(57)【要約】      （修正有）【課題】網膜刺激電極であっても、必要に応じて高い解像度で文字などを認識できる人工視覚装置を提供することである。【解決手段】カメラ１０３により外界の映像を入力し、この画像信号を画像処理装置１０４により神経刺激信号に変換し、この信号を網膜刺激電極アレイ１１０に伝えて、網膜細胞に電気刺激として伝える。カメラの映像信号から神経刺激信号に変換する際には、スケール変換手段１０６を持ち、必要に応じてカメラの映像の中央部分のみを拡大して神経刺激信号を作ることで、装着者に拡大画像を視認させることが可能となり、文字等の判別ができるようになる。【選択図】図１
2007151857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外界の映像を入力する撮像装置と、スケール選択手段と、前記撮像装置からの映像信号をスケール選択手段の指示によるスケールの視野画像に変換するスケール変換手段と、前記視野画像を神経刺激信号に変換する信号作成手段と、前記神経刺激信号を網膜細胞あるいは視神経に伝える電極アレイを持つことを特長とした人工視覚装置。
【請求項２】
スケール選択手段としてスイッチを有し、使用者がスイッチを押したときに、スケール変換手段に対して、拡大したスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項１記載の人工視覚装置。
【請求項３】
使用者がスイッチを離したときに、スケール変換手段に対して、スイッチを押す前の初期状態のスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項２記載の人工視覚装置。
【請求項４】
スケール選択手段として、さらにタイマを有し、使用者がスイッチを押したときからの経過時間をタイマにより計測し、予め定めた時間以上経過した後に、スケール変換手段に対して、スイッチを押す前の初期状態のスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項２記載の人工視覚装置。
【請求項５】
スケール選択手段として、視線認識装置を有し、視線認識装置において、使用者の視線を検出し、視線が予め定めた時間以上停止した時に、スケール変換手段に対して、拡大したスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項１記載の人工視覚装置。
【請求項６】
使用者の視線を検出する手段として、前記撮像装置の映像信号を利用し、映像信号の変化量が予め定めた時間以上、所定の変化量以下である時に、視線が停止したものとして、スケール変換手段に対して、拡大したスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項５記載の人工視覚装置。
【請求項７】
使用者の視線が再度動いた場合には、スケール変換手段に対して、視線が停止する前の初期状態のスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項５記載の人工視覚装置。
【請求項８】
映像信号の変化量が再度所定の変化量以上になった時には、スケール変換手段に対して、視線が停止する前の初期状態のスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項６記載の人工視覚装置。
【請求項９】
スケール選択手段としてスイッチを有し、使用者がスイッチを押したときに、スケール変換手段に対して、時間の経過と共に徐々に拡大したスケールで視野画像を作成するよう指示し、スイッチを離したときに、スケール変換手段に対してその時のスケールを保持して視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項１記載の人工視覚装置。
【請求項１０】
スケール選択手段としてスケール拡大スイッチおよびスケール縮小スイッチを有し、使用者がスケール拡大スイッチを押したときに、スケール変換手段に対して、時間の経過と共に徐々に拡大したスケールで視野画像を作成するよう指示し、使用者がスケール縮小スイッチを押したときに、スケール変換手段に対して、時間の経過と共に徐々に縮小したスケールで視野画像を作成するよう指示し、両方のスイッチを離しとき、スケール変換手段に対してその時のスケールを保持して視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項１記載の人工視覚装置。
【請求項１１】
スケール選択手段として、さらにタイマを有し、使用者がスイッチを押したときからの経過時間をタイマにより計測し、予め定めた時間以上経過した後に、スケール変換手段に対して、スイッチを押す前の初期状態のスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項９および請求項１０記載の人工視覚装置。
【請求項１２】
スケール選択手段として、さらに視線認識装置を有し、視線認識装置において、使用者の視線を検出し、使用者の視線が動いた場合には、スケール変換手段に対して、スイッチを押す前の初期状態のスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項９および請求項１０記載の人工視覚装置。
【請求項１３】
使用者の視線を検出する手段として、前記撮像装置の映像信号を利用し、映像信号の変化量が予め定めた変化量以上である時に、視線が動いたものとし、スケール変換手段に対して、スイッチを押す前の初期状態のスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項１２記載の人工視覚装置。
【請求項１４】
撮像装置の映像信号の一部を切りとり、その変化量が予め定めた変化量以上である時に、視線が動いたものとすることを特徴とする、請求項１３記載の人工視覚装置。
【請求項１５】
撮像装置の映像信号を解像度を下げた画像を作成し、その変化量が予め定めた変化量以上である時に、視線が動いたものとすることを特徴とする、請求項１３記載の人工視覚装置。
【請求項１６】
スケール選択手段として２段階になったスイッチを有し、使用者がスイッチを１段階目まで押したときに、スケール変換手段に対して、時間の経過と共に徐々に拡大したスケールで視野画像を作成するよう指示し、スイッチを２段階目まで押したときに、スケール変換手段に対してその時のスケールを保持して視野画像を作成するよう指示し、スイッチを離したときに、スケール変換手段に対して、スイッチを押す前の初期状態のスケールで視野画像を作成するよう指示することを特徴とする、請求項１記載の人工視覚装置。
【請求項１７】
音声発生装置をさらに備え、スケール変換手段が初期状態以外のスケールにて視野画像を作成している際には、音声発生装置から警告音を出すことを特徴とする、請求項１記載の人工視覚装置。
【請求項１８】
スケール変換手段が初期状態以外のスケールにて視野画像を作成している際には、電極アレイの所定の領域に対して警告刺激を出力することを特徴とする、請求項１記載の人工視覚装置。
【請求項１９】
撮像装置は電極アレイよりも多くの画素数を持つことを特長とした請求項１記載の人工視覚装置。
【請求項２０】
初期状態においては、映像信号の大部分の領域を利用して視野画像を作成し、切り換え時においては、映像信号の中央近傍を切り出して視野画像を作成することを特長とした請求項１９記載の人工視覚装置。
【請求項２１】
スケール選択手段と、前記スケール選択手段の指示により外界の映像の撮像範囲を切り換えることのできる撮像装置と、前記撮像装置からの映像信号を神経刺激信号に変換する信号作成手段と、前記神経刺激信号を網膜細胞あるいは視神経に伝える電極アレイを持つことを特長とした人工視覚装置。
【請求項２２】
光学的手段により外界の映像の撮像範囲を切り換えることのできる撮像装置を持つことを特長とした請求項２１記載の人工視覚装置。
【請求項２３】
撮像装置内部の撮像素子から信号を読み出す領域を切り替える手段を持つことにより、像範囲を切り換えることのできる撮像装置を持つことを特長とした請求項２１記載の人工視覚装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工視覚装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
網膜色素変性症や加齢性黄斑変性症などにより、世界規模では100万人程度の失明患者が存在する。これらの患者は、網膜下の神経が正常であるにも拘わらず、角膜や水晶体をはじめとする組織の異常により、光の刺激が視神経に伝わらず、失明する。失明により、患者は社会生活に支障をきたすのみならず、精神的に重大な影響を受けるため、治療技術が切実に求められている。
【０００３】
これまで提案された失明治療技術の一つとして、特許文献１に示すものがある。本従来例における人工視覚装置の例を図２を用いて説明する。
【０００４】
図１０は従来の人工視覚装置の例を示すブロック図である。図１０において、１００１は人体外部に装着する体外装置であり、１００２は眼球内に装着する眼内埋植装置である。外界の映像は、撮像装置であるカメラ１００３で撮影する。カメラ１００３で撮影した映像信号は、画像処理装置１００４に送られる。画像処理装置１００４においては、画像切り出し手段１００５により、装着者に伝える画像領域を切り出した後、信号作成回路１００６において、これを人間の網膜刺激パターンに変換し、神経刺激信号として出力する。神経刺激信号は送信器１００７により、例えば赤外線通信などの無線信号として眼内埋植装置１００２側に送られる。眼内埋植装置１００２において、神経刺激信号は例えば赤外線フォトダイオードなどの受信機１００８により受信し、この信号を網膜刺激電極アレイ１００９の各電極に対して電圧として印加する。網膜はこの刺激を受けて、装着者の脳に画像を伝えることとなる。
【０００５】
一方、体外装置１００１は電池１０１０を含み、電力を体外装置１００１の各構成要素に供給するとともに、例えば１次コイルである電力送信器１０１１により、無線電力として眼内埋植装置１００２側に送られる。眼内埋植装置１００２において、無線電力は、例えば２次コイルである電力受信器１０１２により受け取り、眼内埋植装置１００２の各要素に供給する。
【０００６】
なお特許文献１においては、装着者が見ることができる視界を眼球の動きに応じてずらすことができるように、眼球の動きに応じて、画像切り出し手段１００５において切り出す画像をずらす方法についても言及している。
【特許文献１】国際公開第０２／０８０８２８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
人間の網膜細胞は１億以上あるため、極めて高い解像度で外界の情報を見ることができる。一方、前記従来の構成では、網膜刺激電極アレイの電極数を網膜細胞の数と同等数にするのは困難であり、現在の技術で実用化されている電極数は、数百から数万程度である。電極数が数万程度である場合、縦／横それぞれ百個程度の画素数の画像として認識することとなる。このため、本システムにより視力を回復したとしても、視力の解像度は極めて悪く、例えば細かい文字などを読むことは困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、少ない電極数であっても、必要に応じて高い解像度で画像を認識することのできる人工視覚装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の人工視覚装置は、外界の映像を入力する撮像装置と、スケール選択手段と、前記撮像装置からの映像信号をスケール選択手段の指示によるスケールの視野画像に変換するスケール変換手段と、前記視野画像を神経刺激信号に変換する信号作成手段と、前記神経刺激信号を網膜細胞あるいは視神経に伝える電極アレイを持つことを特長としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の人工視覚装置によれば、細かい解像度が必要な画像領域に対して、その領域を拡大して網膜刺激電極アレイに投影することにより、必要な画像領域を高い解像度で認識することのできる人工視覚装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の人工視覚装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例における人工視覚装置のブロック図を示す。図１において、１０１は人体外部に装着する体外装置であり、１０２は眼球内に装着する眼内埋植装置である。外界の映像は、撮像装置であるカメラ１０３で撮影する。カメラ１０３の撮像素子は縦６４０画素、横４８０画素であり、これで受けた画像を白黒のＮＴＳＣ方式の映像信号として、画像処理装置１０４に送るものとする。画像処理装置１０４においては、映像信号を人間の網膜刺激パターンに変換し、神経刺激信号として出力する。画像処理装置１０４内部においては、スケール変換手段１０６は、カメラ１０３からの映像信号を、後述する網膜刺激電極アレイ１１０の画素数に合わせてスケール変換し、視野画像を作成する。視野画像は、信号作成回路１０７により神経刺激信号に変換する。神経刺激信号は、送信器１０８により、例えば赤外線通信などの無線信号として眼内埋植装置１０２側に送られる。眼内埋植装置１０２において、神経刺激信号は例えば赤外線フォトダイオードなどの受信機１０９により受信し、この信号を網膜刺激電極アレイ１１０の各電極に対して電圧パルスとして印加する。網膜はこの刺激を受けて、装着者の脳に画像を伝えることとなる。
【００１３】
一方、体外装置１０１は電池１１１を含み、電力を体外装置１０１の各構成要素に供給するとともに、例えば１次コイルである電力送信器１１２により、無線電力として眼内埋植装置１０２側に送られる。眼内埋植装置１０２において、無線電力は、例えば２次コイルである電力受信器１１３により受け取り、眼内埋植装置１０２の各要素に供給する。
【００１４】
図３は眼内埋植装置１０２の外形図である。赤外線フォトダイオードである受信機１０９と、２次コイルである電力受信器１１３は一体で構成されている。受信機１０９で受けた神経刺激信号および、電力受信器１１３で受けた電力はフレキシブルプリント基板３０１上に形成された信号線を通り、網膜刺激電極アレイ１１０に伝えられる。網膜刺激電極アレイ１１０は縦１００画素×横１００画素の電極を持つものとする。
【００１５】
図４は外科手術により、眼球４０１に眼内埋植装置１０２を取りつけた状態を示している。受信機１０９と、電力受信器１１３は本来瞳がある位置に取り付け、体外装置１０１から無線による神経刺激信号および電力を受け取りやすい状態に配置する。フレキシブルプリント基板３０１は眼球内壁に沿って曲げられ、網膜刺激電極アレイ１１０は、視線軸上奥の最も網膜細胞が集中している位置に取りつける。眼内埋植装置１０２の固定は専用の釘等で物理的に行う。
【００１６】
さて、次に図１を用いて、本発明の特徴である、前記映像信号に対して前記神経刺激信号のスケールを切り換える手段について説明する。図１において、１０５はスケール選択手段であり、ここでは例えば、ボタンを押さえたときにＯＮとなり、離すとＯＦＦになるスイッチを用いる。このため、このスイッチは初期状態においてはＯＦＦ状態であるものとする。初期状態において、画像処理装置１０４内のスケール変換手段１０６にはスケール選択手段１０５のスイッチがＯＦＦであるという信号が伝えられる。このとき、スケール変換手段１０６は、入力された映像信号の６４０×４８０画素のうち、中央部の４８０×４８０画素を切り出し、これをスケール変換して１００×１００画素の視野画像を作成する。図５において、５０３は６４０×４８０画素の大きさを持つ入力された映像信号であり、駅舎がうつっているものとする。これに対して、４８０×４８０画素の切り出し領域が５０２である。スケール変換は、一般に用いられる手法を用いればよいため、ここでは線形補間により、スケール変換を行うものとする。この結果、スケール変換手段１０６から信号作成回路１０７へは、１００×１００画素の大きさを持つ視野画像となり、信号作成回路１０７は、この視野画像を、１００×１００画素の網膜刺激電極アレイ１１０に対応した網膜刺激パターンに変換し、神経刺激信号として出力する。この状態においては、装着者は図５の５０２の範囲を「見る」ことができるため、広い視野を得ることができ、駅舎のほぼ全体を認識することができる。その一方で、解像度が１００×１００画素と、元の解像度の１／４．８しかないため、「山田駅」という文字については、認識が困難である。
【００１７】
この状態において、装着者がスケール選択手段１０５のスイッチを押した場合、スケール変換手段１０６にはスイッチがＯＮであるという信号が伝えられる。このとき、スケール変換手段１０６は、入力された映像信号の６４０×４８０画素のうち、中央部の１００×１００画素を切り出す。図５において、１００×１００画素の切り出し領域が５０３である。切り出した画像は既に１００×１００画素であるため、これをそのまま視野画像として信号作成回路１０７へ送られる。信号作成回路１０７は、入力した視野画像を１００×１００画素の網膜刺激電極アレイ１１０に対応した網膜刺激パターンに変換し、神経刺激信号として出力する。この状態においては、装着者は図５の５０３の範囲を「見る」ことができるため、看板のみの狭い視野となるが、元の映像信号そのままの解像度であるため、「山田駅」という文字を認識することが可能となる。
【００１８】
この状態において、再び装着者がスケール選択手段１０５のスイッチを離した場合、スケール変換手段１０６にはスイッチがＯＦＦであるとの情報が伝わり、初期状態のスケールにより作られた画像を装着者に伝えることとなる。このように、デフォルト状態で常に初期状態のスケールにより作られた画像を装着者に伝えることは極めて重要である。その理由は、人間の行動は視覚に大きく依存しており、視覚により得た情報を元に外界の物体の位置関係を位置関係を認識するのであるが、視覚に通常と異なるスケールにより作られた画像が入力されている場合、外界の物体の位置関係を間違えて認識し、危険な状況に陥ることがあるからである。このため、スイッチを押したまま活動することによって危険な状況に陥ること防止するために、例えスイッチを押したままであっても、一定時間経過後に、スケールを初期状態に戻すことも有効である。これを実現するための、スケール選択手段１０５の構成を図２を用いて説明する。図２は、スケール選択手段１０５の一実施例のブロック図である。図２において、初期状態においては、スイッチ２０１がＯＦＦを出力しているため、ＡＮＤ回路２０２の片方の入力がＯＦＦであることから、スケール選択手段１０５の出力はＯＦＦとなっている。この状態でスイッチ２０１を押すと、スイッチ２０１からはＯＮ信号が出力される。この信号は、ＡＮＤ回路２０２に伝えられると共に、カウンタ２０３にも伝えられる。カウンタ２０３はＯＦＦからＯＮになったタイミングで値を０にリセットし、カウントを開始する。ここでは１秒毎にカウントアップするものとする。一方、設定時間保持回路２０４には、スケールを拡大している最大時間（例えば１０秒）を設定しておく。カウンタ２０３による測定時間と、設定時間保持回路２０４に保持した時間は、比較器２０５で比較され、カウンタ２０３によるカウント時間が小さい間はＯＮを出力し、カウンタ２０３によるカウント時間が大きくなった場合はＯＦＦを出力する。ＡＮＤ回路２０２は、スイッチ２０１が押されてから１０秒以下の間は入力が両方ともＯＮであるため、ＯＮを出力するが、１０秒以上経ったとき、あるいは、スイッチ２０１が離されたときは、少なくとも一方の入力がＯＦＦとなるため、ＯＦＦを出力する。したがって、スケール選択手段１０５としては、スイッチ２０１が押されたままであっても、一定時間経過後には出力はＯＦＦとなり、スケールを初期状態に戻すことが可能となる。
【００１９】
さらに安全のために、比較器２０５の出力を音声発生装置２０６に入力し、比較器２０５の出力がＯＮの間は、音声発生装置２０６から警告のための音声を出しつづけるようにする。このことにより、スケール変換手段１０６が初期状態以外のスケールにより画像を作成している場合には、警告のための音声を出しつづけることとなり、装着者に対して、初期状態とは異なるスケールの視覚となっていることを意識させることができ、注意を喚起できる。
【００２０】
同様な安全手段として、スケール変換手段１０６において、初期状態以外のスケールにより視野画像を作成している場合には、作成した１００×１００の視野画像に警告のための画像を重畳する構成とすることも可能である。重畳する画像としては、例えば、画像の最外周に最高輝度の枠をつけてもよいし、画像の一部に点滅する文字を入れてもよい。このことにより、装着者に対して、初期状態とは異なるスケールの視覚となっていることを意識させることができ、注意を喚起できる。
【実施例２】
【００２１】
図６は、本発明の第２の実施例における人工視覚装置のブロック図を示す。図６において、１０１は人体外部に装着する体外装置であり、１０２は眼球内に装着する眼内埋植装置である。外界の映像は、撮像装置であるカメラ１０３で撮影する。カメラ１０３の撮像素子は縦６４０画素、横４８０画素であり、これで受けた画像をＮＴＳＣ方式の映像信号として、画像処理装置１０４に送ると同時に、スケール選択手段６００内部のフレームメモリ６０１および比較器６０２に送るものとする。スケール選択手段６００の働きについては後述する。画像処理装置１０４内部においては、スケール変換手段１０６は、カメラ１０３からの映像信号を、後述する網膜刺激電極アレイ１１０の画素数に合わせてスケール変換し、視野画像を作成する。視野画像は、信号作成回路１０７により神経刺激信号に変換する。神経刺激信号は、送信器１０８により、例えば赤外線通信などの無線信号として眼内埋植装置１０２側に送られる。眼内埋植装置１０２において、神経刺激信号は例えば赤外線フォトダイオードなどの受信機１０９により受信し、この信号を網膜刺激電極アレイ１１０の各電極に対して電圧として印加する。網膜はこの刺激を受けて、装着者の脳に画像を伝えることとなる。
【００２２】
一方、体外装置１０１は電池１１１を含み、電力を体外装置１０１の各構成要素に供給するとともに、例えば１次コイルである電力送信器１１２により、無線電力として眼内埋植装置１０２側に送られる。眼内埋植装置１０２において、無線電力は、例えば２次コイルである電力受信器１１３により受け取り、眼内埋植装置１０２の各要素に供給する。
【００２３】
本発明の第２の実施例において、第１の実施例と異なる部分は、スケール選択手段６００内部の構成と、スケール選択手段６００にカメラ１０３からの映像信号を入力している点である。これは、装着者が看板等を注視したときに、スイッチなどの操作によらず、自動的にその部分を拡大することを実現するものである。このためには、装着者の視線が予め定めた時間以上停止した時に、映像信号に対して神経刺激信号が大きなスケールに切り替わるようにする。ここでは、装着者の視線の停止は、カメラに写った映像の停止により検出するものとする。これを実現するために、カメラ１０３からの映像信号はフレームメモリ６０１に送られる。フレームメモリ６０１においては、例えば１秒分の映像を蓄積し、１秒前の映像を比較器６０２に送る。比較器６０２は、カメラ１０３からの現在の映像と、フレームメモリ６０１からの１秒前の映像を比較し、これらが予め定めた値よりも大きく変化している場合は、スケール変換手段に対しＯＦＦ信号を送出し、これらが変化していない場合は、スケール変換手段に対しＯＮ信号を送出する。映像の比較の方法は一般的なものを用いればよいが、例えば１つの方法として、両映像を画素毎に差の２乗和をとるという方法を用いてもよい。この場合、その合計値が予め決めた閾値以下であれば「変化無し」としてＯＮ信号を出力し、閾値より大きい場合は「変化あり」として、ＯＦＦ信号を送出する。
【００２４】
以下、より実用的なスケール選択手段６００の構成を、図７を用いて説明する。図７はスケール選択手段６００の機能ブロック図である。６４０×４８０画素の大きさを持つカメラからの映像信号は、図の左より、縮小処理７０１に入力される。縮小処理７０１においては、まず、６４０×４８０画素の映像信号の中央部の１００×１００画素を切り出す。次に、切り出した画像において、２０×２０画素毎の平均値をとることにより、５×５画素の画像に縮小する。ここで、元の映像の中央部分のみを切り出す理由は、看板などを注視したい場合、装着者が看板に向けて視線を止めても、看板の周辺部に人物等が動いている場合には、それらの動きにより視線の停止が検出できないため、注視すべき領域のみを切り出している。また、次のステップで、画像を縮小する理由は３つある。１つは比較の演算処理を高速にするためであり、１つはフレームメモリの容量を小さくするためであり、さらに最大の理由は、画素の平均化により、ノイズおよび細かな動き成分がキャンセルされ、比較時に安定した結果が得られることである。８０×６０画素に縮小された画像は、フレームメモリ６０１に記憶される。フレームメモリ６０１は１秒分の画像を記憶するものである。ここでは、１秒間に３０枚の画像を扱うものとすると、フレームメモリ６０１には８０×６０画素の画像を３０枚記憶し、フレームメモリ６０１からは常に３０枚前の画像、すなわち、１秒前の画像を出力する構成となっている。比較器６０２は、縮小処理７０１から出力される現在の画像と、フレームメモリ６０１から出力される１秒前の画像を比較する。比較は、差の２乗和を用いて行うが、差の２乗和の求め方は、両画像における同じ位置の画素を、各画素毎に差分を求め、これらを２乗して画像全体で加算することにより行う。これにより求めた差の２乗和は、２つの画像が近いときは小さな値を持ち、２つの画像が異なるときは大きな値を持つ。したがって、予め与えた閾値と差の２乗和を比較し、差の２乗和が閾値より大きい場合には比較器６０２よりＯＦＦを出力し、差の２乗和が閾値以下の場合には比較器６０２よりＯＮを出力することで、装着者が視線を動かしている間はＯＦＦを、停止したときはＯＮを出力できるようになる。ただし、このままでは頻繁にＯＮとＯＦＦが切り替わり、使いづらいものとなる。このため、比較器６０２の出力は７０２において連続性評価を行い、比較器６０２の出力が１５回以上連続でＯＮのときのみ７０２からの出力をＯＮとする。このことにより、装着者が視線を１秒間固定し、さらに０．５秒間そのままであったときには、７０２からの出力すなわちスケール選択手段６００の出力がＯＮとなり、拡大した視野画像を装着者に提供できる。また、装着者が視線を動かした瞬間に、スケール選択手段６００の出力がＯＦＦとなり、視野を初期状態に戻すことができるため、装着者が動く際には初期状態の視野となり、危険な状態になることはない。
【００２５】
本方式によれば、装着者がスイッチを操作する必要がなく、注視したものを拡大して視認することができ、また、視線をずらせた場合にはすみやかに、初期状態の視野に戻すことが可能となる。
【実施例３】
【００２６】
本発明の第３の実施例における人工視覚装置についての説明を行う。システムの構成は本発明の第１の実施例と同じであり、第１の実施例とは、スイッチ１０５からの信号に基づくスケール変換手段１０６の働きのみが異なるため、ここではスケール変換手段１０６の働きについてのみ説明する。第１の実施例においてスケール変換手段１０６は、スイッチ１０５を離しているときは初期状態のスケールで視野画像を作成し、スイッチ１０５を押したときは拡大したスケールで視野画像を作成していた。これに対して、第３の実施例においては、スイッチ１０５を押している間、徐々に視野画像のスケールを拡大し、スイッチ１０５を離したときは、視野画像スケールを離した瞬間のものに保ちつづけるようにすることにより、所望の拡大率の視野を得られるようにするものである。これを実現するために、初期状態においてスケール変換手段１０６は初期状態のスケール変換パラメータとして１／４．８という値を持っておく。この値の意味は、入力された映像信号の中央部を切り出し、これを１／４．８倍にスケール変換して、信号作成回路１０７へ送る１００×１００画素の視野画像を作成することを意味する。入力された映像信号において、このために必要な画素数は４８０×４８０画素であるため、スケール変換手段１０６では初期状態においては、入力された映像信号の中央部の４８０×４８０画素の領域を切り出してスケール変換し、１００×１００画素の視野画像を作成して、信号作成回路１０７へ送る。スイッチ１０５を離している間は、スケール変換パラメータをそのまま用い、同じスケールを保持する。以下、スケール変換手段１０６の働きを図８を用いて説明する。図８は、第３の実施例におけるスケール変換手段１０６の動作のフローチャートである。図８において、８０１でスイッチ１０５の状態を判定する。スイッチがＯＦＦのときは、スケール変換パラメータをそのまま用いるため、８０５へ飛ぶ。スイッチがＯＮのときは、８０２においてスケール変換パラメータに０．１を加える。ここでは、スケール変換パラメータの最大値を２．０としているため、８０３において、スケール変換パラメータを２．０と比較し、これを超える場合は、８０４にてスケール変換パラメータを２．０に再設定する。８０５においては、１００をスケール変換パラメータで割ることにより、入力された映像信号のうち利用する領域の大きさを求める。例えば、スケール変換パラメータが１／４．８のときは、１００÷（１／４．８）＝４８０であることから、４８０×４８０画素を切りぬくこととなり、スケール変換パラメータが１のときは、１００÷１＝１００であることから、１００×１００画素を切りぬくこととなり、さらに、スケール変換パラメータが２のときは、１００÷２＝５０であることから、５０×５０画素を切りぬくこととなる。８０６では、８０５で求めた領域を入力映像から切り出す。８０７においては、８０６で切り出した映像をスケール変換し、１００×１００画素の視野画像を作成する。８０８では、８０７で作成した視野画像を信号作成回路１０７へ出力する。
【００２７】
以上の処理を行うことにより、スイッチを押している間はスケールが拡大されつづけ、スイッチを離すと、そのときのスケールが保持されるようになる。また、別のスイッチを設け、同様の方法でスケール変換パラメータを小さくしていくことで、スイッチを押している間はスケールが縮小されつづけるようにすることも容易に可能である。
【００２８】
本方法においては、スイッチを離してもスケールが初期状態に戻らないことから、第１の実施例でも言及したように、視覚に通常と異なるスケールにより作られた画像が入力されている場合、外界の物体の位置関係を間違えて認識し、危険な状況に陥ることがある。これを防ぐために、一定時間経過後に、スケールを初期状態に戻すことも有効である。これを実現するため、スイッチ１０５に連動するタイマを追加し、スイッチ１０５のＯＦＦのタイミングでタイマをスタートし、予め定めた時間（例えば５秒）が経過した後は、スケール変換パラメータを初期状態の１／４．８に強制的に戻す構成をとればよい。
【００２９】
また、べつの方法として、装着者が視線を動かした場合にはスケールを初期状態に戻すことも有効である。これを実現するため、第２の実施例に示したフレームメモリ６０１および比較器６０２を追加し、１秒前の映像と現在の映像が異なった場合には、視線を動かしたものと判断して、スケール変換パラメータを初期状態の１／４．８に強制的に戻す構成をとればよい。
【００３０】
さらに別の方法として、スイッチ１０５として２段階に押し込めるスイッチを利用することもできる。この場合は、１段階目に押した状態においてスケールが徐々に大きくなり、さらに強く押した２段階目の状態でスケールが停止して、スイッチを離すと、初期状態のスケールに戻るようにする。これを実現するため、１段階目に押した状態においてはスケール変換パラメータを０．１ずつ大きくし、２段階目の状態では、そのときのスケール変換パラメータを保持し、スイッチを離したときは、スケール変換パラメータを初期状態の１／４．８に戻す構成をとればよい。
【実施例４】
【００３１】
図９は、本発明の第４の実施例における人工視覚装置のブロック図を示す。図９において、９０１は人体外部に装着する体外装置であり、９０２は眼球内に装着する眼内埋植装置である。外界の映像は、撮像装置であるカメラ９０３で撮影する。カメラ９０３からは、１００×１００画素の映像信号が出力され、これを信号作成回路９０５に入力する。信号作成回路９０５においては、映像信号を１００×１００画素の人間の網膜刺激パターンに変換し、神経刺激信号として出力する。信号作成回路９０５で作られた神経刺激信号はコネクタ９０６を介して眼内埋植装置９０２側に送られる。眼内埋植装置９０２においては、この信号を１００×１００画素の網膜刺激電極アレイ９０７の各電極に対して電圧として印加する。網膜はこの刺激を受けて、装着者の脳に画像を伝えることとなる。電池９０８は全システムに電力を供給する。
【００３２】
本システムにおいて、カメラが光学的なズーム機能を持つ場合、スイッチ９０４がＯＮのときは、光学的に拡大して撮影し、この映像を信号作成回路９０５に送る。また、スイッチ９０４がＯＦＦのときは、光学的に高視野状態にして撮影し、この映像を信号作成回路９０５に送る。以上により、スイッチの切り換えにより、装着者は異なるズーム比の画像を得ることができるようになる。
【００３３】
また、本システムにおいてカメラが光学的なズーム機能を持たない場合は、カメラ９０３が、網膜刺激電極アレイ９０７の電極数よりも多くの撮像素子を持つことにより、以下の方法で切り換えを実現することができる。ここで、カメラ９０３が４００×４００画素の撮像素子を持つものとする。多くのカメラにはビニングという機能がついており、ここではこれを用いる。ビニングはカメラ内の撮像素子をまとめて読み出す機能であり、例えば、４×４画素の撮像素子の値をすべて加算したものを仮想的な１画素の値として出力する機能である。したがって、４００×４００画素の撮像素子を４×４のビニングを使って読み出すことにより、撮像素子全体の視野を１００×１００画素の映像信号として出力することができる。一方、カメラにはサブエリア読み出し機能がついており、この機能を用いることで、４００×４００画素の撮像素子の中央に位置する１００×１００画素の領域のみを読み出し、１００×１００画素の映像信号として出力することもできる。これらの機能を用いた実施例を以下に示す。スイッチ８０５がＯＮのときは、サブエリア読み出し機能を用いて、４００×４００画素の撮像素子の中央に位置する１００×１００画素の領域のみを読み出し、１００×１００画素の映像信号として信号作成回路８０４に送る。一方、スイッチ９０４がＯＦＦのときは、４×４のビニングを使って読み出すことにより、撮像素子全体の視野を１００×１００画素の映像信号として信号作成回路９０５に送る。ただし、ビニングを用いる場合には、撮像素子の露光時間を通常の１／１６の長さにすることで、４×４の画素を加算した結果が、通常の１画素と同じ輝度とすることができる。
【００３４】
以上により、光学的なズーム機能を持たない場合においても、所望の機能を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明にかかる人工視覚装置は、解像度の低い網膜刺激電極を用いた場合でも、必要に応じて視覚を拡大することで高い解像度を得ることができるため、現有技術により実用性のある人工視覚装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１における人工視覚装置の機能ブロック図
【図２】本発明の実施例１におけるスケール選択手段のブロック図
【図３】本発明の実施例１における眼内埋植装置の外形図
【図４】本発明の実施例１における眼内埋植装置取りつけ状態のイメージ図
【図５】本発明の実施例１における視野範囲の説明図
【図６】本発明の実施例２における人工視覚装置の機能ブロック図
【図７】本発明の実施例２におけるスケール選択手段のブロック図
【図８】本発明の実施例３におけるスケール変換手段の処理フローチャート
【図９】本発明の実施例４における人工視覚装置の機能ブロック図
【図１０】従来の人工視覚装置の機能ブロック図
【符号の説明】
【００３７】
１０１  人体外部に装着する体外装置
１０２  眼球内に装着する眼内埋植装置
１０３  カメラ
１０４  画像処理装置
１０５  視野切り換えスイッチ
１０６  スケール変換手段
１０７  信号作成回路
１０８  無線送信器
１０９  無線受信機
１１０  網膜刺激電極アレイ
１１１  電池
１１２  電力送信器
１１３  電力受信器
２０１  スイッチ
２０２  ＡＮＤ回路
２０３  カウンタ
２０４  設定時間保持回路
２０５  比較器
２０６  音声発生装置
３０１  フレキシプルプリント基板
４０１  眼球外形状
５０１  カメラからの映像信号の視野範囲
５０２  初期状態における切り出し領域
５０３  拡大時の切り出し領域
６０１  フレームメモリ
６０２  比較器
７０１  縮小処理
７０２  連続性評価
８０１  スイッチ判定処理
８０２  スケール変換パラメータの増加処理
８０３  スケール変換パラメータのオーバフロー判定処理
８０４  スケール変換パラメータのクリッピング処理
８０５  切り出し領域の大きさを求める処理
８０６  必要領域切り出し処理
８０７  スケール変換処理
８０８  出力処理
９０１  人体外部に装着する体外装置
９０２  眼球内に装着する眼内埋植装置
９０３  カメラ
９０４  スイッチ
９０５  信号作成回路
９０６  コネクタ
９０７  網膜刺激電極アレイ
９０８  電池
１００１  人体外部に装着する体外装置
１００２  眼球内に装着する眼内埋植装置
１００３  カメラ
１００４  画像処理装置
１００５  画像切り出し手段
１００６  信号作成回路
１００７  無線送信器
１００８  無線受信機
１００９  網膜刺激電極アレイ
１０１０  電池
１０１１  電力送信器
１０１２  電力受信器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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