(57)【要約】  本発明は、画像取込デバイス及び表示デバイスの焦点制御等、人の固視距離の測定が有効である応用対象（応用装置）の制御システムとして、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用する装置及び方法に関する。
2010503876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸機能データからの情報入力により人の固視距離の変化を測定する装置。
【請求項２】
呼吸機能データからの情報入力により人の固視距離の変化を測定する方法。
【請求項３】
眼瞼機能データからの情報入力を用いて固視距離の変化を測定する装置。
【請求項４】
眼瞼機能データからの情報入力により固視距離の変化を測定する方法。
【請求項５】
情報入力にはさらに眼瞼機能からの情報入力を含める、請求項１又は２に記載の装置又は方法。
【請求項６】
人の固視距離に係るデバイスの動作特性を制御する装置であって、人の呼吸機能データからの情報入力を用いることを特徴とする装置。
【請求項７】
人の固視距離に係るデバイスの動作特性を制御する方法であって、人の呼吸機能データからの情報入力を用いることを特徴とする方法。
【請求項８】
眼瞼機能データからの情報入力により、人の固視距離に係るデバイスの動作特性を制御する装置。
【請求項９】
眼瞼機能データからの情報入力により、人の固視距離に係るデバイスの動作特性を制御する方法。
【請求項１０】
情報入力には眼瞼機能からの情報入力を含める、請求項６又は７に記載の装置又は方法。
【請求項１１】
固視距離変化の測定は、画像表示デバイス及び画像取込デバイスの焦点制御に用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項１２】
固視距離変化の測定は、スチルカメラの画像取り込みの焦点制御に用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項１３】
固視距離変化の測定は、ビデオカメラの画像取り込みの焦点制御に用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項１４】
固視距離変化の測定は、液晶遠近両用眼鏡等の眼鏡の焦点制御に用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項１５】
固視距離変化の測定は、双眼鏡、望遠鏡、顕微鏡、又は暗視ゴーグルの焦点制御に用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項１６】
固視距離変化の測定は、可変レンズ構成の制御に用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項１７】
ユーザの眼の遠近調節状態を検出する赤外線オプトメータ等の１つ又は複数の入力センサを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項１８】
ユーザの眼の遠近調節状態を検出する１つ又は複数の視力アレイを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項１９】
バイオフィードバック遠近調節トレーニングに使用するための請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２０】
ビデオゲームなどの対話型画像ディスプレイ及び、コンピュータ画面、テレビ画面、ビデオ画面、映画館、又は他のプロジェクションで使用されるその他のディスプレイを制御する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２１】
呼吸器系内の圧力を変更するデバイスを制御する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２２】
屈折異常を矯正するために呼吸器系内の圧力を変更するデバイスを制御する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２３】
口腔内に保持される圧力センサ、唇の間に保持される圧力センサ、又は副鼻腔内に埋め込まれる圧力センサ等の呼吸器系内の圧力を直接測定するセンサを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２４】
ユーザの呼吸音又は発声機構からの音声出力の変化を検出することによって呼吸器系内の圧力を測定するセンサを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２５】
心拍数を監視するセンサを含み、この情報は呼吸及び／又は眼瞼機能パラメータ変動と比較される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２６】
歩数計に用いられるような運動センサを含み、この情報は呼吸及び／又は眼瞼機能パラメータ変動と比較される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２７】
呼吸機能及び／又は眼瞼機能を制御する脳又は神経系の電気的活動を検出する脳波センサ又は神経センサを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２８】
ユーザの目と視標との間に１つ又は複数のプラスレンズを含み、それにより、近距離視標からより遠距離の視標への注目点の移動に対するユーザの呼吸機能及び眼瞼機能の応答感度を強調する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項２９】
ユーザの目と視標との間に１つ又は複数のマイナスレンズを含み、それにより、近距離視標からより遠距離の視標への注目点の移動に対するユーザの呼吸機能及び眼瞼機能の応答感度を低減する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３０】
個々のユーザ向けに較正することができる固視距離計算ユニットを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３１】
光センサ及びオートフォーカス装置に用いられるその他のセンサを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３２】
ユーザの呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを経時的に記録する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３３】
兵器等の距離依存装置を制御する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３４】
測量目的の距離計算を制御する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３５】
道路、鉄道、航空、及び海上輸送に用いられる乗り物を含む輸送媒体を操作するための距離計算を制御する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３６】
呼吸機能及び／又は眼瞼機能を（固視距離のインジケータとして）車両速度と比較することにより、道路、鉄道、航空、及び海上輸送に用いられる乗り物を含む輸送媒体の安全性を高める、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３７】
ユーザから様々な距離にあるオプションがユーザに提示された場合に取捨選択を制御する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３８】
ロボット芝刈り機等の装置に指示を与える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項３９】
近視の回避、遅延、安定化、又は改善するために対話型画像ディスプレイを制御する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項４０】
近視の回避、遅延、安定化、又は改善するために、固視距離の減少を警告することによって対話型画像ディスプレイを制御する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項４１】
近視の回避、遅延、安定化、又は改善するために、眼瞼の部分的な垂下の増大を警告することによって対話型画像ディスプレイを制御する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【請求項４２】
近視の回避、遅延、安定化、又は改善するために、固視距離の減少又は眼瞼の部分的な垂下の増大に応じてテキストのフォントサイズ又はイメージサイズを増大することによって対話型画像ディスプレイを制御する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置又は方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
呼吸器系機能及び／又は眼瞼機能からの情報入力を用いての固視距離に係るデバイスの動作特性の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、画像取込及び表示デバイスの焦点制御等の、人の固視距離の測定が有効である応用対象（応用装置）の制御システムとして、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用する装置及び方法に関する。
【０００３】
画像取込デバイスはスチルカメラ及びビデオカメラを含む。ユーザの手動介入なしで被写体に正確に合焦してそれを維持するように設計された、可変レンズ構成を調整するオートフォーカスシステムは、一部の画像取込デバイスにとって周知の機能である。
【０００４】
多くの状況において、手動での合焦は、オートフォーカスシステムを使用する場合よりもかなりシャープな合焦になる。具体的には、オートフォーカスセンサの離散的性質及び付随するフォーカスオフセット及びフォーカスエラーにより、目によるアナログな手動合焦と比較して、デジタルオートフォーカスを使用する場合には結果として解像度が失われる。照明レベル及びコントラストが低い被写体は、オートフォーカスシステムに問題を呈する。同様に、センサの軸に位置合わせされた高コントラスト帯及びセンサ間での実焦点を推測する必要性によってエラーとなり得る。センサのサイズ、速度、ノイズ、及び電池の問題も制限をもたらす。能動オートフォーカス感知システムは、赤外線測距技術及び同様の測距技術を使用して、難しい条件でのオートフォーカスセンサの精度を向上させる。しかし、パワー及び測距精度の制限により、能動赤外線測距技術は長距離では上手く機能しない。これに加えて、画像取込デバイスと被写体との間に窓がある場合、能動オートフォーカス感知システムに使用されている測距技術に問題を呈し得る。
【０００５】
可変レンズ構成を有する表示デバイスは、双眼鏡、望遠鏡、顕微鏡、暗視ゴーグル、及び最近発明された液晶遠近両用眼鏡等の眼鏡を含む。液晶遠近両用眼鏡は、液晶への印加電流を変更することによって近焦点から遠焦点まで変化する。こういった遠近両用眼鏡は、双眼鏡、望遠鏡等と同様に、近焦点又は遠焦点のいずれを提供するのが適切であるかを判断するために情報入力を必要とする。この入力が手動である場合、ユーザにとって不便である。これが、電子技術及び光学技術を用いて、ユーザの注視が近い物体に向けられているか、それとも遠い物体に向けられているかを査定するオートフォーカス入力の場合、前の段落において述べたようなスチルカメラ及びビデオカメラの現行のオートフォーカス装置と同じ制約が適用されてしまう。
【０００６】
本発明者によって発見されたように、呼吸器系は視覚系に直接的な影響を及ぼす。本発明者は、呼吸器系からの圧力が眼球の裏側を圧迫し、眼球の前後の長さを変化させ、それにより、目の焦点を変化させることを発見した。眼球の裏側を圧迫する呼吸器系からの圧力が増大すると、眼球の長さは減少し、遠隔視が向上する。この圧力が減少すると、眼球の長さが増大し、近傍視が向上する。したがって、人が遠くにある物体から近くにある物体に目を移す際、それに対応して呼吸器系圧力が変化する。呼吸器系の圧力の変化は、吸気及び呼気の深さ及びタイミングを含む可変要素の変化によって実現する。本発明者は、人の吸気の深さが、その人の両目が見開かれているか、それとも細められて（眇められて）いるかによって影響を受けることも発見した。目の見開き度が大きいほど、深い吸気が促される。目が細められるほど、浅い吸気が促される。呼吸器系への眼瞼機能のこの作用は、上述したように眼球の前後の長さに対して影響する呼吸器系内の圧力に影響を与えることができる。人は一般に、近い物体を見るときと比較して遠くにある物体を見るときに両目をより大きく見開く。既存の画像取込・表示デバイス、特にこういった装置の一部として用いられるオートフォーカスシステムの欠点は、ユーザの視覚系に対する呼吸機能及び眼瞼機能の影響を考慮しないことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，１６２，８２８号明細書
【特許文献２】米国特許第４，５３３，２２１号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓｈｅｅｄｙ  ＪＥ，Ｇｏｗｒｉｓａｎｋａｒａｎ，Ｓ  ａｎｄ  Ｈａｙｅｓ  ＪＲ著，Ｂｌｉｎｋ  ｒａｔｅ  ｄｅｃｒｅａｓｅｓ  ｗｉｔｈ  ｅｙｅｌｉｄ  ｓｑｕｉｎｔ，Ｏｐｔｏｍ  Ｖｉｓ  Ｓｃｉ  ２００５、Ｖｏｌ８２、  Ｎｏ．１０、９０５−９１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、オートフォーカスシステム（画像取り込み及び表示のための）に近から遠へのユーザの注目点の移動を伝達することである。したがって、本発明は、写真撮影者、ビデオカメラ操作者、眼鏡装着者等の注目点が近距離視標にあるか、それとも遠距離視標にあるかにより変化するリアルタイムでの呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データに基づいて、オートフォーカスシステムにコマンドを伝達する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
近距離視標から遠距離視標へユーザの注目点が移動したときにその変化をトレースし、これをオートフォーカスシステムに伝達することにより、本発明は、特に低照明レベル等の困難な条件下においてオートフォーカスプロセスを高速化、高精度化、及び高信頼化する。本発明は、それ単独で又は他の入力と共にオートフォーカスシステムを制御することができる入力情報を生成する。本発明は、ユーザの呼吸器及び眼瞼機能がユーザの視覚系に及ぼす影響に関して、情報を画像取込又は表示デバイスに伝達し、それにより、画像取込デバイス又は表示デバイスの合焦タスクを支援する。
【００１１】
本発明の一例について添付図面を参照することによってこれより説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好ましい実施形態の主要構成要素の概略図を示す。
【図２】本発明の好ましい実施形態を使用することができる状況を示す。
【図３】眼球の裏側を圧迫する呼吸器系の圧力と固視距離との反比例関係を示す。
【図４】固視（注視の対象）距離の距離変化に対するユーザの吸気の増減を示す呼吸波形及び画像取込デバイス又は表示デバイスを調整するための合焦コマンドの図を示す。
【図５】固視距離の距離変化に対するユーザの眼瞼機能及び画像取込デバイス又は表示デバイスを調整するための合焦コマンドの図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の好ましい実施形態の主要構成要素の概略図を示す。具体的には、図１は、ユーザから特定の距離にある物体２を見ているユーザ１を示す。入力センサが、ユーザの眼瞼３、鼻４、胸部５、及び腹部６からデータを集める。信号ユニット７が、呼吸機能データ及び眼瞼機能データを集め、このデータを計算ユニット８に伝達する。計算ユニットにおいて、このデータに対して計算が実行され、ユーザの固視距離が決定される。ユーザの固視距離に基づいて、計算ユニットは、カメラの焦点機構等、デバイス１０の動作特性を制御するコマンド９を出す。
【００１４】
図２は、本発明の好ましい実施形態を使用することができる状況を示す。具体的には、図２は、特定の距離、すなわちユーザからｘメートル（ｍ）にある物体１２を見ているユーザ１１を示す。ユーザの眼瞼機能データ１３及び呼吸機能データ１４は、センサ１５によって集められ、計算ユニット１６に伝達される。計算ユニットは、ユーザの呼吸機能データ及び眼瞼機能データを保存データと比較し、ユーザの固視距離を計算する。計算ユニットは、デバイス（この場合、カメラ１８）に、デバイスの動作特性（この場合、カメラの焦点機構１９）を制御するコマンド１７を出し、焦点機構は、本発明によるユーザの固視距離の計算の結果として物体２０に正確に合焦する。
【００１５】
図３は、眼球の裏側を圧迫する呼吸器系の圧力と固視距離との反比例関係を示す。具体的には、一例として、図３は、眼球の裏側を圧迫する呼吸器系の圧力２１の時間２２に伴う変化をグラフに示す。図３のグラフに示される時間にわたり、人が、中距離視標２３から遠距離視標２４に目を移し、それから近距離視標２５に目を移す。図３は、人が中距離にある物体を見て（２６）、それから目を移して遠距離にある物体を見る（２７）際に圧力が増大し、目を移して近距離にある物体を見る（２８）際に圧力が減少することを示す。
【００１６】
図４は、固視距離の距離変化に対するユーザの吸気の増減を示す呼吸波形及び画像取込デバイス又は表示デバイスを調整するための合焦コマンドの図を示す。具体的には、一例として、図４は、吸気２９及び呼気３０の深さ及びそれが時間３１に伴いどのように変化するかをグラフに示す。図４のグラフに示す時間にわたり、人が、中距離視標３２から遠距離視標３３に目を移し、それから近距離視標３４に目を移す。図４に示すように、人が中距離にある物体を見て、それから目を移して遠距離にある物体を見る際、ユーザの呼気の低減３５及び吸気の増大３６が呼吸波形に認められる。呼気の低減３５及び吸気の増大３６の両方に対応して画像取込デバイス又は表示デバイスを調整する合焦コマンドは、被写体までの距離が増大する場合に焦点を合わせるコマンドである。図４に示すように、人が遠距離にある物体を見て（３３）、それから目を移して近距離にある物体を見る（３４）際、ユーザの呼気の増大３７及び吸気の低減３８が呼吸波形に認められる。呼気の増大３７及び吸気の低減３８の両方に対応して画像取込デバイス又は表示デバイスを調整する合焦コマンドは、被写体までの距離が減少する場合に焦点を合わせるコマンドである。
【００１７】
図５は、固視距離の変化に対するユーザの眼瞼機能及び画像取込デバイス又は表示デバイスを調整するための合焦コマンドの図を示す。具体的には、一例として、図５は、目が見開かれる程度（目を細めた状態３９から完全に見開いた状態４０）及びそれが時間４１に伴いどのように変化するかをグラフに示す。図５のグラフに示す時間にわたり、人が、中距離指標４２から遠距離視標４３に目を移し、それから近距離視標４４に目を移す。図５に示すように、人が中距離にある物体を見て（４２）、それから目を移して遠距離にある物体を見る（４３）際、目の見開き度の増大４５がユーザの眼瞼機能に認められる。目の見開き度が増大する（４５）のに対応して画像取込デバイス又は表示デバイスを調整する合焦コマンドは、被写体までの距離が増大する場合に焦点を合わせるコマンドである。図５に示すように、人が遠距離にある物体を見て（４３）、それから目を移して近距離にある物体を見る（４４）際、目の見開き度の低減４６がユーザの眼瞼機能に認められる。目の見開き度が低減する（４６）場合に、画像取込デバイス又は表示デバイスを調整する合焦コマンドは、被写体までの距離が減少する場合に焦点を合わせるコマンドである。
【００１８】
好ましい実施形態
装置は、１つ又は複数の入力センサ、１つ又は複数の信号ユニット、計算ユニット、及び可変レンズ構成からなるのが好ましい。可変レンズ構成は、画像取込デバイス又は表示デバイスの一部である（例えば、標準のオートフォーカス３５ｍｍレンズ並びに液晶遠近両用眼鏡の調整可能レンズを含む）。
【００１９】
入力センサの目的は、ユーザのリアルタイムの呼吸機能データ及び眼瞼機能データを検出することである。好ましくは、入力センサはユーザの腹部、胸部、鼻、及び／又は眼瞼の周辺に配置されるのがよい。腹部及び胸部周辺のセンサは、呼吸機能を検出するために、これら部位の膨張及び収縮の振幅及びタイミングを検出する。鼻のセンサは、好ましくは、圧電素子等を用いた音の検出によって鼻から出入りする空気量の振幅及びタイミングを検出する。眼瞼センサは、瞬きのタイミング及びある特定の時間における目を見開く又は眼瞼を部分的に垂下する（目を眇める）程度を検出する。このような生理的データのセンサは、バイオフィードバック及びバイオモニタリング分野の当業者ならば周知である。
【００２０】
疑いを避けるために、瞬きは眼輪筋の眼瞼部分における速筋線維の収縮を指すのに対して、眼瞼を部分的に垂下する（目を眇める）とは、当該筋肉の眼窩部分の収縮を指す（しかし、眼瞼を部分的に垂下する動作もそれほどではないにせよ眼瞼部分に関わり得る）。眼瞼を部分的に垂下する程度を測定するのに適切な眼瞼センサは、非特許文献１に記載されるような表面電極を眼瞼付近の皮膚に取り付けて筋電位を測定する筋電計の形態をとることもある。眼瞼を部分的に垂下することは、一般的には目を細めることと言うことができ、瞼裂の垂直高径（眼の開度としても知られる）の変化として明らかである。したがって、別の適切な眼瞼センサは、映像に基づく瞼裂の高さ変化の査定という形で行われることもあり、米国マサチューセッツ州バーリントンに所在のＩＳＣＡＮ社（ＩＳＣＡＮ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）製のＩＳＣＡＮアイトラッカー等の装置を使用して、眼瞼の部分的な垂下及び瞬きの両方を検出するように機能する。
【００２１】
１つ又は複数の信号ユニットは、呼吸機能データ及び眼瞼機能データを集め、このデータをリアルタイムで計算ユニットに伝達する。この伝達は、有線手段又は赤外線技術等を用いた無線手段で行うことができる。
【００２２】
計算ユニットは、信号ユニットから生理的データを受け取る。計算ユニットは、入力された生理的データを保存データと比較する。計算ユニットは、ユーザの呼吸機能及び眼瞼機能が変化しているか否かを判断し、変化している場合には、その変化の振幅、方向、及び変化速度を突き止める。ユーザの呼吸機能及び眼瞼機能について検出された変化は、可変レンズ構成の焦点調節に影響するコマンドの形態で、計算ユニットによって可変レンズ構成に伝達される。
【００２３】
ユーザの吸気の深さの増大は、被写体までの距離が増大する場合に焦点を調整するコマンドとして、計算ユニットから可変レンズ構成に伝達される。吸気の深さの低減は、被写体までの距離が減少する場合に焦点を調整するコマンドとして可変レンズ構成に伝達される。ユーザの鼻からの急速の呼気は、被写体までの距離が減少する場合に焦点を調整するコマンドとして可変レンズ構成に伝達される。眼瞼の部分的な垂下の増大は、被写体までの距離が減少する場合に焦点を調整するコマンドとして可変レンズ構成に伝達される。目の見開き度の増大は、被写体までの距離が増大する場合に焦点を調整するコマンドとして可変レンズ構成に伝達される。このようにして、本発明は、画像取込デバイス又は表示デバイスの可変レンズ構成の変更を通して、ユーザの呼吸機能及び／又は眼瞼機能が画像取込デバイス又は表示デバイスに影響するようにする。
【００２４】
その他の好ましい実施形態
この実施形態は、ユーザの眼の遠近調節状態を検出するための１つ又は複数の入力センサ（特許文献１及び特許文献２に記載のような赤外線オプトメータ等）を含み、ユーザの遠近調節状態は、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データと併せて、遠近調節トレーニングのためのバイオフィードバックを行うために使用される。遠近調節とは、様々な距離にある物体に合焦するような目の調整能力である。バイオフィードバックは、呼吸及び血液循環等の生理的過程についての情報を監視し伝達するプロセスを表し、患者がこういった生理的過程の変化に同時に気付けるようにするとともに、こういった過程の自主調整（又はトレーニング）を支援できるようにもする。バイオフィードバックの目標は、患者が正常機能を超えて最適レベルを目指して向上させること、又は機能障害が見られる場合には、障害の症状を緩和又は除去することである。したがって、本発明のこの実施形態は、患者に自分自身の遠近調節状態を伝達するのと同時に、呼吸機能データ及び眼瞼機能データを患者に伝達する。
【００２５】
従来、近視等の視覚系機能障害を緩和又は治療する試みが行われてきた。Ａｃｃｏｍｍｏｔｒａｃ（登録商標）と呼ばれる（特許文献２に基づく）少なくとも１つの現行のバイオフィードバック装置は、患者に自分自身の眼の遠近調節状態を自覚させようとする。Ａｃｃｏｍｍｏｔｒａｃは、毛様体筋と呼ばれる眼内の筋肉の自主調整について患者を支援するという土台に基づいている。Ａｃｃｏｍｍｏｔｒａｃは、患者の眼の調節状態に従って変化する音声信号を提供するが、患者のその他の生理的過程について情報を提供しない。患者に自分自身の遠近調節状態を自覚させるとともに、呼吸機能及び／又は眼瞼機能の変化を患者に認識させる既存のバイオフィードバック装置はない。
【００２６】
バイオフィードバック装置を使用して視覚系機能障害を緩和又は治療する従来の試みは、視覚系に対する呼吸器系の直接的な影響を考慮していないため、完全に満足のいくものではなかった。本発明者によって発見されたように、視覚系は呼吸器系内の圧力の変化によって直接影響を受ける。呼吸器系内の圧力変化は、眼球の前後の長さを変化させ、目の合焦特性を変化させる。本発明者の発見以前では、呼吸器系内の圧力が正常圧力よりも低いことが近視の主原因であり、呼吸器系内の圧力が正常圧力よりも高いことが遠視の主原因であることは知られていなかった。
【００２７】
本発明のこの実施形態は、患者が自分自身の遠近調節状態に係る呼吸器系の可変要素及び眼瞼機能を同時に認識できるようにするバイオフィードバックを提供することができる。本明細書では、遠近調節という用語は、目の水晶体に対する毛様体筋の影響のみならず、眼球の長さに対する呼吸器系の影響も説明するために使用される。本発明者の発見以前では、眼の遠近調節には水晶体に対する毛様体筋の影響のみが重要であると考えられていた。本発明のこの実施形態は、遠近調節に係る呼吸器系可変要素及び眼瞼機能の自主調整（又はトレーニング）を通して、患者が通常の視覚機能を超えて最適レベルを目指して向上できるようにするか、又は近視若しくは遠視等の機能障害がある場合に、こうした症状を緩和若しくは除去できるようにバイオフィードバックさせる。
【００２８】
患者に眼の調節状態を自覚させるだけではなく、患者の呼吸機能及び／又は眼瞼機能についてバイオフィードバックさせることにより、本発明のこの実施形態は、視覚機能の自主調整（又はトレーニング）のプロセスをより迅速且つより確実にする。患者が、通常の視覚機能を超えて最適レベルを目指して向上させたい場合、又は近視若しくは遠視等の機能障害があり、こうした症状を緩和若しくは除去したい場合、本発明は、明視の重要な（重要であるが、以前は無視されていた）決定要因、即ち、患者の呼吸機能及び／又は眼瞼機能を患者に明らかにすることによってこのプロセスを迅速化する。
【００２９】
本発明のこの実施形態は、ユーザのリアルタイムの呼吸機能データ及び／眼瞼機能データを検出する１つ又は複数の入力センサ、ユーザの眼の調節状態を検出する１つ又は複数の入力センサ、１つ又は複数の信号ユニット、計算ユニット、及び２つ以上の出力ユニットからなるのが好ましい。ユーザのリアルタイムの呼吸機能データ及び／眼瞼機能データを検出する入力センサは、本発明の好ましい実施形態に関して上述したとおりである。ユーザの遠近調節状態を検出する入力センサは、特許文献１及び特許文献２に記載されているような赤外線オプトメータであるのが望ましい。
【００３０】
１つ又は複数の信号ユニットは、センサからデータを集め、これをリアルタイムで計算ユニットに伝達する。この伝達は、有線手段又は無線手段で行うことができる。計算ユニットは、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを信号ユニットから受信する。計算ユニットは、入力された生理的データを保存データと比較する。計算ユニットは、ユーザの呼吸機能及び／又は眼瞼機能が変化しているか否かを判断し、変化している場合、その変化の振幅、方向、及び変化速度を突き止める。ユーザの呼吸機能及び／又は眼瞼機能について検出された変化は、計算ユニットによって１つ又は複数の出力ユニットに伝達される。出力ユニットは、トーンの変化、触覚ディスプレイの変化、又は患者が感知できる他の手段で変化を患者に示す。
【００３１】
計算ユニットは、信号ユニットから眼の調節状態のデータも受信する。計算ユニットは、入力された眼の調節データを保存データと比較する。計算ユニットは、ユーザの遠近調節状態が変化しているか否かを判断し、変化している場合、その変化の振幅、方向、及び変化速度を突き止める。ユーザの遠近調節状態について検出された変化は、計算ユニットによって１つ又は複数の出力ユニットに伝達される。出力ユニットは、トーンの変化、触覚ディスプレイの変化、又は患者が感知できる他の手段で変化を患者に示す。ユーザの眼の調節状態の検出及び伝達は、特許文献２に記載の方法及び装置を使用して実現することができる。
【００３２】
本発明のこの実施形態を利用する場合、患者は、自分自身の眼の調節状態と呼吸機能及び／又は眼瞼機能の両方を認識させられる。後者は前者の主要な決定要因である。したがって、本発明のこの実施形態を使用する場合、患者は、呼吸機能過程及び／又は眼瞼機能過程の自主調整（又はトレーニング）を通して、遠近調節状態の制御を学習することができる。
【００３３】
この実施形態は、特許文献２に記載のような視力アレイ（ビジュアル・アキュイティ・アレイ）を含む。視力アレイは、ユーザの呼吸機能及び／又は眼瞼機能からのバイオフィードバックと比較するためにユーザの遠近調節状態を検出する簡単な手段として活用できる。
【００３４】
その他の好ましい実施形態
この実施形態は、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して対話型画像ディスプレイを制御することを含む。対話型画像ディスプレイは、画面上に表示される遠近画がプレーヤーからの入力に従って変化する３次元ビデオゲームを含む。例えば、キー操作やジョイスティックの操作によりプレーヤーが左右変えたい方向を入力し、表示画面に元の位置とは違う光景を表示するように指示する。対話型画像ディスプレイにおける従来の試みには、ディスプレイの視聴者が手動でズームイン又はズームアウト・コマンドを入力して、遠景からより近景にまたその逆に画面上に映し出される遠近を変化させるズーム機能が含まれていた。リアルな３次元遠近をシミュレートする従来の試みは、視覚系への呼吸器系の直接的な影響を考慮せず、その代わりに一定の遠近又はズームイン又はズームアウト・コマンドの手動入力に頼っているため、完全に満足のいくものではなかった。
【００３５】
その他の対話型画像ディスプレイには、コンピュータ画面、テレビ画面、ビデオ画面、映画館、又は他のプロジェクションで使用される対話型ディスプレイが含まれる。
【００３６】
本発明者により発見されたように、視覚系は呼吸器系内の圧力の変化によって直接的な影響を受ける。呼吸器系内の圧力変化は、目の屈折状態を変化させる。人の注目が近くから遠くの物体に引き付けられると、吸気及びそれに対応する呼吸器系内の圧力の増大が促され、最適な遠視のために眼球の前後の長さが短くなる。人の注目が遠くから近くの物体に引き付けられると、それに対応して呼吸器内の圧力が低減する（一般に、鼻からの空気の解放によって実現される）。
【００３７】
本発明のこの実施形態は、視聴者の呼吸器系からの入力による対話型画像ディスプレイの制御を可能にする。本発明のこの実施形態は、視聴者の呼吸器系からの入力を、ズームイン又はズームアウト・コマンド等の画面上の遠近を操作するコマンドに変換する。
【００３８】
本発明のこの実施形態は、１つ又は複数の入力センサ、１つ又は複数の信号ユニット、計算ユニット、及び対話型画像ディスプレイへの出力からなるのが好ましい。入力センサ及び信号ユニットは、好ましい実施形態に関して上述したように呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データについてのものである。計算ユニットは、好ましい実施形態に関して上述したように、ユーザが、ロールプレイングコンピュータゲームでの遊び等の双方向タスクを完了する際に、信号ユニットから生理的データを受信する。計算ユニットは、入力された生理的データを保存データと比較する。計算ユニットは、ユーザの呼吸機能及び／又は眼瞼機能が変化しているか否かを判断し、変化している場合、その変化の振幅、方向、及び変化速度を突き止める。ユーザの呼吸機能及び／又は眼瞼機能において検出された変化は、計算ユニットによって対話型画像ディスプレイに影響を及ぼす出力コマンドとして伝達される。対話型画像ディスプレイは、計算ユニットから受ける出力コマンドに応じて、ズームイン、ズームアウト、又は現在の視野のまま留まる。吸気の深さの増大は、ズームアウト・コマンドとして対話型画像ディスプレイに伝達される。吸気の深さの低減は、ズームイン・コマンドとして対話型画像ディスプレイに伝達される。ユーザの鼻からの空気の高速の吐き出しは、ズームイン・コマンドとして対話型画像ディスプレイに伝達される。眼瞼の部分的な垂下の増大は、ズームイン・コマンドとして対話型画像ディスプレイに伝達される。目の見開き度の増大は、ズームアウト・コマンドとして対話型画像ディスプレイに伝達される。このようにして、本発明のこの実施形態は、対話型画像ディスプレイにコマンドを送ることによって呼吸機能及び／又は眼瞼機能が画像表示に影響を及ぼすようにすることである。
【００３９】
その他の好ましい実施形態
この実施形態は、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、呼吸器系内の圧力を変化させるデバイスを制御することを含む。本発明者によって発見されたように、近視は、眼球の裏側への圧力が通常よりも低いときに発生する状態であり、遠視は、眼球の裏側への圧力が通常よりも高いときに発生する状態である。こういった屈折異常を矯正するために、例えば、スキューバダイバーが使用するレギュレータと同じように口内で保持し、呼吸器系から空気を出し入れするデバイスによって、呼吸器系内の圧力を変更することが可能である。呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、ユーザの固視距離が近くの物体にあるか、それとも遠くの物体にあるかを判断することにより、呼吸器系内の圧力が増大する（近視ユーザが遠くの物体をよりはっきりと見るのを支援する）ように或いは低減する（遠視ユーザが近くの物体をよりはっきりと見るのを支援する）ように、呼吸器系内圧力を変更するコマンドをデバイスに与えることができる。
【００４０】
その他の好ましい実施形態
この実施形態は、口内で保持する圧力センサ、唇の間で保持する圧力センサ、又は副鼻腔内に埋め込む圧力センサ等、呼吸器系内の圧力を直接測定するセンサを含む。
【００４１】
この実施形態は、ユーザの呼吸音又は発声機構からの音声出力の変化を検出することによって呼吸器系内の圧力を測定するセンサを含む。例えば、本発明者によって発見されたように、人のハミング音は、その人の固視距離が変わると（呼吸器系内の圧力変化を反映して）変化する。人のハミング音は、近くの物体を見ているのか、それとも遠くの物体を見ているのかに応じて異なる。この音の変化を利用して、固視距離を突き止め、画像取込デバイス等の関連装置の動作特性の制御に用いることができる。
【００４２】
この実施形態は心拍数を監視するセンサを含み、この情報を呼吸及び／又は眼瞼機能パラメータ変動と比較する。ユーザの心拍数が、運動等により増大するにつれて、固視距離に関係なく吸気はますます深くなると予想されるため、増大する心拍数の検出は、吸気の増大に付随するコマンドを抑制する。
【００４３】
この実施形態は、歩数計に用いられるような運動センサを含み、この情報を呼吸及び／又は眼瞼機能パラメータ変動と比較する。動きの増大は一般に心拍数の増大に関連し、心拍数が増大するにつれて、固視点に関係なく吸気はますます深くなると予想される。したがって、増大する動きの検出は、吸気の増大に付随するコマンドを抑制する。
【００４４】
この実施形態は、脳波センサ又は神経センサを使用して、呼吸機能及び／又は眼瞼機能を制御する脳又は神経系の電気的活動を検出する。他のセンサが集めたデータの代わりに、又はそれに加えて、これら電気インパルスを入力データとして使用することができる。
【００４５】
この実施形態は、ユーザの目と視標との間にプラスレンズを含む。プラスレンズの使用は、近距離視標からより遠くの視標への注目点の移動に対するユーザの呼吸機能及び眼瞼機能の応答感度を強調させる。例えば、強度＋１．０のプラスレンズが用いられる場合、目近から光学的無限遠に及ぶユーザの通常の合焦範囲（及び対応する呼吸機能及び眼瞼機能）は、レンズの使用によって目近から目の前１ｍまでの距離に縮小される。その結果として、＋１．０レンズを使用する場合のユーザの目に近いところにある物体から目の前１ｍのところにある物体への注目点の移動に対する呼吸機能及び眼瞼機能の信号／反応は、プラスレンズのない条件下での目の近くにある物体から遠いところにある（例えば、２０ｍ離れた）物体へ注目点を移動した場合と同様である。
【００４６】
この実施形態は、ユーザの目と視標との間にマイナスレンズを含む。マイナスレンズの使用は、近距離視標からより遠い視標への注目点の移動に対するユーザの呼吸機能及び眼瞼機能の応答感度を低減させる。例えば、強度−１．０のマイナスレンズが用いられる場合、目近から光学的無限遠までの物体を見る際に、ユーザの合焦範囲のうち目近から目の前１ｍまでの部分（及び対応する限られた範囲の呼吸機能及び眼瞼機能）のみが用いられる。その結果として、−１．０レンズを使用する場合、目近にある物体から目から２０ｍのところにある物体へのユーザの注目点の移動に対する呼吸機能及び眼瞼機能の信号／反応は、マイナスレンズなしの条件下での目の近くにある物体から１ｍ離れたところにある物体へ注目点を移動した場合と同様である。
【００４７】
この実施形態は、個々のユーザ向けに較正することができる計算ユニットを含む。個々のユーザは、肺の大きさ及び有酸素運動レベル等の諸要因により、異なる呼吸器系パラメータを有する。同様に、個々のユーザは、眼周囲の骨の形状、筋肉、及び他の組織構成（眼輪筋の形状等）に影響する遺伝的差異により異なる眼瞼機能パラメータを有する場合もある。計算ユニットは、可変レンズ構成に送る適切なコマンドを決定するために、個々のユーザ間の差異を考慮することができる。また、ユーザが違えば、近視、遠視、又は老視等の状態により、呼吸機能及び／又は眼瞼機能の反応が異なることも考えられる。ユーザ間の差異を考慮できるようにするためには、計算ユニットが既知の距離にある特定の物体を見ているユーザからの情報を取り込むことにより、較正を実現できる。
【００４８】
この実施形態は、光センサ及びオートフォーカス装置に用いられるその他のセンサを含む。
【００４９】
この実施形態は、ユーザの呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを経時的に記録する。これにより、ユーザの近見及び遠見パターンの解析が可能になり、このパターンは、例えば、ユーザの作業又はスポーツ活動、又は視覚的健康を含むユーザの健康状態の変化に連動させることができる。動物実験では、密閉された視覚環境が近視を助長することが示された。同様に、潜水艦での長期就業も人の近視の程度の進行につながっている。数年間にわたる宇宙旅行において、遠くを見る時間の増加等の適切な視覚エクササイズを指示するために、宇宙飛行士の呼吸機能及び／又は眼瞼機能データの記録をとることは、視覚機能低下の防止に役立つ。長時間にわたり近距離でコンピュータを使用する等、過度に接近しての作業は、近視の発症と関連している。眼瞼の部分的な垂下（目を細めること）は、近視の発生増加と関連している。眼瞼の部分的な垂下は、また、浅い吸気を特徴とする呼吸パターンとも関連している。ユーザの呼吸機能及び／又は眼瞼機能データを経時的に記録し、ひいては固視距離の経時的履歴を生成することにより、近視に関するリスク要因へのユーザの暴露レベルを監視することができ、適宜、挙動パターンをしかるべく変更することができる。
【００５０】
この実施形態は、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、兵器等の距離依存装置を制御する。例えば、ユーザが兵器の照準を合わせている場合、ユーザと標的との間の所要距離を手動で入力するのではなく、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、標的を見ているときのユーザの固視距離を計算することにより、適切な射距離を決定することができる。
【００５１】
この実施形態は、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、測量目的の距離計算を制御する。例えば、ユーザが現場を測量している場合、ユーザと特定のポイント又は目標物との間の各所要距離を手動で測定するのではなく、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、特定の各ポイント又は目標物を見ているときのユーザの固視距離を計算することにより、その距離を測定することができる。
【００５２】
この実施形態は、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、道路、鉄道、航空、及び海上輸送に用いられる乗り物を含む輸送媒体を操作するための距離計算を制御する。例えば、航空機が滑走路に進入する際に、航空機パイロットが滑走路上に示された特定のポイント又はポイント群を見ている場合、パイロットの呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、特定の各ポイントから航空機までの距離を測定することができ、したがって、こういった距離計算に基づいて、航空機の動作特性を制御することができる。同様に、ドライバが他の２台の車両の間のスペースに駐車したい場合、ドライバは２台の車両上に示されたそれぞれの特定のポイント又はポイント群に目を向け、ドライバの呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを利用してそれぞれの車両からの車間距離を測定することができ、したがって、こういった距離計算に基づいて、駐車操縦を首尾良く実行できるように車の動作特性を制御することができる。
【００５３】
この実施形態は、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、道路、鉄道、航空、及び海上輸送に用いられる乗り物を含む輸送媒体の安全性を高める。固視距離のインジケータとしての呼吸機能及び／又は眼瞼機能を車両速度と比較することができる。呼吸機能及び／又は眼瞼機能が、ユーザ（ドライバ、パイロット、船長等）の注目点が、少しの間でも、車両の走行速度に見合った距離にないことを示す場合、１つ又は複数の事象を誘発することできる。この事象には、警告信号（ユーザ及び／又は遠隔操縦者又はリモートマシンに伝達される）、及び／又は停止又はユーザの呼吸機能及び／又は眼瞼機能によって示されるユーザの固視距離に見合った速度への車両速度の自動減速が含まれる。
【００５４】
この実施形態は、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、ユーザから様々な距離にあるオプションがユーザに提示された場合に取捨選択を制御する。選択されるオプションを手動で入力するのではなく、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、選択されたオプションを見ているときのユーザの固視距離を計算することにより、ユーザの選択を確定することができる。
【００５５】
この実施形態は、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、ロボット芝刈り機等の装置に指示を与える。芝を刈る区域を手動で入力するのではなく、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを使用して、ユーザが芝刈りをしたい区域を見ているときのユーザの固視距離を計算することにより、ユーザの選択をロボットに伝達することができる。
【００５６】
この実施形態には、近視の発症の回避、遅延、安定化、又は改善のため、呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを利用することが含まれる。
【００５７】
この実施形態には、近視の回避、遅延、安定化、又は改善するため、対話型画像ディスプレイを制御するのに呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを利用することが含まれる。上述したように、長時間にわたり近距離でコンピュータを使用する等、過度に接近しての作業は、近視の発症と関連している。眼瞼の部分的な垂下は、近視の発生増加と関連している。眼瞼の部分的な垂下は、浅い吸気を特徴とする呼吸パターンとも関連している。ユーザが対話型画像ディスプレイを見ているときに、固視距離の減少及び／又は眼瞼の部分的な垂下の増大により、対話型画像ディスプレイ上に警告が表示されるように、ユーザの呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データを監視することができる。警告の表示に加えて、又はこれに代えて、テキストのフォントサイズ又はイメージサイズを増大して、ユーザの眼瞼の部分的な垂下の低減又は解消、及び／又は固視距離の増大を促進するように、ユーザの呼吸機能データ及び／又は眼瞼機能データからの入力によって対話型画像ディスプレイのズーム設定を制御することができる。
【００５８】
本発明を利用する際に最良の結果を得るためには、ユーザは鼻で呼吸し、口を閉じた状態を保つことが望ましい。また、ユーザは、安定した姿勢、好ましくは猫背ではなくまっすぐな姿勢を保つことが望ましい。
【００５９】
「備える」及び「備えている」という用語及びその変形は、本明細書及び特許請求の範囲に用いられる場合、指定された特徴、ステップ、又は完全体が含まれることを意味する。これらの用語は、他の特徴、ステップ、又は構成要素の存在を除外するものとして解釈しないものとする。
【００６０】
それぞれの特定の形態、開示される機能を実行する手段、開示された結果を得るための方法又はプロセスに関して説明された、上記明細書、以下の特許請求の範囲、又は添付図面に開示される諸特徴は、本発明の多様な形態で実現するために、必要に応じて、別個に又は上記諸特徴の任意の組み合わせで利用することができる。
【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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【国際調査報告】
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