JP2009513303A - 皮膚検出センサ - Google Patents

Abstract

人の皮膚の存在を検出するデバイスは、皮膚から反射する第１のＩＲ帯域の赤外線と、皮膚によって吸収される第２のＩＲ帯域の赤外線を供給する照明源を含む。検出器は、これらＩＲ帯域の赤外線を受信し、それらの有無を示す信号を提供する。プロセッサは、第１のＩＲ帯域の赤外線があり第２のＩＲ帯域の赤外線がないときに、皮膚の存在を示す。好ましい第１のＩＲ帯域は約０．８〜約１．４μｍであり、第２のＩＲ帯域は約１．４〜約２．２μｍである。

Description

本発明は、皮膚検出センサに関する。更に特定すれば、本発明は、皮膚のＩＲ反射特性及びＩＲ吸収特性の双方を利用して人の皮膚の存在を検出するセンサ等に関する。

本発明は、２００４年１１月１２日に出願され、"Infrared and Visible Fusion Face Recognition System"（赤外線及び可視光線融合顔面認識システム）と題する米国特許出願第１０／９８７，８０６号に関連する。また、本発明は、２００４年１１月１２日に出願され、"Infrared Face Detection and Recognition System"（赤外線顔面検出及び認識システム）と題する米国特許出願第１０／９４６，７４８号にも関連する。これら前述の特許出願は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。これらの特許出願の譲受人は、本発明の譲受人と同一である。

他の関連特許文書には、２００２年４月９日に発行され、"Near-IR Human Detector"（近ＩＲ人検出器）と題するPavlidis et al.による米国特許第６，３７０，２６０号Ｂ１、２００４年４月６日に出願され、"Near Infrared Disguise Detection"と題するPavlidis et al.による米国特許第６，７１８，０４９号Ｂ２、及び２００２年２月１５日に出願され、"Near-Infrared Method and System for Use in Face Detection"（顔面検出に用いるための近赤外線方法及びシステム）と題するPavlidis et al.による米国特許出願第１０／０７７，６７２号を含む。これらの全ては、ここで引用したことにより、その内容が本願にも含まれるものとする。これらの特許文書の譲受人は、本発明の譲受人と同一である。

指紋同一性の測定に基づく現行の生物センサ、又は手外形センサ(hand geometry sensor)は、種々の業界及び用途において大きな関心を持たれている。安全保障業界は、常に、ある特定の人を識別子、安全保障区域、コンピュータ又はその他の電子機器のようなデバイス、あるいはセル・フォンへのアクセスを許可するセンサを求め続けている。

しかしながら、指紋のような人の特定的な特性を拠り所とする生物センサでは、期待が裏切られる可能性がある。指紋が付いたゴム成形品(rubber cast)又は指紋の切り抜き(cutout)を用いれば、それが属する人が用いていなくても、デバイスは正しい指紋を認識する。虹彩の写真が、虹彩検出を妨害するために用いられている。このため、機密財産(secure property)に接近しようとすれば、成し遂げられてしまう。

現在、生物センサ業界において、人の皮膚の代用となる合成物体の検出を防止するデバイスはない。当技術分野では、人の皮膚の存在を精度高く識別し、次いで個人の特定的且つ唯一の特徴を認識することができるデバイスを提供することができれば、大きな発展となるであろう。
また、当技術分野において、生物センサが特定の人の存在を判断する前に、人の皮膚の存在を判断することができれば、別の利点となるであろう。
更にまた、容易かつ低コストで製造でき、既存の生物センサに組み込むことができる小サイズであり、使い方が容易で生物センサへのアクセスを許可又は拒否できるデバイスを提供することができれば、更に別の利点となるであろう。
別の利点も後に明らかとなるであろう。

本発明の前述の利点及びその他の利点が以下のようにして実現できることを発見した。具体的には、本発明は、人の皮膚の有無を検出するデバイスを提供する。
このデバイスは、第１のＩＲ帯域及び第２のＩＲ帯域の赤外線を供給する照明源を含み、その各々が検出方式に寄与する。第１のＩＲ帯域の光は、皮膚、特に、人の皮膚から反射し、この帯域の光は検出のために経路上に導かれる。第２のＩＲ帯域の光は、皮膚によって吸収することができ、したがって、皮膚が存在する場合、この帯域は全く又は殆ど反射されない。好ましい第１のＩＲ帯域は、約０．８〜約１．４μｍであり、第２のＩＲ帯域は、約１．４〜約２．２μｍである。双方の帯域は、この実施形態では、同時に送出させることができ、本発明において関心がない他の帯域の光を含んでいてもよい。

検出器は、皮膚に到達した後の第１及び第２のＩＲ帯域の赤外線を受信するように配置されている。検出器は、第１及び第２のＩＲ帯域の赤外線の各々の有無を示す信号を供給する。処理ユニットは、この信号を処理して、第１のＩＲ帯域の赤外線があり、第２のＩＲ帯域の赤外線がないときに、皮膚が存在することを表示する。

電子検出評価部が、検出器の出力の加重差を取り、閾値と比較する。出力電圧が高に引き上げられた場合、これは、第１のＩＲ帯域の赤外線が反射され、第２のＩＲ帯域の赤外線が吸収されたことを示し、したがって、人の肌が存在することを示す。加重差が閾値を下回る場合、出力は低となり、人の肌が存在しないことを示す。これは、第１のＩＲ帯域の赤外線が皮膚から反射しないとき、又は第２のＩＲ帯域の赤外線が皮膚から吸収されないときのいずれかである。

好適な実施形態では、１つの照明源を用いて、２つの検出器と相互作用する帯域の赤外線を送出する。検出器は、２つのＩＲ帯域の各々に対応して１つ設けられる。この照明源は、約０．８〜約２．２μｍの間の範囲の帯域の赤外線を送出することが好ましく、これにより、所望のＩＲ帯域の双方を包含する。
代替実施形態では、所望のＩＲ帯域毎に１つずつ、２つの照明源を用い、１つの検出器が、これらの帯域の赤外線を受信するので、皮膚の有無を示すために同じ計算を行うことができる。皮膚上で反射する帯域、及び吸収される第２帯域の双方を有することにより、一方を行うが他方を行わない別の材料が使用されても、企みは阻止される。

本発明をより十分に理解するために、図面を参照して説明する。
図面において、同様の参照記号は、全体を通じて同一又は対応する構成要素及びユニットを示すこととする。
本発明は、人の手の皮膚又は検出に晒される身体の別の部分等の、皮膚の存在を検出するセンサとして動作する。好適な実施形態では、図１に示すような手が、照明具１３によって照らされて、照明具１３は種々の選択された波長の赤外線（ＩＲ）を送出する。これらの波長は、手１１の皮膚にぶつかる経路上に送出し、そこから反射して１つ以上のＩＲ検出器に戻ってくる。

照明具１３から送出される第１のＩＲ帯域の赤外線１５は、人の皮膚から反射する帯域であり、好ましくは、約０．８〜約１．４μｍである。尚、この帯域の赤外線は、人の皮膚１１から強く反射することが既に発見されており、経路１７を辿って検出器１９に達する。照明具１３から送出される第２のＩＲ帯域の赤外線２５は、人の皮膚に吸収される帯域であり、好ましくは、約１．４〜約２．２μｍである。尚、この第２のＩＲ帯域の赤外線は、人の皮膚１１にほとんど吸収されることが既に発見されている。第２のＩＲ帯域の経路２７は、検出器２９によって受信する。検出器１９は、約０．８〜約１．４μｍの帯域のみを通し、他のＩＲ帯域の波長を排除するフィルタ１８を含むことが好ましい。同様に、検出器２９は、約１．４〜約２．２μｍの帯域のみを通し、その他のＩＲ帯域の波長を排除するフィルタ２８を含むことが好ましい。勿論、照明具は、約０．８〜約２．２μｍというこれら２つの好ましい範囲よりも広いＩＲ帯域の赤外線を送出するようにしてもよい。

検出処理エレメント３１は、チップ又はその他の微小電子デバイスとすることができ、検出器１９及び２９の出力の加重差(weighted difference)を取り、閾値と比較する。加重差が設定閾値を上回る場合、デバイスの出力電圧を高レベルに引き上げ、人の皮膚が存在することを示す。この状況では、第１のＩＲ帯域１５の強い反射によって振幅の大きい信号が発生するが、第２のＩＲ帯域２５によって発生する信号は殆ど０となる。何故なら、この帯域は皮膚１１によって吸収されるからである。

加重差が閾値を下回る場合、デバイス３１の出力は低レベルとなり、人の皮膚が存在しないことを示す。これは、皮膚の上にゴム又はラテックスの手袋を装着し、第１の検出器が信号を受信しないときのように、第１のＩＲ帯域１５の赤外線が到達した物体から反射しないときである。あるいは、第２のＩＲ帯域２５の赤外線が到達した物体に吸収されないときである。この場合も、人の皮膚が何かに覆われており、第２の検出器２９が多量の信号を受信したような場合である。双方共に可能性があり、いずれにしても、センサは、人の皮膚以外の何かを検出したことを示す。検出処理エレメント３１は、負のロジックを用いるように構成してもよく、皮膚を検出したときには負の出力が発生し、皮膚がないときには正の出力が発生するようにしてもよい。いずれの形態であっても、検出処理エレメント３１は、予期した反射帯域及び予期した吸収帯域の双方が存在するときに、皮膚に対して正の結果を伝える。あるいは、皮膚が検出されなかった場合には、負の結果が得られる。

図２に、代替実施形態を示す。人の手が存在することを検出するために、手１１をかざす。この実施形態では、１対の赤外線（ＩＲ）照明具３５及び４５を、第１のＩＲ帯域３７の赤外線で皮膚１１を照らすように方向付ける。第１のＩＲ帯域３７の赤外線は、約０．８〜約１．４μｍ等の、人の皮膚から反射する範囲内である。照明具４５から送出される第２のＩＲ帯域４７は、約１．４〜約２．２μｍ等の、皮膚が吸収する帯域の範囲内である。双方のＩＲ帯域３７及び４７の赤外線は、検出器３９に向けられ、検出器３９は帯域３７の反射信号の有無、及び帯域４７の吸収信号の無有を検出する。検出処理ユニット３１の中にある制御電子回路がＩＲ照明具３５及び３５に電力を交互に送り、検出器３９の出力を順次サンプリングする。次いで、ユニット３１の中にある制御電子回路は、前述のように、２つのサンプルに対して同じ加重差を計算し、合否又はその他の出力を供給する。検出処理ユニット３１は、必要に応じて、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラである。ＩＲ照明具は、送出した帯域幅に関して先に注記したように帯域を設定することができるが、他の帯域範囲を送出することもできる。例えば、照明具３５はより低い周波数を送出させることができ、照明具４５はより高い周波数を送出させることができる。このようにしても本発明の動作に影響を及ぼすことはないが、検出器が他方の検出シーケンスのときには感知すべきでなく、相反する周波数を送出させないように注意しなければならない。

本発明は、現在使用中、あるいはセキュリティ・デバイス、アクセス制御としての使用、又はその他の使用に想定される現行の生物センサの多くを改良するのに非常に適している。指紋センサは、提示された指紋をデータベースと比較して、被制御区域へのアクセス、あるいは、例えば、コンピュータ、セル・フォン、又はその他のデバイスのような、電子デバイスの使用を許可又は拒否することができる。しかし、指紋センサは、指紋選別のために提示された人の指と、同じ指のゴム又はプラスチックの成型品との間で区別することができない。本発明は、人の皮膚の有無を検証し、したがって指紋センサの信頼性を著しく高める。また、虹彩の比較も、場合によっては、コンタクト・レンズの使用によって、役に立たない可能性がある。この場合も、本発明であれば、実際の皮膚の存在を検証する。本発明の使用法の１つでは、生物センサは、本発明のデバイスからの人の皮膚の存在を肯定的する判定がなければ、それが検出するように設計されたデータを処理することができない。

以上、本発明の特定的な実施形態について図示し説明したが、本発明を限定することを意図しているものではなく、本発明は特許請求の範囲によって定義されるものである。

本発明の好適な実施形態の模式図である。 本発明の別の実施形態の模式図である。

Claims (10)

1. 皮膚の存在を検出するデバイスであって、
   皮膚（１１）によって反射される第１のＩＲ帯域（１７）の赤外線、及び皮膚によって吸収される第２のＩＲ帯域（２７）の赤外線を供給する照明源（１３）と、
   前記第１及び第２のＩＲ帯域の赤外線が前記皮膚に到達した後の該赤外線を受信し、前記第１及び第２のＩＲ帯域の赤外線それぞれの有無を示す信号を出力する検出器（１９、２９）と、
   前記信号を処理して、前記第１のＩＲ帯域の赤外線があり、かつ前記第２のＩＲ帯域の赤外線がない場合に、皮膚の存在を示す検出処理ユニット（３１）と
   を備えていることを特徴とするデバイス。
2. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記第１のＩＲ帯域は約０．８〜約１．４μｍであり、前記第２のＩＲ帯域は約１．４〜約２．２μｍであることを特徴とするデバイス。
3. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記照明源（１３）は、前記第１及び第２のＩＲ帯域の双方を少なくとも含むＩＲ帯域の赤外線を送出するように構成されていることを特徴とするデバイス。
4. 請求項３記載のデバイスにおいて、前記照明源（１３）は、約０．８〜約２．２μｍのＩＲ帯域の赤外線を送出させるよう構成されていることを特徴とするデバイス。
5. 請求項３記載のデバイスにおいて、前記検出器は、前記第１のＩＲ帯域の赤外線を検出するように構成されている第１の検出器（１９）と、前記第２のＩＲ帯域の赤外線を検出するように構成されている第２の検出器（２９）とを備えていることを特徴とするデバイス。
6. 請求項５記載のデバイスにおいて、前記第１の検出器（１９）は前記第１のＩＲ帯域の赤外線のみを通過させる第１のフィルタ（１８）を含み、前記第２の検出器（２９）は前記第２のＩＲ帯域の赤外線のみを通過させる第２のフィルタ（２８）を含むことを特徴とするデバイス。
7. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記照明源（１３）は、前記第１のＩＲ帯域の赤外線を送出する第１の照明具（３５）と、前記第２のＩＲ帯域の光を送出する第２の照明具（４５）とを含むことを特徴とするデバイス。
8. 請求項７記載のデバイスにおいて、前記第１のＩＲ帯域は、約０．８〜約１．４μｍであり、前記第２のＩＲ帯域は、約１．４〜約２．２μｍであることを特徴とするデバイス。
9. 請求項７記載のデバイスにおいて、前記検出器（３１）は、前記第１のＩＲ帯域及び前記第２のＩＲ帯域の双方の赤外線を検出するように構成された検出器を備えており、前記検出処理ユニットは、所定のシーケンスで前記第１及び第２の照明具を選択的に付勢するように構成されていることを特徴とするデバイス。
10. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記検出処理ユニット（３１）は、皮膚の有無を示す信号を生物センサに供給するように構成されている、デバイス。

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