JP2014501910A - 存在検出システム及び証明システム - Google Patents

Abstract

領域（１２）内の生物（１０）を検出する存在検出システム（１）。その領域（１２）は少なくとも２つの範囲（１２Ａ、１２Ｂ）を含む。本システム（１）は全部で少なくとも２つの光源（２Ａ、２Ｂ）を含み、各光源は異なる所定のスペクトルを有し、異なる範囲（１２Ａ、１２Ｂ）に光を放射する。本システムは、第１の所定スペクトルの光と第２の所定スペクトルの光とにそれぞれ敏感な少なくとも２つの検出手段（４Ａ、４Ｂ）を含む。検出手段（４Ａ、４Ｂ）の各々は、その領域（１２）の範囲（１２Ａ、１２Ｂ）に存在する場合、生物（１０）からの反射光を検出し、その検出光に基づいて、存在信号（１４Ａ、１４Ｂ）を生成する。本システムはその存在信号に基づいて、範囲に関する方法で領域（１２）内にある生物（１０）の存在を決定するプロセッサ装置（８）を含む。そうした存在検出システムは比較的正確な存在検出を提供する。また本発明は、上記の存在検出システム（１）を含む照明システムにも関連する。

Description

本発明は或る領域内での生物の検出、例えば人や動物の検出のための存在検出システムに関する。本システムは所定スペクトルの光を発する光源と、その所定のスペクトルの光をフィルタリングするスペクトルフィルタを備えた光センサとを含む。その光センサはその領域内に存在する生物から反射される光を検出するように構成され、その光波そのスペクトルフィルタを通り、その検出結果に応じて存在信号を生成する。さらに、本システムはプロセッサ装置を含み、その存在信号に基づいて生物の存在を決定する。

また本発明は上記の存在検出システムを含む照明装置に関する。

そうしたシステムの一実施形態が特許出願ＷＯ９７／２６８２４に開示される。この特許出願は生物体、例えば赤ちゃんをモニタする装置を開示し、その生物体に向けて放射線を送信し、その生物体による修正後に送信された放射線を受信し、そして、その受信した放射線を処理することを含み、そうして、その生物体の位置及び／又は状態、例えば、その生物体が呼吸しているかどうかやその心拍を判定する。

その既知のシステムの不利な点はその精度が限定されていることである。特に、そうしたシステムはその生物体が領域のどの部分に位置しているかを正確に判定することができない。

ＷＯ９７／２６８２４

本発明の一目的は存在検出システムを供給することであり、その存在検出システムは或る領域（エリア）内の生物、例えば人や動物を検出することができ、その領域は少なくとも２つの範囲（ゾーン）からなり、その範囲のどこにその存在が検出されたかの情報を提供する。この目的は、請求項１で定義されるような本発明に従って、本存在検出システムにより達成され、或る領域内で生物を検出する。本システムは、所定のスペクトルの光を発する光源と、その所定のスペクトルの光に敏感な検出手段とを含む。その検出手段はその領域内に存在する生物から反射された光を検出するよう構成される。その検出手段はその検出結果に基づいて存在信号を生成するよう構成される。さらに本システムはその存在信号に基づいて生命の存在を決定するプロセッサ装置を含む。その領域は全部で少なくとも２つの範囲を含む。

本システムは全部で少なくとも２つの光源を含み、各光源は異なる所定のスペクトル、第１スペクトルと第２スペクトルとを有し、そして、各光源は異なる範囲に光を放射する。本システムは、少なくとも２つの検出手段を含み、第１の所定スペクトルの光と第２の所定スペクトルの光とにそれぞれ敏感である。その検出手段の各々は、その領域内に生物が存在する場合はその生物からの反射光を検出するように構成され、検出光に基づいて存在信号を生成する。そのプロセッサ装置は、その存在信号に基づいて範囲に関する方法でその領域内に生物が存在することを決定する。

先行技術で知られたシステムとは異なり、本発明に従った存在検出システムはその生物がその領域内のどの範囲で検出されたかを判定することができ、即ち、本システムは範囲に関する方法で生物の存在を決定するので、本システムはより正確な存在検出結果を提供する。

本発明に従ったシステムに係る一実施形態は、検出手段は所定のスペクトルの光に敏感な光センサを含むという特徴を有する。

本発明に従ったシステムに係る一実施形態は、検出手段は所定のスペクトルの光をフィルタリングするスペクトルフィルタを備えた光センサを含むという特徴を有する。その光センサは生物がその領域内に存在する場合にその生物からの反射光を検出するように構成され、その検出された光はそのスペクトルフィルタを通過する。

本発明に従ったシステムに係る一実施形態は、２つの光源が単一の光放射装置に含まれることができるという特徴を有し、その光放射装置は２つの範囲において少なくとも２つの異なる所定スペクトルの光を放射するよう構成される。その第１スペクトルと第２スペクトルとは実質的に重ならないことが可能である。しかしながら、これらのスペクトルが重なっていても、本発明に従った本検出システムは機能する。というのも、各検出手段は、第１スペクトルの第１非重複部分と第２スペクトルの第２非重複部分とに属する光を検出するように構成することができるからである。

本発明に従ったシステムに係る一実施形態は、存在信号は人のバイタル信号、例えば心拍信号、心拍変動信号、又は、呼吸速度信号を表すという特徴を有し、その生物は人である。そうした特徴は、人の存在が正確に決定されるという追加的な安全性を提供し、というのも、バイタル信号が心拍信号である場合に、既知の心拍信号のパラメータが人の存在を決定する際に追加的な基準として使用することができるからである。

本発明に従ったシステムに係る一実施形態は、存在信号はその領域内の同じ範囲に存在する少なくとも２人の人のバイタル信号を表すという特徴を有する。プロセッサ装置は、その範囲に存在するその少なくとも２人の人のバイタル信号をそれぞれ区別することができる。

本発明に従ったシステムに係る一実施形態は、光源によって放射された光の所定のスペクトルは可視スペクトルであり、例えば３９０から７００ナノメートルの範囲内であるという特徴を有する。

本発明に従ったシステムに係る一実施形態は、光源によって放射された光の所定のスペクトルは赤外スペクトルであり、例えば７００ナノメートルを超えるという特徴を有する。そうした特徴は、本検出システムの光源によって放射された光が人に見えないという利点をもたらす。そうした特徴は可視光が邪魔になり得るような応用例において有益になるだろう。本システムは非可視スペクトル範囲の光を使用するので、本存在検出は全く目立たなくなる。

本発明に従ったシステムに係る一実施形態は、各光センサはフォトダイオードを含み、そのフォトダイオードはフォトダイオードアレイの中に一緒に構成されるという特徴を有する。そうしたフォトダイオードアレイは製造するのに比較的安価である。そのフォトダイオードの各々はスペクトルフィルタを備えている。そうしたスペクトルフィルタはフォトダイオードアレイの内部で各フォトダイオードと統合することができる。

また、本発明は照明システムに関し、その照明システムは前記実施形態で説明した存在検出システムと、別の光源とを含み、その光源は１つ又は複数の範囲を照射する、又は、その領域を照射する。存在検出システムは、その別の光源、又は例えば存在信号に基づくセキュリティシステム、音響、香りシステム、及び、触覚システムのような他のシステムを制御するように構成される。

次に、以下の図面を使用して、本発明と更なる側面とが例示の形態で記載され、下で説明されるだろう。
図１は存在検出システムの第１実施形態を概略的に示し、或る領域が２つの範囲を含む。 図２は、図１に従った本検出システムによって測定される存在信号の強度を概略的に示す。 図３は存在検出システムの第２実施形態を概略的に示し、或る領域が３つの範囲を含む。 図４はｏ−ヒデオキシヘモグロビンの吸収スペクトルを示す。

好適な実施形態に係る次の説明では、その実施形態の一部を形成する添付の図面への参照がなされる。本発明が実施されてもよい特定の実施形態が例示の形態で以下の説明において示される。また、他の実施形態が利用されてもよく、構造的な変更が本発明の適用範囲から逸脱することなくなされてもよいことが理解される。同一の参照符号が幾つかの実施形態で同一の又は類似の部分を表すように使用されることに留意する。

図１は本発明に従った存在検出システムの第１実施形態を概略的に示す。この実施形態では、そのシステムは所定のスペクトルの光を発する２つの光源、即ち第１光源２Ａと第２光源２Ｂと、本実施形態では、２つの光センサ、即ち第１光センサ４Ａと第２光センサ４Ｂとを含む。この実施形態では、光センサはスペクトルフィルタ、即ち第１スペクトルフィルタ６Ａと第２スペクトルフィルタ６Ｂをそれぞれ含み、所定のスペクトルの光をフィルタリングする。その光センサ４Ａ、４Ｂは、領域１２に存在する第１の人１０から反射される光を検出するように構成され、その光はスペクトルフィルタ６Ａ、６Ｂをそれぞれ通過し、その検出結果に基づいて２つの存在信号、即ち第１存在信号１４Ａと第２存在信号１４Ｂとをそれぞれ生成する。その存在信号はプロセッサ装置８に供給され、そのプロセッサ装置は供給された存在信号１４Ａ、１４Ｂに基づいて第１の人１０の存在又は不存在を決定する。その領域１２は２つの範囲、即ち第１範囲１２Ａと第２範囲１２Ｂによってカバーされる。２つの光源の各々、即ち第１光源２Ａと第２光源２Ｂは、異なる所定のスペクトルを有し、各々はその異なる範囲内に、即ち第１範囲１２Ａと第２範囲１２Ｂそれぞれ光を放射する。２つの光センサの各々、即ち第１光センサと第２光センサは、光源のうちの１つ、即ち第１光源２Ａと第２光源２Ｂのそれぞれと協働するように構成され、対応するスペクトルフィルタ、即ち第１スペクトルフィルタ６Ａと第２スペクトルフィルタ６Ｂのそれぞれと共に協働し、所定のスペクトルのそれぞれの光を検出するように構成される。このようにして、プロセッサ装置８は範囲的な方法で領域１２内の第１の人１０の存在を決定する。

代替的に、検出手段は異なるスペクトル感度を有する光センサを含む。所定のスペクトルの光に敏感なそうした光センサは、所定のスペクトルの光をフィルタリングするスペクトルフィルタを備えた光センサの代わりに使用することができる。その光センサは異なるスペクトル感度を有しなければならない。幾つかの実施形態では、その光センサは本質的に異なるスペクトル感度を有してもよく、それによってその光センサは異なる所定のスペクトルの光を本質的に区別することができる。その本質的に異なるスペクトル感度は、例えば、フォトダイオード、ＣＣＤ、フォトマルチプライヤー等の異なるクラスの光センサを用いて実現されてもよい。代替的に、その本質的に異なるスペクトル感度は、例えば異なる材料特性、例えばシリコン（Ｓｉ）ベースやガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ベースの特性を有する、Ｓｉ等の異なるドーピングレベルでフォトダイオードのような同じクラスの光センサを用いて実現されてもよい。代替的に、その異なるスペクトル感度はスペクトルフィルタを加えることによって実現することができる。

図１に示される具体的な実施形態では、第１の人１０は第１範囲１２Ａの中に位置している。従って、第１光センサ４Ａだけが、第１光源２Ａに由来する光であって第１の人１０から反射し、第1スペクトルフィルタ６Ａによってフィルタリングされた光を検出するが、第２光センサ４Ｂは如何なる有意な光をも検出しない。これは、プロセッサ装置８が２つの存在信号１４Ａ、１４Ｂを受信し、その第１存在信号１４Ａは第１範囲１２Ａの中に人が存在することを表し、その第２存在信号１４Ｂは第２範囲１２Ｂの中に人が存在しないことを表すことを意味している。従って、プロセッサ装置８は領域１２内に人が存在することを決定し、より詳しくは、第１範囲１２Ａ内に存在することを決定する。

光センサ、例えばフォトダイオードは、人のバイタル信号を測定することができる。光電脈波計が、オキシ−デオキシヘモグロビンによる光吸収を介して、皮膚毛細血管中の血管脈の変化をモニタリングする。フォトダイオードのような単純な光センサを備えた光電脈波計を機能させることが可能である。そのフォトダイオードは、皮膚の毛細血管中の新鮮血液の周期的な通過によって導かれる光強度の極めて小さい変化をモニタする。そうしたフォトダイオードを有することにより、数メートルの距離にある人から、脈拍、心拍変動、血液酸素化、及び、場合によっては血圧をダイナミックに測定することができる。また、そのフォトダイオードは、広範囲のスペクトル周波数で脈拍のようなバイタル信号を測定することができることが知られている。最も好ましくは、本システムは非可視スペクトル範囲の光を使用し、それによってその測定が全く目立たなくなることである。従って、例えば、存在信号１４Ａ、１４Ｂはその人の脈拍信号を表すことができる。そうした特徴は、人の存在が正確に決定されるという追加的な安全性を与える。というのも人の存在を決定する際に、既知の脈拍信号のパラメータがプロセッサ装置によって追加的な基準として使用されることができるからである。

スペクトルフィルタはとても単純な部品であってもよく、例えば薄い堆積フィルムであり、光センサ、即ちフォトダイオードの上端の上に直接位置付けられる。代替的に、先行技術で知られているように、フォトダイオード又はスペクトルフィルタを含むフォトダイオードアレイが使用され得る。そのフォトダイオードは標準的なＳｉ半導体技術から製造することができ、又は、代替的に、ガラス、又は、柔軟なプラスチック基板上にＬＣＤディスプレイを製造するのに使用されるアモルファスＳｉ技術により製造することができる。後者の技術は低コストと大面積ダイオードという利点を有する。

また、光源２Ａ、２Ｂは１つの範囲に非排他的に光を発することができ、それに代わって、主要な範囲に比較的高い強度の光を発し、その主要な範囲の隣の範囲に比較的低い強度の光を発する。従って、図１に示される例では、第１光源２Ａは第１範囲１２Ａに比較的高い強度の光を発し、そしてまた、第２範囲１２Ｂに比較的低い強度の光を発し、同様にして、光源２Ｂは第２範囲１２Ｂに比較的高い強度の光を発し、そしてまた、第１範囲１２Ａに比較的低い強度の光を発する。第１光源２Ａの光は主要範囲から、この例では第１範囲１２Ａから、その主要範囲からより離れて位置する範囲に向かって連続的に減少する。そうした特徴は、或る範囲内の第１の人１０の相対的により正確な位置を判定するために使用することができる。詳しくは、図１の例では、第１の人１０の心拍が第１光センサ４Ａによって比較的強く検出され、そして、第２光センサ４Ｂによって比較的弱く検出されるだろう。しかしながら、同じ図１に示される第２の人１０Ａについては、その第２の人の心拍は、おおよそ第１の人１０と同じくらいの強度の比較的強い信号として第１光センサ４Ａによって検出され、そして、比較的弱い信号として、それでも第１の人１０と比べると高い強度で第２光センサ４Ｂによって検出されるだろう。これは図２の表で示される。既に述べたように、この特徴は、その範囲内にある人のより正確な検出を判定するのに使用することができる。この具体例では、第１の人１０と第２の人１０Ａとの心拍測定は、第２の人１０Ａが第１の人１０よりも第２範囲１２Ｂに近いことを表すだろうが、両人は範囲１２Ａの中に位置していることが明らかであろう。

領域１２内の範囲の数は異なっていてもよく、実際には１より大きい如何なる整数でもよい。範囲の数の増加は、本存在検出システムの精度を増加することができる。しかしながら、その範囲の数は領域１２の大きさに適合するように選ばれるべきであり、即ち、比較的小さい領域はたった２つの範囲でうまくカバーできるだろうが、比較的広い領域は２０以上の範囲を必要とすることがある。

図３は本発明に従った存在検出システムに係る第２実施形態を概略的に示し、そのシステムは一人よりも多い人の存在を検出するように使用され、この具体例では3人の人、即ち、第１の人１０Ａ、第２の人１０Ｂ及び第３の人１０Ｃである。プロセッサ装置８は３つの存在信号、即ち、第１存在信号１４Ａ、第２存在信号１４Ｂ、及び第３存在信号１４Ｃを得るだろう。これらの存在信号は３人の人の存在を表すだろう。第１存在信号１４Ａは第１心拍数を有する第１の人１０Ａの存在を表すだろう。第３存在信号１４Ｃは、それぞれ第２心拍数を有する第２の人１０Ｂと、第３心拍数を有する第３の人１０Ｃとの存在を表すだろう。このことは、本発明に従ったシステムが、単一範囲内と同様に、異なる範囲郡内にいる一人より多い数の人の存在を検出することができることを意味している。このこと可能なのは、存在信号が或る範囲内で異なる人から検出される異なる心拍に関する情報を含むからである。本当に２人又はそれ以上の人が同一範囲内に存在しているかを確認するため、測定された心拍、例えば異なる心拍数、心拍変動等の如何なる差異をも同定する必要があるだろう。

図４は、人の心拍の測定用に使用されるオキシヘモグロビン（ＨｂＯ_２）とデオキシヘモグロビン（Ｈｂ）との吸収スペクトルを示す。図４から、心拍の測定は、とても広範囲の、少なくとも２００から１０００ナノメータ（ｎｍ）からなる光を用いて行うことができることが明りょうである。

図４は、約２５０ｎｍから約１０００ｎｍまでの波長領域の範囲内では、その光は人の皮膚の血流によって強く吸収されることを追加的に示している。前記で述べたように、その範囲は紫外線スペクトル、赤外線スペクトル及び可視スペクトルに対応する。

フォトダイオードアレイが使用される場合には、フォトダイオードアレイにより検出されるスペクトルカラーを解釈するため、システムの一度だけのキャリブレーションが必要とされることがある。しかしながら、照射パターンは固定され光センサのフィルタに対して任意的に１：１に適合するので、そのキャリブレーション問題は重要ではないだろう。

その光源は、着色照明により空間を照明することが常に望ましいとは限らないので、非可視波長の光を使用することができる。この理由のため、本発明の好ましい実施形態は、その光源とその光センサアレイフィルタとのスペクトル帯域幅は可視光波長、即ち３５０−７００ナノメータ（ｎｍ）の外側にあるシステムを提案する。

また、図４に示されるように、その光は、７００ｎｍより大きい赤外線（ＩＲ）波長と、４００ｎｍより小さい紫外線（ＵＶ）波長との両方で、人の皮膚の中の血流によって強く吸収される。ＵＶ光の効果が皮膚に影響を与えることがあるので、使用されるスペクトル周波数は、光が皮膚の中の血流によってまだ強く吸収されるＩＲ周波数であることが大変好ましい。そうしたＩＲベースのスペクトルは、ＩＲ光源、例えばＬＥＤとしても、フォトダイオードとしても非常に適合し、ＩＲ波長領域全体にわたって容易に利用可能である。

また、本発明は、光源又はフォトダイオードアレイフィルタの何れかのスペクトル帯域幅が低減されるという特定のコンセプトを提案する。一般的に、光源の帯域幅はフォトダイオードアレイフィルタの帯域幅の範囲内に存在すべきである。

さらに、そうしたシステムは分離した又は連続的な光スペクトルを含んでもよい。当業者には、そうしたシステムは広帯域の光スペクトル、又は、低減したスペクトルを有する一連の光源、又は、レーザやＬＥＤのような単一周波数の光源を有する一連の光源を用いて形成されてもよいことが明白であろう。さらに、アレイの中の各フォトダイオードは分離したフィルタを有することも可能である。

本発明は図面と前述の説明とにおいて詳しく例示され説明されたが、そうした例示や説明は例示目的又は具体例であるとして考えられるべきであり、本発明はその開示実施形態群には限定されない。

その開示実施形態の他の変形例は、請求項に記載の発明を実施する際に、本図面、本開示、及び付属の請求項を研究することにより当業者が理解し、達成することができる。請求項中で、“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）”の語は他の要素やステップを排除せず、不定冠詞“ａ”や“ａｎ”は、複数形を排除しない。或る手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実はそうした手段の組合せが有利には使用できないということを示すものではない。請求項中の如何なる参照符号もその適用範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

１ 存在検出システム
２Ａ；２Ｂ；２Ｃ 光源
４Ａ；４Ｂ；４Ｃ 検出手段
６Ａ；６Ｂ；６Ｃ スペクトルフィルタ
８ プロセッサ装置
１０Ａ；１０Ｂ；１０Ｃ 人
１２Ａ；１２Ｂ；１２Ｃ 範囲（ゾーン）
１２ 領域（エリア）
１４Ａ；１４Ｂ；１４Ｃ 存在信号

Claims (12)

1. 領域内の生物を検出する存在検出システムであって、該システムは：
   −所定のスペクトルの光を発する光源と；
   −前記所定のスペクトルの光に敏感な検出手段であって、前記生物が前記領域内に存在する場合に、前記生物からの反射光を検出し、前記検出された光に基づいて存在信号を生成するように構成された、検出手段と；
   −前記存在信号に基づいて前記生物の存在を決定するプロセッサ装置と、を含み、
   前記領域は少なくとも２つの範囲を含み、前記システムは全部で：
   −少なくとも２つの光源であって、前記光源の各々は異なる所定のスペクトル、即ち、第１スペクトルと第２スペクトルとを有し、前記光源の各々は異なる範囲に光を放射する、光源と；
   −前記第１の所定のスペクトルと前記第２の所定のスペクトルとのそれぞれに敏感な少なくとも２つの検出手段であって、前記検出手段の各々は前記生物が前記領域内に存在する場合に、前記生物からの反射光を検出し、前記検出された光に基づいて存在信号を生成するように構成された、検出手段と、を含み、
   前記プロセッサ装置は前記存在信号に基づいて範囲に関する方法で前記領域内の前記生物の存在を決定する、システム。
2. 前記検出手段は前記所定のスペクトルの光に敏感な光センサを含む、請求項１記載の存在検出システム。
3. 前記検出手段はスペクトルフィルタを備えた光センサを含み、前記所定のスペクトルの光をフィルタリングする、請求項１記載の存在検出システム。
4. 前記２つの光源は単一の光放射装置の中に含まれ、前記光放射装置は、２つの範囲の中に少なくとも２つの異なる所定のスペクトルの光を放射するように構成される、請求項１記載の存在検出システム。
5. 前記第１スペクトルと前記第２スペクトルとは実質的に重ならない、請求項１乃至４の何れか１つに記載の存在検出システム。
6. 前記生物は人であり、前記存在信号は人のバイタル信号を表す、請求項１乃至５の何れか１つに記載の存在検出システム。
7. 前記存在信号は前記領域内の同一範囲にある少なくとも二人の人のバイタル信号を表し、前記プロセッサ装置は前記範囲内に存在する前記少なくとも二人のそれぞれのバイタル信号を区別する、請求項６記載の存在検出システム。
8. 前記光源により発せられる光の前記所定のスペクトルは可視スペクトルである、請求項１乃至７の何れか１つに記載の存在検出システム。
9. 前記光源により発せられる光の前記所定のスペクトルは非可視スペクトルである、請求項１乃至７の何れか１つに記載の存在検出システム。
10. 前記光センサの各々はフォトダイオードを含む、請求項２乃至９の何れか１つに記載の存在検出システム。
11. 前記フォトダイオードはフォトダイオードアレイの中に一緒に配置される、請求項１０記載の存在検出システム。
12. 請求項１乃至１１の何れか１つに記載の存在検出システムと、１つ以上の範囲を照射する、又は、前記領域を照射する別の光源とを含む照明システムであって、前記存在検出システムは前記存在信号に基づいて前記別の光源を制御するよう構成される、照明システム。

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