Автоматически затемняющийся светофильтр и способ управления переключаемым оптическим затвором светофильтра
Изобретение относится к области защитного оборудования и может быть использовано при защите от светового излучения высокой интенсивности. Автоматически затемняющийся светофильтр содержит систему управления оптическим затвором, способную определять высокий и низкий уровни интенсивности падающего света и переключать затвор из затемненного состояния в промежуточное в ответ на изменение упомянутого уровня от высокого к низкому. Кроме того, система управления оптическим затвором обеспечивает возможность удержания затвора в промежуточном состоянии в течение временного интервала, когда определяется низкий уровень интенсивности падающего света. Система управления оптическим затвором переключает затвор в затемненное состояние при изменении уровня интенсивности падающего света от низкого к высокому и удерживает затвор в затемненном состоянии, если упомянутый уровень интенсивности продолжает оставаться высоким. В отсутствии светового потока высокой интенсивности затвор переключается в просветленное состояние. Технический результат заключается в сведении к минимуму уровня дискомфорта при работе с высокоинтенсивными источниками света. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Автоматически затемняющимися светофильтрами часто снабжают защитные принадлежности (например, головной убор или защитные очки), когда необходима защита от светового излучения высокой интенсивности. Автоматически затемняющийся светофильтр часто включает оптический затвор, способный находиться в затемненном состоянии и просветленном состоянии, и систему управления, которая обеспечивает переход затвора в затемненное состояние при высокой интенсивности светового излучения и в просветленное состояние в отсутствии высокой интенсивности светового излучения. Автоматически затемняющиеся светофильтры и соответствующая аппаратура описаны, например, в патентах US 5208688, US 5248880, US 6070264, US 6881939 и US 7008055.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Автоматически затемняющиеся светофильтры обычно характеризуются быстротой реакции на изменение интенсивности света, чтобы защитить зрение пользователя, в частности, при выполнении процедур, включающих скачкообразные переходы к оптическому излучению высокой интенсивности. Заявителю известно, что для некоторых пользователей такие неожиданные скачки интенсивности излучения могут восприниматься как нежелательные, особенно, когда такие переходы известны из собственного опыта. Настоящее изобретение описывает автоматически затемняющийся светофильтр, позволяющий избежать резких переходов оптического затвора светофильтра от затемненного состояния к просветленному.
Заявляемый автоматически затемняющийся светофильтр содержит переключаемый оптический затвор, способный находиться в просветленном состоянии, затемненном состоянии и, по меньшей мере, в одном промежуточном состоянии. Устройство автоматически затемняющегося светофильтра дополнительно содержит систему управления затвором, соединенную с затвором и содержащую детектор, способный определять, по меньшей мере, высокий уровень входного сигнала, свидетельствующий о высокой интенсивности падающего светового излучения, и низкий уровень входного сигнала, свидетельствующий о низкой интенсивности падающего светового излучения.
При определении системой управления изменения уровня входного сигнала от низкого к высокому, она тотчас переключает затвор в затемненное состояние и удерживает его в этом состоянии в течение всего времени, пока уровень входного сигнала продолжает оставаться высоким. Кроме того, при определении системой управления изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, она тотчас переключает затвор в промежуточное состояние и удерживает его в этом состоянии в течение заданного промежутка времени T1 при условии, что в течение упомянутого промежутка времени T1 не произошло изменения уровня входного сигнала от низкого к высокому, если же такое изменение произошло система управления сразу же переключает затвор в затемненное состояние. Если на момент окончания промежутка времени T1 система управления определяет низкий уровень входного сигнала, производится переключение затвора в просветленное состояние.
Такое поэтапное переключение затвора из затемненного в просветленное (путем удержания затвора в промежуточном состоянии в промежутка времени T1, когда осуществляется переход от затемненного состояния затвора к просветленному), может свести к минимуму дискомфорт, испытываемый пользователем при внезапной смене упомянутых состояний. Использование промежуточного состояния особенно благотворно в тех случаях, когда пользователь подвергается скачкообразным изменениям светового излучения высокой интенсивности (например, во время сварки, в частности при проведении точечной сварки, которой свойственны частые короткие прерывания). В таких условиях при каждом прерывании лучше переключить затвор из затемненного состояния в промежуточное, чем в полностью просветленное. Это минимизирует дискомфорт, который испытывает пользователь при полном изменении светопропускания затвора при каждом повторяющемся вышеупомянутом скачкообразном изменении интенсивности падающего светового излучения.
В одном из вариантов осуществления изобретения система управления затвором выполнена таким образом, что когда она определяет изменение уровня входного сигнала от высокого к низкому, затвор удерживается в затемненном состоянии в течение установленного промежутка времени Т2. Если к концу промежутка времени Т2 система управления все еще определяет низкий уровень входного сигнала, она переключает затвор на промежуточное состояние. Затем система управления удерживает затвор в промежуточном состоянии, как сказано выше, и либо переключает затвор в затемненное состояние в случае увеличения входного сигнала в течение промежутка времени T1, либо переключает затвор в просветленное состояние в конце промежутка времени T1, если по прежнему определяет низкий уровень входного сигнала.
Другим объектом заявленного изобретения является способ управления переключаемым оптическим затвором, способным находиться в просветленном состоянии, затемненном состоянии и, по меньшей мере, в одном промежуточном состоянии под воздействием системы управления затвором, соединенной с затвором и способной определять, по меньшей мере, высокий и низкий уровни входного сигнала и изменения между ними. Способ включает следующие операции: переключение затвора из затемненного состояния в промежуточное в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому; удержание затвора в промежуточном состоянии в течение заданного промежутка времени T1, составляющего по меньшей мере 100 мс, в случае определения, что низкий уровень входного сигнала сохраняется по меньшей мере в течение промежутка времени T1; переключение затвора из промежуточного состояния в просветленное после истечения промежутка времени T1 в случае определения низкого уровня входного сигнала в конце временного интервала T1, и переключение затвора в затемненное состояние в случае определения изменения уровня входного сигнала от низкого к высокому, с последующим удержанием затвора в затемненном состоянии, если сохраняется высокий уровень входного сигнала. Еще в одном варианте изобретения операция переключения затвора из затемненного состояния в промежуточное в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому включает удержанием затвора в затемненном состоянии в течение заданного промежутка времени Т2, который превышает примерно 20 мс, в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, после чего затвор переключают в промежуточное состояние. В другом варианте при облучении затвора прерывистым светом высокой интенсивности по меньшей мере три операции выполняются неоднократно, а именно: переключение затвора из затемненного состояния в промежуточное, в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, переключение затвора в затемненное состояние в случае определения изменения уровня входного сигнала от низкого к высокому, и удержание затвора в затемненном состоянии при сохранении высокого уровня входного сигнала.
Другим объектом изобретения является автоматически затемняющийся светофильтр, содержащий переключаемый оптический затвор, способный находиться в просветленном состоянии, затемненном состоянии и, по меньшей мере, в одном промежуточном состоянии, систему управления затвором, соединенную с затвором и способную определять, по меньшей мере, высокий и низкий уровни входного сигнала и изменения между ними, при этом система управления обеспечивает переключение затвора из затемненного состояния в промежуточное в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, удержание затвора в промежуточном состоянии в течение заданного промежутка времени T1, длительность которого составляет, по меньшей мере, примерно 100 мс, в случае определения, что в течение упомянутого промежутка времени T1 уровень входного сигнала продолжает оставаться низким, переключение затвора из промежуточного состояния в просветленное в конце промежутка времени T1 в случае определения, что к окончанию промежутка времени T1 уровень входного сигнала остается низким, переключение затвора в затемненное состояние в случае определения изменения уровня входного сигнала от низкого к высокому, удержание затвора в затемненном состоянии в случае определения, что уровень входного сигнала продолжает оставаться высоким. В одном из вариантов осуществления изобретения система управления затвором до переключения затвора в промежуточное состояние дополнительно обеспечивает удержание затвора в затемненном состоянии в течение заданного промежутка времени Т2, длительность которого превышает 20 мс, в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому.
Эти и другие аспекты изобретения будут ниже раскрыты детально. Однако не следует рассматривать приведенные выше сведения о сущности изобретения, как ограничение возможных вариантов реализации изобретения, которые могут возникнуть в процессе практического осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 в аксонометрии изображено устройство автоматически затемняющегося светофильтра, встроенного в защитный шлем.
На Фиг.2 изображена блок-схема автоматически затемняющегося светофильтра, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения.
На Фиг.3 представлена блок-схема алгоритма работы автоматически затемняющегося светофильтра в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
На Фиг.4 представлена блок-схема алгоритма работы автоматически затемняющегося светофильтра в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Фиг.5 иллюстрирует работу автоматически затемняющегося светофильтра.
Идентичным элементам на различных чертежах присвоены одинаковые номера позиций. На всех чертежах изображения представлены без соблюдения масштаба, т.к. их цель состоит только в иллюстрации различных вариантов осуществления изобретения. В связи с этим не следует оценивать соотношения между размерами каких-либо компонент, руководствуясь упомянутыми чертежами.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Такие термины, как "верх", "низ", "выше", "ниже", "перед", "зад", "первый", "второй", использованы в настоящем описании только в их относительном смысле.
Изобретение описывает автоматически затемняющийся светофильтр и способ его функционирования. Такой светофильтр может быть включен в устройство защитного головного убора, например шлема 10, как это показано на Фиг.1. Шлем 10 представляет собой корпус 12, содержащий автоматически затемняющийся светофильтр 14, в котором имеется переключаемый оптический затвор 20, размещенный таким образом, чтобы препятствовать прохождению электромагнитного излучения (например, видимому свету, ультрафиолетовому излучению, инфракрасному излучению и т.п.). В предпочтительном варианте затвор 20 размещен в корпусе 12 шлема так, чтобы он находился непосредственно перед глазами человека во время пользования шлемом.
В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения один или несколько автоматически затемняющихся светофильтров 14 могут использоваться в другом оборудовании и для иных применений. Например, применение автоматически затемняющегося светофильтра 14 в качестве составной части защитных очков может иметь преимущество по сравнению с полным защитным шлемом, представленным на Фиг.1. В другом случае автоматически затемняющегося светофильтра 14 может быть использован в удерживаемом рукой устройстве. Или светофильтр 14 можно вставить в окно или отверстие, позволяющее обследовать комнату, какое-либо замкнутое пространство или пространство механизма и т.п., освещенность которых может оказаться высокой интенсивности.
Автоматически затемняющийся светофильтр 14 может быть использован при выполнении различных технологических процессов, например, при выполнении сварочных работ (в частности таких, как дуговая сварка, сварка паяльной лампой, ацетиленовая сварка), при выполнении резки (лазерной, ацетиленовой), при пайке и в других подобных случаях. Автоматически затемняющийся светофильтр 14 может быть применен также в медицинских технологиях, включающих использование светового излучения высокой интенсивности (например, лазерная хирургия, удаление волос, удаление татуировки, удаление зубных камней и др.). Возможны и другие различные применения.
Как показано на Фиг.2, автоматически затемняющийся светофильтр 14 содержит, по меньшей мере, переключаемый затвор 20 и систему 16 управления затвором, включающую детектор 18.
В соответствии с одним из вариантов изобретения автоматически затемняющийся светофильтр 14 препятствует прохождению светового излучения высокой интенсивности. В данном контексте под "световым излучением" понимают электромагнитное излучение с длиной волны, при которой возможно причинение вреда глазам пользователя или возможен ощутимый дискомфорт. В данном контексте в качестве такого излучения может быть, по меньшей мере, видимый свет, ультрафиолетовое и/или инфракрасное излучение, так или иначе, такое излучение ощутимо для пользователя. В данном контексте "высокая интенсивность излучения" означает такую интенсивность (например, интенсивность излучения дугового сварочного аппарата), при которой возможно причинение вреда глазам пользователя или возможен ощутимый дискомфорт.
Термин "переключаемый затвор" (также называемый линзой или светофильтром) означает устройство, которое может управляемым образом влиять на интенсивность электромагнитной энергии, проходящей через него. В различных вариантах осуществления изобретения затвор 20 может содержать один или несколько жидкокристаллических слоев. В других вариантах затвор 20 может содержать комбинацию жидкокристаллических слоев и поляроидных фильтров, как описано, например, в заявке на изобретение US 2006/0203148. В других вариантах затвор 20 может быть выполнен с использованием электрохромных материалов.
Переключаемый оптический затвор может находиться в просветленном состоянии, затемненном состоянии и, по меньшей мере, в одном промежуточном состоянии и переключаться из одного состояние в другое. В данном контексте затемненное состояние означает, что затвор становится почти светонепропускаемым, и большая часть излучения через него не проходит. В итоге, только если излучение имеет высокую интенсивность, какая-то часть его проходит через затвор. Просветленное состояние означает, что затвор почти прозрачен, так что окружающий свет (низкой интенсивности) может проходить через затвор. Промежуточное состояние означает, что светопропускание затвора находится в состоянии между просветленным и затемненным состояниями. Промежуточное состояние - это переходное состояние, в котором затвор 20 остается только в течение ограниченного промежутка времени (каждый промежуток времени, не длиннее заранее установленного T1, как подробно описано ниже). Как сказано выше, одна из целей промежуточного состояния состоит в обеспечении поэтапного перехода из затемненного состояния в просветленное. (Как правило, промежуточное состояние не будет использоваться, когда затвор переключается из просветленного в затемненное состояние, т.к. из соображений безопасности этот переход следует произвести как можно скорее.)
Количество падающего света, пропускаемого затвором 20 в различных состояниях, можно охарактеризовать различными параметрами. Одна из характеристик, обычно используемая в оптике, это показатель светопропускания видимого света. В различных вариантах осуществления изобретения затвор 20 выполнен так, что его показатель светопропускания видимого света в затемненном состоянии меньше, чем примерно 0,5%, меньше, чем примерно 0,1%, меньше, чем примерно 0,05%, а в просветленном состоянии - больше, чем примерно 10%, больше, чем примерно 20% или больше, чем примерно 50%. В различных вариантах осуществления изобретения показатель светопропускания видимого света затвора 20, если он находится в промежуточном состоянии может быть меньше, чем примерно 10%, меньше, чем примерно 5% или меньше, чем примерно 2%, и может быть больше, чем примерно 0,5%, больше, чем примерно 1%, больше, чем примерно 1,5%. Возможны и другие диапазоны значений показателя светопропускания. Безотносительно выбранных диапазонов для данного затвора 20 показатель светопропускания видимого света в промежуточном состоянии всегда будет выше, чем в затемненном состоянии и ниже, чем в просветленном.
Затвор 20, как оптический фильтр, также может быть охарактеризован таким показателем как кратность, известным из уровня техники. В различных вариантах выполнения затвор 20 может иметь кратность в затемненном состоянии больше примерно 8, больше примерно 10, больше примерно 12, а в просветленном состоянии - меньше примерно 5, меньше примерно 4, меньше примерно 3. В различных вариантах осуществления изобретения кратность затвора 20 в промежуточном состоянии может быть меньше, чем примерно 8, меньше, чем примерно 7 или меньше, чем примерно 6 и может быть больше, чем примерно 3, больше, чем примерно 4 или больше, чем примерно 5. (Вне зависимости от выбранного диапазона значение кратности для данного затвора 20 в промежуточном состоянии всегда будет выше, чем в просветленном состоянии и ниже, чем в затемненном состоянии).
Затвор 20 является управляемым, и при соответствующем управляющем воздействии способен блокировать видимый свет, а также инфракрасные излучения и/или ультрафиолетовые. Кроме того, могут быть выполнены дополнительные компоненты внутри затвора 20 и/или отдельные слои на пути света, которые всегда будут препятствовать прохождению упомянутого излучения (за счет абсорбции, отражения, рассеивания или других механизмов). Например, в качестве составной части автоматически затемняющегося светофильтра 14 можно использовать покрытия, блокирующие ультрафиолетовые лучи, покрытия, блокирующие инфракрасные лучи, интерференционный светофильтр и другие подобные средства. Или упомянутые средства могут быть добавлены в затвор 20.
Автоматически затемняющийся светофильтр 14 содержит систему 16 управления затвором 20, соединенную с ним (например, управляющий сигнал может поступать по линии 19). Система 16 управления может переключать затвор 20 в различные состояния (просветленное, затемненное и промежуточное) с использованием любого подходящего управляющего сигнала, например путем изменения напряжения, приложенного к затвору 20. При изменении управляющего сигнала (например, напряжения) затвору 20 на переход из просветленного состояния в затемненное обычно требуется время менее 1 мс, а на переход из затемненного состояния в просветленное - несколько миллисекунд. Обычно при постоянном значении приложенного напряжения затвор 20 обеспечивает относительно постоянное светопропускание. В одном из вариантов осуществления изобретения затвор 20 обеспечивает относительно постоянное светопропускание в течение промежутка времени T1, пока затвор удерживается в промежуточном состоянии.
Система 16 управления содержит детектор 18. Детектор 18 способен определять, по меньшей мере: "высокий" уровень входного сигнала, свидетельствующий о высокой интенсивности светового излучения, "низкий" уровень входного сигнала, свидетельствующий об отсутствии светового излучения высокой интенсивности, изменение уровня входного сигнала от "высокого" до "низкого", изменение уровня входного сигнала от "низкого" до "высокого". Детектор 18 способен также передавать другим компонентам системы 16 управления сигналы о факте обнаружения изменения состояния входного сигнала.
В различных вариантах осуществления изобретения детектор 18 может быть расположен либо вблизи каких-то или всех элементов системы 16 управления, либо на удалении от них. Независимо от этого обстоятельства для обеспечения работоспособности системы 16 управления детектор 18 соединен с другими компонентами системы 16 линией 17 (в качестве которого может служить отдельный провод, световолокно, беспроводное средство соединения и т.п.).
В одном из вариантов осуществления изобретения детектор 18 может сразу же определить высокую интенсивность светового излучения (например, детектор 18 может содержать фоточувствительное устройство, включая, в частности фотодиод, фототранзистор и т. п.). В этом случае предпочтительно расположить детектор 18 в непосредственной близости к затвору 20 так, чтобы падающий на детектор 18 свет по существу представлял собой свет, падающий на затвор 20.
В другом варианте изобретения детектор 18 осуществляет определение высокой интенсивности светового излучения косвенно. В таком случае входной сигнал содержит информацию, указывающую на присутствие светового излучения высокой интенсивности. В частности, детектор 18 может иметь связь с (потенциально) светоизлучающим устройством 50 и способен принимать от него высокий входной сигнал, который указывает, что устройство 50 в порядке (например, включено и действует), как если бы оно излучало свет высокой интенсивности. В таком случае высокий входной сигнал может содержать любой сигнал, посланный посредством линии 53 (отдельный провод, оптоволокно, беспроводное средство соединения, например, с помощью инфракрасного излучения, радиосигнала и т.п.), который может быть принят детектором 18, и это говорит о том, что устройство 50 в порядке, как если бы оно излучало свет высокой интенсивности. В этом варианте светоизлучающее устройство 50 может включать элемент 52, который может реализовать такую связь с детектором 18 по линии 53. При желании этот вариант может иметь двунаправленную связь, чтобы устройство 50 перед излучением света могло получать подтверждение от автоматически затемняющегося светофильтра 14, что он функционирует.
В одном из вариантов осуществления изобретения система 16 управления может использовать оба вида детектирования (как прямое обнаружение светового излучения высокой интенсивности, так и прием сигналов, посланных излучающим устройством 50).
Детектор 18 способен также распознавать "низкий" уровень входного сигнала. В различных вариантах осуществления изобретения входной сигнал низкого уровня может быть распознан как положительный или как отрицательный. В тех случаях, когда осуществляется прямое обнаружение, детектор 18 может содержать фоточувствительное устройство, способное обнаруживать световое излучение низкой интенсивности. В альтернативном случае, когда осуществляется косвенное обнаружение, детектор 18 может содержать устройство связи, способное принимать "низкий" входной сигнал от излучающего устройства 50, соответствующий "низкому" уровню входного сигнала (а именно, сигнал, указывающий, что устройство 50 не излучает света высокой интенсивности).
В тех случаях, когда во входном сигнале отсутствует информация о высокой интенсивности, входной сигнал распознается как отрицательный (т.е. низкая интенсивность падающего света не прямо определяется, а логически устанавливается в связи с отсутствием высокой интенсивности входного сигнала. В другом случае входной сигнал определяется как отрицательный непосредственно детектором 18 (например, если детектор 18 выполнен способным обнаруживать свет только выше определенной пороговой интенсивности). В альтернативном варианте входной сигнал определяется как отрицательный детектором 18 косвенно, а именно детектор 18 не обнаруживает сигнала от устройства 50 - это означает, что устройство 50 излучает свет высокой интенсивности.
В разных вариантах изобретения детектор 18 выполнен так, что он обеспечивает либо непрерывный режим приема входного сигнала, либо дискретный. Если используется дискретный режим, то предпочтительно использовать его на достаточно высоких частотах, чтобы обеспечить возможность светофильтру 14 достаточно быстро отреагировать.
Система 16 управления выполнена с возможностью различения низкого или высокого уровня входного сигнала, обнаружения изменений уровня входного сигнала между этими состояниями (с помощью детектора 18) и соответствующего управления затвором 20. Иными словами система 16 обеспечивает переключение затвора 20 из одного состояния в другое и/или удержание его в определенном состоянии в течение заданного времени или неопределенного времени, как будет детально описано. Для этого система управления подает управляющий сигнал (например, напряжение) на затвор 20 по линии 19. Система 16 управления может содержать кроме детектора 18 различные элементы, электронные и программные средства и/или компоненты программно-аппаратных средств, интегральные схемы, источники питания и прочее, необходимое для функционирования системы. В различных вариантах осуществления изобретения система 16 управления может быть расположена либо вблизи затвора 20 (например, они могут находиться в одном корпусе), либо в удалении от него. В любом случае система 16 управления связана с затвором 20 линией 19, в качестве которой могут быть отдельное проволочное соединение, оптоволокно, беспроводное средство связи и т.п.
Система 16 управления может выполнять несколько операций. Эти операции описаны со ссылками на блок-схемы алгоритмов, представленные на Фиг.3 и 4. Эти блок-схемы только иллюстрация, позволяющая понимать процессы, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением. Возможны и другие представления тех же или иных процессов, которые дают тот же или подобный результат.
На этих блок-схемах прямоугольниками показаны операции, выполняемые системой 16 управления от обнаружения и распознавания входного сигнала до управления затвором. Например, надпись "низкий вход" в прямоугольнике означает, что система 16 только что обнаружила и распознала (детектором 18) или продолжает распознавать низкий уровень входного сигнала. С помощью овалов обозначено состояние, в которое переключен затвор 20, или в котором затвор продолжает оставаться в результате выполнения системой управления операций от обнаружения и распознавания входного сигнала до управления затвором.
Ромбами показаны процедуры ожидания системы 16 управления. Такие процедуры могут включать ожидания заранее установленного (т.е. заданного) промежутка времени (например, "Ожидание T1" или "Ожидание Т2") или ожидание неопределенного промежутка времени (например, "Ожидание" без указания времени). Обозначения в виде ромба, кроме сказанного, включают пути выработки решений, которые принимает система 16 управления, основанные на анализе входного сигнала и его изменений, полученных от детектора 18. Принятие схемой 16 управления решений может последовать в течение заданного промежутка времени (T1 или Т2) или в конце этого интервала. Принятие схемой 16 управления решений может последовать и в течение неопределенного промежутка времени, как объяснено ниже.
Фиг.3 иллюстрирует операцию 111, которую может выполнить система управления, а именно: на основании определенного детектором 18 изменения уровня входного сигнала от низкого к высокому, система немедленно переключает затвор 20 в затемненное состояние. (В данном контексте "немедленно" означает настолько быстро, насколько это позволяет время реакции затвора. Для многих затворов это время меньше 1 мс). После выполнения операции 111 в условиях продолжающегося определения высокого уровня входного сигнала, система 16 управления выполняет операцию 112 ожидания, в соответствии с которой затвор 20 удерживается в затемненном состоянии.
Если во время операции 112 ожидания, система 16 управления определяет изменение уровня входного сигнала от высокого к низкому, то выполняется операция 121, и затвор 20 переключается в промежуточное состояние. После выполнения операции 121 система 16 управления выполняет операцию 122 ожидания и удерживает затвор 20 в промежуточном состоянии в течение заданного промежутка времени T1. Если в течение T1 определяется изменение уровня входного сигнала от низкого к высокому, система 16 управления прерывает операцию 122 ожидания и выполняет операцию 111 - переключает затвор 20 в затемненное состояние, как описано выше. Если же к концу промежутка времени T1 уровень входного сигнала оставаться низким, система 16 выполняет операцию 131, описание которой приведено ниже.
В различных вариантах изобретения длительность промежутка времени T1 составляет по меньшей мере примерно 100 мс, по меньшей мере, примерно 300 мс или, по меньшей мере, примерно 500 мс. В различных вариантах изобретения длительность временного интервала T1 составляет не более примерно 3 с, не более примерно 2 с, не более примерно 1 с. В одном из вариантов изобретения длительность временного интервала T1 остается постоянной. В другом варианте осуществления изобретения длительность временного интервала T1 может регулироваться пользователем светофильтра 14 (например, с помощью переключателя или регулятора, встроенных в систему 16). В другом варианте изобретения длительность временного интервала T1 регулируется системой 16. Например, система 16 управления может содержать логическую схему, которая отслеживает среднее значение времени прерываний в поступлении светового излучения высокой интенсивности и в соответствии с этим устанавливает длительность T1. В частном случае, если система 16 управления определяет, что среднее значение времени прерываний составляет примерно 1 с, то длительность T1 может быть установлена примерно 1 с или больше.
В результате операции 131, которая выполняется системой 16 управления в условиях сохранения низкого уровня входного сигнала до конца временного периода T1, затвор 20 переключается в просветленное состояние. Затем в условиях сохранения низкого уровня входного сигнала система 16 будет выполнять операцию 132 ожидания и удерживать затвор 20 в просветленном состоянии. Это будет продолжаться до тех пор, пока уровень входного сигнала не изменится с низкого до высокого (в этом случае выполняется описанная выше операция 111), или пока не выключится автоматически затемняющийся светофильтр 14 (на Фиг.3 не показано). Светофильтр 14 в процессе работы может также включаться (на Фиг.3 не показано).
Альтернативный вариант функционирования системы 16 управления проиллюстрирован на Фиг.4. В этом случае система управления функционирует в основном также, как это показано на Фиг.3, но включает дополнительно операции 141 и 142. Особенностью является то, что во время операции 112 ожидания, если система 116 выявляет скачок входного сигнала с высокого уровня к низкому, то выполняется операция 141, заставляющая затвор 20 оставаться в затемненном состоянии (а в варианте, показанном на Фиг.3, система 16 выполняет операцию 121 и переключает затвор 20 в промежуточное состояние). После выполнения операции 141 при условии сохранения низкого уровня входного сигнала, система 16 управления выполняет операцию 142 ожидания и удерживает затвор 20 в затемненном состоянии в течение заданного промежутка времени T2. Если в течение промежутка времени Т2 обнаруживается изменение уровня входного сигнала от низкого к высокому, система 16 управления прерывает операцию 142 ожидания и выполняет операцию 111 (удерживает затвор 20 в затемненном состоянии). Если же к концу промежутка времени Т2 уровень входного сигнала продолжает оставаться низким, система 16 выполняет операцию 121 и переключает затвор 20 в промежуточное состояние. Затем система 16 управления продолжает работать, как показано на Фиг.3.
Таким образом обеспечивается удержание затвора 20 в затемненном состоянии в течение времени Т2 после того, как перестала определяться высокий уровень светового излучения. Эта временная задержка вместе с описанным выше временем ожидания T1 создают для пользователя дополнительный благотворный эффект. В различных вариантах осуществления изобретения промежуток времени Т2 может быть по меньшей мере около 20 мс, по меньшей мере около 40 мс, по меньшей мере около 60 мс. При этом в различных вариантах осуществления изобретения Т2 может быть не больше 150 мс, не больше 120 мс, не больше 90 мс.
В процессе управления затвором автоматически затемняющегося светофильтра 14 для блокирования светового излучения высокой интенсивности описанные выше операции могут выполняться много раз. Осуществление этих операций, их порядок и длительность могут изменяться в зависимости от природы светового излучения (например, от частоты и длительности прерывания излучения, которые обусловлены прерыванием в процессе сварки). В частности, если длительность упомянутых повторяющихся прерываний излучения высокой интенсивности короче временного интервала T1, то выполнение операций 111/112 и операций 121/122 повторяется (как, возможно, и операций 141, 142), при этом операция 131 выполняется только в том случае, когда длительность прерывания оказывается длиннее T1 (например, в конце процедуры сварки). Такая последовательность действий приведена в примере, описанном ниже.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения автоматически затемняющийся светофильтр 14 может быть выполнен с возможностью выбора пользователем режима, когда затвор 20 переключают из затемненного состояния в промежуточное при определении изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, или режима, когда затвор 20 при тех же обстоятельствах переключают из затемненного состояния сразу в просветленное состояние, минуя промежуточное. Для обеспечения возможности такого выбора система 16 управления содержит переключатель или иной управляющий механизм.
Ниже приведен пример, который более детально поясняет изобретение
ПРИМЕР
Работа автоматически затемняющегося светофильтра 14 проиллюстрирована на Фиг.5. По оси Х отложено время (без указания единиц измерения), по оси Y - светопропускание затвора 20 (без указания единиц измерения). Величины по оси Y указаны без соблюдения масштаба, не следует оценивать количественное отношение светопропускание/затенение затвора 20 в разных его состояниях, руководствуясь Фиг.5. Надписи в верхней строке на Фиг.5 отражают состояние излучателя 50 светового потока высокой интенсивности (в данном случае сварочного аппарата) в различное время. Надписи внутри окружностей указывают на состояние затвора 20 (просветленное, затемненное или промежуточное, что отражено условными обозначениями) в различное время. Числа соответствуют номерам операций (см. Фиг.3 и 4), выполняемых системой 16 управления затвором. Следует заметить, что некоторые операции на Фиг.5 показаны, как мгновенные (в виде вертикальных линий) только для простоты представления. В действительности длительность этих операций соответствует времени реакции затвора, как было объяснено выше.
При рассмотрении Фиг.5 слева направо в исходном состоянии в момент Т0 излучатель 50 не работает, т.е. не излучает, и затвор 20 находится в просветленном состоянии (на Фиг.4 система 16 управления определила низкий уровень входного сигнала и выполняет операцию 132 ожидания).
В момент Та излучатель 50 излучает свет высокой интенсивности, система 16 управления определила изменение уровня входного сигнала с низкого до высокого и выполняет операцию 111 - переключает затвор 20 в затемненное состояние. Затем система управления выполняет операцию 112, в течение которой затвор 20 удерживается в затемненном состоянии.
В момент Тb излучатель 50 прекращает излучать свет высокой интенсивности, система 16 управления определяет изменение уровня входного сигнала от высокого к низкому и выполняет операцию 141 (при этом затвор 20 удерживается в затемненном состоянии), за которой следует операция 142 (при этом затвор 20 удерживается в затемненном состоянии). В конце промежутка времени Т2 система 16 все еще определяет низкий уровень входного сигнала, поэтому она выполняет операцию 121 и переключает затвор 20 в промежуточное состояние. Затем система управления выполняет операцию 122 ожидания. В момент Тс время ожидания T1 еще не истекло) излучатель 50 возобновляет излучение светового потока высокой интенсивности, и система 16 определяет изменение уровня входного сигнала с низкого до высокого и выполняет операцию 111, т.е. переключает затвор 20 в затемненное состояние. Затем система управления выполняет операцию 122 ожидания, в течение которой затвор 20 удерживается в затемненном состоянии.
В момент времени Тd излучатель 50 прекращает излучать свет высокой интенсивности, при этом система 16 управления определяет изменение уровня входного сигнала от высокого к низкому и выполняет операцию 141 (при этом затвор 20 удерживается в затемненном состоянии), за которой следует операция 142 (затвор 20 удерживается в затемненном состоянии). В конце временного интервала Т2 система 16 все еще определяет низкий уровень входного сигнала, поэтому она выполняет операцию 121 и переключает затвор 20 в промежуточное состояние. Затем система управления выполняет операцию 122 ожидания. В момент Те (время ожидания T1 еще не истекло) излучатель 50 возобновляет излучение светового потока высокой интенсивности, и система 16 определяет изменение уровня входного сигнала с низкого до высокого и выполняет операцию 111, т.е. переключает затвор 20 в затемненное состояние. Затем система управления выполняет операцию 112 ожидания, в течение которой затвор 20 удерживается в затемненном состоянии.
В момент времени Tf излучатель 50 опять прекращает излучать свет высокой интенсивности, при этом система 16 управления опять определяет изменение уровня входного сигнала от высокого к низкому и выполняет операцию 141 (при этом затвор 20 удерживается в затемненном состоянии), за которой следует операция 142 (затвор 20 удерживается в затемненном состоянии). В конце промежутка времени Т2 система 16 все еще определяет низкий уровень входного сигнала, поэтому она выполняет операцию 121 и переключает затвор 20 в промежуточное состояние. Затем система управления выполняет операцию 122 ожидания. В момент Тg (время ожидания T1 еще не истекло) излучатель 50 возобновляет излучение светового потока высокой интенсивности, и система 16 определяет изменение уровня входного сигнала с низкого до высокого и выполняет операцию 111, т.е. переключает затвор 20 в затемненное состояние. Затем система управления выполняет операцию 112 ожидания, в течение которой затвор 20 удерживается в затемненном состоянии.
В момент времени Тh излучатель 50 прекращает излучать свет высокой интенсивности, при этом система 16 управления определяет изменение уровня входного сигнала от высокого к низкому и выполняет операцию 141 (при этом затвор 20 удерживается в затемненном состоянии), за которой следует операция 142 (при этом затвор 20 удерживается в затемненном состоянии). В конце временного интервала Т2 система 16 все еще определяет низкий уровень входного сигнала, поэтому она выполняет операцию 121 и переключает затвор 20 в промежуточное состояние. Затем система управления выполняет операцию 122 ожидания. В момент времени Тi (время ожидания T1 уже истекло) система 16 управления все еще определяет низкий уровень входного сигнала и выполняет операцию 131 - переключает затвор 20 в просветленное состояние. Затем система управления выполняет операцию 132 ожидания и остается в режиме ожидания неопределенное время до тех пор, пока не поступит входной сигнал высокого уровня или пока не выключится автоматически затемняющийся светофильтр 14.
Представлено описание нескольких вариантов осуществления изобретения. Однако следует понимать, что возможны различные модификации в рамках сущности изобретения.
1. Способ управления переключаемым оптическим затвором, способным находиться в просветленном состоянии, затемненном состоянии и, по меньшей мере, в одном промежуточном состоянии под воздействием системы управления затвором, соединенной с затвором и способной определять, по меньшей мере, высокий и низкий уровни входного сигнала и изменения между ними, включающий переключение затвора из затемненного состояния в промежуточное состояние в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, удержание затвора в промежуточном состоянии в течение заданного промежутка времени T1, составляющего по меньшей мере 100 мс, в случае определения, что низкий уровень входного сигнала сохраняется по меньшей мере в течение промежутка времени T1, переключение затвора из промежуточного состояния в просветленное после истечения промежутка времени T1 в случае определения низкого уровня входного сигнала в конце временного интервала T1, и переключение затвора в затемненное состояние в случае определения изменения уровня входного сигнала от низкого к высокому, удержание затвора в затемненном состоянии, если сохраняется высокий уровень входного сигнала.
2. Способ по п.1, при котором операция переключения затвора из затемненного состояния в промежуточное, в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, включает удержание затвора в затемненном состоянии в течение заданного промежутка времени Т2, превышающего примерно 20 мс, после чего затвор переключают в промежуточное состояние.
3. Способ по п.2, при котором в случае, когда затвор подвергается прерывистому световому облучению высокой интенсивности, операции переключения затвора из затемненного состояния в промежуточное, в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, переключения затвора в затемненное состояние, в случае определения изменения уровня входного сигнала от низкого к высокому, и удержания затвора в затемненном состоянии, если сохраняется высокий уровень входного сигнала, выполняют неоднократно.
4. Способ по п.2, при котором промежуток времени Т2 составляет меньше, чем примерно 2 с.
5. Способ по п.1, при котором промежуток времени T1 составляет, по меньшей мере, примерно 500 мс.
6. Способ по п.1, при котором промежуток времени T1 составляет меньше, чем примерно 3 с.
7. Способ по п.1, при котором промежуток времени T1 составляет меньше, чем примерно 2 с.
8. Способ по п.1, при котором промежуток времени T1 регулируется пользователем системы управления затвором.
9. Способ по п.1, при котором промежуток времени T1 регулируется системой управления затвором.
10. Автоматически затемняющийся светофильтр, содержащий переключаемый оптический затвор, способный находиться в просветленном состоянии, затемненном состоянии и, по меньшей мере, в одном промежуточном, состоянии, систему управления затвором, соединенную с затвором и способную определять, по меньшей мере, высокий и низкий уровни входного сигнала и изменения между ними, при этом система управления обеспечивает переключение затвора из затемненного состояния в промежуточное в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, удержание затвора в промежуточном состоянии в течение заданного промежутка времени T1, длительность которого составляет, по меньшей мере, примерно 100 мс, в случае определения, что в течение упомянутого промежутка времени T1 уровень входного сигнала продолжает оставаться низким, переключение затвора из промежуточного состояния в просветленное в конце промежутка времени T1 в случае определения, что к окончанию промежутка времени T1 уровень входного сигнала остается низким, переключение затвора в затемненное состояние в случае определения изменения уровня входного сигнала от низкого к высокому, удержание затвора в затемненном состоянии в случае определения, что уровень входного сигнала продолжает оставаться высоким.
11. Светофильтр по п.10, в котором система управления затвором до переключения затвора в промежуточное состояние дополнительно обеспечивает удержание затвора в затемненном состоянии в течение заданного промежутка времени Т2, длительность которого превышает 20 мс, в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому.
12. Светофильтр по п.11, в котором промежуток времени Т2 составляет менее чем примерно 2 с.
13. Светофильтр по п.11, в котором промежуток времени T1 составляет, по меньшей мере, примерно 500 мс.
14. Светофильтр по п.10, в котором промежуток времени T1 составляет меньше, чем примерно 3 с.
15. Светофильтр по п.10, в котором промежуток времени T1 составляет меньше, чем примерно 2 с.
16. Светофильтр по п.10, в котором длительность промежутка времени T1 регулируется пользователем светофильтра.
17. Светофильтр по п.10, в котором длительность промежутка времени T1 регулируется системой управления затвором.
18. Светофильтр по п.10, в котором автоматически затемняющийся светофильтр выполнен с возможностью выбора пользователем между режимом, при котором затвор переключается из затемненного состояния в промежуточное в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому, и режимом, при котором затвор переключается из затемненного состояния в просветленное, по существу минуя промежуточное состояние перед переключением в просветленное состояние, в случае определения изменения уровня входного сигнала от высокого к низкому.
19. Светофильтр по п.10, в котором затвор расположен на или в защитном шлеме.
