SE522373C2

SE522373C2 - Device for determining the distance to an object

Info

Publication number: SE522373C2
Application number: SE0300618A
Authority: SE
Inventors: Oesten Schwartz
Original assignee: Oesten Schwartz
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-02-03
Also published as: SE0300618L; SE0300618D0

Description

lO 15 20 25 30 sz; 373 I ~ c ; .u Uppﬁnningen innebär i grunden att vridningsorgan är anordnade att vrida sensom mot ett första vridningsändläge, i vilket sensorns avkänningsfält skär emitter- strålens bana vid det ställe, som företrädesvis ligger i ett område omedelbart framför emittem. Sensorn är vridningsförspänd relativt emittern för att röra sig till ett andra motsatt vridningsändläge, i vilket sensorns riktning är allmänt parallell med eniitterstrålens riktning. En avkänningsaiiordning är tillhandahållen för att avkänna att sensorn intar sitt andra vridningsändläge och att därvid akti- vera vridningsorganet. En aktiveringsanordning är anordnad att aktivera vrid- ningsorganet, då sensorn under svängning mot det andra svängningsändläget avkänner en reﬂex av strålen, dvs är riktad mot en punkt på föremålet, som träffas av emitterstrålen, så att sensorn då vrides till det första ändläget mot verkan av förspänningsorganet, som kan vara bildat av en fjäder. Anordningen inbegriper vidare medel för att för anordningens användare förniinbart markera frekvensen för sensorns reﬂexavkänningar. 10 15 20 25 30 sz; 373 I ~ c; .u The invention basically means that rotating means are arranged to rotate the sensor towards a first rotational end position, in which the sensor sensing field intersects the path of the emitter beam at the place which is preferably in an area immediately in front of the emitter. The sensor is rotationally biased relative to the emitter to move to a second opposite rotational end position, in which the direction of the sensor is generally parallel to the direction of the one-beam. A sensing device is provided for sensing that the sensor assumes its second rotational end position and thereby activating the rotating means. An activating device is arranged to activate the rotating means, when the sensor during oscillation towards the second oscillating end position senses a response of the beam, i.e. is directed towards a point on the object, which is struck by the emitter beam, so that the sensor is then rotated to the first end position. the biasing means, which may be formed by a spring. The device further includes means for the user of the device to mark the frequency of the sensor sensing sensors.

Emittem kan vara en laserljuskälla, sensorn kan vara en fototyristor, som är svängbart upphängd. Då fototyristom är inriktad så att den avkänner reﬂekterat laserljus, aktiverar tyristorn en elektroinagnet, som vrider sensoraggregatet mot det första ändläget, vari strömmen genom magneten bryts. En återföringsfjäder svänger då tillbaka sensoraggregatet i riktning mot det andra ändläget. Då foto- tyristom avkänner det reflekterade laserljuset aktiveras magneten återigen så, att sensoraggregatet ånyo rör sig till det första ändläget. Sensoraggregatet kommer härigenom att anlända till det första ändläget med en frekvens som beror av föremålets avstånd från anordningen. Frekvensen uppträder naturligen som en mekanisk vibration, som användaren kan avkänna med handen på anordningen.The emitter can be a laser light source, the sensor can be a phototyristor, which is pivotally suspended. When the phototyrist is oriented to sense reflected laser light, the thyristor activates an electromagnet which rotates the sensor assembly toward the first end position in which the current through the magnet is interrupted. A return spring then pivots the sensor assembly back in the direction of the other end position. When the photoristor senses the reflected laser light, the magnet is activated again so that the sensor unit moves again to the first end position. The sensor assembly will thereby arrive at the first end position with a frequency which depends on the distance of the object from the device. The frequency naturally occurs as a mechanical vibration, which the user can sense with the hand on the device.

Om sensorns fototransistor inte avkänner någon reflex av strålningen, kommer anordningen att röra sig till det andra ändläget, där en ändlägesströmbrytare aktiverar elektromagneten så, att denna driver sensorn till det andra svängnings- ändläget, mot verkan av förspänningsfjädern. Vid svängning mellan det första och det andra ändläget etableras en relativt låg grundfrekvens, som representerar ”oändligt avstånd” till ett föremål i emitterns strålningsriktning. Med hänsyn till vanns 10 15 20 25 30 gzz 573 tillgänglig laserljuseffekt kan man naturligtvis lå.ta sensom vara svagt konver- gerande mot emitterstrålen i det första ändläget, så att det första ändläget representerar ett relativt stort avstånd, för vilket sensorn nätt och jämnt kan avkänna reﬂexen av laserljuset. Å andra sidan skulle man naturligtvis även kunna låta sensorn vara riktad divergerande från eniitterstrålen i det första ändläget, även om det är meningslöst med avseende på bestämning av oändligt avstånd, men ljudfrekvensen mot- svarande ett sådant första ändläge erbjuder ett markerat frekvensavstånd från de frekvenser som är aktuella för av sensorn avkända laserreflexer, så att användaren tack vare ett frekvenssprång tydligt kan uppfatta att anordningen börjar uppfatta ett föremål i sin betraktningsriktning .If the phototransistor of the sensor does not detect any reflection of the radiation, the device will move to the second end position, where an end position switch activates the electromagnet so that it drives the sensor to the second oscillation end position, against the action of the biasing spring. When oscillating between the first and the second end position, a relatively low fundamental frequency is established, which represents an "infinite distance" to an object in the radiation direction of the emitter. In view of the available laser light effect, one can of course allow the sensor to be slightly converging towards the emitter beam in the first end position, so that the first end position represents a relatively large distance, for which the sensor can barely detect the response of the laser light. On the other hand, it would of course also be possible to allow the sensor to be directed divergently from the unit beam in the first end position, although it is pointless with respect to determining infinite distance, but the sound frequency corresponding to such a first end position offers a marked frequency distance from are relevant for laser reflections sensed by the sensor, so that the user, thanks to a frequency jump, can clearly perceive that the device begins to perceive an object in its direction of view.

Den nämnda frekvensen kan naturligtvis omvandlas till en lättare fömimbar signal, exempelvis en ljudsignal, som exempelvis kan avlyssnas av anordningens användare från en högtalare som styrs av anordningen och som eventuellt kan vara miniatyriserad och placerad i närheten av användarens öra.The said frequency can of course be converted into a more easily audible signal, for instance an audio signal, which can for instance be listened to by the users of the device from a loudspeaker which is controlled by the device and which may possibly be miniaturized and placed near the user's ear.

Anordningens sensor är lämpligen anpassad för att avkänna våglängder nära emittems våglängd, varvid emittern exempelvis kan avge en frekvens inom det infraröda området, dvs avger ett ”osynligt” ljus, vilket kan vara av fördel ur integritetssynpunkt.The device's sensor is suitably adapted to sense wavelengths close to the emitter's wavelength, whereby the emitter can, for example, emit a frequency within the infrared range, ie emit an "invisible" light, which can be advantageous from an integrity point of view.

Som ett komplement till anordningen kan ett antal extra sensorelement vara till- handahållna utöver det sensorelement som avkänner emittervåglängden. Dessa extra sensorelement är då anordnade att avkänna respektive våglängds band, som motsvarar exempelvis olika grundfärger. Exempelvis kan tre sådana extra sensor- element vara tillhandahållna, varvid det första avkänner röd färg, det andra blå färg och det tredje grön färg. Varje sådant extra sensorelement kan då vara anordnat att avkänna scenen i sensorns betraktningsriktning och vidare anordnat att vid avkänning av sin respektive färg avge en tillhörande ljudsignal av en nådd an: .u cup-n 10 15 20 25 30 5 2 2%/ 3 7 3 .... ,. frekvens, vars intensitet representerar den aktuella färgens intensitet eller mättnad. Användaren kan härigenoin avläsa färgen för ett föremål i sensor- anordningens betraktningsriktning med hjälp av tre olika samtidiga grundtoner för de extra sensorernas respektive färg/våglängdsband, varvid grundtonernas intensitet anger de respektive färgemas absoluta mättnad. Användaren får härigenom inöjlighet att skaffa sig en uppfattning om färg och färgvariationer i den scen eller på det föremål som ligger i sensorns betraktningsriktning.As a complement to the device, a number of additional sensor elements may be provided in addition to the sensor element which senses the emitter wavelength. These extra sensor elements are then arranged to sense the respective wavelength bands, which correspond to, for example, different basic colors. For example, three such additional sensor elements may be provided, the first sensing red, the second blue and the third green. Each such additional sensor element can then be arranged to sense the scene in the direction of view of the sensor and further arranged to emit an associated sound signal of a reached an when sensing its respective color: uu cup-n 10 15 20 25 30 5 2 2% / 3 7 3 ....,. frequency, the intensity of which represents the intensity or saturation of the current color. The user can hereby read the color of an object in the viewing direction of the sensor device by means of three different simultaneous fundamental tones for the respective color / wavelength bands of the additional sensors, the intensity of the fundamental tones indicating the absolute saturation of the respective colors. This gives the user an inability to acquire an idea of color and color variations in the scene or on the object that lies in the sensor's viewing direction.

Användaren kan exempelvis avläsa blå himmel, grön skog, blått vatten, ett gult hus, röd färg på en trafiksignal, etc.The user can, for example, read blue sky, green forest, blue water, a yellow house, red color on a traffic signal, etc.

Med avseende på anordningens grundfunktion, nämligen avståndsbestämning till föremål, kan anordningens användare ganska snabbt lära sig att översätta den hörbara ljudfrekvensen till det ifrågavarande avståndet.With respect to the basic function of the device, namely distance determination to objects, the users of the device can quite quickly learn to translate the audible sound frequency to the distance in question.

Vidare kan användaren ganska snabbt lära sig att utvärdera en frekvensändring till föremålets rörelsehastighet, dels med avseende på riktning mot eller bort från anordningen, dels med avseende på absolut förändring, dvs föremålets rörelse- hastighet mot eller bort från anordningen.Furthermore, the user can quite quickly learn to evaluate a frequency change to the object's speed of movement, partly with respect to direction towards or away from the device, partly with regard to absolute change, ie the object's speed of movement towards or away from the device.

Eftersom den uppﬁnningsenliga anordningen enbart avkänner avståndet till föremålet vid en smal sektor som representeras av emittems stråle, kan användaren utvärdera dimensionerna av ett föremål genom att svepa anordningen över en vinkelsektor i ett valt plan för att avgöra föremålets lokala avstånd i olika riktningar i planet, dvs föremålets utbredning eller dylikt.Since the inventive device only senses the distance to the object at a narrow sector represented by the emitter's beam, the user can evaluate the dimensions of an object by sweeping the device over an angular sector in a selected plane to determine the object's local distance in different directions in the plane. the extent of the object or the like.

Uppﬁnningen kommer i det följ ande att beskrivas i exempelfonn med hänvisning till den bilagda ritningen.The invention will in the following be described in exemplary form with reference to the accompanying drawing.

Fig. 1 visar schematiskt en sidovy av en anordning enligt uppﬁnningen.Fig. 1 schematically shows a side view of a device according to the invention.

Fig. 2 visar en vy tagen längs linje C-C i ﬁg. l. :vasa 10 l5 20 25 30 o ø - n u. 522 373 4 \/ F ig. 3 och 4 visar sektioner tagna längs linje A-A respektive B-B i ﬁg. 1.Fig. 2 shows a view taken along line C-C in ﬁ g. l .: vasa 10 l5 20 25 30 o ø - n u. 522 373 4 \ / F ig. 3 and 4 show sections taken along line A-A and B-B respectively in ﬁ g. 1.

Fig. 5 visar ett kopplingsschema för anordningen.Fig. 5 shows a wiring diagram for the device.

På ﬁg. 1 visas en laser 3, som kan avge en smal stråle 31. På avstånd tvärs lasern 3 finns en laserscanner 15, vilken innefattar ett vridbart lagrat ankare 9, som kan vridas av en elmagnet 8 och vid sin vridningsaxel bär ett rörstycke, som inne- håller ett färgﬁlter och en fototransistor. Laserscannern 15 avkänner en smal fältvinkel.On ﬁ g. 1 shows a laser 3 which can emit a narrow beam 31. At a distance across the laser 3 there is a laser scanner 15, which comprises a rotatably mounted armature 9, which can be rotated by an electric magnet 8 and carries at its axis of rotation a piece of pipe which holds a color filter and a phototransistor. The laser scanner 15 detects a narrow field angle.

Scannem har ett första vridningsändläge, där scannern 15 bildar en vinkel av exempelvis 45° mot lasem 3, till vilket scannem drives av elinagneten 8.The scanner has a first rotational end position, where the scanner 15 forms an angle of, for example, 45 ° towards the laser 3, to which the scanner is driven by the electric magnet 8.

En fjäder 14 förspänner ankaret 9 med scannem 15 mot ett motsatt andra vridningsändläge, vari scannerns riktning företrädesvis är parallell med laserstrålens 31 riktning. Genom aktivering av en ändlägeskontakt 4 i det andra ändläget, strömsättes el-magneten 8 så, att scannem 15 vrids i ett plan, vilket innehåller lasems 3 stråle, till det första ändläget. I detta första ändläge träffar scannern/elinagneten en bottenkontakt 18, som bryter strömmen till elmagneten 8. Elmagnetens 8 strömmatning innefattar en tyristor 5.A spring 14 biases the armature 9 with the scanner 15 towards an opposite second rotational end position, wherein the direction of the scanner is preferably parallel to the direction of the laser beam 31. By activating an end position switch 4 in the second end position, the electric magnet 8 is energized so that the scanner 15 is rotated in a plane, which contains the beam of the laser 3, to the first end position. In this first end position, the scanner / electric magnet hits a bottom contact 18, which disconnects the current to the electric magnet 8. The current supply of the electric magnet 8 comprises a thyristor 5.

Scannem 15 svänges tillbaka under inverkan av fjädern 14, mot sitt andra ändläge. Under denna tillbakasvängning av scannern 15 kan, då den är inriktad mot en reﬂex P av laserstrålen på ett föremål, det reﬂekterade ljuset nå fram till scannerns fototransistor 1. Transistoms 1 utsignal leds till en förstärkare 2, vars förstärkta utsignal triggar tyristorn 5, så att elmagneten 8 åter strömförsörjes och drivs mot sitt första ändläge. En trigger 9 visas mellan kontakten 4 och tyristorn 5. I en konstant situation kommer scannern att svänga fram och åter mellan sitt första ändläge och den riktning i vilken scannem 15 avkänner reﬂexen P från lasem 3. o.. .. auna» 10 15 20 25 30 5262 373 o ~ - - u.The scanner 15 is pivoted back under the action of the spring 14, towards its second end position. During this backward oscillation of the scanner 15, when it is aimed at a refractive P of the laser beam on an object, the reflected light can reach the scanner phototransistor 1. The output of the transistor 1 is conducted to an amplifier 2, the amplified output of which triggers the thyristor 5, the electric magnet 8 is again supplied with power and driven towards its first end position. A trigger 9 is shown between the contact 4 and the thyristor 5. In a constant situation, the scanner will swing back and forth between its first end position and the direction in which the scanner 15 detects the response P from the laser 3. o .. .. auna »10 15 20 25 30 5262 373 o ~ - - u.

Om ingen reﬂex avkännes, aktiveras elmagneten 8 automatiskt då scannern/- sensorn når det andra ändläget, där den påverkar startkontakten 4 så, att sensom omedelbart automatiskt åter drivs till sitt första ändläge, och därefter omedelbart börjar svänga mot det andra ändläget under avsökning av en eventuell reflex av laserstrålen, varvid en avkånd reflex medför att scannem/sensorn drivs tillbaka till det andra svängningsändläget av elmagneten mot fjäderförspänningen.If no response is detected, the solenoid 8 is activated automatically when the scanner / sensor reaches the second end position, where it acts on the starting contact 4 so that the sensor is immediately automatically driven back to its first end position, and then immediately begins to pivot towards the second end position. any reflex of the laser beam, whereby a sensed reflex causes the scanner / sensor to be driven back to the second oscillating end position of the electric magnet against the spring bias.

Anordningen innehåller vidare en vibrator eller högtalare 6, som påverkas av fototransistoms 1 utsignalspulser, såsom förstärkta av förstärkaren 2.The device further comprises a vibrator or loudspeaker 6, which is influenced by the output pulses of the phototransistor 1, such as amplified by the amplifier 2.

Anordningen kan utformas så, att frekvensen för pulserna från transistorn 1 ligger i det hörbara området.The device can be designed so that the frequency of the pulses from the transistor 1 is in the audible range.

En RC-krets l 1 finns tillhandahållen för att medge enkel justering av elmagneten 8 i detta avseende. På figuren visas även en huvudströmbrytare 7 samt ett utrymine 16, för ett batteri. Laserkretsen l 1 är justerbar på i sig känt sätt för inställning av ankarets grundläggande svängningsfrekvens. Fig. 5 illustrerar även modulatorer 20, 21 i formen av standardenheter för generering av pulser med angiven frekvens.An RC circuit 11 is provided to allow easy adjustment of the solenoid 8 in this regard. The figure also shows a main switch 7 and a space 16, for a battery. The laser circuit 11 is adjustable in a manner known per se for setting the fundamental oscillation frequency of the armature. Fig. 5 also illustrates modulators 20, 21 in the form of standard units for generating pulses of specified frequency.

Laserstrålen är pulsad för att ge en pulsad ström genom fototransistorn. Inkom- mande störande strålning mot fototransistom ger likström, som kan brytas av en kondensator såsom visas.The laser beam is pulsed to provide a pulsed current through the phototransistor. Incoming interfering radiation towards the phototransistor provides direct current, which can be broken by a capacitor as shown.

Färgmätningen sker genom att allmänbelysningens reﬂexer tas upp i rör 10 a, 10 b och 10 c och sorteras genom olika filter i olika färger, exempelvis rör med blå, gula eller röda färgﬁlter 10. En fototransistor 2 reagerar på detta ljus och sänder en elektrisk signal, via en förstärkare till en pulsgivare 19, som ger en på förhand bestämd ton för de olika respektive fårgema till öronsnäckan 6. 10 5272 373 o c ø 1 no n Anordningen enligt uppfinningen är i första hand avsedd att användas av syn- skadade, varvid anordningen exempelvis kan bäras med en hand eller kan monteras på en käpp, blindkäpp, som utnyttjas av användaren.The color measurement is done by recording the general lighting's samples in tubes 10 a, 10 b and 10 c and sorting them through different filters in different colors, for example tubes with blue, yellow or red colors 10. A phototransistor 2 reacts to this light and sends an electrical signal , via an amplifier to a pulse sensor 19, which gives a predetermined tone for the various respective colors to the cochlea 6. The device according to the invention is primarily intended for use by the visually impaired, wherein the device for example, can be carried with one hand or can be mounted on a cane, blind cane, which is used by the user.

Anordningens element (6), som avger en hörbar eller kännbar signal, kan stå i kommunikation med anordningens huvuddel via en kabel eller en trådlös kommu- nikation. Elementet (6) kan ha formen av en högtalare/öronsnäcka eller någon form av vibrator, som avger en retning, såsom exempelvis en mekanisk vibration.The element (6) of the device, which emits an audible or perceptible signal, can be in communication with the main part of the device via a cable or a wireless communication. The element (6) may be in the form of a speaker / earphone or some form of vibrator which emits a stimulus, such as for example a mechanical vibration.

Anordningen kan som helhet ha en form, exempelvis en långsträckt form, som gör det möjligt för användaren att identifiera einittems strålningsriktning, varvid anordningen exempelvis kan ha formen av en stång, vars längdriktning gör det möjligt för användaren att identifiera einitterns strâlningsriktning.The device as a whole may have a shape, for example an elongate shape, which enables the user to identify the radiation direction of the unit, the device may for example have the shape of a rod, the longitudinal direction of which enables the user to identify the radiation direction of the unit.

Claims

10 15 20 25 30 522 375 3 Patent claims

An apparatus for determining a distance to an object (P), comprising a directional radiation emitter (3), a sensor (15) located at a distance from the emitter across its radiation direction, means (8, 9) for rotation of the sensor (15) relative to the emitter (3) for scanning any radiation reactions from an object struck by the beam of the emitter (3), characterized in that the rotation means (8, 9) are arranged to rotate the sensor (15) relative to the emitter (3). 3) towards a first rotational end position, in which the direction of the sensor intersects the emitter direction in a vicinity in front of the emitter, that the sensor (15) is biased relative to the emitter (3) towards a second rotational end position, in which the direction of the sensor is generally parallel to the emitter (3) a sensing device (18) is arranged to sense that the sensor (15) has assumed its first rotational end position and to thereby switch off the rotating means (8, 9), that an activating device (5) is arranged to activate the rotating means (8, 9), when the sensor (15) unde rotational movement towards the second rotational end position senses a response of the emitter beam, so that the sensor, against the action of its bias voltage, moves towards its first end position, and that means (6) are provided for emitting a signal audible or perceptible to the user, which corresponds to the frequency with which the sensor (15) detects a re ﬂ ex of the emitter beam.

Device according to claim 1, characterized in that the emitter is a laser assembly (3) which is stationary in the device and that the rotating means comprise a stationary electric magnet (8) and an armature (9) cooperating therewith, which carries the sensor (15) .

Device according to claim 2, characterized in that the sensor (15) contains a phototransistor, the output signal of which is arranged to, possibly via an amplifier (2), emit signals to a loudspeaker or a vibrator (6).

Device according to claim 3, characterized in that the activating device comprises a thyristor (5) in a current supply line for the electric magnet (8) and that the output signal from the sensor phototransistor is arranged to, possibly via an amplifier (2), trigger the thyristor (5) to cause the armature (9) to rotate against the action of the bias (14) to the first rotational end position. 10 522 373 9 /

Device according to any one of claims 1-4, characterized by a number of additional sensor elements, which have substantially the same direction of view as the distance-determining sensor (15), and which are arranged to sense wavelength ranges corresponding to different colors, and that the additional sensor elements are arranged to emit a corresponding signal audible to the user when sensing their respective colors.

Device according to claim 5, characterized in that an audible signal produced by the respective additional sensor is arranged to be given an intensity which corresponds to the intensity of the color being sensed.