DE2644746A1

DE2644746A1 - Flugtrainingshaube

Info

Publication number: DE2644746A1
Application number: DE19762644746
Authority: DE
Inventors: Frank Witt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-20
Filing date: 1976-10-04
Publication date: 1977-09-01
Also published as: JPS52103232A; US4152846A; AU1819676A; IT1069119B; FR2341876A1; US4106217A; US4021935A

Description

Flugtrainingshaube

Die Erfindung betrifft eine Flugtrainingshaube und bezieht sich insbesondere auf eine Instrumenten-Flugtrainingshaube, welche dazu dient, einen Flugzeugpiloten daran zu hindern, während eines Instrumentenfluges aus dem Flugzeug hinauszuschauen. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Flughaube, welche die Simulation eines Schwindelanfalls, einer Höhenkrankheit oder einer Gleichgewichtsstörung im Flug ermöglicht.

Beim Flugtraining muß ein Flugschüler bei schlechtem Wetter Blindflug üben. Weiterhin ist es bei Flugschülern erforderlich, daß sie eine Mindestanzahl von Flugstunden unter simulierten Blindflug-Bedingungen absolvieren, bevor sie einen privaten Flugschein erhalten oder eine militärische Zulas-

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sung als Pilot erreichen können_o Ein solches Training ist eine Notwendigkeit für Piloten, die plötzlich oder unbeabsichtigt in schlechtes Wetter geraten.

Es sind bereits Flugtrainingshauben bekannt, welche das Gesichtsfeld des Benutzers derart begrenzen, daß er nur die Instrumententafel und die unmittelbare Umgebung im Cockpit beobachten kann. Derartige Begrenzungseinrichtungen weisen im allgemeinen langgestreckte Einrichtungen auf, welche die Sicht des Piloten begrenzen, indem sie die Sicht nach der Seite und nach oben abdecken. Derartige Einrichtungen sind in der US-Pat ent schrift 3 225 4-59 (Wilstein) sowie in der US-Patentschrift 3 392 4-61 (Jenison) beschrieben.

Solche Flughauben umschließen die Sichtlinie des Benutzers nicht vollständig, um einen Sicherheitsfaktor zu gewährleisten, durch welchen sichergestellt wird, daß der Pilot im Notfall aus dem Flugzeug hinausschauen kann. Um diesen Sicherheitsfaktor zu berücksichtigen, wird die langgestreckte Anordnung der Haube, die sich vor dem Gesicht des Benutzers erstreckt, aufgrund ihrer großen geometrischen Abmessungen während des Fluges lästig und kann zu einer Überanstrengung der Augen oder zur Ermüdung des Genicks führen. Außerdem muß der Fluglehrer sich auf die VertrauensWürdigkeit des Flugschülers verlassen, der seinen Kopf im wesentlichen eben halten muß.

Wenn der Pilot unbeabsichtigt aus dem Flugzeug hinausschauen sollte, so würde er auf Sichtflugregeln übergehen und muß unverzüglich wieder auf Instrumentenflugregeln umschalten, wenn er seinen Blick wieder in das Flugzeug zurückführt. Dies kann zu Orientxerungsschwierigkeiten führen, weil eine bestimmte Übergangszeit oder Anpassungszeit erforderlich wird. Dieses psychologische Problem tritt auf, wenn unter Benutzung von bekannten Flugtrainingshauben der Pilot unbeabsichtigt aus dem Flugzeug hinausschaut.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flugtrainingshaube der eingangs näher erläuterten Art zu schaffen, durch welche zwangsläufig und zuverlässig gewährleistet ist, daß besonders rasch von Instrumentenflugbedingungen auf Sichtflugbedingungen umgeschaltet werden kann.

Zur lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß eine Flugtrainingshaube mit eine'm bistabilen Linsensystem zur Verfugung steht, welches derart betätigbar ist, daß es durchsichtig wird, wenn der Pilot die Instrumententafel seines Flugzeuges anschaut, während es momentan undurchsichtig wird, wenn der Pilot aus dem Flugzeug hinausschaut.

Weiterhin besteht gemäß der Erfindung der Vorteil, daß das Linsensystem in einem Notfall unabhängig von der Steuereinrichtung in den durchsichtigen Zustand umgeschaltet werden kann.

Die erfindungsgemäße Einrichtung läßt sich auch leicht in einen Pilotenhelm einbauen.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es auch in vorteilhafter Weise möglich, einen Schwindeladall oder eine Höhenkrankheit sowie Gleichgewichtsstörungen des Piloten zu simulieren.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird somit eine Haube geschaffen, welche ein bistabiles spannungsgesteuertes Linsensystem aufweist, welches quer zu der Sichtlinie des Benutzers angeordnet ist und in einem ersten Zustand durchsichtig und in einem zweiten Zustand undurchsichtig ist. Die Intensität des Lichtes, welches im wesentlichen entlang der Sichtlinie bzw. Blickrichtung des Benutzers ge-

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richtet ist, wird in der Weise überwacht, daß das Linsensystem in den durchsichtigen Z_ustand umgeschaltet wird, wenn der Benutzer die Instrumententafel seines Flugzeuges betrachtet, während momentan eine Umschaltung in den undurchsichtigen Zustand erfolgt, wenn der Benutzer aus dem Flugzeug hinausschaut. Die erfindungsgemäße Haube weist weiterhin eine Schaltersteuerung auf, um die Haube in einem Notfall in den durchsichtigen Zustand umschalten zu können. Eine solche rasche Umschaltmöglichkeit dient weiterhin dazu, beispielsweise Gleichgewichtsstörungen oder ähnliche Effekte simulieren zu können, und zwar insbesondere bei einem Landeanflug, wenn der Benutzer seine Sichtlinie oder Blickrichtung nach außen verlegt, um seine Sicht abzudunkeln, wonach manuell die Linse auf den durchsichtigen Zustand umgeschaltet wird.

Wenn auch Linseneinrichtungen der oben beschriebenen Art bereits in einer Helmausrüstung verwendet wurden, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 3 873 804 (Gordan) und in der US-Patentschrift 3 W 909 (Scott) beschrieben ist, so geht aus diesen Druckschriften die Verwendung sol-. eher Einrichtungen in einer Flugtrainingshaube nicht hervor. Solche Einrichtungen sprechen auf einen hellen Lichtblitz an, der während der Benutzung der Einrichtung auftritt. Beim Flugtraining .sind jedoch die von außen kommenden Stimuli einschließlich des Umgebungslichtes im Cockpit konstant, so daß keine plötzliche Veränderung auftritt, wenn die Sicht des Piloten abgedunkelt werden soll.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Piloten, welcher die erfindungsgemäße Flugtrainingshaube verwendet,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch die erfindungsgemäße Flugtrainingshaube ,

Fig. 3 eine Vorderansicht der in der Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Haube und

Fig. 4· ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 weist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flugtrainingshaube einen Helm 11 auf, welchen der Pilot auf dem Kopf trägt. Dieser Helm umgibt den größten Teil des Kopfes des Piloten, er läßt jedoch den Gesichtsbereich offen. Ein Schirmelement 15» welches an den äußeren Seiten des Helms angebracht ist, umgibt den Gesichtsteil des Helms, um die Sicht des Piloten zu begrenzen. Ein unterer Rand 15 des Schirms (siehe Fig. 3) paßt sich der Nase und den oberen Backenknochen des Piloten an, um unerwünschtes licht abzus&Lrmen, welches unter den Schirm gelangen könnte.

Gemäß Fig. 2 hat der Schirm 13 Seitenelemente 17» welche sich entlang den Seiten des Helms erstrecken und sich in einen elastischen Abschnitt 19 verjüngen, der am Schirm angebracht ist und aus Metall bestehende Druckknöpfe oder eine andere Befestigungseinrichtung 21 aufweist, die an dem Helm 11 anbringbar ist. Die elastischen Seitenabschnitte ermöglichen es dem Piloten, den Schirm über seine Augen zu bringen, indem er die seitlichen Befestigungseinrichtungen

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-ί.

gegen die elastische Vorspannung ausdehnt und diese Befestigungseinrichtungen am Helm 11 anbringt, so daß der Schirm fest über den Augen des Piloten angeordnet ist.

Ein Schirm-Linsen-System 23, welches aus einem Flüssigkristall 37 besteht, ist in dem Schirm angeordnet und quer zu der Sichtlinie des Piloten eingestellt. Die Linse ist in einer Ausnehmung des Schirms angeordnet, der seitliche Blendabschnitte und eine Abdeckung 27 aufweist, die von der Linse aus absteht, um das Gesichtsfeld des Piloten nach oben und nach der Seite zu blockieren. Der Ansatz 27 hängt zunächst von der Sichtlinie des Benutzers ab und wird dazu quer eingestellt, damit der Benutzer nicht höher blickt, ohne eine entsprechende Aufwärtsbewegung des Kopfes durchzuführen. Der Ansatz arbeitet somit in der Weise, daß die nach oben gerichtete Drehung des Augapfels bei einer bestimmten Augapfel-Position unterbrochen wird und eine Bewegung im Genick des Benutzers einsetzt, um weiter nach oben blicken zu können. Diese selbe Funktion einer Kopfdrehung zur Überprüfung der oberen peripheren Sichtlinie des Benutzers ohne eine entsprechende Kopfrotation kann dadurch erfolgen, daß die Beobachtungslinse in etwas geringerer Höhe in bezug auf die Sichtlinie angeordnet wird. Auf diese Weise wird eine fortgesetzte Aufwärtsdrehung des Augapfels überprüft, wenn die Blickrichtung des Benutzers über die Linse in den Helm emporgeht.

Diese spezielle Kopfausrüstungskonfiguration kann auch anders ausgebildet sein, da sich für den Fachmann auch alternative Ausführungsformen anbieten, wobei die Beobachtungslinse quer zu der Sichtlinie des Benutzers angeordnet ist, um eine visuelle Kommunikation nur durch die Beobachtungslinse hindurch zu ermöglichen. Es ist jedoch zu bemerken, daß die oben beschriebene Ausführungsform gemäß der Erfindung insbesondere für Düsenpiloten geeignet ist, für welche die Ausrüstung für den Kopf des Piloten zugleich den Helm 11 darstellt.

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Ein in seiner Gesamtheit mit 29 bezeichnetes Lichtintensitäts-System dient dazu, einen getrennten Raumbereich abzutasten, um direkte Lichtstrahlungsintensitäten zu überwachen, die von dort kommen. Ein Durchgang oder ein Kanal 31 ist in dem Schirm 13 oberhalb der Beobachtungslinse 23 vorgesehen und stellt eine Verbindung zwischen dem Außenraum des Schirms und einer Photozelle 33 her. Der Kanal 31 ist derart ausgebildet, daß er direkt eine Lichtstrahlung aus einem Bereich empfangen kann, der unmittelbar oberhalb der Sichtlinie des Benutzers liegt. In einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, daß eine Lichtstrahlung unter einem Winkel zu der Sichtlinie des Benutzers aufgenommen wird, wobei ein Schnitt entweder auf oder oberhalb von der Sicht des Benutzers erfolgt, und zwar unmittelbar über dem Instrumentenbrett 35 (siehe Jig. 1). Gegebenenfalls könnte der Schnitt auch entlang der Sichtlinie angeordnet sein. Zur Vereinfachung werden diese Richtungseinstellungen des Lichtempfangs durch den Kanal 31 nachfolgend als "im wesentlichen entlang der Sichtlinie" bezeichnet, und es wird damit eine Empfangsrichtung von Lichtintensitäten unmittelbar oberhalb von oder entlang der Sichtlinie des Benutzers angesprochen, wenn der Benutzer aus dem Flugzeug hinausschaut.

Ein Geräteteil 27 arbeitet gemäß den obigen Ausführungen mit der Anordnung des Kanals 31 zusammen, indem die Sichtlinie des Benutzers festgelegt wird, bei welcher die Bewegung seines Genicks oder seines. Halses (und somit des Schirms 13) ausgelöst werden muß, damit der Benutzer weiter nach oben schauen oder blicken kann.

Gemäß Fig. 2 wird allgemein mit 36 bezeichnetes Licht, welches von außerhalb in das Gockpit eindringt, nicht direkt von der Photozelle 33 aufgenommen, sondern durch das Kanalelement 31 blockiert. Die Innenwände des Kanals 31 können geschwärzt sein oder aus einem lichtabsorbierenden Material bestehen, oder es kann eine -Farbe auf die Wände aufgebracht

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sein, um den Richtungslichtempfang zu fördern. Eine anfängliche Einstellung der Steuerschaltung, wie sie nachfolgend beschrieben wird, liefert einen angemessenen Richtungslichtempfang durch die Photozelle 33·

Die Photozelle 33 spricht auf die empfangenen Lichtintensitäten an, um eine entsprechende Ausgangsspannung zu erzeugen, deren Größe durch die empfangene Lichtintensität bestimmt wird. Diese Ausgangsspannung der Photozelle 33 wird dazu verwendet, das Beobachtungslinsen-System 23 momentan zu betätigen.

Das Beobachtungslinsen-System 23 ist als spannungsgesteuertes bistabiles Linsensystem ausgebildet, welches einen ersten stabilen durchlässigen Zustand und einen zweiten stabilen undurchlässigen Zustand aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Linsensystem 23 eine aus einem Flüssigkristall bestehende Linse 37 auf, hat weiterhin eine lichtemittierende Diode (LED) 39 und hat schließlich eine Lichtabschirmung 4-1. Flüssigkristalle sind an sich bekannt und können augenblicklich von einem lichtdurchlässigen Sustand in einen lichtundurchlässigen Zustand umschalten, wenn eine Spannung angelegt wird. Die Flüssigkristall-Linse 37 wird in einem lichtdurchlässigen Zustand gehalten, bis eine Spannung angelegt wird, wodurch die Linse momentan ihren Zustand ändert, und die lichtemittierende Diode 39 wird gleichzeitig in die Lage versetzt, Licht auf die Linse zu reflektieren, wodurch die Linse undurchsichtig wird, so daß das Linsensystem den Piloten daran hindert, hindurchschauen zu können. Eine Lichtabschirmung 4-1 dient dazu, solches Licht abzuschirmen, welches von der lichtemittierenden Diode direkt in die Augen des Benutzers gelangen könnte.

Eine Steuerschaltung gemäß Fig. 4- betätigt das Linsensystem, um dessen Status in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der

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Photozelle 33 umzuschalten. Die Schaltung weist zwei Operationsverstärker 47 und 49 auf, welche in der Weise zusammenarbeiten, daß ein Spannungskomparator 51 gebildet wird, wobei weiterhin ein Verstärkungsnetzwerk 53 vorhanden ist, um die Ausgangs spannung von der Photozelle 33 niit einer veränderbaren Bezugsspannung 55 zu vergleichen. Ein Regelwiderstand 56 dient dazu, die Bezugsspannung zu verändern, um eine minimale Photozellen-Ausgangsspannung einstellen zu können, damit das Linsensystem in der Weise betätigt werden kann, daß es momentan in den undurchsichtigen Zustand umschaltet. Der Regelwiderstand 56 ist mit einem Steuerknopf 45 verbunden, der auf der Außenseite des Schirms 13 angeordnet ist (siehe 3?ig. 2), um die Einstellung der Steuerschaltung durch den Benutzer vornehmen zu können.

Zunächst stellt der Pilot den Steuerknopf 45 derart ein, daß die Linse in den undurchsichtigen Zustand umgeschaltet wird, unmittelbar bevor der Benutzer seine Blickrichtung über die Instrumententafel erhebt. Wenn der Regelwiderstand eingestellt wird, richtet der Pilot zunächst seinen Blick auf die Instrumententafel, stellt dann den Regelwiderstand derart ein, bis die Linse aus dem undurchsichtigen Zustand in den durchsichtigen Zustand übergeht. Wenn der Pilot nun in eine Richtung schaut, aus welcher irgendeine direkte Lichteinstrahlung möglich ist, welche heller ist als das von der Instrumententafel abgestrahlte Licht, so wird seine Linse abgedunkelt. Somit dient der Steuerknopf 45 dazu, das Linsensystem auf verschiedene Betätigungspegel oder Auslösepegel einzustellen, wobei unterschiedlichen Lichtverhältnissen Rechnung getragen werden kann.

Gemäß 3?ig. 4 ist ein Schalter 61 durch eine Ausgangsspannung vom Komparator 51 betätigbar, um einen Oszillator 57 und ein Wellenformer-Netzwerk 59 zu betätigen, sobald eine

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Lichtschwelle überschritten wird. Durch das Wellenformer-Netzwerk 59 wird die erforderliche Spannungs-Wellenform für den Flüssigkristall 37 geliefert, welche erforderlich ist, um diesen Kristall zu betätigen, wie es für den Fachmann an sich bekannt ist. Der Schalter 51 kann auch dazu dienen, den Flüssigkristall 39 während der Linsenbetätigung zu treiben.

Die oben beschriebene Schaltung stellt jedoch nur eine bevorzugte Ausführungsform in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung dar, wobei eine elektrische Schaltung beschrieben wurde, welche auf die direkte Lichtintensität anspricht, welche von einer Photozelle aufgenommen wird, um momentan eine Flüssigkristall-Linse in den undurchsichtigen Zustand zu versetzen, sobald eine vorgegebene minimale Lichtintensität empfangen wird.

Ein zum Einschalten und zum Ausschalten dienender Schalter 4-3» der auf der Außenseite des Schirms 13 angeordnet ist, ist betrieblich mit der Steuerschaltung verbunden, um den Benutzer in die Lage zu versetzen, das Linsensystem von Hand in den durchsichtigen Zustand zu bringen. Der Schalter 43 kann beispielsweise den Ausgang der Photozelle von der Flüssigkristall-Linse 37 trennen, wenn er in seiner ausgeschalteten Stellung ist, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Der Schalter 43 dient zur Sicherheit, um das System abzuschalten, falls dies aus einem bestimmten Grund erforderlich ist, so daß in einem Notfall entsprechend abgeschaltet werden kann. Weiterhin bietet dieser Schalter die Möglichkeit, bei der Benutzung der erfindungsgemäßen Flughaube bei der Simulation einer Piloten-Höhenkrankheit die erforderliche Steuerung durchzuführen.

Es kann auch beim Landeanflug ein Blindflug simuliert werden. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann auch ein Schwindelanfall oder ein Anfall von Gleichgewichtsstörungen simuliert

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werden. Wenn der Pilot bei einer bestimmten Verzögerung die Instrumententafel beobachtet, kann er plötzlich aus dem Flugzeug hinausschauen, wodurch die linse abgedunkelt wird und seine Sicht genommen wird. Wenn der Pilot kurz danach von Hand den Schalter 4-3 in die ausgeschaltete Stellung bringt, so schaltet er die Linse dadurch wieder in den durchsichtigen Zustand um. Dadurch treten beim Piloten Gleichgewichtsstörungen auf.

- Patentansprüche -

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. tlugtrainingshaube zur Begrenzung der Sicht eines Piloten

f die Instrumententafel seines Flugzeuges, dadurch gekennz eichnet , daß eine bistabile, spannungsgesteuerte Linseneinrichtung vorgesehen ist, welche in geeigneter Weise an der Haube angebracht ist, und zwar quer in bezug auf die Sichtlinie bzw. Blickrichtung eines Benutzers, daß die Linseneinrichtung einen ersten durchsichtigen Zustand aufweist, welche den Benutzer in die Lage versetzt, hindurchschauen zu können, daß die Linseneinrichtung weiterhin in einen zweiten undurchsichtigen Zustand umschaltbar ist, daß weiterhin eine richtungsempfindliche Lichtempfangseinrichtung vorhanden ist, welche betrieblich mit der Bewegung der Haube verbunden ist, um direktes Licht aus einem vorgegebenen Bereich des Raumes in bezug auf die Haube überwachen zu können, wobei der vorgegebene Bereich des Raumes im wesentlichen entlang der Sichtlinie oder Blickrichtung des Benutzers angeordnet ist, daß weiterhin eine elektrische Schaltungseinrichtung vorgesehen ist, welche mit der Lichtempfangseinrichtung derart zusammenarbeitet, daß die Linseneinrichtung durch eine Spannung gesteuert wird, daß die Schaltungseinrichtung die Linseneinrichtung derart betätigt, daß sie in ihren zweiten Zustand übergeht, und zwar in Reaktion auf eine Lichtintensität, welche größer ist als ein vorgegebener Intensitätspegel, der durch die Lichtempfangseinrichtung überwacht wird, daß die Linseneinrichtung im ersten Zustand bleibt, solange die Lichtintensität unter dem vorgegebenen Pegel liegt, und daß der vorgegebene Intensitätspegel im wesentlichen wenigstens gleich dem von der Lichtempfangseinrichtung überwachten Lichtintensitätspegel ist, der von dem Instrumentenbrett eines Flugzeuges während des Fluges ausgeht.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmungseinrichtung vorgesehen ist,

um die obere Sichtlinie des Benutzers zu begrenzen, wodurch
eine Aufwärtsbewegung der Haube ausgelöst wird, wenn der Benutzer weiter nach oben schauen möchte.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung einen Ansatz aufweist, der von
einer Stelle oberhalb der Linseneinrichtung nach außen vorsteht·

4·. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz quer in bezug auf die Sichtlinie bzw. Blickrichtung vorsteht.

5· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung dadurch gebildet ist, daß die
Linseneinrichtung in bezug auf die Sichtlinie bzw. Blickrichtung tief angeordnet ist, wodurch die Sichtlinie des
Benutzers weiter unten liegt als diejenige unter einer Augapfel-Sichtlinie .

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Pegel von Hand einstellbar ist.

7- Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine von Hand betätigbare Schalteinrichtung vorgesehen ist, um die Linseneinrichtung in den durchsichtigen
Zustand umschalten zu können, und zwar unabhängig von dem
von der Lichtempfangseinrichtung überwachten Lichtintensitätspegel.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t , daß die Linseneinrichtung eine Flussigkristall-Linse aufweist.

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-VIf-

Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linseneinrichtung weiterhin eine lichtemittierende Diode aufweist, welche auf der Seite des Benutzers von der Linse angeordnet ist, um Licht auf die Linse zu reflektieren, so daß sie undurchsichtig wird, wenn sich die Linse in ihrem zweiten Zustand befindet, und daß eine Lichtabschirmung derart angeordnet ist, daß sie direktes Licht von der lichtemittierenden Diode daran hindert, in die Augen des Benutzers zu gelangen.

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