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Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung zum Schutz vor Laserstrahlung, enthaltend eine Nachweiseinrichtung für Laserstrahlung und eine Fassung mit zumindest einem Schutzfilter, wobei der zumindest eine Schutzfilter dazu eingerichtet ist, zwischen einer Laserlichtquelle und zumindest einem Auge eines Benutzers der Schutzvorrichtung oder einer Bilderfassungseinrichtung positioniert zu werden, wobei der Schutzfilter von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand schaltbar ist und eintreffende Laserstrahlung bei Durchtritt durch den Schutzfilter zumindest teilweise abgeschwächt wird, wenn der Schutzfilter im zweiten Zustand ist. Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art können dazu verwendet werden, elektronische Geräte oder das menschliche Auge vor intensiver Laserstrahlung oder anderen intensiven Lichtquellen zu schützen.
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Aus der
US 4,462,661 ist eine Schutzvorrichtung in Form einer Brille bekannt. Die Schutzvorrichtung umfasst einen Rahmen, in welchen elektrisch schaltbare Schutzfilter nach Art eines Brillenglases gefasst sind. Im Rahmen sind weiter Photodioden angeordnet, welche das Eintreffen intensiver Strahlung erkennen, so dass die Schutzfilter von einem transparenten in einen opaken Zustand geschaltet werden können.
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Diese bekannte Schutzvorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass die Laserstrahlung nur an diskreten Stellen des Rahmens durch die Photodioden erfasst werden kann. Damit besteht die Gefahr, dass der Träger der Schutzvorrichtung durch einen Laserstrahl geblendet wird, welcher den Rahmen bzw. die Fassung der Brille in einem Abschnitt zwischen zwei Laserdioden überstreicht, so dass die eintreffende Laserstrahlung nicht erkannt wird. Ebenso wird die Laserstrahlung nicht erkannt, wenn die Lichtquelle zunächst auf ihr Ziel ausgerichtet und dann eingeschaltet wird, so dass das Licht unmittelbar auf die Schutzfilter fällt und nicht zunächst auf den Rahmen. Weiterhin weist diese bekannte Vorrichtung den Nachteil auf, dass die Photodioden lediglich eine Lichtintensität messen und daher auf jede intensive Lichtquelle reagieren, so dass die Schutzfilter nicht nur selektiv beim Eintreffen von Laserstrahlung ansprechen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässigere Schutzvorrichtung zum Schutz vor Laserstrahlung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird eine Schutzvorrichtung zum Schutz vor Laserstrahlung offenbart, bei welcher zumindest ein Schutzfilter in zumindest eine Fassung aufgenommen ist. Die Fassung kann entsprechend dem Anwendungszweck der Schutzvorrichtung die Form eines Brillengestells aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Fassung in einen Helm integriert sein oder Bestandteil eines Visiers sein, welches mittels eines Kopfbandes oder mittels einer Helmbefestigung vor dem Gesicht eines Benutzers angeordnet werden kann. In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Fassung dazu vorgesehen sein, zumindest einen Schutzfilter vor einem Objektiv anzuordnen bzw. mit der Eintrittslinse eines Objektivs zu verbinden. Hierdurch kann eine nachfolgende Optik bzw. eine elektronische Bilderfassungseinrichtung vor intensiver Laserstrahlung geschützt werden. Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer Schutzbrille für die Augen eines Benutzers beschrieben. Selbstverständlich soll jedoch der Schutz nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sein.
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Der zumindest eine Schutzfilter wird durch die Fassung zwischen einer Laserlichtquelle und der zu schützenden Bilderfassungseinrichtung bzw. dem menschlichen Auge positioniert. Eintreffende Laserstrahlung muss somit den Schutzfilter durchdringen, ehe das Licht auf das Auge des Benutzers der Schutzvorrichtung bzw. die Bilderfassungseinrichtung trifft.
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Der Schutzfilter kann durch ein elektrisches Signal von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand geschaltet werden. Im ersten Zustand ist der Schutzfilter transparent oder transluzent und kann beispielsweise mehr als 40 %, mehr als 60 %, mehr als 80 % oder mehr als 90 % eintreffenden Lichtes im relevanten Spektralbereich passieren lassen. Im zweiten Zustand wird eintreffende Laserstrahlung bei Durchtritt durch den Schutzfilter zumindest teilweise abgeschwächt, d.h. der Schutzfilter ist reflektierend oder absorbierend, so dass weniger als etwa 20 %, weniger als 10 %, weniger als 5 % oder weniger als 2 % eintreffender Laserstrahlung im relevanten Spektralbereich den Schutzfilter passieren können. Der relevante Spektralbereich ist dabei entsprechend dem Anwendungszweck gewählt. Bei der Verwendung der Erfindung als persönliche Schutzausrüstung ist der relevante Spektralbereich zumindest ein Teilbereich des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums (VIS). Sofern die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung für den Schutz einer Infrarotoptik verwendet werden soll, kann der relevante Spektralbereich aus dem infraroten Spektralbereich (IR) ausgewählt sein.
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Der schaltbare Schutzfilter kann mit einem weiteren, statisch wirkenden Filter kombiniert werden, welcher Strahlung außerhalb des relevanten Spektralbereichs dauerhaft blockiert oder abschwächt. Beispielsweise kann eine persönliche Schutzausrüstung zusätzlich mit einem IR- und/oder UV-Schutzfilter ausgestattet sein, so dass durch das Zusammenwirken aller Schutzfilter ein Schutz vor Laserquellen im gesamten Spektralbereich von IR über VIS bis UV besteht, auch wenn die Wellenlänge der für eine Blendattacke verwendeten Strahlungsquelle nicht bekannt ist.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der zumindest eine Schutzfilter ein Flüssigkristallelement enthalten oder daraus bestehen, welches durch ein elektrisches Signal vom ersten Zustand in den zweiten Zustand geschaltet werden kann. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der zumindest eine Schutzfilter einen mechanischen Shutter enthalten, welcher über einen Elektromotor, einen Piezoantrieb oder eine Magnetspule bewegt werden kann. In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Schutzfilter einen elektrooptischen räumlichen Lichtmodulator, eine photochrome Beschichtung oder eine gasochrome Beschichtung, eine elektrochrome Beschichtung oder einen thermochromen Filter enthalten. Ein thermochromer Filter kann beispielsweise Vanadiumdioxid enthalten oder daraus bestehen. Diese Schutzelemente enthalten keinerlei bewegte mechanische Teile und können daher besonders rasch vom ersten Zustand in den zweiten Zustand geschaltet werden und/oder eine erhöhte Betriebssicherheit aufweisen.
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Die Laserlichtquelle, vor welcher der Benutzer geschützt werden soll, kann beispielsweise eine Werkzeugmaschine oder ein Messgerät sein, dessen Strahlung bei Gerätedefekt oder mangelnder Sorgfalt bei der Anwendung in das Auge von Bedienpersonal fallen kann. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schutzvorrichtung von Piloten, Fahrzeugführern, Polizisten oder anderen Einsatzkräften getragen werden, um Schutz vor Blendattacken durch intensive, transportable Laserlichtquellen zu bieten. Die Verfügbarkeit solcher kompakter und leistungsstarker Halbleiterlaser nimmt weltweit stetig zu. Daher wird diese intensive Strahlung zunehmend für Blendattacken gegen den genannten Personenkreis eingesetzt. Erschwerend kommt hinzu, dass die Angreifer aufgrund der großen Reichweite aus sicherer Entfernung agieren können und oftmals jedes Unrechtsbewusstsein fehlt.
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Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung weist dabei den Vorteil auf, dass der Schutz wellenlängenunabhängig ist, so dass Angriffe aus dem gesamten verfügbaren Spektralbereich abgewehrt werden können.
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An sich bekannte aktive bzw. schaltbare Schutzfilter werden üblicherweise derart gestaltet, dass im ersten Zustand möglichst viel Licht transmittiert wird. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, dass die Schutzelemente eine hohe optische Qualität aufweisen, d.h. die Oberfläche keine oder wenig Kratzer aufweist und das Material homogen und ohne störende Einschlüsse ist, an welchem das Licht gestreut werden könnte. Oftmals wird eine reflexmindernde Vergütungsschicht auf den Oberflächen vorgesehen. Lichtbündel, beispielsweise Laserstrahlen, welche auf solche Oberflächen treffen, erzeugen nur wenig oder kein Streulicht.
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Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, einen Schutzfilter mit geringerer optischer Qualität einzusetzen. Beispielsweise kann eine Oberflächenstrukturierung vorgesehen sein oder das Volumen des Materials des Schutzfilters kann mit Streuzentren versehen werden. Eintreffende intensive Lichtstrahlung erzeugt dann Streulicht, welches aus der ursprünglichen Lichteinfallsrichtung in eine davon abweichende Ausbreitungsrichtung gestreut wird.
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Zumindest ein Teil dieses Streulichtes kann mittels einer Nachweiseinrichtung nachgewiesen werden. Sofern von der Nachweiseinrichtung eintreffende Laserstrahlung oder andere intensive Lichtstrahlung erkannt wird, kann der Schutzfilter vom ersten Zustand in den zweiten Zustand geschaltet werden.
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Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung weist gegenüber bekannten Schutzvorrichtungen den Vorteil auf, dass nur Licht zur Auslösung des Schaltvorganges verwendet wird, welches auch auf den Schutzfilter fällt und daher eine Gefährdung für den Benutzer der Schutzvorrichtung oder das durch die Schutzvorrichtung geschützte Gerät darstellt. Andere Strahlung, welche beispielsweise nur auf die opake Fassung des Schutzelementes fällt, jedoch nicht auf das Schutzelement selbst, löst keinen Schaltvorgang aus, sodass der Benutzer der Schutzvorrichtung nicht durch Fehlauslösungen der Schutzvorrichtung gestört wird. Weiterhin wird eine zuverlässige Auslösung der Schutzvorrichtung auch dann sichergestellt, wenn eine Lichtquelle erst auf das Ziel ausgerichtet und dann eingeschaltet wird, sodass der Lichtstrahl unmittelbar auf den Schutzfilter fällt, ohne vorher die Fassung berührt zu haben. Schließlich kann auch dann ein zuverlässiger Schutz erzielt werden, wenn ein stark fokussierter Lichtstrahl seitlich auf den Schutzfilter geschwenkt wird, dabei jedoch nur den Zwischenraum zwischen benachbarten Photodioden überstreicht und somit bei bekannten Schutzvorrichtungen unerkannt bleibt.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Schutzfilter als planparallele Platte bzw. Scheibe ausgeformt sein, welcher einen höheren Brechungsindex aufweist als die Umgebung. Hierdurch kann der Schutzfilter gleichzeitig als Lichtleiter dienen, welcher das Streulicht zu einer am Rand des Schutzfilters angeordneten Nachweiseinrichtung führt.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Nachweiseinrichtung zumindest eine Photodiode und/oder zumindest einen Zeilen-Sensor und/oder zumindest einen Matrix-Sensor enthalten. Sofern als Nachweiseinrichtung eine einzelne Photodiode verwendet wird, kann diese den Schutzfilter bei Überschreiten einer vorgebbaren Intensität vom ersten Zustand in den zweiten Zustand schalten. Eine Mehrzahl von Photodioden oder ein Zeilen- oder Matrix-Sensor mit einer Mehrzahl von Pixeln kann alternativ oder zusätzlich eine Lichtverteilung bestimmen. Hierdurch können in einigen Ausführungsformen der Erfindung Interferenzmuster erkannt werden, welche auf kohärente Lichtquellen hinweisen. Dadurch kann Laserstrahlung von anderen intensiven Lichtquellen unterschieden werden, beispielsweise Bogenentladungen oder direktes Sonnenlicht. Ein Zeilen- oder Matrix-Sensor kann als CCD-Sensor oder als CMOS-Sensor als integrierter Schaltkreis ausgeführt sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Zeilen- oder Matrix-Sensor diskret aus einer Mehrzahl von Photodioden aufgebaut sein. Ein Zeilensensor kann auch mehrere nebeneinander liegende Bildpunkte aufweisen, so dass der Übergang zu einem Matrixsensor mit hohem Längen-/Breitenverhältnis fließend ist.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Nachweiseinrichtung dazu eingerichtet sein, Speckle-Interferenzen zu erkennen. Hierdurch kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Fehlauslösung vermieden werden, welche beispielsweise beim Blick in direktes Sonnenlicht oder beim Auftreffen von Spiegelungen direkten Sonnenlichtes, beispielsweise an Häuserfassaden, auftreten können. Die Auslösung des Schutzfilters wird somit nur dann vorgenommen, wenn tatsächlich eine Blendattacke mit Laserstrahlung erfolgt. Andere, zwar unangenehme, jedoch nicht schädliche intensive Lichtquellen lösen keinen Schaltvorgang des Schutzfilters aus, sodass der Benutzer nicht irritiert wird. Speckle-Interferenzen entstehen dabei stets dann, wenn kohärentes Licht an unterschiedlichen Streuzentren gestreut wird, sodass das in die Nachweiseinrichtung gelangende kohärente Licht einen Weglängenunterschied aufweist.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren eine Höhe und Breite von jeweils etwa 1 µm bis etwa 100 µm oder von etwa 10 µm bis etwa 50 µm aufweisen. Diese Streuzentren sind hinreichend klein, sodass der Träger einer Schutzbrille mit einem derartigen Schutzfilter die Streuzentren nicht bewusst wahrnimmt. Da sich der Schutzfilter direkt vor dem Auge des Trägers befindet, werden hinreichend kleine Streuzentren nicht scharf auf die Netzhaut bzw. die Bildebene abgebildet. Der Einfluss ist vergleichbar mit geringer Verschmutzung auf einer an sich bekannten Sehhilfe.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren einen mittleren Abstand von etwa 50 µm bis etwa 500 µm zueinander aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren einen mittleren Abstand von etwa 30 µm bis etwa 100 µm zueinander aufweisen. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren einen mittleren Abstand von etwa 100 µm bis etwa 1000 µm zueinander aufweisen. Bei diesem Abstand der einzelnen Streuzentren verbleibt ein hinreichend großer Flächenanteil optisch hoher Güte, sodass der Durchblick durch den Schutzfilter im ersten Zustand nur gering beeinträchtigt wird.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die Streuzentren in Reihen nebeneinander und übereinander angeordnet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren in einem hexagonalen Gitter im Volumen des Schutzfilters angeordnet sein. Durch die regelmäßige Anordnung einzelner Schutzfilter ergeben sich vorhersagbare Interferenzmuster bei Bestrahlung mit Laserlicht, sodass aus der Lage der Minima und Maxima des Interferenzbildes nicht nur auf das Vorhandensein intensiver Laserstrahlung geschlossen werden kann, sondern auch deren Wellenlänge bestimmbar ist.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren dazu ausgebildet sind, senkrecht auf den Schutzfilter treffendes Licht zumindest teilweise um etwa 80° bis etwa 100° zu streuen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren dazu ausgebildet sind, senkrecht auf den Schutzfilter treffendes Licht zumindest teilweise um etwa 88° bis etwa 95° zu streuen. Senkrecht eintreffendes Licht bezeichnet dabei eine Einfallsrichtung entlang des Normalenvektors des Schutzfilters. Das senkrecht eintreffende Licht kann dabei auch die senkrechte Komponente eines unter einem anderen Einfallswinkel auf die Oberfläche des Schutzfilters fallenden Strahlenbündels sein. Der in etwa in die Ebene des Schutzfilters gestreute Anteil des Lichtes kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung mindestens etwa 5 % oder etwa 10 % oder etwa 15 % oder etwa 20 % betragen. Der in etwa in die Ebene des Schutzfilters gestreute Anteil des Lichtes kann von der Form der Streuzentren abhängen, so dass sich über die Optimierung der Form der Streuzentren eine Möglichkeit zur Optimierung der Nachweiseffizienz ergibt.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren kegel- oder pyramidenförmig ausgebildet sein, wobei die Spitze des Kegels bzw. der Pyramide in Richtung des Lichteinfalls zeigt. Solchermaßen ausgeformte Streuzentren streuen das Licht bevorzugt in eine seitliche Richtung, sodass die Nachweiswahrscheinlichkeit vergrößert sein kann.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren einen vom Material des Schutzfilters verschiedenen Brechungsindex aufweisen. Auf diese Weise ergibt sich eine Grenzfläche, an welcher eintreffendes Licht zumindest teilweise reflektiert wird. Eine Änderung des Brechungsindex kann in einigen Ausführungsformen durch eine räumlich begrenzte Dotierung erzielt werden, sodass dotierte Teilvolumina des Schutzfilters einen ersten Brechungsindex aufweisen und undotierte Teilvolumina einen zweiten Brechungsindex. Die dotierten Teilvolumina bilden dabei Streuzentren im Schutzfilter.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren durch Materialbearbeitung mit einem Laserstrahl erhältlich sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der zur Materialbearbeitung eingesetzte Laserstrahl ein Kurzpulslaser sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Kurzpulslaser eine Pulsdauer von weniger als etwa 100 ps, weniger als etwa 1 ps oder weniger als etwa 100 fs aufweisen. Die Materialbearbeitung des Streufilters mit solcher Laserstrahlung führt ebenfalls zu einer Änderung des Brechungsindex, sodass einzelne Streuzentren unmittelbar in das Material des Schutzfilters hineingeschrieben werden können. Größe, Form und Abstand der Streuzentren sind auf diese Weise genau kontrollierbar.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthalten die Streuzentren Nanopartikel oder bestehen aus solchen Nanopartikeln. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Nanopartikel eine Größe von etwa 5 nm bis etwa 100 nm oder eine Größe von etwa 10 nm bis etwa 60 nm aufweisen. Solche Streuzentren können beispielsweise bei der Herstellung oder Urformung des Schutzfilters unmittelbar der Schmelze zugegeben werden, sodass die Streuzentren mit geringem Aufwand in den Schutzfilter einbringbar sind. Durch die Form der Nanopartikel kann die Streuwinkelverteilung beeinflusst werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung weisen die Nanopartikel einen von ihrer Umgebung verschiedenen Brechungsindex auf.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Nachweiseinrichtung zur Erkennung von Laserstrahlung an der Außenkante des Schutzfilters angeordnet. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zur Montage der Nachweiseinrichtung vorgesehene Montagefläche an der Außenkante des Schutzfilters abgeschrägt sein. Eine solche abgeschrägte Montagefläche kann größer sein als die durch die Dicke des Schutzfilters vorgegebene Breite. Dadurch kann eine Nachweiseinrichtung mit größerer Lichteintrittsfläche eingesetzt werden, welche eine größere Nachweiseffizienz und/oder eine bessere Ortsauflösung aufweisen kann.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Schutz vor intensiven Lichtquellen, insbesondere Laserstrahlung, bei welchem Laserlicht auf zumindest einen Schutzfilter trifft, welcher zwischen der Laserlichtquelle und zumindest einem Auge eines Benutzers der Schutzvorrichtung bzw. einer Bilderfassungseinrichtung positioniert ist. Der Schutzfilter kann von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand schaltbar sein und eintreffende Laserstrahlung bei Durchtritt durch den Schutzfilter zumindest teilweise abschwächen, wenn der Schutzfilter im zweiten Zustand ist. Weiterhin enthält der Schutzfilter Streuzentren, welche dazu eingerichtet sind, einen Teil der Intensität eintreffenden Lichtes auf eine Nachweiseinrichtung zu streuen, wobei der Schutzfilter in Abhängigkeit der von der Nachweiseinrichtung ausgegebenen Signale vom ersten Zustand in den zweiten Zustand geschaltet wird.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
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1 die Ansicht einer Ausführungsform der Schutzvorrichtung.
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2 zeigt den Strahlengang eintreffender Laserstrahlung und einen Schnitt durch ein Schutzelement gemäß einer ersten Ausführungsform.
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3 zeigt die Ankopplung einer Nachweiseinrichtung an einen Schutzfilter und einen Schnitt durch ein Schutzelement gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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4 zeigt einen Schnitt durch ein Schutzelement gemäß einer dritten Ausführungsform.
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5 zeigt einen Schnitt durch ein Schutzelement gemäß einer vierten Ausführungsform.
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6 zeigt die Ansicht eines Schutzelementes gemäß der vierten Ausführungsform.
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7 zeigt den Schnitt durch ein Schutzelement gemäß einer fünften Ausführungsform.
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8 zeigt ein Blockschaltbild der Schutzvorrichtung.
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Anhand von 1 wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung 1 erläutert. Die Schutzvorrichtung 1 weist eine Fassung 2 auf. Die Fassung 2 ist mit Bügeln 25 versehen, sodass diese wie eine handelsübliche Brille von einem Benutzer getragen werden kann. Zusätzlich oder anstelle der üblicherweise verwendeten und an sich bekannten Brillengläser sind Schutzfilter 5 eingesetzt. Die Schutzfilter 5 sind bei Benutzung der Schutzvorrichtung 1 vor den Augen des Benutzers platziert und befinden sich somit stets zwischen den Augen des Benutzers und einer Laserlichtquelle, vor deren Strahlung die Schutzvorrichtung 1 schützen soll.
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Am außen liegenden Rand der Schutzfilter 5 befindet sich jeweils eine zugeordnete Nachweiseinrichtung 6. Die Nachweiseinrichtung 6 kann eine einzelne Photodiode, eine Mehrzahl von Photodioden, einen Zeilen-CCD-Chip oder einen Matrix-CCD-Chip aufweisen. Dementsprechend kann entweder nur eine Intensität oder eine Intensität und ein Ort eintreffenden Streulichtes bestimmt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können mehrere Nachweiseinrichtungen 6 vorhanden sein, beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Kanten eines Schutzfilters 5 oder umlaufend um den Rand der Schutzfilter 5.
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2 zeigt einen Querschnitt durch das Schutzelement 5 in einer ersten Ausführungsform. Das Schutzelement 5 weist eine der Lichtquelle zugewandte Vorderseite 51 und eine dem Benutzer zugewandte Rückseite 52 auf. Das Schutzelement 5 kann von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand geschaltet werden, beispielsweise durch ein elektrisches Signal. Im ersten Zustand ist die Transmission in zumindest einem Wellenlängenbereich höher als im zweiten Zustand. Somit wird der Benutzer der Schutzvorrichtung im zweiten Zustand vor eintreffender Strahlung geschützt, beispielsweise Laserstrahlung 70 aus einem Laser 7.
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Der Schutzfilter 5 wird durch eine Auswerteelektronik vom ersten Zustand in den zweiten Zustand geschaltet, wenn die Nachweiseinrichtung 6 eintreffende intensive Lichtstrahlung bzw. Laserstrahlung erkennt. Hierzu sind im Volumen des Schutzelementes 5 Streuzentren 55 angeordnet. Die Streuzentren 55 können regelmäßig oder statisch im Volumen des Schutzfilters 5 verteilt sein. Beispielsweise können die Streuzentren 55 Farbstoffpartikel oder Nanopartikel aus metallischem oder dielektrischem Material sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren 55 einen anderen Brechungsindex aufweisen wie das umgebende Material des Schutzfilters 5, ohne jedoch Teile des elektromagnetischen Spektrums zu absorbieren oder zu reflektieren, sodass sich kein anderer Farbeindruck der Streuzentren 55 gegenüber dem umgebenden Material des Schutzfilters 5 ergibt.
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Die Streuzentren 55 können kleiner sein als die kürzeste Wellenlänge, für welche der Schutzfilter 5 ausgelegt ist. Hierdurch ergibt sich stets eine elastische Streuung elektromagnetischer Strahlung an den Streuzentren. Die Anzahl und Verteilung der Streuzentren 55 kann so gewählt sein, dass eintreffende Laserstrahlung 70 stets auch zumindest ein Streuzentrum 55 trifft, besser jedoch mehrere Streuzentren 55.
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In 2 ist beispielhaft die Lichtausbreitung an einem Streuzentrum gezeigt. Ein Laser 70, beispielsweise ein handgeführter, batteriebetriebener Halbleiterlaser, welcher in schädigender Absicht auf die Augen einer Person gerichtet wird, sendet einen Laserstrahl 70 aus. Der Laserstrahl 70 trifft auf zumindest ein Streuzentrum 55. Entsprechend dem Auftreffort wird das Licht in unterschiedliche Richtungen entsprechend den Gesetzmäßigkeiten der Lichtstreuung abgelenkt. Beispielhaft sind zwei gestreute Lichtstrahlen 71 und 72 dargestellt. Der erste Lichtstrahl 71 wird in etwa um 90° aus der ursprünglichen Einfallsrichtung gestreut. Der zweite Lichtstrahl 72 verlässt das Streuzentrum mit einer Ablenkung von etwa 30°. Der Lichtstrahl 72 trifft sodann auf die Rückseite 52 des Schutzfilters 5 wird und dort aufgrund des Brechzahlunterschiedes totalreflektiert. Beide Lichtstrahlen 71 und 72 verlassen den Schutzfilter 5 über dessen Lichtaustrittsfläche 53. Dort können beide Lichtstrahlen von einer Nachweiseinrichtung 6 nachgewiesen werden.
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Sofern das einfallende Licht 70 kohärent ist, können die Lichtstrahlen 71 und 72 interferieren, sodass an der Lichtaustrittsfläche 53 ein Interferenzmuster nachgewiesen werden kann. Dieses Muster kann neben der Intensität ergänzend zum Nachweis der Strahlung 70 verwendet werden, wenn die Nachweiseinrichtung 6 dazu eingerichtet ist, eine ortsabhängige Intensität zu bestimmen.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Schutzfilters 5 im Schnitt. Der Schutzfilter 5 enthält Streuzentren 55, welche im Volumen des Materials des Schutzfilters 5 angeordnet sind, wie vorstehend beschrieben. Weiterhin sind an der Vorderseite 51 Streuelemente in Form einer Oberflächenstrukturierung 54 angeordnet. Die Oberflächenstrukturierung 54 kann durch spanende Materialbearbeitung, beispielsweise Mikrofräsen, Schleifen oder Sandstrahlen, in die Oberfläche des Schutzfilters 5 eingebracht werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren 54 mittels Photolithographie, durch Aufdampfen oder durch nasschemisches Beschichten aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren 54 eine geometrisch bestimmte Form aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Streuzentren 54 eine statistische Verteilung auf der Vorderseite 51 des Schutzfilters 5 aufweisen.
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Auch die Streuzentren 54 an der Vorderseite 51 können dazu eingesetzt werden, eintreffendes Licht auf die Nachweiseinrichtung 6 zu streuen, wie vorstehend beschrieben.
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Weiterhin zeigt 3 eine Nachweiseinrichtung 6, welche mit einer Lichteintrittsfläche 61 ausgestattet ist. Die Lichteintrittsfläche 61 liegt an der Lichtaustrittsfläche 53 des Schutzfilters 5 an. Weiterhin weist der Schutzfilter 5 ein keilförmiges Element 56 auf. Das keilförmige Element 56 kann so gestaltet sein, dass die Lichtaustrittsfläche 53 einen Winkel von etwa 20° bis etwa 60° zur Vorderseite 51 einschließt. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Lichtaustrittsfläche 53 vergrößert wird, sodass eine größere Nachweiseinrichtung 6 mit verbesserter Nachweisempfindlichkeit eingesetzt werden kann.
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4 zeigt den Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform des Schutzfilters 5. Die dritte Ausführungsform enthält Streuzentren 55, welche die Form eines Kegels oder einer Pyramide aufweisen. Die Spitze dieser Kegel bzw. Pyramiden zeigt in Richtung der Vorderseite 51 und damit in Richtung des eintreffenden Lichtes. Die Kegel- pder Pyramidenform kann besonders vorteilhaft dazu geeignet sein, eintreffendes Licht in Richtung der Lichtaustrittsfläche 53 zu streuen. Weiterhin ist in 4 ersichtlich, dass die Streuzentren 55 einen gleichmäßigen Abstand zueinander aufweisen und in einer Reihe in dem Querschnitt des Schutzelementes 5 angeordnet sind. Hierdurch wird eine Beeinträchtigung des Blickfeldes des Benutzers der Schutzvorrichtung 1 weitgehend vermieden oder zumindest deutlich reduziert.
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Die Streuzentren 55 lassen sich in einfacher Weise durch Materialbearbeitung mit einem Kurzpulslaser einbringen, welcher den Brechungsindex des Materials des Schutzfilters 5 modifiziert, sodass ein Teil eintreffenden Lichts am Streuzentrum 55 reflektiert wird.
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Anhand der 5 und 6 wird eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzfilters erläutert. Dabei zeigt 5 den Querschnitt durch das Schutzelement und 6 die Ansicht. Der Schutzfilter 5 weist wiederum eine Vorderseite 51 und eine Rückseite 52 auf. Im Volumen befinden sich eine Mehrzahl von Streuzentren 55 wie vorstehend beschrieben. Die Streuzentren 55 sind in einem hexagonalen Gitter angeordnet, sodass die Streuzentren 55 in unterschiedlicher Tiefe im Schutzfilter 5 vorhanden sein können. Weiterhin erstreckt sich das Gitter der Streuzentren 55 über die gesamte Fläche des Schutzfilters 5, sodass eintreffende Strahlung zuverlässig zur Lichtaustrittsfläche 53 gestreut und nachgewiesen werden kann.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die Anordnung in zwei Reihen im Querschnitt gemäß 5 lediglich beispielhaft zu verstehen ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das hexagonale Gitter eine größere Tiefe aufweisen und dementsprechend können Streuzentren auch in mehreren hintereinander und übereinander liegenden Reihen angeordnet sein.
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7 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Schutzfilters 5 im Schnitt. Auch das Schutzfilter gemäß 7 trägt eine Oberflächenstrukturierung 57, wie bereits anhand von 3 näher erläutert wurde. Jedoch ist die Oberflächenstrukturierung 57 an der Rückseite 52 angeordnet.
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Selbstverständlich können die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele gemäß der 3, 4, 5, 6 und 7 auch miteinander kombiniert werden, um auf diese Weise weitere, hier nicht detailliert beschriebene Ausführungsformen zu erhalten.
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8 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung 1. Die Schutzvorrichtung 1 weist zumindest einen Schutzfilter 5 auf. An den Schutzfilter 5 koppelt über die Lichtaustrittsfläche 53 die Nachweiseinrichtung 6, welche Streulicht in zumindest ein elektrisches Signal wandelt. Die zur Erzeugung des Streulichtes vorgesehenen Streuzentren 54 und/oder 55 wurden bereits anhand der vorgehenden Figuren ausführlich erläutert und sind daher in 8 nicht dargestellt.
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Das elektrische Signal der Nachweiseinrichtung 6 wird über eine Leitung 33 einer Auswerteschaltung 3 zugeführt. Die Auswerteschaltung 3 kann als analoge oder digitale Schaltung in an sich bekannter Weise realisiert sein. Die Auswerteschaltung 3 analysiert das eingehende Signal, um eine Entscheidung zu treffen, ob intensive Strahlung auf den Schutzfilter 5 gefallen ist. In diesem Fall gibt die Auswerteschaltung 3 über die Leitung 31 ein Steuersignal aus, welches den Schutzfilter 5 vom ersten Zustand in den zweiten Zustand schaltet.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteschaltung 3 über eine elektrische Verbindung 32 eine Alarmeinrichtung 4 ansteuern, welche einen optischen und/oder akustischen Alarm ausgibt. Hierdurch kann der Benutzer vor dem Umschalten des Schutzfilters 5 gewarnt werden, sodass der Benutzer nicht von Schalten des Schutzfilters und der damit einhergehenden Sichtbehinderung überrascht wird. Alternativ kann ein Schalten des Schutzfilters 5 auch völlig unterbleiben, sodass der Benutzer beim Auslösen des optischen oder akustischen Alarms mit der Alarmeinrichtung 4 selbst aktive Schutzmaßnahmen gegen die Blendung ergreifen kann, beispielsweise indem er in eine andere Richtung blickt oder die Augen schließt.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Merkmale aus unterschiedlichen, vorstehend detailliert beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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