DE1273830B

DE1273830B - Portable device as an orientation aid for the blind

Info

Publication number: DE1273830B
Application number: DE1962N0021059
Authority: DE
Inventors: Leslie Kay
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1959-11-27
Filing date: 1962-01-12
Publication date: 1968-07-25

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

GOIcGOIc

GOIsGOIs

Deutsche Kl.: 42 c -18German class: 42 c -18

Nummer: 1273 830Number: 1273 830

Aktenzeichen: P 12 73 830.6-52 (N 21059)File number: P 12 73 830.6-52 (N 21059)

Anmeldetag: 12. Januar 1962Filing date: January 12, 1962

Auslegetag: 25. Juli 1968Opening day: July 25, 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein tragbares Gerät als Orientierungshilfe für Blinde zur Feststellung von im Gesichtsfeld vorhandenen Objekten nach der Echomethode unter Verwendung eines Ultraschallgebers, dessen ausgestrahlte Frequenz periodisch über einen bestimmten Bereich geändert wird, und eines Empfängers zum Aufnehmen der Echosignale, die einem Empfangskanal mit einem Modulator zugeführt werden, in dem sie mit der Frequenz der ausgestrahlten Ultraschallenergie moduliert werden, so daß ein Schwebungssignal mit der Differenzfrequenz entsteht, deren Höhe von der Entfernung des Objekts abhängt.The invention relates to a portable device as an orientation aid for the blind to determine objects present in the field of view according to the echo method using an ultrasound transducer, whose broadcast frequency is changed periodically over a certain range, and a receiver for receiving the echo signals fed to a receiving channel with a modulator by modulating them with the frequency of the emitted ultrasonic energy, so that a beat signal arises with the difference frequency, the height of which depends on the distance of the object depends.

Derartige Anordnungen sind dem Prinzip nach auf dem Gebiet der Luftfahrttechnik bekannt und dienen zur drahtlosen Bodenabstandsbestimmung von Luftfahrzeugen. So ist z. B. ein nach dem Rückstrahlprinzip arbeitendes System bekannt, bei dem ein frequenzmodulierter Sender benutzt und die Entfernung als Funktion der durch Überlagerung der empfangenen Welle mit der ausgestrahlten Welle erhaltenen Schwebungsfrequenz bestimmt wird. Einer Anordnung zur Bodenabstandsbestimmung von Luftfahrzeugen liegen jedoch völlig andere Probleme zugrunde, was sich bereits konstruktiv in der unterschiedlichen Wahl der Frequenzbereiche und der Anzeige- bzw. Auswerteinrichtungen zeigt.Such arrangements are known in principle in the field of aeronautical engineering and are used for wireless ground clearance determination of aircraft. So is z. B. one after the reflection principle working system known in which a frequency modulated transmitter used and the distance as a function of that obtained by superimposing the received wave on the transmitted wave Beat frequency is determined. An arrangement for determining the distance to the ground for aircraft however, there are completely different underlying problems, which are already constructively different Shows the choice of frequency ranges and the display or evaluation devices.

Bekannt ist auch eine nach dem Rückstrahlprinzip arbeitende Orientierungshilfe für Blinde, bei der die von einem Ultraschallgeber ausgestrahlten Ultraschallweilen nach Reflexion an einem in Strahlrichtung liegenden Objekt von einem getrennt vom Ultraschallgeber angeordneten Empfänger aufgefangen werden und durch einen Modulator unter einer voreingestellten Frequenz hörbar gemacht werden. Diese bekannte Anordnung kann nur die Feststellung von im Blickfeld liegenden Objekten ermöglichen, Aufschluß über die Entfernung der Objekte gibt sie nicht oder nur schlecht, da Entfernungsunterschiede nur durch unterschiedliche Lautstärken des im Hörbereich liegenden Anzeigesignals wiedergegeben werden. Eine Richtungsanzeige ist mit der bekannten Anordnung ausgeschlossen, es sei denn, die Antennen werden vom Benutzer entsprechend geschwenkt.Also known is an orientation aid for the blind that works according to the reflection principle, in which the Ultrasonic waves emitted by an ultrasonic transducer after reflection on one in the direction of the beam lying object caught by a receiver arranged separately from the ultrasonic transducer and made audible by a modulator below a preset frequency. This known arrangement can only enable the detection of objects in the field of view, It does not provide any information about the distance of the objects, or only poorly, because there are differences in distance only reproduced by the different volume levels of the display signal in the listening area will. A direction display is excluded with the known arrangement, unless the antennas are swiveled accordingly by the user.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein tragbares Gerät als Orientierungshilfe für Blinde zu schaffen, das neben der Feststellung der Existenz von im Gesichtsfeld vorhandenen Objekten Hinweise auf die Entfernung und die Art des Objekts sowie gegebenenfalls die Richtung des Objekts gibt. Diese Aufgabe wird bei einem Gerät der Tragbares Gerät als Orientierungshilfe für BlindeThe present invention is based on the object of a portable device as an orientation aid to create for the blind, in addition to establishing the existence of objects in the field of vision Notes on the distance and type of the object and, if applicable, the direction of the object gives. In the case of a device, the portable device is used as an orientation aid for the blind

Anmelder:Applicant:

National Research Development Corporation,National Research Development Corporation,

LondonLondon

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. K. BoehmertDr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. A. Boehmert, patent attorneys,

2800 Bremen, Feldstr. 242800 Bremen, Feldstr. 24

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Leslie Kay,Leslie Kay,

Rednal, Worcester (Großbritannien)Rednal, Worcester (Great Britain)

eingangs beschriebenen Axt dadurch gelöst, daß die ausgestrahlte Frequenz über einen Bereich geändert wird, in dem die höchste Frequenz wenigstens um die Hälfte höher liegt als die niedrigste Frequenz, und dessen Differenz mehrfach größer ist als die maximal auftretende Schwebungsfrequenz, und daß die durch die Echosignale erzeugten Schwebungsfrequenzen in an sich bekannter Weise durch einen Schallindikator hörbar gemacht werden.The ax described at the beginning is solved in that the emitted frequency is changed over a range in which the highest frequency is at least half higher than the lowest frequency, and its difference is several times greater than the maximum occurring beat frequency, and that the beat frequencies generated by the echo signals in a manner known per se by a Sound indicator can be made audible.

Um dem Benutzer eine genaue Differenzierung der einlaufenden Echosignale zu ermöglichen und möglichst immer im empfindlichsten Hörbereich zu bleiben, ist gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Empfangskanal ein Filter enthält, das nur Schwebungen unterhalb einer bestimmten Frequenz durchläßt, und daß der Bereich, über den die ausgestrahlte Frequenz geändert wird, um ein Mehrfaches größer ist als die obere Durchlaßfrequenz des Filters.To enable the user to accurately differentiate the incoming echo signals and, if possible Always staying in the most sensitive listening area is a practical further development the invention provides that the receiving channel contains a filter that only beats below a certain frequency and that the range over which the broadcast frequency is changed is, is several times greater than the upper pass frequency of the filter.

Zur präzisen Entfernungsbestimmung muß bei dem erfindungsgemäß gewählten Prinzip einer bestimmten Laufzeit des einlaufenden Echosignals im Normalfall eine bestimmte Anzeigefrequenz zugeordnet sein. Dies wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die periodische Frequenzänderung der ausgestrahlten Frequenz in an sich bekannter Weise nach einerFor the precise determination of the distance, in the principle chosen according to the invention, a certain The transit time of the incoming echo signal is normally assigned a specific display frequency be. This is achieved according to a further embodiment of the invention in that the periodic frequency change of the emitted frequency in a manner known per se after a

809 587/93809 587/93

Sägezahnkurve erfolgt und daß die Schwebungs- dulation aus den Echosignalen ergebenden Anzeigesignale aus Abschnitten bestehen, die nur wenig signale konstanter Frequenz gezeigt; kürzer sind als die Sägezahnperiode. Fig. 3 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 2Sawtooth curve takes place and that the beat modulation from the echo signals resulting display signals consist of sections showing only a few constant frequency signals; are shorter than the sawtooth period. FIG. 3 shows a representation similar to FIG. 2

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht die Echosignale von einem außerhalb einer Bezugsvor, daß die Empfangseinrichtung zwei Schallemp- 5 achse liegenden Gegenstand sowie die zugehörigen fänger enthält, die in einem bestimmten Abstand auf Anzeigesignale;Another embodiment of the invention provides the echo signals from an outside of a reference, that the receiving device has two Schallemp- 5 axis lying object and the associated contains catchers that respond to indicator signals at a certain distance;

den beiden Seiten der durch die Mitte des Gesichts- F i g. 4 ist eine perspektivische Darstellung undthe two sides of the through the middle of the face- F i g. 4 is a perspective view and FIG

feldes gehenden Bezugsachse liegen, und daß die zeigt eine Form eines am Kopf zu tragenden Gebeiden Empfänger mit je einem Empfangskanal ver- steiles, das Sender- und Empfangsantennen-Elemente bunden sind und die in diesen erzeugten Schwe- io und akustische Anzeigeelemente enthält; bungsfrequenzen je einem Schallindikator zugeführt Fig. 5 ist ein ausschnittweise vergrößerter Querwerden, die an dem rechten und Unken Ohr des schnitt, der Konstruktionseinzelheiten der Empfangs-Benutzers angeordnet sind. Eine solche Anordnung antennen zeigt;Field of reference axis going, and that shows a shape of a Gebeiden to be worn on the head Receiver with one receiving channel each, the transmitter and receiver antenna elements are bound and contains the sound and acoustic display elements generated in them; exercise frequencies each supplied to a sound indicator. those cut to the right and toe of the ear, the construction details of the reception user are arranged. Such an arrangement antennas shows;

ermöglicht die Feststellung der Richtung des ge- Fig. 6 ist ein Schaltschema eines geeigneten Fre-enables the direction of the Fig. 6 is a circuit diagram of a suitable fre-

orteten Objekts, und zwar dadurch, daß sich eine 15 quenzumwandlers für jeden der Empfangskanäle. Abweichung von der durch die Mittelsenkrechte auf Das in F i g. 1 dargestellte Gerät umfaßt einenlocated object, in that there is a 15 quenzumwandlers for each of the receiving channels. Deviation from that indicated by the center perpendicular to that shown in FIG. 1 shown includes a device

die Verbindungslinie der beiden Empfangsantennen Sendekanal, der mit 10 bezeichnet ist, und zwei durch unterschiedliche Frequenzen in den beiden Empfangskanäle, die mit 11 bezeichnet sind. Schallindikatoren bemerkbar macht. Werden die - -Der^: Sendekanal enthält einen Frequenzwobbelbeiden Frequenzen durch Drehung der Empfangs- 20 oszillator 12, dessen die Frequenzwobbelung durchantennen abgeglichen, so kann das geortete Objekt führendes Modulationssignal von einem Sägezahnauf der Bezugsachse ausgerichtet werden und da- generator 13 geliefert wird. Der Ausgang des Fredurch die Richtung festgelegt werden. quenzwobbeloszillators wird durch ein Tiefpaßfilterthe connecting line of the two receiving antennas transmission channel, which is denoted by 10, and two by different frequencies in the two receiving channels, which are denoted by 11. Makes sound indicators noticeable. If the - ^-The: transmitting channel includes a Frequenzwobbelbeiden frequencies by rotation of the receiving 20 oscillator 12, adjusted by antennas, the frequency sweep which, the located object can leading modulation signal are aligned by a Sägezahnauf the reference axis and DA supplied generator. 13 The exit of the FR can be determined by the direction. quenzwobbeloszillators is through a low pass filter

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der 14 zu einem Leistungsverstärker 15 und von dort zu Erfindung sind die Empfänger und die Schallindika- 35 einem Sender bzw. Ultraschallgeber 16 geleitet, toren an einem am Kopf des Benutzers zu tragenden Die Trägerfrequenz, bei welcher der Oszillator 12According to an expedient development of FIG. 14 to a power amplifier 15 and from there to In the invention, the receiver and the sound indicators are routed to a transmitter or ultrasound transmitter 16, The carrier frequency at which the oscillator 12

Gestell angebracht. Das Gestell kann erfindungs- arbeitet, ist im Ultraschallbereich; das elektrisch ergemäß Brillenform haben, bei der die Empfänger in zeugte Signal wird über dem Sendekanal zu dem den Augenrahmen angebracht sind, während der Sender 16 geleitet, wo es in Schallwellen (oberhalb Ultraschallgeber von einem Brückenglied zwischen 30 der hörbaren Frequenz) umgesetzt wird. Die Schallden Augenrahmen und die Schalündikatoren von den wellen werden in den Raum ausgestrahlt werden, der Seitenbügeln getragen werden. das Gesichtsfeld des Gerätes bildet und nachfolgendFrame attached. The frame can work according to the invention, is in the ultrasonic range; that electrically accordingly Have glasses shape, in which the receiver in witnessed signal is transmitted over the transmission channel to the the eye frames are attached, while the transmitter 16 is directed, where it is in sound waves (above Ultrasonic transducer from a bridge link between 30 of the audible frequency) is implemented. The Schallden Eye frames and the sound indicators from the waves will be broadcast into the room Side brackets are worn. forms the field of view of the device and subsequently

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Geräts gegen- noch näher beschrieben wird.The advantages of the device according to the invention will be described in more detail.

über der bekannten Anordnung, die ebenfalls als Jeder der Empfangskanäle 11 enthält einen Emp-above the known arrangement, which also contains a receiver as each of the receiving channels 11

Orientierungshilfe für Bünde zur Feststellung von im 35 fänger, der das reflektierte, empfangene Schallwellen-Gesichtsfeld vorhandenen Objekten dient, liegen vor signal in ein elektrisches Signal umwandelt, welches allem darin, daß nicht nur die Existenz von der- zu dem Vorverstärker 17 und von dort zu einem artigen Objekten feststellbar, sondern auch die Ent- Frequenzumwandler oder Modulator 19 geleitet wird, fernung und Richtung des Objekts erkennbar ge- Dem Frequenzumwandler oder Modulator 19 wirdOrientation aid for frets to determine the 35 catcher, which is the reflected, received sound wave field of view serves existing objects, the signal converts it into an electrical signal, which all in the fact that not only the existence of one to the preamplifier 17 and from there to one like objects detectable, but also the frequency converter or modulator 19 is routed, The distance and direction of the object can be detected. The frequency converter or modulator 19 becomes

macht werden und Hinweise auf die Art des Objekts 40 außerdem ein von dem Frequenzwobbeloszillator 12 gegeben werden können. Die Arbeitsweise des erfin- abgeleitetes Signal über die Leitung zugeleitet. Auf dungsgemäßen Geräts bei der Richtungsbestimmung Grund der Zeit, die das ausgesandte Signal braucht, eines im Gesichtsfeld des Benutzers liegenden Ob- um zu einem Gegenstand hin und wieder zurück zu jekts wurde bereits oben dargetan. Zur Feststellung gelangen, ergibt sich eine Frequenzdifferenz zwider Art des Objekts ist es Voraussetzung, daß die 45 sehen dem ankommenden Empfangssignal und dem ausgesandte Frequenz über einen bezüglich der bei vom Oszillator 12 direkt abgeleiteten Signal. Die verschiedenen Reflexionsgegenständen auftretenden Größe der Frequenzdifferenz ist von der Entfernung Echosignalunterschieden relativ weiten Bereich ge- des Gegenstandes abhängig.and indications of the type of object 40 are also provided by the frequency sweep oscillator 12 can be given. The mode of operation of the inven- tive-derived signal supplied via the line. on appropriate device when determining the direction Reason for the time that the transmitted signal needs, an obstruction lying in the field of vision of the user to an object and back again jects has already been shown above. To arrive at a determination, there is a frequency difference between the two Type of object it is a prerequisite that the 45 see the incoming signal received and the emitted frequency via a signal derived directly from the oscillator 12 with respect to the signal. the different reflection objects occurring size of the frequency difference depends on the distance Echo signal differences depend on a relatively wide range depending on the object.

ändert wird. Bei einer langen Dauer der Modula- Die Differenzfrequenz zwischen der ankommendenwill change. With a long duration of the modula- The difference frequency between the incoming

tiönsperiode ist der Betrag der in dem Schwebungs- 50 Trägerfrequenz und der des gesendeten Signals wird signal enthaltenden Informationen relativ groß, so von anderen Anteilen des vom Frequenzumwandler daß die auf Grund der unterschiedlichen Reflexions- 19 kommenden modulierten Signals durch ein Tiefeigenschaften der Objekte unterschiedlichen Fre- paßfilter21 getrennt, das in jedem der Kanäle einquenzkomponenten des Schwebungssignals relativ gebaut ist und nur Signalanteile der Differenzfreleicht erkannt werden können. 55 quenz durchläßt.Tone period is the amount of the carrier frequency in the beat and that of the transmitted signal signal containing information relatively large, so from other parts of the frequency converter that the modulated signal coming due to the different reflection 19 has a depth characteristic of the objects different pass-pass filters21 separated, the sequence components in each of the channels of the beat signal is relatively built and only signal components of the difference are light can be recognized. 55 passes through.

Das erfindungsgemäße Gerät arbeitet kontinuier- Jeder Empfangskanal enthält einen Bereichsaus-The device according to the invention works continuously. Each receiving channel contains a range out-

lich und gibt einen relativ guten akustischen Ersatz gleich 22, der dazu dient, das gefilterte Schwebungs-and gives a relatively good acoustic substitute equal to 22, which serves to replace the filtered beat

für visuelle Wahrnehmungen jeder Art. signal mit zunehmender Frequenz zu verstärken,for visual perception of all kinds. to amplify the signal with increasing frequency,

Im folgenden soll die Erfindung beispielsweise an um so die unterschiedliche Dämpfung zu kompen-In the following, the invention is intended, for example, to compensate for the different attenuation.

Hand der Zeichnung näher erläutert werden. 60 sieren, die mit der Länge des Hin- und RückwegesHand of the drawing will be explained in more detail. 60 size, with the length of the way there and back

Fig.l zeigt ein Blockschaltbild eines Gerätes, der Schallwellen, d.h. nut der Entfernung des Re-Fig.l shows a block diagram of a device, the sound waves, i.e. only the distance of the re-

welches als Orientierungshilfe für blinde Personen flexionsgegenstandes größer wird.which, as an orientation aid for blind people, is becoming an object of flexion.

geeignet ist; Die Ausgänge des Bereichsausgleichs werdensuitable is; The range adjustment outputs will be

Fig. 2 ist in einer graphischen Darstellung die durch Hörverstärker 23 zu Schallwiedergabeeinrich-Fig. 2 is a graphical representation of the audio amplifier 23 to sound reproduction device

Änderung der Frequenz des Sendesignals über der 65 tungen, wie den Kopfhörerteilen 24, geleitet.Change in the frequency of the transmission signal over the 65 lines, such as the headphone parts 24, passed.

Zeit aufgetragen; es sind ferner die zeitliche Be- Die allgemeine Betriebsweise des Gerätes soll anTime plotted; there are also the temporal requirements. The general operation of the device should be

ziehung des Sendesignals zu zwei verschiedenen Hand von Fig. 2 erläutert werden. In Fig. 2 wird Echosignalen und schließlich die sich nach der Mo- das ausgesandte Signal durch die ausgezogenedrawing of the transmission signal to two different hands of Fig. 2 will be explained. In Fig. 2 Echo signals and finally the signal sent out after the mo- the transmitted by the

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Linie T dargestellt. Die Frequenz / des Signals ist als z. B., das auf der linken Seite des Gesichtsfeldes geOrdinate gegen die Zeit t aufgetragen. Das ausge- legen ist, gegenüber einem auf der rechten Seite liesandte Signal hat im wesentlichen die Form einer genden, kann durch den Benutzer wahrgenommen Sägezahnkurve. werden, obwohl die Zeitzwischenräume bei dem ge-Line T shown. The frequency / signal is given as e.g. B., the geOrdinate on the left side of the field of view plotted against time t . This is designed opposite a signal left on the right-hand side and essentially has the shape of a sawtooth curve that can be perceived by the user. even though the time intervals at the

Durch die Kurve R_max, die als langgestrichelte 5 ringen seitlichen Abstand der Umsetzerelemente verLinie gezeigt ist, wird ein Signal dargestellt, das von hältnismäßig kurz sind. Wenn aber diese ZeitdiSeeinem im äußersten Ortungsbereich liegenden Gegen- renz in eine Frequenzdifferenz umgewandelt wird, die stand empfangen wird, während das Signal, das von in Form unterschiedlicher Signale hörbar gemacht einem in mittlerer Entfernung liegenden Gegenstand und bei einer bestimmten Reichweite und Richtung empfangen wird, durch die Kurve R_mii kurzstrich- io des Gegenstandes konstant gehalten wird und zu dem liert dargestellt wird. linken und rechten Ohr des Benutzers gelangt, dannThe curve R _max , which is shown as a long-dashed 5 ring lateral distance between the converter elements verLinie, a signal is shown that are relatively short. But if this time difference from a counter-reference lying in the outermost location area is converted into a frequency difference that is received while the signal, made audible in the form of different signals, is received by an object located in the middle distance and at a certain range and direction, is kept constant by the curve R _mi i short stroke io of the object and is displayed on the liert. left and right ears of the user, then

Der Wert der Ordinate zwischen den Kurven T kann dieses Verhältnis leicht erkannt und die Emp-The value of the ordinate between the curves T can easily recognize this relationship and the reception

und R_max stellt die größte Frequenzdifferenz dar. fangsanordnung durch den Benutzer so gedreht wer-and R _max represents the greatest frequency difference.

In dem unteren Teil der F i g. 2 sind zwei Kurven den, daß der Frequenzunterschied an den beidenIn the lower part of FIG. 2 are two curves denoting that the frequency difference between the two

des Anzeigesignals, d. h. des Signals, das aus den 15 Ohren Null ist, der Reflexionsgegenstand also geradethe display signal, d. H. of the signal that is zero from the 15 ears, i.e. the object of reflection is straight

Hörern 24 kommt, zu sehen, wobei die Frequenz als vor dem Benutzer liegt.Listener 24 comes to see the frequency as being in front of the user.

Ordinate gegen die Zeit t aufgetragen ist. Die Das Frequenzverhältnis der Signale, die zunächstOrdinate is plotted against time t . The The frequency ratio of the signals initially

Kurve S_max stellt das Signal dar, das von einem in den beiden Empfangskanälen von den Empfän-Curve S _max represents the signal that is transmitted by one of the two receiving channels from the receivers

äußerst weit entfernten Gegenstand hervorgerufen gern 17 aufgenommen werden und später (bei einerextremely distant object like to be recorded 17 and later (at a

wird, d. h., sie entspricht der Kurve R_max, während ao vorgegebenen Reichweite und Richtung) zu einerbecomes, that is, it corresponds to the curve R _max , while ao predetermined range and direction) to a

die Kurve S_mei der Kurve R_med im oberen Teil der konstanten Frequenz in jedem Kanal umgeformtthe curve S _mei reshaped the curve R _med in the upper part of the constant frequency in each channel

F i g. 2 entspricht. werden, sind in F i g. 3 dargestellt. Die mit demF i g. 2 corresponds. are shown in FIG. 3 shown. The one with the

In beiden Fällen sind die Signale S_max und S_med rechten und dem linken Empfänger aufgenommenenIn both cases, the signals S _max and S _{med are recorded on the} right and the left receiver

relativ lange andauernde Impulse konstanter Fre- Signale sind in dem oberen Teil der F i g. 3 als R^ relatively long lasting pulses of constant Fre signals are in the upper part of FIG. 3 as R ^

quenz (deren Wert von der Entfernung abhängt), die 25 und R_L bezeichnet. Im hier gezeigten Fall liegt derfrequency (the value of which depends on the distance), which denotes 25 and R _L. In the case shown here, the

voneinander durch Pausen P_max und P_med getrennt Gegenstand links von der Bezugsachse, die dieseparated from each other by pauses P _max and P _{med to the} left of the reference axis, which is the object

sind. Diese Signale entstehen dadurch, daß im Modu- Mittelsenkrechte zur Verbindungslinie der beidenare. These signals arise from the fact that in the modul line perpendicular to the line connecting the two

lator die Echosignale mit den ausgestrahlten Echo- Umsetzer 17 sein soll.lator the echo signals with the emitted echo converter 17 should be.

Signalen derart moduliert werden, daß ein Schwe- Die abgeleiteten impulsförmigen Schwebungs-Signals are modulated in such a way that the derived pulse-shaped beat-

bungssignal mit der Differenzfrequenz entsteht. Das 30 signale sind in dem unteren Teil der F i g. 3 gezeigt,Exercise signal with the difference frequency arises. The signals are in the lower part of FIG. 3 shown

dadurch gebildete Markierungssignal erscheint in Es ist klar, daß die Signale R_L und R_R in allen FällenThe marking signal formed thereby appears in It is clear that the signals R _L and R _R in all cases

dem Kopfhörer als Schlag oder Schlagen. getrennt und verschieden sind, wenn an denen diethe headphones as a blow or beating. are separate and different when the

Die Schätzung der Entfernung durch den Benutzer empfangenen Echosignale reflektiert werden, dieThe estimate of the distance echo signals received by the user are reflected back to the

des Gerätes wird durch Erkennen der Frequenz des außerhalb der Bezugsachse liegen.the device will be outside of the reference axis by detecting the frequency of the.

Signals S erreicht. Eine zweite Indikation ergibt sich 35 Der Benutzer wird imstande sein,Signal S reached. A second indication arises 35 The user will be able to

aus der Dauer der Pause oder des Impulses des 1. einen Frequenzunterschied zwischen diesen bei-from the duration of the pause or the impulse of the 1st a frequency difference between these two

Markierungssignals S. den Signalen,Marking signal S. the signals,

Reflexionen von Gegenständen in verschiedenen 2. einen unterschiedlichen Beginn der Impulse des Entfernungen, die gleichzeitig empfangen werden, Signals S_med in den beiden Kanälen und
geben einen zusammengesetzten Ton, der eine An- 40 3. möglicherweise auch eine infolge einer Richtzahl von Frequenzkomponenten hat, die der Zahl wirkung der Empfangsantennen vorhandene der reflektierenden Gegenstände entspricht. Amplitudendifferenz festzustellen.Reflections from objects in different 2. a different beginning of the impulses of the distances that are received simultaneously, signal S _med in the two channels and
give a composite tone that has an appearance of the reflective objects that are present as a result of a guideline number of frequency components which corresponds to the number effect of the receiving antennas. Determine the amplitude difference.

Der Benutzer wird nach entsprechender Übung In F i g. 4 ist als Ausführungsbeispiel einer Eindas Vorhandensein von Gegenständen in verschie- richtung zur Befestigung der Antennenelemente und denen Entfernungen erkennen können und wird im- 45 Kopfhörer ein am Kopf zu tragendes Gestell in stände sein, eine ungefähre Schätzung der Entfernung Brillenform gezeigt, welches die Halteeinrichtung für der verschiedenen Gegenstände auf seinem Weg vor- die verschiedenen Antennenelemente und die Kopfzunehmen, hörer enthält. Die letzteren sind knochenleitendeAfter appropriate exercise, the user will be shown in FIG. 4 is an exemplary embodiment of a single Presence of objects in different directions for fastening the antenna elements and who can recognize distances and is in a frame to be worn on the head An approximate estimate of the distance eyeglass shape that the holding device is shown for the various objects on its way in front of the various antenna elements and the head, receiver contains. The latter are osteoconductive

Die hier beschriebene Einrichtung braucht zur Be- Schallwiedergabeeinrichtungen 26 von der Art, wieThe device described here needs sound reproduction devices 26 of the type such as

Stimmung der Richtung des reflektierenden Gegen- 50 sie bei den normalen Schwerhörigengeräten verwen-Mood of the direction of the reflective object - use it with normal hearing aids

standes nur zwei Empfangskanäle. Die Empfangs- det werden und in den Seitenteilen oder Armen 25there was only two reception channels. The received are and in the side parts or arms 25

elemente weisen, obgleich sie eine gewisse Rieht- enthalten sein können.elements, although they can be contained to a certain extent.

wirkung haben, eine verhältnismäßig breite horizon- Innerhalb des Rahmens für die Augengläser 27 der tale und vertikale Keulencharakteristik auf, so daß Brille können die Empfangsantennenelemente 17 besieh für den praktischen Gebrauch das Gesichtsfeld 55 festigt sein, und das Brückenstück 28 kann einen des Gerätes ohne wesentliche Einschränkung über Hohlraum enthalten, in welchem die Sendeantenne einen Raumwinkelbereich erstreckt, der von den bzw. der Ultraschallgeber 16 befestigt ist.
Empfangsantennen nach vorn nahezu 180° in jeder Die erforderlichen Drahtverbindungen können in Ebene beträgt. die Arme 25 und in das aus Rahmen 27 und dasHave effect, a relatively wide horizon- Within the frame for the eyeglasses 27 of the valley and vertical lobe characteristics, so that glasses can be the receiving antenna elements 17 besieh for practical use, the field of view 55 be strengthened, and the bridge piece 28 can be one of the device without essential Contain restriction about cavity in which the transmitting antenna extends a solid angle region which is attached by the ultrasonic transducer (s) 16.
Receiving antennas forwards almost 180 ° in each The required wire connections can be in plane amounts. the arms 25 and in the frame 27 and the

Die Kenntnis der Richtung wird dadurch erhalten, 60 Brückenteil 28 bestehende Gestell eingelassen seinThe knowledge of the direction is obtained in that 60 bridge part 28 are embedded in the existing frame

daß man von den dem menschlichen Hörnerven- und über Anschlüsse 29 zu Schaltelementen führen,that one leads from the human auditory nerve and via connections 29 to switching elements,

system innewohnenden Eigenschaften Gebrauch die bequemerweise nicht an dem Kopfteil getragensystem inherent properties use which are conveniently not worn on the headboard

macht, welches ohne Schwierigkeiten imstande ist, oder an ihm befestigt werden.makes, which is able without difficulty, or be attached to it.

zwischen verschiedenen Tönen oder Frequenzen zu Die Teile 27, 28 können, falls erforderlich, Hohlunterscheiden, die zum Unken bzw. rechten Ohr ge- 65 räume in der Umgebung der Stelle 30 enthalten, in langen. welchen die Transistoren angeordnet sind.between different tones or frequencies to The parts 27, 28 can, if necessary, distinguish hollow, which contain spaces to the toe or right ear in the vicinity of the point 30, in long. which the transistors are arranged.

Die Zeitverzögerung zwischen der Ankunft eines Die Sende- und Empfangselemente 16 und 17 kön-The time delay between the arrival of a The transmitting and receiving elements 16 and 17 can

Signals in einem der Empfangsantennenelemente 17 nen von einem bekannten kapazitiven Typ sein,Signal in one of the receiving antenna elements 17 can be of a known capacitive type,

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dessen Konstfuktionseinzellieiten "ausschnittsweise in In dem besonderen nun beschriebenen Beispielits construction details "excerpts in In the particular example now described

Fig, 5 dargestellt sind. Ein Element 16 bzw. 17 liegt der Frequenzbereich des zu dem Kopfhörer 24 kann aus einem Block 31 mit relativ hochisolieren- geleiteten Signals zwischen 100 und 4000 Hz.
dem Material bestehen, der mit spiralförmigen oder Es ist aus F i g. 2 ersichtlich, daß der senkrechteFig, 5 are shown. An element 16 or 17 is the frequency range of the signal sent to the headphones 24 from a block 31 with a relatively highly isolating signal between 100 and 4000 Hz.
consist of the material with spiral-shaped or It is made of F i g. 2 it can be seen that the vertical

konzentrischen Rinnen 32 versehen ist, welche nor- 5 Abstand zwischen den Kurven T und R_max von der malerweise 0,1 mm tief sind. Außerhalb der Rinnen Steigung der Anstiegsflanke dieser Kurven, also von ist die Frontseite des Blockes 31 mit einer Metall- der Wobbeigeschwindigkeit des Oszillators 12 abschicht 33, z. B. aus Aluminium, beschichtet. Die hängig ist.concentric grooves 32 are provided, which are normal 5 distance between the curves T and R _max of the typically 0.1 mm deep. Outside the grooves slope of the rising flank of these curves, that is to say from the front side of the block 31 with a metal Wobbeigesch SPEED of the oscillator 12 layer 33, z. B. made of aluminum, coated. Which is pending.

konzentrischen Metallringe sind miteinander ver- Infolgedessen kann nach Bestimmung der oberenconcentric metal rings are connected to each other. As a result, after determining the upper

bunden. io Grenze der Frequenz des Anzeigesignals im Kopf-bound. io limit of the frequency of the display signal in the head

Das Vorderteil des Blockes 31 bedeckt eine Schicht hörer 24 die Wobbeifrequenz festgelegt werden, und 34 aus isolierendem Material, die normalerweise eine die Wahl der mittleren Trägerfrequenz für den Fre-Dieke von 50 bis 100 Mikron hat und deren Außen- quenzwobbeloszillator 12 richtet sich nach der Beseite mit einer Metallschicht 35, z. B. aus Aluminium, Stimmung des Gerätes für eine maximale Reichweite, bedeckt ist, 15 welche bei gegebener Leistung bei verschiedenenThe front part of the block 31 covers a layer of listeners 24, the wobble frequency can be set, and 34 made of insulating material, which is usually one of the medium carrier frequency choices for the fre-dieke from 50 to 100 microns and its external quenzwobbeloszillator 12 depends on the side with a metal layer 35, e.g. B. made of aluminum, tuning of the device for a maximum range, is covered, 15 which for a given power at different

Die elektrischen Verbindungen zu den Platten 33 Trägerfrequenzen erreicht werden kann, und der und 35 werden entweder mittels eines Klemmringes Dauer der Wobbeiperiode, d. h. der Länge der Im-36 hergestellt, der einen metallisierten Falz 37 auf- pulse des Signals S_med, welches in den Kopfhörern erweist, welche die Metallschicht 35 umgibt, oder die scheinen soll.The electrical connections to the plates 33 carrier frequencies can be achieved, and the and 35 are made either by means of a clamping ring duration of the wobble period, ie the length of the Im-36, which pulsates a metallized fold 37 of the signal S _med , which in the Headphones reveals which the metal layer 35 surrounds, or which should shine.

Metallisierung wird entlang der Seitenteile des 20 Es ist wünschenswert, daß die Signallänge groß Blockes 31 fortgesetzt, wo der Kontakt mit den ein- gegenüber der Pause des Signals S_med ist. Dies vergeschmolzenen oder eingebetteten Leitungen herge- meidet ein Durcheinander zwischen der Frequenz des stellt werden kann. »Tones«, der während des Impulses oder währendMetallization is carried out along the side portions of the 20 It is desirable that the signal length large block 31 continues where contact with the one is opposite the pause of the signal S _med . This fused or embedded wires can avoid a confusion between the frequency of the poses. "Tones" during the impulse or during

Anstatt die Umsetzereinrichtungen und Hörhilfen der Dauer des Signals S_med zu hören ist, und der in ein einziges am Kopf zu tragendes Gestell einzu- 25 Grundfrequenz, die der Rechteckform des Signals bauen, kann man jede Gruppe dieser Einrichtungen S_med selbst entspricht und die Impulse und die Paueinzeln befestigen, indem man ein passendes Befesti- sen umfaßt.Instead of the converter devices and hearing aids for the duration of the signal S _med can be heard, and the basic frequency built into a single frame to be worn on the head, which builds the rectangular shape of the signal, each group of these devices S _med itself can correspond and the impulses and attach the timpani individually by including an appropriate fastener.

gungsmittel vorsieht, damit es am Kopf oder an In dem nun beschriebenen Fall beträgt die mittlerein the case now described, the mean is

einem passenden Teil des Körpers getragen werden Trägerfrequenz 5OkHz und der Frequenz gut 20 kHz, kann. Zum Beispiel können die Empfänger und Sen- 30 so daß die Oszillatorfrequenz mit der Zeit in einem der in einem Kleidungsstück enthalten sein, das man Frequenzbereich von 40 bis 60 kHz variiert,
wie eine Kappe oder einen Hut auf dem Kopf trägt. Um eine größere Trennschärfe zu erzielen, kannA suitable part of the body can be worn with a carrier frequency of 50 kHz and a frequency of around 20 kHz. For example, the receivers and transmitters 30 so that the oscillator frequency over time can be contained in one of the frequency ranges from 40 to 60 kHz in an item of clothing,
like wearing a cap or hat on your head. To achieve greater selectivity,

Die Empfangs- oder Sendeumsetzer können auch die Wobbeifrequenz erhöht werden, was sich bei an oder in einem am Körper getragenen Kleidungs- gleichem Anzeigefrequenzband erreichen läßt, wobei stück, wie einer Jacke oder einem Gürtel, befestigt 35 das Gerät jedoch bei geringerer maximaler Reichsein., weite arbeitet. Es würde z.B. möglich sein, eine Die Hörhilfen können individuell an oder in dem Schalteinrichtung vorzunehmen, mit der unterschied-Ohr des Benutzers angebracht werden, indem Teile liehe Werte eines Serienwiderstands im Kondensatorfür die Hörhilfen vorgesehen werden, die in oder an Ladekreis des Sägezahngenerators eingeschaltet werdas Ohr in der von den Hörhilfen bekannten Weise 40 den können, so daß der Benutzer imstande ist, nach passen. Beheben das Gerät für eine kürzere Reichweite beiThe receive or transmit converter can also increase the wobble frequency, which is the case with can be achieved on or in a clothing-like display frequency band worn on the body, wherein piece, such as a jacket or a belt, the device attaches 35 but with less maximum reach. wide works. For example, it would be possible to make a hearing aid individually on or in the switching device, with the difference-ear of the user by taking parts of a series resistance in the capacitor for the hearing aids are provided, which are switched on in or on the loading circuit of the sawtooth generator Ear in the manner known from hearing aids 40 den, so that the user is able to fit. Fix the device for a shorter range at

Im folgenden soll auf die in Fig. 1 schematisch größerer Trennschärfe umzuschalten,
dargestellten Bauelemente genauer eingegangen Die maximale Reichweite hängt entweder von derIn the following, it is intended to switch to the greater selectivity, which is schematically shown in FIG. 1,
The components shown in more detail. The maximum range depends either on the

Werden. Schwächung der ausgestrahlten Wellenenergie aufWill. Attenuation of the emitted wave energy

Der Frequenzwobbeloszillator 12 weist einen mit 45 dem Weg zum Gegenstand hin und zurück bestimmt zwei Transistoren bestückten Multivibrator bekannter oder davon ab, daß die in den Empfangskanälen er-Art auf. Der Sägezahngenerator 13 liefert das säge- zeugte Differenzfrequenz oberhalb der Hörgrenze zahnförmige Eingangssignal über Koppelwiderstände Hegt. Der erste Fall gibt bei einer gegebenen Leistung an die Basiselektroden der Transistoren. Die Werte und einem gegebenen Antennensystem die absolut der Koppelkondensätoren des Multivibrators und der 5° maximale Reichweite an, während der letztere Fall Widerstände bestimmen die mittlere Ausgangsfre- die größte Reichweite bei einer gegebenen Trennquenz des Wobbiers; das Ausmaß der Wobbelung schärfe, d.h. Frequenzdifferenz pro Entfernungsein- und die Wobbeifrequenz werden durch die Ampli- heit der auseinanderzuhaltenden Gegenstände dartude und die Anzahl der Wechsel des Sägezahnein- stellt. So wird verbesserte Trennschärfe die maximale gangspotentials bestimmt. 55 Reichweite verringern und umgekehrt.The frequency sweep oscillator 12 has a 45 determined path to the object and back two transistors equipped multivibrator known or from the fact that in the receiving channels he-type on. The sawtooth generator 13 supplies the saw-generated difference frequency above the audible limit Tooth-shaped input signal via coupling resistors. The first case is given a given achievement to the base electrodes of the transistors. The values and a given antenna system are absolute the coupling capacitors of the multivibrator and the 5 ° maximum range, while the latter case Resistances determine the mean output frequency - the greatest range for a given separation frequency of the wobbler; the extent of the wobble sharpness, i.e. frequency difference per distance and the wobble frequency are dartude due to the amplitude of the objects to be held apart and the number of sawtooth changes. So improved selectivity becomes the maximum gear potential determined. 55 Reduce the range and vice versa.

Der Ausgang von dem Multivibrator TR₂ ist etwa Der in Fig. 6 gezeigte Frequenzumwandler weistThe output from the multivibrator TR ₂ is approximately the frequency converter shown in FIG

rechteckförmig. Die Harmonischen der Grundfre- einen Gleichrichter-Nebenschluß-Modulator mit quenz werden durch das Tiefpaßfilter 14 gedämpft. einem Transistor auf, dessen Basis das Sendesignalrectangular. The harmonics of the fundamental frequency with a rectifier shunt modulator quenz are attenuated by the low-pass filter 14. a transistor, the base of which is the transmission signal

Vom Filter 14 wird das Signal zu dem Eingang über die Leitung 20 geleitet wird und dessen Kollek-From the filter 14 the signal is passed to the input via the line 20 and its collector

eines Leistungsverstärkerkreises 15 geleitet, der das ⁶° tor-Emitter-Kreis die Germanium-Gleichrichter Wl a power amplifier circuit 15, the ⁶ ° gate emitter circuit, the germanium rectifier Wl

Signal verstärkt an den Ultraschallgeber 16 gibt. und Wl enthält, die mit einem Ausgangswider-The signal is amplified to the ultrasonic transducer 16. and Wl , which with an output resistance

Obwohl man in bezug auf die Wahl der Frequenz- stand R₅ verbunden sind, auf den auch das von demAlthough one is connected with regard to the choice of the frequency level R ₅ , to that of the

wobbelung einen beachtlichen Spielraum hat, liegt Vorverstärker 18 kommende Echosignal gelegt wird.wobble has a considerable margin, preamplifier 18 is placed the incoming echo signal.

vorzugsweise der Frequenzbereich des Anzeige- Der Widerstandswert von R₅ sollte viel höher sein signals, d. h. des Signals, das zu dem Kopfhörer 24 65 als der des Widerstands R_ß. preferably the frequency range of the display The resistance of R ₅ should be much higher signal, ie the signal going to the headphones 24 65 than that of the resistor R _ß .

geleitet wird, innerhalb des empfindlichsten Hör- Die Arbeitsweise dieses Schaltungstyps ist mitThe mode of operation of this type of circuit is with

bereiches, in dem das Ohr sehr schnell und genau Elektronenröhren bekannt, es wird z.B. auf die Frequenzunterschiede wahrnimmt. Veröffentlichung »Rectifier Modulators« vonarea in which the ear is known to electron tubes very quickly and precisely, e.g. on the Perceives frequency differences. Publication of »Rectifier Modulators« by

D. C. Tuch er, erschienen bei McDonalt & Co. Ltd., London, Bezug genommen.D. C. Tuch er, published by McDonalt & Co. Ltd., London, referred to.

Der Bereichsausgleich 22 kann aus einer Transistorverstärkerstufe bestehen, in der ein Transistor an den Ausgang des Tiefpaßfilters 21 angekoppelt ist. Der Kopplungskreis filtert die niedrigen Frequenzen unterhalb von 100 Hz aus.The range compensation 22 can consist of a transistor amplifier stage in which a transistor is coupled to the output of the low-pass filter 21. The coupling circuit filters the low frequencies below 100 Hz.

Der Kollektorkreis des Transistors ist mit einem zweiten Transistor über einen abgestimmten Parallel-Resonanzkreis verbunden, der so ausgelegt ist, daß seine Resonanzfrequenz in der Gegend von 4 kHz liegt, und der ein Q in der Gegend von 2 bis 6 hat, das von der Reichweite abhängt, für die das Gerät eingerichtet ist. Der abgestimmte Kreis bildet einen Teil der widerstandskapazitiven Kopplung zwischen den beiden Transistoren. Die Stromstärke im Basiskreis des zweiten Transistors hängt von der Frequenz des Signals ab, die von der Entfernung des georteten Gegenstandes abhängt. Die Schaltung ist so gewählt, daß Änderungen des Basisstroms infolge von Frequenzänderungen verringert werden, was ohne den Resonanzkreis nicht der Fall wäre.The collector circuit of the transistor is connected to a second transistor via a tuned parallel resonant circuit which is designed so that its resonant frequency is in the region of 4 kHz and which has a Q in the region of 2 to 6 which is of range for which the device is set up. The matched circuit forms part of the resistive capacitance coupling between the two transistors. The current strength in the base circuit of the second transistor depends on the frequency of the signal, which depends on the distance of the located object. The circuit is chosen so that changes in the base current due to frequency changes are reduced, which would not be the case without the resonant circuit.

Der zweite Transistor versorgt einen weiteren Transistorverstärkerkreis, der den Hörverstärker 23 bildet. Der Hörverstärker ist mit dem zugehörigen Kopfhörer 24 verbunden.The second transistor supplies a further transistor amplifier circuit, which the hearing amplifier 23 forms. The hearing amplifier is connected to the associated headphones 24.

Das Tiefpaßfilter 14 hat im vorliegenden Fall eine Grenzfrequenz von 60 kHz und die Filter 21 eine Grenzfrequenz von 4 kHz.In the present case, the low-pass filter 14 has a cut-off frequency of 60 kHz and the filter 21 has one Cutoff frequency of 4 kHz.

Claims

Patent claims:

1. Portable device as an orientation aid for the blind to determine what is in the field of vision Objects according to the echo method using an ultrasound transducer whose emitted Frequency is changed periodically over a certain range, and a receiver for picking up the echo signals that are fed to a receiving channel with a modulator by modulating them with the frequency of the emitted ultrasonic energy, so that a beat signal arises with the different frequency, the height of which depends on the distance of the object, characterized in that the transmitted frequency is changed over a range in which the highest frequency is at least half higher than the lowest frequency, and that The difference is several times greater than the maximum occurring beat frequency, and that the through beat frequencies generated by the echo signals in a manner known per se a sound indicator (24) can be made audible.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the receiving channel has a filter (21) contains, which only lets through beats below a certain frequency, and that the Range over which the broadcast frequency is changed is several times greater than that upper pass frequency of the filter.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the periodic frequency change of the emitted frequency takes place in a manner known per se according to a sawtooth curve, and that the beat signals (S _med ) consist of sections which are only slightly shorter than the sawtooth period.

4. Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the receiving device contains two sound receivers (17) placed at a certain distance on the two sides of the through the center of the field of view going reference axis, and that the two receivers each with a receiving channel (18,19, 21, 22, 23) are connected and the beat frequencies generated in these are each one Sound indicator (24) placed on the right and left ears of the user are.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the receiver (17) and the sound indicators (24) are attached to a frame to be worn on the head of the user.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the device has a spectacle shape, at the receivers (17) are mounted in the eye frame (27), while the ultrasound transmitter (16) of a bridge member (28) between the eye frame and the sound indicators (24) of the side brackets (25) are worn.

Considered publications:

German patent specifications No. 901552, 911223, 985;

German Auslegeschrift No. 1082 945;

Swiss Patent No. 244 084;

U.S. Patent No. 2,496,639;

Aviation Research, Vol. 16, June 1939, pp. 326 to 338.

For this purpose 2 sheets of drawings