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1. Bezeichnung des Gegenstands
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Bei
dem Gegenstand des Gebrauchsmusters handelt es sich um ein gegenüber dem
Stand der Technik äusserst
kompakt gebautes Gerät,
mit dessen Hilfe der Gehalt an Alkohol oder anderer berauschender
und betäubender
Substanzen im Blut, oder andere Inhaltsstoffe in sonstigen Flüssigkeiten,
durch Anwendung einer ATR-interferometrischen Messmethode spektral
hochauflösend
bestimmt werden können,
ohne dass hierzu Blut bzw. eine andere Flüssigkeitsprobe für die Analyse
entnommen oder ein direkter Kontakt des Messsensors zur entsprechenden Flüssigkeit
oder den Inhaltsstoffen hergestellt werden muß.
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Die
somit gewonnenen Messwerte können, neben
anderem, zu einer Überprüfung des
Alkoholgehalts im Blut eines Fahrzeugführers und daraus folgernd zur
Auslösung
einer Start- und Wegfahrsperre für
das entsprechende Fahrzeug verwendet werden. Durch die spezifische
Messmethode ist zudem eine kontinuierliche und vergleichende Überprüfung von
Blutinhaltsstoffen und der Herzschlagfrequenz gegeben, und damit
eine Identifizierung der fahrzeugführenden Person möglich.
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2. Beschreibung des Gerätes
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2.1 Klassifizierung des Gerätezwecks
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Die
Zweckbestimmung des neuartigen Messsystems ist die unmittelbare,
qualitative und quantitative, quasi zeitverzugsfreie, hochspezifische Identifizierung
natürlicher
und synthetischer Flüssigkeiten,
sowie die Ermittlung der chemischen und physikalischen Zusammensetzung
der Inhaltsstoffe und deren Konzentration durch Messung spektraler
Signaturen. Die zur Anwendung gebrachte Messmethode gehört zur Kategorie
der sogenannten aktiven Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind,
dass das Messobjekt, also die Flüssigkeit,
mit Strahlung einer bestimmten Eigenschaftsausprägung direkt oder indirekt beaufschlagt
wird und mit dem Messobjekt in Wechselwirkung tritt. Aus den sich
dabei ergebenden Änderungen
der Strahleigenschaften können die
charakteristischen Parameter des Messobjekts und der Inhaltsstoffe
abgeleitet werden.
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Bei
dem Erfindungsgegenstand handelt es sich um ein Gerät, bei dem
der Messsensor nicht notwendigerweise mit der zu vermessenden Flüssigkeit und
den Inhaltsstoffen in direkten physischen Kontakt gebracht werden
muß, denn
prinzipiell lassen sich die Art der Flüssigkeit und deren Inhaltstoffe
unter bestimmten Voraussetzungen auch durch eine Trennwand hindurch
ermitteln.
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Für die Anwendung
sowohl der physisch kontaktierenden als auch der physisch nicht-kontaktierenden
Messmethode muß weder
das Messverfahren noch der grundlegende Aufbau des Messgerätes verändert werden.
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Für den Anwendungsfall
der Blutalkoholbestimmung sind die Anwendung des Messverfahrens und
die Messmethodik so konfiguriert, dass eine eindeutige Zuordnung
der Messwerte zu einer bestimmten Person in einem Fahrzeug, zweckmäßigerweise dem
Führer
eines Fahrzeugs, vorgenommen und die bewusste oder unbewusste Zuordnung
der Messwerte zu einer anderen Person im Fahrzeug ausgeschlossen
werden kann.
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2.2 Stand der Technik
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Die
derzeit am häufigsten
angewandte Methode zur Bestimmung des Blutalkohols für verkehrstechnische
Belange, nämlich
durch Messung des Gehalts an Alkohol in der Atemlust, ist durch
folgende Unsicherheiten gekennzeichnet:
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A: Substanz- und reaktionsspezifische
Gründe:
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- 1. die Messsensoren zur Bestimmung des Alkoholgehalts
in der Atemluft können
die Moleküle des
Trinkalkohols (Ethylalkohol) nicht eindeutig von Molekülen ähnlicher
Struktur und Reaktivität, die
ebenfalls in alkoholischen Getränken
vorhanden sind, unterscheiden. Damit ist bereits die Mengenangabe
zum Anteil des Ethylalkohols in der Atemluft unspezifisch und damit
unzuverlässig;
- 2. Diabetiker und auf Diät
gestellte Personen weisen den hundert- bis tausendfachen Acetonwert in
ihrer Atemluft auf. Aceton ist eine der Substanzen, die spektral
fälschlicherweise
bevorzugt als Ethylalkohol in der Atemluft ausgewiesen wird;
- 3. Substanzen aus der Umgebung der Bezugsperson können fälschlicherweise
ebenfalls als Ethylalkohol in der Atemlust ausgewiesen werden. Hierzu
gehören
Stoffbeimengungen zu Lacken und Farben bzw. zu Farblösemitteln,
Reinigungsflüssigkeiten
(insbesondere Äther),
einige (nichtkonsumierbare) Alkohole und weitere natürliche und
synthetische äolische
Substanzen;
- 4. bei der Ausweisung des Alkoholanteils im Blut aus dem Alkoholanteil
in der Atemluft wird ein konstantes Verhältnis von 2100 zu 1 des Alkoholanteils
im Blut zu jenem in der Atemluft angenommen. Dieses Verhältnis schwankt
Personen- und zeitabhängig
und führt
damit zu signifikanten Fehleinschätzungen des wirklichen Alkoholgehalts
im Blut;
- 5. eine der hauptsächlichsten
Fehlerfaktoren stellt die Annahme dar, dass der Alkohol in der Atemluft ausschließlich aus
den Alveolen der Lunge stammt und damit repräsentativ für den Alkoholgehalt des Blutes
ist. Alkohol kann jedoch, neben anderem, auch aus biochemischen
Prozessen im Mund, in der Kehle und im Magen stammen. Die größte Fehlerquelle
stellt in diesem Zusammenhang der Mundalkohol dar, da er nicht notwendigerweise
aus metabolischen Prozessen im Körper
stammt und deshalb auch keinen Beitrag zum Blutalkohol leistet;
- 6. eine häufige
Ursache des Mundalkohols stellt die Eructation von Magengasen dar.
Bei diesem kurzzeitigen Aufstoßen
wird die im Magen angestaute Gasmenge über den Mund freigesetzt. Diese
Gasmenge weist wegen der vorangegangenen Ansammlung im Magen einen
erheblichen, aber für
den Blutalkohol nicht repräsentativen
Alkoholgehalt, auf. Aber auch ohne die Eructationsmenge kann durch
den in der Mundluft festgestellten Alkoholgehalt kein Rückschluss
auf den Alkoholgehalt des Blutes gezogen werden.
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B. Geräte-
und verfahrenstechnische Gründe:
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- 1. Bei dem Verfahren zur Ableitung des Blutalkohols
aus der Atemluft wird zumeist eine Art Auffänger oder Atemmaske zur Sammlung
der Atemluft verwendet. Dabei kann nicht sichergestellt werden,
dass die Atemluft wirklich vom Fahrzeugführer und nicht von einer anderen
Person im oder außerhalb
des Fahrzeugs stammt;.;
- 2. Zur Sicherstellung, dass die verwendete Atemluft vom Führer des
Fahrzeugs stammt, müsste die
Auffangvorrichtung für
die Atemluft so angebracht sein, dass jeweils nur sie und nicht
eine andere Person im Fahrzeug diese Auffangvorrichtung verwenden
kann;
- 3. Es muß sichergestellt
werden, dass die Person, an der die Messung vorgenommen wird, identisch ist
mit jener, die das Fahrzug startet und führt. Dies erfordert, dass der
Führer
des Fahrzeugs die Atemmaske permanent trägt. Eine solche Maßnahme stellt
jedoch eine unzumutbare Belästigung
und eine Behinderung bei der Führung
des Fahrzugs dar.
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2.3 Neuheit des Verfahrens und des Gerätes
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Das
hier behandelte neuartige Bestimmungssystem kombiniert die grundlegenden
Funktionsprinzipien eines ATR-Elements (ATR = Attenuated Total Reflection,
Abgeschwächte
Totalreflektion) mit einer Funktionseinheit zur Erhöhung des
radiometrischen Auflösungsvermögens. Durch
eine geeignete technische Auslegung des Interferometers wird dabei
eine kompakte Bauweise des Gesamtgerätes erreicht. Zudem lässt sich
durch die Geräteauslegung
und die Gerätehandhabung
eine Zuordnung der Messwerte zu einer bestimmten Person sicherstellen.
Diese Unterbindung der Austauschbarkeit der Bezugsperson wird durch
die spezielle Auslegung der Messvorrichtung und durch Vergleich
der mit dieser Referenzperson initial ermittelten personenspezifischen
Messgrößen verhindert.
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Um
die hohen Leistungsverluste zu vermeiden, die sich bei Wechselwirkung
der Messstrahlung mit dem Messobjekt im allgemeinen ergeben, wird beim
vorliegenden Gerät
die Messstrahlung mit Hilfe eines ATR-Elements auf das Messobjekt
geleitet. Durch die für
das ATR-Element charakteristische Totalreflektion tritt dabei kein
Energieverlust beim Messstrahl auf dem Weg vom Eintritt bis zum
Austritt aus dem Messobjekt auf. Es werden lediglich die auf Anregung
der Substanzmoleküle
beruhenden wellenlängen-
und stoffspezifischen Anteile (im Evaneszenzfeld der Strahlung)
absorbiert. Aus den dergestalt teilweise oder vollständig absorbierten
Wellenlängenanteilen
kann auf die Art der Flüssigkeit
(also z. B. Blut), deren Zusammensetzung, deren Inhaltsstoffe (so
z. B. Alkohol) und deren Konzentration geschlossen werden.
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Durch
Verwendung eines ATR-Elements tritt bei dessen schlüssiger Berührung mit
dem Messobjekt keine Abschwächung
der Strahlenintensität
ein und folglich wird damit die Bereitstellung eines leistungsstarken
Messsignals sichergestellt.
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Ein
signifikanter Vorteil der Messstrahlführung durch ein ATR-Element
besteht auch darin, dass selbst bei starker Hintergrundabsorption
der Messstrahlung (z. B. durch Inhaltsstoffe oder Kontamination
der Objektoberfläche)
keine Minderung oder Verfälschung
des Messsignals eintritt.
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Durch
die Verwendung des ATR-Elements können die spektroskopischen
Eigenschaften über den
gesamten Wellenlängenbereich
hinweg oder in einem Ausschnitt davon untersucht werden. Damit wird
jedoch nicht gleichzeitig die für
eine Detailidentifizierung der Messsubstanz und der Inhaltsstoffe
erforderliche hohe spektrale Auflösung einzelner spektraler Signaturen
erreicht.
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Durch
geeignete Führung
und Modulation wird der Strahl befähigt, auch Trennwände weitgehend
ungedämpft
zu durchdringen, mit der darunter liegenden Flüssigkeit und deren Inhaltsstoffen
in Wechselwirkung zu treten, und ungedämpft wieder zum ATR-Element
zurückzukehren.
Dabei werden lediglich die für
bestimmte Stoffe charakteristischen Strahlungsanteile energetisch
gemindert. Die Haut erfüllt
die Voraussetzung für
einen ungedämpften Durchgang
der Messstrahlung.
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Dies
bedeutet, dass eine zuverlässige
Messwertbestimmung selbst bei einer so spezifischen Substanz wie
z. B. Alkohol trotz der personenspezifisch unterschiedlichen Eigenschaften
der Hautoberfläche
und der Hautstruktur durch die Haut hindurch möglich ist.
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Über eine
nur in Grenzen veränderbare
Anordnung des Messsensors relativ zur Bezugsperson kann eine Zuordnung
der Messwerte zu dieser Person festgelegt und eine andere Person
als Lieferant der Messwerte ausgeschlossen werden. Zur Steigerung
der Sicherheit bei der Zuordnung und damit auch der Nichtaustauschbarkeit
der Referenzpersonen können
auch die gemessenen Spektralwerte des Blutes und deren Inhaltsstoffe
und gegebenenfalls auch andere physische Spektralsignaturen herangezogen
werden. Das Blut, die Körperoberfläche und einige
Körperflüssigkeiten
enthalten eine Vielzahl von personenspezifisch natürlich vorhandenen
oder zugeführten
Substanzen, die mit dem hier vorgestellten Verfahren mit genügender Genauigkeit
gemessen und damit zur Identifizierung und Diskriminierung von Personen
verwendet werden. Es handelt sich hierbei um Spektralsignaturen,
deren Messung keinen störenden
Einfluss bei der Bestimmung der Signaturen der Blutinhaltsstoffe
ausüben.
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Die
Bestimmung einer Vielzahl von Substanzen – neben dem Alkohol – erfordert
zweckmäßigerweise
ein erhöhtes
spektrales Auflösungsvermögen, da
zumeist erst die spektralen Feinstrukturen einzelner Substanzen
eine erhöhte
Unterscheidbarkeit und Eindeutigkeit gewährleisten.
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Zur
Steigerung des spektralen Auflösungsvermögens über den
gesamten erforderlichen Wellenlängenbereich
oder einen Teilbereich davon wird die aus dem ATR-Element austretende
Strahlung in eine Vorrichtung in Anlehnung an die Funktionsweise eines
Interferometers verwendet.
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2.4 Fahrzeugspezifische Aspekte
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Durch
Kombination des ATR-Elements mit dem kompakten Interferometer wird
eine weitgehend störungsfreie
hochauflösende
Messung spektraler Signaturen von Alkohol und anderen Inhaltstoffen, wie
z. B. Rauschmittel und Medikamenten und auch von Metaboliten ohne
Entnahme einer Blutprobe in Echtzeit und gegebenenfalls permanent
ermöglicht. Damit
erweist sich das Messverfahren als besonders geeignet für eine direkte
verzugszeitfreie Verwendung zur Feststellung von Alkohol und anderen
Betäubungs-
und Rauschmitteln bei den Führern
von Kraftfahrzeugen.
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Um
für die
praktische Überwachung
der durch Alkohol, Rauschmittel oder Medikamente in ihrem Verhalten
beeinträchtigten
Führer
eines Fahrzeuges nützlich
und justitiabel zu sein, ist eine eindeutige Zuordnung der gemessenen
Blutwerte zum Führer
des Fahrzeuges erforderlich.
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Aus
den oben geschilderten Gründen
ist die Nutzung der Atemluft zur Feststellung des relevanten Alkoholgehalts
des Blutes nicht zweckmäßig. Zudem ist
mit dem dafür
verwendeten Gerät
nicht sichergestellt, dass es sich hierbei wirklich um die Atemluft des
Fahrzeugführers
und nicht um jene einer Begleitperson handelt.
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Eine
entsprechende Prüfung
muß deshalb folgendermaßen erfolgen:
- a) es muß sichergestellt
werden, dass bei Feststellung des Alkoholgehalts im Blut des Fahrzeugführers der
Fahrzeugmotor nicht unmittelbar gestartet werden kann, und
- b) es muß sichergestellt
werden, dass nach einem eventuell erfolgten Start des Fahrzeugmotors (durch
eine andere Person) keine alkoholisierte Person die Führung des
Fahrzeugs übernimmt und
fortsetzt.
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Aus
diesen Anforderungen ergibt sich die Notwendigkeit, dass die gemessenen
Blutwerte eindeutig der im Führersitz
des Fahrzeugs befindlichen Person und nicht einer anderen im oder
ausserhalb des Fahrzeug anwesenden Person zugeordnet werden können.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass die Signal- und Energieleitungen dergestalt
zum Sitz des Fahrzeugführers
angeordnet sind, dass sie die Feststellung des Blutalkohols nur
für die
Person im Sitz des Fahrzugführers
und keine andere Person zulassen.
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Die
hier vorgestellte Geräteauslegung
erfüllt die
dafür erforderlichen
Voraussetzungen.
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Ausschlaggebend
hierfür
ist die verfahrenstechnische Möglichkeit,
die Messung von Inhaltsstoffen des Blutes durch die Haut hindurch
vorzunehmen. Für
den vorliegenden Fall bietet sich unter Berücksichtigung der verschiedenen
Einschränkungen eine
Messung an einem Ohrläppchen,
oder noch besser am Ohrläppchen
des linken und des rechten Ohres, an. Die eigentliche Messapparatur
ist so klein dimensioniert, dass sie in der Rückenlehne des Fahrzeugführersitzes
untergebracht werden kann. Die Messleitungen treten links und rechts
vom Kopf aus dem Führersitz
aus. Sie sind nur insoweit aus dem Sitz extrahierbar, dass sie das
jeweilige Ohr des Fahrzeugführers,
nicht aber das Ohr einer anderen Person erreichen. Durch Vergleich
der gleichzeitig an jeweils einem Ohr ermittelten Messwerte wird
sichergestellt, dass es sich hierbei um die Ohren und damit die
Messwerte der gleichen Person handelt. Durch die begrenzte Länge der
Messleitungen wird verhindert, dass die Messungen bei einer Person
erfolgt, die ihren Kopf so in die Nähe der aus dem Sitz austretenden
Messleitungen platziert, dass die Messungen an den Ohren dieser
Person und nicht an den Ohren des Fahrzeugführers vorgenommen werden können.
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Zudem
wird ausgeschlossen, dass die Parallelmessungen an den Ohren zweier
Personen vorgenommen werden. Dies wird durch gleichzeitige Messung
und Vergleich der Blutwerte oder noch besser, der Blutdruckwerte
und/oder der Frequenz des Herzschlags, erreicht, wobei eine ausgeprägte Gleichzeitigkeit
des Druck- bzw. Frequenzverlaufs bei beiden Sensoren als Indiz der
Herkunft der Messwerte von der gleichen Person gewertet werden kann.
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Bei
Erfüllung
der Voraussetzungen an den Alkoholgehalt des Blutes beim Fahrzeugführer wird die
Anlasssperre für
den Motor freigegeben, und der Motor kann angelassen werden. Beim
Vorliegen einer Notfallsituation kann diese Sperre nach mehrmaligen
erfolglosen Startversuchen durch eine bewusst ausgeführte Überbrückung der
Startsperre freigegeben werden.
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Um
zu vermeiden, dass die Freigabe des Motorstarts auf der Basis der
Messwerte einer nüchternen
Person erfolgt, aber eine alkoholisierte Person danach für die Fahrzeugführung den
Sitz des Fahrzeugführers
einnimmt, ist es erforderlich, die Messung nach dem Start des Motors
in der gleichen Art wie vor dem Start des Motors fortzusetzen.
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Nimmt
nach dem Start des Motors eine andere (alkoholisierte) Person den
Sitz des Fahrzeugführers
ein, so wird dies unverzüglich
durch die dann ermittelten Abweichungen der Messwerte offensichtlich.
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Ein
entsprechender Vergleich muß zweckmäßigerweise
auch bei jedem Wechsel des Besetzers des Fahrzeugführersitzes
durchgeführt
werden.
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Wird
dabei ein bedenklicher Wert des Blutalkoholgehalts festgestellt,
dann sind entsprechende Maßnahmen
zum Abbruch der Fahrzeugbewegung und der Fahrzeugführung durch
die auffällige
Person einzuleiten.
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3. Leistungsfähigkeit
des Gerätes
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Der
wesentliche Unterschied bei der Anwendung dieses neuen Gerätes im Gegensatz
zu einem Gerät
unter Verwendung von Atemluft besteht darin, dass bei ersterem der
Alkoholgehalt des Blutes und bei letzterem nur jener in der Atemluft
bestimmt wird, Die Alkoholkonzentration im Blut hängt im Gegensatz zu
jenem in der Atemluft jedoch unmittelbar mit der Fähigkeit
zur Führung
eines Kraftfahrzeugs zusammen und sie kann deshalb im Hinblick auf
die Zweckbestimmung der Messung als relevant und damit auch als
für eine
justitiable Verwendung geeignet bewertet werden.
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Zudem
bietet das neue Gerät
auch noch die Möglichkeit,
andere Blutinhaltsstoffe ausser Alkohol zu bestimmen und deren Konzentration
zu quantifizieren. Beispiele relevanter Substanzen sind eine Vielzahl
von Medizin-, Rausch- und Betäubungsstoffen,
die die Befähigung
der Fahrzeugführer
in einschränkender
Weise beeinflussen können.
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Zu
diesen Substanzen gehören
vor allem auch der Blutzucker und Stoffe, die als natürliche körperspezifische
Indikatoren für
Stress und Müdigkeit auftreten.
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Durch
die Vielzahl der gleichzeitig bestimmbaren Inhaltsstoffe des Blutes
ist es möglich,
auch mit der Alkoholaufnahme und dem Alkoholmetabolismus zusammenhängende Substanzen
zu identifizieren und daraus die Ursache für auffälliges Wahrnehmungs- und Reaktionsvermögen des
Fahrzeugführers
aufzudecken.
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Die
zur Identifizierung der einzelnen Substanzen erforderlichen spektralen
Signaturen werden ex-vivo spektral bestimmt und in digitaler Form
im Gerät
abgespeichert. Durch Methoden der Statistik und Signalauswertung,
insbesondere durch Anwendung überwachter
und nichtüberwachter
Verfahren der hierarchischen Klassifikation werden die Einzelsubstanzen
und deren Konzentration bestimmt und deren Vorhandensein im Blut
zeitgleich dargestellt. Mit dieser gesamtheitlichen Darstellung
lassen sich gegenseitig verstärkende
physiologische Wirkungen ableiten, was bei Betrachtung von nur einem
oder nur wenigen Wirkstoffen nicht schlüssig und nicht umfassend möglich wäre.
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Die
gesamtheitliche, über
den Alkoholeinfluss hinausgehende Wirkungsdarstellung ergibt einen
umfassenderen Einblick in die Ursachen eines bestimmten Führungsverhaltens
als dies durch isolierte Bewertung nur einer, dem Alkohol, oder
weniger anderer Substanzen möglich
wäre. So
könnte sich
z. B. der Fall der erhöhten
Fahruntüchtigkeit
bei zwar geringer Einnahme von Alkohol, aber zusätzlich zeitnaher Einnahme von
Medikamenten oder sonstigen Rausch- und Betäubungsmitteln ergeben. Durch die
Nachprüfung
nur allein des Alkoholgehalts im Blut könnten eventuell die Wechselwirkungseinflüsse auf das
Führungsverhalten
nicht aufgedeckt und erklärt werden.
Zudem lassen sich durch Messungen über einen bestimmten Zeitraum
hinweg auch die Historie der auf das Führungsverhalten einwirkenden
Einflussgrößen und
deren zeitlichen Veränderungen,
z. B. durch metabolische Reaktionen, nachweisen und nachvollziehen.
Durch digitale Aufzeichnung können derartige
Nachweise von signifikanter justitiabler Bedeutung sein. Die Bestimmung
der Blutinhaltsstoffe erfolgt unter Verwendung von Strahlung in
jenen Wellenlängenbereichen,
die relevant für
die spektralen Signaturen der zu identifizierbaren und der zu diskriminierbaren
Stoffe sind. Bevorzugt werden dabei die Wellenlängen im Nahen Infrarot-Bereich
zwischen etwa 1 μm
und etwa 3 μm
verwendet.
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Die
Messung des Blutdrucks und der Herzfrequenz erfolgt durch akustisch,
barisch und oder deformativ reagierende Sensorelemente.
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4. Aufbau des Gerätes
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Im
allgemeinen besitzen Geräte
zur Erhöhung
des spektralen Auflösungsvermögens bewegliche,
interferenzengenerierende Komponenten, mit deren Hilfe zwei oder
mehrere Wellenzüge
phasenverschoben erzeugt werden. Das hier verwendete Interferometer
benötigt
keine dieser Zweckbestimmung dienenden beweglichen Baueinheiten.
Somit entfällt
auch die üblicherweise
in gewissen Zeitabständen
erforderliche Nachkalibrierung dieser beweglichen Bestandteile des
Interferometers.
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Das
Gerät (1(1) und 1(2))
besteht aus folgenden Funktionseinheiten:
- *
eine oder mehrere Strahlungsquellen (1) zur Emission der
für die
spektroskopischen Messungen erforderlichen Strahlung bestimmter
Wellenlängen;
- * Einkopplungselement (2) zur Einleitung der von den
Strahlungsquellen emittierten Strahlung in ein ATR-Prisma (3);
- * Mikrolinse (4) zur Einkopplung der Strahlung aus den
ATR-Prismen in den Faserkopf eines Lichtwellenleiters (5)
hinein;
- * Weiterleitung der Strahlung unter Verwendung eines Lichtwellenleiters
(5);
- * Einkopplung der aus den Lichtwellenleitern (5) austretenden
Strahlung in eine von zwei Mikrolinsen (6);
- * Durchgang der aus den Mikrolinsen (6) austretenden
Strahlung durch eine Blende (7), deren Öffnung zeitlich so gesteuert
wird, dass jeweils die Strahlung nur aus einem Lichtwellenleiter
oder aus beiden Lichtwellenleitern gemeinsam hindurchtritt;
- * geometrische Begrenzung des Lichtbündels durch zwei Spalte (8),
die hintereinander in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet
orientiert sind und wodurch das Lichtbündel geometrisch geformt wird;
- * Reflektion des Lichtbündels
an einem Kollimatorspiegel (9) in Richtung auf ein oder
mehrere, bevorzugt zwei, hintereinander angeordnete Dispersionsprismen
(10).
Alternativ kann anstelle der Dispersionsprismen auch
ein Beugungsgitter mit geringer Auflösung verwendet werden. Die
niedere Auflösung
führt zu einer
breitgefächerten
spektralen Aufgliederung des Strahls. Die Aufspaltung erfolgt dabei
dergestalt, dass das gesamte Spektrum in einer einzigen (optischen)
Ordnung des Interferenzmusters vorliegt;
- * Weiterleitung des vom Prisma kommenden dispergierten Lichtbündels in
Richtung auf ein Beugungsgitter (11), das typischerweise
ein Echelle-Gitter sein kann.
Die Fächerstruktur des aufgespaltenen
Strahlenganges wird dergestalt auf das Beugungsgitter gelenkt, dass
eine Querdispersion eintritt. Diese Querdispersion führt zu einer
Aufspaltung der einzelnen Fächerstrahlen
in Strahlen höherer
Beugungsordnung, sodass für
jeden Wellenlängenbereich
der auf das Beugungsgitter auftreffende Strahlengang eine Ablenkung
in Abhängigkeit
von der Beugungsordnung eintritt. Das Ergebnis ist eine Aufspaltung
des Gesamtspektrums in Strahlengänge
aller durch das Beugungsgitter erzielten Beugungsordnungen. Der
Bereich und die Anzahl der Ordnungen werden dabei durch die Anzahl und
die Größe der Furchungen
des Beugungsgitters festgelegt.
Die Aufspaltung durch das Beugungsgitter
führt zu
einer zeilenförmigen
Abbildung der Strahlungsintensität
für jedes
durch das Beugungsgitter reflektierte Wellenlängeninkrement, wobei jede Zeile
eine Beugungsordnung darstellt.
- * Weiterleitung des vom Beugungsgitter erzeugten Strahlenbündel auf
und Reflektion an einem Konkavspiegel (12).
Das Strahlenbündel ist
durch eine Vielzahl von Beugungsordnungen hoher Beugungszahl und
ist durch hohe Windeldispersion gekennzeichnet. Der Spiegel weist
eine senkrechte zum Beugungsgitter angeordnete Furchung auf. Damit wird
eine Trennung der übereinanderliegenden Beugungsordnungen
erreicht mit der Wirkung, dass alle Ordnungen des Strahlenganges
für alle Wellenlängen übereinander
zu liegen kommen und damit gleichzeitig auf einer Bildebene abgebildet
werden. Dadurch lässt
sich die gesamte Spektralsignatur in radiometrisch hochauflösend in
kompakter Form darstellen und so mit Hilfe eines verhältnismäßig kleinen
(CCD-)Detektorelements (14) gesamtheitlich erfassen.
- * Vorrichtung (13) zur Schwenkung der Bildebenenprojektion
dergestalt, dass jeweils ein bevorzugter Ausschnitt aus dem Gesamtspektrum
auf ein (CCD-)Detektorelement (14) geleitet und von diesem
die Strahlungsleistung erfasst wird.
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Zum
Zwecke der Feststellung der den Führersitz einnehmenden Person
sind folgende Maßnahmen
vorgesehen:
- * aus Zweckmäßigkeitsgründen kann das Spektralgerät im Sitz
des Fahrzeugführers
untergebracht werden. Dies stellt jedoch keine zwingende Forderung
dar;
- * Zwingend erforderlich ist jedoch die Anbringung und Bemessung
der Lichtwellen-Zuleitungen von den ATR-Prismen zu den Einkopplungselementen.
Diese Leitungen können
links und rechts vom Kopf des Fahrzeugführers aus dem Fahrersitz austreten,
gerade so lange bemessen sein, dass von jeder Leitung jeweils nur
ein Ohr erreicht wird und jeweils nur ein Segment mit dem ATR-Prisma sich
an ein Ohrläppchen
anklemmen lässt.
Dabei sollte die Positionierung der beiden Zuleitungen dergestalt
bemessen sein, dass kein Ohr einer nicht im Führersitz platzierten Person
erreichbar ist.
- * zur Sicherstellung, dass die Messungen der Blutinhaltsstoffe
an den Ohren nur einer Person erfolgen, wird gleichzeitig auch der
mit Hilfe spezifischer Sensoren (19) der Verlauf des Blutdrucks und/oder
die Frequenz des Herzschlags gemessen.
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Darüber hinaus
besteht das Gerät
aus
- * Komponenten (16) zur Aufbereitung
und Auswertung der erfassten Strahlungs- und Herzfrequenzinformationen;
- * Komponenten (17) zur fallweise vorübergehenden
und/oder permanenten Speicherung der Messwerte und der Auswerteergebnisse;
- * Komponenten (18) zur Steuerung und Überwachung
der Gerätefunktionen
und zur Durchführung
der Mess-, Aufbereitungs- und der Auswerteprozesse für die Auslösung fahrzeug-
und sicherheitsspezifischer Aktionen.