TW390808B - Active electrooptic filter device - Google Patents

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五、發明説明（ A7 B7 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 本發明關於一種主動式光電濾光裝置，特別是適合當 作遮光保護裝置以用在焊接保護面罩，頭盔或眼鏡，它以 習知方式具有一光保護濾光器，該濾光器具有至少一個主 動式光學濾光元件，並具有一電子電路以將該至少一主動 式濾光元件作控制，並具有一個與該電子電路配合的光感 測器以及一個電供應源，特別是一個太陽能電池，以供電 給該電子電路及該至少一個主動濾光元件。 此類遮光保護裝置的例子見於國際專利W0 96/10767 與歐洲專利EP-A 0 678 288，它們含至少一個液晶格(LC-Zelle)當作主動濾光元件，當光感測器受光照超過一預定強 度臨限値時，此液晶格就會多少阻止光線通過。這種濾光 裝置在多方面應用，一典型例子爲做焊接保護面罩、頭盔 及眼鏡用的視窗。 在上述文獻中提到的濾光裝置係設計成所謂的「單方 塊」（Monoblock)形成，換言之，它們的本體由單一構件構 成，該構件含有該濾光裝置的所有功能元件。在此，這些 功能元件鑄成一薄板，因此受保護而不致受環境影響。利 用這種薄板形單方塊的設計，可達成本體穩定性，具有更 廣的從動式光保護濾光作用（暗玻璃），因此這種濾光裝 置可直接對這種從式光保護濾光器作更換。如此可把設有 從動式光保護濾光器的遮光保護裝置用簡單方式用有效及 有利的主動式光電過濾光裝置擴充。 但是把濾光裝置設計成單方塊有一個缺點，這是在經 計上絕對不利且由於環保理由而令人疑慮，即：濾光裝置

I I 項!( 裝 頁 訂 線 本紙張尺度適用中國國家橾隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（>) 即使在只有其數個功能元件中的一個元件失效時，也要整 個更換掉——由於採用鑄造的構造方式，功能元件不可能 修理。 利用本發明的第一個理念’如今這種缺點可以解消， 而且依本發明方式的一種主動光電濾光裝置的經濟性及多 種使用可能性得以改善。 這種本發明的第一目的依本發明，其達成之道，係爲 :該光保護濾光器（1)設在一濾光構造單元(FE)中，而該電 子電路(2)、光感測器(4)及電流供應源(5)〜（7)設在一個與 本體分離的控制構造單元(SE)中，其中該過濾構造單元(FE) .與控制構造單元(SE)係可以用可鬆開的機械方式以及互相 通電的方式接成一個整體單元(F)，且爲此設有相反側互相 配合的機械式及電氣式的連接元件。 在此，該濾光器構造單元（它包含光保護濾光器）及 該控制構造單元（它包含電子電路、光感測器與電流供應 源）各設計成特別鑄造的板，具有一定厚度，特別是1〜5 醒，其中該過濾器構造單元與控制構造單元亦可有不同的 厚度。 因此，依本發明此第一基本構想，該濾光單元分成二 個（或數個）分別的構造單元，以可鬆開的方式互相連接 。由於分成二部或數部分，當一個功能元件失效時，只須 把相關的構造單元更換即可。此外，依本發明這樣分成控 制與濾光構造單元，可有更大的結構上的變通性，因爲舉 例而言，可將一個以及相同的控制構造單元配合不同的濾 ______5L._________ 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4規格（210X^7公釐） (請先閱讀背1&之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 泉 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（，） 光構造單元一齊使用。如此不但在使用上，而且在製造上 都有很大的實用上及經濟上的優點。 在上述文獻中所述的傳統爐光裝置由具有光學極化器 的主動及從動濾光件構成，它們對於紫外線，可見光及紅 外線輻射提供充分保護，且在其實用類型中，在一般情形 中具有視窗或其設計有一般產品的標準，如EN 379(90x35 讓)及ΕΝ 166(96x25麵）。這種視窗孔（特別是當它們應用 一定之光學各向異性技術時，或在不利的位置中裝入一遮 光保護卡式件及焊接防護面罩時）對於人視覺而言，光線 並不能充分均勻地分佈到左右眼。保護裝置除了要防護光 線之害外，還要能達成對生理無礙的視覺。對生理無礙的 視覺使空間的視覺更容易，因此確保足夠的平衡感覺並保 護眼睛免受趨近的物體之害。有害的環境狀況可被使用者 更佳地辨視，因此自己的作業更容易。 在做爲遮光保護裝置使用時，電光式濾光裝置須做成 使得時間與地點的現象利用這種濾光裝置而將對眼睛的作 用的影響減到儘量地少。這點只有在濾光器的幾何度量及 其物理性質只將資訊作一定的改變及限制時才能確實達成 〇 爲了要達成無礙的立體視覺印象或空間深度感覺及空 間中的方向性，重要的一點是，兩眼對同樣的物體受到同 樣亮度，且視野要夠廣。在此，整個視野須不能均勻地減 弱相同的樣。只有在左右眼相同的視向中，才須使各眼睛 對於相同的物體有相同的光密度。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-° Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 A7 B7 __ 五、發明説明（f) 本發明另一重要理念係要克服這種困難，且最好更能 另外地將之改善，使它對於使用者而言，在其工作時’對 於所有能由濾光元件通過的視向都能有生理上儘量無礙的 視覺，且因此更佳地達成與安全有關的基本要求，例如較 佳的空間視覺，不受千擾的平衡感以及趨近之物體的辨識 〇 此另外的目的係利用申請專利範圍第9項所述的特點 達成。與此點相闞的特別有利的設計及進一步發展爲申請 專利範圔第10〜14項的標的。 因此依本發明的此另一項主構想，利用光學上主動式 或從動式的相位延遲元件〔所謂的「光學遲緩器」（optical Retader)〕將從主動式光學濾光元件通過的光的強度的視覺 影響性抵消掉，以得到一種較少受視角影響的均勻強度分 佈。依本發明一附加的主構想，這種光保護濾光器設有一 個將自然視覺作補償的視野。特別是這兩種措施的組合（ 也就是在各種形狀及大小的濾光裝置藉使用主動式及/或 從動式光學遲緩器而使光線分佈對雙眼更均勻，以及將濾 光裝置的側邊視野放大）在本發明的濾光器可促使在極端 的光條件下（例如在電焊接時）達成較佳之視覺防護的要 .求。 以下利用圖式詳述本發明。圖式中： 第一圖係具有分別之控制與濾光構造單元的本發明濾 光裝置的第一實施例， 第二圖係第一圖沿線ΙΙ — Π的側視圖， ____7_ 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Μ規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I') 裝.· 訂 經濟部智慧財產局員工消*合作社印製 A7 _____Β7_______ _ 五、發明説明（Π 第三圖係具二個濾光構造單元的第二實施例， 第四圖係另一實施例， 第五圖係依第一圖之濾光裝置之組合狀態’ 第六圖係類似第三圖之另一實施例’但具有朝控制構 造單元傾斜設置的濾光構造單元， 第七圖係一種呈圓筒形彎曲設計的濾光構造單元， 第八圖係一種呈球形彎曲設計的濾光構造單元’ 第九圖係用於說明一個含在濾光構造單元中的光保護 濾光器的內部構造的簡圖， 第十〜_一圖爲二個等對照圖，用於說明該含在光保 護過濾器中的補償元件的作用方式， 第十二〜十三圖爲二個用於說明此光保護濾光器的幾 何性質與視野大小的簡圖。 〔圖號說明〕 F 主動式光電爐光裝置 SE 控制構造單元 FE 濾光構造單元 ⑴ 光保護濾光器 ⑵ 控制電子電路 ⑷ 光感測器 (5) 太陽電池 (6)(7) 電池 (8)(9)(10) 連接元件 (11)(12)(13) 連接元件 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS〉Α4规格（210Χ297公簏） ---------裝 — ^-----訂--------線 .. - · 〆 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（L) (21) 主動濾光元件 (22) (23) 極化濾光器 (24) 補償元件 第一圖中，整體用F表示的主動式光電式濾光裝置依 圖所示包含二個分別的構造單元，亦即一個控制構造單元 SE及一個濾光構造單元FE，該單元各設計成厚約1〜5匪 的薄板。最好（但並不一定要）該二構造單元設計成鑄造 方式。濾光構造單元FE與控制構造單元SE的板厚度可不 同。 在濾光構造單元FE中有一光保護濾光器(1)，它大致 包含一種主動式光學濾光元件(21)，以及其相關之從動式 濾光元件，特別是如紫外線及紅外線濾光器以及前接及後 接的極化濾光器(22)與(23)。主動濾光元件(21)宜設計成液 晶格(LC-cell)形式。此外，此光保護濾光器（1)依本發明， 至少包含一光學上主動或從動的補償元件(24)以改善光發 射的均勻性（特別是與視角有關的均勻性）。光保護濾光 器（1)的詳細構造可見於第九圖，且在下文還要說明。當然 ，光保護濾光器（1)也可有數個主動的光學濾光元件，以及 對應的數個相關的從動濾光元件以及數個主動或從動補償 元件。 控制構造單元SE包含一個控制電子電路(2)，一個與 該電路(2)配合的光感測器(4)及一電供應源，電供應源本身 包含一太陽電池(5)及二個可充電的電池(6)與(7)。當然，該 電供應源也可爲不同設計，例如只設有一個或數個太陽電 --------9 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝Γ 訂 經濟部智慧財產局員工消#合作社印製 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（j) 池或只有一個或數個電池。 控制構造單元設有機械式及電氣式的連接元件 (8)(9)(10)，它們與濾光構造單元FE上的互補式機械或電氣 式連接元件（11)(12)(13)配合，使得控制與濾光構造單元可 以用可鬆開的方式呈機械式或電氣式互相連接。在圖示之 實施例中，連接元件構成一種插合連接，但也可用其他連 接方式。第五圖中顯示過濾裝置F的組合狀態。 在所示實施例中，電池(6)與(7)可被太陽電池(5)經控制 電子電路(2)充電，或者當作安全支持系統。如果有超過預 定強度臨限的光照到光感測器(4)上，則控制電子電路(2)產 生一控制信號以控制該主動電光濾光元件（1)，如此，該元 件變得多少有些不透光。反之，如果該光感測器(4)不再受 到夠強光度的光照射，則主動濾光元件又再可透光。 不管這種本體上分開的構造單元以及其他以下還要說 明的另外的細節〔補償元件(24)，視窗孔大小〕，本發明 的濾光裝置的構造與功能方式在體積的範圍方面係相當於 前述之文獻，因此在此方面，行家不需較詳細的說明。 將構造分成分別的構造元件，則在構造的設計上有更 大的自由度。因此舉例而言，依第三與第六圖的濾光裝置 可設有二個或數個濾光構造單元（其大小可以不同），它 們各與相同之控制構造單元配合。在此，濾光構造單元FE 也可一如普通的視眼鏡隔一段間隔設置在對立側。 在第一及第五圖的實施例中，該二構造單元SE與FE 在組合狀態時係在一平面中，因此在外部所造成一濾光裝 ____10____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------:裝--：-----訂--------漆 ' · Γ ' - .., i. (請先閱讀背面之注意事項再填寫4頁) 彳 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（广） 置與W0 96/10767相似，但不會有其特別的缺點。但構造 單元SE與FE也可設計成使它們在組合狀態時，係在二個 互相平行的平面中，如第四圖之簡圖所示。最後一點，控 制構造單元SE與濾光構造單元FE也可互相成一角度而組 合，如第六圖所示。 濾光構造單元FE可以設計成平板（第一〜第六圖） ，或呈空間彎曲（第七及第八圖）。 利用這種把濾光裝置分成二個或數個構造單元的方式 ，它可以更小且可用較少之構造成本製造成自身具剛性且 能自我承載不須額外支持。此外它們可設計成更薄且因而 更輕。另外，在尺寸上可更容易更簡單地配合既有的比例 一一舉例而言，在一種遮光防護面罩的情形中’濾光構造 單元可放到更靠眼睛之處。 當然，控制構造單元SE也可設計成使它以大致位置 固定的方式留在一遮光防護裝置（例如一焊面罩）的範圍 中。 本發明一重要特點，如前述，係在於與視角度有關的 發射性質的補償措施以及至少一種設計成LCD形式的主動 濾光元件(21)的不均勻光度分佈的補償措施。這種補償作 用係利用一種光學主動或從動補償元件達成’該元件對各 空間方向之電磁磁場向量的相位比例作影響’使得與地點 及角度有關的輻射分佈利用光保護濾光器達到均勻化。適 用之補償元件爲主動式或從動式相位補償箔片（遲緩箱片 ，“相位匹配雙軸補償膜”）。這種補償元件’特別是遲 本紙张又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（1 ) 緩箔片的構造及作用方式係行家所習知者’例如在S.T.W 在SID 95 DIGEST第555〜558頁一專題中提到。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第十圖以一等對比圖形式顯示不具本發明補償作用的 一種傳統光保護濾光器的發射性質。此處，「對比」一詞 係指光保護濾光器在不透光及透光狀態的通過之光強度的 比例。長方形的場(31)定出一最小之視場，在此最小視場 時，依標準正好能有立體視覺的最小量。曲線(32)〜（35)各 將相同的對比的地點連接，且由內向外表示1:100，1:80， 1:50及1:1〇。如所知，發射度與視角度有關，且在視場範 圍中非常不均勻。 第十一圖顯示依本發明具有補償元件之光保護濾光器 的一個類似的等對比圖。最小視場利用一長方形(41)標示 ，曲線(42)〜（44)再各將相同對比的地點連接，且由內往外 表示1:100，1:80，1:50。如圖示，此時發射程度均勻得多 了，特別是在整個視場範圍中不低於1:80。因此在這構造 中，視場可以直接加大許多。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 這種利用光保護濾光器的尺寸所定的視場配合自然視 覺的方式係本發明一重要特點。在此它主要爲一種側面視 場。 如前述，依生產標準ΕΝ/DIN需要最小視場大小96 mm X25 mm(EN166)或者 90 imiX35 mm(EN379)，以保證有立體視 覺的最小量値。這點大約相當於視角範圍水平±20°及垂 直士 15。。 在實際使用這種濾光裝置（例如當作遮光防護裝置用 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消#合作社印製 五、發明説明（/ί)) )時的幾何比例可由以下趨近公式描述 2· D· d S=D--+k. d r+d 其中：D=平均之眼間隔(麵） d=眼-光保護濾光器間隔(mm) S=側面(水平)視場大小(mm) r=光保護濾光器-工作點的間隔(mm) k= “視場常數”（無方向性） 第十二及十三圖說明此點。工作點AP係指在工作時 視線集中的地點，因此在焊接工作的情形就是指焊光弧的 位置。平均眼間隔D以及距工作點的間隔r係實用上一定 的標準値(分別爲60醒及400画）’因此，這種趨近公式大 致上表示光保護濾光器距眼的間隔d側面視場大小S與視 場常數k的關係。間隔d在一般遮光防護面罩的場合至少 大約60腿，視場大小S在二個分別的濾光單元FE的情含 係指由該二個光保護濾光器所構成的構造的側面外度量（ 第三圖）。 對於立體視覺的最小量値其計算方式，係根據目前之 視野之標準値及r=400麵及最大間隔d=60 mm之視野常數 k=0.85。換言之，利用視野常數k=0.85，在一般的實用比 例之下，造成的一種側面視野大小可確保在立體的視覺有 標準的最少量（第十二圖）。 依本發明另一重要特點，如今濾光裝置的幾何比例的 改變方式使該裝置符合上述的關係，但其中視野常數k的 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 ___B7_ 五、發明説明（[ί) 値至少1·15。最好k値大於2，尤其是2.22。利用上述視 野常數k的値，所造成之視野大小可保護有最佳立體視覺 且因此可有最佳的空間方向性。第十三圖顯示視場常數 k=l.38的値的例子的比例。 依本發明濾光裝置的度量設計主要係向側面場之相對 放大著手。但所要的作用只有在光保護濾光鏡的發射程度 在這整個放大了的視場範圍中足夠均勻，所要的作用才能 達成。如上述，該視場係利用本發明之補償措施而保證均 句0 市場上可買到的電光濾光裝置，利用遮光防護裝置， 由於所用之液晶技術或者構造缺點的結果，往往不能達成 較大側面視場的要求，且可能受限於所能達成要求的較少 規格。本發明可使得一種與人視覺做最佳配合的遮光防護 裝置之與安全有關的視角區域能夠達成，它係把適當之幾 何結構的措施與光學相位矯正措施合倂使用，這些措施係 加到光保護濾光器使用。 光學上主動式及從動式的延遲措施可以對電光濾光器 之與角度有關的發射性質作既定目標的影響，以利用此裝 置改善雙眼視覺印象、最大可能之解析度及空間的感覺。 最後所述的兩個本發明的主特點提高了保護裝置的安 全，這是因爲不受視場大小影響地利用光學主動或從動遲 緩器以將任意的電光濾光器與角度有關的發射作補償，且 利用電光保護濾光器配合觀看者的生理視覺光度需求所致 〇 ____14 ___ 本紙張尺度通用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） • I4IM1 IJI · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（/V) 依第一個所述的本發明主要點把濾光裝置分成二個或 數個分別的以可鬆開方式互相連接的構造單元，這些單元 就變得較小，且可用較少之構造成本製成本身具剛性且能 自我支承。此外它們可設計成較薄且因而對應地較輕。此 外，可更簡單更容易地在度量尺寸上配合現有的比例一一 舉例而言，在一種遮光保護面罩的情形，濾光構造單元可 放得得靠近眼睛。此外，當一個功能元件失效時，只須將 對應的構造單元更換。 上述三種本發明主特點的組合，從製造技術觀點及在 其實際使用上造成一種最適當的濾光裝置。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :装. -5 涑 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 p 1 . 一種主動！g電濾光裝置，特別是適合當作遮光 保護裝置以用在焊_護面罩’頭盔或眼鏡，它以習知方 式具有一光保護濾光器(1)，該濾光器具有至少一個主動式 光學濾光元件(21)，並具有一電子電路(2)以將該至少一主 動式濾光元件作控制，並具有一個與該電子電路配合的光 感測器(4)以及一個電供應源(5)〜（7)，特別是一個太陽能電 池，以供電給該電子電路及該至少一個主動濾光元件’其 特徵在：該光保護濾光器（1)設在—濾光構造單元(FE)中’ 而該電子電路(2)、光感測器(4)及電流供應源(5)〜⑺設在 一個與本體分離的控制構造單元(SE)中’其中該濾光構造 單元(FE)與控制構造單元(SE)係可以用可鬆開的機械方式以 及互相通電的方式接成一個整單元(F)，且爲此設有相反側 互相配合的機械式及電氣式的連接元件(8)〜（Π)。 2 .如申請專利範圍第1項之濾光裝置’其中： 該包含光保護濾光器的濾光構造單元(FE)設計成平坦 或彎曲的板，其厚度特別是1〜5 mm。 3 ·如申請專利範圍第1或第2項之濾光裝置’其中 該包含電子電路、光感測器及電流供應源的控制單元 (SE)設計成厚度特別爲1〜5画的板。 4 .如申請專利範圍第1或第2項之濾光裝置’其中 該濾光與該控制構造單元(FE，SE)係用鑄造而形成。 5 .如申請專利範圍第1或第2項之濾光裝置’其中 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS)A4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- ,ιτ 旅 經濟部智慧財產局員工消贫合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局貝工消*t合作社印製 六、申請專利範圍 設有至少二個濾光構造單元(FE)，該單元可以用可鬆 開的方式與該控制構造單元(SE)作機械式及電氣式連接。 6 .如申請專利範圍第1或第2項之濾光裝置，其中 該控制構造單元（SE)及該濾光構造單元（FE)在互相固 定住的狀態係設在一平面中或在互相平行的平面中。 7 ·如申請專利範圍第1或第2項之濾光裝置，其中 該控制構造單元(SE)與該濾光構造單元(FE)在互相固 定住的狀態係設成互相傾斜。 8 ·如申請專利範圍第1或第2項之濾光裝置，其中 該濾光構造單元(FE)設計成圓筒形或球形彎曲。 9 ·如申請專利範圍第1項之濾光裝置，其中： 該光保護濾光器（1)設有至少一光學主動式或從動式補 償元件(24)以改善其光發射之特別與視角有關的均勻度。 1 0 ·如申請專利範圍第9項之濾光裝置，其中： 該補償元件(24)設計成光學相位補償箔片形式。 1 1 ·—種主動式光電濾光裝置，特別是適合當作遮 光保護裝置以用在焊接保護面罩，頭盔或眼鏡，它以習知 方式具有一光保護濾光器（1)，該爐光器具有至少一個主動 式光學濾光元件(21)，並具有一電子電路⑵以將該至少一 主動式濾光元件作控制，並具有一個與該電子電路配合的 2 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 涞 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4洗格（210X297公釐） ABCD 六、申請專利範圍 光感測器(4)以及一個電供應源(5)〜（7)，特別是一個太陽能 電池’以供電給該電子電路及該至少一個主動濾光元件， 其特徵在：該光保護濾光器(1)設有至少一個光學主動或從 動式的補償元件(24)，以改善其特別與角度有關的光發射 均勻性。 1 2 ·如申請專利範圍第1項之濾光裝置，其中該補 償元件(24)設計成光學相位補償箔片形式。 1 3 ·如申請專利範圍第9項之濾光裝置，其中： 該濾光裝置係用於作焊接保護面罩、頭盔、眼鏡中的 遮光防護裝置，其中，該光防護濾光器（1)在使用時的側視 場大小(S)在使用中滿足以下關係 2. D· d S=D--+k. d r+d 其中D爲平均眼間隔，d爲光保護濾光器到眼的間隔 ，r爲光保護濾光器與工作點CAP間平均間隔，k爲視場 常數，且視場常數k至少爲U5。 1 4 ·如申請專利範圍第9項之濾光裝置，其中： 該視場常數k至少爲1.8，且宜爲至少2.2。 -裝— I - * , /|\ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智葸財產局員工消貪合作社印製 3 1本紙張尺度適用十國國家梯準(CNS ) A4規格（210X297公釐）