JPH0337755B2 - - Google Patents

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JPH0337755B2
JPH0337755B2 JP16052181A JP16052181A JPH0337755B2 JP H0337755 B2 JPH0337755 B2 JP H0337755B2 JP 16052181 A JP16052181 A JP 16052181A JP 16052181 A JP16052181 A JP 16052181A JP H0337755 B2 JPH0337755 B2 JP H0337755B2
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JP
Japan
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charging
discharging
discharge
flash lamp
control circuit
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JP16052181A
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JPS5861690A (ja
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Ken Ishikawa
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP16052181A priority Critical patent/JPS5861690A/ja
Publication of JPS5861690A publication Critical patent/JPS5861690A/ja
Publication of JPH0337755B2 publication Critical patent/JPH0337755B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/30Circuit arrangements in which the lamp is fed by pulses, e.g. flash lamp
    • H05B41/34Circuit arrangements in which the lamp is fed by pulses, e.g. flash lamp to provide a sequence of flashes

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  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電体の発光波形の制御に係り、特に
パルス幅およびパルスピーク値を効率良く可変す
るパルス発光装置に関するものである。
一般に放電体を利用したパルス発光装置は各方
面で多用されており、レーザー分野でも不可欠の
ものとなつている。ところで、レーザー光はコヒ
ーレントや指向性において極めて優れた特性を有
し、このためレーザー光の発する熱エネルギーは
被照射部においてかなり効率の良い高いエネルギ
ーであるとされている。以上の様な特性により、
近来産業界では広範囲にレーザー光を使用する分
野が増えてきた。特に、精密加工の分野での利用
度は著しく、使用するレーザー装置も費用等の面
から固体レーザー装置が大半を占めている。かか
る状況下において、加工対象によりレーザー光の
照射時間や照射力等を制御する必要性が必然的に
生じており、従来その解決手段として、レーザー
物質の光励起用に使用する発光装置として放電体
(例えばフラツシユランプ等)を用いた第1図の
様な発光装置を使用していた。
以下第1図を用いてその装置を説明する。同図
において1は充電時と放電時によつて出力を制御
する出力端Aとコモン端Bをもつた充電制御回路
であり、2は印加電圧によつて放電発光する電極
Cと電極Dをもつたフラツシユランプである。ま
た、同フラツシユランプ2と充電制御回路1の間
には同充電制御回路1から順に充放電部3,4,
5および6が直列に接続されている。かかる充放
電部3,4,5および6は充放電用コンデンサー
C1,C2,C3,C4と波形整形用コイルL1,L2,L3
L4の各々1個づつの相互接続で構成されている。
この充放電部3,4,5,6の各波形整形用コイ
ルL1,L2,L3,L4は、充電制御回路1のプラス
端Aから前記フラツシユランプ2の電極C間に順
にL1,L2,L3,L4と直列に接続される。また、
充放電部3,4,5,6の各充放電用コンデンサ
ーC1,C2,C3,C4の他端は、それぞれスイツチ
X1,X2,X3,X4を介して充電制御回路1のコモ
ン端Bに接続されている。図中7はレーザー物質
であり、フラツシユランプ2の発光に応動して光
励起されレーザー光を発する。さらに、このレー
ザー物質7の光軸上に一方は完全鏡面、他方は半
鏡面の一対の共振器ミラー8が前記レーザー物質
7を介して向かい合う様に設置されている。
而して、以上のような装置において充電制御回
路1から電圧を出力して各充放電部3,4,5,
6に充電した後、その充電電圧を放電することに
よつてフラツシユランプ2に印加し、これによつ
てフラツシユランプ2から放電時間に応じたパル
ス幅のパルスを発光するようにしている。なお、
充電制御回路1は、充放電部3,4,5,6の放
電時には同充放電部3,4,5,6の充電を停止
する制御を行なつている。いま、スイツチX1
X2,X3が開放状態、スイツチX4が閉じた状態で
あるとすると、充放電部3,4,5は充電され
ず、充放電部6のみが充放電される。したがつ
て、フラツシユランプ2の発光時間は充放電部6
の放電時間によつて決定される。同時に、スイツ
チX1,X2が開放状態でスイツチX3,X4が閉じた
状態では、フラツシユランプ2の発光時間は充放
電部5,6の各放電時間の和によつて決定され
る。すなわち充放電部の個数によつて同フラツシ
ユランプ2の発光時間が決定される。そこで第2
図はスイツチX1,X2,X3,X4の開閉状態による
フラツシユランプ2の発光波形を示すものであ
る。なお、Hは発光出力、Tは時間を示し、H0
はパルス発光ピーク値、T1,T2,T3,T4は各パ
ルス発光の幅を示すものであり、P1はスイツチ
X4のみ閉じた状態、P2はスイツチX3,X4のみ閉
じた状態、P3はスイツチX2,X3,X4のみ閉じた
状態、P4はスイツチX1,X2,X3,X4すべて閉じ
た状態での前記フラツシユランプ2の各発光波形
を示すものである。
以上の様に第1図に示す発光装置は各スイツチ
X1,X2,X3,X4のスイツチ動作によつて、前記
充放電部3,4,5,6の使用数を変えることに
よりフラツシユランプ2の発光時間を変え、加工
対象に応じたレーザー光を得るようにしている。
ところで、以上のような構成にあつては、フラ
ツシユランプ2の発光時間に相当するパルス幅は
第2図のT1,T2,T3,T4のごとく容易に変えら
れるのであるが、発光出力に相当するパルスピー
ク値を変えるには、構成上、充電制御回路1の出
力レベルを変える方法しかない。しかしながら実
用上発光装置においては、フラツシユランプの直
前にスイツチング素子が直列に挿入されて、放電
タイミングやフラツシユランプの長寿命化を図る
いわゆるシンマーモード(Simmer Mode)動作
を行なつている。そのため充電制御回路1の出力
を変えて発光装置のパルスピーク値を変える方法
では、高いパルスピーク値を得ようとする場合、
スイツチ素子や第1図における各充放電部3,
4,5,6のコンデンサーの耐圧を相応の高耐圧
のものにしなければならない。したがつて、製造
コスト等の関係上おのずと限界があり、レーザー
装置使用の種々の加工(例えば回転体のダイナミ
ツクバランスの加工等)においてその加工上の能
率および精度を上げることは困難であつた。また
パルス幅を変える場合にも充放電部3,4,5,
6のいずれかを全く使用しない状態があり、部品
の効率的な使用面から好ましいものではない。
本発明は前記実情に鑑みて為されたもので、そ
の目的は充電電圧を上げることなくパルスピーク
値を高めることができ、かつパルス幅を効率良く
可変できるパルス発光装置を提供することにあ
る。
以下、本発明の一実施例を第3図を用いて説明
する。同図において10は充電制御を行なう出力
端a、コモン端bをもつた充電制御回路であり、
後記の各充放電部11,12,13,14が放電
を行なう時は充電を停止するようになつている。
この充電制御回路1の出力端aには逆流防止用ダ
イオード15,16,17,18の各アノード側
がそれぞれ共通接続され、同逆流防止用ダイオー
ド15,16,17,18の各カソード側はそれ
ぞれ充放電を行なう各充放電部11,12,1
3,14の充電入力端側に接続されている。かか
る各充放電部11,12,13,14はそれぞれ
2個の充放電用コンデンサーC10,C11,C12
C13,C14,C15,C16,C17、と2個の波形整形用
コイルL10,L11,L12,L13,L14,L15,L16,L17
とで構成されている。ここに、充放電部11にお
いては、波形整形用コイルL10,L11が前記逆流防
止用ダイオード15に対して直列にL10,L11の順
で接続され、充放電用コンデンサーC10が逆流防
止用ダイオード15と波形整形コイル10の接続
点から充電制御回路10のコモン端bへ、同じく
充放電用コンデンサーC11が波形整形用コイルL10
とL11の接続点から充電制御回路10のコモン端
bへそれぞれ接続されている。また、充放電部1
2においては、波形整形用コイルL12,L13が逆流
防止用ダイオード16に対して直列にL12,L13
順で接続され、充放電用コンデンサーC12が逆流
防止用ダイオード16と波形整形用コイルL12
接続点から充電制御回路10のコモン端bへ、同
じく充放電用コンデンサC13が波形整形用コイル
L12とL13の接続点から充電制御回路10のコモン
端bへそれぞれ接続されている。また、充放電部
13においては、波形整形用コイルL14,L15が逆
流防止用ダイオード17に対して直列にL14,L15
の順で接続され、充放電用コンデンサーC14が逆
流防止用ダイオード17と波形整形用コイルL14
の接続点から充電制御回路10のコモン端bへ、
同じく充放電用コンデンサーC15が波形整形用コ
イルL14とL15の接続点から充電制御回路10のコ
モン端bへそれぞれ接続されている。さらに、充
放電部14においては、波形整形用コイルL16
L17が逆流防止用ダイオード18に対して直列に
L16,L17の順で接続され、充放電用コンデンサー
C16が逆流防止用ダイオード18と波形整形用コ
イルL16の接続点から充電制御回路10のコモン
端bへ、同じく充放電用コンデンサーC17が波形
整形用コイルL16とL17の接続点から充電制御回路
10のコモン端bへそれぞれ接続されている。そ
うして充放電部11,12,13の各放電出力側
に接続された各波形整形用コイルL11,L13,L15
の各他端には3接点形スイツチS1,S2,S3の各コ
モン端子S1−a,S2−a,S3−aがそれぞれ接続
されている。これら各スイツチS1,S2,S3には各
コモン端子S1−a,S2−a,S3−aの他に、スイ
ツチS1においては第1接点S1−b、第2接点S1
c、第3接点S1−dを有し、スイツチS2において
は第1接点S2−b、第2接点S2−c、第3接点S2
−dを有し、スイツチS3においては第1接点S3
b、第2接点S3−c、第3接点S3−dを有する。
これら各スイツチS1,S2,S3にあつては、スイツ
チS1の第1接点S1−bおよび第2接点S1−cはと
もに逆流防止用ダイオード16のカソード側に接
続されている。またスイツチS2の第1接点S2−b
は逆流防止用ダイオード17のカソード側に接続
され、スイツチS3の第1接点S3−bおよび第2接
点S3−cはともに逆流防止用ダイオード18のカ
ソード側に接続されている。さらに、スイツチS1
の第3接点S1−dとスイツチS2の第2接点S2
c、第3接点S2−dとスイツチS3の第3接点S3
dとが相互接続され且つ充放電部14の放電出力
側にあたる同充放電部14の波形整形用コイル
L17の他端に接続されている。また、この充放電
部14の放電出力側にあたる波形整形用コイル
L17の他端には放電タイミングを決める単方向性
スイツチ素子19(サイリスタ等)のアノード側
が接続され、さらに同スイツチ素子19の出力側
は放電発光を行なうフラツシユランプ20の一方
の電極cに接続されている。このフラツシユラン
プ20のもう一方の電極dは充電制御回路10の
コモン端bに接続されている。さらに、同フラツ
シユランプ20内のガスを活性状態にするために
微弱放電電源21がフラツシユランプ20の電極
c,d間に安定化用抵抗22を介して接続され、
また、同フラツシユランプ20に高圧トリガーパ
ルスを与える高圧トリガーパルス発生回路(図示
せず)に接続されたトリガー電極23が同フラツ
シユランプ20に巻装されている。そして、フラ
ツシユランプ20の近傍に同フラツシユランプ2
0からの発光によつて光励起されるレーザー物質
24が配置され、このレーザー物質24の発光軸
上に、一方は完全鏡面、他方は半鏡面の一対の共
振器ミラー25がレーザー物質24を介して向か
い合う様に設置されている。また、共振器ミラー
25の半鏡面部外側の前記発光軸延長上に収光用
レンズ26を配し、さらにこの発光軸上延長上に
回転バランス加工を要する被加工物体27が回転
側面を発光側に向けて配置されている。
次に以上のように構成した装置の作用を第4図
を用いて説明する。まず、フラツシユランプ20
は高圧トリガーパルス発生回路に接続されたトリ
ガー電極23によつて印加され、且つ微弱放電電
源21によつて約100mAの電流で直流放電を行
なつており、同フラツシユランプ20の電極c,
dが常時活性状態に保たれている。また、充電制
御回路10は各逆流防止用ダイオード15,1
6,17,18を介して各充放電部11,12,
13,14への充電をそれぞれ行なう。なお、そ
の充電電圧は前記スイツチ素子19の耐電圧以下
の値である。また各充放電部11,12,13,
14の放電時には充電制御回路10から各充放電
部11,12,13,14への充電は停止され
る。そうして各充放電部11,12,13,14
の放電の形態が前記スイツチS1,S2,S3によつて
決められる。この様な状態でスイツチS1,S2,S3
の各接点状態での作用を説明すると、同各スイツ
チS1,S2,S3の各コモン端S1−a,S2−a,S3
aと各第1接点S1−b,S2−b,S3−b間がそれ
ぞれオン状態の時、各充放電部11,12,1
3,14は放電に際し直列接続となる。すなわ
ち、放電時には充放電部11は充放電部12へ放
電を行ない、この充放電部12は充放電部13へ
放電を行なう。また、この充放電部13は充放電
部14へ放電を行ない、この充放電部14からス
イツチ素子19を介して前記フラツシユランプ2
0へ放電が行なわれる。この時の放電時間は充放
電部11〜14の放電時間の総和に、放電電流は
充放電部14の放電電流に依存することになる。
この様にして放電される放電電圧は、スイツチ素
子19がオン状態になつた時、フラツシユランプ
20に印加される。そうして、このフラツシユラ
ンプ20は前記の放電時間および放電電流に応じ
た第4図に示す時間t1の幅をもつたピーク値H1
のパルス光P5を発する。次に、各スイツチS1
S2,S3の各コモン端S1−a,S2−a,S3−aと各
第2接点S1−c,S2−c,S3−c間がそれぞれオ
ン状態の時、充放電部11,12,13,14は
放電に際し、充放電部11,12の直列接続と充
放電部13,14の直列接続とが並列接続となる
形をとる。すなわち放電時には、充放電部11は
充放電部12へ放電を行ない、この充放電部12
は前記スイツチ素子19を介して前記フラツシユ
ランプ20へ放電を行なう。さらに充放電部13
は充放電部14へ放電を行ない、この充放電部1
4は前記スイツチ素子19を介して前記フラツシ
ユランプ20へ放電を行なう。よつて放電時間は
充放電部11と充放電部12の放電時の和あるい
は充放電部13と充放電部14の放電時間の和に
依存し、放電電流は充放電部12と充放電部14
の放電電流の和に依存する。この様にして放電さ
れる放電電圧は前記スイツチ素子19がオン状態
になつた時、前記フラツシユランプ20へ印加さ
れる。そして、このフラツシユランプ20は前記
の放電時間および放電電流に応じた第4図に示す
時間t2の幅をもつたピーク値H2のパルス光P6
発する。次に、スイツチS1,S2,S3の各コモン端
S1−a,S2−a,S3−aと各第3接点S1−d,S2
−d,S3−d間がそれぞれオン状態の時、各充放
電部11,12,13,14は放電に際し、相互
に並列接続となる。すなわち各充放電部11,1
2,13,14の放電はすべて前記スイツチ素子
19を介して前記フラツシユランプ20へ行なわ
れる。よつて放電時間は各充放電部11,12,
13,14の単独の放電時間に依存し、放電電流
は各充放電部11,12,13,14の各放電電
流の和に依存することになる。この様にして放電
される放電電圧は前記スイツチ素子19がオン状
態になつた時、前記フラツシユランプ20へ印加
される。そうして、このフラツシユランプ20は
前記放電時間および放電電流に応じた第4図に示
す時間t3の幅をもつたピーク値H3のパルス光P7
を発する。以上のごとく各スイツチS1,S2,S3
接点状態によつて前記フラツシユランプ20より
発せられるパルス光は第4図のごとく3種類得ら
れる。第4図においてそれぞれのパルス光の関係
はパルス幅において、 t1≒2t2≒4t3 ……(1) ピーク値においては H1≒1/2H2≒1/4H3 ……(2) の関係がほぼ成立している。この様にして得られ
たパルス光はレーザー物質24を光励起する。光
励起されたレーザー物質24は固有の波長のレー
ザー光を発し、一対の前記共振器ミラー25間で
反射をくり返す。そうして、反射光のエネルギー
があるレベルまで高められると、前記共振器ミラ
ー25の半鏡面側を通過し収光レンズ26へ向か
う。この収光レンズ26によつて集められたレー
ザー光は被加工物体27を加工する。この被加工
物体27は回転バランス加工を要するもので、図
の矢印方向へ回転している。いま仮にアンバラン
ス検出器(図示せず)等によつて前記被加工物体
27の加工部分を決め、その部分にレーザー光を
照射する場合に第4図の各パルス光を使用した時
の比較をすると、例えばパルス光P5を用いた場
合第3図に示す被加工物体27の加工される部分
○イが被加工物体27の回転中心から加工角度がθ
となつたとすると、これと等価の加工量を得るに
は前記(1)式、(2)式からパルス光P6を用いれば被
加工物体27の回転速度を2倍に、パルス光P7
を用いれば、被加工物体27の回転速度を4倍に
すれば良いことになる。したがつて被加工物体2
7の回転速度を上げることが可能となり、ダイナ
ミツクバランスの加工においては非常に精度を上
げることができる。
以上のごとく本発明によつてパルスのピーク値
を効果的に上げることにより、レーザー光利用の
加工が効率良く行なえる様になつた。なお、前記
実施例では回転バランスの加工について説明した
が、本発明を利用したレーザー光による穴あけ、
溶接、溝切り等の各加工も当然行なえる。
また、前記実施例は各充放電部の接続を接点形
スイツチで行なつたが、第5図に示す様に無接点
スイツチ(サイリスタ等)を使用しても可能であ
る。以下、第5図を用いて説明する。なお、第4
図と同一の部分は、同一符号で示し、その詳細な
説明は省略する。10は充電制御回路であり、こ
の充電制御回路10に対し、各充放電部11,1
2,13,14の直列に接続された回路が並列に
接続されている。これら各充放電部11,12,
13,14の直列回路を介してフラツシユランプ
20が充電制御回路10に対し並列接続されてい
る。また、充電制御回路10、各充放電部11,
12,13,14の各間には、アノード側を充電
制御回路10方向に向けて各逆流防止用ダイオー
ド30,31,32,33がそれぞれ接続されて
いる。そして、充放電部11の放電側と逆流防止
用ダイオード31のアノード側の接続点より前記
フラツシユランプ20の電極cへスイツチ素子3
4が、充放電部12の放電側と逆流防止用ダイオ
ード32のアノード側の接続点より前記フラツシ
ユランプ20の電極cへスイツチ素子35がそれ
ぞれ接続されている。また、充放電部13の放電
側と逆流防止用ダイオード33のアノード側の接
続点より前記フラツシユランプ20の電極cへス
イツチ素子36が、充放電部14の放電側とフラ
ツシユランプ20の電極c間にはスイツチ素子3
7がそれぞれ接続されている。ここに各スイツチ
素子34,35,36,37は単方向性のもので
あり、その通過方向はすべて前記フラツシユラン
プ20の電極cに向かうものである。そして、フ
ラツシユランプ20の電極c,d間には安定化抵
抗22を介して微弱放電電源21が接続されてお
り、さらに高圧トリガパルス発生回路(図示せ
ず)に接続されたトリガー電極23が同フラツシ
ユランプに巻装されている。また、前記フラツシ
ユランプ20の近傍にはこのフラツシユランプ2
0の発光によつて光励起されるレーザー物質24
が設置されている。さらにこの光励起されたレー
ザー物質24によつて発する光の軸上に1対の共
振器ミラー25が前記レーザー物質24を中に置
いて向かい合う様に設置されている。以上の構成
で、各スイツチ素子34,35,36,37は閉
じた状態で充電制御回路10によつて各充放電部
11,12,13,14に充電が行なわれる。ま
た、フラツシユランプ20はトリガー電極23お
よび微弱放電電源21により活性状態に保たれて
いる。かかる状態で、第4図のごとくのパルス発
光を得るには、まず、パルス発光P5を得るには、
前記スイツチ素子34,35,36を各オフ状態
に、前記スイツチ素子37のみをオン状態にすれ
ば良い。またパルス発光P6を得るには前記スイ
ツチ素子34,36を各オフ状態、前記スイツチ
素子35,37を各オン状態にすれば良い。さら
にパルス発光P7を得るには前記各スイツチ34,
35,36,37をすべてオン状態にすれば良
い。以上のごとく無接点スイツチを使用しても第
3図の回路構成と同様の作用が得られる。
なお、前記第3図、第5図に示す実施例は、本
発明の代表的パルス発光のパターンを述べたが、
他にも各充放電部の接続態様をスイツチのオン・
オフ状態の組み合せによつて変えたり、また使用
する充放電部の個数を変えたりすることによつ
て、種々の形のパルス発光が得られ、広範囲な用
途に適応できる。また、前記第3図、第5図の実
施例の様な、レーザーのノーマルパルス発振以外
にもQスイツチパルス発振用の励起光源としても
使用出来ることはもちろんである。
以上述べた様に充電電圧が一定レベルまでしか
供給されない場合でも、充電部の接続態様を変え
る事によりパルス発光のピーク値を増大すること
が出来、かつパルス発光時間の変化も効率良く行
なえる様になる。
この様に本発明によれば、従来の様に高いピー
ク値のパルスを必要とする場合にも充電電圧を上
げる必要がなく、したがつて回路に使用する部品
も耐圧の高いものに交換するという事がなくなり
製造コストの低減および価格の低減が図れる。ま
た、フラツシユランプの長寿命化を行なうシンマ
ーモード動作も、高耐圧のスイツチ素子を使用す
る必要がなく容易に行なわれる。さらに各充放電
部も種々のパルス発光波形を得るためにすべて無
駄なく活用されるため、得られるパルス発光の種
類も一段と増える。したがつて穴あけ、溝切り、
溶接などの加工用途に最適なレーザー光を作り出
すことが可能となり、例えば回転バランス加工に
おいてはより高速での加工が容易となり加工精度
の向上が容易に行なえる、また加工部に対して熱
影響層の少ないレーザー光を作り出すことが容易
であるなど、加工精度においても一層の向上がは
かれる。また、レーザー以外の各種パルス光源を
必要とするもの、例えば複写機用熱定着光源露光
光源などへの使用においても充分有効な適応が出
来るものである。以上の様な広い適応性をもち加
工精度の向上が容易に図られる付加価値の高いパ
ルス発光装置を提供出来るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のパルス発光装置の回路図、第2
図は従来のパルス発光装置によつて得られる各パ
ルス発光波形図、第3図は本発明に係わるパルス
発光装置の回路図、第4図は本発明に係わるパル
ス発光装置によつて得られる代表的パルス発光波
形図、第5図は本発明に係わるパルス発光装置を
無接点スイツチによつて構成した回路図である。 10……充電制御電源、11,12,13,1
4……充放電部、20……フラツシユランプ、2
4……レーザー物質、19,34,35,36,
37……単方向性スイツチ素子、S1,S2,S3……
3接点形スイツチ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 充電制御回路と、この充電制御回路から供給
    される電圧を充電する複数の充放電部と、この複
    数の充放電部を直列接続および並列接続の何れか
    一方又は両方に組合せ接続する切換接続手段と、
    前記複数の充放電部からの放電パルスを受けて発
    光する放電体とを備え、前記切換接続手段による
    複数の充放電部の組合せ接続によつて前記放電パ
    ルスの幅およびピーク値を可変したことを特徴と
    するパルス発光装置。
JP16052181A 1981-10-08 1981-10-08 パルス発光装置 Granted JPS5861690A (ja)

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