инфракрасный локатор для людей с ослабленным зрением

Формула изобретения

Инфракрасный локатор для людей с ослабленным зрением содержит цифроаналоговый преобразователь, выходом подключенный к входу головного телефона через генератор звуковой частоты, две фокусирующие линзы, оптические оси которых ориентированы в сторону препятствий, причем в задней фокальной плоскости первой линзы размещен инфракрасный излучатель, а в задней фокальной плоскости второй линзы размещен приемник излучения, выполненный в виде линейного прибора с зарядовой связью, ориентированный совместно с инфракрасным излучателем вдоль одной базовой линии, причем выход линейного прибора с зарядовой связью подключен к входу усилителя-ограничителя, а вход инфракрасного излучателя присоединен параллельно с входом счетчика импульсов к выходу делителя частоты, вход которого присоединен к выходу генератора сдвиговых импульсов и управляющему входу линейного прибора с зарядовой связью, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные т-триггер и ключ, второй инфракрасный излучатель и третья фокусирующая линза, оптическая ось которой ориентирована в сторону препятствия, причем в задней фокальной плоскости третьей линзы размещен второй инфракрасный излучатель, расположенный на базовой линии, входом подключенный к выходу делителя частоты, вход которого соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого соединен с выходом т-триггера, а выход подключен к информационному входу счетчика импульсов, выходом соединенному с входом цифроаналогового преобразователя, при этом вход т-триггера подключен к выходу усилителя-ограничителя.

Описание изобретения к патенту

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, известно. Простейшим устройством является трость слепого, которой он находит препятствие, находящееся на расстоянии протянутой трости. Значительно более функционален и обладает большей дальностью действия локатор для слепых [1]. Устройство содержит инфракрасный излучатель и приемник инфракрасного излучения, который выполнен мазаично в виде точечных фотопреобразователей. Инфракрасный излучатель и приемник инфракрасного излучения разнесены на базовое расстояние В. Для улучшения направленных свойств перед инфракрасным излучателем и линейкой точечных преобразователей размещены фокусирующие линзы. Выход каждого фотопреобразователя через усилитель-ограничитель подключен к соответствующему входу цифроаналогового преобразователя, выходом подключенного ко входу управляемого генератора звуковой частоты. Пользователь направляет устройство в сторону предполагаемого препятствия. В случае наличия препятствия отраженный световой поток падает на один из фотопреобразователей, в результате чего на выходе соответствующего усилителя-ограничителя действует логическая единица. При приближении или удаления пользователя от препятствия инфракрасный поток будет смещаться по линейке фотопреобразователя соответственно в сторону инфракрасного излучателя или в противоположную сторону и сигнал логической единицы будет генерироваться на одном из других усилителей-ограничителей. Поэтому код на выходе цифроаналогового преобразователя изменится. Соответственно, с изменением цифрового кода на выходе цифрового преобразователя происходит уменьшение или увеличение частоты звукового сигнала на выходе управляемого генератора звуковой частоты, соответствующее уменьшению или увеличению дальности до препятствия. Точность работы и диапазон измеряемых дальностей устройства [1] зависит от размеров и общего количества точечных фотопреобразователей, составляющих линейку фотопреобразователей. При этом требуется соответствующее количество усилителей-ограничителей, что приводит к излишней конструктивной сложности устройства и большому энергопотреблению. Недостаток известного устройства [1] состоит в конструктивной сложности устройства и относительно высоком энергопотреблении инфракрасного локатора для людей с ослабленным зрением.

Указанный недостаток в значительной степени устранен в инфракрасном локаторе для людей с ослабленным зрением [2], который можно выбрать в качестве прототипа. Он состоит из линейного прибора с зарядовой связью, выход которого подключен к единственному в устройстве усилителю-ограничителю, выходом соединенным с управляемым входом регистра памяти. Управляющий вход линейного прибора с зарядовой связью соединен с выходом генератора импульсов, подключенном также к счетному входу счетчика импульсов и через делитель частоты к инфракрасному излучателю и выходу сброса показаний этого счетчика импульсов. Инфракрасный локатор для людей с ослабленным зрением [2] содержит также один инфракрасный излучатель, который освещает точку предмета, расстояние до которого измеряется. Исследования базового дальномера показали, что среднеквадратическая ошибка измерения дальности с помощью такого устройства не превышает величину единиц процентов от измеряемого расстояния, что в ряде практических случаев оказывается недостаточным.

Цель данного изобретения состоит в повышении точности измеряемого расстояния.

Цель достигается тем, что в устройство введен дополнительный инфракрасный излучатель с третьей оптической системой. Дополнительно введены т-триггер и счетчик импульсов, при этом инфракрасный излучатель и дополнительный инфракрасный излучатель соединены с выходом делителя частоты импульсов; т-триггер входом соединен с выходом усилителя-ограничителя, а выходом - с входом ключа; счетчик импульсов - первым входом - с выходом делителя частоты импульсов и вторым входом - с выходом ключа, а выходом с входом цифроаналогового преобразователя. Так как каждый излучатель заявляемого устройства функционирует статистически независимо друг от друга, то погрешность определения расстояния будет эквивалентна среднему геометрическому от статистической погрешности двух измерителей, то есть точность измерения расстояния увеличится в 2 1,41 раз.

Устройство содержит три линзы 1, 2, 3, оптические оси которых ориентированы в сторону измеряемого объекта. В задних фокальных плоскостях линз 1 и 3 помещены инфракрасный излучатель 4 и дополнительный инфракрасный излучатель 5 соответственно. В задней фокальной плоскости линзы 2 помещен линейный прибор с зарядовой связью 6. Он предназначен для преобразования светового сигнала в электрический сигнал. Общее число светочувствительных ячеек линейного прибора с зарядовой связью составляет N. Инфракрасные излучатели 4 и 5 и структура линейного прибора с зарядовой связью 6 разнесены друг относительно друга на расстояния В и b соответственно вдоль одной линии. Выход линейного прибора с зарядовой связью 6 подключен к входу усилителя-ограничителя 7. Устройство содержит также генератор сдвиговых импульсов 8, выход которого подключен одновременно к управляющему входу линейного прибора с зарядовой связью 6, к входу делителя частоты импульсов 9 и информационному входу ключа 10. Генератор сдвиговых импульсов предназначен для генерирования сдвиговых импульсов. Выход усилителя-ограничителя 7 подключен к счетному входу т-триггера 11, выходом соединенному с управляющим входом ключа 10. Делитель частоты 9 выходом соединен с входом каждого инфракрасного излучателя 4 и 5 и с входом обнуления счетчика импульсов 12. Делитель частоты 9 делит входную частоту в N раз. Выход счетчика импульсов 12 подключен к входу цифроаналогового преобразователя 13, который предназначен для преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Выход цифроаналогового преобразователя 13 соединен с входом генератором звуковой частоты 14. Генератор звуковой частоты 14 предназначен для генерирования звукового сигнала. Своим выходом он подключен ко входу головного телефона 15, необходимого для передачи звукового сигнала от устройства на орган слуха пользователя.

При включении прибора генератор сдвиговых импульсов 8 генерирует импульсы с частотой f. Импульсы с выхода генератора сдвиговых импульсов 8 одновременно поступают на вход линейного прибора с зарядовой связью 6, на вход делителя частоты импульсов 9 и на информационный вход ключа 10. Сигнал с делителя частоты импульсов поступает на инфракрасные излучатели 4 и 5, а также обнуляет счетчик импульсов 12 после каждой серии импульсов. Световые потоки линзами 1 и 3 фокусируются на предмет, расстояние до которого изменяется. Отраженные от объекта световые потоки линзой 2 фокусируются на линейный прибор с зарядовой связью 6. Сигнал с выхода прибора с зарядовой связью 6 поступает на вход усилителя-ограничителя 7. Порог усиления усилителя-ограничителя 7 выбран таким образом, чтобы на его выходе действовал сигнал логической единицы только в случае фокусировки светового пятна от инфракрасных излучателей 4 или 5 на светочувствительной поверхности прибора с зарядовой связью. При грамотном инженерном расчете оптических элементов устройства, когда разрешающая способность каждой из линз 1, 2 и 3 соответствует линейному разрешению линейного прибора с зарядовой связью 6 и размеру светоизлучающей поверхности каждого из инфракрасных излучателей 4 и 5, размер световых пятен, проецируемых на линейный прибор с зарядовой связью 6, будет примерно соответствовать размерам светочувствительной поверхности каждой светочувствительной ячейки линейного прибора с зарядовой связью 6. Поэтому каждое световое пятно может попасть либо только на одну, например с номером i, светочувствительную ячейку линейного прибора с зарядовой связью 6 либо на две соседних светочувствительные ячейки линейного прибора с зарядовой связью 6. В результате на выходе усилителя-ограничителя 7 в момент считывания i-ой светочувствительной ячейки линейного прибора с зарядовой связью 6 действует логическая единица, а в остальные моменты времени считывания зарядовых пакетов с линейного прибора с зарядовой связью 6 действуют логические нули. При приближении или удалении пользователя от объекта световые пятна будут смещаться по светочувствительным ячейкам, соответственно удаляясь или приближаясь друг к другу. Следовательно, при считывании данных с линейного прибора с зарядовой связью 6 на выходе усилителя-ограничителя получим последовательность из логических единиц и логических нулей. При этом, проходя через т-триггер 11, первая логическая единица последовательности будет отпирать ключ 10, а вторая запирать его. Во время открытого состояния ключа 10 в счетчик будут поступать логические нули. Импульсы с выхода генератора сдвиговых импульсов 8 через открытый ключ 10 поступают на счетчик импульсов 12. При приходе на вход т-триггера второй логической единицы, которая соответствует второму световому пятну, т-триггер 11 перебросится в противоположное состояние и закроет ключ 10. В результате в счетчике 12 будет накапливаться число импульсов, соответствующее числу светочувствительных ячеек ПЗС, находящихся между засвеченными ячейками. При этом при удалении препятствия количество импульсов, соответствующих числу светочувствительных ячеек ПЗС, находящихся между засвеченными ячейками, будет уменьшаться, а при приближении - увеличиваться. Цифро-аналоговый преобразователь 13 преобразует цифровой сигнал, поступающий из счетчика импульсов 12 в аналоговый, который управляет генератором звуковой частоты 14. Следовательно, на выходе генератора звуковой частоты 14 происходит уменьшение или увеличение частоты звукового сигнала. Сигнал звуковой частоты подается на головной телефон 15, где преобразуется в звук соответствующей частоты, которая воспринимается человеком с ослабленным зрением.

Литература

1. В.Гринченко, А.Разин, Е.Шабаков. Инфракрасный локатор для людей с ослабленным зрением. Патент РФ на изобретение №2153181, МПК 7 G01S 17/02, с приоритетом от 05.05.1999, опубликовано 20.07.1999.

2. В.Гринченко, А.Гусев, В.Телеш, Е.Шабаков. Инфракрасный локатор для людей с ослабленным зрением. Патент РФ на изобретение №2185640, МПК 7 G01S 17/02, G08G 1/095, А61F 9/08, с приоритетом от 14.06.2000, опубликовано 20.07.2002.