特開 2023-121133 車両乗員の呼気および／または体臭中の物質の濃度を測定するための車両制御要素

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023121133

(43)【公開日】2023-08-30

(54)【発明の名称】車両乗員の呼気および／または体臭中の物質の濃度を測定するための車両制御要素

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/39 20060101AFI20230823BHJP

   G01N 21/05 20060101ALI20230823BHJP

   A61B 5/08 20060101ALI20230823BHJP

   B62D 1/04 20060101ALI20230823BHJP

   G01N 21/3504 20140101ALI20230823BHJP

【ＦＩ】

G01N21/39

G01N21/05

A61B5/08

B62D1/04

G01N21/3504

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023006686

(22)【出願日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】10 2022 201 701.3

(32)【優先日】2022-02-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】500045121

【氏名又は名称】ツェットエフ、フリードリッヒスハーフェン、アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＺＦ ＦＲＩＥＤＲＩＣＨＳＨＡＦＥＮ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100186716

【弁理士】

【氏名又は名称】真能 清志

(72)【発明者】

【氏名】ヨハネス アペル

(72)【発明者】

【氏名】レネ ザイデマン

(72)【発明者】

【氏名】ユリアン キング

【テーマコード（参考）】

2G057

2G059

3D030

4C038

【Ｆターム（参考）】

2G057AA01

2G057AB04

2G057AC03

2G057BA05

2G057DA03

2G057EA06

2G059AA01

2G059BB01

2G059CC15

2G059CC16

2G059GG01

2G059JJ01

2G059JJ13

2G059LL03

3D030CA01

3D030DA11

3D030DB13

4C038SU20

(57)【要約】

【課題】本発明は、車両乗員の呼気および／または体臭中の物質の濃度を測定するための車両制御要素に関する。
【解決手段】車両乗員の呼気および／または体臭中の物質の濃度、または車両におけるその他の匂いの中の物質の濃度を測定するための車両制御要素（１０）は、車両制御要素（１０）に、または車両制御要素（１０）内に配置された少なくとも１つの測定チャンバ（１）を含む。測定チャンバは、少なくとも１つの第１入口開口部（２ａ）と、少なくとも１つの第１出口開口部（２ｂ）と、多角形、楕円形または円形の断面と、内側に反射するように構成された壁と、第２入口開口部を通して測定チャンバ内にレーザビームを照射するように構成されたレーザ（３）と、測定チャンバの第２出口開口部から出るビームを検出するように構成された検出器（４）と、評価ユニットへ（６）のインターフェース（５）と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両乗員の呼気および／または体臭中の物質の濃度、または車両におけるその他の匂いの中の物質の濃度を測定するための車両制御要素（１０）であって、
前記車両制御要素（１０）は、前記車両制御要素（１０）に、または前記車両制御要素（１０）内に配置された少なくとも１つの測定チャンバ（１）を含み、前記測定チャンバ（１）は、
前記呼気および／または前記体臭を前記測定チャンバ（１）に導入可能な少なくとも１つの第１入口開口部（２a）と、
前記呼気および／または前記体臭を前記測定チャンバ（１）から導出可能な少なくとも１つの第１出口開口部（２ｂ）と、
多角形、楕円形または円形の断面と、
内側に反射するように構成された壁と、
前記測定チャンバ（１）の第２入口開口部に配置され、前記第２入口開口部を通して前記測定チャンバ（１）内にレーザビームを照射するように構成されたレーザ（３）と、
前記測定チャンバ（１）の第２出口開口部に配置され、前記測定チャンバ（１）の前記第２出口開口部から出るビームを検出するように構成された検出器（４）と、
評価ユニットへ（６）のインターフェース（５）であって、レーザ分光法に基づいて、検出された前記ビームから前記呼気および／または前記体臭中の前記物質の濃度を決定するように構成されたインターフェース（５）と、を含む、車両制御要素（１０）。

【請求項2】

請求項１に記載の車両制御要素（１０）であって、前記第１入口開口部（２ａ）および／または前記第１出口開口部（２ｂ）は、前記呼気および／または前記体臭を濾過するためのフィルタ、および／または前記測定チャンバ（１）を通る前記呼気および／または前記体臭の流れを調節および／または制御するための弁を含む、車両制御要素（１０）。

【請求項3】

請求項１または２に記載の車両制御要素（１０）であって、前記測定チャンバ（１）の前記壁の前記内側は、加熱可能な反射器（７）を含む、車両制御要素（１０）。

【請求項4】

請求項１～３の何れか一項に記載の車両制御要素（１０）であって、前記内側を洗浄するための少なくとも１つの振動源を含む、車両制御要素（１０）。

【請求項5】

請求項１～４の何れか一項に記載の車両制御要素（１０）であって、前記評価ユニット（６）は、前記検出器（４）または前記車両制御要素（１０）に統合されている、車両制御要素（１０）。

【請求項6】

請求項５に記載の車両制御要素（１０）であって、前記評価ユニット（６）は、スペクトルを決定し、コンピュータプログラムを実行し、前記コンピュータプログラムは、画像分類の訓練を受けている機械学習モデルに、前記スペクトル上の前記呼気および／または前記体臭中の前記物質の前記濃度を推測させる命令を含む、車両制御要素（１０）。

【請求項7】

請求項１～６の何れか一項に記載の車両制御要素（１０）であって、前記車両制御要素（１０）は、ステアリングホイールであり、前記測定チャンバ（１）は、ステアリングホイールリム（１１）、ステアリングホイールスポーク（１２）、またはステアリングコラム（１３）に配置されている、車両制御要素（１０）。

【請求項8】

請求項１～７の何れか一項に記載の車両制御要素（１０）であって、ステアリングホイールのホーンボタン（１４）または前記ホーンボタン（１４）の保持要素は、前記測定チャンバ（１）を実装する、車両制御要素（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両乗員の呼気および／もしくは体臭中の物質の濃度、または車両におけるその他の匂いの中の物質の濃度を測定するための車両制御要素に関する。

【背景技術】

【0002】

以下の定義、説明、および実施形態は、開示される発明の主題全体に対して、各々の意味を保持し、また適用される。

【0003】

自動車の排気ガスまた他のエアロゾル中の粒子の濃度を決定するためには、いわゆるオパシメータが用いられる。これらは、ランベルト‐ベールの法則（Lambert‐Beerschen Gesetz）に基づくものであり、調査される媒体における光ビームの減衰を検出および評価する。この場合、まっすぐな測定チャンバの片側に光源を、反対側に光センサを配置した装置が一般的である。同様に、有効な光路長を長くするためにミラーシステムが使用される測定装置も既知である。この場合測定ビームは、直線の測定経路を数回通過する。例えば呼吸気中に含まれるような非常に少量の分子を測定するためには、より長い測定経路が必要である。測定チャンバの長さを長くして測定経路を延長すると、結果的に測定装置が大きくなり、扱いにくくなる。

【0004】

この分野において、ＤＥ１０２０１１０７９８１６Ａ１は、エアロゾル中の分子量を測定するための装置を開示する。この装置は、測定すべきエアロゾルを導入可能な測定チャンバと、測定チャンバに光ビームを放射するように構成された光源と、測定チャンバから出る光の強度を測定するように構成された少なくとも１つの光センサと、センサによって測定された強度からエアロゾル中の分子の濃度を決定するように構成された評価ユニットと、を備える。測定チャンバには、照射された光ビームを反射するための反射面を備える。反射面は、多角形、楕円形または円形の形状に配置されている。

【0005】

ＤＥ１０２０１４０１４０７１Ａ１は、電気化学インピーダンス分光を用いて、車両制御要素の操作者の血液中の生体分子を非侵襲的に測定するためのセンサを有する車両制御要素を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】ＤＥ１０２０１１０７９８１６Ａ１

【特許文献2】ＤＥ１０２０１４０１４０７１Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の課題は、車両内の匂いガス／呼吸ガス分析用のレーザ分光の測定チャンバを、限られたスペースに統合するために、いかに小型化できるかということであった。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１の主題が、この課題を解決する。本発明の有利な構成は、定義、従属請求項、図面、および好適な実施形態の記載から明らかである。

【0009】

本発明は、車両乗員の呼気および／または体臭中の物質の濃度を測定するための車両制御要素を提供する。車両制御要素は、車両制御要素に、または車両制御要素内に配置された少なくとも１つの測定チャンバを含む。測定チャンバは、呼気および体臭を測定チャンバに導入可能な少なくとも１つの第１入口開口部と、呼気および／または体臭を測定チャンバから導出可能な少なくとも１つの第１出口開口部と、を含む。さらに、測定チャンバは、多角形、楕円形または円形の断面を含む。測定チャンバは、内側には、反射するように構成された壁を含む。さらに、測定チャンバは、測定チャンバの第２入口開口部に配置され、第２入口開口部を通して測定チャンバ内にレーザビームを照射するように構成されたレーザと、測定チャンバの第２出口開口部に配置され、測定チャンバの第２出口開口部から出るビームを検出するように構成された検出器と、を含む。さらに、測定チャンバは、評価ユニットへのインターフェースを含む。インターフェースは、レーザ分光法に基づいて、検出されたビームから呼気および／または体臭中の物質の濃度を決定するように構成されている。

【0010】

車両乗員は、乗用車制御要素で車両の機能を操作する。車両制御要素は、例えばタッチスクリーンまたは押しボタンまたは回転コントローラなど、車両の換気、暖房、空調システムの制御要素であり得る。車両制御要素はまた、例えばタッチスクリーンまたは押しボタンまたは回転コントローラなど、インフォテインメントシステムの制御要素であり得る。一態様によれば、車両制御要素は、その操作において、例えば車両乗員が車両制御要素の方向に前傾することによって、車両乗員と車両制御要素との間の距離を低減させることができる制御要素である。一態様によれば、車両制御要素は、例えばステアリングホイールなどの車両を操舵するための制御要素であり、または例えばステアリングホイールに配置可能な多機能回転ノブなどの障害者に優しい運転および／または操舵補助装置である。

【0011】

体臭には、人から皮膚を介する、また例えば口臭のように他の体の開口部からの、すべての匂いのある身体の蒸気が含まれる。呼気および／または体臭中の物質は、アルコール、コカイン、アンフェタミン、大麻、テトラヒドロカンナビノール、モルヒネ、メサドン、アンモニア、アセトン、またはこれらの物質の組み合わせを示唆する物質であり得る。これらの物質は、体内での正常な生物学的または病理学的プロセスを示すことができるバイオマーカーである。例えば、アンモニア臭は腎臓の病気を示す。アセトン臭は糖尿病を示す。呼気および／または体臭中のこれらの物質を決定する利点は、呼吸気中のアルコール含有量を決定する際に、例えば吹管に頼るために不快である化学的方法、または例えば吸着方法のような表面接触方法、または侵襲的方法を、使用しないことである。呼吸気およびその他の体臭は、継続的に放出される。これらの物質は、例えば、揮発性有機化合物、略称でＶＯＣ（volatile organic compounds）とも称される。ＶＯＣとしては、例えば、アセトン、エタノール、イソプレン、ノナナール、デカナール、α‐ピネン、酪酸エチルエステル、およびブタナール、エタナール、プロパナール、および酢酸ｎ‐プロピルエステルが挙げられる。ＶＯＣは、疾病によってタンパク質の変化、細胞の変化、または代謝の変化が引き起こされると、生体において発生する。例えば、ＳＡＲＳ－Ｃｏｖ‐２の感染者では、特徴的なタンパク質の変化、また代謝の変化が観察された。呼吸および／または体臭を介して排出されるＶＯＣは、疾病の特徴となり得るため、バイオマーカーとして機能することができる。

【0012】

本発明にしたがってこれらの物質を検出することによって、車両乗員、特に車両運転者の状態が、車を運転する際の疾病および障害に関して決定される。これらの物質が、各々の予め定義された閾値を超えて決定される場合、特に走行開始時に、一態様によれば、例えばアルコロックまたはアルコールイグニッションスタータロックのようなイモビライザが作動される。このイモビライザは、車両運転者の呼吸気のアルコール含有量の所定の値から、車両の始動を阻止する。

【0013】

第１入口開口部および第１出口開口部によって、分析対象の呼気および／または体臭の量を、測定チャンバ内に均一に分布させることが可能である。

【0014】

測定チャンバの壁の内側が反射するように構成されているため、測定チャンバ内部のレーザビームが、反射面で数回反射される。これによって、測定チャンバの直径よりも大きい経路長を、測定チャンバ内でカバーすることができる。これによって、車両室内に配置可能でサイズがコンパクトである、車両内の匂い分析／呼吸ガス分析用の小型化された測定チャンバが実現される。これによって、サイズが小型であるにもかかわらず、高い感度を有し、したがって、車両内の呼気および／または体臭中の物質を測定するのに適する測定チャンバが提供される。

【0015】

多角形の形状に配置された反射面によって、反射角を所望の値に設定することが可能である。

【0016】

検出器はフォトダイオード検出器とすることができる。

【0017】

評価ユニットは、特定用途向け集積回路、略称ＡＳＩＣ、ロード可能な論理回路を有する集積回路、略称ＦＰＧＡ、中央コンピュータ、略称ＣＰＵ、グラフィックスプロセッサなどのハードウエアアクセラレータ、略称ＧＰＵなどを含むことができる。評価ユニットは、マイクロコントローラまたは制御装置であり得る。制御装置は、例えば電気制御ユニットとも称される電子制御ユニットであり得る。

【0018】

レーザ分光法は、吸収分光および発光分光を含む。

【0019】

一態様によれば、第１入口開口部および／または第１出口開口部は、呼気および／または体臭を濾過するためのフィルタ、および／または測定チャンバを通る呼気および／または体臭の流れを調節および／または制御するための弁を含む。フィルタは、例えば、信号対ノイズ比を改善するために使用される。弁は、分析対象の呼気および／または体臭の分布を改善する。一態様によれば、第１入口開口部は、呼気および／または体臭を吸引するためのファンを含む。

【0020】

更なる態様によれば、測定チャンバの壁の内側は、例えば加熱可能な鏡の形態である、加熱可能な反射器を含む。これによって、測定チャンバ内部での凝結が回避される。反射器は、例えば少なくとも１９℃の温度に加熱される。

【0021】

更なる態様によれば、車両制御要素は、内側を洗浄するため、特に付着物に抗して反射器を洗浄するための少なくとも１つの振動源を含む。振動源は、例えば超音波源であり得る。

【0022】

更なる態様によれば、評価ユニットは、検出器または車両制御要素に統合されている。例えば、検出器は、システムオンチップである。

【0023】

更なる態様によれば、評価ユニットは、スペクトルを、例えば吸収スペクトルまたは発光スペクトルを決定する。さらに、評価ユニットは、コンピュータプログラムを実行する。コンピュータプログラムは、画像分類の訓練を受けている機械学習モデルに、スペクトル上の呼気および／または体臭中の物質の濃度を推測させる命令を含む。

【0024】

評価ユニットが実行する命令は、プログラム命令またはハードウエア命令である。命令は、例えばソフトウエアコードまたは機械コードとして存在する。機械学習とは、コンピュータおよびその他のデータ処理装置をタスクに対してプログラムするのではなく、コンピュータおよびその他のデータ処理装置にデータから学習することによってタスクを実行するように教える技術である。

【0025】

更なる態様によれば、車両制御要素は、ステアリングホイールである。測定チャンバは、ステアリングホイールリム、ステアリングホイールスポーク、またはステアリングコラムに配置されている。これによって、前傾することによって運転者とステアリングホイールとの距離を、例えば２０ｃｍ未満に低減させることができるため、運転者が容易に使用することが可能である。これは、呼気および／または体臭中の物質を検出するのに有利である。ステアリングホイールは、例えば、多機能ステアリングホイールである。

【0026】

更なる態様によれば、ステアリングホイールのホーンボタンまたはホーンボタンの保持要素は、測定チャンバを実装する。特に、評価ユニットが検出器に統合されている実施形態では、したがってホーンボタンまたはホーンボタンの保持要素が設けられている。それを用いて、車両乗員の呼気および／または体臭中の物質の濃度を測定することができる。

【0027】

本発明は、以下の実施形態で説明される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明による測定チャンバの実施形態の図である。

【図2】図１の実施形態の側面図である。

【図3】本発明による車両制御要素の実施形態の図である。

【図4】図３の実施形態の側面図である。

【図5】本発明による車両制御要素の更なる実施形態の図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図中で、同一の参照符号は、同一の、または機能的に類似した参照部分を示す。わかりやすくするために、個々の図では、関連する参照部分のみが強調される。

【0030】

図１に示す測定チャンバ１は、例えば七角形の断面を有する。レーザ３および検出器４は、測定チャンバ１に配置されている。検出器４の信号は、インターフェース５を介して評価ユニット６に提供される。検出器４、インターフェース５、および評価ユニット６は、システムオンチップとして実装することができる。鏡の形態の反射器７は、測定チャンバ１の壁の内側に配置されている。

【0031】

本発明による測定チャンバ１の更なる実施形態では、レーザ３がわずかに傾斜している。検出器４は、レーザ３に対して、より低く配置されている。これによって、測定チャンバ１においてレーザビームの１回転以上の回転が生じる。これによって、測定チャンバ１におけるレーザビームの経路長が長くなる。

【0032】

図１の測定チャンバ１の、図２の側面図において、第１入口開口部２ａおよび第１出口開口部２ｂが示される。

【0033】

図３は、測定チャンバ１を車両制御要素１０において、例えばステアリングホイールにおいて取り付けることができる、可能な位置を示す。１つまたは複数の測定チャンバ１を、ステアリングホイールリム１１に配置することができる。１つまたは複数の測定チャンバ１を、ステアリングホイールスポーク１２に配置することができる。１つまたは複数の測定チャンバ１を、ステアリングコラム１３に配置することができる。１つまたは複数の測定チャンバ１を、ホーンボタン１４に、またはホーンボタン１４の保持要素に、もしくは保持要素内に配置することができる。例えば、ステアリングホイールリム１１に第１測定チャンバ１が配置され、ステアリングホイールスポーク１２に第２および第３測定チャンバ１が配置され、ステアリングコラム１３に第４測定チャンバ１が配置され、ホーンボタン１４に第５測定チャンバ１が配置される。

【0034】

図４は、図３の側面図であり、測定チャンバ１の設置位置を説明する。ステアリングコラム１３は、ステアリングホイールをダッシュボード１５に接続し、ステアリングシャフトとの接続を表す。ステアリングコラム１３は、例えばステアリングコラムスイッチと、例えば方向指示器、ヘッドライトフラッシャー、ウインドワイパ、および／またはクルーズコントロールのためのレバーと、を含む。また、フロントウインド１６が示されている。

【0035】

図５は、測定チャンバ１を実現するホーンボタン１４を示す。

【符号の説明】

【0036】

１ 測定チャンバ
２ａ 第１入口開口部
２ｂ 第１出口開口部
３ レーザ
４ 検出器
５ インターフェース
６ 評価ユニット
７ 反射器
１０ 車両制御要素
１１ ステアリングホイールリム
１２ ステアリングホイールスポーク
１３ ステアリングコラム
１４ ホーンボタン
１５ ダッシュボード
１６ フロントウインド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【外国語明細書】