JP7277453B2 - Ｖｃｓｅｌベースのバイオメトリック認証デバイス - Google Patents

Description

本発明は、有意に改良された信号対雑音比を有する物体(対象)(object)の生体認証(バイオメトリック認証)のためのデバイスに関し、そのようなデバイスを使用するバイオメトリック識別のための方法に関する。

顔認識、虹彩スキャニング、及びドライバモニタリングシステムは、生体認証の自動化された方法であり、生体認証は、その複雑なパターンが特異であり、安定的であり、且つある距離から見ることができる、顔のビデオ画像に対する数学的パターン認識技法を使用する。

顔認識、虹彩スキャニング、及びドライバモニタリングのような、一般的な生体認証システムは、微細な近赤外ＬＥＤ照明を用いるビデオカメラ技術を使用して、ディテールに富んだ影のない画像を取得する。数学的及び統計的アルゴリズムによってこれらのパターンから符号化されるデジタルテンプレートが、個人の識別又はドライバ状態を検出することを可能にする。

生体認証は、あらゆる種類の環境条件において機能する必要がある。屋外条件において、太陽は物体に有意な量の赤外（ＩＲ）照明を発生させる。一般的には、カメラと同期させられたアクティブＩＲ照明装置が物体の前に置かれる。ＩＲ照明を用いて並びに用いずに物体の写真を撮影し、引き続き減算すること(subtracting)は、物体の影のない画像を生成する。顔認識、虹彩スキャニング及びドライバモニタリングシステムのために使用されるカメラシステムは、アクティブＩＲ及び太陽照明の両方を受け取る。全ての２番目の写真（フレーム）は、アクティブＩＲ照明のみで照明される。アクティブＩＲ照明を用いた並びに用いない写真（フレーム）を互いに減算して、減算されたＩＲ画像上にノイズのより少ない影のない画像を生成することができる。信号対雑音比を改良するために、ＩＲバンドパスフィルタ(帯域通過フィルタ)が使用される。ＩＲ－ＬＥＤのピーク波長は、環境温度（－４０℃～８５℃）の関数として約３６ｎｍ変化する。カメラセンサでの信号対雑音比を増加させるために、ＩＲバンドパスフィルタを使用して、ＩＲ－ＬＥＤのスペクトル範囲外の太陽照明のスペクトル含有量をフィルタリングすることができる。しかしながら、ＩＲ－ＬＥＤのピーク波長の可能な熱シフトを考慮に入れたバンドパスフィルタの幅は、ＩＲ画像の要求される低い信号対雑音比を提供するには広すぎる。

従って、生体認証のためにカメラによって撮影される画像についての信号対雑音比の有意な改良を可能にするシステムが必要とされている。
特許文献１は、デバイスのユーザを認証するシステム及び方法を開示している。バイオメトリックカメラシステムが、可変照明波長出力を有する光源と、撮像センサと、撮像センサで受信される周囲照明をフィルタリングするバンドパスフィルタとを含む、カメラとを含む。ユーザの光学画像、例えば、虹彩の画像が、光源からの照明によって生成され、バンドパスフィルタによってフィルタリングされ、撮像センサで受信される。画像を用いてユーザの認証状態を決定することができる。
特許文献２では、少なくとも１つのバイオメトリック特徴の識別のためのシステムが、約７００ｎｍ～約１２００ｎｍにあるピーク放射波長を有する電磁放射線を放射し得るアクティブ光源であって、ユーザの少なくとも１つのバイオメトリック特徴に衝突するよう電磁放射線を放射するように位置付けられるアクティブ光源と、ユーザの少なくとも１つのバイオメトリック特徴からの反射後に電磁放射線を受信し且つ検出するようアクティブ光源に対して位置付けられる赤外光捕捉ピクセルを有する画像センサとを含むことができる。システムは、画像センサに機能的に連結され、検出される電磁放射線からユーザの少なくとも１つのバイオメトリック特徴の電子表現を生成するように動作可能な、処理モジュールを更に含むことができる。

生体認証のためにカメラによって撮影される画像のために屋外条件において有意に改良された信号対雑音比をもたらすシステムを提供することが本発明の目的である。

本発明は、独立項によって定義される。従属項は、有利な実施形態を定義する。

第１の態様によれば、物体(対象)の生体認証のためのデバイスが、追加的な赤外光条件を伴う周囲光条件の下で物体の少なくとも１つの写真を撮影するよう少なくとも赤外スペクトルに敏感な光学画像センサ素子と、赤外光条件のための追加的な赤外光を提供する赤外光源と、写真から得られる生体認証のための画像又は画像コードを提供する処理ユニットとを含み、赤外光源は、９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間のピーク波長を備え且つ５ｎｍ未満の半値全幅を備える、狭い赤外光スペクトルを放射し、赤外バンドパスフィルタが、赤外光源の少なくともピーク波長をカバーする９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間の透過窓を有する光学画像センサ素子のセンサアレイと物体との間の光路内に配置される。

「赤外光源(infrared light source)」という用語は、５ｎｍ以下の狭い発光帯域内で発光する任意の適切な固体発光体(solid-state light emitters)を意味する。そのような適切なエミッタ(emitters)は、エッジ発光レーザ(edge emitting lasers)又はいわゆるＶＣＳＥＬであってよい。アクティブＩＲ及び太陽によって作り出される照明の比は、減算されたＩＲ画像上に可能な限り低い雑音を生成するために重要である。大気中の水の存在に起因する太陽スペクトル中の赤外吸収の故に、太陽スペクトルには９２５ｎｍ～９５５ｎｍの波長範囲があり、赤外強度は低く、水の吸収は深い。画像の信号対雑音比を増加させるために、赤外光源のピーク波長は、９２５ｎｍ～９５５ｎｍの波長範囲内に配置されるべきである。更に、バンドパスフィルタの透過窓は、赤外光源のピーク波長及び水吸収深さ範囲(water absorption deep range)に適合される。他の波長、特に周囲光（太陽スペクトル）から来る赤外光の含有量は、信号対雑音比を更に増加させるためにフィルタで除去される(filtered out)。周囲光内の赤外線含有量が低くければ低いほど、赤外光源から来る赤外光レベルが高ければ高いほど、取得される画像についての信号対雑音比はより高い。画像は、１つ又はそれよりも多くの追加的な画像処理ステップの後に、撮影された画像から得られることがある。高い信号対雑音比は、水吸収深さの範囲の内側にある赤外光源のピーク波長の周りに狭い透過窓を有する赤外バンドパスフィルタの使用と相俟って、水吸収深さの範囲内の最適化されたピーク波長を選択することによって達成される。

「光学画像センサ素子(optical image sensor element)」という用語は、物体から光を受け取り、光の局所的に測定された強度を物体の画像内に伝達するユニットを意味する。光学画像センサ素子は、センサアレイによって決定される特別な解像度で光強度を測定するための適切なセンサアレイを含む。光学画像センサ素子は、レンズ、ミラーなどのような、光ビーム成形素子を含んでよい。バンドパスフィルタは、遠隔に配置されてよく、光学画像センサ素子の上に配置されてよく、或いは光学画像センサ素子内の適切な位置に配置されてよい。

写真から或いは画像から画像コードを提供するために、アルゴリズムが画像を処理し、参照画像コードとして格納される特徴(features)を収集する。虹彩スキャニングについては、幾つかの数学的ステップの後に、画像コードとしての虹彩コードが生成され、関数が、参照画像から取得された対応する参照画像コードと比較されるように取得された画像に適用される。

従って、本発明に従ったデバイスは、生体認証のために撮影された画像についての屋外条件において有意に改良された信号対雑音比を提供して、バイオメトリック特徴に基づく物体のより安全でより信頼性の高い識別をもたらす。

ある実施形態において、本発明に従ったデバイス内の光源のピーク波長は、－４０℃～＋８０℃の温度範囲の室温でピーク波長の周りに±９ｎｍ未満の波長シフトを有する。本発明に従ったデバイスのための大きな温度動作窓を可能にする熱的に引き起こされたピーク波長シフトの場合においてさえも、特定の狭い発光スペクトルを提供する赤外光源は、全スペクトルを９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間の特定の波長範囲内に維持することを可能にする。

ある実施形態において、赤外光源のピーク波長は、室温で９３０ｎｍ～９５０ｎｍの間にある。９４０ｎｍの波長は、周囲光スペクトルの範囲の中間にあり、そこでは、水吸収は大きく、周囲光中の特に低い赤外線含有量をもたらす。より高い温度について、ピーク波長は、より長い波長にシフトし、より深い温度については、より短い波長にシフトする。赤外光源の最適な赤外ピーク波長は、水吸収深さの故に約９４０ｎｍである。約(approximately)という用語は、±２ｎｍの特定のピーク波長の周りの範囲を意味する。

ある実施形態において、赤外光源の発光スペクトルは、ｌｎｍ未満の半値全幅を有する。そのような狭いスペクトルについて、透過窓は、高い又は低い動作温度についてさえも、赤外光源の赤外光の強度を緩めることなく、所望の動作温度の範囲のためにより狭く設計されることができる。赤外光源から放射される赤外光のピーク波長は、温度と共にシフトする。動作温度の範囲内で、完全な赤外光源の発光スペクトルは、透過フィルタを通じて光学センサ素子に達する赤外光の最大化された強度を提供するために、透過窓内になければならない。

ある実施形態において、赤外光源は、ＶＣＳＥＬである。「ＶＣＳＥＬ」という用語は、垂直共振器面発光レーザを意味し、レーザビームは、従来的なエッジ発光半導体レーザとは逆に、ＶＣＳＥＬの上面から垂直に発光される。ＶＣＳＥＬは、数ｎｍ以下の、例えば、ｌｎｍ未満の非常に狭い発光帯域内で発光する。６５０～２０００ｎｍの範囲のピーク波長を有するレーザビームを提供する多種多様のＶＣＳＥＬがある。水吸収深さの内側にあるＶＣＳＥＬのピーク波長の周りの狭い透過窓を備える赤外バンドパスフィルタの使用と相俟って、水吸収深さの範囲内の最適化されたピーク波長を選択することによって、信号対雑音比を更に改良することができる。本発明に従ったＶＣＳＥＬは、例えば、２．０×１．６×１．１ｍｍから５．０×５．０×２．０ｍｍのリードフレーム又はセラミックパッケージのサイズを有することがある。ＶＣＳＥＬダイは、パッケージ内に組み立てられる。放射される赤外光ビームを成形するための本発明の撹拌器プレートの場合、このプレートは、パッケージの上に接着される。ある実施形態において、ＶＣＳＥＬは、電流レバー(current lever)の電流閾値を超える電流で作動させられる。電流レバーは、ＶＣＳＥＬの発光スペクトルの半値全幅に影響を与え、半値全幅は、電流閾値より下の電流でＶＣＳＥＬを作動させる場合に有意に増加する。

ある実施形態において、バンドパスフィルタの透過窓は、３０ｎｍ未満の、好ましくは、１５ｎｍ未満の幅を有する。そのようなバンドパスフィルタの透過窓の中心は、太陽（周囲）スペクトルの最小赤外線強度と整合させられることができ、狭い透過窓は、太陽スペクトルの最小強度の直ぐ近傍の波長のみをカバーして、太陽赤外光の量を減少させ、従って、生体認証のために取得される画像中のノイズを減少させる。更に、赤外光源の狭い赤外発光スペクトルは、そのような狭い透過窓を提供するバンドパスフィルタを使用することを可能にして、全ての要求される動作温度について狭い透過窓内に赤外光源のピーク波長を維持することを可能にする。

ある実施形態では、赤外バンドパスフィルタは、全周囲光の２％未満を通すように構成される。赤外線強度が非常に低い太陽（周囲）スペクトルの範囲に透過窓を適合させるとき、バンドパスフィルタを通る太陽（周囲）光の量は有意に減少させられる。例えば、赤外光源としてＶＣＳＥＬを使用することによって、透過窓の所要の適合が可能にされる。

ある実施形態において、デバイスは、赤外光源と物体との間の光路内に配置される拡散器ユニットを更に含むことで、物体に向かって２０°～１００°のビーム角を有する光ビームを提供する。拡散器プレートは、赤外光源と物体との間の小さな距離についてさえも物体の少なくとも関心領域を均一に照らすことができるために、放射される赤外光ビームを成形する。レーザビームを提供する赤外光源の場合、拡散器プレートは、元の光ビームを広げる。他の赤外光源の場合、拡散器プレートは、元の光ビームを狭くすることがある。現在の赤外光源に依存して、当業者は、所要のビーム成形特性を提供する拡散器プレートを使用することができる。

別の実施形態において、拡散器ユニットは、赤外光源の上に配置され、物体の関心領域を完全に照らす一方で、生体認証のために使用されていない物体の領域を照らす赤外光を無駄にしないことによって、赤外光の強度を高めるために、赤外光源を物体の近くに配置することを可能にするコンパクトなデバイスを提供する。

別の実施形態において、デバイスは、取得される画像又は画像コードを参照画像又は参照画像コードと比較することによって生体認証を行うために、参照画像又は参照画像コードを格納する画像データベースを含むか、或いは少なくともそのような画像データベースに接続される。生体認証のために、取得された画像又は画像コードと参照画像又は参照画像コードとの間の一致(agreement)を提供することを可能にする参照画像又は参照画像コードへのアクセスが必須である。デバイスは、参照画像又は参照画像コードへの高速且つ容易なアクセスを可能にする画像データベースとして機能する記憶ユニットを含んでよい。別の実施形態において、デバイスは、例えば、インターネットを介して或いは携帯電話ネットワークを介して、データ接続、例えば、無線データ接続を介して、遠隔画像データベースに接続されて、デバイスから遠隔に参照画像データベースを更新することを可能にしてよい。

ある実施形態において、デバイスは、赤外光条件を伴う並びに伴わない周囲光条件の下で物体の少なくとも２つの別個の写真を撮影するように構成され、処理ユニットは、追加的な赤外光条件の下での写真から周囲光条件の下での写真を減算することから、画像又は画像コードを提供する。減算するステップは、周囲光からの赤外光の寄与を除去し、それはノイズレベルを更に減少させる一方で、デバイスの赤外光源からの狭いピーク赤外光によって得られる高い信号レベルを維持して、減算するステップ後に得られる画像についての非常に高い信号対雑音比をもたらす。

ある実施形態において、デバイスは、携帯電話、タブレットコンピュータ、自動車用途のためのドライバモニタリングユニット、又はロックユニットのアクセス確認コンポーネントである。デバイスによって使用される識別技術は、虹彩スキャニング及び／又は顔認識であってよい。

第１の態様によれば、少なくとも赤外スペクトルに敏感な光学画像センサ素子と、追加的な赤外光条件のための赤外光を提供する赤外光源と、物体と光学画像センサ素子のセンサアレイとの間の光路内に配置される赤外バンドパスフィルタと、処理ユニットとを含む、本発明に従ったデバイスを用いる物体の生体認証のための方法が提供される。方法は、
－ 追加的な赤外光条件を伴う周囲光条件の下で物体の少なくとも１つの写真を撮影するステップであって、赤外光源は、９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間のピーク波長を備える赤外光を放射し、赤外バンドパスフィルタは、赤外光源のピーク波長をカバーする９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間の透過窓を有する、ステップと、
－ 処理ユニットによって写真から生体認証のための画像又は画像コードを取得するステップと、
－ 取得する画像又は画像コードを画像データベースからの参照画像又は参照画像コードと比較することによって生体認証を実行するステップとを含む。
本発明に従った方法は、生体認証のために撮影された有意に改良された信号対雑音比を有する画像を提供することを可能にして、バイオメトリック特徴に基づく物体のより安全で信頼性の高い識別をもたらす。

本方法のある実施形態において、
撮影するステップは、赤外光条件を伴う並びに伴わない周囲光条件の下で物体の少なくとも２つの別個の写真を撮影するステップを含み、
取得するステップは、処理ユニットによって追加的な赤外光条件の下での写真から周囲光条件の下での写真を減算して、生体認証のための画像又は画像コードを取得するステップを含む。

本方法のある実施形態において、ＶＣＳＥＬは、室温で９３０ｎｍ～９５０ｎｍの間の、好ましくは、室温で約９４０ｎｍの、ピーク波長を有する。

本方法のある実施形態において、赤外バンドパスフィルタは、周囲光の２％未満を通すように構成される。

本方法のある実施形態では、拡散器ユニットが、ＶＣＳＥＬと物体との間の光路内に配置されて、物体に向かって２０°～６０°の間のビーム角を有する光ビームを提供する。

本発明の好ましい実施形態は、それぞれの独立項と従属項との任意の組み合わせでもあり得ることが理解されよう。

更に有利な実施形態を以下に定義する。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に記載する実施形態から明らかであり、それらを参照して解明されるであろう。

次に、添付の図面を参照して、実施形態に基づいて、一例として、本発明を記載する。

本発明に従ったデバイスの実施形態の原理図を示している。 別個の写真を撮影して、図１のデバイスを用いて互いから写真を減算することの、原理図を示している。 バイオメトリックパラメータに基づいて物体を識別するために取得した画像を参照画像と比較することの原理図を示している。 赤外太陽スペクトル（周囲光）と９２５～９５５ｎｍの間の水の深さを示している。 異なる温度での１つのＶＣＳＥＬの３つの赤外スペクトルを示している。 異なる温度での太陽光、ＶＣＳＥＬ、及びＬＥＤの赤外スペクトルを示している。 本発明に従った方法の実施形態の原理図を示している。

図において、同等の番号は、図面を通じて同等の物体を指している。図中の物体は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。

以下、図を用いて、本発明の様々な実施形態を記載する。

図１は、本発明に従った物体２(対象)の生体認証(バイオメトリック認証)のためのデバイス１の実施形態の原理図を示している。この実施形態において、デバイス１は、赤外光条件ＩＬＣ（赤外光源は追加的な赤外光ＩＲを提供する）を伴って並びに伴わずに周囲光条件ＡＣＬ（太陽は太陽光ＡＬを提供する）の下で物体２の少なくとも２つの別個の写真１１１、１１２を撮影するよう、少なくとも赤外スペクトルに敏感な光学画像センサ素子１１を含む。デバイス１は、赤外光条件ＩＬＣのために追加的な赤外光ＩＲを提供するよう、赤外光源１２を更に含む。デバイス１は、追加的な赤外光条件ＩＬＣの下での写真１１２から周囲光条件ＡＬＣの下での写真１１１を減算すること(subtracting)から得られる生体認証のための画像１３１又は画像コードを提供するよう、処理ユニット１３を更に含む。互いから写真データを減算して、結果として得られる画像を提供する、適切なソフトウェアは、当業者に知られている。この実施形態において、赤外光源１２は、９２５ｎｍ～９５５ｎｍのピーク波長１２１を有する赤外光を放射するＶＣＳＥＬである。ここで、赤外バンドパスフィルタ１４(帯域通過フィルタ)は、ＶＣＳＥＬのピーク波長１２１をカバーする９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間の透過窓１４１を有する光学画像センサ素子１１の上部の物体２と光学画像センサ素子１１との間の光路ＬＰに配置される。一般的に、カメラ（光学画像センサ素子１１）の視野（ＦＯＶ）は、照明装置（赤外光源１２）の視野よりも数度小さい。デバイス１は、ＶＣＳＥＬ１２とＶＣＳＥＬの上部にある物体２との間の光路ＬＰに配置される拡散器ユニット１５(diffuser unit)を更に含んで、物体２に向かって２０°～１００°の間のビーム角ＢＡを有する光ビーム１２４を提供する。デバイス１は、得られる画像又は画像コード１３１を参照画像又は参照画像コード１６１と比較することによって生体認証を実行するために、参照画像又は参照画像コード１６１を格納する画像データベース１６を更に含む。デバイス１は、携帯電話、タブレットコンピュータ、デスクトップコンピュータ、自動車用途のためのドライバモニタリングユニット(driver monitoring unit)、又はロックユニット(locking unit)のアクセス確認コンポーネント(access checking component)であってよい。デバイスによって使用される識別技術は、虹彩スキャニング及び／又は顔認識であってよい。

図２は、図１のデバイス１を用いて、別個の写真１１１、１１２を撮影して、互いから写真を減算することの、原理図を示している。写真１１１、１１２は、９２５ｎｍ～９５５ｎｍのピーク波長を有する赤外光ＩＲを放射する赤外光源によって提供される赤外光条件ＩＬＣを伴って並びに伴わないで周囲光条件ＡＬＣの下で光学画像センサ素子１１によって撮影された。引き続きの生体認証のために使用される画像又は画像コード１３１は、処理ユニット１３によって追加的な赤外光条件ＡＬＣ＋ＩＬＣの下での写真１２から、周囲光条件ＡＬＣの下での写真１１１を減算することから得られ、処理ユニット１３で、適切な画像処理ソフトウェアがインストールされて実行される。互いから写真データを減算して、結果として得られる画像を提供する、適切なソフトウェアは、当業者に知られている。

図３は、バイオメトリックパラメータに基づいて物体２を識別する（１３０）ために、得られる画像又は画像コード１３１を参照画像又は参照画像コード１６１と比較することの、原理図を示している。ここで、識別は、２つの異なる画像を比較する適切なソフトウェアがインストールされて実行されるプロセッサ１３によって実行されてよい。画像を比較する適切なソフトウェアは、当業者に知られている。ソフトウェアは、比較のための整合確率(マッチング確立)を提供してよく、ここで、ポジティブ整合は、所定の閾値を超える整合確率について確認応答される(acknowledged)。他の実施形態では、実際の画像が格納されるのではなく、参照画像から得られた対応する参照画像コードと比較された処理済み特徴コード(processed feature code)が格納されてよい。

図４は、９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間の水深(water deep)及び８００ｎｍ～１００ｎｍの波長の関数としての９０ｃｍの距離からの物体から反射された太陽スペクトルＡＬ（周囲光）について、エミッタの表面に対する法線ベクトルを基準とした０°及び９０ｃｍの距離での物体の放射をＷ／ｍ３／ｎｍで示している。水深は、赤外線強度が特に低く、隣接する波長範囲に比べてより一層低い、太陽スペクトルＡＬの一部を意味する。デバイス１は、３０ｎｍの幅ＴＷ又は３０ｎｍより少なくさえある幅ＴＷを有する、９２５ｎｍ～９５０ｎｍまで延びる、例えば、９３０ｎｍ～９５０ｎｍまで延びる２０ｎｍの幅ＴＷを有する、透過窓１４１(transmission window)を備える、バンドパスフィルタ１４を含む。赤外ＬＥＤのための所要の透過窓１３１も、赤外光源１２としてＶＣＳＥＬを使用する場合の利点を示すように示されている。赤外ＬＥＤを使用する場合、透過窓は、赤外ＬＥＤ光源から十分な赤外光を受け取るためにより一層広く、その結果、太陽光の赤外部分の波長特性の故に、より一層高いノイズレベルをもたらす。ＶＣＳＥＬを使用する場合、受け取る赤外太陽光ＡＬの量を減らすために、透過窓１４１をより狭く選択することができる（ＬＥＤについてＴＷ＝８０ｎｍの代わりにＴＷ＝３０ｎｍ）。本発明に従った結果として得られるバンドパスフィルタ１４は、約９４０ｎｍの透過窓の中心波長を選択して、透過窓を、例えば、１０ｎｍの幅まで十分に狭くすることによって、全周囲光ＡＬの２％未満を通すように構成されてよい。

図５は、－４０℃、＋２５℃及び＋８５℃の３つの異なる温度での同じＶＣＳＥＬ１２の３つの赤外スペクトル１２３を示している。ピーク波長１２１は、ここでは室温とみなされる＋２５℃で９４０ｎｍである。ＶＣＳＥＬ１２の発光スペクトル１２３は、ｌｎｍ未満の、ここでは０，８ｎｍの、半値全幅ＦＷＨＭを有する。比較として、赤外ＬＥＤは、３７ｎｍ以上の半値全幅を備えるスペクトルを有する。ＶＣＳＥＬ１２のピーク波長１２１は、±９ｎｍ未満の、ここでは－４０℃～＋８５℃の間の温度範囲内の２５℃（ほぼ室温）でのピーク波長１２１の周りの±５ｎｍの波長シフト１２２を有する。狭い発光スペクトル及び低い温度シフトは、２０ｎｍ以下の、例えば、１５ｎｍの幅ＴＷを備えるバンドパスフィルタ１４の透過窓１４１を適用することを可能にする。そのような狭い透過窓ＴＷ内で、ＶＣＳＥＬによって放射される完全な赤外光は、通常は現実的な動作温度をカバーする－４０℃～＋８５℃の間の温度範囲内で作動させられるときに、バンドパスフィルタを透過する。ＶＣＳＥＬ光源は、追加的に、高い光強度を提供する。両方とも高い赤外信号レベルをもたらす。水深に起因して低いノイズレベルを提供するバンドパスフィルタの透過窓の位置と組み合わせにおいて、測定される赤外光に基づく結果として得られる画像の信号対雑音比は、有意に増大される。

図６は、波長の関数として－４０℃、＋２５℃、及び＋８５℃の温度でのＶＣＳＥＬ１２及びＬＥＤの、太陽光ＡＬの赤外スペクトル１２３及び発光スペクトル３の、Ｗ／ｍ３／ｎｍにおけるエミッタの表面に対する法線ベクトルを基準とした０°及び９０ｃｍの距離にある物体の放射を示している。ＶＣＳＥＬの発光スペクトル１２３の更なる詳細について、図５を参照する。ＶＣＳＥＬによって提供される赤外発光スペクトル１２３は、赤外ＬＥＤスペクトル３に比べて２桁より大きい強度を有し、それらは赤外光源によって提供される高い強度レベルを要求するときに太陽スペクトルＡＬの９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間の水深に適合される狭い透過窓を備えるバンドパスフィルタの使用を妨げる。ピーク波長の温度シフトも、ＶＣＳＥＬについてよりも、ＬＥＤについてより一層高く、赤外光源としてのＶＣＳＥＬの上述の更なる利点を提供する。

図７は、本発明に従ったデバイス１を用いた物体２の生体認証のための方法１００の実施形態の原理図を示しており、少なくとも赤外スペクトルに敏感な光学画像センサ素子１１と、追加的な赤外光条件ＩＬＣのために赤外光ＩＲを提供する赤外光源１２と、物体２と光学画像センサ素子１１のセンサアレイとの間の光路ＬＰに配置される赤外バンドパスフィルタ１４と、処理ユニットとを示している。方法１００は、追加的な赤外光条件ＩＬＣを伴う周囲光条件ＡＬＣの下で物体２の少なくとも１つの写真１１２を撮影するステップ１１０であって、赤外光源１２は、９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間のピーク波長１２１を備える赤外光ＩＲを放射し、赤外バンドパスフィルタ１４は、ＶＣＳＥＬ１２のピーク波長１２１をカバーする９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間の透過窓１４１を有する、ステップ１１０と、処理ユニット１３によって写真１１２からの生体認証のための画像又は画像コード１３１を取得するステップ１２０と、取得される画像１３１を画像データベース１６からの参照画像１６１と比較することによって（図３も参照）、生体認証１３０を実行するステップ１３０とを含む。ある実施形態において、撮影するステップ１１０は、赤外光条件ＩＬＣを伴う並びに伴わない周囲光条件ＡＬＣの下で物体２の少なくとも２つの別個の写真１１１、１１２を撮影するステップを含み、取得するステップ１２０は、処理ユニット１３によって追加的な赤外光条件ＩＬＣの下での写真１１２から周囲光条件ＡＬＣの下での画像１１１を減算して、生体認証用の画像又は画像コード１３１を取得するステップを含む（図２も参照）。

ＶＣＳＥＬ１２は、室温で９３０ｎｍ～９５０ｎｍの間の、好ましくは、室温で約９４０ｎｍにある、ピーク波長１２１を有してよい。赤外バンドパスフィルタ１４は、周囲光ＡＬの０．３０％未満を通すように構成されてよい。更に、拡散器ユニット１５は、ＶＣＳＥＬ１２と物体２との間の光路ＬＰ内に配置されて、物体２に向かって２０°～６０°のビーム角ＢＡを有する光ビーム１２４を提供してよい。

本発明を図面及び前述の記述中に例示し且つ詳細に記載したが、そのような例示及び記述は、例示的又は説明的であると考えられるべきであり、限定的であると考えられるべきでない。

本開示の判読から、他の修正は当業者に明らかであろう。そのような修正は、当該技術分野において既に知られている他の構成及び本明細書中に既に記載されている構成の代わりに又はそれらに加えて使用されることがある他の構成を含んでよい。

当業者は、図面、本開示及び添付の請求項の研究から、開示の実施形態に対する変形を理解し、実施することができる。請求項において、「含む」という語は、他の要素又はステップを排除せず、単数形の表現は、複数の要素又はステップを排除しない。特定の手段が相互に異なる従属項に列挙されている単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用し得ないことを示さない。

請求項中の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されてならない。

国際公開第２０１５／１２３４４０Ａ１号 米国特許出願公開第２０１７／０１６１５５７Ａ９号明細書

１ 生体認証用のデバイス
１１ 光学センサ素子
１１１ 周囲光条件の下で撮影された写真
１１２ 赤外光条件の下で撮影された写真
１２ 赤外光源、例えば、ＶＣＳＥＬ
１２１ ＶＣＳＥＬのピーク波長
１２２ 温度によって引き起こされるピーク波長の波長シフト
１２３ ＶＣＳＥＬの放射スペクトル
１２４ 物体を照らす光ビーム
１３ 処理ユニット
１３１ 互いから写真１１１，１１２を減算することから得られる画像
１４ 赤外バンドパスフィルタ（ＶＣＳＥＬ）
１４１ バンドパスフィルタの透過窓
１５ 拡散器ユニット
１６ 画像データベース
１６１ 参照画像
２ デバイスで識別されるべき物体
３ ＬＥＤスペクトル
３１ ＬＥＤを使用する場合の赤外バンドパスフィルタの透過窓
１００ 生体認証の方法
１１０ 追加的な赤外光条件を伴う周囲光条件の下で物体の少なくとも写真
を撮影するステップ
１２０ 生体認証のための追加的な赤外光条件で写真から画像又は画像コー
ドを取得するステップ
１３０ 生体認証を実行するステップ
ＡＬ 周囲光、太陽スペクトル
ＡＬＣ 周囲光条件
ＢＡ 物体を照らす光ビームのビーム角
ＦＷＨＭ 半値全幅
ＩＬＣ 赤外光条件
ＩＲ 赤外光
ＬＰ （光源から物体を介して光学センサ素子への）光路
ＴＷ 透過窓の幅

Claims (15)

1. 物体の生体認証のためのデバイスであって、
   追加的な赤外光条件を伴う周囲光条件の下で前記物体の少なくとも１つの写真を撮影するよう少なくとも赤外スペクトルに敏感な光学画像センサ素子と、前記赤外光条件のための追加的な赤外光を提供する赤外光源と、前記写真から取得される前記生体認証のための画像又は画像コードを提供する処理ユニットとを含み、前記赤外光源は、９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間のピーク波長を備え且つ５ｎｍ未満の半値全幅を備える、狭い赤外光スペクトルを放射し、前記赤外光源の少なくとも前記ピーク波長をカバーする９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間の透過窓を有する赤外バンドパスフィルタが、前記光学画像センサ素子のセンサアレイと前記物体との間の光路内に配置され、前記赤外バンドパスフィルタの透過窓は、３０ｎｍ未満の幅を有し、前記赤外バンドパスフィルタは、周囲光全体の２％未満を通すように構成される、
   デバイス。
2. 前記赤外光源の前記ピーク波長は、－４０℃～＋８０℃の間の温度範囲を有する室温で、前記ピーク波長の周りで±９ｎｍ未満の波長シフトを有する、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記赤外光源の前記ピーク波長は、室温で９３０ｎｍ～９５０ｎｍの間にあり、好ましくは、室温で９４０ｎｍにある、請求項１又は２に記載のデバイス。
4. 前記赤外光源の発光スペクトルは、１ｎｍ未満の半値全幅を有する、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
5. 前記赤外光源は、ＶＣＳＥＬである、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
6. 前記赤外バンドパスフィルタの前記透過窓は、３０ｎｍ未満の幅、好ましくは、１５ｎｍ未満の幅を有する、請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
7. 前記赤外バンドパスフィルタは、全周囲光の２％未満を通すように構成される、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記物体に向かって２０°～１００°の間のビーム角を有する光ビームを提供する、前記赤外光源と前記物体との間の前記光路内に配置される拡散器ユニットを更に含む、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
9. 前記拡散器ユニットは、前記赤外光源の上に配置される、請求項８に記載のデバイス。
10. 当該デバイスは、前記取得される画像又は画像コードを参照画像又は参照画像コードと比較することによって前記生体認証を実行するために、前記参照画像又は前記参照画像コードを格納する画像データベースを含むか、或いはそのような画像データベースに少なくとも接続される、請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
11. 当該デバイスは、前記赤外光条件を伴う並びに伴わない前記周囲光条件の下で前記物体の少なくとも２つの別個の写真を撮影するように構成され、前記処理ユニットは、前記追加的な赤外光条件を伴う前記周囲光条件の下での前記写真から前記周囲光条件の下での前記写真を減算することから前記画像又は前記画像コードを提供する、請求項１乃至１０のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
12. 当該デバイスは、携帯電話、タブレットコンピュータ、自動車用途のためのドライバモニタリングユニット、又はロックユニットのアクセス確認コンポーネントである、請求項１乃至１１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
13. 少なくとも赤外スペクトルに敏感な光学画像センサ素子と、追加的な赤外光条件のための赤外光を提供する赤外光源と、前記物体と前記光学画像センサ素子のセンサアレイとの間の前記光路内に配置される赤外バンドパスフィルタと、処理ユニットとを含む、請求項１に記載のデバイスを用いる物体の生体認証のための方法であって、
    － 追加的な赤外光条件を伴う周囲光条件の下で前記物体の少なくとも１つの写真を撮影するステップであって、前記赤外光源は、９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間のピーク波長を備える赤外光を放射し、前記赤外バンドパスフィルタは、前記赤外光源の前記ピーク波長をカバーする９２５ｎｍ～９５５ｎｍの間の透過窓を有する、ステップと、
    － 前記処理ユニットによって前記写真から前記生体認証のための画像又は画像コードを取得するステップと、
    － 該取得する画像又は画像コードを画像データベースからの参照画像又は参照画像コードと比較することによって前記生体認証を実行するステップとを含む、
    方法。
14. 前記撮影するステップは、
    － 赤外光条件を伴う並びに伴わない周囲光条件の下で前記物体の少なくとも２つの別個の写真を撮影するステップを含み、
    前記取得するステップは、
    － 前記処理ユニットによって追加的な赤外光条件の下での前記写真から周囲光条件の下での前記写真を減算して、前記生体認証のための前記画像又は前記画像コードを取得するステップを含む、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記赤外光源は、ＶＣＳＥＬであり、拡散器ユニットが、前記ＶＣＳＥＬと前記物体との間の前記光路内に配置されて、前記物体に向かって２０°～６０°の間のビーム角を有する光ビームを提供する、請求項１３又は１４に記載の方法。
    
    

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