Зрительный протез для слепых

СОЮЭ СОНЕТСНИХшивламч есиРЕСПУБЛИН А 61 Р 9 0 ОСУДАРСТБЕННЫЙ НО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕТ СССРИ ОТНРЫТИИ ИЗ ТЕНИ ател е ороОПИСАНН АВТОРСКОМУ Г 21) 3690415/28-13(7 1) Всесоюзный научно-исслский институт медицинского пстроения(56) Патент СВА В 3369228,кл. 340-228, 1968.Е 1 есгоп 1 с Рездп. Ч. 20,1972, р. 48-50,(54) (57) ЗРИТЕЛЬНЫЙ ПРОТЕЗ ДЛЯ СЛЕПЫХсодержащий два генератора тоновойчастоты ближней и дальней зоны, выходы которых соединены с излучателямиукрепленными на оправе очков, и первый приемник, соединенный с акустическим преобразователем, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности определения направления на предмет с одновременным 1 В 243 А обеспечением возможности опознаниясветоконтрастных характеристик, онсодержит последовательно соединенные ..генератор импульсов, схему задержки,генератор тона, выход которого соединен с управляющими входами первогои второго модуляторов, выходы которыхчерез сумматоры соединены с акустическими преобразователями, делительчастоты, вход которого соединен свходом ключа и выходом генератораимпульсов, а выход - с ,управляющимвходом ключа и генератором тоновойчастоты дальней зоны, выход ключасоединен с входом генератора тоновойчастоты ближней зоны, два излучателя соединенных соответственно с выходами генераторов тоновой частотыближней и дальней зон и четыре приемника, выходы которых соединенысоответственно с входами модуляторови сумматоров, причем выход первогоприемника соединен с входом генератора тона.Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствампротезирования, восполняющим утраченные зрительные функции человека.Цель изобретения - повышение точности определения направления на предмет с одновременным обеспечением возможности опознания светоконтрастных характеристик.На фиг. 1 представлена функциональная схема зрительного протеза, на фиг. 2 - пространственная диаграмма каналов. 10 15 20 25 н 30 35 40 45 50 55. Устройство содержит генератор 1 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 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 соедине с излучателями 9 и 10.Излучатели 6, 7, 9 и 10 соединены с формирователем 11 направленных пространственных диаграмм. При этом 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 направлен ных пространственных диаграмм.На приемной стороне к формирователю 11 подключены приемники 12 и 13 отраженных сигналов (соответственно левого и правого активных каналов), приемники 14 и 15 пассивных каналов и фотоприемник 16 с ненаправленной диаграммой.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 17 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,Излучатели 6, 7, 9 и 10 представляют собой любой преобразовательэлектрической энергии в оптическийдиапазон, 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 илиприемником.Геометрические размеры линз и ихвзаимное расположение со светодиодами и фотодиодами формируют необходимую диаграмму направленности как наизлучение, так и на прием и определяют ее положение в пространстве(фиг. 2). Все элементы зрительногопротеза конструктивно укреплены наочковой оправе 24. Для простоты нафиг. 2 фотоприемники и излучателиэнергии совместно с их оптическойсистемой 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 ф.Излучатели 6, 7, 9 и 10 энергии,установлены по горизонтальной линиина нижней части оправы 24 очков иразнесены 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 установленыпо горизонтальной линии на верхнейчасти оправы очков и разнесены вгоризонтальной плоскости, причемслева расположены приемники 12 и 14,справа - приемники 13 и 15, а ненаправленный фотоприемник 16 установленв центре оправы.Диаграммы направленности излучателей энергии повернуты в вертикальнойплоскости: у.излучателей 6 и 7 энергии ближней зоны 25 на угол10-15, у излучателей 9 и 10 энергии дальней зоны 26 на угол Ч =2-4 ф,а в горизонтальной плоскости повернуты от центра очков на углыЦ= 2-4 ф,Диаграммы направленности приемников 12-15 повернуты в вертикальнойплоскости, вниз на угол У, 2-5, а в10 горизонтальной плоскости повернутыот центра очков на углы ЧОз2-4 . Углы-образованы междубиссектирисами телесного угла диаграммы направленности и горизонталями,В горизонтальной плоскости диаграммы направленности приемников 12 и14 и излучателей 9 и 7, расположенных возле левой дужки очков, совпадают и образуют зону 27.Аналогичную зону 28 образуют диаграммы направленности приемников 13и 15 и излучателей 6 и 10, расположенных у правой дужки. Вертикальнаяплоскость 29 является плоскостью 15симметрии, т,е. раэносигнальной плоскостью,Ближняя эона 25 правого активногоканала образуется пересечением диаграммы направленности приемника 13 20отраженных сигналов с суммарнойдиаграммой излучателей 6 и 7, а дальняя эона 26 правого канала - пересечением диаграммы направленности приемника 13 с суммарной диаграммой излучателей 9 и 10.Дальняя и ближняя зоны активноголевого канала образуются аналогичноправому; ближняя - пересечением диаграммы приемника 12 с диаграммами излучателей 6 и 7, а дальняя - с диаграммами излучателей 9 и 10В горизонтальной плоскости дальняя иближняя зоны перекрываются.Устройство работает следующимобразом.Генератор 1 вырабатывает импульсыдлительностью 30-50 мс, с периодом0,2-0,3 с, которые через открытыйключ 3 поступают на генератор 5 тоновых частот ближней зоны, обеспечивая его включение,на время длительности импульса. Период выбран соизмеримым со временем запаздыванияреакции человека на обнаруженные в 45ближней зоне препятствия. Генератор5 тоновых частот вырабатывает импульсное напряжение частотой 1000 Гци скважностью 0,5. Это напряжениепоступает на излучатели 6 и 7, и через формирователь 11 пространственных диаграмм их энергия излучаетсяв ближнюю зону 25 левой 27 и правой18 областей обнаружения.На фиг. 2 показан ход лучей допрепятствия, расположенного в точкеА ближней зоны 25. Он облучаетсяобоими излучателями 6 и 7 энергии,отраженная же от него энергия принимается раздельно приемниками 12 и13. Отраженная энергия, попадающаяв приемник 12, будет больше, чем вприемник 13 по двум причинам: расстояние от А до приемника 12 будетменьше расстояния от А до приемника13, т,е. энергия будет меньше расстояния; предмет А находится почти вцентре диаграммы направленности приемника 12, где коэффициент усиленияего больше, и на краю диаграммы направленности (по углу) приемника 13В фотоприемниках 12 и 13 принятыесветовые сигналы (ИК-диапазон) преобразуются в электрические с частотой, равной частоте излучения(1000 Гц), но различные по уровню,т.е. энергия, приходящая в приемник12, большая. Далее электрические сигналы с фотоприемников 12 и 13 черезэлектронные сумматоры 17 и 18 поступают на акустические преобразователи 19 и 20, где преобразовываютсяв звуковые колебания той же частоты.Уровни звуковых сигналов в правом20 и левом 19 акустических преобразователях определяются угловым положением препятствия в областях 27 и28 относительно плоскости 29, атакже дальностью до препятствия.Наибольший период громкости в каждомканале определяется динамическимдиапазоном приемников левого и правого каналов (40-50 дБ).Отношение уровней звуковых сигналов в правом и левом каналах определяется только угловым положениемпрепятствия в областях 27 и 28. Принахождении препятствия в плоскости29 уровни звуковых сигналов в обоихакустических преобразователях будутодинаковы. При смещении препятствиявлево или вправо уровни звуковогосигнала будут больше в левом илив правом акустическом преобразователе соответственно. Например, для Ауровень громкости будет больше в левом канале.Изменение соотношений уровнейгромкости, даваемых акустическимипреобразователями 19 и 20, позволяетза счет бинаурального эффекта слухаопределять направление на препятствие внутри зоны обнаружения,Изменение углового направленияна препятствие на 10-15 изменяетоотношение громкостей левого и право 1168243го каналов не менее, чем на 2-3 дБ,что достаточно для различения по бинауральному эффекту двух предметовс точностью 10-15Работа пассивного канала происхо"дит в промежутках между работойактивного канала, для чего импульсыгенератора 1, задержанные генератором 4, подаются на генератор 23,который в течение продолжительности 10импульса с генератора задержки вырабатывает импульсы частотой 15003000 Гц и скважностью 0,5, Время задержки выбрано заведомо больше, чемдлительность импульса генератора 1, 15равного 30-50 мс, но меньше, чемвеличина периода работы генератора 1.Электрические импульсы с генератора23 подаются на модуляторы 21 и 22,на другие входы модуляторов подаются 20электрические сигналы, пропорциональные усредненной освещенности по телесному углу диаграммы направленности левого 14 и правого 15 фотоприемников и пассивных каналов соответственно. Постоянные электрическиесигналы 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 преобразовываютсяв звуковые сигналы. При нахождениияркого предмета в зоне диаграммы направленности одного из пассивных кака,35лов, его усредненная освещенностьпо 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 происходит так же, как и в активном.Если яркий предмет находится в плоскости 29, то уровни электрическихсигналов с выходов фотоприемников,14 и 15 пассивного канала будут одинаковы, а следовательно, будут одинаковы и уровни громкости левого иправого каналов, при смещении предмета влево (вправо) громкость будет,соответственно, больше в левом(правом) канале,В результате угловое положениепрепятствия оценивается как пассивным, так и активным каналами. Свето-.контрастная яркость (яркость предмета по отношению к ощей освещенности 1 препятствия субъективно воспринимается как суммарная громкость обоихпассивных каналов.Например, при слабой освещенности (в пасмурный день) уровень черного определяется уровнем шумов илислабым сигналом, превьш.ающим этотуровень 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 внешнейосвещенности, 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 частотузвукового сигнала в обоих пассивныхканалах. Имея информацию об общейосвещенности, по частоте звуковогосигнала слепой может учитывать изменения внешней освеценности для опоз-навания препятствия по светоконтрастным признакам. Например, при изменении общей освещенности от очень пасмурного дня до безоблачного частотатонового генератора 23 меняется с1500 до 3000 Гц.Делитель 2 частоты импульсов (коэффициент деления выбирается порядка 10) обеспечивает редкое (раз в2-3 с) включение генератора 8 тоновых частот дальней зоны, при этомгенератор 5 тоновых частот ближнейзоны выключен, так как при наличииимпульса с делителя 2 ключ 3 закрыт.В остальном обнаружение препятствийи совместная работа активного и пассивного каналов в дальней зоне происходит аналогично описанной вышеработе в ближней зоне,Информационное отличие ближней идальней зон активного и пассивногоканалов обеспечивается выбором раз.ного значения высоты звукового тонагенераторов 5, 8 и 23 и.разделениемво времени эа счет введения схемы 4задержки импульсов, делителя 2 частоты и ключа 3. Например, генератор 5имеет частоту 1000 Гц, дальняя зона 8-600 Гц, вспомогательный генератор 23 1500-3000 Гц. Редкое вклочение генератора 8 обеспечивает ком7 б фортные условия для слепого, а имен" но, 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, следоУвательно, повьппает 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 8243 8зоне предмет, поэтому допустим сигнал с большей частотой повторения,заглушающий фон окружающей среды,Таким образом, устройство повышает 5 точность определения угловых коордионат препятствия до 10-15 , что вполне достаточно для приборов подобного класса, Одновременно с активнымобнаружением препятствия предлагае мое устройство дает информацию осветоконстрастных характеристикахпредметов с указанием направленияна них, Двухканальная система измере"ния светоконтрастных характеристик 15 позволяет не только определять направление на предмет, но и находитькрай протяженного предмета без механического сканирования (головой).Например, при движении на улице легко находится край здания, что помогает выбору направления движения.Устройство обеспечивает меньшее,.в 40-60 раз, заглушение сигналами д звукового фона окружающей среды, чтоважно для слепого.1168243 12,ЯФ 18 Составитель Е.КапТехред О.Неце в рректор О Редактор Н.Тупица акаэ 4535 1303 ушская наб., д П Патент", г. Ужгород, ул. Проектная и Тираж 722И Государственделам изобретеосква, Ж, Р Подписноого комитета СССРий и открытий