(57)【要約】【課題】視標が移動しているときの被験者の視機能の計測を、少ない部品点数で網膜上での視標の大きさを一定に保ちながら小型の装置で実現する。【解決手段】まず、凹面鏡２の方向を向いている被験者Ｐに対して画像表示装置１の画像の虚像がハーフミラー３を介して呈示されている状態において、移動装置４が画像表示装置１を上下方向に往復運動させることによって、虚像が往復運動する。計測装置６では、虚像が往復運動している間、虚像が呈示されている被験者Ｐの眼を予め設定された計測タイミングごとに撮像部６１が撮像し、演算部６２が撮像画像から瞳孔径（被験者Ｐの眼に関する特徴量）を算出する。位置検出部５は、上記計測タイミングごとに画像表示装置１の位置を検出することによって、各計測タイミングにおける虚像の位置を検出する。判定部７は、各計測タイミングにおける瞳孔径と虚像の位置との関係を用いて、被験者Ｐの視機能の状態を判定する。【選択図】図１
2011050479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者に視標を呈示して当該被験者の視機能を計測する視機能計測装置であって、
前記視標を生成するための物体との光学距離が焦点距離より短くなるように設けられ当該物体の虚像を前記視標とする凹面鏡と、
前記虚像が往復運動するように前記凹面鏡の焦点距離より短い範囲内で当該凹面鏡と前記物体との間の光学距離を変化させる移動手段と、
前記移動手段によって前記光学距離が変化しているときに前記虚像の位置を検出する位置検出手段と、
前記移動手段によって前記光学距離が変化しているときに前記被験者の眼に関する特徴量を計測する特徴量計測手段と、
前記位置検出手段で検出された虚像位置と前記特徴量計測手段で計測された前記特徴量との関係から前記虚像が往復運動しているときの前記視機能の状態を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする視機能計測装置。
【請求項２】
前記特徴量計測手段は、
前記被験者の眼を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像画像を用いて前記特徴量を算出する演算部と
を有することを特徴とする請求項１記載の視機能計測装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記撮像画像から前記特徴量として前記被験者の瞳孔径を算出することを特徴とする請求項２記載の視機能計測装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記撮像画像から前記特徴量として前記被験者の水晶体の屈折力を算出することを特徴とする請求項２記載の視機能計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の視機能計測装置を備え、
前記移動手段は、前記特徴量の変化が前記虚像の位置変化に追従するように前記光学距離の変化条件を変更して前記虚像の移動状態を調整する
ことを特徴とする視機能訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者に視標を呈示して被験者の視機能を計測する視機能計測装置およびそれを用いた視機能訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術の進歩に伴い、視覚端末装置（例えばパーソナルコンピュータのモニタなど）を用いた作業（以下「ＶＤＴ作業」という）が増加している。この情報技術の進歩によって、業務の効率や精度を大きく向上させることができる。
【０００３】
ところが、ＶＤＴ作業は、作業者が視覚端末装置を近距離で長時間見続けるため、作業者の視機能の疲労が問題となっている。同様の視機能の疲労は、テレビモニタを長時間にわたって視聴した場合などにも生じる。視機能としては、焦点調節機能や瞳孔反応、輻輳などがある。焦点調節機能とは、水晶体と視標との間の距離に応じて、水晶体の屈折力を変化させることで、常に網膜上で像を結像させる機能をいう。瞳孔反応とは、光量変化などの刺激に応じて瞳孔を調節することをいう。輻輳とは、近くの物体を見るときに、近くに焦点が合うような視線に、眼の筋肉を内側（鼻側）によせることをいう。視機能の疲労の代表例としては、調節けいれんに代表される焦点調節機能の疲労が挙げられる。視覚端末装置またはテレビモニタの表示画面を作業者が近距離で注視する場合、焦点調節機能の駆動源である毛様体筋が緊張状態になる。焦点調節機能の疲労は、近距離での作業が長時間行われた結果、焦点調節機能の緊張が持続することによって生じる。近距離での作業に伴う焦点調節機能の疲労（眼精疲労）が生じた場合、水晶体の屈折力が高くなって近視化するほか、焦点調節に関する調節速度の低下や調節時間の遅延が生じる。
【０００４】
ところで、従来から、以下に示すような方法によって作業者（被験者）の焦点調節機能を計測する焦点調節機能計測装置が知られている（例えば特許文献１参照）。従来の焦点調節機能計測装置は、視標の呈示位置（視距離）を変化させるレンズ系を備え、異なる呈示位置ごとに静止状態の視標を被験者に呈示して水晶体の屈折力の変化を連続的に計測し、呈示位置ごとの屈折力の経時変化から所定の高周波成分（調節微動の高周波成分）の出現頻度を求めることによって、呈示位置ごとの被験者の焦点調節機能を計測する。
【０００５】
また、従来から、視標である表示装置を移動させて被験者の視力を測定する視力測定装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２９６３１０号公報
【特許文献２】特開２００６−２６３０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、光学系としてレンズ系を用いた装置は、光学系を構成するための光学部品点数が多くなる傾向がある。したがって、特許文献１の焦点調節機能計測装置では、視標の生成にレンズ系を用いていることから、集光レンズや測定用ターゲット板、投影レンズ、ビームスプリッタ、対物レンズなどを必要とし、光学部品点数が多くなるという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献２の視力測定装置では、視標となる物体（表示装置）そのものを移動させるため、視標の移動距離を長くするほど装置全体が大型化するという問題があった。また、物体そのものを視標とする場合、通常、視距離に応じて網膜上での視標の大きさが変化する。このため、特許文献２の視力測定装置では、視距離が変化しても網膜上での視標の大きさを一定にするための光学部品をさらに追加する必要がある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みて為され、本発明の目的は、視標が移動しているときの被験者の視機能の計測を、少ない部品点数で網膜上での視標の大きさを一定に保ちながら小型の装置で実現することができる視機能計測装置およびそれを用いた視機能訓練装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る視機能計測装置の発明は、被験者に視標を呈示して当該被験者の視機能を計測する視機能計測装置であって、前記視標を生成するための物体との光学距離が焦点距離より短くなるように設けられ当該物体の虚像を前記視標とする凹面鏡と、前記虚像が往復運動するように前記凹面鏡の焦点距離より短い範囲内で当該凹面鏡と前記物体との間の光学距離を変化させる移動手段と、前記移動手段によって前記光学距離が変化しているときに前記虚像の位置を検出する位置検出手段と、前記移動手段によって前記光学距離が変化しているときに前記被験者の眼に関する特徴量を計測する特徴量計測手段と、前記位置検出手段で検出された虚像位置と前記特徴量計測手段で計測された前記特徴量との関係から前記虚像が往復運動しているときの前記視機能の状態を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る視機能計測装置の発明は、請求項１の発明において、前記特徴量計測手段は、前記被験者の眼を撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像画像を用いて前記特徴量を算出する演算部とを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る視機能計測装置の発明は、請求項２の発明において、前記演算部は、前記撮像画像から前記特徴量として前記被験者の瞳孔径を算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る視機能計測装置の発明は、請求項２の発明において、前記演算部は、前記撮像画像から前記特徴量として前記被験者の水晶体の屈折力を算出することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る視機能訓練装置の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の視機能計測装置を備え、前記移動手段は、前記特徴量の変化が前記虚像の位置変化に追従するように前記光学距離の変化条件を変更して前記虚像の移動状態を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、凹面鏡により結像される虚像を視標とすることによって、物体と凹面鏡との間の光学距離の変化が小さくても、視標を大きく移動させることができる。つまり、請求項１の発明によれば、所定の距離だけ視標を移動させるときに、凹面鏡を用いずに視標を移動させる場合（例えばレンズ系を用いる場合など）に比べて、装置全体を小型化することができる。
【００１６】
また、請求項１の発明によれば、凹面鏡により結像される虚像を視標とすることによって、虚像が遠くで結像するほど拡大するので、視距離に関係なく画角を一定にすることができる。その結果、視距離が変化しても網膜上での視標の大きさを一定に保つことができるので、視標の移動を被験者に気付かせにくくすることができる。つまり、視標が被験者から遠くの位置にあっても近くの位置にあっても、網膜上での視標を同じ大きさにして被験者に呈示することができる。
【００１７】
さらに、請求項１の発明によれば、視標の生成に凹面鏡を用いることによって、レンズ系を用いる場合に比べて、光学部品点数を少なくすることができる。
【００１８】
また、請求項１の発明によれば、物体と凹面鏡との間の光学距離を変化させて視標を往復運動させて被験者に呈示しながら、虚像の位置と被験者の眼に関する特徴量との関係から被験者の視機能の状態を判定することによって、視標が移動しているときの被験者の動的な視機能を計測することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、被験者の眼が撮像された撮像画像を用いて被験者の眼に関する特徴量を算出することによって、上記特徴量を容易に計測することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、撮像画像から被験者の眼に関する特徴量として被験者の瞳孔径を算出することによって、視距離が近くなると起こる縮瞳の状態を判断することができるので、眼精疲労が顕著に現れる瞳孔反応を用いて被験者の視機能の状態を判定することができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、撮像画像から被験者の眼に関する特徴量として被験者の水晶体の屈折力を計測することによって、被験者の視機能の状態を精度よく判定することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、特徴量の変化が虚像の位置変化に追従するように物体と凹面鏡との間の光学距離の変化条件を変更することによって、虚像の移動に対して被験者の眼に関する特徴量が直ちに応答できるように虚像の移動状態を調整することができるので、被験者の視機能の訓練を効果的に行えるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１に係る視機能計測装置の構成を示す外観図である。
【図２】凹面鏡の原理を示す図である。
【図３】同上に係る視機能計測装置において眼球の撮像画像を示す図である。
【図４】実施形態２に係る視機能計測装置において被験者の水晶体の屈折力を計測する原理を説明する図である。
【図５】実施形態４に係る視機能計測装置の構成を示す外観図である。
【図６】同上に係る視機能計測装置の構成を示す分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施形態１）
実施形態１では、被験者に視標を呈示して被験者の視機能を計測する視機能計測装置について説明する。本実施形態に係る視機能計測装置は、図１に示すように、画像を表示する画像表示装置１と、画像表示装置１との光学距離が焦点距離より短くなるように設けられた凹面鏡２と、被験者Ｐの観測位置である観測点を通る凹面鏡２の光軸Ｌｘに斜交して設けられたハーフミラー３と、画像表示装置１を移動させる移動装置４と、虚像Ｂ（図２参照）の位置を検出する位置検出部５と、被験者Ｐの眼に関する特徴量を計測する計測装置６と、被験者Ｐの視機能の状態を判定する判定部７とを備えている。
【００２５】
通常、被験者Ｐには、視距離が近くなると縮瞳が起こる。これは、近見反射、もしくは、近見縮瞳などと呼ばれる。したがって、本実施形態の視機能計測装置では、縮瞳の状態を判定することによって、視機能の状態を判定する。
【００２６】
画像表示装置１は、例えば液晶パネルや有機エレクトロルミネッセンス（Organic Electro-Luminescence）ディスプレイなど小型のフラットパネルディスプレイであり、画像表示面１０に画像を表示する。画像表示面１０に表示される画像内容は、特に限定される内容ではなく、例えば文書や静止画（写真、絵）、動画（映像）、ゲームなど、被験者Ｐの好みに応じた内容でよい。画像表示装置１は、表示画像の切替や画像処理などを容易に制御することができる。画像表示装置１は、視標を生成するための装置であり、本発明の物体に相当する。
【００２７】
画像表示装置１は、後述する被験者Ｐの視機能の計測中において、被験者Ｐに対して一定の明るさの虚像Ｂを呈示するために、凹面鏡２との間の光学距離（凹面鏡２に対する相対位置）に応じて表示画像の明るさを変化させることが可能である。また、画像表示装置１は、被験者Ｐの好みに応じて表示画像の明るさを変化させることが可能である。
【００２８】
凹面鏡２は、画像表示装置１で表示される画像を反射し、ハーフミラー３を介して画像の虚像Ｂ（図２参照）を視標として被験者Ｐに呈示する。被験者Ｐの観測位置である観測点は、凹面鏡２の前方（図１の左方）に位置する。
【００２９】
ハーフミラー３は、凹面鏡２の光軸Ｌｘに４５°の角度で交差するように設けられている。画像表示装置１からの画像は、ハーフミラー３において凹面鏡２に向けて凹面鏡２の光軸Ｌｘの方向に反射する。画像の虚像Ｂは、ハーフミラー３を透過して被験者Ｐに呈示される。
【００３０】
上記のような画像表示装置１、凹面鏡２およびハーフミラー３の配置により、画像表示装置１からの画像がハーフミラー３の凹面鏡２側で反射して凹面鏡２に投影され、ハーフミラー３を介して上記画像の虚像Ｂを被験者Ｐが視認可能になる。これにより、虚像Ｂを注視する被験者Ｐと凹面鏡２との間に画像表示装置１が設けられるような構造とは異なり、画像表示装置１が被験者Ｐの視線を遮ることはない。
【００３１】
移動装置４は、画像表示装置１の移動機構であり、保持板４０と、リニアガイド４１と、送りねじ４２と、プーリ４３ａおよびプーリベルト４３ｂと、モータ４４と、制御部４５とを備えている。移動装置４は、本発明の移動手段に相当する。
【００３２】
保持板４０には、画像表示装置１が保持されている。リニアガイド４１は、保持板４０を支持している。モータ４４は、移動装置４の駆動源となる電子モータである。プーリ４３ａおよびプーリベルト４３ｂは、モータ４４の回転駆動力を送りねじ４２に伝達する。制御部４５は、モータ４４を制御する。
【００３３】
制御部４５の制御によってモータ４４で発生した回転駆動力は、プーリ４３ａおよびプーリベルト４３ｂを介して送りねじ４２に伝達される。送りねじ４２において回転運動が直線運動に変換され、保持板４０および画像表示装置１が上下方向（図１の矢印方向）に移動する。つまり、移動装置４は、制御部４５がモータ４４を制御することによって、保持板４０および画像表示装置１を移動させる。このとき、制御部４５は、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が凹面鏡２の焦点距離より短い範囲内で変化するように、画像表示装置１を上下方向に往復運動させる。これにより、虚像Ｂ（図２参照）を往復運動させることができる。また、制御部４５は、モータ４４の回転速度を制御することによって、画像表示装置１の移動速度を自由に設定することができる。これにより、被験者Ｐの眼の生理学的側面に適合した移動速度則などにしたがう速度で画像表示装置１を移動させることができる。
【００３４】
次に、凹面鏡２を用いた画像表示の原理について図２を用いて説明する。Ｆは、凹面鏡２の焦点位置である。実像である物体Ａ（本実施形態では画像表示装置１）が凹面鏡２の焦点位置Ｆより凹面鏡２側にあるとき、凹面鏡２に形成される像はＢで表される正立虚像となる。凹面鏡２と虚像Ｂとの間の距離ｂは、凹面鏡２と物体Ａとの間の距離ａと、焦点距離ｆとによって、
ｂ＝ａ×ｆ／（ａ−ｆ）  （１）
と表わされる。また、虚像Ｂの大きさＢ１Ｂ２は、物体Ａの大きさをＡ１Ａ２とすると、
Ｂ１Ｂ２＝Ａ１Ａ２×｜ｆ｜／｜ａ−ｆ｜  （２）
となる。
【００３５】
本実施形態の視機能計測装置では、凹面鏡２の中心点Ｏと焦点位置Ｆとの範囲内で物体Ａを移動させた際に形成される虚像Ｂを観測対象とする。これにより、物体Ａの小さな移動に対して、観測対象となる虚像Ｂの大きな移動を実現することができる。上記視機能計測装置の実施可能な例として、例えばｆ＝１５０ｍｍ、鏡面の曲率半径３００ｍｍの球面である凹面鏡２を用いた場合、ａ＝１００ｍｍのときｂ＝−０．３ｍとなり、ａ＝１４８ｍｍのときｂ＝−１１．０ｍとなる。虚像Ｂは、物体Ａの移動に比べて、非常に大きな移動を実現することができる。つまり、物体Ａの小さな移動で、観測対象である虚像Ｂの大きな移動を実現することができる。
【００３６】
また、物体Ａが焦点位置Ｆに近づいて虚像Ｂが遠点に近づくにつれて、物体Ａに対する虚像Ｂの拡大率は大きくなる。その結果、距離ｂが変化しても、観測者の眼の網膜上における虚像Ｂの大きさはほぼ一定となる。
【００３７】
上記より、凹面鏡２を用いた視機能計測装置では、物体Ａと凹面鏡２との距離ａを連続的に変化させることにより、物体Ａの虚像Ｂを注視する観測者の眼の焦点調節機能に刺激を与え続けることができる。
【００３８】
本実施形態では、移動装置４が画像表示装置１を上下に移動させることにより、画像表示装置１の画像表示面１０上の画像と凹面鏡２の光軸Ｌｘとの間の距離が変化し、画像表示装置１と凹面鏡２との光学距離が変化する。上記光学距離が変化すると、凹面鏡２と虚像Ｂとの間の距離も変化する。
【００３９】
位置検出部５は、コンピュータで構成され、移動装置４によって画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が変化しているときに、予め設定された計測タイミングごとに虚像Ｂ（図２参照）の位置を検出する。本実施形態では、制御部４５による画像表示装置１の移動制御の情報を取得することによって、虚像Ｂの位置を検出する。位置検出部５は、本発明の位置検出手段に相当する。
【００４０】
計測装置６は、光源６０と、撮像部６１と、演算部６２とを備え、移動装置４によって画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が変化しているときに、虚像Ｂ（視標）が呈示されている被験者Ｐの眼に関する特徴量として、被験者Ｐの瞳孔径φ（図３参照）を計測する。計測装置６は、本発明の特徴量計測手段に相当する。
【００４１】
光源６０は、赤外光発光ダイオードであり、ＤＣ電源（図示せず）から直流電力が供給されると、被験者Ｐの眼球へ赤外光を出射する。被験者Ｐの眼球表面で反射した赤外光は、再びハーフミラー３で反射して撮像部６１に入射する。なお、光源６０は、被験者Ｐの視野を妨げないように配置されている。また、光源６０の発光波長は赤外線波長領域にあるので、光源６０からの光が被験者Ｐに感知されることはなく、被験者Ｐの不安を軽減することができる。
【００４２】
撮像部６１は、赤外線に対して感度を有する赤外線ＣＣＤカメラであり、ＤＣ電源（図示せず）から直流電力が供給されると、光源６０からの赤外光が被験者Ｐの眼に照射されている間、被験者Ｐの眼を上記計測タイミングごとに撮像する。図３に示す撮像画像６３は白黒濃淡画像である。
【００４３】
図１に示す演算部６２は、画像処理用のソフトウェアが実装されたコンピュータであり、ビデオキャプチャ（図示せず）を介して撮像部６１から撮像画像６３を取得する。図３に示す撮像画像６３を取得した演算部６２は、撮像画像６３において、水平方向に沿った走査信号ラインにおける各画素の画素値（輝度値）を取り出す。被験者Ｐにおいて瞳孔は虹彩や白目などの周辺部分に比べて暗くなっているため、撮像画像６３において瞳孔に相当する部分（以下「瞳孔部分」という）６３０の画素値は周辺部分に比べて低くなっている。演算部６２は、走査信号ライン上の各画素の画素値と所定の閾値とを比較し、画素値が閾値未満である画素の集合を抽出する。演算部６２は、撮像画像６３ごとに、上記の処理を撮像画像６３の上端から下端まで行い、それぞれの走査信号ライン上で画素値が閾値未満である画素の集合を抽出することによって、瞳孔部分６３０を求め、撮像画像６３ごとに被験者Ｐの瞳孔の位置や瞳孔径φ（瞳孔の大きさ）を求める。
【００４４】
ところで、演算部６２では、走査信号ライン上における各画素の画素値と閾値とを比較することによって瞳孔部分６３０が抽出されるので、閾値の大きさによって瞳孔部分６３０の大きさが変化する。
【００４５】
そこで、演算部６２は、閾値を変化させながら、閾値ごとに瞳孔径φを求める。閾値と瞳孔径φとの関係から、瞳孔径φが一定となる閾値の範囲が求められる。演算部６２は、瞳孔径φが一定となる閾値の範囲から最終的な閾値を設定する。演算部６２は、撮像画像６３ごとに、最終的な閾値を用いて、上述したように瞳孔部分６３０を求める。
【００４６】
なお、閾値は、上記のようにして演算部６２が設定する以外の手法で設定してもよく、例えば操作者が撮像画像６３などを用いて手動で設定してもよい。
【００４７】
図１に示す判定部７は、コンピュータで構成され、位置検出部５で検出された虚像Ｂの位置情報と、計測装置６で計測された被験者Ｐの瞳孔径φの情報とを取得する。判定部７は、取得した虚像Ｂの位置情報と瞳孔径φの情報との関係から、虚像Ｂの位置が変化したときの瞳孔径φの変化を求めて、被験者Ｐの視機能の状態を判定する。判定部７は、本発明の判定手段に相当する。
【００４８】
次に、虚像Ｂの移動範囲について説明する。実像（画像表示装置１）と虚像Ｂとの位置関係を示す式（１）より、画像表示装置１が焦点位置に近づくにつれて、虚像Ｂは急激に無限遠へと移動する。また、２０歳代の被験者Ｐが明視できる最も近い点すなわち調節近点は平均０．１１８ｍ（約８．５ジオプター）といわれている。したがって、最も近い位置（最近位置）は、被験者Ｐからの距離が−０．１ｍ程度の位置にすれば十分である。上記最近位置は、画像表示装置１とハーフミラー３との干渉の点からも妥当な値である。一方、最も遠い位置（最遠位置）は、被験者Ｐからの距離が−１０ｍ（−０．１Ｄ）程度の位置にすればよい。制御部４５は、最遠位置と最近位置を実現するように設定された画像表示装置１の移動範囲内で画像表示装置１を移動させるように、モータ４４を制御する。
【００４９】
次に、本実施形態に係る視機能計測装置の使用方法について説明する。まず、被験者Ｐは観測点から凹面鏡２の方向（図１の方向）を向き、画像表示装置１の画像の虚像Ｂが呈示される。その後、移動装置４が画像表示装置１を上下方向に往復運動させることによって、虚像Ｂが往復運動する。虚像Ｂが往復運動している間、虚像Ｂが呈示されている被験者Ｐの眼を予め設定された計測タイミングごとに撮像部６１が撮像し、演算部６２が撮像画像６３（図３参照）から瞳孔径φを算出する。位置検出部５は、上記計測タイミングごとに画像表示装置１の位置を検出することによって、各計測タイミングにおける虚像Ｂの位置を検出する。続いて、各計測タイミングにおける瞳孔径φと虚像Ｂの位置との関係を用いて、判定部７が被験者Ｐの視機能の状態を判定する。
【００５０】
以上、本実施形態によれば、凹面鏡２により結像される虚像Ｂを視標とすることによって、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離の変化が小さくても、視標を大きく移動させることができる。つまり、本実施形態によれば、所定の距離だけ視標を移動させるときに、凹面鏡２を用いずに視標を移動させる場合（例えばレンズ系を用いる場合など）に比べて、装置全体を小型化することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、凹面鏡２により結像される虚像Ｂを視標とすることによって、虚像Ｂが遠くで結像するほど拡大するので、視距離に関係なく画角を一定にすることができる。その結果、視距離が変化しても網膜上での視標の大きさを一定に保つことができるので、視標の移動を被験者Ｐに気付かせにくくすることができる。つまり、視標が被験者Ｐから遠くの位置にあっても近くの位置にあっても、網膜上での視標を同じ大きさにして被験者Ｐに呈示することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態によれば、視標の生成に凹面鏡２を用いることによって、レンズ系を用いる場合に比べて、光学部品点数を少なくすることができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離を変化させて虚像Ｂ（視標）を往復運動させて被験者Ｐに呈示しながら、虚像Ｂの位置と被験者Ｐの瞳孔径φ（被験者Ｐの眼に関する特徴量）との関係から被験者Ｐの視機能の状態を判定することによって、虚像Ｂ（視標）が移動しているときの被験者Ｐの動的な視機能を計測することができる。
【００５４】
さらに、本実施形態によれば、被験者Ｐの眼が撮像された撮像画像６３を用いて被験者Ｐの瞳孔径φ（被験者Ｐの眼に関する特徴量）を算出することによって、特徴量を容易に計測することができる。このとき、本実施形態によれば、撮像画像６３から被験者Ｐの眼に関する特徴量として被験者Ｐの瞳孔径φを算出することによって、視距離が近くなると起こる縮瞳の状態を判断することができるので、眼精疲労が顕著に現れる瞳孔反応を用いて被験者Ｐの視機能の状態を判定することができる。
【００５５】
なお、本実施形態の視機能計測装置は、物体として画像表示装置１を用いているが、この視機能計測装置の変形例として、物体として、画像表示装置１ではなく、立体物を用いてもよい。この場合、立体物は、保持板４０に直接または間接的に取り付けられることによって、移動可能となる。このような立体物を物体として用いた構成であっても、本実施形態と同様の動作を行うことができ、その結果、本実施形態と同様の効果を奏する。以下の実施形態２〜５においても同様である。
【００５６】
また、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離を変えるためには、画像表示装置１のみを移動する方式、凹面鏡２のみを移動する方式、画像表示装置１と凹面鏡２の両方を移動する方式の３方式がある。本実施形態の視機能計測装置は、画像表示装置１のみを移動させる移動装置４を移動手段として備えているが、この視機能計測装置の変形例として、移動装置４に代えて、あるいは移動装置４とともに、凹面鏡２を光軸Ｌｘの方向に移動させる凹面鏡移動装置を移動手段として備えてもよい。この視機能計測装置は、凹面鏡２を移動させることによって、虚像Ｂを移動させることができる。ただし、被験者Ｐが虚像Ｂを正しく観測するためには、凹面鏡２に対する被験者Ｐの眼の位置は、ある範囲内に限定される。このため、凹面鏡２を移動させる場合、被験者Ｐの眼の位置も移動する必要がある。したがって、上記３方式のうちでは、画像表示装置１のみを移動する方式が最も優れており、現実的である。つまり、移動手段としては、被験者Ｐの眼の位置を移動させる必要がない点で、本実施形態の移動装置４のほうが凹面鏡移動装置より優れており、現実的である。以下の実施形態２〜５においても同様である。
【００５７】
（実施形態２）
実施形態２に係る視機能計測装置は、被験者Ｐの眼に関する特徴量として被験者Ｐの瞳孔径φを計測するのではなく、被験者Ｐの水晶体の屈折力（厚さ）を計測する点で、実施形態１に係る視機能計測装置と相違する。
【００５８】
本実施形態の計測装置６は、オートレフラクトメータの原理を用いて、被験者Ｐの水晶体の屈折力を計測する。本実施形態の光源６０は、図４（ａ）に示すようなパターンＤを被験者Ｐの眼球Ｐ１に照射する。本実施形態の撮像部６１は、図４（ａ）に示す眼球Ｐ１の眼底Ｐ２での結像を撮像することが可能なカメラである。本実施形態の演算部６２は、撮像部６１で撮像された撮像画像６３から、図４（ａ）に示す眼球Ｐ１の眼底Ｐ２に生じる像の大きさを求める。眼底Ｐ２に生じる像の大きさは、水晶体の屈折力によって、図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように変化する。したがって、演算部６２は、求めた像の大きさから、被験者Ｐの水晶体の屈折力を算出することができる。
【００５９】
本実施形態の判定部７は、虚像Ｂが遠点から近づいたときに図４（ｂ）に示す像となり、虚像Ｂが遠点に向かって遠ざかったときに図４（ｄ）に示す像となる場合、被験者Ｐの水晶体の屈折力が虚像Ｂの移動と同じように変化していると判定する。これに対して、虚像Ｂが遠点から近づいてきたときに図４（ｄ）に示す像となったり、虚像Ｂが遠点に向かって遠ざかったときに図４（ｂ）に示す像となったりした場合、判定部７は、被験者Ｐの水晶体の屈折力が虚像Ｂの移動とは異なる変化をしていると判定する。これにより、本実施形態の判定部７は、被験者Ｐの視機能の状態を判定することができる。
【００６０】
以上、本実施形態によれば、撮像画像６３から被験者Ｐの眼に関する特徴量として被験者Ｐの水晶体の屈折力を計測することによって、被験者Ｐの視機能の状態を精度よく判定することができる。
【００６１】
（実施形態３）
実施形態３に係る視機能計測装置は、プルキニエ像の原理を用いて被験者Ｐの水晶体の屈折力を計測する点で、実施形態２に係る視機能計測装置と相違する。なお、本実施形態の光源６０および撮像部６１は、実施形態１と同様である。
【００６２】
本実施形態の視機能計測装置の動作について説明する。まず、光源６０から眼球への入射光は、角膜の表面、角膜の裏面、水晶体の表面、水晶体の裏面のそれぞれで反射する。それぞれの反射像を第１〜第４のプルキニエ像という。第１〜第４のプルキニエ像は、撮像画像６３から検出される。続いて、演算部６２は、第１，第４のプルキニエ像の位置をそれぞれ検出する。その後、演算部６２は、光源６０の位置と、第１のプルキニエ像の位置と、第４のプルキニエ像の位置とから、光線の屈折状態を求め、被験者Ｐの水晶体の屈折力を算出することができる。
【００６３】
以上、本実施形態によれば、撮像画像６３から被験者Ｐの眼に関する特徴量として被験者Ｐの水晶体の屈折力を簡単に計測することができる。
【００６４】
なお、実施形態２の視機能計測装置は、オートレフラクトメータの原理を用いて、被験者Ｐの水晶体の屈折力を求め、実施形態３の視機能計測装置は、プルキニエ像の原理を用いて、被験者Ｐの水晶体の屈折力を求めている。しかしながら、視機能計測装置は、上記原理に限定されず、他の原理を用いて上記屈折力を求めてもよい。
【００６５】
また、被験者Ｐの眼に関する特徴量として、実施形態１の視機能計測装置は被験者Ｐの瞳孔径φを計測し、実施形態２，３の視機能計測装置は被験者Ｐの水晶体の屈折力を計測しているが、実施形態１〜３の変形例として、視機能計測装置は、瞳孔径φや水晶体の屈折力以外に、被験者Ｐの視線（輻輳）を上記特徴量として計測してもよい。上記変形例の場合、演算部６２は、撮像画像における瞳孔の中心位置とプルキニエ像（赤外光を眼球に照射したときの角膜表面での反射光）の位置とを用いて、被験者Ｐの視線を計測する。以下の実施形態４，５においても同様である。
【００６６】
さらに、実施形態１〜３の変形例として、視機能計測装置は、被験者Ｐの眼に関する特徴量として、被験者Ｐの眼圧を計測してもよいし、瞳孔の面積や重心を計測してもよい。以下の実施形態４，５においても同様である。
【００６７】
また、実施形態１〜３の変形例として、視機能計測装置は、被験者Ｐの眼に関する特徴量として、複数の項目を計測してもよい。特に瞳孔径φと水晶体の屈折力とを上記特徴量として計測する場合、計測装置６は、赤外線ＣＣＤカメラである撮像部６１によって撮像された１枚の撮像画像６３から、実施形態１の手法によって瞳孔径φを計測し、実施形態３の手法によって水晶体の屈折力を計測することができる。以下の実施形態４，５においても同様である。
【００６８】
（実施形態４）
実施形態４に係る視機能計測装置は、実施形態１に係る視機能計測装置（図１参照）に比べて、図５，６に示すように被験者Ｐにとって視機能の計測を行いやすいように設計された構造である。
【００６９】
本実施形態の視機能計測装置は、図６に示すように、画像表示装置１と、凹面鏡２と、ハーフミラー３と、移動装置４と、位置検出部５と、計測装置６と、判定部７とを実施形態１の視機能計測装置と同様に備えている。さらに、本実施形態の視機能計測装置は、筐体８０と、基台８１と、支柱８２，８３と、頭部固定部材８４と、遮光カバー８５と、把持部８６と、マイクロホン８７と、スイッチ８８とを備えている。
【００７０】
筐体８０には、画像表示装置１と凹面鏡２とハーフミラー３とが収納されている。筐体８０のうち被験者Ｐと対向する前面８００には、凹面鏡２に投影されている虚像Ｂを被験者Ｐに呈示することができるように開口８０１が形成されている。
【００７１】
基台８１および支柱８２，８３は、視機能計測装置を固定して用いるために設けられている。支柱８２には、被験者Ｐの左眼が被検眼である場合に筐体８０が取り付けられる。支柱８３には、被験者Ｐの右眼が被検眼である場合に筐体８０が取り付けられる。また、支柱８２，８３には、筐体８０が取り付けられる取付部が設けられている。取付部は、筐体８０が支柱８２，８３の上下方向に可動するように設けられ、筐体８０の位置を被験者Ｐの眼の位置に合わせるために調整する。これにより、被験者Ｐの顔の大きさや眼の位置などの個人差があっても、いずれの被験者Ｐにも虚像Ｂをぶれのないように呈示することができる。
【００７２】
頭部固定部材８４は、被験者Ｐの顎を置くためのチンレスト８４０と、被験者Ｐの額を当てて固定するための固定板８４１とを備え、被験者Ｐの視線を凹面鏡２の光軸上に合わせるために被験者Ｐの眼と凹面鏡２との位置関係を固定する。これにより、被験者Ｐに対して虚像Ｂ（図２参照）をぶれのないように呈示することができる。なお、頭部固定部材８４は、被験者Ｐの耳の位置を固定する固定具（図示せず）をさらに備えていてもよい。
【００７３】
遮光カバー８５は、片眼式の場合において、非被験眼（図６では右眼）に外光が入らないように設けられている。これにより、被験眼（図６では左眼）による視機能の状態の計測に被験者Ｐを集中させることができる。
【００７４】
把持部８６は、筐体８０から下方に突出して設けられている。被験者Ｐが把持部８６を持つことによって、視機能計測装置を手持ちで用いることも可能である。これにより、被験者Ｐは、自由な姿勢で視機能の状態を計測することができる。
【００７５】
マイクロホン８７およびスイッチ８８は、被験者Ｐの反応を取得するための反応取得手段である。マイクロホン８７およびスイッチ８８は、判定部７が被験者Ｐの自覚症状を用いて被験者Ｐの視機能の状態を判定するときに用いられる。被験者Ｐは、マイクロホン８７またはスイッチ８８を介して、「視標が見える」または「視標が見えない」という意思を回答する。
【００７６】
本実施形態の制御部４５、位置検出部５、演算部６２および判定部７は、同じコンピュータＣで構成されている。コンピュータＣは、光源６０の発光状態を制御する。また、コンピュータＣには、マイクロホン８７またはスイッチ８８からの信号が入力される。
【００７７】
次に、本実施形態に係る視機能計測装置の使用方法について説明する。まず、被験者Ｐが顎をチンレスト８４０に置き、額を固定板８４１に当てて固定する。非被検眼は、遮光カバー８５で覆われている。続いて、画像表示装置１と凹面鏡２とハーフミラー３とが支柱８２，８３の取付部によって被験者Ｐの眼の位置に合わせられる。
【００７８】
その後、移動装置４が画像表示装置１を往復運動させることによって、虚像Ｂが往復運動する。虚像Ｂが往復運動している間、虚像Ｂが呈示されている被験者Ｐの眼を予め設定された計測タイミングごとに撮像部６１が撮像し、演算部６２が撮像画像６３（図３参照）から瞳孔径φを算出する。位置検出部５は、上記計測タイミングごとに画像表示装置１の位置を検出することによって、各計測タイミングにおける虚像Ｂの位置を検出する。続いて、各計測タイミングにおける瞳孔径φと虚像Ｂの位置との関係を用いて、判定部７が被験者Ｐの視機能の状態を判定する。なお、判定部７は、被験者Ｐの視機能の状態を判定する際に、マイクロホン８７またはスイッチ８８から取得された被験者Ｐの反応を用いることもできる。
【００７９】
以上、本実施形態によれば、視機能計測装置を被験者Ｐごとに最適な計測環境を設定することができるので、被験者Ｐの視機能の状態をより精度よく容易に判定することができる。
【００８０】
（実施形態５）
実施形態５では、実施形態１に係る視機能計測装置を用いた視機能訓練装置について説明する。本実施形態に係る視機能訓練装置は、図１に示すように、画像表示装置１と、凹面鏡２と、ハーフミラー３と、移動装置４と、位置検出部５と、計測装置６と、判定部７とを備えている。
【００８１】
本実施形態に係る視機能訓練装置において、判定部７は、視機能の状態を判定する際に、瞳孔径φ（眼に関する特徴量）の変化が虚像Ｂの位置変化に追従しているか否かを判定する。
【００８２】
本実施形態の移動装置４は、判定部７の判定結果を用いて、瞳孔径φの変化が虚像Ｂの位置変化に追従するように、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離の変化条件を変更して虚像Ｂの移動状態を調整する。上記変化条件は、光学距離の変化速度と変化範囲の少なくとも一方である。具体的には、移動装置４は、画像表示装置１の移動速度と移動範囲の少なくとも一方を変更して、虚像Ｂの移動速度と移動範囲の少なくとも一方を調整する。
【００８３】
瞳孔径φの変化が虚像Ｂの位置変化に追従していない場合、判定部７は、例えば被験者Ｐの視機能が虚像Ｂの移動速度に追従していない（遅れている）と判定する。この場合、移動装置４は、現状に比べて、画像処理装置１の移動速度を遅くすることによって画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離の変化速度を下げて、虚像Ｂの移動を遅くする。これにより、被験者Ｐの視機能に合った虚像Ｂの移動速度にすることができるので、視機能の訓練を効果的に行うことができる。また、移動装置４は、上記のようにして虚像Ｂの移動速度を遅くするとともに、画像処理装置１の移動範囲を狭くすることによって画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離の変化範囲を小さくして、虚像Ｂの移動範囲を狭くする。これら、光学距離の変化速度や変化範囲の変更量（変更量が０の場合も含む）は、例えば本実施形態の視機能訓練装置に設けられた選択スイッチ、選択ボタンなどの選択手段（図示せず）を用いて、被験者Ｐまたは検査者によって目的に応じて適宜選択される。つまり、この変更量は、被験者Ｐの回答や検査者の判断、これまでの視機能の計測結果などによって適宜選択される。
【００８４】
次に、本実施形態における制御部４５の制御による画像表示装置１の移動速度について説明する。被験者Ｐの眼の水晶体を薄い凸レンズに近似すると、水晶体の中心点と虚像Ｂとの距離が近距離の場合と遠距離の場合とでは、虚像Ｂの移動距離が同じであっても、近距離の場合のほうが水晶体の屈折力変化に大きく影響し、遠距離の場合は水晶体の屈折力変化への影響が小さい。換言すれば、同程度の屈折力変化を得たいのであれば、遠距離になるほど虚像Ｂの移動距離の時間変化を大きくする必要がある。遠距離になるほど虚像Ｂの移動距離の時間変化が大きくなるようにするには、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が長くなるほど画像表示装置１の移動速度を上昇させるようにすればよい。したがって、制御部４５は、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が長くなるほど、画像表示装置１の移動速度を上昇させるように、モータ４４の動作を制御する。上記のように画像表示装置１を移動させることによって、水晶体から遠ざかるほど虚像Ｂの移動速度を効果的に上昇させることができるので、眼の焦点調節機能の疲労を低減させることができる。
【００８５】
また、制御部４５は、凹面鏡２とこの凹面鏡２の焦点位置との間で、画像表示装置１を周期的かつ連続的に移動させて、画像表示装置１の往復運動を繰り返すように、モータ４４を制御する。このように画像表示装置１の往復運動を繰り返すことによって、被験者Ｐの水晶体の屈折力を効果的に変化させることができるので、眼の焦点調節機能の疲労をより低減させることができる。特に画像表示装置１を連続的に移動させることによって、虚像Ｂを徐々に移動させることができるので、虚像Ｂの移動を被験者Ｐに気付かせないようにすることができる。
【００８６】
本実施形態においても、実施形態１と同様に、最近位置は、被験者Ｐからの距離が−０．１ｍ程度の位置にすれば十分である。上記最近位置は、画像表示装置１とハーフミラー３との干渉の点からも妥当な値である。一方、最遠位置は、被験者Ｐからの距離が−１０ｍ（−０．１Ｄ）程度の位置にすればよい。上記画像と被験者Ｐとの距離範囲は、眼の焦点調節機能に対する疲労防止効果を十分に得ることができる範囲である。
【００８７】
以上、本実施形態によれば、被験者Ｐの瞳孔径φの変化が虚像Ｂの位置変化に追従するように画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離の変化条件（画像表示装置１の移動速度や移動範囲）を変更することによって、虚像Ｂの移動に対して被験者Ｐの瞳孔径φが直ちに応答できるように虚像Ｂの移動状態（移動速度や移動範囲）を調整することができるので、被験者Ｐの視機能の訓練を効果的に行えるようにすることができる。
【００８８】
なお、本実施形態の変形例として、視機能訓練装置は、実施形態２，３に係る視機能計測装置を用いてもよい。上記変形例によれば、被験者Ｐの水晶体の屈折力が虚像Ｂの位置変化に追従するように画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離の変化条件（画像表示装置１の移動速度や移動範囲）を変更することによって、虚像Ｂの移動に対して被験者Ｐの水晶体の屈折力が直ちに応答できるように虚像Ｂの移動状態（移動速度や移動範囲）を調整することができるので、被験者Ｐの視機能の訓練を効果的に行えるようにすることができる。
【００８９】
また、本実施形態の変形例として、視機能訓練装置は、実施形態４に係る視機能計測装置を用いてもよい。
【００９０】
さらに、本実施形態に係る視機能訓練装置の他の使用例として、ＶＤＴ作業用の視覚端末装置とともに視機能訓練装置が設けられ、ＶＤＴ作業が一定時間継続したときや眼が疲れたときに、本実施形態の視機能訓練装置を被験者Ｐが使用してもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１  画像表示装置（物体）
２  凹面鏡
３  ハーフミラー
４  移動装置（移動手段）
５  位置検出部（位置検出手段）
６  計測装置（特徴量計測手段）
６１  撮像部
６２  演算部
７  判定部（判定手段）
Ｂ  虚像
Ｐ  被験者
φ  瞳孔径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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