专利名称：用于控制提供给第三方的交通工具的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制提供给第三方的交通工具的方法和系统。
背景技术：
根据国家酒精滥用和酒精中毒研究所1994年7月公众健康351第25 号，"流行病学研究显示了在美国酒精对交通运输安全的影响程度。首先， 所有交通事故(意外死亡的导致原因)的40%与酒精有关；其次，虽然 酒精没有被直接牵连到美国商业航线坠机中，但是在致命的通用航空坠机 中，典型地估计有10%至30%与飞行员牵涉酒精有关。第三，最近回顾 海岸警卫队队员的报告，其中提出60 %的船运事故(包括人掉下船)可 能与酒精有关。最后，在19卯年，在意外事件后对铁路员工的测试中， 有3.2%被测出对酒精或其它违禁药物呈阳性。当牵涉到事故时，涉及到 酒精或其它药物的比例可能更高。"
因此，需要适于测试和/或防止醉酒的AJMt交通工具或其它装置， 无论是小汽车、水运工具、飞机、公交车、重型设备或1点的方法和系 统。
生物测量i^证传感器一直被用于防止或限制对安全i殳施的访问，并作 为可替选的安全形式诸如钥匙卡或密码的替代品。生物测量传感器经常被 认为比其它识别系统更优良，因为其通常更加难以失效、被墓改或被避开。 然而，生物测量传感器在汽车和其它交通工具领域仍然没有获得广泛的接 受。这可能是由于生物测量传感器昂贵、难与现有的交通工具结合，或难 于操作。
操作交通工具通常只需要钥匙。基于通行码的反盗窃装置的存在增加 了安全性。存在更高级的反盗窃装置，其在诸如指紋扫描的生物测量认证 不成功的情况下使交通工具不能使用。存在受限的独立呼吸测醉器装置， 其在驾驶员的血液酒精水平超过预设水平的情况下使交通工具不能使用。
交通工具控制系统在多方面有严重不足。例如，没有一个单独的系统把每个单元结合在一起。例如，如果需要呼吸测醉器测试和生物测量识别， 则目前需要两个不同的系统，而这是多余的、昂贵的，且不一定是兼容的。
而且，虽然诸如酒精测试这样的物质测试通常与在影响下驾驶(DUI) 有关，但也可能与药物、工作场所安全、观察期监控等有关。目前，呼吸 及体外(如血液和唾液)物质测量方法用于关联(确定)人体中的物质的 浓度。呼吸及体外物质测量技术受到三个关键限制。即，它们需要处理体 液，这将引起与有害生物测量物质相关的情况；它们需要测试管理员一定 程度上的分科辅导；它们事实上不实时测量人体中的物质浓度。
因此需要用于能够改进有害生物测量物质的安全性和/或提供无人监 督和/或真正的实时测试的非4h式物质测试和/或体内物质测试的方法和 系统。此外，还需要一种方法和系统，其能够结合认证装置如生物测量传 感器，来自动进行测试、减少和/或消除欺骗和/或测试中的监督的需要、 和/或防止或限制醉酒的人操作交通工具或其它装置，无论是小汽车、水 运工具、飞机、公交车、重型设备或1点。生物测量传感器与物质测试 系统的耦合应尽可能地紧密，以便同时和/或基本同时进行认证和物质评 估。
发明内容
本发明实施例的一个方面涉及用于对人体组织中的物质浓度进行非 4仏式测试和/或体内测试的光源(如发光二极管(LED)、汞氣弧灯、鴒 卤素灯、或特定(单一)波长的二极管激光器)。本发明实施例的另一个 方面涉及用于非侵入式物质分析和/或体内物质分析的两个或更多波长。 本发明实施例的再一个方面涉及用于比较和/或确定人体组织中的物质浓 度的基本读取和随后的读取。本发明实施例的又一个方面是把生物测量传 感器和物质传感器在最近的位置处耦合，以同时和/或基本同时进行认证 和物质评估。本发明实施例的另一方个面是提供用于控制被提供给第三方 的交通工具的方法和系统。
本发明的实施例涉及光学物质探测器，包括用于照明测试样本(例如 测试样本的区域)的光源(例如卣素灯)和连接于卣素灯的光纤束，以及 配置的波长过滤系统。所希望的波长带被^^射回至探测器。通过包括统计 建模分析的评估，根据对操作交通工具的合法限制来确定测试样本的血液 酒精浓度(BAC )，如果BAC不在合法限制内，则交通工具不能使用。本发明的实施例提供了 一种防止交通工具操作者使用交通工具的系 统。该系统包括系统控制器、与该系统控制器耦合的生物测量认证装置、 适于向系统控制器提供操作者的物质水平的物质探测装置。这里，如果操 作者的物质水平高于容许水平或者操作者没有被认证装置认证，则系统控 制器适于向交通工具传达驾驶约束，物质水平在操作者的肢体末端
(extremity )确定，对操作者也在其肢体末端进^i人证，肢体末端选自由 手指、拇指、脚趾、耳朵、手掌、脚底、足、手、头组成的组。
在一个实施例中，如果操作者已被认证装置认证，且操作者的物质水 平不高于容许水平，则系统控制器还适于和交通工具通信以允许交通工具启动。
在一个实施例中，认证装置包括生物测量认证装置，其选自由指故认 证装置、脸部识别认证装置、手部的几何构形(hand-geometry)认证装 置、声音认证装置，及其组合所组成的组。
在一个实施例中，认证装置包括指紋传感器，其中操作者的物质水平 在操作者的手指内被体内地确定。
在一个实施例中，物质探测装置适于探测操作者的酒精水平。
在一个实施例中，物质探测装置包括宽带探测器。物质探测装置还可 以包括光源，其被配置成向宽带探测器引导特定波长带的光束，这可以通 it^肢体末端引导光束以使得反射光被探测器接收来完成。特定波长带可 以在约1300nm到约2400nm的范围内。该范围可以选自由以下范围组成 的组从约1400nm到约1500nm的第一范围、从约1650nm到约1750nm 的第二范围、从约2200nm到约2400nm的第三范围。特定的波长带可以 在约1450nm。宽带探测器可以是单个探测器。该单个探测器可以是 InGaAs探测器。
在一个实施例中，肢体末端是手指。
在一个实施例中，物质探测装置包括宽带探测器、向宽带探测器引导 的、第一特定波长带的第一光束，以及向宽带探测器引导的、第二特定波 长带的第二光束。第一特定波长带可以是这样的波长在该波长处，酒精 的吸收性小于水的吸收性；第二特定波长带可以是这样的波长在该波长 处，酒精的吸收性大于水的吸收性。宽带探测器可以是单个探测器。该单 个探测器可以是InGaAs探测器。第一特定波长带可以在约1400nm到约 1500nm的范围内，第二特定波长带可以在约1650nm到约1750nm的范围内。可替选地，第一特定波长带可以在约1400nm到约1500nm的范围 内，第二特定波长带可以在约2200nm到约2400nm的范围内。
在一个实施例中，物质探测装置包括宽带探测器、向宽带探测器引导 的、第一特定波长带的第一光束、向宽带探测器引导的、第二特定波长带 的第二光束，以及向宽带探测器引导的、第三特定波长带的第三光束。宽 带探测器可以是单个探测器。第一特定波长带可以在约1400nm到约 1500nm的范围内，第二特定波长带可以在约1650nm到约1750mn的范 围内，第三特定波长带可以在约2200nm到约2400nm的范围内。第一特 定波长带可以在约1450nm。在一个实施例中，用于防止交通工具操作者 使用交通工具的系统还可以包括光源，其被配置成用于提供第一光束、第 二光束和第三光束。在一个实施例中，用于防止交通工具^Mt者^f吏用交通 工具的系统还可以包括位于光源和宽带探测器之间的过滤系统，该过滤系 统适于向宽带探测器提供第一、第二和第三特定波长带的第一光束、第二 光束和第三光束。
在一个实施例中，物质探测装置包括选自由PbS探测器、PbSe探 测器、InAs探测器、InGaAs探测器、InSb探测器、HgCdTe探测器组成 的组中的单个宽带探测器，以及适于向该单个宽带探测器引导特定波长的 光束的光源。在一个实施例中，用于防止交通工具操作者使用交通工具的 系统还可以包括位于光源和宽带探测器之间的波长过滤系统，该波长过滤 系统适于向宽带探测器提供特定波长带的光束。波长过滤系统可以位于距 离单个宽带探测器比距离光源更近的位置。在一个实施例中，用于防止交 通工具操作者使用交通工具的系统还可以包括与光源和单个宽带探测器
均耦合的平台，其中该平台被配置成用于与操作者肢体末端表面接触，且 具有与操作者肢体末端表面的折射率基;^目等的折射率。
在一个实施例中，交通工具包括汽车。汽车可以^1租用的小汽车。
在一个实施例中，交通工具包括选自由飞机、公共交通工具、7JC运工 具、工业设备的一部分、重型机械和设备的一部分组成的组中的交通工具。
在一个实施例中，认证装置包括指紋传感器，操作者的物质水平在操 作者的手指内的组织处被体内地确定。
在一个实施例中，物质探测装置适于探测操作者的酒精水平。
在一个实施例中，物质探测装置包括宽带探测器。这里，物质探测装 置还可以包括二极管激光器，其被配置成向宽带探测器引导特定波长的光束。宽带探测器可以是单个光电二极管探测器。该单个光电二极管探测器
可以是InGaAs光电二极管探测器。肢体末端可以是手指。
在一个实施例中，系统还包括与系统控制器耦合的凭证传感器，其适 于感测操作者的可验证的凭证。这里，系统控制器可以适于验证由认证装 置认证的操作者与操作者的可验汪的凭"^目匹配。可^的凭证可以包括 选自由驾驶执照、RFID标签、智能卡、信用卡、包含红外线(IR)适配 器的钥匙环、皮下M,及其组合所组成的组中的凭证。
在一个实施例中，物质探测装置包括宽带探测器、被配置成向宽带探 测器引导第 一特定波长的光束的第一二极管激光器、被配置成向宽带探测 器引导第二特定波长的光束的第二二极管激光器。这里，第一特定波长可
以是这样的波长在该波长处，酒精的吸收性小于水的吸收性；第二特定 波长可以是这样的波长在该波长处，酒精的吸收性大于水的吸收性。宽 带探测器可以是单个光电二极管探测器。该单个光电二极管探测器可以是 InGaAs光电二极管探测器。
在一个实施例中，物质探测装置包括宽带探测器、被配置成向宽带探 测器引导第 一特定波长的光束的第一二极管激光器、被配置成向宽带探测 器多1导第二特定波长的光束的第二二极管激光器、被配置成向宽带探测器 引导第三特定波长的光束的第三二极管激光器。这里，宽带探测器是单个 光电二极管探测器。
本发明的实施例提供时钟系统。该系统包括系统控制器、与该系统控 制器耦合的生物测量认证装置，以及适于向系统控制器提供时钟系统的操 作者的物质水平的物质探测装置。这里，物质水平在^Mt者肢体末端确定， 对^Mt者也在其肢体末端进^i人证，肢体末端选自由手指、拇指、脚趾、 耳朵、手掌、脚底、足、手和头组成的组。
在一个实施例中，如果^Mt者的物质水平高于容许水平或者如果^Mt
者没有被认证装置认证，则系统控制器适于建立警报。时钟系统还可以包 括适于在警报建立时确定时间的时钟。
在一个实施例中，如果操作者已经被认证且物质浓度不高于容许水 平，则系统控制器适于与建筑物安全装置进行通信，以允许操作者访问该 建筑物安全装置。如果操作者未被认证或者物质浓度高于容许水平，则系 统控制器也可适于与建筑物安全装置进行通信，以约束操作者访问建筑物 安全装置。建筑物安全装置可以包括适于在允许操作者访问建筑物安全装置时确定时间的时钟。
本发明的实施例提供了防止交通工具^Mt者使用交通工具的系统。该 系统包括系统控制器、适于在交通工具^Mt者的第 一皮肤位置探测至少一 个生物测量参数并生成指示该操作者已被认证的认证输出的生物测量认 证装置，以及适于在接近第 一皮肤位置的第二皮肤位置探测操作者的物质 水平并生成水平输出的物质探测装置。这里，系统控制器响应于认证输出 和水平输出而进行操作，以便于如果操作者没有被认证或者探测输出高于 预先选择的容许值，则选择性地约束交通工具的使用。
在一个实施例中，操作者的第一皮肤位置是能够对操作者进行生物测 量认证的位置。
在一个实施例中，操作者的第一皮肤位置位于操作者的指紋处。 本发明的实施例提供了用于对人体组织中的物质浓度进行体内测量
的方法。该方法包括引导来自于二极管激光器的特定波长的入射光束进 入组织，用宽带探测器测量从组织反射的特定波长的入射光束的一部分， 根据从组织反射的入射光束的测量部分确定物质在特定波长的光束吸收， 根据确定的光束吸收来计算组织中的物质浓度。这里，组织以可包括人体 的血液，和/或物质可以是酒精。
在一个实施例中，该方法还包括对其组织正通过生物测量i人证装置和 系统控制器而被评估的人进^i人证。这里，如果该人已^Li人证并且物质浓 度不高于容许水平，则系统控制器可以适于与受控交通工具通信以允许该 受控交通工具^M乍。如果该人未^^人证或者物质浓度高于容许水平，则系 统控制器可以适于向受控交通工具传达^Mt约束。受控交通工具可以包括 汽车，该汽车可以是租用的小汽车。受控交通工具可以包括选自由飞机、 公共交通工具、7Kil工具、工业i殳备的一部分、重型机械和i更备的一部分 组成的组中的交通工具。如果操作者已被认证并且物质浓度不高于容许水 平，则系统控制器可适于与建筑物安全装置进行通信，以允许^Mt者访问 建筑物安全装置。如果操作者未被认证或者物质浓度高于容许水平，则系 统控制器也可适于与建筑物安全装置通信以约束操作者访问该建筑物安 全装置。建筑物访问装置可以包括适于在允许^Mt者访问建筑物安全装置 时确定时间的时钟。生物测量认证装置可包括选自由虹膜认证装置、视网 膜i人证装置、指紋认证装置、脸部识别认证装置、手部的几何构形i人证装 置、声音认证装置，及其组合组成的组中的认证装置。生物测量认证装置 可包括指紋传感器。在一个实施例中，宽带探测器是单个光电二极管探测器。单个光电二
极管探测器可以是InGaAs光电二极管探测器。
在一个实施例中，仅4吏用物质在特定波长的确定的光束吸收来计算组 织中的物质浓度。
在一个实施例中，特定波长是约1310nm。
在一个实施例中，通过使用具有第一光束吸收特性的第一物质浓度状 态(regime)和具有第二光束吸收特性的第二物质浓度状态来计算来自于 确定的光束吸收的物质浓度。这里，物质浓度可与第一物质浓度状态中的 物质在特定波长的光束吸收成比例，并且物质浓度可与第二物质浓度状态 中的物质在特定波长的光束吸收不成比例。第二光束吸收特性可用实验方 法确定。第一光束吸收特性可通过下式确定
其中人是特定波长，1。是入射光束的入射强度，I是测量的传输强度，a是 作为特定波长入的函数的吸收系数，L是通过组织传输的部分入射光束的 完整( mass)路径长度。
在一个实施例中，将来自于二极管激光器的特定波长的入射光束引导 进组织的步骤包括引导入射光束到达镜子，以加倍通过组织传输的部分 入射光束的完整5^圣长度。
在一个实施例中，将来自于二极管激光器的特定波长的入射光束引导 a织的步骤包括向组织的第 一侧引导入射光束，测量通iti且织传输的部 分入射光束的步骤包括测量通过组织传输的、来自于组织的第二侧的部分 入射光束，其中第二侧与第一侧相对。
在一个实施例中，将来自于二极管激光器的特定波长的入射光束引导 ito织的步骤包括向组织的第二侧引导来自于组织的第 一侧的入射光束， 测量通过组织传输的部分入射光束的步骤包括测量通过一部分组织传输 并>^射回组织的第 一侧的部分入射光束。
在一个实施例中，二极管激光器包括选自由双异质结构激光二极管、 量子阱激光二极管、分布式反馈激光二极管、垂直腔面发射激光(VCSEL ) 二极管，以及垂直外部腔面发射激光(VECSEL ) 二极管组成的组中的二 极管。
在一个实施例中，组织位于人的手指内。在一个实施例中，特定波长是红外线(IR)波长。
本发明的实施例提供了对人体组织中的物质浓度进行体内测量的方 法。该方法包括引导来自于第一二极管激光器的第一特定波长的第一入 射光束进入组织，测量从组织反射的第一特定波长的一部分第一入射光 束，才艮据所测量的从组织^Jt的部分第一入射光束来确定物质在第一特定 波长的第一光束吸收，引导来自于第二二极管激光器的第二特定波长的第 二入射光束^组织，测量从组织反射的第二特定波长的一部分第二入射 光束，根据所测量的从组织反射的部分第二入射光束来确定物质在第二特 定波长的第二光束吸收，根据所确定的第 一光束吸收和所确定的第二光束 吸收来计算组织中的物质浓度。
在一个实施例中，仅4吏用所确定的物质在第一特定波长的第一光束吸 收和所确定的第二特定波长的第二光束吸收来计算组织中的物质浓度。
在一个实施例中，该方法还包括引导来自于第三二极管激光器的第 三特定波长的第三入射光束ii^组织，测量从组织反射的一部分第三入射 光束，根据所测量的从组织反射的部分第二入射光束来确定物质在第三特 定波长的第三光束吸收。这里，计算组织中的物质浓度的步骤还包括根据 所确定的第三光束吸收来计算组织中的物质浓度。
在一个实施例中，仅4吏用所确定的物质在第一特定波长的第一光束吸 收、所确定的在第二特定波长的第二光束吸收、以及所确定的在第三特定 波长的第三光束吸收来计算组织中的物质浓度。
在一个实施例中，第一特定波长是这样波长在该波长处，酒精的吸 收性小于水的吸收性；第二特定波长是这样的波长在该波长处，酒精的 吸收性大于水的吸收性。
在一个实施例中，从组织>^射的第二特定波长的部分第二入射光束在 从组织反射的第一特定波长的部分第一入射光束被测量之后才被测量。
在一个实施例中，使用同一宽带探测器来测量从组织反射的第一特定 波长的部分第一入射光束和从组织反射的第二特定波长的部分第二入射 光束。在这里，该同一宽带探测器可以是单个光电二极管探测器。该单个 光电二极管探测器可以是InGaAs光电二极管探测器。
本发明的实施例提供了对人体组织中的物质浓度进行体内测量的方 法。该方法包括引导来自于二极管激光器的特定波长的第一入射光束进 入组织，测量从组织>^射的特定波长的一部分第一入射光束，根据所测量的从组织^Jt的部分入射光束来确定物质在特定波长的第一光束吸收，在 一个时间间隔后引导来自于二极管激光器的特定波长的第二入射光束进 入组织，测量从组织反射的特定波长的一部分第二入射光束，才艮据所测量 的从组织反射的部分第二入射光束来确定物质在特定波长的第二光束吸 收，根据所确定的特定波长的第一光束吸收和所确定的特定波长的笫二光 束吸收来确定组织变化特性。
在一个实施例中，该方法还包括在时间间隔之后根据所确定的组织变 化特性来计算组织中的物质浓度。这里，来自于所确定的光束吸收的物质 浓度可通过使用具有第 一光束吸收特性的第 一物质浓度状态和具有第二 光束吸收特性的第二物质浓度状态来计算。物质浓度可与第 一物质浓度状 态中的物质在特定波长的光束吸收成比例，并且物质浓度可与笫二物质浓 度状态中的物质在特定波长的光束吸收不成比例。第二光束吸收特性可用 实验方法确定。
在一个实施例中，特定波长是这样波长在该波长处，酒精的吸收性 小于水的吸收性。
在一个实施例中，特定波长是这样的波长在该波长处，酒精的吸收 性大于水的吸收性。
在一个实施例中，组织包括人体的血液，并且/或者物质是酒精.
在一个实施例中，组织位于人的手指内。
在一个实施例中，二极管激光器包括选自由双异质结构激光二极管、 量子阱激光二极管、分布式>^馈激光二极管、垂直腔面发射激光(VCSEL) 二极管、以及垂直外部腔面发射激光(VECSEL ) 二极管组成的组中的二 极管。
在一个实施例中，使用宽带探测器来测量从组织反射的特定波长的部 分第一入射光束和从组织反射的特定波长的部分第二入射光束。这里，宽 带探测器可以是单个光电二极管探测器。该单个光电二极管探测器可以是 InGaAs光电二极管探测器。
在一个实施例中，组织位于人的手指内。
本发明的实施例提供了对人体组织中的物质浓度进行体内测量的方 法。该方法包括引导来自于第一二极管激光器的第一特定波长的第一入 射光束ii^组织，测量从组织反射的第一特定波长的一部分第一入射光 束，根据所测量的从组织反射的部分第一入射光束来确定物质在第一特定波长的第一光束吸收；引导来自于第二二极管激光器的第二特定波长的第 二入射光束1组织，测量从组织>^射的第二特定波长的一部分第二入射 光束，根据所测量的从组织反射的部分第一入射光束来确定物质在第二特 定波长的第二光束吸收；在引导第一入射光束后的第一时间间隔之后，引 导来自于第一二极管激光器的第一特定波长的第三入射光束ii^组织，测 量从组织反射的第一特定波长的一部分第三入射光束，根据所测量的从组 织>^射的部分第三入射光束来确定物质在第 一特定波长的第三光束吸收； 在引导第二入射光束后的第二时间间隔之后，引导来自于第二二极管激光 器的第二特定波长的第四入射光束1组织，测量从组织反射的第二特定
波长的一部分第四入射光束，根据所测量的vMJ且织反射的部分第四入射光
束来确定物质在第二特定波长的第四光束吸收;才艮据所确定的第 一特定波 长的第 一光束吸收和所确定的第 一特定波长的第三光束吸收来确定第一 组织变化特性，才艮据所确定的第二特定波长的第二光束吸收和所确定的第 二特定波长的第四光束吸收来确定第二组织变化特性。
在一个实施例中，该方法还包括在第一和第二时间间隔之后，根据 所确定的第一组织变化特性和第二组织变化特性来计算组织中的物质浓 度。
在一个实施例中，第一时间间隔与第二时间间隔基4^目等。
在一个实施例中，该方法还包括引导来自于第三二极管激光器的第 三特定波长的第五入射光束1组织，测量从组织>^射的第五特定波长的 一部分第五入射光束，根据所测量的从组织反射的部分第五入射光束来确 定物质在第三特定波长的第五光束吸收；在51导第五入射光束后的第三时 间间隔之后，引导来自于第三二极管激光器的第三特定波长的第六入射光 束进入组织，测量从组织反射的第六特定波长的一部分第六入射光束，根 据所测量的从组织反射的部分第六入射光束来确定物质在第三特定波长 的第六光束吸收;才艮据所确定的第三特定波长的第五光束吸收和所确定的 第三特定波长的第六光束吸收来确定第三组织变化特性。这里，该方法可 还包括:在第一、第二和第三时间间隔之后，才艮据所确定的第一组织变化 特性、第二组织变化特性和第三组织变化特性来计算组织中的物质浓度。
本发明的实施例提供了用于控制提供给第三方的交通工具的系统。该 系统包括系统控制器、与该系统控制器耦合的模式指示装置，以及与该系 统控制器耦合的认证装置。这里，在模式指示装置被授权的驾驶员激活且 直到该模式指示装置^L授权的驾驶员去激活时，系统控制器适于向交通工具传达驾驶约束；系统控制器适于约;^式指示装置的激活和去激活，除 非授权的驾驶员已被认证装置认证；且驾驶约束包括选自由启动数量限 制、速度限制、加速度限制、分钟数限制、距离限制、排档限制、位置限 制、及其组合所组成的组中的P艮制。
在一个实施例中，该系统还包括与系统控制器耦合的物质探测装置， 其适于向系统控制器提供第三方的物质水平。这里，系统控制器还可适于 与交通工具通信，以^更于如果第三方的物质水平不高于容许水平，则允许 启动交通工具。系统控制器还可适于如果第三方的物质水平高于容许水平 则向交通工具传达另 一个驾驶约束。驾驶约束可包括适于通过交通工具的 交通工具总线故&送以限制交通工具的最大速度的命令，该另一个驾驶约 束可包括适于通过交通工具的交通工具总线仗良送以阻碍交通工具启动 的命令。
在一个实施例中，物质探测装置包括宽带探测器。这里，该物质探测 装置还可包括二极管激光器，其被配置成向宽带探测器51导特定波长的光 束。宽带探测器可以是单个光电二极管探测器。该单个光电二极管探测器 可以是InGaAs光电二极管探测器。肢体末端可以是手指。
在一个实施例中，物质探测装置包括宽带探测器；第一二改管激光 器，被配置成向宽带探测器引导第 一特定波长的光束;第二二极管激光器， 被配置成向宽带探测器引导第二特定波长的光束。这里，第一特定波长可 以是这样波长在该波长处，酒精的吸收性小于水的吸收性；第二特定波 长是这样的波长在该波长处，酒精的吸收性大于水的吸收性。宽带探测 器可以是单个光电二极管探测器。该单个光电二极管探测器可以是 InGaAs光电二极管探测器。
在一个实施例中，物质探测装置包括宽带探测器；第一二极管激光 器,被配置成向宽带探测器引导第 一特定波长的光束;第二二极管激光器， 被配置成向宽带探测器引导第二特定波长的光束，第三二极管激光器，被 配置成向宽带探测器引导第三特定波长的光束。这里，宽带探测器是单个 光电二极管探测器。
在一个实施例中，驾驶约束&包括选自由可激活的零件的限制、可开 启的车厢的限制，及其组合所组成的组中的另一限制。这里，控制面板还 可适于在超过限制的情况下向手机发送消息，以远程通知指定人员，并且 /或者控制面板还可适于当授权的驾驶员收回对交通工具的控制时，在 超过限制的情况下，建立警才艮以通知该授权的驾驶员。在一个实施例中，第三方^J良务员。
附图连同说明书示出了本发明的示例性实施例，并结合这里的描述用 以解释本发明的原理。
本专利文件或申请文件包括至少 一个制作成彩色的附图。带有彩色附 图的本专利或专利申请公开的复本将根据需要以及必要费用的支付而由 专利局4C供。
图1示出了根据本发明实施例各方面的驾驶员卡识别系统和/或防止 交通工具的操作者(或驾驶员)使用(或非授权使用)交通工具的系统的
框图2示出了根据本发明实施例各方面的与驾驶员卡识别系统和/或防 止交通工具的操作者(或驾驶员)使用(或非授权使用)交通工具的系统 相关的过程块的流程图3示出了祁^据本发明实施例各方面的装配有面軍的生物测量装置；
图4示出了根据本发明实施例各方面的增强的生物测量和物质探测 系统及装置的框图4A示出了根据本发明实施例各方面的包括图4中增强的生物测量 和物质探测系统及装置的交通工具的框图4B示出了根据本发明实施例各方面的包括图4中增强的生物测量 和物质探测系统及装置的时钟系统的框图5示出了才艮据本发明另一个实施例各方面的增强的生物测量和物 质探测系统及装置的框图6示出了才艮据本发明实施例各方面的4吏用研究级NIR分光计收集 到的100%的酒精在800nm到2400nm范围内的特定波长的光镨；
图7示出了根据本发明实施例各方面的使用研究级NIR分光计收集 到的水中0.10%、 0.08%、 0.06%和0.04%的酒精在1400nm到1500nm
范围内的特定波长的光镨；
图8示出了根据本发明实施例各方面的使用研究级NIR分光计收集 到的水中0.10%、 0.08%、 0.06%和0.04%的酒精在1650nm到1750nm范围内的特定波长的光^";
图9示出了根据本发明实施例各方面的使用研究级NIR分光计收集 到的水中0.10%、 0.08%、 0.06%和0.04%的酒精在2200nm到2400nm 范围内的特定波长的光谦；
图10A示出了根据本发明实施例的光学物质探测器配置；
图10B示出了梠《据本发明另一个实施例的光学物质探测器配置；
图11示出了根据本发明实施例各方面的酒精和水在从800nm到 2400nm的光学吸收；
图12示出了根据本发明实施例各方面的可使用的多种技术的框图13示出了根据本发明实施例各方面的光源、准直透镜、手指、重 新成像镜头和光纤；
图14示出了根据本发明实施例各方面的具有整体的指紋屏的手指传 感器的示意图15示出了根据本发明实施例各方面的具有设想的跨阻放大器和热 控制的光电二极管的示意图16示出了根据本发明实施例各方面的SHS示意图，其中光纤用于 通过纤维光学器件把SHS耦合到"手指缝"；
图17示出了根据本发明实施例各方面的用于对光进行采样的可调的 或静态的滤光器；
图18示出了根据本发明实施例各方面的可用于改变在不同波长采样 时光路中的滤光器的滤光器滑块；
图19示出了根据本发明实施例各方面的分光计；
图20和21示出了根据本发明实施例各方面的从1100nm到1700nm 的光镨的多个部分；
图22示出了根据本发明实施例各方面的全光谱，激光照明；
图23示出了根据本发明实施例各方面的NIR分光计数据，该数据显 示了酒精浓度与在约1310nm观测到的强度的关系的、统计上无效但能激 起兴趣的测量值；
图24A、 24B和24C示出了根据本发明实施例各方面的使用窄带照 明和光电二极管探测器的样本询问方法；图25示出了根据本发明实施例各方面的单色仪的详细操作原理；
图26示出了根据本发明实施例各方面的酒精传感器装置；
图27示出了根据本发明实施例各方面的样本在约1310nm的传输强
度；
图28和29示出了根据本发明实施例各方面的与Beer法则不相符的 0-0.1%区域的结果；
图30示出了根据本发明实施例各方面的具有整体的光纤尾纤的蝶形 封装的二极管激光器的示意图31示出了根据本发明实施例各方面的在不同波长的两个具有尾纤 的二极管激光器；
图32示出了根据本发明实施例各方面的系统框图，该系统用于控制 提供给第三方的交通工具、对人体组织的物质浓度进行体内测量、和/或 防止交通工具操作者使用交通工具；
图33示出了根据本发明实施例各方面的系统逻辑的过程块的流程 图，其中系统逻辑用于控制提供给第三方的交通工具、对人体组织的物质 浓度进行体内测量、和/或防止交通工具操作者4吏用交通工具；
图34示出了根据本发明实施例各方面的另一个系统的框图，该系统 用于控制提供给第三方的交通工具、对人体组织的物质浓度进行体内测 量、和/或防止交通工具操作者使用交通工具；
图35、 36、 37和38示出了根据本发明实施例各方面的系统逻辑的过 程块的流程图，其中系统逻辑用于控制提供给第三方的交通工具、对人体 组织的物质浓度进行体内测量、和/或防止交通工具^^作者^吏用交通工具。
具体实施例方式
在以下详细描述中，仅通过示例示出和描述了一些本发明的示例性实 施例。正如本领域技术人员可以意识到的那样，在不偏离本发明精神和范 围的情况下，可以对所描述的示例性实施例进行各种修改。因此，附图和 描述实际上^L1〖人为是说明性的，而非约束性的。
设想在本发明的实施例中提供有驾驶员卡识别系统。除其它事项外， 该系统允许使用人体生物测量学结合可验证的凭证来约束和执行对交通工具的操作。该系统允许对被授权的驾驶员进行约束、提供盗窃保护、确 保遵守驾驶和/或酒类专卖法、提供由家长使用的或者当交通工具被提供 给诸如服务员、服务设施、指定驾驶员、朋友或雇员这样的第三方时的可 定制的控制。系统还提供与人的驾驶习惯和在特定时间谁在驾驶相关的安 全的、加密的、可mit的统计信息。当在酒精和药物的影响下，系统还可
约;Mf交通工具的驾驶。
本发明的一个实施例设想一种系统，该系统通过使用与可验证的凭证 相结合的生物测量学来阻碍或防止非授权使用交通工具。这可以通过要求 生物测量验证结合可验证的凭证来完成，其中生物测量#是诸如虹膜扫 描、视网膜扫描、指紋扫描、脸部识别扫描、手部的几何构形扫描，或声
音认证。可验证的凭证可以是带条形码的驾驶执照、磁条、RFID、智能 卡、信用卡、包含红外线适配器的钥匙环、皮下^V，或其它由可信任源 发放的凭证。该系统还可以包括根据一天中的时间、 一周内的各天、在 特定时间段内驾驶的小时数、驾驶条件、位置、^数量或其状态、M 发布的警报状态、计划的路线或目的地来调整用于启动和驾驶交通工具的 需求。该系统可通过多种方式实现。 一种实现是通过使用基于软件和硬件 的防篡改控制模块(或系统控制器)，该模块接受作为输入的生物测量认 证装置和凭证阅读器。该控制模块可包括数据库，或者在交通工具内或通 过无线连接与数据库相连。控制模块可以验汪生物测量认证与可mit的凭 证相匹配，且该凭证和/或认证是有效的。基于验证的结果，控制模块可 与交通工具的电脑通信，以允许交通工具启动或者传达包括从数据库接收 的或从无线连M收的驾驶约束。控制模块还可以报告错误，或请求基于 认证的附加凭证、来自于数据库的信息或来自于无线连接的信息.
本发明的另 一个实施例设想一种系统，该系统通过使用与用于酒精或 药物的探测系统相结合的生物测量学和/或可验证的凭证来阻碍或防止非
授权使用交通工具。该系统可以包括要求特定驾驶员或一类驾驶员通过 基于他们的生物测量扫描的呼吸测醉器的测试，和/或4吏用从生物测量识 别获得的信息来约束对交通工具的使用。例如，视网膜扫描仪可识别出人 处于酒精和药物的影响下，因为扫描到的在酒精和某些药物影响下的人的 视网膜图案或血管图案与不在该影响下的同一人的视网膜图案或血管图 案相比是不同的。而且，可通过当光束在眼睛处闪烁时测量瞳孔扩张的速 度和程度来执行瞳孔扩张测试以确定醉酒。这种视网膜图案或瞳孔扩张的 变化可以是可量化的或可被测量，作为偏离期望的图案的百分率。如果偏 离超过了容许量，则交通工具可被约束或可要求可替代形式的验汪，如给操作者的电话、警员的调查，或如呼吸测醉器的清醒的可替代证据。例如， 如果在酒精影响下的驾驶员试图使用视网膜扫描^其身份，系统中的标 记可被激活，要求其证明自己没有喝醉(如通过经由无线通信来通知警员 或家庭成员)，或使交通工具不能工作，或约束其速度和路线。这种生物 测量学与物质探测的结合是有益的，因为它允许为不同的个人设置不同的 探测阈值和响应。这也降低了朋友或乘客通过向其吹气来欺骗标准的点火 锁定呼吸测醉器装置而使醉酒的驾驶员驾驶的可能性。可以根据各种状态
来控制容许量，或通it^E驾驶员的凭证中存储容许水平来为特定的驾驶员 定制容许量。该容许水平的定制可允许在特定驾驶员的扫描差别超过一定 的百分比时被授权驾驶，其中特定驾驶员例如是眼睛可能正在变化的老年 人。如果提供了可替代的证据，如来自于警员的超驰(override)代码， 则关于该代码的任何信息会被存储在日志中，如超驰的警员的徹章号码。
本发明的又一个实施例i殳想一种手持生物测量识别装置，该装置也可 用作物质探测器且还可用作凭证B器。手持生物测量学装置可包括^更携 式视网膜扫描仪、指紋扫描仪、声音分析器、虹膜扫描仪、RFID阅读器、 脸部识别扫描仪，或手部的几何构形扫描仪。该装置可在交通停止时或需 要高度可靠识别的地方被警员使用。该装置可包括电源或电池、生物测量 认证装置、状态探测器，或凭证认证装置。该装置还可包括数据库或到数 据库的无线访问。手持装置还可与交通工具控制模块通信以下载生物测量 信息、状态信息、凭证信息或日志。在示例性实施例中，手持生物测量识 别装置包括在一个典型实施例中为视网膜扫描仪的生物测量认证装置，其 与在一个典型实施例中为条形码阅读器的凭证认证装置耦合。如警员这样 的政府权威能够识读某人的驾驶执照和/或保险卡，并执行视网膜扫描。 该装置于是可对执照、保险卡和视网膜扫描进行交叉检查，以对个人的身 份进^i人证。该系统还可以根据数据库来:^iiE凭证，以确定这些凭证当前 有效，并可以与诸如警车里的电脑接口，以确定是否有理由进一步对该个 人进行拘留。
本发明的再一个实施例i殳想一种系统，该系统通过4吏用生物测量识别 允许家长控制交通工具。例如，家长可以使用该系统以确保只有他们的孩 子可以驾驶小汽车而不会将该小汽车借给第三方。类似地，使用该系统的 家长可以查看驾驶统计日志，如速度、路线、停止次数。通过将该系统与 生物测量学相结合，家长能够确保驾驶交通工具的人是他们的孩子。而且， 通过使用与GPS结合的生物测量学，家长可以使得他们的孩子只在特定 的路线上驾驶，如往返学校。该系统还可以被任意重置，或通过使用个人识别码、密码、或远程授权而被远程地增加驾驶特权。该家长控制系统使 得可编程多个"家庭位置"，这样，该系统能够追踪交通工具离每个位置
有多远。也可通过向交通工具发送SMS消息或传达的信息而把交通工具 "召回"家。如果交通工具被召回，可约束驾驶员不要偏离回家的线路。 在偏离的情况下，可采取不同的强制方法，如限制速度、打开至某电话号 码的电话连接，或要求发送答复消息来解释偏离发生的原因。该家长控制 系统还可与状态探测器耦合，以防止孩子在醉酒或疲劳时操作交通工具。 该系统还可提供路线、速度、停止、刹车习惯和^J1数量的日志。在特定 的小时期间，还可约束驾驶次数以防止驾驶员操作交通工具。对于家长控 制，这可防止孩子在已经停车后的上学时间内操作交通工具。负责人或其 它个人可被预授权以允许策略例夕卜。预授权可通过由家长将个人凭证输入 系统而产生。
系统可任意地被连接于电脑或无线下载的信息以允许分析日志和定 制设置。电脑软件程序可以是可操作的，用以连接到系统、认证和下载信 息。该信息可被分析、发布到网页上，或用于提供有关第三方驾驶习惯的 报告，如儿童或雇员。
本发明的另一个实施例设想一种系统，该系统通iti^府、警察或执法 机构来约束特定个人的驾驶特权。例如，某人可仅被允许在上下班时驾驶，
虽然该交通工具可被其它人使用而不受这样的约束。因此，该系统可使用 生物测量^来执行针对特定驾驶员的特定驾驶约束。
本发明的又一个实施例设想一种系统，该系统允许对提供给第三方的 交通工具进行控制。第三方可包括服务员、服务设施、指定驾驶员、朋友 或雇员。交通工具可被配置成在约束的能力下进行操作，如通过限制其速 度、加速度、可行驶的分钟和公里数、可转换的排档、可去的位置、可激 活的附件，或可开启的车厢。可激活时靡艮务员^L或系统以进行约束， 直至授权的驾驶员收回对交通工具的控制或使用适当的非服务员键。可以 不要求服务员执行生物测量识别，但访问交通工具将受到约束。服务员选 项也可包括额外启动的限制次数，所以如果需要的话，服务员有移动小汽 车的能力。如果服务员试图超过启动次数或其它约束，则交通工具能够建 立警报并远程地任意通知指定人员，如通过向手机发送SMS消息。当该 系统被使用时，可发出声音或提供可视警报。通过使用个人识别码或密码， 系统还可被任意地重置。这个方面可与生物测量识别和/或凭证^^目结 合以确保在驾驶员之间的易操作性。该系统也可与状态探测器耦合，其中状态探测器如呼吸测醉器、非侵 入式手指扫描、心率监控器、大脑活动监控器，或其它用于探测驾驶员情 况以基于这些情况约束驾驶的装置，其中探测驾驶员的情况例如是探测心 脏病发作、或疲劳的驾驶员、或防止道^H乱。
本发明的再一个实施例设想一种系统和方法，适于基于生物测量!Hi 或可m^的凭证来执行驾驶约束。交通工具可被装备成基于驾驶员的身份 而在某些指定街道、小路驾驶或在特定的停车场停放。基于生物测量mt 或可mt的凭证，通过使用调节器或其它速度控制装置可以限制速度。基 于这种生物测量识别，有不良驾驶历史的驾驶员可被要求约束其速度或路 线。类似地，如果政府确定必要，驾驶员的凭证可M止，或在其上设置 约束，如果逸良了，则交通工具将执行或保持和/或传输日志。
本发明的另 一个实施例设想主超驰部件，该主超驰部件由被授权的个 体使用，如警察、拖车和应急响应装置。当交通工具的生物测量超驰部件 已启用，则可以闪光、发出声音、或与数据库或警报系统无线通信。
本发明的又一个实施例设想装配有面軍的生物测量学装置。该装置可 以是虹膜扫描仪、视网膜扫描仪、麦克风和/或照相机。面革对于该装置 来说具有特别好的位置，因为它与驾驶员的距离通常固定，可包括镜子或 灯，可包括对相对于驾驶员的高度或距离的旋转或调整，为装饰或防盗目 的而易于装卸。在交通工具被使用时或当驾驶门被打开时或当传感器探测
到新驾驶员已^交通工具时，生物测量学装置也可继续^Mt。该装配有 面罩的生物测量学装置还能通过确保驾驶员被验证来防止劫车。装配有面 罩的生物测量学装置可包括整体的生物测量学系统或仅一个元件，如照相 机。驱动该生物测量学装置的逻辑和电路不需要位于面罩内。面罩也可包
括一系列LED显示器，用于指示生物测量学系统或整个系统的状态或成 功。面罩还可包括LCD，用于在视网膜扫描仪、虹膜扫描仪、瞳孔扫描 仪的情况下帮助与生物测量学装置对准。面罩中的LCD还可显示关于当 前驾驶员和系统的状态信息，这对于改进其中^Mj板空间可能受限的现有 交通工具尤其有利。麦克风还可被包括在面罩中，以执行认证或用于对系 统进行声音激活的控制。
本发明的再一个实施例设想生物测量学认证系统，该系统与可替选的 诸如操纵杆、目|*^踪器、或声控操纵或驾驶控制系统这样的驾驶装置耦 合。该系统可包括位于操纵杆上的指紋扫描仪或也用于,目姊活动的视 网膜扫描仪，以便于除提供驾驶员认证之外控制驾驶的各方面。声音激活的生物测量识别器还可被用于对交通工具部件如无线电设备进行声音激 活。
本发明的另 一个实施例"没想一种系统和方法，该系统和方法适于在追 击期间或当交通工具被开到路边时允许生物测量验证或凭证信息被无线 地传输给执法人员。该传输可由系统加密，并由手持系统或位于执法人员 的交通工具内的系统解密。通过执行对其在交通工具内的凭证的生物测量 扫描交叉检查，执法人员可从系统无线地下载任何日志或查看任何日志， 包括近来的路线、速度、或交通工具的驾驶员。该信息还可被传递到中心 位置以供进一步分析。
本发明的又一个实施例设想一种系统和方法，该系统和方法适于在交 通工具碰撞事件中使得生物测量验证和凭证信息易于在驾驶员之间被传
达。该传达有助于防止个人提^4^信息，并提供速度和信息的准确性。 可无线地传达该信息，或者可从被装配于系统的车内打印机打印出文件报
告。还可以将该信息无线地传输到保险公司或DMV，用以生成净艮告。
本发明的再一个实施例设想一种系统和方法，该系统和方法适于使得 生物测量验证和凭证信息能够由涉及肇事逃逸事故的交通工具来接收和 存储。另外，该信息可被加密以保护隐私，并可被送到如DMV或警察局 这样的执法机构，在该执法机构，该信息可被解密。该系统可提供事故或 犯罪场景的虚拟快照，促进定位当事人和目击者的能力。警察还能返回或 停在先前驾驶的路线上。可以以加密方式存储路线或可计算校验和，以确 认真实性。
本发明的另 一个实施例设想一种系统和方法，该系统和方法适于M 先前交通工具驾驶员的日志。信息可被存储在系统中、在特定的时间间隔 被无线地传输、每次汽车启动或者脚踩刹车时被传输，或在固定的时间间 隔如交通工具更新期间被传输。
如设想的那样，本发明的又一个实施例还包括基于所要旅行的地点或 目的，对不同的个人收取不同的费用。^^吏用付费可再装的凭证可用于授 权特定的个人以低费用驾驶到某个位置和以高费用驾驶到其它位置。例 如，驾车上班可被收取低费用，但驾车去酒吧收取高费用。该费用可在独 立的信息站支付或直接向驾驶员的帐户开账单。
本发明的再一个实施例设想一种系统和方法，该系统和方法适于使得 生物测量验证和凭证信息能够被传输给停车场的服务员或自动化系统，以提供所需的服务，如针对特定消费者的高级停车点。
本发明的另 一个实施例i殳想一种系统和方法，该系统和方法适于对所 有进入交通工具的个人要求生物测量识别和/或凭证信息。该信息可以用 于通it&于交通工具内的个人约束1特定道路来鼓励合伙使用交通工 具、防止恐怖行为，或基于乘客的旅程来对每个^J1进行收费或将其记入 借方。
本发明的又一个实施例设想一种无线交通工具监控系统。该监控系统 可包括双向或单向的卫星连接。无线连接可以提供执照和保险信息的定期 更新。另外，系统可被配置成在特定的日子/时间接通电源或接收无线通 信，或可被配置成进行持续监控。该系统还可通过手机、包括通过蓝牙来 通信。提供无线更新可允许系统工作而无须识读有效的驾驶执照或保险 卡，因为这些信息已被存储在系统中且已与驾驶员的生物测量信息匹配。 此外，系统能够接收目标通信，包括SMS消息。该通信可被系统解释， 且在初步^真实性或密钥交换后，包含在信息中的操作能够被执行，如 抑制交通工具的速度、关闭交通工具、鸣笛或亮灯，或更新系统，以反映 被mt凭证的变化，如暂时停用的驾驶执照。
本发明的再一个实施例设想一种系统和方法，用于把保险费率和驾驶 税与交通工具驾驶员的驾驶数量和类型联系起来。可购买不同的方案，包 括无限制使用方案、有限英里数方案、单个驾驶员方案，以及包括不同价 格的一定数量的超额英里的方案。可以基于记录在系统中的信息来设置保 险费率。为达到该目的，可将日志传输g险公司，或可生成并发送概要 报告。保险ID卡中所含的信息还可用于执行驾驶约束。例如，如果驾驶 员超过了其方案上的英里数，该驾驶员可被约束不得i^某些路线。类似 地，可购买充值卡或可授权对驾驶员帐户的收费。具有低英里数、低平均 速度、安全路线、低车流量路线的驾驶员，或其平均^lt量大的驾驶员 可通过给与信用、折扣、或可兑换礼物的点数而被奖励。
本发明另 一个实施例设想一种易于使用的声音响应系统。该系统可以 提供可听见的提示，并包括声音识别以接受命令。当驾驶员ii^交通工具， 系统会问候驾驶员，提示驾驶员提供其凭证和生物测量信息。可以执行交 叉检查和查询数据库。如果验证成功，驾驶员可得到进一步的问候，可在 无线装置或其它车内装置上设定预设置，交通工具可以被使能。如果!HiE 失败，在驾驶员被提示离开交通工具前，该驾驶员会被提供进一步的尝试。 如果驾驶员不离开交通工具，会响警报或通知指定人员或警察。驾驶员还可要求关于路线的指导或寻找店铺的帮助。可以基于驾驶员 来呈现广告。还可以提供商家的优惠券。例如，可以向正沿特定路线或在 一定范围内寻找干洗店的个人提供一张选项列表，包括优惠券。登广告者 可同意为交换包括更好位置或进一步的细节的高级列表而付费。
然而，本发明的实施例不限于汽车。例如，本发明合适的实施例可以 用于卡车、飞机、火车、水运工具、电梯、地铁系统、高速交通工具、摩
托车，以及其它运输形式。例如为了用于户外应用，如摩托车，该系统可
被"防水膜或盒子中。该系统还可被集成在摩托车的^Mii中。该系统 还可用于租用的交通工具以防止非授权的驾驶员。
在上述任何合适的实施例中，当执法需要时、当如密码、钥匙卡或可 验证的凭证这些进一步的形式的识别失败时、或当需要授权以进入收费的
或受约束的it^或地区时，在驾驶过程中每次有人坐在驾驶员的座位上时 可能需要周期性的提供生物测量验证。
在上述任何合适的实施例中，生物测量信息可被加密和传输给本地官 员、收发器/接收器单元，或传输给卫星、蜂窝或其它接收站，包括通过 无线的方式。
可以有不同级别的凭证，如所有者、家长、服务员、朋友、警员、拖 车或经销商。系统可被编程以对不同的凭证做出不同的响应。凭证可被分 配多种授权级别，不同的授权级别可以许可不同的动作。例如，警员可具 有高授权级别，其被许可超驰系统或查看其它驾驶员的日志。另一方面， 服务员可具有低授权级别，其被许可低速驾驶并例如约束其打开车厢。
系统可被配置成直接与交通工具的电脑接口，或通过蓝牙、其它无线 协议、或通过交通工具的ODBC诊断端口或直接通过接口与点火装置或 启动器通信。
如设想的那样，本发明某实施例包括使用有效的驾驶执照和有效的保 险卡来交叉检查生物测量识别，以控制对交通工具的访问。在一个实施例 中，驾驶员i^交通工具，扫描其驾驶执照和保险卡，然后执行生物测量 识别。系统交叉检查驾驶执照、保险卡和生物测量识别的信息。如果交叉 检查成功，小汽车允许启动。在示例性实施例中，存储在驾驶执照和保险 卡中的信息会被存储在防篡改智能卡上。可以根据存储在智能卡中的信息 来对生物测量信息进行交叉检查，或者，在一个有代表性的实施例中，生 物测量信息被用作解锁存储在智能卡上的加密交通工具启动代码的密钥。如设想的那样，除使用驾^^L照和保险卡进行生物测量信息的交叉检 查之外，物质探测器(如呼吸测醉器、瞳孔扩张/视网膜扫描仪装置、红 外线探测装置)被用于验证驾驶员没有受到违禁物质的影响。
如设想的那样，本发明的一个实施例适于防止无执照、无保险、或喝 醉的驾驶员操作交通工具。通过要求驾驶员验证其具有有效保险、有效驾 驶执照、是非醉酒的、并且与保险卡/驾驶执照上的A^目同，会使道路更 加安全。更进一步的好处在于，当执行该系统时将减少对交通工具的盗窃， 因为潜在的小偷不g:授权的驾驶员，因而不能启动交通工具。此外，该系 统会减少犯罪行为，因为建立的日志会被准确地鉴别以证明特定人员在其 交通工具内、或者某时在特定目的地。而且，如果在犯罪中交通工具被牵 连，交通工具的日志可以^L检查以确定犯罪场景前后的驾驶员是谁、他们 去过哪里。此外，该系统将减少喝醉的驾驶员，因为该系统可以被配置成 防止醉酒的驾驶员驾驶。这可通过使用与用于初始生物测量识别的视网膜 扫描仪或生物测量扫描似目同的视网膜扫描仪或生物测量扫描仪来完成。
系统被设计为用户友好的系统且易于操作。当某人购买小汽车时，交 通工具销售员将准予其访问，这可以通过执行物主身份变更命令来实现。 最初的所有者或小汽车经销商例如通过生物测量或视网膜扫描仪向交通 工具识别他们自己，然后通知系统(优选地通过声音激活命令)他们将物 主身份转移给新人。随后他们离开交通工具，新人进入交通工具以执行其 生物测量识别和/或驾驶执照或保险卡的识读。然后系统删除旧的所有者 的权利并授权给新的所有者。
当前的交通工具的所有者还能增加新的驾驶员。例如，配偶一方可增 加他们重要的另一方。这可以通过当前所有者验证其生物测量信息并选择 增加新驾驶员的选项(优选地通过声音激活命令)来执行。当前的所有者 还可以指定要授予新驾驶员的权利。例如，该权利可被约束为特定iUL， 可以约束是否被允许新驾驶员增加另外的新驾驶员，并可以选M驾驶员 特权的期满日期。随后新驾驶员坐在驾驶员座位上，执行生物测量认证， 信息将被M在系统的存储器中。
如i殳想的那样，本发明的一些实施例包括使用生物测量装置达到提供 身份认证和执行状态测试这两个目的。例如，视网膜扫描仪可不仅用于识 别特定驾驶员是谁，还用于确认其没有喝醉。在个人喝酒的情况下，其眼 睛中的血管图案可能扩张或改变。当个人最初被添加到交通工具，其视网 膜扫描可能捕捉其在非醉酒状态的血管图案。如果稍后其醉酒了，其血管图案将不能匹配所存储的初始血管图案。因此，视网膜扫描仪不仅可以用 于识别，还可以确定个人是醉酒的。类似地，照相机和灯可以用于执行瞳 孔扩张测试，同时还记录个人的身份。该灯可以是顶灯或面軍上的灯。
初始生物测量信息还可被存储在可验证的凭证上。例如，可以在机动
车部门或另一授^U4进行视网膜扫描或指紋扫描，并将其存储在凭证上。
随后可以根据生物测量信息对该存储和验证的凭证进行交叉检查，其中生 物测量信息是在交通工具启动时为保证交通工具的驾驶员具有有效保险 和驾驶执照而获取的。
在用于家长控制的情况下，系统可根据家长的要求而被定制。在一个
实施例中，系统识别家长的个人识别码或密码。任何输入个人识别码4^
的驾驶员都将被当作孩子。通过^it、使用声音激活命令在触M显示器 上输入信息，通过在另一电脑上对信息进行预编程并将信息传达给系统， 或通过无线通信链接，家长可以设置一天中可以驾驶交通工具的小时数。 系统是动态的，并可以允许家长远程控制交通工具的各方面。可以接通通
信链接，使得家长能够与驾驶员谈话或可以远程执行驾驶约束，包^i殳置 最大速度或要求交通工具沿特定路线行驶。这可以包括自动驾驶系统，或 在孩子偏离路线时提供指示。该系统还可以使得无线电设备被远程控制， 或者照相M初始化，以便于通过无线连接，例如通过使用网络照相机， 向家长显示道路和^J:车厢。如果家长希望远程访问系统，则可以要求其 在电话上输入个人识别码或说出密码。如果通过电脑链接来操作，可以要 求其执行生物测量识别或在其电脑上输入密码。 一旦家长被准许远程访 问，其可被许可执行任何功能，如同其在交通工具内部一样。
图1示出了根据本发明实施例的驾驶员卡识别系统和/或防止交通工 具操作者(或驾驶员)使用(或非授权使用)交通工具的系统的框图。
如图1所示，系统10包括控制模块(或系统控制器)16、生物测量 认证装置12、状态探测器14、和/或凭证认证装置(或传感器)18。生物 测量认证装置12与控制模块16耦合。状态探测器14可以是适于向控制 模块16提供操作者的物质水平的物质探测传感器(或探测装置)。这里，
控制模块16适于在^Mt者的物质水平高于容许水平或^Mt者没有^i人证
装置12 i人证的情况下向交通工具传达驾驶约束。
而且，在本发明的一个实施例中，在IMt者的肢体末端确定物质水平，
同样也在该肢体末端对IMt者进行认证，肢体末端选自由手指、拇指、脚
趾、耳朵、手掌、脚底、足、手、和/或头组成的组。在一个实施例中，控制模块16还适于与交通工具通信，以便于如果 操作者已被认证装置12认证且操作者的物质水平不高于容许水平，则允 许交通工具启动。此外，如图l所示，认证装置12可以是指紋认证装置、 脸部识别认证装置、手部的几何构形认证装置、声音认证装置等。在一个 实施例中，认证装置12包括指紋传感器(或扫描仪)，在操作者手指内的 组织处体内地确定操作者的物质水平。
在一个实施例中，物质探测传感器适于探测操作者的酒精水平。这里， 物质探测传感器可包括宽带探测器(例如，单个光电二极管探测器)，下 面会对其进行更加详细的描述。另夕卜，如下面更加详细描述的，物质探测 传感器可包括宽带光源和位于宽带探测器和光源之间的波长过滤系统。波 长过滤系统和宽带光被配置成用于向宽带探测器芽1导特定波长带的光束。 在本申请的上下文中，特定波长带可以指一个或更多个波长，或从一个特 定波长到另一个特定波长的范围内的波长。可替选地，物质探测传感器可 以包括二极管或二极管激光器，其被配置成向宽带探测器引导特定波长带 的光束，下面将更加详细地描述。
返回参考图1，适于感测^Mt者的可验汪的凭证的凭证认证装置(或 传感器)18与控制模块16耦合。这里，控制模块16适于IHE:由认证
装置12认证的操作者与该操作者的可JIHE的凭^目匹配。如图1所示， 可以由凭证认证装置感测的可验证的凭证包括驾驶执照、RFID标签、智
能卡、信用卡、包含红外线适配器的钥匙环、和/或皮下植入。
图2示出了根据本发明实施例的与驾驶员卡识别系统和/或防止交通 工具的操作者(或驾驶员)使用(或非授权使用)交通工具的系统相关的 过程块的流程图。如图2所示，在块21中，操作者或驾驶员l具有系 统(例如图1的系统IO)的交通工具。在块22中，驾驶员向系统發汪其 驾驶执照。在块23中，驾驶员向系统IHE保险卡。在块24中，驾驶员用 该系统进行生物测量识别和物质检查。在块25中，系统交叉检查驾^^ 照、保险卡和生物测量信息。如果交叉检查不成功，则在块26中，系统 的控制模块(例如图1的控制模块16)向交通工具传达(或发出)驾驶 限制，如点火锁定。相反地，如果交叉检查成功，则在块27中，控制模 块与交通工具通信以允许交通工具启动或授权点火(例如，发出点火授权 命令)。这里，受控交通工具可以包括选自由飞机、公共交通工具、7JC运 工具、工业设备的一部分、重型机械和设备的一部分组成的组中的交通工 具。图3示出了才艮据本发明实施例的装配有面罩的生物测量装置30。这 里，装配有面軍的生物测量装置30可被包括在图1的生物测量认证装置 12中，并通过具有线的铰链31与图1的控制块16耦合。
如设想的那样，本发明的实施例提供了用于生物测量和/或物质探测 的增强的系统和方法。在一个实施例中，系统使用生物测量技术对人进行 识别，并通过使用非入侵性技^r查身体内诸如酒精的物质的存在，非入 侵性技术诸如是近红外线(NIR)光谦学、拉曼光谱学、光声光镨学、散 射变化、偏振变化、中红外线光镨学、和/或窄带探测。
本发明的实施例i殳想一种^l计，该i殳计集成了生物测量识别和物质探 测这两种平常分离的功能，产生附加功能和更低的成本。这种系统可易于 被集成在现有和未来的应用中，以便于实现访问控制、改善的安全性、以 及设备/交通工具的操作。
通过测量近红外线范围内的光镨图案，可以探测血管系统中的物质， 这允许物质的定量。例如，通过非侵入式技术进行的物质探测可以通过使 用分光计以分析血管系统的水分子变化来进行。
如设想的那样，本发明的其它实施例提供一种系统，该系统包括至外 部硬件装置或至软件应用的接口 。可以将信息提供给多种合适的应用和/ 系统，如上文所讨论的并在下文更加详细描述的那样。当集成了一些合适 的应用和/或系统时，该系统能够向主处理功能提供信息，该主处理功能 随后执行决定或计算。例如，处理功能能够访问数据库，以确定是否授权 个人进入受控区域，或在设备和/或交通工具的操作功能性上对该人进行 限制。处理功能或系统还能够通知第三方，如安全人员、警察、或管理员， 或在数据库中存储信息。
如设想的那样，本发明的实施例包括在关键位置设置传感器、把信息 数据传递给处理器，该处理器对数据进行解释并执行基于该数据的功能， 如执行对人的访问限制。在受控区域访问的情况下，系统可被安M接近 门或接近受控访问点的其它装置的地方，其中受控访问点的其它装置如光 幕(light curtain )、光传感器开关、运动探测器、大门、或人控检查点。 在操作设备或交通工具的情况下，传感器被安装在用于设备或用于交通工 具的操作者控制面板上，安装在控制板(dash)上、离合器上，或安^t 接近交通工具的点火起动器的区域。在客机飞行曱板或飞机驾驶抢的情况 下，对在其操作位置上的驾驶员和副驾驶员进行同时读取。在一个实施例中，传感器可耦合到用于放置手或手指的垫或台上。例
如，使用该系统的人可把其手指;^模子或套中。当手指放在装置上或放 入装置内时，对生物测量数据的扫描将被执行，数据可被提供给分离的处 理点，在这些处理点，可以将数据与现有的数据库进行匹配，并且/或者 在装置的中央处理单元中以本地方式与本地存储的或远程连接的数据库 进行匹配。在另 一个实施例中，系统可以基于生物测量信息对人进行识别， 并确定是否有物质存在于其体内。基于该识别和/或物质确定，该系统可 执行任一种功能和所有功能，如控制门或访问点、记录信息、要求附加信
息如个人识别码、或给使用者消息。可在任何波长使用任何非^y^式扫描
方法来执行非侵入式扫描。本发明的实施例可以包括近红外线光i瞽扫描 仪，其适于探测例如酒精、如四氢九昧酚(THC)的药物、或在已知某 人是糖尿病的情况下的葡萄糖的存在、类型和数量。然后可进行分析。 NIR光镨学可在约1000nm到2000nm的范围内探测药物和酒精。例如， 可在约1700nm、 1600nm和1300nm的波长处探测酒精。其它可以改变 人的认知能力的药物或物质也可在传感器的限制范围内被检测。这些结果 可被用于确定人的认知能力，以执行在如银行保险库的操作范围或诸如起 重机的设备、或重型设备、或诸如汽车、卡车、公交车、火车、或容K的 交通工具都需要的功能。这些结果还可被存储在数据库中以供进一步验 证，包括醉或身份的验汪。这些结果还可^^L送给第三人以供人工验证， 尤其是在身份或醉酒水平接近所编程的界限处。与人的识别和他/她的认 知能力相关的传感器的组合结果可被处理以便允许/不允许访问或操作设 备或交通工具。
在另一个实施例中，可以通过将光源如NIR光引导到手指上并获取 光的返回^L射使其i^分束镜来执行同时扫描，该分束镜可以直接馈给生 物测量传感器和/或物质传感器。
在又一个实施例中，双束光可被印照在手指上，对于物测量功能，则 接a体末端；对于光镨学，则更接近手指底端皮肤较薄的关节。在再一 个实施例中，手指在扫描装置上滑动的动作可提供生物测量识别，光束如 NIR光可被用于光镨学测量，该光镨学测量在手指底端更接近关节的地方 执行。
在一个实施例中，本发明的生物测量系统和/或物质探测系统小到足 以使其能够被设置于便于访问的位置和功能上的关键位置处，而大到足以 接受基于人口分布的3a情况下最大的手指。电子数据接口提供输出，如标准USB、以太网、或串行插头，或提供用于如1996年之后的使用 OBDC-II接口的汽车中的专门应用的专用接口。通过使用蓝牙，也可以 使扫描数据和光镨分析数据对于接近的处理单元可用，或者，通过互联网 如IP协议、蜂窝无线使得扫描数据和光镨分析数据对于本地/长距离处理 单元可用，或者，可使用商业可用的卫星通信如GlobalStar或铱星使得 扫描数据和光镨分析数据在远端位置可用。未处理的光或数据也可以例如 通过光纤线缆来传输，以供在远端传感器或中心传感器进行分析。在远端 或高度难以接近的应用中，传感器可以是包括主处理器和在其本地数据库 中的被认证的人员信息的独立单元。例如在远端或高度难以接近的应用 中，针对装置操作的供电可通过主机处理单元的电源(+3.3V直流电，+5V 直流电，+12V直流电等)、通过交流电(100V交流电、115V交流电、200V 交流电、230V交流电等)、通过车上的电池和/或交流电充电和/或太阳能 电池板充电。
存在以识别为目的的、用于获取生物测量数据的商业上可用的装置。 以某些^Mt方便的形式存在可用装置，其能够执行和处理非^^式扫描。 可从LT工业公司得到的Iso-Chem NIR材料分析系统是具有远程触发测 试探头的便携式NIR分析仪。例如，可从Ocean Optics得到的USB4000 是响应于200-1100nm的分光计。例如，可从Spectram Products得到的 SM241是基于紧凑型CCD的分光计，其被设计成用于在900nm到 1700nm范围内的NIR激光应用。例如，可从Newport公司得到的 OSM-100是响应于200nm到1700nm的便携式的、经^的分光计。可从 Lifetrac Systems得到的Sugartrac是非侵入式葡萄糖监控器。可从Live Scan Products得到的TouchPrint Enhanced Definition 3000 Live Scan是 便携式生物测量扫描仪和识别装置。
同样，如设想的那样，本发明的实施例提供了用于将生物测量识别与 物质探测相结合的方法。可以通过使用上述系统或装置、或任何其它的生 物测量识别系统和任何其它的物质探测系统来执行该方法。例如，面孔扫 描仪或视网膜扫描仪可与物质探测器(如呼吸测醉器)结合使用。在用于 将生物测量识别和物质探测结合的方法的实施例中，执行生物测量扫描和 物质探测扫描的步骤。可以执行另外的步骤，如激活扫描、处理扫描、比 较扫描、发送通知或警报、激活记录装置、保存未处理的数据或处理结果、
或执行4m检查、或另一种类型的扫描。另外，可执行检查温度或乐^榑的
步骤，以IHE扫描是正确的。图4示出了根据本发明实施例的增强的生物测量和物质探测系统及 装置的框图。如所示，提供了在一端120具有洞孔以便于操作者肢体末端 插入的套(或架)100 (例如手指架)。生物测量传感器210和物质传感器 220包含在套100内。在一个实施例中，肢体末端选自由手指、拇指、脚 趾、耳朵、手掌、脚底、足、手、头组成的组。
另外，生物测量传感器210和物质传感器220分别通过引线300与生 物测量装置(或认证装置)400以及物质探测装置500耦合。生物测量装 置400和物质探测装置500通过引线600与中央处理器(或系统控制器或 控制模块)700耦合。中央处理器700可与访问控制处理器800耦合，该 访问控制处理器800可与访问控制装置或接口卯O耦合。
参考图4A，在一个实施例中，图4中增强的生物测量和物质探测系 统及装置祐^合并于交通工具100a中。在一个实施例中，交通工具100a选 自由飞机、公共交通工具、水运工具、工业设备的一部分、重型机械和设 备的一部分组成的组。更详细地，交通工具100a包括套(或架)100，用 于操作者肢体末端插入。
参考图4B，在另一个实施例中，图4中增强的生物测量和物质探测 系统及装置被合并于时钟系统100b中。这里，在一个实施例中，时钟系 统100b适于在操作者物质水平高于容许水平或操作者没有被认证装置认 证的情况下建立警报。在一个实施例中，时钟系统100b还包括适于在警 报建立时确定时间的时钟IOI。而且，如果操作者已被认证且物质浓度不 高于^Li午水平，则中央处理器(或系统控制器)700可适于与建筑物安全 装置通信，以允许操作者访问该建筑物安全装置。在一个实施例中，如果 ^Mt者未^i人证或者物质浓度高于容许水平，则中央处理器700适于与建 筑物安全装置通信，以限制操作者访问该建筑物安全装置。建筑物访问装 置可以包括适于在操作者被允许访问建筑物安全装置时确定时间的时钟 101。
图5示出了本发明的另一实施例。如图5所示，用于防止交通工具操 作者使用交通工具的系统包括系统控制器570、生物测量认证装置540、 和物质探测装置550。这里，系统控制器570适于在交通工具操作者(或 在操作者的肢体末端)560的第一皮肤位置560a探测至少一个生物测量 参数，并生成指示该IMt者560已衫3人证的i人证输出。这里，操作者560 的第一皮肤位置560a是能够对操作者560进行生物测量认证的位置(例 如，在操作者的指紋处或操作者560指紋所在的位置)。另外，物质探测装置550适于在靠近第一皮肤位置560a的第二皮肤位置560b探测操作者 560的物质水平并生成水平输出。
这里，在本发明的一个实施例中，两个探测测量(即认证和物质探测) 发生在操作者的彼此靠近的(可能临近的)皮肤(或真皮)位置。在本实 施例的上下文中，靠近和/或临近可指足够近，以使得可基本排除通过测 量不同于被i人证的那个人的物质水平进行的测试欺骗。
另外，仍参考图5，系统控制器570响应于认证输出和水平输出而进 行操作，以便于如果操作者560没有被认证或者探测输出高于预先选择的 容许值，则选择性地限制交通工具的使用。
此外，在一个实施例中，物质探测装置550包括下文更加详细描述的 光源和单个宽带探测器。这里，与光源和单个宽带探测器均耦合的物质探 测装置550的表面(或平台)与第二皮肤位置560b接触，并具有与第二 皮肤位置560b的折射率对应的(或相同或基;M目同的)折射率，用以减 少或消除镜面光(即不透入皮肤的光)。
如本发明的实施例所设想的那样，取决于辐射传播的#长度和针对 该特定样本中个成分在各个波长的吸收强度，通过样本的辐射被消弱。记 录和绘制相对吸收强度与波长的关系产生了针对该特定样本的唯一的吸 收光镨。
光谱学的一个应用领域是非^^式测量组织属性或被分析物。 一种特 定应用是对于JW对物质滥用被筛选的对象，对被分析物如酒精进行非 侵入式测量。
在组织光镨学中，近红外线(NIR)为测量提供显著的好处。大于一 亳米的光学5^长度在电磁频镨的治疗窗口中的NIR中容易实现。然而， 在分析确定(例如酒精的确定)的准确性上，干扰化学物质所具有的影响 是需要解决的问题。在本申请上下文中，所需解决的问题可以指反向ft射 和选择性，或者一种方法在多大程度上可被用于确定混合物或基质中特定 的被分析物而不受其它相似行为的成分的干扰。
也就是说，主要的噪声源是光的散射，其不具有血液中酒精的完整特 征。人类皮肤有几层表皮、真皮、皮下组织。每一层有其自己的依赖于 波长的吸收特性和散射特性。光在穿过皮肤时经历前向和反向^L射，与血 液互相作用并传出皮肤。当皮肤相对于逐个样本的照明和收集并不是处于 恒定角度时，会产生进一步的复杂情况。手的那部分的位置也有关系。因而，I ，统应该通过使用光耦、t、和/或减少^射率的，、和/，减少或，除 光散射的量。
此外，关于对到达含有被分析物的组织之后反射的光的探测，来自光 镨分析的光镨数据提供大量有关样本的特征、结构、浓度或组成的详细信 息。光镨数据来自于探测和记录的通过光子的发射、散射、或吸收而产生 的分子能量的变化。尤其是，分子物质中的原子来回振荡大约平均的距离。 原子在适当能量上的光吸收致使原子变为受激发的，这将原子提升至更高 的振荡级。原子被激发到受激态只发生在某些离散的能量级，这对于该特 定分子来说是典型的。红外线吸收光镨学对于执行这类分析尤其有用。在 吸收光镨学中，测量入射辐射在不同波长上的净吸收。然而，系统应该能 够探测特定的被分析物的水平，并能够区分该被分析物和可能具有相似特 性的其它物质。
如设想的那样，要解决上述问题，开发了 NIR反射系数工具，以包 括上面更加详细描述的照明源和分光计。该工具使用范围在约1300nm到 约2400nm的特定波长的近红外线辐射，更具体地说，是从约1400nm到 约1500nm、从约1650nm到约1750nm、和/或从约2200nm到约2400nm。 在一个实施例中，使用在约1450nm的特定波长带。这些波长范围对于进 行非侵入式酒精测量是非常有利的，因为它们包含了针对包括酒精和组织 中存在的其它有机分子的大量化学物质的组合镨带和倍频(overtone)谱 带。在这些波长范围内，酒精的NIR光镨由于酒精和其它有机分子的C-H 弯曲及C-H伸缩的带、和/或酒精和其它有机分子的o-H弯曲和o-H伸缩 的组合谱带而具有显著的特征。
当与更高的波长区域相比，这些波长范围还应更少地受到组织散射效 应的影响，因为组织的散射效应随波长而增加，这在组织测量中有重要的 含义，因为散射效应可导致人体内和人体间实质的光镨可变性。
参考图6，使用研究级NIR分光计收集了在800nm到2400nm范围 内的特定波长的具有lmm采样路径的100%酒精的光镨。如从图6中所 得，范围在约1300nm到约2400nm的特定波长^l有利的。而且，范围在 约1400nm到约1500nm、约1650nm到约1750nm、和/或约2200nm到 约2400nm的特定波长尤其有利。
如图7中的研究级NIR分光计的数据所示，研究级NIR分光计能够 在约1400nm到约1500nm范围内的特定波长上区分水中0.10%、 0.08%、0.06%和0.04%的酒精。如从图7中所得，特定波长带在约1450nm是特 别令人关注的。
另外，如图8和图9所示，研究级NIR分光计能够在约1650nm到 约1750nm范围内的特定波长上以及在约2200nm到约2400nm范围内的 特定波长上区分水中0.10%、 0.08%、 0.06%和0.04%的酒精。在图8和 9中，特定波长带在约1700nm和在约2300nm是特别令人关注的。
为研究酒精的灵敏性，更重要的是选择性，样本应被构建成包含酒精、 葡萄糖、肌氨酸酐、尿素、水和微滴。微滴(例如聚苯乙烯微滴)提供产 生反射信号的光散射介质，其中反射信号的强度与血红细胞的强度相似。 于是，样4^供在不同环境下模仿血液的条件。以酒精为例的感兴趣的被 分析物的浓度范围和可能干扰的被分析物的浓度范闺应该反映针对健康 的目标人口 (即人类和生物学范围)所观察到的浓度范围。使用合适的统 计建模于是应该能够减少浓度的样本的整体范围，如合适级别的拉丁超立 方。再一个实施例中，七级拉丁超立方设置的设计用于提供具有可管理的 样本尺寸的被分析物之间的最大相关性。
然后，从不同浓度的样本(或体外)收集强度镨。1^分析收集到的 强度诿以确定所需的波长范围以及能够为适当的酒精分析而被排除的波 长范围。接着，执行对人(或体内)的测试，以验证关于酒精的统计建模 和设计，模型应当能够探测血液中低至约0.05%的酒精，准确性优选为正 或负0.02%，更加优选地为正或负0.01%。
用于分析数据的被mi的统计模型!^提供用于传感器的光镨带。如 根据本发明的一个实施例所设想的，使用NIR范围的三个不重叠的波长 区域。每个波长区域应当有3到4个不重叠的子带。这些波长带中的每个 具有约25nm的带宽。
图IOA示出了根据本发明实施例的光学物质探测器配置。更详细地， 该探测器包括用于提供具有复数个波长带(显示为多色光线)的光束的光 源(准直宽带IR源)。光束被引导到用于分离所需波长带或特定波长带(或 子带)的滤光器。被分离的光束^被引导到聚光器，并经过输入光纤束 (或塑料光导或合适的光导)到i^l璃平台(或手指架或食指板)，在该 玻璃平台上放置测试样本(如手指或选自由手指、拇指、脚趾、耳朵、手 掌、脚底、足、手、头组成的组中的肢体末端)。在一个实施例中，玻璃 平台的折射率与测试样本的折射率对应(相同和基^目同)，用以减少或 消除镜面光(即不穿入测试样本的皮肤的光)。另外，玻璃平台可由lmm厚的熔融石英玻璃形成，优选为具有非反射性涂层。从测试样本(例如手 指)反射(或漫反射)的光束被与玻璃平台耦合的收集光纤束(或塑料光 导或合适的光导)收集。接着，使用探测器来探测从测试样本漫反射回并 由收集光纤收集的光(或光强)。
可替选地，图10B示出了根据本发明另一个实施例的光学物质探测 器配置。更详细地，该探测器包括用于提供具有多个波长带(显示为多个 光线)的光束(或多个光束)的光源1200。光束被引导到测试样本1210 (例如手指或选自由手指、拇指、脚趾、耳朵、手掌、脚底、足、手和头 组成的组中的肢体末端)。在一个实施例中，光源1200具有用于聚焦或引 导光束的抛物型或椭圆型反射器。从测试样本(例如手指)反射(或漫反 射)的光束经过适于分离所需波长带(或子带)或特定波长带(或子带) 的滤光器1220。接着使用探测器1230 (如单个宽带探测器)来探测从测 试样本^^射回、并被滤光器1220过滤的光(或光强)。因此，在图10B 中，示出了滤光器1220位于距离探测器1230比距离光源1200更近的位 置。这里，在图10B中，由于来自光源1200的光束直到从样本1210反 射回来之前未被过滤(即滤光器1220位于探测器端)，因此相对大量的光
被引导到样本1210以及从样本1210 ';ia射回来。
但是，本发明不被限于图IOA和IOB的实施例中的滤光器布置。例 如，为了提高波长选择性和/或为了减小信噪比，本发明的实施例设想配 置第一滤光器(例如图10A中的滤光器)位于光源端，以及配置第二滤 光器(如滤光器1220)位于探测器端。
在一个实施例中，光源可以是白炽光源，如鴒卣素灯、氣弧灯、汞弧 灯、LED、和/或二极管激光器，其具有充足的红外线(IR)。在一个实施 例中，在使用窄带通滤光器进行过滤之前，先使光源被准直。适于分离所 需波长带(或子带)或特定波长带(或子带)的滤光器可以是滤光器轮的 一部份，该滤光器轮可以旋转以将不同的滤光器置于适当的位置。这使得 可以从复数个波长带收集数据。光学聚光器用于把光聚焦进入光纤，光纤 将光传送至光学组织(例如手指)。收集光纤收集来自于组织的^t射信号， 并将其传送至探测器。
同样，各种合适类型的光纤束可被使用，如环型光导、直型光导、分 岔型光导等。另夕卜，代^f吏用光纤束，本发明的实施例设想使用其它合适 类型的光导，如塑料光导。
在一个实施例中，光学物质探测器包括用于照明测试样本(例如测试样本的区域)的包含卣素灯的光源和与卣素灯相连的光纤束，以及配置的 波长过滤系统。该波长过滤系统可包括各种合适类型的滤光器，如干扰滤 光器、带通滤光器、吸收滤光器、二向色滤光器、光栅单色仪滤光器等。 根据一个实施例的波长过滤系统被设置成距离探测器(例如单个宽带探测
器)比距离光源更近的位置。所需波长带^L^射回至探测器。通过包含统 计建模分析的评估，根据对操作交通工具的合法限制来确定测试样本的血 液酒精浓度(BAC )，如果BAC不在合法限制内，则交通工具不能使用。 在一个实施例中，统计建*1合适级别的拉丁超立方。然而，本发明不仅 限于此。例如，可以使用任何可用于描述涉及到在某一时间观察和分析一 个以上的统计变量的过程集合的、统计学中的合适的多元统计或多元统计 分析。
本发明的另一个实施例提供了在红外线(IR)或近IR波长范围内的 特定(单个)波长带的光源(例如二极管激光器)以及用于对人体组织内 的物质浓度进行非侵入式和/或体内测试的宽带探测器。该物质可以是酒 精，更具体地为乙醇，组织可包括人体血液。
更为详细地，图11示出了从800nm到2400nm的酒精和水的光吸收。 这样，本发明的实施例提供了用于进行非侵入式和/或体内酒精测试的光 学方法，该方法利用酒精和水在光学吸收上的差异，并且，因为血液主要 由水构成，血液中的酒精浓度可以被确定。如在吸收光镨学的所有方式中， 在特定波长的光吸收量用于确切地识别溶液中的化学混合物。给定试样量 的水和酒精在某些波长吸收的光比相当试样量的单独的水吸收的光少。在
其它波长，现象是相反的，作为酒精和水的混合物将吸收更多的光。
如图12所示，可以使这些测量使用在几个不同波长处的多种技术。 在本发明的一个实施例中，约1000nm的波长、约1310nm的波长、约 1550nm的波长、和/或约l卯Onm的波长被选择，作为酒精的透射性大于
(吸收性小于)水的透射性的区域(或范围)。在约904nm、约1700nm、 和约2300nm的光i普区域也被选择，酒精的透射性小于水的透射性的区域
(或范围)。
参考图13，可用于进行上述测量的技术的第一个优点是照明类型， 为窄带或宽带。大多数吸收光谱学技术使用白光或宽带光源，以及于是使 用干涉计或衍射光栅来将光"分类"1光镨箱(bin)。这些系统具有一 些共同的元件以及最终光信号探测技术，其中共同的元件使用光纤或直接 (图13和14 )把手指和照明耦合，最终光信号探测技术由线性CCD阵列或光电二极管探测器构成。
更详细的，图13示出了照明位于左手侧。这里，照明由灯泡、黑体 等独立的光源110a或与远端光源110b耦合的光纤提供。在光源110a、110b 的右侧是准直透镜130，该准直透镜130使光并行地穿过或穿入手指(例 如中指)140到达重新成像透镜150，该重新成^Ut:镜150将"釆样束" 聚焦到与衍射光栅分光计或一些类型的干涉计相连的光纤120a、 120b上。
图14示出了才艮据本发明实施例的具有完整指紋屏幕的手指传感器的 示意图。两个端口 (光纤端口 )可被用于光纤耦合光学探测或直##测(即 宽带探测器或InGaAs探测器可被直接安装在这两个端口的一个端口中)， 以4吏得来自于光源(例如通过另一个光端口 )的光可以通过例如浸Jl射系 数如险测。也就是^兌，在图14中，可从手指的第一侧向手指的第二侧引 导入射光束，且宽带探测器可被配置成测量入射光束被传输通过一部分组 织并反射回至手指第一侧的那部分。而且，其它传感器，如温度传感器、 表面污染物传感器等，可被安装在该单元的底部。
图15示出了如根据本发明实施例设想的具有跨阻放大器和热控制的 光电二极管的示意图。光电二极管探测器的示意图示出了现有的探测器系 统。InGaAs或Si光电二极管与跨阻放大器耦合。探测器是热电冷却的， 同时整体的(integral)热敏电阻监控温度。然而，本发明不仅限于此。 例如，代脊使用InGaAs探测器作为探测器(或红外线探测器)，本发明 其它实施例可使用PbS探测器、PbSe探测器、InAs探测器、InSb探测 器、HgCdTe探测器等。
如上面所讨论的，通过应用Lambert-beer法则，通常称为Beer法则， 吸收光镨学可用于定量地识别物质，如下面的等式所示<formula>formula see original document page 39</formula>
其中，作为吸收装置前和吸收装置后的波长的函数，物质A的量与 强度I的比率的对数成比例，其进而是完整路径和吸收系数oc的函数。这 些量都依赖于波长，因此通常的方法是在多个波长上进行光镨测量，如图 11所示，其覆盖了从800nm到2400nm。然而，眼前的任务是使用吸收 光谱的这些差异来建立能够通过触觉接触来探测人体内酒精存在的传感 器系统。因为醉酒可以由少量水平的酒精导致，例如0.05。/。或更高的血液 酒精浓度(BAC),因此探测的需求应该是能够探测到这样的浓度。在一种方法中，2300nm处的干涉测量法用于对光进行拣选。在这种 方法中，可移动的镜子被用于建立双光束干涉图案，该图案在探测上建立 时间调制信号。在本发明的一个实施例中，设想可替选的干涉计。在该可 替选的干涉计中，空间外差分光计(SHS)而非时间变化的干涉图案会产 生空间变化干涉图案，该空间变化干涉图案被成像到InGaAs阵列探测器 上。
更详细地，图16示出了 SHS的示意图，其中光纤用于将SHS通过 光纤与"手指缝"耦合。，长度差由分束镜(BS)和光栅1和光栅2 建立，Gl和G2分别在探测器上建立线性边缘图案。FFT用于将信号转 换为强度与波长的关系。
普通的光采样/拣选技术是使用被设计成传输特定波长的光的滤光 器。旋转轮或滑块可被用于改变在不同波长采样时光路中滤光器。图18 示出了可被用于改变在不同波长采样时光路中的滤光器的滤光器滑块。可 替选地，静态滤光器可用于替代可调滤光器。静态滤光器是这样一种滤光 器，其传输波长可通过改变所施加的电压而被改变。在这两种情况下，如 图17所示，光耦合是相同的。也就是说，图17示出了4吏用可调的或静态 的滤光器进行光采样。输入光纤将光从手指耦合到滤光器。在滤光器之后， "拣选"的光被聚焦到光电二极管探测器上。
本发明的一个实施例包括衍射光栅分光计。参考图19，该分光计被 显示为光纤分光计，具有第一镜(调焦镜)、第二镜(准直光镜)、光栅(光 栅)、狭缝(狭缝，模消除器)、连接器(SMA连接器)、以及探测器(探 测器)，它们都与光具座耦合。这里，探测器是具有线性InGaAs光电二 极管阵列的线性InGaAs阵列探测器。然而，本发明并不限于此，可以使 用任何具有高信噪比的各种合适的分光计。这里，宽带滤光器耦合光源用 于照明填充有不同酒精浓度的不同溶液的透明小容器。从llOOnm到 1700nm的全部光镨都被收集，且其中的一部分被显示在图20和21中。 如图21的、具有从1280nm到1320nm波长范围的分光计数据所示，图 19的分光计能够区分从1%到40%,但没有足够的分辨率来区分从0到 1%。也就是说，虽然实现了酒精探测，但并没有精确到足以探测从O到 0.1%的水平，这个水平可以在醉酒个体的体内^J^现。
为了改善系统的灵敏性，设想有混合型实施例。也就是说，为了增加 系统的灵敏性，选择窄带激光器作为替代光源，使用从宽带源测试收集到 的数据来识别在其中进行操作的合适的波长范围。也就是说，如设想的那样，本发明的实施例包括在约1310nm波长带的二极管激光器。这里，在 约1310nm波长带的二极管激光器用于照明源，NIR分光器探测并分离酒 精信号。图22示出了实施例的全光镨、激光器照明。图23示出了 NIR 分光计数据，该数据显示了酒精浓度与在约1310nm观测到的强度的关系 的、统计上无效但能^兴趣的测量值。也就是说，图22和图23的NIR 分光计的观察在统计学上没有意义。因此，需要更精确的方法。
这样，当通过图19的衍射光栅分光计来实现酒精探测时，并没有精 确到足以探测0-0.1%的水平，该水平可以在醉酒个体的体内收t现。虽 然没有最终成功，但这些观察实际上指明了窄带源(或窄带光源)可被用 于探测酒精。
另外，可以理解，在窄带源的情况下，分光计是噪声源。因此，在本 发明的另一个实施例中，分光计被宽带探测器或单个3mm直径的InGaAs 光电二极管探测器(EO系统)所代替。3mm直径的InGaAs光电二极管 探测器具有4艮低的噪音，并且是热电(TE)冷却的.这建立了包含探测 器和源的非常简单的探测系统，并且不需要光的拣选。
使用窄带源不需^r何采样后的光拣选技术、分光计、和/或线性光 电二极管探测器阵列。也就是说，使用来自于激光器或单色仪的单色及窄 带光(典型地为只有几纳米宽)对所考虑的样本照明。单个宽带探测器(例 如单个光电二极管探测器)用于测量通过样本传输的光的量，测试样本内 的"吸收体物质(absorber species )"的量使用下面公式计算
其中Io是样本的入射照明，I是所观察的传输强度，a是作为波长的函数 的吸收系数，L是完整路径长度。样本的光学探测需要穿过样本的或统一 标准量的照明，根据所涉及的样本可使用透射和/或反射技术。
此外，图24A、 24B和24C示出了使用窄带照明和光电二极管探测 器的样本询问方法。图24A、 24B和24C示出了穿过组织(例如手指)的 传输路径长度、反射#长度和可变路径长度。准直光学器件和重新成像 光学器件可用于使来自于源的光成为平行光，并在平行光束通过样本后将 其成《象到光电二极管上。
更为详细地，图24A示出了入射光束，该入射光束#_从光源(灯) 引导至镜面，以佳入射光束穿过组织的那部分的完整#长度加倍。由于光的散射效应(例如对于红血球)，图24A中的镜面反射传输方法可能不 适合用于血液或手指样本，但这种方法仍可用于其它光散射较低的样本 (如尿、唾液、水等)。
图24B示出了^L从光源(灯)引导至组织的第一侧的入射光束，以 及配置成测量从组织的第二侧穿过组织的 一部分入射光束的宽带探测器 (例如单个光电二极管探测器)。在图24B中，第二侧与第一侧相对。而 且，由于光的散射效应(例如对于红血球)，图24B中的这种直接传输方
法可能不适合用于血液或手指样本，但这种方法仍可用于其它光散射较低 的样本(如尿、唾液、水等)。
图24C示出了被从组织的第一侧向组织的第二侧引导的入射光束， 以及配置成测量穿过组织的一部分并反射回组织的第一侧的那部分入射 光束的宽带探测器(例如单个光电二极管探测器)。在图24C中，例如， 由于较大的采样表面区域，即使有光散射(例如对于"球)，这种M 射方法也可能适合用于血液和手指样本，并且也可^艮好地用于其它光散射 较低的样本(如尿、唾液、水等)。
此外，在一个实施例中，窄带源的吸收光镨学由单色仪来执行，其本 质上是具有输入狭缝和出口狭缝的光栅分光计。图25示出了单色仪的详 细操作原理。也就是说，在图25中，光(A)被聚焦到入口狭缝(B)并 由曲面镜(C)使其准直。准直光a旋转光栅(D)衍射，分軟的光束 被在出口狭缝(F)的第二镜(E)重新聚焦。每个波长的光被聚焦到狭 缝的不同位置，且穿过狭缝(G)的波长取决于光栅的旋转角度。虽然图 25的扫描单色仪可用于酒精探测问题，但其体积和机械动作使其作为基 于交通工具的酒精探测的源是不切实际的。
因此，本发明的实施例提供一种用于酒精探测的增强的系统和方法。 这里，酒精传感器使用二极管激光器作为照明，使用InGaAs光电二級管 作为接收器。该系统是完全或"无源的，但由于可通过改变系统温度而 使激光器可调，因此保留了光镨的捷变(agility)性。最初选择1310nm 附近的光谱区域，这是因为其在酒精和水的吸收性上具有4艮大不同，且易 于从开发成用于通信行业的激光器得到。二极管激光器可由选自由双异质 激光二极管、量子阱激光二极管、分布式反馈激光二极管、垂直腔面发射 激光(VCSEL) 二极管、以及垂直外部腔面发射激光(VECSEL) 二极 管组成的组中的二极管构成。
参考图26，根据本发明实施例的酒精传感器器件包括装配有与PID温度控制器相连的整体的热电冷却器(TEC )和热敏电阻监控器的二极管 激光器，以及二极管激光器驱动器系统。另外，传感器还可以包括在二极 管激光器和用于增加完整路径的透明小容器之间的一些准直光学器件和 光束扩展光学器件。这里，透明小容器位于二极管激光器和宽带探测器(例 如单个InGaAs光电二极管探测器)之间。也就是说，作为比较，在上述 混合型方法中，宽带探测器被连接于NIR分光计入口的光纤耦合线缆所 代替。
更为详细的，根据本发明 一个实施例的酒精传感器包括装配有蒼沐的 热敏电阻和TE冷却器的激光二极管。激光二极管驱动器用于以恒定功率 输出模式操作激光二极管。激光二极管是在185.6mm封装中的AlGaAs 激光器，其提供在1310nm额定波长处的稳定的单模横向模式振动和 10mW的CW光输出。分光计用于调整激光二极管的温度直至实现 1310nm的输出波长。使用TE温度控制器来将用以维护1310nm输出的 激光二极管的温度控制在0.002摄氏度的精度。
距离激光二极管发射表面大约一个焦距的25.4mm直径的F/1普莱诺 凸透镜用于建立平行光束，该平行光束随后被两片25.4mm直径的乳色玻 璃漫射。这建立了直径约为10mm的近朗伯(lambertian)照明源。中性 滤光器可用于根据需要降低照明的强度。被环氧树脂粘合在一起的两个 10mm的透明小容器固定器用于保持水/酒精混合物，样本路径长度为 20mm。两个透明小容器均被夹在透明小容器固定器中。
当通过透明小容器中的样本之后，准直/漫射光入射到3mm的 InGaAs光电二极管探测器的有源表面。整体的TE冷却和双增益FET跨 阻放大器用于测量样本之后的光强。当在-30°C操作时，该探测器在 1310nm处具有〈2.0xlO-14W/ (Hz) 1/2的NEP以及0.9A/W的敏感度。16 位的国家器仪器DAQ卡用于监控探测器的输出，并对结果数据进行数字 化以供进一步的分析。
下面的台架(bench)测试对本发明进行了更加详细的说明。然而， 本发明并不限于这些台架测试。
当后继台架测试系统的部件和配置随时间而改变且在不同的波长上 使用时，其通常包括激光器模块(其波长可通过替换内部二极管以及后续 通过温度控制的微调而改变)、准直光学器件、漫射光学器件，聚焦光学 器件、中性滤光器、缝隙、稳固地M本保持在位置上的部分、与用于稳 定的热电冷却器一起工作的宽带或高性能的光电二极管探测器、双增益FET输入跨阻放大器、以及双极型电源。
值得注意的是，在台架测试中，需要系统测试以使样本完全脱离在绝 对位置中运动或变化的可能性，还需要系统测试以扩展光束尺寸，使其适 当超过光电二极管清楚缝隙的光束尺寸(溢出)，使得系统中的任何振动 都不会对测量到的强度造成改变。此外，这在测试中变得明显，为了保持 稳定(不振荡)，激光器需要在通常朝向功率范围中心的"最佳点 (sweetspot)"操作；而且，激光器需要以恒定功率模式操作而非以恒定 电^^式操作。
通过针对每种浓度而使用专用注射器和大口杯可以避免潜在的样本 交叉污染。由温度梯度导致的单独样本中的潜在变化可通过重复使用每种 浓度的相同试样量而非使用相同样本浓度的更大尺寸的子集来避免。
初始准备的酒精试样量的浓度在0.1%vol到40%vol之间变化。图27 示出了每个样本在1310nm波长带的传输强度。初始结果示出了与Beer 法则惊人的相关性；然而，图28所示的0-0.1%区域(或范围)的结果与 Beer法则不相符，并且事实上太嘈杂以至于不能使用。也就是说，图27 示出了在1310nm的0-40%的酒精测量。计算出的4t^条对于绘图而言太 小。然而图28示出了具有lcj错误条的低浓度的酒精测量。这些结果都不 是统计上有效的。
在重新设计了样本固定器并改变了准直光学器件以建立不易受振动 影响的系统后，如图29所示，收集了新的翁:据。图29示出了在1310nm 波长带的统计上有意义的酒精测量。在0.05。/。处的出乎意料的行为(非 Beer的)可能不是假象，取而代之可能是真实的非线性现象。
图29中的数据示出了酒精对1310nm激光的明显的非线性响应。这 种显著的效应可被用于识别0.1%以下的酒精含量。进一步的精细化应该 被用于明确区分0%酒精和高浓度酒精(0.1%)。在第二波长处的吸收测 量将被用于进一步的系统精化。
虽然说明了在1310nm波长带处该光谱学技术的潜在功效，但是由于 在1310nm波长带处响应的非线性特性，应该在第二波长对同一样本进行 同时测量以供精确地确定。
总的来说，已经说明了在光镨的NIR区域，尤其1310nm处，酒精 的高度非线性吸收可被用于识别与0.05%或更高的BAC相符的酒精的 量。 一点说明是，为了提高对0%和0.1%酒精的定量确定，应使用第二波长;此夕卜，酒精在该第二波长区域(范围)的吸收与在之前使用的1310nm 区域(范围)相比应具有稍许不同的光吸收。还说明了在不使用任何光分 散技术的情况下使用二极管激光器作为窄带源来探测酒精的功效。可以使 用两个或更多个二极管激光器以及单个冷却并扩大的InGaAs光电二极管 构成"酒精传感器"，用以探测体内和溶液中的少量酒精。
考虑到本发明的一个实施例中的上述和所设想的情况，物质传感器装 置包括两个激光器， 一个激光器在1310波长带，另一个激光器在另一波 长带，这两个波长带通过光纤混^^耦合在一起。如图30所示，每个激 光器被封装在具有整体光纤尾纤的14针的蝶形封装中。激光器单元由激 光二统管、用于监控激光器输出的整体的光电二极管、用于稳定激光器温 度的热敏电阻和TEC。在"手指滑动"处的光纤准直光学器件也包括在 内，用以^A^射到手指上的光准直，随后使用手指后的光学器件来将平行 光束重新成像到具有集成温度控制的整体的InGaAs光电二极管/前置放 大系统上。12位的DAC用于将模拟的光电二极管输出数字化为可由任何 数量的^t控制器/微处理器访问的数字的"字"。
更为详细的，图30示出了具有整体光纤尾纤的蝶形封装的二极管激 光器的示意图。图31示出了两个具有尾纤的二极管激光器，每个二极管 激光器处于不同的波长。在图31中，激光器通过光纤混合器被混合在单 个光纤中。
如设想的那样，根据本发明实施例的整个的物质传感器系统被微控制 器监控和控制。在一个实施例中，该系统被设计为GO/NO-GO装置而不 是BAC的精确测量装置。因此，该系统还可以包括用于确保装置功效的 统计模型。
此外，考虑到上述和所设想的情况，本发明的合适的实施例提供一种 系统，该系统^Li殳计成防止醉酒个体操作交通工具或其它装置，无论是小 汽车、水运工具、飞机、公交车、重型设备、或入口点。另外，本发明的 合适实施例提供一种用于防盗的系统。通过使用生物测量指紋扫描技术， 该系统被设计成盗窃威慑装置，用以防止未经认证的个人IMt机动车。一
个有代表性的实施例提供了 一种系统，该系统适于m^针对醉酒而被系统
测试的人事实上就是交通工具的驾驶员。
另夕卜，本发明的合适的实施例可以应用于租用车队，以减少驾驶员接 收DUI、在与酒精相关的事故中破坏其交通工具、和/或盗窃的风险。本发明其它实施例可以应用于飞机(例如，为了减少劫机和/或其它 适当的飞行风险)、公共交通工具(例如公交车、机车、无轨电车、出租 车等以确保交通工具的操作者是清醒的和/或是该交通工具的授权的操作 者)、7jC运工具(例如小船、货船、客船、油轮、海轮等)、和/或工业设
备(例如重型施工设备，如自动倾卸卡车、起重机、拖4*、伊车等；工 业M，如运输系统、大型机械、压机和大型工业设备的任何其它适合部 分，在这些设备处，A/操作员的4m会导致丧命和财产损失)。
此外，本发明的某些实施例可以用于提高和/或确保建筑物的安全性 (例如与时钟结合)。这些实施例使用认证(例如指紋认证)来允许个人 进入建筑物或建筑物内的房间，并且/或者适于包括探测非法或受控物质 以防止逸良安全、工业事故和其它因工人醉酒可能导致事故的事件。
更为详细的，图32示出了才艮据本发明某些实施例的系统的框图，该 系统用于控制提供给第三方的交通工具、对人体组织中的物质浓度进行体 内测量、和/或阻止交通工具操作者使用交通工具。如图32所示，系统1000 包括控制模块(或系统控制器)1016、生物测量认证装置(或指紋探测器) 1012、物质探测传感器(或探测装置或酒精水平探测器)1014、和/或身 份板1018。生物测量i人证装置1012通过总线(例如通过I2C公共总线) 与控制模块1016耦合，身份板1018也通过总线(例如通过I2C公共总线) 与控制模块1016耦合。物质探测传感器1014可以是适于通过总线(例如 通过I2C公共总线)向控制模块1016提脊使用者(例如第三方、人、操 作者等)的物质水平的物质探测传感器。这里，如果^Mt者的物质水平高 于容许水平或操作者没有被认证装置1012认证，则控制模块1016适于向 交通工具传达驾驶限制。
同样，在本发明的一个实施例中，在操作者的肢体末端确定物质水平， 同样也在该肢体末端对操作者进^^人证，肢体末端选自由手指、拇指、脚 趾、耳朵、手掌、脚底、足、手、和/或头组成的组。
在一个实施例中，控制模块1016还适于与交通工具通信，以便于如 果操作者已被认证装置1012认证且操作者的物质水平不高于容许水平， 则允许交通工具启动。
在一个实施例中，物质探测传感器1014适于探测操作者的酒精水平。 这里，物质探测传感器1014可包括宽带探测器(例如单个光电二极管探 测器)。另外，物质探测传感器可包括二极管激光器，其被配置成向宽带 探测器引导特定波长的光束。另外，图32显示，控制模块1016与用户计数开关、程序模式开关、 校准模式开关以及显示器耦合，身餘^ 1018与交通工具总线和其它交通 工具系统耦合。
图33示出了根据本发明某些实施例的系统逻辑的过程块的流程图， 其中系统逻辑用于控制提供给第三方的交通工具、对人体组织的物质浓度 进行体内测量、和/或防止交通工具操作者使用交通工具。如图33所示， 系统逻辑可以以校准模式或运行模式操作。在校准模式下，系统逻辑确定 校准开关是否接通。如果校准开关接通，在块1021中，系统逻辑显示用 户计数开关编号(其可以变化)。在块1022中，系统逻辑读取用户计数标 识号。在块1023中，系统逻辑查询手指传感器标识并将其存储在永久存 储器(如EEprom)中。在块1024中，系统逻辑读取酒精探测传感器并 将读取的内^储在永久存储器中作为用户(如第三方、人、操作者等) 的参考，并在块1025中返回运行模式。
在运行模式下，在块1031中系统逻辑查询指紋传感器。这里，如果 用户的手指不在指紋传感器上，则系统逻辑返回到块1031。如果用户的 手指位于指紋传感器上，则在块1032中，系统逻辑^^久存储器中确定 用户标识。
接着，系统逻辑确定是否识别出该用户。如果未识别出该用户，则在 块1033中，系统逻辑使交通工具不能工作。如果识别出该用户，则在块 1034中，系统逻辑启动酒精探测。
如果超过BAC限制，系统逻辑于是确定系统超驰是否接通。如果系 统超驰没有接通，则系统逻辑移动到块1033，使交通工具不能工作。相 反，如果系统超M通或者没有超过BAC限制，则在块1035中，系统逻 辑将数据记入日志，并在块1036中使交通工具能够启动。
图34示出了才艮据本发明某些实施例的另一个系统的框图，该系统用 于控制提供给第三方的交通工具、对人体组织的物质浓度进行体内测量、 和/或防止交通工具^Mt者使用交通工具。如图34所示，系统2000包括 控制模块(或系统控制器)2016、生物测量认证装置(或指紋探测器)2012、 物质探测传感器(或探测装置或酒精水平探测器)2014、和/或身份板2018。 生物测量i人证装置2012通过总线(例如通过I2C 〃〉共总线)与控制模块 2016耦合，身份板2018也通过总线(例如通过I2C公共总线)与控制模 块2016耦合。物质探测传感器2014可以是适于通过总线向控制模块2016 提餘使用者(例如第三方、人、操作者等)的物质水平的物质探测传感器，其中总线具有第一激光器控制通信线(激光器#1-控制)、第二激光器控
制通信线(激光器#2-控制)、探测器通信线(探测器输出)、第一温度通 信线(温度#1)、第二温度通信线(温度#2)。这里，如果操作者的物质水 平高于容许水平或操作者没有被认证装置2012认证，则控制模块2016适 于向交通工具传达驾驶限制。
此外，在本发明的一个实施例中，在操作者的肢体末端确定物质水平， 同样也在该肢体末端对操作者进行认证，肢体末端选自由手指、拇指、脚 趾、耳朵、手掌、脚底、足、手、和/或头组成的组。
在一个实施例中，控制模块2016还适于与交通工具通信，以便于如 果操作者已被认证装置2012认证且操作者的物质水平不高于容许水平， 则允许交通工具启动。
在一个实施例中，物质探测传感器2014适于探测操作者的酒精水平。 这里，物质探测传感器2014可包括如上所述的宽带探测器(例如单个光 电二极管探测器)。另外，物质探测传感器可包括第一二极管激光器，其 被配置成向宽带探测器引导第一特定波长的光束，以及第二二极管激光 器，其被配置成向宽带探测器引导第二特定波长的光束。这里，宽带探测 器可以通过探测器通信线(探测器输出)与控制模块2016的16位模拟/ 数字(A/D)接口耦合；第一二极管激光器可以通过第一激光器控制通信 线(激光器#1-控制)与控制模块2016的输/W输出(I/O)接口耦合， 并通过第一温度通信线(温度#1)与控制模块2016的16位A/D接口耦 合；第二二极管激光器可以通过第二激光器控制通信线(激光器#2 —控制) 与控制模块2016的I/O接口耦合，并通过第二温度通信线(温度#2 )与 控制模块2016的16位A/D接口耦合。
另夕卜，图34显示，系统控制器1010与用户计数开关、程序模式开关、 校准模式开关、服务员模式开关以及显示器耦合，身份板与交通工具总线 和其它交通工具系统耦合。
图35， 36， 37和38示出了根据本发明某些实施例的系统逻辑的过程 块的流程图，其中系统逻辑用于控制提供给第三方的交通工具、对人体组 织的物质浓度进行体内测量、和/或防止交通工具操作者4吏用交通工具。 如图35所示，系统逻辑具有主循环3000，该主循环3000可以以校准模 式3100、运行模式3300、或服务员模式3200操作。如图35的主循环3000 所示，系统逻辑确定校准开关是否接通。如图35和36所示，如果校准开 关接通，则系统逻辑通过在块3121中首先显示用户计数开关编号(其可变化)而iiA^校准模式3100 。参考图36，在块3122中，系统逻辑读取 用户计数标识号。在块3123中，系统逻辑查询手指传感器标识。在块3124 中，系统逻辑读取酒精探测传感器。系统逻辑随后确定程序开关是否被按 下。如果程序开关已被按下，则在块3125中，系统逻辑将指紋和酒精探 测值存储在永久存储器的、通过计数读取所指向的位置(如EEprom位 置)中，并在块3126中返回主循环3000。
返回参考图35，在主循环3000中，如果校准开关未被接通，则系统 逻辑会确定服务员开关是否接通。如图35和图37所示，如果服务员开关 接通，则系统逻辑通过在块3141中设置交通工具的最大速度至每小时IO 英里(MPH)而ii^服务员模式3200，在块3142中使交通工具能够启动， 并返回主循环3000。
返回参考图35，在主循环3000中，如果服务员开关未被接通，则在 块3001中，系统逻辑会查询指故传感器，并确定手指是否放在指故传感 器上。参考图35和图38，如果4吏用者的手指在指紋传感器上，则在块3332 中，系统逻辑从永久存储器确定使用者的标识。
接着，系统逻辑确定是否识别出该用户。如果未识别出该用户，则在 块3333中，系统逻辑^f吏交通工具不能工作。如果识别出该用户，则逻辑 启动酒精探测。也就是说，在块3351中，系统逻辑接通第一激光器，在 块3352中，提供等待时延(例如从约2ms到约3ms )。在块3353中，系 统逻辑对探测器输出样本进行数字化，并对若干样本(例如约IO个样本) 进行平均，以存储该第一激光器的平均值。另外，如图38所示，在块3354 中，系统逻##通第二激光器，在块3355中，提供等待时延(例如从约 2ms到约3ms )。在块3356中，系统逻辑l^对探测器输出样本进行数字 化，并且对若干样本(例如约10个样本)进行平均，以存储该第二激光 器的平均值。
接下来，如图38所示，系统逻辑确定第一激光器的值或第二激光器 的值是否大于BAC阈值。如果没有超过BAC阈值，则系统逻辑随后返 回主循环3000。如果超过BAC阈值，则系统逻辑进而确定是否超过BAC 限制。如果超过BAC限制，系统逻辑确定系统超驰是否接通。如果系统 超驰未接通，则系统逻辑移到块3333以使交通工具不能工作。相反，如 果系统超驰被接通或者未超过BAC限制，则在块3335中，系统逻辑将数 据记入日志，在块3336中使交通工具能够启动，并返回主循环3000。
返回参考图35，在主循环3000中，如果手指不在指紋传感器上，则系统逻辑确定来自第 一激光器的温度传感器的值是否大于第 一 阈值。如果
该值大于第一阈值，则系统逻榫接通第一激光器的TEC来冷却第一激光 器。如果该值不大于第一阈值，则系统逻辑确定来自第二激光器的温度传 感器的值是否大于第二阈值。如果该值大于第二阈值，则系统逻辑接通第 二激光器的TEC来冷却第二激光器。如果该值不大于第二阈值，则返回 主循环3000的起始点。
考虑到上述内容，本发明的实施例提供特定波长带的光源，用于对人 体组织内的物质浓度进行非^^式和/或体内测试；提供两个或多个特定 波长带用于非侵入式和/或体内物质分析；提供基本读取和随后的读取， 以对人体组织内的物质浓度进行比较和/或确定；把生物测量传感器和物 质传感器在最接近的位置进行耦合，以同时和/或基本同时进行认证和物 质评估；和/或提供用于控制提供给第三方(如服务员)的交通工具的方 法和系统。在本发明的一个实施例中，光学物质探测器包括用于照明测试 样本(例如测试样本的区域)的光源(例如卣素灯)和与卣素灯相连的光 纤束，以及配置的波长过滤系统。所希望的波长带祐^^射回至探测器。通 过包含统计建模分析的评估，根据对操作交通工具的合法限制来确定测试 样本的血液酒精浓度(BAC )，如果BAC不在合法限制内，则交通工具 不能工作。
从上述内容可以理解，这里所描述的各种结构和功能可以被并入多种 仪器(例如成像装置，监控装置等)中，并可以多种方式实现。成像装置 和/或监控装置的不同实施例可包括多种硬件和软件处理部件。在一些实 施例中，硬件部件，如处理器、控制器、状态机和/或逻辑器件可用于实 现所描述的部件或电路。在一些实施例中，如在一个或更多个处理装置上 执行的软件或固件的代码可用于实现一个或更多个所描述的^Mt或部件。
虽然已结合一些示例性实施例描述了本发明，但可以理解，本发明并 不限于所公开的实施例，而正相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求 的精神和范围内的各种修改和等价安排，及其等同物。
权利要求
1. 一种用于控制提供给第三方的交通工具的系统，该系统包括系统控制器；与系统控制器耦合的模式指示装置；与系统控制器耦合的认证装置；其中，在模式指示装置被授权的驾驶员激活且直到该模式指示装置被授权的驾驶员去激活时，系统控制器适于向交通工具传达驾驶约束；其中，系统控制器适于约束模式指示装置的激活和去激活，除非授权的驾驶员已被认证装置认证；其中，驾驶约束包括选自由以下所组成的组中的限制启动数量限制、速度限制、加速度限制、分钟数限制、距离限制、排档限制、位置限制、及其组合。
2. 根据权利要求l所述的系统，还包括与系统控制器耦合的物质探 测装置，其适于向系统控制器换:供第三方的物质水平。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中系统控制器还适于与交通工具 通信，以便于如果第三方的物质水平不高于容许水平，则允许启动交通工 具。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中系统控制器还适于如果第三方 的物质水平高于容许水平则向交通工具传达另 一个驾驶约束。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中驾驶约束包括适于通过交通工 具的交通工具总线收良送以限制交通工具的最大^的命令，其中，所述 另一个驾驶约束包括适于通过交通工具的交通工具总线被发送以阻碍交 通工具启动的命令。
6. 根据权利要求2所述的系统，其中物质探测装置包括宽带探测器。
7. 根据权利要求6所述的系统，其中物质探测装置还包括光源，其 被配置成向宽带探测器引导特定波长带的光束。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中特定波长带在约1300nm到约 2400nm的范围内。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述范围选自由以下范围组成的组从约1400nm到约1500nm的第一范围、从约1650nm到约1750nm 的第二范围、从约2200nm到约2400nm的第三范围。
10. 根据权利要求7所述的系统，其中特定波长带在约1450nm。
11. 根据权利要求7所述的系统，其中宽带探测器是单个探测器。
12. 根据权利要求11所述的系统，其中单个探测器是InGaAs探测器。
13. 根据权利要求2所述的系统，其中物质探测装置包括宽带探测器， 向宽带探测器引导的、第一特定波长带的第一光束，以及向宽带探测器引 导的、第二特定波长带的第二光束。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中第一特定波长带是这样的波 长在该波长处，酒精的吸收性小于水的吸收性；第二特定波长带是这样 的波长在该波长处，酒精的吸收性大于水的吸收性。
15. 根据权利要求13所述的系统，其中宽带探测器是单个探测器。
16. 根据权利要求15所述的系统，其中单个探测器是InGaAs探测器。
17. 根据权利要求13所述的系统，其中第一特定波长带在约1400nm 到约1500nm的范围内，第二特定波长带在约1650nm到约1750nm的范 围内。
18. 根据权利要求13所述的系统，其中第一特定波长带在约1400nm 到约1500nm的范围内，第二特定波长带以在约2200nm到约2400nm的 范围内。
19. 根据权利要求2所述的系统，其中物质探测装置包括宽带探测器， 向宽带探测器引导的、第一特定波长带的第一光束，向宽带探测器引导的、 第二特定波长带的笫二光束，以及向宽带探测器引导的、第三特定波长带 的第三光束。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中宽带探测器是单个探测器。
21. 根据权利要求19所述的系统，其中第一特定波长带在约1400nm 到约1500nm的范围内，第二特定波长带在约1650nm到约1750nm的范 围内，第三特定波长带在约2200nm到约2400nm的范围内。
22. 根据权利要求21所述的系统，其中第一特定波长带在约1450nm。
23. 根据权利要求19所述的系统，还包括光源，其被配置成用于提 供第一光束、第二光束和第三光束。
24. 根据权利要求23所述的系统，还包括位于光源和宽带探测器之 间的过滤系统，该过滤系统适于向宽带探测器提供第一、第二和第三特定 波长带的第一光束、第二光束和第三光束。
25. 根据权利要求2所述的系统，其中物质探测装置包括选自由 PbS探领，J器、PbSe探测器、InAs探测器、InGaAs探测器、InSb探测器、 HgCdTe探测器组成的组中的单个宽带探测器，以及适于向该单个宽带探 测器引导特定波长的光束的光源。
26. 根据权利要求25所述的系统，还包括位于光源和单个宽带探测 器之间的波长过滤系统，该波长过滤系统适于向该单个宽带探测器提供特 定波长带的光束。
27. 根据权利要求26所述的系统，其中波长过滤系统位于距离单个 宽带探测器比距离光源更近的位置。
28. 根据权利要求26所述的系统，还包括与光源和单个宽带探测器都耦合的平台，其中该平台被配置成用于与操作者肢体末端表面接触，且 具有与操作者肢体末端表面的折射率基;^目等的折射率。
29. 根据权利要求2所述的系统，其中物质探测装置包括宽带探测器； 二极管激光器，其被配置成向宽带探测器引导特定波长的光束。
30. 根据权利要求29所述的系统，其中特定的波长在约1310nm。
31. 根据权利要求30所述的系统，其中宽带探测器为单个光电二极 管探测器。
32. 根据权利要求2所述的系统，其中物质探测装置包括宽带探测器、 被配置成向宽带探测器引导第 一特定波长的光束的第一二极管激光器、被 配置成向宽带探测器引导第二特定波长的光束的第二二玟管激光器。
33. 根据权利要求32所述的系统，其中第一特定波长是这样的波长 在该波长处，酒精的吸收性小于水的吸收性；第二特定波长是这样的波长 在该波长处，酒精的吸收性大于水的吸收性。
34. 根据权利要求2所述的系统，其中物质探测装置包括宽带探测器、 被配置成向宽带探测器引导第一特定波长的光束的第一二极管激光器、被 配置成向宽带探测器引导第二特定波长的光束的第二二极管激光器、被配置成向宽带探测器引导第三特定波长的光束的第三二极管激光器。
35. 根据权利要求l所述的系统，其中驾驶约束还包括选自由以下所 组成的组中的另一限制可激活的零件的限制、可开启的车厢的限制，及 其组合。
36. 根据权利要求35所述的系统，其中控制面板还适于在超过限制 的情况下向手机发送消息，以远程通知指定人员。
37. 根据权利要求36所述的系统，其中控制面板还适于当授权的 驾驶员收回对交通工具的控制时，在超过限制的情况下，建立警报以通知 该授权的驾驶员。
38. 根据权利要求l所述的系统，其中第三方AJ!艮务员。
全文摘要
用于控制提供给第三方的交通工具的方法和系统。该系统包括系统控制器、与该系统控制器耦合的模式指示装置，以及与该系统控制器耦合的认证装置。这里，在模式指示装置被授权的驾驶员激活且直到该模式指示装置被授权的驾驶员去激活时，系统控制器适于向交通工具传达驾驶约束；系统控制器适于约束模式指示装置的激活和去激活，除非授权的驾驶员已被认证装置认证；且驾驶约束包括选自由启动数量限制、速度限制、加速度限制、分钟数限制、距离限制、排档限制、位置限制、及其组合所组成的组中的限制。
文档编号G06K5/00GK101421741SQ200780010652
公开日2009年4月29日 申请日期2007年2月5日 优先权日2006年2月13日
发明者史蒂夫·怀特, 约翰·诺托, 迈克尔·多林 申请人:全面保护有限公司