ИНФРАКРАСНЫЙ ЛОКАТОР ДЛЯ ЛЮДЕЙ С ОСЛАБЛЕННЫМ ЗРЕНИЕМ Российский патент 2000 года по МПК G01S17/02 

Изобретение относится к области офтальмологии и может быть использовано для предупреждения о приближении человека к препятствию и оценки расстояния до него, например для обеспечения безопасности передвижения людей с ослабленным зрением.

Устройства для индикации о приближении человека с ослабленным зрением к какому-либо препятствию (стена, забор) или предмету известны.

Простейшим устройством является трость слепого, которой он находит препятствие, находящееся на расстоянии протянутой трости. Значительно более функционален и обладает большей дальностью действия локатор для людей с ослабленным зрением [1]. Он содержит размещенный на требуемом объекте передатчик, генерирующий ультразвуковой сигнал, и приемник, размещенный в корпусе, находящийся в распоряжении пользователя. Расстояние до препятствия определяется по амплитуде принятого сигнала. В соответствии с результатами определения дальности формируется звуковой сигнал, связанный с расстоянием между передатчиком и приемником. Основной недостаток устройства [1] состоит в необходимости размещения передатчика на каждом возможном препятствии, что не позволяет использовать его в меняющейся обстановке, например при передвижении по улице, общественным местам и т.д. Указанный недостаток в значительной степени устранен в локаторе для слепых [2], который можно выбрать в качестве прототипа. Устройство содержит инфракрасный излучатель и приемник излучения, размещенный в корпусе, находящимся в распоряжении пользователя. Сигнал с выхода приемника через усилитель и выпрямитель поступает на вход управляемого генератора звуковой частоты. Диаграмма направленности инфракрасного излучателя и приемника излучения ориентированны в сторону препятствия. Инфракрасный излучатель работает в импульсном режиме, для чего он управляется от генератора импульса. Сигнал на выходе выпрямителя будет пропорционален отражающей способности препятствия и обратно пропорционален четвертой степени искомого расстояния. Поэтому звуковой сигнал, воспроизводимый головным телефоном, будет иметь тон, частота которого плавно возрастает по мере приближения к препятствию. Недостаток известного устройства (2] состоит в низкой точности оценки дальности до препятствия, так как частота звуковых колебаний является функцией не только искомой дальности, но и отражательной способности препятствия, которая в постоянно меняющейся обстановке не может быть спрогнозирована.

Цель данного предложения состоит в повышении точности измерения расстояния до препятствия.

Поставленная цель достигается тем, что приемник инфракрасного излучения выполнен мозаичным в виде линейки точечных фотопреобразователей. Линейка точечных фотопреобразователей и инфракрасный излучатель размещены на одной линии и разнесены на базовое расстояние В. Для улучшения направленных свойств, перед инфракрасным излучателем и линейкой точечных фотопреобразователей размещены фокусирующие линзы. Выход каждого фотопреобразователя через усилитель-ограничитель подключен к соответствующему входу цифроаналогового преобразователя, выходом подключенного к входу управляемого генератора звуковой частоты. Размеры светоизлучающей поверхности инфракрасного излучателя и светочувствительной поверхности каждого фотопреобразователя из состава линейки точечных фотопреобразователей для случая одинаковых фокусирующих линз могут быть выбраны также одинаковыми. Пользователь направляет устройство в сторону поиска препятствия. В случае наличия препятствия отраженный световой поток попадает на один из светопреобразователей, в результате чего на выходе соответствующего усилителя-ограничителя действует логическая единица. При приближении или удалении пользователя от препятствия инфракрасный поток будет смещаться по линейке фотопреобразователя соответственно в сторону инфракрасного излучателя или противоположную сторону, и сигнал логической единицы будет генерироваться на одном из других соответствующих усилителе-преобразователе. Соответственно с изменением цифрового кода на входе цифроаналогового преобразователя происходит увеличение или уменьшение частоты звукового сигнала на выходе управляемого генератора звуковой частоты. Так как номер точечного фотопреобразователя, освещенного в текущий момент времени отраженным от препятствия инфракрасным излучением, не зависит от отражательных свойств препятствия, а является только функцией дальности до него, точность работы заявляемого устройства существенно повышается по сравнению с точностью работой устройства прототипа.

Структурная схема устройства представлена на фиг. 1.

Устройство содержит две линзы 1 и 2, помещенные друг от друга на расстояние В, оптические оси которых ориентированы в сторону измеряемого объекта. В задней фокальной плоскости линзы 1 помещен инфракрасный излучатель 3. В задней фокальной плоскости линзы 2 помещена линейка точечных фотопреобразователей 4, которая содержит N точечных фотопреобразователей, линейка точечных фотопреобравателей 4 предназначена для преобразования светового сигнала в электрический сигнал. Инфракрасный излучатель 3 и линейка точечных фотопреобравателей 4 ориентированы вдоль одной линии и разнесены друг относительно друга на расстояние В. Устройство содержит также генератор импульсов 5, выход которого подключен к входу инфракрасного излучателя 3. Генератор импульсов 5 предназначен для генерирования импульсов. Выход каждого точечного фотопреобразователя линейки точечных фотопреобразователей 4 подключен к входу соответствующего усилителя-ограничителя 6. Выход каждого усилителя-ограничителя 6 подключен к соответствующему входу цифроаналогового преобразователя 7. Цифроаналоговый преобразователь 7 предназначен для преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Выход цифроаналогового преобразователя 7 подключен к управляющему входу управляемого генератора звуковой частоты 8. Управляемый генератор звуковой частоты 8 предназначен для генерирования сигналов звуковой частоты, пропорциональных входному аналоговому сигналу. Выход управляемого генератора звуковой частоты 8 подключен к управляемому входу головного телефона 9.

При включении устройства генератор импульсов 5 генерирует импульсы с частотой f. Импульсы с выхода генератора 5 поступают на инфракрасный излучатель 3, который излучает световой поток в виде импульсов. Световой поток фокусируется линзой 1 на объект, дальность до которого измеряется. Отраженный от объекта световой поток проецируется линзой 2 на линейку точечных фотопреобразователей 4. При грамотном инженерном расчете оптических элементов устройства, когда разрешающая способность каждой из линз 1 и 2 соответствует линейному разрешению линейки точечных фотопреобразователей 4, размер светового пятна, проецируемого на эту линейку, будет примерно соответствовать размерам светочувствительной поверхности каждого отдельного точечного фотопреобразователя линейки 4. Поэтому световое пятно может попасть либо только на один точечный фотопреобразователь линейки 4, либо одновременно на два соседних точечных фотопреобразователей этой линейки 4. В результате на выходе усилителя-ограничителя 6, соответствующего освещенному инфракрасным излучателем 3 точечному фотопреобразователю линейки 4, действует логическая единица, а на выходе остальных усилителей-ограничителей 6 действуют логические нули. При приближении или удалении пользователя от объекта световое пятно будет смещаться по линейке точечных фотопреобразователей 4 соответственно в сторону инфракрасного излучателя 3 или в противоположную сторону. Сигнал логической единицы при этом будет генерироваться либо на одном соответствующем перемещению светового пятна усилителе-ограничителе 6, либо на двух соседних усилителях-ограничителях 6. Цифроаналоговый преобразователь 7 отобразит на своем выходе в виде цифрового кода либо номер единично освещенного точечного фотопреобразователя линейки 4, либо номер первого из двух освещенных точечных фотопреобразователей линейки 4, так как код большего номера в цифроаналоговом преобразователе 7 будет поглощен кодом меньшего номера, в силу примененной позиционной системы счисления. Соответственно с изменением цифрового кода на входе цифроаналогового преобразователя 7 происходит уменьшение или увеличение частоты звукового сигнала на выходе управляемого генератора звуковой частоты 8. Сигнал звуковой частоты подается в головной телефон 9, где преобразуется в звук соответствующей частоты, который воспринимает человек с ослабленным зрением. По тону звуковой частоты и направлению устройства он оценивает дальность и направление на объект (препятствие).

При составлении описания и формулировании изобретения были использованы следующие источники патентной и научно-технической информации:
1. Локатор для людей с ослабленным зрением. Патент США N 5508699, МПК G 08 G 1/095, 16.04.96.

2. ИК-локатор для слепых. Радио, N 10, 1989, с. 84-86.

Заявленное устройство используется для обеспечения безопасности передвижения людей с ослабленным зрением за счет предупреждения о приближении человека к препятствию и оценки расстояния до него. Техническим результатом является повышение точности измерения расстояния до препятствия. Это достигается тем, что в заявленное устройство введены несколько усилителей-ограничителей, цифроаналоговый преобразователь, две фокусирующие линзы, оптические оси которых ориентированы в сторону препятствия, в задней фокальной плоскости которых размещены соответственно инфракрасный излучатель и приемник излучения, выполненный в виде линейки точечных фотопреобразователей, выход каждого из которых через соответствующий усилитель-ограничитель подключен к соответствующему входу цифроаналогового преобразователя, выходом соединенного с входом управляемого генератора звуковой частоты. 1 ил.

Инфракрасный локатор для людей с ослабленным зрением, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов и инфракрасный излучатель, приемник излучения и последовательно соединенные управляемый генератор звуковой частоты и головной телефон, отличающийся тем, что в него дополнительно введены несколько усилителей-ограничителей, цифроаналоговый преобразователь, две фокусирующиеся линзы, оптические оси которых ориентированы в сторону препятствия, причем в задней фокальной плоскости первой линзы размещен инфракрасный излучатель, а в задней фокальной плоскости второй линзы - приемник излучения, выполненный в виде линейки точечных преобразователей, ориентированной совместно с инфракрасным излучателем вдоль одной линии, причем выход каждого точечного фотопреобразователя через соответствующий усилитель-ограничитель подключен к соответствующему входу цифроаналогового преобразователя, выходом соединенного с входом управляемого генератора звуковой частоты.