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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Atem- und Gesichtsschutzmaske
mit einem eine Sichtscheibe aufweisenden Maskenkörper, der im aufgesetzten Zustand
Augen und Atemwege des Maskenträgers
gas- und flüssigkeitsdicht
vor der Umgebung schützt,
und einer am Maskenkörper
befestigten sowie einen Bildgeber und eine Abbildungsoptik aufweisenden
Anzeigevorrichtung, die ein Bild so erzeugt und abbildet, daß der Maskenträger das
Bild wahrnehmen kann.
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Eine
solche Maske ist beispielsweise aus der
US 7,038,639 B1 bekannt,
wobei dort die Anzeigevorrichtung mit allen ihren optischen Komponenten innerhalb
des Maskenkörpers
angeordnet ist. Damit ist es äußerst schwierig,
die Anzeigevorrichtung zu justieren, da dies individuell für jeden
Maskenträger nur
im aufgesetzten Zustand durchgeführt
werden kann. Ferner ist es schwierig eine Anzeigevorrichtung mit
guten Abbildungseigenschaften bereitzustellen, da der vorhandene
Bauraum innerhalb der Maske äußerst gering
ist.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Atem- und Gesichtsschutzmaske
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine Justierung einfach möglich ist
und gleichzeitig die Abbildungseigenschaften der Abbildungsvorrichtung verbessert
werden können.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei einer Atem- und Gesichtsschutzmaske der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
daß die
Abbildungsoptik eine erste und zweite Teiloptik umfaßt, wobei
die zweite Teiloptik innerhalb des Maskenkörpers angeordnet ist und die
erste Teiloptik zusammen mit dem Bildgeber ein Bilderzeugungsmodul
bildet, das außerhalb
des Maskenkörpers
angeordnet ist, die Anzeigevorrichtung ein Koppelmodul aufweist,
das so am Maskenkörper
befestigt ist, daß die
Gas- und Flüssigkeitsabdichtung
der Maske beibehalten wird, und das das Bilderzeugungsmodul mit
der zweiten Teiloptik so koppelt, daß durch Bewegen des Bilderzeugungsmoduls
die zweite Teiloptik relativ zum Maskenkörper positionierbar ist.
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Durch
diese Ausgestaltung der Abbildungsoptik, bei der die zweite Teiloptik
innerhalb der Maske angeordnet ist und die restlichen optischen
Elemente der Abbildungsoptik außerhalb
der Maske angeordnet sind, kann eine Abbildung mit hoher Qualität sichergestellt
werden, da die gesamten optischen Elemente nicht innerhalb des begrenzten
Raumes in der Maske angeordnet sind. Ferner ist eine ausgezeichnete
Justierbarkeit gegeben, da im aufgesetzten Zustand durch Bewegen
des Bilderzeugungsmoduls die zweite Teiloptik relativ zum Maskenkörper und
somit auch relativ zum Auge des Maskenträgers positioniert werden kann.
Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Abbildungsoptik so ausgebildet
ist, daß sie dem
Maskenträger
das Bild in Überlagerung
mit der Umgebung darbietet. In diesem Fall kann die zweite Teiloptik
für die Überlagerung
eingesetzt werden und, was optisch von Vorteil ist, sehr nahe am
Auge des Maskenträges
positioniert werden.
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Das
Bilderzeugungsmodul kann lösbar
mit dem Koppelmodul verbunden sein. Damit wird vorteilhaft erreicht,
daß das
meistens relativ teure Bilderzeugungsmodul nur bei Bedarf verwendet
werden muß und
die Maske auch ohne Bilderzeugungsmodul noch voll funktionsfähig ist.
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Die
lösbare
Verbindung kann beispielsweise mittels eines Bajonettverschlusses
oder eines Klippverschlusses, bei dem im verbundenen Zustand Sicherungselemente
in entsprechende Ausnehmungen einrasten, verwirklicht werden. Ferner
ist es möglich, die
lösbare
Haltung magnetisch zu realisieren. Auch kann ein Schraubgewinde
vorgesehen werden, in das das Bilderzeugungsmodul eingeschraubt
wird.
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Das
Koppelmodul ist insbesondere so ausgebildet, daß das Bilderzeugungsmodul immer
dieselbe Orientierung zum Maskenkörper aufweist, wenn es mit
dem Koppelmodul verbunden ist. Die Positionierung des Bilderzeugungsmoduls
relativ zum Maskenkörper
wird somit reproduzierbar sichergestellt.
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Das
Koppelmodul kann ein Verbindungselement aufweisen, an dem das Bilderzeugungsmodul befestigt
ist und das relativ zur Sichtscheibe in seiner Lage verstellbar
ist. Insbesondere kann auch noch die zweite Teiloptik am Verbindungselement
befestigt sein. Damit wird in einfacher Art und Weise eine mechanisch
und bevorzugt starre Verbindung zwischen dem Bilderzeugungsmodul
und der zweiten Teiloptik sichergestellt.
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Das
Verbindungselement kann relativ zum Maskenträger gekippt und/oder sein Abstand
zum Maskenträger
kann verändert
werden, wobei dann in dieser geänderten
Positionierung das Verbindungselement wiederum relativ zum Maskenkörper so
festgelegt ist, daß sich
diese Positionierung nicht ändert. Das
Verbindungselement kann somit relativ zum Maskenträger in verschiedene
Positionen bewegt und arretiert werden.
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Das
Koppelmodul kann ferner so ausgebildet sein, daß ein Verkippen der zweiten
Teiloptik um zumindest zwei Achsen ermöglicht ist, damit kann schon
eine sehr große
Variabilität
für die
Justierung der zweiten Teiloptik zur Verfügung gestellt werden.
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Das
Koppelmodul kann insbesondere an oder in der Sichtscheibe des Massenkörpers befestigt
sein. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine Position seitlich
des Auges des Maskenträgers.
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Das
Koppelmodul kann ferner eine Öffnung der
Sichtscheibe gas- und flüssigkeitsdicht
nach außen
abdichten. Damit wird einerseits die Dichtheit der Maske beibehalten
und somit ihre Funktionsfähigkeit erhalten.
Andererseits kann die gewünschte
mechanische Kopplung zwischen zweiter Teiloptik und Bilderzeugungsmodul
realisiert werden.
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Die
Abbildungsoptik kann ferner so ausgebildet werden, daß sie dem
Maskenträger
das Bild in Überlagerung
mit der Umgebung darbietet. Dazu kann beispielsweise die zweite
Teiloptik einen teiltransparenten Abschnitt aufweisen, der Licht
des Bilderzeugungsmoduls zum Auge des Maskenträgers hin lenkt und gleichzeitig
das Wahrnehmen der Umgebung durch den teiltransparenten Abschnitt
ermöglicht.
Damit können
dem Maskenträger
beispielsweise wichtige Informationen in überlagernder Weise mit der
von ihm wahrnehmbaren Umgebung dargestellt werden.
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Insbesondere
ist die zweite Teiloptik starr mit dem Bilderzeugungsmodul verbunden.
Daher wird eine Bewegung des Bilderzeugungsmoduls direkt auf die
zweite Teiloptik übertragen
und die relative Ausrichtung des Bilderzeugungsmoduls zur zweiten
Teiloptik bleibt bestehen, so daß die optische Abbildung mit
hoher Qualität
sichergestellt werden kann.
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Das
Bilderzeugungsmodul kann in einem gas- und flüssigkeitsdichtem Gehäuse angeordnet sein,
das mit dem Verbindungsmodul verbunden ist. Dabei kann die Dichtheit
des Gehäuses
beispielsweise erst dann vollständig
gegeben sein, wenn die Verbindung zwischen dem Gehäuse und
dem Verbindungsmodul gegeben ist. Andererseits ist es auch möglich, das
Gehäuse
an sich als dichtes Gehäuse auszubilden,
das dann mit dem Verbindungsmodul verbunden werden kann.
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Die
Atem- und Gesichtsschutzmaske kann z.B. auch Teil eines Schutzanzuges
sein. Wesentlich ist, daß Augen
und Atemwege gas- und flüssigkeitsdicht
vor der Umgebung geschützt
sind.
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Die
Anzeigevorrichtung kann ferner ein lichtleitendes Element aufweisen,
das innerhalb des Maskenkörpers
angeordnet ist und Licht von der ersten Teiloptik zur zweiten Teiloptik
leitet. Das lichtleitende Element kann entweder vollständig innerhalb des
Maskenkörpers
angeordnet sein oder sich bis zum Bilderzeugungsmodul außerhalb
des Maskenkörpers
erstrecken.
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Ferner
kann das lichtleitende Element zusammen mit der zweiten Teiloptik
als ein einziges Element ausgebildet sein.
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Das
lichtleitende Element kann beispielsweise eine Lichtleiterplatte
sein, die an ihrem dem Auge des Maskenträgers zugewandten Ende eine
diffraktive Auskopplung oder eine Auskopplung über einen Spiegel durchführt. Ferner
kann das lichtleitende Element durch ein Glasfaserbündel realisiert
sein.
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Die
zweite Teiloptik kann als planarer oder auch gekrümmter Strahlkombinierer
ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, die erste und/oder zweite Teiloptik
refraktiv, diffraktiv und/oder reflektiv auszubilden.
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Die
Abbildungsoptik kann das Bild einem Auge darbieten. Es ist jedoch
auch möglich,
daß die Abbildungsoptik
beiden Augen des Maskenträgers jeweils
ein Bild darbietet. In diesem Fall kann mittels der dargebotenen
Bilder ein dreidimensionales Bild dargestellt werden. Es kann dann
z.B. für
jedes Auge ein Bilderzeugungsmodul und eine zweite Teiloptik vorgesehen
sein.
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Das
Gehäuse
kann insbesondere auch noch gegen sonstige Umwelteinflüsse schützen, wie
z.B. Hitze oder Chemikalien.
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Ferner
kann die Anzeigevorrichtung dem Maskenträger das abgebildete Bild als
virtuelles Bild darbieten und noch weitere Elemente aufweisen, wie z.B.
eine Stromversorgung und/oder eine Bilddatenquelle.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber
noch näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
schematische Teilschnittansicht von oben auf einen die erfindungsgemäße Atem- und Gesichtsschutzmaske
tragenden Maskenträger;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Koppelmoduls von 1;
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3 eine
Schnittansicht des Koppelmoduls von 1;
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4 eine
perspektivische schematische Darstellung einer Abwandlung des Koppelmoduls von 1,
und
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5 eine
Darstellung eines Verbindungsstücks
des Koppelmoduls von 4.
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In
der in 1 gezeigten Teilschnittansicht von oben trägt ein Maskenträger M eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Atem-
und Gesichtsschutzmaske, die einen eine Sichtscheibe 1 aufweisenden
Maskenkörper
sowie eine an der Sichtscheibe 1 befestigte Anzeigevorrichtung 2 umfaßt. Bei
der Darstellung in 1 ist vom Maskenkörper nur
die Sichtscheibe 1 schematisch eingezeichnet.
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Die
Atem- und Gesichtsschutzmaske ist so ausgebildet, daß sie im
aufgesetzten Zustand, der in 1 schematisch
dargestellt ist, die Augen- und Atemwege des Maskenträgers M gas-
und flüssigkeitsdicht
von der Umgebung trennt. Bei der Maske kann es sich beispielsweise
um eine Gasmaske mit Filter oder Pressluftatmer für Feuerwehrleute
handeln. Durch die Sichtscheibe 1 kann der Maskenträger (hier
z.B. ein Feuerwehrmann) die Umgebung wahrnehmen.
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Die
Anzeigevorrichtung 2 umfaßt einen Bildgeber 3,
der zum Beispiel ein LCD-, ein LCoS- oder eine OLED-Anzeige sein kann, eine
dem Bildgeber 3 nachgeordnete erste Teiloptik 4,
wobei der Bildgeber 3 und Teiloptik 4 in einem
Gehäuse 5 angeordnet sind,
ein an der Sichtscheibe 1 befestigtes Koppelmodul 6 sowie
eine am Koppelmodul 6 befestigte zweite Teiloptik 7.
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Wie 1 entnommen
werden kann, sind der Bildgeber 3, die erste Teiloptik 4,
die ein Bilderzeugungsmodul 8 bilden, zusammen mit dem
Gehäuse 5 außerhalb
der Gasmaske angeordnet. Die zweite Teiloptik 7 ist hingegen
innerhalb der Gasmaske vorgesehen.
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Mittels
der Anzeigevorrichtung 2 wird dem Maskenträger M ein
Bild so dargeboten, daß er
es in Überlagerung
mit der Umgebung (z.B. dem schematisch dargestellten Objekt 0) wahrnehmen
kann. Dazu erzeugt der Bildgeber 3 das gewünschte Bild, das
dann mittels der ersten und zweiten Teiloptik 4, 7 so
abgebildet wird, daß es
dem Maskenträger
M als virtuelles Bild dargeboten wird. Der Bereich der zweiten Teiloptik 7,
an dem das von der ersten Teiloptik 4 kommende Licht reflektiert
wird, ist hier teiltransparent ausgebildet, so daß die gewünschte Überlagerung
des virtuellen Bildes mit der Umgebung realisiert wird.
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Die
zweite Teiloptik 7 ist, wie nachfolgend noch detailliert
beschrieben wird, mittels des Koppelmoduls 6 so mit dem
Gehäuse 5 und
damit dem im Gehäuse 5 angeordneten
Bilderzeugungsmodul 8 verbunden, daß die relative Orientierung
der zweiten Teiloptik 7 zum Bilderzeugungsmodul 8 fixiert
bzw. festgelegt ist. Darüber
hinaus ist das Koppelmodul 6 so ausgebildet, daß die damit
verbundene zweite Teiloptik 7 sowie das damit verbundene Bilderzeugungsmodul 8 relativ
zur Sichtscheibe 1 bewegt werden können. Damit ist es möglich, die
zweite Teiloptik 7 individuell für jeden Maskenträger M optimal
zu positionieren bzw. justieren.
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Wie
der perspektivischen Darstellung des Koppelmoduls 6 in 2 sowie
der Schnittdarstellung des Koppelmoduls 6 in 3 zu
entnehmen ist, weist die Sichtscheibe 1 eine runde, hier
leicht elliptische Öffnung 9 auf,
in der einer an die Form der Öffnung
angepaßter
Basisring 10 sitzt. Von unterhalb (also innerhalb der Maske)
ist ein Klemmring 11 angeordnet, der mit Schrauben 12 am
Basisring 10 befestigt ist und somit ein Festklemmen des
Basisrings 10 am Rand der Öffnung 9 der Sichtscheibe 1 bewirkt.
Zusätzlich
ist der Basisring 10 noch mittels einer Dichtmasse (nicht
gezeigt) mit der Sichtscheibe 1 verklebt, so daß der Basisring 10 gas-
und flüssigkeitsdicht
mit der Sichtscheibe 1 verbunden ist.
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Ferner
sind vier längliche
und plastisch verformbare Verbindungsstücke 13, 14, 15 und 16 jeweils
mit ihrem einen Ende am Basisring 10 befestigt, wobei die
Befestigungspunkte in Umfangsrichtung des Basisrings 10 gleichmäßig verteilt
sind. Die anderen Enden der Verbindungsstücke 13–16 sind
an einem kreisrunden Bajonettring 17 befestigt, dessen Durchmesser
hier geringer ist als die Öffnungsgröße der Öffnung 9,
wobei die anderen Enden der Verbindungsstücke 13 bis 16 in
Umfangsrichtung des Bajonettring 17 gleichmäßig voneinander
beabstandet sind.
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Im
Bajonettring 17 ist eine kreisrunde Glasscheibe 18 eingesetzt,
wobei die Glasscheibe zwischen dem Bajonettring 17 und
einem mittels Schrauben 19 am Bajonettring 17 befestigten
Gegenring 20 gas- und flüssigkeitsdicht eingeklemmt wird.
Ferner ist noch eine Dichtmanschette 21 vorgesehen, die
aus einem gas- und flüssigkeitsdichten Material
besteht und eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung
zwischen dem Basisring 10 und dem Bajonettring 17 gewährleistet.
Wie 3 zu entnehmen ist, ist auch die Dichtmanschette
einerseits zwischen Basisring 10 und Klemmring 11 und
andererseits zwischen Bajonettring 17 und Gegenring 20 eingeklemmt.
Zusätzlich
zu den Einklemmungen kann noch eine gas- und partikeldichte, klebende
Dichtmasse verwendet werden, um die Dichtmanschette 21 mit
dem Bajonettring 17 und dem Basisring 10 zu verbinden.
Das Verbindungsmodul 6 schließt somit die Öffnung 9 in
der Sichtscheibe 1 gas- und flüssigkeitsdicht ab.
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Das
Gehäuse 5 mit
dem Bilderzeugungsmodul 8 weist ein zu dem Bajonettring 17 entsprechendes
Gegenstück
auf, so daß das
Gehäuse 5 lösbar mit
dem Bajonettring 17 befestigbar ist. Wenn das Gehäuse 5 an
den Bajonettring 17 befestigt ist, ist es stets in der
gleichen vorgegebenen Orientierung relativ zum Bajonettring 17 befestigt.
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Ferner
ist auch die zweite Teiloptik 7 (hier von der Innenseite
der Gasmaske) am Bajonettring 17 befestigt, so daß die relative
Ausrichtung der zweiten Teiloptik 7 zum Gehäuse 5 und
somit zum Bilderzeugungsmodul 8 festgelegt und definiert
ist. Des weiteren ist die gas- und
flüssigkeitsdichte
Wirkung. der Maske beibehalten, da die Dichtmanschette 21 sowie
die Glasscheibe 18 vorgesehen sind. Jedoch kann aufgrund
der plastisch verformbaren Verbindungsstücke 13–16 die
Lage des Bajonettrings 17 relativ zum Basisring 10 verändert werden.
Es sind Kippbewegungen sowie translatorische Bewegungen möglich, wodurch
die Anzeigevorrichtung 2 bzw. die zweite Teiloptik 7 relativ
zum Auge des Maskenträgers
M justiert werden kann, ohne daß die
räumliche Orientierung
der zweiten Teiloptik 7 zum Bilderzeugungsmodul 8 verändert wird.
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Mit
dieser Ausbildung ist es somit möglich, die
Anzeigevorrichtung 2 bzw. die zweite Teiloptik 7 relativ
nah am Auge des Maskenträgers
M anordnen und auch noch justieren zu können, ohne daß es notwendig
ist, die gesamte Anzeigevorrichtung innerhalb der Maske vorzusehen,
was aus Platzgründen kaum
möglich
wäre. Ferner
kann das Bilderzeugungsmodul 8 von der Maske getrennt werden,
ohne daß die
Funktionalität
der Maske (insbesondere hinsichtlich der gewünschten Dichtigkeit) nachteilig
beeinflußt
wird. Die Maske kann daher auch ohne Bilderzeugungsmodul 8 verwendet
werden.
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Die
Verbindungsstücke 13–16 können beispielsweise
als Metalldrähte
ausgebildet sein, die mit dem Basisring 10 und dem Bajonettring 17 verlötet sind.
Es ist auch möglich,
segmentierte, als „Schwanenhals" bekannte Verbindungsstücke einzusetzen.
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In 4 ist
eine alternative Ausführungsform des
Koppelmoduls 6 gezeigt. Da sich diese Ausführungsform
von der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsform
nur durch die verstellbare mechanische Verbindung des Basisrings 10 mit
dem Bajonettring 17 unterscheidet, sind zur Vereinfachung
der Darstellung nur der Basisring 10 sowie der Bajonettring 17 schematisch
eingezeichnet. Natürlich
ist in dieser Ausführungsform
in gleicher Weise wie bei der in 2 und 3 gezeigten
Ausführungsform
des Koppelmoduls 6 der Basisring 10 an der Sichtscheibe 1 befestigt,
ist die Glasscheibe 18 im Bajonettring 17 eingesetzt
und ist die Dichtmanschette 21 vorgesehen.
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Statt
der Verbindungsstücke 13–16 sind
hier sechs starre, längenverstellbare
Verbindungsstücke 22, 23, 24, 25, 26 und 27 derart
am Basisring 10 und Bajonettring 17 angebracht,
daß jeweils
zwei von ihnen an einer Stelle am Basis- bzw. Bajonettring 10, 17 zusammenkommen.
Die Verbindung zwischen den Enden der Verbindungsstücke 22–27 mit
dem Basisring 10 und dem Bajonettring 17 erfolgt
jeweils über
ein Gelenk mit mindestens zwei Freiheitsgraden, wie z.B. ein Kugelgelenk
(28–33)
oder ein Kardangelenk. Die einzelnen Verbindungsstücke sind
in ihrer Länge
verstellbar, so daß sich
insgesamt eine sogenannte Hexapod-Anordnung ergibt.
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Die
Längenverstellbarkeit
der Verbindungsstücke 22–27 wird
hier dadurch realisiert, daß jedes Verbindungsstück 2 Gewindestangen 34, 35 aufweist,
wobei die beiden Gewindestangen an den einander zugewandten Enden
außen
einmal ein Rechtsgewinde und einmal ein Linksgewinde aufweisen,
die in einem hohlzylinderförmigen
Verbindungselement 36 mit einem Innengewinde eingeschraubt
sind. Das Verbindungselement 36 weist mittig eine äußere Rändelschraube 37 auf, über die
das Verbindungselement 36 relativ zu den Gewindestangen 34, 35 gedreht
werden kann, so daß der
Abstand der beiden einander zugewandten Enden der beiden Gewindestangen 34, 35 vergrößert oder
verkleinert und somit die Länge
des entsprechenden Verbindungsstücks 22–27 vergrößert bzw.
verkleinert werden kann.
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Ferner
ist zumindest auf einer der beiden Gewindestangen 34, 35 noch
eine Kontermutter 38 vorgesehen, mit der der eingestellte
Abstand der beiden Gewindestangen 34, 35 fixiert
werden kann.
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Bei
den bisher beschriebenen Ausführungsformen
läuft das
Licht innerhalb der Maske vom Koppelmodul 6 bis zur zweiten
Teiloptik 7 durch Luft bzw. die gasförmige Atmosphäre, die
innerhalb der Maske vorhanden ist. Es ist jedoch auch möglich, daß ein lichtleitendes
optisches Element zwischen dem Koppelmodul 6 und der zweiten
Teiloptik 7 vorgesehen ist. Insbesondere kann das lichtleitende
Element zusammen mit der zweiten Teiloptik 7 eine Einheit
bilden. Das lichtleitende Element kann beispielsweise als Lichtleiterplatte
ausgebildet sein, die an ihrem dem Auge des Maskenträgers M zugewandten
Ende eine diffraktive Auskopplung oder eine Auskopplung über einen
Spiegel (der beispielsweise teiltransparent sein kann) durchführt. Auch
kann das lichtleitende Element durch Glasfaserbündel realisiert sein. Die beschriebenen
Ausführungsformen
können
untereinander kombiniert werden.