JPH05506950A - 溶接用ヘルメット等のための目を保護する装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 溶接用ヘルメット等のための目を保護する装置１人立互 本発明は、記載の通り、一般には、電磁気エネルギーの透過、特に光の透過を制 御するための制御に関し、より詳しくは、本発明は、溶接用ヘルメット等の目を 保護する装置においてレンズを通して透過される光の自動制御の改良に関する。 １つの実施態様によると、本発明は、迅速に駆動されて溶接の間に目を保護する 暗状態と、溶接を行っていない間にレンズを通して見るために最大限の透明さが 得られる明状態と、例えば溶接の間にレンズのパワーが不足した場合に目を保護 するために暗視野状態を提供する不足状態と、を有するレンズおよび溶接用ヘル メットに関する。 溶接用ヘルメットは、これまで、溶接を行っている人（以下溶接者とする）の目 や顔を、例えば溶接アークがら放射するような、溶接中に起こる非常に明るい光 から、および溶接中に溶接者に向けて浴びせられる可能性のあ゛る粒子から保護 するために用いられている。初期の溶接用ヘルメットは、そこを通して溶接者が 溶接されている作業を見るレンズと、該レンズが取り付けられて、溶接作業によ って発する光および粒子から溶接者の顔を保護する、金属、プラスチックまたは その他の硬い材料などの保護シールド物質と、を有している。 レンズは、通常、比較的少量の入射光を透過する物質であり、そのため、溶接を 行っている場合には、その溶接作業を観察するために十分な光を溶接者の目に通 すが、他方では、目を痛めないように、溶接中に発生する光のかなりの量を遮断 している。ときには、顔を保護するシールドを用いず、目を保護するための眼鏡 フレームに納めてレンズを用いていた。 初期の溶接用ヘルメットは、レンズが、固定された光透過特性、すなわち暗さを 有しているという欠点がありだ。目を保護する機能を果たすようにレンズは適度 に暗くなっている（全く透過性のないか、ある光の透過を遮断することができる ）ため、溶接アークがない場合には、溶接トーチやアークなどの開始等を、レン ズを通して見ることは難しく、あるいは不可能でさえあった。 可変光透過特性を有する溶接レンズ、および／またはそのようなレンズを用いた 溶接用ヘルメットの開発に、努力が重ねられてきた。いくつかの実例としては、 溶接者の百に光を透過させる開口を調節するために、溶接用ヘルメットの視覚領 域上に備えられた機構的シャッターなどのいくつかの可変機構的装置が挙げられ る。溶接光が発生した゛ことをセンサーが検出すると、自動的にシャッター開口 を閉鎖するように回路が起動されている。 別の初期の機構的シャ７ターは、相対的に回転可能な偏光子を光学系内に使用し ている。所望の明度または「透明度」光子が他の偏光子に対して回転させられる 。入射光を検出するセンサーおよびそのセンサーに応答する回路が偏光子の相対 位置を制御する。 保護的眼鏡（メガネ）またはゴーグルにおける、偏光子を備えた可変固体クリス タル溶接用レンズの例は、Ｍａｒｋｓらの米国特許第３．２４５．３１５号に開 示されている。 溶接用レンズに可変透過特性を与えるためのその他の努力では、可変液晶光シャ ッター素子が用いられている。溶接用ヘルメットにおける溶接用レンズ部品に用 いられる、ツィステッドネマティック液晶セルの２つの例が、米国特許第Ｒｅ、 　２９．６８４号（Ｇｏｒｄｏｎ）および第４．０３９．２５４号（Ｈａｒｓｃ ｈ）に開示されている。Ｇｏｒｄｏｎの光シヤツターにおいては、交差された偏 光子の間に挟まれたツィステッドネマティック液晶セルが、１つの偏光子から受 けた偏光光の面を回転させ、その光を第２の偏光子に送り、それによって溶接者 は溶接アークがなくても見ることができる。センサーによって検出される溶接光 に応じて、偏光光は回転させること“なく交差した偏光子が光透過を遮断するよ うに、回路はツィステッドネマティック液晶セルにエネルギーを与える。Ｈａｒ ｓｃｈの装置゛では、エネルギー供給遮断（暗）状態で最低の光透過となり、液 晶セルにエネルギーが与えられた時（明状態）に最大の透過となる。Ｈａｒｓｃ ｈの装置では、３つの偏光子と２つのツィステッドネマティック液晶セルが整列 されており、最低透過性を必要とする場合に、上流側の一対の偏光子と液晶セル を通過する光の残存する漏れが、（エネルギーを与えられた）明状態での透過性 を実質的に減少させることなく、下流側の液晶セルおよびさらなる偏光子との協 同することにより減少させられる。 平行方向に並べられた３つの偏光子および２つのツィステッドネマティック液晶 セル（これら５つは交互に縦に並べられ光透過性を選択的に制御する）も、Ｆｅ ｒｇａｓｏｎの米国特許第３．９１１１．７９６号に開示されている。 下記にさらに説明するように、先行技術の自動溶接用レンズ、特に液晶レンズは 、暗状態および明状態の２つしか動作状態がないという問題があった。　（レン ズへのパワーが全く、あるいはほとんどない）パワー不足があれば、レンズは明 または暗の所定の状態にはならない。ツイステフドネマティ・ツク液晶セルの特 性のため、暗状態へのパワー不足であれば速度が犠牲になり、明状態へのパワー 不足であればパワー不足が発生した際の目の保護が犠牲になる。 例えば、米国特許第Ｒｅ、２９．６８４号および第４．０３９．２５４号に開示 されているようなツィステッドネマティック液晶セルにおいて、ネマティック液 晶セルは、一対のほぼ平らなプレートの間に配置されており、これらのプレート は′各プレートのそれぞれの面を平行ラビングまたはその他の方法によって前処 理されて、液晶物質の、ラビング方向に対してほぼ平行な構造的配列（配向ベク トルの配列）を得ている。それらのプレートは、１つの表面のラビング方向が、 他の面のラビング方向に対して直交するように、相互に平行に位置されており、 プレートの間の液晶物質はらせん状ツイストを起こすようにされている。使用中 は、ツィステッドネマティック液晶セルは、一対の平面偏光子（直線偏光子とも 呼ばれる）の間に位置される。最初の偏光子に入射する光は、それによって直線 的に偏光され、ツィステッドネマティック液晶セルを通して第２の偏光子へ向け られる。ツィステッドネマティック液晶セルへの電界入力がなければ、偏光面は 、例えば光がセルを通過するにつれて９０度回転される。このようなツィステッ ドネマティック液晶セルを通しての光透過は、光の導波と呼ばれることもある。 電解に関して、実質的に全ての液晶物質を配向させるために十分な電界が存在す る場合には、セルに入射する面偏光光は、このような回転をすることなく、それ を通って透過する。第２偏光子（検光子または検光偏光子と呼ばれることもある ）の第１偏光子に対する配回に基づいて、偏光光は、セル内の液晶物質の配列機 能、従って電界が印加されているか否かの機能として、透過または遮断される。 光透過およびその制御は、通常、いかなる波長の光でも実質的に同一である。 液晶セルは、例えばこの背景の項に記載し゛たいくつかの液晶セルのように、は ぼ平行な一対のプレートと、その開にはさまれた液晶物質とによって構成される 。しかし、本発明の原理あるいは特徴を具体化する、溶接用レンズまたはその他 の装置に用いられる液晶セルは、より広い領域の液晶セルを構成するために、こ のような液晶セルのいくつかを並べて構成することもできる。あるいは、本明細 書に説明した液晶セルの機能に類似および／または同等の機能を果たすその他の 液晶装置を、本発明の液晶セルとして用いることもできる。 その他の型の液晶光制御デバイスは、染色液晶セルとして公知である。このよう な染色セルには、一般に、ネマティック液晶物質と、染料分子の配向に従って光 を吸収したり透過したりするプレオクロイック染料と、が含有されている。染料 分子は、液晶構造または配向ベクトルの配列に相対的に配列する傾向があるため 、一対のプレートの間に配置された液晶物質と染料との溶液は、液晶物質の配列 に応じて光を吸収したり透過したりする。従って、液晶素子の吸光特性は、印加 する電界の作用として制御するこ゛とができる。 表面モード液晶セルは、液晶セルのもう１つの型であり、このようなセルを用い た素子は、米国特許第４．３８５．８０６号、第４、４３５．３７５号、第Ｒｅ 、　３２．５２１号、第４．５４０．２４３号に開示されている。ツィステッド ネマティック液晶セルの導波型の動作とは反対に、表面モード液晶セルは、光リ タデーションの原理で動作し、特に、面偏光光の２つの直角位相成分（それぞれ 正常光および異常光と呼ばれることもある）′における一方を、他方に対して遅 らせて動作する。従って、表面モード液晶セルは、面偏光光の偏光面を、通常は 電界である、所定の入力の関数である量によって、効果的に回転させることがで きる。 実際の表面モード液晶セルは、所定の入力゛の機能としてリタデーションを行う 、可変光リターダ−または可変導波プレートである。 簡単に言うと、表面モード液晶セルは、ネマティック液晶（または、屈折率、複 屈折、構造的配列など特性に関して、ネマティック液晶のように機能する液晶） と、表面に液晶構造の所望の配列を起こさせるために、それぞれの片面をラビン グあるいは他の処理がされた、はぼ平行な一対のプレートと、によって構成され る。例えば、表面モード液晶セルを形成する２つのプレートの表面のラビング方 向は、　（ツィステッドネマティック液晶セルの場合のように）互いに直角では なく、平行、すなわち、相互にほぼ同一または反対方向になっている。また、当 該分野で公知のように、様々な動作結果を得るように所望されるのであれば、表 面の液晶配回ベクトルの傾き角を提供するための処理を行ってもよい。 表面モード液晶素子は、一定の条件のリタデーション量が入射光の波長の関数で あるという点において、波長に鋭敏である。表面モード液晶セルにおける液晶物 質の複屈折と、セル内の液晶物質の層の厚みと、通常は電界である所定入力が印 加される場合には、その強度と、表面モード液晶セルを駆動する技術と、に基づ いて、リタデーション゛の量を制御または測定することができる。これらの観点 および特性は、表面モード液晶セルおよび素子に関する上記米国特許、その他の 文献に記載されている。 一対の面偏光子の間に位置する表面モード液晶セルにおいて、セルに入射する面 偏光光のリタデーション量は、入射光きる。実際に、入射光の波長構成と、セル における複屈折液晶層（単一または複数）の効果的な厚みと、その（それらの） 液晶層の複屈折と、に基づいて、光学的色分散が起こり得る。 （光学的色分散、複屈折、光学的偏光、および偏光された光の各原理は、Ｊｅｎ ｋｔｎｓおよびＷｈｉｔｅによる、Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　ｏｆ江旦■、　 ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏｍｐａｎｙ、　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、１ ９７６、に記載されている。）さらに、セルを透過する出力光の偏光面と、セル からの出力と、出力面偏光子（検光子）の相対的な配向方向に基づいて、出力面 偏光子を通過する透過光の強度は変化させ得る。従って、表面モードセルが、十 分な色分散が起こるように構成されるとともにエネルギー付与または動作される ならば、色または波長のフィルタ機能が発揮される。 さらに、表面モードセルは、十分な色分散が起こらないように構成し得るととも に、エネルギーが付与されるか動作される。上記の表面モード液晶セルに関して 上述の４つの米国特許に記載されているように、この種の動作は、表面モード液 晶セルが、いわゆるゼロオーダーで動作される場合に起こる。このような動作に おいては、セルからの′光出力の強度変調は、　（透過される像の歪が、全くま たは殆どないように）実質的に均一に、しかも、色分散させずに行うことができ 、その結果、レンズは本質的に色消しとなる。 以下にさらに述べるように、本発明は、少なくとも３つの異なった出力状態を有 する可変光透過制御素子に関するものである。この素子は、溶接用ヘルメットに おける使用に関して、詳細に説明されている。しかし、この素子は、その他の環 境において、および広く電磁気エネルギーの透過、特に光透過を制御するその他 の素子およびシステムにおいて使用される。本明細書において好ましい実施態様 に関して使用されているように、光学的透過性とは、光、すなわち可視スペクト ル内、および、紫外線および赤外線領域も含有する電磁気エネルギーの透過を意 味する。本発明の特性、概念および原理は、その他のスペクトル範囲での電磁気 エネルギーについて用いることもできる。 本発明は、高速の保護シャッターおよび保護的な光欠乏状態が望まれている、目 の保護にとうて特に宵月である。好適な使用法は、溶接用のヘルメット、眼鏡、 ゴーグル、その他において、さらには、核間光保護のため、電気使用労働者が経 験する危険からの保護のため、溶鉱炉や電気プラント地区および傷害の危険性の ある明るい光が起こり得るその他の場所の労働者のための、同様の安全ゴーグル においてである。 さらに、本発明は、本明細書におル）ては、所定の入力に応じである種の動作を 行うものとして説明され【いる。好ましい所定入力は電界である。しかし、その 他の所定入力を用いることもでき、電界はそれらその他の所定の入力も同様に含 まれる。例えば、公知のように、液晶セルは磁界入力および熱入力に対して応答 性がある。はぼ同様の動作を得るために、その他の入力も可能である。 公知のように、ツィステッドネマティックタイプ、染色セルタイプまたは表面モ ードタイプのいずれにせよ、液晶セルの転移速度は一定でない。特に、このよう な液晶セルは、電界（または電界強度の増大）によって駆動される場合に、動作 状態、例えば液晶構造またはディレクターの配回、が達成されるような動作は、 エネルギーの非供給あるいは減少状態への緩和、例えば電界の減少または消失、 がされている場合での動作よりも速く行われる。従うて、目の保護のための暗状 態への最高動作速度については、例えば、溶接用レンズの環境において、最も暗 い百の保護状態を得るために、液晶レンズが最高電力で動作させられることが望 ましい。また、表面モード液晶セルは、通常、ツィステッドネマティック液晶セ ルよりもかなり高速でエネルギー供給に反応し、従って、本発明によるとより速 い動作が得られる。 シェードナンバーまたはシェードは、溶接用レンズ（以下、時によって単にレン ズとする）の暗さの特性を記述したものであり、例えば；シェードナンバーが大 きくなるほど、より暗く、より光を遮断（あるいは吸収）し、光学的により透過 性のないレンズとなり、遮光ナンバーが小さ°くなるほど、より明るく、より光 を遮断（吸収）し、光学的により透過性のあるレンズとなる。一般的に光学的透 過性とは、光および光によって伝搬される像または視野が、例えば散乱などによ ってそれらの像に実質的に歪を起こさせることがない透過性を意味する。シェー ドナンバーとは、溶接の分野、特に百を保護するための溶接用レンズの分野でよ く用いられる専門用語である。 明状態または明シェードとは、レンズの視検透過率（または光透過率）の最も高 い動作状態を意味する。この状態は、レンズのシェードナンバーが最も低い状態 に相当する。 暗状態または暗シェードとは、レンズの視検透過率（または光透過性）の最も低 い動作状態を意味する。この状態は、レンズに最も高い特定のシェードナンバー が付けられた状態に相当する。本発明は、いくつかの例においては、暗状態では 光は透過しないと下記に説明されている。これは、本発明の原理のいくつかの適 応例においては望ましいことであるが、暗状態の溶接用レンズとしては、溶接の 間に発せられる光による損傷、傷害などから、所望されるように目を保護するた めに、ある光を遮断するのに対して、他方では、溶接者が溶接を行うために目が 見えるように、ある程度の透過性を有している。 中間状態または中間シェードとは、明状態でも暗状態でもない状態である。これ は、明状態と暗状態との間であってもよいが、必ずしもそうである必要はない。 というのは、そのような動作が可能であれば暗状態よりも暗くてもよいためであ る。説明されている本発明の実施態様によると、中間状態では、光透過／吸収の 中間レベル、つまり明状態と暗状態の間として与えられ、これはレンズのパワー 不足、不適切なパワー、またはレンズのパワーオフの状態で起こる。 パワー不足、不足または不足状態とは、レンズに供給されるパワーがないことを 意味する。パワー不足は、また、レンズが所望の状態になるためには不適切なパ ワーしか供給されていないことをも意味する。 オフ状態とは、電力がレンズに供給されていないときのレンズの状態であり、ま たオフ状態とは、電力オフの状態をも間に溶接用レンズに起こることが好ましい 。レンズの不足状態も、オフ状態であり、つまり電力供給の不足によりパワーが 提供されていないことであり、また、不足状態は、単に、明状態および暗状態へ とレンズを駆動し、またはレンズにエネルギーを与えるには不適切なパワーしか 得られないときにも起こり得る。 シャッタ一応答時間は、レンズに設けられた回路が、　（例えば、溶接アークの 発生などによる）入射光の急激な増加を検出し、レンズを明状態から暗状態へと 切り換えるために必要な時間である。 シャッター復帰時間は、レンズに設けられた回路が、　（例えば、溶接アークの 消滅などによる）光の急激な減少を検出し、レンズを暗状態から明状態へと切り 換えるのに必要な時間である。 可変透過性は、入射照度の変化に応じて、１つのレベルの視検透過率（光の透過 率とも呼ぶ）から別のレベルの視検透過率へとレンズを切り換える能力である。 動的動作範囲または動的光学範囲゛とは、暗状態と明状態との間のレンズの動作 可能範囲であり、例えば暗状態と明状態のシェードナンバーの差である。 上述したように、先行技術の自動溶接用レンズ、特に液晶レンズでの問題点は、 動作状態が、暗状態と明状態の２つしかないことである。パワー不足の場合（レ ンズへのパワーが全く、あるいはほとんどない場合）には、レンズは、明か暗か の所定の状態になる。不足が暗状態へのものであれば、速度が犠牲になり、不足 が明状態へのものであれば、パワー不足の発生に際する保護が犠牲になる。 より詳しくは、エネルギーが供給された時に、あるいはわずかなエネルギー供給 レベルからエネルギーを増加した時に、エネルギーを除去または減少させた時の 緩和などによるゆっくりした配向に比べて、液晶物質の配向（またはそのディレ クター）は速く起こる、ということは公知である。従って、従来のツィステッド ネマティック液晶レンズが、パワーの供給不足に際して暗状態になる場合には、 このような暗状態は液晶の「緩和」の結果である。そのため、溶接の開始、およ びそれによって照射される明るい光に応じてミ　レンズの動作は比較的ゆっくり であり、そのため溶接者の保護が低減される。不足が明状態へのものであれば、 溶接の間（または開始時）にパワー不足が発生すると、溶接者の保護が十分でな くなる結果となる。さらに、例えば上述のＨａｒｓｃｈ特許のように、２つの液 晶セルを適切な偏光子とともに光学的に配置する場合には、検光偏光子の１つを 、光学的に上流側に近接しているエネルギーが供給されていないツィステッドネ マティック液晶セルから受ける面偏光光を透過するように配向し、他の１つの検 光偏光子を、光学的に上流側に近接しているツィステッドネマティック液晶セル から受けた面偏光光を遮断するように配向することによって、中間階不足モード が可能になる。暗状態では、一方の液晶セルにエネルギーを与え、他方の液晶セ ルにエネルギー供給をせず、明状態では、反対に他方の液晶セルにエネルギーを 与え、一方の液晶セルにエネルギーを供給しない。この場合、ツィステッドネマ ティック液晶セル（およびそれと対になっている偏光子）の１つの暗状態のため に、パワー不足が光透過性を低下させるが、溶接の開始に対応する最高の暗さを 得るために明状態から暗状態へレンズを切り換えた場合には、他の液晶セルが必 要とする緩和時間のために、レンズ全体の速度が低下する。 改良された可変光透過性制御素子、特に、溶接用ヘルメット等に用いられる素子 、すなわち、素子へのパワーがないか不適切であるような不足モードにおいて、 例えば一時的な目の保護手段を提供して危険を減少させるために、明状態よりも 暗い、または暗状態と同じ程度かそれ以上に暗い中間状態と同様の明状態および 暗状態の両方を提供する素子が望まれている。さらに、このような特性を提供す ると同時に、例えば、暗状態への切り替えを、パワーが供給されるか駆動された レンズの状態として提供することによって、暗状態への切り替えにおいて、光透 過性制御素子の高速の動作速度をも提供することが望まれている。 上述の特許および特許出願は、すべて、参考のために本明細書に援用する。 簡単な要旨 簡単に言うと、本発明の一局面によれば、光透過制御装置は、所定波長又は一群 の波長の光を透過し、異なる所定波長又は一群の波長の光の透過を部分的に遮断 するバンドパスフィルタと、同調関数である１つの波長又は一群の波長の光を制 御可能に透過する可変光学フィルタと、を備えており、バンドパスフィルタ及び 可変光学フィルタは協同的に関係して、相対的最大透過、相対的最小透過、及び 最大透過率モードよりも透過率の低い第３のモードを含む少なくとも３つの異な る透過モードを提供する。 ここで用いられるように、波長という用語は、電磁エネルギーの特有の波長、例 えば５５０ｎｍの波長を有する光など、又は一群の波長、例えば５５０ｎｍ〜６ ００　ｎｍの一群の波長の範囲内にある光などのいずれかを意味することができ る。 同様に、他の１つの波長とは異なる１つの波長という表現は、特有波長が異なる 、例えば、５５０ｎｍの波長の光が６００ｎｍの波長の光とは異なることを意味 し、さらに、一群の波長の波長集合が他の一群の波長の波長集合とは異なること も意味することができ、さらに、二群の波長が同一の波長の集合を有する場合に は、１つの群の所定の波長の強度又は大きさが他の群のその波長の強度又は大き さとは異なることを意味する。 本発明の他の局面によれば、光透過制御装置は、所定波長又は一群の波長の光を 透過し、異なる所定波長又は一群の波長の光の透過を部分的に遮断するバンドパ スフィルタと、同調関数である１つの波長又は一群の波長の光を制御可能に透過 する可変光学フィルタと、を備えており、バンドパスフィルタ及び可変光学フィ ルタは協同的に関係して、相対的最大透過、相対的最小透過、及び最大透過率モ ードよりも透過率の低い第３のモードを含む少なくとも３つの異なる透過モード を提供する。さらに、装置は、装置に入力される相対的最大エネルギーに応答し て駆動される場合には最小透過率モードで動作する。 本発明のさらに他の局面によれば、光透過制御装置は、所定波長又は一群の波長 の光を透過し、異なる所定波長又は一群の波長の光の透過を部分的に遮断するバ ンドパスフィルタと、同調関数である１つの波長又は一群の波長の光を制御可能 に透過する可変光学フィルタと、を備えており、バンドパスフィルタ及び可変光 学フィルタは協同的に関係して、相対的最大透過、相対的最小透過、及び最大透 過率モードよりも透過率の低い第三のモードを含む少なくとも３つの異なる透過 モードを提供する。さらに、装置は、装置に入力される相対的最大エネルギーに 応答して駆動される場合には最小透過率モードで動作し、より小さい入力エネル ギーに応答して駆動される場合には最大透過モードで動作する。 本発明のさらに他の局面によれば、光透過制御装置は、所定波長又は一群の波長 の光を透過し、異なる所定波長又は一群の波長の光の、透過を部分的に遮断する バンドパスフィルタと、同調関数である１つの波長又は一群の波長の光を制御可 能に透過する可変光学フィルタとを備えており、バンドパスフィルタ及び可変光 学フィルタは協同的に関係して、相対的最大透過、相対的最小透過、及び最大透 過率モードよりも透過率の低い第３のモードを含む少なくとも３つの異なる透過 モードを提供する。さらに、装置は、装置に入力される相対的最大エネルギーに 応答して駆動される場合には最小透過率モードで動作し、より小さい入力エネル ギーに応答して駆動される場合には最大透過率モードで動作する。上記第３の透 過モードは、無（ｎｏｖ）パワーもしくはパワー不足の場合、又は装置を最大又 は最小透過率モードにするエネルギーを与えるための適当なパワーがない場合に 起こる。 本発明による他の局面は、装置の光透過制御構成要素として、少なくとも１つの 液晶素子、セルなどを用いて、上記の動作及び機能を達成することができる。　 ”本発明の他の局面によれば、光透過制御装置は、所定波長の光を透過し、異な る所定波長の光の透過を部分的に遮断するバンドパスフィルタと、同調関数であ る波長の光を制御可能に透過する可変光学フィルタと、を備えており、バンドパ スフィルタ及び可変光学フィルタは協同的に関係して、相対的最大透過、相対的 最小透過、及び相対的中間透過を含む少なくとも３つの異なる透過モードを提供 する。可変光学フィルタは、中間透過状態に対してパワーがない場合に可変光学 フィルタが上記所定波長の光を実質的に遮断し、上記具なる所定波長の光を少な くとも幾らかは透過するように、その構造によって調整される。 本発明のさらに他の局面によれば、光透過制御装置は、所定波長の光を透過し、 異なる所定波長の光の透過を部分的に遮断するバンドパスフィルタと、調整の関 数である波長の光を制御可能に透過する可変光学フィルタと、を備えており、バ ンドパスフィルタ及び可変光学フィルタは協同的に関係して、相対的最大透過、 相対的最小透過、及び相対的中間透過を含む少なくとも３つの異なる透過モード を提供する。可変光学フィルタは、中間透過状態に対してパワーがない場合に可 変光学フィルタが上記所定の波長の光を実質的に遮断し、上記具なる所定波長の 光を少なくとも幾らかは透過するように、その構造によって調整される。透過は 、相対的最大入力では、バンドパスフィルタによって透過されるほぼ全ての光の 一部を遮断し、より低い人力であるが人力゛が存在する場合には、バンドパスフ ィルタによって透過されるほぼ全ての光が透過されるような、所定入力の関数で ある。 本発明のさらに他の局面によれば、巨を保護するためのレンズアセンブリは、所 定波長の光を透過し、異なる波長の光の透過を部分的に遮断するバンドパスフィ ルタと、このバンドパスフィルタと共には光学系をなす関係にある液晶素子と、 を備えており、この液晶素子は印加される電界の関数として複数の可変光透過状 態を有している。この液晶素子は、電界がない場合には、バンドパスフィルタに よって透過される波長では幾らかの光を透過し幾らかの光を遮断するように調整 されている。この液晶素子は、第１の大きさの電界の印加に応答して、入射する 光のほぼ全てを透過するように調整される。さらに、この液晶素子は、第１の大 きさよりも大きい電界の印加に応答して、入射する光のほぼ全てを遮断する。 本発明のさらに他の局面によれば、複数の波長を有する入射電磁エネルギーの透 過を制御するための装置は、少なくとも１つの波長では入射する電磁エネルギー の少なくとも幾らかを透過し、少なくとも１つの波長ではこの電磁エネルギーを 部分的にフィルタするバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタと共に光 学系をなす制御可能な光学装置とを備えており、この制御可能な光学装置は、ｉ 、バンドパスフィルタによって透過される電磁エネルギーを実質的に透過する第 １のモードと、ｉｉ、バンドパスフィルタによって透過され°る電磁エネルギー を実質的一部をフィルタする第２のモードと、ｉｆｉ、バンドパスフィルタによ って部分的にフィルタされる波長での電磁エネルギーの幾らかを少なくとも部分 的にフィルタする第３のモードと、 を含む少なくとも３つの異なる動作モードを有する。 さらに他の局面は、液晶可変光透過制御装置、つまり、暗状態、明状態及び中間 状態を含む３つの異なる遮光能力を有する液晶セル又は同様の構成要素を備えて いる装置を提供する。装置を暗状態及び明状態にするためには電気入力が必要で ある。　□ さらに他の局面は、可変光透過制御装置において３つの異及び中間シェードナン バーの能力がある。中間シェード能力はパワー不足モードの場合に起こる。 本発明の一局面は、少なくとも１つの波長の光エネルギーの少なくとも幾らかを 透過し、少なくとも１つの他の波長の光エネルギーの少なくとも幾らかをフィル タするためのバンドパスフィルタを用いてフィルタすることによって、さらに、 所定入力に応答した同調関数である波長を制御可能に透過するための電子的に調 整された可変光学フィルタによりそのような光を可変的にフィルタすることによ って、複数の波長を有する入射光エネルギーの透過を制御することに関する。所 定入力がない場合には、電子的に制御された可変光学フィルタは、少なくとも１ つの波長の入射光エネル”ギーの少なくとも幾らかを透過し、少なくとも１つの 波長の光エネルギーの少なくとも幾らかを遮断する。光学フィルタは相対的に小 さな所定入力がある場合には、装置による最大透過となるように動作し、相対的 最大の所定入力がある場合には、装置による最小透過となるように動作するので 、所定入力を最大レベルと最小のレベルとの間で変化させることによって装置に よる透過が変化する。 本発明のさらに他の局面は、溶接者等の目を保護するための目を保護する装置、 特に溶接用ヘルメット（又はゴーグル又は眼鏡など）において、本明細書に開示 され特許請求される様々な特徴を提供するものである。 上記目的及び関連する目的を達成するために、本発明は以下に十分に説明され、 特許請求の範囲において特定される特徴を包含している。以下の説明及び添付の 図面は、本発明の例証的実施態様を詳細に記載するものである。しかし、これら の実施態様は本発明の原理を具体化する様々な方法のほんの一部に過ぎない。 本発明はいくつかの好ましい実施態様に関して示し、説明しているが、明細書を 読み、理解すれば、当業者が同等物又は修正物を思いつくことは自明である。本 発明はそのような同等物及び修正物を全て包含しており、特許請求の範囲によっ てのみ限定される。 Ｍ旦！車ユ且朋 添付図面において、 図１は、本発明による可変液晶レンズを用いた溶接用ヘルメットの概略図である 。 図２は、図１のレンズの概略図である。 図３は、図２のレンズに用いられるバンドパスフィルタ及び制御可能な可変波長 透過制御装置の光透過特性を示すグラフであり、その中間透過状態を示している 。 図４は、図２のレンズに用いられるバンドパスフィルタ及び制御可能な可変波長 透過制御装置の光透過特性を示すグラフであり、その透明透過状態を示している 。 図５は、一対の平面偏光子およびその間に配置された表面モード液晶セルを用い る図２のレンズの実施態様を示す概略図であり、偏光の方向および／または各種 光学要素の軸は、相対的に垂直を示す上面きの矢印によって、或いは垂直および ／または水平に相対する角度を示す矢印によって、および／または用紙の面へ入 る方向を表すｒＸＪの表示によって示され、これらは他の図面においても同様に 用いられる。 図６Ａは、本発明のレンズにおいて使用されるためのパワーオフ中間暗状態にお いて示される表面モード液晶セル備えている制御可能な可変波長透過制御装置を 示す概略図である。 図６Ｂは、図６Ａの表面モード液晶セルを備えている制御可能な可変波長透過制 御装置を示す概略図であるが、本発明のレンズにおいて泪いられる明状態におい て示されている。 図６０は、図６Ａ及び図６Ｂの表面モード液晶セルを備えている制御可能な可変 波長透過制御装置を示す概略図であるが、本発明のレンズにおいて用いられる暗 状態において示されている。 図７は、２つの液晶段階を用いる図２のレンズの実施態様を示す概略図であり、 少なくとも１つは表面モード液晶セルである。 図８は、２つの表面モード液晶素子およびバンドパスフィルタを用いる図２のレ ンズの実施態様を示す概略図である。 図９は、図８のレンズの実施態様の動作を示すグラフであり、表面モード液晶セ ルが付随する偏光子と協同して異なる波長の光をそれぞれ遮断するように調整さ れている。 図１Ｏは、レンズへの所定入力として印加される電界の電圧の関数として、図８ のレンズによって透過される光の強度を示すグラフである。 １に象説亙 さて、図面に関しての詳細では、各図において同じ部分には同じ参照符号が付さ れており、最初に、図１では、本発明による溶接用ヘルメット１は保護用シール ド２及びシールド上に装備されたフィルタアセンブリ３を備えている。シールド ２は、従来と同様に、溶接者の顔面及び／又は頭部を保護するために、一般的な 光学的非透過性材料、例えば金属、プラスチックなどから構成される。フィルタ アセンブリ３は、シールド２の開口部４に固定的に装備され得゛る。或いは、必 要であれば、フィルタアセンブリ３を開口部４に保持し、シールドからフィルタ アセンブリを取り外せるようにする手段（図示せず）が設けられていてもよい。 フィルタアセンブリ３は、溶接用レンズ５と、該溶接用レンズ５に所定入力を供 給して動作させるための駆動回路６と、を備えている。その入力は、好ましくは 、以下にさらに説明されるように、溶接用レンズ内の液晶セルを動作させるため に適した駆動回路６からの電圧によって生じる電界である。 しかし、所定入力が電界以外、例えば、磁界、熱エネルギー、又は溶接用レンズ ５を動作させる他の所定入力であってもよいことは明らかである。 溶接用レンズ５は３つの異なる光学的状態、すなわち、明状態、暗状態、及び明 状態と暗状態とは異なる光透過の第３の状態（以下では中間状態と称する）とな ることができるタイプのレンズである。中間状態は、明状態よりも暗いことが好 ましく、同様に、必ずしもそうでなくてもよいが、暗状態よりも暗くない、すな わち、明状態と暗状態との間の透過率特性を有している（本発明の説明的実施例 において以下に説明される）。さらに、溶接用レンズ５は、駆動回路６によって 供給されるパワーがない場合又は供給されるパワーレベルが不適切である場合に は中間状態となり、第１の電界入力すなわち第１の大きさの電界がある場合には 明状態となり、第２の電界入力すなわち第１１！界の大きさよりも大きい電界が ある場合には暗状態となるタイプであることが好ましい。 好ましい実施態様では、レンズ５は溶接用ヘルメット１において用いられている が、このレンズは、他の目の保護機能又はここに記載される動作原理による他の 機能のために用いられる。以下の説明から明らかなように、このレンズは、該レ ンズを通過して、例えば溶接者の目へ達する光の強度を制御する。そのような透 過は、透過光の映像特性を劣化することかないことが好ましく、その結果、対象 物、景色などを歪みなく見ることができる。さらに、本発明のレンズは人間の目 を保護するために用いられることが好ましいが、同様に他の目的のために電磁エ ネルギーの透過を制御するためにも用いられ得ることは明らかである。 駆動回路６は、電気パワー源、例えば、蓄電池、光電池、他のパワー源（例えば 電気コンセントを介して使用可能であるものなど）とのトランス接続等と、溶接 用レンズ５内の液晶セルに必要な電界を発生するために必要な回路構成と、を備 えている。センサー又は検出器７は、駆動回路の一部であり得るが、駆動回路と 協同して入射光の強度を検出し、その入力光の強度に一致するかまたは段階的に 比例する大きさの電圧を有する電界を生成する。特に、センサー７に入射する光 の強度が溶接作業中に発生する光強度よりも小さい場合には、駆動回路６は溶接 用レンズ５を明状態とするようにエネルギーを与え、すなわち、駆動する電界を 発生する。センサー７に入射する光が溶接による光に代表される（例えば、８で 示される溶接用アークが当たるとすぐに始”まる）場合には、駆動回路６は溶接 用レンズ５を暗状態とするようにエネルギーを与える、つまり駆動する電界を発 生する。典型的な駆動回路は、１９８９年６月１２ヨ出願の同時係属の米国特許 呂願第０７／３６５，１６７号に示されている。この出願の開示全体が参考とし て本願に組み込まれている。上記方法で液晶レンズにエネルギーを与える各種機 能を行う他の駆動回路が用いられる、及び／又は設計されることもできる。駆動 回路は、パワーが特に溶接用レンズに供給されないような（或いは適切なパワー が供給されないような）不足である場合には、溶接用レンズは、以下に詳述され るように、中間状態又はシェードとなる。 溶接用ヘルメット１を用いる際に、溶接者は、溶接用レンズ５が明状態となるよ うなエネルギーを与えるためにパワースイッチ９を押して駆動回路６を作動させ る。次に、溶接者ハヘルメットを頭に被り、目１０の位置に溶接用レンズ５を合 わせる。溶接用レンズ５を明状態にするエネルギーを与えることによって、溶接 者は、溶接される対象である加工物の近くに溶接用器具を配置するために、溶接 用レンズを通して見ることができる。溶接の開始、例えば、溶接アークの当接に より、センサ７はそのアークを検出し、駆動回路６が溶接用レンズ５を暗状態と するエネルギーを与えるようにする。 暗状態は、電磁気放出、特に溶接中に放出される強い光による損傷から溶接者の 百を保護するように設計されている。駆動回路６が使用中に故障した場合には、 溶接用レンズ５は即座に中間状態となることが好ましく、この中間状態は、溶接 作業が終わるまで溶接者の目を保護する手段を十分に提供する。シールド２及び フィルタアセンブリ３は、好ましくは、溶接中に放出され得る粒子から溶接者の 顔面を保護するために適切な強度である。また、シールド自体は光学的に透過性 ではないので、溶接中に溶接者の顔面及び目を電磁気エネルギーから保護する。 図２では、溶接用レンズ５の特徴が示されている。溶接用レンズ５はバンドパス フィルタ２０及び制御可能な可変波長光透過制御装置２１を備えており、これら は光学系内にあるので、溶接作業による光、例えば、光源８から出射される溶接 用アークなどが溶接者の口１０に達するまでに両方を通過しなくてはならない。 光学的には、フィルタ２０又は装（［２１のいずれが溶接用アーク源８に近いか 、また、いずれが目１０に近いかは重要ではない。しかしながら、好ましい実施 態様においては、バンドパスフィルタ２０は可変装ｆｉ２１の光学的に上流側（ 目１０に対して）に配置されている。フィルタ２０は好ましくは動的又は能動的 に変化せず、しかも、その結果として、装置２１に比べてダメージが小さいため に、また、フィルタ２０は強度及び耐久性のために外側表面が、好ましくは、例 えば、ガラス又は水晶などの硬質であるであるために、さらに、フィルタ２０は 、好ましくは少なくとも幾つかの液晶セル及び／又はその材料を損なうことが知 られている電磁エネルギーの紫外線及び赤外線波”長の透過を遮断するために、 この配置は、光学的に活動的な装置２１が不必要なダメージを受けることを防止 し、寿命を延ばすことを可能とする。 バンドパスフィルタ２０は、所定波長領域において光を透過し、他の１つ又は複 数の異なる波長領域において光の透過を遮断する（光を取り除く）従来の光学的 バンドパスフィルタである。例えば、三原色（赤、緑及び青）に関しては、バン ドパスフィルタは青色光を透過し、赤色光及び緑色光を部分的に遮断（フィルタ ）することができる。　（好ましくは、装置２１は、逆に言うと、青色光の多く を遮断し、赤色及び／又は緑色光を部分的に透過する頭註がある。少なくとも、 装置２１は、好ましくはエネルギーを供給されない状態では、バンドパスフィル タ２０によって効率的に透過される波長の光を効率的には透過せず、その逆も同 じである。）好ましくは、バンドパスフィルタ２０は赤外線光及び紫外線光の透 過を実質的に遮断する。一実施例では、バンドパスフィルタ２０は５００ナノメ ートル（ｎｍ）から６００　ｎｍまでの間では、入射光の３０％又はそれ以上を 透過する。５４０ｎｍでは約４５％又はそれ以上を透過する＝　さらに、そのよ うなバンドパスフィルタは、約４００ｎｍを下回る波長及び約６００ｎｍを越え る波長に対しては、ゼロ透過となるように実質的に減少する減少透過特性を有す るようにされる。 バンドパスフィルタ２０の透過特性の一例が図３の曲線２０ａによって表されて いる。図３において、縦軸は、バンドパスフィルタ２０又は可変装置２１などの 特定の装置へ入射する光と、その装置を透過した光との比を百分率で示している 。横軸はその光の波長を示している。曲線２０ａは、約５００ｎｍのオーダーの 波長を有するバンドパスフィルタ２０が、入射光の波長が約５００ｎｍの波長を 透過するピークから４００ｎｍ又は６００　ｎｍに近づくにつれて、入射光の約 ２０％よりも少ない量に減少してい、く様子を示している。 制御可能な可変波長透過制御装置Ｅ２１は、光の透過及び遮断を制御する能力を 宵しており、所定の情況では装置への入射光の波長の関数としてそのような制御 を行う能力を有する装置である。特に、装置２１は、パワー人力がない場合には （以下、パワーオフ又は不足モードもしくは状態と称する）、又は好ましくは予 め設定された他の情況下では、そのようなパワーオフモードの間に、バンドパス フィルタ２０によって実質的に通過される光、最も好ましくは最大の光における 波長領域の波長を有する光の透過を実質的に遮断する。示される例においては、 図３から分かるように、そのような波長は約５００ｎｍである。さらに、装置２ １は、波長とは実質的に独立して入射光の最大透過を有する明状態、及び同様に 波長とは実質的に独立して入射光の全てを実質的に遮断する暗状態が実施可能で ある。 図３において、曲線２１ａはバフ−オフモー　ドでの装置２１の調整状態を示す 。入射光が約６００ｎｍの波長を育する場合には入射光の約２０％が最大透過と なり、透過はその最大の両側で減少することが分かる。図３のグラフにおける部 分２２では、曲線２０ａ及び２１ａは重なっており、バンドパスフィルタ２０と 可変装置２１との両方による透過を示す共通領域（図中斜線で示されている）を 囲んでいる。部分２２は、パワーオフモードでは、幾らかの光が溶接用レンズ５ によって透過されること、つまり、約５５０　ｎｍの波長を有する入射光の約１ ０％が透過され、５５０ｎｍ以外の波長を有する入射光の１０％未満が透過され ることを示している。 バンドパスフィルタ２ｏは、図２の曲線２０ａに従って、溶接用レンズ５に向か う全入射光エネルギーの幾らかを出力又は透過するだけであり、しかも、制御可 能な可変装置２１は例えば曲線２１ａに従ってバンドパスフィルタ２ｏから受け 取る光の一部を透過するだけであるために、図２に示される例においては、パワ ーオフモードでは溶接用レンズ５によって透過又は出力される光の量は、バンド パスフィルタ２ｏによるパーセント透過と制御可能な可変装置２１によるパーセ ント透過との積である。従って、バンドパスフィルタが５５０ｎｍの入射光の約 １７％を透過し、制御可能な可変装置２１は５５０ｎｍからの受け取うた光の約 １７％を、５５０ｎｍで透過するとすると、溶接用レンズ５によって出力される ５５０ｎｍの光は■゛１７％”１７％である。ここで、Ｉは溶接用レンｒ５に入 射する光の強度である。溶”使用レンズによって出力されるそのような光は、も ちろん、波長によって異なる。本発明による典型的な溶接用レンズの出力の全強 度グラフは図１０の曲線に関して以下に説明される。 望ましくは、バンドパスフィルタ２ｏの特性及び制御可能な可変波長透過制御装 置２１の特性は、溶接用アークがある場合に、駆動回路６の偶発的なパワーオフ 又はパワー不足が起こった場合には、特にそのようなパワーオフ又はパワー不足 の発生に気付いて、溶接者が比較的迅速に溶接作業を終了するような場合には、 図３のグラフの部分２２で示される光の量は溶接者の巨１０を傷っけないように 選択されている。 図４を藺単に説明すると、図４は、入射光の光透過及び波長をそれぞれ示す同様 の縦軸及び横軸を有しており、駆動回路６によって明状態となるようにエネルギ ーが与えられている間の装置２１に対する光透過曲線２１ｂが、図３に関しての 記載と同様の曲線２０ａと比較して示されている。そのような明状態は、バンド パスフィルタ２０の光透過特性を示す曲線２０ａによって囲まれる全ての領域を 包含していることが好ましい。従って、明状態では、溶接用レンズ５は、その個 々の構成要素の光学システムの配置によって最大量の光を透過することが好まし い。望ましくは、装置２１の明状態を示す曲線２１ｂが曲線２０ａ全体と重なる 必要はな（、例えば、重なる部分のみがつまりプール共役である。しかしながら 、そのような重なりの量は装置２１の特定の特性の関数として決定される。好ま しい実施態様において、明状態の装置２１は、実質的に独立した波長の可視光に 対して可能な限り透明（又は、少なくとも、フィルタ２０から受け取る全ての光 を実質的に透過するほど十分に透明）であり、そのような特性は、曲線２１ｔ） から明らかである。図３に示される例から、制御可能な可変装置２１が波長とは 関係なく入射光の約２５％を透過する傾向があることは明らかである（少なくと も、バンドパスフィルタ２０及び曲線２０ａによって決定されるような溶接用レ ンズ５の動作波長範囲において、従って図３のグラフによって示される明状態で の溶接用レンズ５により透過される光の量はバンドパスフィルタ２ｏから装置２ １が受け取る光の約２５％である。 暗状態での溶接用レンズ５の動作に対するグラフは示されない。そのような暗状 態では、バンドパスフィルタ２ｏは曲線２０ａに示される光透過特性を維持する が、制御可能な可変波長透過制御装置２１は波長とは実質的に独立して全ての入 射光を実質的に遮断するようにエネルギーを与えられる。 従って、そのようなエネルギー供給の間は溶接用レンズ５による光の透過は実質 的にない。さらに、そのような暗状態は、以下に詳述されるように、明状態の間 に供給されるより小さな電界とパワーオフモードの間のゼロ電界状態とを比較す る装置［２１への相対的最大電界の供給に応答して、生成さ゛れる。 従って、暗状態への切り換えは比較的速い。 溶接用ヘルメット１において使用されるフィルタアレンブリ３０の実施態様が図 ５に示される。フィル“タアレンブリ３０は駆動回路６及び溶接用レンズ３１を 備えている。溶接用レンズはバンドパスフィルタ２０及び制御可能な可変波長透 過制御装置３２を備えており、それらは温間し得るように接続されて、図１及び 図２に示されるフィルタアセンブリ３に関して上述されたように一般的に機能す る。装置３２は一対の平面偏光器３３．３４と、表面モード液晶セル３５とを備 えている。光学的に上流側の偏光器３３、つまり、光＃８により近い方は、装置 ３２のための偏光子と称され、セル３５の光学的に下流側にある偏光器３４は従 来のように検光子と称されることもある。セル３５は、センサー７に入射する光 の強度の関数として制御されたエネルギー供給のために、駆動回路６に結合され ている。表面モード液晶セル３５の全体の構造及び動作は、上述の援用された特 許のいくつかにおいて説明され、現時点では当該技術分野において公知である。 そのような特許１こおいて説明されているように、表面モードの液晶セルの軸（ つまり、以下にさらに説明されるラビング方向）は、概略、偏光器３３．３４の 偏光方向に対して約４５度に配向されている。これは、表面モード液晶セルの複 屈折特性の使用を最大及び最適とする。 レンズ３１は、通常、レンズ５に関して上述された態様で動作する。図２、図３ 及び図４に対して説明された曲線及び光透過に対する動作に関する議論に注意さ れたい。偏光子及び検光子３３．３４と協同する表面モード液晶セル３５の特に 独特の特徴は、図６Ａ、図６Ｂ及び図６０に関して以下に説明されるように、パ ワーオフ状態の間には波長依存性があって、明状態及び暗状態の間には波長から 独立した光透過及び暗さを提供することである。 表面モード液晶セル３５は、通常はガラス、プラスチック又は他のポリマー材料 などの、好ましくは可視光に対して透明である一対のプレート４０．４１を備え ており、それらはほぼ平行な平面の関係で配置されている。プレート４０．４１ は、その間の容量４２を規定しており、その容量はプレートの両エツジ部にて通 常は密閉されて、液晶材料４３が含有されている。液晶材料４３は、好ましくは ネマティック液晶材料、又はネマティック液晶の所望の光学的特性、配向特性及 び動作特性を有する機能性ネマティック液晶材料である。 ネマティック液晶材料はプレートの表面４４．４５によって影響される配向ベク トル（ディレクター）又は構造上の配向特性を有している。それらの表面４４． ４５は、例えば、平行方向にラビングされることによって、又は他の手段によっ て前処理され、公知のように、そのラビング方向に対して液晶配向ベクトルが配 向されていることが好ましい。さらに、プレート４０．４１は、そのラビング方 向が同じ方向又は異なる方向（それぞれ平行及び非平行と称されることもある） となるように配置される。電界がない状態では、液晶構造は、図６Ａに概略的に 示されるように、そのラビング方向に対してほぼ平行に配向される傾向がある。 セル３５は、また、従来と同様に、セル中′の液晶材料に電界を印加するために 、表面４４．４５上に電極４６．４７を有している。そのような電極は、酸化イ ンジウムスズ（ＩＴＯ）又は他の適切な導電性の光学的に透明な材料とされる。 望ましくは、セル３５は、相対的に高い電圧が印加された場合の短絡の発生から 保護される。この目的のために、いくつかの公知の技術が用いられる。その１つ は、電極と液晶材料との間に絶縁物を設けることである。典型的な絶縁材料は二 酸化シリコンである。他の技術では、個々の電極の間の比較的大きなコンタクト 領域及び電圧を供給する配電システムを設けて、電圧と、従って電界が電極全体 に出来る限り均一に供給されるようにする。比較的高い電圧供給に応答する短絡 を防止する他の技術も用いられる。 図６Ａ、図６Ｂ、及び図６０から分かるように、平面偏光子３３及び検光子３４ は、偏光軸又はその偏光面の方向が交わるように、つまり互いに直角となるよう に配置されている。 従って、表面モード液晶セル３５がなければ、偏光子３３を透過ｊまた入射光５ ０は、偏光子の３３の面において矢印３６に示されるように垂直に偏光されて、 相対的に直交する検光子３４の透過から遮断され、さらに、用紙の面に入るよう に又は水平に、Ｘ３７で示されるように偏光される。 東！太思、二二二ｍＷ慮ｊ± 電界のない状態、又は十分な電界のない状態では、液晶材料４３は１ｇ６Ａに概 略的に示されるように配向され、セルを透過した偏光光は光学的リタデーシ目ン 及び゛色分散を受ける。 リタデーシコンは以下の式の関数である。 ここで、　（Δｎ）は、複屈折、又は液晶材料の正常な屈折率と通常の屈折率と の差であり、ｔは複屈折特性を示す液晶材料層の厚さであり、（λ）は光の波長 である。式１から分かるように、リタデーンコンは波長の関数であるので、異な る波長はセル３５を透過する間に異なる量のりタデー／ヨンを受ける。リタデー ンヨン関数は波長プレートによって提供されるものと同じである。例えばセル３ ５に入射されるような平面偏光された光が液晶材料４３を通過すると、そのよう な光は楕円偏光された光に変換され、楕円の大きさを有する楕円の主軸の方向く すなわち、平面偏光された光から円偏光へ、又は楕円の主軸と短軸との比）、液 晶材料の複屈折、液晶層の厚さ及び光の波長の関数である。このように、検光子 ３４の偏光方向の方向での光の各波長の成分又は大きさは異なっている。従って 、装置３２による光の透過率は波長の関数として変化する。 表面％−１’液！セル３５は、バンドパスフィルタ２０に対して、特定の複屈折 特性を有する液晶材料を選択すること、及び液晶層４３の特定の厚さを選択する ことによって、調整され、電界がない場合に装置３２による最大の透過率を有す る傾向のある光の波長が、バンドパスフィルタ２０による最大の透過率を有する 光の波長と同じにならないようにされる。 このように、図５及び図６Ａの装置３２に入射する光の異なる波長に対する図３ の２１ａで示されるタイプの操作性透過曲線は、印加電界がない場合に得ること ができる。従って、表面モードのセル３５はバンドパスフィルタ２０に対して、 溶接用レンズ３１の明状態及び暗状態に対して所望のシェードの中間状態を提供 するように調整されることは明らかである。また、表面モード液晶セルの調整は 、その材料（例えば、もちろん周知である液晶材料の複屈折特性）の選択、機械 的構造（例えば、数ミクロンから数十ミクロンのオーダー、特に約４〜２０ミク ロン、特に５〜１１ミクロンの、例えば、液晶材料が含有されている表面間の間 隔）、及び電気的入力（例えば、電界に関する、及びその大きさに比例する液晶 構造（配向ベクトル）の配向を生じさせる電界）によって、達成され得ることは 明らかである。 回込１上 図６Ｂでは、レンズ３１（図５）の制御可能な可変波長透過制御装置３２内の表 面モード液晶セルは、明状態で示されている。従って、液晶４３の一部を配向す るのに適した大きさの電界Ｅ１が、駆動回路６によって電極４６．４７を介して 液晶材料４３に印加される。液晶は、図示されるように電界に沿って配向されて 上述された光学的結果が得られるように、正の誘電異方性を有していることが好 ましい。プレート４０．４１の間のセルの中央部付近の液晶は電界に沿って配向 され、両プレートの表面４４．４５付近の液晶は、′はぼ表面に沿って配向され たままである。そのような配向は、図６Ｂに概略的に示されている。液晶のそれ ぞれの異なった配向部分の厚さは、ｔＢｓ　ｔｂ及びｔｃで示される。°液晶材 料の異なった配向部分、例えば表面４４．４５に平行又は垂直である部分が示さ れているが、液晶によっては様々な境界、例えば表面４０゜４１で、及び／又は 、例えばそれらの部分の間の多少の連続性又はなめらかな転移を提供するような 配向部分が一緒になった領域で、幾分他の角度に配向されることが予期されるこ とは明らかである。 公知のように、セルの中央部（厚さｔｂ）にある液晶材料はその透過光に対して あまり大きな光学的影響を及ぼさない。 なぜなら、その液晶材料の通常の軸の配向が、セルを通過する光５０の方向に対 して平行であるからである。しかしながら、表面層（厚さｔ８及びｔｏ）にある 液晶は、セルの透過光の方向に垂直に配向されているので、セルは複屈折を示す 。 従って、その透過光は光の偏光方向の関数として変化し、そのような複屈折を示 す液晶材料の有効な厚さｔ（上記式１において使用される）は光の透過方向に垂 直に配向された層の厚さの和、つまり厚さｔ８及びｔｃの和である。 液晶材料４３の複屈折及び電界Ｅ１の大きさは、式１の結果が入射光の全ての波 長に対して偏光面のほぼ９０’の回転と一致するように選択される。（Ｅ　＋　 ｉｔ、液晶材料の複屈折部分の有効な厚さ、つまり厚さ七〇及びｔｃを決定する こよによって間接的に式１に影響を与える。）式１から′分かるように、分子（ Δｎ”　（ｔｓ＋ｔｃ））が小さくなるほど、光の各波長（λ）に対するリタデ ーションの差が小さくなる。結果として、式１の分子が最小となっても、入射光 の偏光面のほぼ９０゜の回転に相当する程度のリタデーションが与えられて、色 分散が最小となる。そのような方法で動作する表面モード液晶素子は、ゼロオー ダーで動作すると言われる。以下にさらに詳しく議論されるように、より高いオ ーダーで動作する素子は、１つの波長の光の実質的な９０°回転を与え得る（例 えば、それを２７０°、４５０’など回転させることによる）が、各波長に対す る実際のリタデーションには大きな差があるために、光分散が生じる。そのよう な高オーダーで動作する素子は、素子を通過する光の伝播方向に垂直に配向され た液晶材料部分の厚さを増大することによって得られる。 大きさＥｌの電界の印加に応答して発生するリタデーシ薗ンによって、表面モー ド液晶セル３５は、偏光子３３から受ける平面偏光された入射光の偏光面の約９ ０度の回転における有効リタデーションになる傾向がある。従って、セル３５か ら検光子３４へ向かう光は、その検光子によってほぼ完全に透過される。 表面モード液晶セル３５の上記動作はレンズ３１の明状態におけるものである。 明状態の動作は、実質的に色分散のないゼロオーダ又は、はぼゼロオーダーであ るので、制御可能な可変波長透過制御装置３２の光透過は波長とは無関係である 。 さらに、表面モード液晶セルを用いること、並びに明状態及び暗状態でそれを駆 動することの利点は、液晶セルがエネルギーを与えられている場合には、単数又 は複数の複屈折層の厚さ、ｔ％　ｔ、及びｔｂがほぼ均一であるので、全液晶セ ルにわたってほぼ均一な光学的応答であることである。これによって、目に見え る像の均一性が提供されて、起こり得る歪が最小限となる。他の利点は、例えば 中間状態で何らかの彩色（クロマティック）動作を提供することであり、例えば 明状態及び暗状態で彩色調整及び何らかの無彩色（アクロマチイック）動作を提 供することである（さらに、液晶セルが明状態と暗状態との間のレベルで駆動さ れる場合に関しては、図１０に間して以下に説明される。 １試ＪＬ− 図６０を簡単に参照すると、表面モード液晶セル３５は相対的に最大の電圧電界 Ｅ２を印加されて、十分にエネルギーが供給された状態で示されており、液晶材 料４３のほぼ全てが電界に沿って配向されている。その結果、セル３５を透過し た光５０は液晶材料の通常の屈折率を受けるが複屈折は受けない。従って、式１ の複屈折の項及び複屈折層の厚さの項ははゼロ又はゼロに近い。従って、式１の 結果はゼロとなり、セル３５に入射する平面偏光された光５０のリタデーション はなく、その光は透過する。その結果、セル３５から検光子３４に同かう光の実 際の量は、相対的に直交位置にある検光子３４によって遮断されて、溶接者が溶 接領°域を安全に見ることができる適切な量となる。例えば、０．１％透過、好 ましくは０．０１％透過であり、可能であれば溶接用レンズに入射する光の量に 対するさらに低い光透過となる。 上記動作はレンズ３１に対する暗状態を表している。 電界Ｅ２の大きさは、電界Ｅ１の大きさよりも大きいことは明らかである。従っ て、レンズ３１を暗状態へ駆動するために最大の電界が用いられるので、動作速 度が最大となる。さらに、図６Ａに関して説明されたエネルギーが供給されない 状態又はパワーオフモードにおいては、表面モード液晶セル３５（特に偏光子と 検光子とを組み合わせた場合）は、波長に関する光強度変調を提供することは明 らかである。しかし、表面モード液晶セル３５は、図６Ｂ及び図６Ｃに関して説 明された動作の明状態及び暗状態においては、波長から独立した光強度変調特性 のために用いられている。 表面モード液晶セル３５に印加される電界の電圧を、明状態及び暗状態とする電 圧の間で変化させることによって、透過光の強度におけるほぼ同等の変化、又は 色に関係のないレンズのシェードナンバーにおける同等の変化が得られることは 明らかである。表面モード液晶セル３５は明状態と暗状態との間ではゼロオーダ ーで作動されるので、印加電界の電圧を変化させることによって、色とは独立し てセル３５によって出力される光の強度が変えられる。この動作は図１０のグラ フに関して以下に説明される。 当業者には明らかなように、表面モード液晶セル３５の動作に関する上記の説明 はある適切な情況を仮定している。例えば、偏光子３３及び検光子３４の偏光の 軸は少なくとも互いにほぼ直交しており、液晶セル３５のラビング方面（表面モ ードセル３５の軸とも称される）と、従ってその中の液晶材料４３のエネルギー が供給されない状態での配向方向とは、偏光子及び検光子の軸に対して少なくと も約４５度であるので、最適化されたリタデーションもしくは波長プレート関数 を提供する。しかしながら、公知のように、同様の動作が起こると、それらの値 、及び／又は、関係は変化され得るが、例えば表面モード液晶セルの発明に関連 する上記特許に開示されているように、しかも、本明細書及び他の文献のどこか に記載されているように、補償が行われなくてはならないこともある。さらに、 上記の説明は全ての液晶がセル３５内において表面に平行か、又は表面に垂直に （つまり印加電界に平行に）配向していると仮定しており、電界Ｅ２がある場合 には全ての液晶４３が電界に沿って配向することを仮定している。実際には、液 晶セル３５内の特定の表面エネルギー及び表面接続も考慮されるので、そうでな い場合もあり得る。しかし、上記の特許及び公開された文献においても開示され ているように、これらの現実の結果に対する補償は可能であり、実際に本実施例 においても以下に説明される。それにもかかわらず、本発明の原理が、理想的材 料又は条件による情況、又はレンズの動作の変化に順応することによって所定の 作業に対する所望の又は適切な光学的動作特性が得られるような情況のいずれか における、そのような補償を必要としない情況での動作を想定していることは明 らかである。 口　の　： 図７は、溶接用レンズ６１と、センサ７を有する駆動回路６とを備えたフィルタ アセンブリ６０の改変された実施態様を示す。レンズ６１は、特に、暗状態にお いてさらに光を弱めるだめの追加光学ステージ６２を含むこと以外、レンズ３１ と同様である。従って、レンズ６１は、バンドパスフィルタ２０のステージ２０ 、可変装置３２のステージ、および追加光学ステージ６２の、３つのステージを 有する。 偏光子は、平面偏光子を透過した光が、偏光子の偏光方向に偏光されないい（つ かの光を含み得るという点で、完全な光学素子ではないことが知られている。従 って、このような不完全さのために、残光がレンズ３１から漏れる。さらに、残 光がレンズ３工から漏れるのは、表面モード液晶セル３５が不完全であること、 偏光子および検光子に対してセルが位置合わせされていないこと、ならびにセル 内の液晶の配向特性の本質、例えば、表面付近の傾斜角度、図６Ｂのセル３５内 の液晶物質が異なる配向部分の間が例示的に急に不連続となるよりは、むしろ図 ６Ｂの表面と中央領域との間で連続して配向していること、および図６０のセル ３５のように、表面におけるすべての液晶を、配列させることが現実に不可能で あるか、またはほぼ不可能であることに起因して起こり得る。 レンズ６１において、バンドパスフィルタ２０．　および暗状態にある制御可能 な可変波長透過制御装置３２から漏れる残光は、５０′として示されている（レ ンズが明状態または中間状態であるときには、光はまた、装置３２からさらにス テージ６２へと透過される）。その光は、追加液晶セル６３と平面偏光子６４と を有する、追加ステージ６２に同けられる。追加液晶セル６３は、表面モード液 晶セル、ツィステッドネマティック液晶セル、または染色液晶セルとされる。あ るいは、追加液晶セル６３は、所定の入力、例えば、駆動回路６によって提供さ れる電界に基づいて、透過する光の偏光面を効果的に変更（または遅延）するよ うに、選択的に動作し得る他のタイプの装置である。 レンズ６１の追加ステージ６２は、暗状態のときに、光がレンズを透過すること をさらに減少させるためのものである。 追加ステージが、明状態および中間状態において、レンズを暗状態化させるため に役立つか否かは、レンズ６１の設計による。例えば、偏光子３４の方向に対す る偏光子６４の方向は、明状態および／または中間状態などの光の透過を減少さ せたり、またはそのような透過の減少を避ける、例えば偏光子３４を透過し、面 偏光された光を透過するように、変更さ追加ステージ６２が、ツィステッドネマ ティック液晶セルである追加液晶セル６３を含む場合には、そ゛のようなセルは 、装置３２と光学的に整列するように配置される。偏光子６４は、偏光子３４と ほぼ完全に交差するように配向される。駆動回路が、フィルタアセンブリを暗状 態に駆動させるように動作するときには、セル６３は、駆動回路６によって１． セル３５と同時にエネルギーを与えられることが好ましい。さもなければ、セル ６３はエネルギーを失う。 従って、レンズ６１のパワーオフ中間状態において、偏光子３４により偏光され た光は、湾曲部２２（図３）の領域によると、面偏光されている。この偏光され た光の偏光面は、ツィステッドネマティック液晶セル６３によって９０度百転さ れ、次いで、光は、溶接者の目１０で見えるように偏光子６４を透過する。偏光 子６４は、偏光子３４と交差し、ツィステッドネマティック液晶セル６３は、偏 光子３４から受けた光の偏光面を９０度回転させるために、追加ステージ６２は 、偏光子３４から溶接者の目１０への光を著しく減少させることはない。装置３ ２が、バンドパスフィルタ２０から受けた実質的にすべての光を透過し、次に、 その光が第２ステージで透過されることと同種の動作が、明状態においても行わ れる。 フィルタアセンブリ６０が、暗状態に切り替えられると、駆動回路６は、表面モ ード液晶セル３５に電界を提供し、レンズ６１からの光を実質的に阻止するが、 少量の残光５０’は、偏光子３４から面偏光されて透過される。そして、ツィス テッドネマティック液晶セル６３は、入射′光５０′の偏光面を回転しないよう に、駆動回路６によってエネルギーを与えられる。このように偏光された光５０ ′は、次いで、相対的に交差した偏光子６４に突き当り、そこでさらに阻止され 、レンズ６１からかなりの残光が漏れることを減少させる。本実施態様および他 の実施態様に記載されるように、溶接用レンズが暗状態の場合であっても、溶接 者が溶接中に見ることができるように、いくらかの光が透過する。このように光 が透過されるのは、偏光子による光の漏れ、構成成分、例えば、表面モード液晶 セル、ねじれネマティック液晶セル、偏光子、波長プレート等の配列に起因する 。暗状態で光を完全に阻止することも可能であり、本発明の特徴を応用する上で 望まし染色ネマティック液晶セルを使用した液晶セル６３を用いる追加ステージ ６２の場合、このようなセルは、装置３２と光学的に整列した状態で配置される 。偏光子６４は、省略してもよい。染色液晶セルは、通常、液晶物質を平行に配 向させるためにラビングまたは処理された一対の平行な透明プレートを有してお り、これら２つのプレートは、ラビング方向と平行、すなわち、同一または反対 方向に配向されている。 プレート間の液晶物質は、液晶物質が上記のラビング方向に平行となるように配 向されるとき、偏光機能を育する溶液または溶液と多色性染料との混合物を含ん でいる。電界が存在する場合、液晶物質および染料は、電界に対゛して配向し、 このような偏光効果を減少させる。 従って、セル６３に染色液晶セルを用いると、レンズ６１が明状態または中間状 態で動作するときに、駆動回路６がこのようなセルにエネルギーを与えることが 評価される。しかし、レンズ６１を暗状態で動作させることが望まれる場合には 、染色セル６３は、エネルギーを奪われ、これにより染色セル６３内の液晶およ び染料の、上記ラビング方向に対する配向がＭ和される。もし、ラビング方向が 、染色液晶セル６３による効果的な偏光作用が偏光子３４の偏光軸または偏光方 向に対して交差する場合には、暗状態の残光５０′が生成する。染色セル６３は 、配向の緩和に応答して暗状態へと切り替わり、表面モードセル３５と同様の速 度で動作するが、このような減速は、可変装置３２における表面モードセル３５ によって提供される暗状態への光の減衰が十分なものであって、染色セル６４が 暗状態へと緩和されるまでの時間にわたって十分な保護を提供する場合には、重 要ではない。 モード　８セルを　るステージ６２： 液晶セル６３は、表面モード液晶セルであり、その動作は、表面モード液晶セル ３５の動作と実質的に同一である。表面モードセル６３は、セル３５と同一とさ れ、厚さ、複屈折特性、エネルギー特性、遅延特性などに関する限り、表面モー ドセル３５と同一程度に調整される。上記のように、表面モードセルのラビング 軸は、偏光子３４の偏光方向に対して約４５度傾斜し、出力偏光子（検光子）６ ４の偏”光方向は、偏光子３４の方向に対して交差していることが望ましい。従 って、パワーオフ状態または中間的シェードでは、追加ステージ６２は、レンズ ６１を暗状態にするためにある程度は貢献し得る。この程度は、様々な配列およ び調整条件、ならびに以下からも明らかなように、光学素子の自然損失に依存さ れる。 しかし、もし、様々な構成成分の配列が完全であり、追加ステージ６２の光学シ ステムにおいて自然損失がない場合には、中間状態／パワーオフ状、態において レンズを暗状態にするために貢献する量は、透過曲線が、図３の曲線２１ａと同 様であるという点で、無視できる程度のものである。同様の考察が、明状態にお けるレンズ６１の動作に対しても適用される。 この明状態では、表面モードセル３５および表面モードセル６３は、そこを透過 する光を実質的に最大にするように、エネルギーを与えられる。偏光子６４が、 偏光子３４に対して交差している場合には、表面モードセル６３のラビング方向 または軸は、偏光子３４の偏光方向に対して４５度であり、表面モードセル６３ にかけられる電界は、波長と実質的に独立して、入射光５０′の偏光面を９０度 回転させるのに十分である。 しかし、暗状態では、駆動回路６は、２つの表面モード液晶セル３５および６３ を、比較的最大の電界で駆動し、１ミぼ図６０のような液晶配列を得て、透過を 最小にする。特に、残光５０’　は面偏光され、十分にエネルギーを与えられた 表面モードセル６３は、光の偏光面を回転しな゛い傾向にある。 従って、その偏光面は、偏光子６４に対して交差し、その結果、偏光子６４は、 このような残光の実質的な部分（可能ならばすべて）の透過を阻止する傾向にあ る。 された　ステージ　モード′　レンズ７０：図８には、改変された形態のフィル タアセンブリ７０が示されている。このフィルタアセンブリ７０は、　（図７の ）フィルタアセンブリ６０と、２つの波長プレート（図８に、７５および７６で 示され、以下に詳細を示す）を含んでいる。 これにより、暗状態を得るためにかけられる最大電界に対して、すべての液晶物 質を配向させることができないために発生する残存複屈折に対して、表面モード 液晶セル３５゛および３５”が補償される。このように液晶物質を配向させるこ とができないのは、表面エネルギーおよび／またはセル面の各々の表面に液晶物 質が固定されているためである。あるいは、実質的にすべての、または（理想的 な環境では）すべての液晶物質を電界に対して配向させることは可能であるが、 そのようにするためには、すべてではないが、十分な量の液晶を配向させる電界 よりも大きな電界が必要である。従って、以下に記載する波長プレートの使用に より、フィルタアセンブリ７０の効果に動作させるために必要な電界の大きさが 減少する。 基本的には、中間状態、明状態および暗状態を成し遂げるための、フィルタアセ ンブリ７０の溶接用レンズ７１の動作は、図７に示すように、２つの表面モード 液゛晶セル３５゛および３５”を用いるフィルタアセンブリ６ｏおよび溶接用レ ンズ６１に関する上記の動作と同一である。液晶セル３５°および３５°は、図 ７のセル３５および６３と類似しており、液晶セル３５゛および３５”は同一で あることが好ましい。従って、プライム符号付きおよびダブルプライム符号付き 参照番号は、プライム符号を付けていない同一参照番号によって示されるものと 同一または同様の部分をそれぞれ示す。 溶接用レンズ７１は、第１ステージとしてのバンドパスフィルタ２０と、２つの 可変装置ステージとを含む、３つのステージを有しており、この２つの可変装置 ステージはそれぞれ、制御可能な可変波長透過制御装置７２を構成する第１補償 表面モード液晶ステージ及びもう１つの制御可能な可変波長透過制御装置７３を 構成する第２補償表面モード液晶ステージを含んでいる。レンズ７１の下流側の 端部に位置する透明なカバーガラス７４は、レンズおよび／または目を保護する ために、レンズの他の部分から目１０を分離している。装置１７２および７３の それぞれは、好ましくはく本願の開示による望ましい光学結果によれば違いがあ るが）光学的に同一である。各装置は、波長プレート７５及び７６を含んでおり 、偏光子３３゛および３４“の補償、対応または関連配列と協同して、上記の表 面モード液晶セルの残存複屈折を補償する。 藺単には、第１の制御可能な可変波長透過制御装置１７２は、偏光子３３゛、検 光子３４゛、表面モード液晶セル３５°、および上記の波長プレート７５を含む 。上記波長゛プレート７５は、好ましくは、緑色光用の１／４波長プレートであ る、すなわち、周知のように、偏光された緑色光の入射に対して１／４の波形遅 延を与える。緑色光は、可視光スペクトルのほぼ中央に位！している。緑色光に 対して波長プレート補償を行うことは周知であり、その場合、緑色だけでなく、 可視光スペクトルの他の波長に対しても何らかの補償が望まれることがある。し かし、所望であれば、波長プレート７５は、他の波長（単数または複数）に対し て１／４の波形遅延を行い得る。 残留複屈折に対して上記補償を行うために、および上記のように、レンズ３１に 対して光学的操作を行うために、例えば、第１の装置７２の様々な構成要素は、 「水平」な基準方向に対して、以下のように配列される：偏光子３３°の偏光方 向は一１０度であり、波長プレート７５の軸は９０度であり、表面モード液晶セ ル３５“の軸／ラビング方向は４５度であり、偏光子３４°の偏光方向は９０度 である。同様に、第２の制御可能な可変波長透過制御装置７３の様々な構成要素 は、上記水平方向に対して、以下のように配される：偏光子３４”の偏光方向は ９０度であり、表面モード液晶セル３５”の軸／ラビング方向は一４５度であり 、波長プレート７５の軸は９０度であり、偏光子３３°の偏光方向は１０度であ る。製造の便宜上、好ましくは、装置７２．７３は、同一で、互いに逆方向に設 けられる。 フィルタアセンブリ７ｏの動作は、フィルタアセンブリ６０の動作と同様である 。主要な相違点は、レンズ７１において、装置７２．７３の各々の１つの偏光子 の方位が、基準軸からプラスまたはマイナス１０度であること、および、このよ うな偏光子配列と組み合わされた波長プレートが、対応する液晶セル３５゛、３ ５“の残留複屈折をそれぞれ補償することである。上記補償は、表面モード液晶 セルに関する、上記特許に詳細に記載されているように行われる。例えば、偏光 子３３′は入射光を面偏光し、偏光子と波長プレート７５の軸方口の配列の関係 は、このような面偏光された光を、楕円偏光された光に変換する。表面モード液 晶セル３５゛は、特に明状態および暗状態で動作された場合に、このような光を 、線偏光された光に変換する頭囲があり、線偏光された光は、検光偏光子３４′ によって遮断または透過される。 図８のレンズ７１において、バンドパスフィルタ２０は、バルツアーズ結合フィ ルタ（Ｂａｌｚａｒｓ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｆｉｌｔｅｒ）、または、本明細書に 記載の特性を有する他のバンドパスフィルタとされ、偏光子３３゛、３４°、３ ３”および３４′は力・／トされた偏光子であり得、波長プレート７５．７６は 波長カットプレートとされ、そして上記の様々な構成要素は、光学エポキシ接着 剤で互いに接着され得る。 本発明のいくつかの実施態様で用いられる駆動回路６を簡単に参照すると、この ような回路は、本明細書に記載の方法で動作可能な従来の部品を含み得る。しか し、ある実施態様においては、回路が複数段階の電圧レベル出力能力を有するこ とが、好適である。このような回路は、暗状態に切り換えることにより、このよ うな切り換えの速度を最大にした直後、例えば図８の表面モードセル３５′、３ ５”に、比較的高い電圧および電界を与えるように動作し得る。このような切り 換えの開始後、例えば、数マイクロセカンド後、または数ミリセカンド後、回路 は、暗状態を維持するために適切なレベルまで、電圧および電界を低下させ、そ の結果、回路バッテリまたは他の電源に印加される電力をも低下させる。上記の ように、このような動作を行う例示的回路は、上記特許出願のそれぞれに開示さ れている。 上記のように、フィルタアセンブリ６０の表面モード液晶セル３５および６３、 またはフィルタアセンブリ７０の表面モード液晶セル３５°、３５°は、同一の 光学的、電気的、その他の特性を有するように、例えば、それぞれが図３および 図４の曲線２１ａ、２１ｂに沿った透過率曲線を有するように、同調される。し かし、このような２つの表面モード液晶セル３５．６３、または３５°、３５” の同調が異なることも可能である。例えば、各々の透過率曲線は、明状態になる ように電圧印加された場合、図４の曲線２１ｂと実質的に同一になるように調整 され得る。しかし、上記表面モード液晶セルは、不足状態、すなわちパワー不足 の場合に、それらの透過率曲線が異なるように、実際には、好ましくは、互いに 重複せず、且つ、バンドパスフィルタの透過率曲線とも重複しないように、同調 される。光透過の結果の例としての、このようなアレンジを、図９のグラフの透 過率−’ＡｌＩ３０．８１によって表す。曲線８０．８１は、一対のセル３５． ６３、または一対のセル３５゛、３５°の透過特性を表す。曲線８２は、バンド パスフィルタ２０の固定透過特性を表す。曲線８０．８１．８２は互いに重複し ない。これは、表面モード可変透過装置７２．７３を同調させることによって可 能である。このような同調は、例えば、各装置において、特定の複屈折特性、こ れらの液晶セルの厚み、これらの液晶セルと共に用いられるそれぞれの偏光子の 角度的関係、これらの液晶セルと共に用いられる波長プレートの特性、などに応 じて、液晶材料をそれぞれ適切に選択することによって行われる。 図９のグラフによる、フィルタアセンブリ７０の上記実施態様において、フィル タアセンブリの動作は以下の通りである。明状態においては、液晶セル３５’、 ３５“とも、レンズ７１による、最大の、または実質的に最大の光透過を引き起 こすために十分な電圧を印加される。暗状態においては、上記のように、最小の 透過状態を得るように高速応答を実現するために、液晶材料の最大電圧印加が行 われる。しかし、パワー不足、すなわち、不足状態においては、透過率曲線８０ ．８１．８２は互いに重複しないので、光はレンズアセンブリ６０．７０を介し て透過されず、従って、パワー不足の状態は、暗状態と同じくらい暗い、または 暗状態よりも暗い可能性がある。 しかし、溶接レンズ７１の、図８における実施例の場合、液晶セル３５°、３５ “のそれぞれに、約３ま′たは４ボルトの電圧で電界を印加することにより、明 状態が得られる。また、このような実施例の場合、約１８ボルトで、暗状態が得 られ得る。上記実施例において、結合レンズ７１による、最大透過率と最小透過 率との間の範囲は、それぞれ、約５，１８％（入射光強度の）の透過率から０． ０１．３９％の透過率とされる。 これらの数値は、例示的なものであり、結合レンズのそれぞれの構成要素の特性 、上記構成要素の相対的配列、同調、電圧印加、などによって、これより大きな 数値または小さな数値が得られることを理解されたい。図８に示し、図８を参照 して説明した結合レンズのような、本発明による、３つの異なる結合レンズは、 明状態においてシェード４および暗状態においてシェード１０、明状態において シェード４および暗状態においてシェード１１、明状態においてシェード６およ び暗状態においてシェード１２、のシェードナンバー特性をそれぞれ示した。パ ワー不足の状態は、明状態よりも暗く、暗状態よりも明るい、またはクリアーで あった。波長プレートおよびそれに開運した偏光子３３°、３３”の配列によっ て補償しなくても、補償された結合レンズ７１が１８ボルトの電圧印加で得るも のと同一の暗さ、または暗いシェードナンバーが得られるが、より大きい電界、 例えば、５０ボルトもの、または可能性としてはそれよりも大きいボルトを必要 とする。 バントパスフィルタ２０および可変透過制御装置（単数または複数）２１が、光 源８から目１０までの°光路上に載置される順は、動作に大きな影響を与えない 。しかし、好ましくは、液晶セルからの紫外線および赤外線エネルギーが遮断さ れる傾向を得るために、バンドパスフィルタ２０は液晶セル（単数または複数） よりも光学的に上流に設けられる。しかし、好ましくは、レンズアセンブリが２ つの液晶セルステージを使用する場合、その平面偏光子の使用および平面偏光子 間の協働を最適化するために、これらのステージは、その順番に関わらず、互い に隣接される。なぜなら、バンドパスフィルタを介する光透過は、透過光の偏光 を劣化させる可能性があるからである。 図１０を簡単に言及すると、グラフ９０は、図８のフィルタアセンブリ７０の結 合レンズ７１による光透過を表す曲線９１を有する。縦軸には、透過率Ｔが、結 合レンズ７１に入射して結合レンズによって出力光として透過する光の百分率で 示されている。横軸には、表面モード液晶セル３５°、３５′の両方に対する所 定入力のレベルが示されている。この場合、上記所定入力は、電界であり、示さ れたレベルは右から左に増加する電圧である。横方向の所定入力軸の下の数値は 、実際の値または、図１０で見られるように、左から右に増加する電圧を示す正 規化された値とされる。 液晶セル３５°、３５”に対する入力がゼロの場合、結合レンズ７１による透過 率（レンズから出力される光の）は、図１０の９２で見られるように、入力光の 約０．２５％であることが、グラフ９０の曲線９１かられかる。し゛かじ、電界 電圧が、ある値（または正規化された値）に達して透過率−ｗａ９１にピークが ある場合、すなわち図１０の９３における場合、結合レンズ７１は、入射光の約 ５％を透過する明状態にある。 その後、結合レンズ７１の透過量は、曲線９１の点９３から領域９４に向かって 減少し、領域９４において暗状態が起こる。曲線９１の領域９４で印加される電 界が大きければ太きいほど、レンズは暗くなる。しかし、曲線の点９３と領域９ ４との間において、実質的に直線状の部分９５があり（直線状態は必要でないが ）、ここにおいて、透過率は、印加された所定入力（または、その正規化された 値）に実質的に直接的に比例して減少する。曲線９１の点９３で表される結合レ ンズ７１の明状態と、領域９４で表される暗状態との間において、レンズはゼロ 次で動作する。従って、それによる光の減衰または変調は、光の色（波長）には 依存しない。そのため、レンズ７１の、このような動作は、曲線９１の部分９５ において、色収差補正されている。その結果、印加電界が明状態と暗状態とのそ れぞれに必要な電圧間で変化する時の、レンズによる光の減衰または変調は、入 射（または透過）光の色とは無関係の、または実質的に無関係の、印加電圧のア ナログ動作である。 図１０の曲線部分９５に沿った、波長に依存しない光変調動作を提供するための 、本発明による結合レンズ、または他の光学装置の上記のアナログ動作は、本発 明の１つの特徴であるが、好適な実施態様によると、結合レンズは３つの異なる 状態を有する。このような状態は、レンズに対する３つの異なる入力によるもの であり、そのうちの２つは、直接、センサ７および駆動囲路６が露光される周囲 光の量によるものであり、残りの１つは不足状態である。このように、本明細書 の他の部分に記載のように、入力（好ましくは、相対的に最小の入力）によって 起こる明状態、相対的に大きな人力によって起こる暗状態、および溶接レンズへ の電力供給が不足した場合に起こる第３の状態がある。 本明細書において、いくつかの実施態様を説明したが、１実施態様および／また は１図面に開示された様々な特徴は、他の実施態様および／または図面において 採用され得ることを理解されたい。 さらに、いくつかの実施態様を図示および説明したが、このような図示および説 明は例示的なものであり、本発明の範囲は、以下の請求の範囲およびそれと等価 なものによってのみ限定されることを理解されたい。 Ｌ１上立五里公■ 上記に関して、本発明は、個人の目を保護する装置を提供するものである。 国際調査報告 要約書 溶接用ヘルメットはシールド（２）及びレンズ（５）を備えており、レンズ（５ ）は、溶接作業中に目（１０）の保護が行われる暗状態と、溶接が行われていな い場合にレンズ（５）を通して見るための最大の明るさを提供する明状態と、例 えばレンズパワーが溶接作業中に不足するような場合に目（ｌＯ）の保護を行う 暗視野状態と、に迅速に駆動される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 限定的な所有又は特権が請求されている本発明の実施態様は以下の通りである。 １．ａ．所定波長の光を透過し、異なる所定波長の光の透過を遮断するバンドパ スフィルタ手段と、ｂ．所定入力に応答しての同調関数の波長の光を制御可能に 透過する可変光学フィルタ手段と、を備えており、ｃ．該バンドパスフィルタお よび可変光学フィルタが、相対的最大透過、相対的最小透過、及び第３の透過を 含む少なくとも３つの異なる透過モードを提供するように協同する関係である、 光透過制御装置。 ２．前記可変光学フィルタ手段は、前記所定入力がない場合には、前記バンドパ スフィルタ手段と協同して、前記第３の透過とするように動作する、請求項１に 記載の装置。 ３．前記可変光学フィルタ手段は、相対的に小さい所定入力がある場合には前記 バンドパスフィルタ手段と協同して前記最大透過とし、相対的に最大の所定入力 がある場合には該バンドパスフィルタ手段と協同して前記相対的最小透過とする ように動作する、請求項２に記載の装置。 ４．ａ．所定波長の光を透過し、異なる波長の光の透過を遮断するバンドパスフ ィルタと、 ｂ．該バンドパスフィルタと共に光学系をなす液晶素子と、を備えており、 該液晶素子は、電界の印加の関数として複数の可変光透過状態を有しており、 該液晶素子は、電界がない場合には、幾らかの光を透過し、該バンドパスフィル タによって透過される波長の光を幾らか遮断するように調整され、 該液晶素子は、相対的最小電界の印加に応答して、入射光のほぼ最大を透過する ように調整され、さらに該液晶素子は、相対的により大きい電界の印加に応答し て、入射光のほぼ全てを遮断する、 目を保護するための液晶レンズアセンブリ。 ５．前記液晶素子が、表面モード液晶セルを備えている請求項４に記載のアセン ブリ。 ６．前記液晶素子が、ツイステッドネマティック液晶セルを備えている請求項４ に記載のアセンブリ。 ７．前記液晶素子が、多色性色素を有する液晶セルを備えており、該色素は、該 色素の配向の関数として前記バンドパスフィルタによって透過される波長の光を 吸収する傾向がある請求項４に記載のアセンブリ。 ８．前記液晶素子が、偏光子の偏光方向の関数として偏光された光を選択的に透 過する、光学系になった複数の偏光子手段と、電界の関数として該第１の偏光子 手段を透過される光の偏光方向を変更するように、該偏光子手段の間に光学系と なるように配置されている液晶手段と、を備えている請求項４に記載のアセンブ リ。 ９．前記液晶手段が、導波の原理に基づいて動作する請求項８に記載のアセンブ リ。 １０．前記液晶手段が、ツイステッドネマティック液晶セルを備えている請求項 ８に記載のアセンブリ。 １１．前記液晶手段が、光学的リタデーションに基づいて動作する請求項８に記 載のアセンブリ。 １２．前記液晶手段が、表面モード液晶セルである請求項８に記載のアセンブリ 。 １３．ａ．少なくも１つの波長で入射電磁エネルギーを少なくとも幾らかを透過 し、少なくとも他の１つの波長で該電磁エネルギーの少なくとも幾らかをフィル タするバンドパスフィルタ手段と、 ｂ．該バンドパスフィルタ手段と共に光学系をなす制御可能な光学装置であり、 ｉ．該バンドパスフィルタ手段によって透過される波長で該電磁エネルギーの実 質的透過を行う第１のモードと、ｉｉ．該バンドパスフィルタ手段によって透過 される電磁エネルギーの実質的一部をフィルタする第２のモードと、ｉｉｉ．該 バンドパスフィルタ手段によって透過される波長で該電磁エネルギーの少なくと も幾らかをフィルタする第３のモードと、 を含む少なくとも３つの異なる動作モードをとることができる、光学装置と、 を備えている、複数の波長を有する入射電磁エネルギーの透過を制御するための 装置。 １４．前記バンドパスフィルタ手段及び前記制御可能な光学装置と共に光学系を なす他の制御可能な光学装置をさらに備えており、その他の制御可能な光学装置 は、ｉ．該バンドパスフィルタによって透過される波長で前記電磁エネルギーの 実質的透過を行う第１のモードと、ｉｉ．該バンドパスフィルタによって透過さ れる電磁エネルギーのほぼ全てをフィルタする第２のモードと、を含む少なくと も２つの異なる動作モードをとることができる、請求項１３に記載の装置。 １５．前記制御可能な光学的装置は、前記第２の動作モードでは光学的リーク特 性を有しており、前記他の制御可能な光学的装置は、前記第２の動作モードでは 、該第２の動作モードにおいて該制御可能な光学的装置によって透過される電磁 エネルギーのほぼ全ての透過を遮断するように動作する請求項１４に記載の装置 。 １６．前記他の制御可能な光学的装置は、前記第２の動作モードでは光学的リー ク特性を有しており、前記制御可能な光学的装置は、前記第２の動作モードでは 、該第２の動作モードにおいて該他の制御可能な光学的装置によって透過される 電磁エネルギーのほぼ全ての透過を遮断するように動作する請求項１４に記載の 装置。 １７．前記他の制御可能な光学的装置が、前記バンドパスフィルタ手段によって 透過される波長で前記電磁エネルギーの少なくとも幾らかをフィルタする第３の 動作モードを有している請求項１４に記載の装置。 １８．前記制御可能な光学的装置及び前記他の制御可能な光学的装置が、所定入 力がない場合に前記第３の動作モードが起こることを特徴とする請求項１７に記 載の装置。 １９．前記制御可能な光学的装置及び前記他の制御可能な光学的装置は、相対的 に高いレベルの前記所定入力がある場合には前記第２の動作モードが起こり、該 前記入力がない場合と該相対的に高いレベルの該所定入力との間のレベルの所定 入力がある場合には前記第１の動作モードが起こることを特徴とする請求項１８ に記載の装置。 ２０．前記第２のモードが、前記バンドパスフィルタ手段によって透過される電 磁エネルギーの全てをフィルタする請求項１３に記載の装置。 ２１．前記第３のモードが、前記バンドパスフィルタ手段によって透過される電 磁エネルギーの全てをフィルタする請求項１３に記載の装置。 ２２．前記第３のモードが、前記バンドパスフィルタ手段によって透過される電 磁エネルギーの幾らかのみをフィルタする請求項１３に記載の装置。 ２３．前記他の制御可能な光学的装置の前記第３の動作モードが、前記バンドパ スフィルタ手段によって透過される波長で前記電磁エネルギーの幾らかのみをフ ィルタする請求項１７に記載の装置。 ２４．前記他の制御可能な光学的装置の前記第３の動作モードが、前記バンドパ スフィルタ手段によって透過される波長で前記電磁エネルギーの全てをフィルタ する請求項１７に記載の装置。 ２５．前記制御可能な光学的装置を、与えられた透過の制御を行うように動作さ せる回路手段をさらに備えている請求項１３に記載の装置。 ２６．個人の顔面を保護するシールド手段と、該シールド手段の開口部と、該個 人に対して可変的な目の保護を提供するために該開口部に配された請求項１３に 記載の装置と、を備えている溶接用ヘルメット。 ２７．目を保護する位置にある保護用可変レンズを支持する支持部と、請求項１ ３に記載の装置を有する保護用可変レンズと、を備えている溶接者などの目を保 護するための目の保護装置。 ２８．ａ．スペクトルの緑色領域内の人射光エネルギーの少なくとも幾らかを透 過し、スペクトルの他の可視領域、紫外線領域及び赤外線領域内の光のほとんど の透過を遮断するバンドパスフィルタ手段と、及び ｂ．所定入力の関数である波長の光の透過を制御可能に透過する重子的に制御さ れた可変光学フィルタ手段と、を備えており、 ｃ．該電子的に制御された可変光学フィルタ手段は、該所定入力がない場合には 、スペクトルの緑色領域内の光エネルギーをフィルタするように動作する、 複数の波長を有している入射光エネルギーの透過を制御するための装置。 ２９．前記光学フィルタ手段が、前記所定入力に応答した同調関数として光を制 御可能に透過する請求項２８に記載の装置。 ３０．前記光学フィルタ手段が、相対的に小さい所定入力がある場合には、前記 装置による最大透過となるように動作する請求項２８に記載の装置。 ３１．前記光学フィルタ手段が、相対的最大の所定入力がある場合には、前記装 置による最小透過となるように動作する請求項３０に記載の装置。 ３２．前記光学フィルタ手段が、相対的最大の所定入力がある場合には、前記装 置による最小透過となるように動作する請求項２８に記載の装置。 ３３．前記光学フィルタ手段が、光学的リタデーションの原理に基づいて動作す る液晶セルを備えている請求項２８に記載の装置。 ３４．前記光学フィルタ手段が、表面モード液晶セルを備えている請求項３３に 記載の装置。 ３５．ａ．入射光エネルギーの少なくとも１つの波長の少なくとも幾らかを透過 し、該光エネルギーの少なくとも１つの他の波長の少なくとも幾らかをフィルタ するパンドパスフィルタ手段と、 ｂ．所定入力に応答した同調関数である波長の光を制御可能に透過するための電 子的に制御された可変光学フィルタ手段と、を備えており、 ｃ．該電子的に制御された可変光学フィルタ手段は、所定入力がない場合には、 該入射光エネルギーの少なくとも１つの波長の少なくとも幾らかを透過し、該入 射光エネルギーの少なくとも１つの波長の少なくとも幾らかをフィルタするよう に動作する、 複数の波長を有している入射光エネルギーの透過を制御するための装置。 ３６．前記光学フィルタ手段は、所定入力がある場合には色収差を補正するよう に動作する請求項３５に記載の装置。 ３７．前記バンドパスフィルタ手段及び光学フィルタ手段は、相対的量大透適、 相対的最小透過及び第３の透過を含む少なくとも３つの異なる透過モードを提供 するように協同する関係である請求項３５に記載の装置。 ３８．前記光学フィルタ手段が、相対的に小さい所定入力がある場合には、前記 装置による最大透過となるように動作する請求項３６に記載の装置。 ３９．前記光学フィルタ手段が、相対的最大の所定入力がある場合には、前記装 置による最小透過となるように動作する請求項３６に記載の装置。 ４０．前記光学フィルタ手段が、所定入力がない場合には、前記第３の透過とな るように動作する請求項３７に記載の装置。 ４１．前記光学フィルタ手段が、光学的リタデーションの原理に基づいて動作す る液晶セルを備えている請求項３６に記載の装置。 ４２．前記光学フィルタ手段が、表面モード液晶セルを備えている請求項４１に 記載の装置。 ４３．前記光学フィルタ手段が、相対的に小さい所定入力がある場合には前記装 置による最大透過となるように動作し、相対的最大の所定入力がある場合には該 装置による最小透過となるように動作し、該最大入力レベルと最小入力レベルと の間のレベルの所定入力がある場合には該最大透過と該最小透過との間のレベル の該装置による透過となるように動作する請求項３５に記載の装置。 ４４．前記光学フィルタが、光学的リタデーションの原理に基づいて動作する液 晶セルを備えている請求項４３に記載の装置。 ４５．前記電子的に制御された可変光学フィルタが表面モード液晶セルを備えて いる請求項４４に記載の装置。 ４６．前記光学フィルタ手段が、相対的に小さい所定入力がある場合には前記装 置による最大透過となるように動作し、椙対的最大の所定入力がある場合には該 装置による最小透過となるように動作し、該最大入力レベルと最小入力レベルと の間で所定入力が変化することによって該装置の透過を変化させる請求項３５に 記載の装置。 ４７．前記光学フィルタが光学的リタデーションの原理に基づいて動作する液晶 セルを備えている請求項４６に記載の装置。 ４８．前記光学フィルタが、表面モード液晶セルを備えている請求項４７に記載 の装置。