ИЗОГНУТЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИ ЗАТЕМНЯЮЩИЙ СВЕТОФИЛЬТР Российский патент 2020 года по МПК G02B5/20 

Область применения

Настоящее изобретение относится к изогнутому светофильтру, который, под воздействием падающего света, изменяет свое состояние от светопропускающего к затемняющему. Изогнутый переключаемый светофильтр имеет, по меньшей мере, один слой жидких кристаллов, расположенный между тонкими, гибкими стеклянными подложками.

Уровень техники

Автоматически затемняющие светофильтры обычно имеют переключаемый светофильтр, который, под воздействием падающего света, автоматически изменяет свое состояние от светопропускающего к затемняющему. Обычно, переключение осуществляется при помощи фотодетектора, являющегося частью средства индивидуальной защиты или расположенного на нем. Фотодетектор определяет наличие падающего света, который подлежит фильтрации, а электронный модуль формирует управляющее напряжение, которое, будучи приложенным к переключаемому светофильтру, заставляет светофильтр изменить свое состояние от светопропускающего к затемняющему.

Разработаны автоматические светофильтры, которые содержат жидкокристаллические ячейки, расположенные между поляризующими пленками. В патенте США № 4240709, автор Hornell, описывается переключаемый светофильтр, который имеет ячейку из скрученных в одну нить нематических жидких кристаллов, расположенную между парой взаимно перекрещивающихся поляризаторов. Обычно, жидкокристаллические ячейки представляют собой плоские, оптически прозрачные стеклянные подложки, которые включают прозрачные электроды и ориентирующие слои. Когда, под управлением электронного модуля, к жидкокристаллической ячейке прикладывается напряжение, то молекулы жидких кристаллов ориентируются в определенном направлении. Переключаемые светофильтры такого типа используются во многих коммерческих изделиях.

Использование автоматически затемняющего светофильтра в защитной маске создает значительные эргономические преимущества. Ранее сварщики, например, перед тем как зажечь сварочную дугу, для обеспечения защиты глаз от света факела, должны были опустить защитную маску. Автоматические светофильтры для сварки исключили необходимость в таком действии, поскольку защитная маска сварщика могла постоянно находиться в опущенном положении. В результате, качество сварного шва, в целом, улучшилось, поскольку стало возможным добиться более точного расположения сварочного электрода. Также было отмечено повышение производительности, т.к. объемы шлифования и исправления брака, соответственно, сократились.

Однако, существующие автоматически затемняющие светофильтры с плоскими стеклами могут существенно повышать вес конечного изделия (такого как защитная маска сварщика), что, в свою очередь, может создавать нагрузку и напряжение в области шеи и плеч пользователя. Прямоугольная форма типичной слоеной стеклянной конструкции, также, имеет тенденцию ограничивать поле зрения пользователя. Обычно, известные светофильтры для сварщиков, были ограничены прямоугольной формой конструкции из-за трудностей при скрайбировании и разламывании жестких стеклянных подложек.

Словарь терминов

Используемые ниже термины будут иметь следующие значения:

«Автоматически затемняющий светофильтр» означает устройство, которое ослабляет свет под воздействием самого света и без воздействия со стороны пользователя;

«Полосовой фильтр» означает устройство, которое позволяет проходить оптическому излучению с определенным диапазоном частоты (частот), но задерживает оптическое излучение с иными частотами;

«Изогнутый» означает не следующий прямой линии при рассмотрении в разрезе;

«Деформация», в отношении стеклянного слоя, означает способность изгибаться на 5 мм на протяжении консоли длиной в 50 мм от точки закрепления, без разрушения;

«Электрическое поле» означает область, окружающую электрический заряд, причем эта область может создавать силу, которая может быть приложена к заряженным частицам или молекулам;

«Гибкий» означает способный выдерживать деформацию в изогнутую форму без разрушения;

«Стекло» означает неорганический аморфный некристаллический твердый материал, который способен пропускать видимый свет;

«Стеклянный слой» или «Стеклянный лист» означает стекло, которое имеет такие размеры, когда ширина и длина существенно больше, чем толщина;

«Расположенные рядом» означает расположенные вблизи друг от друга, но не обязательно в соприкосновении друг с другом;

«Слой жидких кристаллов» означает слой, который имеет молекулы в жидкой фазе, причем эти молекулы имеют некоторую упорядоченную ориентацию по отношению друг к другу и имеют способность ориентироваться под воздействием электрического поля;

«Слабая крутка» означает угол поворота менее 90 градусов;

«Нематические молекулы» означает молекулы, у которых под воздействием электрического поля проявляется параллельность их осей;

«Оптически прозрачный» означает, что видимый свет может проходить через материал в достаточной степени для того, чтобы видеть интересующее изображение, расположенное на противоположной стороне конструкции;

«Ортогональный» означает расположенный под прямыми углами;

«Поляризовать» означает сформировать колебания оптического излучения с определенной структурой;

«Поляризатор» означает имеющий способность поляризовать видимый свет;

«Направление поляризации» означает направление, получаемое в результате поляризации света;

«Вращать» означает менять направление;

«Датчик» означает устройство, которое может обнаруживать наличие определенного источника света и которое может посылать сигнал на другое устройство;

«Сигнал» означает электрическую величину, такую, как напряжение; и

«Угол вращения» означает угловую разность в направлении между двумя поверхностями.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, предлагается переключаемый светофильтр, содержащий первый поляризатор, второй поляризатор и первую жидкокристаллическую ячейку. Первый поляризатор имеет первое направление поляризации, а второй поляризатор имеет второе направление поляризации. Второе направление поляризации может быть таким же или отличным от первого направления поляризации. Жидкокристаллическая ячейка расположена между первым и вторым поляризаторами. Жидкокристаллическая ячейка содержит первый и второй оптически прозрачные, гибкие стеклянные слои и имеет слой жидких кристаллов, расположенный между первым и вторым изогнутыми, оптически прозрачными, гибкими стеклянными слоями.

Преимуществом переключаемого светофильтра, в соответствии с настоящим изобретением, является то, что, в сравнении с известными коммерчески доступными изделиями, общий вес изделия может быть снижен. Снижение веса достигается за счет малого веса гибких стеклянных слоев. Обычно, эти гибкие слои оказываются тоньше, чем плоские стеклянные подложки, которые использовались в известных ранее изделиях. Кроме того, переключаемый светофильтр, в соответствии с настоящим изобретением, может быть выполнен имеющим не прямоугольную форму, что расширяет поле зрения пользователя. Пользователю может быть обеспечено расширенное периферийное поле зрения как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Переключаемый светофильтр также может быть выполнен имеющим различные формы, например, повторяющие очертания лица пользователя и подходящие для размещения в очках или защитных очках.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Изогнутый переключаемый светофильтр 10, в соответствии с настоящим изобретением, в разобранном виде;

Фиг. 2. Изогнутый переключаемый светофильтр 10’, в соответствии с настоящим изобретением, в разобранном виде;

Фиг. 3. Эскизный вид в разрезе изогнутой жидкокристаллической ячейки 34, которая может использоваться в переключаемом светофильтре, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 4. Структурная схема переключаемого светофильтра 10 (или 10’), расположенного в устройстве 60 автоматически затемняющего светофильтра, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 5. Аксонометрический вид защитного шлема 68 сварщика, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 6. Аксонометрический вид защитной маски 72, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 7. Аксонометрический вид защитных очков 76, в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, гибкие стеклянные слои определяют замкнутую область, в которой молекулы жидких кристаллов могут свободно вращаться под воздействием электрического поля и создавать эффект фильтрации света. Использование при изготовлении переключаемого светофильтра гибких стеклянных слоев дает возможность соединить компоненты переключаемого светофильтра при помощи ламинирования и придать им изогнутую форму. Такая конструкция обеспечивает более широкое поле зрения при том же (или даже меньшем) весе.

На фиг. 1 показан изогнутый переключаемый светофильтр 10, в котором внешний компонент светофильтра 10 представляет собой полосовой фильтр 12, который служит для ослабления инфракрасных (ИК) и ультрафиолетовых (УФ) компонентов спектра падающего света высокой интенсивности. Полосовой фильтр 12 может быть интерференционным светофильтром, который отражает ИК излучение и поглощает УФ-А, -В и –С компоненты спектра падающего света. Полосовой фильтр 12 также может представлять собой сочетание отдельных ИК и УФ отражающих и/или поглощающих светофильтров. Изогнутый переключаемый светофильтр 10 также включает первый поляризационный фильтр 14, первую оптически вращающую жидкокристаллическую ячейку 16 и второй поляризационный фильтр 18. Поляризационные фильтры 14 и 18 имеют, в сущности, ортогональные направления поляризации, при этом направление поляризации первого поляризационного фильтра 14 повернуто примерно на 90^о относительно направления поляризации второго поляризационного фильтра 18, но расположено в параллельной плоскости. Первая оптически вращающая жидкокристаллическая ячейка 16 может представлять собой жидкокристаллическую ячейку на основе скрученного нематика, расположенную между первым и вторым ортогональными поляризационными фильтрами 14 и 18. Параллельно этим компонентам, между парой поляризационных фильтров 18 и 22, расположена вторая жидкокристаллическая ячейка 20. Поляризационные фильтры 18 и 22 имеют, в сущности, параллельные направления поляризации. Параллельность их направлений поляризации приводит к тому, что ячейка оказывается затемненной, когда к ней не приложено напряжение и прозрачной, когда напряжение к ней приложено. Исходное затемненное состояние ячейки выполняет защитную функцию и предупреждает пользователя о том, что изделие находится в состоянии «выключено». Каждая из жидкокристаллических ячеек 16 и 20 оснащена соединителями 24 и 26, соответственно, при помощи которых к этим ячейкам могут быть подведены управляющие напряжения. Подведение напряжения к соединителям 24 создает электрическое поле между гибкими стеклянными слоями жидкокристаллической ячейки 16. Под воздействием электрического поля, нематические молекулы жидких кристаллов ориентируются перпендикулярно ограничивающим поверхностям, которые покрывают широкие стенки ячейки. Такая перпендикулярная ориентация в возбужденном состоянии ячейки, в отличие от параллельной ориентации, обеспечивает затемненное состояние ячейки. Таким образом, когда к жидкокристаллической ячейке 16 приложено управляющее напряжение, достигается эффект фильтрации. Жидкокристаллическая ячейка управляет поляризацией света и свет поглощается поляризатором. Величиной поворота нематических молекул можно управлять изменяя величину управляющего напряжения, таким образом, можно управлять соответствующим эффектом фильтрации. В результате, жидкокристаллическая ячейка 16 находится в прозрачном состоянии при отсутствии приложенного к ней напряжения, и в затемненном состоянии при наличии приложенного к ней напряжения. Для различных конструкций ячейки уровни напряжений могут быть различными, в зависимости от использованных материалов жидких кристаллов, геометрии зазора ячейки и т.д. На практике, прозрачное состояние соответствует защитным очкам сварщика со степенью затемнения от 2 до 4, а затемненное состояние, которое может выбирать пользователь, соответствует защитным очкам сварщика со степенью затемнения от 7 до 14. Степень затемнения защитных очков сварщика определяется стандартами по защите глаз ANSI 287.1:2010 и 169:2001 – см. также EN 379:2003.

На фиг. 2. показан изогнутый автоматически затемняющий светофильтр 10’, в разобранном виде, содержащий жидкокристаллические ячейки 16, 20 и 28. Первая жидкокристаллическая ячейка 16 расположена между первым и вторым поляризационными фильтрами 14 и 18, вторая жидкокристаллическая ячейка 20 расположена между первым и третьим поляризационными фильтрами 18 и 22, а третья жидкокристаллическая ячейка 28 расположена между поляризационными фильтрами 30 и 14. Две жидкокристаллические ячейки 16 и 28 могут быть, в сущности, идентичными, но они, в целом, повернуты примерно на 180° по отношению друг к другу, это уменьшает изменение оптических характеристик в зависимости от угла зрения. Подведение напряжения к соединителям 24 и 32 создает между прозрачными электропроводящими электродами электрическое поле. Под воздействием электрического поля, нематические молекулы жидких кристаллов ориентируются перпендикулярно ограничивающим объем с молекулами поверхностям, что приводит к тому, что ячейки ограничивают прохождение света. Направления ориентации жидкокристаллических ячеек 16 и 28 являются, в сущности, параллельными и расположены асимметрически по отношению друг к другу. Преимуществом расположения двух, в сущности, идентичных жидкокристаллических ячеек совместно, таким образом, что направления ориентации молекул обращены друг к другу и, в сущности, перпендикулярны, является то, что это позволяет компенсировать зависимость эффекта фильтрации от угла зрения. Уменьшение изменений степени затемнения (улучшение однородности) в затемненном состоянии может быть достигнуто благодаря использованию поляризаторов со смещением, т.е. поляризаторов со смещением примерно от 1 до 20 градусов – см. Патент США № 7884888, авторы Magnusson и др. Поляризаторы со смещением могут исключить неравномерность затемнения в поле зрения, вызванную изменениями геометрии зазора ячейки, нежелательным двойным лучепреломлением в слоях адгезива конструкции и различными углами зрения.

На фиг. 3. показана жидкокристаллическая ячейка 34, такая, как первая, вторая и третья ячейки 16, 20 и 28. Слоистая конструкция содержит два оптически прозрачных гибких стеклянных слоя 40 и 42. При реализации настоящего изобретения могут быть использованы различные стеклянные слои. Толщина каждого из слоев может быть примерно от 10 мкм до 200 мкм, более типично, примерно от 30 мкм до 150 мкм, и еще более типично, примерно от 75 мкм до 125 мкм. Гибкие стеклянные слои 40 и 42 могут поставляться в виде листов или рулонов. Изогнутые слои 40, 42, обычно имеют радиус кривизны менее бесконечности, в типовом случае – примерно от 5 до 30 см, более типично, примерно от 7 до 20 см. Кривизна может иметь непостоянный радиус, например, она может иметь параболическую форму, форму линии провисания, эпициклоидальную или произвольную форму. На внутренних поверхностях оптически прозрачных гибких стеклянных слоев 40 и 42 расположены слои 44 и 46 прозрачных электропроводящих электродов, соответственно, (например, слои оксида индия и олова). При подведении к электродам 44 и 46 напряжения, в слое 48 жидких кристаллов создается электрическое поле, что приводит к сдвигу ориентации молекул жидких кристаллов. Рядом с электродами 44 и 46 расположены ориентирующие слои 50 и 52, соответственно, представляющие собой, например, слои из полиимида, подвергнутые механической обработке, такой как расчёсывание или натирание с определенными направлениями ориентации. Ориентирующие слои 50 и 52 разнесены друг от друга при помощи распорок 54 одинакового размера, расположенных внутри ячеек. Торцы ячейки могут быть герметизированы при помощи контурного адгезива 56, такого как Norland 68, поставляемый фирмой Norland Products, Cranbury, NJ. Перед окончательной герметизацией ячейки, в зазор 48 между слоями 50 и 52 закачивают нематические молекулы 58. Ориентирующие слои 50 и 52 заставляют нематические молекулы 58 жидких кристаллов занимать определенные угловые положения у поверхностей, таким образом, что молекулы повернуты в пределах их соответствующего угла закручивания между этими поверхностями. Величина поворота нематических жидких кристаллов 58 либо обеспечивает прохождение света сквозь ячейку, либо блокирует прохождение света. Могут быть использованы жидкие кристаллы нематического типа с Δn (разностью между показателями преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей света) примерно от 08 до 14, помещенные между двумя оптически прозрачными гибкими стеклянными слоями 40 и 42. Зазор между слоями 50 и 52 обычно составляет примерно 3-5 мкм. Используемые в соответствии с настоящим изобретением оптически прозрачные гибкие стеклянные слои 40 и 42, обычно обеспечивают, в сущности, равномерную оптическую прозрачность, обычно более 80%, в диапазоне длин волн от 380 нм до 750 нм. Для того, чтобы иметь указанную выше толщину, стеклянный слой может быть изготовлен способом переливания через край с вытяжкой вниз. Состав стеклянного слоя может представлять собой различные составы силикатного стекла и пр., такие как кварцевое стекло и боросиликатное стекло. Безщелочное стекло может включать стекло, которое, в сущности, не содержит щелочной компонент, в частности, стекло, содержащее 1000 частей на миллион (ppm) или менее (предпочтительно 500 ppm или менее, и, более предпочтительно 300 ppm или менее) оксида щелочного металла. Рядом со стеклянным слоем может быть расположен защитный слой. При намотке стеклянного слоя, защитный слой предотвращает образование трещин, которые возникают из-за соприкосновения одной части стеклянного слоя с другой. Защитный слой поглощает внешнее давление, прикладываемое к рулону стекла. Толщина защитного листа может быть в пределах от 10 мкм до 2000 мкм. Защитный лист может представлять собой иономерную пленку, полиэтиленовую пленку, полипропиленовую пленку, пленку из поливинилхлорида, пленку из поливинилиденхлорида, поливинилспиртовую пленку, полиэфирную плёнку, пленку из поликарбоната, пленку из полистирола, пленку из полиакрилонитрила, пленку из сополимера этилена и винилацетата, пленку из сополимера этилен-винилового спирта, пленку из сополимера этилен-метакриловой кислоты, пленку из нейлона (пленку из полиамида), пленку из полиимида, целлофановую плёнку или иные буферные материалы, изготовленные из смол. Защитному листу может быть обеспечена электропроводность, за счет добавления в защитный лист компонента, предназначенного для придания электропроводности, такого как полиэтиленгликоль. В том случае, когда защитный лист формируется прокладыванием бумаги, электропроводность может быть обеспечена за счет добавления электропроводного волокна. Кроме того, электропроводность также может быть обеспечена за счет нанесения, при помощи ламинирования, на поверхность защитного листа электропроводного слоя, такого как пленка оксида индия и олова. См. патент США № 8241751, автор Tomamoto и др., см. также патент США № 7735338, автор Mueller и др., заявку на патент США № 2011/0059296. Примером коммерчески доступного гибкого стекла является стекло марки Schott D263T.

Жидкокристаллические ячейки 16, 20 и 28 могут представлять собой жидкокристаллические ячейки со скрученным нематиком, которые обеспечивают «отказоустойчивое» промежуточное переходное состояние в случае выхода из строя электронного блока. Автоматически затемняющий светофильтр, имеющий жидкокристаллические ячейки со слабой круткой, описывается в патенте США № 6097451, автор Palmer и др.; см. также патент США № 5825441, автор Hornell и др. Жидкокристаллическая ячейка со скрученным нематиком может иметь угол скручивания менее 100 градусов, обычно от нуля или 1 до 99 градусов. Жидкокристаллическая ячейка также может иметь угол скручивания, соответствующий слабой крутке, в пределах от 1 до 85 градусов. В частности, угол скручивания жидкокристаллической ячейки со слабой круткой может быть от 30 до 70 градусов. «Отказоустойчивая» жидкокристаллическая ячейка во многом сходна по конструкции с жидкокристаллической ячейкой со слабой круткой, но имеет иной принцип действия, поскольку она размещена между параллельными поляризаторами, а не перекрещивающимися или ортогональными поляризаторами. Жидкокристаллическая ячейка 20 находится в затемненном состоянии (почти непрозрачном состоянии, в котором бОльшая часть падающего света задерживается) когда к соединителям 26 не приложено напряжение. Жидкокристаллическая ячейка 20 может стать оптически прозрачной при приложении к ней определенного напряжения.

На фиг. 4 приведена структурная схема автоматически затемняющего светофильтра 60 (АЗС). Автоматически затемняющий светофильтр 60 включает изогнутый переключаемый светофильтр 10 (или 10’), который имеет поляризаторы со смещением, аналогичные описанным при рассмотрении фиг. 1 и фиг. 2. Переключаемый светофильтр 10 установлен в защитном шлеме 62, который пользователь надевает во время процесса сварки или в иной ситуации, в которой необходима такая защита, которую обеспечивает переключаемый светофильтр 10. АЗС 60 также включает датчик 64, предназначенный для обнаружения падающего на переднюю поверхность светофильтра 10 света, исходящего, например, от сварочной дуги. Датчик обнаруживает падающий свет и посылает сигнал, который вызывает вращение молекул в слое жидких кристаллов. Датчик 64 может быть оснащен поляризующим элементом, который препятствует тому, чтобы свет падающий не по нормали мог активировать датчик. Такое устройство предотвращает попадание на датчик света от других сварочных горелок и источников – см. патент США № 6934967, автор Migashita и др. Схема 66 управления принимает от датчика 64 сигналы, соответствующие наличию или отсутствию падающего света, и подводит к светофильтру 10 соответствующие управляющие напряжения, управляя таким образом степенью затемнения светофильтра 10. Например, если датчик 64 обнаруживает наличие сварочной дуги или иного источника падающего света, то схема 66 управления может подвести управляющие напряжения к жидкокристаллическим ячейкам 16 и 20 (см. фиг. 1 и фиг. 2), и снять напряжение с жидкокристаллической ячейки 28 на эффекте "гость-хозяин" (см. фиг. 2). Это приводит к тому, что светофильтр 60 переходит в затемненное состояние и защищает пользователя от ослепления падающим светом. В отсутствие сварочной дуги или иного источника падающего света, схема 66 управления может уменьшить или отключить подведенное к жидкокристаллическим ячейкам 16 и 20 напряжение, таким образом, делая светофильтр более прозрачным для прохождения света. Увеличение пропускания света, позволяет сварщику, например, выполнять сварочные операции и, также, выполнять работы за пределами зоны сварки, не снимая защитный шлем или маску. Кроме того, описанная здесь конструкция светофильтра улучшает однородность светофильтра в затемненном состоянии в широком диапазоне углов зрения со стороны пользователя. Переключаемый светофильтр 10, датчик 64 и схема 66 управления обычно установлены на защитном шлеме как единый узел, обычно, как сменный узел, который установлен в держателе, прямо перед глазами пользователя, когда пользователь надевает шлем. Узел может иметь форму прямоугольной рамки (или рамки иной формы) или корпуса, который удерживает светофильтр, датчик и схему. Примеры реализации держателя для шлема приведены, например, в патентах США 6185739, 5533206, 5191468, 5140707, 4875235 и 4853973. Шлемы сварщика могут также предусматривать подачу чистого воздуха во внутреннюю область и, поэтому, могут включать уплотнительное кольцо, предназначенное для отделения зоны дыхания от окружающего воздуха. Пример реализации такого уплотнительного кольца приведен в патенте США № 7197774, автор Curran и др.; см. также патенты США на промышленный образец D517 744, D517 745, D518 923, D523 728 и D532 163; и заявки на патент США № 2006-0101552 и № 2006-0107431.

На фиг. 5 приведен аксонометрический вид защитного шлема 68 сварщика, который имеет основу 70 шлема, которое содержит устройство 60 автоматически затемняющего светофильтра, установленное в отверстии основы 70 шлема. Основа 70 шлема может включать венцовый элемент, который соприкасается с головой пользователя, когда устройство 68 надето. Пример подходящего венцового элемента описан в патенте США № 7865968, автор Lilenthal и др.; см. также заявку на патент США 2010/229286 А1, автор Ahlgren и др. Устройство 60 автоматически затемняющего светофильтра включает изогнутый автоматически затемняющий светофильтр 10, который расположен таким образом, чтобы он задерживал электромагнитное излучение (например, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, инфракрасное излучение и т.д.). Автоматически затемняющий светофильтр 60 может быть расположен в основе 70 шлема таким образом, чтобы он находился прямо перед глазами пользователя, когда пользователь надевает шлем.

Автоматически затемняющий светофильтр 60 может включать электронный блок 66 управления (см. фиг. 5), предназначенный для приема и формирования различных сигналов, направляемых на изогнутый автоматический светофильтр 10 для сварщика и, в частности, на жидкокристаллические ячейки 16, 20 и 28, через соединители 24, 26 и 32, соответственно (см. фиг. 2) – см., например, заявку на патент США № US2010-265421 (автор - Sundell). Электронный блок управления может также включать детектор входных воздействий, который может обнаруживать, по меньшей мере, входное воздействие от присутствующего светового излучения с высокой интенсивностью. Детектор может быть физически расположен вблизи от некоторых или от всех других компонентов (электронной схемы и т.д.) устройства 60 автоматически затемняющего светофильтра или может быть физически расположен на некотором удалении от некоторых или от всех этих компонентов. Детектор может быть выполнен с использованием различных устройств фотодетекторов и технологий. В альтернативном воплощении, входное воздействие, которое означает присутствие светового излучения с высокой интенсивностью, может быть сформировано электронным блоком управления под воздействием сигнала активации, сформированного, например, сварочным аппаратом или сварочной горелкой – см. патент WO2007/047264, автор Garbergs и др.

На фиг. 6 показан один из примеров воплощения настоящего изобретения, в котором изогнутый переключаемый светофильтр 10, в соответствии с настоящим изобретением, установлен в подходящем устройстве 72 защиты лица. Переключаемый светофильтр 10 может быть установлен в устройстве защиты лица таким образом, что он имеет возможность поворота вокруг точки 73 поворота. В альтернативном воплощении настоящего изобретения, изогнутый автоматический светофильтр 10 для сварщика может быть установлен в устройстве автоматически затемняющего светофильтра расположенном в защитных очках 76, как показано на фиг. 7.

Переключаемые светофильтры, в соответствии с настоящим изобретением, могут быть изогнутыми вокруг одной, двух или трех осей. Обычно, переключаемый светофильтр, используемый в сварочном шлеме (см. фиг. 5) может быть изогнутым вокруг одной или двух осей. Физические свойства гибких стеклянных слоев позволяют изготавливать изогнутые переключаемые светофильтры, которые имеют радиус кривизны примерно от 5 до 20 см, и площадь поля зрения, примерно от 10 до 600 см², более типично – от 30 см² до 250 см². Известные светофильтры для сварки, обычно, имеют площадь поля зрения, примерно от 50 до 100 см². В настоящем изобретении предлагаются переключаемые светофильтры, имеющие площадь поля зрения, по меньшей мере, от 100 см² до 125 см².

Устройства автоматически затемняющего светофильтра, в соответствии с настоящим изобретением, могут использоваться при выполнении различных промышленных операций, например, сварки (например, дуговой сварки, газовой сварки, ацетиленовой сварки), резки (например, лазерной резки, ацетиленовой резки), пайки тугоплавким припоем, пайки и т.д. Они также могут использоваться при выполнении различных медицинских процедур, при которых может возникать световое излучение с высокой интенсивностью (например, лазерная хирургия, удаление волос, удаление татуировок, отверждение связующих для зубопротезных материалов при помощи оптического излучения) и других. Одно или более устройств автоматически затемняющего светофильтра могут быть предложены для любых иных подходящих устройств или изделий и для иных применений. Например, устройство автоматически затемняющего светофильтра может поставляться как часть защитных очков, а не шлема, закрывающего все лицо. В альтернативном воплощении настоящего изобретения, устройство автоматически затемняющего светофильтра может быть встроено в портативное устройство или в окошко или отверстие, которое обеспечивает возможность проведения осмотра комнаты, корпуса, машинного отделения и т.д., в которых может присутствовать световое излучение с высокой интенсивностью.

ПРИМЕР

Узел жидкокристаллической ячейки

Изогнутую жидкокристаллическую ячейку для автоматического светофильтра для сварщика изготавливали следующим образом.

Исходный гибкий стеклянный слой представлял собой стекло марки D263T толщиной 0,1 мм, поставляемое фирмой Schott Glass of Schott Glas Export, GmbH, расположенной - Rheinallee 145, 55120 Mainz, Germany. На стекло при помощи распыления был осажден оксид индия и олова. Электропроводность покрытия из оксида индия и олова составляла примерно 100 Ом/квадрат. Стекло с покрытием из оксида индия и олова покрывали тонким слоем полиимидного полимера. Стекло покрывали коммерчески доступным полиимидным ориентирующим материалом при помощи центрифугирования. Толщина покрытия после просушки была в пределах от 80 нм до 200 нм. Тонкий полиимидный слой ориентировали при помощи прочёсывания вращающимся войлочным материалом. Этот образец, состоящий из прочесанного полиимида и стекла/оксида индия и олова, разрезали на куски для изготовления верхней и нижней частей жидкокристаллической ячейки. Для получения нужной ориентации, первый кусок (верхний) поворачивали на 90^о по отношению ко второму (нижнему) куску стекла.

Изогнутую жидкокристаллическую ячейку формовали, используя в качестве оправки металлический цилиндр, имевший радиус, примерно 90 мм. Нижнюю часть жидкокристаллической ячейки, представлявшую собой стекло с покрытием из оксида индия и олова, покрытое прочесанным полиимидом, приматывали к металлическому цилиндру при помощи ленты типа 3M Magic Tape™. Контурный адгезив (оптический адгезив, отверждаемый УФ-излучением, типа Norland 68) наносили на нижнюю часть при помощи шприца с иголкой. В состав скрученных нематических жидких кристаллов добавляли 1% по весу керамических разделительных шариков диаметром 4 мкм. Смесь жидких кристаллов и разделительных шариков размещали на нижней части ячейки при помощи пипетки. Верхнюю часть ячейки присоединяли к нижней части вдоль передней кромки при помощи ленты типа 3M Removable Tape™. Затем, при помощи полиэфирной пленки, один конец которой был прикреплен к металлическому цилиндру, верхнюю часть ячейки, изгибая, приматывали к нижней части. При помощи резинового валика верхнюю часть прижимали к нижней части. Полиэфирная пленка удерживалась под натяжением, для того, чтобы компоненты ячейки находились в плотном контакте друг с другом. Затем контурный адгезив, отверждаемый УФ-излучением, отверждали воздействием источника УФ-излучения в течение 5 минут. После этого, готовую ячейку снимали с цилиндра, удаляя полиэфирную пленку и куски ленты. К нижней и верхней частям при помощи адгезива, отверждаемого давлением, присоединяли поляризующие пленки. Поляризующие пленки располагались ортогонально по отношению друг к другу и в соответствии с ориентацией, приданной полиимидному слою. К слою оксида индия и олова на верхней части присоединяли медную ленту с электропроводным адгезивом, а другую медную ленту с электропроводным адгезивом присоединяли к слою оксида индия и олова на нижней части. Посредством медных лент, к ячейке подводили разность потенциалов в 10 В. При подведении напряжения, ячейка переключалась из светопропускающего состояния в затемненное состояние. Размеры готовой ячейки составляли, примерно, 75 мм в ширину и 75 мм в длину (5625 мм²; 56,25 см²), при этом ее кривизна была немного меньше, чем у исходного цилиндра с радиусом в 100 мм.

Настоящее изобретение допускает внесение различных модификаций и изменений, без отхода от идеи и масштабов настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается описанными выше воплощениями, а масштаб изобретения ограничен прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Настоящее изобретение может быть воплощено при отсутствии любого из элементов, не описываемого здесь специально.

Все патенты и заявки на получение патентов, на которые приведены ссылки выше, в том числе и приведенные в разделе «Уровень техники», включены настоящее описание для ссылки целиком. В том случае, если имеется противоречие или расхождение между настоящим описанием и документом, на который дается ссылка, следует руководствоваться настоящим описанием.

Изобретение относится к изогнутому светофильтру, который под воздействием падающего света изменяет свое состояние от светопропускающего к затемняющему. Автоматически затемняющий светофильтр изготовлен способом, содержащим формирование жидкокристаллической ячейки, где этом формирование жидкокристаллической ячейки содержит этапы, на которых формируют первый прозрачный электропроводящий слой электродов на первом оптически прозрачном гибком стеклянном слое; подвергают изгибу упомянутый первый оптически прозрачный гибкий стеклянный слой так, что первый оптически прозрачный гибкий стеклянный слой становится изогнутым; располагают смесь жидких кристаллов на упомянутом первом прозрачном электропроводящем слое электродов упомянутого изогнутого первого оптически прозрачного гибкого стеклянного слоя; формируют второй прозрачный электропроводящий слой электродов на втором оптически прозрачном гибком стеклянном слое; и присоединяют второй оптически прозрачный гибкий стеклянный слой к изогнутому первому оптически прозрачному гибкому стеклянному слою так, что второй оптически прозрачный гибкий стеклянный слой, изгибается, а первый прозрачный электропроводящий слой электродов, второй прозрачный электропроводящий слой электродов и смесь жидких кристаллов располагаются между первым оптически прозрачным гибким стеклянным слоем и вторым оптически прозрачным гибким стеклянным слоем. Изобретение обеспечивает снижение веса и расширение поля зрения для пользователя. 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Автоматически затемняющий светофильтр, изготовленный способом, содержащим формирование жидкокристаллической ячейки, при этом формирование жидкокристаллической ячейки содержит этапы, на которых:

формируют первый прозрачный электропроводящий слой электродов на первом оптически прозрачном гибком стеклянном слое;

подвергают изгибу упомянутый первый оптически прозрачный гибкий стеклянный слой так, что первый оптически прозрачный гибкий стеклянный слой становится изогнутым;

располагают смесь жидких кристаллов на упомянутом первом прозрачном электропроводящем слое электродов упомянутого изогнутого первого оптически прозрачного гибкого стеклянного слоя;

формируют второй прозрачный электропроводящий слой электродов на втором оптически прозрачном гибком стеклянном слое; и

присоединяют второй оптически прозрачный гибкий стеклянный слой к изогнутому первому оптически прозрачному гибкому стеклянному слою так, что второй оптически прозрачный гибкий стеклянный слой, изгибается, а первый прозрачный электропроводящий слой электродов, второй прозрачный электропроводящий слой электродов и смесь жидких кристаллов располагаются между первым оптически прозрачным гибким стеклянным слоем и вторым оптически прозрачным гибким стеклянным слоем.

2. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что до расположения упомянутой смеси жидких кристаллов на прозрачном электропроводящем слое электродов упомянутого первого оптически прозрачного гибкого стеклянного слоя, располагают полиамидный материал на первом прозрачном электропроводящем слое электродов.

3. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 2, характеризующийся тем, что до присоединения второго оптически прозрачного гибкого стеклянного слоя к первому оптически прозрачному гибкому стеклянному слою, располагают полиамидный материал на втором прозрачном электропроводящем слое электродов.

4. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что до присоединения второго оптически прозрачного гибкого стеклянного слоя к первому оптически прозрачному гибкому стеклянному слою, располагают контурный адгезив на первом оптически прозрачном гибком стеклянном слое.

5. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 4, характеризующийся тем, что после присоединения второго оптически прозрачного гибкого стеклянного слоя к первому оптически прозрачному гибкому стеклянному слою, контурный адгезив отверждают.

6. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутая жидкокристаллическая ячейка расположена между первым поляризатором и вторым поляризатором, при этом первый поляризатор характеризуется первым направлением поляризации, а второй поляризатор характеризуется вторым направлением поляризации.

7. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 6, характеризующийся тем, что первый поляризатор присоединен к первому оптически прозрачному гибкому стеклянному слою, а второй поляризатор присоединен ко второму оптически прозрачному гибкому стеклянному слою.

8. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что смесь жидких кристаллов содержит молекулы жидких кристаллов и разделительные шарики.

9. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что каждый из первого и второго оптически прозрачных гибких стеклянных слоев характеризуется толщиной, составляющей от 10 до 200 мкм.

10. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что каждый из первого и второго оптически прозрачных гибких стеклянных слоев характеризуется кривизной с радиусом кривизны от 5 до 30 сантиметров.

11. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что каждый из первого и второго оптически прозрачных гибких стеклянных слоев характеризуется кривизной с непостоянным радиусом кривизны.

12. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 11, характеризующийся тем, что каждый из первого и второго оптически прозрачных гибких стеклянных слоев имеет параболическую форму, форму линии провисания, эпициклоидальную или произвольную форму.

13. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что площадь поля зрения упомянутого светофильтра составляет по меньшей мере 100 см².

14. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что первый оптически прозрачный гибкий стеклянный слой присоединен к металлическому цилиндру при изгибе первого оптически прозрачного гибкого стеклянного слоя.

15. Автоматически затемняющий светофильтр по п. 1, характеризующийся тем, что дополнительно содержит соединенную с упомянутым светофильтром схему управления и датчик, соединенный со схемой управления.