PL B1. WOJSKOWY INSTYTUT MEDYCYNY LOTNICZEJ, Warszawa, PL BUP 23/13

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. H02M 5/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób sterowania promiennikiem podczerwieni (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 23/13 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/16 (73) Uprawniony z patentu: WOJSKOWY INSTYTUT MEDYCYNY LOTNICZEJ, Warszawa, PL (72) Twórca(y) wynalazku: KRZYSZTOF RÓŻANOWSKI, Warszawa, PL KRZYSZTOF MURAWSKI, Latchorzew, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Michał Jędrzejewski

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania promiennikiem podczerwieni znajdujący zastosowanie w urządzeniach do badania aktywności oka i wyznaczania stanu psychofizycznego kierowcy. Znane są sposoby sterowania oraz zasilania diod podczerwieni, w tym promienników podczerwieni, poprzez regulację prądu diody lub regulację współczynnika wypełnienia impulsu prostokątnego zasilającego diodę. Sterowanie takie następuje poprzez regulację prądu diody podczerwieni. Jest to metoda analogowa, która jest realizowana poprzez zmianę wartości rezystancji rezystora połączonego szeregowo ze sterowaną diodą podczerwieni. Odmianą tej metody jest wykorzystanie potencjometrów o liniowej charakterystyce zmian rezystancji w funkcji zmian położenia suwaka w potencjometrze. W przypadku cyfrowego sygnału wykorzystywane są potencjometry cyfrowe lub inne przetworniki cyfrowo-analogowe. W sterowaniu z wykorzystaniem sygnału cyfrowego o stałym lub regulowanym współczynniku wypełnienia, dioda podczerwieni jest sterowana sygnałem prostokątnym o regulowanym czasie włączenia i zazwyczaj o częstotliwości powyżej 300 Hz. Intensywność promieniowania diody podczerwieni jest wprost proporcjonalna do wartości współczynnika wypełnienia impulsu, czyli długości czasu włączenie odniesionej do długości okresu impulsu prostokątnego. Znane jest też rozwiązanie według wynalazku nr US , w którym promiennik podczerwieni sterowany jest z układu kontrolera, który występuje w pętli sprzężenia zwrotnego z promiennikiem podczerwieni. Promiennik sterowany jest sygnałem cyfrowym, o zmiennym czasie włączenia. Jeżeli jasność świecenia źrenicy jest zbyt mała, to układ kontrolera wydłuża czas włączenia w sygnale sterującym promiennik podczerwieni. Jeżeli jasność świecenia źrenicy jest zbyt duża to układ kontrolera skraca czas włączenia promiennika podczerwieni. Z opisanego powyżej stanu techniki znane są sposoby sterowania promienników podczerwieni za pomocą sygnału cyfrowego zarówno o stałym jak i zmiennym współczynniku wypełnienia oraz metody analogowe wykorzystujące zmianę wartości połączonego szeregowo rezystora. Żaden z nich jednak nie zapewnia stałego poziomu jasności źrenic w zmieniających się warunkach zewnętrznego oświetlenia, w zakresie światła widzialnego i podczerwonego. Celem wynalazku jest stworzenie sposobu sterowania promiennikiem podczerwieni tak, aby jakość sygnału optycznego na wejściu kamery monochromatycznej w urządzeniu do badania aktywności oka była niezależna od zewnętrznych warunków oświetleniowych, oraz systemu, który zwiększy średni poziom jasności źrenic, oraz zminimalizuje ilość energii elektromagnetycznej zakresu podczerwieni emitowanej w kierunku monitorowanego człowieka, zwłaszcza ludzkich oczu. Cel ten osiągnięto w rozwiązaniu według wynalazku, w którym sposób sterowania promiennikiem podczerwieni za pomocą cyfrowego sterującego sygnału o zmiennym czasie włączenia charakteryzuje się tym, że cyfrowy sygnał ciągły o stałej częstotliwości z przedziału od 1 khz do 50 khz, jest przekształcany przez impulsowy sygnał z modulacją szerokości impulsu w sterujący, cyfrowy, pulsujący sygnał, kierowany do promiennika podczerwieni. Sposób ten charakteryzuje się również tym, że impulsowy sygnał z modulacją szerokości impulsu ma częstotliwość 3,4 khz, a jego współczynnik wypełnienia jest większy od 0 i mniejszy od 1. Zaletą takiego sposobu sterowania promiennikiem podczerwieni według wynalazku jest zapewnienie jasności źrenicy na stałym poziomie, w zmieniających się warunkach zewnętrznego oświetlenia w zakresie światła widzialnego i podczerwonego. Korzystnym jest, że sposób sterowania promiennika podczerwieni umożliwia regulowanie poziomu emitowanej mocy sygnału elektromagnetycznego w zakresie podczerwieni. Jest to istotne w przypadku wykorzystania promiennika podczerwieni w systemach bezpieczeństwa związanych z monitorowaniem położenia gałki ocznej oraz powieki, ze względu na ograniczone możliwości odprowadzania ciepła przez oko ludzkie. Sposób według wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia wykres sterującego sygnału cyfrowego U CLK, sygnału impulsowego U LED oraz sterującego sygnału U C wchodzącego do promiennika, modulowanego sygnałem impulsowym U LED w funkcji czasu t; natomiast fig. 2 przedstawia układ badawczy promiennika podczerwieni i został bliżej objaśniony na poniższym przykładzie wykonania. Promiennik 1 podczerwieni wykonany jest w postaci dwóch gałęzi diod podczerwieni po sześć diod w każdej gałęzi połączonych szeregowo o długości fali optycznej 850 nm i zasilany jest z zasilacza 2 napięciem stałym 12 V. Zasilanie to doprowadzane jest do zacisków A i B, z których B jest masą.

3 PL B1 3 Sterowanie promiennika następuje poprzez doprowadzenie do punktu C sterującego cyfrowego sygnału U C, który wytwarzany jest w modulatorze. W pierwszym przypadku, kiedy klucz przełączający znajduje się w położeniu I do promiennika 1 dociera cyfrowy sygnał U CLK, o stałej częstotliwości 50 khz, który wytwarzany jest w pierwszym kontrolerze 5. Promiennik 1 podczerwieni sterowany takim sygnałem emituje światło ciągłe. W przypadku, kiedy klucz przełączający znajdzie się w położeniu II pierwotny cyfrowy sygnał sterujący U CLK zostaje modulowany za pomocą sygnału impulsowego U LED z modulacją szerokości impulsu, który wytwarzany jest w drugim kontrolerze 4. Sygnał U LED charakteryzuje się tym, że jego współczynnik wypełnienia definiowany jest jako stosunek czasu trwania impulsu t, do okresu sygnału T, i wynosi 0,5, Dodatkowo sygnał impulsowy U LED jest sygnałem prostokątnym o częstotliwości 3,4 khz i amplitudzie 5 V. Sposób sterowania według wynalazku powoduje, że promiennik podczerwieni emituje światło pulsacyjne. Średni poziom jasności źrenic w przypadku sterowania według wynalazku był wyższy o ponad 35% w stosunku do sterowania sygnałem ciągłym, który znany jest ze stanu techniki. W przykładzie wykonania zrealizowano warianty pomiarowe dla wykorzystania sterowania promiennika podczerwieni do oświetlania obydwu oczu oraz przypadków, gdy badany człowiek wykorzystywał okulary lub też nie. Zmiany poziomu jasności źrenic przedstawia Tabela 1. T a b e l a 1 rodzaj sterowania z okularami bez okularów lewe oko prawe oko lewe oko prawe oko światło ciągłe U CLK 114,84 125,69 154,83 174,94 światło impulsowe U C 197,03 209,89 235,49 236,91 zmiana poziomu jasności źrenic 46,12% 66,99% 52,10% 35,42% Sposób według wynalazku, sterowania promiennikiem podczerwieni, ma zastosowanie w układach optycznych urządzeń badawczych, systemów bezpieczeństwa i systemach kontroli dostępu. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób sterowania promiennikiem podczerwieni za pomocą cyfrowego, sterującego sygnału o zmiennym czasie włączania, znamienny tym, że wytworzony w pierwszym kontrolerze 5 cyfrowy sygnał ciągły (U CLK ) o stałej częstotliwości z przedziału od 1 khz do 50 khz, jest przekształcany przez wytworzony w drugim kontrolerze 4 impulsowy sygnał (U LED ) z modulacją szerokości impulsu w sterujący, cyfrowy, pulsujący sygnał (U C ), kierowany do promiennika (1) podczerwieni. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że impulsowy sygnał (U LED ) z modulacją szerokości impulsu ma częstotliwość 3,4 khz, a jego współczynnik wypełnienia jest większy od 0 i mniejszy od 1.

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)