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Die auf Ultraschall basierende Geräte haben den Nachteil, daß der
Ultraschallabstrahlwinkel zu breit ist und deshalb keine genaue Lokalisierung von
Hindernissen möglich ist bzw. kleine Hindernisse »übersehen«
werden.
Außerdem können Mehrfachechos, vor allem in Innenräumen, - verwirren, wodurch der
sinnvolle Gebrauch stark eingeschränkt ist. Der Laserstock hat den Nachteil, daß
er Hindernisse nur in einer ganz bestimmten Entfernung mißt - er schiebt sozusagen
eine Detektionswand in einem bestimmten Abstand vor sich her -, aber keine Unterscheidung
zwischen weiter und näher entfernten Objekten gestattet. Damit stellt der Laserstock
nur ein Hinderniswarngerät, nicht aber auch eine Orientierungshilfe für den Blinden
dar.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Blindenführgerät der eingangs
genannten Gattung so zu gestalten, daß es dem Blinden einen tief gestaffelten Eindruck
von vorhandenen Hindernissen bietet und gleichzeitig in seinem Aufbau vereinfacht
ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Empfangseinrichtung
die strahlungsempfindlichen Elemente hinter ein und demselben Abbildungssystem als
Empfangsoptik im Bereich von Bildpunkten von Gegenständen angeordnet sind, die sich
in unterschiedlicher Entfernung zur Sendeeinrichtung in einem Sendebündel derselben
befinden. Jedes dieser strahlungsempfindlichen Elemente »sieht« aufgrund seiner
endlichen Ausdehnung nicht nur einen ganz bestimmten Punkt im Sendebündel, sondern
einen ganzen Abstandsbereich und spricht auf Hindernisse in diesem Abstandsbereich
an. Mit mehreren strahlungsempfindlichen Elementen in der Empfangseinrichtung können
daher Hindernisse innerhalb des Sendebündels im gesamten für den Blinden relevanten
Abstandsbereich wahrgenommen werden und durch Zuordnung verschiedenartiger, für
den Blinden wahrnehmbarer Signale zu den einzelnen strahlungsempfindlichen Empfängerelementen
nach ihrer Entfernung unterschieden werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sendet die Sendeeinrichtung
ein einziges im wesentlichen paralleles Bündel im wesentlichen senkrecht zur von
Sende-und Empfangseinrichtung aufgespannten Basis aus und sind die strahlungsempfindlichen
Elemente im Bereich der Bildpunkte von im Abstand aufeinanderfolgenden Punkten der
Achse des Sendebündels angeordnet.
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Hiermit erhält man mit einfachen Mitteln eine Führhilfe, die dem Blinden
ein Bild von der Entfernung von Hindernissen in einer bestimmten Richtung, also
eindimensional, vermittelt. Durch Schwenken des Geräts nach oben, unten oder zur
Seite kann diese Richtung verändert werden, so daß sich der Blinde trotzdem ein
Bild von der Hindernisverteilung in allen Richtungen machen kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sendet
die Sendeeinrichtung ein im wesentlichen paralleles Bündel im wesentlichen senkrecht
zur von Sende- und Empfangseinrichtung aufgespannten Basis und mindestens ein weiteres
im wesentlichen paralleles Bündel in einer anderen Richtung aus und sind die strahlungsempfindlichen
Elemente in Form einer Matrix im Bereich der Bildpunkte von im Abstand aufeinanderfolgenden
Punkten der Achsen der mindestens zwei Sendebündel angeordnet. Auf diese Weise ist
es möglich, neben Hindernissen in horizontaler Richtung gleichzeitig solche festzustellen,
die sich in anderen Richtungen, bevorzugt nach unten oder oben befinden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist
das Blindenführgerät in Form einer Brille ausgebildet, wobei die Sendeeinrichtung
im Bereich der einen Rahmenhälfte und die Empfangsein-
richtung im Bereich der anderen
Rahmenhälfte angeordnet ist. Vorzugsweise bildet dabei das eine Glas der Brille
die oder einen Teil einer vorgesehenen Sendeoptik und das andere Glas das oder einen
Teil des die Empfangsoptik bildenden einzigen Abbildungssystems. Auf diese Weise
ist das Gerät unauffällig untergebracht, kann durch Kopfbewegung auf natfirliche
Weise geschwenkt werden, und der Blinde hat die Hände frei.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Sendeeinrichtung
moduliert sendend und ist die Empfangseinrichtung auf die Modulationsfrequenz der
Sendeeinrichtung ansprechend ausgebildet. Auf diese Weise wird vor allem der Einfluß
von Umgebungslicht unterdrückt und damit der Störabstand verbessert Bevorzugt wird
außerdem vorgesehen, daß die- ausgesandte elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich
liegt. Durch diese Strahlung werden Sehende nicht gestört und außerdem haben die
meisten Gegenstände im nahen Infraroten hinsichtlich des Rückstreuvermagens ein
ähnliches Verhalten wie im Sichtbaren, so daß ein guter »optischer« Eindruck gewonnen
werden kann.
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Bevorzugt ist bei Verwendung von Infrarotstrahlung in der Empfangsoptik
ein Infrarotfilter vorgesehen Dadurch wird das elektronische Rauschen infolge der
Tageslichteinwirkung stark gedämpft, das Meßsignal hingegen nicht nennenswert geschwächt
Für den Betrachter entsteht bei Ausführung des Geräts in Form einer die Brillengläser
in das System miteinbeziehenden -Brille und bei Ausbildungbeider Gläser als Infrarotfilter
der Eindruck einer dunklen Sonnenbrille.
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Um ferner den Entfernungsbereich verändern zu können, in dem Hindernisse
nachgewiesen werden, sind bevorzugt strahlungsempfindliche Elemente Bildpunkten
anderer Punkte des oder der Sendebündel zuordbar.
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Vorzugsweise sind hierzu die optischen Achsen des die Empfangsoptik
bildenden Abbildungssystems und des Sendebündels gegeneinander verschwenkbar.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung
mit der Zeichnung beschrieben Auf dieser zeigt bzw. zeigen F i g. 1 eine schematische
Darstellung zur Erläuterung des Funktionsprinzips des Blindenführgeräts gemäß der
Erfindung, F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ansprechtiefe
des Geräts, F i g. 3 ein Blockschaltbild der Sendeeinrichtung, F i g. 4 ein Blockschaltbild
der Empfangseinrichtung und die F i g. 5, 6 und 7 Beispiele für praktische Gestaltungen
des Blindenführgeräts gemäß der Erfindung.
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F i g. 1 zeigt das Funktionsprinzip des Blindenführgeräts gemäß der
Erfindung. Vor einer Sammellinse 1 als Sendeoptik befindet sich im Brennpunkt derselben
ein Sendeelement S, das durch eine GaAs-Lumineszenzdiode gebildet sein kann. Durch
diese Anordnung wird die vom Sendeelement ausgehende Strahlung, die bei Verwendung
einer GaAs-Lumineszenzdiode im Infraroten liegt, wie angedeutet, weitgehend zu einem
Parallelbündel gebündelt. Im Abstand a von der Sammellinse 1 befindet sich eine
Sammellinse 2 mit gleichgerichteter optischer Achse als Empfangsoptik.
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Hinter der Sammellinse 2 sind in den Bildpunkten von in Abständen
dt bis d4 liegenden Punkten H1 bis H4 vier strahlungsempfindliche Elemente E1 bis
E4 angeordnet Bei diesen strahlungsempfindlichen Empfangselementen kann es sich
um Siliziumdioden handeln. Alle Empfangselemente liegen also hinter ein und derselben
Sammellinse
als Empfangsoptik, so daß nur ein einziges, allen Empfängerelementen gemeinsames
Abbildungssystem vorhanden ist Befindet sich in einem der Punkte H, bis H4 ein Hindernis,
so wird von diesem Licht aus dem Sendebündel in die Empfangsoptik zurückgestreut
und durch diese auf die zugehörige der Empfangselemente (Dioden) E1 bis E4 fokussiert.
Das vollständige Bündel ist nur für den Punkt H3 und das zugehörige Empfangselement
E3 dargestellt Für die übrigen drei Bündel sind nur die Bündelachsen gezeichnet
Die von der rückgestreuten Strahlung getroffene Diode erzeugt ein elektrisches Signal,
das in ein für den Blinden wahrnehmbares akustisches oder taktiles Signal umgewandelt
wird. Die elektrische Schaltung ist dabei so eingerichtet, daß sich die mit den
einzelnen Dioden erzeugten, durch den Blinden wahrnehmbaren Signale voneinander
unterscheiden, so daß dieser in der Lage ist zu unterscheiden, in welcher Entfernung
sich das Hindernis von ihm befindet Jedes einzelne Element (Diode) E, bis E4 spricht
wegen ihrer endlichen Ausdehnung nicht nur auf ein Hindernis in einer ganz bestimmten
Entfernung, sondern auf Hindernisse in einem ganz bestimmten Entfernungsbereich
(Ansprechtiefe) an. Dies ist in Fig.2 fur eine der Diode Ei und einen zugehörigen
Hindernispunkt Hi(unter Vernachlässigung des endlichen Sendebündeldurchmessers,
was wegen seiner Größenordnung von einigen Zentimetern bei einer Hindernisentfernung
der Größenordnung Meter zulässig ist) veranschaulicht Wenn sich der Hindernispunkt
Hi zwischen den Entfernungen cjimin und d, aX bezüglich des Senders bewegt, dann
wandert der Bildpunkt von Hj von einem Rand der Diode Ei zum anderen. Für alle Entfernungen
zwischen dmin und dimsx fällt also Licht des Hindernispunktes H; auf die zugehörige
Diode. Dieser Bereich kennzeichnet also die Ansprechtiefe der Diode Ei Für einen
Punkt innerhalb dieses Abstandsintervalls ist wiederum das gesamte rückgestrahlte
Bündel gezeichnet, während für die Endpunkte des Intervalls aus Gründen der Übersichtlichkeit
nur die Axialstrahlen dargestellt sind.
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Die Ansprechtiefe ist von der Entfernung di abhängig, und zwar nimmt
sie bei untereinander gleich großen Dioden mit größer werdender Entfernung des Hindernispunktes
Hivom Sender bzw. Empfänger zu.
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Hinsichtlich eines möglichen elektronischen Aufbaus des Blindenführgeräts
zeigt F i g. 3 ein Blockschaltbild des Senders und F i g. 4 ein (Teil-)Blockschaltbild
des Empfängers.
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Das Sendeelement S, eine Infrarot-Lumineszenzdiode (GaAs), wird mit
einer Frequenz von beispielsweise 25 kHz durch das durch einen Verstärker 11 verstärkte
Signal eines LC-Oszillators 10 amplitudenmoduliert. Zur Stabilisierung des Oszillators
wird das Ausgangssignal des Verstärkers 11 auf den Eingang des Oszillators rückgekoppelt
In der Empfangseinrichtung sind die strahlungsempfindlichen Elemente Ei durch Si-Photodioden
gebildet.
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Die F i g. 5 zeigt die zu einer Photodiode gehörigen Schaltungsteile.
Der Photodiode Eist ein LC-Resonanzkreis 20, der zum Ausgleich etwa von Temperaturdriften
genau so aufgebaut ist, wie der LC-Oszillator des Senders, nachgeschaltet. Dem LC-Resonanzkreis
ist eine erste Verstärkerstufe 21 nachgeschaltet. Das Ausgangssignal der ersten
Verstärkerstufe 21 wird auf den Eingang des LC-Resonanzkreises rückgekoppelt.
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Der ersten Verstärkerstufe 21 ist eine zweite Ver-
stärkerstufe 22
und dieser ein Gleichrichter 23 nachgeschaltet Das Ausgangssignal des Gleichrichters
23 wird auf einen Schwellendetektor 24 gegeben, dessen Ausgang mit dem Triggereingang
eines RC-Oszillators 25 verbunden ist, der an seinem Ausgang einen Lautsprecher
26 betreibt Für vier strahlungsempfindliche Empfangselemente E, bis E4 ist die beschriebene
Schaltung grundsätzlich vierfach vorhanden, wobei eine Zusammenfassung von Elementen
möglich ist Sollen taktile Signale erzeugt werden, so tritt an die Stelle des Lautsprechers
ein Vibrator.
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Durch den LC-Resonanzkreis 20 ist nach Maßgabe seiner Güte ein schmalbandiger
Empfänger und damit ein günstiges Signal-Rauschverhältnis verwirklicht Auf diese
Weise wird das System äußerst empfindlich, so daß sich große Reichweiten von mehr
als 7 m bei einem günstigsten Leistungsverbrauch von weniger als 0,5 W und kleinen
Optikdurchmessern (entsprechend den Durchmessern der Linsen 1 und 2 in F i g. 1
von beispielsweise 3 cm) erreichen lassen.
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Als Spannungsversorgung für die Schaltungen können wiederaufladbare
NiCd-Batterien dienen.
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Fig 5 gibt die besonders bevorzugte Ausführungsform des Blindenführgeräts
als Brille wieder. Die Sendeelektronik befindet sich in einem Seitenteil 30 und
die Empfangselektronik in einem Seitenteil 31 des Brillengestells, die, wie bei
Blindenbrillen oft üblich, als seitliche Sichtblenden gestaltet sind. Die Brillengläser
entsprechen den Sammellinsen 1 und 2 in Fig. 1. Das Sendeelement S strahlt nicht
direkt durch die Sammellinse 1 der Sendeoptik, sondern schräg nach hinten, und die
Infrarotstrahlung wird über einen Konkavspiegel 32 durch die Linse 1 gespiegelt
Ebenso blicken die durch Photodioden gebildeten strahlungsempfindlichen Elemente
E1 bis 14 nicht direkt durch die Sammellinse 2 der Empfangsoptik, sondern die durch
die Linse gehende Strahlung wird über einen weiteren Konkavspiegel 33 in die schräg
nach hinten blickenden Elemente El bis E4 gespiegelt. Um nicht vorwiegend axialferne
Strahlung zu empfangen, sind die optischen Achsen von Sende-und Empfangsoptik gegeneinander
geneigt (das gleiche gilt für die Ausführungsformen der F i g. 6 und 7).
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Mit dieser Ausführungsform als Brille wird einerseits erreicht, daß
der Blinde seine Hände frei hat und außerdem, daß die Richtung der Hindernisfeststellung
der Kopfhaltung entspricht. Ebenso wie der Sehende nimmt also der Blinde gerade
diejenigen Gegenstände seiner Umgebung wahr, die in der Richtung liegen, in der
er »blickt«.
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Zur Filterung der Strahlung, die nicht der Sendestrahlung entspricht,
können die Linsen 1 und 2 als Infrarotfilter ausgebildet sein. Das Blindenführgerät
erweckt für den Betrachter dann den Eindruck einer dunklen Sonnenbrille.
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Eine weitere Ausführungsform des Blindenführgeräts ist in F i g.
6 von unten, von vorne und von der Seite gezeigt. Gemäß dieser Ausführungsform ist
es als Steckaufsatz für eine herkömmliche Brille ausgebildet Die Sammellinse 1 der
Sendeoptik und die Sammellinse 2 der Empfangsoptik sind in diesem Fall nicht durch
die Brillengläser gebildet, sondern liegen neben diesen in neben den Brillenbügeln
liegenden Gehäuseteilen 40 und 41, die auch die Sende- bzw. Empfangselektronik enthalten.
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Ein Handgerät ist in F i g. 7 von oben und von der Seite gezeigt.
Es ist nach Art einer »zweiköpfigen« Stabtaschenlampe ausgebildet In dem einen Kopfteil
befindet sich die Sammellinse 1 der Sendeoptik, durch
die mittels
eines Spiegels 90 die Strahlung des Sendeelements gespiegeit wird. Im zweiten Kopfteil
befindet sich die Sammellinse 2 der Empfangsoptik, durch die das von den Hindernissen
rückgestreute Licht über einen Empfängerspiegel 51 auf die strahlungsempfindlichen
Elemente E1 bis E4 abgebildet wird. Die Batterien 52 für die Elektronik können bei
dieser Ausführungsform im stabförmigen Teil des Geräts untergebracht sein.
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Die bei den dargestellten Ausführungsformen linear angeordneten strahlungsempfindlichen
Elemente Ei bis
E4 können um weitere solche Elemente unter Anordnung in einer Matrix
erweitert sein. Korrespondierend hierzu sind in der Sendeeinrichtung dann auch weitere
Sendeelemente vorgesehen, die beispielsweise in F i g. 1 in die Zeichenebene oder
aus dieser herausgerichtet senden würden. Ordnet man jedem Empfängerelement ein
eigenes Signal zu, so erhält man mit einer solchen Ausführungsform eine räumliche
Wiedergabe vorhandener Hindernisse ohne eine Schwenkbewegung des Geräts.