(57)【要約】バイオメトリック検出のための方法とシステムを提供する。個人の皮膚部位に対して照明サブシステムは、離散的な波長の光を提供する。検出サブシステムは、皮膚部位から散乱された光を受信する。計算ユニットは、この検出システムとのインタフェースを有している。この計算ユニットは、離散的な波長の受信光から空間的分布を持つマルチスペクトル画像を導出するための命令を有する。またこの計算ユニットは、個人を認証するために、導出したマルチスペクトル画像をマルチスペクトル画像データベースと比較する命令を有する。
2007524441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサシステムであって、該システムは、
個人の皮膚部位へ複数の離散的波長の光線を照射するように設けられた照射サブシステムと、
該皮膚部位から散乱される光線を受信するように設けられた検出サブシステムと、
該検出サブシステムとインタフェース接続する計算ユニットを備えるセンサシステムとを備え、
該計算ユニットが、複数の離散的波長での受信光線から空間的分布を持つマルチスペクトル画像を得るための命令、および
該個人を認証するために、得られたマルチスペクトル画像をマルチスペクトル画像のデータベースと比較するための命令を有する、
センサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記得られたマルチスペクトル画像を前記データベースと比較する命令は、該得られたマルチスペクトル画像と一致するマルチスペクトル画像を特定するエントリを求めてデータベースを探索するための命令を備える、センサシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記得られたマルチスペクトル画像を前記データベースと比較する命令は、該得られたマルチスペクトル画像と、前記個人のアイデンティティと称されるものに対応するデータベースのエントリにおけるマルチスペクトル画像とを比較して、該アイデンティティと称されるものを検証する命令を備える、センサシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは、
前記複数の離散的波長の光線を供給する光線源、および
前記皮膚部位へ光線を導く照射光学系、
を備える、センサシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは更に、前記光線を特定のパターン状に走査するためのスキャナー機構を備える、センサシステム。
【請求項６】
請求項４に記載のセンサシステムであって、前記光線源は、複数の擬似単色性光線源を備える、センサシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のセンサシステムであって、前記擬似単色性光線源の中の少なくとも１つは、ＬＥＤを備える、センサシステム。
【請求項８】
請求項６に記載のセンサシステムであって、前記擬似単色性光線源の中の少なくとも１つは、レーザ・ダイオードを備える、センサシステム。
【請求項９】
請求項４に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは、
広帯域光線源、および
該広帯域光線源から放射される光線を濾波するように設けられたフィルター、
を備える、センサシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のセンサシステムであって、前記広帯域光線源は、白熱電球を備える、センサシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のセンサシステムであって、前記広帯域光線源は、白熱電熱線を備える、センサシステム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のセンサシステムであって、前記フィルターは、連続可変フィルターを備える、センサシステム。
【請求項１３】
請求項１０に記載のセンサシステムであって、前記検出サブシステムは、
光線検出器と、
受信光線の波長成分を分離するように設けられた光学的分散素子、および
受信光線を光線検出器へと導く検出光学系を備えることを特徴とするセンサシステム。
【請求項１４】
請求項４に記載のセンサシステムであって、前記検出サブシステムは、
光線検出器、および
受信光線を該光線検出器へと導く検出光学系、
を備える、センサシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のセンサシステムであって、
前記照射サブシステムは、更に前記光線源から放射される光線に直面するように設けられた第１の偏光子を具備し、また
前記検出サブシステムは、更に前記受信光線に直面するように設けられた第２の偏光子を具備する、
センサシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のセンサシステムであって、前記第１および第２の偏光子は、円偏光子を備える、センサシステム。
【請求項１７】
請求項１５に記載のセンサシステムであって、前記第１および第２の偏光子は、直線偏光子を備える、センサシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のセンサシステムであって、前記第１および第２の偏光子は、実質上互いに交差している、センサシステム。
【請求項１９】
請求項１に記載のセンサシステムであって、更に前記皮膚部位に接触するように設けられたプラテンを具備する、センサシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のセンサシステムであって、前記プラテンは、前記皮膚部位が該プラテンの表面上で通過読み取りされるために適合されている、センサシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のセンサシステムであって、前記システムは、更に前記皮膚部位がその上を転がることが可能なローラーシステムを具備し、前記空間的分布を持つマルチスペクトル画像を得るための命令には、該皮膚部位が回転するに伴い該皮膚部位の種々の部分から受信する光線から該マルチスペクトル画像を作成するための命令が含まれることを特徴とするセンサシステム。
【請求項２２】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記計算ユニットは更に、
前記受信光線からスペクトル分布特性を得るための命令、および
該得られたスペクトル分布特性をスペクトル分布特性のデータベースと比較するための命令、
を有する、センサシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のセンサシステムであって、前記計算ユニットは更に、前記得られたスペクトル分布特性から前記皮膚部位の表面下の組織内の検体濃度を算定するための命令を有する、センサシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のセンサシステムであって、前記検体が、アルコール、グルコース、ヘモグロビン、尿素、およびコレステロールからなる群から選ばれる、センサシステム。
【請求項２５】
請求項２２に記載のセンサシステムであって、前記計算ユニットは更に、前記得られたマルチスペクトル特性から該組織の活性状態を判断するための命令を有する、センサシステム。
【請求項２６】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記複数の離散的波長は約４００ｎｍから２．５μｍまでの範囲にある、センサシステム。
【請求項２７】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは、前記複数の照射サブシステムを備え、その各サブシステムは、前記皮膚部位へ該複数の離散的波長の光線を供給するように設定されている、センサシステム。
【請求項２８】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは、前記複数の離散的波長を実質的に同時に、且つ識別可能な符号化を伴って供給するために適合されている、センサシステム。
【請求項２９】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは、複数の離散的波長を逐次的に供給するために適合されている、特徴とするセンサシステム。
【請求項３０】
個人を認証する方法であって、該方法は、
複数の離散的波長の光線を該個人の皮膚部位に照射する工程と、
該皮膚部位からの散乱された光線を受信する工程と、
該複数の離散的波長での受信光線から空間的分布を持つマルチスペクトル画像を得る工程と、
該得られたマルチスペクトル画像を獲得マルチスペクトル画像のデータベースと比較する工程と、
を包含する、個人を認証する方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、前記得られたマルチスペクトル画像を前記データベースと比較する工程が、該得られたマルチスペクトル画像と一致するマルチスペクトル画像を特定するエントリを求めて該データベースを探索する工程を包含する、方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法であって、前記得られたマルチスペクトル画像を前記データベースと比較する工程が、前記得られたマルチスペクトル画像と、個人のアイデンティティと称されるものに対応するデータベースのエントリにおけるマルチスペクトル画像とを比較して、該アイデンティティと称されるものを検証する工程を包含する、方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法であって、前記皮膚部位を照射する工程は、
前記複数の離散的波長の光線を提供する工程、および
前記皮膚部位に光線を導く工程、
を包含する、方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、更に該方法は、前記光線を特定のパターン状に走査する工程を包含する、方法。
【請求項３５】
請求項３３に記載の方法であって、前記複数の離散的波長の光線を供給する工程は、該光線を複数の擬似単色性光線ビームとして発生する工程を包含する、方法。
【請求項３６】
請求項３３に記載の方法であって、前記複数の離散的波長の光線を供給する工程が、
広帯域光線ビームを発生させる工程、および
該広帯域ビームを濾波する工程、
を包含する、方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法であって、前記光線を受信する工程は、
前記受信光線の個々の波長成分を角度的に分離する工程、および
該角度的に分離された波長成分を前記光線検出器へ導く工程
を包含する、方法。
【請求項３８】
請求項３３に記載の方法であって、
前記皮膚部位を照射する工程は、更に、第１の偏光によって前記供給された光線を偏光する工程、および
前記光線を受信する工程は、第２の偏光によって前記受信光線を偏光する工程
を包含する、方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法であって、第１および第２の偏光は実質上互いに交差している、方法。
【請求項４０】
請求項３０に記載の方法であって、前記複数の離散波長は、約４００ｎｍから２．５μｍまでの範囲にある、方法。
【請求項４１】
請求項３０に記載の方法であって、前記皮膚部位に光線を照射する工程は、前記複数の離散的波長を実質的に同時に、且つ識別可能な符号化を伴って皮膚部位に照射する工程を包含する、方法。
【請求項４２】
請求項３０に記載の方法であって、前記皮膚部位に光線を照射する工程は、前記複数の離散的波長を逐次的に供給する工程を包含する、方法。
【請求項４３】
請求項４２に記載の方法であって、前記複数の離散的波長は、前の測定で該複数の離散的波長を提供した順序とは異なる順序で提供される、方法。
【請求項４４】
請求項３０に記載の方法であって、前記複数の離散的波長は、前の測定で使用された波長のセットとは異なる波長のセットからなる、方法。
【請求項４５】
請求項３０に記載の方法であって、前記皮膚部位は、指先の掌側表面を含む、方法。
【請求項４６】
請求項３０に記載の方法であって、前記皮膚部位は、手の掌側表面を含む、方法。
【請求項４７】
請求項３０に記載の方法であって、更に該方法は、
前記受信光線からスペクトル分布特性を得る工程、および
前記皮膚部位表面の下の組織内の検体濃度を、該得られたスペクトル分布特性から算定する工程
を包含する、方法。
【請求項４８】
請求項４７に記載の方法であって、前記検体が、アルコール、グルコース、ヘモグロビン、尿素、およびコレステロールからなる群から選ばれる、方法。
【請求項４９】
請求項３０に記載の方法であって、更に該方法は、
前記受信光線からスペクトル分布特性を得る工程、および
該得られたスペクトル分布特性から活性状態を判断する工程、
を包含する、方法。
【請求項５０】
請求項３０に記載の方法であって、更に該方法は、
前記受信光線からスペクトル分布特性を得る工程、および
該得られたスペクトル分布特性をスペクトル分布特性のデータベースと比較する工程、
を包含する、方法。
【請求項５１】
サンプルへ複数の離散的波長の光線を照射するように設けられた照射サブシステムと、
該サンプルの組織内で散乱される光線を受信するように設けられた検出サブシステムと、
該検出サブシステムとインタフェース接続する計算ユニット、
を備える、センサシステムであって、
該計算ユニットは、該複数の離散的波長の受信光線のマルチスペクトル特性を得るための命令、および
該得られたマルチスペクトル特性から組織の活性状態を判断するための命令、
を有する、センサシステム。
【請求項５２】
請求項５１に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは、
前記複数の離散的波長の光線を供給する光線源と、
前記皮膚部位へ光線を導く照射光学系、
を備える、センサシステム。
【請求項５３】
請求項５２に記載のセンサシステムであって、前記光線源は、複数の擬似単色性光線源を備える、センサシステム。
【請求項５４】
請求項５３に記載のセンサシステムであって、前記擬似単色性光線源の中の少なくとも１つは、ＬＥＤを備える、センサシステム。
【請求項５５】
請求項５３に記載のセンサシステムであって、前記擬似単色性光線源の中の少なくとも１つは、レーザ・ダイオードを備える、センサシステム。
【請求項５６】
請求項５１に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは、
広帯域光線源、および
該広帯域光線源から放射される光線を濾波するように設けられたフィルター、
を備える、センサシステム。
【請求項５７】
請求項５６に記載のセンサシステムであって、前記広帯域光線源は、白熱電球を備える、センサシステム。
【請求項５８】
請求項５６に記載のセンサシステムであって、前記広帯域光線源は、白熱電熱線を備える、センサシステム。
【請求項５９】
請求項５６に記載のセンサシステムであって、前記フィルターは、連続可変フィルターを備える、センサシステム。
【請求項６０】
請求項５１に記載のセンサシステムであって、前記組織の活性状態を判断するための命令は、
前記得られたマルチスペクトル特性の空間的分布を画素化するための命令、および
該画素化された空間分布の画素に対応する第一の次元のエントリと、前記複数の離散的波長の１つに対応する第二の次元のエントリとを有するマトリックスに関して多変量因子解析を実行するための命令、
を有する、センサシステム。
【請求項６１】
サンプルの活性状態を判断する方法であって、該方法は、
複数の離散的波長の光線でサンプルを照射する工程と、
該サンプルの組織内で散乱される光線を受信する工程と、
該複数の離散的波長の受信光線のマルチスペクトル特性を得る工程と、
該得られたマルチスペクトル特性から組織の活性状態を判断する工程、
を包含する、方法。
【請求項６２】
請求項６１に記載の方法であって、前記皮膚部位への照射する工程は、
前記複数の離散的波長の光線を供給する工程、および
前記皮膚部位へ光線を導く工程、
を包含する、方法。
【請求項６３】
請求項６２に記載の方法であって、前記複数の離散的波長の光線を供給する工程は、複数の擬似単色性光線ビームとして光線を発生する工程を包含する、方法。
【請求項６４】
請求項６２に記載の方法であって、前記複数の離散的波長の光線を供給する工程は、
広帯域光線ビームを発生する工程、および
該広帯域光線ビームを濾波する工程、
を包含する、方法。
【請求項６５】
請求項６４に記載の方法であって、前記光線を受信する工程は、
前記受信光線の個々の波長成分を角度的に分離する工程、および
該角度的に分離された波長成分を前記光線検出器へ導く工程、
を包含する、方法。
【請求項６６】
請求項６１に記載の方法であって、前記皮膚部位に光線を照射する工程は、前記複数の離散的波長を実質的に同時に、また識別可能な符号化を伴って該皮膚部位に照射する工程を包含する、方法。
【請求項６７】
請求項６１に記載の方法であって、前記皮膚部位に光線を照射する工程は、前記複数の離散的波長を逐次的に供給する工程を包含する、方法。
【請求項６８】
請求項６１に記載の方法であって、前記皮膚部位は、指先の掌側表面を含む、方法。
【請求項６９】
請求項６１に記載の方法であって、前記皮膚部位は、手の掌側表面を含む、方法。
【請求項７０】
請求項６１に記載の方法であって、前記組織の活性状態を判断する工程は、
前記得られたマルチスペクトル特性の空間的分布を画素化する工程、および
該画素化された空間分布の画素に対応する第一の次元のエントリと、前記複数の離散的波長の１つに対応する第二の次元のエントリとを有するマトリックスに関して多変量因子解析を実行する工程、
を包含する、方法。
【請求項７１】
個人の血中アルコール濃度を算定する方法であって、該方法は、
該個人の組織内への電磁放射の伝播に応じて該個人の組織から発せられる電磁放射を受信する工程と、
該受信電磁放射のスペクトル特性を分析する工程と、
該血中アルコール濃度を、該分析されたスペクトル特性から算定する工程、
を包含する、方法。
【請求項７２】
請求項７１に記載の方法であって、前記受信電磁放射のスペクトル特性を分析する工程は、２．１から２．５マイクロメータの波長帯域における受信電磁放射の振幅を算定する工程を包含する、方法。
【請求項７３】
請求項７１に記載の方法であって、前記受信電磁放射のスペクトル特性を分析する工程は、２．２から２．４マイクロメータの波長帯域における受信電磁放射の振幅を算定する工程を包含する、方法。
【請求項７４】
請求項７１に記載の方法であって、前記受信電磁放射のスペクトル特性を分析する工程は、２．２３μｍ、２．２６μｍ、２．２８μｍ、２．３０μｍ、２．３２μｍ、２．２５μｍ、および２．３８μｍからなる群から選択される値にほぼ等しい１つまたは複数の波長値の受信電磁放射の振幅を算定する工程を包含する、方法。
【請求項７５】
請求項７１に記載の方法であって、前記受信電磁放射のスペクトル特性を分析する工程は、１．５から１．９μｍの範囲内の受信電磁放射の振幅を算定する工程を包含する、方法。
【請求項７６】
請求項７１に記載の方法であって、前記受信電磁放射のスペクトル特性を分析する工程は、１．６から１．８μｍの範囲内の受信電磁放射の振幅を算定する工程を包含する、方法。
【請求項７７】
請求項７１に記載の方法であって、前記受信電磁放射のスペクトル特性を分析する工程は、１．６７μｍ、１．６９μｍ、１．７１μｍ、１．７３μｍ、１．７４μｍ、１．７６μｍ、および１．７８μｍからなる群より選択される値にほぼ等しい１つまたは複数の波長値の受信電磁放射の振幅を算定する工程を包含する、方法。
【請求項７８】
請求項７１に記載の方法であって、前記受信電磁放射のスペクトル特性を分析する工程は、前記受信電磁放射の光学的ドリフトに対して補正を行う工程を包含する、方法。
【請求項７９】
請求項７８に記載の方法であって、参考サンプル内への電磁放射の伝播に応じて該参考サンプルからから発せられる電磁放射を測定する工程を包含する、方法。
【請求項８０】
請求項７９に記載の方法であって、前記参考サンプルは、アルコールと水との混合物を含む、方法。
【請求項８１】
請求項７９に記載の方法であって、前記参考サンプルから発せられる電磁放射を測定する工程は、２．１から２．５μｍの波長範囲内の電磁放射を測定する工程を包含する、方法。
【請求項８２】
請求項７９に記載の方法であって、前記参考サンプルから発せられる電磁放射を測定する工程は、１．５から１．９μｍの波長範囲内の電磁放射を測定する工程を包含する、方法。
【請求項８３】
請求項７１に記載の方法であって、更に該方法は、前記個人の血中アルコール濃度が規定限度以内かどうかの判断に応じて、措置を取る工程を包含する、方法。
【請求項８４】
請求項８５に記載の方法であって、前記措置を取る工程は、自動車の始動を禁止する工程を包含する、方法。
【請求項８５】
請求項７１に記載の方法であって、更に該方法は、前記個人のバイオメトリック認証を行う工程を包含する、方法。
【請求項８６】
請求項８５に記載の方法であって、前記個人のバイオメトリック認証を行う工程は、前記受信電磁放射のスペクトル変動を、以前に記録したスペクトル変動と比較する工程を包含する、方法。
【請求項８７】
請求項８５に記載の方法であって、更に該方法は、前記算定された血中アルコール濃度と前記個人のバイオメトリック認証の組み合わせに応じて、措置を取る工程を包含する、方法。
【請求項８８】
請求項８５に記載の方法であって、
前記電磁放射は、前記複数の離散的波長を以って前記皮膚部位にある個人の組織へと伝播し、
前記個人のバイオメトリック認証を行う工程は、
該皮膚部位から散乱される電磁放射から空間的分布を持つマルチスペクトル画像を得る工程、および
該獲得されたマルチスペクトル画像を獲得マルチスペクトルの画像データベースと比較する工程、
を包含する、方法。
【請求項８９】
個人の血中アルコール濃度を算定する装置であって、該装置は、
該個人の組織内への電磁放射の伝播に応じて該個人の組織から発する電磁放射を受信するために適合されている受信機、および
プロセッサと接続するコンピュータ読取可能媒体を備え、該コンピュータ読取可能媒体は、該プロセッサの動作を導くコンピュータ読取可能プログラムを内蔵し、該コンピュータ読取可能プログラムは、
受信電磁放射のスペクトル特性を分析するための命令、および
該分析したスペクトル特性から該血中アルコール濃度を算定するための命令、
を有する、
装置。
【請求項９０】
請求項８９に記載の装置であって、前記受信機は、前記センサと２．１から２．５μｍの波長帯域を有する光線を伝播するために適合されている光学帯域通過フィルターを備える、装置。
【請求項９１】
請求項８９に記載の装置であって、前記受信機は、複数のセンサと、２．２３μｍ、２．２６μｍ、２．２８μｍ、２．３０μｍ、２．３２μｍ、２．２５μｍ、および２．３８μｍからなる群から選択される値にほぼ等しい波長の光線を伝播するために適合されている複数の光学帯域通過フィルターを備えることを特徴とする装置。
【請求項９２】
請求項８９に記載の装置であって、前記受信機は、センサと、１．５から１．９μｍ波長帯域の光線を伝播するために適合されている光学帯域通過フィルターを備える、装置。
【請求項９３】
請求項８９に記載の装置であって、受信機は、複数のセンサと、１．６７μｍ、１．６７１μｍ、１．７３μｍ、１．７４μｍ、１．７６μｍ、および１．７８μｍからなる群より選択される値にほぼ等しい波長の光線を伝播するように適合された複数の光学帯域通過フィルターを備える、装置。
【請求項９４】
請求項８９に記載の装置であって、前記受信機は、
可変フィルター、および
検出器アレイ、
を備える、装置。
【請求項９５】
請求項９４に記載の装置であって、前記検出器アレイは、半導体検出器アレイを備える、ことを特徴とする装置。
【請求項９６】
請求項９４に記載の装置であって、前記検出器アレイは、焦電検出器アレイを備える、装置。
【請求項９７】
請求項９４に記載の装置であって、前記検出器アレイは、ボロメータ検出器アレイを備える、装置。
【請求項９８】
請求項８９に記載の装置であって、更にこの装置が前記個人の組織内へ電磁放射を伝播するために適合されている電磁放射光線源を具備する、装置。
【請求項９９】
請求項９８に記載の装置であって、前記光線源が発光ダイオードを備える、装置。
【請求項１００】
請求項９８に記載の装置であって、前記光線源がレーザダイオードを備える、装置。
【請求項１０１】
請求項１００に記載の装置であって、前記レーザダイオードが波長可変である、装置。
【請求項１０２】
請求項８９に記載の装置であって、前記コンピュータ読取可能プログラムは更に、受信電磁放射から個人のバイオメトリック認証を行うための命令を有する、装置。
【請求項１０３】
請求項８９に記載の装置であって、更に該装置は、前記個人のバイオメトリック認証を行うために適合されている、バイオメトリックデバイスを具備する、装置。
【請求項１０４】
請求項１０３に記載の装置であって、
電磁放射は、複数の離散的波長を以って前記皮膚部位にある前記個人の組織へと伝播し、
コンピュータ読取可能プログラムは、更に
前記皮膚部位から散乱される電磁放射から前記空間的分布を持つマルチスペクトル画像を得るための命令、および
該得られたマルチスペクトル画像を獲得マルチスペクトル画像のデータベースと比較するための命令、
を有する、装置。
【請求項１０５】
請求項１０３に記載の装置であって、前記バイオメトリック認証は、非光学的バイオメトリック認証である、装置。
【請求項１０６】
請求項８９に記載の装置を具備する、鍵装飾品。
【請求項１０７】
請求項８９に記載の装置を具備する、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願の相互参照
本出願は以下の各仮出願の非仮出願であり、該各仮出願出願日の利益を主張するものであり、各仮出願の開示はすべて参照によりその全目的のために本明細書に包含される：２００３年４月４日付米国仮特許出願第６０／４６０，２４７号  「ＮＯＮＩＮＶＡＳＩＶＥ  ＡＬＣＯＨＯＬ  ＭＯＮＩＴＯＲ」，  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅらによる２００３年６月２７日付米国仮特許出願第６０／４８３，２８１号  「ＨＹＰＥＲＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴ  ＲＥＡＤＥＲ」，  ２００３年９月１８日付米国仮特許出願第６０／５０４，５９４号「ＨＹＰＥＲＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴＩＮＧ」，２００４年３月１０日付米国仮特許出願第−−／−−−，−−−号「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＫＩＮ  ＳＥＮＳＯＲ  ＦＯＲ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣＳ」（代理人整理番号第２０２０４−００２６２０ＵＳ号）。
【０００２】
本出願はまた２００１年６月５日付米国特許出願第０９／８７４，７４０号「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＵＳＩＮＧ  ＳＰＥＣＩＡＬＩＺＥＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＰＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ  ＳＹＳＴＥＭ」にも関連し、両特許出願の全開示はすべて参照によりその全目的のために本明細書に包含される。
【背景技術】
【０００３】
本発明の背景技術
本出願は、一般的にバイオメトリックスに関する。より詳細には本出願は、マルチスペクトル画像センサによりバイオメトリック測定を実行する方法とシステム、およびアルコールまたは他の検体の生体内濃度を測定するための方法とシステムに関する。
【０００４】
「バイオメトリックス」とは、一般的に生体の諸特性の統計分析を指す。バイオメトリックスの１つのカテゴリには、「バイオメトリック認証」があり、通常これは、人の自動認証を提供するモードと、人のアイデンティティと称されるものを検証するモードの２つのモードのうちの１つのモードの下で動作する。バイオメトリック検出技術により、ある人物の身体的特徴または行動特性を測定し、これらの特徴を同様な記録済み測定結果と比較し、一致があるかどうかが判断される。通常バイオメトリック認証に使用される身体的特徴としては、顔、虹彩、手の形、血管構造、および指紋があり、これらはあらゆるバイオメトリック認証用の特徴の中でも最も普及しているものである。収集された指紋の分析する方法には、光、容量、無線周波数、熱を利用する技法のほか、これらより一般的でないいくつかの技法がある。
【０００５】
指紋収集法の大部分は、指の表面、またはそのすぐ近くで皮膚の特性を測定する方法である。特に光学的指紋読取装置は、一般的にセンサプラテンとセンサプラテン上に置かれた指との間の屈折率の差異の有無を利用する方法である。空気に満ちた指紋の溝がプラテンの特定の場所の上方にあると、空気とプラテンとの屈折率の差異により、そのプラテン内で全反射（「ＴＩＲ」）が生じる。また、固有の屈折率の皮膚がプラテンと光学的に接触していれば、この場所における全反射は「フラストレーション状態」になり、光線がプラテン・皮膚の境界面を行き来することができる。指がプラテンに接触している領域全体に渡っての全反射（ＴＩＲ）の差異の写像が、従来の指紋読み取りの基礎となっている。光学的境界面のこの変化を検出するために使用される光学的処理法は、明視野の光学的処理法および暗視野の光学的処理法のいずれの方法においても数多く存在する。通常単一の擬似単色性光線ビームがこのＴＩＲをベースにした測定に使用される。
【０００６】
非ＴＩＲ型光学的センサも存在する。多くの場合、これらのセンサは、指先の前面、両側および背面を照射するために単色性光線に何らかの処理を施したものを使用し、皮膚を通して光線を拡散させる。指紋画像は皮膚・プラテン境界を光線が横断し、伝わる際の隆線および溝に対する伝送特性の差異により形成される。光学的伝送における差異は、当業者であれば知っていることであるが、溝内に中間エアギャップが存在するか否かに起因するフレネル反射の変化により決まる。
【０００７】
光学的指紋読取装置は、非理想的な条件に起因する画像品質上の問題に対して特に影響を受けやすい。皮膚が過度に乾燥していると、プラテンとの屈折率の一致が曖昧になり、貧弱な画像コントラストを生じる。同様に、指が過度に湿っていると、溝は水分で充満している可能性があり、指紋領域全体にわたり光学的結合を引き起こし、画像コントラストが著しく減少する。プラテンに対する指の圧力が小さ過ぎたり、大き過ぎたり、皮膚が汚れすぎたり、年老いているか、および／または擦り切れていたり、またはある民族、または非常に幼い子供に見られるケースであるが、過度に精細な特徴を皮膚が有していたりする場合、前記と同様な影響が見られることがある。これらの影響は、画像品質を劣化させ、そのため指紋センサの全体的性能を劣化させる。ある例では、市販の光学的指紋読取装置にシリコンなどの柔軟な材料の薄膜が組み込まれ、これらの影響を軽減しているものがある。柔軟な材料であるため、その膜は損傷、摩耗および汚染を受けやすく、保守無しではそのセンサの使用が制限される。
【０００８】
バイオメトリックセンサ、特に指紋バイオメトリックセンサは、一般的に様々な形のにせものサンプルに対しては役立たないのがある。指紋読取装置の場合、紙、ゼラチン、エポキシ、ラテックスその他のある種の無生物材料に組み込まれた認可ユーザの指紋パターンを読取装置に提供する種々の方法が当該分野で知られている。指紋読取装置が一致する指紋パターンの有無を高信頼度で判定できるとしても、その一致パターンが真の生体から採取されているかどうかを確認することも全体のシステムセキュリティにとっては重大なことであるが、このことは多くの通常のセンサでは確定することが困難であるとされている。
【０００９】
ある種のバイオメトリックシステムを役に立たなくする別の方法として、再生攻撃の利用が考えられる。このやり方によると、認可ユーザがシステムを使用する時センサから送られてくる信号を侵入者が記録する。その後、侵入者は、事前に記録された認可信号がシステムに入力されるようにセンサシステムを操作し、その結果センサそのものを迂回し、バイオメトリックにより保証されているシステムへとアクセスする。
【００１０】
バイオメトリックセンサをより信頼性の高い、安全かつエラー発生の少ないものにする一般的手法は、本技術分野で、時には「デュアル」、「組み合わせ」、「階層化」、「融合的」または「多元的」バイオメトリック検出といわれる手法を用いるバイオメトリック信号源を組み合わせる手法である。強化された安全性を提供するために、種々の異なる技術によって、身体の同一部分を同時に測定し、組み合わされた各種センサが無効になるように種々のサンプルや技法を用いてバイオメトリック検出を機能不全にしようとする企みに負けないようにバイオメトリック技術が組み合わされる。種々の技術が身体の同一部分を見るように結合されている場合、これらの技術は「密に結合されている」と示すことにする。
【００１１】
グルコース、アルコール、ヘモグロビン、尿素、およびコレステロールなどの生理的検体に対する非侵襲的光学測定の精度は、皮膚細胞組織の変動により悪影響を受ける。ある場合には、バイオメトリック測定と関連付けて一つまたは複数の生理的検体を測定することが有益である。この様なデュアル測定は、商業市場および法執行業界の両分野において、興味を持たれる可能性があり、また応用面も期待される。
【００１２】
そのため、マルチスペクトル画像システムおよび方法を使用するバイオメトリック検出および検体評価用の改良された方法とシステムに対する全般的なニーズが本技術分野において高まっている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の簡単な要旨
本発明の実施形態は、この様にバイオメトリック検出および生理的検体評価のための方法とシステムを提供することである。本発明の実施形態は、種々の深さおよび位置における多数の皮膚の特徴から得られる空間的スペクトル情報を一つの画像ボリューム内に示すマルチスペクトル画像データを収集するものである。種々の特徴から得られる情報は、アイデンティティ検証を含むバイオメトリック認証方法を提供するために役立つように有効に結びつけることが可能である。またマルチスペクトル画像データを、サンプルの認証または活性状態についての情報を提供するように処理することも可能である。更にマルチスペクトル画像データは、画像位置における細胞組織内に存在する可能性のある特定の生理的検体の存在およびその量についての情報を確定するためにも使用することができる。
【００１４】
本発明の実施形態は、光学的技法を用いて、身体のある場所における皮膚の組成および構造を評価するための方法およびシステムを提供する。特定の波長の光線が皮膚に入射すると、その光線は吸収および散乱を含む光学的相互作用を受ける。光学的散乱のために、一般的に光線の一部は照射点にて皮膚に入射した後に、皮膚で散乱的に反射される。
この様に反射されたその光線の画像は、光線が照射点から入り検出されるまでに通過した皮膚の部位に関する情報を含むことになる。異なる波長を有する光線は、皮膚とも異なった相互作用を行う。特定の皮膚成分の特性に起因して、光線のある種の波長は特定の成分または構造とあるいはより強く、またはあるいはより弱く作用し合う。また光線のある種の波長は、皮膚から散乱されて戻り検出されるまでに、より長い距離皮膚に入り込み進行するものがある。皮膚から散乱的に反射される光線の空間的特性の正確な測定結果は、この様にしてある種の波長の光線と作用し合う皮膚内の成分および構造に関する情報を含む。多数の、かつ異なる照射波長を有する光線を用いることにより、同様の測定で皮膚の成分および構造に関する更に多くの情報が提供される。
【００１５】
実施形態のあるセットにおいては、センサシステムが提供される。照射サブシステムは、個人の皮膚部位に対して複数の離散的波長を有する光線を供給するように設定される。検出サブシステムは、皮膚部位からの散乱光線を受信するように設定される。計算ユニットは検出システムとのインタフェースを有している。この計算ユニットは、複数の離散的波長の受信光から空間的分布を持つマルチスペクトル画像を導出するための命令を有する。またこの計算ユニットは、個人を認証するために、導出したマルチスペクトル画像をマルチスペクトル画像データベースと比較する命令を有する。
個人の認証は様々な実施形態において、異なる様々な方法で実行される。ある実施形態においては、導出したマルチスペクトル画像をデータベースと比較する命令は、導出したマルチスペクトル画像と一致するマルチスペクトル画像を特定するエントリを求めてデータベースを探索するための命令から構成される。もう一つの実施形態においては、導出したマルチスペクトル画像をデータベースと比較する命令は、アイデンティティと称されるものを検証するために、導出したマルチスペクトル画像と個人のそのアイデンティティと称されるものに対応するデータベースのエントリにおけるマルチスペクトル画像とを比較する命令から構成される。
【００１６】
照射サブシステムは、複数の離散的波長を有する光線を提供する光線源と皮膚部位へその光線を導く照射レンズから構成されても良い。ある例では、特定のパターン状にその光線を走査するためのスキャナー機構を具備する場合が考えられる。光線源は、ＬＥＤまたはレーザダイオードなど複数の擬似単色性光線源から構成されることが考えられる。または、光線源は、白熱電球または白熱電熱線などの広帯域光線源と、広帯域光線源から放射される光線を濾波するために設置されるフィルターから構成されても良い。ある実施形態においては、このフィルターは連続可変フィルターから構成されても良い。ある場合には、この検出システムが光線検出器、光学的分散素子、および検出レンズから構成されても良い。この光学的分散素子は、受信光線の波長成分を分離するように設定され、この検出レンズは受信光線を光線検出器へと導く。ある実施形態においては、照射サブシステムと検出サブシステムの両者が一つの偏光子から構成される。この偏光子は、円偏光子、直線偏光子、またはこれらの組み合わせでも良い。直線偏光子の場合は、偏光子は実質上互いに交差していても良い。
【００１７】
このセンサシステムは、皮膚部位と接触するプラテンから構成されても良いし、または非接触動作用に構成されていても良い。このプラテンとしては、皮膚部位がプラテン表面上で通過読み取りされるように、プラ適合されたものが考えられる。この様な実施形態の一つにおいて、そのプラテンは、一つの通過読取動作で指がその上を回転することが可能な光学的クリアローラーから構成される。この様な実施形態においては、空間的分布を持つマルチスペクトル画像を導出するための命令には、皮膚部位が回転するに伴い皮膚部位の異なる部分から受信する光線からマルチスペクトル画像を作成するための命令が含まれる。
【００１８】
この照射サブシステムは、複数の照射サブシステムから構成されても良い。別の実施形態においては、複数の離散的波長が逐次的に供給されるか、または識別可能な符号化を伴って実質的に同時に供給される。この複数の離散的波長として適切な波長は、約４００ｎｍから２．５μｍの範囲の波長を含む。
【００１９】
ある実施形態においては、そのセンサシステムは、他のパラメータの評価を可能とする追加コンポーネントを備えても良い。例えば、一つの実施形態において、計算システムは更に受信光線からスペクトル分布特性を導出するための命令を備えても良い。この様なスペクトル分布特性は、アルコール、グルコース、ヘモグロビン、尿素、コレステロールなどの皮膚部位表面下の細胞組織内に存在する検体濃度を算定するために使用することができる。もう一つの実施形態においては、計算システムが更に導出したスペクトル分布特性から活性状態を判定するための命令を備えている。
【００２０】
実施形態の第２番目のセットにおいては、ある個人を認証するための方法を提供する。その個人の皮膚部位は、複数の離散的波長により照射される。そして皮膚部位から散乱され戻ってくる光線が受信される。空間的分布を持つマルチスペクトル画像は、複数の離散的波長を持つ光線から導出される。導出されたマルチスペクトル画像データ、または一つまたは複数のその一部分が導出されたマルチスペクトル画像からなるデータベースと比較される。これから述べる様々な実施形態は、センサシステムの実施形態に関連してこれまで議論された特徴を含む。ある例においては、それらの方法は全てのサンプルに対して一定ではない測定手順を生成することができる機能を備える。一つの実施形態においては、照射する波長の順序が各測定毎に変更される。他の実施形態においては、皮膚を照射するために使用される照射波長の選択が各測定毎に変更される。
【００２１】
実施形態の第３番目のセットにおいては、一つのセンサシステムが提供される。照射サブシステムは、サンプルに複数の離散的波長の光線を供給するように設定される。
検出サブシステムは、サンプルの細胞組織内で散乱される光線を受信するように設定される。計算ユニットは、検出サブシステムとのインタフェースを有している。計算ユニットは、複数の離散的波長の受信光線のマルチスペクトル特性を導出するための命令を備える。また計算ユニットは、導出したマルチスペクトル特性から細胞組織の活性状態を判定するための命令を備える。この様な実施形態の一つにおいては、導出したマルチスペクトル特性の空間的分布を画素化することによりその活性状態を判定する。画素化された空間分布の画素に対応する第一の次元のエントリと、前記複数の離散的波長の１つに対応する第二の次元のエントリとを有するマトリックスに関して多変量因子解析が実行される。更に様々な実施形態においては、その他のセンサシステムに関連してこれまで議論された特徴が含まれていても良い。
【００２２】
実施形態の第４番目のセットにおいては、サンプルの活性状態を判定する方法を提供する。サンプルは複数の離散的波長の光線を照射される。サンプルの細胞組織内で散乱される光線が受信される。受信光線のマルチスペクトル特性が複数の離散的波長において導出される。細胞組織の活性状態は、導出されたマルチスペクトル特性から判定され、そのサンプルから導出された特性は、真のサンプルからの予期される特性と矛盾しないことを保証する。様々な実施形態は、他の実施形態のセットに関連してこれまで議論された特徴が含まれていても良い。
【００２３】
実施形態の第５番目のセットにおいては、個人の血中アルコール濃度を算定する方法を提供する。この方法では、個人の細胞組織内への電磁放射の伝播に反応して個人の細胞組織から発せられる電磁放射を受信する。この受信電磁放射のスペクトル特性が解析される。血中アルコール濃度は、解析されたスペクトル特性により算定される。
【００２４】
特定の実施形態においては、特定の波長帯域に渡るスペクトル特性が解析される。例えば一つの実施形態においては、２．１μｍから２．５μｍの波長帯域における受信電磁放射の振幅が算定される。この帯域には、２．２３、２．２６、２．２８、２．３０、２．３２、２．２５、および２．３８μｍの特定波長が含まれ、これらの波長のうちの１つまたは複数の波長の振幅を一つの特定な実施形態で算定することができる。もう一つの実施形態においては、１．５μｍから１．９μｍの波長帯域における受信電磁放射の振幅が算定される。この帯域には、１．６７、１．６９、１．７１、１．７３、１．７４、１．７６、および１．７８μｍの波長が含まれ、これらの波長のうちの１つまたは複数の波長の振幅を一つの特定な実施形態で算定することができる。
【００２５】
実施形態の第６番目のセットにおいては、個人の血中アルコール濃度を算定する装置を提供する。この装置では、個人の細胞組織内への電磁放射の伝播に反応して個人の細胞組織から発せられる電磁放射を受信するように受信機を適合化する。コンピュータ読取可能記憶媒体が一つのプロセスと組み合わされ、その媒体はプロセッサの動作を指示するためのコンピュータが読み取り可能なプログラムをその中に組み込んでいる。このコンピュータが読み取り可能なプログラムには、受信電磁放射のスペクトル特性解析用の命令と解析されたスペクトル特性から血中アルコール濃度を算定する命令が含まれている。
【００２６】
ある実施形態においては、本発明の方法、および／または装置は、それへのアクセスおよび／またはその運転の可不可は測定により判定される血中アルコール濃度値により判断される自動車などの機器内に組み込まれる可能性がある。更に、このアルコールモニター機能は、いくつかの実施形態においては、バイオメトリック認証と組み合わされて利用することができる。例えば、アルコールモニターデバイスおよびバイオメトリック認証デバイスの組み合わせを内蔵する機器へのアクセスおよび／またはその運転の可不可は、アルコールモニター測定値およびバイオメトリック認証測定値の組み合わせにより判断される。一つの実施形態においては、バイオメトリック認証は、アルコール評価実行に使用されるマルチスペクトルデータを用いて実行される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
発明の詳細な説明
１．概要
本発明の実施形態は、統合された多元的バイオメトリック測定結果の収集と処理を可能とする方法およびシステムを提供する。これらの統合された多元的バイオメトリック測定により、採取されるバイオメトリック測定サンプルの信憑性はもちろん、人の身元に対し充分な保証を提供することが可能となる。ある実施形態では、皮膚表面を貫通し、皮膚内部で、および／またはその下の細胞組織内で散乱する複数の離散的な光学的波長をセンサが捕捉する。ここで言及されている「離散的波長」とは、一つにまとめられたユニットとして波長のセット、または波長帯域を取り扱うことを意味している。ここで、まとめられた各ユニットに関しては、このまとめられたユニット全体から情報が抽出されるのであって、このまとめられたユニット中の個々の波長サブセットから情報が抽出されるのではない。ある場合では、まとめられたユニットは、不連続であって、そのため複数の離散的波長が提供される場合、そのうちの任意の二つの波長間、または波長帯域間にいくつかの波長が存在しない場合がある。しかしこのことは、全ての実施形態に要求されているわけではいない。一つの実施形態においては、光学的波長が紫外−可視−近赤外波長の帯域内に存在する場合がある。皮膚および／またはその下の細胞組織で散乱された光線の一部は、皮膚から出射し、皮膚表面およびその下の細胞組織の構造に関するマルチスペクトル画像を形成するために使用される。ここで使用される「マルチスペクトル」という用語は、多数の波長を使用する方法およびシステムについて言及するものとして、広義に理解されることを意図するものであり、この分野の専門家により理解される用語である「ハイパースペクトル」または「ウルトラスペクトル」という結像システムについて言及する場合の意味を含むものである。皮膚は波長に依存する特性を持つために、ある光線の波長より作成される画像は、通常他の波長により形成される画像とは異なってくる。従って、本発明の実施形態は、光線の各波長からの画像を収集して、それから得られるマルチスペクトル画像データにあるアルゴリズムを適用することにより、特性スペクトルおよび空間的情報が抽出されるようにする。
【００２８】
あるアプリケーションにおいては、身体の他のパラメータおよび特性を、独立して、またはバイオメトリック測定と組み合わせて評価することが望ましい場合がある。例えば、この様な特殊な一つの実施形態として、人の血中アルコール濃度を指紋パターン測定と同時に測定する機能があり、この様な実施形態は、自動車の運転を制限するなどを含む業務上のアプリケーションはもちろん、法律執行上のアプリケーションも考えられる。この様に、検体測定と被測定者の身元確認は密接不可分であると言える。
【００２９】
皮膚の組成および構造は、非常に独特で、非常に複雑で、かつ人により変動する。皮膚およびその下の細胞組織の空間的スペクトル特性の光学的測定を実行することにより、数多くの評価を行うことが可能となる。例えば、バイオメトリック認証機能は、誰の皮膚が測定されているのかを識別または検証するために実行されても良いし、活性機能は、測定されているサンプルが生きている皮膚であり、他のタイプの材料ではないことを保証するために実行されても良い。また評価作業は、年齢、性別、民族等の生理学上の種々の生理的パラメータおよびその他の人口統計上または人体計測上の特性などについて実行されても良いし、また／あるいは測定は、アルコール、グルコース、血液潅流および酸化の度合い、胆汁色素、コレステロール、尿素その他を含む種々の検体やパラメータの濃度について実行されても良い。
【００３０】
皮膚の複雑な構造を種々の実施形態において利用して、方法とシステムの特徴をある特定な機能に対して適合させることも可能である。皮膚の最上部の層、表皮は、その下の真皮および下皮により支えられる。表皮自身は、角質層、透明層、顆粒層、有棘層、および基底層と呼ばれる５つの識別される副層からなる。従って、例えば最上部の角質層の下の皮膚は、皮膚への深度に伴い変化するいくつかの特性の他に、皮膚の表面の形に関係するいくつかの特性を持っている。皮膚への血液供給は皮層内で行われるが、真皮は真皮乳頭として知られている表皮への突出部を持っており、これが毛細血管を経由して血液を表面近くまで供給する。指の掌側表面では、表面の摩擦隆線構造に続いてこの毛細血管構造が存在する。身体の他の場所においては、毛細血管床の構造はこれほど整然としてはいないが、それでもそれが存在する特定の場所や人に依存する特徴を有している。なお、異なる皮膚の層間のインタフェース面の形は非常に複雑であり、皮膚の存在する場所や人に依存する特徴を有している。皮膚の表面下にある構造、およびその下の細胞組織は、生体判定のための皮膚の非画像光学測定または検体測定にとっては、顕著な雑音発生源となるが、本発明の実施形態を用いて比較されるスペクトル的特徴によって、それらの構造的差異が明白に示される。
【００３１】
ある場合には、局所コーティングまたは表皮下の刺青として、インク、染料、および／またはその他の色素沈着が皮膚の一部分に存在する可能性がある。これらの形の人工的な色素沈着は、人間の裸眼では見える場合もあるし、見えない場合もある。しかし、本発明の装置に使用される一つまたは複数の波長がその色素に敏感に反応する場合は、そのセンサを、他の好ましい測定作業にも使用できることはもちろんであるが、その色素の存在、量および／またはその形状までも検証する目的で、いくつかの実施形態において使用することが可能となる。
【００３２】
全般的に、本発明の実施形態は空間的スペクトル情報をマルチスペクトル画像またはデータキューブの形で収集することに関する。ある例において、希望する情報はマルチスペクトルデータキューブのほんの一部分に含まれている場合がある。例えば、一様に分布するスペクトル的に活発な化合物の評価には、単に主要なスペクトル特性のみが必要とされ、この特性はマルチスペクトルデータキューブ全体から抽出することが可能である。
この様な場合、全体のシステム設計の簡単化が可能であり、画像画素の数を減少させ、極端には単一の画素までに減少させることにより、収集するデータの空間成分を減少または削除することができる。この様に、本発明で開示するシステムおよび方法は全般的にマルチスペクトル画像化との関連において説明されるが、本発明は画像化の程度を著しく減少させた、極端には単一の検出素子のみが存在する場合の類似の測定までをも包含することが理解されるであろう。
【００３３】
２．代表的な実施形態
本発明の一つの実施形態を図１の概略図で示す。この図はマルチスペクトルバイオメトリックセンサ１０１の正面図である。マルチスペクトルセンサ１０１は、１つまたは複数の光線源１０３を有する照射サブシステム１２１と結像面１１５を有する検出サブシステム１２３から構成される。本図は、照射サブシステム１２１が２つの照射サブシステム１２１ａと１２１ｂから成るひとつの実施形態を示すが、本発明は照射サブシステム１２１または検出サブシステム１２３の数により制限を受けるものではない。例えば、照射光強度の一定レベルを達成するため、パッケージングの要件を満たすため、またはマルチスペクトルバイオメトリックセンサ１０１のその他の構造上の制約を満たすために、照射サブシステム１２１の数は適宜選定されることがある。照射光線は光線源１０３から出て、照射光線をフラッド・ライト、線状光線、点状光線その他の形などの、望みの形に形成する照射レンズ１０５を通過する。照射レンズ１０５は、便宜上１個のレンズから構成されているとして示されているが、より一般的に１つまたは複数のレンズ、１つまたは複数の鏡、および／または他の光学的素子から成る任意の組み合わせを具備していても良い。また照射レンズは、照射光線を特定の一次元、または二次元パターン状に走査するためのスキャナー機構（表示されていない）を装備しても良い。光線源１０３は、種々の実施形態において、点光源、線光源、面光源、あるいはそれらの光源の組み合わせから構成されても良い。一つの実施形態においては、照射光線は、直線偏光子１０７を設置することにより偏光として供給され、光線は調査されている人物の指１１９または他の皮膚部位に突き当たる前に偏光器を通過して偏光となる。
【００３４】
ある例では、光線源１０３は、狭波長帯域内の光線を提供する１つまたは複数の擬似単色性光源から構成されている場合もある。この様な擬似単色性光源としては、発光ダイオード。レーザダイオード、量子ドットレーザーなどのデバイスが考えられる。または、光線源１０３としては、白熱電球、白熱電熱線などの広帯域光源であっても良い。広帯域光源の場合は、この照射光線は、そのスペクトル幅を狭くするために帯域通過フィルター１０９を通過させることが考えられる。一つの実施形態においては、帯域通過フィルター１０９は１つまたは複数の離散型光学帯域通過フィルターから構成される。もう１つの実施形態においては、帯域通過フィルター１０９は、照射光線の波長を変化させるために回転移動または直線移動（または回転および直線を組み合わせた移動）をする連続可変フィルターから構成される。更にもう１つの実施形態においては、帯域通過フィルター１０９は、本分野の専門家には良く知られている液晶チューナブル・フィルター、超音波光学チューナブル・フィルター、チューナブル・ファブリー・ペロー・フィルター、またはその他のフィルター機構から構成される。
【００３５】
光線源１０３からの光線は、照射レンズ１０５を通過し、また設置されている場合は光学フィルター１１９および／または偏光子１０７を通過した後に、プラテン１１７を通過し、指１１９または他の皮膚部位を照射する。センサの配置およびコンポーネントは、照射光線の直接反射光の検出レンズ１１３への入射を最小限にするように選択することが考えられる。１つの実施形態においては、検出される直接反射光の量が最小になるように、照射サブシステム１２１と検出サブシステム１２３の方向を相対的に配置することにより、これらの反射光を減少する。例えば、照射サブシステム１２１の光学軸と検出サブシステム１２３の光学軸間の角度を、プラテン１１７上に置かれた鏡が相当量の照射光線を検出サブシステム１２３へと導かないような配置することが考えられる。更に照射サブシステム１２１の光学軸と検出サブシステム１２３の光学軸のプラテン１１７に対する相対的角度を、両サブシステムの受光角度がシステムの臨界角度より小さくなるように配置しても良い。このような構成により、プラテン１１７と皮膚部位１１９間の全反射による影響はかなりの程度削減される。
【００３６】
直接反射光線を減少する他の機構として、光学偏光子を使用するものがある。光学測定を一定の皮膚深度に対してはより感度良くするために、直線偏光子および円偏光子の両方を使用することが可能である。図１に説明の実施形態においては、照射光線は直線偏光子１０７により偏光される。またそのため検出サブシステム１２３は、その光軸が照射偏光子１０７に対して実質的に直交するように調整された直線偏光子１１１を具備することが考えられる。このように、サンプルからの光線は、多数の散乱事象を受け、その偏光状態を大幅に変化させることになる。このような事象は、数多くの散乱事象の後に、光線が皮膚表面を貫通し、検出サブシステム１２３へと散乱されて戻る場合に発生する。この様にして、プラテン１１７と皮膚部位１１９間のインタフェースでの表面反射は減少される。
【００３７】
検出サブシステム１２３は、レンズ、鏡から成る検出レンズ、および／またはプラテン１１７近傍の領域の画像を検出器１１５上に形成するその他の光学素子を組み込むことが考えられる。また検出レンズ１１３は、プラテン領域の部分を逐次的に検出器１１５上に中継する走査機構（図示してはいない）を装備していても良い。全ての場合において、検出サブシステム１２３は、皮膚表面を貫通し、皮膚および／またはその下の細胞組織内で光学的散乱を受けてから皮膚から出射する光線に対して敏感に反応するように構成される。
【００３８】
照射サブシステム１２１および検出サブシステム１２３については、様々な光学的形態および様々な波長において動作するように構成することが可能である。１つの実施形態は、実質的に４００から１０００ｎｍの領域の光線を放射する光線源１０３使用する。この場合、検出器１１５は、これらの波長の光線に対しては敏感に反応することが本分野の専門家にとっては良く知られているシリコン検出素子または他の検出材料をベースにすると考えられる。もう１つの実施形態では、光線源１０３は、１．０から２．５μｍの近赤外領域を含む波長における放射を行なっても良い。この場合検出器１１５は、これらの波長の光線に対しては敏感に反応することが本分野の専門家にとっては良く知られているＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＰｂＳ、ＭＣＴその他の材料から作られる素子から構成されると考えられる。
【００３９】
本発明の実施形態の１つの側面図を、図２Ａに概念図と共に示す。判りやすくするために、この図は検出サブシステムを表示していないが、照射サブシステム１２１は明示している。この実施形態の照射サブシステムは、異なる波長特性を有する２つの離散的光線源２０３と２０５を具備する。例えば、光線源２０３と２０４は、ＬＥＤなどの擬似単色性光源であっても良く、これらは光学フィルターを必要としない。光線源２０３ａ、２０３ｂ、および２０３ｃは、実質上同一の第１の波長を持つ照射光を放ち、一方光線源２０５ａ、２０５ｂ、および２０５ｃは、第１の波長とは異なる実質上同一の第２の波長を持つ照射光を放射するものが考えられる。図に示す様に、図２Ａの照射レンズはフラッド照射を放射する様に構成されているが、他の実施形態においては、本分野の専門家には良く知られている様に、円筒レンズ、集光レンズ、またはその他の光学的コンポーネントを組み込んで、線、点、または他のパターンを持つ照射光を照射するように照射レンズを調整することも可能である。
【００４０】
その画像を取得した後に、第１の光線源２０３を消灯し、異なる波長で第２の光線源２０５を点灯し、その結果生じる画像を収集する。複数の光線源の波長を有するセンサの場合、この照射・測定手順がセンサに使用される全ての異なる波長に対して繰り返される。光線の波長特性がチューナブル光学フィルター、可変光学フィルター、可動離散的光学フィルター、その他の同様なものの状態により決められる実施形態においても、実質的に同一の手順が使用可能であることは、好都合である。また、多数の波長における画像を収集する他の１つの実施形態としては、多数の波長が決められた時間に照射される場合に、各波長の光線を識別するために符号化法を組み込むことが考えられる。次に全照射手順から得られるデータが収集され、個々の波長の応答が、本分野の専門家には良く知られた方法を用いる符号化により、算定される。照射技法には、ラウンドロビン法、周波数分割変調、Ｈａｄａｍａｒｄ符号化、その他がある。
【００４１】
光線源の照射手順は、測定ごとに変更しても良い。この照射手順の偏光は、有効な信号のセットを記録し、後にそれを再現することによりバイオメトリックセンサを役立たなくする再生攻撃を防ぐ目的で導入されても良い。またサンプル毎の測定法の変更は、ある実施形態においては、使用可能な照射波長のサブセットのみを使用することにまで拡張されても良く、このサブセットは登録データセットのデータ内の対応するサブセットと比較される。
【００４２】
光線源アレイ２０３、２０５は、実際上は図２Ａに示すような平面的なものである必要はない。例えば、他の実施形態においては、光ファイバー、ファイバーバンドル、または光ファイバーフェースプレートまたは光ファイバーテーパーが好都合な場所に配置されている光線源からの光線を照射面に伝送することができ、その光線は指上で再び結像される。光線源は、ＬＥＤがそうであるように、駆動電流をオン、オフすることで制御することができる。または、白熱電球を用いる場合は、液晶変調器など何らかの形の空間光変調器、または口径、鏡、またはその他の光学素子を制御する微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）技術を使用すれば、光線の高速スイッチングが可能となる。
【００４３】
光ファイバーやファイバーバンドルなどの光学コンポーネントを使用することで、マルチスペクトルバイオメトリックセンサの構造を簡単化することができる。光ファイバー、およびＬＥＤ等の照射光源の電子的走査を用いる１つの実施形態を図２Ｂで説明する。個々のファイバー２１６ａは、照射アレイ２１０に配置の各ＬＥＤを結像面と接続し、これらとは異なるファイバー２１６ｂは、反射光線を光ダイオードまたはＣＣＤアレイで構成される結像デバイス２１２へと中継する。ファイバー２１６ａおよび２１６ｂのセットは、このようにして光線を中継するために使用される光ファイバーバンドル２１４を構成する。
【００４４】
本発明のもう１つの実施形態を図３の正面図と共に概略的に示す。この実施形態においては、マルチスペクトルバイオメトリックセンサ３０１は、広帯域照射サブシステム３２３と検出サブシステム３２５から構成される。図１との関連でこの実施形態について説明すると、図３は２つの照射サブシステム３２３を有する特定の実施形態であるが、ある実施形態においては多数の照射サブシステムが存在することも考えられる。照射サブシステム３２３を構成する光線源３０３は、白熱電球、白熱電熱線などの広帯域照射光源、または本分野の専門家には良く知られているその他の任意の広帯域照射光源であっても良い。光線源３０３からの光線は照射レンズ３０５と直線偏光子を通過し、また設置されている場合は、光線の波長を一定の帯域上に制限するための帯域通過フィルター３０９を通過する場合がある。光線は、プラテン１１７を通過し、皮膚部位１１９へと入射する。光線の一部は皮膚１１９から散乱的に反射され結像レンズ３１５および３１９、交差直線偏光子３１１、および分散光学素子３１３から構成されるサブシステム３２５へと入射する。散乱素子３１３は、透過型あるいは反射型の一次元、または二次元格子、プリズム、あるいは光線の波長の関数として光線の経路の偏向が決められる、本分野では良く知られているその他の任意の光学コンポーネントから構成されるものであっても良い。ここで説明する実施形態では、第１の結像レンズ３１９は、皮膚１１９から反射される光線を、交差直線偏光子３１１および散乱素子３１３を通過させるために平行光線にする働きをする。光線の各スペクトル成分は、散乱素子３１３により角度的に分離され、第２結像レンズ３１５により個別に検出器３１７上に集光される。図１に関連して議論した通り、照射サブシステム３２３および検出サブシステム３２５を各々構成する偏光子３０７と３１１は、検出器３１７に置ける直接反射光線の検出を減少させる働きをする。
【００４５】
この様に、検出器で受信した光線から生成されるマルチスペクトル画像は、コンピュータ断層画像分光計（「ＣＴＩＳ」）で言われる「符号化」画像である。波長および空間的情報の両者が、結果として得られる画像内に同時に存在することとなる。個々のスペクトルパターンは、符号化画像を数学的逆変換、すなわち「復元」することにより得られる。
【００４６】
図１から図３に関連してこれまで説明した実施形態は、「面」センサ構成の例である。このような面センサ構成に加えて、ある実施形態においてマルチスペクトル画像センサは、「通過読取」センサとして構成することができる。通過読取センサの一例を図４に概略説明と共に平面図で示す。この図において、センサ４０１の照射領域４０３と検出領域４０５は、実質的に共線関係にある。通過読取センサ４０１のある実施形態においては、照射領域が複数の場合も考えられる。例えば、検出領域４０５のどちらかの側に複数の照射領域が配置されても良いある実施形態では、照射領域４０３が検出領域４０５と部分的にまたは完全に重なり合っても良い。マルチスペクトル画像データは、図４に矢印で示すように、指または他の身体の一部の光学的活動領域を通過読み取りすることにより収集される。これに対応する直線センサは、更に本分野の専門家には良く知られているところの位置情報を記録し、取得した一連の画像スライスを縫い合わせて完成された二次元画像を得るための符号器を具備する静的システムでもローラー型システムでもあっても良い。ローラー型システムを使用する場合は、指先または他の皮膚部位を、使用する波長にとっては透過的であるローラー上で回転させる。次に皮膚部位の離散的な位置からの光線が逐次的に受信され、これらの異なる位置から受信された光線からマルチスペクトル画像が形成される。
【００４７】
またある実施形態に具備される偏光子は、皮膚表面の特徴を作成、あるいは更に強調するために使用されることがある。例えば、照射光線がサンプリングプラテンと平行な方向（「Ｐ」）に偏光され、検出サブシステムは垂直な方向（「Ｓ」）に偏光子を組み込んでいる場合、反射光線はこれら偏光子ペアの消光比の値にまでブロックされる。しかし隆線ポイントで指先と交錯する光線は、光学的に散乱され、これにより実質的に偏光は、ランダム化される。このため吸収され、再放射する光線の一部、約５０％程度は、Ｓ偏光画像システムにより観測することができる。
【００４８】
以上特定の実施形態に関連して説明したシステムは、説明を目的としたものであり、これらに限定することを意図してはいない。以上に説明した代表的な実施形態に対する数多くの変形および代替の実施形態が本発明の意図する範囲内で存在する。多くの場合において、光学コンポーネントの配置や順序は、本発明の機能的局面に実質的な影響を与えずに変更することが可能である。例えば、広帯域照射光源と１つまたは複数の光学フィルターを使用する実施形態において、１つまたは複数のフィルターは照射サブシステムおよび検出サブシステムの両者内の様々な位置に配置しても良い。また上記の図は、測定が行われる指または他の皮膚部位は、プラテンに接触しているが、このような接触無しでも実質的に同一の測定が実行可能なことは明らかであろう。このような例では、光学システムは、少し離れた皮膚部位を照射し、撮像するように構成される。このようなシステムの例が、「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＫＩＮ  ＳＥＮＳＯＲ  ＦＯＲ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣＳ」ｆｉｌｅｄ  Ｍａｒｃｈ  １０，２００４（Ａｔｔｏｒｎｅｙ  Ｄｏｃｋｅｔ  Ｎｏ．２０２０４−００２６２０ＵＳ）」（『アメリカ合衆国特許仮出願番号  −−／−−−、−−−、表題  「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＫＩＮ  ＳＥＮＳＯＲ  ＦＯＲ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣＳ（バイオメトリックス用光学皮膚センサ）」、出願日２００４年３月１０日、代理人整理番号２０２０４−００２６２０ＵＳ）』）で、これは参考文献に記載してある。
【００４９】
以上に説明した実施形態は、様々な波長における皮膚部位の画像のセットを作成するか、あるいはデータを作成し、そのデータからコンピュータ断層画像分光計（ＣＴＩＳ）サブシステムや符号化照射のサブシステムの特殊な場合のように、復元技法を使用して、このような画像セットを作成する。説明のために、上記のようなスペクトル画像のセットに関連して、以下の議論を進める。ただし後述するこれらのスペクトル画像のセットを直接生成しない実施形態におけるバイオメトリック処理においては、これらの画像セットを作成する必要はない。マルチスペクトル画像を説明するセットを、マルチスペクトルデータキューブ５０１の定義と共に図５に示す。
【００５０】
データキューブ５０１を分解する１つの方法は、データキューブを測定過程においてサンプルの照射に使用された各波長に対応する画像へと分解することである。この図において、５つの離散的波長、および／または照射条件（すなわち照射点光源の座標Ｘ、Ｙ）に対応して、５つの個別の画像５０３、５０５、５０７、５０９および５１１が示されている。可視光線が使用される実施形態においては、それらの画像は、例えば、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、および６５０ｎｍの光線を用いて生成される画像に対応することになる。各画像は、皮膚と相互作用する特定の波長の光線が示す光学的影響を表し、皮膚が測定の間プラテンと接触している実施形態の場合は、各画像は皮膚と相互作用し、かつ皮膚・プラテン・インタフェースを通過する特定の波長の光線が示す結合された光学的影響を表す。波長により変化する皮膚および皮膚細胞組織の光学的特性に起因して、一般的にマルチスペクトル画像５０３、５０５、５０７、５０９および５１１の各々は、お互いに異なったものになる。
【００５１】
このためデータキューブは、Ｒ（ＸＳ，ＹＳ，ＸＩ，ＹＩ，λ）で表され、これは位置ＸＳ，ＹＳの光線源から照射された場合の各画像の位置ＸＩ，ＹＩから見た波長λの散乱的に反射された光線の量を記述する。（フラッド、線状など）異なる照射光構成は、適切な光線源ポイント位置の範囲に渡りポイント応答を加算することにより集計することが可能である。従来の非全反射（ｎｏｎ−ＴＩＲ）型指紋画像Ｆ（ＸＩ，ＹＩ）は、任意の波長λｏに対応するマルチスペクトルデータキューブとして、次式のように、大まかに記述され、全ての光線源の位置に関して加算される。
【００５２】
【数１】
2007524441.tif 000003
逆にスペクトルバイオメトリックデータセットＳ（λ）は、任意の波長λに対応して測定される光線強度と照射位置と検出位置の差Ｄとを次式で関連付けるものである。
【００５３】
【数２】
2007524441.tif 000004
マルチスペクトルデータキューブＲは、このように従来の指紋画像およびスペクトルバイオメトリックデータセットの両方と関連している。マルチスペクトルデータキューブＲは、他の２つのデータセットのいずれに対してもそれらの上位セットであり、これら２つの個々のモダリティにおいて失われる可能性のある相関やその他の情報を含む。
【００５４】
皮膚・プラテンインタフェースにおける光学的相互関係は、実質的にすべての波長において同一であろう。なぜならプラテン材料と皮膚の光学的品質は、波長の帯域全体に渡って、一般的に著しく異なることはなく、その光学的インタフェースは、測定期間において実質的に変化はしないためである。プラテンから皮膚へ移動する光線はもちろん、皮膚からプラテンへ移動する光線も光学的インタフェースにおいてＦｒｅｓｎｅｌ反射により影響を受けるであろう。このため、エアギャップを横断する光線は、横断しない光線よりも、受信媒体における強度は小さくなるであろう。この現象は、マルチスペクトルデータキューブ内に含まれる画像情報の一部を形成することとなる。
【００５５】
皮膚および／またはその下の細胞組織へと透過する光線は、一般的に皮膚および／またはその下の細胞組織が異なる波長に関して有する異なる光学的特性による影響を受ける。異なる波長においては異なった作用を受ける皮膚および／またはその下の細胞組織における２つの光学的影響は、散乱と吸収である。皮膚組織における光学的散乱は、図６に示す通り、一般的に滑らかで比較的ゆっくりと変化する波長の関数である。逆に、皮膚内における吸収は、皮膚内に存在するある種の成分の特殊な吸収特性により、一般的に波長に対する依存性の強い関数である。例えば、図７に示すように血液は、ある種の特徴的な吸収特性を示す。血液以外でも、スペクトル領域４００ｎｍから２．５μｍのスペクトル領域において著しい吸収特性を示す、皮膚および／またはその下の細胞組織に存在するものには、メラニン、カロチン、胆汁色素、エタノール、およびグルコースがある。
【００５６】
光学的吸収と散乱の結合した影響が原因で、異なる照射波長は皮膚中をそれぞれ異なる深度まで貫通する。この影響を図８に図的に説明してあり、この図は皮膚表面上の３つの異なる照射点に対応して細胞組織内で生じる３つの異なる波長の光学的散乱を説明しており、３つとも目盛は同一である。この光学的散乱現象は、異なるスペクトル画像が被照射細胞組織の異なるボリュームに対応して各々異なり、かつ相補的な情報を持つこととなる効果的な原因となる。特に、皮膚表面に近い毛細血管は、その血液が強力に光線を吸収する独特な空間的特性を有し、その吸収される光線の波長を用いた毛細血管の像が得られる。
【００５７】
この様にマルチスペクトル画像データキューブは、多数の光線源からの空間スペクトル情報を含む。単なる一例として、プラテンに接触した指先から採取する測定の場合、結果として得られるデータキューブは、（ｉ）従来のＴＩＲ指紋に含まれるものと同様の指先およびプラテン間の光学的インタフェースに起因する影響、（ｉｉ）人により大きく異なる、細胞組織の全体的スペクトル特性に起因する影響、（ｉｉｉ）静脈結像と同様な、皮膚表面に近い血管に起因する影響、および（ｉｖ）血管および細胞組織深く分布するその他のスペクトル的に活発な組織に起因する影響を含む。この様に、本発明の実施形態は、測定される指先または他の皮膚部位からバイオメトリックデータを抽出する機構を提供するものであり、これにより多元的バイオメトリック検出アプリケーションを提供するものである。
【００５８】
皮膚およびその下の細胞組織が波長に依存する複雑な特性を有するために、ある任意の画像位置に対応するスペクトル値のセットは、明確で独特なスペクトル特性を有する。これらのスペクトル特性は、各画素をベースにしたマルチスペクトル画像データを分類するために使用することができる。この評価は、承認された画像セットから代表的な細胞組織のスペクトル品質を生成することにより実行することができる。例えば、図５に示すマルチスペクトルデータは、Ｎ行５列のマトリックスに記録することができる。ここでＮは、生体組織からのデータを含む画像画素の数であり、周囲の空間領域からのデータを含む画像画素の数ではない。このセットマトリックスに関して実行される固有解析、またはその他の要因解析により、これらの細胞組織画素の代表的スペクトル特性が作成される。次にこの得られたデータセット内の画像スペクトルは、マハラノビスの距離およびスペクトル残差を用いて、以前に確定されたスペクトル特性と比較することも出来る。少なくない数の画像画素が生体細胞組織と矛盾するスペクトル特性を示せば、そのサンプルは本物ではないと見なされ、拒絶され、このことによりサンプルの活性判定に基づくセンサになりすまし撃退法を組み込む機構が提供される。
【００５９】
同様に、サンプルが指先の場合の実施形態において、マルチスペクトル画像画素は、それらのスペクトル品質に基づいて、「隆線」、「溝」、または「その他」に分類される。この分類は、線形判別解析、二次判別解析、主成分解析、神経回路網、その他の本分野の専門化には良く知られている判別解析法を用いて実行することができる。隆線画素と溝画素は、一般的な指先では、隣接しているため、ある例では、興味の対象の画像画素の近傍からのマルチスペクトルデータがその画素を分類するために使用される。この様にして、従来の指紋画像は、センサから抽出され、更なる処理とバイオメトリック評価が行われる。「その他」の区分は、真のサンプルとは異なるスペクトル品質を持つ画像画素であることを表していると考えられる。画像内に存在する「その他」に分類される画素の全数についての閾値が設定されても良い。そしてこの閾値を超えた場合は、そのサンプルは本物ではないと判定され、適切な指摘と措置が取られると考えられる。
【００６０】
身元のバイオメトリック判定は、全データキューブまたはその一部を使用して実行される。例えば、適切な空間フィルターが、一般的に細胞組織内のより深部でスペクトル的に活発な構造を代表する低空間周波数情報を分離するために使用されても良い。指紋データは、同様の空間周波数分離および／または上記の画素分類方法を使って抽出されても良い。スペクトル情報は、前述した方法により画像の活発な部分から分離することができる。その後データキューブのこれら３つの部分は、処理され、本分野の専門家には良く知られている方法を用いて一致の程度を判定するために、対応する登録データと比較することが出来る。これらの特性の一致の強さに基づき、サンプルの登録データとの一致についての判定がなされる。
【００６１】
前に言及したように、皮膚およびその下の細胞組織に存在するある種の物質は独特の吸収特性を有する。例えば、エタノールは吸収特性のピークが約２．２６、２．３０、および２．３５μｍにあり、スペクトルの谷が２．２３、２．２８、２．３２、および２．３８μｍにある。ある実施形態において、非侵襲的光学測定が２．１から２．５μｍの帯域の波長で実行される。より詳細には、２．２から２．４μｍの範囲の波長で実行される。少なくとも１つのピークの波長と１つの谷の波長を持つ実施形態において、得られた結果のスペクトル・データは、被試験者のバイオメトリック署名の提供はもちろん、細胞組織内のアルコール濃度の推定値を提供するために、部分最小二乗、主成分回帰、およびその他本分野の専門家には良く知られた方法などの多変量技法を用いて解析される。これらの波長のサブセット用に算定された値と血中アルコール濃度との相関が算出されても良い一方で、少なくとも３つのスペクトル・ピーク値をテストすることがより好ましいし、更に７つのスペクトル・ピーク値と谷の値が測定されればより正確な結果が得られる。
【００６２】
他の実施形態において、非侵襲的光学測定が１．５から１．９μｍの帯域の波長で実施される。より詳細には、１．６から１．８μｍの範囲の波長で実施される。特定の実施形態においては、光学的測定は、約１．６７、１．６９、１．７１、１．７３、１．７４、１．７６、および１．７８μｍの中の１つまたは複数の波長で実施される。アルコールの存在は、これらの波長の中で１．６９、１．７３、および１．７６μｍにおけるスペクトルのピークと、１．６７、１．７１、１．７４、および１．７８μｍにおけるスペクトルの谷で特徴付けられる。２．１から２．５μｍの波長帯域で特徴を持つと同様に、アルコール濃度は１つ、または複数のスペクトルのピーク値および谷の値の相対的な強さにより特徴付けられる。また、１．５から１．９μｍの帯域にあるこれらの波長のサブセット用に算定された値と血中アルコール濃度との相関が算出されても良い一方で、少なくとも３つのスペクトル・ピーク値をテストすることがより好ましいし、更に７つのスペクトル・ピーク値と谷の値が測定されればより正確な結果が得られる。
【００６３】
小さなスペクトルアルコールモニターデバイスがある種の実施形態において、様々なシステムとアプリケーションに組み込まれても良い。スペクトルアルコールモニターデバイスは、法執行者に提供されたり、個人の私的使用のための電子装飾品、腕時計、携帯電話機、ＰＤＡ、その他の電子デバイスなどの電子デバイスの一部として組み込まれたりして、専用システムとして構成することができる。このようなデバイスは、個人に対して、彼のアルコール濃度は規定限度内にあるかどうかを示す機構を具備していても良い。例えば、そのデバイスは赤色および緑色のＬＥＤを具備しており、その個人のアルコール濃度が規定限度内にあれば緑色のＬＥＤを点灯し、規定限度を超えていれば赤色のＬＥＤを点灯するデバイス内の電子機構を備えていても良い。一つの実施形態においては、そのアルコールモニターデバイスは、自動車の中に組み込まれており、例えば個人が簡便に細胞組織、例えば指先などをそのデバイス上に置くことができるように配置されても良い。ある例においては、そのデバイスは単にドライブ可能か否かを示す情報ガイドとして働き、他の例では自動車の始動が、個人のアルコール濃度が規定レベル以内であるかどうかのデバイスによる判定により決められることが考えられる。
【００６４】
この種の措置は、本発明のアルコールモニターデバイスを用いて実行可能な、より一般的な措置の中の一例である。アルコールモニターデバイスを用いて実装可能なこのような一般的方法について、図９Ａに要約する。ブロック９０２において、上記に説明した通りスペクトル情報を用いて、アルコール濃度の算定が行われる。ブロック９０４において、そのアルコール濃度は、規定限度以内かどうかの判定が行われる。規定限度以内の判定であれば、ブロック９０６において第１の措置が取られる。例えば、この措置としては、自動車の始動を許可する、パイロットに飛行機に乗ることを許可する、従業員に仕事場に入ることを許可する、その他同様のことが考えられる。アルコール濃度が、規定限度以内でなければ、ブロック９０８において第２の措置が取られる。例えば、この措置としては、自動車を始動させない、パイロットに飛行機に乗らせない、または従業員に仕事場に入らせない、その他同様のことが考えられる。
【００６５】
ある例においては、血中アルコールの判定をバイオメトリック判定と組み合わせることが考えられる。このような結合方法の概要を図９Ｂのフローダイアグラムで示す。ブロック９１０において、そのアルコール濃度判定は、上述のスペクトル情報を用いて行われる。ブロック９１２により、算定されたアルコール濃度が規定限度内かどうかにより、異なる措置が取られると考えられる。アルコール濃度が規定限度外であれば、ブロック９１４において自動車の始動を禁止する等の第１の措置が取られるしかし、単にアルコール濃度が規定限度内であるという理由で、自動的に自動車に乗ることが許可される訳ではない。ブロック９１６に示すように、これらの限度条件を満す判定が下されるとバイオメトリックテストの実行が促され、個人の身元確認がブロック９１８で実行される。その人物が特定の人物、例えばその自動車の所有者であると認証されれば、ブロック９２０において自動車へのアクセスを許可する第２の措置が取られる。その人物が特定の人物でないと識別された場合は、ブロック９２２において第３の措置が取られる。この第３の措置は、例えば、第１の措置に相当するもので、自動車へのアクセスを禁止する措置でも良いし、あるいは第１や第２の措置と異なる措置でも良い。例えば、第３の措置は、見知らぬ人物が自動車を操作しようとしていることを知らせる警報音を発生するものでも良い。
【００６６】
図９Ｂのフローダイアグラムは、バイオメトリックテストがアルコールモニターテストの特定の結果に対応した算定を覆すために使用される例を提供している。他の実施形態においては、バイオメトリックテストが、アルコールモニターテストと反対の結果に応答して実行されること、あるいはアルコールモニターテストの結果とは無関係にバイオメトリックテストが実行されることもあり得る。このような場合は、アルコール濃度による算定とバイオメトリック測定による算定結果の様々な組み合わせに基づいて、種々の異なる措置を取ることが考えられる。更に、必ずしもアルコールモニターテストをバイオメトリック算定に先行して行う必要はないし、様々な実施形態において、テストは種々の異なる順序で、または同時に行うことも可能である。
【００６７】
ある実施形態においては、参考サンプルに関してアルコールモニターデバイスを使用して光学的補正を算定し、光学的ドリフトに対する補正を行う。このような補正を行う方法の概要を図９Ｃに示す。ブロック９３２において、アルコールモニターデバイスの光線源は、参考サンプルに照射するために使用される。ここで参考サンプルは、便宜上アルコール・水の混合物からなるとして良い。ブロック９３４において、アルコールモニターデバイスの検出器が、参考サンプルを伝播した後の光線のスペクトル特性を測定するために使用される。これらのスペクトル特性は、通常後々の様々なスペクトル算定のアプリケーション用に保存される。その後に、ブロック９３６において、アルコールモニターデバイスの光線源が、個々の細胞組織を照射するために使用され、次にブロック９３６において細胞組織を伝播した光線のスペクトル特性が、アルコールモニターデバイスの検出器で測定される。前述したピーク・谷比較解析を使用して血中アルコール濃度を算定する前に、参考サンプルから得られたスペクトル特性を用いて、このスペクトル特性がブロック９４０において補正される。この光学装置内の光線源、検出器、光学フィルター、レンズ、鏡、および他のコンポーネントに生じる変動は、生体測定と参考サンプルの両者に対して同様の影響を及ぼすと考えられる。このため、アルコールを含む参考サンプルと連結して生体サンプルを処理することは、このような光学的影響を補正することとなる。
【００６８】
ここで議論したアルコールモニターデバイスに関する機能の管理は、コンピュータ・システムにより実行しても良い。図１０に示す配置は、大規模システムに適する数多くの構成要素を具備する。一方携帯装置に組み込まれる小規模なシステムは、より少ない構成要素を使用すると考えられる。図１０は、個々のシステム要素が個別に、またはより統合された形でいかに実装されるかを説明している。計算装置１００は、バス１０２６を経由して電気的に結合されているハードウェア要素から構成されていること示しており、またこのバスは、アルコールモニターデバイス１０５５に接続している。ハードウェア要素は、プロセッサ１００２、入力デバイス１００６、記憶デバイス１００８、コンピュータ読取可能記憶媒体読取装置１０１０ａ、通信システム１０１４、ＤＳＰまたは特殊用途プロセッサなどの処理加速ユニット１０１６、およびメモリ１０１８を具備する。コンピュータ読取可能記憶媒体読取装置１０１０ａは、更に、遠隔にあったり、ローカルにあったり、また固定された、および／または取り外し可能な種々の記憶デバイス、それにプラスして一時的にあるいは、より永続的にコンピュータ読取可能な情報を含む記憶媒体を総合的に代表して示す結合体であるコンピュータ読取可能記憶媒体１０１０ｂに接続されている。通信システム１０１４は、有線、あるいは無線モデム、および／またはインタフェース接続機能を有するその他の機器から構成されていると考えて良く、外部デバイスとのデータ交換を可能とするものである。
【００６９】
また計算デバイス１０００は、現在稼動メモリ１０２０内に示されているソフトウェア要素から構成され、これにはオペレーティング・システム１０２４、および本発明の種々の方法を実装するために設計されたプログラムなどのその他のコード１０２２が含まれる。特定の要求に応じて数多くの変形物が使用できることは、本分野の専門家にとっては明白なことであろう。例えば、特別注文のハードウェアもまた使用可能であろうし、また／あるいは特殊な要素もハードウェア、または（アプレットなどの携帯型ソフトウェアを含む）ソフトウェア内、またはその両者内に実装可能であろう。更に、ネットワーク入出力デバイスなどの他の計算デバイスへの接続も採用可能と考えられる。
【００７０】
また図１０は、アルコールモニターデバイス１０５５をバイオメトリックセンサ１０５６とともに使用する実施形態において、バイオメトリックセンサ１０５６をバス１０２６経由で電気的に接続できることも示している。前にも述べたように、必須ではないが、バイオメトリックセンサ１０５６は個人認証を行うためにスペクトル情報を使用することもできる。この計算デバイスは、前に述べたと同様に、他のいかなるタイプのバイオメトリック認証デバイスの機能をもアルコールモニターデバイスと調和的に組み合わせることが可能であると言える。
【００７１】
身体のその他の検体は、センサにより測定されるマルチスペクトルデータが興味の対象の検体の特徴的吸収特性を含んでいることが保証されれば、同様な技法を使用して評価することが出来ると考えられる。このような検体評価技法は、前に説明した画素分類技法と同様な方法を使用することで更に改善される。このような実施形態においては、マルチスペクトル画像画素は、「隆線」、または「谷」、または「血管」、または「血管ではない」などその他の適切な分類法に従って分類される。マルチスペクトルデータのサブセットは、抽出され、画素分類をベースにした検体評価のために使用される。この手順は、画像平面上における光学的および生理的差異に起因する評価の変動を減少する。
【００７２】
更に、ここで説明するセンサに対する構造的構成は、価格やコンポーネントの入手可能性、材料、設計、およびその他の問題を考慮する場合に、変更となる可能性がある。ある種の構成は、他のものに比べて、より容易であり、より安価で、またより迅速に作成できる可能性があり、一方で試作品製造に影響を及ぼす考慮すべき事項と大量製造に影響を及ぼす考慮すべき事項では異なる場合がある。なお、すべての実施形態について、光学的幾何学形状は充分注意すべきである。散乱された反射光線の検出可能な量を返送することができる皮膚の領域は、照射波長の関数として相当量変動する。例えば、可視および近赤外照射光線の場合、短い波長照射点は、長い波長照射点よりもより稠密なアレイ上に配列される。通過読み取り構成を採用する実施形態の場合、照射および画像捕捉タイミングは、センサの光学的活動領域を横断する比較的迅速な動作に対して充分な長さにすることが好ましいと言える。変調光線照射方法は、これら３つのタイプのセンサに対して有効に使用可能であると言える。
【００７３】
これまでいくつかの実施形態について説明したが、各種の修正、異なる構成法、および均等物が、本発明の精神にそむくことなく使用可能であることは、本分野の専門家によって了承されよう。したがって、これまでの説明は、本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきものではなく、本発明の範囲は、次に続く特許請求の範囲により定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
本明細書のこれから後の部分、および同種類のコンポーネントに言及するためにはいくつかの図面に共通して類似の参照ラベルを使用する図面を参照することにより、本発明の本質と利点がより明確に理解されると考えられる。いくつかの例において、参照ラベルは数字部分に続いてラテン文字を含むが、参照ラベルの数字部分のみに言及する場合は、同一の数字部分を持つがラテン文字部分が異なる全ての参照ラベルに対してまとめて言及していることを意味する。
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態におけるマルチスペクトルバイオメトリックセンサの正面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、一つの実施形態に示されるマルチスペクトルバイオメトリックセンサの側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、もう一つの実施形態に示されるマルチスペクトルバイオメトリックセンサの側面図である。
【図３】図３は、本発明の一つの実施形態におけるコンピュータ断層画像分光計（「ＣＴＩＳ」）の正面図である。
【図４】図４は、本発明の一つの実施形態における通過読取センサの平面図である。
【図５】図５は、本発明の一つの実施形態よって生成されるマルチスペクトルデータキューブの説明である。
【図６】図６は、皮膚散乱の影響の図式説明である。
【図７】図７は、血液吸光度の影響の図式説明である。
【図８】図８は、本発明の実施形態において使用することができる異なる照射特性の例を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の一つの実施形態よるアルコールモニターのための一つの方法を説明するフローダイアグラムである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の一つの実施形態におけるアルコールモニターとバイオメトリックセンサの組み合わせを使用する一つの方法を説明するフローダイアグラムである。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の実施形態における光学的ドリフトを調整する一つの方法を説明するフローダイアグラムである。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態において、アルコールモニター機能を管理するために用いられるコンピュータ・システムの略図である。
【図１】
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2007524441.tif 000006
【図３】
2007524441.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月8日(2007.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサシステムであって、該システムは、
個人の皮膚部位へ複数の離散的波長の光線を照射するように設けられた照射サブシステムと、
該皮膚部位から散乱される光線を受信するように設けられた検出サブシステムと、
該検出サブシステムとインタフェース接続する計算ユニットを備えるセンサシステムとを備え、
該計算ユニットが、複数の離散的波長での受信光線から空間的分布を持つマルチスペクトル画像を得るための命令、および
該個人を認証するために、得られたマルチスペクトル画像をマルチスペクトル画像のデータベースと比較するための命令を有する、
センサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは、
前記複数の離散的波長の光線を供給する光線源、および
前記皮膚部位へ光線を導く照射光学系、
を備える、センサシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは更に、前記光線を特定のパターン状に走査するためのスキャナー機構を備える、センサシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のセンサシステムであって、前記照射サブシステムは、
広帯域光線源、および
該広帯域光線源から放射される光線を濾波するように設けられたフィルター、
を備える、センサシステム。
【請求項５】
請求項２に記載のセンサシステムであって、前記検出サブシステムは、
光線検出器、および
受信光線を該光線検出器へと導く検出光学系、
を備える、センサシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサシステムであって、
前記照射サブシステムは、更に前記光線源から放射される光線に直面するように設けられた第１の偏光子を具備し、また
前記検出サブシステムは、更に前記受信光線に直面するように設けられた第２の偏光子を具備する、
センサシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のセンサシステムであって、更に前記皮膚部位に接触するように設けられたプラテンを具備する、センサシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のセンサシステムであって、前記プラテンは、前記皮膚部位が該プラテンの表面上で通過読み取りされるために適合されている、センサシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のセンサシステムであって、前記システムは、更に前記皮膚部位がその上を転がることが可能なローラーシステムを具備し、前記空間的分布を持つマルチスペクトル画像を得るための命令には、該皮膚部位が回転するに伴い該皮膚部位の種々の部分から受信する光線から該マルチスペクトル画像を作成す るための命令が含まれることを特徴とするセンサシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のセンサシステムであって、前記計算ユニットは更に、
前記受信光線からスペクトル分布特性を得るための命令、および
該得られたスペクトル分布特性をスペクトル分布特性のデータベースと比較するための命令、
を有する、センサシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のセンサシステムであって、前記計算ユニットは更に、前記得られたマルチスペクトル特性から該組織の活性状態を判断するための命令を有する、センサシステム。
【請求項１２】
個人を認証する方法であって、該方法は、
複数の離散的波長の光線を該個人の皮膚部位に照射する工程と、
該皮膚部位からの散乱された光線を受信する工程と、
該複数の離散的波長での受信光線から空間的分布を持つマルチスペクトル画像を得る工程と、
該得られたマルチスペクトル画像を獲得マルチスペクトル画像のデータベースと比較する工程と、
を包含する、個人を認証する方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記皮膚部位を照射する工程は、
前記複数の離散的波長の光線を提供する工程、および
前記皮膚部位に光線を導く工程、
を包含する、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、更に該方法は、前記光線を特定のパターン状に走査する工程を包含する、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、
前記皮膚部位を照射する工程は、更に、第１の偏光によって前記供給された光線を偏光する工程、および
前記光線を受信する工程は、第２の偏光によって前記受信光線を偏光する工程
を包含する、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、第１および第２の偏光は実質上互いに交差している、方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の方法であって、前記皮膚部位に光線を照射する工程は、前記複数の離散的波長を逐次的に供給する工程を包含する、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記複数の離散的波長は、前の測定で該複数の離散的波長を提供した順序とは異なる順序で提供される、方法。
【請求項１９】
請求項１２に記載の方法であって、更に該方法は、
前記受信光線からスペクトル分布特性を得る工程、および
前記皮膚部位表面の下の組織内の検体濃度を、該得られたスペクトル分布特性から算定する工程
を包含する、方法。
【請求項２０】
請求項１２に記載の方法であって、更に該方法は、
前記受信光線からスペクトル分布特性を得る工程、および
該得られたスペクトル分布特性から活性状態を判断する工程、
を包含する、方法。