KR101960108B1 - 필터 배열체를 갖는 용접 헬멧 - Google Patents

Abstract

필터 배열체를 갖는 용접 헬멧(100, 200, 300, 400, 500)이 개시된다. 용접 헬멧에는 주 필터(102, 202, 302, 402, 502), 및 주 필터로부터 분리되어 있고 주 필터 옆에 위치되는 적어도 하나의 보조 필터(104, 204, 304, 404, 504)가 제공된다. 적어도 하나의 보조 필터는 보조 필터에 입사하는 광학 방사선의 투과를 감쇠시키도록 구성된 전기-광학 요소(10, 20)를 포함한다.

Description

필터 배열체를 갖는 용접 헬멧{WELDING HELMET HAVING A FILTER ARRANGEMENT}

본 발명은 필터 배열체(filter arrangement), 특히 주 필터 및 적어도 하나의 보조 필터를 포함하는 필터 배열체를 갖는 용접 헬멧(welding helmet)에 관한 것이다.

용접 작업 동안 발생되는 광학 방사선으로부터 용접공을 보호하기 위한 필터가 장착된 용접 헬멧이 잘 알려져 있다. 전형적인 용접 헬멧 필터는, 용접공이 그들의 눈이 유해한 양의 광학 방사선에 노출됨이 없이 용접 작업을 관찰하기 위해 그를 통해 볼 수 있는, 용접 헬멧 전방의 개방부 내에 배치되는 장치이다.

사람 눈에 의해 검출될 수 있는 광학 방사선의 범위 내에 있는 전자기 스펙트럼의 가시 대역은 일반적으로 용접 산업 분야에서 대략 380 내지 780 나노미터(㎚)의 파장 대역인 것으로 이해된다. 가시 대역보다 짧은 파장을 갖는 광학 방사선 파장의 추가의 대역은 흔히 자외(UV) 방사선으로 언급된다. 용접 산업 분야에서 관심의 대상인 UV 방사선 스펙트럼의 부분은 대략 200 ㎚ 내지 380 ㎚이다. 가시 대역보다 긴 파장을 갖는 광학 방사선 파장의 추가의 대역은 흔히 적외 방사선(IR)으로 알려져 있다. 용접 산업 분야에서 관심의 대상인 IR 방사선 스펙트럼의 부분은 대략 780 ㎚ 내지 3000 ㎚이다.

용접 공정 동안 용접 아크(welding arc)에 의해 흔히 발생되는 자외 및 적외 방사선은 사람 눈에 유해하여, 잠재적으로는 되돌릴 수 없는 손상을 야기할 수 있다. 또한, 용접 공정에 의해 발생되는 가시 방사선은 흔히 너무 밝아서 용접공이 직접 보기에는 불편하며, 그에 따라 이러한 가시 방사선의 투과를 감쇠시키는 수단이 바람직하다. 일반적으로, 사람 눈은 눈 깜박 반사 또는 머리 움직임과 같은 정상적인 회피 반응(aversion response)에 의해 밝은 가시 방사선으로부터 보호되지만, 일부 상황에서 밝은 가시 방사선은 용접공의 눈을 부시게 하여 일시적 실명을 야기할 수 있다.

알려진 용접 헬멧 필터 유형은 수동형 필터(passive filter) 또는 자동 감광 필터(automatically darkening filter, ADF)를 포함한다. 수동형 필터는 흔히 제한된 파장 범위의 방사선이 소정의 투과율 수준으로 통과하게 하는 어두운 색상의, 대개 녹색인 유리 렌즈이다. 수동형 필터는 흔히 상당히 어둡고, 그 사용자에게 정상적인 주변 광 조건에서 제한된 정도의 가시성만을 제공하며, 그러함으로써 대개 용접공이 용접 작업을 시작하기 직전에 용접공의 안면 전방에 위치된다. 통상적인 ADF는 명 상태(light state)인 초기 설정 상태를 가져서, 용접공은 우수한 전방 가시성을 갖는다. 이는 자동적으로 용접 작업의 시작 시에 더 어두운 상태로 변경되고, 용접공이 용접 작업을 중단한 때 명 상태로 복귀한다. 흔히, ADF는 이들 상이한 상태를 제공하기 위해 액정(liquid crystal) 기술과 같은 전환가능한 전기-광학(switchable electro-optical) 기술을 사용한다. ADF에서의 사용을 위한 액정 기술의 예가 미국 특허 제6,097,451호, 미국 특허 제5,825,441호, 및 미국 특허 제7,477,330호에 기술되어 있다.

일반적으로 이용가능한 용접 헬멧 필터는 소정의 차광도(shade) 또는 차광도의 범위 또는 차광도 번호를 갖는다. 차광도 S는 하기 수학식에 의해 시감 투과율(luminous transmittance), TL(표준 광원 및 표준 관찰자에 대해 필터를 통과하는 광의 분율로서 표현됨)과 관련된다.

여기서, TL은 투과 광도 대 입사 광도의 비로 정의된다. 시감 투과율의 정확한 정의는 다양한 표준, 예를 들어 문헌[European standard for Personal Eye Protection - Transmittance requirements, EN 169:2002]에 주어져 있다. 주어진 차광도 번호에 대해, UV 및 IR 방사선의 상이한 파장 대역에 대한 최대 투과율 및 시감 투과율의 허용 범위는 대개 용접 필터에 적용되는 산업 표준에 의해 규정된다. 예를 들어, 차광도 3은, 문헌[European standard for Personal Eye Protection - Transmittance requirements, EN 169:2002]에서, 8.5 내지 17.8%의 시감 투과율 수준을 규정한다. 추가의 예로서, 차광도 12는 0.0012 내지 0.0032%의 시감 투과율 수준을 규정한다. 차광도 12의 경우, 313 ㎚ 내지 365 ㎚ 파장에서의 최대 허용 UV 투과율은 0.0012%이고, 780 내지 1400 ㎚ 파장 대역에 대한 최대 허용가능 평균 스펙트럼 IR 투과율은 0.027%이다. 특정 필터에 대하여 가장 어두운 가능한 차광도(예컨대, 차광도 12)에 대해 규정된 최대 UV 및 IR 투과율 값은 또한 가장 밝은 차광도(예컨대, 차광도 3)에 대해 역시 유지되어야 한다.

아크 용접에 대한 전형적인 수동형 필터의 차광도는 차광도 10이다. 전형적인 ADF의 명 상태 동안의 차광도는 차광도 3인 반면, 암 상태(dark state)에서의 차광도는 흔히 용접공에 의해 사전-선택될 수 있으며 전형적으로는 차광도 8 내지 차광도 12 범위 내이다. 암 상태 차광도는 수행될 용접 작업의 유형 및 용접공의 개인 선호도 또는 편안함에 따라 선택된다.

ADF가 장착된 용접 헬멧을 제공하는 것은 용접공이 이들이 용접을 하고 있지 않는 동안 안면 쉴드(face shield)를 상승시키거나 용접 헬멧을 벗지 않고서 일정 정도의 시야를 확보하게 하지만, 용접공의 주변 시야를 고려하지는 않는다. 보다 최근에, 일부 용접 헬멧에는 용접공의 주변 시야를 개선하기 위해, 흔히 측면 윈도우로 알려진 수동형 측면 필터가 장착되었다. 이들 측면 윈도우는 용접공에게로 투과되는 가시 방사선의 수준을 감소시키는 수동형 필터이다. 전형적으로, 현재 이용가능한 수동형 필터의 투과율은 자동 감광 용접 필터의 암 상태와 명 상태 사이의 수준과 유사하다. 선택되는 투과율의 수준 또는 차광도는 충분한 가시 방사선 투과율이 용접공의 주변 시야를 개선하게 하는 것과 용접 작업 동안 주 필터 상의 눈부심 또는 내부 반사를 야기할 수 있는, 헬멧으로 진입하는 가시 방사선의 양을 최소화하는 것 사이에서 균형을 이루는 것이다. 그러한 측면 윈도우를 가진 용접 헬멧이 미국 특허 제5,191,468호에 기술되어 있다.

당업계에 알려진 다른 측면 윈도우 구성, 예를 들어 미국 출원 제2004/0117888호에 기술된 것은 용접공이 용접 작업을 수행하고 있지 않을 때 개방될 수 있고 용접 작업 전에 용접공에 의해 수동으로 폐쇄될 수 있는 도어로 덮이는 투명한 측면 윈도우를 포함한다. 측면 윈도우는 전형적으로 용접공이 용접 작업의 관찰을 위해 사용하는 용접 헬멧 전방의 필터인 주 필터의 양 측면 상에 위치되고, 그에 따라 용접공이 용접을 하고 있지 않을 때 용접공의 주변 시야를 개선할 수 있다.

측면 윈도우는 용접공의 주변 시야 및 인식을 상당히 개선한다. 그러나, 수동형 측면 윈도우를 가진 용접 헬멧의 기능성이 용접공의 요구를 더 잘 충족시키기 위해 추가로 개선될 수 있는 소정의 상황이 존재한다. 예를 들어, 용접공의 주변 시야를 추가로 최적화하는 것은 용접 공정 및 헬멧의 사용에 대한 용접공의 경험을 체험을 현저하게 개선할 수 있다.

본 발명은 주 필터 및 적어도 하나의 보조 필터를 포함하는 필터 배열체를 갖는 용접 헬멧에 관한 것이다. 적어도 하나의 보조 필터가 주 필터로부터 분리되어 있고 주 필터 옆에 위치된다. 적어도 하나의 보조 필터는 보조 필터에 입사하는 광학 방사선의 투과를 감쇠시키도록 구성된 전기-광학 요소를 포함한다.

일부 실시예에서, 주 필터가 또한 전기-광학 요소를 포함할 수 있다. 그러한 실시예의 예시적인 구현에서, 주 필터의 전기-광학 요소는 액정 재료를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 보조 필터는 일렉트로크로믹(electrochromic) 재료를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 보조 필터는 주 필터로부터 독립적으로, 주 필터와 공동으로, 또는 둘 모두로 전환되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 예시적인 용접 헬멧은 적어도 2개의 보조 필터를 포함할 수 있고, 적어도 2개의 보조 필터 중 적어도 하나는 주 필터의 각각의 측면 상에 배치된다. 적어도 2개의 보조 필터는 서로로부터 독립적으로 전환되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 예시적인 용접 헬멧은 제1 안면 쉴드 및 제1 안면 쉴드에 이동가능하게 부착되는 제2 안면 쉴드를 포함할 수 있다. 주 필터는 제2 안면 쉴드의 개방부 내에 배치될 수 있다. 하나 이상의 보조 필터가 제1 안면 쉴드, 제2 안면 쉴드, 또는 둘 모두 내에 배치될 수 있다.

이제, 단지 예로서, 본 발명의 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 이하에서 기술될 것이다.
<도 1>
도 1은 본 발명에 따른 전기-광학 요소의 예시적인 구성을 개략적으로 예시하는 도면.
<도 2>
도 2는 본 발명에 따른 전기-광학 요소의 다른 예시적인 구성을 개략적으로 예시하는 도면.
<도 3>
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예와 함께 사용하기에 적합한 자동 감광 필터(ADF)의 개략도.
<도 4>
도 4는 본 발명에 따른 예시적인 필터 배열체를 개략적으로 예시하는 도면.
<도 5>
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용접 헬멧의 개략도.
<도 6a, 도 6b 및 도 6c>
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 주 필터 및 보조 필터가 공동으로 또는 개별적으로 전환되게 하는 필터 배열체를 개략적으로 예시하는 도면.
<도 7a 및 도 7b>
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 용접 헬멧을 예시하는 도면.
<도 8>
도 8은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 용접 헬멧을 예시하는 도면.
<도 9>
도 9는 본 발명의 추가의 실시예에 따른 용접 헬멧의 개략도.
도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 도면에 사용된 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 다른 도면에서 동일한 도면 부호로 표시된 그 구성요소를 제한하려는 것이 아님이 이해될 것이다.

하기 설명에서, 설명의 일부를 형성하고 예로서 몇몇 특정 실시예가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 실시예가 고려되고 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 하기 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다.

본 명세서에서 사용되는 모든 과학 및 기술 용어는 달리 명시되지 않는 한 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본 명세서에 제공된 정의는 본 명세서에 빈번하게 사용되는 소정 용어들의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.

달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기재된 수치 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다.

종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 그 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 갖는 실시예를 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 바와 같이, "또는"이라는 용어는 일반적으로 그 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 이용된다.

본 발명은 입사 광학 방사선의 투과를 감쇠시키도록 구성되는 하나 이상의 전기-광학 요소를 포함하는 하나 이상의 보조 필터를 제공한다. 일부 예시적인 보조 필터는 적어도 2개의 상태에 의해 특징지어질 수 있다. 주변 시야 및 주위에 대한 인식을 증가시키기 위해 명 상태가 제공될 수 있으며, 용접 작업 동안 또는 용접이 주변 시계 인근에서 이루어지는 경우 보조 필터를 통해 용접 헬멧으로 진입하는 가시 방사선을 감소시키기 위해 암 상태가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 전기-광학 요소는 인가된 전압에 응답하여, 전기-광학 요소를 통해 투과되는 광량에 영향을 주는 그의 광학적 특성들 중 적어도 하나를 변경시킬 수 있는 광학적 응답성 매체의 층을 포함한다. 예를 들어, 전압이 광학적 응답성 매체에 인가될 때, 이는 광학적 응답성 매체에 입사하는 광의 반사율, 투과율, 흡수, 편광 상태 등 중 하나 이상의 변경을 야기할 수 있다.

도 1은 투명 기판들(14a, 14b) 사이에 배치된 광학적 응답성 매체(12)를 포함하는, 그러한 전기-광학 요소(10)의 하나의 예시적인 구성을 개략적으로 예시한다. 투명 기판은 특정 응용예에 대해 충분한 투명도를 갖는 임의의 적합한 재료로부터 구성될 수 있다 적합한 재료의 예는 유리, 및 투명 플라스틱 재료, 예컨대 폴리카르보네이트이다. 전기-광학 요소(10)는 광학적 응답성 매체(12)에 전압(17)을 인가하도록 구성된 투명 전도성 층(16a, 16b)을 추가로 포함한다. 전도성 층(16a, 16b)은 각각 투명 기판(14a, 14b) 상에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 사용하기에 적합한 광학적 응답성 매체의 하나의 바람직한 유형은 액정 재료이다. 그러한 전기-광학 요소는 액정 셀(liquid crystal cell)로 지칭될 수 있다. 액정 재료가 광학적 응답성 매체(12)에 포함될 때, 전기-광학 요소(10)는 또한 전형적으로, 광학 매체에 대해 투명 기판(14a, 14b)의 외부 측면 상에 배치될 수 있는 하나 이상의 편광기(19a, 19b)를 포함한다. 대안적으로, 각각의 편광기(19a, 19b)는 적용가능한 대로, 광학적 응답성 매체(12)와 투명 기판(14a 또는 14b) 사이에 배치될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "편광기"라는 용어는 제1 편광을 갖는 광을 투과시키고 제1 편광과 상이한 제2 편광을 갖는 광을 흡수 및/또는 반사시키는 편광 필터를 의미한다. 광학적 응답성 매체에 사용되는 액정 재료의 유형에 따라, 편광기(19a, 19b)는 그들의 투과 축들이 서로에 대해 교차 또는 직교하거나, 서로 평행하거나, 다른 적합한 배향을 갖는 상태로 배열되는 선형 편광기일 수 있다. 액정-기반 전기-광학 요소는 액정 재료의 원하는 배향을 용이하게 하기 위해, "18a 및 18b"와 같은 하나 이상의 정렬 층을 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 정렬 층(18a, 18b)은 전형적으로 광학적 응답성 매체(12)에 인접하여 그와 접촉하게 배치된다. 일부 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 정렬 층이 또한 편광기로서 역할할 수 있다.

네마틱 액정(nematic liquid crystal)과 같은 소정 유형의 액정은 인가된 전기장에 응답하여 그들의 배향을 변경시키고, 이로써 또한 매체의 굴절률 프로파일, 특히 복굴절을 변경시킨다. 꼬인 네마틱(twisted nematic)을 이용하는 액정 셀에서, 네마틱 분자들은 분자들이 투명 기판들(14a, 14b) 사이에서 그들 각각의 꼬임각을 통해 꼬이도록 (전형적으로, 정렬 층으로 인해) 특정 각도 위치로 배열된다. 네마틱 액정 분자들의 배향은 투명 전극들(16a, 16b) 사이에 전기장을 인가함으로써 제어될 수 있다.

도 1을 추가로 참조하면, 꼬인 네마틱 액정 셀에 전압이 인가되지 않을 때, 입력 편광기(19b)에 의해 편광된 입사 광(L0)의 편광 평면은 광이 광학적 응답성 매체(12)(여기서는, 꼬인 네마틱 재료)를 통과함에 따라 회전된다. 출력 편광기(19a)가 광학적 응답성 매체(12)에서 진출하는 광의 출력 편광과 정렬되는 경우, 광-전자 장치(10)는 투명하게 유지되며, 이때 투과 광(L1)의 양은 비교적 많다. 전압(17)의 인가는 투명 전극들(16a, 16b) 사이에 전기장을 생성한다. 이어서, 네마틱 액정 분자들은 전극(16a, 16b)에 수직하게 전기장과 정렬하도록 재배향된다. 결과적으로, 광학적 응답성 매체(12)를 통해 투과된 광의 편광 평면은 그만큼 많은 회전을 겪지 않으며, 그 광의 적어도 일부는 출력 편광기(19a)에 의해 차단된다. 이러한 경우에 투과 광(L1)의 양은 적으며, 전기-광학 장치(10)는 암 상태 또는 감쇠 상태를 달성한다. 따라서, 꼬인 네마틱 액정 셀에 전압이 인가될 때, 감쇠 효과가 얻어진다. 네마틱 분자들의 회전의 정도는 인가되는 전압을 변동시킴으로써 제어될 수 있으며, 그에 따라 대응하는 감쇠 효과가 또한 제어될 수 있다.

전술된 예시적인 실시예에서, 액정 셀은 인가된 전압의 부재 시에 명 상태로, 그리고 인가된 전압의 존재 시에 암 상태로 있을 것이다. 그러나, 다른 예시적인 실시예에서, 그 반대의 경우도 가능할 수 있다. 일반적으로, 전기장이 액정 광학적 응답성 매체에 인가될 때, 액정 재료는 재배향되어 편광된 광의 변경된 투과 특성을 형성한다. 예를 들어, 입사 광(L0)은 제1 편광기(19b)에 의해 편광될 수 있고, 이어서 그의 편광은 제2 편광기(19a)의 투과 축과 일치하지 않도록 액정 광학적 응답성 매체(12)에 의해 재배향될 수 있으며, 이 경우 제2 편광기(19a)는 감쇠된 양의 광(L1)만을 통과시킬 것이다.

본 발명의 실시예에 사용하기에 적합한 광학적 응답성 매체의 다른 바람직한 유형은 일렉트로크로믹 재료이다. 도 2는 광학적 응답성 매체를 포함하는, 그러한 전기-광학 요소(20)의 하나의 예시적인 구성을 개략적으로 예시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 광학적 응답성 매체는 투명 기판들(24a, 24b) 사이에 배치된 일렉트로크로믹 재료(22)의 층을 포함한다. 전기-광학 요소(20)는 적용가능한 대로, 일렉트로크로믹 재료(22)와 투명 기판(24a 또는 24b) 사이에 배치된 투명 전도성 층(26a, 26b)을 추가로 포함한다. 이온 전도체 층(23)이 일렉트로크로믹 재료(22)와 전도성 층(26a) 사이에 제공될 수 있으며, 이온 저장 층(27)이 또한 이온 전도체 층(23)과 전도성 층(26a) 사이에 제공될 수 있다. 투명 전도성 층은 예를 들어 전압(27)의 인가를 통해 전기장을 일렉트로크로믹 재료(22)에 인가하도록 구성된다. 전도성 층(26a, 26b)은 각각 투명 기판(24a, 24b) 상에 배치될 수 있다.

전압이 투명 전도성 층(26a, 26b)에 인가될 때, 이온들이 일렉트로크로믹, 이온 전도체 및 이온 저장 층 사이에서 전달된다. 결과적으로, 화학 반응이 일렉트로크로믹 재료(22) 내에서 일어나며, 그에 따라 재료의 광학적 특성이 변경된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 전압의 인가는 일렉트로크로믹 재료(22)에 의해 투과되는 광량을 변경시킬 화학 반응을 형성할 것이다. 일 실시예에서, 전압의 인가는 일렉트로크로믹 재료에 의해 흡수되는 광량을 변경시킬 것이다. 일렉트로크로믹 재료(22)는 초기에 불투명하고 인가된 전압의 결과로서 더 투명한 상태로 변경될 수 있거나, 그 반대의 경우도 가능하다(즉, 일렉트로크로믹 재료(22)는 초기에 투명하고 인가된 전압의 결과로서 더 불투명한 상태로 변경될 수 있음). 적합한 일렉트로크로믹 재료의 예는 볼프람 또는 니켈에 기반한 산화물 및 다양한 다른 재료를 포함한다. 이온 전도체 층(23)은 액체 또는 중합체 전해질일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 일렉트로크로믹 재료에 있어서, 광학적 응답성 매체가 초기 상태로 다시 전환하게 하도록 역전압이 요구된다. 따라서, 일렉트로크로믹 기술은 그것이 단지 하나의 상태로부터 다른 상태로 전환하기 위해서 에너지를 요구할 수 있으므로 매우 에너지 효율적일 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예와 함께 사용하기에 적합한 예시적인 자동 감광 필터(ADF)의 개략도이다. 자동 감광 필터(1)는 예시적인 전기-광학 요소(2)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 전기-광학 요소(2)는 바람직하게는 편광기(4a, 4b, 4c)와 교번하여 배열되는 2개 이상의 액정 셀(3a, 3b)을 포함한다. 액정 셀들 중 하나 또는 둘 모두는 도 1과 관련하여 기술된 구성 또는 다른 적합한 구조를 가질 수 있다. 액정 셀들(3a, 3b) 중 하나 또는 둘 모두와 전기 연결된 전자 제어기(5)가 액정 분자들을 정렬 또는 적어도 부분적으로 정렬시키기 위해 액정 셀(3a, 3b)에 적절한 전기 신호를 제공하도록 구성된다. 전술된 바와 같이, 편광 필터(4a, 4b, 4c)와 조합된 액정 셀(3a, 3b) 내의 액정의 정렬을 변경시킴으로써, 자동 감광 필터(1)에 입사하는 가시 방사선(L0)의 투과는 더 낮은 값(L2)으로 감쇠될 수 있다. 편광기들의 편광 방향은 전형적으로 교번하는 필터들이 이웃하는 편광기에 대해 90도의 통과 축을 갖도록 배열된다. 이러한 예에서, 중간 편광 필터(4b)의 통과 축은 수평으로 정렬될 수 있으며, 2개의 외부 편광 필터(4a, 4c)의 통과 축은 수직으로 정렬될 수 있다. 그러나, 다른 각각의 각도 및 배향이 본 발명의 범주 내에 있다.

전자 제어기에, 그리고 후속하여 액정 셀에 전력을 제공하기 위해 전원(6)이 포함될 수 있다. 전원(6)은 1차 전지로부터 형성된 배터리를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 전원(6)은 용접 작업으로부터의 주변 가시 방사선 또는 가시 방사선이 전자 제어기 및 전기-광학 요소에 전력을 공급하기 위한 전력으로 변환되도록 배열되는, 흔히 태양 전지로 알려진 광전지를 포함할 수 있다. 광전지 및 배터리의 조합이 또한 사용될 수 있다.

예시적인 자동 감광 필터(1)는 적외 방사선 및 자외 방사선의 상당량을 반사시키는 목적을 위한 선택적인 간섭 필터(7)를 포함할 수 있다. 간섭 필터는 상이한 조성물, 예를 들어 유전체 재료 및 금속을 갖는 교번하는 층들로 코팅된 투명 기판을 포함할 수 있다. 적외 방사선 및 자외 방사선을 필터링하는 것에 더하여, 그러한 간섭 필터(7)는 용접공에게로 투과되는 가시 방사선의 파장의 대역을 감소시키는 효과를 가질 수 있다.

하나 이상의 액정 셀(3a, 3b)을 구동시키는 전자 제어기(5)는 용접 아크를 검출하도록 구성된 용접 검출기(8)를 포함할 수 있다. 용접 검출기(8)는 용접 작업이 개시될 때를 결정한다. 예를 들어, 용접 검출기는 광다이오드, 예컨대 규소 광다이오드, 및 광다이오드에 의해 검출되는 신호를 처리하기 위한 논리 함수를 가진 전자장치를 포함할 수 있다. 용접 검출기(8)가 용접 작업의 개시를 검출하면, 그 정보는 제어기(5)로 전달되며, 이는 자동 감광 필터(1)가 명 상태로부터, 명 상태보다 높은 입사 가시 방사선의 감쇠도에 의해 특징지어지는 상태인 암 상태로 전환되게 한다.

용접 산업 분야에서, 명 상태는 전형적으로 약 3 내지 약 4의 차광도에 의해 특징지어지며, 암 상태는 전형적으로 약 8 내지 약 13의 차광도에 의해 특징지어진다. 일부 실시예에서, 명 상태는 차광도 3일 수 있으며, 이때 암 상태는 차광도 8 내지 12(즉, 8, 9, 10, 11, 또는 12)에서 사용자에 의해 선택가능하다. 다른 실시예에서, 명 상태는 차광도 4일 수 있으며, 이때 암 상태는 차광도 9 내지 13(즉, 9, 10, 11, 12, 또는 13)에서 선택가능하다. 또 다른 실시예에서, 암 상태는 가스 용접 및 그라인딩 응용에 대한 것과 같이, 차광도 5 또는 6에 의해 특징지어질 수 있다. 일반적으로, 명 상태 및 암 상태와 연관된 임의의 적합한 차광도가 본 발명의 범주 내에 있으며, 이는 용접 방법, 사용된 용접 전류 및 자동 감광 필터의 위치에 따라 선택될 수 있다.

자동 감광 필터(1)의 전환 속도, 즉 용접 아크의 발화와 자동 감광 필터(1)가 그의 완전히 암 상태에 도달하는 것 사이의 시간은 흔히 매우 짧다. ADF의 기술 및 환경에 따라, 자동 감광 필터(1)의 전환 속도는 대략 0.1 밀리초(ms) 정도 또는 다른 적합한 기간일 수 있다. 일부 실시예에서, 용접공이 용접 작업을 멈출 때와 자동 감광 필터(1)가 명 상태로 복귀하는 것 사이에 지연(delay)이 도입될 수 있다. 지연은 용접부로부터 방출되는 가시 방사선의 수준이 이에 용접공이 노출되기 전에 원하는 수준으로 감소되는 것을 보장하기 위해, 100 ms 내지 250 ms, 또는 ADF의 기술에 따라 다른 적합한 기간일 수 있다.

ADF(1)가 전기-광학 요소(2)와 관련하여 기술되었지만, 당업자는 전기-광학 요소의 다른 구성이 사용될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 예를 들어, ADF(1)는 도 1 및 도 2와 관련하여 기술된 전기-광학 요소들 중 임의의 요소로 구성될 수 있다.

전술된 자동 감광 필터는 주 필터 또는 보조 필터로서 용접 헬멧에 사용하기에 적합하다. 주 및 보조 필터의 개념은, 주 필터(102), 주 필터(102) 옆에 그리고 주 필터의 하나의 측면(여기서는, 좌측) 상에 배치된 보조 필터(104), 및 주 필터(102) 옆에 그리고 주 필터의 다른 측면(여기서는, 우측) 상에 배치된 추가의 보조 필터(106)를 포함하는, 사용자(1)에 의해 착용되는 예시적인 용접 헬멧(100)을 개략적으로 예시하는 도 4를 참조하여 설명되어 추가로 이해될 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, "측면", "좌측", "우측", "위", "아래", "전방"이라는 용어 및 다른 유사한 용어는 필터들을 포함하는 용접 헬멧이 사용자에 의해 착용될 때 필터들의 공간적 관계를 기술하기 위해 사용된다. 작업 위치에서, 주 필터(102)는 사용자(1)의 눈(2a, 2b) 전방에 배치되어, 사용자의 눈(2a, 2b) 둘 모두가 주 필터(102)를 통해 그리고 바람직하게는 사용자(1)의 직선 시야(direct line of vision)(103) 내에서 보게 된다. 직선 시야(103)는 표준화된 머리 형태에 의해 나타내어진 사용자(1)의 각각의 눈의 중심으로부터 그리고 각각의 눈에 직교하게 그려진 시축들(103a, 103b) 사이의 공간으로서 정의된다. 직선 시야(103)는 두 눈(2a, 2b)으로부터의 사용자의 시야의 중심 부분들(101) 사이에 중첩 영역을 포함한다.

보조 필터(104, 106)는 주 필터(102)로부터 분리되어 있지만, 주 필터 옆에, 바람직하게는 인접하여 배치된다. 예시적인 보조 필터(104, 106)는 사용자(1)의 직선 시야(103)와 중첩되지 않도록 배치된다. 일부 실시예에서, 보조 필터(104, 106)는 시야의 중심 부분(101)과 중첩되지 않도록 배치된다. 바람직하게는, 보조 필터(104, 106)는 사용자(1)의 각각의 주변 시야 영역(105, 107) 내에 배치된다. 주변 시야 영역(105, 107)은 각각 시축(103a, 103b) 주위에서 (예시적인 실시예가 표준화된 머리 형태 상에 장착된 때 결정될 수 있는 바와 같은) 각각의 눈(2a, 2b)의 중심으로부터 그려진 45°의 원추(A, B) 외측의 시계로서 정의될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 보조 필터(104, 106)는 관찰자의 눈(2a, 2b)의 중심을 포함하는 수평 평면 내에서 측정될 때 주 필터(102)에 대해 영이 아닌 각도(α)를 각각 형성할 수 있다. 전형적으로, 각도(α)는 약 45도 내지 약 90도이다. 그러나, 0, 45 및 90도를 포함하지만 이로 제한되지 않는 다른 값의 각도(α)가 본 발명의 범주 내에 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접 헬멧(200)의 개략도이다. 용접 헬멧(200)은 안면 쉴드(210) 및 안면 쉴드(210) 내부에 장착되는 헤드 하니스(head harness)(도시 안됨)를 갖는다. 안면 쉴드(210)는 적어도 용접공의 눈을 덮도록, 바람직하게는 적어도 용접공의 안면을 덮도록 형상화된다. 일부 예시적인 실시예에서, 도 5에 도시된 용접 쉴드와 같은 안면 쉴드(210)는 용접공의 귀를 또한 덮는다. 안면 쉴드(210)는 임의의 적합한 비-투명 재료로부터 제조될 수 있다. 바람직하게는, 용접 쉴드 재료의 투과율은 주 필터의 암 차광도에 대해 요구되는 것보다 낮다. 안면 쉴드(210)를 제조하는 하나의 예시적인 방법은 열가소성 재료의 사출 성형을 포함하며, 이 경우 재료는 색상이 흑색이고 경량인 특성을 가지며, 용융에 대한 높은 저항성 및 우수한 난연 특성을 갖는다. 안면 쉴드(210)에는 내부 반사를 감소시키기 위해 안면 쉴드 내측에 대한 무광택 표면 마무리(matt surface finish)가 제공될 수 있다.

헤드 하니스(도시 안됨)는 사용자의 머리 상에 안면 쉴드를 보유시키기에 적합한 임의의 장치를 포함할 수 있으며, 당업자에게 공지된 것들을 비롯한 임의의 적합한 방식으로 구성될 수 있다. 하나의 예시적인 하니스는 용접공의 머리에 고정되어 제위치에서 편안하게 유지되기 위해 조여질 수 있도록 원주 치수를 조정하기 위한 수단을 가진 플라스틱 재료의 밴드를 포함한다. 안면 쉴드(210)는 전형적으로 관자놀이와 귀 사이의 용접공의 머리의 측면들 상에서 헤드 하니스의 외부 대향하는 표면들 상에 있는 2개의 피봇 기구(208a, 208b)에 의해 헤드 하니스에 부착된다. 피봇 기구는 안면 쉴드(210)가 사용 중이 아닐 때 용접공의 시야 밖으로 상승되게 하고, 용접공이 용접 작업을 수행하기 전에 하강되게 하여, 안면 쉴드(210)가 용접 작업으로부터의 광학 방사선이 용접공의 눈, 및 바람직하게는 또한 안면과 귀에 직접 도달하는 것을 방지하도록 용접공의 안면과 아크 사이에 배치될 수 있다.

도 5에 도시된 예시적인 용접 헬멧은 안면 쉴드(210) 전방에 위치된 제1 개방부(202a) 내에 배열된 주 필터(202), 및 안면 쉴드(210) 내의 각각 제2 및 제3 개방부(204a, 206a) 내에 배열된 보조 필터(204, 206)를 포함한다. 보조 필터(204, 206)는 주 필터(202)의 양 측면(좌측 및 우측) 상에 그리고 주 필터 옆에 위치된다. 하나의 보조 필터(204 또는 206)가 주 필터(202)의 어느 한 측면 상에 배치되어, 용접공의 주변 시야가 확장된다. 전술된 바와 같이, 보조 필터들(204, 206)은 개별 구조물이며, 주 필터(202)로부터 분리되어 있다. 전방 개방부 내의 주 필터(202)는 용접공이 용접 작업을 수행할 때 그 또는 그녀가 필터(202)를 통해 용접 지점을 관찰할 수 있도록 배열된다. 용접 작업에 의해 발생되는 감쇠되지 않은 가시 방사선이 용접공의 눈에 직접적으로 도달하지 않도록 하는 방식으로 주 필터(202)가 장착되는 것이 중요하다.

주 필터(202) 및 보조 필터(204, 206) 중 임의의 하나 이상은 전술된 하나 이상의 전기-광학 요소를 포함할 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 보조 필터들(204, 206) 각각은 전기-광학 요소를 포함한다. 따라서, 주 필터(202) 및 보조 필터(204, 206) 중 하나 이상은 제1 상태가 제2 상태와 상이한 적어도 2개의 상태 사이에서 전환가능하다. 제1 상태는 명 상태일 수 있고, 제2 상태는 명 상태보다 높은 입사 가시 방사선의 감쇠도에 의해 특징지어지는 상태인 암 상태일 수 있다. 명 상태에서 보조 필터(204, 206)를 통해 투과되는 가시 방사선의 수준은 전형적으로 대략 차광도 2 내지 4이며, 암 상태에서의 차광도는 차광도 6 내지 차광도 12 또는 그보다 높을 수 있다. 그러나, 다른 차광도 수준이 본 발명의 범주 내에 있다. 예를 들어, 응용에 따라, 차광도 5는 암 상태 차광도 또는 명 상태 차광도로 고려될 수 있다.

예시적인 일 실시예에서, 보조 필터는 단지 하나의 명 차광도(예컨대, 2 내지 3), 그리고 단지 하나의 암 차광도(예컨대, 7 내지 10)을 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 보조 필터의 암 차광도는 용접공에 의해 선택될 수 있다. 용접공이 차광도를 선택할 수 있는 하나의 방식은 주 필터, 보조 필터 옆에, 또는 다른 적합한 위치에 위치되는 사용자 인터페이스 상의 적절한 버튼을 누르는 것이다. 따라서, 차광도는 용접공의 개인 선호도 및 보조 필터를 통해 얼마나 많은 가시 방사선 투과가 예상되거나 원하는 지에 따라 선택될 수 있다. 주 필터(202) 및 보조 필터(204, 206) 둘 모두가 전기-광학 요소를 포함하는 실시예에서, 주 필터의 암 상태 및 명 상태와 연관된 차광도는 보조 필터의 암 상태 및 명 상태와 동일하거나 상이할 수도 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 필터는 수동형이거나, 달리 영구적인 차광도로 유지될 수 있다.

보조 필터의 전환 속도는, 용접공이 보조 필터(204, 206)를 통해 용접 작업을 관찰하도록 의도되지는 않으므로, 주 필터(202)의 전환 속도만큼 빠를 필요는 없을 수 있다. 그러나, 전환 속도는 용접 작업의 시작 시에 보조 필터(204, 206)를 통해 용접 헬멧 내측으로 투과되는 가시 방사선이 용접공의 눈을 부시게 하는 내부 반사를 야기하지 않도록 하기에 충분하게 빠를 필요가 있다. 예시적인 실시예에서, 보조 필터 전환 속도는 1 ms 내지 5 ms의 범위 내일 수 있다. 보조 필터(204 또는 206)와 연관된 용접 검출기에 입사하는 가시 방사선의 수준이 용접 광에 대한 기준을 충족하지 못하는 경우, 보조 필터는 명 상태를 유지하여 용접공이 용접 작업 동안 그 또는 그녀의 주위에 대한 더 우수한 인식을 가능하게 할 것이다.

일부 예시적인 실시예에서, 보조 필터들(204, 205) 각각의 상태는 서로로부터 개별적이며 독립적으로, 그리고 주 필터(202)로부터 개별적이며 독립적으로 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 용접공이 용접 작업을 수행하도록 준비하고 있을 때, 주 필터(202) 및 보조 필터(204, 206)는 명 상태에 있을 수 있고, 용접공은 주 필터(202) 전방의 영역의 우수한 가시성 및 또한 주위에 대한 개선된 인식과 우수한 시야 둘 모두를 갖는다. 보조 필터(204, 206)의 명 상태는 주 필터(202)의 명 상태와 동일한 차광도 또는 그보다 밝은 차광도일 수 있으며, 그러함으로써 용접공의 주변 시야는 추가로 최적화되고, 일반적으로 주 필터의 명 상태보다 높거나 어두운 차광도를 가질 필요가 있는 수동형 측면 윈도우보다 우수한 시야를 제공한다. 용접공의 한쪽에서 다른 용접공이 용접 작업을 수행하는 경우, 다른 용접공의 측면 상의 보조 필터는 주 필터(202)의 상태와 관계 없이 다른 용접공의 용접 작업으로부터의 가시 방사선 수준이 사전에 한정된 기준을 충족하는 경우 암 상태로 어두워질 수 있다. 따라서, 보조 필터(204, 206)는 단지 이들에 입사하는 가시 방사선 수준이 이들이 어두워지는 것이 바람직한 수준에 있을 때, 암 상태로 전환한다.

도 6a는 보조 필터(204, 206)가 서로로부터 독립적으로 그리고 주 필터(202)로부터 독립적으로 전환될 수 있도록 하는 예시적인 필터 배열체를 예시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 각각의 필터는 별도의 연관된 용접 검출기 및 별도의 연관된 전자 제어기를 갖는다. 제1 용접 검출기(32) 및 제1 전자 제어기(62)는 주 필터(202)와 연관된다. 제1 용접 검출기(32)는 (광다이오드와 같은) 제1 센서(42), 및 제1 센서(42)로부터의 신호를 처리하고 주 필터(202) 및 제1 센서(42)에 도달하는 신호가 하나 이상의 기준을 만족하는지를 결정하기 위한 논리 함수(52)를 가진 제1 전자장치를 포함한다. 이러한 결정에 기초하여, 제1 제어기(62)는 주 필터(202)가 암 상태로 진입하거나 명 상태를 유지하도록 할 수 있다. 유사하게, 제2 용접 검출기(34) 및 제2 전자 제어기(64)는 보조 필터(204)와 연관된다. 제2 용접 검출기(34)는 (광다이오드와 같은) 제2 센서(44), 및 제2 센서(44)로부터의 신호를 처리하고 보조 필터(204) 및 제2 센서(44)에 도달하는 신호가 하나 이상의 사전에 한정된 기준을 만족하는지를 결정하기 위한 논리 함수(54)를 가진 제2 전자장치를 포함한다. 유사하게, 제3 용접 검출기(36) 및 제3 전자 제어기(66)는 보조 필터(206)와 연관된다. 제3 용접 검출기(36)는 (광다이오드와 같은) 제3 센서(46), 및 제3 센서(46)로부터의 신호를 처리하고 보조 필터(206) 및 제3 센서(46)에 도달하는 신호가 하나 이상의 사전에 한정된 기준을 만족하는지를 결정하기 위한 논리 함수(56)를 가진 제3 전자장치를 포함한다. 따라서, 이러한 예시적인 실시예에서, 각각의 필터는 다른 필터로부터 독립적으로 밝게 그리고 어둡게 될 수 있다.

전술된 실시예에 대해 대안적으로, 때로는 보조 필터(204)가 서로와 공동으로, 그리고/또는 주 필터(202)와 공동으로 제어되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우에, 필터의 전환을 동기화하기 위해, 필터들의 전자 제어기들 사이에 전기적 접속이 있을 수 있거나, 이들은 공통 전자 제어기를 가질 수 있다. 도 6b는 그러한 예시적인 필터 배열체를 예시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 각각의 필터는 별도의 연관된 용접 검출기 및 공통 전자 제어기(162)를 갖는다. 주 필터(202)와 연관된 제1 용접 검출기(132)는 (광다이오드와 같은) 제1 센서(142), 및 제1 센서(142)로부터의 신호를 처리하고 주 필터(202) 및 제1 센서(142)에 도달하는 신호가 하나 이상의 기준을 만족하는지를 결정하기 위한 논리 함수(152)를 가진 제1 전자장치를 포함한다. 유사하게, 보조 필터(204)와 연관된 제2 용접 검출기(134)는 (광다이오드와 같은) 제2 센서(144), 및 제2 센서(144)로부터의 신호를 처리하고 보조 필터(204) 및 제2 센서(144)에 도달하는 신호가 하나 이상의 사전에 한정된 기준을 만족하는지를 결정하기 위한 논리 함수(154)를 가진 제2 전자장치를 포함한다. 유사하게, 보조 필터(206)와 연관된 제3 용접 검출기(136)는 (광다이오드와 같은) 제3 센서(146), 및 제3 센서(146)로부터의 신호를 처리하고 보조 필터(206) 및 제3 센서(146)에 도달하는 신호가 하나 이상의 사전에 한정된 기준을 만족하는지를 결정하기 위한 논리 함수(156)를 가진 제3 전자장치를 포함한다.

제1, 제2 및 제3 용접 검출기(132, 134, 136)로부터의 입력은 주 필터(202) 및 보조 필터(204, 206)의 상태를 제어하기 위해 공통 전자 제어기(162)에 의해 처리된다. 일부 실시예에서, 용접공이 그들의 전방 시야 범위에서 불필요하게 높은 수준의 가시 방사선에 노출되지 않는 것을 보장하기 위해, 주 필터(202)가 지배적(dominant) 필터인 것(즉, 주 필터(202) 및 보조 필터(204, 206) 둘 모두가 제1 용접 검출기(132)로부터의 적절한 신호에 응답하여 어두워짐)이 바람직하다. 추가로 또는 대안적으로, 주 필터(202)에는 주 필터(202)가 필요하지 않거나 원하지 않는 시간에 전환되지 않는 것을 보장하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전자 제어기(162)는 용접이 (예컨대, 제1 검출기(132)에 의해서만) 전방 방향에서 검출된 때에만 주 필터(202)가 어두워지게 할 수 있다. 차례로, 보조 필터들(204, 206) 중 하나 또는 둘 모두는 용접 작업이 예컨대 검출기(134 또는 136)에 의해 특정 보조 필터 측면 상에서 검출된 때 어두워질 수 있다. 그러나, 이러한 예시적인 배열체는 또한 도 6a와 관련하여 기술된 바와 같이, 보조 필터 및/또는 주 필터의 독립적인 전환을 제공할 수 있다.

주 필터(202) 및 보조 필터가 공동으로 제어되는 다른 예시적인 실시예가 도 6c에 도시되어 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 주 필터(202)만이 연관된 용접 검출기(232) 및 전자 제어기(262)를 갖는다. 용접 검출기(232)는 (광다이오드와 같은) 센서(242), 및 센서(242)로부터의 신호를 처리하고 주 필터(202) 및 센서(242)에 도달하는 신호가 하나 이상의 기준을 만족하는지를 결정하기 위한 논리 함수(252)를 가진 전자장치를 포함한다. 용접 검출기(232)로부터의 입력은 주 필터(202) 및 보조 필터(204, 206)의 상태를 제어하기 위해 전자 제어기(262)에 의해 처리된다. 따라서, 전자 제어기(262)는 용접이 전방 방향에서 검출될 때 필터들 중 하나 이상 또는 전부가 어두워지게 할 수 있다.

필터들 중 하나 이상에 포함된 전기-광학 요소는 임의의 적합한 광학적 응답성 매체를 사용할 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 필터(주 필터(202) 및 보조 필터(204, 206) 둘 모두)는 하나 이상의 액정 셀을 포함한다. 전형적으로, 액정 셀은 유리 기판을 포함한다. 유리 기판은 높은 광학적 투명도를 가질 수 있다. 주 필터(202)가 매우 우수한 광학적 투명도를 갖는 것이 바람직하지만, 일부 실시예에서, 보조 필터(204, 206)가, 용접공이 보조 필터를 통해 용접 작업을 관찰하도록 의도되지는 않으므로, 동일한 높은 수준의 광학적 투명도를 갖는 것은 중요하지 않을 수 있다. 따라서, 보조 필터(204, 206)는 대안적으로 플라스틱 재료와 같은 다른 유형의 기판으로 제조될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 주 필터(202)는 제1 유형의 광학적 응답성 매체를 포함할 수 있고, 한편 보조 필터들(204, 206) 중 적어도 하나는 제1 유형과 상이한 제2 유형의 광학적 응답성 매체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 유형의 광학 매체는 액정 재료를 포함하고, 한편 제2 유형의 광학적 응답성 매체는 일렉트로크로믹 재료를 포함한다.

이제, 도 7a 및 도 7b를 보면, 예시적인 용접 헬멧(300)은 제1 안면 쉴드(310) 및 헤드 하니스(도시 안됨)를 포함한다. 제1 안면 쉴드(310)는 2개의 피봇 기구(308a, 308b)에 의해 헤드 하니스에 부착된다. 피봇 기구는 제1 안면 쉴드(310)가 사용 중이 아닐 때 용접공의 시야 밖으로 상승되게 하고, 용접공이 용접 작업을 수행하기 전에 하강되게 한다. 제1 안면 쉴드는 제1 개방부(330) 및 제1 개방부(330) 내에 배열된 투명 바이저(visor)(332)를 포함한다. 용접 헬멧(300)은 제1 안면 쉴드(310)에 이동가능하게 부착되는 제2 안면 쉴드(320)를 추가로 포함한다. 주 필터(302)는 제2 안면 쉴드(320) 내에 위치된 제2 개방부(302a) 내에 배열된다. 하방 위치에서, 제2 안면 쉴드(320)는 주 필터(302)가 사용자의 직선 시야 내에 있도록 배열되어, 용접공이 용접 작업을 수행할 때 이들이 주 필터(302)를 통해 용접 지점을 관찰할 수 있게 된다. 상방 위치에서, 제2 안면 쉴드(320)는 주 필터(302)가 사용자의 직선 시야 밖에 있도록 배열된다.

보조 필터(304, 306)는 안면 쉴드(310) 내의 각각 제3 및 제4 개방부(304a, 306a) 내에 배열된다. 보조 필터(304, 306)는 제2 안면 쉴드(320)가 하방 위치에 있을 때 주 필터(302)의 양 측면(좌측 및 우측) 상에 그리고 주 필터 옆에 위치된다. 제2 안면 쉴드(320)가 상방 위치에 있을 때, 보조 필터(304, 306)는 제1 개방부(330)의 양 측면(좌측 및 우측) 상에 위치된다. 주 필터(302) 및 보조 필터(304, 306) 중 임의의 하나 이상이 본 발명에 따른 하나 이상의 전기-광학 요소를 포함할 수 있다.

도 8은 제1 안면 쉴드(410) 및 헤드 하니스(440)를 포함하는 다른 예시적인 용접 헬멧(400)을 도시한다. 안면 쉴드(410)는 2개의 피봇 기구(408)(하나는 도시 안됨)에 의해 헤드 하니스(440)에 부착된다. 피봇 기구는 안면 쉴드(410)가 사용 중이 아닐 때 용접공의 시야 밖으로 상승되게 하고, 용접공이 용접 작업을 수행하기 전에 하강되게 한다. 제1 안면 쉴드(410)는 제1 개방부(430) 및 제1 개방부(430) 내에 배열된 투명 바이저(432)를 포함한다. 용접 헬멧(400)은 제1 안면 쉴드(410)에 이동가능하게 부착되는 제2 안면 쉴드(420)를 추가로 포함한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제2 안면 쉴드(420)는 피봇 기구(408)를 통해 제1 안면 쉴드(410)에 피봇식으로 부착된다.

주 필터(402)는 제2 안면 쉴드(420) 내에 위치된 제2 개방부(402a) 내에 배열된다. 2개의 보조 필터(404)(하나만 도시됨)는 제2 안면 쉴드(420) 내의 제3 및 제4 개방부(404a)(하나만 도시됨) 내에 배열된다. 보조 필터(404)는 주 필터(402) 옆에 그리고 주 필터의 양 측면(좌측 및 우측) 상에 위치된다. 하방 위치에서, 제2 안면 쉴드(420)는 주 필터(402)가 사용자의 직선 시야 내에 있는 반면 보조 필터(404)는 사용자의 직선 시야 밖에 있도록 배열된다. 따라서, 용접공이 용접 작업을 수행할 때, 그 또는 그녀는 주 필터(402)를 통해 용접 지점을 관찰할 수 있고 보조 필터(404)를 통해 주변 시야를 확보할 수 있다. 상방 위치에서, 제2 안면 쉴드(420)는 주 필터 및 보조 필터가 사용자의 시야 밖에 있도록 배열된다. 다른 예시적인 실시예에서와 같이, 주 필터(402) 및 보조 필터(404) 중 임의의 하나 이상이 본 발명에 따른 하나 이상의 전기-광학 요소를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 용접 헬멧이 지금까지 주 필터에 대해 개별적이고 주 필터로부터 분리되어 있으며 주 필터 옆에 위치되는 2개의 보조 필터 - 보조 필터가 주 필터의 양 측면 상에 하나씩 있음 - 를 갖는 것으로 예시되었다. 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예를 예시하는 추가의 용접 헬멧의 개략도이다. 용접 헬멧(500)은 용접공에게 주 필터를 통한 그 또는 그녀의 시야 범위 위의 환경에 대한 더 우수한 시야를 제공하기 위해, 측면 보조 필터(504, 506)에 더하여 또는 그 대신에, 주 필터(502) 위에 위치된 보조 필터(534)를 포함하는 안면 쉴드(510)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 특징은 머리 위로 이동하는 기계류가 존재하는 상황에서 용접공이 용접 작업을 수행하는 경우에 바람직할 수 있다. 역시 용접공의 주변 시야 및 그들의 주위에 대한 인식을 개선하기 위해 사용될 수 있는 보조 필터들의 다른 배열체, 예를 들어 주 필터(502) 아래에 위치된 보조 필터(536)가 제공될 수 있다.

대안적으로, 몇몇 보조 필터의 매트릭스가 주 필터(502) 주위에 배열될 수 있다. 이러한 상황에서, 보조 필터들은 상이한 전환 속도에서, 상이한 전환 임계치에서, 서로 독립적으로 또는 서로와 공동으로, 또는 이들의 임의의 조합으로 전환하도록 구성될 수 있다. 보조 필터(504, 506)는 차광도 3으로부터 8 내지 12의 선택가능한 차광도까지 전환가능할 수 있다. 용접공이 작업하고 있는 상황에 따라서, 용접 헬멧의 보조 필터가 용접공의 작업 위치 및/또는 용접 헬멧 상의 보조 필터의 위치에 따라 상이한 차광도로 설정되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 조명이 머리 위에 있는 상황에서 용접공이 작업하는 경우, 이들은 보조 필터(534)를 통해 투과되는 주변 조명이 주 필터(502) 상에서의 원하지 않는 반사를 야기하지 않도록 주 필터(502) 위에 위치된 보조 필터(534)가 차광도 4 내지 5의 명 차광도를 갖는 것을 원할 수 있다. 또한, 주 필터(502)의 양 측면 상에 하나 초과의 보조 필터가 위치되는 경우, 명 차광도 및 암 차광도는 용접 작업에 적절하도록 선택될 것으로 예상된다. 예를 들어, 보조 측면 필터(504, 506)보다 주 필터(502)로부터 더 멀리 있는 보조 측면 필터(524, 526)는 주 필터(502)에 더 가깝게 배치된 보조 필터(504, 506)보다 더 밝은 차광도(명, 암 또는 둘 모두)를 가질 수 있다.

보조 필터는 용접공에 의해 전환될 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 하나 이상의 보조 필터에는 용접공이 보조 필터의 상태 또는 차광도를 변경하게 하도록 전자 제어기와 전기 연결된 스위치가 제공될 수 있다. 일부 용접공은 필터가 그의 상이한 상태들 사이에서 전환할 때 필터의 상태에 대한 수동 제어가 가능할 것을 원한다. 예로서, 용접공이 많은 다른 용접 작업이 존재하는 환경에서 작업하는 경우, 용접공은 방사선의 강도와 관계 없이 이웃 용접 작업으로부터의 가시 방사선이 주의 산만을 야기하지 않도록 보조 필터가 오랜 기간 동안 암 상태에 있게 하는 것을 원할 수 있다. 이어서, 용접공은 그 작업 위치로부터 다른 작업 위치로 이동할 때, 즉 확장된 주변 시야가 이로울 때, 보조 필터(들)를 명 상태로 전환시키는 것을 원할 수 있다.

또한, 보조 필터는 보조 필터의 차광도가 스위치에 의해 변경될 수 있도록 구성될 수 있다. 스위치에 접속된 전자 제어기는 스위치의 계속적인 누름이 보조 필터를 일련의 상이한 차광도를 통해 변경되게 하도록 구성될 수 있다. 적합한 스위치는 주 필터 또는 보조 필터 부근에, 또는 임의의 다른 적합한 위치에 위치되는 멤브레인(membrane) 유형 스위치일 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 스위치가 용접 헬멧을 착용하고 있는 동안 용접공에 의해 작동될 수 있도록 위치될 수 있다. 푸시 버튼(push button) 스위치 및 로커(rocker) 스위치와 같은 다양한 유형의 스위치가 본 발명의 범주 내에 있다.

하나의 상태로부터 다른 상태로의 전환이 잦지 않고 이러한 전환이 스위치에 의해 일어나는 보조 필터를 포함하는 용접 헬멧 필터 배열체에서, 일렉트로크로믹 기술의 사용이 특히 유리하다. 하나 초과의 보조 필터가 용접 헬멧의 필터 배열체에 포함되는 경우, 보조 필터들의 전환은 하나의 스위치 또는 별도의 스위치들과 연관될 수 있다. 자동 모드와 함께 수동 스위치가 사용될 수 있다. 이러한 경우, 스위치는 용접공이 수동 모드 또는 자동 모드에서 보조 필터를 사용하는 것을 선택하도록 오버라이드(override) 스위치일 수 있다.

Claims (20)

1. 필터 배열체(filter arrangement)를 갖는 용접 헬멧(welding helmet)으로서,
   주 필터; 및
   주 필터로부터 분리되어 있고 주 필터 옆에 위치되는 적어도 하나의 보조 필터를 포함하며,
   적어도 하나의 보조 필터는 보조 필터에 입사하는 광학 방사선의 투과를 감쇠시키도록 구성된 전기-광학 요소(electro-optic element)를 포함하는 용접 헬멧.
2. 제1항에 있어서, 주 필터가 전기-광학 요소를 포함하는 용접 헬멧.
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