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BESCHRE I3UNG
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Die Erfindung betrifft allgemein Sicherheitseinrichtungen, und zwar
im einzelnen eine Einrichtung zum Erzeugen eines Alarms in Ansprechung auf das ermittelte
Einschlummern eines Individuums, insbesondere einer Person.
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Der Bedarf für ein zuverlässiges Feststellen des unmittelbar bevorstehenden
Schlummerns, also des beginnenden Einschlummerns, Einnickens o.dgl., einer Person
und für das Verhindern eines solchen Einschlummerns bzw. -nickens ist schon seit
langen realisiert worden. Die verbreitetste potentielle Anwendung von Techniken,
die für diesen Zweck zur Verfügung stehen, ist die Anwendung bei Fahrern von Kraftfahrzeugen;
denn viele hunderte, wenn nicht tausende solcher Fahrer von Kraftfahrzeugen und
von Mitfahrern solcher Fahrer werden infolge der Tatsache, daß der Fahrer am Lenkrad
einschläft, jährlich getötet oder verstümmelt bzw. gelähmt oder in sonstiger Weise
verletzt. Andere Anwendungen betreffen die Bedienungspersonen von Maschinen, Wächter,
Aufseher, Zugschaffner, Bahnwärter und Individuen in anderen Situationen, in denen
es zu einem gefährlichen oder Schaden anrichtenden Ereignis als Ergebnis eines Einschlummerns
des Indi-Yiduums kommen kann.
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Es ist bereits eine Einrichtung zum Erzeugen einer Alarmanzeige bzw.
-auslösung beim Schlummern bzw. Einschlummern eines Subjekts, insbesondere einer
Person, vorgeschlagen worden, die einen Gehirnwellensensor zum Anzeigen des Vorhandenseins
eines Musters bzw. einer besonderen Verlaufs art von Gehirnwellen, das bzw. die
charakteristisch für das Schlummern bzw. Einschlummern ist, aufweist. Eine solche
Einrichtung ist relativ kompliziert und teuer, und sie ist als ungeeignet für einen
weitverbreiteten Gebrauch, wie es beispielsweise der Gebrauch durch Kraftfahrzeugfahrer
ist, anzusehen.
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Mit der Erfindung werden die Beschränkungen und Nachteile der Einrichtung
nach dem Stande der Technik überwunden, und es wird durch die Erfindung eine Einrichtung
zum Erzeugen einer Präventivalarmauslösung beim unmittelbar bevorstehenden Schlummern
bzw. beim Einschlummern eines Subjekts, insbesondere einer Person, zur Verfügung
gestellt, die auf der Basis des Schließens des Augenlids bzw. des Zufallens der
Augen arbeitet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Einrichtung zum
Erzeugen einer Präventivalarmauslösung beim unmittelbar bevorstehenden Schlummern
bzw. beim Einschlummern, Einnicken, Eindösen o.dgl., eines Subjekts, insbesondere
einer Person, zur Verfügung gestellt, die eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von
elektromagnetischer Strahlung zu dem Auge des Subjekts umfaßt, sowie eine Abfühl-
bzw. Empfangseinrichtung zum Abfühlen bzw. Empfangen der Reflexion der gesendeten
elektromagnetischen Strahlung vom Auge des Subjekts her, wodurch die Abfühl- bzw.
Empfangseinrichtung Strahlung empfängt, welche durch den geöffneten oder geschlossenen
Zustand des Augenlids des Auges des Subjekts moduliert ist; und eine Alarmeinrichtung,
die auf das Ausgangssignal der Abfühl- bzw Empfangseinrichtung anspricht, indem
sie einen Schlummerverhinderungsalarm für das Subjekt in Ansprechung auf das ermittelte
unmittelbar bevorstehende Schlummern des Subjekts erzeugt.
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Weiter umfaßt die Sendeeinrichtung gemäß einer Ausf5hrungsform der
Erfindung eine Einrichtung zum Senden einer Impulsfolge im Infrarotbereich.
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Darüber hinaus umfaßt die Abfühl- bzw. Empfangseinrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ein Frequenzfilter zum Ausfiltern von Eingangsstrahlung,
die außerhalb des Bereichs der reflektierten Impulsfolge liegt.
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Außerdem umfaßt die Abfühl- bzw. Empfangseinrichtung gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung eine Komparatoreinrichtung, welche die empfangene
Impulsefolge mit einem variablen Schwellenwert vergleicht, so daß dadurch Hintergrundwirkungen
ausgeschaltet bzw. minimalisiert werden.
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Schließlich kann die Abfühl- bzw. Empfangseinrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform nach der Erfindung auch eine Zeitmaßfilter-Logikschaltung
umfassen, die dahingehend wirkt, daß sie Variationen von kurzem Zeitmaßstab bzw.
kurzzeitige Variationen in der empfangenen Impulsfolge, die vom Blinzeln oder Zwinkern
oder von ähnlichen Aktivitäten herrühren, welche kein unmittelbar bevorstehendes
Schlummern bzw. kein Einschlummern anzeigen, ausfiltert.
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Die vorstehenden sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung
seien nachfolgend anhand einiger in den Figuren 1 bis 3F der Zeichnung im Prinzip
dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:
Figur g eine perspektivische Darstellung einer Brille, die eine Schlummerverhinderungseinrichtung
nach der Erfindung aufweist; Figur 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Ermitteln
und Verhindern des Einschlummerns, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung aufgebaut und betreibbar ist; und Figuren 3A bis 3F ins einzelne gehende
schematische Darstellungen bzw. Einzelschaltungen der anzelnen Baueinheiten der
Einrichtung nach Figur 2 in bevorzugter Ausfurung.
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Es sei nun anhand der Figuren der Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben
Zunächst sei auf Figur 1 Bezug genommen,
die eine Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welche in
einem Paar üblicher Augengläser bzw. in einer Brille verwirklicht bzw. eingebaut
ist. Wie man ohne weiteres erkennen kann, sind ein Impulssender 10, der typischer-
bzw. vorzugsweise die Form einer lichtemittierenden Diode (LED) hat, und ein Impulsempfänger
12, der typischer- bzw. vorzugsweise ein Phototransistor ist, in der Nähe bzw. im
Bereich des unteren Teils 14 des Brillengestells 16 der Brille angeordnet. Eine
elektronische Schaltung 18 und eine Alarmeinrichtung 20, wie beispielsweise ein
Miniatursummer, sind vorzugsweise in einem Gehäuse 22 angeordnet, das auf einem
der Bügel der Brille angebracht oder integral bzw. einstückig damit ausgebildet
ist. Es sei darauf hingewiesen, daß der Sender 10 und der Empfänger 12 in optischer
Verbindung mit dem Auge des Trägers angeordnet sind, so daß ermittelt werden kann,
ob das Auge geöffnet oder geschlossen ist. Das Ausgangssignal des Empfängers 12
wird der Schaltung 18 durch Leiter zugeführt, die in der Zeichnung nicht dargestellt
sind. In entsprechender Weise ist der Sender 10 mit einer Stromquelle und mit einer
Steuerschaltung, die in der Schaltung 18 vorgesehen sind, mittels Leitern, welche
nicht dargestellt sind, verbunden.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Brille der Figur 1 zusätzlich zu
ihrer Schutzfunktion im wesentlichen genauso wie eine übliche Brille getragen und
benutzt werden kann.
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Es sei nun auf Figur 2 Bezug genommen, in der eine Blockschaltdarstellung
einer Einrichtung zum Ermitteln und Verhindern des Einschlummerns gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist. Die Einrichtung umfaßt einen Sender 30,
typischer- bzw. vorzugsweise eine lichtemittierende Gallium-Arsen-Diode (Gallium-Arsen-LED)
bzw.
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eine lichtemittierende Gallium-Arsenid-Diode (Gallium-Arsenid-LED),
die eine Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa
0,9 /um im Infrarotbereich
liefert, und zwar insbesondere eine bevorzugte Wellenlänge von 0,93/um, bzw. eine
bevorzugte Wellenlänge ist 0,3m.
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Wie oben angegeben, ist der Sender 30 auf die Kornea bzw.
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Hornhaut des menschlichen Auges gerichtet, so daß eine Reflexion und
Streuung der vom Sender 30 ausgesandten Strahlung von dem Auge aus erzielt wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Reflexion und Streuung durch den geöffneten oder
geschlossenen Zustand des Auges moduliert bzw. verändert wird. Die vom menschlichen
Auge reflektierte Strahlung wird mittels eines Empfängers 32, wie beispielsweise
mittels eines Silicium-Phototransistors, durch ein Filter 34 empfangen, welches
dahingehend wirkt, daß es Strahlung einer Wellenlänge von weniger als 0,9 o absorbiert,
so daß dadurch die Wirkungen der Untergrundstrahlung ausgeschaltet werden.
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Damit der Stromverbrauch so gering wie möglich gehalten wird, kann
die Einrichtung so ausgebildet sein, daß der Empfänger nur während der Zeiten betrieben
wird, während der der Sender betrieben wird oder um die herum bzw. in deren Bereich
bzw. Nachbarbereich Sendungen stattfinden. Die Koordinierung des Betriebs des Senders
30 und des Empfängers 32 wird mittels Zeitgebungssignalen erzielt, die von der Zeitgebungs-
und Logikschaltung 50, welche weiter unten beschrieben ist, erhalten werden.
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Das Ausgangssignal vom Empfänger 32 wird einem Vorverstärker 36 zugeführt,
der typischer- bzw. vorzugsweise einen Verstärkungsfaktor von 20 hat, und dann einem
Frequenzfilter 38. Es sei darauf hingewiesen, daß der Sender 30 normalerweise eine
Folge von Impulsbündeln von je acht Impulsen aus sein det, wobei die Impulse jedes
Impulsbündels eine Frequenz von 50 kHz haben, während die Impulsbündel eine Frequenz
von 14 Hz haben, Das Filter 38 ist ein aktives Filter, und es wirkt dahingehend,
daß es nur die 50-kHz-Impulse durchläßt, dagegen Gleichstromsignale und andere Störsignale
sowie Vorspannungen blockiert bzw. nicht durchläßt.
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Das Ausgangs signal des Filters 38 wird einer automatischen Verstärkungsregelungsschleife
zugeführt, die einen Verstärker 40 aufweist, der das Eingangssignal 38 an einem
ersten Eingang desselben erhält. Der Verstärker hat typischer- bzw.
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vorzugsweise eine Verstärkungsfaktor zwischen 2 und 20. Das Ausgangssignal
des Verstärkers 40 wird einem Zeitmittelwertbilder 42 bzw. einer Zeitmittelwertbildungsschaltung
42 zugeführt, der bzw. die dahingehend wirksam ist, daß er bzw.
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sie einen variablen Untergrundschwellwert durch Integration der empfangenen
Impulse liefert. Ein Ausgangs signal der Zeitmittelwertbildungsschaltung 42 wird
einem rückgekoppelten Verstärker 44 bzw. einem Rückkopplungsverstärker 44 zugeführt,
dessen Ausgangssignal auf einen zweiten Eingang des Verstärkers 40 gegeben wird.
Das Ausgangssignal der Zeitmittelwertbildungsschaltung 42 wird außerdem einem Komparator
46 zugeführt, der gleichartig bzw. ähnlich wie ein Flip-Flop arbeiten kann. Der
Komparator 46 wirkt dahingehend, daß er seinen Zustand in Ansprechung auf eine Intensitätsänderung
der empfangenen Impulse um typischer- bzw. vorzugsweise 20% ändert. Das Ausgangssignal
des Komparators 46 wird einer Alarmeinrichtung 48, beispielsweise einem Summer,
zugeführt.
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Die automatische Verstärkungsregelungsschleife arbeitet in der Weise,
daß sie die an ihrem Ausgang auftretende Spannung stabilisiert. Die verstärkten
Impulse vom Verstärker 40 werden synchron mit den gesendeten Impulsen gleichgerichtet
und mittels der Zeitmittelwertbildungsschaltung 42 integriert.
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Die Ausgangsspannung der Zeitmittelwertbildungsschaltung 42 dient
dazu, den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 40 über den Rückkopplungsverstärker
44 zu steuern. Die Zeitkonstante der automatischen Verstärkungsregelungsschleife
ist relativ lang bzw. groß (etwa 30 Sekunden), so daß relativ schnelle Änderungen
nicht hindurchgehen und den Komparator 46 auslösen können. Wahlweise kann die automatische
Verstärkungsregelungsschleife durch einen mit dem Rückkopplungsverstärker 44 verbundenen
Rückstellknopf festgemacht bzw. fest eingestellt werden.
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Der Komparator 46 befindet sich normalerweise in einem niedrigen Zustand
bzw. im Zustand niedrigen Potentials (O). Der Empfang eines Impulsbündels von Impulsen
hoher Amplitude einer Gesamtamplitude, die um wenigstens 20% größer als 5 V ist,
bzw. allgemein der Empfang eines Impulsbündels von Impulsen hoher Amplitude, bei
welchen die Gesamtamplitude um einen vorbestimmten Prozentsatz über einem vorgegebenen
Grundwert liegt, bewirkt, daß der Komparator seine Position bzw. seinen Zustand
ändert und in seinen hohen Zustand bzw.
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in seinen Zustand hohen Potentials (1) übergeht. Die Zunahme der Amplitude
der Impulse zeigt ein Schließen des Augenlids an. Das Schließen des Augenlids hat
nämlich aus einer Anzahl von Gründen zur Folge, daß eine Strahlung größerer Amplitude
am Empfänger 32 empfangen wird; diese Gründe sind insbesondere eine größere Nähe
der reflektierenden Oberfläche und ein Unterschied in der Art der Strahlungsstreuung,
wie sie durch das Augenlid im Gegensatz zur Kornea bzw. Hornhaut erzeugt wird.
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Die Anderung des Zustands des Komparators 46 ermöglicht es einem Aufwärts-/Abwärts-Zähler
zu laufen. Wenn vier solcher Bündel aufeinanderfolgend festgestellt werden, wird
eine Alarmanzeige bzw. -auslösung bewirkt. Das Auftreten von vier solcher Bündel
zeigt an, daß die Person, welche die Brille mit der Einrichtung trägt, ihre Augen
in einem Schlummerzustand bzw. in einem Zustand des Einschlummerns, Dahindösens,
Einnickens o.dgl. geschlossen hat. Die Alarmanzeige bzw.
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-auslösung kann weiter bestehen bleiben, bis die Person wieder ihre
Augen öffnet. Wenn die Person ihre Augenföffnet und die Impulse in ihrer Amplitude
abnehmen, kehrt der Komparator 46 in seinen niedrigen Zustand bzw. in seinen Zustand
niedrigen Potentials zurück.
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Die Zeitgebungs- und Logikschaltung 50 liefert Takt- bzw.
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Zeitgebungsausgangssignale an den Sender 30, den Empfänger 32, das
Frequenzfilter 38, den Zeitmittelwertbilder 42, den
Rückkopplungsverstärker
44 und die Alarmeinrichtung 48, damit dadurch ein kohärenter bzw. aufeinander abgestimmter
Betrieb derselben sichergestellt wird.
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Die Zeitgebungsschaltung, die auch als T'aktgebungs schaltung bezeichnet
werden kann, basiert auf einem Oszillator, der auf einer Frequenz von 50 kHz arbeitet.
Das Ausgangssignal des Oszillators wird einem 12-Bit-Binärzähler zugeführt, dessen
Ausgangssignal die Periodizität des Sendens des Senders 30 und des Empfangens mittels
des Empfängers 32 festlegt.
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Es sei nun auf die Figuren 3A bis 3F Bezug genommen, in denen die
Einrichtung der Figur 2 schematisch dargestellt ist.
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Zum leichteren Verständnis ist jeder Teil der in den Figuren 3A bis
3F veranschaulichten Schaltungen mit einem Bezugszeichen versehen, das der Bezeichnung
dieser Schaltung in der Blockschaltbilddarstellung der Figur 2 entspricht. Im übrigen
wird ausdrücklich auf die Angaben und Symbole in den Schaltungen nach den Figuren
3A bis 3F hingewiesen, die für sich selbst sprechen, so daß eine'in nähere Einzelheiten
gehende Beschreibung dieser Schaltungen nicht erforderlich erscheint. Sämtliche
in den Figuren 3A bis 3F dargestellten und beschriebenen Schaltungsangaben sind
als für die dargestellten speziellen Ausführungsbeispiele erfindungswesentlich anzusehen,
so daß eine Beanspruchung von Schaltungseinzelheiten, Wie sie für jeden Fachmann
den dargestellten Schaltungen der Figuren 3A bis 3E aufgrund der Angaben und der
verwendeten allgemein üblichen Symbole und der dargestellten Schaltungsführung zu
entnehmen sind, vorbehalten bleibt.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und
beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des
Gegenstands der Erfindung, wie er in den Ansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen
des allgemeinen
Erfindungsgedankens, wie er den gesamten Unterlagen
entnommen werden kann, in vielfältiger Weise mit Erfolg verwirklichen. So sei beispielsweise
darauf hingewiesen, daß die Brille auch Plangläser oder -kunststoffsichteinsätze
anstelle von Linsen haben oder eine Sonnenbrille sein kann, oder daß sie auch ein
Brillengestell ohne Gläser oder sonstige Kunststoffsichteinsätze oder dergleichen
sein kann, wenn der Träger gute Augen hat, also an sich keine Brille zum Zwecke
des besseren Sehens benötigt.
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