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Elektronische Blitzlichtvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine elektronische Blitzlichtvorrichtung, die
ein Blitzlicht abgeben kann, dessen Intensität während einer vorgegebenen Zeitspanne
nach Beginn desselben konstant gehalten werden kann. Eine derartige Blitzlichtvorrichtung
kann zur Beleuchtung eines zu fotografierenden Objekts vor der eigentlichen Belichtung
verwendet werden, um für die nachfolgende Blitzlichtaufnahme die richtige Belichtung
zu ermitteln.
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Die Blitzlichtvorrichtung kann ferner mit einer Kamera mit Brennebene
- Verschluß, oder mit einer Kamera mit Schlitzverschluß verwendet werden, um ein
fotoqrafisches Objekt zu beleuchten, während sich ein Schlitz
vor
einem Film bewegt.
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Eine derartige elektronische Blitzlichtvorrichtung wurde bereits durch
die offengelegte japanische Patentanmeldung 47-27 527 beschrieben. Die bekannte
Anordnung besteht im wesentlichen aus einer Xenon-Röhre als Blitzlichtröhre und
einem Schaltelement, das in Reihe zur Xenon-Röhre liegt, einem Hauptkondensator,
der parallel zur Xenon-Röhre und dem Schaltelement liegt und der die elektrische
Energie zum Zünden des Blitzes liefert, wobei ein Hilfskondensator parallel an die
Xenon-Röhre angeschlossen ist. Während der Lichtabgabe durch die Xenon-Röhre wird
das Schaltelement durch eine zusätzlich vorgesehene Steuereinrichtung periodisch
ein- und ausgeschaltet, um elektrische Energie vom Hauptkondensator der Xenon-Röhre
zuzuführen. Während das Schaltelement zur Unterbrechung der Energiezufuhr abgeschaltet
ist, wird der zusätzliche Kondensator über die Xenon-Röhre entladen, um diese einzuschalten,
so daß die Intensität des von der Xenon-Röhre abgegebenen Lichts im wesentlichen
über eine vorgegebene Zeitspanne konstant gehalten wird. Jedoch muß in der Schaltung
einer derartigen elektronischen Blitzlichtvorrichtung das Schaltelement einen endlichen
Innenwiderstand aufweisen, der im eingeschalteten Zustand nicht Null ist, damit
die gewünschte Lichtemissionskennlinie erhalten wird. Dies ist darin begründet,
daß die Spannung an den Klemmen der Xenon-Röhre niedriger sein muß, als die Spannung
am Hauptkondensator, damit die Xenon-Röhre während einer vorgegebenen Zeitspanne
mit konstanter Lichtintensität unter Verwendung der im
Hauptkondensator
gespeicherten Energie gezündet wird.
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Bei der genannten elektronischen Blitzlichtvorrichtung ist es notwendig,
daß das Schaltelement,das in Reihe mit der Xenon-Röhre liegt, eine Widerstandskomponente
aufweist, damit an die Xenon-Röhre eine Spannung angelegt wird, die niedriger als
jene des Hauptkondensators ist. Bei der bekannten elektronischen Blitzlichtvorrichtung
tritt unvermeidlicherweise ein Energieverlust am Schaltelement auf, der nicht durch
die Lichtemission bedingt ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische
Blitzlichtvorrichtung der eingangs aufgeführten Bauart zu schaffen, die einen hohen
Wirkungsgrad ohne Energieverlust aufweist.
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Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß eine Serienschaltung
einer Xenon-Röhre,einer Induktivität und eines Schaltelements parallel zum Hauptkondensator
liegt, um die Energie zum Zünden des Blitzes zu speichern und daß eine Diode parallel
zu der Reihenschaltung von Xenon-Röhre und Induktivität liegt, wobei das Schaltelement
abwechselnd aus- und eingeschaltet wird, um dem Hauptkondensator intermittierend
elektrische Energie zu entnehmen, wobei das Ein- und Ausschalten des Schaltelements
im Einklang mit der Intensität des von der Xenon-Röhre abgegebenen Lichts gesteuert
wird, so daß die abgegebene Lichtintensität näherungsweise konstant gehalten wird.
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Entsprechend der vorausgehend aufgeführten Anordnung wird die durch
Subtraktion der Spannung an der Xenon-Röhre von der Spannung am Hauptkondensator
verbleibende Spannung der Induktivität zugeführt, während das Schaltelement eingeschaltet
ist, wobei die elektrische Energie in der Induktivität gespeichert und anschließend
freigegeben und über die Diode der Xenon-Röhre zugeführt wird, wenn das Schaltelement
ausgeschaltet ist. Im Gegensatz zur bekannten Vorrichtung, welche einen Leistungsverbrauch
am Schaltelement verursacht, weist die vorliegende, erfindungsgemäße Anordnung einen
erheblich verbesserten Wirkungsgrad im Einsatz der Energie im Hauptkondensator für
die Lichtemission der Xenon-Röhre auf.
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Falls ein Kondensator zusätzlich parallel zur Xenon-Röhre geschaltet
wird, so wird die vom Hauptkondensator an den zusätzlichen Kondensator während der
Einschaltung des Schaltelements abgegebene Energie an die Xenon-Röhre entladen,
während das Schalteement abgeschaltet ist, wodurch die Einschalt- und Ausschaltintervalle
des Schaltelements zwecks leichter Steuerung länger sein können. Obgleich die Intensität
des abgegebenen Lichts sich abhängig vom Einschalten und Ausschalten des Schaltelements
ändert, kann das emmitierte Licht als Licht von im wesentlichen konstanter Intensität
betrachtet werden, wenn der Zyklus der Intensitätsänderungen verhältnismäßig rasch
im Vergleich zur Verschlußgeschwindigkeit erfolgt, und beispielsweise einen Wert
von 100/usec aufweist.
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Somit wird im Einklang mit der vorliegenden Erfindung ein sehr hoher
Wirkungsgrad bei der Lichtabgabe eines elektronischen Blitzes von konstanter Intensität
während einer vorgegebenen Zeitspanne erreicht. Darüberhinaus kann, da das Schaltelement
keinen Energieverbrauch benötigt, ein kompaktes, kostengünstiges Schaltelement mit
kleiner zulässiger Verlustleistung verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Steuerschaltung
zur Steuerung des Schaltelements im Einklang mit der Intensität des Blitzlichts
ein Hystereseverhalten auf, so daß das Schaltelement abgeschaltet oder nichtleitend
gemacht wird, wenn die Lichtintensität einen gegebenen ersten Pegel erreicht oder
überschreitet und das Schaltelement eingeschaltet oder wieder leitend gemacht wird,
wenn die Lichtintensität auf einen oder unter einen gegebenen zweiten Pegel,der
niedriger als der erste Pegel ist, abfällt. Dann bleibt das Schaltelement leitend,
bis die Lichtintensität den höheren ersten Pegel erreicht oder überschreitet. Somit
hält das Schaltelement seinen leitenden oder nichtleitenden Zustand aufrecht, während
sich die Lichtintensität in dem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel
verändert. Bei dieser Anordnung kann die Lichtintensität sich mit einer längeren
Periode ändern als in einem Fall, wo ein einziger Bezugspegel für die Schaltersteuerung
verwendet wird.
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Die Uberwachung der Intensität des Blitzlichts braucht nicht nur durch
unmittelbares Messen des Blitzlichts zu
erfolgen, sondern kann
auch durch Erfassen der Spannung an der Blitzlichtröhre oder des dieser zugeführten
elektrischen Stroms erfolgen. Im letzten Fall kann die überwachungsschaltung innerhalb
eines Schaltungsbausteins für den Blitzlichtkreis angeordnet sein und benötigt kein
äußeres Bauelement,wie die Fotozelle, die außerhalb eines derartigen Schaltungsbausteins
angeordnet sein muß und für ihre Anordnung eine zusätzliche Haltestruktur erfordert.
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Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Kurvendarstellung zur Verdeutlichung der Lichtabgabeeigenschaften einer
erfindungsgemäßen elektronischen Blitzlichtvorrichtung, Fig. 3 ein Schaltbild einer
Ausführungsform der in der Schaltung nach Figur 1 verwendeten Steuerschaltung, Fig.
4 - 5 Schaltbilder von Stromkreisen zur Ermittlung eines der Intensität abgegebenen
Lichts entsprechenden Signals, Fig. 6 eine abgeänderte Ausführungsform einer über
wachungsschaltung nach Fig. 1, Fig. 7 Eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der
Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 6 und
Fig. 8 eine Ausführungsform
einer Schaltung, in welcher der Transistor nach Fig. 1 durch einen Thyristor ersetzt
ist.
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Gemäß Figur 1 liegen eine Xenon-Röhre 5 als Blitzlichtquelle, eine
Induktivität 6 und ein Widerstand 9 in Reihe an den Klemmen eines Hauptkondensators
4, wobei ein Kondensator 8 parallel zur Xenon-Röhre 5 geschaltet sein kann, wie
dies gestrichelt eingetragen ist. Der Kondensator 8 ist vorgesehen, um die Periode
L der änderungen der Lichtintensität der Xenon-Röhre 5 zu verlängern und muß nicht
unbedingt vorhanden sein. Eine Diode 7 liegt parallel zur Reihenschaltung von Xenon-Röhre
5 und Induktivität 6, wobei die Polarität der Diode entgegengesetzt zur Stromrichtung
vom Hauptkondensator 4 zur Blitzlichtröhre 5 ist.
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Ein fotoelektrisches Element 11 nimmt unmittelbar das von der Xenon-Röhre
5 abgegebene Licht auf, um einen fotoelektrischen Strom als Funktion der Intensität
des abgegebenen Lichts zu erzeugen. Eine Steuerschaltung 10, an die das fotoelektrische
Element 11 angeschlossen ist, besteht hauptsächlich aus einem Schalterkreis, wie
beispielsweise einem Schmitt-Trigger, der sich zur Verwendung in einer Kamerabelichtungssteuerung
eignet und eine solche Systerese-Charakteristik aufweist, daß der Steuerkreis 10
ein Steuersignal erzeugt, um den Transistor 9 abzuschalten, wenn die Intensität
des von der Xenon-Röhre 5
abgegebenen. Lichts einen ersten vorgegebenen
Pegel erreicht oder überschreitet, und um diesen Transistor einzuschalten, wenn
die Intensität des abgegebenen Lichtes auf einen zweiten vorgegebenen Pegel oder
unterhalb desselben abfällt, wobei der zweite Pegel niedriger als der erste ist.
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Wird im Betrieb der Leistungsschalter 2 eingeschaltet, wo gelangt
elektrische Energie von der zur Stromversorgung dienenden Batterie 1 über einen
Zwischenkreis 3, wie beispielsweise einen Gleichspannungswandler,zum Hauptkondensator
4, um diesen auf eine vorgegebene Spannung von beispielsweise 300 V aufzuladen.
Darüberhinaus ist vor dem Zünden der Blitzlichtröhre 5 die Ausgangsspannung des
Spannungskomparators 10 auf einem "hohem" Pegel, wobei der Transistor 9 eingeschaltet
ist.
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Wird die Xenon-Röhre 5 in üblicher Weise über eine nicht dargestellte,
bekannte Triggereinrichtung getriggert, so beginnt sie ihre Lichtabgabe, die durch
eine Entladung des Hauptkondensators 4 zur Xenon-Röhre 5 begleitet wird.
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Beim Ansteigen des Entladestroms steigt die Intensität des abgegebenen
Lichts ebenfalls an. Zu diesem Zeitpunkt wirkt die Induktivität 6 zur Verzögerung
des Anstiegs der Intensität des abgegebenen Lichts und speichert Energie in Form
eines Magnetfelds. Erreicht die Intensität des von der Xenon-Röhre 5 abgegebenen
Lichts einen ersten vorgegebenen Pegel, so wird die Ausgangsspannung des Spannungskomparators
10 in einen niedrigen" Pegel umgewandelt, wodurch der Transistor 9 abgeschaltet
wird. Somit wird die Entladung
des Hauptkondensators 4 unterbrochen,
jedoch werden zu diesem Zeitpunkt die im Kondensator 8 und in der Induktivität 6
gespeicherte Elektrizität an die Xenon-Röhre 5 abgegeben', wodurch die Intensität
des abgegebenen Lichts sich allmählich erniedrigt, ohne plötzlich auf Null abzufallen.
Erreicht die Intensität des abgegebenen Lichts einen zweiten vorgegebenen Pegel,
der niedriger als der erste Pegel ist, so wird der Transistor 9 erneut eingeschaltet
und veranlaßt eine Erhöhung der Intensität des abgegebenen Lichtes. Dieser Vorgang
wiederholt sich, bis die Spannung des Hauptkondensators 4 unter den Pegel sinkt,
der den Betrieb der Xenon-Röhre 5 aufrecht erhält. Somit wird die Intensität des
abgegebenen Lichtes im wesentlichen über eine vorgegebene Zeitspanne konstant gehalten.
Figur 2 zeigt die Lichtemissionseigenschaften einer Xenon-Röhre 5, die durch die
Schaltung nach Figur 1 gesteuert wird. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der
Konstanten der Schaltung nach Figur 1 hat der Hauptkondensator 4 eine Kapazität
von 100,uF und wird auf 300 V aufgeladen, der Wert der Induktivität 6 ist 500 TH,
die Kapazität des Kondensators 8 beträgt 5XuF und die Entladeströme der Xenon-Röhre
5 entsprechend einem ersten Helligkeitspegel L1 und einem zweiten Helligkeitspegel
L2 sind jeweils 4,5 A und 4 A.
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Die Periode der in Figur 2 dargestellten Sägezahnspannungsquelle ist
näherungsweise 100 sec und die Dauer D der Lichtemission ist näherungsweise 20'sec.
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Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung 10 nach
Figur 1 mit Hystereseverhalten. In Figur 3 bilden
die Reihenschaltung
aus Widerstand 12 und Zenerdiode 13 einen Konstantspannungskreis zur Erzeugung einer
konstanten Spannung an der Zenerdiode 13. Ist der Spannungspegel am Eingang 14a
niedriger als der Spannungspegel am Eingang 14b, so erzeugt der Spannungskomparator
14 einen "hohen" Spannungspegel wodurch die Transistoren 9 und 15 eingeschaltet
werden. Ist dagegen der Spannungspegel am Eingang 14a höher als jener am Eingang
14b, so ist der Spannungspegel des Spannungskomparators 14 "niedrig", wodurch die
Transistoren 9 und 15 abgeschaltet werden. Der Transistor wird ab und "ein" geschaltet,
abhängig von einem "ein" und "ab" schalten des Transistors 15. Der Schaltvorgang
des Transistors 16 bewirkt, daß sich die Spannung an der Klemme 14b zwischen einem
ersten Pegel1 der durch die Widerstandswerte der Widerstände 17 und 19 bestimmt
ist,und einem zweiten Pegel, der durch den Widerstandswert des Widerstands 19 und
die kombinierten Widerstandswerte der parallel geschalteten Widerstände 17 und 18
bestimmt ist, ändert. Ein Widerstand 20 empfängt einen fotoelektrischen Strom vom
fotoelektrischen Element 11 und erzeugt dabei an seinen Klemmen eine Spannung, die
der Intensität des von der Xenon-Röhre 5 ausgesandten Lichts entspricht.
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Wird im Betrieb der Anordnung nach Figur 3 die Xenon-Röhre gezündet,
nachdem der Hauptkondensator 4 auf einen vorgegebenen Spannungspegel geladen wurae,
so tritt eine der Intensität des von der Xenon-Röhre abgegebenen Lichts entsprechende
Spannung am Widerstand 20 auf und wird an
den Eingang 14a des Spannungskomparators
14 gegeben.
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Zunächst ist der Spannungspegel 14 des Eingangs 14a niedriger als
jener des Eingangs 14b, wodurch der Ausgang 14c des Spannungskomparators 14 auf
einem "hohen" Pegel liegt, womit die Transitoren 9 und 15 eingeschaltett*-erden
und der Transistor 16 ausgeschaltet wird. In diesem Falle ist der Eingang 14b des
Spannungskomparators 14 auf dem -ersten Spannungspegel,der durch Entspannungsteiler
geliefert wird, der aus den Widerständen 17 und 19 besteht.
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Wenn die Intensität des von der Xenon-Röhre abgegebenen Lichts soweit
ansteigt, daß der Spannungspegel am Eingang 14a den ersten Pegel erreicht oder überschreitet,
so wird der Ausgangspegel des Spannungskomparators 14 auf einen "niedrigen"Pegel
umgewandelt und die Transistoren 9 und 15 werden infolgedessen abgeschaltet und
der Transistor 16 eingeschaltet. Somit wird das Potential am Eingang 14b auf den
zweiten Pegel geändert, der niedriger als der erste Pegel infolge des kombinierten
Widerstandswerts der parallel zueinander liegenden Widerstände 17 und 18 ist.
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Gleichzeitig wird die Entladung des Hauptkondensators 4 zur Xenon-Röhre
durch das Abschalten des Transistors 9 gesperrt, so daß sich die Intensität des
von der Xenon-Röhre abgegebenen Lichts allmählich verringert. Sinkt die Intensität
des abgegebenen Lichts auf oder unter den zweiten Pegel, so ändert sich der Ausgang
des Spannungskomparators 14 wieder auf den "hohen" Pegel, wodurch die Transistoren
9 und 15 eingeschaltet werden. Somit wird die Leistungsabgabe vom Hauptkondensator
4 zur Xenon-Röhre 5 erneut aufgenommen, wodurch die Intensität des abgegebenen Lichts
ansteigt.
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Auf diese Weise wird der beschriebene Vorgang wieder holt.
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Figur 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfassungs- oder
Überwachungsschaltung für den abgegebenen Lichtpegel, wobei in Reihe liegende Widerstände
23 und 24 zur Erzeugung einer Spannung entsprechend der Spannung an den Klemmen
der Xenon-Röhre 5 verwendet werden. Diese Widerstände werden anstelle der fotoelektrischen
Einrichtung nach Figur 3 zur Erfassung des Intensitätspegels des von der Xenon-Röhre
5 abgegebenen Lichts verwendet. Die Schaltung 22 stellt einen Schalterkreis mit
Hystereseverhalten dar und ist ähnlich wie der Steuerkreis 10 nach Figur 3 ausgebildet.
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Figur 5 zeigt eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Schaltung
zum Erfassen der Intensität des von der Xenon-Röhre abgegebenen Lichts. In der Schaltung
wird am Widerstand 25 eine Spannung entsprechend dem in die Xenon-Röhre 5 fließenden
Strom erzeugt, wobei der Widerstand 25 in Reihe mit der Xenon-Röhre 5 liegt. Diese
Spannung wird durch eine Schaltung 26 überwacht,um die Lichtemission der Xenon-Röhre
5 zu steuern. Die Schaltung 26 kann identisch wie die Schaltung 22 nach Figur 4
ausgebildet sein.
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Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Steuerschaltung 10.
Gemäß Figur 6 wird eine Spannung, die proportional der Intensität des von der Xenon-Röhre
abgegebenen
Lichts ist, dem einen Eingang 28a des Spannungskomparators 28 über die Serienschaltung
einer Fotodiode 11 und eines Widerstands 29 zugeführt, während eine Dreieckwellenspannung
vorgegebener Frequenz eines Dreieckwellengenerators 27 dem anderen Eingang 28b zugeführt
wird. Bei diesem Schaltungsaufbau ist die Zeitspanne, während welcher die Ausgangsspannung
des Spannungskomparators 28 sich auf einem "hohen" Pegel befindet, kurz, wenn die
Intensität des von der Xenon-Röhre immitierten Lichts groß ist, und umgekehrt bei
geringer Intensität lang. Infolgedessen gibt die Xenon-Röhre 5 einen Durchschnitts-Lichtwert
mit näherungsweise konstanter Intensität im Einklang mit der Periode des Dreieckwellenspannungssignals
während einer vorgegebenen Zeitspanne ab. Die Fotodiode nimmt dabei Licht von der
Xenon-Röhre auf.
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Figur 8 stellt eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform dar,
bei der eine Steuerschaltung mit einem Thyristor als Schaltelement anstelle eines
Transistors verwendet wird. Figur 41 wird als Schaltelement anstelle des Transistors
9 der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform verwendet. Eine Schaltung, die
die Widerstände 37 und 39, den Kondensator 38 und den Thyristor 40 enthält, bildet
einen Unterbrecherkreis für einen Transistor 41. Die Steuerschaltung 10 hat den
gleichen Aufbau wie die Schaltung 10 der rigur 1.
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Beim Betrieb liegt, wenn die Xenon-Röhre 5 zur Lichtabgabe getriggert
wird, die Ausgangsspannung der Steuerschaltung 10 auf einem "hohen" Pegel und der
Thyristor 41 ist eingeschaltet
und veranlaßt eine Erhöhung der
Intensität des abgegebenen Lichts. Überschreitet die Intensität des abgegebenen
Lichts einen ersten vorgegebenen Helligkeitspegel, so nimmt die Ausgangs spannung
der Steuerschaltung 10 einen "niedrigen" Pegel an, wodurch über eine Umkehrstufe
42 ein "hoher" Spannungspegel der Gate-Elektrode des Thyristors 40 zugeführt wird,
um diesen leitend zu machen, so daß der Unterbrecherkreis des Thyristors 41 eingeschaltet
wird, um eine Sperrspannung an die Anode und Kathode des Thyristors 41 zur Sperrung
desselben zu legen. Dadurch wird die Intensität des abgegebenen Lichtes verringert
und beim Abfallen auf den zweiten vorgegebenen Helligkeitspegel wird die Ausgangsspannung
der Steuerschaltung erneut auf einen "hohen" Pegel ungewandelt,um den Thyristor
41 zu triggern und ihn leitend zu machen. Somit wird der Thyristor 41 hinsichtlich
seines Ein- und Ausschaltens gesteuert, damit die Lichtemission während einer vorgegebenen
Zeitspanne auf einem konstanten Pegel gehalten wird.
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Es ist offensichtlich, daß die in den einzelnen Figuren dargestellten
Schaltungskomponenten austauschbar sind.
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Beispielsweise kann die Verbindung zwischen den Widerständen 23 und
24 gemäß Figur 4 oder die Verbindung zwischen dem Widerstand 25 und der Blitzlichtröhre
5 mit der Eingangsklemme 14a nach Figur 3 oder 28a nach Figur 6 verbunden werden.
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Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß weitere Abänderungen der
Erfindung möglich sind und diese werden im Rahmen der Ansprüche von derselben r..it
umfaßt.