(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（２０６）に向かって、対象とする少なくとも２つの波長の光を放射する光源（９００）と、
フィルタと、
前記フィルタからの光を受光して、該受光した少なくとも第１及び第２の波長帯域の光の量を検出するように構成された少なくとも１つの光検出センサ（４００）と、を備え、
前記フィルタは、
前記対象とする少なくとも２つの波長に対応する少なくとも２つの重複しない波長帯域の光を通過させ、かつ、前記少なくとも２つの重複しない波長帯域の間の波長帯域の光を通過させないように構成された非パターン化フィルタ（５１６）と、
前記非パターン化フィルタの下方に設けられた、少なくとも第１及び第２の領域（５１０、５１２）を含むパターン化フィルタ（５０８）であって、該第１及び第２の領域は、それぞれ、前記非パターン化フィルタ（５１６）を通過した前記少なくとも２つの重複しない波長帯域のうちの少なくとも前記第１及び第２の波長帯域の光を通過させるように構成された、パターン化フィルタ（５０８）と、
を備える、撮像システム。
【請求項２】
前記パターン化フィルタ（５０８）の前記少なくとも第１及び第２の領域（５１０、５１２）は、チェッカーボード配列、縞模様配列、又は長方形状のチェッカーボード配列のうちの１つの形態で形成される、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記非パターン化フィルタ（５１６）は、前記少なくとも２つの重複しない波長帯域の光を通過させるように配置された少なくとも２つのフィルタを含む誘電体積層フィルタを備える、請求項１記載の撮像システム。
【請求項４】
前記少なくとも２つのフィルタは、前記少なくとも２つの重複しない波長帯域の間の波長帯域の光を実質的に遮断する帯域遮断フィルタ（７００）と、少なくとも前記少なくとも２つの重複しない波長帯域の光を実質的に通過させる帯域通過フィルタ（７０２）とを含む、請求項３に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記少なくとも２つのフィルタは、前記少なくとも２つの重複しない波長帯域の間の波長帯域の光を実質的に遮断する帯域遮断フィルタ（８０４）と、少なくとも前記少なくとも２つの重複しない波長帯域の光を実質的に通過させるように構成されたカットオフ及びカットオンフィルタ（８００、８０２）とを含む、請求項３に記載の撮像システム。
【請求項６】
前記対象物は目であり、前記撮像システムは前記目から反射された光を検出する、請求項１記載の撮像システム。
【請求項７】
前記光検出センサ（４００）は複数のピクセル（５００、５０２、５０４、５０６）を備え、前記パターン化フィルタ（５０８）の前記少なくとも第１及び第２の領域（５１０、５１２）は前記ピクセル（５００、５０２、５０４、５０６）のそれぞれに対応するように配置されている、請求項６に記載の撮像システム。
【請求項８】
前記第１の領域（５１０）に対応する前記ピクセル（５００、５０４）から第１の画像が生成され、前記第２の領域（５１２）に対応する前記ピクセル（５０２、５０６）から第２の画像が生成される、請求項７に記載の撮像システム。
【請求項９】
前記第１及び第２の画像の差をとって前記目の差画像が形成され、該差画像から前記目の瞳孔が検出される、請求項８に記載の撮像システム。
【請求項１０】
前記対象とする少なくとも２つの波長は、対象とする複数の波長を含み、
前記光源（９００）は、前記対象物（２０６）に向かって、前記対象とする複数の波長の光を放射し、
前記フィルタは、前記対象物（２０６）からの前記対象とする複数の波長の光を同時に受光し、該受光した前記対象とする複数の波長又はその近傍の光を弁別すると同時に、受光した他の全ての波長の光を遮断し、
前記パターン化フィルタの前記少なくとも第１及び第２の領域（５１０、５１２）は、それぞれ、受光した前記対象とする複数の波長又はその近傍の光を弁別するように構成された複数の領域を含み、
前記光検出センサ（４００）は、受光した前記対象とする複数の波長又はその近傍の光の量を同時に検出する、請求項１に記載の撮像システム。
【請求項１１】
前記非パターン化フィルタ（５１６）は、誘電体積層フィルタを含む、請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項１２】
前記誘電体積層フィルタは、色ガラスフィルタを含む、請求項１１に記載の撮像システム。
【請求項１３】
前記パターン化フィルタ（５０８）は、染料をドープしたパターン化ポリマか、顔料をドープしたパターン化ポリマか、パターン化干渉フィルタか、パターン化反射フィルタか、又はパターン化吸収フィルタ、のうちの１つからなる、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項１４】
前記光源（９００）のスペクトルを狭めるための、前記光源（９００）を覆う少なくとも１つのフィルタ（９０２）を更に備える、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の撮像システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのフィルタ（９０２）は、誘電体積層フィルタを含む、請求項１４に記載の撮像システム。
【請求項１６】
前記誘電体積層フィルタは、色ガラスフィルタを含む、請求項１５に記載の撮像システム。
【請求項１７】
レンズ（１１００）を更に備え、該レンズ（１１００）は、前記対象物（２０６）からの光を受光し、かつ、該受光した光を前記非パターン化フィルタ（５１６）及び前記パターン化フィルタ（５０８）を介して前記光検出センサ（４００）上に焦点合わせする、請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項１８】
前記光源（９００）は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はマルチモードレーザを含む、請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項１９】
前記光源（９００）は第１の光源（２０２）及び第２の光源（２０４）を含み、前記複数の波長は第１の波長及び第２の波長を含み、
前記第１の光源（２０２）は、前記対象物（２０６）へ向けて前記第１の波長の光を放射するように構成され、
前記第２の光源（２０４）は、前記対象物（２０６）へ向けて前記第２の波長の光を放射するように構成され、
前記第１の光源（２０２）及び前記第２の光源（２０４）は、それぞれ実質的に軸上の光と実質的に軸外の光とを提供するよう、前記光検出センサ（４００）の軸に対してそれぞれ第１の角度と第２の角度とで配置される、請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項２０】
前記第１の光源（２０２）は複数の第１の光源を含み、前記第２の光源（２０４）は複数の第２の光源を含み、前記複数の第１の光源（２０２）及び前記複数の第２の光源（２０４）のそれぞれは、前記光検出センサ（４００）の前記軸に対してそれぞれ前記第１及び第２の角度で円形状に配置される、請求項１９に記載の撮像システム。
【請求項２１】
前記パターン化フィルタ（５０８）の前記複数の領域（５１０、５１２）は、チェッカーボード配列、縞模様配列、又は長方形状のチェッカーボード配列のうちの１つの形態で形成される、請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項２２】
対象とする２つ以上の波長の光を含む、対象物（２０６）からの光を、受光することと、
非パターン化フィルタ（５１６）を介して、受光した前記対象とする波長又はその近傍の光を同時に通過させ、それと同時に、受光した他の全ての波長の光を遮断することであって、前記他の全ての波長は前記対象とする波長の間の波長を含む、ことと、
前記同時に通過した光を、パターン化フィルタ（５０８）の少なくとも２つの領域（５１０、５１２）を介して更に通過させることであって、前記対象とする波長又はその近傍の光は前記少なくとも２つの領域（５１０、５１２）のうちの異なる領域を通過する、ことと、
前記パターン化フィルタ（５０８）を通過して受光された前記対象とする波長又はその近傍の光の量を同時に検出することと、
を含む、波長依存検出のための方法。
【請求項２３】
実質的に軸上の光を提供するよう、前記対象とする２つ以上の波長のうちの第１の波長の光を、第１の光源（２０２）から前記対象物へ向けて、前記対象物（２０６）に対し第１の角度で放射することと、
実質的に軸外の光を提供するよう、前記対象とする２つ以上の波長のうちの第２の波長の光を、第２の光源（２０２）から前記対象物へ向けて、前記対象物（２０６）に対し第２の角度で放射することと、
を更に含む、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、一般に撮像（イメージング）の分野に関し、特に、ハイブリッドフィルタを用いた波長依存撮像及び検出のための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ある物体を検出するか又は撮像することに対して関心がもたれる多くの用途が存在する。ある物体を検出することは、該物体が存在するかしないかを決定づける一方で、撮像することは、結果として該物体を表示させる。該物体を、白昼においてか又は暗闇において、その用途に依存して撮像することができるか、又は検出することができる。
【０００３】
波長依存撮像は、ある物体を撮像するためか又は検出するための１つの技法であり、典型的には、該物体から反射されるか又は該物体を通して伝達される１つか或いは複数の特定の波長を検出することを含む。いくつかの用途においては、単に太陽光か又は周辺照明だけが必要とされるが、他の用途においては、追加の照明が必要とされる。光は、可視波長と不可視波長とを含めた多くの様々な波長において大気を通して伝達される。従って、対象とする波長を見ることができない可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、太陽光放射、発光ダイオード、及びレーザのスペクトルの概略図である。見てわかるように、レーザのスペクトル１００は、非常に狭いが、発光ダイオード（ＬＥＤ）のスペクトル１０２は、レーザのスペクトルと比較して、より幅広い。更に、太陽光放射は、ＬＥＤとレーザとの両方と比較して、非常に幅広いスペクトル１０４を有する。幅広いスペクトルの太陽光放射が同時に存在することは、目に安全なＬＥＤ（eyesafe LED）か又はレーザから放射された光、及び物体から反射された光の検出を、日中において、かなり困難な状態にさせる可能性がある。太陽放射は、検出システムを優位に支配する可能性があり、目に安全な光源（eyesafe light）からの発散を相対的に弱い状態にする。
【０００５】
更には、検出されている物体が、連続的な測定中に、静止したままでない可能性がある。例えば、人間が物体である場合には、該人間は、測定が行われている期間中に、位置をシフトする、すなわち移動する可能性がある。異なる波長において行われた測定が、異なる時間において行われる場合には、連続的な測定中における前記物体の移動が、その測定値を歪ませ、それら測定値を使いものにならない状態にする可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による、ハイブリッドフィルタを用いた波長依存撮像及び検出のための方法及びシステムが、提供される。撮像されるか又は検出される物体は、単一の広帯域光源か又は様々な波長における光を放射する複数の光源によって照らされる。その光は、ハイブリッドフィルタによって覆われた光検出センサを含む検出器によって検出される。該ハイブリッドフィルタは、パターン化フィルタ（パターン化されたフィルタ）層と、これを覆うように実装されたマルチバンドの狭帯域フィルタ（パターン化されていない非パターン化フィルタ）を含む。該光は、該狭帯域フィルタに当たり、該狭帯域フィルタは、対象とする複数の波長又はその近傍の光を通過させる一方で、他の全ての波長の光を阻止する。前記パターン化フィルタ層は、１つの特定の波長の光を交互に通過させるが、対象とする他の波長の光を阻止する。このことによって、前記センサが、同時にか又は交互にかのいずれかで、対象とする波長の光の強度を決定する。光源のスペクトルを狭めるために、フィルタを、該光源を覆うように実装することもできる。
【実施例】
【０００７】
本発明による実施形態の下記の詳細な説明を、添付図面と合わせて読まれた時に、参照することによって、本発明は、最も良く理解されるであろう。
【０００８】
下記説明は、当業者が本発明を製造し且つ使用することを可能にするために提示され、特許出願とその要件のコンテキスト内において提供される。開示した実施形態に対する様々な修正が、当業者にとって容易に明らかとなるであろう。本明細書内における一般的な原理を、他の実施形態に適用することができる。従って、本発明は、示された実施形態に限定されることが意図されておらず、添付の特許請求の範囲と本明細書内において記載された原理及び特徴とに一致した最も広い範囲に従うこととなる。本記載において参照される図面は、一定の縮尺には従っていないことを理解すべきである。
【０００９】
本発明による実施形態は、ハイブリッドフィルタを用いた波長依存撮像及び検出のための方法及びシステムに関する。瞳孔（ひとみ）検出（pupil detection）のための技法が、本発明によるハイブリッドフィルタを利用する、１つのそのようなシステムとして、詳細な説明内に含まれる。しかしながら、本発明によるハイブリッドフィルタを、物体又は状況（scene）の波長依存検出及び／又は撮像が望まれる様々な用途において使用することができる。例えば、本発明によるハイブリッドフィルタを、地震障害による移動を検出するためにか、或いは人間又は対象物の存在か、注目物（attentiveness）か、又は位置を検出するために、使用することができる。追加的には、本発明によるハイブリッドフィルタを、例えば、個体の目（眼）か又は顔の特徴を用いて該個体を識別するシステムのような、生物測定学の用途において使用することができる。
【００１０】
次に図面を参照し、具体的には図２を参照すると、本発明による一実施形態における、ハイブリッドフィルタを利用する瞳孔検出のためのシステムの概略図が示されている。該システムは、検出器２００と、２つの光源２０２、２０４とを備える。該システムはまた、本発明による他の実施形態において、コントローラか又はプロセッサ（図示せず）をオプションで組み入れることができる。
【００１１】
光源２０２、２０４は、図２の実施形態内において、検出器２００に対して反対側に示されている。本発明による別の実施形態において、光源２０２、２０４を、検出器２００と同じ側に配置することができる。本発明による他の実施形態において、光源２０２、２０４を、２つか又はそれよりも多くの異なる波長における光を放射する単一の広帯域の光源によって置き換えることもできる。そのような広帯域の光源の一例は、太陽である。
【００１２】
瞳孔検出のためのこの実施形態において、２つの画像が、検出器２００を用いて、対象物２０６の顔及び／又は眼から取り込まれる。該画像のうちの１つは、光源２０２を用いて取り込まれる。該光源２０２は、検出器２００の軸２０８に隣接するか又は該軸２０８上にある（すなわち「軸上（on-axis）」）。第２の画像が、検出器２００の前記軸２０８からより大きな角度で離れて配置された光源２０４を用いて取り込まれる（すなわち「軸外（off-axis）」。対象物２０６の眼が開かれている時には、それらの画像の間の差分が、眼の瞳孔を強調すること（highlight）になる。このことは、網膜からのスペクトル反射が、軸上の画像内においてのみ、検出されるためである。他の顔及び環境の特徴からの拡散反射は、大部分がキャンセルされて、差分画像内における主要な特徴として瞳孔が残る。このことは、差分画像内において瞳孔が検出できなかった時に、対象物２０６の眼が閉じられていることを推測するために使用されることが可能である。
【００１３】
本発明によるこの実施形態において、対象物２０６の眼が開かれているか又は閉じられているかの時間量を、閾値に照らし合わせて監視することができる。閾値が満足されなければ（例えば、目が開いている時間の割合が、閾値を下回っていれば）、対象物２０６に対して警報を発するためにアラームか又はいくつかの他のアクションが取られることが可能である。本発明による他の実施形態において、周波数か又は点滅の継続期間のような他の測定基準を使用することができる。
【００１４】
対象物２０６の網膜からの差分の反射率は、光源２０２と検出器２００の軸２０８との間の角度２１０と、光源２０４と軸２０８との間の角度２１２とに依存する。一般には、より小さな角度２１０が、網膜リターンを増加させることになる。本明細書内において用いられる場合に、「網膜リターン（retinal return）」は、対象物２０６の目（眼）から戻るように反射されて、検出器２００において検出された、強度（輝度）のことを指す。「網膜リターン」はまた、（網膜以外の、又は網膜に追加の）目の裏側の他の組織からの反射を含めるように用いられる。従って、角度２１０は、光源２０２が軸２０８上にあるか又は軸２０８に近接するように選択される。本発明によるこの実施形態において、角度２１０は、約０（零）〜２度の範囲内にある。
【００１５】
一般には、角度２１２の大きさは、光源２０４からの少ない網膜リターンだけが検出器２００において検出されることになるように選択される。（瞳孔の周囲の）虹彩が、この信号を遮断し、従って、角度２１２の大きさを選択した時に、異なる光条件下における瞳孔サイズが、考慮されるはずである。本発明によるこの実施形態において、角度２１０は、約３〜１５度の範囲内にある。本発明による別の実施形態において、角度２１０、２１２の大きさは、異なる場合がある。例えば、ある特定の対象物の特性が、角度２１０、２１２の大きさを決定する可能性がある。
【００１６】
光源２０２、２０４は、本発明によるこの実施形態において、実質的に等しい画像強度（輝度）をもたらす光を放射する。本発明によるこの実施形態において、光源２０２、２０４は、異なる波長の光を放射する。たとえ光源２０２、２０４が、任意の波長とすることが可能であったとしても、この実施形態において、その波長は、その光が対象物からそらされず、かつ、目の虹彩が該光に応答して収縮されないように選択される。選択された波長は、検出器２００が応答することが可能な範囲内になければならない。本発明によるこの実施形態において、光源２０２、２０４は、赤外線波長か又は赤外線に近い波長を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）又はマルチモードレーザとして実施される。各光源２０２、２０４を１つ又は複数の光源として実施することができ、そのようなデバイスの各々は、軸２０８からほぼ同じ角度で配置される。
【００１７】
図３ａは、図２内において示されたシステムに従って、軸上光源によって生成された画像を示す。該画像は、開かれた目（眼）を示す。該目は、軸上光源２０２によって生成された強い網膜リターンに起因して、明るい瞳孔を有する。目が閉じられていたか又はほぼ閉じられていた場合には、明るい瞳孔は検出されず、撮像されないこととなる。
【００１８】
図３ｂは、図２内において示されたシステムに従って、軸外光源によって生成された画像を図示する。図３ｂにおける画像を、図３ａにおける画像と同時に取り込むことができるか、又は図３ａの画像に対して交互のフレームにおいて（連続的にか、又は不連続に）取り込むことができる。図３ｂの画像は、通常の暗い瞳孔を示す。目が閉じられていたか又はほぼ閉じられていた場合には、通常の瞳孔は、検出されず、撮像されないこととなる。
【００１９】
図３ｃは、図３ａの画像と図３ｂの画像との間の差分から生じた画像を示す。図３ａの画像と図３ｂの画像との差を取ることによって、目が開かれていた時には、相対的に明るいスポット３００が、相対的に暗い背景３０２に対して残る。目の他の特徴の痕跡が、背景３０２内において残る可能性がある。しかしながら、一般的には、明るいスポット３００は、背景３０２と比較して目立つことになる。目が閉じられているか又はほぼ閉じられている時には、差分の画像内において、明るいスポット３００は存在しないであろう。
【００２０】
図３ａ〜３ｃは、対象物２０６の１つの目を示す。両目を同様に監視ことができることが当業者であれば明らかであろう。画像が、対象物２０６の他の特徴（例えば、他の顔の特徴）、並びに対象物２０６の周囲の特徴を含む場合に、類似の効果が達成されるであろうことも理解されよう。これらの特徴は、上述の手法と類似の手法において、大部分がキャンセルされて、目が開かれていた時には明るいスポット３００（又は１つが各目ごとの２つの明るいスポット）が残るか、又は目が閉じられていたか又はほぼ閉じられていた時にはスポット（複数可）が残らないかのいずれかということになる。
【００２１】
次に図４を参照すると、本発明による一実施形態におけるセンサが示されている。この実施形態において、センサ４００は、検出器２００（図２）内に組み込まれており、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）撮像センサとして構成されている。しかしながら、本発明による他の実施形態において、センサ４００を、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージャ（imager）のような、他のタイプの撮像デバイスによって実施することができる。
【００２２】
パターン化フィルタ層が、チェッカーボードパターンに形作られた２つの異なるフィルタを用いて、センサ４００上に形成されている。該２つのフィルタは、光源２０２、２０４によって用いら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形態において、センサ４００は、（「１」として識別される）領域を含み、該領域は、光源２０２によって用いられる波長を選択するためのフィルタ材料を含む一方で、（「２」として識別される）他の領域は、光源２０４によって使用される波長を選択するためのフィルタ材料を含む。
【００２３】
図４の実施形態において、パターン化フィルタ層が、例えば、基底をなす層の上におけるような、センサ４００の別個の層として、ウェハ形状のままの間に、従来の蒸着プロセス及びフォトリソグラフィプロセスを用いて蒸着される。本発明による別の実施形態において、パターン化フィルタ層を、センサ４００と入射光との間の別個の素子として形成することができる。更には、フィルタパターンを、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ができる。例えば、パターン化フィルタ層を、しま模様か、又は非対称の構成（例えば、３ピクセル×２ピクセル配列）へと形成することができる。該パターン化フィルタ層が、カラーイメージャ（color imager）のような他の機能と共に組み込まれることもできる。
【００２４】
パターン化フィルタ層において、様々なタイプのフィルタ材料を使用することができる。本発明によるこの実施形態において、前記フィルタ材料は、顔料か又は染料がドープされたポリマを含む。本発明による他の実施形態において、フィルタ材料は、半導体か、他の無機材料か、又は有機材料によって作られた、干渉フィルタ、反射フィルタ、及び吸収フィルタを含むことができる。
【００２５】
図５は、本発明による一実施形態による検出器の断面図である。この図内において、検出器の一部分だけが示されている。検出器２００は、ピクセル５００、５０２、５０４、５０６からなるセンサ４００と、２つの交互のフィルタ領域５１０、５１２を含むパターン化フィルタ層５０８と、ガラスカバー（glass cover）５１４と、デュアルバンド狭帯域フィルタ５１６とを備える。本発明によるこの実施形態において、センサ４００は、ＣＭＯＳイメージャとして構成され、パターン化フィルタ層５０８は、顔料か又は染料がドープされた２つのポリマ５１０、５１２として構成される。パターン化フィルタ層５０８内における各領域（例えば、チェッカーボードパターン内の正方形）は、ＣＭＯＳイメージャ内のピクセル上に覆い被さる。
【００２６】
光が、狭帯域フィルタ５１６の上面に当たる時には、光源２０２（λ１）及び光源２０４（λ２）の波長以外の波長の光が、狭帯域フィルタ５１６を通過するのをフィルタリングされて除かれるか、遮断される。従って、この実施形態において、可視波長（λＶＩＳ）の光と、λ１及びλ２以外の波長（λｎ）の光とが、フィルタリングされて除かれるが、波長λ１及びλ２又はその波長付近の光は、狭帯域フィルタ５１６を透過する。従って、波長λ１及びλ２又はその波長付近の光のみが、ガラスカバー５１４を通過する。その後、ポリマ５１０は、波長λ１の光を伝達するが、波長λ２の光を遮断する。結果として、ピクセル５００と５０４とが、波長λ１の光のみを受光し、それにより、軸上光源２０２で取り込まれた画像が生成される。
【００２７】
ポリマ５１２は、波長λ２の光を伝達するが、波長λ１の光を遮断する。従って、ピクセル５０２と５０６とが、波長λ２の光のみを受光する。この手法において、軸外光源２０４で取り込まれた画像が生成される。本発明によるこの実施形態において、より短い波長λ１が、軸上光源２０２に関連付けられ、より長い波長λ２が、軸外光源２０４に関連付けられる。しかしながら、発明による他の実施形態において、より短い波長λ１を軸外光源２０４に関連付けることもでき、より長い波長λ２を軸上光源２０２に関連付けることもできる。
【００２８】
本発明によるこの実施形態において、狭帯域フィルタ５１６は、薄膜バルク誘電体積層フィルタ（thin-film bulk dielectric stack filter）である。誘電体積層フィルタは、特定のスペクトル特性を有するように設計される。本発明によるこの実施形態において、誘電体積層フィルタは、デュアルスパイクフィルタ（dual spike filter）として形成される。狭帯域フィルタ５１６（すなわち、誘電体積層フィルタ）は、λ１における一方のピークと、λ２における他方のピークとを有するように設計される。
【００２９】
本発明によるこの実施形態において、狭帯域フィルタ（非パターン化フィルタ）５１６と、パターン化フィルタ層５０８とが、ハイブリッドフィルタを形成する。図６は、図５に示されたポリマフィルタと狭帯域フィルタとについてのスペクトルを図示する。図６において示されるように、（ポリマフィルタ５１０、５１２と狭帯域フィルタ５１６との組み合わせの）ハイブリッドフィルタは、光源の波長（λ１及びλ２）又はその波長付近の光以外の全ての光を効果的にフィルタリングして除去する。狭帯域フィルタ５１６は、対象とする波長λ１及びλ２又はその波長付近の狭められた光量を伝達するが、他の波長の光の伝達を遮断する。従って、波長λ１及びλ２又はその波長付近の光のみが、パターン化フィルタ層５０８内のポリマフィルタ５１０、５１２に当たる。パターン化フィルタ層５０８は、従って、λ１とλ２とを弁別するように用いられる。波長λ１は、フィルタ５１０を透過する（且つ、フィルタ５１２を透過しない）が、波長λ２は、フィルタ５１２を透過する（且つ、フィルタ５１０を透過しない）。
【００３０】
パターン化フィルタ層５０８が、ピクセル空間分解能におけるチャンネルを選択するための機構を提供することが、当業者であれば明らかであろう。本発明によるこの実施形態において、チャンネル１が、軸上画像に関連付けられ、チャンネル２が、軸外画像に関連付けられる。本発明による他の実施形態において、チャンネル１を、軸外画像に関連付けることができ、チャンネル２を、軸上画像に関連付けることができる。
【００３１】
本発明によるこの実施形態において、センサ４００は、キャリア（図示せず）内に置かれる。ガラスカバー５１４は、典型的には、損傷（ダメージ）と微粒子汚染（例えば塵）とからセンサ４００を保護する。本発明による別の実施形態において、ハイブリッドフィルタは、パターン化フィルタ層５０８と、ガラスカバー５１４と、狭帯域フィルタ５１６とを備える。この実施形態において、ガラスカバー５１４は、色ガラスフィルタ（colored glass filter）として形成され、誘電積層フィルタ（すなわち、狭帯域フィルタ５１６）の基板として包含される。色ガラスフィルタは、あるスペクトル特性を有するように設計され、顔料か又は染料がドープされる。ドイツのマインツ（MAINZ）にある会社であるＳｃｈｏｔｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇｌａｓｓ Ｉｎｃ．は、色ガラスフィルタに使用可能な色ガラスを製造する１つの会社である。
【００３２】
次に図７ａを参照すると、本発明による一実施形態におけるデュアルスパイクフィルタを製造するための第１の方法が示されている。図５の実施形態に関連して説明されるように、狭帯域フィルタ５１６は、デュアルスパイクフィルタとして形成される誘電積層フィルタである。誘電積層フィルタは、フィルタの種類の任意の組み合わせを含むことができる。完全な誘電積層フィルタの所望のスペクトル特性は、その積層内の層内において、どの種類のフィルタが含まれるかを決定する。
【００３３】
例えば、デュアルスパイクフィルタを、２つのフィルタ７００、７０２を組み合わせることによって、製造することができる。帯域遮断フィルタ７００は、波長λ１の周囲の領域と、波長λ２の周囲の領域との間の波長における光をフィルタリングして除去するが、帯域通過フィルタ７０２は、波長λ１及びλ２付近の光と、波長λ１とλ２との間の光とを伝達する。２つのフィルタ７００、７０２の組み合わせは、斜線が描かれた領域内において光を伝達するが、他の全ての波長の光を遮断する。図７ｂは、図７ａ内に示されたデュアルスパイクフィルタについてのスペクトルを図示する。見てわかるように、対象とする波長であるλ１（ピーク７０４）とλ２（ピーク７０６）又はそれら波長付近の光のみが、前記組み合わされたフィルタを透過する。
【００３４】
次に、図８ａを参照すると、本発明による一実施形態におけるデュアルスパイクフィルタを製造するための第２の方法が示されている。この実施形態において、デュアルスパイクフィルタを、カットオフフィルタ８００、カットオンフィルタ８０２、及び帯域遮断フィルタ８０４を組み合わせることによって製造することができる。３つのフィルタの組み合わせは、斜線が描かれた領域の光を伝達するが、他の全ての波長の光を遮断する。図８ｂは、図８ａにおいて示されたデュアルスパイクフィルタについてのスペクトルを図示する。見てわかるように、対象とする波長であるλ１（ピーク８０６）とλ２（ピーク８０８）又はそれら波長付近の光のみが、前記組み合わされたフィルタを透過する。
【００３５】
いくつかの用途において、このような瞳孔検出において、光源として、レーザよりもむしろＬＥＤの方が使用するのにより望ましい。ＬＥＤは、典型的には、レーザと比較して、目の検出において使用するのに安全である。ＬＥＤはまた、レーザよりも低いコヒーレンスを有する。これにより、スペックル（speckle）が除かれる。更には、ＬＥＤはより広く拡散するので、より多くの対象物がＬＥＤによって照らされる。そして最終的には、ＬＥＤは、通常、レーザよりもコストがかからない。
【００３６】
ＬＥＤのスペクトルを狭めるためにＬＥＤ光源の前か又は最上部に狭帯域フィルタを配置することによって、狭帯域光源をＬＥＤによって形成することができる。図９は、本発明による一実施形態における、光源と狭帯域フィルタとの概略図である。図９の実施形態において、光源９００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、狭帯域フィルタ９０２は、単一スパイク誘電体積層フィルタである。しかしながら、本発明による他の実施形態において、狭帯域フィルタ９０２を、他のタイプのフィルタとして構成することもできる。更には、誘電体積層フィルタを、色ガラスフィルタとしてか、又は色ガラスフィルタを含むものとして、製造することができる。更に、発明による他の実施形態において、白色光源のような他の光源を使用することもできる。
【００３７】
図１０を参照すると、図９に示されたような光源と、該光源と狭帯域フィルタとの組み合わせとのスペクトルの図が示されている。見てわかるように、光源９００のスペクトル（１０００）は、それ自体で、光源９００と狭帯域フィルタ９０２との組み合わせのスペクトル（１００２）よりも広い。上述のように、狭帯域フィルタ９０２を、より広いスペクトル光源の最上部か又は前に形成することによってか又は配置することによって、狭帯域光源を、より広いスペクトル光源９００と共に構成することができる。
【００３８】
図１１は、本発明による一実施形態における、各光源を有する狭帯域フィルタとセンサを有するハイブリッドフィルタとを利用する瞳孔検出についての第２のシステムの概略図である。同様の参照番号が、以前の図面に関連して説明されたように機能するそれら要素に対して用いられている。検出器２００は、センサ４００、パターン化フィルタ層５０８、ガラスカバー５１４、及び狭帯域フィルタ５１６を備える。レンズ１１００は、対象物２０６から反射された光を取り込み、検出器２００内の狭帯域フィルタ５１６の最上面の上へとそれを合焦する。
【００３９】
光源２０２が狭帯域フィルタ９０２ａを含む一方で、光源２０４が狭帯域フィルタ９０２ｂを含む。狭帯域フィルタ９０２ａ、９０２ｂは、光源２０２、２０４のそれぞれについての適切なスペクトル特性を有するフィルタを形成するように製造されている。上述のように、狭帯域フィルタ９０２ａ、９０２ｂによって、システムは、より広いスペクトルを有する光源を利用することができるが、より狭いスペクトルの光源を使用するよりも、安全で且つコストがかからないものとすることができる。本発明による他の実施形態において、異なるタイプのフィルタを、光源２０２、２０４と共に使用することができる。異なるフィルタタイプの例は、カットオンフィルタと、カットオフフィルタとを含む（但しこれらに限定されない）。
【００４０】
軸上画像が、光源２０２を使用して、検出器２００によって取り込まれ、軸外画像が、光源２０４を使用して、検出器２００によって取り込まれる。本発明によるこの実施形態において、ハイブリッドフィルタは、パターン化フィルタ層５０８と、狭帯域フィルタ５１６とを含む。ハイブリッドフィルタは、光源２０２、２０４の波長以外の全ての波長の光を遮断する。従って、センサ４００は、光源２０２、２０４の波長の光のみを検出する。
【００４１】
図１２を参照すると、本発明による一実施形態における、瞳孔検出のために使用されることが可能なデバイスの概略図が示されている。デバイス１２００は、検出器２００、多くの軸上光源２０２、及び多くの軸外光源２０４とを備える。本発明によるこの実施形態において、各軸上光源２０２は、検出器２００の軸からほぼ同じ角度において配置される。同様に、各軸外光源２０４は、検出器２００の軸からほぼ同じ角度において配置される。
【００４２】
軸上画像は、光源２０２を用いて検出器２００によって取り込まれ、軸外画像は、光源２０４を用いて検出器２００によって取り込まれる。本発明によるこの実施形態において、光源２０２、２０４は、検出器２００と同じデバイス１２００内に収容されているものとして示されている。本発明による他の実施形態において、光源２０４を、光源２０２と検出器２００とから分離したハウジング内において、配置することができる。更には、検出器と対象物との間にビーム分光器を配置することによって、光源２０２を、検出器２００から分離したハウジング内に配置することができる。
【００４３】
図１３は、本発明による別の実施形態における、ハイブリッドフィルタを利用する、物体の透過を検出するためのシステムの概略図である。同様の参照番号が、以前の図面に関連して説明されたように機能するそれら要素に対して用いられている。検出器２００は、センサ４００、パターン化フィルタ層５０８、ガラスカバー５１４、及び狭帯域フィルタ５１６を備える。
【００４４】
広帯域光源１３００が、透明な対象物１３０２に向かって光を伝達する。広帯域光源１３００は、複数の波長の光を放射し、それら波長のうちの２つの波長が、検出器２００によって検出されることになる。本発明による他の実施形態において、広帯域光源１３００を、異なる波長の光を伝達する２つの光源によって置き換えることができる。
【００４５】
レンズ１１００は、透過な対象物１３００を透過した光を取り込み、狭帯域フィルタ５１６の最上面の上へとその光を合焦する。１つの画像が、１つの波長において伝達される光を用いて検出器２００によって取り込まれるが、第２の画像は、その他の波長において伝達される光を用いて検出器２００によって取り込まれる。
【００４６】
本発明によるこの実施形態において、ハイブリッドフィルタは、パターン化フィルタ層５０８と狭帯域フィルタ５１６とを含む。ハイブリッドフィルタは、対象とする２つの波長以外の全ての波長の光を遮断する。これにより、センサ４００は、２つの波長の光のみを検出することができる。
【００４７】
ハイブリッドフィルタは、２つの波長λ１とλ２の光を検出することに関連して説明されてきたが、本発明による他の実施形態において、ハイブリッドフィルタを用いて、対象とする３つ以上の波長を検出することもできる。図１４は、本発明による一実施形態における、ポリマフィルタと、３バンド（tri-band）狭帯域フィルタとについてのスペクトルを図示する。この実施形態におけるハイブリッドフィルタは、対象とする３つの波長λ１、λ２、及びλ３の光を検出する。波長λ１及びλ３におけるそれぞれのスペクトル１４００及び１４０２は、撮像システムによって利用される２つの信号を表す。検出された波長λ２の光は、対象とする２つの波長の外側の撮像システムによって受光される光の量を決定するために使用される。検出された波長λ２の光量を、撮像システムによって検出可能な基準光量として用いることができる。
【００４８】
本発明によるこの実施形態において、３バンド狭帯域フィルタは、対象とする波長（λ１、λ２、及びλ３）又はその波長付近の光を伝達するが、他の全ての波長の光の伝達を遮断する。パターン化フィルタ層内におけるポリマフィルタが、次いで、受光した波長λ１、λ２、及びλ３の光を弁別する。図１５は、図１４内に示された実施形態によるセンサを図示する。パターン化フィルタ層が、３つの異なるフィルタを用いてセンサ１５００上に形成されている。例えば、本発明による一実施形態において、センサ１５００は、赤−緑−青色の３バンドフィルタパターンを含むことができる。図において、赤が領域１に対応し、緑が領域２に対応し、青が領域３に対応する。この実施形態において、他の色の２倍も多くの緑が存在する。何故ならば、輝度についての人間の知覚は、緑の領域において最も強く依存するからである。
【００４９】
次に図１６を参照すると、本発明による一実施形態における、ポリマフィルタと、４バンド（quad-band）の狭帯域フィルタとについてのスペクトルが示されている。この実施形態におけるハイブリッドフィルタは、対象とする４つの波長λ１、λ２、λ３、及びλ４の光を検出する。波長λ１及びλ３におけるそれぞれのスペクトル１６００、１６０２は、撮像システムによって利用される２つの信号を表す。検出された波長λ２及びλ４の光は、対象とする２つの波長の外側の撮像システムによって受光された光の量を決定するための基準として用いられる。
【００５０】
本発明によるこの実施形態において、４バンド狭帯域フィルタは、対象とする波長（λ１、λ２、λ３、及びλ４）又はそれら波長付近の光を伝達するが、他の全ての波長の光の伝達を遮断する。パターン化フィルタ層内におけるポリマフィルタが、次いで、受光した波長λ１、λ２、λ３、及びλ４の光を弁別する。図１７は、図１６内に示された実施形態によるセンサを図示する。パターン化フィルタ層が、４つの異なるフィルタを用いてセンサ１７００上に形成されている。例えば、本発明によるこの実施形態において、センサ１７００は、フィルタ３及び４の行と交互に現われるフィルタ１及び２の行を含む。フィルタ１及び２は、波長λ１及びλ２の光を検出する一方で、フィルタ３及び４は、波長λ３及びλ４の光を検出する。
【００５１】
本発明による他の実施形態におけるハイブリッドフィルタは、任意の数の、対象とする波長を検出することができる。例えば、ｎバンド狭帯域フィルタが、対象とする波長又はそれら波長付近の光を伝達する。パターン化フィルタ層内における領域が、対象とする波長のうちの少なくとも１つ（及び（ｎ−１）まで）を、交互に遮断する。２つか又はそれよりも多くの対象とする波長を伝達する領域を有するパターン化フィルタ層を利用するシステムの場合には、受光された対象とする各波長の光の量を決定するために、線形代数のような数学的な計算を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】太陽光放射、発光ダイオード、及びレーザについてのスペクトルの概略図である。
【図２】本発明による一実施形態における、ハイブリッドフィルタを利用する瞳孔検出についてのシステムの概略図である。
【図３ａ】図２内において示されたシステムに従って、軸上光源によって生成された画像を示す図である。
【図３ｂ】図２内において示されたシステムに従って、軸外光源によって生成された画像を示す図である。
【図３ｃ】図３ａの画像と図３ｂの画像との間の差から生じた画像を示す図である。
【図４】本発明による一実施形態におけるセンサを示す図である。
【図５】本発明による一実施形態における検出器の断面図である。
【図６】図５内に示されたポリマフィルタと狭帯域フィルタとについてのスペクトルを示す図である。
【図７ａ】本発明による一実施形態におけるデュアルスパイクフィルタを製造するための第１の方法を示す図である。
【図７ｂ】図７ａにおいて示されたデュアルスパイクフィルタについてのスペクトルを示す図である。
【図８ａ】本発明による一実施形態におけるデュアルスパイクフィルタを製造するための第２の方法を示す図である。
【図８ｂ】図８ａにおいて示されたデュアルスパイクフィルタについてのスペクトルを示す図である。
【図９】本発明による一実施形態における光源及び狭帯域フィルタの概略図である。
【図１０】図９に示された光源と、該光源と前記狭帯域フィルタとの組み合わせとのスペクトルを示す図である。
【図１１】本発明による一実施形態における、各光源を有する狭帯域フィルタとセンサを有するハイブリッドフィルタとを利用する瞳孔検出についての第２のシステムの概略図である。
【図１２】本発明による一実施形態における、瞳孔検出のために使用されることが可能なデバイスの概略図である。
【図１３】本発明による別の実施形態における、ハイブリッドフィルタを利用する、物体の透過を検出するためのシステムの概略図である。
【図１４】本発明による一実施形態における、ポリマフィルタと、３バンドの狭帯域フィルタとについてのスペクトルを示す図である。
【図１５】図１４内に示された実施形態によるセンサを示す図である。
【図１６】本発明による一実施形態における、ポリマフィルタと、４バンドの狭帯域フィルタとについてのスペクトルを示す図である。
【図１７】図１６内に示された実施形態によるセンサを示す図である。
【図１】
0004441738.tif 000002
【図２】
0004441738.tif 000003
【図３ａ】
0004441738.tif 000004
【図３ｂ】
0004441738.tif 000005
【図３ｃ】
0004441738.tif 000006
【図４】
0004441738.tif 000007
【図５】
0004441738.tif 000008
【図６】
0004441738.tif 000009
【図７ａ】
0004441738.tif 000010
【図７ｂ】
0004441738.tif 000011
【図８ａ】
0004441738.tif 000012
【図８ｂ】
0004441738.tif 000013
【図９】
0004441738.tif 000014
【図１０】
0004441738.tif 000015
【図１１】
0004441738.tif 000016
【図１２】
0004441738.tif 000017
【図１３】
0004441738.tif 000018
【図１４】
0004441738.tif 000019
【図１５】
0004441738.tif 000020
【図１６】
0004441738.tif 000021
【図１７】
0004441738.tif 000022