Gerät zur Prüfung der Vigilanz durch Ermittlung der Verschmelzungsfrequenz und Verwendung desselben
Es ist bekannt, dass die sogenannte Verschmelzungsfrequenz, d. h. die Frequenz sukkessiv gebotener Lichtreize, die die Wahrnehmung eines nicht unterbrochenen Lichtes erzeugt, ein Mass für den Allgemeinzustand, insbesondere die Reaktionsfähigkeit oder allgemein gesprochen die Vigilanz eines Menschen darstellt. Diese Erkenntnis hat bisher allgemein nur wissenschaftliche Bedeutung erlangt, d. h. auf dieser Erkenntnis fussende Geräte zur Prüfung der Vigilanz wurden nur zu wissenschaftlichen Untersuchungen eingesetzt und auch für solche konzipiert. Die Geräte weisen im allgemeinen einen Wechselspannungsgenerator einstellbarer Frequenz und eine mit der eingestellten Generatorfrequenz flimmernde Leuchtanzeige auf.
Durch Einstellen der Generatorfrequenz wird sodann festgestellt, bei welcher Frequenz für das untersuchte Individuum die Verschmelzung stattfindet und aus der dabei erreichten Frequenz wird auf die Vigilanz geschlossen. Diese Untersuchung erfolgt bei konstanter Helligkeit der Leuchtanzeige. Normalerweise sind jedoch auch Mittel zur Veränderung der Helligkeit vorhanden, damit auch die Abhängigkeit der Verschmelzungsfrequenz von der Intensität untersucht werden kann.
Solche für wissenschaftliche Untersuchungen konzipierte Geräte eignen sich für einen allgemeinen praktischen Einsatz kaum. Auch die einfachsten Untersuchungen, z.B. die Ermittlung der Verschmelzungsfrequenz bei einer bestimmten Helligkeit der Leuchtanzeige erfordert ziemlich viel Zeit in der Grössenordnung von Minuten. Es wäre jedoch sehr erwünscht, ein Gerät zur Prüfung der Vigilanz auf der an sich bekannten theoretischen Grundlage, beispielsweise zur Über- prüfung der Fahrtüchtigkeit von Fahrzeuglenkern oder ganz allgemein zur Überprüfung der Eignung von Personen, die sich einer besonderen Gefahr aussetzen oder eine besondere Verantwortung übernehmen, heranzuziehen. Ein Ziel vorliegener Erfindung besteht darin, solche Geräte zu schaffen, die einfach zu bedienen sind und schnell eine Überprüfung des augenblicklichen Zustands von Personen erlauben.
Ein weiteres Ziel besteht auch darin, die wissenschaftliche Vigilanzprüfung zu vereinfachen.
Das erfindungsgemässe Gerät zur Prüfung der Vigilanz durch Ermittlung der Verschmelzungsfrequenz ist gekennzeichnet durch mehrere, gleichzeitig wirksame Leuchtanzeigen, von welchen mindestens eine periodisch schwankene Helligkeit aufweist, sowie durch Mittel zur Einstellung einer beliebigen, im Verschmelzungsfrequenzbereich liegenden Frequenz der Helligkeitsschwankung. Im Falle eines einfachen Prüfungsgerätes, beispielsweise für Fahrzeuglenker, kann neben einer beliebigen Anzahl kontinuierlich beleuchteter Anzeigen oder kontinuierlich erscheinenden Anzeigen, eine einzige Leuchtanzeige vorhanden sein, deren Helligkeitsschwankungen auf eine individuell ermittelte untere Grenzverschmelzungsfrequenz eingestellt ist, für welche die betreffende Person noch über genügende Vigilanz, beispielsweise zum Führen eines Automobils, verfügt.
Es genügt in diesem Falle, aus der Anzahl vorhandener Leuchtanzeigen herauszufinden, welche Leuchtanzeige flimmert, um die Prüfung zu bestehen. Gemäss einer bevorzugten, erfindungsgemässen Verwendung des Gerätes, sind den Leuchtanzeigen Handschalter zugeordnet, die in einer Überwachungsschaltung liegen, die bei Fehlschaltung den Startstromkreis eines Fahrzeugs unterbricht bzw. offen hält. So ist es sehr einfach, eine rasche Kontrolle der persönlichen Vigilanz mit einer automatischen Überwachung eines Startstromkreises zu verbinden und damit eine wirksame Kontrolle der Fahrtüchtigkeit zu ermöglichen.
Die Anordnung einer Vielzahl von Leuchtanzeigen bietet anderseits auch die Möglichkeit, eine Reihe von Leuchtanzeigen in bezug auf die Frequenz bei geeignet vorgewählter Helligkeit oder in bezug auf die Helligkeit bei geeignet vorgewählter Frequenz abzustufen bzw. in zweidimensionaler Ausführung ein Raster von Leuchtanzeigen in einer Koordinaten-Richtung in bezug auf die Frequenz und in der andern Koordinaten-Richtung in bezug auf die Hellig- keit abzustufen,womit die Aufnahme von Diagrammen über die Abhängigkeit der Verschmelzungsfrequenz von der Helligkeit der Leuchtanzeige stark vereinfacht wird.
Solche Geräte können mit Vorteil zur raschen Bestimmung der persönlichen Verschmelzungsfrequenz von Personen verwendet werden, die sich ein einfaches Prüfgerät der oben erwähnten Art, beispielsweise für ihr Automobil, beschaffen wollen oder müssen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Prüfgerätes anhand der Zeichnung näher erläutert, welche das Schaltschema zeigt. Das Gerät weist eine Reihe von Leuchtanzeigen 1-7 auf. Diese Anzahl ist willkürlich gewählt und kann beliebig höher oder niedriger sein. Jeder Leuchtanzeige ist eine Schalttaste la-7a zugeordnet, die zur Betätigung eines Einschalters 1S7b dient. Die Einschalter lb-7b sind in an sich bekannter Weise derart verriegelt, dass immer nur einer dieser Schalter gleichzeitig eingeschaltet werden kann, das heisst jeder früher eingeschaltete Schalter wird in die dargestellte Ruhelage ausgeworfen, wenn ein anderer Schalter eingeschaltet wird. Jeder Leuchtanzeige ist ferner ein Umschalter lc-7c zugeordnet.
In der für die Umschalter 1c und 3c-7c dargestellten Ruhelage liegen die Umschalter lc-7c in Serie in einem Zündstromkreis 8 eines Automobils. Die Einschaltung dieses Zündstromkreises 8 erfolgt in der üblichen Weise durch das schematisch angedeutete Zündschloss bzw.
den üblichen Zündschalter 9.
Eine der Leuchtanzeigen 1-7, im vorliegenden Falle die Leuchtanzeige 2, wird von einem Generator gespeist, welcher mit einer einstellbaren Frequenz im praktisch vorkonnmenden Verschmelzungsfrequenzbereich von beispielsweise 20-80 Hertz schwingen kann.
Solche Anzeigen werden in der folgenden Beschreibung als flimmernde Anzeigen bezeichnet, unabhängig davon, ob sie im besonderen Falle als flimmernd empfunden werden oder nicht. Die Leuchtanzeige 2 flimmert somit, was in der Zeichnung durch eine kreuzweise Schraffung angedeutet ist. Alle übrigen Leuchtanzeigen sind mit Gleichstrom betrieben und flimmern somit nicht. Die Frequenz der Leuchtanzeige 2 ist auf die oben erwähnte untere Grenzverschmelzungsfrequenz der Person, welcher das Prüfgerät zugeordnet ist, eingestellt, d. h. diese Person wird ein Flimmern der Leuchtanzeige 2 noch eindeutig feststellen können, solange ihre Vigilanz für eine bestimmte Tätigkeit, im vorliegenden Falle das Führen des Automobils, noch ausreicht.
Der der flimmernden Leuchtanzeige 2 zugeordnete Umschalter 2c befindet sich nicht im Ruhezustand, sondern im dargestellten Bereitsschaftszustand, in welchem er den Zündstromkreis 8 unterbricht. Er steht in diesem Falle in Verbindung mit dem Einschalter 2b der Einheit 2 und bereitet in dieser Weise einen Stromkreis vor, der durch Betätigung des Einschalters 2b geschlossen werden kann.
Im Startstromkreis 8 liegt ein Schalter 10, der mittels einer Schalttaste 10' eingeschaltet werden kann.
Parallel zum Schalter 10 liegt ein Schalter 11 mit einer Selbsthaltewicldung 12 im Schalterstromkreis. Mit dem Schalter 10 wird ein Schalter 13 betätigt, der im Stromkreis einer nicht dargestellten elektronischen Verzögerungsschaltung liegt, welche das Öffnen der Schalter 10 und 13 verhältnismässig kurze Zeit nach ihrer jeweiligen Einschaltung, beispielsweise nach 2-3 Sekunden bewirkt. Anstelle einer elektronischen Verzögerungsschaltung kann natürlich ein Schalter mit mechanischer Ausschaltverzögerung verwendet werden.
Der durch die Einheiten 1-7 führende Zweig des Zündstromkreises 8 kann durch einen Notstromkreis 8a überbrückt werden, indem ein Notschalter 14 geschlossen worden ist. Die Bedingungen, unter welchen dieser Schalter betätigt werden darf, bedürfen hier keiner näheren Erläuterung.
Die Zeichnung zeigt die Schaltung im Ruhezustand bei offenem Zündschalter 9. Wird dieser Schalter mittels des Zündschlüssels geschlossen, so wird damit die Zündung noch nicht eingeschaltet, weil der Zündstromkreis 8 durch beide parallel liegende Schalter 10 und 11 unterbrochen ist. Durch Schliessen der Schalter 10 und 13 werden alle Leuchtanzeigen 1-7 wirksam. Verfügt die Bedienungsperson über die erforderliche Vigilanz, so wird sie augenblicklich feststellen, dass die Leuchtanzeige 2 flimmert und wird den Einschalter 2b durch Drücken der Taste 2a betätigen. Damit wird der Zündstromkreis über den Zündschalter 9, den Schalter 10 und die Schalter 1c, 2c, 2b und 3c-7c geschlossen, und das Fahrzeug kann gestartet werden.
Nach verhältnismässig kurzer Zeit wird der Schalter 10 automatisch geöffnet, womit der Zündstromkreis wieder unterbrochen würde. Eine Wiedereinschaltung ist jedoch jetzt möglich durch Betätigung des Schalters 11, durch welchen sofort wieder der Zündstrom zu fliessen beginnt und diesen Schalter mittels der Spule 12 eingeschaltet hält. Das Fahrzeug kann endgültig gestartet werden und der Zündstromkreis bleibt geschlossen, bis der Zündschlossschalter 9 geöffnet und damit der Selbsthalteschalter 11 zum Abfallen gebracht wird. Ist die Schaltung defekt, so kann der Notschalter 14 benützt werden, um das Fahrzeug in der üblichen Weise zu starten.
Beim Öffnen des Zündschlossschalters 9 fällt nicht nur der Selbsthalteschalter 12 ab, sondern es wird durch eine nicht dargestellte Automatik eine Umschaltung in dem Sinn vorgenommen, dass eine beliebige andere Leuchtanzeige mit dem erwähnten Generator verbunden wird, während die bisher flimmernde Leuchtanzeige 2 mit Gleichstrom gespiesen wird. Zugleich wird der Umschalter 2c in die Ruhestellung verbracht, während der der neu mit dem Generator verbundenen Leuchtanzeige zugeordnete Umschalter in die für den Umschalter 2c dargestellte Lage gebracht wird. Das Gerät ist damit für eine neue Prüfung vorbereitet, wobei es nichts nützt, sich eine bestimmte Stellung der flimmernden Leuchtanzeige merken zu wolien, weil es jedesmal erforderlich ist, den Einschalter an derjenigen Stelle zu betätigen, an welcher die flimmernde Leuchtanzeige sich befindet.
Kann das Flimmern nicht mehr festgestellt werden, was ein Zeichen dafür ist, dass die Vigilanz unter ein zulässiges Minimum zum Führen eines Fahrzeuges abgesunken ist, so könnte nur noch zufällig die richtige Taste zum Schliessen des Zündstromkreises betätigt werden. Es ist somit sehr unwahrscheinlich, dass trotz ungenügender Vigilanz das durch die dargestellte Einrichtung abgesicherte Fahrzeug benützt werden kann.
Wie oben erwähnt, kehrt das dargestellte Gerät je nach ungefähr 2-3 Sekunden in die dargestellte Ruhelage zurück, wenn es nicht gelingt, in dieser Zeit die flimmernde Leuchtanzeige zu ermitteln und den zugeordneten Einschalter zu betätigen und damit den Zündstromkreis zu schliessen. Es wäre somit möglich, in entsprechenden Abständen von 2-3 Sekunden, immer wieder zu versuchen, zufällig den richtigen Schalter zu betätigen, was innerhalb verhältnismässig kurzer Zeit dazu führen könnte, dass das Fahrzeug trotz mangelnder Vigilanz in Betrieb gesetzt werden kann. Um diese Möglichkeit auszuschliessen, könnte zusätzlich eine geeignete Sperrschaltung vorhanden sein, die jedesmal anspricht, wenn ein falscher Einschalter betätigt wird und das ganze Gerät während einer angemessenen Zeit von beispielsweise 15 Minuten ausser Betrieb setzt.
Eine Einschaltung des Gerätes durch Zufall müsste in diesem Falle im allgemeinen sehr lange Zeit in Anspruch nehemen, so dass ein unerlaubtes Einschalten gar nicht versucht würde.
Wenn eine solche Sperrschaltung vorgesehen ist, dann können die Einschalter lb-7b ausserdem als Geschicklichkeitsprüfgeräte ausgebildet sein, d. h. die Einschaltung würde beispielsweise einen längeren, genau vorgeschriebenen Einschaltweg erfordern. Bei herabgesetzter Vigilanz, insbesondere in betrunkenem Zustand wäre es allgemein nicht mehr möglich, den Schalter auf dem vorgeschriebenen Weg einzuschalten. Abweichungen von diesem vorgeschriebenen Einschaltweg würden durch Kontaktgabe die oben erwähnte Sperrvorrichtung zum Ansprechen bringen, wodurch weitere Versuche zum zufälligen Einschalten des Gerätes ausgeschlossen würden.
Die in der Zeichnung dargestellte ortsfeste Anordnung einer Reihe von Leuchtanzeigen und zugeordneter Schalter lb-7b und lc-7c bedingt verhältnismässig umständliche Hilfsmittel zur Umschaltung des Generators an verschiedene Leuchtanzeigen und die entsprechende Vorbereitung eines der Schalter c in die wirksame Stellung. Eine erhebliche schaltungstechnische Vereinfachung ist daher möglich, wenn die Leuchtanzeigen 1-7 und die zugeordneten Schalter zentralsymmetrisch auf einem drehbaren Träger angeordnet sind, der nach jeder Benützung des Gerätes um einen zufallbedingten Betrag verdreht wird, um die ständig mit dem Generator verbundene Leuchtanzeige in verschiedene, nicht zum voraus bestimmte Lagen zu bringen.
Die Zuführung der verschiedenen Stromkreise zu diesem drehbaren Träger kann über eine verhältnismässig geringe Anzahl von Schleifringen erfolgen.
Das in der Zeichnung schematisch dargestellte Gerät erlaubt mit verhältnismässig einfachen Mitteln, d. h.
einem einzigen Generator und einer flimmernden Leuchtanzeige eine zuverlässige Überprüfung der persönlichen Vigilanz in sehr kurzer Zeit. Das Gerät gestattet jedoch nicht eine Prüfung der wirklich vorhandenen Verschmelzungsfrequenz und somit Vigilanz, sondern es gestattet lediglich festzustellen, ob die Vigilanz unter oder über einem gewissen Minimum liege.
In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, mit einem ebenfalls verhältnismässig einfachen Gerät in kurzer Zeit die Verschmelzungsfrequenz und damit die Vigilanz einer bestimmten Person ermitteln zu können. Zu diesem Zweck kann mit Vorteil ein Gerät verwendet werden, das vorzugsweise vertikal übereinander eine grö ssere Anzahl von Leuchtanzeigen aufweist, die mit abgestufter, insbesondere nach oben ansteigender Frequenz flimmern. Die Abstufung kann auch in der Weise erfolgen, dass die höchste oder tiefste Frequenz oder Intensität z.B. in der Mitte liegt. Anhand diese Gerätes braucht nur mit einem Blick festgestellt zu werden, bis zu welcher Höhe, d. h. zu welcher Frequenz die flimmernden Anzeigen noch als flimmernd empfunden werden, womit der Betrachter über seine momentane Vigilanz orientiert ist.
Das Gerät arbeitet somit bedienungsfrei, was insofern einen besonderen Vorteil darstellt, als durch jede aktive körperliche Leistung einer Person deren Vigilanzgrad etwas erhöht wird.
Einer solchen Reihe von mit abgestuften Frequenzen flimmernden Leuchtanzeigen kann ebenfalls eine Schalttastatur ähnlich der in der Figur dargestellten zugeordnet werden. Die Schaltung kann so ausgebildet sein, dass entweder die Taste zu drücken ist, die der Leuchtanzeige zugeordnet ist, die mit der wahrgenommenen Flimmerfusionsfrequenz flimmert, oder alle Tasten zu drücken sind, die den flimmernd erscheinenden Leuchtanzeigen zugeordnet sind.
In allen Fällen kann durch eine entsprechende Schaltung aus der gedrückten Taste selbst oder aus der Zahl der gedrückten Tasten oder aber auch aus der Tatsache, dass die Schalter in der richtigen Reihenfolge der ansteigenden Frequenz betätigt worden sind, geschlossen werden, ob die Bedienungsperson über die erforderliche Vigilanz verfüge oder nicht und es kann in der oben beschriebenen Weise die Einschaltung eines Startstromkreises für ein Fahrzeug automatisch gestattet oder aber verhindert bzw. für einige Zeit gesperrt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Gerätes wird der Gedanke, die Prüfung der Vigilanz durch gleichzeitiges Darbieten mehrerer Leuchtanzeigen zu vereinfachen und zu beschleunigen, zur Ermittlung bzw. Aufnahme von Diagrammen angewendet. In diesem Gerät ist ein vollständiges Raster von Leuchtanzeigen vorhanden, welche in einer Koordinatenrichtung, beispielsweise in vertikaler Richtung mit zunehmender Frequenz flimmern und die in der anderen Koordinatenrichtung, beispielsweise in horizontaler Richtung, mit verschiedener Helligkeit leuchten.
Mit anderen Worten flimmern in diesem Raster von Leuchtanzeigen alle Leuchtanzeigen einer horizontalen Reihe mit gleicher Frequenz, wobei die Frequenz in übereinanderliegenden Reihen stufenweise zunimmt und alle Leuchtanzeigen, die in einer Reihe vertikal übereinanderliegen, leuchten mit gleicher Helligkeit, wobei die Helligkeit der Reihen in horizontaler Richtung stufenweise zu- oder abnimmt.
Alle in Frage kommenden Frequenzen kl... vl, sowie alle in Frage kommenden Intensitäten J... Jn werden also vermittels eines zweidimensionalen Lampenfeldes simultan dargeboten.
Vn,Jl Vn,J2 . . . vn,Jn v2,J1 v2,J2 v1,J1 vl,J2 . . Y1,Jn
Ein Beobachter nimmt dann seine jeweilige persönliche Flimmergrenze als Trennlinie zwischen einem flimmernd und einem nichtflimmernd erscheinenden Flächenteil innerhalb des Lampenfeldes wahr.
Die so erkannte Flimmergrenzlinie wird im allgemeinen nicht gerade, sondern in irgendeiner Form gekrümmt sein, so dass eine Entzerrung oder Normierung auf eine Basislinie zweckmässig sein kann. Wenn dem Beobachter die Flimmergrenzlinie (unter Standardbedingungen) etwa als Horizontale in der Mitte des Lampenfeldes erscheinen soll, so kann er die erforderliche Begradigung z.B. in der Weise vornehmen, dass er z.B. durch achsenparallel den Lampenreihen zugeordnete und entsprechend geschaltete Präzisionspotentiometer die Frequenzen vl ... y, bei einer bestimm ten Intensität J; um dv herauf- oder heruntersetzt.
Führt man alle Potentiometer zweifach, d. h. als Tandem-Potentiometer auf derselben Potentiometerachse aus, so sind die Verstellwerte der einzelnen Zweitpoteniometer nunmehr die objektive Basis für eine elektronische Datenerfassung des subjektiv Gesehenen.
Auf einer dem Lampenfeld vorgelagerten Glasscheibe oder einem mit durchsichtigem Papier bespannten Schirm kann der Betrachter seine wahrgenommene Grenzlinie auch unmittelbar aufzeichnen.
Nach Einnahme irgendeines Pharmakons, das die zentralnervöse Situation beeinflusst, oder nach Ausführung einer mit psychischer Ermüdung verbundenen Tätigkeit wird die Gestalt der Flimmergrenzlinie mit Einsetzen der Wirkung sich allmählich spektrumsartig verändern; die Transienten können vom Beobachter in zeitlichen Abständen nachgezeichnet werden.
Setzt man ein zweites korrespondierendes Lampenfeld neben das erste, so kann mit konventioneller Elektronik und Schaltungstechnik erreicht werden, dass durch das blosse Nachfahren mit einem Finger entlang der wahrgenommenen Flimmergrenzlinie, z. B. durch leichte Berührung einer unter jeder Lampe auf Feld 1 angebrachten Taste, diese als Linie derselben Form auf Feld 2 nunmehr stetig und objektiv sichtbar aufleuchtet.
Die Bedeutung eines solchen Gerätes zur Prüfung von Psycho-Pharmaka und zur quantitativen Erfassung von mit psychischer Ermüdung einhergehenden Leistungen und Tätigkeiten ist offensichtlich.