KR20200008664A - 스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 자동 다크닝 필터를 가진 시력-보호용 헤드기어 - Google Patents

스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 자동 다크닝 필터를 가진 시력-보호용 헤드기어 Download PDF

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KR20200008664A
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브리튼 지 빌링슬리
케네스 야르포스
크리스티나 엠 마그누손
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

보호용 헤드기어는 스위칭가능 셔터의 어레이를 가진 자동 다크닝 필터를 포함하고, 셔터 제어 시스템, 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치, 및 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치를 포함하며, 셔터 제어 시스템은 스위칭가능 셔터의 어레이의 각각의 스위칭가능 셔터에 제어가능하게 연결되어 스위칭가능 셔터 각각의 스위칭을 제어하고, 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치 및 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치에 수신가능하게 연결된다.

Description

스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 자동 다크닝 필터를 가진 시력-보호용 헤드기어
자동 다크닝 필터(automatic darkening filter)는 흔히 높은 세기의 광으로부터의 보호가 요구되는 경우에 보호용 헤드기어(protective headgear) 상에 제공된다.
대략적인 요약으로, 스위칭가능 셔터의 어레이(array of switchable shutter)를 가진 자동 다크닝 필터를 포함하고, 셔터 제어 시스템, 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치(workview image acquisition device), 및 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치(eye position monitoring device)를 추가로 포함하는 시력-보호용 헤드기어(vision-protective headgear)가 본 명세서에 개시된다. 이들 및 다른 태양이 아래의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도, 청구가능한 발명 요지가 최초 출원된 출원의 청구범위에 제시되든 또는 보정되거나 달리 절차 진행 중에 제시되는 청구범위에 제시되든 간에, 이러한 대략적인 요약이 그러한 청구가능한 발명 요지를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 그 내부에 장착된 예시적인 자동 다크닝 필터를 포함하는 예시적인 시력-보호용 헤드기어의 전방측 사시도.
도 2는 도 1의 예시적인 보호용 헤드기어 및 자동 다크닝 필터의 후방측 사시도.
도 3은 만곡형 자동 다크닝 필터(curved automatic darkening filter)의 예시적인 스위칭가능 셔터의 구성요소의 격리된 분해 측면 사시도.
도 4는 만곡형 자동 다크닝 필터의 다른 예시적인 스위칭가능 셔터의 구성요소의 격리된 분해 측면 사시도.
도 5는 예시적인 만곡형 액정 셀(liquid-crystal cell)의 개략적인 단면도.
도 6은 만곡형 자동 다크닝 필터의, 액정 픽셀의 어레이(array of liquid-crystal pixel)에 의해 제공되는, 예시적인 스위칭가능 셔터의 어레이의 일부분의 격리된 분해 측면 사시도.
도 7은 만곡형 자동 다크닝 필터의 스위칭가능 셔터의 제1 및 제2 어레이의 예시적인 배열의 사시도.
도 8은 자동 다크닝 필터의 일 실시예의 블록도.
도 9는 사용자의 머리 상에 장착된 보호용 헤드기어에서의 작동 시의, 스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 예시적인 만곡형 자동 다크닝 필터의 전반적인 표현으로의 평면도.
다양한 도면에서 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 나타낸다. 일부 요소는 동일하거나 동등한 다수로 존재할 수 있으며; 그러한 경우에 단지 하나 이상의 대표적인 요소가 도면 부호에 의해 지정될 수 있지만, 그러한 도면 부호는 모든 그러한 동일한 요소에 적용되는 것이 이해될 것이다. 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서의 모든 도면은 축척대로 그려진 것은 아니며, 본 발명의 상이한 실시예를 예시하는 목적을 위해 선택된다. 특히, 다양한 구성요소의 치수는 단지 예시적인 관점에서 도시되며, 다양한 구성요소의 치수들 사이의 관계는 그렇게 지시되지 않는 한 도면으로부터 추론되어서는 안 된다. "상단부", "저부", "상부", "하부", "아래", "위", "전방", "후방", "외향", "내향", "상방" 및 "하방", 및 "제1" 및 "제2"와 같은 용어가 본 개시 내용에 사용될 수 있지만, 이들 용어는 달리 언급되지 않는 한 그들의 상대적 의미로만 사용되는 것이 이해되어야 한다. 특성 또는 속성에 대한 수식어로서 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "대체로"는 달리 구체적으로 정의되지 않는 한, 특성 또는 속성이 높은 정도의 근사를 요구함이 없이(예컨대, 정량화할 수 있는 특성에 대해 +/- 20% 이내) 당업자에 의해 용이하게 인식가능할 것임을 의미한다. 용어 "실질적으로"는 달리 구체적으로 정의되지 않는 한, 높은 정도의 근사(예컨대, 정량화할 수 있는 특성에 대해 +/- 5% 이내)를 의미한다.
자동 다크닝 필터(60)를 포함하는 보호용 헤드기어(1)가 본 명세서에 개시된다. 다양한 예시적인 실시예에서, 보호용 헤드기어(1)는 예컨대 헬멧(helmet), 실드(shield), 또는 바이저(visor)(예컨대, 용접 헬멧, 실드 또는 바이저)를 포함할 수 있으며, 이때 항상 이들 범주의 보호용 헤드기어 사이에 명확한 경계가 있지는 않을 수 있음에 유의한다. 도 1 및 도 2의 전방측 및 후방측 사시도에서 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 예시적인 보호용 헤드기어(1)는 (헤드기어(1)가 사람에 의해 통상적으로 착용된 바와 같은 상태에서) 대체로 전방 측부(81), 대체로 후방 측부(82), (예컨대, 착용자의 머리의 정수리를 향한) 대체로 상향 또는 상부 측부(83), 및 (예컨대, 사용자의 목을 향한) 대체로 저부 측부(84)를 포함하는 본체(20)를 포함한다. 본체(20)는 (헤드기어를 착용한 사용자의 관점에서 표시된) 좌측 측부(85) 및 우측 측부(86)를 추가로 포함한다. 본체(20)는 광학적-투과성 윈도우(2)를 포함하는 대체로 전방향(forward-facing) 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 광학적-투과성 윈도우(2)는 관통-개구의 형태를 취할 수 있고; 다른 실시예에서, 그것은 그 내부에 장착되는 하나 이상의 투명 페인(transparent pane)을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 보호용 헤드기어(1)는 그의 일부분을 도 1에서 볼 수 있는 서스펜션(suspension)(90)을 포함할 수 있다(서스펜션은 헤드기어의 다른 구성요소의 설명의 용이함을 위해 도 2로부터 생략됨). 서스펜션(90)은 임의의 적합한 부착 메커니즘(91)에 의해 보호용 헤드기어(1)에 부착될 수 있다. 임의의 적합한 설계의 임의의 서스펜션이 사용될 수 있으며, 예컨대 이마 밴드, 정수리 밴드, 후두부 밴드 등의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다. 그러한 서스펜션에 더하여, 예컨대 헤드기어(1)의 정수리 부분의 밑면 상에 하나 이상의 패드(pad)가 제공될 수 있으며, 이러한 패드는 보호 및/또는 완충 기능을 제공할 수 있다. 자동 다크닝 필터(60)는 임의의 적합한 방식으로 보호용 헤드기어(1) 내에 (제거가능하게 또는 영구적으로) 장착될 수 있다. 어떤 방식으로든, 자동 다크닝 필터(60)는 필터(60)가 윈도우(2)의 적어도 일부분과 정렬되어 필터(60)가 윈도우(2)를 통과하는 전자기 방사선(예컨대, 가시광, 자외 방사선, 적외 방사선 등)을 필터링할 수 있도록 헤드기어(1) 내에 장착된다. 즉, 자동 다크닝 필터(60)는 헤드기어를 착용한 사람의 눈에 도달하는 임의의 전자기 방사선이 본 명세서에 기술되는 바와 같이 광학적으로 필터링되도록 필터(60)를 먼저 통과하여야 하도록 보호용 헤드기어(1) 내에 위치된다.
적어도 일부 실시예에서, 자동 다크닝 필터(60)는 본 명세서에 상세히 후술되는 바와 같이 적어도 어느 정도 만곡된다. 흔히, 보호용 헤드기어(1)는 보호용 헤드기어가 사용자에 의해 착용될 때 필터(60)의 측방향 중심 영역이 사용자의 눈의 전방에 위치되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 필터(60)는 원하는 정도로 보호용 헤드기어의 좌측 및 우측 측방향 측부를 향해 주위를 적어도 부분적으로 감싸는 영역(측방향 중심 영역에 일체로 연결되고 그것으로부터 연장됨)을 포함할 수 있다. 비교적 작은 정도의 측부-감싸기가 도 1의 예시적인 설계에 존재하지만, 임의의 양의 측부-감싸기가 원하는 대로 사용될 수 있다. 요구되는 경우, 필터(60)는 예컨대 필터(60)를 손상 또는 파편으로부터 보호하기 위해 하나 이상의 투명 페인, 커버 플레이트(cover plate) 등의 후방에 편리하게 위치될 수 있다.
도 3은 예시적인 만곡형 자동 다크닝 필터(60)의 예시적인 스위칭가능 셔터(10)의 분해도를 도시한다. 일부 실시예에서, 셔터(110)의 하나의(예컨대, 수동(passive)) 구성요소는 높은 세기의 입사 광으로부터 적외선(IR) 및 자외선(UV) 파장 성분을 감쇠시키는 역할을 하는 대역 통과 필터(112)일 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 대역 통과 필터는 입사 광의 IR 방사선을 반사하고 UV-A, -B 및/또는 -C 성분을 흡수하는 간섭 필터를 형성하기 위해 다양한 층이 그 상에 침착될 수 있는 가요성 시트(flexible sheet)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 시트는 셔터(10)를 위한 가요성 전방 커버 시트(601)로서의 역할을 할 수 있다. 일부 실시예에서, 셔터(10)는 대역 통과 필터(112)의 전방에 위치되는 별개의 가요성 전방 커버 시트를 포함할 수 있다. (일부 실시예에서, 셔터(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 가요성 후방 커버 시트(604)를 포함할 수 있다.)
도 3에 도시된 바와 같은 예시적인 스위칭가능 셔터(10)는 제1 편광 필터(114), 제1 광학적-회전 액정 셀(116), 및 제2 편광 필터(118)를 포함한다. 제1 셀(116)은 제1 및 제2 편광 필터들(114, 118) 사이에 위치되는(개재되는) 꼬인 네마틱(twisted, nematic) 액정 셀일 수 있다. 편광 필터(114, 118)는 제1 편광 필터(114)의 편광 방향이 제2 편광 필터(118)의 편광 방향에 대략 90°로 배향되는 실질적으로 직교하는 편광 방향을 갖는다. 당업자에 의해 잘 이해될 바와 같이, 이들 직교하는 편광 방향은 셀(116)이, 제어 전압이 셀(116)에 인가되지 않을 때 밝은 상태(light state)로 스위칭되고 밝은 상태를 유지할 수 있게; 그리고 전압이 셀(116)에 인가될 때 어두운 상태(dark state)로 스위칭되고 어두운 상태를 유지할 수 있게 한다(즉, 파워-다크닝(power-darkening)됨).
도 3의 예시적인 액정 셀은 또한 위에 언급된 제2 편광 필터(118)와 제3 편광 필터(122) 사이에 위치되는 제2 광학적-회전 액정 셀(120)을 포함한다. 제2 셀(120)은 또한 꼬인 네마틱 액정 셀일 수 있다. 예시된 실시예에서, 편광 필터(122)는 편광 필터(118)의 편광 방향에 실질적으로 평행한 편광 방향을 갖는다. 이들 평행한 편광 방향은 셀(120)이, 제어 전압이 셀(120)에 인가되지 않을 때 어두운 상태로 스위칭되고 어두운 상태를 유지할 수 있게; 그리고 전압이 셀(120)에 인가될 때 밝은 상태로 스위칭되고 밝은 상태를 유지할 수 있게 한다. (이러한 유형의 액정 셀은 당업자에 의해 파워-라이트닝(power-lightening)되는 것으로 이해될 것이다.)
따라서, 도 3은 2개의 액정 셀(116, 120)이 일련의 3개의 편광 필터들(114, 118, 122) 사이에 산재되는 일반적인 배열을 나타낸다. 도 3에 도시된 특정 설계에서, 3개의 편광 필터는 제1 쌍의 편광 필터(114, 118)가 서로 실질적으로 직교하게 배향되고 제2 쌍의 편광 필터(118, 122)가 서로 실질적으로 평행하게 배향되도록 배열된다. 그러한 배열(특히, 서로 평행하게 배향되는 한 쌍의 편광 필터의 존재)은 셔터(10)가 예컨대 전력 차단의 경우에 보다 어두운 상태로 전이될 선택적인 특징을 제공하기 위해, 하나의 액정 셀(도시된 설계에서, 셀(120))이 파워-라이트닝 셀인 것을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 2개의 액정 셀이 일련의 3개의 편광 필터들 사이에 산재될 수 있으며, 이때 편광 필터는 제1 쌍의 필터와 제2 쌍의 필터가 (도 6을 참조하여 본 명세서에서 이후에 논의되는 예시적인 배열에서와 같이) 서로 실질적으로 직교하게 배향되도록 배열된다. 그러한 배열은, 특히 셔터가 다수의 어두운 상태를 제공하는 것이 요구되는 경우에, 어두운 상태에서 향상된 각도 균일성을 제공할 수 있다.
각각의 액정 셀(116, 120)에는 제어 전압이 이들 셀에 인가될 수 있게 하는 커넥터(124, 126)가 각각 제공된다. 커넥터에 대한 전압의 인가는 액정 셀의 층들 사이에 전기장을 생성한다. 네마틱 액정 분자는 셀의 주 면을 둘러싸는 한정 표면에 수직한 전기장과 정렬된다. 직교하는 편광 필터들(예컨대, 도 3의 필터들(114, 118)) 사이에 위치되는 액정 셀에서, 전기장에 의해 촉진되는 바와 같은 액정 분자의 이러한 정렬은 다크닝된 상태를 달성한다. 평행한 편광 필터들(예컨대, 도 3의 필터들(118, 122)) 사이에 위치되는 액정 셀에서, 그 반대가 일어난다. 액정 분자의 회전의 정도는 제어 전압을 변화시킴으로써 제어될 수 있으며, 그에 따라 대응하는 필터 효과가 또한 제어될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 셔터는 어두운 상태 및 밝은 상태로 제한되기보다는 하나 이상의 중간 상태로 스위칭되고 그것을 유지할 수 있다.
도 4는 대안적인 실시예의 스위칭가능 셔터(110')의 분해도를 도시한다. 셔터(110')는 3개의 액정 셀(116, 120, 128)을 포함한다. 제1 액정 셀(116)은 제1 및 제2 편광 필터들(114, 118) 사이에 배치되고, 제2 액정 셀(120)은 제2 및 제3 편광 필터들(118, 122) 사이에 배치되며, 제3 액정 셀(128)은 제4 편광 필터(130)와 제1 편광 필터(114) 사이에 배치된다. 도 3의 예시적인 배열에서, 제1 및 제3 액정 셀(116, 128)은 각각 서로 적어도 실질적으로 직교하게 배향되는 편광 필터들의 쌍들 사이에 개재되어, 액정 셀(116, 128)은 위에 언급된 파워-다크닝 유형의 셀이다. 액정 셀(116, 128)은 서로 실질적으로 동일할 수 있지만, 그들은 대체로 서로에 대해 (예컨대, 약 180°) 회전되어, 상이한 시야각에 대해 보다 적은 광학적 변화를 부여한다. 즉, 액정 셀(116, 128)의 정렬 방향은 서로에 대해 비대칭으로 배향될 수 있다. 대면하는 분자 정렬 방향이 평행하지 않도록 2개의 그러한 액정 셀을 함께 위치시키는 것은 유리하게는 필터링 효과의 각도 의존성을 낮추게 할 수 있다. 특히 어두운 상태에서의 균질성은 또한 매그너슨(Magnusson)의 미국 특허 제7,884,888호에 상세히 논의된 바와 같이, 약 1 내지 20도만큼 오프셋된(offset) 편광기의 사용에 의해 향상될 수 있다. 그러한 오프셋 편광기는 예컨대 셀-갭 기하학적 구조(cell-gap geometry)의 변화, 구조체의 접착제 층에서의 원하지 않는 복굴절, 및 상이한 시야각에 의해 유발되는 시야 영역의 불균일한 셰이드(shade)를 제거할 수 있다. 도 4의 설계에서, 제2 액정 셀(120)은 서로 평행하게 배향되는 편광 필터들(118, 122) 사이에 개재된다. 따라서, 액정 셀(120)은 전압이 인가되지 않은 경우에 자동으로 다크닝되는 파워-라이트닝 셀일 수 있다. (셔터가 예컨대 전력 차단의 경우에 자동으로 다크닝되는 선택적인 기능의 부재 시에도, 셔터는 본 명세서에 전술된 바와 같이 수동(변화되지 않는) UV 및 IR 차단 층의 존재로 인해 UV 및 IR 보호를 일정하게 제공할 것임이 인식될 것이다.)
도 3 및 도 4의 설계가 단지 예시적인 설계이고, 본 명세서에 개시된 배열 및 방법이 예컨대 액정 셀, (임의의 배향으로의) 편광 필터, 대역-통과 필터, 커버 시트 등의 임의의 원하는 조합에 의존하여 임의의 자동 다크닝 필터에 사용될 수 있는 것이 인식될 것이다.
도 5는 전술된 셀(116, 120, 128) 중 임의의 것에 사용될 수 있는 것과 같은 예시적인 액정 셀(134)을 도시한다. 셀(134)은 2개의 광학적-투명 가요성 층(140, 142)을 포함하는 층상(laminar) 구조체이다. 그러한 액정 셀이 예컨대 유리로 또는 임의의 적합한 유기 중합체 필름으로 제조되는 다양한 그러한 층을 사용하여 구현될 수 있다. 각각의 층의 두께는 약 10 마이크로미터(μm) 내지 200 μm, 더욱 전형적으로는 약 30 내지 150 μm, 더욱 더 전형적으로는 약 75 내지 125 μm일 수 있다. (액정 셀 내에 존재하는 바와 같은) 층(140, 142)은 전형적으로 무한 곡률보다 작은 반경, 전형적으로는 약 5 내지 30 센티미터(cm), 더욱 전형적으로는 약 7 내지 20 cm의 곡률 반경을 갖는다. 곡률은 일정하지 않은 반경을 나타낼 수 있는데, 예를 들어 그것은 포물선, 현수선(catenary), 외사이클로이드(epicycloidal), 및 자유 형태일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 그러한 액정 셀로 구성되는 셔터를 포함하는 만곡형 자동 다크닝 필터(60)는 예컨대 비교적 작은 곡률 반경을 가진 (사용자의 눈의 바로 전방의) 아치형 전방-중심 영역을 포함할 수 있고, 덜 급격히 만곡되는(예컨대, 상대적으로 더 평평한) 우측 및 좌측 측부 영역을 포함할 수 있다.
광학적-투명 가요성 층(140, 142)의 내향 대면 표면 상에, 각각 투명 전도성 전극 층(144, 146)(예컨대, 인듐 주석 산화물 층)이 제공된다. 전극(144, 146)에 전압을 인가함으로써, 전기장이 액정 층(148)을 가로질러 생성되어 액정 분자의 배향을 변화시킨다. 정렬 층(150, 152), 예를 들어 특정 정렬 방향으로 기계적으로, 예컨대 브러싱(brushing) 또는 러빙(rubbing)에 의해 처리된 폴리이미드 층이 각각 전극(144, 146)에 맞닿아 병치된다. 정렬 층(150, 152)은 갭을 형성하고 유지하기 위해 셀 내부에 동일한 크기의 스페이서(154)를 사용하여 이격된다. 셀 에지는 미국 뉴저지주 크랜베리 소재의 놀랜드 프로덕츠(Norland Products)로부터 입수가능한 놀랜드 68과 같은 에지 접착제(156)를 사용하여 밀봉될 수 있다. 셀이 완전히 밀봉되기 전에, 네마틱 분자(158)가 층들(150, 152) 사이의 갭 내에 배치되어 액정 층(148)을 형성한다. 정렬 층(150, 152)은 액정 네마틱 분자(158)가 표면에서 특정 각도 위치를 취하게 하여, 이러한 배열을 중단시키도록 전기장을 받게 될 때까지, 분자가 이들 표면 사이에서 그들 각각의 꼬임각(twist angle)을 통해 꼬이도록 한다.
일부 실시예에서, 꼬인 네마틱 액정 셀은 100도 미만, 예컨대 0 또는 1 내지 99도의 꼬임각을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 그러한 액정 셀은 1 내지 85도의 꼬임각을 가질 수 있다. 더욱 구체적으로, 낮은 꼬임의 액정 셀의 꼬임각은 약 30 내지 70도일 수 있다. 낮은 꼬임의 액정 셀을 갖는 자동 다크닝 필터가 팔머(Palmer) 등의 미국 특허 제6,097,451호에 기술되고; 또한 회르넬(
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) 등의 미국 특허 제5,825,441호를 참조한다. 일부 실시예에서, 꼬인 네마틱 액정 셀은 예컨대 약 120도 이상의 보다 높은 꼬임각을 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 그러한 셀은 최대 약 240도의 꼬임각을 가질 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 자동 다크닝 필터(60)는 도 1 및 도 2에서 전반적인 표현으로 나타낸 바와 같이, (개별적) 스위칭가능 셔터(10)의 어레이를 포함한다. 스위칭가능 셔터(10) 및 그의 다양한 구성요소(액정 셀, 편광 필터 등)의 위의 설명이 셔터(10)가 자동 다크닝 필터의 광학적 활성 영역 전체를 차지하는 단일의 큰 셔터의 형태인지, 또는 그것이 자동 다크닝 필터의 광학적 활성 영역 내에 존재하는 개별적 스위칭가능 셔터의 어레이 중 하나의 셔터인지에 관계없이 적용되는 것이 인식될 것이다. 전술된 구성요소 모두가 어레이의 각각의 셔터에 대해 별도로 제공되는 개별적 스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 자동 다크닝 필터를 제공하는 것이 가능할 수 있음이 추가로 인식될 것이다. 그러나, 적어도 일부 구성요소가 셔터의 어레이의 다수의 셔터들 사이에서 공유되는 경우에 상당한 이점이 발생할 수 있다.
하나의 그러한 접근법이 도 3에 도시된 일반적인 유형의 셔터(즉, 2개의 액정 셀이 3개의 편광 필터 사이에 연속하여 산재되어 있음)에 의존하는 도 6의 예시적인 실시예에 도시되지만, 도 6의 설계는 제2 쌍의 편광 필터의 편광 필터가 서로 실질적으로 직교하게 배향된다는 점에서 도 3의 설계와 상이하다. 도 6에 도시된 일반적인 유형의 배열에서, 개별적 스위칭가능 셔터의 어레이를 제공하기 위한 준비가 이루어진다. 그러한 접근법에서, 개별적 스위칭가능 셔터(10)의 어레이가 제1 액정 셀(166) 내에, 즉 편광 필터들(114, 118) 사이에 액정 "픽셀"(216)의 어레이를 제공함으로써 달성될 수 있다. 그러한 접근법에서, 편광 필터(114, 118) 및 제3 편광 필터(122)는 자동 다크닝 필터(60)의 광학적 활성 영역의 길이 및 폭에 걸쳐 연장되는 그들의 통상의 형태를 취할 수 있다. 즉, 셔터의 어레이가 개별 액정 셀을 포함하는 어레이를 제공하여야 하기보다는 액정 셀(116)의 액정 픽셀(216)의 어레이를 제공함으로써 달성될 수 있다. 실제로, 도 5에 도시된 예시적인 액정 셀 설계를 참조하면, 광학적-투명 가요성 층(예컨대, 유리 층)(140, 142), 정렬 층(150, 152), 및 심지어 액정 층(148)은 모두 예컨대 자동 다크닝 필터의 전체 광학적 활성 영역의 대부분 또는 전부에 걸쳐 연장될 수 있다.
바꾸어 말하면, 본 명세서에 개시된 효과는 개별 액정 셀(116)이 개별적 스위칭가능 셔터의 어레이를 얻기 위해 별개의 형태(예컨대, 별개의 쌍의 가요성 층(140/142) 등으로 구성됨)로 제공되어야 하는 것을 필요로 하지 않는다. 오히려, 개별적 스위칭가능 셔터의 어레이를 제공하는 것은 예를 들어 원하는 사전결정된 패턴으로 액정 셀의 전극 층(144, 146) 중 어느 하나 또는 둘 모두를 구성함으로써 달성될 수 있다. 즉, 예컨대 인듐 주석 산화물과 같은 투명 전도체가 층(140 및/또는 142)의 표면 상에 예컨대 횡렬 트레이스(row trace) 및 종렬 트레이스(column trace)로 코팅되는 패턴은 액정 층(148)의 개별 영역이 개별적으로 제어 전압을 받게 되도록 허용하기 위해 제어될 수 있다. 이는 액정 층의 특정 영역(즉, "픽셀")이 액정 층의 다른 픽셀과 독립적으로 작동되도록 허용하여, 액정 층의 각각의 픽셀이 자동 다크닝 필터의 별도로 제어가능한 셔터를 제공한다. 그러한 배열은 자동 다크닝 필터의 일부 영역(셔터)이 예컨대 어두운 상태로 스위칭되도록 허용하는 한편, 다른 영역(다른 셔터)이 예컨대 밝은 상태로 유지되도록 허용하며, 이때 모든 그러한 영역은 하나 이상의 광학적-투명 가요성 층, 정렬 층, 및/또는 액정 층의 사용을 공유한다.
일부 실시예에서, 전술된 기능은 예컨대 자동 다크닝 필터에서 연속하여 존재할 수 있는 다수의 액정 셀의 하나의 액정 셀(층) 내에만 픽셀을 제공함으로써 달성될 수 있다. 즉, 도 6의 배열을 참조하면, 일부 실시예에서 제2 액정 셀(120)은 통상적인 (비픽셀화된(nonpixelized)) 액정 셀일 수 있다. 그러한 경우에, 제1 액정 셀 층(116)의 개별 픽셀(216)에 의해 달성되는 밝은/어두운 상태의 변화는 제2 액정 셀 층(120)에 의해 자동 다크닝 필터의 전체 광학적 활성 영역에 적용되는 밝은/어두운 상태의 변화에 가산적으로(additively) 또는 감산적으로(subtractively) 중첩될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 액정 셀(120)에는 제1 액정 셀(116)에 대해 기술된 바와 유사한 방식으로 (예컨대, 위에서 논의된 바와 같은 전도성 경로의 조작에 의해) 픽셀이 유사하게 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 액정 셀(120)의 그러한 픽셀은 제1 액정 셀(116)의 픽셀(216)과 정렬되고 정합될 수 있다. 그러한 배열에서, 제1 및 제2 액정 셀의 픽셀의 각각의 쌍은 자동 다크닝 필터를 통한 광학 경로를 따라 연속하여 놓일 수 있고, 따라서 2개의 픽셀의 각각의 쌍이 자동 다크닝 필터의 개별적 제어가능 셔터로서 협동하여 기능하도록 작동될 수 있다.
본 명세서에 기술된 배열이 예컨대 개별적 스위칭가능 파워-다크닝 셔터를 포함하는 만곡형 자동 다크닝 필터의 제조의 용이성을 제공할 수 있는 것이 인식될 것이다.
스위칭가능 셔터의 어레이는 (예컨대 광 경로를 따라 연속하여 배열되는 셔터와는 대조적으로) 자동 다크닝 필터의 광학적 활성 영역의 측방향 및 수직 범위의 적어도 일부분을 따라 배열되는 (적어도 10개의 개별적 제어가능 액정 픽셀의 세트로부터 유래하는) 적어도 10개의 셔터의 세트를 의미한다. 다양한 실시예에서, 스위칭가능 셔터의 어레이는 적어도 약 20, 40, 60, 100, 200, 400, 800, 또는 1600개의 스위칭가능 셔터를 포함할 수 있다. 추가의 실시예에서, 스위칭가능 셔터의 어레이는 최대 약 5000, 4000, 3000, 2000, 1000, 500, 300, 또는 150개의 스위칭가능 셔터를 포함할 수 있다.
셔터(10)의 어레이는 개별 셔터의 크기 및 형상의 관점, 및 어레이 내의 그들의 배열의 관점 둘 모두에서, 임의의 적합한 설계를 가질 수 있다. (예컨대, 도 6에 도시된 배열이 전반적인 표현이고, 여기에 도시된 바와 같은 중심간 간격, 에지간 간격, 크기 및 형상과 같은 파라미터가 축척에 맞게 도시된 것은 아니며 비제한적이라는 것이 인식될 것이다.) 다양한 실시예에서, 개별 셔터는 각각 자동 다크닝 필터의 적어도 약 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 또는 10.0 제곱밀리미터를 차지할 수 있다. 추가의 실시예에서, 개별 픽셀은 각각 최대 약 200, 100, 60, 40, 20, 10, 또는 5 제곱밀리미터를 차지할 수 있다. 개별 셔터는 임의의 원하는 형상, 예컨대 적어도 대체로 직사각형(예컨대, 정사각형), 원형, 타원형, 또는 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 셔터는 임의의 적합한 기하학적 구성(예컨대, 정사각형, 직사각형, 육각형) 및 중심간 간격의 어레이로 배열될 수 있다. 셔터의 에지간 간격이 또한 조작될 수 있는데; 예컨대, 그것은 어레이의 개별 셔터들 사이의 임의의 광 누설을 최소화하기 위해 가능한 한 작게 제조될 수 있다. 셔터의 어레이는 자동 다크닝 필터의 광학적 활성 영역의 임의의 원하는 범위를 차지할 수 있다. 하나 이상의 액정 셀의 픽셀을 제공하여 어레이의 개별 셔터를 제공하기 위해 (예컨대, 교차하는 횡렬 트레이스 및 종렬 트레이스로) 투명 전도성 층(144, 146)을 패턴화하는 것은 임의의 적합한 형태를 취할 수 있다. 다양한 실시예에서, 패턴화는 액정 셀의 어레이를 어드레싱하고(address) 제어하기 위해 사용될 수 있는 수동-매트릭스(passive-matrix) 또는 능동-매트릭스(active-matrix) 방법론에 따를 수 있다.
스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 자동 다크닝 필터의 설계 및 기능이 지금까지 도 3에 도시된 일반적인 유형의 구조체를 참조하여 기술되었지만, 그러한 접근법이 예컨대 도 4에 도시된 일반적인 설계의 임의의 적합한 자동 다크닝 필터에 유용할 수 있는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은 액정 셀(층)(116, 128) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 도 6을 참조하여 기술된 일반적인 유형의 액정 픽셀의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단지 하나의 그러한 액정 셀 층이 그러한 어레이를 가질 수 있으며; 다른 실시예에서, 적어도 2개의 그러한 액정 층이 그러한 어레이를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 2개의 액정 셀 층(예컨대, 도 4의 층(116, 128))이 각각 액정 픽셀의 어레이를 가질 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 2개의 그러한 액정 층은 예컨대 필터링 효과의 임의의 각도 의존성을 감소시키기 위해 서로에 대해 비대칭으로(예컨대, 비스듬히) 배향될 수 있다. 그러한 경우에, 2개의 액정 층은 각각 픽셀의 어레이를 포함할 수 있고; 이때 요구되는 경우, 하나의 어레이의 액정 픽셀의 일부 또는 전부는 다른 어레이의 액정 픽셀의 적어도 일부에 관하여 비대칭으로 배향된다.
일부 실시예에서, 자동 다크닝 필터의 광학 경로를 따른 제1 및 제2 층 내의 액정 픽셀의 제1 및 제2 어레이(및 결과적인 셔터의 어레이)의 존재는 추가의 이점에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 어레이의 적어도 일부의 액정 픽셀 및 결과적인 셔터(10)는 제2 어레이의 적어도 일부의 액정 픽셀 및 결과적인 셔터(210)에 관하여 병진식으로 오프셋될 수 있다. 다른 구성요소가 설명의 용이함을 위해 생략된 도 7에 (임의의 곡률이 도시되지 않은 상태로) 이상화된 표현으로 도시된 그러한 배열은 하나의 어레이의 개별 셔터들의 에지들 사이에 존재할 수 있는 임의의 공간의 적어도 일부 부분이 다른 어레이의 셔터에 의해 적어도 부분적으로 중첩될 수 있게 할 수 있다. 이는 개별 셔터들의 에지들 사이를 통과함으로써 자동 다크닝 필터의 셔터의 어레이를 통해 누설될 수 있는 광의 양을 감소시킬 수 있다. 셔터의 임의의 그러한 병진식-오프셋 어레이가 원하는 대로 사용될 수 있다. 물론, 예컨대, 그렇지 않을 경우 셔터의 어레이 내에 존재할 임의의 누설 경로와 일치하도록 배열되는 (예컨대, 수동) 광-차단 재료의 패턴을 가진 층을 광학 스택(optical stack) 내에 포함시킴으로써, 그러한 누설을 보상하는 다른 방식이 있다는 것이 인식될 것이다. 임의의 그러한 배열이 본 명세서에 개시된 바와 같은 어레이(또는 어레이 스택)와 조합하여 사용될 수 있다.
자동 다크닝 필터(60) 및 그의 스위칭가능 셔터(10)는 약 1개, 2개, 또는 3개의 축을 중심으로 만곡될 수 있다. 전형적으로, 용접 헬멧에 사용되는 자동 다크닝 필터는 1개 또는 2개의 축을 중심으로, 예컨대 수직 축을 중심으로 만곡될 것이다. 적어도, 자동 다크닝 필터는 (예컨대, 도 9의 예시적인 배열에서와 같은) 평면도에서 볼 때 그의 측방향 범위의 적어도 일부분을 따라 만곡될(아치형)(즉, 수직 축에 대해 만곡될) 것이다. 다양한 실시예에서, 자동 다크닝 필터는 평면도에서 볼 때 그의 측방향 범위의 적어도 20, 40, 80, 또는 본질적으로 100%를 따라 용이하게 식별가능한 곡률(예컨대, 약 20 cm 미만의 곡률 반경에 대응함)을 나타낼 수 있다. 광학적-투명 가요성 층(140, 142)의 물리적 특성은 예컨대 약 5 cm 내지 20 cm의 곡률 반경, 및 약 10 내지 600 제곱센티미터(㎠), 더욱 전형적으로는 30 ㎠ 내지 250 ㎠의 광학적 활성 시야 영역을 갖는 만곡형 자동 다크닝 필터가 제조되도록 허용할 수 있다. (통상적인 용접 헬멧은 전형적으로 약 50 내지 100 ㎠의 광학적 활성 영역을 가진 자동 다크닝 필터를 갖는다.) 본 발명은 적어도 100 ㎠ 내지 125 ㎠의 시야 영역을 갖는 자동 다크닝 필터가 제공될 수 있게 할 수 있다. 보호용 헤드기어에서의 만곡형 스위칭가능 셔터의 사용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 매그너슨의 미국 특허 출원 공개 제2014/0013479호에서 상세히 논의된다.
위에서 상세히 논의된 바와 같이, 자동 다크닝 필터(60)는 전자기 방사선을 각각 제어가능하게 차단할 수 있는 스위칭가능 셔터(10)의 어레이를 포함할 것이다. 즉, 각각의 개별 셔터(10)는 적어도 밝은 상태(셔터가 상대적으로 고도로 광-투과성임)와 어두운 상태(셔터가 상대적으로 광에 대해 비-투과성임) 사이에서 스위칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 셔터(10)는 또한 밝은 상태와 어두운 상태의 광 투과율 사이의 광 투과율을 나타내는 적어도 하나의 중간 상태로 스위칭될 수 있다. 특정 실시예에서, 셔터(10)는 밝은 상태와 어두운 상태 사이의 다수의 중간 상태 중 임의의 것으로 스위칭될 수 있다. (여기서 그리고 본 명세서의 다른 곳에서, "상태"는 자동 다크닝 필터(60)의 셔터(10)의 상대 광 투과율 또는 불투명도의 상태를 의미한다.)
다양한 상태에서 셔터(10)에 의해 투과되는 입사 광의 양은 다양한 방식으로 특성화될 수 있다. 당업계에서 통상적으로 사용되는 하나의 방식은 셔터의 가시광 투과율이다. 다양한 실시예에서, 셔터(10)는 어두운 상태에 있을 때 약 0.5% 미만, 약 0.1% 미만, 또는 약 0.05% 미만의 가시광 투과율을 나타내도록; 그리고, 밝은 상태에 있을 때 약 3% 초과, 약 10% 초과, 약 20% 초과, 또는 약 50% 초과의 가시광 투과율을 나타내도록 구성된다. 다양한 실시예에서, 중간 상태에 있을 때 셔터(10)의 가시광 투과율은 약 10% 미만, 약 5% 미만, 또는 약 2% 미만일 수 있고, 약 0.5% 초과, 약 1% 초과, 또는 약 1.5% 초과일 수 있다. 다른 범위가 가능하다.
셔터(10)의 성능은 또한 당업계에서 통상적으로 알려진 셰이드 넘버(Shade Number)에 의해 또한 특성화될 수 있다. 따라서, 다양한 실시예에서, 셔터(10)는 예컨대 어두운 상태에 있을 때 약 9, 10, 11, 12, 13, 14, 또는 15의 셰이드 넘버를 나타낼 수 있다. 특정 실시예에서, 셔터(10)는 어두운 상태에 있을 때 적어도 약 14의 셰이드 넘버를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 어두운 상태의 셰이드 넘버는 9, 10, 11, 12, 13, 14 또는 15의 사전결정된, 단일 셰이드 넘버(예컨대, 공장 사전설정)일 수 있다. 다른 실시예에서, 어두운 상태의 셰이드 넘버는 (예컨대, 9, 10, 11, 12, 13, 14 또는 15의 값으로) 사용자에 의해 원하는 대로 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 셔터(10)는 밝은 상태에 있을 때 약 5 미만, 약 4 미만, 또는 약 3 미만의 셰이드 넘버를 나타낼 수 있다. 즉, 그러한 실시예에서, 예컨대 임의의 높은 세기의 광이 검출되지 않을 때 셔터가 전이될 수 있는 "밝은" 상태는 반드시 완전히 광학적으로 투명한 (비셰이딩된(unshaded)) 상태일 필요는 없으며; 오히려, 그것은 예컨대 3 또는 4의 셰이드 넘버에 대응하는 상태일 수 있다. 자동 다크닝 필터가 예컨대 전력 차단의 경우에 "밝은" 상태로 되도록 구성되는 선택적인 실시예에서, 그러한 상태는 위의 상태 중 임의의 것일 수 있고; 또는, 그것은 5, 6 또는 7의 셰이드 넘버에 대응할 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 셔터(10)는 밝은 상태와 (완전히) 어두운 상태 사이에 있는 중간 상태로 (예컨대, 사용자에 의한 수동으로보다는 셔터 제어 시스템(16)에 의해 자동으로) 설정되도록 할 수 있다. 다양한 실시예에서, 중간 상태에 있을 때 셔터(10)의 셰이드 넘버는 예컨대 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12일 수 있다.
도 8의 블록도를 참조하면, 자동 다크닝 필터(60)는 스위칭가능 셔터의 어레이의 개별 셔터(10)에 제어가능하게 연결되는 셔터 제어 시스템(16)을 포함한다(단지 2개의 그러한 셔터가 도 8의 전반적인 표현에 도시됨; 실제로는, 적어도 10개의 독립적으로 제어가능한 셔터가 존재할 것임). 제어가능하게 연결되는 것은 셔터 제어 시스템(16)이 임의의 원하는 상태(예컨대, 밝은, 어두운, 중간 등)를 취하도록 적어도 개별 셔터(10)에 제어 신호를 송신할 수 있는 것(즉, 본 명세서에서 앞서 논의된 바와 같이, 액정 셀의 픽셀의 어레이의 개별 픽셀에 제어 신호를 송신함으로써)을 의미한다. 요구되는 경우, 제어 시스템(16)과 셔터(10) 사이의 양방향 통신이 가능한데; 예컨대, 셔터(10)는 임의의 주어진 시간에 셔터의 특정 상태에 관한 업데이트 또는 확인 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 셔터 제어 시스템(16)은 임의의 편리한 제어 신호의 사용에 의해; 예를 들어, 셔터(10)에 인가되는 전압을 변화시킴으로써, 다양한 상태들 사이에서 셔터(10)를 스위칭할 수 있다. 셔터 제어 시스템(16)에 의해 인가되는 제어 신호의 변화 시에, 셔터는 흔히 1 밀리초 미만의 보다 밝은 상태에서 보다 어두운 상태로의 전이의 응답 시간, 및 대략 수 밀리초의 보다 어두운 상태에서 보다 밝은 상태로의 전이의 응답 시간을 나타낼 수 있다. 일정한 값의 제어 신호가 인가될 때, 셔터는 전형적으로 비교적 일정한 광 투과율을 나타낸다.
셔터 제어 시스템(16)은 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치(25)에 수신가능하게 연결된다. 수신가능하게 연결되는 것은 제어 시스템(16)이 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치로부터 워크뷰 광 세기 맵핑 정보(workview light intensity mapping information)를 수신하도록 구성되는 것을 의미한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 획득 장치(25)는 그것이 전방으로 대면하도록 배향되고; 따라서 구체적으로 그것은 헤드기어(1)의 착용자가 자동 다크닝 필터(60)를 통해 관찰하는 워크뷰에 적어도 대체로 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 그러한 워크뷰는 작업되고 있는 작업편으로부터의 임의의 높은 세기의 광 방출을 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 그것은 또한 (높은 세기의 광을 방출하지 않는) 작업편의 다른 부분, 및 작업편을 둘러싸는 작거나 큰 배경 영역을 포함할 수 있다. 이미지 획득 장치(25)를 윈도우(2)에 매우 근접하게 위치시켜, 장치(25)가 자동 다크닝 필터를 통해 가시적인 워크뷰에 밀접하게 근사해지는 영역을 이미지화하는 것이 바람직할 수 있다. 헤드기어(1)의 통상의 사용에서, 이미지 획득 장치(25)에 의해 획득되는 이미지(들)는 헤드기어를 착용하고 있는 사람에게 표시되지 않고, 따라서 그에게 가시적이지 않은 것이 이해될 것이다. 즉, 본 명세서에 개시된 배열 및 방법은 사용자가 디스플레이 스크린 상의 워크뷰의 투영을 보는 소위 가상 용접과 관련되지 않는다. 오히려, 사용자는 윈도우(2) 내에 장착된 바와 같이 자동 다크닝 필터(60)를 통해 워크뷰를 시각화할 것이다.
워크뷰의 이러한 이미지로부터, 워크뷰 내의 광 세기의 영역 분포를 나타내는 맵핑 정보를 전달하는 신호가 (직접적으로 워크뷰 이미지 획득 장치(25)에 의해, 또는 그것에 연결된 임의의 보조 마이크로프로세서 등에 의해) 생성된다. 즉, 이미지 내에 묘사된 워크뷰의 각각의 영역은 그러한 영역 내의 광의 세기에 관한 정보를 전달하며, 이때 예컨대 보다 높은 광 세기의 영역 및 보다 낮은 광 세기의 영역이 워크뷰의 길이 및 폭에 걸쳐 존재한다. 셔터 제어 시스템(16)은 (직접적으로든, 또는 일부 중개 프로세서를 통해 간접적으로든 간에) 이미지 획득 장치(25)로부터 이러한 신호를 수신하고 (본 명세서에서 이후에 논의되는 바와 같이, 눈 위치 정보와 함께) 그 내부의 정보를 사용하여 셔터의 어레이의 다양한 개별 셔터(10)를 제어하는 적절한 상태를 결정하도록 구성된다. 따라서, 이미지 획득 장치(25)는 시스템의 기능에 필요한 대로 (전용 와이어, 광섬유, 무선 연결부 등일 수 있는) 하나 이상의 연결부를 통해 시스템(16)의 다른 구성요소와 통신한다.
이미지 획득 장치(25)는 워크뷰의 이미지를 허용가능하게 획득할 수 있는 임의의 적합한 장치(예컨대, 카메라)일 수 있다. 예를 들어, 그것은 하나 이상의 CMOS 이미지 센서, 전하-결합 소자(charge-coupled device, CCD) 등을 포함할 수 있고, 따라서 예컨대 디지털 이미지가 아날로그-디지털 변환을 수행할 필요 없이 생성될 수 있다. 센서가 광에 가장 민감한 파장 범위가 적절하게 선택될 수 있다. 많은 실시예에서, 그러한 센서의 어레이(예컨대, 솔리드-스테이트(solid-state) 어레이)가 집합적으로 장치(25)로서의 역할을 하도록 조합하여 사용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 이미지 획득 장치(25)는 이미지를 연속적으로 또는 단속적으로 획득하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 이미지 획득 장치(25)로부터의 신호는 연속적으로(예컨대, 연속적인 비디오 스트림으로서) 또는 단속적으로 제어 시스템(16)에 송신될 수 있다. 단속적인 모니터링 및/또는 신호 전송이 이용되는 경우, 그것은 셔터(10)의 충분히 신속한 응답을 가능하게 하도록 충분히 높은 주파수에서 수행되는 것이 바람직하다.
장치(25)에 의해 획득되는 이미지가 예컨대 컬러 맵(color map)일 수 있지만, 많은 실시예에서, 그것이 그레이스케일 이미지(greyscale image)인 것이 편리할 수 있다. 즉, 이미지의 각각의 픽셀의 값은 컬러 정보를 또한 전달하기보다는 세기 정보만을 전달할 수 있다. 임의의 적합한 이미지 처리(예컨대, 공간적 필터링, 임계화, 에지 향상, 콘트라스트(contrast) 향상, 시간적 필터링 등)가 정보의 유용성을 향상시키는 데 유용한 것으로 간주되는 경우에 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 이미지 획득 장치(25)는 140 dB 이상의 동적 범위를 의미하는 고 동적 범위(high dynamic range)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 그러한 장치는 로그 응답(logarithmic response) CMOS(complementary metal oxide semiconductor, 상보형 금속산화 반도체) 이미지 획득 장치일 수 있다. 다른 실시예에서, 이미지 획득 장치(25)는 140 dB 미만의 동적 범위를 의미하는 저 동적 범위(low dynamic range)를 나타낼 수 있다. 다양한 실시예에서, 그러한 장치는 130, 120, 110, 또는 100 dB 미만의 동적 범위를 나타낼 수 있다. 일부 경우에, (예컨대, 강한 광원의 위치에 대응하는 특정하게 밝은 스폿(spot)에서) 워크뷰 광 세기 맵핑 정보의 일부분이 포화 한계(saturation limit)에 이를 수 있고, 이는 이러한 위치에서의 광 세기가, 그 초과에서는 워크뷰 이미지 획득 장치가 광 세기의 추가의 증가에 응답하지 않는 임계치를 초과하여 상승하였음을 의미하는 것이 인식될 것이다. 그러한 포화 임계치가, 이러한 광과 사용자의 눈 사이의 직접적인 경로 내의 모든 셔터가 어두운 상태로 스위칭되게 하는 광 세기를 초과하는 한, 이는 장치의 기능에 영향을 미치지 않을 것이다. 즉, 일부 실시예에서, 그러한 것의 발생은 보호용 헤드기어의 통상의 사용 중에 허용가능할 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치는 2개의(또는 그보다 많은) 장치의 형태를 취할 수 있다. 특정 실시예에서, 2개 이상의 그러한 장치는 도 1의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 좌측 이미지 획득 장치(25) 및 우측 이미지 획득 장치(18)를 포함할 수 있다. 그러한 배열은 이미지 형성에서 증가된 충실도 및 정확도를 제공할 수 있고, 하나의 그러한 장치가 예컨대 파편에 의해 순간적으로 가려지는 경우에 백업(backup) 기능을 제공할 수 있다. 특정 실시예에서, 2개의 그러한 장치는 셔터 제어 시스템에 제공되는 신호가 필드 정보(field information)의 깊이를 포함하도록 시차(parallax)를 이용할 수 있는 거리(예컨대, 적어도 약 1, 2, 4, 6 또는 8 cm)로 서로 측방향으로 이격될 수 있다. 이는 예를 들어 본 명세서에 기술된 기능을 향상시키기 위해, 높은 세기의 광원이 보호용 헤드기어의 착용자의 눈으로부터 떨어져 있는 거리가 셔터 제어 시스템에 의해 고려될 수 있도록 허용할 수 있다.
셔터 제어 시스템(16)은 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치(52)에 수신가능하게 연결된다. 수신가능하게 연결되는 것은 제어 시스템(16)이, 헤드기어의 착용자의 적어도 동공 및 일부 경우에 전체 눈(안구)의 위치가 헤드기어에 대해 그리고 구체적으로는 헤드기어의 윈도우(2) 내에 존재하는 자동 다크닝 필터에 대해 3차원 공간 내에서 확립(계산)되도록 허용하는 눈 위치 모니터링 장치(52)로부터 정보를 수신하도록 구성되는 것을 의미한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(52)는 그것이 헤드기어의 착용자의 눈을 향해 후방으로 대면하도록 배향된다.
일부 실시예에서, (예컨대, 측방향으로 중심에 위치되는) 단일 눈 위치 모니터링 장치가 착용자의 우안 및 좌안의 위치를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 도 2의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 전용 우안 위치 모니터링 장치(52) 및 전용 좌안 위치 모니터링 장치(54)를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 그러한 배열은 정보가 자동 다크닝 필터에 대한 각각의 동공의 수직 및 측방향 위치에 관하여 획득될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 각각의 동공의 전방-후방(깊이) 거리를 자동 다크닝 필터로부터 멀리 맵핑하기 위해 사용될 수 있는 것을 제공할 수 있다. (엄밀히 말하면, 2개의 모니터링 장치 각각으로부터의 정보가 그러한 정보를 제공하기 위해 조합하여 사용될 수 있지만; 그러한 장치가 편의상 우안 및 좌안 위치 모니터링 장치인 것으로 지칭될 것임이 인식될 것이다.)
착용자의 안구의 적어도 동공의 공간적 위치를 3차원으로 모니터링하는 것이 사람이 응시하고 있는 방향을 추적하는 것과 구별될 수 있는 것이 인식될 것이다. 즉, 적어도 일부 실시예에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 눈 위치 모니터링 장치는 사람이 장면을 관찰하고 쇼핑하고 읽고 기타 등등을 하는 동안 사람의 시선 방향(예컨대, 소위 주시(fixation) 및 단속성 운동(saccade))을 모니터링하기 위해 때때로 사용되는 소위 눈 추적기(때때로 시선 추적기(gaze tracker) 또는 스캔패스 추적기(scanpath tracker)로 지칭됨)의 기능과 상이한 기능을 수행하도록 구성된다. 그러한 시선 추적이 전형적으로 동공의 실제 물리적 위치를 3차원으로 획득하고 모니터링하는 것과 관련되지 않는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 그러한 시선 추적기는 전형적으로 자동 다크닝 필터와 같은 특정 물품으로부터의 동공의 전방-후방 방향을 따른 실제 거리를 모니터링하거나 보고하지 않을 것이다.
본 명세서에서의 이후의 상세한 논의에 기초하여 인식될 바와 같이, 일부 상황에서, 단순히 눈이 그것을 따라 응시하고 있는 경로를 따라 높은 세기의 광이 눈의 동공에 진입하는 것을 방지하기보다는, 그러한 높은 세기의 광으로부터 사용자의 전체 눈(안구)의 적어도 실질적으로 전부를 보호하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 자동 다크닝 필터에 대해 안구의 모든 노출된 부분의 실제 위치를 모니터링하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 방식으로 안구의 전체 노출된 표면의 공간적 위치를 모니터링하는 것이 사람이 응시하고 있는 방향을 추적하는 것과 추가로 구별되는 것이 인식될 것이다. 바꾸어 말하면, 일부 실시예에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 눈 위치 모니터링 장치는 사용자의 안구의 모든 노출된 부분의 위치를 헤드기어에 대해(그리고 그에 따라 자동 다크닝 필터에 대해) 맵핑하는 그리고 예컨대 사용자의 머리에 대해 이동하는 헤드기어로 인해 필요한 대로 이러한 정보를 업데이트하는 역할을 할 수 있다. 특히, 용접 헬멧과 같은 많은 보호용 헤드기어가 눈-차폐 위치와 비-차폐 위치 사이에서 전후로 빈번하게 이동되기 때문에, 눈 위치 모니터링 장치는 헤드기어가 차폐 위치로 다시 이동될 때마다 그의 기능을 수행할 수 있어야 한다.
사용자의 눈의 적어도 동공(및 일부 경우에 모든 노출된 부분)의 위치가 임의의 주어진 시간에 결정될 수 있게 하는 정보를 획득하는 임의의 적합한 장치가 눈 위치 모니터로서 사용하기에 적합할 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 장치는 사용자의 안구의 이미지를 획득하는 후방-대면 이미지 획득 장치를 포함할 수 있다. 적어도 2개의 그러한 장치가 최적으로 사용될 수 있고, 따라서 (예컨대, 둘 모두의 장치가 공통적인 적어도 하나의 위치를 포함하기에 충분히 중첩하는 이미지를 획득하는 경우) 시차 방법(또는 임의의 다른 적합한 방법)이 자동 다크닝 필터에 대한 각각의 눈의 적어도 동공의 전방-후방 거리를 확인하기 위해 사용될 수 있다. 자동 다크닝 필터가, 또한 평평하기보다는 만곡될 수 있는 거시적으로 큰 엔티티(entity)일 것이기 때문에, 일부 실시예에서, 적어도 각각의 동공의 위치는 헤드기어 상의 또는 자동 다크닝 필터 상의 어딘가의 1개, 2개, 3개, 또는 그보다 많은 기준 위치에 대해 확인될 수 있다. (일부 실시예에서, 눈 위치 모니터링 장치 자체의 위치가 편리하게는 기준 위치로서의 역할을 할 수 있다.)
바꾸어 말하면, 그러한 장치에 의해 제공되는 이미지는, 헤드기어의 기준 위치에 대한 장치의 알려진 위치와 조합하여, 적어도 동공(및 일부 경우에 각각의 안구의 모든 노출된 부분)의 위치를 기준 위치에 대해 3차원 공간 내에서 맵핑하기 위해 셔터 제어 시스템에 의해 사용될 수 있다. 자동 다크닝 필터의 모든 부분의 위치가 이들 기준 위치에 대해 알려질 것이기 때문에, 이는 자동 다크닝 필터의 모든 부분에 대한 사용자의 안구의 모든 원하는 부분의 거리 및 배향이 결정되고 주기적으로 업데이트되도록 허용한다. 이러한 정보는, 전술된 워크뷰 광 세기 맵핑 정보와 조합하여, 자동 다크닝 필터의 셔터의 어레이의 특정 셔터가 워크뷰 내의 높은 세기의 광의 공급원과 헤드기어의 사용자의 안구의 동공(또는 예컨대 임의의 노출된 부분) 사이의 직접적인 광학 경로 상에 있는 것으로 식별되도록 허용한다.
위의 논의로부터, 본 명세서에 개시된 바와 같은 눈 위치 모니터링 장치가 반드시 정확하게(또는 일부 경우에 전혀) 사용자의 실제 시선 방향을 모니터링할 필요는 없을 것임이 인식될 것이다. 그러나, 일부 실시예에서, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 눈 위치 모니터링 장치는 눈(시선) 추적 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 눈 위치 모니터링 장치는 눈이 응시하고 있는 방향을 모니터링하기 위해 시력-보호용 헤드기어의 사용자의 눈으로부터의 각막 반사를 모니터링하는 눈-추적 카메라를 포함할 수 있다. 그러나, 예컨대 눈 추적기에 의해 제공되는 바와 같은 임의의 그러한 시선-방향 정보가 본 명세서에 기술된 기능을 허용하기에 충분하지 않을 수 있는 것이 이해될 것이다. 오히려, 예컨대 보호용 헤드기어의 기준 위치에 대한 안구의 적어도 동공의 3차원 공간 내의 실제 위치가 얻어져야 하고, 따라서 자동 다크닝 필터의 다양한 셔터에 대한 동공의 모든 부분의(그리고 일부 경우에 안구의 모든 노출된 부분의) 위치의 3차원 맵핑이 확립될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 시선 추적은 그러한 배열에 대해 부가적으로 사용될 수 있다.
광학 모니터링이 주로 논의되었지만, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 눈 위치 모니터링 장치가 자동 다크닝 필터에 대한 사용자의 눈의 위치에 관한 정보를 제공할 수 있는 임의의 방법에 의존하여 사용될 수 있는 것 - 그러한 대안적인 방법은 예컨대 전체적으로 또는 부분적으로 반향정위(echolocation), 초음파 근접 감지 등을 사용할 수 있음 - 이 인식될 것이다.
도 8에 도시된 전반적인 블록도에 나타낸 바와 같이, 본 명세서에 개시된 배열은 셔터 제어 시스템(16)이 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치(25/18)로부터의 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치(52/54)로부터의 눈 위치 정보를 수신하도록 그리고 어레이의 다양한 스위칭가능 셔터가 개별적으로 스위칭되는 상태(예컨대, 밝은, 어두운, 또는 중간)를 선택하기 위해 워크뷰 광 세기 맵핑 정보와 눈 위치 정보를 조합하여 사용하도록 허용한다. (개별적으로 스위칭되는 것은, 비록 다수의 셔터가 제어 신호에 응답하여 동시에 스위칭될 수 있더라도, 각각의 셔터가 별도로 제어되는 것을 의미한다.)
그러한 기능은 사용자의 머리 상에 장착된 자동 다크닝 필터(60)의 일부분의 2차원 평면도인 도 9의 전반적인 표현을 참조하여 더욱 상세히 논의된다. (도 9는 측방향(좌측-우측) 및 깊이(전방-후방) 관계를 도시하고; 수직 관계는 도시되지 않지만, 그러한 관계가 마찬가지로 시스템의 기능에 고려되는 것이 이해될 것이다.) 일부 실시예에서, 셔터 제어 시스템은 전술된 정보를 사용하여, 스위칭가능 셔터의 어레이의 제1 세트(310)의 스위칭가능 셔터를, 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원(301)과 사용자의 안구(401)의 노출된 부분 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치된 것으로 식별할 수 있다. 이러한 정보에 응답하여, 시스템은 이어서 제1 세트(310)의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로부터 어두운 상태로 선택적으로 스위칭할 수 있고, 이어서 셔터의 세트가 이러한 직접적인 광학 경로 상에 있는 한(예컨대, 공급원(301)이 높은 세기의 광을 계속 방출하는 한 그리고 광원, 헤드기어, 및 사람의 안구의 기하학적 관계가 직접적인 광학 경로의 위치를 이동시키도록 변화되지 않는 한) 제1 세트의 셔터(310)를 어두운 상태로 유지할 수 있다. 셔터 제어 시스템은 또한 전술된 정보를 사용하여, 제2 세트(312)의 스위칭가능 셔터를, 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 헤드기어의 사용자의 안구의 임의의 부분 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치되지 않은 것으로 식별할 수 있다. 셔터 제어 시스템은 제2 세트의 스위칭가능 셔터(312) 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로 유지할 수 있고/있거나 그것은 이들 셔터 중 적어도 일부를 중간 상태로 스위칭하고 이들을 중간 상태로 유지할 수 있다. 이러한 제2 세트의 셔터(312)는 하기의 논의로부터 인식될 바와 같이, (제1 세트의 셔터(310)의 일부가 아닌) 어레이의 다른 셔터 모두를 포함할 수 있지만, 반드시 포함하여야 할 필요는 없다.
사용자의 안구의 모든 노출된 표면을 모니터링하는 그리고 이러한 정보를 결과로서 스위칭가능 셔터를 작동시키는 것이 요구되는 실시예에 관하여 전술되었지만, 일부 실시예에서, 안구의 동공이, 모니터링되고 스위칭가능 셔터를 작동시키기 위해 사용되는 엔티티일 수 있는 것이 이해될 것이다. 많은 실시예에서, 셔터 제어 시스템은, 도 9의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 그의 셔터가 높은 세기의 광원(301)으로부터 사용자의 좌안(401)으로의 직접적인 광학 경로 상에 있는 셔터 세트(310)의 좌안 서브세트(subset)(311)를 식별할 수 있다. 그것은 또한, 역시 도 9의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 그의 셔터가 높은 세기의 광원(301)으로부터 우안(402)으로의 직접적인 광학 경로 상에 있는 세트(310)의 우안 서브세트(311')를 식별할 수 있다.
다크닝된 셔터의 세트 또는 서브세트가 인접할 필요는 없다는 것 - 즉 그것이 다수의 별개의 그룹의 셔터로 구성될 수 있고, 이러한 그룹이 서로 중첩하거나 접촉하지 않음 - 이 강조되어야 한다. 따라서 예를 들어, 도 9는, 충분히 광-반사성인 표면(302)(예컨대, 폴리싱된 금속 표면)이 공급원(301)으로부터 방출되는 광을 사용자의 눈을 향해 반사하도록 배향되고, 이때 이러한 반사된 광이 높은 세기의 광인(즉, 광이 차단되는 데 요구되는 세기 임계치를 초과하는) 예시적인 시나리오를 도시한다. 그러한 경우에, 셔터 제어 시스템(16)에 의해 어두운 상태로 제어되는 셔터의 세트(311)는 다른 2개의 서브세트 - 좌안 서브세트(313) 및 우안 서브세트(313') - 를 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 대표적인 예에서, 다크닝된 셔터의 세트(310)는 서브세트(311, 311', 313, 313')를 포함하고, 이러한 서브세트는 모두 서로 인접하지 않는다.
임의의 실제 상황(예컨대, 용접 작업)이 높은 세기의 광의 다수의 직접 공급원을 포함할 수 있고(예컨대, 다른 용접 작업이 워크뷰의 배경 내에서 가시적일 수 있음) 그리고/또는 높은 세기의 반사된 광의 다수의 공급원을 포함할 수 있는 것이 인식될 것이다. (따라서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 광원은 반사된 광의 공급원일 수 있고, 광 자체를 실제로 생성할 것을 요구하지 않는다.) 따라서, 셔터 제어 시스템(16)은 다양한 시간에, 자동 다크닝 필터의 다양한 영역에서 셔터의 세트 및/또는 서브세트를 필요한 대로 다크닝할 수 있다. 이들 고려사항에 기초하여, 단지 셔터를 예컨대 자동 다크닝 필터의 측방향(및/또는 수직방향) 중심 영역 내에 제공하는 것이 충분하지 않을 수 있는데, 이는 시스템이 때때로 예컨대 바로 전방으로부터보다는 측각(side angle)으로부터 들어오는 2차 광 반사를 처리하도록 요구될 수 있기 때문이라는 것이 인식될 것이다. 따라서, 일부 실시예에서, 셔터(10)의 어레이는 자동 다크닝 필터의 광학적 활성 영역의 적어도 약 60, 70, 80, 90, 95, 또는 실질적으로 100%를 차지할 수 있다.
세트(310)의 셔터가 어두운 상태로 스위칭되고 그러한 어두운 상태로 유지됨에 따라, 제2 세트(312)의 셔터는 (그러한 시간에) 사용자의 안구의 임의의 부분과 높은 세기의 광 사이의 직접적인 광학 경로 상에 있지 않을 수 있다. 제2 세트(312)의 셔터는 임의의 적합한 상태로 조작 및/또는 유지될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 세트(312)의 적어도 실질적으로 모든 셔터는 밝은 상태(예컨대, 셰이드 3 또는 셰이드 4)로 유지될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 모든 그러한 셔터는 중간 상태로 스위칭되고 중간 상태로 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 선택은 (예컨대, 환경 내에 존재하는 광의 총량에 따라) 셔터 제어 시스템에 의해 자동으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 선택은 적어도 소정 한계 내에서 사용자-설정가능할 수 있다.
직접적으로 가시선(line of sight)을 따르기보다는 (예컨대, 사용자의 주변 시야 내의 광원으로부터) 오프-각(off-angle)으로 사용자의 동공에 진입하는 광도 일부 바람직하지 않은 효과를 가질 수 있는 것이 인식될 것이다. 이러한 경우에, 적어도 동공의 위치를 모니터링하는 것은 셔터의 어레이의 셔터가 오프-각의 높은 세기의 광이 동공에 진입하는 것을 방지하기 위해 적절히 다크닝될 수 있는 것을 보장할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 안구의 전체 노출된 표면을 모니터링하는 것은 그러한 효과를 추가로 향상시킬 수 있다. 또한 추가로, 일부 상황에서, 스위칭가능 셔터의 어레이의 사용에 의해 사용자의 안구의 전체 노출된 표면을 높은 세기의 광으로부터 보호하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 눈의 일부 구성요소 및 표면(예컨대, 각막 및 결막)은 광각막염 및 화학선 결막염과 같은 높은 세기의 광의 바람직하지 않은 효과에 민감할 수 있고, 따라서 (예컨대, 자동 다크닝 필터의 예컨대 하나 이상의 수동 필터링 층에 의해 제공되는 UV 및 IR로부터의 보호에만 의존하기보다는) 개별적 스위칭가능 셔터의 사용으로부터 이득을 얻을 수 있다.
본 명세서에 개시된 배열 및 방법이, 자동 다크닝 필터의 선택된 부분만이 어두운 상태로 다크닝되고, 따라서 예컨대 (자동 다크닝 필터의 전체 광학적 활성 영역을 단일 "픽셀"로서 다크닝하는 통상적인 방법과는 대조적으로) 사람이 예컨대 워크뷰 내의 주변 위치의 개선된 가시성을 유지하도록 허용하는 것을 제공할 수 있는 것이 인식될 것이다. 동시에, 이들 배열 및 방법은 눈의 동공 내로의 높은 세기의 광의 진입을 최소화하는 역할을 할 수 있고, 일부 실시예에서 그러한 광으로부터 전체 안구를 보호할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 자동 다크닝 필터의 통상의 작동에서, 단지 예컨대 직접적인 가시선을 따라 동공에 실제로 진입하는 높은 세기의 광의 양을 제한하기에 충분한 셔터를 폐쇄하기보다는, 높은 세기의 광이 안구의 임의의 노출된 부분에 도달하는 것을 방지하기에 충분한 수의 셔터가 다크닝될 수 있다.
결막의 적어도 일부 부분(예컨대, 안구를 둘러싸는 안검 결막)이 또한 예컨대 광각막염에 어느 정도 민감할 수 있기 때문에, 일부 실시예에서, 예컨대 안검 결막의 임의의 부분에 도달하는 높은 세기의 광의 양을 최소화하기 위해 추가의 셔터가 다크닝될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 높은 세기의 광원과 사용자의 안구의 임의의 부분 사이의 직접적인 광학 경로 상에 있지 않은 일부 셔터도 그럼에도 불구하고 요구되는 경우 어두운 상태로(또는 예컨대 중간 상태로) 다크닝될 수 있는 것이 인식될 것이다. 일부 실시예에서, 존재할 경우, 다크닝된 셔터의 세트에 의해 제공되는 다크닝된 "스폿"의 크기가 동공 또는 전체 안구를 보호하는 데 필요한 실제 크기를 초과하는 양은 셔터 제어 시스템에 의해 선택될 수 있다. 이는 예컨대 높은 세기의 광의 세기, 전체 광 세기 등에 의존할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 "스폿" 크기가 동공 또는 안구를 보호하는 데 필요한 실제 크기를 초과할 수 있는 정도는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, "스폿" 크기는 최소로부터, 자동 다크닝 필터의 전체 광학적 활성 영역이 다크닝되는 설정까지 사용자-설정가능할 수 있다.
(완전히) 다크닝되지 않은 임의의 셔터는 예컨대 밝은 상태로 유지되거나, 중간 상태로 스위칭되고 중간 상태로 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 다크닝되지 않은 모든 셔터가 밝은 상태로 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 다크닝되지 않은 모든 셔터는 중간 상태로 스위칭되고 중간 상태로 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 다크닝된 셔터와 밀접하게 접하는 셔터의 세트는 중간 상태로 스위칭될 수 있는 한편, 다크닝된 셔터로부터 멀리 떨어져 있는 임의의 나머지 셔터는 밝은 상태로 유지될 수 있다. 그러한 설정은 셔터 제어 시스템에 의해 자동으로 선택될 수 있거나, 일부 실시예에서 그들은 사용자에 의해 사용자-설정가능할 수 있다.
워크뷰가 이미지 형성되고 눈 위치가 질의되는 주파수, 이러한 정보가 셔터 제어 시스템에 공급되는 주파수, 및 셔터 제어 시스템이 이러한 정보를 처리하고 다양한 셔터를 작동시키는 속도가 높은 세기의 광의 공급원(들), 사용자의 눈, 및 자동 다크닝 필터의 기하학적 관계의 변화에 대한 신속한 응답 시간을 가능하게 하기에 충분할 것임이 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, 헤드기어의 사용자가 그의 또는 그녀의 머리를 돌리는 경우에, 완전히 다크닝된 셔터에 의해 제공되는 다크닝된 "스폿"은 적어도 동공 및 일부 경우에 안구의 모든 노출된 부분을 적절히 보호된 상태로 유지하기에 충분히 신속하게 자동 다크닝 필터를 따라 "이동"할 것이다. (물론, 눈 위치 모니터링 시스템은 예컨대 깜박임 및 순간적인 눈 감김 등을 고려하도록 구성될 수 있다.) 임의의 주어진 순간에, 특정 셔터가 예컨대 다크닝된 셔터의 세트의 일부일 수 있거나, 밝은 상태에 있는 또는 중간 상태에 있는 셔터의 세트의 일부일 수 있는 것이 인식될 것이다.
일부 실시예에서, 보호용 헤드기어(1)는 셔터 제어 시스템(16)이 수신가능하게 연결되는 적어도 하나의 광 센서를 포함할 수 있다. 그러한 광 센서는 헤드기어(1)의 통상적인 사용 중에 워크뷰로부터 유래하는 총 광 세기를 감지할 수 있고, 이러한 총 광 세기를 나타내는 신호를 셔터 제어 시스템(16)에 송신한다. 그러한 광 센서는 예를 들어, 예컨대 용접이 일어나는 셔터 제어 시스템(16)에 초기 표시(신호)를 제공하는 역할을 할 수 있고, 따라서 셔터 제어 시스템(16)은 이어서 본 명세서에 상세히 전술된 시스템 및 구성요소 모두를 활성화시킬 수 있다. 예를 들어, 셔터 제어 시스템 및 관련 구성요소는 수동 또는 "슬립(sleep)" 모드로부터 활성화 모드로 전이될 수 있다.
셔터 제어 시스템(16)(및 일반적으로 자동 다크닝 필터(60))은 (전술된 구성요소 중 임의의 것에 더하여) 셔터 제어 시스템, 이미지 획득 장치(들), 눈 위치 모니터링 장치(들) 등의 기능을 완전히 수행하는 데 필요한 바와 같은 다양한 하드웨어, 전자, 소프트웨어 및/또는 펌웨어 구성요소, 집적 회로, 전원 등을 포함할 수 있다. 셔터 제어 시스템(16) 및 자동 다크닝 필터(60)가 기능을 위해 필요한 대로 임의의 전자 구성요소 또는 구성요소(예컨대, 저항기, 증폭기, 인버터(inverter) 등 중 하나 이상)를 포함할 수 있는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 통상적인 바와 같이, 이들 중 다수는 예컨대 솔리드 스테이트 형태로 제공될 수 있다. 어느 경우에서도, 셔터 제어 시스템은 전용 와이어, 광섬유, 무선 연결부 등일 수 있는 임의의 적합한 연결부에 의해, 어레이의 셔터에 그리고 다른 구성요소에 작동식으로 연결된다.
다양한 실시예에서, 보호용 헤드기어(1)는 예컨대 헬멧, 실드, 또는 바이저(예컨대, 용접 헬멧, 실드 또는 바이저)의 형태를 취할 수 있으며, 이때 항상 이들 범주의 보호용 헤드기어 사이에 명확한 경계가 있지는 않을 수 있음에 유의한다. 정의상, 본 명세서에 개시된 바와 같은 보호용 헤드기어는 자동 다크닝 필터를 포함하지 않는, 예컨대 고글, 시력-교정 안경, 통상의 보안경, 선글라스 등의 아이웨어(eyewear)를 포함하지 않는다. 특히, 본 명세서에 개시된 바와 같은 보호용 헤드기어는, 그의 목적이 (예컨대, 용접 작업으로부터 발생하는 광각막염으로부터 전체 눈을 보호하는 것보다는) 예컨대 태양광과 같은 자연 광원으로부터의 눈부심을 최소화하는 것인 선글라스 또는 착색된 시력-교정 안경 내의 렌즈, 고글, 바이저, 및 자동차의 윈드실드(windshield)와 같은 시력-보호용 물품과 구별된다. 많은 유형의 광-차폐 장치(예컨대, 자동차 윈드쉴드, 오토바이 헬멧의 바이저, 조종사에 의해 착용되는 선글라스 등)가 예를 들어 셔터가 전력 차단의 경우에 완전히(또는 심지어 부분적으로) 다크닝되는 기능을 포함하지 않을 것임이 인식될 것이다. 적어도 일부 실시예에서, 본 명세서에 기술된 셔터의 어레이는, 예컨대 선글라스에서와 같이 사용자의 좌안 및 우안에 각각 전용되는 별개의 좌측 및 우측 페인 내에 존재하기보다는, (예컨대, 용접 헬멧의 바이저 또는 윈도우에서와 같이) 광이 그것을 통해 양쪽 눈에 도달하는 단일의 연속적인 페인 내에 존재할 것이다.
다양한 실시예에서, 본 명세서에 기술된 바와 같은 보호용 헤드기어 및 자동 다크닝 필터는 예를 들어 용접(예컨대, 아크 용접, 토치 용접, 아세틸렌 용접), 절단(예컨대, 레이저 절단, 아세틸렌 절단), 브레이징, 솔더링 등의 공업상 작업과 관련하여 사용될 수 있다. 이들은 또한 높은 세기의 광을 수반하는 의료 시술(예컨대, 레이저 수술, 제모, 문신 제거, 치과용 수지의 광-경화 등) 및 또한 다른 용도와 관련하여 사용될 수 있다.
주로 만곡된(아치형인) 자동 다크닝 필터에서의 사용에 관하여 본 명세서에 기술되었지만, 본 명세서에 개시된 배열 및 방법 중 적어도 일부(예컨대, 전체 안구를 보호하기 위해 셔터 제어 시스템을 작동시키는 것, 단지 안구가 응시하고 있는 방향을 모니터링하기보다는 적어도 동공 또는 전체 안구의 위치를 보호용 헤드기어의 기준 위치에 대해 3차원 공간 내에서 모니터링하는 것 등)가 평평한 자동 다크닝 필터에 유사하게 적용가능할 것임이 인식될 것이다. 따라서, 일부 그러한 배열은 예컨대 예시적인 실시예의 목록에 언급된 바와 같이, 본 명세서의 개시 내용에 의해 포함된다.
예시적인 실시예의 목록
실시예 1은 시력-보호용 헤드기어로서, 시력-보호용 헤드기어의 전방향 광학적 투과성 윈도우 내에 장착되고, 적어도 어두운 상태와 밝은 상태 사이에서 각각 스위칭될 수 있는 스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 만곡형 자동 다크닝 필터와, 스위칭가능 셔터의 어레이의 각각의 스위칭가능 셔터에 제어가능하게 연결되어 스위칭가능 셔터 각각의 스위칭을 제어할 수 있고, 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치 및 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치에 수신가능하게 연결되는 셔터 제어 시스템을 포함하되, 셔터 제어 시스템은 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치로부터 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치로부터 눈 위치 정보를 수신하도록 구성되고, 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여 스위칭가능 셔터가 스위칭되는 상태를 선택하도록 구성되는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 2는 실시예 1에 있어서, 셔터 제어 시스템은 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여, 스위칭가능 셔터의 어레이의 제1 세트의 스위칭가능 셔터를, 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치된 것으로 식별하도록 구성되고, 셔터 제어 시스템은 제1 세트의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로부터 어두운 상태로 선택적으로 스위칭하고 이들을 어두운 상태로 유지하도록 구성되고, 셔터 제어 시스템은 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여, 스위칭가능 셔터의 어레이의 제2 세트의 스위칭가능 셔터를, 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치되지 않은 것으로 식별하도록 또한 구성되고, 셔터 제어 시스템은 제2 세트의 스위칭가능 셔터 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로 유지하도록 그리고/또는 제2 세트의 스위칭가능 셔터 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터를 중간 상태로 스위칭하고 이들을 중간 상태로 유지하도록 구성되는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 3은 실시예 1 및 실시예 2 중 어느 한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치는 좌측 워크뷰 이미지 획득 장치 및 우측 워크뷰 이미지 획득 장치를 포함하고, 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 좌안 위치 모니터링 장치 및 우안 위치 모니터링 장치를 포함하는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 4는 실시예 3에 있어서, 셔터 제어 시스템은 좌측 워크뷰 이미지 획득 장치로부터 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 좌안 위치 모니터링 장치로부터 눈 위치 정보를 수신하도록 구성되고, 이러한 정보를 조합하여 사용하여 제1 세트의 스위칭가능 셔터의 좌측 서브세트를 식별하도록 구성되고, 셔터 제어 시스템은 제1 세트의 스위칭가능 셔터의 좌측 서브세트를 밝은 상태로부터 어두운 상태로 선택적으로 스위칭하고 스위칭가능 셔터의 좌측 서브세트를 어두운 상태로 유지하도록 구성되고, 셔터 제어 시스템은 우측 워크뷰 이미지 획득 장치로부터 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 우안 위치 모니터링 장치로부터 눈 위치 정보를 수신하도록 구성되고, 이러한 정보를 조합하여 사용하여 제1 세트의 스위칭가능 셔터의 우측 서브세트를 식별하도록 구성되고, 셔터 제어 시스템은 제1 세트의 스위칭가능 셔터의 우측 서브세트를 밝은 상태로부터 어두운 상태로 선택적으로 스위칭하고 스위칭가능 셔터의 우측 서브세트를 어두운 상태로 유지하도록 구성되는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 5는 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치는 140 dB 이상의 동적 범위를 나타내는 고 동적 범위 이미지 획득 장치인, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 6은 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치는 140 dB 미만의 동적 범위를 나타내는 저 동적 범위 이미지 획득 장치인, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 7은 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 사용자의 안구의 적어도 동공의 위치를 시력-보호용 헤드기어의 적어도 하나의 기준 위치에 관하여 모니터링하도록 구성되지만, 눈 위치 모니터링 장치는 사용자가 응시하고 있는 방향을 모니터링하는 눈-추적 장치로서 기능하도록 구성되지 않는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 8은 실시예 7에 있어서, 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 사용자의 안구의 적어도 동공의 위치를 시력-보호용 헤드기어의 적어도 3개의 기준 위치에 관하여 모니터링하도록 구성되는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 9는 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 사용자의 안구의 적어도 동공의 위치를 시력-보호용 헤드기어의 적어도 하나의 기준 위치에 관하여 모니터링하도록 구성되고, 눈 위치 모니터링 장치는 사용자가 응시하고 있는 방향을 모니터링하는 눈-추적 장치로서 기능하도록 또한 구성되는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 10은 실시예 9에 있어서, 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 시력-보호용 헤드기어의 사용자의 눈으로부터의 적어도 각막 반사를 모니터링하는 눈-추적 카메라를 포함하는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 11은 실시예 1 내지 실시예 10 중 어느 한 실시예에 있어서, 만곡형 자동 다크닝 필터는 제1 및 제2 유리 기판(glass substrate)을 포함하고, 제1 및 제2 유리 기판은 기판 각각 상의 적어도 하나의 위치가 150 mm 이하의 곡률 반경을 나타내도록 만곡되고 적어도 만곡형 자동 다크닝 필터의 광학적 활성 영역의 전체에 걸쳐 서로 국소적으로 평행한, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 12는 실시예 1 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예에 있어서, 스위칭가능 셔터의 어레이는 적어도 약 20, 40, 60, 100, 200, 또는 400개의 스위칭가능 셔터를 포함하는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 13은 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 한 실시예에 있어서, 스위칭가능 셔터의 어레이는 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층 내에 위치되고, 자동 다크닝 필터의 제1 층의 광학적 활성 영역의 적어도 일부분을 차지하고, 개별 셔터의 어레이 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터는 전력이 공급될 때 어두운 상태로 스위칭되고 전력이 공급되는 한 어두운 상태를 유지하고, 전력이 공급되지 않을 때 밝은 상태로 스위칭되고 전력이 공급되지 않는 한 밝은 상태를 유지하는 파워-다크닝 셔터인, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 14는 실시예 13에 있어서, 만곡형 자동 다크닝 필터는 적어도 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층의 광학적 활성 영역과 인접하는 광학적 활성 영역을 포함하는 제2 층을 포함하고, 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 단일의 스위칭가능 셔터가 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 광학적 활성 영역의 전체를 차지하고, 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층의 단일의 스위칭가능 셔터는 전력이 공급될 때 밝은 상태로 스위칭되고 전력이 공급되는 한 밝은 상태를 유지하고, 전력이 공급되지 않을 때 어두운 상태로 스위칭되고 전력이 공급되지 않는 한 어두운 상태를 유지하는 파워-라이트닝 셔터인, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 15는 실시예 1 내지 실시예 14 중 어느 한 실시예에 있어서, 스위칭가능 셔터의 어레이 중 적어도 선택된 스위칭가능 셔터가, 편광 축을 가진 제1 편광 필터 시트(polarizing filter sheet)와 제1 편광 필터 시트의 편광 축에 적어도 실질적으로 직교하게 배향되는 편광 축을 가진 제2 편광 필터 시트 사이에 개재되는 액정 셀의 액정 픽셀의 어레이의 액정 픽셀에 의해 적어도 부분적으로 각각 제공되는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 16은 실시예 15에 있어서, 개별적 스위칭가능 셔터의 어레이의 각각의 스위칭가능 셔터는 제2 편광 필터 시트의 개별 영역에 의해 제공되는 제2 편광 필터를 포함하고, 제2 편광 필터 시트는 스위칭가능 셔터의 어레이의 셔터 모두의 제2 편광 필터 모두를 제공하는 단일의 제2 편광 필터 시트인, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 17은 실시예 15 및 실시예 16 중 어느 한 실시예에 있어서, 스위칭가능 셔터의 어레이는 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층 내에 위치되고 자동 다크닝 필터의 제1 층의 광학적 활성 영역을 차지하고, 만곡형 자동 다크닝 필터는 적어도 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층의 광학적 활성 영역과 인접하는 광학적 활성 영역을 포함하는 제2 층을 포함하고, 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 단일의 스위칭가능 셔터가 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 광학적 활성 영역의 전체를 차지하고, 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 단일의 스위칭가능 셔터는, 제2 편광 필터 시트와 제2 편광 층의 편광 축에 적어도 실질적으로 직교하게 배향되는 편광 축을 가진 제3 편광 필터 시트 사이에 개재되는 단일의 꼬인-네마틱 액정 셀을 포함하는 단일의 액정(LC) 셔터인, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 18은 실시예 1 내지 실시예 17 중 어느 한 실시예에 있어서, 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층 내에 위치되는 개별적 스위칭가능 셔터의 제1 어레이 및 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층 내에 위치되는 개별적 스위칭가능 셔터의 제2 어레이를 포함하고, 제2 어레이의 적어도 일부의 셔터는 제1 어레이의 셔터와 적어도 부분적으로 중첩하는 구성으로 각각 정렬되는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 19는 실시예 18에 있어서, 개별적 스위칭가능 셔터의 제2 어레이는 개별적 스위칭가능 셔터의 제1 어레이와 오프셋된, 부분적으로 중첩하는 관계로 위치되는, 시력-보호용 헤드기어이다.
실시예 20은 적어도 어두운 상태와 밝은 상태로 각각 스위칭될 수 있는 스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 만곡형 자동 다크닝 필터를 포함하고 셔터 제어 장치를 포함하는 시력-보호용 헤드기어를 작동시키는 방법으로서, 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여, 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치된 스위칭가능 셔터의 어레이의 제1 세트의 스위칭가능 셔터를 식별하는 단계; 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여, 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치되지 않은 스위칭가능 셔터의 어레이의 제2 세트의 스위칭가능 셔터를 식별하는 단계; 및 제1 세트의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로부터 어두운 상태로 선택적으로 스위칭하고 이들을 어두운 상태로 유지하는 한편, 제2 세트의 스위칭가능 셔터 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로 유지하고 그리고/또는 제2 세트의 스위칭가능 셔터 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터를 중간 상태로 선택적으로 스위칭하고 이들을 중간 상태로 유지하는 단계를 포함하는, 방법이다.
실시예 21은 실시예 20에 있어서, 방법은 제2 세트의 스위칭가능 셔터의 적어도 실질적으로 전부의 스위칭가능 셔터를 중간 상태로 선택적으로 스위칭하고 이들을 중간 상태로 유지하는 단계를 포함하는, 방법이다.
실시예 22는 실시예 20에 있어서, 방법은 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여 스위칭가능 셔터의 어레이 중 어떠한 스위칭가능 셔터도 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치되지 않은 것으로 결정될 때 스위칭가능 셔터의 어레이의 적어도 실질적으로 전부의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로 스위칭하는 단계를 포함하는, 방법이다.
실시예 23은 실시예 20 내지 실시예 22 중 어느 한 실시예에 있어서, 워크뷰 광 세기 맵핑 정보는 워크뷰 이미지 획득 장치로부터 셔터 제어 시스템에 의해 수신되고, 워크뷰 광 세기 맵핑 정보의 적어도 일부분은 시력-보호용 헤드기어의 통상의 작동 중의 적어도 일부 시간에 포화 한계에 있는, 방법이다.
실시예 24는 실시예 20에 있어서, 실시예 1 내지 실시예 19 중 어느 한 실시예의 시력-보호용 헤드기어로 수행되는, 방법이다.
본 명세서에 개시된 특정 예시적인 요소, 구조, 특징, 상세 사항, 구성 등이 다수의 실시예에서 수정 및/또는 조합될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 모든 그러한 변형과 조합은 단지 예시적인 실례로서의 역할을 하도록 선택된 그러한 대표적인 설계가 아닌 고안된 발명의 범위 내에 있는 것으로 본 발명자에 의해 고려된다. 따라서, 본 발명의 범주는 본 명세서에 기술된 특정 예시적인 구조로 제한되어야 하는 것이 아니라, 오히려 적어도 청구범위의 언어에 의해 기술된 구조 및 그러한 구조의 등가물로 확장된다. 본 명세서에 대안으로서 분명하게 언급된 임의의 요소는, 원하는 대로 임의의 조합으로, 명시적으로 청구범위에 포함될 수 있거나 청구범위로부터 배제될 수 있다. 본 명세서에 개방형 언어(예컨대, 포함하다 및 그의 파생어)로 언급된 임의의 요소 또는 요소들의 조합은 폐쇄형 언어(예컨대, 구성되다 및 그의 파생어) 및 부분적 폐쇄형 언어(예컨대, 본질적으로 구성되다 및 그의 파생어)로 추가적으로 언급되는 것으로 고려된다. 기재된 바와 같은 본 명세서와 본 명세서에 참고로 포함되는 임의의 문헌의 개시 내용 사이에 임의의 상충 또는 불일치가 있는 경우에는, 기재된 바와 같은 본 명세서가 우선할 것이다.

Claims (23)

  1. 시력-보호용 헤드기어(vision-protective headgear)로서,
    상기 시력-보호용 헤드기어의 전방향(forward-facing) 광학적 투과성 윈도우 내에 장착되고, 적어도 어두운 상태와 밝은 상태 사이에서 각각 스위칭될 수 있는 스위칭가능 셔터의 어레이(array of switchable shutter)를 포함하는 만곡형 자동 다크닝 필터(curved automatic darkening filter)와,
    상기 스위칭가능 셔터의 어레이의 각각의 스위칭가능 셔터에 제어가능하게 연결되어 상기 스위칭가능 셔터 각각의 스위칭을 제어할 수 있고, 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치(workview image acquisition device) 및 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치(eye position monitoring device)에 수신가능하게 연결되는 셔터 제어 시스템을 포함하되,
    상기 셔터 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치로부터 워크뷰 광 세기 맵핑 정보(workview light intensity mapping information) 및 상기 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치로부터 눈 위치 정보를 수신하도록 구성되고, 상기 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 상기 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여 상기 스위칭가능 셔터가 스위칭되는 상태를 선택하도록 구성되는,
    시력-보호용 헤드기어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셔터 제어 시스템은 상기 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 상기 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여, 상기 스위칭가능 셔터의 어레이의 제1 세트의 스위칭가능 셔터를, 상기 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 상기 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치된 것으로 식별하도록 구성되고, 상기 셔터 제어 시스템은 상기 제1 세트의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로부터 어두운 상태로 선택적으로 스위칭하고 이들을 상기 어두운 상태로 유지하도록 구성되고,
    상기 셔터 제어 시스템은 상기 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 상기 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여, 상기 스위칭가능 셔터의 어레이의 제2 세트의 스위칭가능 셔터를, 상기 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 상기 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치되지 않은 것으로 식별하도록 또한 구성되고, 상기 셔터 제어 시스템은 상기 제2 세트의 스위칭가능 셔터 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로 유지하도록 그리고/또는 상기 제2 세트의 스위칭가능 셔터 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터를 중간 상태로 스위칭하고 이들을 상기 중간 상태로 유지하도록 구성되는,
    시력-보호용 헤드기어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치는 좌측 워크뷰 이미지 획득 장치 및 우측 워크뷰 이미지 획득 장치를 포함하고, 상기 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 좌안 위치 모니터링 장치 및 우안 위치 모니터링 장치를 포함하는,
    시력-보호용 헤드기어.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셔터 제어 시스템은 상기 좌측 워크뷰 이미지 획득 장치로부터 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 상기 좌안 위치 모니터링 장치로부터 눈 위치 정보를 수신하도록 구성되고, 이러한 정보를 조합하여 사용하여 상기 제1 세트의 스위칭가능 셔터의 좌측 서브세트(subset)를 식별하도록 구성되고, 상기 셔터 제어 시스템은 상기 제1 세트의 스위칭가능 셔터의 좌측 서브세트를 밝은 상태로부터 어두운 상태로 선택적으로 스위칭하고 상기 스위칭가능 셔터의 좌측 서브세트를 상기 어두운 상태로 유지하도록 구성되고,
    상기 셔터 제어 시스템은 상기 우측 워크뷰 이미지 획득 장치로부터 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 상기 우안 위치 모니터링 장치로부터 눈 위치 정보를 수신하도록 구성되고, 이러한 정보를 조합하여 사용하여 상기 제1 세트의 스위칭가능 셔터의 우측 서브세트를 식별하도록 구성되고, 상기 셔터 제어 시스템은 상기 제1 세트의 스위칭가능 셔터의 우측 서브세트를 밝은 상태로부터 어두운 상태로 선택적으로 스위칭하고 상기 스위칭가능 셔터의 우측 서브세트를 상기 어두운 상태로 유지하도록 구성되는,
    시력-보호용 헤드기어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치는 140 dB 이상의 동적 범위를 나타내는 고 동적 범위(high dynamic range) 이미지 획득 장치인,
    시력-보호용 헤드기어.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 워크뷰 이미지 획득 장치는 140 dB 미만의 동적 범위를 나타내는 저 동적 범위(low dynamic range) 이미지 획득 장치인,
    시력-보호용 헤드기어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 사용자의 안구의 적어도 동공의 위치를 상기 시력-보호용 헤드기어의 적어도 하나의 기준 위치에 관하여 모니터링하도록 구성되지만, 상기 눈 위치 모니터링 장치는 상기 사용자가 응시하고 있는 방향을 모니터링하는 눈-추적 장치로서 기능하도록 구성되지 않는,
    시력-보호용 헤드기어.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 상기 사용자의 안구의 적어도 동공의 위치를 상기 시력-보호용 헤드기어의 적어도 3개의 기준 위치에 관하여 모니터링하도록 구성되는,
    시력-보호용 헤드기어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 사용자의 안구의 적어도 동공의 위치를 상기 시력-보호용 헤드기어의 적어도 하나의 기준 위치에 관하여 모니터링하도록 구성되고, 상기 눈 위치 모니터링 장치는 상기 사용자가 응시하고 있는 방향을 모니터링하는 눈-추적 장치로서 기능하도록 또한 구성되는,
    시력-보호용 헤드기어.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 눈 위치 모니터링 장치는 상기 시력-보호용 헤드기어의 사용자의 눈으로부터의 적어도 각막 반사를 모니터링하는 눈-추적 카메라를 포함하는,
    시력-보호용 헤드기어.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 만곡형 자동 다크닝 필터는 제1 및 제2 유리 기판(glass substrate)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 유리 기판은 상기 기판 각각 상의 적어도 하나의 위치가 150 mm 이하의 곡률 반경을 나타내도록 만곡되고 적어도 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 광학적 활성 영역의 전체에 걸쳐 서로 국소적으로 평행한,
    시력-보호용 헤드기어.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭가능 셔터의 어레이는 적어도 약 20, 40, 60, 100, 200, 또는 400개의 스위칭가능 셔터를 포함하는,
    시력-보호용 헤드기어.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭가능 셔터의 어레이는 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층 내에 위치되고, 상기 자동 다크닝 필터의 제1 층의 광학적 활성 영역의 적어도 일부분을 차지하고,
    개별 셔터의 어레이 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터는 전력이 공급될 때 어두운 상태로 스위칭되고 전력이 공급되는 한 상기 어두운 상태를 유지하고, 전력이 공급되지 않을 때 밝은 상태로 스위칭되고 전력이 공급되지 않는 한 상기 밝은 상태를 유지하는 파워-다크닝 셔터(power-darkening shutter)인,
    시력-보호용 헤드기어.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 만곡형 자동 다크닝 필터는 적어도 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층의 광학적 활성 영역과 인접하는 광학적 활성 영역을 포함하는 제2 층을 포함하고, 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 단일의 스위칭가능 셔터가 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 광학적 활성 영역의 전체를 차지하고,
    상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층의 단일의 스위칭가능 셔터는 전력이 공급될 때 밝은 상태로 스위칭되고 전력이 공급되는 한 상기 밝은 상태를 유지하고, 전력이 공급되지 않을 때 어두운 상태로 스위칭되고 전력이 공급되지 않는 한 상기 어두운 상태를 유지하는 파워-라이트닝 셔터(power-lightening shutter)인,
    시력-보호용 헤드기어.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭가능 셔터의 어레이 중 적어도 선택된 스위칭가능 셔터가, 편광 축을 가진 제1 편광 필터 시트(polarizing filter sheet)와 상기 제1 편광 필터 시트의 편광 축에 적어도 실질적으로 직교하게 배향되는 편광 축을 가진 제2 편광 필터 시트 사이에 개재되는 액정 셀(liquid-crystal cell)의 액정 픽셀의 어레이(array of liquid-crystal pixel)의 액정 픽셀에 의해 적어도 부분적으로 각각 제공되는,
    시력-보호용 헤드기어.
  16. 제15항에 있어서,
    개별적 스위칭가능 셔터의 어레이의 각각의 스위칭가능 셔터는 상기 제2 편광 필터 시트의 개별 영역에 의해 제공되는 제2 편광 필터를 포함하고, 상기 제2 편광 필터 시트는 상기 스위칭가능 셔터의 어레이의 셔터 모두의 제2 편광 필터 모두를 제공하는 단일의 제2 편광 필터 시트인,
    시력-보호용 헤드기어.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 스위칭가능 셔터의 어레이는 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층 내에 위치되고 상기 자동 다크닝 필터의 제1 층의 광학적 활성 영역을 차지하고, 상기 만곡형 자동 다크닝 필터는 적어도 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층의 광학적 활성 영역과 인접하는 광학적 활성 영역을 포함하는 제2 층을 포함하고, 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 단일의 스위칭가능 셔터가 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 광학적 활성 영역의 전체를 차지하고,
    상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층의 단일의 스위칭가능 셔터는, 상기 제2 편광 필터 시트와 제2 편광 층의 편광 축에 적어도 실질적으로 직교하게 배향되는 편광 축을 가진 제3 편광 필터 시트 사이에 개재되는 단일의 꼬인-네마틱(twisted-nematic) 액정 셀을 포함하는 단일의 액정(LC) 셔터인,
    시력-보호용 헤드기어.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제1 층 내에 위치되는 개별적 스위칭가능 셔터의 제1 어레이 및 상기 만곡형 자동 다크닝 필터의 제2 층 내에 위치되는 개별적 스위칭가능 셔터의 제2 어레이를 포함하고, 상기 제2 어레이의 적어도 일부의 셔터는 상기 제1 어레이의 셔터와 적어도 부분적으로 중첩하는 구성으로 각각 정렬되는,
    시력-보호용 헤드기어.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 개별적 스위칭가능 셔터의 제2 어레이는 상기 개별적 스위칭가능 셔터의 제1 어레이와 오프셋된(offset), 부분적으로 중첩하는 관계로 위치되는,
    시력-보호용 헤드기어.
  20. 적어도 어두운 상태와 밝은 상태로 각각 스위칭될 수 있는 스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 만곡형 자동 다크닝 필터를 포함하고 셔터 제어 장치를 포함하는 시력-보호용 헤드기어를 작동시키는 방법으로서,
    워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여, 상기 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 상기 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치된 상기 스위칭가능 셔터의 어레이의 제1 세트의 스위칭가능 셔터를 식별하는 단계와,
    상기 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여, 상기 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 상기 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치되지 않은 상기 스위칭가능 셔터의 어레이의 제2 세트의 스위칭가능 셔터를 식별하는 단계와,
    상기 제1 세트의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로부터 어두운 상태로 선택적으로 스위칭하고 이들을 상기 어두운 상태로 유지하는 한편, 상기 제2 세트의 스위칭가능 셔터 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로 유지하고 그리고/또는 상기 제2 세트의 스위칭가능 셔터 중 적어도 일부의 스위칭가능 셔터를 중간 상태로 선택적으로 스위칭하고 이들을 상기 중간 상태로 유지하는 단계를 포함하는,
    방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 방법은 상기 제2 세트의 스위칭가능 셔터의 적어도 실질적으로 전부의 스위칭가능 셔터를 상기 중간 상태로 선택적으로 스위칭하고 이들을 상기 중간 상태로 유지하는 단계를 포함하는,
    방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 방법은 상기 워크뷰 광 세기 맵핑 정보 및 눈 위치 정보를 조합하여 사용하여 상기 스위칭가능 셔터의 어레이 중 어떠한 스위칭가능 셔터도 상기 워크뷰 내의 높은 세기 광의 공급원과 상기 헤드기어의 사용자의 안구의 적어도 동공 사이의 직접적인 광학 경로 상에 위치되지 않은 것으로 결정될 때 상기 스위칭가능 셔터의 어레이의 적어도 실질적으로 전부의 스위칭가능 셔터를 밝은 상태로 스위칭하는 단계를 포함하는,
    방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 워크뷰 광 세기 맵핑 정보는 워크뷰 이미지 획득 장치로부터 셔터 제어 시스템에 의해 수신되고, 상기 워크뷰 광 세기 맵핑 정보의 적어도 일부분은 상기 시력-보호용 헤드기어의 통상의 작동 중의 적어도 일부 시간에 포화 한계(saturation limit)에 있는,
    방법.
KR1020207001155A 2017-06-15 2018-06-13 스위칭가능 셔터의 어레이를 포함하는 자동 다크닝 필터를 가진 시력-보호용 헤드기어 KR102607506B1 (ko)

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US62/520,010 2017-06-15
PCT/IB2018/054331 WO2018229688A1 (en) 2017-06-15 2018-06-13 Vision-protective headgear with automatic darkening filter comprising an array of switchable shutters

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