SE425048B - Flerskiktsglas, serskilt skyddsglas i en svetsskerm - Google Patents

Description

7804630-7 ß 2 i det ena gränsskiktet inte parallell med molekylernas orientering i det andra gränsskiktet bildar molekylerna i den Flytande kristallen en skruvlinjeformig struktur. När polariserat ljus passerar en sådan kristall Följer ljusets polarisationsplan huvudsakligen den skruvlinje- Formiga strukturens vridning.

De flytande kristallernas olika optiska egenskaper i axoiterat och o- exciterat tillstånd i kombination med polarisatorer har utnyttjats i skyddsglas för dämpning av ljuset, exv. bågljuset vid svetsningserbeten Ett sådant skyddsglas består i sin enklaste Form av tre skikt, nämligen en flytande kristall, en Främre och en bakre polarisator. I ett ut- Förande är polarisatorernas polarisationsplan parallella. Den Flytande kristallen har en skruvlinjeformíg struktur, som vrider ljusets pola- risationsplan genom en vinkel av 900. Är den Flytande kristallen inte exciterad kan det i den främre polarieatorn polariserade ljuset efter vridningen i den flytande kristallen inte passera den bakre polarisa- torn. Är däremot kristallen exciterad, släpps ljuset genom kristallen utan vridning och den bakre polarisatorn utgör inte någon spärr För ljuset. Exciteringen av kristallen styrs lämpligen med hjälp av Foto- sensorer, som avkänner det infallende ljusets intensitet och överför kristallen i oexciterat tillstånd när ljuset blir för kraftigt. Över- gången Från det exciterade till det oexciterade tillståndet tar någon tiondels sekund. Under denna tid utsättas evetsaren För en kortvarig men intensiv bländning, som inte bara är störande utan också kan vara skadlig För synen. Skyddsglas av denna typ dämpar dessutom inte ljuset tillräckligt på grund av polarisatorernas och den Flytande kristallens ofullkomligheter.

I ett annan utförande av ett sådant skyddsglas står polarisatorernas polarisationsplan vinkelrätt mot varandra. Den flytande kristallen har en skruvlinjeformig struktur För en 900 vridning av ljusets pola- risationsplan. Är kristallen oexciterad kan ljuset i det närmaste obehindrat passera skyddeglaset. Är kristallen exoiterad vrides inte ljusets polarisationsplan ooh det i den Första polarisatorn polarise- rade ljuset dämpas vid genomgång av den andra polerisatorn. Övergången från oexoiterat till exciterat tillstånd sker mycket snabbare än över- gången i omvänd riktning. Ett skyddsglas av detta slag är därför bättre lämpat med hänsyn till den kortare bländningstiden under om- slagstiden, som varar några hundradels sekunder. Inte heller ett skyddsglas av detta utförande dämpar ljuset tillräckligt. Ett sådant skyddsglas har också den nackdelen, att dess skyddsverkan upphör vid bortfall av den exciterande spänningen. 3 7804630-7 I den amerikanska patentskriften nr 4 039 254 beskrivs ett flerskikts~ skyddsglas, som utgöres av tvâ bakom varandra anordnade skyddsglas, vars polarisatorer har parallella polarisationsplan. Därmed uppnås en bättre dämpning. Skyddsglasets transmission vid oexciterade kristaller är mindre än 0,01 Å. Övergången från exciterat tillstånd till oexci- terat tillstånd tar dock for lång tid och svetsaren skyddas inte till- räckligt etfektivt mot bländning under denna omslagstid.

Fbreliggande uppfinning har till syfte att åstadkomma ett Flerskikts- skyddsglas med ett effektivt bländskydd och utmärker sig därigenom, att den Forsta och den andra polarisatorns polarisationsplan står vinkelrätt mot varandra, och den andra och tredje polarisatorns pola- risationsplan oildar en vinkel, son är mellan 00 och 600, varvid vridningsvinkeln av den av de Flytande kristallerna i den andra elektrooptiska cellen bildade skruvformiga strukturen är mellan 900 och 300 och den nämnda vinkeln och vridningsvinkeln utger komplemen- tära vinklar och att de båda elektrooptiska cellerna dr anordnade att växelvis exciteras genom pâtryckning av en spänning mellan plattornas ledande skikt.

Enligt en ftredragen utforingsform av uppfinningen är skiktet av den flytande kristallen i den Första elektrooptiska cellen htgst 0,UUfi mm, Fcreträdesvls hcgst U,ÜÜ3 mm tjockt. Därmed uppnås vid exclteringen av den fcrsta cellen omslagstider, som är väsentligen kortare än ca 0,02 sek. Under en sådan kort tid uppfattas skenet från en svets- ljusbâgen inte som sterande.

For att uppnå den bästa kontrasten i den av den Ftrsta och andra pola- risatorn och den Första elektrooptiska cellen bildade skyddsglasdelen bör vridningsvinkeln av den oexciterade Flytande kristallens skruv- ïormiga struktur vara 900. Med kontrast avses här ftrhållandetmellan ljustransmissionen genom skyddsglasenheten vid oexciterad och exci- terad kristall.

I den oexciterade Flytande kristallen depolariseras i viss utsträckning det passerande polariserade ljuset. Depolariseringen ekar vid minsk- ning av den skruvfnrmiga strukturens stigningsvinkel, som är en innh- tion av kristallens tjocklek och strukturens vridningsvinkei. Ju tunnare kristallen och/eller ju mera vriden strukturen är, desto sämre Följer det passerande ljusets polarisetionsplan den skruvformiga strukturen. Ftljsamheten är bl.a. beroende på ljusets våglängd. De depolariserade ljusandelarna dämpas mera eller mindre än de ej de- polariserade andelarna i den bakom cellen anordnade polarisatorn, beroende på vridningen av dess polerisationsplan i fçrhållande till _7sø463o-7 ll 4 den ej depolariserade ljusandelens polarisationsplan.

Flerskiktsglaset enligt uppfinningen är "stängt", dvs det passerande ljuset dämpas mycket kraftigt, när den första elektrooptiska cellen är exciterad och den andra är oexciterad. Det genom den Första pola- risatorn polariserade ljuset passerar opåverkat den första exciterade cellen och dämpas effektivt genom den andra polarisatorn, vars polari- sationsplan är vinkelrätt mot den Första polarisatorns polarisations- plan. Tack_vare exciteringen av den Forsta cellen är omslagstiden kort.

Dämpningen av ljuset är dock inte tillräcklig om exv. en svetsljushâge skall ouserveras en längre tid. En ytterligare dämpning av det rest- ljus, som passerar den andra polarisatorn och som huvudsakligen är polariserat i ett plan, som är parallellt med den andra polarisatorns polarisationsplan, sker genom den tredje polarisatorn.

Depolariseringen av restljuset i den oexciterade andra cellen påverkas genom val av vridníngsvinkeln, som skall vara mellan 909 och 300. Det är dessutom Ferdelaktigt att kristallen i den andra cellen är något tjockare än i den forsta. Enligt ett Fördelaktigt utfbrande är den andra kristallen åtminstone 0,002 mm tjockare än den första kristallen.

För att Få den lägsta möjliga transmissionen vid oexciterat tillstånd av den andra cellen måste den tredje polarisatorns polarlsationsplan anpassas till vrldningsvínkeln i cellen skruvformiga struktur, Den tredje polarisntorns polarlsationsplan skall vara så vrídet L fcrhäl- lande till den andra polarisatorns polarisationsplan, att polarisations- planet av det ur den andra cellen utträdande restljuset är huvudsak- ligen vinkelrätt mot den tredje polarisatorns polarisationsplan. Vrid» ningsvinkeln i den andra cellens skruvformiga struktur och vinkeln nellan den andra och tredje pclarisatorns polarisationsplan måste där- fcr vara komplementära, dvs summan skall vara 900. Qv tillverknings~ tekniska skäl är dock en exakt injustering av dessa båda vinklar ofta svår att genomföra. Mindre avvikelser från summan 900 har ingen menlig inverkan på dämpningen. Inom ramen av den Föreliggande uppfinningen menas har med komplementära vinklar sådana vinklar, vars vinkelsumma är mellan an° och 1ßn°.

Flerskiktsglaset är “dppet", dvs huvudparten av det infallande ljuset passerar, när den forsta cellen är oexciterad och den andra exciterad.

Eftersom den Första cellens vridningsvinkel i den skruvformiga kris- tallstrukturen är stor och cellen tunn Förekommer i denna tunna cell en märkbar depolarisering, som medför en viss, men ej störande dämpning av ljuset genom den andra polarisatorn. En ytterligare dämpning av det Fa5Sefa“Ü9 liusat Uflpstår Sedan i den tredje polarisatorn efter 5 7804630-7 ljusets obehindrade passage genom den exciterade andra cellen, när den tredje polarisatorns polarisationsplan inte är parallellt med den andra polarisatorns polarisationsplan, vilket är Fallet vid användning av celler med en skruvformig kristallstruktur, vars vridningsvinkel är mindre än WHO. Vridningsvinkeln i den andra cellen bör inte vara mindre än 300, eftersom dämpningen genom den tredje polarisatorn vid “oppet” skyddsglas blir För stor.

Den genom depolariseringen i den Första cellen och eventuella sär- skilda dämpningen genom den tredje polarisatorn minskade transmissionen när skyddsglaset är “oppet" är dock acceptabel och påverkar endast obe- tydligt observationsmöjligheten genom det "dppna" skyddsglaset. Det är en Fråga om lämplighet, som bör avgoras från fall till Fall, om transmissionen vid "öppet" skyddsglas skall ökas på nekostnad av en mindre dämpning vid "stängt" skyddsglas.

Ytterligare färdelar av den Föreliggande uppfinningen förklaras i den följande beskrivningen i samband med den bifogade ritningen, som visar ett utföringsexempel av uppfinningen.

Fig. 1 visar scnematiskt ett flerskiktsglas med elektrooptiska celler i ett visst exciteringstillstånd. Fig. 2 visar skyddsglaset med de elektrooptiska cellerna i ett annat exeitaringstillstând. Fig. 3 visar ett kopplingsschema Fer styrning av skyddsglasets ljustrans- mission och fig. 4 visar en med skyddsglaset utrustad svetsskärm.

Flerskiktsglaset består av ett första polarisationsfilter 2 for trans~ mission av ljusvågor med enbart vertikalt polarisationsplan, en Farsta elektrooptisk cell 3, ett andra polarisationsfilter 4 För passage av ljusvågor med enbart horisontellt polarisationsplan, en andra elektro- optisk cell 5 och ett tredje polarisationsfiltar 6 För transmission av ljusvâgor med enbart horisontellt polarisationsplan.

Polarisationsfiltrets förmåga att polarisera ljus är begränsat till ett visst vâglängdsområde. Det infrarbda och ultravioletta ljuset, som båda är väsentligen mera hälsofarliga än det synliga ljuset, pola- riseras endast i begränsad omfattning och skyddsglaset är därftr für- sett med ett särskilt Filter 1 för detta ljus.

Var och en av de båda elektrooptiska cellerna är Fhrsedd med en mellan plnnpnrallnlln glasskivor Va, Ba; Th, Hb anbragt flytande kristall 9n, 9D. Glasskivorna är på den mot kristallen vända sidan belagda med ett elektriskt ledande skikt 1Ûa, 11a; 1Ûb, 11b. De ledande skikten är mycket tunna och appliceras på sådant sätt, att kristallmolekylerna i gränsskiktet mot det ledande skiktet får en bestämd orientering. 180463047 6 Drienteringen i skiktet 10a resp. 10b skall här vara väsentligen vin- kenrätt mot orienteringen i skiktet 11a resp. 11b. Skikten är anslutna till en strömkälla 12, som medelst en omkopplare 13 växelvis lägger skikten 7a, Ba (Fig. 1) resp. skikten 7b, Sb (Fig. 2) pâ spänning.

Med en switch 14 slutes strömkretsen när skyddsglaset användes.

Smitchen 14 är normalt öppen men visas här i sitt arbetsläge.

Den Flytande kristallen 9a i den elektrooptiska cellen 3 är ca 0,003 mm tjock. Dess omslagstid vid exciteringen är mindre än 0,01 sek. Den Flytande kristallen 9b i den elektrooptiska cellen 4 är ca 0,01 mm tjock Dess omslagstid är längre än för kristallen 9a och uppgår till ca 0,1 sek.

I Fig. 1 är på grund av omkopplarens 13 läge kristallen 3 oexciterad och kristallen 5 exciterad. Det på Figuren Från vänster infallande ljuset passerar Först Filtret 1 och polariseras i polarisationsfiltet 2. Enbart ljusvågor tillhörande vartikalplanet släpps igenom av Filtret 2. I den-Forsta oexciterade elektrooptiska cellen 3 vridas 'polarisationsplanet 900 och passerar därför obehindrat det andra pola- risationsfiltret 4. Den andra exciterade elektrooptiske cellen 5 låter ljuset passera utan vridning och ljuset kan därför också passera det tredje polarisationsfiltret 6 och således nå en observatör 15. Läget av ljusets polarisationsplan visas i figuren 1 och 2 schematískt med pilar.

I Pig. 2 befinner sig omkopplaren 13 i sitt andra läge. Kristallen 3 är exciterad och kristallen 5 oexciterad. Det Dflariserade ljus, som lämnat polarisationsfiltret 2, passerar utan vridning kristallen 3.

PolarisationsFiltret 4 utgör nu ett stopp för vidare passage och ljuset när därför inte observatüren 15. På grund av den Flytande kristallens depolariserande verkan kommer dock något ljus med horisontellt polarisationsplan att passera Filtret 4. Dess polarisationsplan blir vridet i den Flytande kristallen 9b och kan därefter inte passera det tredje polarisationsfiltet 6.

I Fig. 3 är an skyddsglesenhet 17 Försedd med de i Fig. 1 och Fig. 2 visade elementen och dessutom med repskyddsglas 18. Gleselementen är hopkittade och glasytorna är om så anses lämpligt antireflexbehandlade.

De ledande skikten 10a, 11a; 1Bb, 11b är anslutna till var sin utgång av exklusiv-GR-grindar 19, 20, 21, 22, som med den ena av sina båda in- gångar är anslutna till utgången av en elektronisk omkopplare 23, vars omkopplingsfrekvens är inställd på ce 150 Hz. En omkopplingsïrekvens mellan 100 och 400 Hz är lämplig. Hügre Frekvenser ger större Für- lustar och lägre Frekvenser förorsakar Flimmer. Umkupp1areus23 utgång å 7804630-7 är omväxlande ansluten till de båda potentialerna avaïàïubïtteri 24, när en strömbrytare 25 är sluten. Den andra ingången av/E!-grinden 19 är Fórbunden med batteriets ena - här exv. positiva - potential. Den andra ingången av exklusiv-DR-grinden 22 är förbunden med batteriets 24 andra potential - här exv. nollpotential. Batteriet 24 matar också en Fototransístor 2o i serie med ett motstånd 27. Transistorns emitter är fbrbunden med de andra ingångarna av exklusiv-DH-grindarna 20, 21.

Ha länge strfmbrytaren 25 är öppen är båda kristallerna 9a, 9b oexci- terade. Det polariserade ljuset passerar efter vridningen i kristallen 9a Filtret 4 och vrides ytterligare i kristallen 9b. Ljuset kan så- ledes inte passera Filtret 6 och skyddsglaeets transmission är därför alltid nedsatt, när det inte användes.

Det antas att strbmbrytaren 25 är sluten och det infallande ljuset svarar mot en normal belysning. Fototransistorns emitter ligger prak- tiskt taget på nollpotentialen. Utgångarna av exklusiv-0R-grindarna 19, 20 har vid lika tidpunkter alltid olika potential, som växlar i takt med omkopplingsfrekvensen i omkopplaren 23. Däremot har utgångar- na av exklusiv-OR-grindarna 21, 22 vid lika tidpunkt alltid samma potential. Kristallen 9b är därför exoiterad och kristallen 9a oexoi- terad. Ljuset passerar skyddsglaset såsom ovan beskrivet i samband med fig. 1.

Utsättes Fototransistorn för kraftig belysning, t.ex. från en ljusbåge, får Fototransistorns 26 emitter positiv potential. Därmed får utgång- arna av exklusiv-DR-grindarna 19, 20 vid lika tidpunkter alltid samma potential och exklusiv-0R-grindarnas 21, 22 utgångar får olika poten- tial. Kristallen 9a exciteras och kristallen 9b överftrs till oexci- terat tillstånd. Tack vare den korta omställningstiden av den tunna kristallen 9a vid dess excitering har transmissionen av_skyddsglaset redan efter ca 0,01 sek. nedsatts till 0,1 %. Efter ca 0,1 ssk. är den skruvformiga strukturen i den tjocka kristallen 9b återställd och skyddsglasets transmission är lägre än 0,01 %. Svetsaren utsättas praktiskt taget inte För någon bländning. Redan efter 0,01 sek. har skenet från ljuebågen minskats till en acceptabel nivå och efter 0,1 sek. är skyddsglaset tillräckligt morkt För kontinuerlig kontroll av ljusbâgen.

När hågen slocknar övergår kristallerna igen till det i Fig. 1 be- skrivna tillståndet och ljuset kan passera skyddsglaset tämligen obe- hindrat.

I Fig. 4 visas en svetsskärm 28, som är Fürsedd med skyddsglasenheten 17. Fototransistorn 26 är Försedd med ett hölje 29, som är anbragt i skärmfronten. Styrkretsen 30 tar liten plats och anbringas på skärmens insida.

Claims (9)

7804630-7 a Patentkrav

1. l. Flerskiktsskyddsglas, särskilt skyddsglas i en svetsskärm, för dämpning av ljustransmissionen, vars skikt i tur och ord- ning åtminstone utgöres av en första polarisator, en första telektrooptisk cell, en andra polarisator, en andra elektroop- tisk cell och en tredje polarisator, varvid de elektrooptiska cellerna utgöres av mellan genomskinliga och med elektriskt ledande skikt belagda parallella plattor inneslutna flytande kristaller anordnade att i oexciterat tillstånd bilda en skruv- linjeformigt vriden struktur för vridning av det passerande polariserade ljusets polarisationsplan, k ä n n e t e c k - n a t därav, att den första och den andra polarisatorns (2, 4) polarisationsplan står vinkelrätt mot varandra, att den andra och tredje polarisatorns (4,6) polarisationsplan bildar en vinkel, som är mellan 00 och 60°, varvid vridningsvinkeln av den av de flytande kristallerna i den andra elektrooptiska cellen (5) bildade skruvformiga strukturen är mellan 900 och 300 och den nämnda vinkeln och vridningsvinkeln utgör komple- mentära vinklar, och ett organ för excitering av de båda elektrooptiska cellerna (3,5) i motsatta moder (den ena exci- terad medan den andra är oexciterad och vice versa) genom på- tryckning av en spänning mellan plattornas ledande skikt (l0a, lla; l0b, llb).

2. Flerskiktsskyddsglas enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att vridningsvinkeln av den av de flytande kristaller- na bildade skruvformiga strukturen i den första elektrooptiska cellen är 900.

3. Flerskiktsskyddsglas enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att vinkeln mellan den andra och tredje polarisatorns (4,6) polarisationsplan är mellan Do och 30° och vridningsvinkeln av den andra elektrooptiska cellens (5) skruvformiga struktur är mellan 90° och 600.

4. Flerskiktsskyddsglas enligt kraven 1 till 3, k ä n n e - t e c k n a t därav, att ett filter (1) för infraröd och/el- ler ultraviolett strålning är anordnat framför.den med avseen- de på det infallande ljuset närmast belägna polarisatorn (2). 7804630-7

5. Flerskiktsskyddsglas enligt kraven l till 4, k ä n n e - t e c k n a t därav, att skiktet (9a) av den flytande kris- tallen i den första elektrooptiska cellen (3) är högst 0,008 mm tjockt.

6. Flerskiktsskyddsglas enligt krav 5, k ä n n e t e c k - n a t därav, att skiktet (9a) av den flytande kristallen i den första elektrooptiska cellen (3) är högst 0,003 mm tjockt.

7. Flerskiktsskyddsglas enligt kraven 5 till 6, k ä n n e ~ t e c k n a t därav, att skiktet (9b) av den flytande kris- tallen i den andra elektrooptiska cellen (5) är tjockare än i den första cellen (3).

8. Flerskiktsskyddsglas enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att skiktet (9b) av den flytande kristallen i den andra elektrooptiska cellen (5) är åtminstone 0,002 mm tjockare än i den första cellen.

9. Flerskiktsskyddsglas enligt kraven 1 till 9, som är för- sett med ett ljuskänsligt organ för styrning av kristallernas excitering i avhängighet av det infallande ljusets intensi- tet, k ä n n e t e c k n a t därav, att organet (26) är an- ordnat att växelvis excitera de båda kristallerna (9a,9b), varvid den första kristallen (9a) exciteras när ljusintensi- teten överskrider ett visst värde. ANFURDA PUBLIKATIONER: US 3 873 804 (219-147), 4 039 254 (350-160)