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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche dem Schutz der Augen vor schädlichen Licht- bzw. Strahlungsquellen, insbesondere dem Schutz vor Laserstrahlen dient.
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Stand der Technik
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Zum Schutz des menschlichen Auges vor Laserstrahlen werden bislang zwei Arten von Laserschutzbrillen verwendet. Vollschutzbrillen reflektieren oder absorbieren einen Laserstrahl im infraroten, optischen oder ultravioletten Wellenlängenbereich vollständig bis zu einer oberen Grenzpulsenergie oder Dauerleistung für eine bestimmte Laserpulsanzahl oder Dauer. Das menschliche Auge wird von Vollschutzbrillen im geeigneten Wellenlängenbereich vollständig geschützt. Die existierende Technologie erreicht jedoch mit ultrakurzen Laserpulsen ihre Grenzen, insbesondere wenn fokussierende Elemente im Aufbau vorkommen. Justierbrillen schwächen Laserstrahlung im optischen Wellenlängenbereich durch Filter so weit ab, dass sie für das menschliche Auge sichtbar bleibt, aber keine Gefahr darstellt. In beiden Fällen werden Spezialgläser verwendet, was sich unter mehreren Gesichtspunkten nachteilig auswirkt.
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Der komplizierte Herstellungsprozess für Vollschutzbrillen und Justierbrillen führt regelmäßig zu hohen Kosten, typischerweise mehr als 400 Euro pro Stück. Das für Vollschutzbrillen und Justierbrillen verwendete Schutzglas entfaltet seine Wirkung jeweils nur für einen spezifischen engen Bereich von Wellenlängen, so dass für verschiedene Laser nachteilig jeweils speziell angepasste, verschiedene Brillen verwendet werden müssen. Laserschutzbrillen werden derzeit auf Basis beschichteter reflektierender oder absorbierender massiver Filtergläser auf Glas- oder Kunststoffbasis angeboten.
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Durch das farbige Schutzglas wird die Umgebung für den Betrachter in falschen Farben dargestellt und die Lichttransmission des verbleibenden Umgebungslichtes ist in der Regel stark verringert. Dass der Laserstrahl mit einer Vollschutzbrille nicht gesehen werden kann, erschwert zudem die praktische Arbeit, beispielsweise beim Justieren des Laserstrahls, bzw. erfordert häufigen Brillenwechsel. Aufgrund ihrer Wirkungsweise bewirkt die existierende Schutzbrillentechnologie immer nur eine Abschwächung der Laserstrahlung (wenn auch über viele Größenordnungen), weshalb die Wirkung immer begrenzt ist und eine höhere Schutzwirkung nur durch dickere Filtergläser erzielt werden kann. Dies ist aber in der Regel mit Kostensteigerung, Gewichtserhöhung und Verringerung der Tageslichttransmission verbunden, geht also mit Komforteinbußen und Kostennachteilen einher.
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Neben diesen konventionellen Laserschutzbrillen sind auch Ideen zu Vorrichtungen für die indirekte Beobachtung von Laserstrahlen entwickelt worden. Aus
US 8,334,899B1 ist eine Vorrichtung mit einer Videokamera bekannt, welche am Kopf eines Benutzers befestigt werden kann, und mit der sich Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen aufnehmen lassen. Diese Videokamera ist über ein Kabel mit einem Videobildschirm verbunden, welcher im Sichtfeld vor dem Auge des Benutzers angeordnet werden kann.
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Durch die Verwendung einer Videokamera ist es regelmäßig nur möglich, Bildinformationen im visuellen Bereich aufzunehmen. Wünschenswert für den Umgang mit Laserstrahlen im Labor wäre es, auch Signale von elektromagnetischen Wellen, deren Wellenlängen außerhalb des optischen Wellenlängenbereichs liegen, detektieren bzw. auf dem Bildschirm darstellen zu können. Weiterhin wäre es bei der Arbeit mit Laserstrahlen im Labor vorteilhaft, gezielt Signale verschiedener Bereiche des elektromagnetischen Spektrums bei der Darstellung auf dem Anzeigegerät verschieden zu gewichten oder ganz auszublenden. Unter Kostengesichtspunkten ist es hierbei erstrebenswert auf bereits vorhandene Technologie zurückgreifen zu können und die Anzahl der benötigten Komponenten möglichst gering zu halten.
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Aufgabenstellung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Schutz der Augen vor schädlichen Licht- bzw. Strahlungsquellen bereit zu stellen, die es ermöglicht, dass das Auge des Benutzers den zu beobachtenden Bereich der Umgebung in nahezu gleicher Weise wahrnimmt wie ohne die Vorrichtung, insbesondere hinsichtlich der Blickrichtung, Farben und Verzerrungen. Außerdem sollen durch die Erfindung Laserstrahlen mit Wellenlängen außerhalb des optischen Spektralbereichs sichtbar gemacht und Signale verschiedener Bereiche des elektromagnetischen Spektrums bei der Darstellung verschieden gewichtet werden können, sowie zusätzliche Informationen eingeblendet werden können. Vorteilhaft sollte die Vorrichtung auch Pumpblitze erkennen und unterdrücken können.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu ergeben sich jeweils aus den hierauf rückbezogenen Unteransprüchen.
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Gegenstand der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz der Augen vor schädlichen Licht- bzw. Strahlungsquellen, und insbesondere vor Laserstrahlen. Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine Sensorbaugruppe, ein Mittel zur digitalen Verarbeitung der von der Sensorbaugruppe erzeugten Bildinformationen, wenigstens ein Anzeigegerät zur Darstellung der digital verarbeiteten Bildinformationen und ferner eine Halterung zur Aufnahme der wenigstens einen Sensorbaugruppe und des wenigstens einen Anzeigegeräts.
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Im Rahmen dieser Anmeldung sollen unter dem optischen Wellenlängen- oder Spektralbereich Wellenlängen im Bereich von 380 Nanometern bis 780 Nanometern verstanden werden. Unter dem infraroten Wellenlängen- oder Spektralbereich sollen Wellenlängen zwischen 780 Nanometern und 1 Millimeter verstanden werden. Unter dem ultravioletten Wellenlängen- oder Spektralbereich sollen Wellenlängen zwischen 100 Nanometern und 380 Nanometern verstanden werden. Des Weiteren wird zwischen dem sichtbaren Spektralbereich, der dem optischen Spektralbereich, und dem nicht-sichtbaren Spektralbereich, der alle anderen Wellenlängen, insbesondere auch den IR- und UV Bereich, beinhaltet, unterschieden.
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Die Sensorbaugruppe ist mindestens dazu geeignet, räumlich aufgelöste Informationen über das einfallende Licht der Umgebung für einen definierten Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums aufzuzeichnen. Die Sensorbaugruppe besteht hierzu aus wenigstens einem Sensor. Daneben kann die Vorrichtung auch noch weitere, zusätzliche optische Komponenten, die die Umgebung auf den Sensor oder Teilbereiche des Sensors abbilden oder auch filternde Eigenschaften aufweisen.
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Der Sensor wird dazu an der Halterung und diese im Bedarfsfall am menschlichen Kopf so befestigt, dass der Sensor Bildinformationen des zu beobachtenden Bereichs der Umgebung aufnehmen kann. Bei dem Sensor kann es sich allgemein um Bildsensoren (z. B. CCD Sensor (Charge-Coupled Device), EMCCD (electron-multiplying CCD), ICCD (intensified CCD), Active Pixel Sensor (auch als CMOS-Sensor bezeichnet, der beispielsweise in Smartphones verbaut wird), die auch mit Verstärkern (z. B. Mikrokanalplatten (MCP), Restlichtverstärker und Bildwandlerröhren) gekoppelt sein können, handeln.
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Auch die Verwendung von anderen Sensortypen zur Umgebungserfassung ist möglich, beispielsweise von aktiven Sensoren, die die räumliche Erfassung der Umgebung ermöglichen (z. B. Kinect-Kamera, Ultraschallsensoren oder Lichtfeldkameras).
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Neben den oben genannten Sensoren, die schwerpunktmäßig zur Erfassung des sichtbaren elektromagnetischen Wellenlängenbereichs und benachbarter Bereiche geeignet sind, ist auch die Verwendung von bildgebenden Sensoren für andere Spektralbereiche denkbar, beispielsweise von Infrarot/Thermokameras oder von miniaturisierten Gammakameras.
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Ferner können Anordnungen oder Arrays aus verschiedenen Sensoren verwendet werden, die gegebenenfalls in verschiedenen Spektralbereichen sensitiv sind, um Informationen innerhalb und außerhalb des optischen Bereichs zusammentragen zu können. Dies kann von Vorteil bei der Arbeit mit Lasern sein, deren Wellenlängen außerhalb des optischen Spektralbereichs liegen.
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Es ist auch denkbar, Informationen aus bestimmten Wellenlängenbereichen oder räumlichen Bereichen der Umgebung herauszufiltern und bei der Verarbeitung der Signale Informationen auszublenden oder verschieden zu gewichten, um ein präzises Arbeiten mit Laserstrahlen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck können auch optional Farbfilter verwendet werden, welche vor einem oder mehreren Sensoren angeordnet sind und beispielsweise nur für eng begrenzte Wellenlängenbereiche durchlässig sind.
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Ferner können Strahlaufteiler oder Intensitätsfilter als zusätzliche optische Komponenten Anwendung finden, so dass die Intensität des einfallenden Lichtes auf dem Sensor dem Dynamikbereich des jeweiligen Sensors oder Sensorbereichs angepasst werden kann bzw. durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer Sensoren und verschiedener Abschwächungseinstellungen für die jeweiligen Sensoren eine Beobachtung der Umgebung über viele Dynamikbereiche der jeweiligen Sensoren ermöglicht werden.
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Ein solcher vor einem Sensor angeordneter Strahlaufteiler ist schematisch in 1 dargestellt. Das einfallende Licht (1) wird mittels eines Strahlteilers (2) aufgeteilt. Ein Anteil des Lichtes wird durch einen Filter (3) modifiziert und von einem ersten Sensor (4) registriert. Der andere Teil des Lichtes wird von einem weiteren Sensor (5) registriert.
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Die optional zusätzlichen optischen Komponenten wie Linsen, Spiegel, Strahlteiler, Filter zur Abschwächung, Polarisations- und Wellenlängenselektion und Prismen können vorteilhaft verwendet werden, um die Baugröße der Vorrichtung kompakt zu halten oder um Strahlen mit bestimmten Wellenlängen oder optischen Eigenschaften, z. B. Polarisation, gezielt auf die in diesen Wellenlängenbereichen sensitiven Sensoren oder Sensorbereiche der Vorrichtung zu lenken. Dazu sind diese optischen Komponenten vorteilhaft jeweils an oder vor einem Sensor oder einer Sensorbaugruppe angeordnet.
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Solche optional zusätzlichen optischen Komponenten können insbesondere verwendet werden, um verschiedene Filtereinstellungen auf verschiedenen Teilbereichen eines Bildsensors abzubilden. Sie können auch die Abbildung von räumlichen Bereichen der Umgebung auf Teilbereiche eines oder mehrerer Sensoren ermöglichen, z. B. auf die linke und rechte Hälfte eines Sensors oder Kamerachips. Dadurch können Kosten bzw. Gewicht gespart und Miniaturisierung erreicht werden.
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Das erfindungsgemäße Mittel zur digitalen Verarbeitung ermöglicht die Kombination und Aufbereitung der von den Sensorbaugruppen oder weiteren externen Datenquellen gewonnenen Informationen über die Umgebung
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Die von dem oder den Sensorbaugruppen aufgenommenen Bildinformationen werden durch ein Mittel zur digitalen Verarbeitung, beispielsweise einer Verrechnungsstufe, digital so verarbeitet, so dass sie anschließend an ein Anzeigegerät übermittelt und auf diesem Gerät in einer für das Auge erkennbaren Form dargestellt werden können. Bei diesem Mittel zur digitalen Verarbeitung der Bildinformation kann es sich beispielsweise um eine Softwareanwendung analog zu Anwendungen im Bereich von Digitalkameras handeln, die die Sensorinformationen für die Darstellung auf dem Bildschirm aufbereitet (z. B. Farbkorrekturen, Kontrasterhöhungen etc.).
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Ferner können unerwünschte Verzerrungseffekte wie sie beispielsweise durch Verwendung von Linsen auf Sensor- oder Benutzerseite auftreten rechnerisch kompensiert werden (z. B. sog. Barrel-Korrektur). Stehen mehrere Sensoren zur Verfügung oder werden Sensorbereiche verschieden genutzt ermöglicht die Verarbeitung eine Aufbereitung verschiedener Sensorinformationen zu einem Bild, also beispielsweise ein Bild mit erhöhtem Dynamikbereich, das sowohl die dunkle Umgebung einer Vakuumkammer darstellt und zugleich den sehr intensiven Laserpuls innerhalb der Vakuumkammer. Dies kann in einer einfachen Ausführung für das komplette Bild oder auch für einzelne Bildbereiche bis hin zu pixelweise getrennt geschehen.
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Werden Sensoren verwendet, welche innerhalb und außerhalb des optischen Bereichs sensitiv sind, so sollen es die genannten Mittel ermöglichen, die Informationen zusammen zu verarbeiten und auf einem Anzeigegerät darzustellen. Bei dieser Verarbeitung sollen es die genannten Mittel ermöglichen, für die präzise Arbeit mit Laserstrahlen Information auszublenden oder verschieden zu gewichten. Die Zusammenfassung und Gewichtung von Bildinformation durch Softwareanwendungen ist beispielsweise aus
US 5828793 bekannt. Derartige Softwareanwendungen werden unter anderem als Sehhilfe in sogenannten „digital eye glasses” oder auch in sogenannten „EyeTaps” verwendet.
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Das Anzeigegerät ist in der Lage, die digital verarbeiteten Signale für das Auge eines Benutzers in Echtzeit erkennbar darstellen zu können. Beispielsweise kann der Bildschirm einer Digitalkamera oder eines Smartphones mit den zugehörigen elektronischen Komponenten als ein solches Anzeigegerät verwendet werden. Auch die Verwendung von Projektoren (Minibeamer), Heads up displays (HUD) oder Kontaktlinsen mit eingebautem Bildschirm sind möglich.
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Die Halterung ist dazu geeignet, den wenigstens einen Sensoraufbau und das wenigstens eine Anzeigegerät an einem menschlichen Kopf zu fixieren und einen hinreichenden Schutz vor der schädlichen Strahlung, insbesondere der Laserstrahlung zu gewährleisten. Da die hier beschriebene Erfindung nicht erfordert, dass die Halterung Öffnungen aufweisen bzw. lichtdurchlässig sein muss ist dies sehr einfach durch diverse kostengünstige und/oder leichte Materialien zu erreichen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Halterung aus einem Plastikgestell und einem Zugband bestehen. Das Plastikgestell ist dabei so geformt, dass der Sensor und das Anzeigegerät in das Plastikgestell eingeschoben oder eingesetzt werden können oder an dem Plastikgestell auf andere Weise fixiert werden können. Das Zugband vermag das Plastikgestell am menschlichen Kopf zu fixieren. Es kann an den Seiten des Plastikgestells befestigt sein und beispielsweise von einer Seite des Plastikgestells den Hinterkopf entlang zu der anderen Seite des Plastikgestells verlaufen.
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Verwendet ein Benutzer die erfindungsgemäße Vorrichtung, so kann die Halterung am Kopf des Benutzers vorteilhaft so angebracht werden, dass wenigstens eine Sensorbaugruppe und ein Anzeigegerät jeweils in der Blickachse eines Auges des Benutzers angeordnet sind und einen möglichst großen Bereich des Blickfelds abdecken. Dadurch ist dieses Auge vor der Einwirkung von möglicher schädlicher Strahlung, insbesondere Laserstrahlung geschützt. Nur die Strahlung des wenigstens einen Anzeigegeräts trifft mit einer je nach Anzeigegerät bauartbedingt begrenzten Intensität auf das Auge. Durch die Anordnung des Sensors in der Blickrichtung des Betrachters kann zudem vorteilhaft genau der Betrachtungswinkel vom Sensor aufgenommen und mit Hilfe des Anzeigegerätes angezeigt werden, den der Betrachter auch ohne Vorrichtung sehen würde.
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In einer vorteilhaften Ausführung schirmt die Halterung zusätzlich die Bereiche der Augen ab, welche nicht direkt von dem Sensor oder dem Anzeigegerät bedeckt werden. Dazu ist die Halterung zumindest an diesen Stellen optisch undurchlässig ausgestaltet. Dadurch können beispielsweise das seitliche Eindringen eines Laserstrahls und das Eindringen von Streulicht in ein Auge verhindert werden. Die Eigenschaften, beispielsweise die Dicke des Materials, sind hierbei so gewählt, dass die entsprechenden Laserschutzanforderungen erfüllt werden.
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Alternativ kann die Halterung beispielsweise auch an einem Helm oder einer Mütze befestigt sein, welcher auf dem Kopf eines Betrachters aufgesetzt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung über logarithmisch sensitive Sensoren verfügen. Bei diesen Sensoren werden nicht die Werte der Intensität der auf den Sensor einfallenden Strahlung selber, sondern logarithmische Werte der Intensität, regelmäßig die Werte der dekadischen Logarithmen der Intensität, von dem Sensor weitergegeben.
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Auch Möglichkeiten zum Abnehmen optionaler Sensorbaugruppen sind denkbar, um beispielsweise an einer bestimmten Stelle den Strahl zu beobachten und an anderer Stelle zu arbeiten.
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Durch den Verrechnungsschritt ist vorteilhaft die Kombination der Informationen verschiedener Sensorbaugruppen möglich. Dies ist im Folgenden beispielhaft erörtert:
In einer Ausführungsform können überbelichtete Einzelbilder (frames) bei der Bildverarbeitung durch das Mittel zur digitalen Verarbeitung der Signale ausgeblendet bzw. herausgerechnet werden, z. B., wenn im Labor Blitzlampen verwendet werden, von denen mit einer vorgegebenen Frequenz Strahlung mit hoher Intensität, wie z. B. Lichtblitze, ausgesendet wird. Hierzu wird beispielsweise in Echtzeit die Intensität der Einzelbilder berechnet und im Falle einer deutlichen Übersteuerung das vorherige Bild für einen weiteren Frame angezeigt.
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Ferner ist es durch den Verrechnungsschritt möglich die Sensordaten von lichtempfindlichen Sensorgruppen, die die Laserstrahlung ausfiltern mit gering lichtempfindlichen Sensoren die die Laserstrahlung aufzeichnen zu kombinieren. Somit ist die Beobachtung von Bereichen in einem Aufbau als auch die Beobachtung der Laserstrahlung möglich. Durch an der Brille vorhandene Regler kann die Komposition gezielt gesteuert werden.
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Die Wirkungsweise eines solchen Mittels zur digitalen Verarbeitung ist in dargestellt, wobei beispielhaft zwei unterschiedliche Fälle für die Bildrekonstruktion (R) angegeben sind. Dargestellt sind in der oberen Hälfte der 2 entlang des Zeitstrahls t jeweils drei Einzelbilder für den Fall a) die Wirkungsweise mit einem Sensor und für den Fall b) die Wirkungsweise mit zwei unterschiedlich empfindlichen Sensoren.
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Im Fall a) führt zum Zeitpunkt t2 das intensive Licht der Laserblitzlampe zur Überbelichtung. Dies wird von der Prozessstufe (P) erkannt und stattdessen das Sensorbild vom Zeitpunkt t1 angezeigt. Zum Zeitpunkt t3 ist S1 nicht länger überbelichtet und das Signal wird wieder angezeigt. Bei hohen Bildwiederholraten ist so unangenehmes Flackern zu verhindern.
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Im Fall b) ergibt sich zunächst die gleiche Situation wie im Fall a). Das intensive Licht der Laserblitzlampe führt zur Überbelichtung des ersten Sensors. Hier steht jedoch ein weiterer Sensor (S2) zur Verfügung, der das Licht stark abgeschwächt, so dass zu den Zeitpunkten t1 und t3 kein Signal von S2 zu erkennen ist. Dies erkennt die Verrechnungsstufe P und zeigt die Daten von S2 an. Zum Zeitpunkt t2 ist S1 überbelichtet. Hier stellt P nun das Bild von S2 dar.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung vorteilhaft als modulares System vorliegen, welches den leichten Austausch von einzelnen Komponenten wie beispielsweise Filtern und/oder Sensoren ermöglicht. Dies hätte insbesondere den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung leicht an unterschiedliche Laser oder andere Rahmenbedingungen angepasst werden könnte, ohne dass dazu eine komplett neue Vorrichtung benötigt würde.
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In einer weiteren Ausführungsform können hochauflösende Sensoren, also Sensoren mit einer Pixelzahl von über zehn Megapixeln, zur Beobachtung von Eigenschaften des Laserstrahls, wie z. B. des Strahlprofils, eingesetzt werden. Hierbei können Filterräder verwendet werden oder stufenlos verstellbare Gradientenfilter. Diese können vom Benutzer zur Strahlbeobachtung optimiert eingestellt werden.
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Zur Erhöhung des Tragekomforts kann das Anzeigegerät in einer weiteren Ausführungsform aus einem Bildschirm und einem optischen Aufbau bestehen, wobei der Bildschirm sich vor keinem Auge des Benutzers befindet, sondern das vom Bildschirm erzeugte Bild durch den optischen Aufbau für mindestens ein Auge erkennbar dargestellt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform können zusätzliche Mittel vorgesehen werden, die es erlauben, dass zusätzlich Warnhinweise auf dem Anzeigegerät angezeigt werden, wenn beispielsweise die von dem Sensor gemessene Strahlung einen vorgegebenen maximalen Grenzwert der Intensität überschreitet. Diese Warnung könnte darin bestehen, den gemessenen Intensitätswert in einem Teilbereich des Anzeigegeräts in roter Schrift vor einem geeigneten Hintergrund anzuzeigen, evtl. verbunden mit einem Warnton, oder auch nur einen Warnhinweis in Form eines entsprechenden Farbfelds (z. B. rot oder grün) auf dem Anzeigegerät zu zeigen.
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In einer weiteren Ausführungsform können auf dem Anzeigegerät nach dem Prinzip der augmented reality, also der computergestützten Ergänzung von Bildern und Videoaufnahmen der Umgebung durch weitere Anzeigen oder Graphiken, zusätzlich Informationen, wie beispielsweise Informationen von Messgeräten auf dem Anzeigegerät oder über einem optischen Aufbau eingeblendet werden.
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Ist die Brille mit aktiven Sensoren ausgestattet, beispielsweise mit einem Kinect Sensor, kann durch Messung der Handposition die virtuelle Einblendung auch zur Eingabe verwendet werden (virtuelle Tastatur, virtuelles Messgerät).
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung optional auch noch über eine Totmanneinrichtung mit dem Lasersystem verbunden sein. Dies führt vorteilhaft dazu, dass das Lasersystem abgeschaltet wird, sobald das Anzeigegerät abgenommen wird (beispielsweise durch einen Anpressdrucksensor der Vorrichtung am Kopf des Betrachters) oder der Batteriestand der Vorrichtung kritisch wird.
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Die Stromversorgung der Vorrichtung kann vorteilhaft von Akkumulatoren, wie sie in Mobilgeräten Einsatz finden, sichergestellt werden. Diese können auch durch redundante Systeme ersetzt werden, beispielsweise einer Einwegbatterie die genutzt wird wenn der Akkumulator entleert ist oder eines zweiten Akkumulators auf den umgeschaltet werden kann. Ein modulares System ist denkbar, dass den leichten Austausch von Akkumulatoren im laufenden Betrieb oder mit minimaler Unterbrechung an einer dafür vorgesehenen Ladestation ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung über Bedienknöpfe oder ein Onscreen-Menü verfügen, um die Funktionen der Schutzvorrichtung zu steuern. Dies kann grundlegende Einstellungen wie Bildschirmhelligkeit, Warntonlautstärke etc. umfassen aber auch weitreichendere interaktive Funktionen zur Verfügung stellen, beispielsweise Filtereinstellung und Gewichtungen bei der Komposition von verschiedenen Sensordaten zum ausgegebenen Bild (z. B. „Helligkeit Lasersensor: 30%, Helligkeit Umgebung 70%”). Auch eine Eingabe mit Hilfe von Datenhandschuhen wäre beispielsweise möglich.
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In einer einfach zu realisierenden Ausführungsform der Erfindung können konventionelle und daher günstige Kameras mit eingebautem Bildschirm als Sensoren und Anzeigegeräte verwendet werden. Diese können wesentlich billiger sein als Spezialgläser konventioneller Laserschutzbrillen. Eine Kamera ist regelmäßig dazu geeignet, Videoaufnahmen des zu beobachtenden Bereichs der Umgebung in Echtzeit und in Echtfarben aufzunehmen. Der Bildschirm kann diese Videoaufnahmen vorteilhaft in Echtfarben darstellen. Als Echtfarben der Objekte der Umgebung werden hier diejenigen Farben bezeichnet, welche mit den Wellenlängen der von diesen Objekten emittierten Strahlung im optischen Wellenlängenbereich hinreichend ähnlichen Farbeindruck bei dem menschlichen Benutzer hervorrufen. Mit anderen Worten ist hierbei gemeint, dass der Benutzer der Schutzbrille möglichst keine farblichen Unterschiede der betrachteten Umgebung bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der Betrachtung ohne diese Vorrichtung ausmachen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Kamera und der Bildschirm eines Smartphones verwendet. Dieses ist durch die Halterung, beispielsweise eine Plastikspritzgusshalterung mit einem Schaumstoffpolster zur optisch undurchlässigen Abdichtung an den Rändern, vor einem Auge eines Benutzers angeordnet. Das andere Auge kann durch die optisch undurchlässige Halterung überdeckt werden und damit vor dem Laserstrahl geschützt werden. Bei dieser Ausführungsform sind Kamera und Bildschirm in einem Gerät integriert. Zur digitalen Bildverarbeitung lassen sich die für Smartphones regelmäßig bereits vorhandene Softwareanwendungen verwenden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird durch die Halterung je ein Smartphone vor je einem Auge angeordnet. In dieser Ausführungsform kann durch die räumlich versetzten Aufnahmen der Smartphones vorteilhaft der Eindruck räumlicher Tiefe vermittelt werden. Dies macht die Abschätzungen von Entfernungen möglich und wäre für die praktische Arbeit in einem Labor vorteilhaft.
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In einer weiteren Ausführungsform wird zwischen mindestens einem Smartphone und dem entsprechenden Auge des Betrachters wenigstens eine zusätzliche verschiebbare optische Linse angeordnet. Insbesondere durch eine optische Linse als Sammellinse können die auf dem Bildschirm des Smartphones dargestellten Aufnahmen der Kamera auch bei geringen Abständen zwischen Bildschirm und dem Auge des Betrachters für das Auge erkennbar gemacht werden. Zudem könnten damit auch optional Sehfehler korrigiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform verfügt das oben erwähnte Plastikgestell über einen Rahmen, in welchen ein Smartphone eingeschoben werden kann. Das Smartphone ist so angeordnet, dass jeweils eine Hälfte des Bildschirms des Smartphones in der Sichtachse je eines Auges liegt. Um aus dem standardmäßig an einer Smartphonerückseite vorhandenen einzelnen Bildsensor der Kamera einen räumlichen Eindruck für beide Augen zu erzielen, wird durch einen optischen Aufbau vor der Smartphone Kamera das Sichtfeld der Kamera aufgeteilt. Beispielsweise kann durch ein Spiegelprisma das Sichtfeld einer vertikalen Hälfte der Sensorpixel umgelenkt werden und durch einen zweiten Spiegel mit einem Versatz wieder parallel zur zweiten vertikalen Hälfte ausgerichtet werden. Durch weitere optische Komponenten, beispielsweise Linsen, kann der Aufbau kompakt gehalten werden. Hierdurch ist eine Messung möglich die der Betrachtung mit an zwei Positionen angebrachten Sensoren entspricht. Durch diese versetzte Beobachtung der Umgebung kann vorteilhaft ein räumlicher Eindruck entstehen. Insbesondere ist es so möglich den Bildbereich einer Smartphonekamera so aufzuteilen, dass der Abstand der beiden Sensorflächen dem Augenabstand des Benutzers entspricht. Dies ist schematisch in 3 dargestellt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich noch ein USB an the go (OTG) Eingabegerät oder Bluetooth Eingabegerät an ein Smartphone so angeschlossen werden, dass die Steuerung der Funktionalität ohne Abnehmen der Halterung, insbesondere einer Brille möglich ist.
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In einer weiteren Ausführungsform verwandelt mindestens ein Bildsensor zusätzlich zu den Videoaufnahmen der Kamera im optischen Wellenlängenbereich Strahlung im nichtoptischen Wellenlängenbereich in Signale, welche auf dem Bildschirm graphisch dargestellt werden können.
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Spezieller Beschreibungsteil
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Nachfolgend wird eine beispielhafte, besonders einfach zu realisierende Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes angegeben, ohne dass der Gegenstand der Erfindung dadurch beschränkt wird.
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Ein beispielhafter Aufbau ist schematisch in 3 dargestellt. Der elektronische Teil der Schutzbrille (1), beispielsweise durch ein Smartphone realisiert, verfügt über eine Kamera (2) mit einem Blickfeld (4) und einem Anzeigegerät (3). Das Blickfeld der Kamera wird mittels eines Strahlteilers (5) in verschiedene Richtungen umgelenkt. Mittels eines weiteren Spiegels (6) wird die Blickrichtung auf die zu beobachtende Umgebung gelenkt. Der Strahlengang ist beispielhaft für drei Strahlen (a, b, c) gezeigt. Durch die Umlenkung scheint die Kameraposition der linken Sensorhälfte nun im Punkt 2a und die der rechten in Punkt 2b zu liegen. Wird auf den rechten Teil des Aufbaus verzichtet wird der Bereich 2c beobachtet. Die Bildinformationen der beiden Sensoren werden auf dem Bildschirm (3) dargestellt. Mittels optischer Komponenten (7) entsteht so ein räumlicher Eindruck für den Benutzer (8).
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Hierdurch kann auch entsprechend zum Binokularsehen der Eindruck optischer Tiefe ermöglicht werden indem Informationen von zwei Raumbereichen dargestellt werden und somit einen räumlichen Eindruck vermitteln. Ferner erlaubt die gleichzeitige Beobachtung des gleichen räumlichen Gebiets mittels verschiedener Sensoren oder Sensorbereiche einen gegenüber der Einzelbeobachtung erhöhten Dynamikbereich des Messaufbaus nach Verrechnung (siehe folgender Abschnitt).
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Die Vorrichtung umfasst dabei eine Smartphone-Halterung die ähnlich der für 3D-Spiele bekannten Halterungen (z. B. Durovis Dive, Google Cardboard) gebaut ist. Käuflich erwerbbare Smartphones übernehmen gleichzeitig die Funktionen der Sensoren, der Anzeigegeräte sowie der Verrechnungsstufe als Mittel zur digitalen Bearbeitung der von den Sensoren aufgenommenen Signale. Im vorliegenden Fall ist die Halterung derart modifiziert, dass vor jedem Auge ein Smartphone vom Typ Motorola Moto G angeordnet werden kann. Vor jedem Bildschirm, welches geleichzeitig als Anzeigegerät fungiert, befindet sich an der Halterung befestigt zusätzlich eine verschiebbare Linse mit 21.0 dpt als optische Komponente, um trotz eines kurzen Abstandes des Bildschirms zum Auge ein verzerrungsarmes und klares Sehen zu ermöglichen und optional auch noch Sehfehler auszugleichen. Die Videoaufnahme des jeweiligen Smartphones wird auf dem zugehörigen Smartphonebildschirm dargestellt und kann vom Betrachter wahrgenommen werden. Dies ermöglicht so einerseits eine vorteilhafte Orientierung des Betrachters im Raum bei gleichzeitigem Laserschutz für die Augen des Betrachters.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8334899 B1 [0005]
- US 5828793 [0024]
