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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz der Augen vor Laserstrahlen, die einen Schutz gegen jede Art von Laserstrahlen gewährleistet, ohne dass die Gläser an die Art des verwendeten Laserstrahls angepasst werden muss.
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Hintergrund der Erfindung
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Bestimmte Arbeiten erfordern einen besonderen Schutz (gegen Risiken), da diese Aufgaben zu körperlichen Schäden führen können. Ein solcher Schutz wird als persönliche Schutzausrüstung bezeichnet. Als Beispiele können wir die feuerhemmende Kleidung eines Feuerwehrmannes, den Imkeranzug oder die Brille und Handschuhe für den Laboranten, der mit chemischen Produkten umgeht, anführen. Diese Beispiele sind Schutzbeispiele, die den Anwender tatsächlich vor gefährlichen Elementen schützen. Auch gibt es Ausrüstungsteile, die statt zu schützen, Risikoelemente filtern (oder unterdrücken).
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So verhindern beispielsweise Ohrstöpsel, dass Maschinenlärm das Gehör der Arbeiter an einer Fertigungsstraße schädigt, oder spezielle Brillen filtern lediglich die Wellenlänge eines Lasers der Gefahrenklasse. Der Nachteil dieser Filter ist, dass sie das mit einem Risiko verbundene Signal abschwächen oder sogar verschwinden lassen. Im Falle von Ohrstöpseln werden alle Geräusche gedämpft, und es können Situationen auftreten, in denen Sie das Alarmsignal, das Ihnen ein Kollege gibt, nicht hören.
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Das menschliche Auge ist sehr empfindlich für Laserstrahlung und kann durch direkten Einfall oder durch an einer Oberfläche oder einem Objekt reflektierte Strahlengeschädigt werden. Zu seinem Schutz werden Schutzbrillen verwendet, die die einfallende Lichtintensität der spezifischen Laserwellenlänge auf ein Schutzniveau reduzieren und gleichzeitig genügend Licht für eine gute Sicht durchlassen. Diese Verringerung der Intensität auf der Laserwellenlänge macht den Laser unsichtbar.
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Für einen ordnungsgemäßen Schutz ist es wichtig, Schutzbrillen zu tragen, die speziell auf die Eigenschaften des verwendeten Lasers abgestimmt sind.
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In diesem Fall kann es sehr schwierig sein, einen Laser zu justieren, der mit einer Brille unsichtbar wird. Aus diesem Grund vernachlässigen die Bediener manchmal den Schutz, um den Laser bequem einstellen zu können.
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Es sind auch Augmented-Reality-Brillen auf dem Markt, die im Wesentlichen aus einer Halterung für ein Display bestehen, das mit geeigneten Nahfokuslinsen ausgestattet ist. In der Tat ermöglicht eine Vereinfachung dieser Art von Brille die Umwandlung eines Mobiltelefons in ein Augmented-Reality-Gerät mit Hilfe einer Karton-Auflage und Kunststofflinsen.
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Diese Augmented-Reality-Brillen sind jedoch nicht für den Schutz gegen ein äußeres Element ausgelegt, beispielsweise für den Schutz gegen Laserstrahlen.
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Bekannt sind auch Geräte mit der Bezeichnung HMD („Head-Mounted-Display“), die über ein oder zwei Displays mit Nahfokuslinsen verfügen, die von einem Computer erzeugte Bilder, Bilder der physischen / realen Welt oder eine Kombination aus realer und virtueller Welt anzeigen.
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Außerdem sind diese Vorrichtungen in diesem Fall nicht für den Schutz gegen ein externes Element ausgelegt, z.B. für den Schutz gegen Laserstrahlen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Vorrichtung zum Schutz der Augen gegen Laserstrahlen, die einen Schutz gegen jede Art von Laserstrahlen gewährleistet, ohne dass die Schutzvorrichtung an die Art des verwendeten Laserstrahls angepasst werden muss.
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Beschreibung der Erfindung
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schutz der Augen vor Laserstrahlen werden die oben genannten Nachteile gelöst, wobei weitere Vorteile vorhanden sind, die im Folgenden beschrieben werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutz der Augen vor Laserstrahlen besteht aus einer Struktur, die einen Schutz umfasst, der vor den Augen des Benutzers angebracht ist, und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schutz opak ist und jeden Laserstrahl blockiert, und dass sie auch mindestens eine Kamera und eine Anzeige umfasst, auf dem die von der Kamera aufgenommenen Bilder wiedergegeben werden.
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Auf diese Weise sind die Augen des Benutzers vollständig vor jeglichen Laserstrahlen geschützt, da die Abschirmung alle Laserstrahlen blockiert. Um die Umgebung sehen zu können, umfasst die Schutzvorrichtung eine oder mehrere Kameras, die es dem Benutzer erlauben zu arbeiten, ohne Gefahr zu laufen, durch die Laserstrahlen, mit denen er oder sie arbeitet, geschädigt zu werden.
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Vorzugsweise umfasst das Gerät eine erste und eine zweite Kamera, um eine dreidimensionale Ansicht der Umgebung bereitzustellen.
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Darüber hinaus kann die Vorrichtung zum Schutz der Augen nach der vorliegenden Erfindung auch eine zusätzliche Kamera oder eine dritte Kamera umfassen, die andere Funktionen haben kann, wie im Folgenden beschrieben wird.
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Die Vorrichtung zum Schutz der Augen vor Laserstrahlen nach der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise auch eine zentrale Verarbeitungseinheit, die mit der mindestens einen Kamera und dem Anzeige verbunden ist, um die von der Kamera erfassten Informationen zu verarbeiten und an die Anzeige zu übertragen.
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An die zentrale Verarbeitungseinheit wird ein Peripheriegerät, wie z.B. eine Maus oder eine Tastatur, vorzugsweise angeschlossen, um mit der zentralen Verarbeitungseinheit zu interagieren.
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Falls gewünscht, kann die Kamera bzw. können die Kameras eine stereoskopische Sichtkamera sein und einen Filter zur Filterung eines Teils des Spektrums umfassen oder für einen Teil des Spektrums der optischen Strahlung empfindlich sein, wobei sie in der Lage sind, einen Teil des Spektrums visuell wahrzunehmen (zu zeigen), der für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, z.B. Infrarotstrahlen, ultraviolette Strahlen, Laserstrahlen einer bestimmten Wellenlänge etc.
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Falls gewünscht, kann die zusätzliche Kamera eine andere Linse als die übrigen Kameras umfassen, z.B. eine Nahfokuslinse oder ein Vergrößerungsglas.
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Bei dieser zusätzlichen Kamera kann es sich auch um eine Multispektralkamera handeln, mit deren Hilfe der „spektrale Fingerabdruck“ bestimmter Materialien identifiziert werden kann.
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Darüber hinaus kann die zusätzliche Kamera auch aus einem Satz Mikrolinsen bestehen, wodurch ein plenoptisches System entsteht.
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Figurenliste
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Zum besseren Verständnis des Genannten sind einige Zeichnungen beigefügt, in denen ein praktischer Fall der Ausführungsform schematisch und nur als nicht einschränkendes Beispiel dargestellt ist.
- 1 ist ein Blockdiagramm der Komponenten der Vorrichtung zum Schutz der Augen vor Laserstrahlen nach der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Vorrichtung zum Schutz der Augen vor Laserstrahlen nach der vorliegenden Erfindung in ihrer Verwendungsposition auf den Augen des Nutzers.
- Figure 3 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schutz der Augen vor Laserstrahlen in ihrer Verwendungsposition auf den Augen eines Benutzers; und
- Figure 4 ist eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schutz der Augen vor Laserstrahlen in ihrer Verwendungsposition auf den Augen eines Benutzers.
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Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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Wie in den Figuren dargestellt, besteht die Vorrichtung zum Schutz der Augen nach der vorliegenden Erfindung aus einer Struktur 1, die es ermöglicht, die Vorrichtung auf das Gesicht eines Benutzers aufzusetzen welche die Augen abdeckt. Diese Struktur 1 ist konventionell und kann ähnlich wie bei Augmented-Reality-Brillen verwendet werden.
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Die Vorrichtung zum Schutz umfasst auch einen Protektor 2, der an der Struktur 1 angebracht ist und in seiner Verwendungsposition vor den Augen des Benutzers platziert wird, um zu verhindern, dass diese von einem Laserstrahl erreicht werden. Die besagte Abschirmung 2 ist opak und blockiert jede Art von Laserstrahlen vollständig.
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Damit der Benutzer die Umgebung sehen kann, in der er sich bewegt oder arbeitet, umfasst die Vorrichtung zum Schutz der Augen entsprechend der dargestellten Ausführungsform eine erste und eine zweite Kamera 3, 4, die an eine Anzeige 5 angeschlossen sind. Diese Anzeige 5 wird vor die Augen des Benutzers positioniert, so dass der Benutzer die Umgebung sehen kann.
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Es sei darauf hingewiesen, dass es nicht unbedingt notwendig ist, zwei Kameras zu verwenden, da, falls gewünscht, auch eine einzige Kamera eingesetzt werden könnte.
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Die Vorrichtung zum Schutz umfasst auch eine zentrale Verarbeitungseinheit 6, die mit der ersten und zweiten Kamera 3, 4 und mit der Anzeige 5 verbunden ist, so dass sie die von den Kameras 3, 4 gelieferten Informationen verarbeitet und zur Wiedergabe auf der Anzeige 5 sendet.
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Um mit der zentrale Verarbeitungseinheit 6 zu interagieren, wird sie an ein Peripheriegerät 7, wie z.B. eine Tastatur oder Maus, angeschlossen.
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Wie ersichtlich, kann die zentrale Verarbeitungseinheit 6 drahtlos oder per Kabel an die erste und zweite Kamera 3, 4 und an die Anzeige 5 angeschlossen werden, wobei es vorzuziehen ist, dass sie drahtlos angeschlossen wird.
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Entsprechend der in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung zum Schutz der Augen auch eine zusätzliche Kamera 8 oder eine dritte Kamera, um andere Merkmale zu der ersten und zweiten Kamera 3, 4 zu liefern, wie im Folgenden ausführlich erläutert wird.
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Der Einsatz der Kameras 3, 4, 8 ermöglicht den Zugang zum nicht sichtbaren Spektrum des Lichts. Auf diese Weise kann Infrarotlicht sichtbar gemacht werden. Dies geschieht, weil das Sensormaterial der Kamera (Silizium) für Licht mit einer Wellenlänge zwischen 300-1000 nm empfindlich ist und so die Sicht des Benutzers erweitert.
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Die Kamera unterscheidet jedoch von vornherein nicht zwischen sichtbarem Licht und nicht sichtbarem Licht, aber mit Hilfe eines Filters ist es möglich, einen Teil des Spektrums durchzulassen (oder zu blockieren). Auf diese Weise ist es möglich, verschiedene Teile des Spektrums zu unterscheiden.
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Eine andere Lösung ist der Einsatz von RGB-I-Kameras, bei denen eines der beiden grünen Pixel des von den Farbsensoren getragenen Filters durch ein auf Infrarotlicht fokussiertes Element ersetzt wird. Wenn andererseits zwei Kameras 3, 4 anstelle von nur einer Kamera verwendet werden, können dreidimensionale Informationen über die Umgebung gewonnen werden, genau wie beim menschlichen Sehen (stereoskopisches Sehen), und diese Informationen helfen bei der Unterscheidung von Objekten, die sich in unterschiedlichen Entfernungen vom Benutzer befinden.
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Die Einführung der zusätzlichen Kamera 8 oder der dritten Kamera ermöglicht, den von den beiden Kameras 3, 4 erhaltenen Bildern zusätzliche Informationen hinzuzufügen (oder sie zu ergänzen). Diese zusätzliche Kamera 8 könnte einen Filter haben, um auf einen bestimmten Teil des Spektrums zu fokussieren.
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Die zusätzliche Kamera 8 könnte auch eine andere Linse haben, z.B. eine Nahfokuslinse (eine Lupe), um einen Text lesen zu können oder um eine Aufgabe auszuführen, die große Präzision erfordert.
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Die zusätzliche Kamera 8 könnte auch eine Multispektralkamera sein, die hilft, den „spektralen Fingerabdruck“ bestimmter Materialien zu identifizieren, oder sie könnte einen Satz Mikrolinsen tragen, um die Kamera in ein plenoptisches System umzuwandeln, um ein vollständigeres dreidimensionales Bild zu erhalten oder um nach dem Bild mit besserer Schärfe zu suchen.
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Mit der Einführung der dritten Kamera 8 wird das Binokularsystem zu einem „Triclop“-System, das dem Gerät eine neue Dimension und dem Benutzer einen „sechsten Sinn“ verleiht. Damit wird folgendes erreicht:
- - Die Verwendung einer dritten Kamera mit ausreichender Sensitivität und die Platzierung eines Filters auf der Linse der dritten Kamera ermöglicht, Informationen aus einem bestimmten Teil des Spektrums (zum Beispiel: infrarot, ultraviolett) zu erhalten;
- - Durch die Platzierung einer Makrolinse in der dritten Kamera 8 kann die Kamera in eine Lupe verwandelt werden;
- - Die Platzierung einer Weitwinkellinse in der dritten Kamera ermöglicht ein Sichtfeld, das größer ist als das des menschlichen Auges;
- - Die Platzierung einer telezentrischen Linse ermöglicht, mit einem System sehr genaue Messungen zu erhalten;
- - Die Platzierung einer plenoptischen Kamera in der dritten Kamera 8 ermöglicht präzisere dreidimensionale Rekonstruktionen mit besserem Fokus;
- - Die Platzierung einer Multispektralkamera ermöglicht, den „spektralen Fingerabdruck“ bestimmter Elemente und Verbindungen zu erhalten;
- - Das Gerät erlaubt die Position der Bilder auf der Anzeige 5 zu verändern, um ein binokulares Sehen zu erreichen, das sich besser an die IDP-Entfernung der Benutzer anpasst;
- - Mit Hilfe der Nichtübereinstimmung zwischen den Bildern der Kameras erhält man ein dreidimensionales Bild der Umgebung, das erlaubt, die Objekte in der Szene aufgrund ihrer Entfernung vom Benutzer einzufärben oder hervorzuheben, oder wenn man dieses dreidimensionale Bild der Umgebung kennt, können die Informationen, z.B. textlicher Art, direkt mit dreidimensionalen Objekten in Verbindung gebracht werden (die Position des Textes erscheint mit der besonderen Größe und Ausrichtung des dreidimensionalen Punktes, auf dem er angezeigt wird);
Mit Hilfe der oberen Nichtübereinstimmung kann eine Schätzung der Augenvergenz erhalten werden, und die Schätzung der Vergenz erlaubt die Änderung der Position der Bilder auf der Anzeige 5 zu automatisieren.
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Die Vorrichtung zum Schutz der Augen nach der vorliegenden Erfindung umfasst auch Software, die über die zentrale Verarbeitungseinheit 6 verwaltet wird.
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Diese Software justiert die von den Kameras 3, 4, 8 gelieferten Informationen neu, um sie dem Benutzer auf die bestmögliche Art und Weise zu präsentieren.
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Auf diese Weise kann man den Zoom an die Aufgabe anpassen. Für den Normalmodus kann ein Sichtfeld verwendet werden, das dem tatsächlichen Sichtfeld des Nutzers entspricht. Für Präzisionsaufgaben kann man zoomen, um den Arbeits-, Lese- und Interessenbereich zu erweitern. Man kann sich auch Aufgaben vorstellen, die das Gegenteil erfordern und bei denen das Sichtfeld maximal erweitert wird, um eine globale Sicht zu erhalten, wie z.B. die Aufgabe der Überwachung oder Suche.
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Es erlaubt auch, die verschiedenen Elemente der Szene so weit wie möglich voneinander zu trennen, wodurch der Eingabebereich erweitert wird. In schwach beleuchteten Umgebungen oder in Szenen mit kontrastarmen Elementen könnte die Software aufgefordert werden, die Pegel so anzupassen, dass die Szene für den Benutzer besser dargestellt wird.
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Es ermöglicht auch die Bereitstellung einer Unschärfe- und Fokusfunktion. Durch die Möglichkeit, die Kameras 3, 4, 8 zu fokussieren, kann diese Aufgabe für den Anwender, der immer auf die Anzeige 5 schaut und daher immer mit dem gleichen Fokus arbeitet, eliminiert werden. Auf diese Weise kann die Sicht ohne Anstrengung des Auges an unterschiedliche Entfernungen angepasst werden. Wenn andererseits aus irgendeinem Grund die Absicht besteht, eine Unschärfe einzuführen, z.B. um das Zentrum vom Hintergrund zu entfernen oder um Unannehmlichkeiten bei plötzlichen Bewegungen zu vermeiden, kann diese Unschärfe auf künstliche Weise eingeführt werden.
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Es ermöglicht auch die Bereitstellung eines Vergenz-Merkmals, bei dem die Trennung zwischen dem Sichtfeld beider Augen angepasst wird, um die Entfernung, aus der der Benutzer schaut, zu berücksichtigen. Dies kann dazu verwendet werden, eine Überanstrengung der Augen zu vermeiden, indem die typische Bewegung der Augen bei der Nahfokussierung simuliert wird.
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Die Position innerhalb des Feldes kann ebenfalls an jeden Benutzer angepasst werden. Es ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Schutz der Augen gemeinsam genutzt und somit für jeden Benutzer leicht konfiguriert werden kann. Nach mehreren Experimenten mit verschiedenen Anwendern ist man zu dem Schluss gekommen, dass die Position der Bilder auf der Anzeige 5 je nach Anwendung variieren kann.
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Aus diesem Grund passt die Software nach einer Kalibrierung für einen bestimmten Benutzer die Anzeigeparameter an den Benutzer an und erlaubt diese abzurufen. Auf diese Weise kann ein und dasselbe Gerät mit verschiedenen Benutzern verwendet werden, und (nachdem der Benutzer identifiziert wurde) die Informationen werden jedem von ihnen auf eine bestimmte Weise präsentiert, die an ihre Sehmerkmale (und auch an ihre Präferenzen) angepasst ist. Es ermöglicht auch die Einblendung zusätzlicher grafischer Informationen im Sichtfeld, die für die zu entwickelnden Aufgaben geeignet sind. Es können virtuelle Elemente, wie z.B. eine Nase, eingebaut werden, die dem Benutzer (unbewusst) als Referenz dienen und helfen Schwindelgefühle zu verhindern.
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Trotz der Tatsache, dass auf eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung Bezug genommen wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die beschriebene Vorrichtung zum Schutz der Augen vor Laserstrahlen zahlreichen Variationen und Änderungen unterworfen werden kann und dass alle genannten Einzelheiten durch andere technisch gleichwertige ersetzt werden können, ohne dass der durch die beigefügten Ansprüche definierte Schutzumfang verlassen wird.
