ОПТИЧЕСКИЙ ЛОКАТОР ДЛЯ ЛЮДЕЙ С ОСЛАБЛЕННЫМ ЗРЕНИЕМ Российский патент 2002 года по МПК A61F9/08 

Предложение 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, находящемся 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 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 инфракрасный излучатель выполнен в виде линейки инфракрасных излучателей, состоящей из N точечных инфракрасных излучателей, а приемник излучения выполнен в виде точечного фотопреобразователя. Перед инфракрасным излучателем и приемником излучения размещены соответствующие оптические системы. Линейка инфракрасных излучателей и точечный фотопреобразователь ориентированы вдоль одной линии и разнесены друг относительно друга на некоторое базовое расстояние. Точечные инфракрасные излучатели в линейке включаются по одному и последовательно с помощью сдвигового регистра, управляемого от генератора импульсов. При удалении или приближении пользователя к объекту измерения на точечный фотопреобразователь будет попадать световое пятно от точечного инфракрасного излучателя соответственно с большим или меньшим номером. Момент попадания светового пятна на точечный фотопреобразователь будет зафиксирован выработкой усилителем-ограничителем сигнала, который приведет в исходное состояние сдвиговый регистр и перебросит в противоположное состояние Т-триггер. Поэтому, чем дальше от пользователя находится объект измерения, тем реже Т-триггер будет перебрасываться из одного устойчивого состояния в другое, а головные телефоны, подключенные к выходу Т-триггера, будут излучать звуковой сигнал с меньшей частотой. Наоборот, при приближении пользователя к объекту измерения Т-триггер будет изменять свое состояние чаще, и в головных телефонах звуковой сигнал увеличит свою частоту. Следовательно, тон звукового сигнала на выходе головных телефонов будет зависеть только от геометрии распространения светового пучка от точечных инфракрасных излучателей по направлению к объекту измерения и далее, отразившись от объекта, по направлению к точечному фотопреобразователю. Этот тон не будет зависеть от коэффициента отражения объекта наблюдения, и поэтому точность оценки дальности до объекта наблюдения повысится.

Устройство (см. чертеж) содержит две оптические системы 1 и 2, оптические оси которых ориентированы в сторону измеряемого объекта и разнесены друг относительно друга на базовое расстояние В. В задней фокальной плоскости оптической системы 1 размещена линейка инфракрасных излучателей 3, состоящая из N точечных инфракрасных излучателей 4. В задней фокальной плоскости оптической системы 2 размещен точечный фотопреобразователь 5. Линейка инфракрасных излучателей 3 и точечный фотопреобразователь 5 ориентированы вдоль одной линии и разнесены друг относительно друга на расстояние В. Каждый точечный инфракрасный излучатель 4 предназначен для излучения оптического сигнала заданной длины волны в сторону объекта измерения. Точечный фотопреобразователь 5 предназначен для преобразования оптического сигнала этой длины волны в электрический сигнал. Вход каждого i-го (i=1,...,N) точечного инфракрасного излучателя 4 соединен с выходом i-ой ячейки сдвигового регистра 6. Выход точечного преобразователя 5 подключен через усилитель-ограничитель 7 к выходу установки в исходное состояние сдвигового регистра 6 и счетному входу Т-триггера 8. Управляющий вход сдвигового регистра 6 присоединен к выходу генератора импульсов 9. Выход Т-триггера 8 соединен с входом головных телефонов 10. Сдвиговый регистр 6 предназначен для продвижения информации в виде логической единицы от первой ячейки к последней с частотой сигнала на управляющем входе. Т-триггер 8 представляет собой триггер со счетным входом.

При включении устройства сдвиговый регистр 6 приводится в исходное состояние: все ячейки, за исключением первой, обнуляются, а первая ячейка приводится в состояние логической единицы. Так как в исходном состоянии только первая ячейка сдвигового регистра 6 принимает значение логической единицы, только первый точечный инфракрасный излучатель 4 излучает оптическое излучение, которое оптической системой 1 фокусируется на объекте измерения. Генератор импульсов 9 начинает генерировать импульсную последовательность с частотой F. По мере поступления импульсов с выхода генератора импульсов 9 на управляющий вход сдвигового регистра 6 сигнал логической единицы в сдвиговом регистре 6 продвигается в нем от его первой к последней ячейке. Соответственно по одному и последовательно, начиная с первого, включаются на излучение точечные инфракрасные излучатели 4 линейки инфракрасных излучателей 3. Излучение каждого точечного инфракрасного излучателя 4 оптической системой 1 преобразуется в узкий световой луч и в виде светового пятна фокусируется на объекте измерения. Отраженный от объекта измерения световой поток оптической системой 2 фокусируется на точечном фотопреобразователе 5, где преобразуется в электрический сигнал, который поступает на вход усилителя-ограничителя 7. Допустим, что на точечный фотопреобразователь 5 сфокусировался световой поток, созданный i-м точечным инфракрасным излучателем 4. Мощность излучения каждого точечного инфракрасного излучателя 4 выбрана такой, чтобы яркость светового пятна на объекте измерения существенно превышала собственную яркость объекта измерения, вызываемую другими источниками излучения. В свою очередь порог усиления усилителя-ограничителя 7 выбран таким, чтобы на его выходе действовал сигнал логической единицы только в случае фокусирования на точечном фотопреобразователе 5 светового пятна от любого, в том числе i-го, инфракрасного излучателя 4. В этом случае сигнал логической единицы с выхода усилителя-ограничителя 7 поступает на счетный вход Т-триггера 8 и вход установки в исходное состояние сдвигового регистра 6. Т-триггер 8 опрокидывается в противоположное состояние, а сдвиговый регистр 6 обнуляется, и вновь в его первую ячейку заносится логическая единица. Цикл работы устройства повторяется. Т-триггер 8 в этом случае на своем выходе генерирует последовательность прямоугольных импульсов с частотой F_изм=F/2i.

При удалении или приближении пользователя к объекту измерения световое пятно будет перемещаться по линии взаимной ориентации линейки инфракрасных излучателей 3 и точечного преобразователя 5 соответственно в сторону линейки инфракрасных излучателей 3 или в противоположную сторону. Следовательно, если точечные инфракрасные излучатели загораются последовательно от периферии к оптической оси оптической системы 1, то при удалении или приближении пользователя к объекту измерения световое пятно от i-го точечного инфракрасного излучателя 4 будет заменено световым пятном соответственно от (i+1)-го или от (i-l)-го точечного инфракрасного излучателя 4. Следовательно, по мере удаления или приближения к объекту измерения частота F_изм импульсной последовательности на выходе Т-триггера 8 будет соответственно уменьшаться или увеличиваться. Если частоту генератора импульсов 9 выбрать в звуковом диапазоне частот, то в головных телефонах 10 будет слышен тон, частота которого будет увеличиваться по мере приближения к объекту измерения и уменьшаться по мере удаления от этого объекта. В том случае, когда точечные инфракрасные излучатели загораются последовательно от центра к периферии, то частота тона будет увеличиваться по мере удаления от объекта измерения и уменьшаться по мере приближения к нему. По тону звуковой частоты и направлению устройства человек оценивает дальность и направление на объект (препятствие).

Источники патентной и научно-технической информации
1. Локатор для людей с ослабленным зрением. Патент США 5508699, МПК G 08 С 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: введение последовательно соединенных усилителя-ограничителя и Т-триггера, двух оптических систем и сдвигового регистра, состоящего из нескольких ячеек, управляющий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а вход установки в исходное состояние соединен с выходом усилителя-ограничителя, входом подключенного к выходу точечного фотопреобразователя, размещенного в задней фокальной плоскости второй оптической системы. В задней фокальной плоскости первой оптической системы размещена линейка инфракрасных излучателей, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующей ячейки сдвигового регистра, при этом к выходу Т-триггера подключены головные телефоны. Технический результат - повышение точности измерения расстояния до препятствия. 1 ил.

Оптический локатор для людей с ослабленным зрением, содержащий генератор импульсов, инфракрасный излучатель, приемник излучения и головной телефон, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные усилитель-ограничитель и Т-триггер, две оптические системы, оптические оси которых ориентированы в сторону препятствия и разнесены на базовое расстояние В, и сдвиговый регистр, состоящий из N ячеек, управляющий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а вход установки в исходное состояние соединен с выходом усилителя-ограничителя, входом подключенного к выходу приемника излучения, выполненного в виде точечного фотопреобразователя и размещенного в задней фокальной плоскости одной из оптических систем, а в задней фокальной плоскости второй оптической системы размещен инфракрасный излучатель, выполненный в виде линейки инфракрасных излучателей, ориентированной в сторону точечного фотопреобразователя и состоящий из N точечных инфракрасных излучателей, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующей ячейки сдвигового регистра, при этом к выходу Т-триггера подключены головные телефоны.