Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrooptische Blendschutzvorrichtung für Schutzbrillen, Schutzhelme oder Schutzmasken gemäss Oberbegriff des Anspruch 1 , sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen elektrooptischen Blendschutzvorrichtung.

Derartige Blendschutzvorrichtungen sind beispielsweise aus der EP-550'384 oder WO-03/106097 hinlänglich bekannt und finden ihre Verwendung vorzugsweise in Schweissermasken. Diese Blendschutzvorrichtungen umfassen im Wesentlichen eine optische Filteranordnung mit mindestens einer Flüssigkristallzelle, deren optische Transmission mit Hilfe einer elektronischen Schaltung gesteuert wird, welche das Signal eines Sensors in gewünschter Weise verwendet. Leider erweisen sich diese Blendschutzvorrichtungen als nicht generell verwendbar und erfordern eine aufwendige Elektronik für deren spezifische Anwendung.

Störende Arbeitsplatzbeleuchtungen, wie sie von Lichtröhren erzeugt werden, werden mit mässigem Erfolg durch sogenannte„Daylight-Filter" unterdrückt. Diese„Daylight-Filter" sind auf den Sensoren angebracht und absorbieren flackerndes Licht mit Wellenlängen von kleiner als ca. 700 nm.

Es ist deshalb mit der EP-0'579'076, resp. US-5,880,793 auch schon

vorgeschlagen worden optische und nichtoptische Sensoren in geeigneter Kombination logisch und/oder zeitlich miteinander zu verknüpfen, um

Störquellen zu erkennen, d.h. die Störsignale von den Nutzsignalen zu trennen und gezielt aus den Steuersignalen für die Flüssigkristallzellen der

verwendeten Blendschutzscheiben herauszufiltern. All diese bekannten

Blendschutzvorrichtungen basieren darauf ein Flackern zu detektieren, d.h. rasche Helligkeitsänderungen von wenigen kHz, meist im infraroten Bereich, auszumachen. Die dazu verwendeten optischen Sensoren detektieren immer nur die Beleuchtungsstärke (Lux) eines Objektfeldes.

Die Bestrebungen der heutigen Schweissmaschinenhersteller zielen jedoch auf die Erzeugung von ruhigen und möglichst kleinen Schweissflammen. Dafür sind die herkömmlichen Filteranordnungen nicht besonders geeignet und wird die Erkennbarkeit der Helligkeitsänderungen immer schlechter. Bei bekannten Vorrichtungen wird deshalb die Empfindlichkeit der Sensoren gesteigert, was nicht nur den elektronischen Aufwand und erforderlichen Stromkonsum erhöht, sondern auch zu ungewolltem Verdunkeln der Blendschutzscheibe führt.

Eine bevorzugte Verwendung derartiger Blendschutzvorrichtungen in

Schutzbrillen ist aus der WO-95/22074 ersichtlich. Der mechanische Aufbau solcher Schutzbrillen ist komplex und führt zu unerwünscht schweren

Produkten. Insbesondere ist die Stromführung über mehrere voneinander separierbare Bauteile störanfällig auf mechanische und chemische

Belastungen (Schläge, Feuchtigkeit, etc.), wie sie auf dem Gebiet der

Schweissertechnik bekannt sind. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile der bekannten Blendschutzvorrichtungen zu überwinden und insbesondere eine Blendschutzvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen zu schaffen, welche ohne aufwändige Elektronik auch bei ruhigem und wenig intensivem Flammenlicht und für unterschiedlichste Anwendungen auch bei extremen Bedingungen langfristig und sicher verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Blendschutzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst und insbesondere mit einer

elektrooptische Blendschutzvorrichtung mit mindestens zwei optischen

Sensoren zur Detektion der Leuchtdichte [cd/m ² ] eines Objektfeldes, welche Sensoren eine unterschiedliche Charakteristik für deren winkelabhängige relative Empfindlichkeit (S ₀ ) - im Folgenden auch Detektionskeule genannt - aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die optischen Sensoren mindestens eine erste Fotodiode mit einem schmalen Detektionswinkel Θ-, < 45° und eine zweite Fotodiode mit einem breiten

Detektionswinkel θ ₂ > 45°. Vorzugsweise sind dazu die Fotodioden mit optisch unterschiedlich stark brechenden Linsen versehen. P T/CH2011/000244

Die elektronische Schaltung zur Steuerung der Transmission der

Flüssigkristallzelle weist eine Differenzschaltung auf, welche

Differenzschaltung aus den von den jeweiligen Sensoren erzeugten

Fotoströmen einen Differenzstrom, resp. ein Differenzsignal bildet, welches als Steuersignal einem Komparator mit interner oder externer Referenz zugeleitet wird.

Es versteht sich, dass die elektronische Schaltung zur Steuerung der

Transmission der Flüssigkristallzelle zwischen der Differenzschaltung und dem Komparator einen Spannungsteiler aufweisen kann.

In einer erfindungsgemässen Ausführungsform der vorliegenden

Blendschutzvorrichtung ist der Komparator permanent an der Stromversorgung angeschlossen und generiert nur bei einem vorgegebenen Schwellwert des Differenzsignals ein Eingangssignal für die Flüssigkristallzellen- Treiberschaltung. Damit ist die elektronische Schaltung zur Steuerung der optischen Transmission der Flüssigkristallzellen automatisch ein- und

ausschaltbar und lässt sich die gesamte elektronischen Schaltung zur

Steuerung der optischen Transmission bspw. in die Fassung der mindestens einen Flüssigkristallzelle eingiessen.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb einer solchen elektrooptischen Blendschutzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mit Hilfe einer

elektronischen Differenzschaltung aus den von mindestens zwei optischen

Sensoren - mit unterschiedlicher Charakteristik für die winkelabhängige

relative Empfindlichkeit - erzeugten Fotoströmen ein Differenzstrom gebildet wird, welcher die optische Transmission einer Flüssigkristallzelle steuert. Der so erzeugte Differenzstrom wird einem Komparator mit interner oder externer Referenz zugeführt, dessen Signal die optische Transmission der

Flüssigkristallzelle steuert.

Die erfindungsgemässe Blendschutzvorrichtung lässt sich universell

verwenden und ist für Sonnenbrillen, für Arbeitsschutzbrillen - wie sie bspw.

Goldschmiede beim Hartlöten verwenden - oder für Schweisserschutzmasken - wie sie beim Schweissen in der Metallindustrie verwendet werden - geeignet. Insbesondere lässt sich die gesamte Elektronik, also inkl. Stromversorgung, in die Halterung eingiessen und ist die Blendschutzvorrichtung damit vor jedwelchen mechanischen und chemischen Beschädigungen geschützt. Die Funktionsfähigkeit ist über lange Zeit gewährleistet, da die treiberschaltung für die mindestens eine Flüssigkristallzelle nur bei vorliegen eines vorgegebenen Schwertsignals aktiviert wird.

Im Folgenden soll anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 : ein Schaltbild für die erfindungsgemässe Erzeugung eines

Differenzstoms zur Steuerung einer Flüssigkristallzelle;

Fig. 2: ein Diagramm zur Winkelabhängigkeit der relativen

Empfindlichkeit der Sensoren;

Fig. 3: ein Diagramm zur Winkelabhängigkeit der Fotoströme der

Sensoren; Fig. 4: ein Kombi-Schaltbild zu bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemässen Blendschutzvorrichtung.

Das in Fig. 1 dargestellte Schaltbild zeigt eine erste einfache Ausführungsform für die elektronische Verknüpfung der optischen Sensoren. Ein erster Sensor mit einer ersten Fotodiode 1 weist einen schmalen Detektionswinkel auf, während ein zweiter Sensor mit einer zweiten Fotodiode 2 einen breiten Detektionswinkel θ ₂ aufweist. Für eine bevorzugte Anwendung beträgt der schmale Detektionswinkel ca. 30°, während der breite Detektionswinkel θ ₂ ca. 120° aufweist. Diese unterschiedlichen Detektionswinkel können vom Fachmann durch geeignete Wahl handelsüblicher Fotodioden und/oder durch das Anbringen von geeigneten optischen Linsen an diesen Fotodioden in gewünschter Weise an die vorgesehene Anwendung angepasst werden. Mit der Schaffung unterschiedlich weiter Detektionskegel oder -keulen wird die Leuchtdichte [cd/m ²¹ für unterschiedliche Detektionsfelder detektiert. Durch die parallel und gegenläufig geschaltete Anordnung der Fotodioden 1 und 2 werden deren Fotoströme ii , i ₂ subtraktiv überlagert. Die so erzeugten Sig nale werden über Leiter 6, 7 einem Komparator (IC 1 ) zugeführt, welcher ein

Steuersignal für die Steuerung der optischen Transmission der

Flüssigkristallzelle (LCD) generiert. Es versteht sich , dass dieser Komparator dazu mit einer externen oder internen Referenz gekoppelt ist.

Eine typische Charakteristik für die winkelabhängige relative Empfindlichkeit (S ₀ ) der erfindungsgemäss verwendeten Fotodioden ist aus dem Diagramm in Fig . 2 ersichtlich . Dabei zeigt die Kurve 1 1 den winkelabhängigen Verlauf eines ersten Sensors ST mit schmalem Detektionswinkel {θ^ < 45°) . Diese lässt eine hohe relative Empfindlichkeit S ₀ im Halbwinkelbereich von 0° bis 15° erkennen, resp. zeigt keine relevante relative Empfindlichkeit S ₀ im Halbwinkelbereich oberhalb 30°. Demgegenüber weist der Verlauf der Kurve 12 für die relative Empfindlichkeit S ₀ eines zweiten Sensors S ₂ mit breitem Detektionswinkel (θ ₂ > 45°) im Halbwinkelbereich von 0° bis 1 5° sehr hohe Werte auf, welche sich gegen den Halbwinkelbereich von 90° kontinuierlich verringern .

Das in Fig . 3 gezeigte Diagramm macht die Winkelabhängigkeit der jeweiligen Fotoströme U , i ₂ der Sensoren S _{1 (} S ₂ deutlich. Dabei entspricht der Verlauf der Kurve 21 für die Stromstärke [μΑ] des Fotostroms im Wesentlichen dem Verlauf der Kurve 1 1 aus Fig. 1 für die winkelabhängige relative

Empfindlichkeit S ₀ des ersten Sensors Si mit schmalem Detektionswinkel Θ-, . Der Verlauf der Kurve 22 für die Stromstärke [μΑ] des Fotostroms i ₂ entspricht im Wesentlichen dem Verlauf der Kurve 12 aus Fig. 1 für die winkelabhängige relative Empfindlichkeit S ₀ des zweiten Sensors S ₂ mit breitem

Detektionswinkel θ ₂ . Kurve 23 zeigt die subtraktive Überlagerung dieser beiden Charakteristiken und macht deutlich, dass durch die Detektion der

unterschiedlichen Leuchtdichte [Lichtstärke pro Fläche, cd/m ² ] anstelle der Beleuchtungsstärke [Lux] ein aussergewöhnlich zweckmässiges Steuersignal in überraschend einfacher Weise erzeugt werden kann.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in Fig . 4 dargestellt und macht die Funktionsweise deutlich . Für die

Stromversorgung ist eine handelsübliche Knopfzelle, hier eine Lithiumzelle mit 30mAh Kapazität, vorgesehen . Es versteht sich , dass auch andere Spannungsquellen, insbesondere Solarzellen, verwendet werden können, welche in der Regel mehr Platz benötigen und damit das ursprüngliche Design der Schutzbrillen, Schutzhelme oder Schutzmasken stark beeinflussen. Durch die Verwendung einer geeigneten internen oder externen Referenz

(Leuchtdichte-Schwelle) dient der Komparator IC1 als Schwellwertschalter und generiert bei vorgegebener Leuchtdichtedifferenz in einer ersten Variante dieser Ausführungsform ein von einem zweiten Komparator IC2 weiter aufbereitetes Steuersignal für die LCD-Treiberschaltung IC4. Damit schaltet die mindestens eine Flüssigkristallzelle LCD1 , LCD2 bei Überschreiten einer durch interne oder externe Spannungsteiler vorgegebenen Komparatorschwelle auf einen festen, der Verwendung der Flüssigkristallzelle angepassten

Transmissionswert. Der durch die Verwendung dieser Komparatoren IC1 , IC2 minimierte Stromverbrauch führt mit den zurzeit handelsüblichen Knopfzellen zu einer Lebensdauer von bis zu 7 Jahren und erlaubt es, die gesamte

Elektronik, d.h. Stromversorgung, Sensoren, elektronische Schaltung und Flüssigkristallzellenkontakte, vollständig und wasserdicht zu vergiessen. In einer zweiten Variante dieser Ausführungsform wird der Differenzstrom ί _Δ direkt einem Operationsverstärker IC3 zugeführt, welcher der LCD-Treiberschaltung IC4 als Taktgenerator dient. Damit lässt sich die optische Transmission der mindestens einen Flüssigkristallzelle LCD1 , LCD2 mit Hilfe des, von der Differenzschaltung (Fig. 1 ) in Abhängigkeit der Leuchtdichte erzeugten und über einen Operationsverstärker IC3 geführten Spannungssignals, stufenlos regeln. Die gewünschte Schaltung lässt sich vom Fachmann auf diesem Gebiet mit Bestückungsautomaten in der einen oder anderen Variante auf einer

konventionellen Leiterplatte aufbauen, weiter miniaturisieren und in kompakter Weise in jede Fassung oder Halterung integrieren. Insbesondere sind mindestens die Stromversorgung, die zwei Sensoren und die elektronische Schaltung zur Steuerung der optischen Transmission der mindestens einen

Flüssigkristallzelle in einer solchen Fassung oder Halterung für die mindestens eine Flüssigkristallzelle integriert. Dies erlaubt es, die erfindungsgemässe Blendschutzvorrichtung in feuchter, korrosionsfördernder oder anderer die Elektronik schädigender Umgebung auch langfristig zu verwenden.

Insbesondere lässt sich damit eine Blendschutzvorrichtung schaffen, bei welcher der in der Fassung oder Halterung fest montierte optische Blendschutz mit integrierter Elektronik durch auswechselbare äussere Schutzgläser ergänzbar ist. Die äusseren Schutzgläser einer solchen modisch geformte Schutzbrille, Schutzhelms oder Schutzmaske sind vorteilhafterweise selbst beschichtet und nach oben verschwenkbar, um die empfindlichen

Flüssigkristallzellen der Blendschutzvorrichtung freizugeben.

Andere Ausführungsformen dieser Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb derselben, welche auf der erfindungsgemässen Detektion der Leuchtdichte eines Arbeitsplatzes basieren, liegen im gewöhnlichen Handeln des

Fachmanns.

Die Funktionsweise, der Aufbau und die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann aus der vorliegenden Beschreibung und den

dazugehörigen Figurenzeichnungen unmittelbar ersichtlich und sind

insbesondere darin zu sehen, dass diese Vorrichtung permanent funktioniert und universell verwendbar ist, d.h. sich für die Verwendung in einer

Sonnenbrille ebenso eignet, wie in Arbeitsschutzbrillen, bspw. zum Hartlöten von Schmuckstücken oder zum Autogenschweissen von Eisenbahnschienen oder Schiffsrümpfen. Die erforderliche Schutzstufe von bis zu 5 oder 6, d.h. für eine optische Transmission von ca. 1 %, lässt sich mit zusätzlichen Verstärkern ebenfalls problemlos erreichen. Die genannten Schwierigkeiten in der

Elektronik fallen mit der vorliegenden Erfindung weg, z. B. die Unterdrückung tiefer Flackerfrequenzen, speziell aber die relativ schnellen, stromintensiven und/oder breitbandigen Verstärker.