Зрительный протез для слепых

 

ЗРИТЕЛЬНЫЙ ПРОТЕЗ ДЛЯ СЛЕПЫХ, содержапщй два генератора тоновой частоты ближней и дальней зоны, выходы которых соединены с излучателями, укрепленными на оправе очков, и первый приемник, соединенный с акустическим преобразователем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения направления на предмет с одновременным обеспечением возможности опознания светоконтрастных характеристик, он содержит последовательно соединенные генератор импульсов, схему задержки, генератор Тона, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго модуляторов,выходы которых через сумматоры соединены с акустическими преобразователями, делитель частоты, вход которого соединен с входом ключа и выходом генератора импульсов, а выход - с . управлякхцин входом ключа и генератором тоновой частоты дальней зоны, выход ключа соединен с входом генератора тоновой частоты ближней зонц, два излучателя соединенных соответственно |С вы (Л ходами генераторов тоновой частоты ближней и дальней зон и четьфе приемника , выходы которых соединены соответственно с входами модуляторов и сумматоров, причем выход первого приемника соединен с входом генератора тона.

СООЭ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН (51И А 61 F 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, д

H ABTOPCKOMV СВИДЙТБЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ И306РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1 ) 36904 15/28-13 (22) 11.01.84 (46) 23.07.85. Бюл. Р 27 (72) В.А.Елисеев, В.В.Лебедев, В.А.Усик и Е.А.Тищенко (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения (53) 615.475(088.8) (56) Патент CIIIA 9 3369228, кл. 340-228, 1968.

Е1ectrunic Design. V. 20, 9 11, 1972, р. 48-50. (54)(57) ЗРИТЕЛЬНЫЙ ПРОТЕЗ ДЛЯ СЛЕПЫХ содержащий два генератора тоновой частоты ближней и дальней зоны, выходы которых соединены с излучателями, укрепленными на оправе очков, и первый приемник, соединенный с акустическим преобразователем, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения направления на предмет с одновременным

„„SU„„1 6 243 А обеспечением возможности опознания светоконтрастных характеристик, он содержит последовательно соединенные .

:генератор импульсов, схему задержки, генератор тона, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго модуляторов, выходы которых через сумматоры соединены с акустическими преобразователями, делитель частоты, вход которого соединен с входом ключа и выходом генератора импульсов, а выход - с, управляющим входом ключа и генератором тоновой частоты дальней зоны, выход ключа соединен с входом генератора тоновой частоты ближней зоны, два излучателя соединенных соответственно с выходами генераторов тоновой частоты ближней и дальней зон и четыре приемника, выходы которых соединены соответственно с входами модуляторов и сумматоров, причем выход первого приемника соединен с входом генератора тона.

1 116

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам протезирования, восполняющим утраченные зрительные функции человека.

Цель изобретения — повышение точности определения направления на предмет с одновременным обеспечением возможности опознания светоконтрастных характеристик.

На фиг. 1 представлена функцио- 10 нальная схема зрительного протеза, на фиг. 2 — пространственная диаграмма каналов.

Устройство содержит генератор 1 15 импульсов, соединенный с входами делителя 2 частоты, ключа 3, схемы 4 задержки. Управляющий вход ключа 3 подключен к выходу делителя 2 частоты, а выход — к входу генератора 5 20 .тоновой частоты ближней зоны, выход которого соединен с двумя параллельно включенными излучателями 6 и 7.

Выход делителя 2 частоты подключен к генератору 8 тоновой частоты дальней зоны, выход которого соединен с излучателями 9 и 10.

Излучатели 6, 7, 9 и 10 соединены с формирователем 11 направленных пространственных диаграмм. При этом 3О излучатели 6 и 7 предназначены для формирования зондирующих сигналов правой и левой областей обнаружителя ближней зоны, а излучатели 9 и 10 для формирования соответствующих областей дальней зоны обнаружения с помощью формирователя 11 направленных пространственных диаграмм.

На приемной стороне к формирователю 11 подключены приемники 12 и 4О

13 отраженных сигналов (соответственно левого и правого активных каналов), приемники 14 и 15 пассивных каналов и фотоприемник 16 с ненаправленной диаграммой. 45

Выходы приемников 12 и 13 соединены с первыми входами сумматоров

17 и 18, а выходы последних соединены с акустическими преобразователями 19 и 20 соответственно. Вторые входы электронных сумматоров l7 и

18 соединены через модуляторы 21 и

22 с выходами приемников 14 и 15 соответственно. Входы генератора 23 тока соединены с выходами схемы 4 задержки и фотоприемника 16, а его выход — с объединенным входом модуляторов 21.и 22.

8243 2

Излучатели 6, 7, 9 и 10 представляют собой любой преобразователь электрической энергии в оптический диапазон, например светодиоды, излучающие в ИК-диапазоне. Все приемники 12-16 выполнены в виде фотодиодов. Формирователь 11 пространственных диаграмм представляет собой систему линз, каждая из которых связана со своим излучателем энергии или приемником.

Геометрические размеры линз и их взаимное расположение со светодиодами и фотодиодами формируют необходимую диаграмму направленности как на излучение, так и на прием и определяют ее положение в пространстве (фиг. 2). Все элементы зрительного протеза конструктивно укреплены на очковой оправе 24. Для простоты на фиг. 2 фотоприемники и излучатели энергии совместно с их оптической системой условно показаны точечными и расположенными на внешней плоскости очков.

Диаграммы направленности излучателей 6, 7, 9 и 10 энергии, а также приемников 12-16 образуют телесные углы в 10-15 .

Излучатели 6, 7, 9 и 10 энергии, установлены по горизонтальной линии на нижней части оправы 24 очков и разнесены в горизонтальной плоскости так, что слева расположены излучатели 7 и 9, а справа — 6 и 10.

Приемники 12 и 13 отраженных сигналов, фотоприемники 14 и 15 пассивных каналов и фотоприемник 16 с ненаправленной диаграммой установлены по горизонтальной линии на верхней части оправы очков и разнесены в горизонтальной плоскости, причем слева расположены приемники 12 и 14, справа — приемники 13 и 15, а ненаправленный фотоприемник 16 установлен в центре оправы.

Диаграммы направленности излучателей энергии повернуты в вертикальной плоскости: у.излучателей 6 и 7 энергии ближней зоны 25 на угол (=

10-15, у излучателей 9 и 10 энергии дальней зоны 26 на угол Ч =2-4, а в горизонтальной плоскости повернуты от центра очков на углы Ц„= 2-4 .

Диаграммы направленности приемников 12-15 повернуты в вертикальной плоскости, вниз на угол У,.2-5, а в

1168243

10 горизонтальной плоскости повернуты от центра очков на углы Ч = А» =

О з

2-4 . Углы „— образованы между биссектирисами телесного угла диаграммы направленности и горизонталями.

В горизонтальной плоскости диаграммы направленности приемников 12 и

14 и излучателей 9 и 7, расположенных возле левой дужки очков, совпадают и образуют зону 27.

Аналогичную зону 28 образуют диаграммы направленности приемников 13 и 15 и излучателей 6 и 10, расположенных у правой дужки. Вертикальная плоскость 29 является плоскостью 15 симметрии, т.е. раэносигнальной плоскостью.

Ближняя эона 25 правого активного канала образуется пересечением диаграммы направленности приемника 13 20 отраженных сигналов с суммарной диаграммой излучателей 6 и 7, а дальняя эона 26 правого канала — пересечением диаграммы направленности приемника 13 с суммарной диаграммой из- 25 лучателей 9 и 10.

Дальняя и ближняя зоны активного левого канала образуются аналогично правому: ближняя — пересечением диаграммы приемника 12 с диаграммами излучателей 6 и 7, а дальняя — с диаграммами излучателей 9 и 10 ° В горизонтальной плоскости дальняя и ближняя зоны перекрываются.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает импульсы длительностью 30-50 мс, с периодом

0,2-0,3 с, которые через открытый ключ 3 поступают на генератор 5 тоновых частот ближней зоны, обеспечивая его включение,на время длительности импульса. Период выбран соизмеримым со временем запаздывания реакции человека на обнаруженные в 45 ближней зоне препятствия. Генератор

5 тоновых частот вырабатывает импульсное напряжение частотой 1000 Гц и скважностью 0 5. Это напряжение поступает на излучатели 6 и 7, и че- 0 рез формирователь 11 пространственных диаграмм их энергия излучается в ближнюю зону 25 левой 27 и правой

18 областей обнаружения.

На фиг. 2 показан ход лучей до препятствия, расположенного в точке

А ближней зоны 25. Он облучается обоими излучателями 6 и 7 энергии, отраженная же от него энергия принимается раздельно приемниками 12 и

13. Отраженная энергия, попадающая в приемник 12, будет больше, чем в приемник 13 по двум причинам: расстояние от А до приемника 12 будет меньше расстояния от А до приемника

13, т.е. энергия будет меньше расстояния; предмет А находится почти в центре диаграммы направленности приемника 12, где коэффициент усиления

его больше, и на краю диаграммы направленности (по углу) приемника 13 °

В фотоприемниках 12 и 13 принятые световые сигналы (ИК-диапазон) преобразуются в электрические с частотой, равной частоте излучения (1000 Гц), но различные по уровню, т.е. энергия, приходящая в приемник

12, большая. Далее электрические сигналы с фотоприемников 12 и 13 через электронные сумматоры 17 и 18 поступают на акустические преобразователи 19. и 20, где преобразовываются в звуковые колебания той же частоты.

Уровни звуковых сигналов в правом

20 и левом 19 акустических преобразователях определяются угловым положением препятствия в областях 27 и

28 относительно плоскости 29, а также дальностью до препятствия.

Наибольший период громкости в каждом канале определяется динамическим диапазоном приемников левого и правого каналов (40-50 дБ).

Отношение уровней звуковых сигналов в правом и левом каналах определяется только угловым положением препятствия в областях 27 и 28. При нахождении препятствия в плоскости

29 уровни звуковых сигналов в обоих акустических преобразователях будут одинаковы. При смещении препятствия влево или вправо уровни звукового сигнала будут больше в левом или в правом акустическом преобразователе соответственно. Например, для А уровень громкости будет больше в левом канале.

Изменение соотношений уровней громкости, даваемых акустическими преобразователями 19 и 20, позволяет за счет бинаурального эффекта слуха определять направление на препятствие внутри зоны обнаружения.

Изменение углового направления на препятствие на 10-15 изменяет о отношение громкостей левого и право1168243 го каналов не менее, чем на 2-3 дБ, что достаточно для различения по бинауральному эффекту двух предметов с точностью 10-15

Работа пассивного канала происходит в промежутках между работой активного канала, для чего импульсы генератора 1, задержанные генератором 4, подаются на генератор 23, который в течение продолжительности импульса с генератора задержки вырабатывает импульсы частотой 15003000 Гц и скважностью 0,5. Время задержки выбрано заведомо больше, чем длительность импульса генератора 1, 15 равного 30- 0 мс, но меньше, чем величина периода работы генератора 1.

Электрические импульсы с генератора

23 подаются на модуляторы 21 и 22, на другие входы модуляторов подаются 20 электрические сигналы, пропорциональные усредненной освещенности по телесному углу диаграммы направленности левого 14 и правого 15 фотоприемников и пассивных каналов соответ- 25 ственно. Постоянные электрические сигналы с приемников 14 и 15 модули-, руются частотой генератора 23 и подаются на входы сумматоров 17 и 18, с выхода сумматоров эти сигналы поступают на акустические преобразователи 19 и 20, где преобразовываются в звуковые сигналы. При нахождении яркого предмета в зоне диаграммы направленности одного из пассивных кана--, 35 лов, его усредненная освещенность по телесному углу диаграммы направленности увеличится, а следовательно, увеличится и постоянный электрический сигнал с фотоприемника этого ка,нала. Определение направления на яркий предмет в пассивном канале проискo.æò так же, как и в активном.

Если яркии предмет находится в плос"кости 29, то уровни электрических сигналов с выходов фотоприемников ,14 и 15 пассивного канала будут одинаковы, а следовательно, будут одинаковы и уровни громкости левого и правого каналов, при смещении предмета влево (вправо) громкость будет, соответственно, больше в левом (правом) канале.

В результате угловое положение препятствия оценивается как пассивным, так и активным каналами. Свето= контрастная яркость (яркость предмета по отношению к о щей освещенности) препятствия субъективно воспринимается как суммарная громкость обоих пассивных каналов.

Например, при слабой освещенности (в пасмурный день) уровень черного определяется уровнем шумов или слабым сигналом, превьш.ающим этот уровень на несколько дБ. Уровень серого характеризуется уровнем сигнала на 10-15 дБ выше уровня черного, а уровень белого сигналом, превышаю" щим уровень черного на 20-30 дБ.

Поскольку яркость зависит от внешней освещенности, то при изменении последней может возникнуть неопределенность в оценке яркости препятствий, Цля исключения этого явления фотоприемник 16 с ненаправленной диаграммой подключен, например, к вспомогательному генератору 23 тоновых частот и изменяет частоту генерируемого им сигнала, т.е. меняет частоту звукового сигнала в обоих пассивных каналах. Имея информацию об общей освещенности, по частоте звукового сигнала слепой может учитывать изменения внешней освещенности для опоз- навания препятствия по светоконтрастным признакам. Например, при изменении общей освещенности от очень пасмурного дня до безоблачного частота тонового генератора 23 меняется с

1500 до 3000 Гц.

Делитель 2 частоты импульсов (коэффициент деления выбирается порядка 10) обеспечивает редкое (раз в

2-3 с) включение генератора 8 тоновых частот дальней зоны, при этом генератор 5 тоновых частот ближней зоны выключен, так как при наличии импульса с делителя 2 ключ 3 закрыт.

В остальном обнаружение препятствий и совместная работа активного и пассивного каналов в дальней зоне происходит аналогично описанной выше работе в ближней зоне.

Информационное отличие ближней и дальней зон„ активного и пассивного каналов обеспечивается выбором раз. ного значения высоты звукового тона. генераторов 5, 8 и 23 и.разделением во времени эа счет введения схемы 4 задержки импульсов, делителя 2 частоты и ключа 3. Например, генератор 5 имеет частоту 1000 Гц, дальняя зона 8-600 Гц, вспомогательный генератор 23 1500-3000 Гц. Редкое вкл очение генератора 8 обеспечивает ком7 !!б фортные условия для слепого, а именно, исключает заглушающее действие на слуховой канал слепого информационных сигналов из дальней эоны.

В типовой обстановке использования устройства в дальней.зоне обнаружения с большой вероятностью находится какое-либо препятствие, что обуславливает частое появление звукового сигнала, Этот сигнал, кроме полезного своего свойства указывать на предмет, еще может мешать вслушиваться в звуковой фон окружающей среды, а этот звуковой фон очень важен для слепого. Поэтому использование резкой импульсной выработки информационного сигнала в дальней зоне улучшает условия пользования прибором, снижает утомляемость и, следовательно, повышает точность реагирования на сигналы прибора. В ближней зоне (ее размер выбран в пределах

1 м) препятствия более редки, но их информационная важность выше, так как требует более быстрой реакции слепого на обнаруженный в ближней

Устройство обеспечивает меньшее,. в 40-60 раз, заглушение сигналами д звукового фона окружающей среды, что важно для слепого.

8243 8 зоне предмет, поэтому допустим сигнал с большей частотой повторения, заглушаклций фон окружающей среды.

Таким образом, устройство повышает точность определения угловых коордио нат препятствия до 10-15, что вполне достаточно для приборов подобного класса. Одновременно с активным обнаружением препятствия предлагае10 мое устройство дает информацию о светоконстрастных характеристиках предметов с указанием направления на них. Двухканальная система измерения светоконтрастных характеристик позволяет не только определять направление на предмет, но и находить край протяженного предмета без механического сканирования (головой).

Например, при движении на улице легко находится край здания, что помогает выбору направления движения.

1168243

12, 13 10, 1$

ФигЯ

Составитель Е.Капитанов

Редактор Н.Тупица Техред О.Неце Корректор О.Тигор

Заказ 4535/7 Тираж 722 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ПДП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4