DE102022203044A1 - Gas analysis system that can be arranged in a vehicle interior and designed to determine substances in exhaled air and/or body odor from vehicle occupants - Google Patents
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Abstract
Gasanalyse-System (10) anordbar in einem Fahrzeuginnenraum und ausgelegt zum Bestimmen von Substanzen in Ausatemluft (20) und/oder Körpergeruch von Fahrzeuginsassen, das Gasanalyse-System (10) umfassend eine Sendevorrichtung; eine Empfangsvorrichtung; eine Auswerteeinrichtung, ausgelegt, eine bei dem Durchgang der von dem Leuchtmodul emittierten Strahlung und der reflektierten und/oder gestreuten Strahlung jeweils durch das zwischen der Sendevorrichtung und der Empfangsvorrichtung liegende Volumen der Ausatemluft (20) und/oder des Körpergeruchs stattfindende Abschwächung der Intensität der detektierten Strahlung relativ zu der von dem Leuchtmodul emittierten Strahlung und/oder auftretende Absorptionslinien und/oder Emissionslinien zu bestimmen und wenigstens Alkohol, Cannabinoide, Ammoniak und/oder Azeton basierend auf den jeweils charakteristischen Abschwächungen der Intensität, Absorptionslinien und/oder Emissionslinien in der Ausatemluft (20) und/oder dem Körpergeruch zu bestimmen.Gas analysis system (10) which can be arranged in a vehicle interior and is designed to determine substances in exhaled air (20) and/or body odor of vehicle occupants, the gas analysis system (10) comprising a transmitting device; a receiving device; an evaluation device, designed to attenuate the intensity of the detected when the radiation emitted by the lighting module and the reflected and/or scattered radiation pass through the volume of exhaled air (20) and/or body odor lying between the transmitting device and the receiving device To determine radiation relative to the radiation emitted by the lighting module and/or absorption lines and/or emission lines that occur and at least alcohol, cannabinoids, ammonia and/or acetone based on the respective characteristic attenuations in intensity, absorption lines and/or emission lines in the exhaled air (20 ) and/or body odor.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gasanalyse-System anordbar in einem Fahrzeuginnenraum, das ausgelegt ist zum Bestimmen von Substanzen in Ausatemluft und/oder Körpergeruch von Fahrzeuginsassen.The invention relates to a gas analysis system that can be arranged in a vehicle interior and is designed to determine substances in the exhaled air and/or body odor of vehicle occupants.
Folgende Definitionen, Beschreibungen und Ausführungen behalten ihre jeweilige Bedeutung für und finden Anwendung auf den gesamten offenbarten Erfindungsgegenstand.The following definitions, descriptions and statements retain their respective meanings and apply to the entire subject matter disclosed.
Die Fahrerüberwachung gewinnt für assistiertes und automatisiertes Fahren bis SAE J3016 Level 4 immer mehr an Bedeutung. Im Vordergrund steht dabei unter anderem die frühzeitige Erkennung von Fahruntüchtigkeit durch Einnahme von Alkohol oder anderen Drogen. Die Analyse der Ausatemluft und/oder von Körpergerüchen ermöglicht in diesem Kontext ein völlig kontaktfreies, kontinuierliches physiologisches Monitoring des Fahrers und/oder der Fahrzeuginsassen.Driver monitoring is becoming increasingly important for assisted and automated driving up to SAE J3016 Level 4. The focus here is, among other things, on the early detection of unfitness to drive due to the consumption of alcohol or other drugs. In this context, the analysis of exhaled air and/or body odors enables completely contact-free, continuous physiological monitoring of the driver and/or vehicle occupants.
Beispielsweise offenbart die
Aus dem Stand der Technik sind ferner hochauflösende Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge und Verfahren zur Steuerung der Lichtverteilung einer Schweinwerferanordnung bekannt, bei denen matrixartig angeordnete bildgebende Elemente zur gezielten Erzeugung einer Lichtverteilung dienen, siehe beispielsweise
Aufgabe der Erfindung war es, eine Gassensierung für Automobilanwendung bereitzustellen, insbesondere eine berührungsfreie Gassensierung für Substanzen in Ausatemluft und/oder Körpergeruch von Fahrzeuginsassen, insbesondere zum Nachweis beispielsweise von Alkohol oder anderen Drogen, gefährlichen Gasen und/oder gesundheitsspezifischen Stoffwechselfaktoren des Menschen, die beispielsweise auf kritische Blutzuckerwerte, Ermüdung und/oder Krankheiten hinweisen.The object of the invention was to provide gas sensing for automotive use, in particular a non-contact gas sensing for substances in exhaled air and/or body odor of vehicle occupants, in particular for detecting, for example, alcohol or other drugs, dangerous gases and/or health-specific human metabolic factors, for example indicate critical blood sugar levels, fatigue and/or illness.
Der Gegenstand des Anspruchs 1 löst diese Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Definitionen, den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.The subject matter of claim 1 solves this problem. Advantageous embodiments of the invention result from the definitions, the subclaims, the drawings and the description of preferred exemplary embodiments.
Die Erfindung stellt Gasanalyse-System bereit. Das Gasanalyse-System ist in einem Fahrzeuginnenraum anordbar. Das Gasanalyse-System ist ausgelegt zum Bestimmen von Substanzen in Ausatemluft und/oder Körpergeruch von Fahrzeuginsassen. Das Gasanalyse-System umfasst eine Sendevorrichtung. Die Sendevorrichtung umfasst wenigstens ein Leuchtmodul. Das Leuchtmodul umfasst mehrere Leuchtmittel und eine Optik. Die Sendevorrichtung ist in dem Fahrzeuginnenraum derart anordbar, dass von dem Leuchtmodul emittierte Strahlung wenigstens einen Bereich des Kopfes eines Fahrzeuginsassen beleuchtet. Ferner umfasst das Gasanalyse-System eine Empfangsvorrichtung. Die Empfangsvorrichtung umfasst einen Detektor. Die Empfangsvorrichtung ist derart in dem Fahrzeuginnenraum anordbar, dass der Detektor von dem Kopf reflektierte und/oder gestreute Strahlung des Leuchtmoduls detektiert. Außerdem umfasst das Gasanalyse-System eine Auswerteeinrichtung. Die Auswerteeinrichtung ist ausgelegt, eine bei dem Durchgang der von dem Leuchtmodul emittierten Strahlung und der reflektierten und/oder gestreuten Strahlung jeweils durch das zwischen der Sendevorrichtung und der Empfangsvorrichtung liegende Volumen der Ausatemluft und/oder des Körpergeruchs stattfindende Abschwächung der Intensität der detektierten Strahlung relativ zu der von dem Leuchtmodul emittierten Strahlung und/oder auftretende Absorptionslinien und/oder Emissionslinien zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung ist des Weiteren ausgelegt, wenigstens Alkohol, Cannabinoide, Ammoniak und/oder Azeton basierend auf den jeweils charakteristischen Abschwächungen der Intensität, Absorptionslinien und/oder Emissionslinien in der Ausatemluft und/oder dem Körpergeruch zu bestimmen.The invention provides a gas analysis system. The gas analysis system can be arranged in a vehicle interior. The gas analysis system is designed to determine substances in exhaled air and/or body odor from vehicle occupants. The gas analysis system includes a transmitting device. The transmitting device comprises at least one lighting module. The lighting module includes several lamps and optics. The transmitting device can be arranged in the vehicle interior in such a way that radiation emitted by the lighting module illuminates at least an area of the head of a vehicle occupant. The gas analysis system also includes a receiving device. The receiving device includes a detector. The receiving device can be arranged in the vehicle interior in such a way that the detector detects radiation from the lighting module reflected and/or scattered by the head. The gas analysis system also includes an evaluation device. The evaluation device is designed to attenuate the intensity of the detected radiation relative to the passage of the radiation emitted by the lighting module and the reflected and/or scattered radiation through the volume of exhaled air and/or body odor lying between the transmitting device and the receiving device to determine the radiation emitted by the lighting module and/or absorption lines and/or emission lines that occur. The evaluation device is further designed to determine at least alcohol, cannabinoids, ammonia and/or acetone based on the respective characteristic attenuations in intensity, absorption lines and/or emission lines in the exhaled air and/or the body odor.
Fahrzeuge sind beispielsweise PKW, LKW, Busse, People Mover, Züge, Schiffe, Flugzeuge oder Gondeln. Das Gasanalyse-System ist derart dimensioniert, dass es beispielsweise an einem Fahrzeugbedienelement, beispielsweise einem Lenkrad, anordbar ist oder in das Fahrzeugbedienelement integrierbar ist. Beispielsweise ist das Gasanalyse-System an einem Lenkradkranz, an Lenkradspeichen, an einem Lenkradstock oder an einem Hupenring anordbar. Nach einem Aspekt ist das Gasanalyse-System in eine Messkammer integriert.Vehicles include cars, trucks, buses, people movers, trains, ships, airplanes or gondolas. The gas analysis system is dimensioned such that it can be arranged, for example, on a vehicle control element, for example a steering wheel, or can be integrated into the vehicle control element. For example, the gas analysis system can be arranged on a steering wheel rim, on steering wheel spokes, on a steering wheel base or on a horn ring. According to one aspect, the gas analysis system is integrated into a measuring chamber.
Körpergeruch umfasst alle riechbaren Körperausdünstungen von Menschen über die Haut und aus anderen Körperöffnungen, wie zum Beispiel Mundgeruch. Substanzen in Ausatemluft und/oder Körpergeruch können Substanzen sein, die auf Alkohol, Kokain, Amphetamine, Cannabinoide, Morphin, Methadone, Ammoniak, Azeton oder eine Kombination dieser Substanzen hindeuten. Diese Substanzen umfassen Biomarker, die auf einen normalen biologischen oder krankhaften Prozess im Körper hinweisen können. Beispielsweise deutet ein Ammoniak-Geruch auf eine Nierenerkrankung hin. Ein Azeton-Geruch deutet auf Diabetes hin. Ein Vorteil der Bestimmung dieser Substanzen in Ausatemluft und/oder Körpergerüchen ist, dass keine chemischen Verfahren, die bei der Bestimmung des Alkoholgehalts in Atemluft beispielsweise auf ein Blasrohr angewiesen sind und damit unkomfortabel sind, oder Oberflächenkontaktverfahren, beispielsweise Adsorptionsverfahren, oder invasive Verfahren anzuwenden sind. Atemluft und andere Körpergerüche werden kontinuierlich abgegeben. Die Substanzen sind beispielsweise flüchtige organische Verbindungen, auch volatile organic compounds genannt, abgekürzt VOC. Zu VOCs gehören beispielsweise Aceton, Ethanol, Isopren, Nonanal, Decanal, α-Pinen, Buttersäureethylester und Butanal, Ethanal, Propanal und Essigsäure-n-propylester. VOC entstehen bei Lebewesen bei Protein-, Zell- oder Stoffwechseländerungen, die durch eine Krankheit ausgelöst werden. Beispielsweise wurden bei SARS-Cov-2 infizierten Menschen charakteristische Protein- und Stoffwechseländerungen beobachtet. Über Atmung und/oder Körpergerüche ausgeschiedene VOCs können charakteristisch für eine Krankheit sein und damit als Biomarker fungieren.Body odor includes all odorable bodily fumes from people through the skin and from other body openings, such as bad breath. Substances in exhaled breath and/or body odor may include substances suggestive of alcohol, cocaine, amphetamines, cannabinoids, morphine, methadone, ammonia, acetone, or a combination of these substances. These substances include biomarkers that indicate a normal biological or pathological process in the body can point out. For example, an ammonia smell indicates kidney disease. An acetone smell indicates diabetes. An advantage of determining these substances in exhaled air and/or body odors is that no chemical methods, which rely on a blowpipe and are therefore uncomfortable when determining the alcohol content in exhaled air, or surface contact methods, for example adsorption methods, or invasive methods need to be used. Breathing air and other body odors are continuously released. The substances are, for example, volatile organic compounds, also called volatile organic compounds, abbreviated VOC. Examples of VOCs include acetone, ethanol, isoprene, nonanal, decanal, α-pinene, ethyl butyrate and butanal, ethanal, propanal and n-propyl acetate. VOCs arise in living beings from protein, cell or metabolic changes that are triggered by a disease. For example, characteristic protein and metabolic changes have been observed in people infected with SARS-Cov-2. VOCs excreted through breathing and/or body odors can be characteristic of a disease and therefore act as biomarkers.
Der Bereich des Kopfes ist beispielsweise eine Gesichtsoberfläche oder ein Gesichtsbereich.The area of the head is, for example, a facial surface or a facial area.
Dadurch, dass ein Bereich des Kopfes angestrahlt wird und die dabei reflektierte und/oder gestreute Strahlung detektiert wird, breitet sich die Strahlung in der Emission durch das ausgeatmete Luft-/Gasvolumen des Fahrzeuginsassen und/oder dessen Körpergeruch aus. Bei dieser Vorwärtsausbreitung findet eine erste Absorption der Strahlung durch die gasförmige Umgebung statt. Bei Reflektion und/oder Streuung beim Auftreffen, beispielsweise auf das Fahrergesicht oder die Kopfstütze, wird ein Bruchteil der Strahlung in Richtung Empfangsvorrichtung propagieren. Während dieser Propagation führt die gasförmige Umgebung erneut zu einer zusätzlichen Absorption.Because an area of the head is illuminated and the reflected and/or scattered radiation is detected, the radiation in the emission spreads through the exhaled air/gas volume of the vehicle occupant and/or their body odor. During this forward propagation, the radiation is first absorbed by the gaseous environment. In the event of reflection and/or scattering upon impact, for example on the driver's face or the headrest, a fraction of the radiation will propagate towards the receiving device. During this propagation, the gaseous environment again leads to additional absorption.
Nach einem Aspekt ist die Empfangsvorrichtung in unmittelbarer Nähe der Sendevorrichtung angeordnet. Das heißt, die Empfangsvorrichtung detektiert rückreflektierte und/oder rückgestreute Strahlung.According to one aspect, the receiving device is arranged in the immediate vicinity of the transmitting device. This means that the receiving device detects back-reflected and/or back-scattered radiation.
Nach einem Aspekt sind die Sendevorrichtung und die Empfangsvorrichtung als ein Lidarsystem ausgebildet. Ein Lidar ermöglicht Distanzmessungen. Damit kann die zurückgelegte Weglänge der detektierten Strahlung bestimmt werden. Das Lidarsystem umfasst nach einem Aspekt einen Güteschalter. Mit dem Güteschalter, auch Q-Switch genannt, werden die Lichtpulse kürzer. Damit werden auch bei vergleichsweise geringen Energien hohe Spitzenleistungen erreicht. Durch die geringen Energien wird erreicht, dass die emittierte Strahlung unschädlich für den Fahrzeugführer ist. Durch hohe Spitzenleistungen werden Moleküle in der Ausatemluft und/oder dem Körpergeruch auflösbar. Der Güteschalter ist beispielsweise ein elektrooptischer Modulator.According to one aspect, the transmitting device and the receiving device are designed as a lidar system. A lidar enables distance measurements. This allows the path length traveled by the detected radiation to be determined. In one aspect, the lidar system includes a quality switch. With the quality switch, also called Q-switch, the light pulses become shorter. This means that high peak performance can be achieved even with comparatively low energies. The low energies ensure that the emitted radiation is harmless to the vehicle driver. High peak performance makes molecules in the exhaled air and/or body odor soluble. The quality switch is, for example, an electro-optical modulator.
Der Detektor der Empfangsvorrichtung umfasst nach einem Aspekt Photodioden.According to one aspect, the detector of the receiving device comprises photodiodes.
Die Auswerteeinrichtung kann anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise, abgekürzt ASICs, integrierte Schaltkreise mit ladbaren logischen Schaltungen, abgekürzt FPGAs, Zentralcomputer, abgekürzt CPUs, oder Graphikprozessoren, abgekürzt GPUs, umfassen. Die Auswerteeinrichtung kann ein Mikrocontroller oder ein Steuergerät sein. Das Steuergerät kann beispielsweise eine elektronische Kontrolleinheit, auch electric control unit genannt, sein oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung mit einer entsprechenden Logik umfassen.The evaluation device can include application-specific integrated circuits, abbreviated ASICs, integrated circuits with loadable logic circuits, abbreviated FPGAs, central computers, abbreviated CPUs, or graphics processors, abbreviated GPUs. The evaluation device can be a microcontroller or a control device. The control device can, for example, be an electronic control unit, also called an electric control unit, or comprise an application-specific integrated circuit with appropriate logic.
Das erfindungsgemäße Gas-Analysesystem kann einen Zustand eines Fahrzeuginsassen, insbesondere eines Fahrzeugführers, hinsichtlich Krankheiten und Beeinträchtigungen, beispielsweise aufgrund vorangegangenen Konsums von Alkohol und anderen Drogen, der Fahrzeugführung bestimmen. Das Gasanalyse-System benötigt nicht die Aufmerksamkeit des Fahrers, sodass keine Ablenkung eintritt. Werden die entsprechenden Substanzen oberhalb eines jeweiligen vorgegeben Schwellenwertes bestimmt, insbesondere bei Fahrtantritt, wird nach einem Aspekt beispielsweise eine Wegfahrsperre aktiviert, beispielsweise eine Alcolock oder Alkohol-Zündschlosssperre, die ab einem bestimmten Wert an Atemalkoholgehalt des Fahrzeugführers das Anfahren des Fahrzeugs blockiert.The gas analysis system according to the invention can determine a condition of a vehicle occupant, in particular a vehicle driver, with regard to illnesses and impairments in driving the vehicle, for example due to previous consumption of alcohol and other drugs. The gas analysis system does not require the driver's attention, so there is no distraction. If the corresponding substances are determined above a respective predetermined threshold value, in particular when starting a journey, in one aspect an immobilizer is activated, for example an Alcolock or alcohol ignition lock, which blocks the vehicle from starting from a certain value of the driver's breath alcohol content.
Nach einem weiteren Aspekt sind die Leuchtmittel matrixartig in dem Leuchtmodul angeordnet. Mittels der Optik wird damit ein matrixartiges Beleuchtungsmuster ermöglicht. Dies verbessert die Sensierung des zu untersuchenden Gasvolumens.According to a further aspect, the lighting means are arranged in a matrix-like manner in the lighting module. Using the optics, a matrix-like lighting pattern is made possible. This improves the sensing of the gas volume to be examined.
Nach einem weiteren Aspekt emittieren die Leuchtmittel die Strahlung simultan oder einzelne der Leuchtmittel emittieren die Strahlung zeitgesteuert. Damit wird in einer Ausführungsform die Matrixausleuchtung entweder gleichzeitig oder zeitgesteuert arbeiten. Der simultane Betriebsmodus ist für die Bestimmung der Abschwächung vorteilhaft. Der zeitgesteuerte Betriebsmodus ist für die Bestimmung von Absorptions- und/oder Emissionslinien vorteilhaft.According to a further aspect, the lamps emit the radiation simultaneously or individual lamps emit the radiation in a time-controlled manner. In one embodiment, the matrix illumination will therefore work either simultaneously or in a time-controlled manner. The simultaneous operation mode is advantageous for determining attenuation. The time-controlled operating mode is advantageous for determining absorption and/or emission lines.
Nach einem weiteren Aspekt umfassen die Leuchtmittel Leuchtdioden und/oder Laserdioden. Dies ermöglicht eine miniaturisierte Bauform des Leuchtmoduls und des Gasanalyse-Systems hinsichtlich Anordnung in dem Fahrzeuginnenraum. Diese elektrischen Leuchtmittel können vorteilhaft angesteuert werden.According to a further aspect, the lighting means include light-emitting diodes and/or laser diodes. This enables a miniaturized design of the lighting module and the gas analysis system in terms of arrangement in the vehicle interior. These electrical lamps can be advantageously controlled.
In der Ausführung mit Laserdioden entspricht die Sendevorrichtung einem Laser. Damit können zur Bestimmung der Substanzen in der Ausatemluft und/oder dem Körpergeruch laserspektroskopische Methoden, umfassen Absorptionsspektroskopie und/oder Emissionsspektroskopie, eingesetzt werden. Damit können die Substanzen hochpräzise bestimmt werden.In the version with laser diodes, the transmitting device corresponds to a laser. This means that laser spectroscopic methods, including absorption spectroscopy and/or emission spectroscopy, can be used to determine the substances in exhaled air and/or body odor. This allows the substances to be determined with high precision.
Nach einem weiteren Aspekt ist das Gasanalyse-System in Bezug auf Wellenlängen der emittierten Strahlung durchstimmbar. Die Wellenlängen sind dabei auf die charakteristischen Absorptionen und/oder Emissionen einstellbar. Dies verbessert die Gaserfassungsfähigkeit des Gasanalyse-Systems. Die Abstimmung der Wellenlängen ermöglicht eine Diskriminierung der für die jeweiligen interessierenden Gasmoleküle charakteristischen absorptions- und/oder emissionsbasierten Signale von nicht relevanten Gasmolekülen. Damit wird beispielsweise eine spektrale Absorption erreicht. Nach einem Aspekt ist das Leuchtmodul durchstimmbar.According to a further aspect, the gas analysis system is tunable with respect to wavelengths of the emitted radiation. The wavelengths can be adjusted to the characteristic absorptions and/or emissions. This improves the gas detection capability of the gas analysis system. The tuning of the wavelengths enables discrimination of the absorption and/or emission-based signals characteristic of the respective gas molecules of interest from gas molecules that are not relevant. This achieves, for example, spectral absorption. According to one aspect, the lighting module is tunable.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Sendevorrichtung ausgelegt für eine Emission in einem Dauerstrichbetrieb oder das Gasanalyse-System ist ausgelegt für eine Erzeugung und Emission pulsierender Strahlung und/oder das Gasanalyse-System ist ausgelegt ist für eine Erzeugung und Emission mit bekannter Frequenz und/oder Phase modulierter Strahlung. Im Falle modulierter Strahlung ist das Gasanalyse-System ausgelegt, die reflektierte und/oder gestreute Strahlung, nach einem Aspekt die rückreflektierte und/oder rückgestreute Strahlung, mittels Lock-in-Detektion auszuwerten. Damit werden ein robuster Betrieb des Gasanalyse-Systems und quantitative Analysen, um beispielsweise einen absoluten Alkoholgehalt in der ausgeatmeten Luft zu gewährleisten, ermöglicht.According to a further aspect, the transmitting device is designed for emission in continuous wave operation or the gas analysis system is designed for generation and emission of pulsating radiation and/or the gas analysis system is designed for generation and emission with a known frequency and/or phase modulated radiation. In the case of modulated radiation, the gas analysis system is designed to evaluate the reflected and/or scattered radiation, in one aspect the back-reflected and/or back-scattered radiation, by means of lock-in detection. This enables robust operation of the gas analysis system and quantitative analyzes to ensure, for example, an absolute alcohol content in the exhaled air.
Dauerstrichbetrieb wird auch continuous wave mode genannt und abgekürzt als CW-Betrieb. Dauerstrichbetrieb, pulsierende Strahlung und/oder modulierte Strahlung verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis, insbesondere mittels Lock-in-Detektion. Die Lock-in-Detektion ist eine Technik zur Erkennung der Amplitude und Phase eines sinusförmigen Signals mit bekannter Frequenz. Der besondere Vorteil gegenüber anderen Detektionstechniken ist, dass die Lock-in-Detektion die Amplitude und Phase eines Signals selektiv nur mit der gewünschten Frequenz, vorteilhafterweise innerhalb eines schmalen Bandes, bestimmen und Signale mit anderen Frequenzen verwerfen kann. Die Frequenz und/oder Phasen modulierte Strahlung stellt zusätzlich Abstandsinformation bereit, beispielsweise kann mittels beamforming Techniken die beam propagation path length bestimmt werden.Continuous wave operation is also called continuous wave mode and abbreviated as CW operation. Continuous wave operation, pulsating radiation and/or modulated radiation improves the signal-to-noise ratio, especially by means of lock-in detection. Lock-in detection is a technique for detecting the amplitude and phase of a sinusoidal signal with a known frequency. The particular advantage over other detection techniques is that lock-in detection can selectively determine the amplitude and phase of a signal only at the desired frequency, advantageously within a narrow band, and reject signals with other frequencies. The frequency and/or phase modulated radiation additionally provides distance information; for example, the beam propagation path length can be determined using beamforming techniques.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Sendevorrichtung ausgelegt für eine Emission in einer Frequenz moduliertem Dauerstrichbetrieb, abgekürzt FMCW-Betrieb. Damit wird die Abstandserkennung und das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert.According to a further aspect, the transmitting device is designed for emission in a frequency-modulated continuous wave operation, abbreviated FMCW operation. This improves distance detection and the signal-to-noise ratio.
Nach einem Aspekt umfasst die Optik eine Projektionsoptik zum Projizieren der emittierten Strahlung auf den Bereich des Kopfes des Fahrzeuginsassen und/oder die Optik ist ausgelegt, divergente Lichtstrahlen, umfassend kollimierte Lichtstrahlen, zu erzeugen. Dies verbessert die Erzeugung von Beleuchtungsmustern.According to one aspect, the optics comprise projection optics for projecting the emitted radiation onto the area of the vehicle occupant's head and/or the optics are designed to generate divergent light beams, including collimated light beams. This improves the creation of lighting patterns.
Nach einem weiteren Aspekt ist die emittierte Strahlung Infrarotstrahlung, beispielsweise nahes Infrarot im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm oder von 1400 nm bis 3000 nm, bevorzugt im Bereich von 800 nm bis 1200 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 900 nm bis 1100 nm. Infrarotstrahlung ist für den Fahrzeuginsassen unschädlich und wird von diesem im Wesentlichen nicht bemerkt. Dies ist beispielsweise vorteilhaft für die Ausführung der Sendevorrichtung als Laser. Nach einem Aspekt sensiert das Gasanalyse-System die Ausatemluft und/oder den Körpergeruch im Fahrzeuginnenraum mit matrixbasierter Laserausleuchtung im Infrarotbereich.According to a further aspect, the emitted radiation is infrared radiation, for example near infrared in the wavelength range from 780 nm to 1400 nm or from 1400 nm to 3000 nm, preferably in the range from 800 nm to 1200 nm, particularly preferably in the range from 900 nm to 1100 nm. Infrared radiation is harmless to the vehicle occupant and is essentially unnoticed by the vehicle occupant. This is advantageous, for example, for designing the transmitting device as a laser. According to one aspect, the gas analysis system senses the exhaled air and/or body odor in the vehicle interior using matrix-based laser illumination in the infrared range.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst das Gasanalyse-System eine Schnittstelle zu einer Fahrzeuginnenraum-Überwachungsvorrichtung. Die Auswerteeinrichtung ist ausgelegt, über die Schnittstelle von der Fahrzeuginnenraum-Überwachungsvorrichtung erhaltende Abstandsdaten der Sendevorrichtung und/oder der Empfangsvorrichtung jeweils von dem Kopf des Fahrzeuginsassen zu erhalten und diese Abstandsdaten in die Bestimmung der Abschwächung der Intensität der detektierten Strahlung und/oder der Absorptionslinien und/oder der Emissionslinien einzubeziehen. Damit wird die Robustheit und Genauigkeit des Gasanalyse-Systems verbessert. Die Fahrzeuginnenraum-Überwachungsvorrichtung kann eine 2D oder 3D Innenraumkamera, einen Lidar, einen Radar oder einen Lichtlaufzeit-Sensor umfassen.According to a further aspect, the gas analysis system includes an interface to a vehicle interior monitoring device. The evaluation device is designed to receive distance data from the transmitting device and/or the receiving device from the head of the vehicle occupant via the interface from the vehicle interior monitoring device and to use this distance data to determine the attenuation of the intensity of the detected radiation and/or the absorption lines and/or or the emission lines. This improves the robustness and accuracy of the gas analysis system. The vehicle interior monitoring device may include a 2D or 3D interior camera, a lidar, a radar or a time-of-flight sensor.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Signalbeitrag durch Bestrahlung der Fahrergesichtshaut, also beispielsweise Absorption durch Moleküle in den obersten Schichten der menschlichen Haut, geschaffen. Damit wird die Sensitivität des Gasanalyse-Systems erhöht.According to a further aspect, a signal contribution is created by irradiation of the driver's facial skin, for example absorption by molecules in the uppermost layers of human skin. This increases the sensitivity of the gas analysis system.
Die Erfindung wird in den Ausführungsbeispielen der Figuren beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gasanalyse-Systems angeordnet in einem Fahrzeuginnenraum und -
2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der1 .
-
1 a side view of a gas analysis system according to the invention arranged in a vehicle interior and -
2 a top view of the exemplary embodiment1 .
Das Gasanalyse-System 10 ist in einem Innenraum eines PKWs angeordnet, beispielsweise an einem Lenkrad 50. Das Gasanalyse-System 10 sensiert die Ausatemluft 20 des Fahrzeugführers. Der Kopf 40 des Fahrzeugführers wird mit Laserlicht im Infrarotbereich mit einem matrixartigen Beleuchtungsmuster angestrahlt. Dabei passieren die Laserstrahlen das Volumen der Ausatemluft 20. Durch gezieltes Einstellen der Wellenlänge werden die Laserstrahlen dabei von bestimmten Molekülen in der Ausatemluft 20 absorbiert. Die von dem Kopf 40 rückreflektierten und/oder rückgestreuten Laserstrahlen passieren ebenfalls das Volumen der Ausatemluft 20 und werden wie voran absorbiert. Mittels Laserspektroskopie werden die Moleküle hochpräzise bestimmt.The
Das Gasanalyse-System 10 wird von einer Fahrzeuginnenraum-Überwachungsvorrichtung 30 unterstützt. Die Fahrzeuginnenraum-Überwachungsvorrichtung 30 liefert Abstandsdaten. Die Fahrzeuginnenraum-Überwachungsvorrichtung 30 ist beispielsweise an der Innenseite der Windschutzscheibe 60 angeordnet. Beispielsweise ist die Fahrzeuginnenraum-Überwachungsvorrichtung 30 eine Innenraumkamera.The
BezugszeichenReference symbols
- 1010
- Gasanalyse-SystemGas analysis system
- 2020
- Ausatemluftexhaled air
- 3030
- Fahrzeuginnenraum-ÜberwachungsvorrichtungVehicle interior monitoring device
- 4040
- KopfHead
- 5050
- Lenkradsteering wheel
- 6060
- Windschutzscheibewindshield
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102019118264 A1 [0005]DE 102019118264 A1 [0005]
- DE 102016110409 A1 [0005]DE 102016110409 A1 [0005]
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-
2022
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