CN1139746A - 闪光管装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闪光装置。这种闪光装置具有一个响应电能产生光的闪光管。由该闪光管发射的光量在发射出预定量的光时由一个连接到用于调节提供给所述闪光管的电能的装置上的电路监测，借此提高该闪光管的有效使用期限，并使所述闪光管的光强度值保持在一个给定的极限范围之内。

Description

闪光管装置

本发明涉及闪光管装置，特别涉及延长闪光管以一最佳强度发光的能力。

闪光管已经应用于例如照相、照相复制、航空交通控制和闪光测频仪等许多方面，以便为胶片显影、导航等提供高强度的闪光照射。闪光管通常是由一个密封外壳(例如石英或二氧化硅制成的管壳)将两根电极和少量稀有惰性气体(例如氙)封装在里面而成。通常，这两个电极同一个电容器相并联，该电容器在工作时充电至一很高的电压。当该电容器充电时，这两个电极之间的电压将升高。然而，由于所述气体通常具有很高的电阻(一般为10兆欧)，在将一个高压脉冲加到该闪光管的触发电极上之前，在这两个电极之间是没有电流流过的，而在加上高压脉冲时，所述气体将被电离。当该气体被电离时，它的电阻值将迅速降低(一般下降至大约1欧姆)这时储存在该电容器中的电荷将通过所述被电离的气体放电、发光。

在放电过程中，随着发光还放热。该热量使闪光管的温度上升而常常在外壳上产生裂纹，使得惰性气体可能穿过裂纹泄漏出去。加到电极上的高电压还可能引起该电极的损耗，这个过程通常被称为“电极点蚀”。所述气体通过裂纹泄漏和所述电极的点蚀将引起闪光管性能的恶化，其结果是，即使供给闪光管同样数量的电能，由该闪光管发射的光的强度仍然逐渐降低。当所述电容器，特别是它的介电材料在超过规定的期限发生老化时，闪光管的性能也随着下降。当闪光管的工作电压升高时，这种老化过程就更快。

对于那些期望获得预定光量的应用场合，闪光管的老化可能会产生不希望有的后果。例如，在美国专利第5,151,595号中就公开了一个这样的应用场合，即一种成像装置，它需要闪光时间为200微秒闪光光线强度为1500BWPS(每秒钟的光束的瓦特数)。如果将闪光管的工作电压准确地设定产生1500BWPS，则由于光的强度随后下降至低于1500BWPS，该闪光管的性能下降会对该装置的有效性产生不利的影响。考虑到这种老化，可以将所述电极间的电压升高，以便将初始光强度设定在实质上高于所需要的1500BWPS(即增加光强度的余度)的水平，以便推迟由老化而引起光强度下降至所要求的1500BWPS以下的时间。然而，当电极间的电压升高时，闪光管性能下降的速度将增加，这是因为较高的电压将加速电极的点蚀和电容器的品质下降。此外，使闪光管在较高的电压工作会使闪光管的温度升高，反过来这又将加速外壳裂纹的产生。

因此，所需的是一种能延长闪光管以一可取的强度发光的有效使用期限的技术。

本发明提供了一种闪光装置，该装置包括一个电能源、一个响应电能产生闪光的闪光管以及用来根据该闪光管所产生的光来调节供给该闪光管的电能的装置。

根据一个实施例，电能是通过监测闪光管发出的光量并且在业已发出预定量的光时分流供给该闪光管的电能的方式来调节的。

根据另一个实施例，向该闪光管供给一最小量的电能。该能量是通过在闪光管的效率下降时增加供给该闪光管的电能的方式进行调节的。

另一方面，本发明提供了一种控制闪光管的方法，该方法包括如下步骤：向该闪光管提供电能，以便使闪光管发光、监测由该闪光管发射的光并根据所述监测步骤调节供给闪光管的电能。

图1是根据本发明的一个实施例的闪光装置的电路原理图；

图2a是点火定时特性曲线，该曲线表示图1的闪光管产生闪光时和在分流电路处于工作状态下充电电容器两端的电压和电极两端的电压；

图2b是点火定时特性曲线，该曲线表示在不分流条件下由闪光管发射的光能和根据本发明提供分流时由该闪光管发射的光能；

图2c是点火定时特性曲线，该曲线表示在图2b中所示的时间周期t₁-t₃之间积分电路的输出信号：

图2d是点火定时特性曲线，该曲线表示按照经过放大的时间刻度在时间t₁-t₃之间图2b的线34；

图3显示出根据本发明的一个实施例一个闪光灯的详细的实施例；

图4a是表示如何根据本发明的一个实施例对光进行监测的方框图；

图4b是表示如何根据本发明的另一个实施例对光进行监测的方框图；

图4c是表示如何根据本发明的又一个实施例对光进行监测的方框图；

图5是表示具有用于延长闪光管有效使用期限的措施的闪光灯装置的一个可供选择的实施例：

图6是具有用于延长闪光管有效使用期限的措施的闪光灯装置的另外一个实施例；

图7显示出本发明的一个重要的效果。

图1是概括地表示本发明的闪光装置100的电路原理图。

闪光装置100具有一个跨接在节点104和106之间的闪光管103。在节点104和106之间还连接有一个电容器102和一个用于给电容器102充电的充电电路101。电容器102可以是一个有极电容器，它只能在一个极化方向(即在节点104上的电压相对于点106是正值时)接受充电。如果不使用有极电容器，则可将一个整流电路(例如图1中所示的二极管003)连接在充电电路101和电容器102之间。

随着电容器102充电，节点104和106之间的电压升高。节点104和106之间的电压由一个触发电路监测，根据本实施例，该触发电路包括一个比较电路108。比较电路108的负输入端同一个基准电压相连，该基准电压是通过分压器110从电压源得到的。比较电路108的正输入端同分压器112相连接，以监测节点104处的电压。比较电路108输出用于控制一个电流开关(例如一个SCR(可控硅整流器)114)。比较电路108输出端的电阻器109是一个拉起电阻，并且只有在比较电路108是用某种技术完成时才需要(例如开路集电极)。

参照图2a-2d，线30表示充电电容器102的电压。在时间t₁，当节点104处的电压上升到使比较电路108的正输入端的电压大于基准电压的电平时，SCR114被比较电路108的输出信号触发。当SCR114被触发后，使电流通过触发变压器116的初级绕组。结果，在触发变压器116的次级绕组中产生一个高触发电压。这个高电压使闪光管103中的气体电离并使储存在电容器102中的电能释放。当闪光管103中的气体电离时，使储存在电容器102中的电荷放电并发光，使闪光管103产生的光能增加，如图2b中时间t₁处的线34和图2d中时间t₁的线42所示，图2d用放大大约20倍的时间刻度示出线34。同时，在节点104处的电压开始下降，如图2a中线30所示。

从闪光管103发出的光由一个监测装置监测。该监测装置包括一个用于检测从闪光管103发出的光并根据所检测到的光产生一个电流的光电检测器，例如光电晶体管118。在时间t₁，当光开始从闪光管103发射时，由光电晶体管118产生的电流也开始增加，如时间t₁-t₂之间的图2b的线34和图2d中的线42所示。在这个优选的实施例中，使光电晶体管118产生的能量被累加起来，例如通过用一个由电容器120和电阻器122并联构成的积分电路119对由光电晶体管118的电流进行积分的方式。积分电路119的输出(即节点121处的电压)表示由光电晶体管118产生的电流对时间的积分。随着电流持续地由光电晶体管118产生，积分器119的输出端的电压上升，如图2c中线40所示。因为由光电晶体管118产生的电流是闪光管103的光强度的函数，所以积分电路119的输出是闪光管103发射光强度的时间积分。换句话讲，积分电路119的输出代表由闪光管103产生的总光量并且随着由光电晶体管118产生的电流而增加。

在一种理想的情况中，当由闪光管103发出的总光量业已超过所需要的水平时，可以将闪光管103与电容器102断开。这种理想的情况有两个优点。第一个优点是可以使在电容器103中的剩余电荷保存用于下次闪光。第二个优点是如果可以直接切断供给闪光管103的电流，则还可以直接阻止由于以上所述理由造成的闪光管103的老化。然而，由于放电电压很高，所以瞬时切断闪光管是不实际的。因此，在该优选实施例中，不是完全切断闪光管103，而是将闪光管103的电流分流以便减少对闪光管性能的不良影响。

当闪光管103继续地发光时，光电晶体管继续产生电流并且在节点121处的电压(即积分器119的输出)继续上升，如图2c线40所示。积分电路119的输出端的电压施加到比较电路124的正输入端。当比较电路124的正输入端的电压上升到在比较电路124的负输入端设定的一个预定水平或阈值(用图2c的线38表示)时，由比较电路124产生一个输出信号，以便触发一个分流装置，例如SCR128。这发生在t₂(见图2c)。当SCR128被触发时，流向闪光管103的一部分电流通过与SCR128串联的一个电阻器129而被分流。结果，供给闪光管103的电能通过电阻器129分流一部分而减少。于是，由闪光管103发出的光能减少，结果，在时间t₂，由闪光管103发出的光能开始稳定下来(如图2d的线42所示)，随后将下降。在节点104处的电压也因此按照比不提供分流时的下降速度(见图2a的线32)更快的速度(见图2a的线30)下降。通过从闪光管103分流一部分电流，由闪光管103产生的光能也将按照比不提供分流时的下降速度(见图2b线36)更快的速度(见图2b线34)下降，并且使上述的闪光管103性能下降减缓。

闪光电路100的目前最优选的结构示于图3中。

一种包括一个由晶体三极管202、电阻器204和电容器206构成的常规反馈振荡器的交流(A.C.)发生器201产生一个A.C.信号，该信号加到变压器208的初级绕组上，于是在变压器的次级绕组提供一个升高的电压。变压器208的次级绕组上的电压通过整流二极管212加到连接在节点214和216之间的充电电容器210上。

充电电容器210两端的电压是被由电阻器218、二极管220和电阻器222构成的分压电路217控制的。分压电路217的节点223处的电压加到比较电路224的正输入端上。对照通过由电阻226器(可变的)、228、230和232构成的分压电路225从一个电压源(12V直流电压)得到的基准电压对该电压进行监控。比较电路224的输出通过由电阻器234、晶体管236和电阻器238构成的驱动电路加到一个电流开关(例如SCR233)上。当充电电容器210两端的电压上升到一个如由分压电路225所设定的预定的电压值(一般为270V)时，使SCR233导通。一个由二极管242、电容器244和电阻器246构成的常规的“缓冲网络”239用来防止SCR233的门极上出现电压尖峰脉冲。

当SCR233导通时，它在与变压器250的初级绕组相连接的电容器248上产生了一个电压降。在变压器250的初级绕组上的电压降在变压器250的与闪光管252的触发电极251相连的次级绕组引起了相应的电压上升。当闪光管252的触发电极251上的电压上升到一个预定的电压值(一般为15KV)时，闪光管252中的气体被电离，闪光管252使存储在电容器210中的电荷放电并且发光。

当闪光管252放电时，由晶体管254切断振荡器201，而该晶体管254是由晶体管256响应比较电路224的输出端的电压驱动的。二极管258和电阻器260和262组合起来工作，以便在闪光管252放电时提供一种用于保持SCR导通的滞后。

由闪光管252发出的光被一个包括一个光电检测器(例如光电晶体管266)的监测电路264接收。光电晶体管266响应发射光产生一个电流，该电流是由闪光管252所产生的光的强度的函数，该电流的归一化幅值可以由一个电阻器278控制。

由一个电阻器270和一个电容器272组成的积分电路268对由光电晶体管266所产生的电流进行积分。随着对该电流的积分，电容器272上的电压升高。这样，电容器272上的电压是光强度以及发光持续时间的函数。电容器272上的电压加到比较电路274的第一输入端。比较电路274的第二输入端与一个基准电压相连，该基准电压是通过由可变电阻器280和电阻器282、276和232组成的分压电路，由所述电压源提供的。

比较电路274的输出用于控制电流开关，例如SCR284。比较电路274的输出端处的电阻器286是一个拉起电阻。电容器288和二极管290一起组成一个防止在SCR284的门极出现尖峰脉冲的缓冲电路。

随着对光电晶体管266所产生的电流的积分，比较电路266的第一输入端上的电压升高。当比较电路266的第一输入端上的电压达到所述基准电压值时，由比较电路274产生一个信号，使SCR284导通。当SCR导通时，它从闪光管251分流走一些电流。该电流通过电阻器285(在该实施例中其电阻值约为10欧姆)并被该电阻分流。参看图7，如果闪光管103或251的电流不按本发明进行分流，则如线7a所示，光输出将按最大输出水平开始进行。然而，光输出随着已完成的闪光第次的增加而逐渐降低，直至它低于一个优选值。然而，如果使光输出根据本发明进行分流，则如图中线7b所示那样，低于最大值，但仍在优选值7c和7d之间，使光输出保持在优选值7c和7d之间将使使用期限延长，如线7b所示那样。

根据本发明的闪光灯装置还可以有效地在多种装置(例如美国专利5,151,595(′595专利)中所公开的那些装置)中用来提供闪光。上述这份美国专利作为参考被本发明引用。

图4a-4c是成像装置10的方框图，每一个这样的装置都具有一个支撑一个红外图像形成层13的衬底12(例如，可见′595专利)。成像装置10的光源是由实施本发明的闪光管装置提供的。该闪光管装置包括一个闪光管14，该闪光管从一个电源接收电能并根据所获得的电能发射可见光闪光，以便使红外层13产生潜热性能，将可见光转变为远红外光。

可见光的闪光如上所述那样是通过用电源16为一个电容器(没有示出)充电达到一个预定的电压而产生的。当该电容器充电至所述预定电压时，由触发电路18将一个触发信号加到闪光管14的触发电极上，引起闪光管14放电。在放电过程中，闪光管14发出可见闪光。由闪光管14发出的光向监测电路22监测。

监测电路22可以对所述光进行监测，或者是通过直接检测由闪光管14发出的光(如图4a所示)，或者是通过检测由衬底12反射的光(如图4b所示)。如果所述光是通过检测由衬底12反射的光来被监测的，那么在衬底12上要预先保留一个不被红外图像形成层13覆盖的特殊区域26以便进行反射。这是为了保证所述光从一块不受层13影响的具有预定反射性能的区域上反射。

现在参照图4c，另一种监测由闪光管14发射的光量的方法是提供一种光敏化材料24，例如光致变色材料，这种材料可以实时地改变光波长。而后，用一个检测装置28检测光敏化材料中的变化，所述检测装置28响应检测到的光向监测电路22发送一个信号。

当监测电路22检测出一个预定量的光业已由闪光管14发出时，它启动电路20，以便减少供给闪光管14的电能。减少供给闪光管14的电能是通过由闪光管14分流出一部分电流，使这部分分流出的电流通过例如分流电阻器。

描述以上这些实施例的目的是为了说明本发明。显然，对本领域普通专业人员来讲还可以对以上实施例作出某些改进和变化。

例如，不对由所述光电检测器产生的电流进行积分，而是通过固定由所述闪光管发射光的持续时间可以固定由闪光管14产生的光量。参看图5，由闪光管14发出的光被一个监测器22′接收，该监测器响应发射光启动一定时器。当该定时器到达预定值时，将一个信号输送给分流电路20，以便从闪光管14中分流所述电流。

一种用于延长所述闪光管的有效使用期限的可供选择的技术是将所述充电电容器的充电电压设定为最小需要电平。例如，在前述的应用场合，最初将充电电压设定得使闪光管发射的光能量恰好为1500BWPS。参照图6，提供一个计数器21，以便计算由闪光管14产生的闪光次数。这可以通过监测由闪光灯管14发出的光或者监测业已进行的充、放电次数来完成。将计数器21连接到为增加充电电容器充电电压而工作的电路19上。这就是说，充电电压随着闪光管14已经产生的闪光次数自动上升(例如，当所述闪光管已发出n次闪光时，将触发电路的基准电压提高m伏特)再参看分别在图1和图3中所示的电路，增加所述充电电压可以通过提高所述触发电路的基准电压来完成。然而，尽管可以使闪光管14的使用期限延长，但是，这种构造将不能在闪光管14的整个使用期限内按照一种受控方式控制由所述闪光管发射的光量。

因此，显然还可以对以上实施例作出某些改进和改变。然而，如同在后面的权利要求书中所限定的那样，任何这样的变化和改进也都在本发明的范围内。

Claims (39)

1、一种闪光装置，该装置包括：

一个电能源；

一个响应所述电能发光的闪光管；以及

一个响应所述闪光管的发光量调节所述电能的调节机构。

2、根据权利要求1所述的闪光装置，还包括用于监测由所述闪光管发射的光的监测机构并且其中所述调节机构响应所述监测机构调节电能。

3、根据权利要求2所述的闪光装置，其中所述监测机构包括用于响应由所述闪光管发射的光的强度产生电信号的机构。

4、根据权利要求3所述的闪光装置，还包括一个用于计算由所述闪光管发射的光的强度和持续时间的函数的积分电路。

5、根据权利要求2所述的闪光装置，其中所述监测机构包括用于监测由所述闪光管发光的持续时间的机构。

6、根据权利要求1所述的闪光装置，其中所述调节机构包括一个用于分流供给所述闪光管的电荷的分流电路。

7、根据权利要求6所述的闪光装置，其中所述分流电路包括一个响应所述监测机构、分流所述闪光管的电流并使分流出的电流流过电阻的SCR。

8、根据权利要求1所述的闪光装置，其中所述调节机构包括用于随着从所述闪光管发射的光增加供给所述闪光管的电能的机构。

9、一个闪光装置，该装置包括：

一个包括一个用于储存电荷的电容器的电能源；

一个响应所述储存在所述电容器中的电荷而发光的闪光管；

一个用于在储存在所述电容器中的电荷达到一个预定值时触发所述闪光管的触发电路；

用于监测由所述闪光管发出的光的机构，该机构包括一个用于计算由所述闪光灯发射的光的强度和持续时间的函数的积分电路；以及

响应所述监测机构、用于调节供给所述闪光管的电能的机构，该机构包括用于分流供给所述闪光管的电能的机构，所述分流机构包括一个用于分流储存在所述电容器中的所述电荷并使所述分流出的电荷流过电阻的电流开关。

10、一种图象复制装置，该装置包括：

一个衬底；

一个位于衬底上的图像，该图像响应照射在其上的可见光、以便将被照射的可见光转变为红外光；

一个将可见光脉冲加到所述衬底之上的图像上的如权利要求1所述的闪光装置，对所加的脉冲强度和持续时间进行控制，以便将所述脉冲转变为所述图像的红外线拷贝，所述闪光装置包括：

一个电能源；

一个响应所述电能源发光的闪光管；

用于响应所述闪光管的发光调节所述电能的机构；以及

一个响应所述红外线拷贝使所述图像的可见光拷贝显影的图像形成层。

11、根据权利要求10所述的装置，还包括用于监测由所述闪光管发射的光的机构，并且其中所述调节机构响应所述监测机构调节所述电能。

12、根据权利要求11所述的装置，其中所述监测机构包括用于响应由所述闪光管发射的光的强度而产生一个电信号的机构。

13、根据权利要求12所述的装置，还包括一个用于计算由所述闪光管发射出的光的强度和持续时间的函数的积分电路。

14、根据权利要求11所述的装置，其中所述监测机构包括用于监测从所述闪光管发射光的持续时间的机构。

15、根据权利要求10所述的装置，其中所述调节机构包括一个用于分流供给所述闪光管的电能的分流电路。

16、根据权利要求15所述的装置，其中所述分流电路包括一个响应所述监测机构、用于将电流从所述闪光管分流出并使分离出的电流流过电阻的SCR。

17、根据权利要求10所述的装置，其中所述调节机构包括用于随着由所述闪光管发射的光增加供给所述闪光管的电能的机构。

18、一种用于复制原始图像的装置，该装置包括：

一个用于将可见光加到原始图像上的闪光装置，该闪光装置包括：

一个电能源；

一个响应所述电能发光的闪光管；和

一个用于响应所述闪光管的发光调节所述电能的机构；

响应来自受到可见光的作用原始图像的能量、用于产生与所述原始图像相关的红外光能图样的机构；以及

用于响应红外光能量的图样、使所述原始图像的可见光拷贝显影的热成像机构。

19、根据权利要求1 8所述的装置，还包括用于监测由所述闪光管发射的光的机构，并且其中所述调节机构响应所述监测机构调节所述电能。

20、根据权利要求19所述的装置，其中所述监测机构包括用于响应从所述闪光管发射的光的强度产生一电信号的机构。

21、根据权利要求19所述的装置，还包括用于计算从所述闪光管发出的光的强度和持续时间函数的积分电路。

22、根据权利要求19所述的装置，其中所述监测机构包括用于监测所述闪光管发光的持续时间的机构。

23、根据权利要求18所述的装置，其中所述调节机构包括用于分流出供给所述闪光管的电荷的分流电路。

24、根据权利要求23所述的装置，其中所述分流电路包括一个响应所述监测机构、用于将电流从所述闪光管分流出并且使分离出的电流流过电阻的SCR。

25、根据权利要求18所述的装置，其中所述调节机构包括用于随着从所述闪光管发射的光增加供给所述闪光管的电能的机构。

26、一个成像游戏卡装置，该装置包括：

接收机构；

一个卡，该卡包括：

一个印有红外辐射油墨图样的衬底；以及

一个为了在所述卡被插入所述接收机构前将所述油墨掩蔽成用肉眼看不见而沉积在所述衬底的整个表面上面的热敏层；以及一个光源，所述光源包括：

一个电能源；

一个响应所述电能发光的闪光管；以及

用于响应所述闪光管的发光调节所述电能的机构。

27、根据权利要求26所述的装置，还包括用于监测所述闪光管发出的光的机构，其中所述调节机构响应所述监测机构调节所述电能。

28、根据权利要求27所述的装置，其中所述监测机构包括用于响应从所述闪光管发射的光的强度、产生一电信号的机构。

29、根据权利要求28所述的装置，还包括一个用于计算从所述闪光管发射光的强度和持续时间的函数的积分电路。

30、根据权利要求27所述的装置，其中所述监测机构包括用于监测所述闪光管发射光的持续时间的机构。

31、根据权利要求26所述的装置，其中所述的调节机构包括一个用于分流出供给所述闪光管的电荷的分流电路。

32、根据权利要求31所述的装置，其中所述分流电路包括一个响应所述监测机构、用于将电流从所述闪光管分流出并且使分流出的电流流过电阻的SCR。

33、根据权利要求32所述的装置，其中所述调节机构包括用于随着从所述闪光管发射的光增加供给所述闪光管的电能的机构。

34、一种操纵闪光管的方法，该方法包括以下步骤：

供给所述闪光管电能以便使该闪光管发光；

监测所述闪光管发出的光；

响应所述监测步骤调节供给所述闪光管的电能。

35、根据权利要求34所述的方法，其中所述调节步骤包括分流出供给所述闪光管的电能的步骤。

36、根据权利要求34所述的方法，其中所述监测步骤包括累加从所述闪光管发射光的步骤。

37、根据权利要求36所述的方法，该方法还包括响应所述闪光管发出的光产生电流和测定所产生的电流对时间的积分的步骤。

38、根据权利要求34所述的方法，其中所述监测步骤包括测定所述闪光管发射光持续时间的步骤。

39、根据权利要求34所述的方法，其中所述电能是通过在所述闪光管两极间施加充电电压来提供的，并且所述调节步骤包括连续地调节所述充电电压的步骤。

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