Brevet FR2347032A1 — publié le 19771104

La présente inve@tion concerne un dispositif guide aveugle assurant la détection d'objets, de teintes et de lumières qui permet aux non voyants de se guider per repérage sur des points visuels fixes et d'évaluer la distance à un obstacle tel un mur, leur permettant ainsi, par exemple, de suivre celui-ci sans le toucher, ou bien de ralentir à son approche. Les dispositifs cornus à ce jour, de type radar, qui font appel à des techniques compliquées de mise en oeuvre, d'encombrement important et de coût de réalisa ion élevés ne permettent pas la vulgarisation des aides ainsi créés et ne renseignent que sur des distances, ce qui limite l'utilisation desdits radars à une fenction de g@idage. Les dispositifs à caméra ou analyse d'image sont de même très complexes et très lourds d'emploi. Quant aux appareils simplifiés de mesure de lu@ière, ils ne permettent pas la mesure de distance, ni le repérage en position de l'appareil à l'état d'arrêt tel qu'il est explicité plus loin. De plus, ces appareils ne comportant pas de générateur de lumière incorporé ne peuvent fonctionner de manière autonome dans l'obscurité. Le dispositif objet de l'invention, simple de réalisation, bon marché et de faible encombrement est facilement transportable et utilisable dans de nombretix cas, tels que pour la détection de lumières, de mouvements, de présence d'un obstacle, la comparaison de couleurs etc.Il permet généralement la detection de la présence dtun obstacle volumineux avant la détection de celui-ci par la canne de l'aveugle et autorise l'évaluation suffisamment précise de la distance séparant ledit obstacle de ltappareil pour permettre de suivre celui-ci sans le toucher. Par exemple, un aveugle pourra sans peine vérifier que les sources lumineuses d'une cave sont éteintes, que le volet d'un soupirail inaccessible est fermé, puis pourra regagner la sortie sans toucher les murs fraîchement peints. Il pourra de plus se guider par rapport au soleil, détecter la trouée qu'une rue découpe .sur le ciel en pleine ville, et trouver quantité d'applications aux quelques informations élémentaires fournies par le dispositif. Cet appareil simple ne remplace ni ltoeil, ni la canne, mais fournit ces infornations élémen- taires dont l'aveugle peut tirer journellement une aide précieuse. L'appareil est également équipé d'un système de localisation générant un son bref et répé titif permettant de retrouver ledit appareil "au son", quel que soit l'endroit où il se trouve entreposé ou oublié. Le dispositif objet de l'invention est constitué d'un bottier renfermant un système photo électronique analysant la lumière provenant d'une direction déterminée,fixe par rapport à l'appareil Ce système transforme cette information lumineuse en une information acoustique audible, de fréquence continuement variable transmise à l'aveugle par un petit haut-parleur solidaire de l'appareil lui permettent ainsi d'évaluer la quantité de lumière correspondant à chaque direction analysée Un dispositif d'émission le lumière focalisée permet l'utilisation de l'appareil en lumière ambiante faible, de même qu'il permet l'évaluation de distance par corrélation angulaire des faisceaux de réception et faisceau d'émission focalisé étant fixo ou orientable par rapport à celui de réception. Le tout est alimenté par une source d'énergie électrique incorporée au boîtier. Une commutation permet au système électronique de générer un claquement bref et cyclique hors fonctionnement, lorsque l'utilisateur désire connaître en permanence la position de son appareil. -Dlautres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif plusieurs formes de réalisations et d'applications conformes à l'esprit de l'invention. La figure 1 représente le schéma symbolique dé l'organisation de l'appareil, dans lequel une source d'électricité 1 alimente le système d'émission de lumière 3, par l'intermédiaire d'un circuit de commutation 2, le faisceau lumineux ainsi crée étant focalisé et dirigé par le bloc optique 4 dans la direction choisie. Un système optique 5 permet de sélectionner le signal lumimeux provenant de la direction voulue et de le regrouper sur l'élément photoélectrique 6 qui fournit au circuit électronique 7 une information électrique image de ladite informez tion lumineuse, lui permettant de créer un signal acoustique audible, de fréquence variable sans discontinuité, proportionnelle à la quantité de lumière reçue par le système, cette information sonore étant communiquée à l'utilisateur par un traducteur électroacoustique 8 incorporé. Le circuit de commutation 2 peut être constitué d'un nn'Itivibrateur astable de technologie apte à assurer l'allumage puis l'extinction acycliques du générateur de lumière 3,dans le but de créer une lumière facilement identifiable à la réception, par rapport aux différentes lumières naturelles ou artificielles reçues conjointement par l'appareil. Le circuit 2 peut être constitué plus simple- ment encore d'un interrupteur à poussoir ou glissière, permettant un allumage continu du générateur de lumière, l'éventuelle identification de ladite lunière se faisant par corrélation entre l'action sur l'interrupteur et la variation du signal reçu. Le circuit électronique 7 peut titre compassé d'un générateur d'impulsions auto- entretenu, à période de récurrence variable sans discontinuité dans la zone utile, ladite période de récurrence étant proportionnelle à l'information électrique fournie par le photocapteur associé. Une période de récurrence variant de quelques dizaines de microsecondes à quelques secondes permet une optimisa tion de la plage de sensibilité du système, de tanière à pleinement ada-te celle-ci à la gamme de fréquences acoustiques habituellement perçues par l'uti lisateur.En fonctionnement de localisation de l'appareil, une période de récurrence de quelques secondes > quelques dizaines de secondes est fournie par commutation adéquate du multivibrateur pour générer un claquement facilement identifiable à intervalles réguliers. Ce claquement pourrait bien entendu être remplacé par un "bip" d'identification constitué de plusieurs impulsions, sans pour antant sortir de l'esprit de l'invention défini par les revendications annexées.Un circuit électronique 7 convenant parfaitement aux conditions précé- demment exposées peut être simplement constitué du multivibrateur astable à transistors universellement connu à couplages base collecteur, dont une constante de temps RC fixe est d'environ une milliseconde (valeur purement indicative bien entendu) pour la génération de l'impulsion fournie au haut parleur par l'inter- nédiaire d'un transistor amplificateur, la constante de temps R.G créant la période de récurrence de ladite impulsion étant définie par la résistance dtune cellule photorésistante associée à un condensateur de valeur appropriée. Pour information, une photorésistance de 10 MOhms (0 Lux) à 100 Ohms (100 Lux) associée à un condensateur d'environ 1 Micro Farad peut donner un résultat conv@- nable. Le fonctionnement de localisation est obtenu par simple remplacement par commutation de ce circuit RC pour obtenir une période de récurrence de l'ordre de quelques secondes. Il va sans dire que cette description explicative simplifiée ne limite en rien les possibilités de remplacer ledit multivibrateur à transistors par des circuiterres plus ou moins évoluées et éventuellement intégrées, pouvant amener à un résultat électronique équivalent ou tendant a créer le "bip" auditif précédemment cité en place du claquement unique généré par le multivibrateur simple. Le bloc optique 4 peut être constitué d'un système afocal ou d'une optique convergente permettant la concentration d'un pinceau lumineux plus ou moins directif dans une direction apte à éclairer la zone analysée par le système de réception. Le système optique 5 peut être choisi afocal comme explicité en figure 4t ou bien comporter un élément de focalisation apte a' amener un gain optique et une directivité adaptée a l'application désirée, comme dans le cas de sondes extérieures à l'appareil destinées à des usages spécialisés. La figure 2 montre le principe utilisé pour déterminer la distance séparant l'appareil d'un obstacle. La partie supérieure de le figure 2 représente schématiquement les positions relatives que peuvent prendre différents faisceaux d'émission (ici Â et B) géné- rés par le bloc optique 4, par rapport au faisceau de réception R considéré comme référence, ledit faisceau R analysant la lumière réfléchie par l'objet représenté ici par le plan P. La figure 2 inférieure représente en correspondance la variation du nombre de photons "N" reçus sur la photocellule 6, éclairée par le faisceau de réception R,en fonction de la distance"d" séparant l'objet P du système optique 5 ledit plan P se déplaçant normalement à l'axe principal du aisceau de réception R d'une dis tance nulle à une distance d par rapport audit système optique 5. "no "représente le nombre de photons repus sur le nhotocapteur en absence d'émis- sion de lumière par le bloc optique 4. "N" représerte le nombre de photons reçus lorsque le générateur de lumière est allumé. Les courbes A1 et A2 correspondent à l'utilisation du faisceau lumineux d'émis sion A, et représentent la variation dn nombre de photons reçus sur la photo- cellule 6 si l'on déplace le plan P selon l'axe des distances d. La courbe A1 correspond à un plan P clair, très réfléchissant, à réflexion iso tropique, tel un réflecteur blanc mat. La courbe A2 correspond à un plan P moins réfléchissant (gris mat par exemple). La distance dMA correspond au signal réfléchi et reçu maximum, la coïncidence des faisceaux d'émission et réception A et R étant assurée, et la longueur du trajet dudit signal étant minimum. On voit ici que la réception relative maxi male a lieu pour une même distance quelle que soit la qualité réfléchissante isotropique du matériau constituant l'objet P. Les courbes B1 et B2 correspondent à l'utilisation du générateur de lumière orienté selon B. La courbe B1 correspond à un plan P clair (blanc mat). La courbe B2 correspond à un plan P moins réfléchissant (gris mat). Un maximum de "N" correspond pour ces deux courbes à la distance dMB correspon dant à la coïncidence du faisceau de réception R et du faisceau d'émission B, pour une distance minimale parcourue fictivement par un photon émis par 4, réfléchi en dMB par P et reçu par 5. On voit ici de nouveau que la réception relative maximale a lieu pour une même distance quelle que soit la qualité réflé chissante de l'objet P. Il existe donc une relation directe entre la distance correspondant à la récep- tion relative maximale du signal et l'angle formé par les faisceaux d'émission et de réception de l'appareil. Un étalonnage de l'angle relatif desdits fais ceaux correspond donc à un étalonnage de la distance amenant l'activité maximale de l'appareil, et permet donc la mesure de distance. Pratiquement on peut évaluer correctement une distance comprise approximativement entre 0,25 R et 4 H en considérant H corme étant la distance séparant les axes des faisceaux d'émission et de réception de l'appareil au niveau de leur sortie dudit appareil. Ce résul tat correspond grossièrement à des faisceaux d'une quirzaine de degréssolides, les distances mesurables et la précision de leur détection dépendant principale ment ae la finesse des faisceaux de coïncidence. Pour information, pour des faisceaux d'environ 15 degrés, une distance H de 4 cm (vale-wr indicative bien entendu) correspondant à un appareil de faible taille permet facilement l'éva luation d'une distance comprise entre 1 et 16 cm, considérant le système optique 4 comme réglable angulairement, ce qui permet le suivi d'un mur dans des condi tions satisfaisantes.Pour l'évaluation des dist@nces très courtes, on préférera au point le coïncidence maximale le point de coïncidence nulle où se rejoignent A1 et A2, la détection étant alors plus précise. La figure 3 représente schématiquement une forme de réalisation du système d'émission de lumière directif et orientable. Une ampoule à incandescence 3, placée près du point focal d'une lentille convergente 9 permet la création d'un faisceau concentré directif, dont on peut faire varier la direction par simple translation longitudinale selon l'axe X X' de ladite lentille. L'ensemble pourrait @ien entendu être remplacé par und ampoule à incandescence comportant une lentille incorporée à sa verrerie, ladite ampoule étant orientable par rapport à l'appareil. La génération de lumière peut bien entendu être obtenue par un tube à gaz, un système à diode électroluminescente ou tout autre système apte à générer des photons. La figure 4 représente schématiquement en coupe une possibilité de réalisation du système optique 5 dans lequel un photocapteur 6 (ici du type photorésis tance CdS) placé devant un orifice 10 du bottier 19 détermine un faisceau de réception R. Le système est ici afocal et comporte un barillet transparent 11, jouant le rôle de diaphragme, grâce à un masque opaque adapté 12, déposé éventuellement par sérigraphie qui permet ainsi de régler l'intensité lumineuse atteignant la photocellule 6, pour autoriser un fonctionnement correct en lumière ambiante importante.L'orifice 10 peut être remplacé par une lentille conversente de focale appropriée à la directivité recherchée et au photocapteur choisi En effet, un photocapteur de dimensions réduites, tel une photodiode, ou un phototransistor verra sa sensibilité largement augmentée par l'utilisation d'une optique concentrant précisément sur la surface photosensible la lumière prove- nant d'un faisceau R de dimension acceptable. Il va sans dire que de nombreuses formes de réalisations tendant à créer un fonctionnement directif du système de réception peuvent être obtenues par tout système optique adéquatement adapté au capteur photoélectrique, sans pour autant s'écarter de 'esprit de I 'invention élaboré par les revendications annexées. La figure 5 représente symboliquement un type de signal acoustique S fourni par l'appareil en fonction du temps t, constitué d'une succession de sons élédentaires j, la lumière K analysée par l'appareil étant supposée continuement croissante dans -la période de temps considéré. Cette figure montre que la fré- quence de récurrence du son élémentaire j augmente proportionnellement à l'intensité lumineuse analysée par l'appareil, créant ainsi une information acoustique de fréquence apparemment variable, basse pour les luminances faibles et élevée@ pour les fortes luminances.Ce type de signai convient particulièrement a' une utilisation en lumière généralement faible, permettant la distinction des sources lumineuses par augmentation apparente de la fréquence du son fourni à l'utili sateur. Dans le cas où l'utilisateur désire déceler les zones sombres par lumière ambiante élevée, le système peut être électroniquement construit de ma@ière à présenter une fréquence de récurrence faible pour les lumières élevées et forte pour les lumières faibles. Cette configuration correspond à l'augmentation de la fréquence de récurrence du SGn élémentaire j lorsque la luminosité Et décroit comme présenté sur la figure.Cette configuration présente l'avantage de fournir alors à l'utilisateur un son moins fatiguant que celui fourni par la configuration initiale, la tonalité moyenne du son généré étant alors assez basse. La figure 6 représente symboliquement un signal sonore S fonction du temps t, correspondant à un fonctionnement de détection d'obstacle en émetteur récepteur du système. Le signal acoustique S est constitué d'une succession de groupes de sons élémentaires j, lesdits groupes correspondant chacun à l'augmentation (ou à la diminution) temporaire de la lumière reçue par le photocapteur, suite à l'allumage ou à l'extinction de l'émetteur de lumière incorporé à l'appareil. Si le signal reçu ne subit pas de variation de fréquence, cyclique ou bien on corrélation avec la manoeuvre d'allumage ou d'extinction du générateur de lumière interne, l'utilisateur conclut à l'absence d'obstacle. Au contraire, si le signal acoustique fourni par l'appareil montre une variation de fréquence du même rythme que celui crée par l'émetteur de lumière interne, l'utilisateur conclut à la présence d'un obstacle à distance faible de l'appareil, celui-ci réfléchissant une partie du signal émis.Ce mode de fonctionnement permet la mesure de distance par lumière ambiante non nulle, ladite lumière ambiante pouvant amener une impossibilité de distinguer la lumière utilement réfléchie par l'objet si ladite lumière utile n'est pas modulée. La figure 7 représente symboliquement un son S fonction du tenns t correspondant au mode de fonctionnement acoustique permettant la localisation de l'appareil entre deux utilisations. Dans ce but, un son élémertaire j est généré périodiquement par l'appareil, permettant à l'aveugle de situer "au son"l'endroit où celui-ci est entreposé ou oublié. Une période de récurrence T permet une localisation de l'appareil en un temps moyen T/2, tout en ne créant pas une gêne pour toute écoute d'une conversation ou manifestation acoustique habituelle. Par exemple explicatif, une période de récurrence de dix secondes permet une localisation en un temps moyen de cinq secondes. Le système électronique 7 générant l'impulsion de période de récurrence T peut être celui même utilisé dans le système de réception, commuté en posItion de repos du dispositif en auto oscillateur. Un bip co@posé de plusieurs impulsions successives peut de même être crée par une électronique adaptée dans le but le rendre discernable par exemple plusieurs types d'appareils du même genre entreposés conjointement La figure 8 montre symboliquement une forme de réalisation possible de l'appareil. Celui-ci présente dans un encombrement réduit les différents éléments précédemment explicités en regard des figures 1, 3 et 4. Le boîtier 19 contient un haut-parleur 8 qui fournit à l'utilisateur un son de prissance réglable par le potentiomètre 15. Un interrupteur 14 autorise le fonctionnement normal, l'arrêt total, ou bien l'arrêt avec signal de localisation de l'appareil. Un poussoir 13 permet l'allumage continu ou intermittent du système d'émission de lumière dont la lentille de focalisation 9 est réglable suivant l'axe X X',pour permettre l'évaluation de distance. Le boîtier 19 comporte de plus l'orifice 10 et le disque obturateur 11 précédemment explicités en regard de la figure 4 qui associésè une photocellule assurentle fonctionnement précédemment explicité du système de réception de l'appareil. Une prise 17 permet l'alimentation extérieure du dispositif ou bien la recharge de batteries incorporées. TWie prise 18 permet la connection extérieure d'un écouteur ou haut-parleur supplémentaire pour utilisation discrète de l'appareil. Une prise 16 autorise la connection extérieure d'une sonde optique de caractéristiques adaptées à toutes sortes d'applications précises, telle une sonde à optique très directive, très lumineuse, isotropique ou bien de faible poids etc. La description précédente, faite dans un but purement explicatif montre ici une forme de ré@lisation montrant clairement les différents éléments constitutifs d'@@ appareil réalisable, bien que pouvant être composé de tout élément équivalent dans le but d'obtenir un fonctionnement conforme à l'esprit de l'invention tel qu'il ressort des reverdications annexées. REVENDICATIONS 1 )Dispositif guide aveugle permettant la détection et l'évaluation de lumitres et de teintes comportant un récepteur électronique photosensible et direotif qui fournit à l'utilisateur un signal acoustique de fréquence ou de période de récurrence proportionnelle à la quantité de lumiere provenant de la direction analysée, caractérisé par un dispositif émetteur de lumiere incorporé permettant d'éclairer partiellement ou totalement la zone analysée par le faisceau de récep- tion. 2 )Dispositif selon la revendication précédente caractérisé par un faisceau lumineux émis directif, d'orientation fixe ou angulairement variable par rapport au faisceau de réception de l'appareil, pernettant l'évaluation d'une ou plusieurs distances par corrélation angulaire entre lesdits faisceaux d'émission et de réception de l1appareil, ou permettant pour le moins ainsi une optimisation des conditions d'éclairage de la zone analysée 3 )Dispositif selon l'une quelcongue des revendications précédentes caractérisé par la création d'un faisceau d'émission lumineux directif, angulairement orientable par rapport au faisceau de réception par la translation latérale ou longitudinale d'un système optique tel une lentille convergente, ledit système optique se déplacant devant une source lumineuse. 4 )Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par la création d'un faisceau d'émission de lumière directif, éventuellement orientable, obtenu par l'utilisation d'un générateur de lumière intrinsèquement focalisé, tel une Iambe à incandescence à verrerie formant loupe, ou une diode électroluminesoente à enrobage formant loupe, l'orientation angulaire variable étant alors principalement obtenue par l'orientation dudit générateur de lumière. 5 )Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caracté- risé par un dispositif récepteur de lumière directif, afocal ou focalisé, suivant le type de photocapteur utilisé et suivant l'angle d'analyse désiré, comportant un réglage par écran plus ou moins opaque à la lumière, mobile et de forme quelconque, dosant le pourcentage de lumière atteignant le photocapteur pour adapter le fonctionnenent optimal de l'appareil aux conditions d'éelairement intense,ou permettre une tonalité agréable à l'utilisateur. 60)pisposîtif selon l'une quelconque des revendications Drdcddeutes caracté- risé par le fait que l'émission de lumière est d'intenAté pratiquement constante durant l'enclenchement du poussoir ou de l'interrupteur de commande dudit générateur de lumière. 7 )Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'démission d'une lumière pulsée à un rythme basse fréquence créé par un système électronique commandant l'alimentation dudit générateur do lumière une cadence susceptible d'entraîner une modulation décelable durant la réception de la lumière émise ainsi créée, ladite émission de lumière pouvant être ou non commandée par l'utilisateur selon ses besoins. 8 )Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé par l'émission d'un son bref et répétitif de période éventuellement modulée par la lumière ambiante comprise entre une seconde et cinq minutes, ledit son bref étant @énéré utilement hors des périodes d'utilisation normale de l'appareil, dans le but d'aider à localiser celui-ci au son. 9 )Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé par l'émission d'un "bip" sonore cyclique d'identification permettant la reconnaissance au son de l'identité et de la position de l'appareil à l'état de repos. 10 )Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé par la possibilité de connecter une S nde optique extérieure comportant un récepteur photosensible, ladite sonde étant adaptée de part ses dimensions, poids et caractéristiques optiques à des utilisations spécifiques telles la détection à très faible luminosité, à directivité isotropique, à directivité plus ou soins pointue ou b@ les Ses sonies de faiblesdimensions.