JP6433258B2 - How to make a binocular loupe - Google Patents
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Description
本発明は、医療手術や精密工作作業の際に使用される双眼ルーペに関するものであり、特に、フレームのキャリアレンズにルーペを取り付ける双眼ルーペの製作方法に関する。 The present invention relates to a binocular loupe used in medical surgery and precision work, and more particularly, to a method for manufacturing a binocular loupe for attaching a loupe to a carrier lens of a frame.
双眼ルーペは、手元の局所的な視覚対象物を拡大して視認する手段として、従来から、医療分野、精密工作、宝石加工等の各分野において広く使用されており、これらの分野では、高い精度で視認できることが要求される。 The binocular loupe has been widely used in the medical field, precision work, jewelry processing, and other fields as a means of magnifying and visually recognizing a local visual object at hand. It is required to be visible with
一般的なレンズ嵌め込み式の双眼ルーペ10の構成は、図1に示すように、使用者の視力を調整する眼鏡と同じ構造のフレーム1と、作業対象の像を拡大するための双眼ルーペ本体であるルーペ2と、フレーム1に嵌め込まれてルーペ2を取り付けるためのキャリアレンズ5と、ルーペ2をキャリアレンズ5に取り付けるための取付部3と、精密作業者の顔に装着するためのフレーム蔓部6と、から成る。ルーペ2は、キャリアレンズ5の表面に刳り抜いた開口に挿入されて取付部3にて固定されている。
As shown in FIG. 1, a general lens-fitting
図2は、双眼ルーペ10を作業者が着用した状態を示す説明図である。双眼ルーペ10は、通常の眼鏡と同様に、フレーム1のフレーム蔓部6を、作業者の耳に掛けることにより顔面に着用することができる。
FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which the operator wears the
作業者が作業をしているときの体勢は、図3で示すように、前傾姿勢を執りながら手にしている器具の先端(作業操作箇所P)を凝視し、ルーペ2を通して作業操作箇所Pを拡大して観察している。したがって、ルーペ2はキャリアレンズ5の平面に対して、上下方向では、図2で示すように下方(フレームの下縁側)への傾斜角度(下方装着角度r)と、水平方向では、図4で示すように内側(ノーズパッド側)への傾斜角度(左右両眼の各内側装着角度p及びq)を設けて取り付けられる。
As shown in FIG. 3, the posture when the worker is working is determined by staring at the tip (work operation point P) of the instrument that is being held in a forward tilted posture and passing through the
しかし、このような双眼ルーペ10を、医療分野において使用する場合には人命に関わることから、高精度の視認性を確保するためには、使用者に応じて正確な瞳孔位置、下方装着角度r及び内側装着角度p、qを測定して、その測定結果に基づきルーペ2をキャリアレンズ5に取り付ける必要がある。
However, since such a
そのため、フレーム1を試着した作業者(医師)に実際の作業体勢(手術体勢)を再現してもらい、作業操作箇所Pからフレームまでの距離や左右両眼の瞳孔までの距離等をメジャーによって実測、又は撮像した画像から計算により求めて、その測定結果から導き出す瞳孔位置と下方装着角度rと内側装着角度p、qとに基づいて、ルーペ2をキャリアレンズ5に取り付けて双眼ルーペを製作することが知られている(例えば、特許文献1を参照)。
Therefore, the operator (doctor) who tried on the
下方装着角度rは、図5で示すように、作業操作箇所Pからキャリアレンズ5までの距離M及びを通る鉛直線に直交する水平方向距離Nを測定することで求まるこの距離M、Nの辺に挟まれる角度βと、作業者が手術を行うときのキャリアレンズ5の前傾角度αとから導き出せる。
As shown in FIG. 5, the lower mounting angle r is determined by measuring the horizontal distance N perpendicular to the vertical line passing through the distance M from the work operation point P to the
このとき前傾角度αを実測で求めることは困難であり、特許文献1においては、前傾姿勢を執っている着用者の側方からの画像から背骨を通る鉛直線に対する頭部又はキャリアレンズ5の前傾角度を測定することで求めている。
At this time, it is difficult to obtain the forward tilt angle α by actual measurement, and in
しかしながら、フレーム1の構造上、キャリアレンズ5はフレーム蔓部6に対して直角に取り付けられてはいない。また、着用者がフレーム1を耳に掛けて顔を水平方向に向けたときでも、フレーム蔓部6は厳密には水平状態にはない。したがって、前傾角度αを測定するのに、単純に鉛直線に対する傾き角度を測定すると誤差が生じる。
However, due to the structure of the
本発明は、上記点に鑑み為されたものであり、作業者が作業を行うときの前傾角度αを精度よく測定して、正確な下方装着角度でルーペをキャリアレンズに取り付けることが可能な双眼ルーペの製作方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to accurately measure the forward tilt angle α when an operator performs work and attach the loupe to the carrier lens at an accurate downward mounting angle. The object is to provide a method for producing a binocular loupe.
このため、本発明に係る双眼ルーペの製作方法は、フレームに装着されたキャリアレンズに双眼ルーペの着用者に応じた条件でルーペを取り付けて製作する双眼ルーペの製作方法であって、(a)前記フレームに4つの内角が全て90°である四角形のマーカーを取り付けるステップ、(b)前記フレームの着用者が双眼ルーペを使用するときの作業体勢で下方の作業操作箇所を凝視しているときの着用者の顔面を前記作業操作箇所から撮像するステップ、(c)撮像した下方からの顔面の斜め画像による前記マーカーを検出するステップ、(d)前記画像処理ステップで検出した前記マーカーの四角形から台形への形状の変化度から前記キャリアレンズの前傾角度αを演算し、前記前傾角度αによって前記キャリアレンズに前記ルーペを装着する際の下方装着角度rを決定するステップ、(e)前記画像から明るさが不連続に変化している箇所を特定することで前記フレームの着用者が下方の前記作業操作箇所を凝視しているときの前記キャリアレンズ面上のX−Y軸での右眼瞳孔位置QR(XR、YR)と左眼瞳孔位置QL(XL、YL)とを特定するステップ、(f)前記フレームの着用者の視線が水平方向を見つめる体勢から前記作業体勢に移したときの左右の瞳孔の移動に伴いそれぞれの角膜が下方向に回動したときの角度に基づいて、前記右眼瞳孔位置QRと前記左眼瞳孔位置QLの各Y座標値を補正して、左右の前記ルーペの前記キャリアレンズ面上の取り付け右ルーペ取付座標位置Q´Rと左ルーペ取付座標位置Q´Lを決定するステップ、(g)前記右眼瞳孔位置QR及び左眼瞳孔位置QLのそれぞれから前記マーカーの中心点CまでのX座標方向での距離及び前記中心点Cから作業操作箇所Pまでの距離Lに基づいて左右の前記キャリアレンズの面に装着する前記ルーペの各内側装着角度p、qを決定するステップ、(h)前記右ルーペ取付座標位置Q´R及び前記左ルーペ取付座標位置Q´Lと、前記下方装着角度rと、前記内側装着角度p、qとに基づいて前記左右のキャリアレンズ面に開口を形成し、前記開口に前記左右のルーペを挿入して固定するステップ、の各ステップを有している。 Therefore, a binocular loupe manufacturing method according to the present invention is a binocular loupe manufacturing method in which a loupe is attached to a carrier lens mounted on a frame under conditions according to the wearer of the binocular loupe. Attaching a square marker having all four interior angles of 90 ° to the frame; (b) when the wearer of the frame stares at a lower work operation position in a working posture when using a binocular loupe; Imaging the wearer's face from the work operation location; (c) detecting the marker from the captured oblique image of the face from below; (d) a trapezoid from the square of the marker detected in the image processing step The forward tilt angle α of the carrier lens is calculated from the degree of change in shape of the carrier lens, and the loupe is attached to the carrier lens based on the forward tilt angle α. Determining a lower mounting angle r during that, staring at the working operation location wearer beneath the frame by identifying a portion that changes discontinuously brightness from (e) the image Identifying a right eye pupil position QR (XR, YR) and a left eye pupil position QL (XL, YL) on the XY axis on the carrier lens surface when being, (f) a wearer of the frame The right eye pupil position QR and the left are based on the angles when the respective corneas are rotated downward as the left and right pupils move when the eye gaze shifts from a posture looking at the horizontal direction to the working posture. Correcting each Y-coordinate value of the eye pupil position QL to determine an attachment right loupe attachment coordinate position Q′R and a left loupe attachment coordinate position Q′L of the left and right loupes on the carrier lens surface; ) Right eye pupil position Q Mounted on the surfaces of the left and right carrier lenses based on the distance in the X coordinate direction from each of R and the left eye pupil position QL to the center point C of the marker and the distance L from the center point C to the work operation point P. Determining each inner mounting angle p, q of the loupe, (h) the right loupe mounting coordinate position Q′R and the left loupe mounting coordinate position Q′L, the lower mounting angle r, and the inner mounting Each of the steps includes forming openings in the left and right carrier lens surfaces based on the angles p and q, and inserting and fixing the left and right loupes in the openings .
このとき、前記ステップ(c)では、前記画像から顔に特有の画像特徴を抽出して顔検出を行い、顔の検出画像から前記マーカーを検出する。 At this time, in the step (c), an image feature specific to the face is extracted from the image to perform face detection, and the marker is detected from the detected face image .
また、前記ステップ(d)では、前記マーカーの4隅の座標位置を特定することで前記前傾角度αを決定する。具体的には、画像をポリライン化し、角が4つのものの中から各々の角度が90度に近いものを探索することで座標位置を特定する。 In the step (d), the forward tilt angle α is determined by specifying the coordinate positions of the four corners of the marker. Specifically, the image is polylined, and the coordinate position is specified by searching for an angle close to 90 degrees from four angles.
そして、座標位置を特定すれば、前記座標位置から導き出した前記台形の上辺寸法及び底辺寸法と、実際のマーカーの縦横の寸法比と、前記作業操作箇所から前記マーカーの中心点までの距離とに基づき前記前傾角度αを決定することができる。 Then, if the coordinate position is specified, the top and bottom dimensions of the trapezoid derived from the coordinate position, the vertical / horizontal dimension ratio of the actual marker, and the distance from the work operation location to the center point of the marker Based on this, the forward tilt angle α can be determined.
前記ステップ(d)では、前記前傾角度αを決定すれば、予め距離Mで測定されている前記作業操作箇所から前記キャリアレンズまでの線及び予め距離Nで測定されている前記キャリアレンズを通る鉛直線に直交する水平方向の線で挟まれた角の余角と、前記前傾角度αとに基づいて、前記下方装着角度を決定することができる。 In the step (d), if the forward tilt angle α is determined, it passes through the line from the operation position measured in advance to the carrier lens to the carrier lens and the carrier lens measured in advance at the distance N. The lower mounting angle can be determined based on the remainder angle of the angle sandwiched between the horizontal lines orthogonal to the vertical line and the forward tilt angle α.
さらに、(e)前記画像から前記フレームの着用者が下方の前記作業操作箇所を凝視しているX−Y軸での右眼瞳孔位置(XR、YR)と左眼瞳孔位置(XL、YL)とを特定するステップを有している。 Further, (e) the right eye pupil position (XR, YR) and the left eye pupil position (XL, YL) on the XY axis where the wearer of the frame stares at the work operation position below from the image. And a step of specifying.
前記ステップ(e)では、前記画像から明るさが不連続に変化している箇所を特定することで瞳孔位置を検出する。それには、前記画像から顔に特有の画像特徴を抽出することで顔検出し、検出した顔部分から前記瞳孔位置を検出するとよい。 In the step (e), the position of the pupil is detected by specifying a location where the brightness changes discontinuously from the image. For this purpose, it is preferable to detect a face by extracting an image feature specific to the face from the image and detect the pupil position from the detected face portion.
この場合、検出した顔から目に特有の画像特徴を抽出する。そして、検出した目の画像を二値化して虹彩の輪郭を検出し、さらにモルフォロジー処理を行って最大輝度の矩形を検出することにより前記瞳孔位置が検出される。 In this case, image features specific to the eyes are extracted from the detected face. Then, the pupil position is detected by binarizing the detected eye image to detect the outline of the iris, and further performing morphological processing to detect a rectangle with the maximum luminance.
その場合に、前記キャリアレンズに前記ルーペを装着するY座標値は、前記フレームの着用者が視線を水平方向に向けるために角膜を上方向に回動させる角度に基づき決定する。このとき、角膜が上方向に回動する角度は、前記前傾角度αと、前記キャリアレンズの鉛直線に対する傾き角度θと、前記角膜と前記キャリアレンズとの間の距離Vと、前記作業操作箇所から前記キャリアレンズの面までの距離Mに基づくものであるとよい。 In this case, the Y coordinate value for attaching the loupe to the carrier lens is determined based on the angle by which the wearer of the frame rotates the cornea upward in order to turn the line of sight in the horizontal direction. At this time, the angle at which the cornea rotates upward is the forward tilt angle α, the tilt angle θ of the carrier lens with respect to the vertical line, the distance V between the cornea and the carrier lens, and the work operation. It may be based on the distance M from the location to the surface of the carrier lens.
本発明に係る双眼ルーペの製作方法によれば、下方の作業対象箇所から撮像することで正四角形のマーカーを台形形状で捉えて、この正四角形から台形への変化度に応じてマーカーの傾き、すなわち、キャリアレンズの傾きを検出するために、着用者の前傾角度を正確に把握することができる。そのため、着用者の作業時の前傾姿勢に応じた適切な下方装着角度でルーペをキャリアレンズに取り付けることができる。 According to the binocular loupe manufacturing method according to the present invention, a square marker is captured in a trapezoidal shape by imaging from a lower work target location, and the inclination of the marker according to the degree of change from the regular square to the trapezoid, That is, in order to detect the tilt of the carrier lens, the wearer's forward tilt angle can be accurately grasped. Therefore, the loupe can be attached to the carrier lens at an appropriate downward mounting angle corresponding to the forward tilting posture during the wearer's work.
以下、本発明に係る双眼ルーペの製作方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Embodiments of a binocular loupe manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
本製作方法では、双眼ルーペの発注者はルーペ2が装着されていないフレーム1を着用して作業体勢を再現して貰い、そのときの顔面を作業操作箇所Pに据え付けたカメラ11によって撮影する。そして、撮影データをコンピュータがデータ処理することで、フレーム1の着用者に応じた瞳孔位置と下方装着角度rと内側装着角度p、qとを測定し、この測定結果に沿ってキャリアレンズ5にルーペ2を取り付けることで双眼ルーペを製作する。
In this manufacturing method, the orderer of the binocular loupe wears the
図6は、カメラ11の構成を概略的に示している。カメラ11は、制御部12、ストロボ光照射装置13、光学系14、撮像素子15、画像メモリ16及び画像処理を行うコンピュータ20とデータ及び信号の授受を行うインターフェース17を含んで構成されるデジタルカメラである。
FIG. 6 schematically shows the configuration of the
制御部12は、カメラ11の各部を制御するプログラム記憶部と、このプログラムを実行するCPUとを備えている。制御部12の制御としては、コンピュータ20からの指示に伴う光学系14の撮像倍率やピント合わせ等の制御、画像メモリ16に対する画像の保存や読出し等の制御を行う。
The
図7は、コンピュータ20の構成を模式的に示している。コンピュータ20は、モニター部21、入力デバイス22、プログラムに基づいて所定の演算処理や制御処理を行う中央制御部23及びカメラ11とデータ及び信号の授受を行うインターフェース24を含んで構成される。
FIG. 7 schematically shows the configuration of the
そして、中央制御部23は、撮像プログラム23a、ユーザーインターフェースプログラム23b、画像処理プログラム23c及び解析プログラム23dと、これらプログラムを実行する中央演算処理装置CPUとを含んでいる。画像処理プログラム23cは、識別対象を上位から順に細分化して分類する処理を行うカスケード分類器であり、本例では、人の画像の中から顔や目を識別する。したがって、画像処理プログラム23cは、予め学習により顔や目の特徴を記憶した顔検出カスケードファイル23eと目検出カスケードファイル23fを備える。
The
カメラ11でフレーム1を着用した着用者を撮影する際には、フレーム1の両眼の間のブリッジ7には正四角形のマーカー8がビスで取り付けられる。この場合、マーカー8は、その中心が位置するようにフレーム1の水平方向での中心位置に取り付けられる。マーカー8は、白色アクリル板で構成されて、周縁部及びビス止めされる中央部以外は彫刻が施され黒で塗装されている。
When photographing a wearer wearing the
撮影はコンピュータ20がカメラ11を作動して行われるが、中央制御部23は撮像プログラム23aを実行してカメラ11を制御し、フレーム1に取り付けたマーカー8の中心点C(図8に図示)に焦点距離を合わせる。カメラ11は、コンピュータ20からの指示により、光学系14が捉える画像を撮像素子15によって電気信号に変換した画像信号をコンピュータ20に出力する。そして、コンピュータ20が、この画像をモニター部21に表示することで、双眼ルーペ製作者は、カメラ11が捉える画像の範囲や位置合わせ等の調整を入力デバイス22から指示することができ、コンピュータ20はこの調整指示の内容に従ってカメラ11による撮影画像を調整する。
Shooting is performed by the
カメラ11は、製作者の指示の下でコンピュータ20から送られる撮像指令に応答して、ストロボ光照射装置13からストロボ光を照射し撮影を行う。そして、カメラ11の撮像素子15は、光学系14からの撮影光を電気信号に変換して出力し、制御部12は、この画像データを画像メモリ16に保存する。
In response to an imaging command sent from the
コンピュータ20は、画像処理の動作が指定されると、中央制御部23がユーザーインターフェースプログラム23bを処理して、モニター部21に図8に示すユーザーインターフェース画面を表示する。そして、この画面の入力部にある「画像ファイルを開く」ボタンを操作して、特定の着用者の画像データファイルが指定されると、中央制御部23は、画像メモリ16からこの画像データを読み出して画面の画像表示領域IMに表示する。
In the
続いて、ユーザーインターフェース画面の「瞳孔検出を行う」ボタンや「マーカー検出を行う」ボタンにチェックを入れて「解析開始」ボタンを操作すると、コンピュータ20は、瞳孔位置やマーカー8の中心位置を解析する。
Subsequently, when the “Perform pupil detection” button or the “Perform marker detection” button on the user interface screen is checked and the “Start analysis” button is operated, the
図9(a)は、画像処理プログラム23cによる瞳孔位置検出の処理手順を示しており、中央制御部23は、画像処理プログラム23cを処理することで、画像から明るさが鋭敏に、換言すれば不連続に変化している箇所を特定することで瞳孔位置を検出する。中央制御部23は、先ず第1ステージで顔検出カスケードファイル23eを使用して、顔に特有の画像特徴から識別対象が顔に該当するかを判断することで顔検出を行う。次の第2ステージでは、識別対象を細分化して目検出カスケードファイル23fを使用して、目に特有の画像特徴から識別対象が目に該当するかを判断することで目検出を行う。そして、第3ステージでは、目の検出画像を二値化して虹彩の輪郭を検出する。さらに、第4ステージでは、モルフォロジー処理を行って最大輝度の矩形を検出することにより、コンピュータ20は、着用者の右瞳孔の座標位置(XR、YR)及び左瞳孔の座標位置(XL、YL)を検出して画面に表示する。この場合、例えば、画像表示領域IMの上辺左隅の点を座標の基準点Oにしている。
FIG. 9A shows the processing procedure of pupil position detection by the
図9(b)は、画像処理プログラム23cによるマーカー検出の処理手順を示しており、中央制御部23は、第1ステージで顔検出カスケードファイル23eを使用して顔検出を行うことで、マーカー8が存在する領域の絞り込みを行う。次の第2ステージでは、顔の検出画像をポリライン化して角が4個あるものの中から各々の角度が略90度に近いものを抽出することでマーカー8を認識する。そして、第3ステージで、コンピュータ20は、マーカー8の中心の座標位置とスケールを画面に表示する。スケールは、1mmが画像内のいくつのピクセル数に相当しているかを示しており、中央制御部23は、予め入力されているマーカー8の実際のサイズに基づいて算出する。
FIG. 9B shows a marker detection processing procedure by the
このようにして、瞳孔位置やマーカー8の中心位置を検出すると、コンピュータ20は、解析プログラム23dを処理することで、これら検出データからルーペ2をキャリアレンズ5の面上に取り付ける際の穴開け位置や下方装着角度及び内側装着角度を演算により導き出す。
When the pupil position and the center position of the
[ルーペの下方装着角度の決定]
下方装着角度rは、図5で説明したようにキャリアレンズ5の前傾角度αと角度βとで求めることができるが、このとき前傾角度αの求め方について説明する。
[Determination of the lower mounting angle of the loupe]
The lower mounting angle r can be obtained from the forward tilt angle α and the angle β of the
着用者が顔を下方に傾けて作業操作箇所Pを凝視しているときにマーカー8を正面から捉えた画像は、その下辺は上辺に比べて作業操作箇所Pに接近しているために、図10で実線によって示すように上辺が下辺より短い台形の形状となっている。このとき中央制御部23が画像で認識しているマーカー8の台形の4隅A、B、C、Dの各座標位置をそれぞれ(X1、Y1)、(X2、Y2)、(X3、Y3)及び(X4、Y4)で検出している。同時に、中央制御部23は、正四角形のマーカー8の縦横寸法が予め入力されているために、本来の正四角形でのマーカー8の破線で示す仮想位置での4隅A、B、C、Dの各座標位置をそれぞれ(X1´、Y1´)、(X2´、Y2´)、(X3´、Y3´)及び(X4´、Y4´)を演算により求めている。
An image of the
したがって、台形で捉えているマーカー8の高さ寸法aは(Y1+Y3)、上辺寸法b1は(X1+X2)、底辺寸法b2は(X3+X4)で表わせる。また、マーカー8が正四角形での縦辺の寸法a´は(Y1´+Y3´)、横辺の寸法b´(X1´+X2´)で表せる。
Accordingly, the height dimension a of the
前傾角度αは、これら寸法値b1、b2、a´及びb´を用いて、次の式から求めることができる。尚、Lは、作業操作箇所Pからマーカー8の中心点Cまでの距離であり、メジャーによる実測で測定される。
α=sin−1{(1/b1−1/b2)×b´/a´×L}
The forward tilt angle α can be obtained from the following equation using these dimension values b1, b2, a ′, and b ′. Note that L is the distance from the work operation point P to the center point C of the
α = sin −1 {(1 / b1-1 / b2) × b ′ / a ′ × L}
ここで、前傾角度αを算出する上記式について説明する。図11は、作業操作箇所Pから見たマーカー8の平面図を示している。
(1)図12で、マーカー8を傾けたときその縦寸法a´を斜辺としたときの水平な辺の寸法をΔLとすると、前傾角度αは次で表される。
α=sin−1(ΔL/a´)
(2)そして、a´はマーカー8の実測で既知であるからΔLを求めると、ΔLをマーカー8の中心CでΔL1とΔL2とに分割すると次の関係が成立する(図11)。
tanθ1=(b1/2)/L=(b´/2)/(L+ΔL1)
∴ΔL1=(b´/b1−1)×L
tanθ2=(b2/2)/L=(b´/2)/(L−ΔL2)
∴ΔL2=(1−b´/b2)×L
(3)よって、ΔLは以下の通り求められる。
ΔL=ΔL1+ΔL2={(b´/b1−1)+(1−b´/b2)}×L={(1/b1−1/b2)×b´×L}
(4)ΔLを求めることで、前傾角度αを求める上記の式は以下の通り成立する。
α=sin−1(ΔL/a)=sin−1{(1/b1−1/b2)×b´/a´×L}
Here, the above formula for calculating the forward tilt angle α will be described. FIG. 11 shows a plan view of the
(1) In FIG. 12, when the
α = sin −1 (ΔL / a ′)
(2) Since a ′ is known from the actual measurement of the
tan θ1 = (b1 / 2) / L = (b ′ / 2) / (L + ΔL1)
∴ΔL1 = (b ′ / b1-1) × L
tan θ2 = (b2 / 2) / L = (b ′ / 2) / (L−ΔL2)
∴ΔL2 = (1−b ′ / b2) × L
(3) Therefore, ΔL is obtained as follows.
ΔL = ΔL1 + ΔL2 = {(b ′ / b1-1) + (1-b ′ / b2)} × L = {(1 / b1-1 / b2) × b ′ × L}
(4) By obtaining ΔL, the above equation for obtaining the forward tilt angle α is established as follows.
α = sin −1 (ΔL / a) = sin −1 {(1 / b1-1 / b2) × b ′ / a ′ × L}
ところで、距離Lは、メジャーによる測定の他に、レーザー計測機を用いて作業操作箇所Pからマーカー8の中心点Cにレーザーを照射して測定する方法もある。さらに、このような実測以外にも、撮影の焦点距離fと、マーカー8の横寸法b´の実際のサイズ及びカメラ11によるイメージサイズとから次の演算で求めることができる。
L={f×(マーカー8の実際のサイズ)}/(マーカー8のイメージサイズ)
Incidentally, the distance L can be measured by irradiating the center point C of the
L = {f × (actual size of marker 8)} / (image size of marker 8)
このようにして前傾角度αが求まると、角度βについては、図5で説明したように作業操作箇所Pからキャリアレンズ5までの距離M及びキャリアレンズ5を通る鉛直線に直交する水平方向の距離Nを測定することで求めることができるため、下方装着角度rを導き出すことができる。
When the forward tilt angle α is obtained in this way, the angle β is set in the horizontal direction orthogonal to the distance M from the operation point P to the
[ルーペの内側装着角度の決定]
左右のルーペ2をキャリアレンズ5に装着するときのそれぞれの内側装着角度p、qは、図14で示すように、着用者の右瞳孔位置及び左瞳孔位置からマーカー8の中心点CまでのX方向での距離及び同じ中心点Cから作業操作箇所Pまでの距離Lに基づいて決定する。
[Determination of the mounting angle of the loupe]
The respective inner mounting angles p and q when the left and
着用者の左右両眼の瞳孔位置で中心点CからのX方向での距離は、顔を傾けた状態でも正面を向けた状態でも同じであり、コンピュータ20は、上記瞳孔位置の座標から右眼はXRで左眼はXLを測定している。また、距離Lは上記したように種々の方法で求めることができる。したがって、左右の内側装着角度は次の通りとなる。
p=tan−1(L/XR)
q=tan−1(L/XL)
The distance in the X direction from the center point C at the pupil position of the left and right eyes of the wearer is the same whether the face is tilted or the front is turned. The
p = tan −1 (L / XR)
q = tan −1 (L / XL)
[穴開け位置の検出]
ルーペ2をキャリアレンズ5に装着する際の穴開け位置の検出について図13及び図15を用いて説明する。
[Detect hole position]
The detection of the drilling position when the
図13(a)は、フレーム1の装着者が上体を下方に傾けて瞳孔の角膜25を作業操作箇所Pに向けて注視している状態を示しており、角膜25と作業操作箇所Pとを結ぶキャリアレンズ5の面上のQ点の座標は、図15で示すように、右瞳孔であればQR(XR、YR)、又は左瞳孔であればQL(XL、YL)となる。α及びMは、それぞれ図5で説明した前傾角度αと、作業操作箇所Pからキャリアレンズ5の面までの距離である。フレーム1は、人が顔に掛けた際にはキャリアレンズ5の面が鉛直線に対して傾くように設計されており、キャリアレンズ5のこの傾き角度をδで示している。また、角膜25とキャリアレンズ5との間の距離(角膜頂点間距離)をVで示している。尚、距離Mについては、精度を期するのであれば、作業操作箇所Pから左右両眼のキャリアレンズ5までの距離を別々に測定しておくのが好ましい。そして、測定は、距離Lと同様に、メジャーやレーザー計測機による実測や撮影画像からの演算で求める。
FIG. 13A shows a state in which the wearer of the
そして、フレーム装着者が前傾姿勢を解除して、視線eを図13(b)に示すように水平方向に向けたときには瞳孔が移動することになり、角膜25は上方向に角度(α−δ)分だけ回転する。よって、その回転量に応じてキャリアレンズ5の面上での瞳孔位置は、図15で示すようにY座標軸上で左右それぞれ距離dだけ移動することになる。この距離dは、(V+M)tan(α−δ)で表すことができる。
Then, when the frame wearer releases the forward leaning posture and turns the line of sight e in the horizontal direction as shown in FIG. 13B, the pupil moves, and the
したがって、視線eが水平方向に向けたときの左右瞳孔の座標位置は次の通りとなり、この座標位置がキャリアレンズ5の面に穴開けされてルーペ2が取り付けられる右穴開け位置Q´R及び左穴開け位置Q´Lとなる。
Q´R(XR、YR+(V+M)tan(α−δ))
Q´L(XL、YL+(V+M)tan(α−δ))
Accordingly, the coordinate positions of the left and right pupils when the line of sight e is directed in the horizontal direction are as follows. These coordinate positions are drilled in the surface of the
Q′R (XR, YR + (V + M) tan (α−δ))
Q′L (XL, YL + (V + M) tan (α−δ))
ところで、眼鏡フレームを掛けて撮影したとき、着用者の身体的な特徴やフレームの調整等が原因で着用者の顔の中心線v1とフレームの中心線v2とが一致しないことがある。図16は、中心線v2が中心点Cを中心にして右方向に回転しており、すなわち中心線v2が中心線v1に対して角度γだけ傾いている。図17は、中心線v1、v2はそれぞれ垂直であるが両者は間隔tをおいて平行状態にある。 By the way, when photographing with a spectacle frame, the center line v1 of the wearer's face may not coincide with the center line v2 of the frame due to physical characteristics of the wearer, adjustment of the frame, and the like. In FIG. 16, the center line v2 is rotated rightward about the center point C , that is, the center line v2 is inclined by an angle γ with respect to the center line v1. In FIG. 17, the center lines v1 and v2 are perpendicular to each other, but they are in a parallel state with an interval t.
よって、図16に示す不一致が生じている場合には、中央制御部23は、左右の瞳孔の座標位置QR(XR、YR)、QL(XL、YL)を特定したとき、次のような補正を行う。
QR(XR、YR+XRtanγ)
QL(XL、YL+XLtanγ)
ここで、角度γは、マーカー8の4隅AとB(又はCとD)の各座標位置でY1とY2(又はY3とY4)の数値に差が生じていることから、その差分から割り出すことができる。
Therefore, when the discrepancy shown in FIG. 16 has occurred, when the
QR (XR, YR + XRtanγ)
QL (XL, YL + XLtanγ)
Here, the angle γ is calculated from the difference between the numerical values of Y1 and Y2 (or Y3 and Y4) at the coordinate positions of the four corners A and B (or C and D) of the
また、図17に示す不一致が生じている場合には、中央制御部23は、左右の瞳孔の座標位置QR(XR、YR)、QL(XL、YL)を特定したとき、次のような補正を行う。
QR(XR+t、YR)
QL(XL−t、YL)
ここで、間隔tは、左右の瞳孔の中間位置でのX座標値とマーカー8の中心点CのX座標値との差から導き出すことができる。
When the discrepancy shown in FIG. 17 occurs, the
QR (XR + t, YR)
QL (XL-t, YL)
Here, the interval t can be derived from the difference between the X coordinate value at the intermediate position between the left and right pupils and the X coordinate value of the center point C of the
このように、顔の中心線v1とフレームの中心線v2とに不一致が生じていても、中央制御部23は、左右の瞳孔の座標位置QR、QLを正確に求めることができる。この場合、図16と図17に示す不一致が複合的に生じていても上記の補正を用いることで対処することができる。すなわち、瞳孔位置のY座標値YR、YLとを角度γに基づいてそれぞれ補正した後でも、中心線v1とv2中心線とが間隔t´を置いて平行なずれを生じているときは、瞳孔位置のX座標値XR、XLとを前記間隔t´に基づきそれぞれ補正するものである。
As described above, even if there is a mismatch between the face center line v1 and the frame center line v2, the
[双眼ルーペの作製]
双眼ルーペの作製は、こうして決まる穴開け位置座標と、下方装着角度r及び内側装着角度p、qとからキャリアレンズ5にルーペ2を挿入する位置をNC加工機にプログラムし、挿入部分を切削加工してキャリアレンズ5の表面を刳り抜いて開口部を形成する。そして、開口部の形成後、ルーペ2を開口部からキャリアレンズ5に挿入し、レーザー位置決め機によって、下方装着角度r及び内側装着角度p、qの調整を行い取付部3によりルーペ2をキャリアレンズ5に固定する。取付部3は、ルーペ2を固定するアダプターと、キャリアレンズ5を挟んだ状態でこのアダプターを締め付けるリングとから成り、アダプターは、ルーペ2をキャリアレンズ5面に対して下方装着角度r及び内側装着角度p、qで保持して固定するように構成されている。また、ルーペ2をキャリアレンズ5に固定するには、ルーペ2を下方装着角度r及び内側装着角度p、qを維持した状態で開口部に嵌め込み接着材にて接着してもよい。
[Production of binocular loupe]
The binocular loupe is manufactured by programming the NC machine with the position of inserting the
本発明は、医療手術や精密作業の際に使用される双眼ルーペであって、作業者個々の特徴に応じた左右両眼の瞳孔位置や作業体勢に適合する双眼ルーペの製作方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。 The present invention relates to a binocular loupe used in medical surgery and precision work, and a method for producing a binocular loupe suitable for the left and right eye pupil positions and work postures according to the characteristics of each worker. Have industrial applicability.
1 フレーム
2 ルーペ
3 取付部
5 キャリアレンズ
8 マーカー
10 双眼ルーペ
11 カメラ
13 ストロボ光照射装置
18 レーザー計測機
P 作業操作箇所
p、q 左右ルーペの内側装着角度
r ルーペの下方装着角度
DESCRIPTION OF
Claims (16)
(a)前記フレームに4つの内角が全て90°である四角形のマーカーを取り付けるステップ、
(b)前記フレームの着用者が双眼ルーペを使用するときの作業体勢で下方の作業操作箇所を凝視しているときの着用者の顔面を前記作業操作箇所から撮像するステップ、
(c)撮像した下方からの顔面の斜め画像による前記マーカーを検出するステップ、
(d)前記画像処理ステップで検出した前記マーカーの四角形から台形への形状の変化度から前記キャリアレンズの前傾角度αを演算し、前記前傾角度αによって前記キャリアレンズに前記ルーペを装着する際の下方装着角度rを決定するステップ、
(e)前記画像から明るさが不連続に変化している箇所を特定することで前記フレームの着用者が下方の前記作業操作箇所を凝視しているときの前記キャリアレンズ面上のX−Y軸での右眼瞳孔位置QR(XR、YR)と左眼瞳孔位置QL(XL、YL)とを特定するステップ、
(f)前記フレームの着用者の視線が水平方向を見つめる体勢から前記作業体勢に移したときの左右の瞳孔の移動に伴いそれぞれの角膜が下方向に回動したときの角度を前記前傾角度αと前記キャリアレンズの鉛直線に対する傾き角度δとから求めて、該角度に基づいて前記右眼瞳孔位置QRと前記左眼瞳孔位置QLの各Y座標値を補正して、左右の前記ルーペの前記キャリアレンズ面上の取り付け右ルーペ取付座標位置Q´Rと左ルーペ取付座標位置Q´Lを決定するステップ、
(g)前記右眼瞳孔位置QR及び左眼瞳孔位置QLのそれぞれから前記マーカーの中心点CまでのX座標方向での距離及び前記中心点Cから作業操作箇所Pまでの距離Lに基づいて左右の前記キャリアレンズの面に装着する前記ルーペの各内側装着角度p、qを決定するステップ、
(h)前記右ルーペ取付座標位置Q´R及び前記左ルーペ取付座標位置Q´Lと、前記下方装着角度rと、前記内側装着角度p、qとに基づいて前記左右のキャリアレンズ面に開口を形成し、前記開口に前記左右のルーペを挿入して固定するステップ、
の各ステップを有することを特徴とする双眼ルーペの製作方法。 A binocular loupe is produced by attaching a loupe to a carrier lens mounted on a frame under conditions according to a binocular loupe wearer,
(A) attaching a square marker having four interior angles of 90 ° to the frame;
(B) imaging the wearer's face from the work operation location when the wearer of the frame is staring at the lower work operation location in a working posture when using a binocular loupe;
(C) detecting the marker by an oblique image of the face taken from below;
(D) The forward tilt angle α of the carrier lens is calculated from the degree of change in the shape of the marker from the square to the trapezoid detected in the image processing step, and the loupe is attached to the carrier lens based on the forward tilt angle α. Determining a lower mounting angle r at the time,
(E) XY on the carrier lens surface when the wearer of the frame stares at the work operation position below by specifying a position where the brightness changes discontinuously from the image Identifying a right eye pupil position QR (XR, YR) and a left eye pupil position QL (XL, YL) on an axis;
(F) The forward tilt angle is an angle when each cornea is rotated downward along with the movement of the left and right pupils when the line of sight of the wearer of the frame shifts from a posture looking at the horizontal direction to the working posture. α and the tilt angle δ of the carrier lens with respect to the vertical line, and based on the angle, the Y coordinate values of the right eye pupil position QR and the left eye pupil position QL are corrected, and the left and right loupes Determining a mounting right loupe mounting coordinate position Q′R and a left loupe mounting coordinate position Q′L on the carrier lens surface;
(G) Left and right based on the distance in the X coordinate direction from each of the right eye pupil position QR and the left eye pupil position QL to the center point C of the marker and the distance L from the center point C to the work operation point P Determining each inner mounting angle p, q of the loupe to be mounted on the surface of the carrier lens of
(H) Open to the left and right carrier lens surfaces based on the right loupe mounting coordinate position Q′R and the left loupe mounting coordinate position Q′L, the lower mounting angle r, and the inner mounting angles p and q. And inserting and fixing the left and right loupes in the opening,
A method for producing a binocular loupe comprising the steps of:
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