AT299335B - Verfahren und Vorrichtung zum künstlichen Sehen für schwarzblinde Personen - Google Patents

Description

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  Verfahren und Vorrichtung zum künstlichen Sehen für schwarzblinde Personen 
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum künstlichen Sehen für schwarzblinde Personen durch Umwandlung elektromagnetischer Strahlung im Frequenz- bzw. 



  Wellenbereich des sichtbaren Lichtes in elektrische Impulse und deren Weiterleitung an die Hirnrinde. 



   Nach einer in den letzten Jahren veröffentlichten Theorie über den Sehvorgang, beruht die visuelle Wahrnehmung eines Objektes der Umwelt darauf, dass ein von der Linse des Auges auf der Netzhaut entworfenes Bild in dieser Schicht in neuronale Signale umgesetzt wird, die über die Fasern des Sehnervs zur Hirnrinde geleitet werden. Das neuronale Sehsystem beginnt in der Netzhaut, die neben typischen Nervenzellen besonders ausgebildete, lichtempfindliche Rezeptoren enthält und als ein nach aussen verlagerter Gehirnteil aufgefasst wird. Die neuronalen Signale bestehen aus elektrischen Impulsen zwischen 0, 3 und 1000 Hz, die durch Durchlässigkeitsänderungen der Zellmembranen für bestimmte Ionen entstehen und sich mit verhältnismässig geringer Leitungsgeschwindigkeit fortpflanzen. 



  Obwohl das von der Linse auf der Netzhaut entworfene Bild des Objektes recht unvollkommen ist, koordiniert die Hirnrinde die neuronalen Signale dennoch zu Bildeindrücken entsprechend früheren Erfahrungen. Dabei rufen die physikalische Intensität und die Wellenlänge des Lichtes verschiedene 
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   Diese Kenntnisse über speziell das menschliche Sehen, geben erst recht keinen Hinweis auf eine Möglichkeit, visuelle Eindrücke im Sinne von Bildern von Objektiven der Umwelt ohne Vermittlung des Auges mit Hilfe eines elektrischen Verfahrens und entsprechenden Vorrichtung zu erzeugen. In den letzten Jahren sind verschiedene Versuche unternommen worden, um künstliche Sehgeräte zu schaffen, mit denen beispielsweise Kriegsblinde in die Lage versetzt werden sollen, visuelle Eindrücke zu erleben. 



  Die bisher bekannten Sehgeräte dieser Art arbeiten in der Regel derart, dass die von der Aussenwelt stammenden optischen Signale in elektrische oder akustische Signale umgewandelt werden, durch welche bestimmte Nervenzellen des menschlichen Körpers im Bereich der Fingerspitzen, des Hinterkopfes, der Rückenpartie oder andere angeregt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass Menschen mit derartigen Geräten nur sehr beschränkte Umweltinformationen empfangen können, die trotz des erheblichen und für den Blinden hinderlichen apparativen Aufwandes visuellen Wahrnehmungen keinesfalls gleichgesetzt werden können. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden und Vorrichtungen dafür zu entwickeln, welche schwarzblinden Personen ein künstliches Sehen mit echten Bildeindrücken ermöglichen. Diese Aufgabe lässt sich, wie zahlreiche Versuche mit schwarzblinden Personen bewiesen haben, in der Weise lösen, dass aus dem von einer Optik entworfenen reellen Bild eines Objektes durch Abtastung nach einem aus der Fernsehtechnik bekannten Verfahren mit einer Zeilenfrequenz von 1000 bis 2000 Hz und einer Bildfrequenz von mindestens 80 bis   300 Hz, vorzugsweise lOO   Hz, ein amplitudenmoduliertes elektrisches Signal gewonnen wird, dessen den Bildinhalt enthaltende hochfrequente Signalteile nach einer Frequenzuntersetzung auf im Bereich zwischen 0, 3 und 1000 Hz liegende Frequenzen in eine zur Reizung des Nervensystems geeignete Form (nach Strom und Spannung)

   gebracht und an den Schläfenpartien im Kreuzungspunkt der Nerven Trigeminus und 

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    B.Speicherplatte --3-- aus   einem elektrisch-isolierenden, transparenten Material, z. B. Glas, Quarz oder Kunststoff, abgeschlossen. Auf die Innenfläche der Speicherplatte --3-- ist eine dünne Schicht - eines Materials von möglichst geringer Nachleuchtdauer, zweckmässig ein aus Bleisulfid, Magnesiumsulfid oder Galliumarsensulfid bestehender Film aufgedampft. 



   Vor der   Speicherplatte --3-- ist   in den Tubus --1-- eine Metallhülse --5-- mit Innengewinde eingesetzt, in der ein achromatisches Linsensystem, vorzugsweise eine bikonvexe Linse --5b--, kombiniert mit einer bikonkaven   Linse --5a--,   als Objektiv angeordnet ist. 



   Im Boden des   Glaskolbens --2-- ist   ein bifilares   Heizelement --6-- für   die Kathode - angeordnet. Den Heizstrom liefert ein   Akkumulator-14-.   Der von dieser geheizten Kathode emittierte Elektronenstrahl tastet den Belag --4-- der Speicherscheibe --3-- zeilenförmig ab. Die Ablenkung des Elektronenstrahles erfolgt vermittels einer an sich bekannten (und deshalb nicht dargestellten) Kippschaltung mit einer Zeilenfrequenz von mindestens 1000 Hz, vorteilhaft etwa 2000 Hz. Die Bildfrequenz ist
In dem Zwischenraum zwischen dem   Glaskolben --2-- und   dem Tubus sind ein Magnetring   --8-- und   eine Ablenkspule --7-- untergebracht.

   An Stelle dieses magnetischen Ablenksystems kann auch eine elektrostatische Ablenkung verwendet werden. 
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   - 9   und 15a,   10a-an   den Eingang eines dreistufigen-10, 11, 12-angeschlossen, an dessen Ausgang die   Elektroden --13-- angeschlossen   sind, die an den Schläfen des Blinden angelegt werden. 



  Der   Akkumulator --14-- liefert   zweckmässig ausser dem Heizstrom für das bifilare Heizelement   --6-- auch   den zum Betrieb des Verstärkers benötigten Strom. In dem   Verstärker-10,   11, 12-findet auch die Frequenzuntersetzung statt. 
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    10a-vonLeitung --15a-- isoliert   durch den Tubus-l-hindurch und an den   Belag-4-der   Speicherplatte --3-- geführt ist. 



   Die bisher beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt :
Vom   Objekt--16--wird   gemäss dem in Fig. l strichpunktiert eingezeichneten Strahlengang von dem Objektiv-5a, 5b-ein reelles Bild auf der   Speicherplatte-3-entworfen.   Das Potentialrelief auf dem   Belag-4-der   Speicherplatte wird von dem auffallenden Elektronenstrahl zeilenweise abgetastet, und die gewonnenen Impulse werden über die Leitungen-9 und 15a, 10a-auf die Verstärkerschaltung --10, 11,   12- gegeben.   Die Intensität der von dem   Belag-4-in   Form amplitudenmodulierter Impulse abgenommenen Signale wird durch die Intensitätsregelvorrichtung -   lichtautomatisch   derart geregelt, dass die Lichteindrücke in ihrer Intensität der Empfindlichkeit der aufnehmenden Person angepasst werden. 



   In dem Verstärker sind als Bauteile Transistoren, Kondensatoren und Widerstände, ferner Dioden, Drehkondensatoren sowie Induktionsspulen in üblicher Technik verwendet. Die Verstärkerstufe   - 10-dient   als Vorverstärker, die Verstärkerstufe --11-- zur Verstärkung der Bildsignale, wobei die Zeilenfrequenz durch einen Hochpass ausgefiltert wird, und die Verstärkerstufe --12-- als Endverstärker, dessen Ausgang an den kapazitiven Scheinwiderstand des Schädels angepasst ist, welcher zwischen den an diesen Ausgang angeschlossenen   Elektroden --13-- liegt.   Die Elektrodenspannung richtet sich nach den jeweiligen physiologischen Verhältnissen und beträgt etwa 7, 5 bis 10 V (Impulsspitze). 



   Ein Spannungswandler an sich bekannter Bauart wird an seinen Eingangsklemmen von einer   Batterie-z. B.   dem   Akkumulator --14-- - mit   12 V gespeist und gibt an seinen Ausgangsklemmen eine Spannung von   z. B.   175 V für die einzelnen Verstärkerstufen ab. Diese Spannung lässt sich zweckmässig nach Bedarf einstellen. 



   In Fig. 2 und 3 ist mit dem   Bezugszeichen --39-- der   aus Zelluloid, Kunstharz od. ähnl. 



  Werkstoff bestehende Rahmen eines brillenförmigen Gestells bezeichnet, dessen Öffnungen-40 und 41-- gegebenenfalls mit farbigen oder spiegelnden Gläsern oder Kunststoffscheiben ausgefüllt sein können. Das Gestell wird wie eine Brille aufgesetzt, so dass der   Steg --42-- über   dem Nasenrücken verläuft. An dem   Rahmen --39-- sind   mittels Scharnieren-43 und   44--üblicher   Ausgestaltung die seitlichen Bügel --45 und 46-angeschlossen. Parallel zu den   Bügeln--45   und 46-- und zweckmässig mit ihnen fest verbunden, sind zwei aus Zelluloid, Kunststoff   od. dgl.   bestehende Gehäuse --49, 50--angeordnet.

   Die Bügel --45 und 46-- können zweckmässig an den   Innenflächen   dieser Gehäuse verlaufen, vorzugsweise mit diesen einstückig ausgespritzt sein, so dass sie diese verstärken. Die   Gehäuse--49   und 50-sind auf ihrer vorderen Stirnseite mit Öffnungen-53, 54--von etwa 

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 22 mm Durchmesser versehen, durch welche die von den wahrzunehmenden Objekten ausgehenden Lichtstrahlen einfallen und die etwa zylindrisch gestalteten elektronischen Bildaufnahmeröhren 
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 getrennt zu tragenden   Verstärker--10,   11, 12--   (Fig. l)   verbunden. Diese Leitungskabel können in den   Bügeln-45, 46-- geführt   sein und an deren   Ohrmuschelbogen-47,   48--austreten.

   Die   Leitungskabel--55, 56--können   auch nur zu einem Bügel, z. B.--46--, führen und dann weiter unter der Bezeichnung-57, 58--, gegebenenfalls unter Benutzung der metallenen Scharniere   - 43, 44-als Überleitung,   durch den   Rahmen --39-- hindurch   zu dem andern   Beugel-45-   geführt sein. Das   Leitungskabel--55--z. B.   verbindet die   Bildaufnahmeröhren--51, 52--mit   dem Verstärkereingang, während die Adern des andern   Leitungskabels--56--die   Schläfenkontakte   - 59, 60--,   die in   Ansätzen-61, 62-der Gehäuse-49, 50--, z. B.   durch   Federn-63, 64-   abgefedert, angeordnet sind, mit dem Verstärkerausgang verbinden.

   Die beschriebene Ausführung kann mannigfach im Rahmen der wesentlichen Merkmale abgeändert und ausgestaltet werden. 



   Ferner ist, von der Stromquelle   (z.     14 in Fig.1)   und der nicht dargestellten Kippschaltung im Steuerteil ausgehend, ein mehradriges   Kabel--65--zur   Bildaufnahmeröhre --52-- (und entsprechend zur   Bildaufnahmeröhre--51--)   geführt. Die einzelnen Adern des Kabels   --65-- werden   an die Elektroden der Röhre angeschlossen ; im einzelnen gehen vier Adern zur horizontalen und vertikalen Ablenkung, zwei Adern zur Heizwendel, eine Ader zur Kathode und eine Ader zur Heizwendel, eine Ader zur Kathode und eine Ader zur Speicherplatte (vgl. Fig. 1). 



   Eine verbilligte und vereinfachte Ausführungsform des Gerätes erhält man, wenn nur eine Bildaufnahmeröhre verwendet wird. Man erhält dann ein Bild, das zwar nicht plastisch ist, bei dem indes die Konturen und Farben des Bildes in gleicher Weise gewonnen und übertragen werden. 



   Die Bildkontrolle für das von einer erblindeten Person benutzte Gerät kann am einfachsten mit Hilfe eines unter dem Namen Monitor,   z. B.   in der Fernsehtechnik bekannten Gerätes ausgeführt werden. Ein solcher Monitor im industriellen Sinn ist ein reines Bildwiedergabegerät. 



   Die Anschaltung des Monitors ist aus Fig. l ersichtlich. Das dem Monitor--M--zugeführte Bildsignal wird unmittelbar hinter dem   Verstärker --10-- galvanisch   ausgekoppelt. Der Monitor muss dabei mit derselben Zeilenfrequenz wie die Bildaufnahmeröhre arbeiten und in der Bildfrequenz kontinuierlich von 80 bis 300 Hz regelbar sein. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zum künstlichen Sehen für schwarzblinde Personen durch Umwandlung elektromagnetischer Strahlung im Frequenz-bzw. Wellenbereich des sichtbaren Lichtes in elektrische 
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 von einer Optik entworfenen reellen Bild eines Objektes durch Abtastung nach einem aus der Fernsehtechnik bekannten Verfahren mit einer Zeilenfrequenz von 1000 bis 2000 Hz und einer Bildfrequenz von mindestens 80 bis 300 Hz, vorzugsweise 100 Hz, ein amplitudenmoduliertes elektrisches Signal gewonnen wird, dessen den Bildinhalt enthaltende, hochfrequente Signalteile nach einer Frequenzuntersetzung auf im Bereich zwischen 0, 3 und 1000 Hz liegende Frequenzen in eine zur Reizung des Nervensystems geeignete Form (nach Strom und Spannung) gebracht und an den Schläfenpartien im Kreuzungspunkt der Nerven Trigenminus und Fazialis in den Schädel eingeleitet werden. 
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Claims (1)

1. übertragung von Konturen als auch zur Übertragung von Farbwerten geeignete Speicherscheibe verwendet wird, wobei die Modulation des abtastenden Elektronenstrahles in einem Frequenzbereich von etwa 380 bis 750 nm erfolgt. EMI4.4 Umwandlung des Bildsignals in das neuronale Signal durch Modulierung einer Trägerfrequenz zwischen 0, 3 bis etwa 1000 Hz mit dem Bildsignal erfolgt, u. zw. je nach der individuellen Perzeptionsfähigkeit des Blinden.

   4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, unter Anwendung einer Bildaufnahmeröhre mit einer Optik, einer Speicherplatte, einer Kathode und einem an ein Kippgerät angeschlossenen Ablenksystem, in welcher die Optik auf der Speicherplatte ein reelles Bild entwirft und ein von der Kathode emittierter Elektronenstrahl das Potentialrelief dieser Speicherplatte <Desc/Clms Page number 5> periodisch mit einer vorgegebenen Zeilen- und Bildfrequenz abtastet, gekennzeichnet durch einen an die Bildaufnahmeröhre (2, 3 ;

   51, 52) angeschlossenen Verstärker (10,11, 12), in welchem aus dem von der Speicherplatte (3) abfliessenden, amplitudenmodulierten Strom die den Bildinhalt enthaltenden Signalanteile ausgefiltert bzw. ausgekoppelt und gegebenenfalls verstärkt werden, und EMI5.1 ;sägezahnförmige Ablenkspannungen für das Ablenksystem (7) der Bildaufnahmeröhre (2,3) liefert, welche einer Zeilenfrequenz von 1000 bis 2000 Hz und einer Bildfrequenz von 80 bis 300 Hz entsprechen.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch eine photoelektrische, von dem auf die Bildaufnahmeröhre (n) (2, 3 ; 51,52) fallenden Licht gesteuerte Vorrichtung (15) zur EMI5.2 in das Brillengesell (39) eingesetzt sind, dass die Elektroden (59,60) an den Bügeln (45,46) angeordnet sind und dass die Bildaufnahmeröhren (51,52) und die Elektroden (59,60) mittels aus mindestens einem Bügelende (47,48) austretender Leitungen (55,56) mit dem Verstärker (10,11, 12) verbunden sind.

   Druckschriften, die das Patentamt zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik in Betracht gezogen hat : DT-PS 745 339 US-PS 2 905 758 OE-PS 273 247 US-PS 3 306 975