Biomolekülen

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbedienelement sowie ein Verfahren zur nichtinvasiven Messung von Biomolekülen, insbesondere von Lactat, Alkohol und/oder Harnstoff.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Fahrzeuge eine Vielzahl von Sensoren aufweisen, die die Sicherheit während des Betriebs des Fahrzeugs erhöhen. Beispielsweise sind Sensoren vorgesehen, die das Fahrverhalten des Bedieners überwachen, um so auf einen Gesundheitszustand bzw. Fahrtüchtigkeitszustand des Bedieners zu schließen. Derartige Sensoren können zum Beispiel das Lenkverhalten des Bedieners auswerten oder die Bewegung der Augen verfolgen, um die Müdigkeit des Bedieners festzustellen.

Als nachteilig hat sich bei diesen Sensoren herausgestellt, dass sie den Zustand des Bedieners nur aufgrund der Messung indirekter Parameter wie Bewegungsabläufe oder Körperhaltung feststellen können. Daher können derartige Sensoren nur Zustände detektieren, die bereits eingetreten sind. Unmittelbar bevorstehende Zustandsveränderungen, die einen negativen Einfluss auf das Fahrverhalten und die Gesundheit des Bedieners haben, können von derartigen Sensoren jedoch nicht erfasst werden. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeugbedienelement bereitzustellten, das in der Lage ist, aufkommende Veränderungen des Gesundheitszustands bzw. Fahrtüchtigkeitszustands des Bedieners zu detektieren.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeugbedienelement gelöst, mit zumindest einem Sensor zur nichtinvasiven Messung von Biomolekülen im Blut eines Bedieners eines Fahrzeugbedienelements mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie, mit wenigstens einer Antenne, die zumindest eine erste leitfähige Schicht, eine zweite leitfähige Schicht sowie eine isolierende Schicht umfasst, die zwischen den beiden leitfähigen Schichten angeordnet ist, und wobei über die erste leitfähige Schicht und/oder die zweite leitfähige Schicht ein Anregungssignal auskoppelbar sowie ein verstimmtes Anregungssignal in die Antenne einkoppelbar ist.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es, ein Fahrzeugbedienelement mit einem Sensor zu versehen, der die Blutwerte des Bedieners direkt erfasst, um Aufschlüsse über den aktuellen Gesundheitszustand und/oder den Fahrtüchtigkeitszustand sowie bevorstehenden Veränderungen derer zu erhalten. Typischerweise werden Blutuntersuchen im medizinischen Bereich nur durch invasive Messungen vorgenommen, was jedoch im Automobilbereich nicht möglich ist. Der Sensor des Bedienelements der Erfindung weist eine Antenne auf, die aufgrund ihrer Struktur elektromagnetische Strahlung mit einer definierten Frequenz auskoppeln kann, die zu Freiraumwellen werden. Die angeregten Freiraumwellen propagieren durch die Haut in die Blutbahn des Bedieners und regen dort wenigstens eine Art von Biomolekülen zu Schwingungen an, sofern die definierte Frequenz der Resonanzfrequenz dieser Art von Biomolekülen entspricht.

Aufgrund der Schwingungsanregungen der Biomoleküle durch die Antenne wird das ausgekoppelte elektromagnetische Anregungssignal verstimmt. Hierbei ist die Phase des verstimmten Anregungssignals verschoben und die Amplitude des verstimmten Anregungssignals ebenfalls verändert. Das verstimmte Anregungssignal kann von der Antenne erfasst werden. Über die Impedanzspektroskopie, die die Änderung der Wellenfunktion bestimmter Frequenzen untersucht, insbesondere deren Phase und deren Amplitude, zwischen dem ausgekoppelten Anregungssignal und dem verstimmten Anregungssignal, kann die Anwesenheit und die Konzentration der Biomoleküle mit bekannten Resonanzfrequenzen im Blut des Bedieners erfasst werden. Da bei der Messung der Blutwerte bzw. der Biomoleküle lediglich elektromagnetische Wellen über die Antenne ausgestrahlt und verstimmte elektromagnetische Wellen empfangen werden, kann die Messung nichtinvasiv erfolgen, sodass es sich bei der Messung der Biomoleküle um eine nichtinvasive elektrochemische Impedanzspektroskopie handelt.

Bei den zu messenden Biomolekülen kann es sich um Lactate, Alkohol und/oder Harnstoff handeln, die jeweils unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen. Es ist beispielsweise bekannt, dass sich die Lactatwerte bei einem drohenden Herzinfarkt verändern, sodass sich ein drohender Herzinfarkt über die nichtinvasive Messung des Lactatwerts des Bedieners rechtzeitig erkennbar ist. Typischerweise kann eine feststellbare Veränderung der Lactatwerte bereits zehn Minuten vor einem eintretenden Herzinfarkt festgestellt werden. Des Weiteren ist es unerheblich, ob die elektromagnetischen Wellen in arterielles oder venöses Blut koppeln, da die Biomoleküle in beiden Blutkreisläufen feststellbar sind.

Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die erste oder die zweite leitfähige Schicht randseitig strukturiert ausgebildet ist, insbesondere einen polygonalen Rand aufweist. Über die randseitige Strukturierung der leitfähigen Schicht können Kammstrukturen ausgebildet werden, sodass die Antenne eine bessere Frequenzabdeckung hat. Wegen der fraktalen Strukturen bzw. der Kammstrukturen kann aufgrund des damit einhergehenden Sierpinski-Effekts ein breiteres Frequenzband von der Antenne empfangen werden. Beispielsweise weist Lactat eine Resonanzfrequenz bei ungefähr 170 MHz (longitudinale Schwingung), bzw. 390 MHz (transversale Schwingung) auf, wohingegen Ethanol eine Resonanzfrequenz bei ungefähr 600 MHz hat. Dieses breite Frequenzspektrum kann aufgrund der randseitigen Strukturierung von der Antenne abgedeckt werden. Generell ist es möglich, mit der Antenne ein Frequenzspektrum von 30 MHz bis 900 MHz abzudecken.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste leitfähige Schicht und die zweite leitfähige Schicht im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Je nach Ausrichtung und Anordnung der leitfähigen Schichten können hierdurch unterschiedliche Freiraumwellen durch das Anregungssignal generiert werden, die je nach Anordnung der Antennen am Fahrzeugbedienelement bevorzugt sein können.

In einer alternativen Ausführungsform ist die zweite leitfähige Schicht im Wesentlichen bogenförmig ausgebildet und läuft um die erste leitfähige Schicht, insbesondere exzentrisch.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht eine dritte leitfähige Schicht vor, die mit der ersten oder der zweiten leitfähigen Schicht elektrisch gekoppelt ist und eine Verbindungsschicht ausbildet, insbesondere wobei die leitfähigen Schichten der Verbindungsschicht derart zueinander beabstandet sind, dass die zweite bzw. die erste leitfähige Schicht zwischen den leitfähigen Schichten der Verbindungsschicht angeordnet ist. Hierdurch kann die Effizienz der Antenne bei gleichbleibender oder leicht vergrößerter Bauhöhe verbessert werden, da die Verbindungsschicht und die dazwischenliegende Schicht zwei Dipole ausbilden, sodass eine leistungsstarke und zugleich empfindliche Antenne bereitgestellt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die wenigstens eine Antenne flexibel ausgebildet. Dies wird dadurch erreicht, dass es sich bei den elektrisch leitfähigen Schichten um dünne Schichten handelt, sodass diese flexibel sind. Beispielsweise weist eine leitfähige Schicht eine Dicke von unter 50 μιη auf, insbesondere zwischen 10 μιη und 35 μιη. Auch die dazwischen angeordnete isolierende Schicht hat eine Dicke in derselben Größenordnung. Demnach kann die wenigstens eine Antenne eine Dicke von 30 μηι bis 300 μιη aufweisen, wodurch sie in gebogener Weise beispielsweise an einem Lenkradkranz angeordnet werden kann. Ferner kann eine vom Bediener zu berührende Deckschicht vorgesehen sein, die die äußerste Schicht der Antenne bildet und insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist. Bei der Deckschicht kann es sich um eine Folie, eine Blende, eine Lederhaut, eine Holzschicht, eine Keramik, ein Glas oder einen Lack handeln, wobei dies davon abhängig ist, wie das entsprechende Fahrzeugbedienelement ausgebildet ist. Die Deckschicht fungiert einerseits als Berührschutz der empfindlichen Antennenstruktur und andererseits als optisches Element, sodass der Sensor an das Fahrzeugbedienelement optisch angepasst ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Sensor im Fahrzeugbedienelement nahezu unsichtbar sein soll.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Antenne als Dipolantenne oder als Multipolantenne ausgebildet ist. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Antenne weiter erhöht werden.

Ferner kann die wenigstens eine Antenne eine dielektrische Einlage, insbesondere aus Feinkeramik, umfassen zur Verbesserung der Sensibilität der Antenne im niedrigen Frequenzbereich. Über die dielektrische Einlage wird eine höhere Dielektrizitätskonstante der Antenne erreicht, sodass kleine Antennenstrukturen für große Wellenlängen sensitiv sind. Die optionale dielektrische Einlage vergrößert demnach die Frequenzabdeckung der Antenne. Hierdurch kann beispielsweise die verbesserte Frequenzabdeckung aufgrund der strukturierten Ränder unterstützt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuer- und Auswerteeinheit zur Steuerung der wenigstens einen Antenne sowie zur Auswertung der von der wenigstens einen Antenne empfangenen verstimmten Anregungssignale vorgesehen. Über die Steuer- und Auswerteeinheit wird die auszukoppelnde Welle angeregt, da die Anregungsfrequenz vorgegeben wird. Gleichzeitig kann das verstimmte Anregungssignal analysiert werden, welches von der Antenne empfangen wird. Anhand des verstimmten Anregungssignals kann die Anwesenheit eines entsprechenden Biomoleküls im Blut des Bedieners nachgewiesen werden.

Insbesondere ist die Steuer- und Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie verschiedene Anregungsfrequenzen für die Antenne generiert. Hierdurch ist sichergestellt, dass über die wenigstens eine Antenne elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen generiert werden können, die die unterschiedlichen, zu detektierenden Biomoleküle mit ihren voneinander verschiedenen Anregungsfrequenzen anregen, sofern diese im Blut des Bedieners vorhanden sind. Ferner kann die Steuer- und Auswerteeinheit so ausgebildet sein, dass sie Wellenfunktionen verstimmter Anregungssignale auswertet und aufgrund der Verstimmung die Anwesenheit von Biomolekülen ermittelt. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann demnach die mathematischen Berechnungen einer Impedanzspektroskopie durchführen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Fahrzeugbedienelement Teil eines Fahrzeuglenkrads, Stellhebels oder Schalthebels des Fahrzeugs ist. Dies stellt sicher, dass der Bediener des Fahrzeugs während des Betriebs des Fahrzeugs mit dem entsprechenden Fahrzeugbedienelement zwingend in Kontakt kommt, sodass eine nichtinvasive Messung der Biomoleküle im Blut des Bedieners während der Bedienung des Fahrzeugs erfolgt. Femer können mehrere Antennen verteilt über das Fahrzeugbedienelement angeordnet sein. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass der Bediener im Bereich des Detektionsfelds wenigstens einer der Antennen während des Betriebs ist, sodass eine Messung über die entsprechende Antenne möglich ist. Die mehreren Antennen können einer einzigen Messstelle zugeordnet sein, sodass sich eine höhere Auflösung pro Messstelle ergibt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Hand des Bedieners nicht vollständig auf der Messstelle aufliegt. Ferner lassen sich die Messergebnisse der mehreren Antennen pro Messstelle untereinander vergleichen und verifizieren. Insbesondere sind die Antennen gruppenweise an der entsprechenden Messstelle angeordnet.

Generell können die von den Antennen erfassten Bereiche als Messzellen bezeichnet werden, wobei eine Messstelle eine Messzelle oder mehrere Messzellen umfassen kann. Über das Fahrzeugbedienelement verteilt können dementsprechend mehrere Messstellen vorgesehen sein, die jeweils eine Antenne oder mehrere Antennen umfassen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Heizschicht vorgesehen sein, die insbesondere an einer isolierenden Schicht anliegt oder integriert ist. Hierdurch kann die Antenne gleichzeitig das Fahrzeugbedienelement aktiv beheizen, wodurch der Komfort für den Bediener erhöht ist. Alternativ oder ergänzend kann ein Messinstrument vorgesehen sein, das zur nichtinvasiven Messung von Biomolekülen, insbesondere Lactat, Alkohol und/oder Harnstoff, im Blut eines Bedieners eines Fahrzeugs mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie ausgebildet ist, wobei das Messinstrument mit einer Steuer- und Auswerteeinheit des Fahrzeugs koppelbar ist. Bei dem Messinstrument kann es sich beispielsweise um ein Armband oder ein sonstiges Accessoire handeln, das der Bediener trägt. Dieses Armband kann separat oder als Teil eines anderen Geräts ausgebildet sein, insbesondere einer sogenannten Smartwatch. Das Armband liegt dauerhaft an einer Körperstelle des Bedieners an, wodurch eine hohe Messgenauigkeit möglich ist, zumal die Messungen stets an derselben Körperstelle durchgeführt werden. Die vom Messinstrument erfassten Daten können im Messinstrument selbst ausgewertet werden oder an die Steuer- und Auswerteeinheit des Fahrzeugs übermitteln werden, die die Daten auswertet. Alternativ können die Daten auch an eine externe Auswerteeinheit übermittelt werden, beispielsweise ein Mobiltelefon, insbesondere ein sogenanntes Smartphone.

Die Übertragung der Daten erfolgt vorzugsweise kabellos, sodass der Bediener in seiner Bewegungsfreiheit nicht eingeschränkt ist.

Das Messinstrument hat wenigstens eine Antenne, die zumindest eine erste leitfähige Schicht, eine zweite leitfähige Schicht sowie eine isolierende Schicht umfasst, die zwischen den beiden leitfähigen Schichten angeordnet ist, und wobei über die erste leitfähige Schicht und/oder die zweite leitfähige Schicht ein Anregungssignal auskoppelbar sowie ein verstimmtes Anregungssignal in die Antenne einkoppelbar ist. Die Antenne des Messinstruments ist im Wesentlich in analoger Weise zu der Antenne im Fahrzeugbedienelement aufgebaut, wobei sich dieselben Vorteile in analoger Weise ergeben.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zur nichtinvasiven Messung von Biomolekülen, insbesondere Lactat, Alkohol und/oder Harnstoff, im Blut eines Bedieners eines Fahrzeugs mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie unter Verwendung eines Fahrzeugbedienelements der zuvor genannten Art und/oder eines Messinstruments der zuvor genannten Art gelöst. Das Fahrzeugbedienelement und/oder das Messinstrument weisen bzw. weist einen Sensor auf, der zur nichtinvasiven Messung von Biomolekülen geeignet ist. Mit dem Verfahren ist es somit möglich, bevorstehende Veränderungen des Gesundheitszustands bzw. des Fahrtüchtigkeitszustands frühzeitig zu erkennen, sodass aktiv eingegriffen werden kann, die Geschwindigkeit zunehmend reduziert wird, Warnsignale abgegeben werden oder das Fahrzeug gar nicht gestartet wird.

Insbesondere können mehrere Biomoleküle mit unterschiedlichen Anregungsfrequenzen gemessen werden. Hierdurch kann der Zustand des Bedieners des Fahrzeugs sehr genau bestimmt werden, da mehrere Biomoleküle, die Aussagen über verschiedene Zustände des Bedieners ermöglichen, gleichzeitig oder nacheinander gemessen werden können.

Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Messung der Biomoleküle im Blut des Bedieners kontaktlos erfolgt. Die zu vermessende Körperstelle sollte sich im Nahfeld der Antenne befinden, sodass eine ausreichend große Leistung eingekoppelt werden kann und die Antenne das verstimmte Anregungssignal auch hinreichend gut erfassen kann. Es muss jedoch kein direkter Kontakt mit dem Sensor bzw. der Antenne erfolgen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wertet die Steuer- und Auswerteeinheit die komplexe Impedanz zwischen dem Anregungssignal und dem verstimmten Anregungssignal zur quantitativen Bestimmung der Konzentration der Biomoleküle im Blut des Bedieners aus. Über die Änderung der Amplitude und der Phase zwischen dem Anregungssignal und dem verstimmten Anregungssignal kann auf die komplexe Impedanz geschlossen werde, deren Auswertung zur Berechnung der Konzentration der Biomoleküle dient.

Ferner kann die Steuer- und Auswerteeinheit aufgrund der komplexen Impedanz die der Messung zugrunde liegende Messfläche und/oder Messstellen und/oder Anzahl der Bediener bestimmen. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann aufgrund der Auswertung der komplexen Impedanz feststellen, ob überhaupt ein Kontakt besteht bzw. ob der Bediener sich mit einem Körperteil im Detektionsbereichs des Sensors befindet, da ansonsten keine Verstimmung des Anregungssignals erfolgt. Ferner kann aufgrund der Auswertung ermittelt werden, mit welcher Fläche der Bediener des Fahrzeugs im Bereich des Sensors ist, da über den Realteil der komplexen Impedanz auf das untersuchte Volumen geschlossen werden kann, woraus auf eine durchschnittliche Fläche geschlossen werden kann. Des Weiteren kann aufgrund stark unterschiedlicher Ergebnisse der Messung auf einen anderen Bediener geschlossen werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Steuer- und Auswerteeinheit die wenigstens eine Antenne taktweise ansteuert, wobei, sofern mehrere Antennen vorgesehen sind, die Steuer- und Auswerteeinheit die Antennen sequenziell ansteuert. Hierdurch kann die Effizienz des Sensors gesteigert werden, da eine Überprüfung der Biomoleküle nur in bestimmten Zeitintervallen nötig ist. Eine sequentielle Ansteuerung ist insbesondere dann interessant, wenn ein vormals bestehender Kontakt mit einer der Antennen verloren gegangen ist, sodass eine neue Antenne gesucht wird, mit der eine Messung möglich ist, da der Bediener im Nahfeld dieser Antenne ist.

Ferner kann ein Speicher vorgesehen sein, in dem die ermittelten Werte gespeichert werden können, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit Trends aufgrund der hinterlegten Werte berechnet, insbesondere extrapoliert, um Prognosen über die Werteentwicklung zu ermitteln. Hierdurch ist es möglich, dass ein Verlauf der Konzentration der entsprechenden Biomoleküle gespeichert und ausgewertet wird, um eine bevorstehende Änderung der Konzentration eines entsprechenden Biomoleküls vorherzusagen, die auf eine Änderung des Gesundheitszustands bzw. des allgemeinen Zustande des Fahrzeugbedieners schließen lässt.

Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs gelöst, wobei ein Verfahren zur nichtinvasiven Messung von Biomolekülen der zuvor genannten Art durchgeführt wird, und wobei zumindest eine Fahrzeugeinrichtung in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Verfahrens zur nichtinvasiven Messung von Biomolekülen betrieben wird. Hierbei kann zunächst die Steuer- und Auswerteeinheit direkt mit einer zentralen Steuereinheit des Fahrzeugs verbunden werden, sodass die von der Steuer- und Auswerteeinheit ermittelten Informationen sämtlichen Komponenten des Fahrzeugs zur Verfügung stehen. Demnach kann dem Fahrzeugbediener beispielsweise eine optische oder akustische Warnmeldung angezeigt bzw. mitgeteilt werden, wenn ein kritischer Zustand aufgrund der sich ändernden Konzentration eines Biomoleküls festgestellt worden ist. Ferner können weitere Fahrzeugsicherheitssysteme in Abhängigkeit der erfassten Werte geregelt bzw. ihre Empfindlichkeit verändert werden, beispielsweise eine Abstands- und/oder eine Temporegeleinheit, sodass sie beispielsweise sensibler auf Veränderungen reagieren. Des Weiteren kann die zentrale Steuereinheit aufgrund eines erfassten kritischen Zustands bzw. eines prognostizierten kritischen Zustands zuvor manuell deaktivierte Fahrzeugsicherheitssysteme aktivieren wie ein Spurhaltesystem, ein Stauassistent und/oder ein Lenkassistent. Im Extremfall kann sogar die Steuerung und/oder Regelung sämtlicher Funktionen des Fahrzeugs von der zentralen Steuereinheit vollständig übernommen und eine Bremsung eingelegt werden, insbesondere Notbremsung. Hierbei kann die zentrale Steuereinheit auch einen Notruf absetzen.

Sofern mehrere Antennen vorgesehen sind, die einer Messstelle zugeordnet sind, können die Messergebnisse dieser Antennen miteinander verglichen und verifiziert werden. Bei nicht vollständiger Kontaktierung der Messstelle ergibt sich hieraus, dass sich die Messergebnisse der Antennen unterscheiden. Die Steuereinheit kann hierbei erkennen, welche Messergebnisse auf einen nicht kontaktierten Bereich der Messstelle zurückzuführen ist und diese entsprechend herausrechnen bzw. nicht berücksichtigen.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugbedienelements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer bei der Erfindung eingesetzten Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform, - Figur 3 eine schematische Darstellung des Lagenaufbaus eines Leiters einer Antenne, die bei der Erfindung eingesetzt wird,

Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung der Antenne aus Figur 2,

Figur 5 eine schematische Darstellung einer bei der Erfindung eingesetzten Antenne gemäß einer zweiten Ausführungsform, - Figur 6 eine schematische Darstellung einer bei der Erfindung eingesetzten Antenne gemäß einer dritten Ausführungsform, und Figur 7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messintruments.

Figur 1 zeigt ein Fahrzeuglenkrad 10 mit einem Lenkradkranz, das ein Fahrzeugbedienelement 12 bildet.

Das Fahrzeugbedienelement 12 weist einen Sensor 14 auf, mit dem Biomoleküle im Blut eines Bedieners des Fahrzeugbedienelements 12 bzw. des Lenkrads 10 nichtinvasiv gemessen werden können. Der Sensor 14 weist hierzu mehrere Antennen 16 auf, deren Aufbau später anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert wird.

Die Antennen 16 sind über das Fahrzeugbedienelement 12 verteilt angeordnet, wobei sie in Bereichen 18, 20 des Fahrzeugbedienelements 12 angeordnet sind, die vom Bediener des Lenkrads 10 typischerweise umgriffen werden. In der gezeigten Ausführungsform handelt es sich hierbei um die typischen Positionen des Lenkrads 10, die ein Fahrer mit seinen Händen umgreifen soll, wobei diese Stellung auch als „10 vor 2" Uhr bekannt ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Antennen 16 des Sensors 14 der Handfläche oder den Fingern zugeordnet sind.

Der erste Bereich 18 umfasst in der gezeigten Ausführungsform fünf Antennen 16, wohingegen der zweite Bereich 20 lediglich eine Antenne 16 aufweist. Alternativ können die Antennen 16 auch über den gesamten Lenkradkranz in regelmäßigen Abständen verteilt angeordnet sein.

Die gruppenweise angeordneten Antennen 16 im ersten Bereich 18 können derart angeordnet sein, dass sie einer einzigen Messstelle zugeordnet sind, sodass diese eine Messstelle hochaufgelöst werden kann, wie nachfolgend noch beschrieben wird.

Die Antennen 16 sind generell derart ausgebildet, dass sie im Blut des Bedieners vorhandene Biomoleküle mittels elektromagnetischer Strahlung anregen können. Dies bedeutet, dass die Antennen 16 ein Anregungssignal mit einer Frequenz aussenden können, die der Resonanzfrequenz der zu vermessenden Biomoleküle entspricht. Hierzu sind die Antennen 16 mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 22 gekoppelt, die im Fahrzeuglenkrad 10 selbst oder an einem anderen Ort vorgesehen sein kann. Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 dient zur Steuerung der Antennen 16, sodass die Steuer- und Auswerteeinheit 22 die Antennen 16 ansteuert, sodass diese die elektromagnetischen Wellen mit unterschiedlichen Anregungsfrequenzen generieren.

Bei den Frequenzen kann es sich insbesondere um Frequenzen der typischerweise zu untersuchenden Biomoleküle wie Lactat, Methanol und/oder Harnstoff handeln, wobei Lactat eine Anregungsfrequenz von 175 MHz +/- 50 MHz, Ethanol eine Anregungsfrequenz von 600 MHz +/- 50 MHz und Urea eine Anregungsfrequenz von 300 MHz +/- 50 MHz haben.

Um die verschiedenen Anregungsfrequenzen zu erreichen kann auch vorgesehen sein, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 22 ein komplettes Frequenzband durchfährt, also von beispielsweise 30 MHz bis 900 MHz. Aufgrund der Anregung der Biomoleküle durch die elektromagnetischen Wellen mit den entsprechenden Anregungsfrequenzen bzw. den Anregungssignalen wird das ausgesandte Anregungssignal verstimmt. Das verstimmte Anregungssignal unterscheidet sich von dem Anregungssignal dahingehend, dass es phasenverschoben ist und eine andere Amplitude aufweist, insbesondere eine gedämpfte Amplitude.

Des Weiteren überlagert sich das verstimmte Anregungssignal mit dem Anregungssignal, sodass bei einer Anregung eines Biomoleküls zwei unterschiedliche Signale im Nahfeld der Antenne 16.

Die Antennen 16 sind generell derart ausgebildet, dass sie das verstimmte Anregungssignal ebenfalls erfassen können, wodurch das verstimmte Anregungssignal der Steuer- und Auswerteeinheit 22 übermittelt werden kann.

Die Übertragung des Anregungssignals von der Steuer- und Auswerteeinheit 22 zu den Antennen 16 sowie die Übertragung des verstimmten Anregungssignals von den Antennen 16 zu der Steuer- und Auswerteeinheit 22 kann über Koaxialleitungen erfolgen, mit denen die Antennen 16 und die Steuer- und Auswerteeinheit 22 miteinander gekoppelt sind. Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 ist ferner dazu ausgebildet, die verstimmten Anregungssignale auszuwerten und eine Konzentration des angeregten Biomoleküls aufgrund des Anregungssignals und des verstimmten Anregungssignals zu ermitteln. Zur Bestimmung der Konzentration des angeregten Biomoleküls wertet die Steuer- und Auswerteeinheit 22 die komplexe Impedanz zwischen dem Anregungssignal und dem verstimmten Anregungssignal aus.

Der Realteil der komplexen Impedanz kann dabei zur Bestimmung des Probevolumens ausgewertet werden, wohingegen der Imaginärteil der komplexen Impedanz zur quantitativen Bestimmung der Biomoleküle herangezogen wird. Über das Verhältnis des Imaginärteils und des Realteils der komplexen Impedanz kann somit die Konzentration des angeregten Biomoleküls im Blut des Bedieners bestimmt werden.

Des Weiteren kann die Steuer- und Auswerteeinheit 22 aufgrund der Auswertung der komplexen Impedanz die zugrunde liegende Messfläche, die Messstellen und/oder die Anzahl der Bediener ermitteln. Dies kann einerseits dadurch geschehen, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 22 detektiert, wie viele der mehreren Antennen 16 von der Hand oder einem anderen Körperteil des Bedieners überdeckt werden, sodass die Anzahl der Antennen 16 bestimmt wird, mit denen überhaupt eine Messung möglich ist.

Sofern mehrere Antennen 16 einer Messstelle zugeordnet sind, kann die Steuer- und Auswerteeinheit 22 die Messergebnisse derjenigen Antennen 16 herausrechnen, die von keinem zu messendes Objekt überdeckt sind, also der Hand des Bedieners. Hierdurch ist es möglich, dass an einer Messstelle ein brauchbares Messergebnis gemessen werden kann, obwohl die Messstelle nur teilweise vom Bediener umgriffen ist. Hierdurch werden die Messergebnisse jeder einzelnen Messstelle und somit das Gesamtergebnis genauer, da Ungenauigkeiten von nur teilweise bedeckten Messstellen reduziert oder sogar vermieden werden. Ferner kann aufgrund der Auswertung der komplexen Impedanz und insbesondere dessen Realteils auf die jeweilige Fläche geschlossen werden, sofern bei dem bestimmten Volumen eine durchschnittliche Dicke angenommen wird. Zudem kann die Steuer- und Auswerteeinheit 22 die einzelnen Antennen 16 des Sensors 14 taktweise ansteuern, sodass Messungen der Biomoleküle im Blut des Bedieners in regelmäßigen Abständen erfolgen.

Die von der Steuer- und Auswertungseinheit 22 erfassten Werte können in einen Speicher 24 gespeichert werden, wodurch die Steuer- und Auswerteeinheit 22 anhand der gespeicherten Werte Verläufe extrapolieren kann, um Entwicklung zu prognostizieren.

Hierdurch kann der Bediener des Fahrzeugbedienelements 12 beispielsweise bei einem steten Anstieg eines bestimmten Biomoleküls rechtzeitig gewarnt werden, sofern aufgrund der Extrapolation zu erwarten ist, dass die entsprechende Konzentration einen im Speicher 24 hinterlegten Schwellwert überschreitet.

Hierzu ist die Steuer- und Auswerteeinheit 22 mit einer zentralen Steuereinheit 26 des Fahrzeugs verbunden, die wiederum mit zumindest einer Fahrzeugeinrichtung 28 verbunden ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 stellt die ausgewerteten Daten der zentralen Steuereinheit 26 zur Verfügung, sodass diese aufgrund der ermittelten Konzentrationswerte die Fahrzeugeinrichtung 28 ansteuert und/oder regelt. Bei der Fahrzeugeinrichtung 28 kann es sich beispielsweise um eine Abstands- und/oder eine Temporegeleinheit, eine Klimaanlage, ein Anzeigeelement, einen Lautsprecher, ein Spurhaltesystem, einen Stauassistenten und/oder einen Lenkassistenten handeln.

Ferner kann die zentrale Steuereinheit 26 sämtliche Funktionen des Fahrzeugs übernehmen und eine Bremsung einleiten, wobei sie auch einen Notruf absetzen kann. Dieser Extremfall ist insbesondere dann vorgesehen, wenn eine aktuelle Messung einen äußerst kritischen Konzentrationswert eines Biomoleküls ergeben hat, der im Normalfall eine sofortige Fahruntüchtigkeit des Bedieners zur Folge hat.

In Figur 2 ist eine erste Ausführungsform einer Antenne 16 schematisch dargestellt, wie sie in dem Fahrzeugbedienelement 12 oder in einem Messinstrument 60 (siehe Figur 7) verwendet werden kann. Generell ist die Antenne 16 flexibel ausgebildet, sodass sie in einfacher Weise an dem typischerweise runden Lenkradkranz angebracht werden kann, indem sie um den Lenkradkranz gebogen angeordnet wird.

Die Antenne 16 weist einen ersten Leiter 28 auf, der mit einem ersten elektrischen Potenzial verbunden ist, beispielsweise einer Masse.

Des Weiteren weist die Antenne 16 einen zweiten Leiter 30 auf, der mit einem vom ersten elektrischen Potenzial abweichenden, zweiten elektrischen Potenzial verbunden ist. Der zweite Leiter 30 wird beispielsweise von der Steuer- und Auswerteeinheit 22 bestromt, insbesondere mit einem Wechselstrom, sodass über die Antenne 16 entsprechende Anregungssignale für die Biomoleküle im Blut des Bedieners ausgesandt werden.

In der gezeigten Ausführungsform weist die Antenne 16 einen dritten Leiter 32 auf, der mit den zweiten Leiter 30 elektrisch gekoppelt ist und gemeinsam mit ihm einen Verbindungsleiter 34 ausbildet. Die Leiter 28 bis 32 sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei der zweite Leiter 30 und der dritte Leiter 32 derart beabstandet sind, dass der erste Leiter 28 mittig zwischen ihnen angeordnet ist.

Generell ist der Verbindungsleiter 34 im gezeigten Schnitt „C-förmig" ausgebildet, sodass der erste Leiter 28 von der offenen Seite des„C" in den Verbindungsleiter 34 ragt und mittig zwischen den beiden beabstandeten Leitern 30, 32 des Verbindungsleiters 34 ist. Hierdurch kann sich sowohl zwischen dem ersten Leiter 28 und dem zweiten Leiter 30 als auch zwischen dem ersten Leiter 28 und dem dritten Leiter 32 ein elektrisches Feld aufbauen, das zur Erzeugung der Anregungssignale dient. Daher ist die Effizienz einer derartig aufgebauten Antenne 16 besonders gut.

Aus Figur 2 geht nicht hervor, dass die einzelnen Leiter 28 bis 32 jeweils durch eine isolierende Schicht voneinander getrennt sind. Dies zeigt jedoch Figur 3, in der der Aufbau eines Leiters anhand des zweiten elektrischen Leiters 24 beispielsweise dargestellt ist. Generell sind die anderen elektrischen Leiter 28, 32 in analoger Weise aufgebaut. Figur 3 zeigt, dass der zweite Leiter 30 eine mittig angeordnete zweite leitfähige Schicht 36 aufweist, die beispielsweise aus Kupfer besteht. Entgegengesetzte Seiten 36a, 36b der leitfähigen Schicht 36 sind jeweils mit einer oberen Haftvermittlerschicht 38a und einer unteren Haftvermittlerschicht 38b versehen. Bei der Haftvermittlerschicht 38a, 38b kann es sich beispielsweise um ein Epoxidharz handeln.

Über die obere Haftvermittlerschicht 38a ist eine obere isolierende Schicht 40a mit der oberen Seite 36a der leitfähigen Schicht 36 des zweiten Leiters 30 verbunden. Entsprechend ist eine untere isolierende Schicht 40b mit der unteren Seite 36b der leitfähigen Schicht 36 verbunden. Die isolierenden Schichten 40a, 40b können aus Polyimid ausgebildet sein, insbesondere als Kaptonfolie.

Generell ist die leitfähige Schicht 36 so von beiden Seiten 36a, 36b mit einer elektrisch isolierenden Schicht 40a, 40b umgeben, dass die zweite leitfähige Schicht 36 und der zweite Leiter 30 elektrisch isoliert ist. Bei dem zweiten Leiter 30 kann es sich insbesondere um eine dünnwandige und flexible Leiterbahn handeln, bei der die leitfähige Schicht 36 auf die untere Isolierungsschicht 40b laminiert oder aufgedampft worden ist.

In Figur 4 ist ein Schnitt durch die Leiterstruktur der Antenne 16 aus Figur 2 schematisch gezeigt, aus der hervorgeht, dass sämtliche Leiter 28 bis 32 analog zum zweiten Leiter 30 aus Figur 3 aufgebaut sind.

Demnach umfasst der dritte Leiter 32 ebenfalls eine mittig angeordnete dritte leitfähige Schicht 42, die über jeweils zwei Haftvermittlerschichten 44a, 44b mit jeweils einer isolierenden Schicht 46a, 46b verbunden, sodass die dritte elektrisch leitende Schicht 42 ebenfalls von beiden Seiten 42a, 42b elektrisch isoliert ist.

An die obere isolierende Schicht 46a des dritten Leiters 32 schließt sich eine untere isolierende Schicht 48b des ersten Leiters 28 an, die ebenfalls über eine untere Haftvermittlerschicht 50b mit einer ersten leitfähigen Schicht 52 verbunden ist. Zur oberen Seite 52a ist die erste elektrisch leitfähige Schicht 52 über eine obere Haftvermittlerschicht 50a mit einer oberen isolierenden Schicht 48a verbunden, welche direkt an die untere isolierende Schicht 40b der zweiten leitfähigen Schicht 36 anschließt.

Da der zweite Leiter 30 und der dritte Leiter 32 gemeinsam den Verbindungsleiter 34 ausbilden, bilden die zweite leitfähige Schicht 36 und die dritte leitfähige Schicht 42 eine entsprechende Verbindungsschicht 53 aus, die im Schnitt C-förmig ist, sodass die erste leitfähige Schicht 52 in die C-förmige Verbindungsschicht 53 hineinragt. Hierdurch entsteht generell eine gabelförmige Struktur der Leiter 28 bis 32 sowie der elektrisch leitfähigen Schichten 36, 42, 52.

Wenn die Leiter 28 bis 32 jeweils aus separat hergestellten Leiterbahnen aufgebaut sind, welche miteinander zur Antenne 16 geformt werden, so weisen die jeweiligen Leiter 28 bis 32 einen derartigen Schichtaufbau auf.

Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass benachbarte isolierende Schichten einstückig ausgebildet werden, sofern die Antenne 16 nicht aus verschiedenen Leitern gebildet ist. Ferner geht aus Figur 4 hervor, dass eine optionale Deckschicht 54 vorgesehen sein kann, welche auf dem zweiten Leiter 30 sitzt. Die Deckschicht 54 wird vom Bediener des Fahrzeugbedienelements 12 im Betrieb des Fahrzeugbedienelements 10 berührt und ist deswegen aus einem haptisch und optisch ansprechenden Material ausgebildet. Der Sensor 14 ist für den Bediener des Fahrzeugs optisch nicht erkennbar.

Die Deckschicht 54 ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, um die Funktion der Antenne 16 nicht zu stören. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Folie, eine Blende, eine Lederhaut, eine Holzschicht, eine Keramik, ein Glas oder einen Lack handeln, wobei das Material von der Umgebung abhängt, in die die Antenne 16 eingebracht werden soll.

Ferner geht aus Figur 4 hervor, dass eine optionale Heizschicht 56 vorgesehen sein kann, die im Bereich einer isolierenden Schicht angeordnet ist, hier der oberen isolierenden Schicht 40a der ersten leitfähigen Schicht 36.

Bei der Heizschicht 56 kann es sich um eine Kupferschicht (oder Kupferdrähte) handeln, die demnach analog zu einer der elektrisch leitfähigen Schichten 36, 42, 52 ausgebildet ist. Über die Heizschicht 56 wird sichergestellt, dass das Fahrzeugbedienelement 12 bei Bedarf erwärmt werden kann, sodass der Komfort für den Bediener des Fahrzeugbedienelements 12 erhöht ist.

Die Heizschicht 56 kann ebenfalls mit der Steuer- und Auswerteeinheit 22 gekoppelt sein und die Ansteuerung der Heizschicht 56 übernehmen. Alternativ kann eine der elektrisch leitfähigen Schichten 36, 42, 52 von der Steuer- und Auswerteeinheit 22 so angesteuert werden, dass sie sich erwärmt und somit zusätzlich als Heizschicht fungiert.

Des Weiteren geht aus Figur 4 hervor, dass die Antenne 16 dielektrische Einlagen 58 aufweisen kann, welche in der gezeigten Ausführungsform als Partikel innerhalb der Schichten der Antenne 16 angeordnet sind, insbesondere einer der isolierenden Schichten oder einer der Haftvermittlerschichten.

Bei den dielektrischen Einlagen 58 kann es sich um Keramik- bzw. Feinkeramikteile handeln, die zur Verbesserung der Sensibilität der Antenne 16 im niedrigen Frequenzbereich dienen, da sich die dielektrischen Eigenschaften der Antenne 16 generell durch eine dielektrische Einlage 58 verändern.

Alternativ kann auch eine durchgehende Schicht aus einer Feinkeramik vorgesehen sein.

Aus Figur 5 geht eine zweite Ausführungsform der Antenne 16 hervor, die zwei Leiter 28, 30 und somit nur zwei leitfähige Schichten 36, 52 umfasst, wobei der zweite Leiter 30 und somit die zweite leitfähige Schicht 36 bogenförmig ausgebildet sind und um den kreisförmigen ersten Leiter 30 und die ebenfalls kreisförmig ausgebildete erste leitfähige Schicht 52 verlaufen.

Die beiden Leiter 28, 30 sind dabei exzentrisch zueinander angeordnet, um ein entsprechendes Anregungssignal erzeugen und ein verstimmtes Anregungssignal empfangen zu können.

Die zweite leitfähige Schicht 36 kann dabei eine randseitige Strukturierung aufweisen, wodurch die zweite leitfähige Schicht 36 einen polygonalen Rand hat, wodurch die Antenne 16 aufgrund der kreisförmigen Ausbildung der ersten leitfähigen Schicht 36 aufgrund des Sierpinski-Effekts eine größere Frequenzabdeckung aufweisen kann. Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform der Antenne 16 zeichnet sich dadurch aus, dass ein Pol der Antenne 16, nämlich die erste leitfähige Schicht 52, rund ausgebildet ist, wohingegen der zweite Pol der Antenne 16, nämlich die zweite elektrisch leitfähige Schicht 36, polygonal ist. Hierdurch ist es generell möglich, große Wellenlängen, die im Meterbereich liegen, mit einer Antennenstruktur zu erfassen, die lediglich im Millimeterbereich liegt.

Aus der Figur 6 geht eine dritte Ausführungsform der Antenne 16 hervor, die bei einem Fahrzeugbedienelement 12 eingesetzt werden kann.

Die dritte Ausführungsform der Antenne 16 weist ebenfalls lediglich zwei Leiter 28, 30 auf, die zueinander parallel ausgebildet sind. Demnach sind auch die beiden leitfähigen Schichten 36, 52 zueinander parallel ausgebildet.

Generell können aufgrund der entsprechenden Ausbildung der leitfähigen Schichten 36, 52 und der Antenne 16 unterschiedliche Anregungssignale erzeugt werden, das bei bestimmten Anordnungen des Sensors 14 bzw. der Antennen 16 am Fahrzeugbedienelement 12 eine verbesserte Messung der Biomoleküle im Blut des Bedieners ermöglicht.

Alternativ zu dem gezeigten Lenkrad 10 kann ein Fahrzeugbedienelement auch Teil eines Stellhebels oder Schalthebels sein, sodass diese den Sensor 14 aufweisen. Hierdurch kann der Sensor 14 innerhalb eines Türgriffs, einer Bedienungseinheit (Schalter) für Fahrzeugelektronik oder weiteren Bauteilen des Fahrzeugs angeordnet sein, die von einem Bediener üblicherweise berührt werden.

In Figur 7 ist ein Messinstrument 60 gezeigt, das in der gezeigten Ausführungsform als eine Armbanduhr ausgebildet ist, insbesondere als eine sogenannte Smartwatch. Das Messinstrument 60 weist wenigstens eine Antenne 16 auf, die Teil eines Sensors 14 ist, mit dem Biomoleküle im Blut eines Bedieners nichtinvasiv gemessen werden können.

In der gezeigten Ausführungsform ist der Sensor 14 bzw. die Antenne 16 im Armband der Armbanduhr vorgesehen. Alternativ kann die Antenne 16 auch an der Gehäuserückseite vorgesehen sein, die am Körper des Bedieners anliegt. Die vom Sensor 14 erfassten Daten werden im Messinstrument 60 selbst ausgewertet oder kabellos an die Steuer- und Auswerteeinheit 22 des Fahrzeugs übermittelt, die die erfassten Daten auswertet.

Alternativ können die Daten vom Messinstrument 60 an eine externe Auswerteeinheit 62 gesendet werden, die in der gezeigten Ausführungsform durch ein Mobiltelefon ausgebildet ist, insbesondere ein Smartphone.

Das Mobiltelefon kann mit der Steuer- und Auswerteeinheit 22 des Fahrzeugs gekoppelt sein, sodass die Daten indirekt vom Messinstrument 60 an die Steuer- und Auswerteeinheit 22 des Fahrzeugs übermittelt werden. Anstelle der Armbanduhr kann das Messinstrument 60 auch ein Fitnessarmband oder ein sonstiges Accessoire sein, das der Bediener trägt und ihn bei der Bedienung des Kraftfahrzeugs nicht stört.