう配置する。さらに、メガネレンズ８は、眼１０の光軸Ｋ及び光路Ｍがともに使用する単独の光学的素子として眼１０を有するよう配置する。さらに、光路Ｍは、メガネレンズ８の眼１０に対向する側に延びて存在（延在）する空間Ｓｐ内に完全に延在する。
【００６６】
図２及び３並びに図１０Ａ及び１０Ｂに示す実施形態それぞれは、ともに上瞼による眼閉じを少なくする。
【００６７】
図６Ａ〜８は、従来技術と比較して眼鏡デバイス１のパララックス誤差の減少を示す。図６Ａから分かるように、被検者が実際に眼の焦点を合わせている対象の位置２９、及び眼鏡デバイス１が決定した注視ポイント３２は、従来既知の眼鏡デバイス１を使用するとき、通常は十分よく一致することはない。この作用は、通常、被検者が眼の焦点を合わせている対象２９に近づけば近づくほど、一層顕著となる。しかし、本発明の実施形態による眼鏡デバイス１では、決定した注視ポイント３２と実際の対象２９との間の一致度が極めてよく、測定距離が０.５ｍの短いものであったとしても、よく一致する（図６Ｂ参照）。このことは、眼球中心とカメラの焦点との間の距離を最小化することによって得られる。
【００６８】
この状況を図７で再び示す。眼１０及びシーンカメラ２を僅かに異なった位置に配置するとき、対象２９に合焦するそれぞれの視野角における差は、対象２９が眼１０及びシーンカメラ２それぞれに近づけば近づくほど一層顕著となる（すなわち、ｚの座標値が小さくなればなるほど、より大きいゆがみとなる）。眼鏡デバイス１は図６Ｂに示す状況に較正することができる。対象２９は較正平面Ｐ上に位置し、また眼鏡デバイス１を較正することによって、着用者は、決定された注視ポイント３２がまさに実際の対象２９にあると確信できる。較正は、一般的に被検者から若干離れた距離にある平面上で行う。このことは、シーンビデオフレームにおけるピクセルに対する測定した注視方向（角度）に関連する。この計算は、較正平面上に存在するポイントに対してのみ有効な結果を与える。較正平面上にないポイントに対しては、系統的な誤差（パララックス）が入ることになる。対象２９からの眼鏡デバイスの距離が大きくなるとき、較正平面Ｐまでの距離と対象２９までの実際の距離との差は顕著なずれを生ずる。本発明の実施形態による眼鏡デバイス１では、すべての距離ｄに対するこれらずれ又はパララックス誤差（図８に円形の記号Ｓ２で示す）は、従来技術によるデバイス（矩形の記号Ｓ１）によるものよりも相当小さい。細い×印は記号Ｓ２のグループに関連し、太い×印は記号Ｓ１のグループに関連する。×印は較正目的に使用された注視ポイント３２に対応する。
【００６９】
パララックス誤差は、眼の位置に対するシーンカメラ２の位置の関数として数学的にモデル化される。パララックスによる注視推定誤差は、数学的シミュレーションによって示される結果に従って、シーンカメラ２を眼１０にできるだけ接近させて配置することにより減少することができる。さらに、パララックス誤差は、両眼追跡から両眼転導を使用して注視ポイントまでの距離を推定することによって、また視線追跡デバイスに対する眼の位置を推定することによって補正することができる。
【００７０】
良好な結果を得るため、シーンカメラ２の視野を最適化することができる。標準光学系を有するシーンカメラ２の視野は、生理学上の注視レンジ全体をカバーしない（標準光学系の水平視野：４０゜〜５０゜; 典型的注視レンジ:６０％）。一実施形態において、シーンカメラ２の視野はそれぞれの用途に応じて最適化することができる。このような視野最適化を図９Ａ及び９Ｂで説明する。眼鏡デバイス１を着用する使用者は、同時に背景Ｂ及び携帯電話３０を見ている。図９Ａによれば、視野ＦＯＶ（field of view）１は主に背景Ｂをカバーする。被検者３１が携帯電話３０に目を落とすとき、注視方向の変化はアイカメラ３ｌ，３ｒ及びシーンカメラ２によって自動的に決定され、視野は風景指向性から人物指向性に切替えることによって自動的に調整される。このことは、シーンカメラ２をｚ軸周りに９０゜機械的に転回（ロール）することにより、又はシーンカメラ２の前面に光学的プリズムを使用することにより行うことができる。さらに、異なるチルト角度又はロール角度を有する２つのシーンカメラを使用することによっても可能である。代案として、光学的ビームスプリッタをシーンカメラ２の前方に使用することができる。
【００７１】
要するに、眼鏡デバイス１は、３個のカメラ、すなわち、２個のアイカメラ３ｌ，３ｒ及び少なくとも１個のシーンカメラ２よりなるヘッドマウント型視線追跡システムを形成する。３個のカメラ３ｌ，３ｒ及び２は、例えば、調整可能なフレームレート及び解像度によって、管理可能な帯域幅を有することができる。１個又は数個の前処理ユニット６，１６，１７及び２６は、カメラ２，３ｌ，３ｒから受け取ったビデオストリームの可変圧縮を行うのに設けることができる。ビデオストリームの圧縮レベルは、アイカメラ３ｌ，３ｒ及びシーンカメラ２のものと同一とする、又はアイカメラ３ｌ，３ｒ及びシーンカメラ２のものとは別個のものとすることができる。アイカメラ３ｌのフレームレートは全速力取得（撮影）に対応し、アイカメラ３ｒのフレームレートは１／１０速力取得に対応し、シーンカメラ２のフレームレートは１／２速力取得に対応するものとすることができる。異なったカメラのフレームレートを調整する代わりに、取得レートを同一となるよう選択し、データ処理をカメラ毎に異ならせて行うようにすることができる。一方のカメラによって得られたデータは、他のカメラによって得られたデータよりも多く圧縮するが、双方のカメラは同一のデータ量を取得するものとすることができる。さらに、異なる圧縮レートと異なる取得レートを組合わせることもできる。さらに、例えば、データを転送するとき、２つ目毎の取得画像を省き、ＣＰＵに送るデータ量を半分に減らすこともできる。カメラ２，３ｌ及び３ｒの信号は、ＰＣ２７内のＣＰＵに有線又は無線のインタフェース（図５参照）を介して転送することができる。他のデータ源用の補助インタフェース及びこれら他のデータ源との同期方法を眼鏡デバイス１に実装することができる。
【００７２】
眼鏡デバイス１は、数個の交換可能なピースよりなるシステムとして構成することができる。眼鏡デバイス１は、小さい鼻又は大きい鼻を有する顔用に、鼻ピース又は鼻支持体７の交換可能なセットを有する。このようにして、眼鏡デバイス１は問題なく視力補正メガネ上に着用することができる。さらに、眼鏡デバイス１は、所定波長レンジ用の異なる透光レベルを有する交換可能なメガネレンズ（例えば、透明メガネ又はサングラス）のための保持機構を有する。付加的に又は代替的に、交換可能なメガネレンズは、近赤外光学的フィルタを有し、照射源の波長にマッチし、また同一及び類似波長の外側から眼の表面に達する光の若干又はすべてをブロックし、眼の表面における信号対ノイズ比を改善できるようにする。眼鏡デバイス１は、アイカメラ３ｌ，３ｒ及びシーンカメラ２のためのマウント又はハウジングとして作用する、リム及び鼻ブリッジを有する。アイカメラ３ｌ，３ｒは、交換可能なメガネレンズ８ｌ，８ｒの背後に視野が広がるように取り付ける。
【００７３】
眼鏡デバイス１によれば、視線追跡、オキュロメトリクス、バイオメトリクス、及び位置及びモーション測定を行い、自由に動ける設定にした人間行動をできる限り完全に測定及び分類することができるようになる。ヘッドマウント型視線追跡装置は、較正フリーであり、乱視推定を行えるよう実現する。視線追跡機能はセットアップ時間がゼロである。調整は不要である。被検者３１は、眼鏡デバイス１を着用するだけで、使用を開始することができる。人の眼の動きにおける生理学的レンジ（水平方向に８０゜、垂直方向に６０゜）をカバーする極めて大きな注視追跡レンジを有する。眼鏡デバイスは、極めて堅牢であり、注視マッピングに高い精度を有する。眼鏡デバイスは、乱視を補償し、パララックスを少なくし、瞳孔軸線シフトを補償し、また較正フリー若しくは１点較正の特徴を使用して較正を行うことができる。さらに、民族（白色人種、アジア系人種、アフリカ系人種等）、性別及び年齢を問わず動作するよう設計する。シーンカメラ２の視野を最適化する。光学的センサ、慣性センサ又は磁気センサを使用することにより、頭部追跡機能を実装することができる。眼鏡デバイスは、さらに、バイオメトリックの特徴、例えば、瞳孔又は角膜縁直径測定、及びＥＥＧ、ＥＣＧ、ＥＯＧ等とのインタフェースをとって同期させる選択肢も与える。最後に、ヘッドマウントディスプレイに組入れることができる。バーチャル画像をパーソナルコンピュータのスクリーンにおける被検眼に投影することができる。さらに、眼の動き（注視、まばたき）を使用してバーチャル画像における「オブジェクト」との対話的相互作用を提供することができる。
【００７４】
頭部追跡機能は、３軸ジャイロスコープ、３軸加速度計及び／又は３軸磁力計を光学的センサとともに使用し、六次元的頭部追跡用に実現することができる。
【００７５】
要約すると、眼鏡デバイス１は、極めて固有の光学的及び電子的アーキテクチャを用意する。電子的アーキテクチャに関しては、割り当て可能な帯域幅を有する３個以上の高解像度カメラを眼鏡デバイス１に組込む。アイカメラ３ｌ，３ｒ及びシーンカメラ２用の個別の処理チャネルを設けることが考えられる。光学的アーキテクチャは、種々の特性を有する交換可能なメガネレンズによって特徴付けられる。アイカメラ３ｌ，３ｒの光路は、メガネ又はメガネレンズ８ｌ，８ｒそれぞれの背後に延在するものとする。さらに、ＬＥＤ９のセットにより、眼１０ｌ，１０ｒの極めて可変の照射照明を行うことができる。例えば、眼の周りの照射ジオメトリを制御することができる。特定ＬＥＤのサブセットは、ストロボ効果及び順序付けによって制御することができる。最後に眼の照射照明は、点光源、ライン光源又は２次元配列光源により行うことができる。
【符号の説明】
【００７６】
１                  眼鏡デバイス
２                  シーンカメラ
３,３ｌ,３ｒ        アイカメラ
４                  フレーム
５ｌ,５ｒ           サイドバー
６                  前処理ユニット
７                  鼻支持体
８,８ｌ,８ｒ        メガネレンズ
９                  ＬＥＤ
１０,１０ｌ,１０ｒ  眼
１１                ミラー
１２                マイクロフォン
１３                補助／同期ポート
１４                ケーブル
１５                電子機器
１６                前処理ユニット
１７                前処理ユニット
１８                ＭＰＥＧエンコーダ
１９                ＵＳＢハブ
２０                赤外線ＬＥＤ一定電流源
２１,２２           赤外線ＬＥＤチェーン
２３,２４           ＰＣＢ
２５                ＵＳＢ２.０ケーブル
２６                前処理ユニット
２７                パーソナルコンピュータ
２８                記録装置
２９                対象
３０                携帯電話
３１                被検者
３２                注視ポイント
ｗ１,ｗ２           幅
ｈ                  高さ
ｌ                  長さ
ａ                  チルト角度
Ｋ                  光軸
Ｍ                  光路
Ｏ                  基準座標系の原点
Ｐ                  較正平面
Ｓｐ                空間
ｄ                  距離
Ｓ１,Ｓ２           記号
Ｂ                  背景
ＦＯＶ１,ＦＯＶ２   視野
ｘ,ｙ,ｚ            軸
【図１Ａ】
0006030075.tif 000002
【図１Ｂ】
0006030075.tif 000003
【図１Ｃ】
0006030075.tif 000004
【図１Ｄ】
0006030075.tif 000005
【図２】
0006030075.tif 000006
【図３】
0006030075.tif 000007
【図４】
0006030075.tif 000008
【図５】
0006030075.tif 000009
【図６Ａ】
0006030075.tif 000010
【図６Ｂ】
0006030075.tif 000011
【図７】
0006030075.tif 000012
【図８】
0006030075.tif 000013
【図９Ａ】
0006030075.tif 000014
【図９Ｂ】
0006030075.tif 000015
【図１０Ａ】
0006030075.tif 000016
【図１０Ｂ】
0006030075.tif 000017