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KR20130138764A - 개선된 구동 회로를 구비한 자동 감광 필터(adf) 눈 보호 장치 - Google Patents

개선된 구동 회로를 구비한 자동 감광 필터(adf) 눈 보호 장치 Download PDF

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KR20130138764A
KR20130138764A KR1020137007885A KR20137007885A KR20130138764A KR 20130138764 A KR20130138764 A KR 20130138764A KR 1020137007885 A KR1020137007885 A KR 1020137007885A KR 20137007885 A KR20137007885 A KR 20137007885A KR 20130138764 A KR20130138764 A KR 20130138764A
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eye protection
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Inventor
도날드 윌리엄 그레이너
토마스 조 해밀턴
Original Assignee
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Publication date
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Abstract

본 명세서에 기재된 발명은 자동 감광 필터(ADF)를 이용한 눈 보호 장치를 작동하기 위한 장치 및 방법이다. 작동 전압은 제1 극성 전압이 단자 쌍에 인가되고 또 반전되는 일련의 연속 과정 중에 ADF 장치 회로의 제어 단자 한 쌍에 교대로 인가된다. 지연 기간은 극성이 교대로 인가되는 사이에 제공된다. 어떤 실시 예들에서 접지 전위는 지연 기간 동안 단자 쌍의 양쪽 단자에 인가된다.

Description

개선된 구동 회로를 구비한 자동 감광 필터(ADF) 눈 보호 장치 {AUTOMATIC DARKENING FILTER (ADF) EYE PROTECTION DEVICE WITH IMPROVED DRIVE CIRCUITRY}
본 개시 내용은 일반적으로 자동 감광 필터(automatic darkening filter; ADF)를 이용한 눈 보호 장치에 관한 것이며, 더 상세하게는 개선된 구동 회로를 포함한 ADF에 관한 것이다.
자동 감광 필터(ADF) 눈 보호 장치는 다수의 분야에서 쓰이고 있다. ADF 눈 보호 장치가 사용되는 분야 중 하나는 용접 분야인데 ADF 기술로 인해 용접 과정에서 발생하는 강한 레벨의 빛으로부터 용접공의 눈을 보호할 수 있다. 눈 보호 장치는 또한 레이저, 폭발물, 기타 등등에서 발생하는 것과 같이 밝은 빛이 발생하는 다른 분야에서도 사용될 수 있다.
ADF 시스템은 종종 액정 장치(liquid crystal device; LCD)를 포함하는데, 액정 장치는 일반적으로 교류(AC) 구형파에 상응하는 필터에 걸쳐 인가된 셰이드 전압(shade voltage)에 의해 구동된다. 이 구형파 전압을 제공하기 위해, 필터에 걸친 전압 극성은 지속적으로 반전된다. 기술 현황에 따르면, 필터를 통과한 전압의 극성이 양에서 음으로 또는 음에서 양으로 전환(switching)될 때, 매우 순식간에 전환된다. 이러한 순간적인 전환은 높은 피크 전류(high peak currents)를 발생시켜 전기 회로 소자에 충격을 주고 높은 배터리 소모를 일으킨다.
이렇게 알려진 단점을 살펴볼 때, ADF 회로의 메커니즘을 제공하는 것은 이전에 겪었던 높은 배터리 소모 및 회로 소자 충격을 제거하거나, 또는 적어도 상당히 감소시킬 수 있다는 점에서 장점이 될 수 있다.
본 발명의 태양 및 장점은 다음 설명에 부분적으로 명시될 것이며, 또는 설명으로부터 명백하거나, 또는 본 발명의 실시를 통해 알 수 있을 것이다.
선행 기술에서 접해지고 본 개시에서 다뤄진 인식된 단점에 비추어, 액정 장치(LCD) 필터(제1 내지 제4 드라이버 회로(driver circuit)와 연결되는 제1 및 제2 제어 단자(control terminal)를 가진다)를 포함한 자동 감광 필터(ADF)를 작동하기 위한 개선된 회로가 제공된다. 제1 내지 제4 시간 지연 회로(time delay circuit)는 각각 제1 내지 제4 드라이버 회로와 연결되어 있다. 스위치 제어 회로(switch control circuit)의 제어 하에, 타이머 회로(timer circuit)가 LCD 필터의 제어 단자로 제어 전압(control voltages)이 인가되는 것을 지연시키기 위해 작동되어 인가된 제어 전압의 극성이 순차적으로 주기적으로 반전될 수 있도록 하는데, 이것은 시간 지연 회로를 통해 발생하는 시간 지연(time delay) 및 스위치 제어 회로에 인가되는 신호의 동작 주파수(operating frequency)에 기초한다.
특정 실시 예들에서, 접지 기준 전압(ground reference voltage)은 시간 지연 회로에 의해 발생한 지연 기간 동안 액정 장치(LCD) 필터의 양쪽 제어 단자에 인가된다.
본 개시 내용의 추가적인 태양에 따르면, ADF 회로의 한 쌍의 제어 단자로 인가되는 전압 공급(voltage supply)의 극성을 교대로 반전하는 방법을 포함하는 자동 감광 필터(ADF) 회로 동작 방법들이 개발되고 있다. 소정 실시 예들에서, 동작 방법은 제2 극성으로 인가된 전압의 제거 이후 기설정 시간(predetermined time) 동안에 제1 극성을 가지는 전압 공급이 인가되는 것을 지연시키는 방법을 제공한다.
어떤 실시 예들에서는, 동작 방법은 또한 제1 극성으로 인가된 공급의 제거 이후 기설정 시간 동안에 제2 극성을 가지는 제어 단자 쌍으로의 전압 공급이 인가되는 것을 지연시키는 방법을 제공한다. 소정 실시 예들에서, 기설정 시간은 저항을 통해 커패시터(capacitor)를 기설정된 전압 레벨로 충전하는데 필요한 시간을 기초로 하여 결정된다. 또 다른 실시 예들에서, 기준 전위(reference potential)는 기설정 시간 동안 양쪽 제어 단자에 인가된다.
본 개시 내용의 부가적인 목적 및 장점은 명세서에 명시되어 있으며, 또는 다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구항을 통해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 도면은 본 명세서에 포함되어 있으며 명세서의 일부를 구성하는데, 이 첨부된 도면은 본 발명의 실시 예들을 도시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위해 제공된다.
본 발명의 충분하고 실시 가능한 개시는 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시하도록 가장 최적화된 것을 포함하여 본 명세서에 명시되어 있으며, 명세서는 다음의 첨부된 도면을 참조로 한다.
도 1은 본 발명의 태양에 따라 개선된 드라이버 회로를 활용할 수 있는 ADF 용접 헬멧의 사시도;
도 2는 기술 현황에 따라 자동 감광 필터 드라이버 회로로 사용할 수 있는 회로의 개략적 블록 다이어그램(schematic block diagram); 그리고
도 3은 도 2의 회로 다이어그램의 여러 지점에서 전압 레벨을 도시하고 있는 파형의 그룹이며, 회로의 동작을 이해하는데 유용하다.
본 명세서 및 첨부된 도면을 통해 참조 문자의 사용을 반복하는 것은 본 발명의 같거나 유사한 특징 또는 구성요소를 나타내기 위해 의도된 것이다.
본 발명의 실시 예들을 상세하게 참조하여, 본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있다. 각 예는 본 발명의 설명을 통해 제공되며, 발명의 범위를 제한하지 않는다. 실제로, 본 발명의 범위 및 기술 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명으로부터 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시 예의 부분으로서 도시 또는 설명된 특징들은 또 다른 실시 형태를 얻어내기 위하여 다른 실시 예에서 사용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항 및 그 균등범위 안에서 본 발명이 이러한 수정 및 변형을 포함하는 것이 의도된다.
발명의 내용 부분에서 설명한 바와 같이, 본 개시 내용은 개선된 구동 회로를 구비한 자동 감광 필터(ADF) 장치 및 시스템과 특히 관련되어 있다. 본 발명은 ADF 시스템 또는 장치의 어떠한 특정 유형에 국한되지 않는다. 언급한 바와 같이, ADF 시스템에서 잘 알려진 것은 용접 헬멧에의 사용이고, 이 점과 관련하여, ADF 용접 헬멧(100)이 도 1에 도시되어 있다(이는 단지 설명 목적으로의 도시임). 용접 헬멧(100)은 다른 특징 중에서도, LCD 렌즈(102)를 헬멧의 앞 부분 또는 얼굴 부분에 포함한다. LCD 렌즈(102)는 착용자의 눈 바로 앞에 위치해 있고, 그럼으로써 관찰 창(viewing window)으로서의 기능을 한다.
이제 도 2를 보면, 본 발명의 태양에 따라 용접 헬멧(100)에 사용 가능한 ADF 드라이버 회로로 사용되는 회로(200)의 개략적 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 바와 같이, ADF 장치는 사용자의 눈을 보호하기 위해 사용자의 눈과 강렬한 광원 사이에 위치하도록 구성되어 있는 액정 장치(LCD) 필터(202)를 일반적으로 포함한다. LCD 필터(202)는, LCD 필터(202)의 단자(222,242)에 걸쳐 교대된 극성을 가진 펄스가 인가됨으로써 좌측 상단 드라이버(204), 좌측 하단 드라이버(206), 우측 상단 드라이버(214), 그리고 우측 하단 드라이버(216)에 해당하는 4개의 드라이버에 의해 펄스(pulse) 되도록 구성되어 있다. 드라이버들(204,206,214,216)은 H브릿지(H-bridge)를 형성하기 위해 짝으로 켜지고 꺼진다. 이러한 구성에서, 좌측 하단 드라이버(206) 및 우측 상단 드라이버(214)가 꺼져 있을 동안 좌측 상단 드라이버(204) 및 우측 하단 드라이버(216)는 동시에 켜지게 된다. 교대로, 우측 하단 드라이버(216) 및 좌측 상단 드라이버(204)가 꺼져 있을 동안 우측 상단 드라이버(214) 및 좌측 하단 드라이버(206)가 동시에 켜지게 된다.
각 드라이버는 제어 전압을 수신하도록 설정된 제어 핀(control pin)(224,226,234,236)을 포함하는데, 제어 전압이 충분한 크기가 될 경우(즉, 기설정된 임계 전압 레벨 이상이 된다면) 드라이버가 켜지고, 그렇지 않다면 드라이버는 꺼지게 될 것이다. 기설정된 임계 전압 레벨은 드라이버 회로의 일부분인 비교기(comparator) 또는 임계 회로(threshold circuit)에 의해 정해질 수 있다.
4개의 드라이버(204, 206, 214, 216)는 두 개의 제어 스위치(control switch) S1과 S2에 의해 제어된다. S1a 및 S1b로 표시되어 개략적으로 도시된 것과 같이 각각 좌측 상단 드라이버(204) 및 우측 하단 드라이버(216)을 제어하도록 스위치 S1이 구성되어 있다. S2a 및 S2b로 표시되어 개략적으로 도시된 것과 같이 각각 좌측 하단 드라이버(206) 및 우측 상단 드라이버(214)를 제어하도록 스위치 S2가 구성되어 있다.
동작이 되면, 전기 입력 신호가 신호 입력(Signal In) 라인(240)에 인가되어 제어 스위치 S1 및 S2 양자에 제어 신호(control)를 제공한다. 입력 라인(240)에 인가된 신호는 로직 하이(logic high) 및 로직 로우(logic low) 전압에 해당하는 진폭을 가진 구형파에 해당할 수 있다. 스위치 S1 및 S2는 로직 하이일 때 S1은 켜지고 S2는 꺼지도록(반대로 로직 로우일 때는 S1은 꺼지고 S2는 켜지도록) 하는 것과 같이 구성될 수 있다.
기술 현황에 따르면, 스위치 S1a, S1b, S2a, S2b의 동작을 지연시킬 수 있도록 지연 구성요소가 추가되어 있다. 지연을 통해 좌측 및 우측 드라이버 사이에 컨덕션 스테이트(conduction state)의 중복이 없도록 보장할 수 있는데, 여기서 컨덕션 스테이트의 중복은 셰이드 전압 공급(Shade Voltage supply)에서 낮은 쪽 드라이브 전압(접지 전위(ground potential) 또는 다른 적절한 전압 레벨일 수 있다)으로의 순간적인 션팅(shunting)을 만들어내고, 션팅의 결과로 셰이드 전압 공급으로부터 얻어진 전류 스파이크를 동반한다. 온 전압(On Voltage) 및 오프 전압(Off Voltage)을 포함하는 다른 동작 전압과 마찬가지로, 셰이드 전압 공급은 도면에는 도시되지 않았지만 상대적으로 낮은 전압의 배터리 전원 공급(battery power supply)으로부터 얻어질 수 있다.
도 2를 더 살펴보면, 각 드라이버 회로는 직렬로 연결된 저항 및 커패시터를 포함하는데, 저항 및 커패시터는 일반적으로 Rn 및 Cn으로 표기되어 있으며(n은 1에서 4 사이의 값을 가진다), 저항 및 커패시터의 접합부에서 저항 및 커패시터의 값과 인가된 전압의 값에 따라 램프 전압(ramp voltage)이 생성된다. 이와 같이, 예를 들면, 저항 R1과 커패시터 C1은 좌측 상단 드라이버(204)로의 입력 회로(input circuit)에 포함되어 있다. 저항 R1의 한쪽 끝은 좌측 상단 드라이버(204)의 컨트롤 핀(224)에 연결되어 있으며 다른 한쪽 끝은 온 전압 전력원(power source)에 연결되어 있다. 커패시터 C1의 한쪽 끝은 컨트롤 핀(224)에 연결되어 있으며 다른 한쪽 끝은 접지 전위 접속 지점(connection point)에 연결되어 있다.
유사한 방식으로, 저항-커패시터 직렬 쌍 R2, C2는 온 전압 공급 및 접지 사이에 연결되어 있고 R2와 C2의 접합부는 컨트롤 핀(226)에 연결되어 있다; R3와 C3는 온 전압 공급 및 접지 사이에 연결되어 있고 R3와 C3의 접합부는 컨트롤 핀(234)에 연결되어 있다; 그리고 R4와 C4는 온 전압 공급 및 접지 사이에 연결되어 있으며 R4와 C4의 접합부는 컨트롤 핀(236)에 연결되어 있다.
스위치 S1a, S1b, S2a, S2b 각각은 오프 전압 소스(off voltage source)에 연결된 오프 단자(off terminal)를 포함한다. 예시적인 구성에서, 오프 전압 소스는 접지 전위에 해당할 수 있고, 이는 임계 레벨(306,314)(도 3)보다 낮은 어떠한 전압 레벨이 사용되는 경우일지라도 마찬가지이다. 오프 전압 레벨의 한 가지 목적은 저항-커패시터 직렬 회로에 의해 제공되는 타이밍 함수(timing function)를 재설정(reset)하는 것인데, 따라서 상대 영 전압(relatively zero voltage)(즉, 접지 전위)의 선택이 편리할 수 있지만, 특별히 요구되는 것은 아니다.
도 3의 파형 다이어그램(300) 및 도 2를 보면, 파형(302)에서 도시된 것과 같이 라인(240)의 신호로부터 로직 하이가 S1 제어부에서 나타날 때, 스위치 S1a 및 S1b는 각각 커패시터 C1 및 C4의 한쪽 끝에 연결되고 이는 각각 저항 R1 및 R4를 통해 온 전압 공급으로 연결된다. 각각의 스위치가 연결되면서 커패시터 C1 및 C4에 충전 전압이 제공됨으로 인해 좌측 상단 드라이버(204) 및 우측 하단 드라이버(216)로의 전압 램프 상승(ramp up)(304)이 발생한다. 이 램프 상승(304) 전압이 드라이버의 임계 전압(306)에 도달하면, 드라이버가 켜지게 된다(turn on).
동시에, 이 로직 하이가 S2 제어부에서 나타날 때, 스위치 S2a 및 S2b가 꺼지게 된다(turn off). 이것은 좌측 하단 드라이버(206) 및 우측 상단 드라이버(214) 각각의 임계 전압(226 및 234)을 실질적으로 동시에 오프 전압으로 전환되도록 하고, 이로 인해 좌측 하단 및 우측 상단 드라이버가 즉시 꺼지게 된다. 오프 전압 레벨은 도 3의 오프 전압(308)로 표시되어 있다. R1C1 및 R4C4 저항-커패시터 직렬 회로로 구성된 시간 지연 함수에 의해 지연이 생성된 뒤에, 좌측 상단 드라이버(204) 및 우측 하단 드라이버(216)가 켜지게 된다. 동일한 오프-딜레이-온(off-delay-on) 동작이, R3C3 및 R2C2 저항-커패시터 직렬 회로로 구성된 시간 지연 함수의 결과로 좌측 상단 드라이버(204) 및 우측 하단 드라이버(216)가 꺼지고 우측 상단 드라이버(214) 및 좌측 하단 드라이버(206)가 켜지면 발생한다.
이러한 동작 시퀀스(sequence)의 결과로, 전압 파형(310)이 LCD 필터(202)에 걸쳐 형성된다. 파형(300) 전체를 개괄하면, 파형(302)에서 보이는 것과 같은 신호 입력이 신호 입력 라인(240)에 인가되면, 신호가 하이 로직 레벨이 됨에 따라 램프 전압(304)이 R1C1 및 R4C4 타이밍 회로의 시상수(time constant) RC를 기초로 하여 생성되기 시작한다. 램프 전압이 임계 레벨(306)에 도달하면, 드라이버(204 및 216)가 켜지게 된다. 신호 입력 라인(240)의 전압이 로우 로직 레벨로 가면, 드라이버(204 및 216)는 실질적으로 즉시 꺼지고 다른 타이밍 동작이 R2C2 및 R3C3 타이밍 회로의 시상수를 기초로 하여 수행된다. 이 기간은 음영 처리된 영역(312)에서 표시되어 있다. 타이밍 회로들의 램프 전압(314)이 임계 레벨(316)에 도달하면, 신호 입력 라인(240)이 다시 로직 하이 레벨(드라이버(206 및 214)가 실질적으로 즉시 꺼지게 되는 구간)로 갈 때까지 드라이버(206 및 214)는 계속 켜지게 되고, 신호 입력 라인(240)이 계속 반복하여 이어지는 동안 이러한 사이클이 반복된다.
본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 개시가 드라이버 회로에 스위칭 지연을 제공하기 위한 RC 타이밍 회로의 사용을 설명하기는 하지만, 발명의 범위를 제한하지 않으면서, 디지털 회로를 포함한 다른 형태의 지연 생성 회로가 쓰일 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이러한 방법으로, LCD 필터(202)에 인가된 파형이 교호하면서(alternate) 좌측 드라이버들(204,206) 또는 우측 드라이버들(214,216) 중 한쪽이 동시에 켜지는 기간이 없게 되고 그로 인해 셰이드 전압 공급이 접지로 션팅되는 것을 피할 수 있게 된다. 이러한 동작으로 인해 이전에 겪었던 전기 회로 소자 충격 및 높은 배터리 소모를 피할 수 있게 된다.
본 개시 내용에서 발명의 특정 실시 예들에 관해 상세하게 기술되어 있으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시 예로부터 그러한 실시 예들의 대체, 변형, 및 균등물을 용이하게 도출할 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 본 기재의 범위는 제한하는 방식이 아니라 오히려 예에 해당하고, 본 개시 내용의 기재는 본 개시 내용의 이러한 수정, 변형 및/또는 부가가 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 매우 명백하듯이 수정, 변형 및/또는 부가를 배제하지 않는다.

Claims (9)

  1. 제1 제어 단자(control terminal) 및 제2 제어 단자를 갖는 액정 장치(liquid crystal device; LCD) 필터(filter);
    상기 제1 제어 단자와 연결된 제1 및 제2 드라이버 회로(driver circuit) - 상기 제1 및 제2 드라이버 회로 각각은 제어 입력장치(control input)를 포함함 -;
    상기 제2 제어 단자와 연결된 제3 및 제4 드라이버 회로 - 상기 제3 및 제4 드라이버 회로 각각은 제어 입력장치를 포함함 -;
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 드라이버 회로의 제어 입력장치와 각각 연결된 제1, 제2, 제3, 및 제4 시간 지연 회로(time delay circuit);
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 시간 지연 회로에 각각 연결된 제1, 제2, 제3, 및 제4 스위치(switch) - 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 스위치 각각은 각각의 시간 지연회로를 온 전압 공급(on voltage supply) 또는 오프 전압 공급(off voltage supply) 중 하나와 연결하도록 구성됨 -; 및
    상기 제1 및 제4 스위치를 동시에 그리고 상기 제2 및 제3 스위치를 동시에, 교대로 구동하도록 구성된 스위치 제어 회로(switch control circuit)를 포함하는 자동 감광 필터 눈 보호 장치
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 시간 지연 회로는 각각 저항(resistor) 및 커패시터(capacitor)를 포함하는 자동 감광 필터 눈 보호 장치
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제3 드라이버 회로는 셰이드 전압 공급(shade voltage supply)을 상기 액정 장치 필터의 제1 및 제2 제어 단자에 각각 연결하도록 구성된 자동 감광 필터 눈 보호 장치
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제2 및 제4 드라이버 회로는 상기 액정 장치 필터의 제1 및 제2 제어 단자를 접지 전위(ground potential)에 각각 연결하도록 구성된 자동 감광 필터 눈 보호 장치
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1, 2, 3 및 4 드라이버 회로 각각은 드라이버 턴 온 전압 레벨(driver turn on voltage level)을 설정하는 임계 회로(threshold circuit)를 포함하는 것인 자동 감광 필터 눈 보호 장치
  6. 자동 감광 필터 눈 보호 장치를 동작하는 방법으로써,
    한 쌍의 제어 단자에 인가된 전압 공급의 극성을 교대로 반전시키는 단계; 및
    제2 극성의 제거 이후 기설정 시간(predetermined time) 동안 제1 극성의 인가를 지연시키는 단계를 포함하는 동작 방법
  7. 제 6 항에 있어서, 제1 극성의 제거 이후 기설정 시간 동안 제2 극성의 적용을 지연시키는 단계를 더 포함하는 동작 방법
  8. 제 6항에 있어서, 상기 기설정 시간은 저항을 통해 커패시터를 기설정된 전압 레벨로 충전하는데 필요한 시간에 기초하여 결정되는 동작 방법
  9. 제 6항에 있어서, 상기 기설정 시간 동안 양쪽 입력 단자에 기준 전위(reference potential)를 인가하는 단계를 더 포함하는 방법
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