JPH0314449B2

JPH0314449B2 -

Info

Publication number: JPH0314449B2
Application number: JP63249012A
Authority: JP
Inventors: Isao Oogoshi
Original assignee: NAGASHIMA MEDICAL INSTR
Current assignee: NAGASHIMA MEDICAL INSTR
Priority date: 1988-10-04
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1991-02-26
Also published as: JPH0298333A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、視器、前庭、脳幹、大脳、あるいは
小脳などの障害を見つけるための眼振検査におけ
る眼球運動撮像装置に関するものである。

視器、前庭、脳幹、大脳、あるいは小脳などの
障害があると、目まいや平衡失調を起こす。近
年、これらの障害を見つけるための検査装置が開
発されるようになつてきた。

すなわち、被検者に眼前50cm〜100cmのスクリ
ーン上をゆつくり、あるいは素早く動くスポツト
光、または光縞模様等を注視させ、その眼球の動
きを生体電気信号として取り出し、記録または解
析、あるいは画像処理を行なつて分析、診断する
眼振検査における眼球運動撮像装置が開発される
ようになつた。

〔従来技術〕

従来、この種の眼振検査における眼球運動撮像
装置は、照明光を斜め方向から眼球に照射し、
CCD撮像カメラにより撮像して、モニターで患
者の眼球運動を観察し、あるいは撮像した映像を
もとに画像処理をし、診断のための解析処理を行
なつていた。

また、本出願人が開発した眼振検査における眼
球運動撮像装置（特願昭63−220336号）は、赤外
線の眼球への照射光軸、マトリツクス・カメラの
レンズの光軸、および眼球が前方を直視した時の
眼球視軸を光学的に同軸となるよに配置し、赤外
線反射ミラーと、赤外線は反射し、可視光は透過
するダイクロイツクミラーとを使用することによ
つて、補正計算をせずに正確な眼球瞳孔の動きを
撮像することができた。さらに、上記眼振検査に
おける眼球運動撮像装置は、眼球運動のスポツト
状画像を水平および垂直方向に走査する際の画素
数から、その重心位置のXY座標を算出してい
た。

また、眼球運動を追跡して網膜血管やその他周
囲を観察できる装置として、たとえば、特開昭63
−288133号公報、あるいは眼球運動をリアルタイ
ムで分析して、眼球の注視状態、移動情報を把握
できる、所謂アイカメラを使用した視覚情報分分
析装置として、たとえば、特開昭60−126140号公
報等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記特開昭63−288133号公報、特開昭
60−126140号公報のような従来例では、いずれも
眼球運動をCCDにより撮像して、これを画像と
して処理していた。すなわち、従来の眼球運動撮
像装置は、数十万画素からなるCCDを用いてい
るため、画像を鮮明に写す場合には良いが、１フ
レームの走査時間は33.3msecないし15.1msecで
ある。それに対して、眼球は視覚１度あたり４な
いし5msecで動くというように早い。特に、眼振
検査においては、遅い動きから素早い動きのスポ
ツト光等に対して、被検者の目が追従できるか否
かを検査するものである。

したがつて、素早い動きに対して追従している
眼球像は、CCDの走査速度を特別の走査方法に
より早く走査しなければ正確な眼球運動の経過が
わからない。たとえば、前記従来例の装置を使用
して眼振検査を行つても、遅いスポツト光の動き
に対する眼球運動の経過は判るが、素早い動きに
対する眼球運動の経過を得ることは困難であつ
た。

そこで、本出願人は、スポツト状の瞳孔像を画
像として見るのではなく、上記スポツト状画像の
重心点としてとらえるようにした（特願昭63−
220336号）。しかし、スポツト状画像の各画素を
全て加算してから、その平均値をとるため各画素
を加算する時間と演算に時間がかかる。そのた
め、スポツト光の素早い動きに対しての信頼性に
問題を有した。

また、従来の眼球運動撮像装置では、眼球の照
明に当たり、照明装置を患者の眼球と同軸上に置
かず、斜め方向から眼球に照射しているので、眼
球像をカメラの中央にもつてくるためのカメラ位
置の調節と、赤外線を的確に瞳孔に照射するため
の調節とが必要であつた。さらに、眼球を左右に
動かした場合、瞳孔反射像の移動高が、左右対称
になるとは限らない。そのため、これを補正する
ためには、複雑な補正計算が必要になるという問
題を有した。

上記問題を解決するために、照明光の眼球への
照射軸をマトリツクス・カメラのレンズ光軸と眼
球視軸とが光学的に同軸になるように配置した。

しかし、光学的に同軸にするための調整装置等
が大がかりとなり、医学の基礎的な研究装置には
良いが、外来診療に使用する臨床の検査装置にす
るためには、小型化が困難であるという問題を有
した。

本発明は、以上のような問題を解決するため
に、眼球への照明が斜方向からの均一照明で分解
能および感度低下がない眼振検査における眼球運
動撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、眼球運動の瞳孔像を点の移動として
捉えることができる極めて簡単な装置であり、ま
た、その瞳孔像の位置の計算は、複雑な画像処理
を行なわなくて済む眼振検査における眼球運動撮
像装置を提供することを目的とする。

本発明は、マトリツクス・カメラのレンズおよ
び固体撮像素子を小型にしても、マトリツクス・
カメラの固体撮像素子上の像の解像度、あるいは
Ｓ／Ｎ比が低下しない眼振検査における眼球運動
撮像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〕

第１図は本発明の原理を説明するブロツク概略
図を示す。

第１図において、１は眼球瞳孔像形成器、２は
たとえば固体撮像素子からなるマトリツクス・カ
メラ、３はマトリツクス・コントローラ、４は
XY軸値加算装置、５はデータ処理装置を示す。

眼球瞳孔像形成器１は、眼球にマトリツクス・
カメラ２の光軸とほぼ同じ方向から均一な光を全
面的に照射し、その瞳孔像を形成するための装
置。

マトリツクス・カメラ２は、前記眼球瞳孔像か
らの反射した光信号をマトリツクス・カメラ２の
レンズ１７を通して固体撮像素子に瞳孔像として
結像させる。

そして、マトリツクス・コントローラ３は、マ
トリツクス・カメラ２の固体撮像素子および後述
のXY軸値加算装置４を制御するクロツク信号、
固体撮像装置の走査信号、固体撮像装置から得ら
れた出力データ信号、および固体撮像素子に電気
的なウインドウをかけて、画素数を減少させる信
号を送出する。

XY軸値加算装置４は、眼球の瞳孔像の重心を
得るための加算器、カウンタおよびレジスタから
構成される。

データ処理装置５は、前記瞳孔像重心のXY座
標値を計算機によつて計算し、瞳孔像の位置を
XY座標値として出力する。

このようにして素早く動くスポツト光を追従す
る瞳孔像のXY座標値は、連続して得られ、これ
を見ることにより患者の病気を診断することがで
きる。

〔作用〕

第２図を参しつつ本発明に基づく作用を説明す
る。第２図は本発明におけるXY座標算出手順を
原理説明図を示す。

第２図において、３３は眼球瞳孔像形成器１に
よりマトリツクス・カメラ２が撮像した瞳孔像を
示す。

眼球瞳孔像形成器１において、照明光は眼球に
均一に入射し、瞳孔像の光束は、ダイクロイツク
ミラーによつてマトリツクス・カメラ２の固体撮
像素子に入り電気信号に変換される。このような
均一照明の場合には、従来この種の眼振検査にお
ける眼球運動撮像装置の赤外線による点光源と比
較して、解像度の点でやや劣る面もある。しか
し、その反面赤外線反射ミラーを使用しないの
で、マトリツクス・カメラ２のレンズに入射する
瞳孔像３３の光束をフルに活用できる利点があ
る。したがつて、臨床装置としては充分である。

マトリツクス・カメラ２の固体撮像素子には、
電気的にウインドウがかけられているため、固体
撮像素子の一定範囲だけの有効走査で済む。その
結果、固体撮像素子の走査時間は、素早く動く眼
球運動の経過を正確に捕えることができる時間ま
で短縮できる。

マトリツクス・コントローラ３は、固体撮像素
子から得られる瞳孔像の重心を得るための各信号
を形成し送出する。XY軸値加算装置４は、第２
図図示のごとく、眼球の瞳孔像３３における各画
素のＸ軸の値を加算する。データ処理装置５で
は、この加算されたＸ軸値を水平走査するごとに
得、その結果の大小を比較する。すなわち、、最
初の水平走査で加算されたＸ軸値をS₁、第２番目
の走査で加算されたＸ軸値をS₂、次々にS₃，S₄…
…瞳孔像３３の中心Ｏの走査で加算したＸ軸値を
S₀、さらに次の走査で加算されたＸ軸値をS₀₊₁と
する。そして、Ｘ軸値S₁とS₂，S₂とS₃，S₃とS₄…
…の大小を比較する。

このような比較を続けると、瞳孔像３３の中心
Ｏの走査で加算したＸ軸値S₀が最大で、その次の
走査で加算されたＸ軸値S₀₊₁は、Ｘ軸値S₀より小
となる。したがつて、データ処理装置５の計算機
により瞳孔像３３の中心であるＸ軸値S₀が求ま
る。このように加算されて得たＸ軸値S₀をＸ軸値
S₀を得た全画素数で割ると、瞳孔像３３の重心の
Ｘ座標が求まる。

また、この時のＸ軸の走査する回数をカウンタ
で数えて行くと、この数がＹ座標になる。

このように簡単な演算により、眼球の動く位置
がXY座標値として得られるので、眼球運動の画
像補正を行なう必要がないだけでなく、眼球の動
きを正確にとらえることができる。

〔実施例〕

第３図は本発明における一実施例ブロツク概略
説明図である。

以下、第３図を参照しつつ本発明の一実施例を
具体的に説明する。

第３図において、１は眼球瞳孔像形成器、２は
たとえば固体撮像素子からなるマトリツクス・カ
メラ、３はマトリツクス・コントローラ、４は
XY軸値加算装置、５はデータ処理装置、１１は
眼球、１２は瞳孔、１３は視軸、１４，１４′は
均一な光を発射する照明装置、１６は可視光を通
し、照明反射光を反射するダイクロイツクミラ
ー、１７はマトリツクス・カメラ２のレンズ、１
９はスクリーン、２１はマトリツクス・カメラの
レンズの光軸、２２はＸカウンタ、２３はＹカウ
ンタ、２４はＸ加算器、２５は画素数カウンタ、
２６はＸシフトレジスタで、最初の値がレジスタ
に入つた後に、次の値がレジスタに入ると、
前の値はレジスタにシフトされる。２７はＹレ
ジスタ、２８は画素数レジスタ、２９は割算器、
３０は比較器、３１は減算器、点線は眼球１１の
光反射像として投影される帯域を示す。

眼球瞳孔像形成器１は、均一な光を発射する照
明装置１４，１４′と、ダイクロイツクミラー１
６とから構成され、眼球１１の瞳孔反射像を形成
するためのものである。照明装置１４，１４′か
ら発射された光は、眼球１１に照射される。瞳孔
１２からの光束は、ダイクロイツクミラー１６で
直角に曲げられ、レンズ１７により集束されてマ
トリツクス・カメラ２に入る。

マトリツクス・カメラ２は、数十万個の画素の
うち、電気的にウインドウをかけて、たとえば、
100×100の１万個の画素だけを使用して、走査時
間を短縮している。そして、照明光による瞳孔１
２の反射光は、マトリツクス・カメラ２の図示さ
れていない固体撮像装置、たとえば、CCDに瞳
孔像３３として撮像される。

マトリツクス・コントローラ３は、前記瞳孔像
３３が有る場合に出すデータ信号DATA、垂直
同期信号、Ｘ軸の走査に必要なクロツク信号
CLK、および１フレーム終了信号等を送出する。

XY軸値加算装置４は、Ｘカウンタ２２、Ｙカ
ウンタ２３、Ｘ加算器２４、画素数カウンタ２
５、Ｘシフトレジスタ２６、Ｙレジスタ２７、画
素数レジスタ２８から構成される。

Ｘカウンタ２２は、各Ｘ軸の走査にしたがいク
ロツクCLKをカウントし、当該Ｘ軸の走査の終
了によりリセツトする。また、Ｘカウンタ２２
は、次のクロツクCLKによりＸ加算器２４に転
送されて加算の準備を行なう。

一方、水平走査が瞳孔像３３（第２図参照）に
おける画素に達した時点、すなわち、マトリツク
ス・カメラ２の図示されていないCCDから瞳孔
像３３の一画素として出力するデータ信号が、
「１」の値をＸ加算器２４と画素数カウンタ２５
に入れる。Ｘ加算器２４は、この「１」により、
Ｘカウンタ２２の内容を次々に加算して、Ｘシフ
トレジスタ２６のに入れる。

同時に、画素数カウンタ２５で画素の数をカウ
ントして、この結果を画素数レジスタ２８に入れ
る。

たとえば、第４図図示の場合において、瞳孔像３３における最初のＸ軸座標についての
画素を加算すると、第４図図示の第３走査線から
瞳孔像３３が現れる。すなわち、第３走査線にお
ける瞳孔像３３の画素は、Ｘカウンタ２２が
「５」、「６」、「７」をカウントした時にのみ存在
する。そして、Ｘ加算器２４は、これらを加算
し、その結果「18」をＸシフトレジスタ２６の
に格納する。

次に、第４走査線における瞳孔像３３の画素
は、Ｘカウンタ２２が「３」、「４」、「５」、
「６」、、「７」、「８」、「９」をカウントした時に
の
み存在する。すなわち、Ｘ加算器２４は、３＋４
＋５＋６＋７＋８＋９＝42が実行されて、これが
Ｘシフトレジスタ２６のに格納される。これと
同時に先に格納されていた「18」は、レジスタ２
６のにシフトする。以下同様に、Ｘ加算器２４
では、次のような加算が行われる。

第５走査線２＋３＋４＋５＋６＋７＋８＋９＋
10＝54 第６走査線２＋３＋４＋５＋６＋７＋８＋９＋
10＝54 第７走査線２＋３＋４＋５＋６＋７＋８＋９＋
10＝54 第８走査線１＋２＋３＋４＋５＋６＋７＋８＋
９＋10＋11＝66 第９走査線２＋３＋４＋５＋６＋７＋８＋９＋
10＝54 一方、先にＸシフトレジスタ２６のに入つた
値、たとえば、「18」と、新たにＸシフトレジス
タ２６のに入つた値、たとえば、「42」とを比
較器３０で比較（引き算）し、比較の結果がマイ
ナスからプラスに変つた時点で、比較器３０から
１フレーム終了信号を出す。すなわち、第８走査
線の加算結果「66」から第９走査線の加算結果
「54」を引き算して「＋」となつたので、１フレ
ーム終了信号を出す。

画素数レジスタ２８の数は、比較器３０から出
される１フレーム終了信号によつて割算器２９に
送出される。

また、Ｘ軸を走査するごとに出される垂直同期
信号でＸカウンタ２２および画素数カウンタ２５
をリセツトすると同時にＹカウンタを「＋１」し
て、その値をＹレジスタ２７に入れる。

次に、比較器３０において、たとえば第４図図
示のごとく、第８番目の水平走査におけるＸ軸加
算値「66」を割算器２９に送り、この値をその時
の走査線の画素数、すなわち、画素数レジスタ２
８に格納されている数「11」で割り、これをＸ座
標とする。

この時のＹレジスタ２７には、第９番目の水平
走査線として「９」が入つている。しかし、瞳孔
像３３の重心位置は、第８番目の水平走査線上に
あるので、減算器３１で自動的に「１」を引き、
これをＹ座標とする。

このようにして１フレームの瞳孔像３３の重心
位置として、Ｘ座標およびＹ座標が求まるが、水
平走査を最後まで行なわなくて済む。

本発明により求められた瞳孔像３３の重心位置
は、絶対値であるため画像補正を行なうことな
く、診断結果を得ることができる。

第５図は本発明の他の実施例におけるXY座標
算出手順説明図を示す。

第２図における方法と同様に、瞳孔像３３の重
心を得るために、瞳孔像３３の中心Ｏを走査する
水平走査線が何番目のものかということと、その
時の瞳孔像３３の画素数およびその加算値とがわ
かればよい。

したがつて、第５図図示のごとく、X₁／Ｙ、
X₂／Ｙ、X₃／Ｙ……すなわち、これらの微分値
を求めていき、この微分値が０になつた時の走査
線は、瞳孔像３３の中心を通過したものであるこ
とがわかる。

ただし、X₁＝S₁／２Ｘ＝（S₁−S₂）／２Ｙは走査線幅Ｓは当該水平走査線の画素を加算した値たとえば、S₁は第２図図示の「18」、S₂は第２
図図示の「42」、……となる。

したがつて、瞳孔像３３の中心の走査線がわか
れば、その後の計算は第４図図示から計算ができ
る。

第４図図示のごとく、水平走査線の数が少ない
と微分係数が０となる場合、あるいは「２」で割
つた場合、端数となることがあるが、実際には水
平走査線の数は多いためこのようになることは少
ない。しかし、雑音等が入つた場合を考慮して、
比較する走査線の数を増加して、微分係数が０ま
たは極性の変化が連続した時点を検出して、この
検出値から軸の中心線を得るようにすることもで
きる。

また、第４図および第５図の実施例は、水平走
査によつて得られた値からＸ座標を求めたが、前
記値からＹ座標を求めた後にＸ座標を求めること
もできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、眼球の瞳孔像の重心位置をＹ
座標の位置として演算するので、眼球の動きの絶
対値であるから画像補正を行なう必要がなく、正
確な診断ができる。

本発明によれば、マトリツクス・カメラの固体
撮像素子に電気的にウインドウをかけて画素数を
減らし、さらに走査時間を早くすることで、走査
時間4msecを達成しただけでなく、瞳孔像の走査
をほぼ半分で済ますことができる。

したがつて、素早い眼球運動であつても、正確
に計測することができる。

本発明によれば、瞳孔像の中心点のみを算出す
るので、解像度には実質的に関係なく、Ｓ／Ｎ比
を向上することができ、また画像補正を行なわな
くても診断の精度を上げることができる。

本発明によれば、赤外線反射ミラーを設ける必
要がないので、小型化と調整個所を少なくするこ
とができたため、臨床医むきの安価な装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明
におけるXY座標算出手順原理説明図、第３図は
本発明における一実施例ブロツク概略説明図、第
４図は本発明におけるXY座標算出手順説明図、
第５図は本発明の他の実施例におけるXY座標算
出手順説明図を示す。図において、１……眼球瞳孔像形成器、２……
マトリツクス・カメラ、３……マトリツクス・コ
ントローラ、４……XY軸値加算装置、５……デ
ータ処理装置、１１……眼球、１２……瞳孔、１
３……視軸、１４……均一照明、１６……ダイク
ロイツクミラー、１７……レンズ、１９……スク
リーン、２１……レンズの光軸、２２……Ｘカウ
ンタ、２３……Ｙカウンタ、２４……Ｘ加算器、
２５……画素数カウンタ、２６…Ｘシフトレジス
タ、２７……Ｙレジスタ、２８……画素数レジス
タ、２９……割算器、３０……比較器、３１……
減算器、３３……瞳孔像。

Claims

【特許請求の範囲】１スクリーン上に投影された光源の素早い動き
に眼球を追従させた場合における眼球運動を撮像
する眼振検査における眼球運動撮像装置におい
て、眼球に照明を当てることにより瞳孔像を形成す
る眼球瞳孔像形成器１と、当該眼球瞳孔像形成器１により形成された瞳孔
像を撮像し、画素ごとにアナログ信号として取り
出す固体撮像素子を備えたマトリツクス・カメラ
２と、当該マトリツクス・カメラ２の撮像素子を走査
するための走査クロツク信号、瞳孔像をＸ軸座標
およびＹ軸座標の位置情報に処理するためのクロ
ツク信号、フレーム毎に出すフレームイネーブル
信号、マトリツクス・カメラ２の固体撮像装置を
走査することにより得られたデータ信号、および
前記固体撮像素子の画素に対して有効走査面積を
小さくする電気的ウインドウをかける信号と、を
送出するマトリツクス・コントローラ３と、前記マトリツクス・コントローラ３の各送出信
号から得られた瞳孔像の各画素をＸ軸値およびＹ
軸値について加算するXY軸値加算装置４と、当該XY軸値加算装置４より加算された各水平
走査線毎の画素数の総和をそれぞれ比較し、水平
走査線における一番多い画素数の総和をその時の
画素数で割つてＸ軸座標とすると共に、その時の
水平走査線数をＹ軸座標とするように算出するデ
ータ処理装置５と、を備えたことを特徴とする眼振検査における眼
球運動撮像装置。２前記眼球瞳孔像形成器１における眼球１１へ
の照射光は、均一な照明であることを特徴とする
請求項１記載の眼振検査における眼球運動撮像装
置。３前記XY軸値加算装置４およびデータ処理装
置５は、瞳孔像の走査により得られたＸ軸値また
はＹ軸値の微分係数を求めることによつて、Ｘ軸
値またはＹ軸値の重心値を算出してXY座標信号
として出力することを特徴とする請求項１記載の
眼振検査における眼球運動撮像装置。