(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角膜に光を照射することにより生じる角膜反射光像を撮像することにより前記角膜の動きを計測する眼球運動計測装置であって、
二次元状に配列された複数の画素を含む光検出部を有し、前記光検出部に入射した前記角膜反射光像を含む撮像データを生成する撮像部と、
前記撮像データにおける前記角膜反射光像の位置を算出する輝点位置演算手段と、
前記角膜反射光像の位置の時間変化に関する第１のデータ列と該第１のデータ列を平滑化した第２のデータ列との差を演算することにより、前記角膜の動きに含まれるトレモア成分を示す第３のデータ列を生成するトレモア信号演算手段と
を備えることを特徴とする、眼球運動計測装置。
【請求項２】
被検者に注視させる指標と、
前記第３のデータ列における信号対雑音比を評価するためのパラメータを算出し、前記指標の位置及び焦点のうち少なくとも一つの計測条件を該パラメータに基づいて制御する計測条件制御手段と
を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の眼球運動計測装置。
【請求項３】
前記パラメータは、前記第１のデータ列の周波数解析波形における強度の極大値と極小値との比または差であることを特徴とする、請求項２に記載の眼球運動計測装置。
【請求項４】
前記計測条件制御手段は、前記第１のデータ列の周波数解析波形における強度の極大値Ｐｐと極小値Ｐｂとの比（Ｐｐ／Ｐｂ）または差（Ｐｐ−Ｐｂ）が所定値より大きい場合に前記少なくとも一つの計測条件を固定することを特徴とする、請求項３に記載の眼球運動計測装置。
【請求項５】
前記パラメータは、前記第２のデータ列より算出される前記角膜の速度または加速度に基づく特徴量であることを特徴とする、請求項２に記載の眼球運動計測装置。
【請求項６】
前記計測条件制御手段は、前記特徴量が所定値より小さい場合に前記少なくとも一つの計測条件を固定することを特徴とする、請求項５に記載の眼球運動計測装置。
【請求項７】
前記パラメータは、前記第３のデータ列に基づく前記角膜の速度振幅の合計値であることを特徴とする、請求項２に記載の眼球運動計測装置。
【請求項８】
前記計測条件制御手段は、前記第３のデータ列に基づく前記角膜の速度振幅の合計値が所定値より小さい場合に前記少なくとも一つの計測条件を固定することを特徴とする、請求項７に記載の眼球運動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼球運動計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人間の眼球運動には高速かつ微細な動き（固視微動）が含まれており、この固視微動は、次の三種類の動きに分類される。すなわち、低周波の小さな滑らかな動きであるドリフト、小さな跳ぶような動きであるフリック（マイクロサッカードとも呼ばれる）、非常に小さな高周波の振動であるトレモアの三種類である。固視微動の大きさは疲労や病気などに応じて変化するといわれており、例えば、ドリフトの大きさは認知症患者と健常者とで異なるとの報告があり、また、脳死直前にはトレモアが計測されないことから、トレモアと脳機能との間には密接な関係があるといわれている。
【０００３】
このような固視微動を計測して、人間の意識状態や健康状態の推定に応用する試みが多くなされている。例えば特許文献１には、ハイビジョン画面等を注視する際の視覚的注意の程度を固視微動の大きさに基づいて知り得ることが記載されている。そして、この文献に記載された眼球制御系情報検出装置においては、低周波の動きであるドリフト成分やマイクロサッカード成分を固視微動から抽出する際に、高周波成分でありノイズとなるトレマー（トレモア）成分を除去するため、眼球の動きに関する時系列データを平滑化している。
【０００４】
また、上述した特許文献１ではトレモア成分がノイズとして除去されているが、トレモア成分に基づいて推定できる情報も示唆されている。例えば、非特許文献１では、トレモア成分と脳幹との関連が示唆されており、眠り・昏睡・麻酔の深さを知る指標や脳死の指標などにトレモア成分を適用するための、ピエゾ素子を用いた接触式計測装置が提案されている。また、非特許文献２では、パーキンソン病患者のトレモア成分が特異的であることが報告されている。
【特許文献１】特許第３７２４５２４号公報
【非特許文献１】N.F.Sheahan他, “Ocular microtremormeasurement system: design and performance”, Medical and Biological Engineeringand Computing, 31, pp.205-212 (1993)
【非特許文献２】Ciaran Bolger他, “Ocular microtremor inpatients with idiopathic Parkinson’s disease”, J. Neural Neurosurg Psychiatry,66, pp.528-531 (1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、トレモアは振幅１μｍ程度の非常に小さな高周波の振動であるため、ドリフトやフリック（マイクロサッカード）と比べて、精度良く検出することが難しい。非特許文献１では、ピエゾ素子を眼球に押し当てることによりトレモアの計測を試みているが、実際の患者診断や健康診断等に用いるためには、非接触かつ簡便・高速・高精度な計測装置が望ましい。また、特許文献１においては、トレモア成分に基づくこれらの推定に関しては言及されておらず、トレモア成分だけを精度良く抽出する方法についても何ら開示されていない。
【０００６】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、トレモア成分を精度良く検出できる眼球運動計測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】
【０００７】
上記した課題を解決するために、本発明による眼球運動計測装置は、角膜に光を照射することにより生じる角膜反射光像を撮像することにより角膜の動きを計測する眼球運動計測装置であって、二次元状に配列された複数の画素を含む光検出部を有し、光検出部に入射した角膜反射光像を含む撮像データを生成する撮像部と、撮像データにおける角膜反射光像の位置を算出する輝点位置演算手段と、角膜反射光像の位置の時間変化に関する第１のデータ列と該第１のデータ列を平滑化した第２のデータ列との差を演算することにより、角膜の動きに含まれるトレモア成分を示す第３のデータ列を生成するトレモア信号演算手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
角膜反射光像を含む撮像データが所定のフレームレートでもって撮像部により生成されると、この撮像データにおける各フレーム毎の角膜反射光像の位置が輝点位置演算手段により算出される。こうして得られる時系列データ、すなわち角膜反射光像の位置の時間変化に関する第１のデータ列は、眼球の動きを直接的に表す時系列データであり、低周波の固視微動であるドリフトやフリック（マイクロサッカード）による成分と、高周波の固視微動であるトレモアによる成分とを両方含んでいる。そして、この第１のデータ列がトレモア信号演算手段において平滑化されることにより第２のデータ列が生成される。この第２のデータ列では平滑化によってトレモア成分が除去されており、ドリフト成分やフリック成分が主に含まれている。したがって、第１のデータ列と第２のデータ列との差を演算することにより、第１のデータ列からドリフト成分及びフリック成分が好適に除去されて、トレモア成分を主に含むデータ列（第３のデータ列）が得られることとなる。このように、上記した眼球運動計測装置によれば、角膜反射光像の位置の時間変化に関する時系列データからドリフト成分及びフリック成分を除去して、トレモア成分を精度良く検出できる。
【０００９】
また、眼球運動計測装置は、被検者に注視させる指標と、第３のデータ列における信号対雑音比を評価するためのパラメータを算出し、指標の位置及び焦点のうち少なくとも一つの計測条件を該パラメータに基づいて制御する計測条件制御手段とを更に備えることを特徴としてもよい。眼球運動計測装置においては、角膜の動きを制御するために被検者に注視させる指標を設ける場合がある。このような場合、第１のデータ列に対し、指標の位置や焦点といった指標に関わる計測条件に起因するノイズが重畳する傾向がある。このようなノイズによる成分は、その周波数が比較的高いため、第１のデータ列が平滑化される際にトレモア成分と共に除去され易い。その結果、第３のデータ列にはこのようなノイズ成分がトレモア成分と共に含まれることとなり、トレモア成分の検出精度の向上を抑制する一因となる。そこで、第３のデータ列における信号対雑音比を評価するためのパラメータを算出し、指標の位置及び焦点のうち少なくとも一つを該パラメータに基づいて制御すれば、第３のデータ列に含まれるノイズ成分を低減してトレモア成分を更に精度良く検出できる。
【００１０】
また、眼球運動計測装置は、パラメータが、第１のデータ列の周波数解析波形における強度の極大値と極小値との比または差であることを特徴としてもよい。これにより、第３のデータ列における信号対雑音比を好適に評価することができる。この場合、眼球運動計測装置は、計測条件制御手段が、第１のデータ列の周波数解析波形における強度の極大値Ｐｐと極小値Ｐｂとの比（Ｐｐ／Ｐｂ）または差（Ｐｐ−Ｐｂ）が所定値より大きい場合に少なくとも一つの計測条件を固定することを更に特徴としてもよい。これにより、第３のデータ列に含まれるノイズ成分を効果的に低減できる。
【００１１】
また、眼球運動計測装置は、パラメータは、第２のデータ列より算出される角膜の速度または加速度に基づく特徴量であることを特徴としてもよい。これにより、第３のデータ列における信号対雑音比を好適に評価することができる。なお、この場合の特徴量とは、例えば、第２のデータ列より算出される角膜の速度や加速度、角膜の速度の平均値や標準偏差、或いは角膜の加速度の平均値や標準偏差等である。また、この場合、眼球運動計測装置は、計測条件制御手段が、上記特徴量が所定値より小さい場合に少なくとも一つの計測条件を固定することを更に特徴としてもよい。これにより、第３のデータ列に含まれるノイズ成分を効果的に低減できる。
【００１２】
また、眼球運動計測装置は、パラメータが、第３のデータ列に基づく角膜の速度振幅の合計値であることを特徴としてもよい。これにより、第３のデータ列における信号対雑音比を好適に評価することができる。この場合、眼球運動計測装置は、計測条件制御手段が、第３のデータ列に基づく角膜の速度振幅の合計値が所定値より小さい場合に少なくとも一つの計測条件を固定することを更に特徴としてもよい。これにより、第３のデータ列に含まれるノイズ成分を効果的に低減できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による眼球運動計測装置によれば、トレモア成分を精度良く検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明による眼球運動計測装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明による眼球運動計測装置の一実施形態を示す概略図である。図１を参照すると、本実施形態による眼球運動計測装置１は、照明２、ハーフミラー３、集光レンズ４、撮像部（撮像手段）５、輝点位置演算部（輝点位置演算手段）６、トレモア信号演算部（トレモア信号演算手段）７、計測制御演算部８、及び計測制御部９を備えている。集光レンズ４、撮像部５、輝点位置演算部６、トレモア信号演算部７、計測制御演算部８、及び計測制御部９は、計測部（カメラ）１０の内部に収容されている。
【００１６】
本実施形態の照明２は、例えば赤外光ＬＥＤによって構成される。照明２は、被験者の眼球１００の角膜１０１と光学的に結合されている。照明２が角膜１０１へ赤外光Ｌ１を照射することにより、角膜１０１において赤外光Ｌ１が反射して角膜反射光像Ｌ２が生じる。なお、照明２の光源としては赤外光ＬＥＤに限らず他の光源を用いることができるが、可視光源を用いた場合には光量を上げると被験者が眩しいため、赤外光源を用いることが好ましい。また、照明２は、互いに異なる位置に設けられた複数の赤外光ＬＥＤによって構成されてもよい。その場合、後述する計測制御演算部８によって選択された何れか一つの赤外光ＬＥＤが、計測制御部９によって発光制御される。
【００１７】
ハーフミラー３は、角膜反射光像Ｌ２を透過して、該角膜反射光像Ｌ２を撮像部５のセンサ部（光検出部）５１に入射させるように配置されている。また、ハーフミラー３は、角膜１０１と撮像部５とを結ぶ光軸の脇に設置された指標１１を被検者が視認可能なように、指標１１と角膜１０１とを光学的に結合している。指標１１は、例えば可視光を発生する複数のＬＥＤとピンホールマスクとを組み合わせて、互いに位置が異なる複数の輝点パターンを発生するように構成される。この複数の輝点パターンは、後述する計測制御演算部８によって何れか一つが選択され、当該輝点パターンに対応するＬＥＤが計測制御部９によって選択的に発光制御される。なお、指標１１は、このような構成以外にも、例えば液晶パネルのような画像表示装置や回転板等によって構成されてもよい。ハーフミラー３は、指標１１から出射された可視光Ｌ３を眼球１００へ向けて反射する。これにより、指標１１を被検者に提示して角膜１０１の位置を安定させつつ、角膜１０１を撮像することができる。指標１１とハーフミラー３との間には、視力調整用のレンズ１１ａが設けられていると尚良い。このレンズ１１ａにより決定される指標１１の焦点は、後述する計測制御演算部８によって決定され、計測制御部９によって制御される。
【００１８】
集光レンズ４は、光像Ｌ２を集光して撮像部５のセンサ部５１上に結像させるためのレンズである。集光レンズ４は、ハーフミラー３と撮像部５との間に配置されている。
【００１９】
撮像部５は、所定のフレームレートでもって角膜反射光像Ｌ２を撮像するための手段である。撮像部５は、二次元状に配列された複数の画素を含むセンサ部５１を有しており、センサ部５１に入射した角膜反射光像Ｌ２を各画素において電気信号に変換することにより、角膜反射光像Ｌ２に関する画素毎の入射光量を示す撮像データを生成する。撮像部５は、生成した撮像データを表示装置や映像出力端子といった出力手段へ出力するとともに、撮像データを輝点位置演算部６に提供する。
【００２０】
輝点位置演算部６は、撮像部５から提供された撮像データにおける角膜反射光像Ｌ２の入射位置を各フレーム毎に算出し、角膜反射光像Ｌ２すなわち輝点の位置に関する情報（輝点位置情報）を生成する。また、トレモア信号演算部７は、輝点位置演算部６から提供された輝点位置情報に基づいて、角膜反射光像Ｌ２の位置の時間変化に関する第１のデータ列と、該第１のデータ列を平滑化した第２のデータ列とを生成する。そして、トレモア信号演算部７は、第１及び第２のデータ列の差を演算することにより、角膜１０１の動きに含まれるトレモア成分を示す第３のデータ列を生成する。
【００２１】
なお、輝点位置演算部６及びトレモア信号演算部７は、電気回路として実現されてもよいし、中央演算処理装置やメモリを有するコンピュータ内部でソフトウェアとして実現されてもよい。
【００２２】
図２は、本実施形態における撮像部５の内部構成を示すブロック図である。撮像部５は、前述したセンサ部５１に加え、センサ部５１から読み出された電荷Ｑを処理して撮像データＳ2を生成するセンサ信号読出回路５２と、センサ部５１及びセンサ信号読出回路５２を駆動するセンサ駆動回路５３とを有している。
【００２３】
図３は、撮像部５の詳細な内部構成を示す図である。本実施形態の撮像部５は、例えば数百Ｈｚ〜１ｋＨｚといった高速なフレームレートを有する撮像装置であり、このような撮像装置としては、例えば浜松ホトニクス製のインテリジェントビジョンシステム（ＩＶＳ）カメラが挙げられる。このような撮像装置を用いることで、１００［Ｈｚ］程度の振動数を持つといわれる角膜１０１の固視微動を精度よく計測することができる。センサ部５１はいわゆるＭＯＳ型の撮像素子であり、二次元状（ｍ行×ｎ列）に配列された複数の画素５１ａを有している。複数の画素５１ａのそれぞれは、入射した光の光量に応じた電荷Ｑを生成する。電荷Ｑは、センサ駆動回路５３からの駆動信号Ｓ6に従って順次送り出される。なお、撮像部５としては、ＩＶＳカメラ以外に、高速且つ小型の二次元半導体位置検出素子（いわゆる二次元ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）や、プロファイルセンサ（例えば浜松ホトニクス製のＳ９１３２）などを用いてもよい。
【００２４】
センサ信号読出回路５２は、増幅部５４、Ａ／Ｄ変換部５５、及びスイッチ部５６を含んで構成されている。増幅部５４は、センサ部５１の行数に対応するｍ個のアンプ５４ａを有している。ｍ個のアンプ５４ａは、それぞれセンサ部５１の画素５１ａの対応する行と電気的に接続されており、ｎ列の画素５１ａから電荷Ｑを順次受け取る。そして、アンプ５４ａは、電荷Ｑを増幅するとともに電荷Ｑを電圧信号である画像信号Ｓ1に変換する。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部５５は、センサ部５１の行数に対応するｍ個のＡ／Ｄ変換器５５ａを有している。ｍ個のＡ／Ｄ変換器５５ａは、対応するｍ個のアンプ５４ａとそれぞれ電気的に接続されており、電圧信号（アナログ信号）である画像信号Ｓ1をアンプ５４ａから受けてディジタル信号である撮像データＳ2に変換する。なお、本実施形態ではディジタル信号に変換された撮像データＳ2を撮像部５からの撮像データとしているが、アナログ信号である画像信号Ｓ1を撮像部５からの撮像データとして用いてもよい。
【００２６】
スイッチ部５６は、センサ部５１の行数に対応するｍ個のスイッチ５６ａを有している。ｍ個のスイッチ５６ａは、対応するｍ個のＡ／Ｄ変換器５５ａと輝点位置演算部６との間に設けられており、Ａ／Ｄ変換器５５ａと輝点位置演算部６との接続／非接続を、センサ駆動回路５３（図２参照）からの制御信号に基づいて制御する。スイッチ５６ａが接続状態になると、Ａ／Ｄ変換器５５ａからの撮像データＳ2が輝点位置演算部６へ提供される。ｍ個のスイッチ５６ａはそれぞれ輝点位置演算部６と電気的に接続されており、個別に接続／非接続が制御される。
【００２７】
センサ部５１及びセンサ信号読出回路５２についてさらに詳しく説明する。図４は、センサ部５１と、アンプ５４ａ、Ａ／Ｄ変換器５５ａ、及び輝点位置演算部６との電気的接続関係を示す図である。図４を参照すると、センサ部５１は、フォトダイオードといった光電変換素子により構成される複数の画素５１ａを有している。そして、センサ部５１は、複数の画素５１ａに対応する複数のコンデンサ５１ｂ及び複数の読み出し用スイッチ５１ｃを有している。画素５１ａの光電変換素子とコンデンサ５１ｂとは互いに並列に接続されており、光電変換素子及びコンデンサ５１ｂの一端に読み出し用スイッチ５１ｃの一端が接続されている。読み出し用スイッチ５１ｃの他端は、同一行に含まれる他の読み出し用スイッチ５１ｃの他端と共に、アンプ５４ａの入力端に接続されている。読み出し用スイッチ５１ｃは、センサ駆動回路５３（図２参照）と電気的に接続されており、センサ駆動回路５３からの駆動信号Ｓ6に従って個別に接続／非接続が制御される。アンプ５４ａの出力端はＡ／Ｄ変換器５５ａの入力端と電気的に接続されており、Ａ／Ｄ変換器５５ａの出力端は輝点位置演算部６と電気的に接続されている。
【００２８】
図４に示したセンサ部５１及びセンサ信号読出回路５２の動作は、次のとおりである。センサ部５１に角膜反射光像Ｌ２が入射すると、各画素５１ａ毎の角膜反射光像Ｌ２の入射光量に応じた電荷がコンデンサ５１ｂに蓄積される。センサ駆動回路５３からの指示に応じて読み出し用スイッチ５１ｃが各行において順次接続されると、コンデンサ５１ｂに蓄積された電荷Ｑがアンプ５４ａに順次送られる。電荷Ｑは、アンプ５４ａによって電圧信号に変換されるとともに増幅されて画像信号Ｓ1となる。画像信号Ｓ1は、Ａ／Ｄ変換器５５ａによってアナログ信号からディジタル信号へ変換されて撮像データＳ2となる。撮像データＳ2は、輝点位置演算部６へ出力される。図５は、撮像データＳ2の一例を示す図である。図５に示されるように、撮像データＳ2には、角膜反射光像Ｌ２に対応する輝点Ａが含まれている。
【００２９】
なお、輝点位置演算部６における演算を高速に行うために、例えば撮像部５が各画素５１ａのそれぞれに対応する並列演算回路をさらに有することが好ましい。このような並列演算回路は、例えばＡ／Ｄ変換器５５ａの後段に接続される。
【００３０】
図６は、本実施形態における輝点位置演算部６の内部構成を示すブロック図である。輝点位置演算部６は、撮像データバッファ６１、輝点判別回路６２、輝点重心演算回路６３、及び輝点位置決定回路６４を有している。撮像データバッファ６１は、撮像部５から提供された撮像データＳ2を保持する。
【００３１】
輝点判別回路６２は、撮像データバッファ６１に保持された撮像データＳ2に輝点（角膜反射光像Ｌ２）が含まれるか否かを判別し、判別結果を示すデータＳ3を生成する。例えば、輝点判別回路６２は、撮像データＳ2に対して平滑化演算を行い、撮像データＳ2の全面における一定領域（例えば３×３画素）毎に、中央の画素が一定以上の光量を持ち、且つ周りの画素に対して極大値を示すか否かの判定を行う。そして、輝点判別回路６２は、これらの条件を満たす領域が存在した場合に、撮像データＳ2に輝点が含まれていると判断する。具体的には、輝点判別回路６２は、以下の演算（１）〜（３）を行う。
（１）画素位置(x,y)（但し、x=1~n、y=1~m）の明るさをD(x,y)とする。
（２）画像全体に対して、下記の演算（２ａ）、（２ｂ）を行う。
（２ａ）平滑化演算：D’(x,y)={ D(x-1,y)+ D(x+1,y)+ D(x,y)+ D(x,y-1)+ D(x,y+1)} /5
（２ｂ）輝点の判別：D’(x,y)＞th且つ（{ D(x,y)＞D(x-1,y)}且つ｛D(x,y)＞D(x+1,y)｝且つ｛D(x,y)＞D(x,y-1)、D(x,y)＞D(x,y+1)｝）（但し、thは所定の輝度閾値）の条件を満たす画素を判別する。
（３）上記（２ｂ）の条件を満たす画素があれば、撮像データＳ2に輝点が含まれていると判断する。
【００３２】
輝点重心演算回路６３は、撮像データＳ2における輝点の重心を算出し、算出結果を示すデータＳ4を生成する。例えば、輝点重心演算回路６３は次の演算を行う。すなわち、輝点重心演算回路６３は、対象画像領域（中央画素位置が(Xc,Yc)、対象画像領域が(Wx,Wy)）に対して重み付け演算を行い、輝点判別回路６２において「輝点」と判断された領域の輝点重心を演算する。具体的な演算は次のとおりである。
M0=  Σ（D(X,Y)）      （Xc-Wx/2＜X＜Xc+Wx/2,Yc-Wy/2＜Y＜Yc+Wy/2）
M1x=  Σ（X×D(X,Y)）  （Xc-Wx/2＜X＜Xc+Wx/2, Yc-Wy/2＜Y＜Yc+Wy/2）
M1y=  Σ（Y×D(X,Y)）  （Xc-Wx/2＜X＜Xc+Wx/2, Yc-Wy/2＜Y＜Yc+Wy/2）
Pos(x)＝M1x／M0
Pos(y)＝M1y／M0
輝点重心演算回路６３は、輝点の重心を示すデータＳ4として上式の（Pos(x),Pos(y)）を出力する。
【００３３】
輝点位置決定回路６４は、輝点判別回路６２により判別された輝点の有無（データＳ3）、および輝点重心演算回路６３により算出された輝点の重心（データＳ4）に基づいて輝点の位置を決定する。輝点位置決定回路６４は、輝点の位置を示す輝点位置データＳ5を生成し、後段のトレモア信号演算部７へ提供する。
【００３４】
図７は、図１に示したトレモア信号演算部７、計測制御演算部８、及び計測制御部９の内部構成を示すブロック図である。図７に示されるように、トレモア信号演算部７は、位置データバッファ７１と、フィルタ回路７２と、トレモア信号演算回路７３とを有している。
【００３５】
位置データバッファ７１は、輝点位置演算部６から提供された各フレーム毎の輝点位置データＳ5を時系列データとして蓄積する。この時系列データは、角膜反射光像Ｌ２の位置の時間変化を示しており、本実施形態における第１のデータ列Ｄ1となる。位置データバッファ７１は、所定の期間（例えば１０２４フレーム）輝点位置データＳ5を蓄積して第１のデータ列Ｄ1を生成し、フィルタ回路７２及びトレモア信号演算回路７３の双方へ、この第１のデータ列Ｄ1を提供する。フィルタ回路７２は、第１のデータ列Ｄ1を平滑化することにより第２のデータ列Ｄ2を生成する。その際、高周波の固視微動であるトレモアによる成分が第１のデータ列Ｄ1から除去され、低周波の固視微動であるドリフトやフリック（マイクロサッカード）による成分がフィルタ回路７２を通過する。
【００３６】
図８は、第１のデータ列Ｄ1及び第２のデータ列Ｄ2の典型例をグラフ化したものである。図８の縦軸は輝点の位置を表しており、横軸はフレーム（すなわち時間）を表している。図８において、高周波のトレモア成分を含む第１のデータ列Ｄ1（グラフＧ１）が平滑化されることにより、一定以上の周波数成分が除去され、第１のデータ列Ｄ2（グラフＧ２）が生成される。
【００３７】
トレモア信号演算回路７３は、第１のデータ列Ｄ1と第２のデータ列Ｄ2との差を演算することにより、第３のデータ列Ｄ3を生成する。トレモア信号演算部７は、こうして生成した第３のデータ列Ｄ3を、トレモア成分に関する検出信号として眼球運動計測装置１の外部へ出力する。
【００３８】
本実施形態による眼球運動計測装置１において、角膜反射光像Ｌ２を含む撮像データＳ2が所定のフレームレートでもって撮像部５により生成されると、この撮像データＳ2における各フレーム毎の角膜反射光像Ｌ２の位置が輝点位置演算部６により算出される。こうして得られる時系列データ、すなわち角膜反射光像Ｌ２の位置の時間変化に関する第１のデータ列Ｄ1は、眼球１００の動きを直接的に表す時系列データであり、低周波の固視微動であるドリフトやフリック（マイクロサッカード）による成分と、高周波の固視微動であるトレモアによる成分とを両方含んでいる。そして、この第１のデータ列Ｄ1がフィルタ回路７２において平滑化されることにより第２のデータ列Ｄ2が生成される。この第２のデータ列Ｄ2では平滑化によってトレモア成分が除去されており、ドリフト成分やフリック成分が主に含まれている。したがって、トレモア信号演算回路７３において第１のデータ列Ｄ1と第２のデータ列Ｄ2との差を演算することにより、第１のデータ列Ｄ1からドリフト成分及びフリック成分が好適に除去されて、トレモア成分を主に含むデータ列、すなわち第３のデータ列Ｄ3が得られることとなる。このように、本実施形態の眼球運動計測装置１によれば、角膜反射光像Ｌ２の位置の時間変化に関する時系列データからドリフト成分及びフリック成分を好適に除去して、トレモア成分を精度良く検出できる。
【００３９】
ここで、前述した撮像部５、輝点位置演算部６、およびトレモア信号演算部７においては、図５のような輝点を撮影し、その位置を１μｍ以下の精度で計測していることから、上述した第３のデータ列Ｄ3には、角膜１０１の運動に起因する成分以外に、指標１１の位置や焦点位置といった計測条件に起因する高周波ノイズが重畳する傾向がある。このようなノイズによる成分は、その周波数が比較的高いため、第１のデータ列Ｄ1が平滑化される際にトレモア成分と共に除去され易い。その結果、第３のデータ列Ｄ3にはこのようなノイズ成分がトレモア成分と共に含まれることとなり、トレモア成分の検出精度の向上を抑制する一因となる。したがって、第３のデータ列Ｄ3における高周波ノイズが小さくなるように各計測条件を最適化することにより、トレモア成分の計測精度を更に向上させることができる。そこで、本実施形態の眼球運動計測装置１は、計測条件制御手段として計測制御演算部８及び計測制御部９を更に備えている。
【００４０】
計測制御演算部８は、制御判定回路８１と、指標制御演算回路８５とを有している。制御判定回路８１は、トレモア信号演算部７から第１〜第３のデータ列Ｄ1〜Ｄ3を受け取り、これらのデータ列Ｄ1〜Ｄ3に基づいて、第３のデータ列Ｄ3における信号対雑音比（以下、Ｓ／Ｎ比とする）を評価するためのパラメータを算出する。
【００４１】
第３のデータ列Ｄ3におけるＳ／Ｎ比を評価するためのパラメータとしては、例えば次のようなものが挙げられる。一つは、第１のデータ列Ｄ1の周波数解析波形における強度の極大値Ｐｐと極小値Ｐｂとの比（Ｐｐ／Ｐｂ）または差（Ｐｐ−Ｐｂ）であり、この比（Ｐｐ／Ｐｂ）または差（Ｐｐ−Ｐｂ）の大きさが所定値より大きい場合（或いは最大となる場合）に計測条件を良好と判定し、該計測条件を継続（固定）するとよい。図９は、第１のデータ列Ｄ1に対して周波数解析を施した結果の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、強度の極大値Ｐｐは８０Ｈｚ付近に現れており、固視微動（トレモア）を示している。また、強度の極小値Ｐｂは５０Ｈｚ付近に表れている。これら極値の比（Ｐｐ／Ｐｂ）または差（Ｐｐ−Ｐｂ）が所定値（例えば１．２）より大きい（或いは最大となる）場合、第１のデータ列Ｄ1に含まれるノイズ成分が小さいので、結果的に第３のデータ列Ｄ3におけるＳ／Ｎ比が高くなる。したがって、このような場合に計測条件を固定することにより、第３のデータ列Ｄ3に含まれるノイズ成分を低減してトレモア成分を更に精度良く検出できる。
【００４２】
また、他の一つは、第２のデータ列Ｄ2から算出される輝点の速度または加速度に基づく特徴量である。この特徴量とは、例えば輝点の速度や加速度（すなわち角膜の動きに含まれるドリフトやフリックの速度や加速度）、輝点の速度平均値や加速度平均値（すなわちドリフトやフリックの速度平均値や加速度平均値）、或いは、輝点の速度や加速度の標準偏差等である。制御判定回路８１は、このような特徴量が所定値より小さい場合に計測条件を良好と判定し、該計測条件を継続（固定）するとよい。また、更に他の一つは、第３のデータ列Ｄ3に基づく輝点の速度振幅（すなわち角膜の動きに含まれるトレモアの速度振幅）の合計値（または平均値）であり、この合計値（または平均値）が所定値より小さい（或いは最小となる）場合に計測条件を良好と判定し、該計測条件を継続（固定）するとよい。
【００４３】
図１０は、第３のデータ列Ｄ3に基づいて算出された、角膜の動きに含まれるトレモア速度の時間変化を示すグラフである。制御判定回路８１は、このようなグラフにおいて、トレモア速度の振幅合計値（または振幅平均値）を算出し、この値が所定値より小さい（或いは最小となる）場合に計測条件を継続（固定）する。これにより、第３のデータ列Ｄ3に含まれるノイズ成分を低減してトレモア成分を更に精度良く検出できる。
【００４４】
再び図７を参照する。指標制御演算回路８５は、眼球運動計測装置１における計測条件のうち、指標１１の位置および焦点（フォーカス）に関する制御量を、制御判定回路８１から提供されたパラメータに基づいて演算する。指標制御演算回路８５における演算結果は制御信号Ｓ10として計測制御部９の指標制御回路９６に送られ、指標制御回路９６は、指標表示装置９７を通じて指標１１の位置および焦点（フォーカス）を制御する。例えば、指標１１が互いに位置の異なる複数の赤外光ＬＥＤからなる場合には、何れかのＬＥＤを選択的に発光させる。
【００４５】
図１１は、第３のデータ列Ｄ3における高周波ノイズが小さくなるように計測条件を最適化するための動作を示すフローチャートである。まず、撮像部５において撮像データＳ2を取得し（ステップＳ１）、次いで、輝点位置演算部６において当該撮像データＳ2における輝点位置を算出する（ステップＳ２）。続いて、トレモア信号演算部７において第１のデータ列Ｄ1、第２のデータ列Ｄ2、及び第３のデータ列Ｄ3を生成する（ステップＳ３）。続いて、計測制御演算部８が、これらのデータ列Ｄ1〜Ｄ3に基づいて、第３のデータ列Ｄ3におけるＳ／Ｎ比を評価するためのパラメータを算出する。計測制御演算部８は、このパラメータの値を所定値との比較等により評価し（ステップＳ４）、パラメータの値が良好でない場合には（ステップＳ５において「Ｎｏ」）、指標１１の位置および焦点に関する制御量を演算し、計測制御部９を通じて指標１１の位置および焦点を調整する（ステップＳ６）。そして、このステップＳ６の後、上述したステップＳ１以降の動作を再び行う。また、パラメータの値が良好である場合には（ステップＳ５において「Ｙｅｓ」）、計測条件の最適化を終了してトレモア成分の計測（本計測）を開始する（ステップＳ７）。
【００４６】
本発明による眼球運動計測装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、照明装置として赤外光ＬＥＤを用いているが、他の光源を用いてもよい。また、上記実施形態の計測条件制御手段（計測制御演算部８および計測制御部９）は、角膜に照射される赤外光の強さ、赤外光源の位置、赤外光の焦点、指標の位置および焦点の全てをパラメータに基づいて制御するように構成されているが、これらの計測条件のうち少なくとも一つをパラメータに基づいて制御する構成であってもよい。また、上記の説明では、「第２のデータ列Ｄ2では平滑化によってトレモア成分が除去される」とあるが、高周波成分を除いた波形を得る手法には、ここであげた平均法の代わりに、フーリエフィルタリングによる「低周波フィルタ」を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による眼球運動計測装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】撮像部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】撮像部の詳細な内部構成を示す図である。
【図４】光検出部と、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、及び輝点位置演算部との電気的接続関係を示す図である。
【図５】撮像データの一例を示す図である。
【図６】輝点位置演算部の内部構成を示すブロック図である。
【図７】トレモア信号演算部、計測制御演算部、及び計測制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図８】第１のデータ列及び第２のデータ列の典型例をグラフ化したものである。
【図９】第１のデータ列に対して周波数解析を施した結果の一例を示すグラフである。
【図１０】第３のデータ列に基づいて算出された、角膜の動きに含まれるトレモア速度の時間変化を示すグラフである。
【図１１】図１１は、第３のデータ列における高周波ノイズが小さくなるように計測条件を最適化するための動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
Ｄ1…第１のデータ列、Ｄ2…第２のデータ列、Ｄ3…第３のデータ列、Ｌ１…赤外光、Ｌ２…角膜反射光像、Ｌ３…可視光、Ｑ…電荷、１…眼球運動計測装置、２…照明、３…ハーフミラー、４…集光レンズ、５…撮像部、６…輝点位置演算部、７…トレモア信号演算部、８…計測制御演算部、９…計測制御部、１１…指標、１１ａ…レンズ、５１…センサ部。
【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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【図１１】
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【図５】
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