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JP2002513176A - ２つの異なる波長の光を用いて対象者の眼を監視する装置および方法 - Google Patents

２つの異なる波長の光を用いて対象者の眼を監視する装置および方法

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JP2002513176A
JP2002513176A JP2000545429A JP2000545429A JP2002513176A JP 2002513176 A JP2002513176 A JP 2002513176A JP 2000545429 A JP2000545429 A JP 2000545429A JP 2000545429 A JP2000545429 A JP 2000545429A JP 2002513176 A JP2002513176 A JP 2002513176A
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wavelength
image sensor
signal
subject
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JP2000545429A
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グレイス，リチャード
デイヴィス，ロバート・ケイ
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Original Assignee
Carnegie Mellon University
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Abstract

(57)【要約】 対象者の眼を監視する装置（１０）および方法。装置（１０）は、第１の波長の光を作成し、第２の波長の光を作成する光源（１２）を含み、装置（１０）は、対象者の眼（３０）が反射した光を受け取るように配置された少なくとも１つのイメージセンサ（２４、２６）を含む。少なくとも１つのイメージセンサ（２４、２６）は第１の波長の光を示す第１の信号を作成し、第２の波長の光を示す第２の信号を作成する。装置（１０）は、少なくとも１つのイメージセンサ（２４、２６）に接続され第１および第２の信号を受け取る制御装置（２８）を含む。制御装置（２８）は、第１の信号を第２の信号から減算して、それを示す第３の信号を作成する。制御装置（２８）はまた、少なくとも１つのイメージセンサ（２４、２６）に同期信号を供給してもよく、また、その信号を、光源（１２）等他の構成要素に供給してもよい。１つまたはそれよりも多くのフィルタ（１６、１８）を反射光の経路に設けて、その光が少なくとも１つのイメージセンサ（２４、２６）に到達するまでにその光をフィルタリングするようにしてもよい。また、１つまたはそれよりも多いレンズ（２０、２２）も設けて、反射光が少なくとも１つのイメージセンサ（２４、２６）に到達するまでにその反射光を焦点に集めてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 関連出願へのクロス・リファレンス 本願は、１９９８年４月２９日出願の米国仮特許出願番号第６０／０８３，５
０９号からの優先権を主張する。
【０００２】 連邦政府がスポンサーとなった研究または開発に関する陳述 本発明につながる研究のうちのいくらかは、運輸省契約番号ＤＴＮＨ２２−９
３−Ｄ−０７００７および契約名「Ｃｒａｓｈ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ Ｒｅｓｓ
ｅａｒｃｈ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ」の下で、米国運輸省がスポンサーとなった。米国政府は、本発明に
おいて何等かの権利を有している。
【０００３】 発明の背景 発明の分野 本発明は一般的に、対象者の眼を監視する装置および方法に、より詳細には、
２つの異なる波長の光を用いて対象者の眼を監視する装置および方法に関する。
【０００４】 背景の説明 「ｐｅｒｃｌｏｓ」を測定すること等、対象者の眼を監視することが当業者に
知られている。ｐｅｒｃｌｏｓは一般的に、対象者の眼が、完全にまたは所定の
ポイントを超えて閉じている時間の割合の大きさである。例えば、ｐｅｒｃｌｏ
ｓは、対象者の眼が８０％から１００％まで閉じている時間の割合の大きさであ
ってもよい。ｐｅｒｃｌｏｓの測定は、例えば対象者をビデオテープに撮りその
テープを見直して対象者のｐｅｒｃｌｏｓを測定する等、手動で行わなければな
らないことが多い。もちろんこのような方法は、多くの用途において実用的でな
い。
【０００５】 ｐｅｒｃｌｏｓを判定する他の方法は、ビデオカメラ等のイメージセンサと、
対象者を監視し、対象者の眼の位置を判定し、対象者のｐｅｒｃｌｏｓを判定す
る画像処理ソフトウェアとの使用を伴う。しかし、この方法は、時間がかかり、
リアルタイムで行うことができない場合が多く、そのため、自動車のドライバー
の眠さを判定するのに用いることができない。その問題を克服する１つの試みは
、対象者の顔の一部、対象者の眼を含む部分のみを監視し、それによってｐｅｒ
ｃｌｏｓを判定するのに必要な処理量を低減する、というものである。しかし、
この方法は、別の問題を引き起こす。この問題が起こるのは、対象者の眼が道路
を見るのに動いたり対象者の頭や体が動くときに、対象者の眼を追跡しなければ
ならないからである。しかし、対象者が素早く動いてしまい、対象者の眼を追跡
することができないことが多い。その結果、従来技術の装置は対象者の眼を探し
求めなければならず、従来技術の装置は、対象者の眼の位置を突き止めるまで、
ｐｅｒｃｌｏｓを判定することができない。
【０００６】 対象者の顔全体が監視されるか対象者の眼のみが監視されるかに関わらない、
従来技術に関する他の欠陥は、従来技術の装置では、対象者の眼を発見し監視す
るのに困難がある、ということである。例えば、従来技術の装置は、対象者の眼
と、ダッシュボードの光や他の乗り物からの光や街路の光によって生じるもの等
、他の光源や反射光とを、区別できないことが多い。こういった問題は、対象者
がメガネをしていると悪化する。
【０００７】 従って、ｐｅｒｃｌｏｓを判定するのに用いることができる等の、対象者の眼
を監視する装置および方法が必要とされている。この必要は、リアルタイムで動
作することができ、対象者の顔全体を監視することができ、他の光源の影響を受
けない装置および方法について存在する。
【０００８】 発明の概要 本発明は、対象者の眼を監視する装置および方法に向けられている。装置は、
第１の波長の光と第２の波長の光とを作成する光源を含み、装置は、対象者の眼
が反射した光を受け取るように配置された少なくとも１つのイメージセンサを含
む。この少なくとも１つのイメージセンサは、第１の波長の光を示す第１の信号
と第２の波長の光を示す第２の信号とを作成する。装置がイメージセンサを１つ
しか含んでいない場合には、第１および第２の波長の光をストロボ発光してもよ
い。または、第１および第２の波長の光は不変であって、フィルタを用いて光を
分離してもよい。装置がイメージセンサを２つ含んでいる場合には、一方のイメ
ージセンサが第１の信号を作成し、他方のイメージセンサが第２の信号を作成し
てもよい。装置は、少なくとも１つのイメージセンサに接続され且つ第１および
第２の信号を受け取る制御装置を含む。制御装置は、第１の信号を第２の信号か
ら減算して、それを示す第３の信号を作成し得る。制御装置はまた、その少なく
とも１つのイメージセンサに同期信号を供給し得、また、その信号を、光源等他
の構成要素に供給し得る。１つまたはそれよりも多くのフィルタを反射光の経路
に設けて、その光がその少なくとも１つのイメージセンサに到達するまでにその
光をフィルタリングするようにしてもよい。また、１つまたはそれよりも多いレ
ンズも設けて、反射光がその少なくとも１つのイメージセンサに到達するまでに
その反射光を焦点に集めてもよい。本発明はまた、可聴アラーム等の、制御装置
によって制御されるフィードバック装置を含んでもよい。
【０００９】 本発明はまた、方法も含む。該方法は、対象者の眼を第１の波長の光で照らす
段階と、対象者の眼を第２の波長の光で照らす段階とを含む。方法はまた、第１
の波長の光を感知する段階と、それを示す第１の信号を供給する段階と、第２の
波長の光を感知する段階と、それを示す第２の信号を供給する段階と、第１の信
号を第２の信号から減算したものを示す第３の信号を供給する段階とを含む。方
法はまた、イメージセンサに同期信号を供給する段階も含んでもよい。対象者が
、例えば、眠いと判定される場合には、刺激信号を供給してもよい。その信号は
、可聴アラーム等のフィードバック装置に供給されてもよい。
【００１０】 本発明は、従来技術における問題の多くを解決する。例えば、本発明によって
、対象者の顔全体を監視しながら、データ処理量を非常に低減することができる
。その結果、本発明によって、対象者の眼を「見失う」リスクがほとんどない状
態で、リアルタイムの眼の監視ができる。更に、本発明によって、ダッシュボー
ドの光や通り過ぎる車からの光や街路の光から等の環境の干渉によって生じる、
誤った信号が排除される。本発明はまた、メガネの影響を受けない。本発明のこ
れらのおよび他の利益及び利点は、以下の本発明の詳細な説明から明らかとなろ
う。
【００１１】 発明の詳細な記述 本発明を明確に理解し容易に実施し得るように、本発明を、図面と共に説明す
る。
【００１２】 本発明は、２つまたはそれよりも多くの異なる波長の光を用いて、対象者の眼
を測定する。本発明は、２つの異なる波長の光に関して説明するが、２つよりも
多い波長もまた用いてもよい。一般に、光は、眼の異なる各構成要素によって反
射される。しかし、光のスペクトルにおいて、眼の異なる各構成要素の反射／吸
収特性には、山と谷がある。約８５０ｎｍ等、いくつかの波長の光は、網膜が大
部分反射してしまうが、他の波長は、網膜がかなり吸収する。特に約９５０ｎｍ
という波長は、大部分吸収されてしまう。それぞれ異なる反射／吸収特性を有す
る２つの異なる波長を有する光を用いることによって、ｐｅｒｃｌｏｓ等の有用
な測定値を得ることができる、ということが見出された。その点において、約９
５０ｎｍと約８５０ｎｍという２つの波長は特に有用である、ということもまた
見出されたが、他の波長の方がよりよい結果を提供するかもしれない。しかし、
９５０ｎｍの光と８５０ｎｍの光とでは網膜の反射／吸収特性が非常に異なって
いるということの他に、この２つの光が作成する人間の顔の画像は、ほぼ同一で
ある。その結果、９５０ｎｍと８５０ｎｍの光で形成された２つの画像はそれぞ
れ、約９５０ｎｍの波長を有する光から形成された画像が対象者の瞳孔の画像を
有していない（または、非常にかすかな画像を有する）ということを除いては、
互いにほぼ同一である。
【００１３】 ９５０ｎｍと８５０ｎｍという波長は、本発明において用いることができる２
つの波長の例に過ぎず、本発明の限定ではない。異なる反射／吸収特性を有する
他の波長もまた、用いてもよい。一般的なガイドラインとして、用いる光は、瞳
孔を収縮させるべきではなく、対象者にダメージを与えるべきではなく、対象者
の気を散らせるべきではない（例えば、対象者に見えるべきではない）。赤外線
は一般的によい選択であるが、他の波長もまた用いてもよい。本発明と共に用い
るために２つの波長の反射／吸収特性がどの程度異なっていなければならないか
は、用いる機器の感度によって決まる。更に、一般的に、網膜は反射／吸収につ
いて最大の変化を提供するが、レンズや硝子体や房水の部分等、眼の他の部分も
また、本発明と共に用いてもよい反射／吸収特性を示す。本発明を網膜と赤外線
に関して説明することが多いが、本発明は、眼の他の部分および他の波長と共に
用いてもよい。
【００１４】 本発明は、ｐｅｒｃｌｏｓの判定や凝視トラッカーを含む様々な方法において
用いられる。本発明には、自動車において用いてドライバーが運転中に眠ってし
まうリスクを低減することを含む、多くの用途がある。他の用途は、大型トラッ
クや危険物運搬車等の市販の自動車においてである。本願はまた、対麻痺におけ
るコミュニケーションや人間遺伝因子の研究にも用いてもよい。本発明をｐｅｒ
ｃｌｏｓの判定に関して説明するが、当業者であれば、その説明から、本発明に
は他に多くの用途があるということを理解しよう。
【００１５】 図１は、本発明により構成された装置１０を示す概略図である。装置１０は、
光源１２、ビームスプリッター１４、第１および第２のフィルタ１６、１８、第
１および第２のレンズ２０、２２、第１および第２のイメージセンサ２４、２６
、および制御装置２８を含む。装置１０は、対象者３２の眼３０を監視するのに
用いることができる。
【００１６】 光源１２は、少なくとも２つの波長の光を作成する。第１の波長は約９５０ｎ
ｍであってもよく、第２の波長は約８５０ｎｍであってもよい。光源は、複数の
発光ダイオード（「ＬＥＤ」）３４、３５から形成されていてもよい。例えば、
一方のＬＥＤ３４が約９５０ｎｍの波長の光を作成し、他方のＬＥＤ３５が約８
５０ｎｍの波長の光を作成してもよい。光源１２は、２つのＬＥＤ３４、３６が
約９５０ｎｍの波長の光を作成し、２つのＬＥＤ３４、３７が約８５０ｎｍの波
長を作成する等、それぞれの波長の光を作成する複数のＬＥＤ３４−３７を含ん
でもよい。もちろん、それぞれの波長について２つよりも多いＬＥＤもまた用い
てもよい。図１に示すように、ＬＥＤは、リングに形成されて、ＬＥＤ３４−３
７が作成する光が眼３０に入射して反射され、反射光がＬＥＤ３４−３７によっ
て形成されたリングを通るようになっている。光源１２は、第１の波長と第２の
波長とを、両方略同じ強さで作成し得、又は、両波長のうちの一方の感度を補償
する等のために、一方の波長を他方よりも強い強さで作成してもよい。眼３０は
、光が眼３０に入射するのと略同一の角度でその光を反射する傾向がある。その
結果、反射光は、入射光の経路と非常によく似た経路をたどる傾向がある。従っ
て、光源１２を、反射光が装置１０に入ってくる所望の経路に接近しその辺りに
配置して、入射光と反射光とのなす角度が非常に小さくなるようにすることがで
きる。
【００１７】 ビームスプリッター１４は、反射光の約半分を第１のフィルタ１６に向け、反
射光の約半分を第２のフィルタ１８に向けるように調整した、５０／５０のビー
ムスプリッターであってもよい。第１および第２のフィルタ１６、１８のうちの
一方に一層多くの反射光を供給することが望まれる場合等には、５０／５０のビ
ームスプリッター以外のビームスプリッター１４もまた使用し得る。ビームスプ
リッター１４は、例えば、メタライズされたビームスプリッターであってもよい
。ビームスプリッター１４はまた、二色性ビームスプリッターであってもよい。
二色性ビームスプリッターは、一般的に、メタライズされたビームスプリッター
よりもはるかに効率的であり、そのため、処理に利用できる光がより多くなり、
適切な動作に必要な光がより少なくなる。
【００１８】 第１および第２のフィルタ１６、１８は、それぞれ第１および第２の波長の光
を通す。例えば、第１のフィルタ１６は、約９５０ｎｍの波長を有する光を通し
てもよく、第２のフィルタ１８は、約８５０ｎｍの波長を有する光を通し得る。
その結果、第１および第２のフィルタ１６、１８は、選択された光のみがレンズ
２０、２２およびイメージセンサ２４、２６へと通るようにする。第１および第
２のフィルタ１６、１８は、例えば誘電フィルターであってもよく、電力半値帯
域幅が５０ｎｍであってもよい。
【００１９】 第１および第２のレンズ２０、２２はそれぞれ、第１および第２のフィルタ１
６、１８を通る光を焦点に集め、第１および第２のイメージセンサ２４、２６が
はっきりとした画像を受け取ることができるようにする。第１および第２のレン
ズ２０、２２は、装置１０の別個の要素であってもよく、第１および第２のイメ
ージセンサ２４、２６と一体であってもよい。
【００２０】 第１および第２のイメージセンサ２４、２６はそれぞれ、第１および第２のレ
ンズ２０、２２が焦点に集めた光を受け取る。第１および第２のイメージセンサ
２４、２６はそれぞれ、イメージセンサ２４、２６が受け取った画像を示す第１
および第２の信号を提供する。第１および第２のイメージセンサ２４、２６は、
例えば、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）又はＣＭＯＳタイプのデバイスであっても
よい。
【００２１】 第１および第２のイメージセンサ２４、２６から、更によく似た画像を作成す
るのを容易にするために、制御装置２８が供給される等の一般的な同期信号を用
いてイメージセンサ２４、２６を同期させ、第１のイメージセンサ２４からのフ
レームまたは画像のそれぞれが第２のイメージセンサ２６からの画像と同じ時点
において獲得されるようにしてもよい。言い換えれば、同期信号によって、同じ
時点において獲得される、一方は第１のイメージセンサ２４から、他方は第２の
イメージセンサ２６からの、１対の対応する画像の作成が促進される。その結果
、対象者３２の表情の変化や動き等、対象者３２の経時的変化による差を排除す
ることができる。
【００２２】 本発明は、対象者の網膜からの反射光が光源からの入射光と同じ経路に沿って
戻ってくるという事実を利用している。その結果、対象者が広範囲の角度にわた
って見ている場合であっても、固定した装置１０（自動車のダッシュボード上に
固定した装置１０等）が網膜からの反射光を利用できる。軸からの入射光線の逸
れが約７０度もの範囲にわたって反射光を利用できる、ということが見出された
。
【００２３】 制御装置２８は、第１および第２のイメージセンサ２４、２６から第１および
第２の信号を受け取り、これらの信号を処理し、その処理を示す信号を作成する
。制御装置２８は、ペンティアムＰＣ１０４（「Ｐｅｎｔｉｕｍ」は、カリフォ
ルニア州サンタクララ市のインテル・コーポレーションの登録商標である）等の
プロセッサ４０を含んでもよい。第１および第２のイメージセンサ２４、２６の
出力信号は、例えば、アナログまたはデジタルの信号であってもよい。第１およ
び第２のイメージセンサ２４、２６がアナログ出力信号を供給する場合には、第
１および第２のアナログ／デジタル変換器４２、４４を設けて、第１および第２
のイメージセンサ２４、２６からの出力信号をそれぞれデジタル信号に変換して
、プロセッサ４０が使えるようにし得る。プロセッサ４０がデジタル信号を必要
としていない場合には、変換器４２、４４を省いてもよい。制御装置２８は、第
１、第２、および第３の信号のうちの１つ以上をビデオモニタ４６に供給して、
そうした信号が表す１つまたはそれよりも多い画像を表示し得る。制御装置２８
はまた、対象者が眠そうであると判定される場合には、可聴アラーム等のフィー
ドバック装置４８に信号を供給して、フィードバックを行い得る。
【００２４】 図１Ａおよび図１Ｂは、第１および第２のイメージセンサ２４、２６が作成す
る、対象者３２の第１および第２の画像の例を示す。図１Ａは、約９５０ｎｍの
波長を有する光で形成した対象者３２の画像であり、図１Ｂは、約８５０ｎｍの
波長を有する光で形成した画像である。図１Ａおよび１Ｂは、９５０ｎｍの光と
８５０ｎｍの光とで吸収特性が異なることにより網膜が反射する光の強さがかな
り異なるということを除いては、同一である。
【００２５】 動作において、光源１２は、対象者の眼３０に入射する光を作成する。光源１
２と対象者の眼３０との間の距離は、個々の用途によって変わるが、典型的な距
離は約３フィートである。その光は反射されて装置１０に戻り、ビームスプリッ
ター１４によって分離される。分離した光のうちの一部は第１のフィルタ１６に
向けられ、その光は第１のフィルタ１６によってフィルタリングされて第１のレ
ンズ２０によって焦点に集められ、第１のイメージセンサ２４が受け取る。分離
した光のうちの別の一部は、第２のフィルタ１８に向けられ、その光は同様に第
２のフィルタ１８によってフィルタリングされて第２のレンズ２２によって焦点
に集められ、第２のイメージセンサ２６が受け取る。第１および第２のイメージ
センサ２４、２６はそれぞれ、それらのイメージセンサ２４、２６が受け取った
画像を示す第１および第２の信号を作成する。第１および第２の信号は制御装置
２８に供給され、そこで第１および第２のアナログ／デジタル変換器４２、４４
が第１および第２の信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、これらのデ
ジタル信号をプロセッサ４０に供給する。プロセッサ４０は、第１の信号と第２
の信号のうちの一方によって表される一方の画像を、第１の信号と第２の信号の
うちの他方によって表される他方の画像から減算して、第３の画像を作成する。
第１の画像と第２の画像とは、少なくとも実際的な目的のために、一方の画像が
網膜の画像を含むはずであるのに対し他方は網膜の画像を含まないはずである（
または、よりかすかな網膜の画像を含むはずである）ということを除いては、同
一であるはずなので、一方の画像を他方から減算して第３の画像を作成する場合
には、この第３の画像は、対象者３２の網膜のみの画像であるはずである。一方
の画像の他方からの減算は、例えば、第１の画像と第２の画像のそれぞれの対応
する画素を比較して、第３の画像における対応する画像の状態を決定することに
よって行うことができる。例えば、第１の画像と第２の画像の両方における対応
する画素が、オンであれオフであれ同一である場合には、第３の画像における対
応する画素はオフであるべきである。しかし、画素が異なる場合には、第３の画
素における対応する画素はオンであるべきである。
【００２６】 本発明は、眼３０の特性を利用してｐｅｒｃｌｏｓを測定する。本発明は、眼
の差動的反射強度特性を利用している。特に、本発明は、眼３０が約９５０ｎｍ
の波長の光を略吸収し、眼が、特に網膜が、約８５０ｎｍ等他の波長の光を略反
射する、という事実を利用している。本発明は、対象者の眼３０を、適切な強さ
の両方の周波数の光で照らして、同様の画像を作成し、それぞれの波長での反射
像を測定し、一方の画像を他方から減算して、主に対象者の瞳のみである第３の
画像を形成する。本発明は、この第３の画像から、対象者の眼３０が開いている
（または閉じている）かどうか、およびその程度を判定することができる。第３
の画像は対象者の通常の画像と比べてはるかに少ないデータしか含んでいないの
で、従来技術の対象者の画像よりも容易にかつ素早く処理することができる。本
発明には、多くの用途がある。例えば、ｐｅｒｃｌｏｓの測定は、ドライバーの
眠さを測定する最も効果的な手段として米国運輸省により認識されている。例え
ば、その参照によって本明細書に組み込まれる、Ｄａｖｉｄ Ｆ．Ｄｉｎｇｅｓ
，Ｐｈ．Ｄ、Ｍｅｌｉｓｓａ Ｍａｌｌｉｓ、Ｇｒｅｇ Ｍａｉｓｌｉｎ Ｍ．
Ａ．，Ｍ．Ｓ．、Ｊｏｈｎ Ｗａｌｋｅｒ Ｐｏｗｅｌｌ，ＩＶ，Ｍ．Ａ．によ
る１９９８年４月１日付のＥｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
ｆｏｒ Ｏｃｕｌａｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｓ ａｎ Ｉｎｄｅｘ
ｏｆ Ｆａｔｉｑｕｅ ａｎｄ ａｓ ｔｈｅ Ｂａｓｉｓ ｆｏｒ Ａｌｅｒ
ｔｎｅｓｓ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔという表題の、米国運輸省Ｎａｔｉｏｎａｌ
Ｈｉｇｈｗａｙ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｓａｆｅｔｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉ
ｏｎへの報告を参照されたい。このような用途において、本発明はかなりの利点
を提供する。これは、効果的であるよう、ドライバーの機敏さ（または眠さ）の
判定をリアルタイムで行わねばならないからである。
【００２７】 図１Ｃは、制御装置２８が作成した第３の画像の例である。図１Ｃは、対象者
の網膜のみを示している。第３の画像は、作成者のまぶたが閉じているかどうか
、および対象者のまぶたが閉じている程度を示す。
【００２８】 図２は、本発明の他の実施の形態により構成された装置１０の概略図である。
図２に示す装置１０は、第１および第２のフィルタ１６、１８を省き、その代わ
りに赤外線高域フィルタ１６を設けているということを除いては、図１に示す装
置１０と同様である。ビームスプリッター１４は、例えば二色性ビームスプリッ
ター１４であってもよい。フィルタ１６を光源１２とビームスプリッター１４と
の間に配置して可視光が８５０ｎｍの画像に入ってこないようにし得る。二色性
ビームスプリッター１４は反射光を選択的に分離して、第１の波長が第１のイメ
ージセンサ２４に向けられ第２の波長が第２のイメージセンサ２６に向けられる
ようにし得る。図２に示す実施の形態は、二色性ビームスプリッター１４を備え
れば、適切な光のうちの約９０％を第１および第２のイメージセンサ２４、２６
に供給する、ということが見出された。
【００２９】 図３は、本発明の他の実施の形態により構成された装置１０の概略図である。
図３に示す装置１０は、単一のイメージセンサ２４を含む。以下に図４に関して
説明するように、そのイメージセンサ２４は、例えばイメージセンサ２４内に一
体的に設けられた第１および第２のフィルタ１６、１８（図示せず）により、第
１の波長の光と第２の波長の光とを区別する。または、光源１２が第１および第
２の波長の光をストロボ発光または変調させてもよく、イメージセンサ２４が交
互の第１および第２の波長の反射光を捕捉してもよい。光源１２のストロボ発光
とイメージセンサ２４による反射光の捕捉とは、制御装置２８からの同期信号で
同期させ得る。ストロボ発光が十分高い周波数で行われる場合には、対象者３２
の通常の動きは装置１０の動作に悪影響を与えることはない。約１００ヘルツと
いうストロボ周波数は、大部分の用途について十分高いと思われる。
【００３０】 図４は、図３を参照して説明したイメージセンサ２４と共に用いてもよい像平
面６０を示す概略図である。その像平面６０は、複数の画素６２、６４と、画素
６２、６４の前に配置された第１および第２のフィルタ１６、１８とを含む。複
数の第１のフィルタ１６はいくつかの画素６２の前にあり、複数の第２のフィル
タ１８は他の画素６４の前にある。図１および２に示す装置１０と同様に、フィ
ルタ１６、１８はある波長の光を選択し、いくつかの画素６２がある波長の光を
受け取り他の画素６４が他の波長の光を受け取るようになっている。フィルタ１
６、１８は、第１のフィルタ１６がそれぞれの行における交互の画素の前にあり
、第２のフィルタ１８がそれぞれの行における他方の交互の画素の前にあるよう
であってもよい。または、第１のフィルタ１６がそれぞれの列における交互の画
素の前にあり、第２のフィルタ１８がそれぞれの列における他方の交互の画素の
前にあるようであってもよい。
【００３１】 図５は、本発明の他の実施の形態により構成された装置１０を示す概略図であ
る。ビームスプリッター１４は、反射光のうちの一部を第２のイメージセンサ２
６に向け、反射光のうちの別の一部は、鏡７０に向けられて第１のイメージセン
サ２４に向かって反射される。第１および第２のイメージセンサ２４、２６は、
例えば回路板７２等の単一の基板上に形成されていてもよい。回路板７２はまた
、プロセッサ４０と第１および第２のアナログ／デジタル変換器４２、４４とを
含んでいてもよい。第１のイメージセンサ２４と第２のイメージセンサ２６とは
焦点距離が異なり得るので、装置１０は、それぞれ第１および第２のイメージセ
ンサ２４、２６用に意図された特定の波長を選択して適切な波長の光の焦点を第
１および第２のイメージセンサ２４、２６に合わせる第１および第２のレンズ２
０、２２を含んでもよい。
【００３２】 本発明はまた、対象者の眼３０を監視する方法も含む。該方法は、対象者の眼
３０を第１の波長の光で照らす段階と、対象者の眼３０を第２の波長の光で照ら
す段階とを含む。第１の波長は、例えば約９５０ｎｍであってもよく、第２の波
長は、例えば約８５０ｎｍであってもよい。方法はまた、第１の波長の光を感知
する段階と、それを示す第１の信号を供給する段階と、第２の波長の光を感知す
る段階と、それを示す第２の信号を供給する段階と、第１の信号を第２の信号か
ら減算したものを示す第３の信号を供給する段階とも含む。信号は電気的であっ
ても光学的であってもよく、アナログであってもデジタルであってもよい。第１
および第２の信号は、用途によって、アナログ形式からデジタル形式に変換され
てもよく、その逆であってもよい。第３の信号は、表示モニタ４６上に表示する
等、光学的画像を形成するのに用いてもよい。方法はまた、第１および第２のイ
メージセンサ２４、２６に同期信号を供給する段階も含んでもよい。対象者３２
が、例えば、眠いと判定される場合には、刺激信号を供給してもよい。その信号
は、可聴アラーム等のフィードバック装置４８に供給されてもよい。
【００３３】 ｐｅｒｃｌｏｓを判定する方法は、明るい画素を分離して別個の隣接した明る
い点にする段階と、それぞれの網膜の反射光を表す明るい点を選択する段階と、
それぞれの網膜の反射光の発光重心を計算する段階と、それぞれの網膜の反射光
の垂直画素高さを測定する段階と、それぞれの網膜の反射光について最大垂直画
素測定値を選択する段階と、移動性ｐｅｒｃｌｏｓウィンドウ値を計算する段階
とを含んでもよい。
【００３４】 当業者であれば、本発明の多くの変更および変形を実施することができる、と
いうことを理解しよう。前述の説明および特許請求の範囲は、すべてのそのよう
な変更および変形を包含するよう意図されている。更に、開示した材料および工
程は例示的であって網羅的ではない。他の材料および工程を用いて本発明を実施
する装置を作ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明により構成された装置の、ブロック図と概略回路図とを組み合
わせたものである。図１Ａは、約９５０ｎｍの波長を有する光で照らした対象者
の画像である。図１Ｂは、約８５０ｎｍの波長を有する光で照らした対象者の画
像である。図１Ｃは、図１Ａの画像を図１Ｂの画像から減算した結果生じる画像
である。
【図２】 単一のフィルタを用いた、本発明の他の実施形態による装置の、ブロック図と
概略回路図とを組み合わせたものである。
【図３】 単一のイメージセンサを有する、本発明の他の実施ＮＯ形態による装置の、ブ
ロック図と概略回路図とを組み合わせたものである。
【図４】 図３に示す装置のイメージセンサにおいて用い得る像平面の概略図である。
【図５】 回路板と鏡とを組み込んだ、本発明の他の実施の形態による装置の、ブロック
図と概略回路図とを組み合わせたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイヴィス，ロバート・ケイ アメリカ合衆国ペンシルバニア州15237， ピッツバーグ，アシュウッド・コート 1613 Ｆターム(参考） 5B047 AA30 BA02 BB04 BC05 BC07 BC09 BC11 5C086 AA23 BA21 CA11 CA28 DA08 EA15 EA31 EA45 【要約の続き】 またはそれよりも多いレンズ（２０、２２）も設けて、 反射光が少なくとも１つのイメージセンサ（２４、２ ６）に到達するまでにその反射光を焦点に集めてもよ い。

Claims (44)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象を監視する装置であって、 第１および第２の波長を有する光源であって、前記第１の波長は前記第２の波
    長と等しくない光源と、 前記第１の波長を有する反射光を示す第１の信号と、前記第２の波長を有する
    反射光を示す第２の信号とを作成する少なくとも１つのイメージセンサと、 前記第１および第２の信号を受け取り、前記第１の信号を前記第２の信号から
    減算したものを示す第３の信号を作成する制御装置と、 を備える装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の波長は９５０ｎｍである、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記第２の波長は８５０ｎｍである、請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記対象が反射する前記第１の波長の光と前記対象が吸収す
    る前記第１の波長の光との割合は、前記対象が反射する前記第２の波長の光と前
    記対象が吸収する前記第２の波長の光との割合と等しくない、請求項１記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 前記光源は、光を前記対象に送るように向けられており、前
    記少なくとも１つのイメージセンサは、前記対象からの反射光を受け取るように
    向けられている、請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記光源は、互いの間に開口部を規定する複数の光源を含
    み、 前記少なくとも１つのイメージセンサは、前記開口部を通る反射光を受け取る
    ように向けられている、 請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも１つのイメージセンサは、前記第１および第
    ２の信号を作成する第１のイメージセンサを含む、請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも１つのイメージセンサは、前記第１の信号を
    作成する第１のイメージセンサと、前記第２の信号を作成する第２のイメージセ
    ンサとを含む、請求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記第１のイメージセンサは、前記第２の波長を除外して前
    記第１の波長を有する反射光を受け取り、 前記第２のイメージセンサは、前記第１の波長を除外して前記第２の波長を有
    する光を受け取る、 請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記対象から反射した光を前記第１および第２のイメージ
    センサに分離するように向けられているビームスプリッターを更に含む、請求項
    ９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記ビームスプリッターと前記第１のイメージセンサと
    の間の第１のフィルタと、 前記ビームスプリッターと前記第２のイメージセンサとの間の第２のフィルタ
    と、 を更に含む、請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記ビームスプリッターと前記第１のイメージセンサと
    の間の第１のレンズと、 前記ビームスプリッターと前記第２のイメージセンサとの間の第２のレンズと
    、 を更に含む、請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 第１のフィルタを更に含み、前記ビームスプリッターが、
    前記第１のフィルタと前記第１および第２のイメージセンサとの間に向けられて
    いる、請求項１０記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記ビームスプリッターと前記第１のイメージセンサと
    の間の第１のレンズと、 前記ビームスプリッターと前記第２のイメージセンサとの間の第２のレンズと
    、 を更に含む、請求項１３記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記ビームスプリッターからの光を前記第１のイメージセ
    ンサに反射するように向けられている鏡を更に含む、請求項１０記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記鏡と前記第１のイメージセンサとの間の第１のレン
    ズと、 前記ビームスプリッターと前記第２のイメージセンサとの間の第２のレンズと
    、 を更に含む、請求項１５記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記第１および第２のイメージセンサは、前記対象の画像
    を同時に捕捉する、請求項８記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記制御装置は、前記第１および第２のイメージセンサの
    それぞれに同期信号を供給する、請求項１７記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記制御装置は、 前記少なくとも１つのイメージセンサに結合した入力端子を有する変換器と、 該変換器に結合したプロセッサと、 を含む、請求項１記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記制御装置と通信するビデオモニタを更に含む、請求項
    １記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記制御装置と通信するフィードバック装置を更に含む、
    請求項１記載の装置。
  22. 【請求項２２】 対象者の眼を監視する装置であって、 光を前記対象者の眼に向けるように位置する光源であって、前記光は第１およ
    び第２の波長を有し、前記第１の波長は前記第２の波長と等しくない光源と、 第１のイメージセンサと、 第２のイメージセンサと、 前記対象者の眼から反射した光を前記第１および第２のイメージセンサに分離
    するように向けられているビームスプリッターと、 該ビームスプリッターと前記第１のイメージセンサとの間の第１のフィルタと
    、 前記ビームスプリッターと前記第２のイメージセンサとの間の第２のフィルタ
    と、 前記第１および第２のイメージセンサと通信する制御装置と、 を含む装置。
  23. 【請求項２３】 前記第１のイメージセンサは、前記第１の波長を有する反
    射光を示す第１の信号を作成し、 前記第２のイメージセンサは、前記第２の波長を有する反射光を示す第２の信
    号を作成し、 前記制御装置は、前記第１の信号を前記第２の信号から減算したものを示す第
    ３の信号を作成する、 請求項２２記載の装置。
  24. 【請求項２４】 対象者の眼を監視する装置であって、 光を前記対象者の眼に向けて通すように配置された光源であって、前記光は第
    １および第２の波長を有し、前記第１の波長は前記第２の波長と等しくない光源
    と、 第１のイメージセンサと、 第２のイメージセンサと、 前記対象者の眼から反射した光を前記第１および第２のイメージセンサに分離
    するように向けられているビームスプリッターと、 前記対象者の眼が反射した光を、前記ビームスプリッターによって分離される
    前にフィルタリングするように配置された第１のフィルタと、 前記第１および第２のイメージセンサと通信する制御装置と、 を含む装置。
  25. 【請求項２５】 前記第１のフィルタは赤外線高域フィルタであり、 前記ビームスプリッターは二色性ビームスプリッターである、 請求項２４記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記第１のイメージセンサは、前記第１の波長を有する反
    射光を示す第１の信号を作成し、 前記第２のイメージセンサは、前記第２の波長を有する反射光を示す第２の信
    号を作成し、 前記制御装置は、前記第１の信号を前記第２の信号から減算したものを示す第
    ３の信号を作成する、 請求項２４記載の装置。
  27. 【請求項２７】 対象者の眼を監視する装置であって、 光を前記対象者の眼に向けて通すように配置された光源であって、前記光は第
    １および第２の波長を有し、前記第１の波長は前記第２の波長と等しくない光源
    と、 第１のイメージセンサと、 第２のイメージセンサと、 前記対象者の眼から反射した光を前記第１および第２のイメージセンサに分離
    するように配置されたビームスプリッターと、 該ビームスプリッターからの光を前記第１のイメージセンサに反射するように
    配置された鏡と、 前記第１および第２のイメージセンサと通信する制御装置と、 を含む装置。
  28. 【請求項２８】 前記第１のイメージセンサは、前記第１の波長を有する反
    射光を示す第１の信号を作成し、 前記第２のイメージセンサは、前記第２の波長を有する反射光を示す第２の信
    号を作成し、 前記制御装置は、前記第１の信号を前記第２の信号から減算したものを示す第
    ３の信号を作成する、 請求項２７記載の装置。
  29. 【請求項２９】 光を対象に向けて通すように配置された光源であって、
    前記光は第１および第２の波長を有し、前記第１の波長は前記第２の波長と等し
    くない光源と、 前記対象の前記第１の波長を有する反射光を示す第１の信号を作成する手段と
    、 前記対象の前記第２の波長を有する反射光を示す第２の信号を作成する手段と
    、 前記第１の信号を前記第２の信号から減算したものを示す第３の信号を作成す
    る手段と、 を含む装置。
  30. 【請求項３０】 前記第１の波長を有する反射光を前記第２の波長を有する
    反射光から分離する手段を更に含む、請求項２９記載の装置。
  31. 【請求項３１】 第１の信号を作成する前記手段は、前記対象の第１の画像
    を捕捉する手段を含み、 第２の信号を作成する前記手段は、前記対象の第２の画像を捕捉する手段を含
    む、 請求項２９記載の装置。
  32. 【請求項３２】 前記第１および第２の画像を同時に捕捉する手段を更に含
    む、請求項３１記載の装置。
  33. 【請求項３３】 第１の波長を有する光を対象に向ける段階と、 第２の波長を有する光を前記対象に向ける段階であって、前記第１の波長は前
    記第２の波長と等しくない段階と、 前記対象の前記第１の波長を有する反射光の第１の画像を捕捉する段階と、 前記対象の前記第２の波長を有する反射光の第２の画像を捕捉する段階と、 前記第１の画像を示す信号を前記第２の画像を示す信号から減算する段階と、 を含む方法。
  34. 【請求項３４】 前記第１の波長を有する光を向ける前記段階と、前記第２
    の波長を有する光を向ける前記段階とは、前記第１および第２の波長を有する光
    を同時に向ける段階を含む、請求項３３記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記第１の画像を捕捉する前記段階と、前記第２の画像を
    捕捉する前記段階とは、前記第１および第２の画像を同時に捕捉する段階を含む
    、請求項３４記載の方法。
  36. 【請求項３６】 前記第１の波長を有する光を向ける前記段階と、前記第２
    の波長を有する光を向ける前記段階とは、連続して前記第１の波長を有する光お
    よび前記第２の波長を有する光を向ける段階を含む、請求項３３記載の方法。
  37. 【請求項３７】 前記第１の画像を捕捉する前記段階と、前記第２の画像を
    捕捉する前記段階とは、連続して前記第１の画像を捕捉し前記第２の画像を捕捉
    する段階を含む、請求項３６記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記対象からの前記第１の波長を有する反射光を前記対象
    からの前記第２の波長を有する反射光から分離する段階を更に含む、請求項３３
    記載の方法。
  39. 【請求項３９】 対象者の眼を監視する方法であって、 前記対象者の眼を第１の波長を有する光で照らす段階と、 前記対象者の眼を第２の波長を有する光で照らす段階であって、前記第１の波
    長は前記第２の波長と等しくない段階と、 前記対象者の眼が反射した前記第１の波長の光を感知する段階と、 前記対象者の眼が反射した前記第２の波長の光を感知する段階と、 前記第１の波長を有する前記感知した光を示す第１の信号を供給する段階と、 前記第２の波長を有する前記感知した光を示す第２の信号を供給する段階と、 前記第１の信号を前記第２の信号から減算したものを示す第３の信号を供給す
    る段階と、 を含む方法。
  40. 【請求項４０】 前記第１の波長を有する光で照らす前記段階と前記第２の
    波長を有する光で照らす前記段階とは、前記対象者の眼を前記第１および第２の
    波長を有する光で同時に照らす段階を含む、請求項３９記載の方法。
  41. 【請求項４１】 前記第１の波長の光を感知する前記段階と前記第２の波長
    の光を感知する前記段階とは、前記第１および第２の波長を有する光を同時に感
    知する段階を含む、請求項４０記載の方法。
  42. 【請求項４２】 前記対象者の眼を前記第１の波長を有する光で照らす前記
    段階は、前記対象者の眼を８５０ｎｍの波長を有する光で照らす段階を含み、 前記対象者の眼を前記第２の波長を有する光で照らす前記段階は、前記対象者
    の眼を９５０ｎｍの波長を有する光で照らす段階を含む、 請求項３９記載の方法。
  43. 【請求項４３】 前記第１の波長を有する光で照らす前記段階と前記第２の
    波長を有する光で照らす前記段階とは、連続して前記対象者の眼を前記第１の波
    長を有する光で照らし前記対象者の眼を前記第２の波長を有する光で照らす段階
    を含む、請求項３９記載の方法。
  44. 【請求項４４】 前記第１の波長の光を感知する前記段階と前記第２の波長
    の光を感知する前記段階とは、連続して前記第１の波長を有する光を感知し前記
    第２の波長を有する光を感知する段階を含む、請求項４３記載の方法。
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