ИНФРАКРАСНЫЙ ЛОКАТОР ДЛЯ ЛЮДЕЙ С ОСЛАБЛЕННЫМ ЗРЕНИЕМ Российский патент 2002 года по МПК G01S17/02 G08G1/95 A61F9/08 

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.

Устройство 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, размещенные в корпусе, находящийся 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 ориентированы в сторону препятствия. Инфракрасный излучатель работает в импульсном режиме, для чего он управляется от генератора импульсов. 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 вместо одного приемника излучения используется линейный прибор с зарядовой связью, выход которого подключен к входу усилителя-ограничителя, выходом соединенного с управляющим входом регистра памяти. Управляющий вход линейного прибора с зарядовой связью соединен с выходом генератора импульсов, подключенному также к счетному входу счетчика импульсов и через делитель частоты одновременно к входу инфракрасного излучателя и входу сброса показаний этого счетчика импульсов. В процессе считывания информации с линейного прибора с зарядовой связью на выходе усилителя-ограничителя будет действовать сигнал логической единицы только в момент считывания с той светочувствительной ячейки линейного прибора с зарядовой связью, которая освещена отраженным от препятствия излучением инфракрасного излучателя. Так как счетчик импульсов считает управляющие импульсы сдвига зарядовых пакетов в линейном приборе с зарядовой связью, т.е. номера светочувствительных ячеек линейного прибора с зарядовой связью, то в момент появления логической единицы на выходе усилителя-ограничителя в счетчике импульсов будет зафиксирован номер максимально освещенной светочувствительной ячейки линейного прибора с зарядовой связью. Сигнал логической единицы с выхода усилителя-ограничителя поступает на управляемый вход регистра памяти. По этой команде показания счетчика переписываются в регистр памяти. Таким образом, в регистре памяти постоянно хранится номер ячейки линейного прибора с зарядовой связью, освещенной отраженным от препятствия излучением инфракрасного излучателя. Этот номер светочувствительной ячейки линейного прибора с зарядовой связью функционально связан с дальностью до препятствия. Поэтому генератор звуковой частоты будет генерировать сигнал с частотой, пропорциональной числу, записанному в регистр памяти, а головной телефон будет излучать частоту, которая функционально связана с расстоянием до препятствия.

Устройство содержит две линзы 1 и 2, оптические оси которых ориентированы в сторону измеряемого объекта. В задней фокальной плоскости линзы 1 помещен инфракрасный излучатель 3. В задней фокальной плоскости линзы 2 помещен линейный прибор с зарядовой связью 4. Он предназначен для преобразования светового сигнала в электрический сигнал. Инфракрасный излучатель 3 и линейный прибор с зарядовой связью 4 ориентированы вдоль одной линии и разнесены друг относительно друга на расстояние В. Выход линейного прибора с зарядовой связью 4 подключен к входу усилителя-ограничителя 5. Устройство содержит также генератор импульсов 6, выход которого подключен к управляющему входу линейного прибора с зарядовой связью 4, к входу делителя частоты 7 и к счетному входу счетчика импульсов 8. Выход делителя частоты 7 соединен с инфракрасным излучателем 3 и входом сброса показаний счетчика импульсов 8. Генератор импульсов предназначен для генерирования импульсов. Выход усилителя-ограничителя 5 подключен к управляющему входу регистра памяти 9. Выход счетчика импульсов 8 подключен к информационному входу регистра памяти 9. Выход регистра памяти 9 подключен к входу цифро-аналогового преобразователя 10. Цифро-аналоговый преобразователь предназначен для преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Выход цифро-аналогового преобразователя 10 подключен к управляющему входу управляемого генератора звуковой частоты 11. Управляемый генератор звуковой частоты 11 предназначен для генерирования сигналов звуковой частоты с частотой, пропорциональной входному аналоговому сигналу. Выход управляемого генератора звуковой частоты 11 подключен к входу головного телефона 12.

При включении устройства генератор импульсов 6 генерирует импульсы с частотой f. Импульсы с выхода генератора импульсов 6 одновременно поступают на вход линейного прибора с зарядовой связью 4, на счетный вход счетчика импульсов 8 и на вход делителя частоты 7. Делитель частоты 7 уменьшает частоту импульсов f в М раз, причем M>N, где N - количество светочувствительных ячеек линейного прибора с зарядовой связью 4. При появлении импульса на выходе делителя частоты 7 он включает на время своей длительности инфракрасный излучатель 3 и обнуляет счетчик импульсов 8. Световой поток линзой 1 фокусируется на объект, дальность до которого изменяется. Мощность излучения инфракрасного излучателя 3 выбирается такой, что яркость светового пятна на объекте измерения существенно превышает собственную яркость объекта измерения, вызванную другими источниками излучения. Отраженный от объекта световой поток линзой 2 фокусируется на линейный прибор с зарядовой связью 4. Сигнал с выхода линейного прибора с зарядовой связью 4 поступает на вход усилителя-ограничителя 5. Порог усиления усилителя-ограничителя 5 выбран таким, чтобы на его выходе действовал сигнал логической единицы только в случае фокусирования светового пятна от инфракрасного излучателя 3. При грамотном инженерном расчете оптических элементов устройства, когда разрешающая способность каждой из линз 1 и 2 соответствует линейному разрешению линейного прибора с зарядовой связью 4 и размеру светоизлучающей поверхности инфракрасного излучателя 3, размер светового пятна, проецируемого на линейный прибор с зарядовой связью 4, будет примерно соответствовать размерам светочувствительной поверхности каждой светочувствительной ячейки линейного прибора с зарядовой связью 4. Поэтому световое пятно может попасть либо только на одну, например с номером i, светочувствительную ячейку линейного прибора с зарядовой связью 4, либо одновременно на две соседних светочувствительные ячейки линейного прибора с зарядовой связью 4. В результате на выходе усилителя-ограничителя 5, в момент считывания i-й светочувствительной ячейки линейного прибора с зарядовой связью 4 действует логическая единица, а в остальные моменты времени считывания зарядовых пакетов с линейного прибора с зарядовой связью 4 действуют логические нули. При приближении или удалении пользователя от объекта световое пятно будет смещаться по светочувствительным ячейкам линейного прибора с зарядовой связью 4 соответственно в сторону инфракрасного излучателя 3 или в противоположную сторону. Сигнал логической единицы при этом будет генерироваться соответственно либо на светочувствительной ячейке линейного прибора с зарядовой связью 4 с номером k > i, либо с номером j < i. С выхода усилителя-ограничителя 5 сигнал поступает на управляющий вход регистра памяти 9. Следовательно, в регистр памяти будет записываться номер светочувствительной ячейки линейного прибора с зарядовой связью 4, на которую фокусируется световой поток от инфракрасного излучателя 3, причем при удалении объекта измерения номер этой ячейки будет уменьшаться, а при приближении увеличиваться. Цифро-аналоговый преобразователь 10 преобразует цифровой сигнал, поступающий из регистра памяти 9 в аналоговый, который управляет частотой управляемого генератора звуковой частоты 11. Следовательно, на выходе генератора звуковой частоты 11 происходит уменьшение или увеличение частоты звукового сигнала. Сигнал звуковой частоты подается в головной телефон 12, где преобразуется в звук соответствующей частоты, который воспринимается человеком с ослабленным зрением. По тону звуковой частоты и направлению устройства он оценивает дальность и направление на объект (препятствие).

Источники информации
1. Локатор для людей с ослабленным зрением. Патент США 5508699, МПК G 08 G 1/095, 16.04.96.

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

Использование: предупреждение о приближении человека к препятствию и оценка расстояния до него для обеспечения безопасности передвижения людей с ослабленным зрением. Сущность изобретения: введены делитель частоты, счетчик импульсов и регистр памяти, а линейка точечных фотопреобразователей выполнена в виде линейного прибора с зарядовой связью, выход которого через усилитель-ограничитель подключен к управляющему входу регистра памяти, информационный вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, счетный вход которого соединен параллельно с выходом генератора импульсов, управляющим входом линейного прибора с зарядовой связью и входом делителя частоты, выход которого подключен к инфракрасному излучателю и входу сброса показаний счетчика импульсов, при этом выход регистра памяти соединен с выходом цифроаналогового преобразователя. Достигаемым техническим результатом является повышение точности измерения расстояния до препятствия. 1 ил.

Инфракрасный локатор для людей с ослабленным зрением, содержащий две фокусирующие 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 размещен приемник излучения, выполненный в виде линейки точечных фотопреобразователей, ориентированный совместно с инфракрасным излучателем вдоль одной линии, генератор импульсов, усилитель-ограничитель, цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенные управляемый генератор звуковой частоты и головной телефон, отличающийся тем, что дополнительно введены делитель частоты, счетчик импульсов и регистр памяти, а линейка точечных фотопреобразователей выполнена в виде линейного прибора с зарядовой связью, причем выход счетчика импульсов подключен к информационному входу регистра памяти, выход регистра памяти подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход генератора импульсов подключен параллельно с входом делителя частоты и счетным входом счетчика импульсов к управляемому входу прибора с зарядовой связью, выход которого подключен к входу усилителя-ограничителя, выход которого подключен к управляющему входу регистра памяти, а выход делителя частоты соединен с инфракрасным излучателем и входом сброса показаний счетчика импульсов, при этом выход цифроаналогового преобразователя подключен к входу управляемого генератора звуковой частоты.