DE19505402A1 - Blindenstock - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Blindenstock.

Die übliche Ausführungsform einen Blindenstocks ist bekannt und weit verbreitet. Ein meist weiß angestrichener Stab aus möglichst leichtem Material, wie bspw. Aluminium mit einem Griffteil und einer Spitze erleichtert einem blinden Menschen die Orientierung in seiner unmittelbaren Umgebung, indem der Stock als verlängerter Arm zum Abtasten vor allem von Bodenunebenheiten dient. Der Blinde führt den Stock unmittelbar vor sich in bogenförmigen Schwenkbewegungen mit der Spitze kurz oberhalb des Bodens und wird somit durch die mechanische Berührung des Stockes mit einer Fläche auf eine Unebenheit oder Kante aufmerksam gemacht.

Dieses Verfahren ist sehr einfach. Die Möglichkeiten mit einem Blindenstock Strukturen im Raum zu erfassen, sind jedoch auf die Linie, auf der der Stock geführt wird, begrenzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, über den mechanisch berührbaren Bereich hinaus, mit dem Stock Informationen über Strukturen im Raum zu erhalten.

Diese Aufgabe wird mit einen Blindenstock gelöst, der mindestens einen Sender aufweist, der Signale aussendet, mindestens einen Empfänger der Signale empfängt, mindestens einen Rechner, der die ausgesendeten mit den empfangenen Signalen vergleicht und der Differenz mindestens ein Vergleichssignal zuordnet und mindestens einem Lautsprecher, der dieses Vergleichssignal als akustisches Signal abgibt.

Die Kombination von Sender, Empfänger, Rechner und Lautsprecher ermöglicht es, aus Unterschieden zwischen ausgesendeten und empfangenen Signalen ein Vergleichssignal zu errechnen, das als akustisches Signal abgegeben wird, um den Blinden eine Information über den den Stab umgebenden Raum zukommen zu lassen. Alle Einzelteile sind so klein ausführbar, daß sie innerhalb des Stockes oder dessen Griffteil leicht unterzubringen sind. Der Lautsprecher kann ebenfalls direkt in den Stock integriert sein oder als Ohr- bzw. Kopfhörer sich direkt am Ohr des Blinden befinden. Durch das Aussenden verschiedenartigster Signale und den Vergleich von unterschiedlichsten Qualitäten der gesendeten mit den empfangenen Signalen können verschiedene Informationen über die Umgebung des Stockes ermittelt und durch unterschiedliche akustische Signale dem Blinden mitgeteilt werden.

Der Vorteil der Erfindung liegt somit darin, daß mit dem erfindungsgemäßen Blindenstock eine Vielzahl an Informationen aus der Umgebung des Stockes erfaßt werden können, die dem Blinden in Form von akustischen Signalen mitgeteilt werden. Der Einsatzbereich des bekannten Blindenstocks wird daher über die mechanische Abtastung bestimmter Strukturen im Raum stark erweitert, ohne daß auf die ursprüngliche Funktion des klassischen Blindenstocks verzichtet werden muß.

Bspw. können die ausgesendeten und die empfangenen Signale Ultraschallsignale sein und der Rechner kann die Intensität und/oder Qualität der ausgesendeten Signale mit der Intensität und/oder Qualität der empfangenen Signale vergleichen und der Intensitäts- und/oder Qualitätsdifferenz ein erstes Vergleichssignal zuordnen. Aus der Intensität und Qualität von reflektierten Ultraschallsignalen lassen sich Rückschlüsse auf das Material der das Signal reflektierenden Wand ziehen. Somit bekommt der Blinde beim mechanischen Abtasten einer Struktur nicht nur die Information über die räumlichen Abmessungen sondern zusätzlich einen Hinweis auf die Art des Materials. Auf diese Art und Weise sind bspw. Metall und bspw. Beton oder Asphaltflächen leicht zu unterscheiden und auch häufig auftauchenden Materialien wie Holz oder Erde können spezielle Vergleichssignale zugeordnet werden, die der Blinde leicht erlernen kann.

Das erste Vergleichssignal, das die Intensitäts- oder Qualitätsdifferenz zwischen ausgesendeten und empfangenen Ultraschallsignal angibt kann der Lautsprecher vorteilhafterweise als Signal mit einer entsprechenden Tonhöhe und/oder Klangfarbe abgeben. Gerade die Klangfarbe eignet sich besonders gut dem Blinden eine Information über ein spezielles Material mitzuteilen.

Auch die Entfernung zwischen einer räumlichen Struktur und dem Stock kann dem Blinden mitgeteilt werden, bevor der Blinde mit der Spitze des Stockes an diese Struktur anstößt. Dazu werden ebenfalls Ultraschallsignale ausgesendet und empfangen und der Rechner vergleicht die Zeitpunkte der ausgesendeten Signale mit den Zeitpunkten der empfangenen Signale und ordnet der Zeitdifferenz ein zweites Vergleichssignal zu. Da die Zeitdifferenz zwischen ausgesendetem und empfangenen Signal proportional der Entfernung ist, gibt das zweite Vergleichssignal dem Blinden eine Information darüber, wieweit die festgestellte Struktur vom Sender entfernt ist. Der Blinde ist gewohnt auf Strukturen zuerst mit der Stockspitze zu stoßen und es ist daher angebracht, den Sender und den Empfänger für das Ultraschallsignal im Bereich der Stockspitze unterzubringen, um den Blinden die Entfernung zwischen den festgestellten Struktur und der Stockspitze mitzuteilen.

Um so näher der Blinde mit den Stock an eine bestimmte Struktur gelangt, um so interessanter ist für ihn die Information über dessen Struktur. Es ist daher angebracht, daß zweite Vergleichssignal, das mit der Entfernung koroliert, als akustisches Signal mit einer entsprechenden Lautstärke abzugeben.

Anstelle von Ultraschallsignalen oder zusätzlich zu Ultraschallsignalen können aber auch Infrarotsignale vom Blindenstock ausgesendet und empfangen werden. In diesem Fall vergleicht der Rechner die Intensität und/oder den Zeitpunkt der ausgesendeten Infrarotsignale mit der Intensität und/oder dem Zeitpunkt der empfangenen Infrarotsignale und ordnet der Intensitäts- bzw. Zeitdifferenz ein drittes Vergleichssignal zu. Dieses dritte Vergleichssignal kann bspw. eine Bodenunebenheit angeben, indem das ausgesendete Signal schräg auf die Bodenfläche vor dem Blinden gerichtet wird und das bei waagerechter Bodenfläche entstehende Vergleichssignal einer Null-Linie zugeordnet wird. Ändert sich jetzt der Verlauf der Bodenfläche bspw. in Form eines Gefälles, so ändert sich gleichzeitig der empfangene Anteil des ausgesendeten Infrarotsignals und aus diesem Unterschied zwischen gesendetem und empfangenem Infrarotsignal läßt sich ein drittes Vergleichssignal ermitteln, das den Blinden über das Gefälle am Boden informiert. Das gleiche gilt für eine Steigung oder eine Stufe auf der Bodenfläche, die ebenfalls die Intensität des reflektierten Infrarotsignals verändert.

Angenehm ist es für den Blinden, wenn einer nach unten gerichteten Bodenfläche, wie bspw. auch einer nach unten gehenden Treppenstufe ein tiefes und einer nach oben gerichteten Unebenheit ein höheres Signal zugeordnet wird, da eine Korrelation zwischen Tonhöhe und Bodenhöhe vom Blinden leicht erlernt werden kann.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die Messung der Differenz zwischen den ausgesendeten und empfangenen Infrarotsignalen mit einem Zähler kombiniert wird, der beim Vorbeiführen des Blindenstock (1) an Vorsprüngen, jedem Vorsprung ein viertes Vergleichssignal zuordnet. Dies eignet sich insbesondere zum Zählen von Stufen, die der Blinde dadurch wahrnehmen kann, daß er mit dem Strahl des Infrarotsignales über die vermuteten Stufen streicht und die vom Zähler ausgesendeten Signale zählt.

Die Kombination von drittem und viertem Vergleichssignal ermöglicht es, nach oben führende Stufen mit einem höher werdenden Signal zu kodieren und nach unten weisenden Stufen ein tiefer werdendes Signal zuzuordnen.

Der Blinde, der über das Ultraschallsignal über weiter entfernte Gegenstände und deren Materialien aufgeklärt wird, kann somit mit dem Infrarotsignal näherliegende Strukturen genauer untersuchen. Wenn er mit der Spitze des Blindenstockes auf ein Hindernis stößt, das ihm durch das Ultraschallsignal vorher schon angekündigt worden ist, wird das immer lauter gewordene zweite Vergleichssignal, das die Entfernung zur festgestellten Struktur angibt unterbrochen, um mit der Infrarotmessung die Struktur genauer zu untersuchen. Schon das erste Infrarotsignal zeigt durch seine Tonhöhe, ob es sich um eine im weitesten Sinne ansteigende oder abfallende Struktur handelt, d. h. bspw. eine nach oben oder nach unten gerichtete Treppenstufe. Im weiteren Verlauf der Messung schaltet sich der Zähler zu, der bei einem Überstreichen der auf dem Weg des Blinden liegenden Struktur mit dem Strahl des Infrarotsenders einzelnen abrupten Strukturänderungen, wie bspw. einer einzelnen Treppenstufe, ein spezielles akustisches Signal zuordnet, dessen Tonhöhe entweder ansteigt oder abfällt. Dadurch kann der Blinde nicht nur das Vorhandensein einer Treppe, sonder auch deren Stufenzahl und die Laufrichtung der Treppe ermitteln.

Es ist außerdem bekannt, daß alle Telefone einen speziellen induktiven Streuimpuls aussenden. Daher ist es sinnvoll, den Blindenstock mit einem weiteren Empfänger auszurüsten, der geeignet ist einen derartigen Streuimpuls eines beliebigen Telefons zu empfangen und der empfangenen Impulsstärke ein fünftes Signal zuordnet, das der Lautsprecher als spezielles akustisches Signal abgibt. Somit kann der Blinde mit seinem Blindenstock auch von Telefonen ausgesendete Streuimpulse empfangen und wird somit über das Vorhandensein eines sich in der Nähe des Blinden befindlichen Telefons informiert. Bspw. mit einer 10 kHz-Spule kann dieser Freizeichenimpuls eines beliebigen Telefons empfangen werden. Die Intensität des empfangenen Signals kann mit der Lautstärke des vom Blinden wahrgenommenen Signals korrelieren und der Blinde hört somit über seinen Blindenstock das Freizeichen eines sich in seiner Nähe befindenden Telefons.

Die elektronische Ausrüstung des Blindenstocks eröffnet viele weitere Möglichkeiten, den Blinden mit zusätzlichen Informationen zu versorgen. Bspw. kann eine Uhr mit Zeitansage vorgesehen sein oder der Blindenstock kann einen kleinen Empfänger aufweisen, damit der Blinde von einem beliebigen Telefon angerufen werden kann. Derartige von einem Telefon anwählbare Empfänger sind Stand der Technik und so klein herstellbar, daß sie leicht in den Blindenstock zu integrieren sind.

Alle im vorliegenden besprochenen akustische Signale können beliebig in Klangfarbe, Tonhöhe und Lautstärke moduliert werden; die einzelnen Informationen können jedoch auch als Sprachsignale dem Blinden mitgeteilt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Blindenstab,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Ultraschallsenders,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Ultraschall­ empfängers,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Infrarotsenders und

Fig. 5 ein Schaltbild eines Stufenzählers.

Der Blindenstock 1 besteht aus einem Gehäuse 2, das aus einem Griffteil 3, einem Stab 4 und einem Ball 5 besteht. An dem Griffteil 3 ist der Stab 4 befestigt, so daß der Stab 4 als Verlängerung des Griffteils 3 dient und am vorderen Ende des Stabes 4 ist als Abschluß der Ball 5 vorgesehen.

Im Ball 5 befindet sich ein Sender 6 für die Ultraschallsignale und im Stab 4 ein Empfänger 7 für die Ultraschallsignale. Dazwischen ist ein Empfänger 8 für Signale von Telefonanlagen angeordnet. Oberhalb des Empfängers 7 für die Ultraschallsignale ist im Stab 4 eine Stufenzähleinheit 9 untergebracht. Die Erzeugung und die Umwandlung der Ultraschallsignale wird in der Ultraschalleinheit 10, die sich oberhalb der Stufenzähleinheit 9 im Stab 4 bindet vorgenommen.

Im an den Stab anschließenden Griffteil ist ein Lautstärkeregler 11, die Stromversorgung 12 und eine Infraroteinrichtung 13 vorgesehen. Außerdem befindet sich im Griffteil 3 ein Verstärker 14 für die empfangenen Signale, ein daran angeschlossener Lautsprecher 15 und eine Buchse 16 für den Stecker eines Kopfhörers.

Durch die spezielle Anordnung der einzelnen Elemente innerhalb des Blindenstockes 1 wird erreicht, daß die Ultraschallsignale im Bereich der Stockspitze ausgesendet und empfangen werden und die Infrarotsignale im Griffbereich des Stockes abgegeben und empfangen werden. Auch wenn die Zeichnung den Anschein erweckt, daß die elektronischen Einzelteile das gesamte Innere des Gehäuses 2 ausfüllen, so ist im Stock doch nach genügend Raum vorhanden, um weitere elektronische Schaltkreise im Blindenstab 1 unterzubringen, die dem Blinden weitere Informationen vermitteln können.

Die in Fig. 2 als elektrische Schaltung dargestellte Ultraschalleinrichtung 10 weist in ihrer Mitte ein Piezoelement LS auf, das die gewünschten hohen Ultraschallsignale abgibt. Um mit der Energie der Batterie sparsam umzugehen, liefert die Schaltung kein sinusförmiges sondern ein rechteckförmiges Signal. Die Tonerzeugung geschielit über einen astabilen Multivibrator, dessen Elemente und deren Verschaltung dem Schaltbild zu entnehmen sind. Da das Piezoelement eine kapazitive Last darstellt, fließen während der Signalflanken verhältnismäßig große Spitzenströme. Aus diesem Grund sind jeweils drei der in dem Schaltelement TC40 106 enthalten Schnitt-Trigger-Inverter parallel geschaltet und mit einer Endstufe aus jeweils zwei Tun-Transistoren T1 und T2 bzw. T3 und T4 versehen. Die Schaltelemente N4 bis N6 inventieren das von den Schaltelementen N1 bis N3 gelieferte Signal und bilden somit eine "Brücke". Eine 9V-Batterie liefert eine Amplitude von 15 Vss und eine gut reproduzierbare Frequenz von 21 kHz.

Fig. 3 zeigt den Infrarotsender, der Infraroteinrichtung 13. Der Sender ist mit einer Tondekoderschaltung vom Typ 567 aufgebaut. Diese bekannte integrierte Schaltung wird hier zwar etwas ungewöhnlich eingesetzt, aber für diesen speziellen Zweck eignet sie sich viel besser als eine einfache Schaltung mit einem Timer IC 555 vor allem deshalb, weil in die Schaltung vom Typ 567 ein VCO und eine spezielle Schaltstufe eingebaut sind und diese Schaltung eine bessere Linearität aufweist. Das Audiosignal mit 50 mVss wird vom Transistor T1 verstärkt und anschließend dazu verwendet, die integrierte Schaltung 567 zu modulieren. Der Ausgang 6 der Schaltung 567 ist ein Trigger-Eingang, so daß das Audiosignal einem hochfrequenten Signal von ca. 50 kHz überlagert wird. Das Ergebnis dieser Überlagerung ist eine Pulsbreitenmodulation des rechteckförmigen Ausgangssignals. Da der Rest der integrierten Schaltung 567 als Puffer verwendet werden kann, ist es möglich, die Leuchtdiode LD 271 direkt aus dem Ausgang der integrierten Schaltung 567 zu steuern. Der Spitzenstrom beträgt dabei etwa 10 mA und die Sendefrequenz kann mit dem Potentiometer T2 zwischen 25 und 40 kHz variiert werden.

Fig. 4 zeigt einen handelsüblichen Empfänger, der als Empfänger 7 für die Ultraschallsignale eingesetzt wird. Die Einzelheiten des Empfängers ergeben sich aus dem Schaltbild und benötigen keiner weiteren Erläuterungen.

Die Fig. 5 zeigt die Stufenzähleinheit 10, die die empfangenen Infrarotsignale mit den gesendeten vergleicht und jeder einzelnen Bodenunebenheit ein spezielles akustisches Signal zuordnet. Im einzelnen ist in der Fig. 5 das Timer-IC 555 gezeigt, das als astabiler Multivibrator mit einer Frequenz von 3,33 Hz arbeitet. Die Periodenzeit ist demnach 0,3 s. Diese Zeit entspricht genau der Zeit, um die sich das Infrarotsignal gegenüber dem Hindernis langsamer ausbreitet. Sobald ein Hindernis erkannt wird, wird der Zähler gestartet. Die in Reihe geschalteten Zähler IC 2 und IC 3 erhalten ein Resetsignal, das sich auf Null zurücksetzt. Das Ausgangssignal von IC 1 liegt am Clockeingang des ersten Zählers IC 2 und wird nun von diesem verarbeitet. Nach 0,3 s aktiviert das erste Signal und danach jeder weitere Taktimpuls nach 0,3 s den nächst höheren Punkt. Die Entfernung vom eigenen Standort bis zum Hindernis wird von einem bzw. zwei Signalen (Ton) angezeigt. Der Zähler IC 2 zählt die Höhe bzw. Tiefe der Stufen und gibt bis zu neunzig Töne ab. Der erste Zähler IC 4017 entspricht einem LD 271 und der zweite Zähler IC 4017 entspricht einem LD 803.

Claims (12)

1. Blindenstock (1) mit mindestens einem Sender (6) der Signale aussendet, mindestens einem Empfänger (7) der Signale empfängt, mindestens einem Rechner (10), der die ausgesendeten mit den empfangenen Signalen vergleicht und der Differenz mindestens ein Vergleichssignal zuordnet, und mindestens einem Lautsprecher (15), der dieses Vergleichssignal als akustisches Signal abgibt.

2. Blindenstock (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgesendeten und die empfangenen Signale Ultraschallsignale sind und der Rechner die Intensität und/oder Qualität der ausgesendeten Signale mit der Intensität und/oder Qualität der empfangenen Signale vergleicht und der Intensitäts- und/oder Qualitätsdifferenz ein erstes Vergleichssignal zuordnet.

3. Blindenstock (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher das erste Vergleichssignal als Signal mit einer entsprechenden Tonhöhe und/oder Klangfarbe abgibt.

4. Blindenstock (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgesendeten und die empfangenen Signale Ultraschallsignale sind und der Rechner die Zeitpunkte der ausgesendeten Signale mit den Zeitpunkten der empfangenen Signale vergleicht und der Zeitdifferenz ein zweites Vergleichssignal zuordnet.

5. Blindenstock (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher das zweite Vergleichssignal als Signal mit einer entsprechenden Lautstärke abgibt.

6. Blindenstock (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgesendeten und die empfangenen Signale Infrarotsignale sind und der Rechner die Intensität und/oder den Zeitpunkt der ausgesendeten Signale mit der Intensität und/oder dem Zeitpunkt der empfangenen Signale vergleicht und der Intensitäts- bzw. Zeitdifferenz ein drittes Vergleichssignal zuordnet.

7. Blindenstock (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher (15) das dritte Vergleichssignal als Signal mit einer entsprechenden Tonhöhe abgibt.

8. Blindenstock (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner einen Zähler aufweist, der beim Vorbeiführen des Stockes (1) an Vorsprüngen jedem Vorsprung ein viertes Vergleichssignal zuordnet.

9. Blindenstock (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Empfänger den induktiven Streuimpuls eines beliebigen Telefons empfängt und der Impulsstärke ein fünftes Vergleichssignal zuordnet und der Lautsprecher dieses fünfte Vergleichssignal als akustisches Signal abgibt.

10. Blindenstock (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher (15) das fünfte Vergleichssignal mit einer der Intensität entsprechenden Lautstärke abgibt.

11. Blindenstock (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Uhr mit Zeitansage aufweist.

12. Blindenstock (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Signale zumindest zum Teil Sprachsignale sind.