JP4799550B2 - 瞳孔検出方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、セキュリティアプリケーション用の瞳孔検出方法及びシステムに関する。

物体の検出又は画像化を対象としたアプリケーションには、多数のものが存在している。アプリケーションに応じて、昼の明かり及び／又は暗闇において物体を画像化又は検出することができる。このようなアプリケーションの例には、個人の安全及びセキュリティが含まれる（但し、これに限定されない）。

セキュリティアプリケーションは、通常、十分に重い又は温かい塊がそのレンジ内において移動した際に、動作検知器を使用することにより、アラーム、明るい投光器、又はビデオカメラをトリガしている。動作検知器は、例えば、ホームセキュリティシステム及び商用セキュリティ環境において使用されている。残念ながら、動作検知器は、人間、動物、及び無生命物体を常に弁別するわけではない。従って、動作検知器のそばを移動する犬やトラックなどの大きな物体を検出し、アラーム、投光器、又はビデオカメラをトリガすることによって偽陽性（false positive）を不必要に生成する可能性がある。偽陽性は、すべてのトリガされたイベントに対して対応することを個人、法人、及び警察に要求し、結果的に余分なコストをもたらすことになる。

本発明によれば、瞳孔(pupil：瞳)検出方法及びシステムが提供される。異なる波長の光を放射する単一の広帯域光源又は複数の光源により、画像化及び検出対象の物体を照射する。光検出センサ及びハイブリッドフィルタを含む受光モジュールにより、光を受光する。ハイブリッドフィルタは、マルチバンド狭帯域フィルタ及びパターン化フィルタレイヤを含んでいる。センサによってキャプチャした１つ又は複数の画像を分析し、１つ又は両方の瞳孔が検出されるかどうかを判定する。１つ又は複数の瞳孔が検出された際に、警戒信号を生成する。警戒信号は、例えば、アラームシステム、投光器、又はビデオカメラをトリガすることができる。瞳孔の検出は、独立的に、或いは、例えば、動作検知器などのセキュリティシステム内のその他の機能と組み合わせて使用可能である。

本発明は、添付図面との関連において、本発明による実施例に関する以下の詳細な説明を参照することにより、十分に理解することができよう。

以下の説明は、当業者が本発明を実施及び使用できるように提示するものであり、特許出願及びその要件の文脈において提供されている。当業者には、開示される実施例に対する様々な変更が容易に明らかであり、本明細書の一般的な原理は、その他の実施例にも適用可能である。従って、本発明は、示されている実施例に限定されるものではなく、本発明に対しては、添付の請求項及び本明細書に記述されている原理及び特徴と合致した最も広い範囲が付与されるべきである。この説明において参照されている図面は、正確な縮尺によって描かれていないことを理解されたい。

本明細書に記述されている本発明による実施例は、セキュリティアプリケーション用の波長に依存した画像化(wavelength-dependent imaging for security applications)を利用している。波長依存画像化は、物体を検出するための一技法であり、通常は、物体から反射された１つ又は複数の特定の波長を検出することを伴っている。いくつかのアプリケーションにおいては、太陽又は周辺光のみを必要としており、その他のアプリケーションにおいては、その他の又は追加の光を必要としている。

次に、添付の図面、特に図１を参照すれば、本発明による一実施例における瞳孔検出システムのブロックダイアグラムが示されている。システム１００は、イメージャ１０２と２つの光源１０４、１０６を含んでいる。この瞳孔検出の実施例においては、イメージャ１０２を使用することにより、対象物の顔及び／又は目（図示されていない）の２つの画像をキャプチャする。光源１０４を使用して画像の１つを取得し、光源１０６を使用して第２の画像を取得する。図１の実施例においては、光源１０４、１０６は、イメージャ１０２の反対側に示されているが、本発明によるその他の実施例においては、イメージャ１０２の同一の側に光源１０４、１０６を配置することも可能である。

本発明によるこの実施例においては、光源１０４、１０６は、実質的に等しい画像強度（輝度）を生成する異なる波長の光を放射する。この実施例においては、光源１０４、１０６は、赤外線又は近赤外線波長を具備した発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）又はマルチモード半導体レーザーとして実装されており、それぞれの光源１０４、１０６は、１つ又は複数の供給源として実装可能である。本発明によるその他の実施例においては、例えば、太陽などの複数の異なる波長の光を放射する単一の広帯域光源によって光源１０４、１０６を置換することも可能である。

イメージャ１０２は、対象物（図示されていない）の１つ又は複数の目から反射された光を受光するべく配置されている。光源１０４、１０６は、任意の波長であってよいが、図１の実施例において選択されている波長は、光が対象物から反れることがなく、且つ、光に応答して目の虹彩が収縮しないように、選択されている。選択される波長は、通常、イメージャ１０２が検出可能なレンジ内のものになっている。

システム１００は、コントローラ１０８を更に含んでおり、このコントローラは、システム１００に専用のものであってもよく、或いは、共有装置であってもよい。イメージャ１０２によって複数フレームの画像情報を生成した後に、これをコントローラ１０８によって処理及び分析することにより、イメージャ１０２の視野内のその他の特徴から１つ又は複数の瞳孔を弁別する。コントローラ１０８は、タイマ１１０に接続されている。タイマ１１０は、コントローラ１０８による時間に基づいた判定の実行を実現する任意の既知の装置又は技法を表している。

制御対象装置１１２は、コントローラ１０８から警戒信号を受信する。警戒信号は、コントローラ１０８が対象物の１つ又は複数の瞳孔を検出した際に生成される。制御対象装置１１２は、例えば、アラーム、或いは、１つ又は複数の投光器、或いは、ビデオカメラとして実装可能である。

入力装置１１４を使用することにより、コントローラ１０８と関連した様々なパラメータを入力又は変更することができる。例えば、ユーザーは、特定の期間内における特定数の画像のキャプチャまたは警戒信号の生成前における瞳孔検出の検証をシステム１００に望む場合がある。入力装置１１４は、例えば、セキュリティプログラムに従って動作するコンピュータ又は制御パネルとして実装可能である。

図２は、本発明による一実施例における瞳孔検出方法のフローチャートである。まず、ブロック２００に示されているように、光源が視野内に光を放射する。次いで、１つ又は複数の画像をキャプチャし、この１つ又は複数の画像を分析する（ブロック２０２、２０４）。本発明によるこの実施例においては、分析は、差分画像を生成することを含む。この差分画像については、図３、図４、及び図５との関連において、更に詳細に説明することとする。

ブロック２０６において、１つ又は複数の瞳孔が検出されたかどうかに関する判定を行う。瞳孔が検出されていない場合には、次いで、ブロック２０８において、特定の期間が満了しているかどうかに関する判定を行う。本発明によるいくつかの実施例においては、１つ又は複数の画像を連続的にキャプチャ及び分析することができる。本発明によるその他の実施例においては、１つ又は複数の画像を規則的なインターバルにおいてキャプチャ及び分析することができる。

指定の期間が満了している際には、タイマをリセットし（ブロック２１０）、本プロセスは、ブロック２０２に戻る。本方法は、ブロック２０６で１つ又は複数の瞳孔が検出されるまで、ブロック２０２〜２１０において継続される。瞳孔が検出された際には、ブロック２１２において、瞳孔検出を検証する必要があるかどうかに関する判定を行う。その必要がない場合には、ブロック２１４において、警戒信号を生成し、本プロセスは終了する。

瞳孔検出を検証する必要がある場合には、指定の期間が満了しているかどうかに関する判定を行う。指定の期間が満了している場合には、本プロセスは、ブロック２１０に続き、タイマをリセットする。次いで、本方法は、ブロック２０２に戻り、警戒信号が生成されるまで継続することになる。

警戒信号は、例えば、アラームシステム、投光器、又はビデオカメラをトリガすることができる。１つ又は複数のビデオカメラは、セキュリティ要員が対象物に合焦し、これにより、ユーザーが対象物を明瞭に識別できるように、パン、チルト、及びズーム機能を包含することができる。瞳孔の検出は、独立的に、或いは、例えば、動作検知器などのセキュリティシステム内のその他の特徴との組み合わせておいて使用可能である。

次に図３を参照すれば、本発明による一実施例における瞳孔検出を使用した第１のアプリケーションの図が示されている。このアプリケーションは、例えば、家庭内の廊下や入口を監視するホームセキュリティシステムを包含することができる。本システムは、イメージャ１０２及び光源１０４、１０６を含んでいる。光源１０４、１０６が対象物３００の顔及び／又は目に向かって光を放射する。１つ又は複数の目が光を反射し、これをイメージャ１０２によってキャプチャする。この瞳孔検出の実施例においては、イメージャ１０２を使用して対象物３００の顔及び／又は目（図示されてはいない）の２つの画像をキャプチャする。光源１０４を使用して画像の１つを取得するが、この光源は、イメージャ１０２の軸３０２上又はこの近傍に位置している（「軸上光」）。イメージャ１０２の軸３０２から離れた相対的に大きな角度に配置されている光源１０６を使用して第２画像を取得する（「非軸上光」）。対象物３００の目が開いている場合には、これらの画像の差分は、目の瞳孔を強調表示することになる。この理由は、網膜からの鏡面反射が軸上光画像内においてのみ検出されるためである。その他の顔及び環境的な特徴からの拡散反射は、そのほとんどが相殺され、差分画像には、瞳孔が、支配的な特徴として残ることになる。

対象物３００の網膜からの差分反射率は、光源１０４とイメージャ１０２の軸３０２の間の角度３０４と、光源１０６と軸３０２の間の角度３０６によって左右される。一般に、角度３０４を小さくすると、網膜リターンが増加することになる。尚、本明細書に使用されている「網膜リターン」とは、対象物３００の目から反射され、イメージャ１０２において検出される光を意味している。又、「網膜リターン」は、目の後部における（網膜以外の、並びに、これに加えた）その他の組織からの反射をも包含するべく使用されている。従って、角度３０４は、光源１０４が軸３０２上又はこの近傍に位置するように、選択されている。本発明によるこの実施例においては、角度３０４は、通常、約０〜２度の範囲内にある。

一般に、角度３０６の大きさは、イメージャ１０２において光源１０６からの小さな網膜リターンのみが検出されるように、選択されている。瞳孔を取り囲む虹彩がこの信号を妨害しており、従って、角度３０６の大きさを選択する際には、様々な照明条件下における瞳孔の大きさを考慮する必要がある。本発明によるこの実施例においては、角度３０６は、通常、約３〜１５度の範囲内にある。本発明によるその他の実施例においては、角度３０４、３０６の大きさは、異なるものであってよい。例えば、監視対象の視野、瞳孔の検出を要する距離、及び特定の対象物の特性により、角度３０４、３０６の大きさを決定してもよい。

イメージャ１０２によってキャプチャされた画像を、コントローラ１０８によって処理及び分析する。対象物３００の１つ又は両方の瞳孔が検出された際に、コントローラ１０８は、警戒信号を生成し、次いで、この信号が制御対象装置（図示されていない）に伝送される。

本発明によるこの実施例においては、光源１０４、１０６を検出器１０２と同一のハウジング内に構築している。本発明による別の実施例においては、光源１０４及び検出器１０２とは別個のハウジング内に光源１０６を配置してもよい。本発明による更に別の実施例においては、検出器１０２と物体の間にビームスプリッタを配置することにより、検出器１０２とは別個のハウジング内に光源１０４を配置することができ、この場合には、相対的に小さい有効な軸に対する照明の角度（smaller effective on-axis angle of illumination）が実現するという利点を具備している。

図４は、本発明による一実施例における瞳孔検出を使用した第２のアプリケーションの図である。本システムは、２つの検出器１０２ａ、１０２ｂ、２つの軸上光源１０４ａ、１０４ｂ、２つの非軸上光源１０６ａ、１０６ｂ、及び２つのコントローラ１０８ａ、１０８ｂを含んでいる。本システムは、２つの図３のシステムをエピポーラステレオ構成( epipolar stereo configuration)において使用することにより、対象物３００の１つ又は複数の目の三次元画像を生成している。この実施例においては、それぞれの検出器１０２ａ、１０２ｂ内のピクセルの対応する行が同一プレーン内に位置している。本発明によるその他の実施例においては、ピクセルの対応する行は、同一プレーン内に位置しておらず、この行構成を補償するべく調節値を生成している。

それぞれのコントローラ１０８ａ、１０８ｂは、独立した分析を実行することにより、対象物３００の１つ又は複数の目を２次元で検出している。ステレオコントローラ４００は、両方のコントローラ１０８ａ、１０８ｂによって生成されたデータを使用して、対象物３００の１つ又は複数の目の三次元画像を生成する。軸上光源１０４ａ、１０４ｂ及び非軸上光源１０６ａ、１０６ｂは、任意の所望の構成において配置可能である。本発明によるいくつかの実施例においては、軸上光源（例えば、１０４ｂ）を反対のシステムの非軸上光源（例えば、１０６ａ）として使用することも可能である。

図５ａは、図３の実施例による軸上光源１０４によって生成された画像を示している。画像５００は、開いた目を示している。目は、軸上光源１０４によって生成された強力な網膜のリターンに起因して、明るい瞳孔を具備している。

図５ｂは、図３の実施例による非軸上光源１０６によって生成された画像を示している。図５ｂの画像５０２は、画像５００と同時に取得することも可能であり、或いは、画像５００と交互のフレームにおいて（連続的又は不連続的に）取得することも可能である。画像５０２は、正常な暗い瞳孔を示している。

図５ｃは、図５ａの画像と図５ｂの画像の差分から結果的に得られる画像５０４を示している。目が開かれている際には、画像５００、５０２の差分を取得することにより、相対的に暗い背景５０８の中に相対的に明るいスポット５０６が残ることになる。背景５０８内に目のその他の特徴の痕跡が残る可能性も存在している。しかしながら、通常は、背景５０８との比較において、明るいスポット５０６が傑出することになる。目が閉じられている（又は、略閉じられている）際には、差分画像内に明るいスポット５０６は存在しない。

図５ａ〜図５ｃは、対象物の１つの目を示している。当業者であれば、両方の目を同様に監視し得ることを理解するであろう。又、画像が対象物のその他の特徴（例えば、顔のその他の特徴）、並びに、対象物の環境の特徴を含んでいる場合にも、同様の効果が得られることについて理解されたい。これらの特徴は、先程説明したものと同様に、ほとんど相殺されることになる。

次に図６を参照すれば、本発明による一実施例における瞳孔検出を利用した第３のアプリケーションの図が示されている。この実施例においては、建物６００の所有者は、人物が、通り６０２から建物の入口（図示されてはいない）に接近した際に警告されることを所望している。１つ又は複数のイメージャ６０４を使用することにより、光を検出し、１つ又は複数のコントローラ（図示されてはいない）によって処理及び分析する対象の画像を生成する。いくつかの光源６０６が、所望の視野６０８に対して光を放射する。当業者であれば、視野６０８、イメージャ６０４の数及びタイプ、及び光源６０６の数及びタイプが、アプリケーションによって決定されることを理解するであろう。イメージャが最初に瞳孔を検出し得る距離も、イメージャ６０４及び光源６０６の数及びタイプに影響を与えることになる。相対的に高い分解能のイメージャと、大きなアパーチャを有する望遠鏡は、システムが最初に１つ又は複数の瞳孔を検出する距離を増大させるべく使用可能な２つの技法の例である。

人物が建物６００に接近すると、コントローラ（図示されてはいない）が、１つ又は両方の瞳孔を検出し、これに応答して警戒信号を生成する。警戒信号は、例えば、アラーム、投光器、又は１つ又は複数のビデオカメラをトリガすることができる。１つ又は複数のビデオカメラは、セキュリティ要員が対象物に合焦し、これにより、ユーザーが対象物を明瞭に識別できるように、パン、チルト、及びズーム機能を包含することができる。例えば、セキュリティ要員は、対象物による建物６００への進入を許容する前に、対象物の身元の確認を必要とする場合がある。

図７は、本発明による一実施例におけるセンサを示している。この実施例においては、センサ７００は、イメージャ１０２（図１）内に内蔵されており、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）画像化センサとして構成されている。本発明によるその他の実施例においては、センサ７００は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージャなどのその他のタイプの画像化装置によって実装可能である。

チェッカーボードパターンに成形された異なるフィルタ材料を使用することにより、センサ７００上にパターン化フィルタレイヤ７０２が形成されている。これらの２つのフィルタは、光源１０４、１０６によって使用されている波長によって決定される。例えば、本発明によるこの実施例においては、パターン化フィルタレイヤ７０２は、光源１０４によって使用されている波長を選択するフィルタ材料を含む領域（１と識別されているもの）を含んでおり、その他の領域（２と識別されているもの）は、光源１０６によって使用されている波長を選択するフィルタ材料を含んでいる。

図７の実施例においては、パターン化フィルタレイヤ７０２は、例えば、ウエハの形態において従来の堆積及びフォトリソグラフィープロセスを使用することにより、基礎となっているレイヤの上部にセンサ７００の別個のレイヤとして堆積されている。本発明による別の実施例においては、センサ７００と入射光の間の別個の要素として、パターン化フィルタレイヤ７０２を生成することができる。更には、フィルタ材料のパターンをチェッカーボードパターン以外のパターンに構成することも可能である。例えば、パターン化フィルタレイヤ７０２は、組み合わせられたストライプ又は非対称の構成（例えば、３ピクセルｘ２ピクセルの形状）に形成可能である。又、パターン化フィルタレイヤ７０２をカラーイメージャなどのその他の機能と統合することも可能である。

本発明によるその他の実施例においては、パターン化フィルタレイヤ７０２は、センサ７００の選択されたエリアをフィルタ材料によってカバーしていない空白の領域（例えば、領域１）を包含することができる。この結果、センサ７００のカバーされていない領域は、両方の光源１０４、１０６からの光を受光することになる。カバーされている領域は、１つの光源からの光のみを通過させ、もう１つの光源からの光を遮断するため、利得係数を算出し、カバーされている領域を通過する光に対して適用する。この利得係数により、フィルタ材料によって吸収される光と、２つの波長間におけるセンサ感度の差と、を補償する。

パターン化フィルタレイヤ７０２内においては、様々なタイプのフィルタ材料が使用可能である。本発明によるこの実施例においては、フィルタ材料は、顔料又は染料がドーピングされたポリマーを含んでいる。本発明によるその他の実施例においては、フィルタ材料は、半導体、その他の無機材料、又は有機材料から製造された干渉フィルタ、反射フィルタ、及び吸収フィルタを包含し得る。

図８は、本発明による一実施例におけるイメージャの断面図である。この図には、イメージャ１０２の一部のみが示されている。イメージャ１０２は、ピクセル８００、８０２、８０４、８０６からなるセンサ７００、２つの交互に変化するフィルタ領域８１０、８１２を含むパターン化フィルタレイヤ８０８、ガラスカバー８１４、及びデュアルバンド狭帯域フィルタ８１６を含んでいる。本発明によるこの実施例においては、センサ７００は、ＣＭＯＳイメージャとして構成されており、パターン化フィルタレイヤ８０８は、顔料又は染料がドーピングされた２つのポリマー８１０、８１２として構成されている。パターン化フィルタレイヤ８０８のそれぞれの領域（例えば、チェッカーボードパターン内の正方形）は、ＣＭＯＳイメージャ内の１つのピクセル上に位置している。

本発明のこの実施例においては、狭帯域フィルタ８１６及びパターン化フィルタレイヤ８０８は、ハイブリッドフィルタを形成している。光が狭帯域フィルタ８１６に入射すると、光源１０４（λ_１）及び光源１０６（λ_２）の波長以外の波長の光は、フィルタリングによって除去される（即ち、狭帯域フィルタ８１６の通過を遮断される）。従って、この実施例においては、可視波長λ_ＶＩＳ及び波長（λ_ｎ）の光がフィルタリングによって除去され、波長λ_１及びλ_２又はこの近傍の光が狭帯域フィルタ８１６を透過する。この結果、波長λ_１及びλ_２又はこの近傍の光のみがガラスカバー８１４を通過することになる。その後、ポリマー８１０が、波長λ_１の光を伝達し、波長λ_２の光を遮断する。この結果、ピクセル８００及び８０４は、波長λ_１の光のみを受光し、これにより、軸上光源１０４によって取得された画像を生成する。

ポリマー８１２は、波長λ_２の光を伝達すると共に波長λ_１の光を遮断し、これにより、ピクセル８０２及び８０６は、波長λ_２の光のみを受光する。この結果、非軸上光源１０６によって取得された画像が生成されることになる。本発明によるこの実施例においては、相対的に短い波長λ_１は、軸上光源１０４と関連付けられており、相対的に長い波長λ_２は、非軸上光源１０６と関連付けられている。しかしながら、本発明のその他の実施例においては、相対的に短い波長λ_１を非軸上光源１０６と関連付け、相対的に長い波長λ_２を軸上光源１０４と関連付けることが可能である。

本発明によるこの実施例においては、狭帯域フィルタ８１６は、誘電体スタックフィルタ(Dielectric stack filters:誘電体多層膜フィルタ)である。誘電体スタックフィルタは、特定のスペクトル特性を具備するように設計されている。本発明によるこの実施例においては、誘電体スタックフィルタは、デュアルバンド狭帯域フィルタとして形成されている。狭帯域フィルタ８１６は、１つのピークをλ_１に、そして、別のピークをλ_２に具備するべく設計されている。従って、波長λ_１及びλ_２又はこの近傍の波長の光のみがパターン化フィルタレイヤ８０８内のポリマーフィルタ８１０、８１２に入射する。そして、パターン化フィルタレイヤ８０８を使用することにより、λ_１とλ_２を弁別している。波長λ_１は、フィルタ８１０を透過し（但し、フィルタ８１２を透過しない）、波長λ_２は、フィルタ８１２を透過する（但し、フィルタ８１０を透過しない）。

当業者であれば、パターン化フィルタレイヤ８０８が、ピクセル空間分解能におけるチャネルを選択するメカニズムを提供していることを理解するであろう。本発明によるこの実施例においては、チャネル１は、軸上画像と関連付けられており、チャネル２は、非軸上画像と関連付けられている。本発明によるその他の実施例においては、チャネル１を非軸上画像と関連付け、チャネル２を軸上画像と関連付けることが可能である。

本発明によるこの実施例においては、センサ７００は、キャリア（図示されてはいない）内に位置している。ガラスカバー８１４が、通常、損傷及び（例えば、ほこりなどの）粒子汚染からセンサ７００を保護している。この実施例においては、ガラスカバー８１４は、有色のガラスフィルタとして形成されており、誘電体スタックフィルタ（即ち、狭帯域フィルタ８１６）の基板として含まれている。この有色のガラスフィルタは、特定のスペクトル特性を具備するように設計されており、顔料又は染料がドーピングされている。ドイツのＭａｉｎｚに所在するＳｃｈｏｔｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇｌａｓｓ Ｉｎｃ．社が、有色のガラスフィルタに使用可能な有色ガラスを製造している企業の１つである。

次に図９を参照すれば、本発明による一実施例におけるデュアルバンド狭帯域フィルタを製造する第１の方法が示されている。図８の実施例と関連して説明したように、狭帯域フィルタ８１６は、デュアルバンド狭帯域フィルタとして形成された誘電体スタックフィルタである。誘電体スタックフィルタは、フィルタタイプの任意の組み合わせを包含し得る。完成した誘電体スタックフィルタの望ましいスペクトル特性により、スタックのレイヤ内に包含されるフィルタのタイプが決定される。

例えば、２つのフィルタ９００、９０２を組み合わせることによってフィルタを製造することができる。バンド遮断フィルタ９００は、波長λ_１及びλ_２の周辺の領域間の波長の光をフィルタリングによって除去し、帯域通過フィルタ９０２は、波長λ_１及びλ_２の近傍及びこの間の光を透過する。フィルタ９００、９０２の組み合わせは、ハッチングされているエリア内の光を透過し、その他のすべての波長の光を遮断する。図１０は、図９のデュアルバンド狭帯域フィルタのスペクトルを示している。図示されているように、光は、対象波長であるλ_１（スペクトル１０００）とλ_２（スペクトル１００２）及びこの近傍においてのみ、組み合わせられたフィルタを透過している。

デュアルバンド狭帯域フィルタは、互いに上下に結合空洞共振器(coupled-cavity resonators)をスタックすることによって製造することも可能であり、この場合に、それぞれの結合空洞共振器は、２つのファブリーペロー共振器によって形成されている。図１１は、本発明による一実施例においてデュアルバンド狭帯域フィルタを製造する第２の方法に使用されるファブリーペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ：ＦＰ）共振器を示している。共振器１１００は、上部分布ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）１１０２レイヤと下部ＤＢＲレイヤ１１０４を含んでいる。ＤＢＲレイヤを形成する材料は、１／４波長（ｍλ／４）厚の低屈折率材料と１／４波長（ｎλ／４）厚の高屈折率材料のＮ個のペアを含んでおり、この場合に、変数Ｎは整数であり、変数ｍ及びｎは奇数の整数である。波長は、レイヤ内における光の波長として定義されており、これは、自由空間波長をレイヤの屈折率で除算したものに等しい。

空洞１１０６が２つのＤＢＲレイヤ１１０２、１１０４を分離している。空洞１１０６は、１／２波長（ｐλ／２）厚の空洞として構成されており、この場合に、ｐは整数である。空洞１１０６の厚さとＤＢＲレイヤ１１０２、１１０４の材料により、ＦＰ共振器１１００の透過ピークが決定される。図１２は、図１１のファブリーペロー共振器のスペクトルを示している。ＦＰ共振器１１００は、単一の透過ピーク１２００を具備している。

デュアルバンド狭帯域フィルタを製造するこの第２の方法においては、２つのＦＰ共振器１１００を１つにスタックして結合空洞共振器を生成している。図１３は、本発明による一実施例においてデュアルバンド狭帯域フィルタを製造する第２の方法に使用する結合空洞共振器を示している。結合空洞共振器１３００は、上部ＤＢＲレイヤ１３０２、空洞１３０４、強い結合ＤＢＲ１３０６、空洞１３０８、及び下部ＤＢＲレイヤ１３１０を含んでいる。強い結合ＤＢＲ１３０６は、上部ＦＰ共振器の下部ＤＢＲレイヤ（即ち、レイヤ１１０４）が下部ＦＰ共振器の上部ＤＢＲレイヤ（即ち、レイヤ１１０２）とマージした際に形成される。

２つのＦＰ共振器を１つにスタックすることにより、図１２の単一の透過ピーク１２００が、図１４に示されているように、２つのピークに分割される。強い結合ＤＢＲ１３０６内の１／４波長厚の屈折率材料のペアの数により、空洞１３０４、１３０８間の結合強度が決定される。そして、空洞１３０４、１３０８間の結合強度により、ピーク１４００とピーク１４０２の間の間隔が制御される。

図１５は、本発明による一実施例においてデュアルバンド狭帯域フィルタを形成する３つの結合空洞共振器のスタックを示している。デュアルバンド狭帯域フィルタ１５００は、上部ＤＢＲレイヤ１５０２、空洞１５０４、強い結合ＤＢＲ１５０６、空洞１５０８、弱い結合ＤＢＲ１５１０、空洞１５１２、強い結合ＤＢＲ１５１４、空洞１５１６、弱い結合ＤＢＲ１５１８、空洞１５２０、強い結合ＤＢＲ１５２２、空洞１５２４、及び下部ＤＢＲレイヤ１５２６を含んでいる。

３つの結合空洞共振器を１つにスタックすることにより、２つのピーク１４００、１４０２のそれぞれが、３つ組のピーク１６００、１６０２それぞれに分割される。図１６は、図１５のデュアルバンド狭帯域フィルタのスペクトルを示している。弱い結合ＤＢＲ１５１０、１５１８内における結合強度は、結合ＤＢＲ１５１０、１５１８内のミラーペアの数を増大させることによって減少する。減少した結合強度により、それぞれ３つ組のピーク１６００、１６０２が、単一の広くて幾分フラットな透過帯域にマージされる。弱い結合ＤＢＲ１５１０、１５１８内の１／４波長厚の屈折率材料のペア数を変化させることにより、３つ組のピーク１６００、１６０２内の間隔が変化する。

以上、２つの波長λ_１及びλ_２の光の検出を参照してハイブリッドフィルタについて説明したが、本発明によるその他の実施例においては、ハイブリッドフィルタを使用することにより、２つを上回る数の対象波長を検出することができる。図１７は、本発明による一実施例におけるポリマーフィルタ及び３バンド狭帯域フィルタのスペクトルを示している。この実施例におけるハイブリッドフィルタは、３つの対象波長λ_１、λ_２、及びλ_３の光を検出する。波長λ_１及びλ_３のスペクトル１７００及び１７０２は、それぞれ、画像化システムによって利用されている２つの信号を表している。波長λ_２において検出される光（スペクトル１７０４）を使用することにより、２つの対象波長外において画像化システムが受光する光の量を判定している。波長λ_２において検出される光の量を、画像化システムが検出可能な光の基準量として使用可能である。

本発明のこの実施例においては、３バンド狭帯域フィルタは、対象波長（λ_１、λ_２、及びλ_３）又はこの近傍の光を透過し、その他のすべての波長の光の透過を遮断する。次いで、パターン化フィルタレイヤ内のポリマーフィルタにより、波長λ_１、λ_２、及びλ_３において受光された光を弁別している。

図１８は、図１７に示されている実施例によるセンサを示している。３つの異なるフィルタを使用することにより、センサ１８０２上にパターン化フィルタレイヤ１８００を形成している。この実施例においては、パターン化フィルタレイヤ内の１つの領域（例えば、領域１）は、波長λ_１の光を透過し、波長λ_２及びλ_３の光を遮断する（図１７のスペクトル１７０６を参照されたい）。パターン化フィルタレイヤ内の別の領域（例えば、領域３）は、波長λ_３の光を透過し、波長λ_１及びλ_２の光を遮断する（図１７のスペクトル１７０８を参照されたい）。第３領域は、波長λ_２の光を透過し、λ_１及びλ_３の光を遮断する（図１７のスペクトル１７１０を参照されたい）。

本発明による一実施例における瞳孔検出システムのブロックダイアグラムである。 本発明による一実施例における瞳孔検出方法のフローチャートである。 本発明による一実施例における瞳孔検出を使用した第１アプリケーションの図である。 本発明による一実施例における瞳孔検出を使用した第２アプリケーションの図である。 図３の実施例による軸上光源によって生成される画像を示している。 図３の実施例による非軸上光源によって生成される画像を示している。 図５ａの画像と図５ｂの画像の差分から結果的に得られる画像を示している。 本発明による一実施例における瞳孔検出を利用した第３アプリケーションの図である。 本発明による一実施例におけるセンサを示している。 本発明による一実施例におけるイメージャの断面図である。 本発明による一実施例におけるデュアルバンド狭帯域フィルタを製造する第１の方法を示している。 図９のデュアルバンド狭帯域フィルタのスペクトルを示している。 本発明による一実施例におけるデュアルバンド狭帯域フィルタを製造する第２の方法に使用されるファブリーペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ：ＦＰ）共振器を示している。 図１１のファブリーペロー共振器のスペクトルを示している。 本発明による一実施例におけるデュアルバンド狭帯域フィルタを製造する第２の方法に使用される結合空洞共振器を示している。 図１３の結合空洞共振器のスペクトルを示している。 本発明による一実施例におけるデュアルバンド狭帯域フィルタを形成する３つの結合空洞共振器のスタックを示している。 図１４のデュアルバンド狭帯域フィルタのスペクトルを示している。 本発明による一実施例におけるポリマーフィルタ及び３バンド狭帯域フィルタのスペクトルを示している。 図１７に示されている実施例によるセンサを示している。

符号の説明

１０２ａ 第１イメージャ
１０２ｂ 第２イメージャ
１０４ 第１光源
１０６ 第２光源
１０８ａ 第１コントローラ
１０８ｂ 第２コントローラ
１１０ タイマ
１１２ 制御対象装置
１１４ 入力装置
３００ 物体
３０２ 軸
３０４ 第１角度
３０６ 第２角度
４００ ステレオコントローラ
８１６ 誘電体スタックフィルタ
１３００ 結合空洞共振器

Claims (7)

1. 物体に向かって２つの対象波長を含む光を放射する光源と、
   前記２つの対象波長のそれぞれ又は近傍において受光された光を検出し、当該光を用いて１以上の画像を生成する第１イメージャと、
   前記第１イメージャに接続された第１コントローラであって、当該第１イメージャによって生成された画像を処理及び分析し、瞳孔が検出された際に警戒信号を生成する、第１コントローラと、
   前記光源と前記第１イメージャの間に配置された第１ハイブリッドフィルタであって、パターン化フィルタレイヤ及び狭帯域フィルタを有し、当該狭帯域フィルタは、デュアルバンド狭帯域フィルタとして形成された誘電体スタックフィルタであり、当該デュアルバンド狭帯域フィルタは、スタックされた結合空洞共振器を有しており、前記狭帯域フィルタは、前記２つの対象波長のそれぞれ又は近傍の光以外を除去し、前記パターン化フィルタレイヤは、前記２つの対象波長の一方を除去する材料を含む領域と、前記２つの対象波長の他方を除去する材料を含む領域とを有する、第１ハイブリッドフィルタと
   を有する瞳孔を検出するシステム。
2. 前記第１コントローラに接続されたタイマと、
   前記第１コントローラに接続された制御対象装置と、
   前記第１コントローラに接続された入力装置と
   を更に有する請求項１に記載のシステム。
3. 前記誘電体スタックフィルタは有色のガラスフィルタを有する請求項１に記載のシステム。
4. 前記誘電体スタックフィルタは１つにスタックされたＮ個の結合空洞共振器を有しており、Ｎは整数である、請求項１に記載のシステム。
5. 前記光源は、異なる波長の光を放射する単一の広帯域光源を有する請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
6. 物体から光を受光するステップであって、前記光は２つの対象波長を含む、ステップと、
   前記２つの対象波長又はこの近傍において受光された光を弁別すると同時に、すべてのその他の波長において受光された光をハイブリッドフィルタを用いて遮断するステップであって、当該ハイブリッドフィルタは、パターン化フィルタレイヤ及び狭帯域フィルタを有し、当該狭帯域フィルタは、デュアルバンド狭帯域フィルタとして形成された誘電体スタックフィルタであり、当該デュアルバンド狭帯域フィルタは、スタックされた結合空洞共振器を有しており、前記狭帯域フィルタは、前記２つの対象波長のそれぞれ又は近傍の光以外を除去し、前記パターン化フィルタレイヤは、前記２つの対象波長の一方を除去する材料を含む領域と、前記２つの対象波長の他方を除去する材料を含む領域とを有する、ステップと、
   それぞれの対象の波長又はこの近傍において受光された光の量を検出し、前記対象の波長又はこの近傍において受光された前記光を使用して１つ又は複数の画像を生成するステップと、
   前記１つ又は複数の画像の少なくとも１つが瞳孔を含んでいるかどうかを判定するステップと、
   前記画像の中の少なくとも１つが瞳孔を含んでいる際に警戒信号を生成するステップと
   を含む、波長に依存した検出方法。
7. 前記対象の波長のそれぞれにおいて受光された前記光の量の差を決定するステップを更に含む請求項６に記載の方法。

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