SE502840C2 - Siktskyddsanordning - Google Patents

Description

502 840 10 15 20 25 30 35 En vidareutveckling av svetshjälmen i US 3 873 804 beskrivs i US 4 039 254 (inlämnat 1976, uppfinnare M. Gordon), där det används två eller fler EO-celler och åtminstone tre polarisatorer anordnade i tandem för upp- nående av en högre dämpning i det ljusblockerande till- ståndet. Även i detta patent används en nematisk vätskekristallsubstans mellan glasplattor. Skyddsglasets form och placering på svetshjälmen är väsentligen samma SOm i US 3 873 804.

Ytterligare en känd nedbländningsanordning för en svetshjälm, med väsentligen samma struktur som anord- ningen i US 4 039 254, beskrivs i SE 425 048 (inlämnat 1978, uppfinnare Ä. G. Hörnell). Denna anordning inne- fattar, i tur och ordning, en första polarisator, en första EO-cell, en andra polarisator, en andra E0-cell och en tredje polarisator. Liksom i de ovanstående ame- rikanska patenten består varje EO-cell av två plana, pa- rallella glasplattor i vars mellanrum är innesluten en flytande kristall bestående av en substans med nematisk fas och dielektrisk anisotropi. Fig 4 i SE 425 048 visar hur det ljusstyrda skyddsglaset liksom i de ovannämnda patenten är anordnat som ett rektangulärt fönster i svetsskärmens framsida.

EP-A1-0 157 744 (inlämnad 1985, uppfinnare P. Toth) beskriver en nedbländningsanordning för svetshjälmar, innefattande två EO-celler av vilka åtminstone den ena är av nematisk typ med en inblandning av dikroiska färg- ämnen med anisotrop ljusabsorption (s.k. Guest-Host-ut- förande). En filterskiva i strålgången eliminerar rest- ljus från "färgcellen" i dennas ljusblockerande till- stånd. Liksom i de ovannämnda patenten är EO-cellerna i EP-A1-0 157 744 uppbyggda av parallella glasplattor med mellanliggande nematiska flytande kristaller. Skydds- glaset är som i de ovannämnda varianterna utformat som ett rektangulärt fönster i svetshjälmens framsida, såsom visas i fig 1 i EP-A1-0 157 744. 10 15 20 25 30 35 502 840 3 Ovanstående svetshjälmar med automatisk nedbländ- ning har successivt utvecklats mot en förbättrad kon- trast och en förbättrad snabbhet. Dock kvarstår en all- varliga nackdel hos dessa kända anordningar, nämligen att de ger användaren en mycket dålig blickvinkel, dvs att endast föremål som befinner sig väsentligen rakt fram kan betraktas genom optiken, vilket är en följd av att optiken är utformad som ett relativt litet, plant fönster i svetshjälmens framsida.

Uppfinningen har därför som ändamål att åstadkomma en förbättrad skyddsanordning av inledningsvis angivna slag med förbättrad blickvinkel och med bibehållen möj- lighet till elektrisk styrning av filterenhetens trans- missionsgrad.

För att uppnå dessa och andra ändamål och fördelar anvisas enligt uppfinningen en skyddsanordning av inled- ningsvis angivna slag, vilken skyddsanordning känneteck- nas av: ggt filterenheten är tillverkad helt eller åtmins- tone till sin största del av polymermaterial samt utfor- mad som ett över hela sin area avbländbart panorama- visir, att nämnda LC-celler är av folieutförande och ut- sträckta över hela panoramavisirets area, och enligt en 1:a aspekt av uppfinningen (krav 1): g_§ nämnda LC-celler innefattar dels en första LC- cell innehållande en smektisk vätskekristall av C*-typ utformad som en enhetlig polymer folie (FLCP), dels en andra LC-cell innehållande en vätskekristall av TN-typ upptagen i ett utrymme mellan två på inbördes avstånd anordnade polymera folier (LC foil), eller 502 840 10 15 20 25 30 35 enligt en 2:a aspekt av uppfinningen (krav 7): att nämnda LC-celler innefattar minst en LC-cell innehållande en paraelektrisk, smektisk vätskekristall.

Med LC-cell avses beträffande föreliggande uppfin- ning en elektrooptisk enhet omfattande dels en vätske- kristall, dels eventuellt erforderliga omslutande skikt, dels transparenta elektrodskikt för applicering av ett elektriskt fält över vätskekristallen samt erforderliga polarisatorer. Elektrodskikt och polarisatorer kan even- tuellt vara gemensamma för flera LC-celler.

Med bestämningen "panoramavisir" avses i förelig- gande ansökan en mot användaren väsentligen konkav form, såsom en enkelkrökt eller dubbelkrökt yta, alternativt en stegvis plan yta, innefattande sidopartier så att filterenhetens avbländbara yta täcker åtminstone huvud- delen av användarens normala synfält.

Med tanke på att den tekniska nomenklaturen inom föreliggande teknikområde kan komma att ändras i fram- tiden, definieras termen "ferroelektrisk" här som varje chiral, lutande smektisk typ av vätskekristall, och ter- men "paraelektrisk" som varje ortogonal, chiral smektisk vätskekristall. Dessa definitioner är i full överens- stämmelse med dagen tekniska användning av dessa två termer.

Angränsande LC-celler i filterenheten kan eventu- ellt ha en gemensam polarisator.

Utöver att skyddsanordningen enligt uppfinningen ger en betydligt bättre siktvinkel än de kända anord- ningarna, uppnår man med uppfinningen flera andra vä- sentliga fördelar i förhållande till den kända tekniken.

Genom att filterenheten enligt uppfinningen tillverkas helt eller åtminstone till sin största del av polymerma- terial blir anordningens totalvikt lägre, samtidigt som hela anordningens viktbalans förbättras. Filterenheten 10 15 20 25 30 35 502 840 5 kan vara tillverkad helt i polymermaterial för det fall alla ingående vätskekristaller är polymera, men även om normala, dvs monomera vätskekristaller ingår i filter- enheten får den sistnämnda en totalvikt som är betydligt lägre än de kända filterenheterna med glasplattor. Ännu en fördel är att uppfinningen ger möjlighet till reduce- rat effektbehov, vilket skall diskuteras närmare nedan.

Ytterligare en fördel med att använda LC-celler i fo- lieutförande i filterenheten är att filterenhetens akti- va area kan göras avsevärt större jämfört med dagens glasskivebaserade filterenheter. Vidare blir en skydds- anordning enligt uppfinningen betydligt stöttåligare än kända anordningar.

Kombinationen vätskekristall-polymer förekommer för närvarande i tre nedanstående utföranden 1-3. För vart och ett av dessa utföranden 1-3 kan olika vätskekris- talltyper användas. För svetstillämpning är främst av intresse (i) vridnematisk (= TN), (ii) smektisk C*-typ (= ferroelektrisk) och (iii) smektisk A*-typ (= para- elektrisk). Dessa vätskekristalltyper (i), (ii) och (iii) kan vidare föreligga i "ren" form eller med in- blandning av dikroiska färgämnesmolekyler (Guest-Host- utförande). 1. "LC Foil" (Liquid Crystal Foil). I detta utförande är en normal vätskekristall, dvs en monomer vätske- kristall, anordnad mellan två polymerfolier, som företrädesvis är belagda med ledande elektrodskikt.

Distanselement kan vara anordnade mellan polymerfo- lierna. Extinktionen (avbländningen) är hög för detta utförande. 2. "PLC" är själva vätskekristallen i polymer form, varför (Polymer Liquid Crystal). I detta utförande omslutande polymerfolier eller -filmer ej nödvän- digtvis erfordras. Dock skall begreppet "PLC" i fö- 502 840 10 15 20 25 30 35 6 religgande ansökan även anses omfatta alternativet polymer vätskekristall med omslutande polymerfolier eller -filmer. För PLC-utförandet kan endast smek- tiska vätskekristallmaterial användas för uppfin- ningen, såsom C* eller A*. Polymera nematiska mate- rial har extremt lång omslagstid av storleksord- ningen 1 sekund eller mer. Således kan man för en svetsapplikation lämpligen använda ett sk FLCP-ut- förande med en polymer version av smektiskt C*-ma- terial (ferroelektriskt). Speciellt uppvisar FLCP en mycket god bistabilitet (minnesfunktion) som för föreliggande uppfinning kan utnyttjas genom att elektrisk styrning endast behövs i själva omslags- ögonblicket, vilket ger ett reducerat effektbehov. 3. "PDLC" (Polymer Dispersed Liquid Crystal). Detta utförande är ej användbart för uppfinningen, då det växlar mellan transparent och spridande tillstånd.

För varje enskild LC-cell ingående i filterenheten enligt uppfinningen kan man alltså välja antingen utfö- randet nr 1 - LC foil - eller utförandet nr 2 - LCP.

Nämnda LC-celler i filterenheten kan innefatta minst en LC-cell innehållande en smektisk vätskekris- tall, som kan vara ferroelektrisk, speciellt av C*-typ, eller paraelektrisk, speciellt av A*-typ.

Nämnda LC-celler hos filterenheten kan innefatta minst en LC-cell innehållande en vätskekristall av TN- typ.

Enligt en föredragen utföringsform (krav 2) av ovannämnda 1:a aspekt av uppfinningen innefattar nämnda LC-celler vidare minst en LC-cell innehållande en para- elektrisk, smektisk vätskekristall, vilken speciellt kan innehålla material av A*-typ (krav 3).

Enligt en föredragen utföringsform (krav 8) av ovannämnda 2:a aspekt av uppfinningen innehåller den 10 15 20 25 30 35 502 840 paraelektriska, smektiska vätskekristallen material av A*-typ.

I en särskilt föredragen utföringsform (krav 14) av ovannämnda 2:a aspekt av uppfinningen innefattar nämnda LC-celler dels en första LC-cell innehållande en smek- tisk vätskekristall av C*-typ utformad som en enhetlig polymer folie (utförande nr. 2 - FLCP), dels en andra LC-cell innehållande en vätskekristall av TN-typ uppta- gen i ett utrymme mellan två på inbördes avstånd anord- nade polymera folier (utförande nr. 1 - LC foil med TN- kristall). TN-cellen kan härvid dels fungera som filter- enhetens "säkerhetscell", dvs arbeta med parallella po- larisatorer för att ge utsläckning vid spänningsbort- fall, dels tjäna till att ge en kontinuerligt reglerbar gråskala. TN-cellen är dock långsammare än FLCP-cellen.

Den senare kommer därför att fungera som "snabb slutare" i filterenheten. Vidare är kontrasten mer riktningsobe- roende för FLCP-cellen jämfört med TN-cellen.

För det fall skyddsanordningen enligt uppfinningen realiseras som en svetshjälm, har den företrädesvis styrorgan (krav 6 & 17), innefattande ljusdetekterings- organ, inrättade att på i och för sig känt sätt som gen- svar på ljus från en svetsbåge styra filterenheten från ett tillstånd med relativt hög ljustransmission till ett tillstånd med relativt låg ljustransmission. Dylika styrorgan utgör i sig ej del av föreliggande uppfinning och beskrivs därför ej närmare i denna ansökan. Styr- kretsar beskrivna i de inledningsvis omnämnda patenten är i princip användbara, dock med eventuell modifiering för det fall bistabila LC-celler används och styrspän- ningar därvid eventuellt kan begränsas till själva om- slagsögonblicken. Övriga särdrag och utföringsformer av uppfinningen framgår av bifogade patentkrav och av efterföljande be- skrivning av ett utförande av uppfinningen, under hän- visning till bifogade ritningar. 502 840 10 15 20 25 30 35 Fig 1 är en perspektivvy av en som en svetshjälm utformad skyddsanordning enligt uppfinningen.

Fig 2 är en schematisk sprängvy av ett utförande av en filterenhet användbar för svetshjälmen i fig 1.

Fig 3 är en schematisk sprängvy av ett alternativt utförande av filterenheten i fig 2.

Svetshjälmen i fig 1 innefattar en med 1 generellt betecknad stomme, vilken har formen av en mask och har en framsida 2, sidopartier 3 och ett topparti 4. Stommen 1 är på känt sätt försedd med justerbara fastspännings- band 5 och 6, vilka är vridbart förbundna med stommen 1 vid två spännrattar 7 av vilka endast den ena visas.

Stommen 1 kan företrädesvis vara tillverkad i ett hårt plastmaterial med begränsad vikt.

I stommens framsida 2 och sidopartier 3 finns en öppning vari är inpassad en med 10 generellt betecknad filterenhet, som utmed sin periferi är fäst vid stommen 1 på lämpligt sätt. Filterenheten 10 är elektriskt styr- bar mellan åtminstone två ljustransmissionstillstånd och har för detta ändamål en eller flera LC-celler, vars uppbyggnad skall beskrivas närmare nedan.

Såsom framgår av fig 1 är filterenheten 10 utformad som ett panoramavisir, vilket täcker väsentligen hela användarens synfält och speciellt uppvisar sidostycken 11 infällda i stommens 1 sidopartier 3. Filterenheten 10 är tillverkad helt eller åtminstone till sin största del av polymermaterial, och speciellt är nämnda LC-celler av folieutförande och utsträckta över hela panoramavisirets area.

Erforderliga UV-filter och IR-filter kan vara an- ordnade på lämpligt sätt, företrädesvis integrerade med och formade efter den som panoramavisir utformade filterenheten 10.

En svetshjälm enligt konstruktionen i fig 1 ger en mycket god viktbalans samt en låg totalvikt, samtidigt som den avbländbara arean hos svetshjälmen, dvs filter- 10 15 20 25 30 35 502 840 9 enhetens 10 yta, sträcker sig över väsentligen hela an- vändarens synfält.

Formen hos stommen 1 och siktskyddet 10 kan natur- ligtvis varieras på många sätt inom ramen för uppfin- ningen, varför den i fig 1 visade formen endast får be- traktas som ett icke begränsande exempel. Speciellt kan filterenheten 10 upptaga en större eller en mindre del av svetshjälmens totala yta jämfört med utföringsexemp- let i fig 1.

Vidare är svetshjälmen i fig 1 försedd med ej visa- de styrorgan, innefattande fotoceller eller liknande, inrättade att som gensvar på svetsljus avblända filter- enheten 10 i lämplig grad. Någon närmare beskrivning av dessa styrorgan erfordras ej eftersom konstruktionen och funktionen hos dessa faller inom ramen för fackmanskun- skaper.

Fig 2 visar en schematisk sprängvy av en filteren- het 10 användbar i svetshjälmen i fig 1. Fig 2 är sche- matisk såtillvida att de enskilda komponenterna visas åtskilda och planparallella, under det att dessa kompo- nenter i verkligheten anligger mot varandra och är krök- ta i enlighet med panoramavisirets form.

Filterenheten 10 i fig 2 innefattar en första LC- cell 20 av ett utförande som har en vätskekristall av TN-typ upptagen i ett utrymme mellan två på inbördes av- stånd anordnade polymera folier, dvs av ovannämnda utfö- ' rande nr. 1. Till denna TN-cell hör två parallella pola- risatorer P1 och P2, varvid den optiska axeln hos TN- cellen är parallell med eller vinkelrät mot polarisa- tionsriktningen hos polarisatorerna P1 och P2, såsom är markerat med streckade linjer i fig 2.

Siktskyddet 10 i fig 2 innefattar vidare en andra LC-cell 30 av ett utförande som har en polymer, ferroe- lektrisk vätskekristall av C*-typ utformad som en enhet- lig polymer folie, dvs en FLCP-cell enligt ovan be- skrivna utförande nr. 2. Till denna FLCP-cell 30 hör två 502 840 10 15 10 polarisatorer P2 och P3, varvid polarisatorn P2 är ge- mensam för de tvâ cellerna 20 och 30.

I utförandet i fig 2 fungerar FLCP-cellen 30 som filterenhetens 10 snabba slutare, medan TN-cellen 20 dels fungerar som säkerhetscell (ingen eller låg trans- mission vid spänningsbortfall), dels medger inställning av gråskala medelst lämpliga inställningsorgan.

Fig 3 visar en schematisk sprängvy av en variant av filterenheten 10 i fig 1. Filterenheten 10 i fig 3 inne- fattar en TN-cell 20 enligt fig 2 samt två FLCP-celler 30, betecknade FLCP1 och FLCP2, vilket ger möjlighet till snabbare omslagsstyrning, speciellt om begränsade omslagsvinklar (18-25 grader) väljs för varje FLCP-cell.

För FLCP-cellerna i fig 3 kan man använda C* + C*, men även C* + A* eller A* + A*.

Det är underförstått att ordningsföljden hos cel- lerna i fig 2 och 3 kan varieras och att materialval och uppbyggnad kan ändras inom ramen för efterföljande pa- tentkrav.

Claims (17)

10 15 20 25 30 35 502 840 ll PATENTKRAV

1. Skyddsanordning, innefattande en stomme (1) samt en av stommen (1) uppburen och som siktskydd fungerande filterenhet (10), vilken är elektriskt styrbar mellan åtminstone två ljustransmissionstillstånd och för detta ändamål har minst två LC-celler, k ä n n e t e c k - n a d av : att filterenheten (10) är tillverkad helt eller åt- minstone till sin största del av polymermaterial samt utformad som ett över hela sin area avbländbart panora- mavisir, att nämnda LC-celler (20, 30) är av folieutförande och utsträckta över hela panoramavisirets area, och att nämnda LC-celler innefattar dels en första LC- cell (30) innehållande en smektisk vätskekristall av C*- typ utformad som en enhetlig polymer folie (FLCP), dels en andra LC-cell (20) innehållande en vätskekristall av TN-typ upptagen i ett utrymme mellan två på inbördes av- stånd anordnade polymera folier (LC foil).

2. Skyddsanordning enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda LC-celler vidare innefattar minst en LC-cell (30) innehållande en paraelektrisk, smektisk vätskekristall.

3. Skyddsanordning enligt kravet 2, k ä n n e - t e c k n a d av att den paraelektriska vätskekristal- len innehåller material av A*-typ.

4. Skyddsanordning enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att panoramavisirets yta är krökt i ett plan.

5. Skyddsanordning enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att panoramavisi- rets yta är krökt i två korsande plan.

6. Skyddsanordning enligt något av de föregående kraven för användning som en svetshjälm, k ä n n e - t e c k n a d av styrorgan, innefattande ljusdetekte- 502 840 10 15 20 25 30 35 12 ringsorgan, inrättade att som gensvar på ljus från en svetsbåge styra filterenheten mellan från ett tillstånd med relativt hög ljustransmission till ett tillstånd med relativt låg ljustransmission.

7. Skyddsanordning, innefattande en stomme (1) samt en av stommen (1) uppburen och som siktskydd fungerande filterenhet (10), vilken är elektriskt styrbar mellan åtminstone två ljustransmissionstillstånd och för detta ändamål har minst två LC-celler, k ä n n e t e c k - n a d av : att filterenheten (10) är tillverkad helt eller åt- minstone till sin största del av polymermaterial samt utformad som ett över hela sin area avbländbart panora- mavisir, att nämnda LC-celler är av folieutförande och ut- sträckta över hela panoramavisirets area, och att nämnda LC-celler innefattar minst en LC-cell innehållande en paraelektrisk, smektisk vätskekristall.

8. Skyddsanordning enligt kravet 7, k ä n n e - t e c k n a d vätskekristallen innehåller material av A*-typ. av att den paraelektriska, smektiska

9. Skyddsanordning enligt kravet 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda LC-celler inne- fattar minst en LC-cell (20) av ett utförande som har en vätskekristall upptagen i ett utrymme mellan två på in- bördes avstånd anordnade polymera folier (LC foil).

10. Skyddsanordning enligt kravet 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda LC-celler inne- fattar minst en LC-cell (30) av ett utförande som har en polymer vätskekristall utformad som enhetlig polymer fo- lie (PLC).

11. ll. Skyddsanordning enligt något av kraven 7-10, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda LC-celler vidare innefattar åtminstone en LC-cell innehållande en ferroe- lektrisk, smektisk vätskekristall. 10 15 20 25 502 840 13

12. Skyddsanordning enligt kravet 11, k ä n n e - t e c k n a d av att den ferroelektriska vätskekristal- len innehåller material av C*-typ.

13. Skyddsanordning enligt något av kraven 7-12, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda LC-celler vidare innefattar minst en LC-cell (20) innehållande en vätske- kristall av TN-typ.

14. Skyddsanordning enligt något av kraven 7-13, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda LC-celler inne- fattar dels en första LC-cell (30) innehållande en smek- tisk vätskekristall av C*-typ utformad som en enhetlig polymer folie (FLCP), dels en andra LC-cell (20) inne- hållande en vätskekristall av TN-typ upptagen i ett ut- rymme mellan två på inbördes avstånd anordnade polymera folier (LC foil).

15. Skyddsanordning enligt något av kraven 7-14, k ä n n e t e c k n a d av att panoramavisirets yta är krökt i ett plan.

16. Skyddsanordning enligt något av kraven 7-15, k ä n n e t e c k n a d av att panoramavisirets yta är krökt i två korsande plan.

17. Skyddsanordning enligt något av kraven 7-16 för användning som en svetshjälm, k ä n n e t e c k n a d av styrorgan, innefattande ljusdetekteringsorgan, inrät- tade att som gensvar på ljus från en svetsbåge styra filterenheten mellan från ett tillstånd med relativt hög ljustransmission till ett tillstånd med relativt låg ljustransmission.