JPS63502233A - 広帯域，高効率のレ−ザフラツシユランプ用シマ−電源 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 広帯域、高効率のレーブス ラッシュラング用りマー電源 〔発明の技術的背景〕 １、米国政府の権利 米国は、米国陸軍によって裁定され九条文第ＤＡＡＫ１０−８１−Ｃ−００９３ 号に従って開発された本発明の権利を有する。

２、産業上の利用分野 この発明はレーザ発振励起電源、特にシマー（ｓｉｍｍｅｒ）電流をレーザ光学 ポンピングに関連するフラッシュランプのようなガス放電装置に供給し制御する ための手段に関する。

３、技術の説明 レーザ増幅媒体は光の増幅過程を開始する色々なフ２ツシー管あるいはフラッジ −ラングからの励起エネルギーを受け取る。フラッシュラングは継続して利用可 能な電源に蓄えられたエネルギーから光を生成する。この光は通常、光エネルギ ーの周波数がレーザ媒体の非励起状態とポンピング帯域の間の転移周波数と一致 するような黒体放射から成る。増幅媒体の範囲内で母集団反転を誘発することに よって放射を起こさせるのは７２ツシーラング出力のこの部分である。

レーザからの出力エネルギーの安定性を高めフラッジ、ランプの耐用時間を増加 させるためには、フラッジ、ランプの全点火に必要な電流よシは、比較的低いレ ベルのシマー電流を７ラツシーランプに維持スるのが有益である。本発明と同様 の装置を有するシステムは百万回から一千万回も故障々〈機能することが期待さ れるため、フラッジ、ラングの耐用時間を促進することは構成上非常に重要な問 題である。安定したシマー電流を維持するととによシ、／臂ルス電源に応じてほ とんど瞬間的にパルス状のアークをフラッジ−ランプ内に形成することができる 。その結果、高エネルギーポンピングパルスからの物理的なショックが軽減され てフラッシュランプのエンベロープからのガラス質除去が抑制され、電極のスパ ッタリング及び蒸発が最小限におさえられるため、７ラツシーランプの動作時間 は増加する。

増幅媒体に主要ポンピングエネルギーが与えられる時に点火準備状態となるよう にフラッジ−ランプをシマー状態に維持することの重要性は、当業者には良く知 られている。これまでの装置のいくつかはこの分野の技術企画に関するものであ る。しかしこれらの装置の中でフラッジ−ランｆｆシマー状態におく問題の解決 を試みたものは僅かしかない。

米国特許第４，３９８，１２９号明細書においてローガン（Ｌｏｇａｎ）は、部 分的にイオン化されたがスレーザ励起フラッシュランプを、エネルギー蓄積キャ パシタの不完全な放電から安定した方形パルスに周期的にさらすために、電流モ ードスイッチとして不飽和トランジスタを用いたフラッシュランプ駆動回路全記 載している。パルス間隔は単安定マルチバイブレータによってセットされ、パル ス振幅はエミッタ抵抗上のタップによって与えられるフィードバック信号によっ て制御される。この回路によってフラッジ−ランプは方形波電流フラッシュラン プ放電を起こす。ランプが外部電源からの点火電圧パルスによって部分的にイオ ン化された状態におかれた後、飽和より下の活性共通エミッ゛り接続状態に保持 された回路内のトランジスタは、電流の振幅をシマー状態を維持するための部分 的にイオン化された状態と全部がイオン化されたポンピング状態の２つの状態の 間で周期的に切り替える。この米国特許第４．３９８．１２９号の発明は主にフ ラッジ、ランプの電流、とレーデポンピング過程を制御するためにフラッジ−ラ ンプに直列に接続した能動装置を用いることに関係しているが、この特許の明細 書にはシマー電流を積極的に制御する方法あるいは装置は開示されていない。発 明者ローガンは、もしローガンによるランプ駆動回路のシマー状態のセグメント の帯域を厳しく限定するようななんらかの負荷がかかると、ローガンによる装置 によりて引き起こされたシマー状態が働か々いと説明している。この発明ではシ マー電ｉ’ｉｐｓすることよシも、むしろ高電流の完全放電のレーザ出力／千ル スの形状、継続時間及びタイミングを制御するための能動装置を用いることに関 心があるようである。

発明者アルドマン（Ａｌ　ｔｍａｎ　）らによる米国特許第４．　Ｏ３５，６９ １号明細書には、原理としてはスペクトル帯域が３６００ないし４３００オング ストロームの光エネルギー全出力するパルスレーデ励起源が開示されている。所 望のスペクトル域では実質的に放射に対して透明である材料のエンベロープには 、非加熱状態で少なくとも１気圧の圧力を生じる量のキセノンガスが含まれてい る。このエンベロープには又エンでロープをその動作温度にまで加熱した時に１ 気圧以上の蒸気圧を生じる量の水銀が含まれている。この密閉されたエンベロー プ内で間隔をおいて設けられた電極がノ臂ルス電流の外部電源によって励起され ると、電気アークあるいは放電が生成される。このアルドマンによる米国特許第 ４，０３５，６１９号の明細書に記載され九実施例では、キセノンガスの絶縁破 壊を促進しそれによって間隔をおいて設けられた電極間に実際にはパルス電源に 対して瞬間的にパルスアーク放電が生じるように、光源の直流のシマー電流が１ ５ないし２５アンイアの範囲で保持されている。この米国特許第４□０３５．６ １９号の発明の望ましい実施例ではキセノンガスの絶縁破壊を促進する丸めに又 適切な直流電源が設けられている。

米国特許第４，００５，３３３号（発明者二コラス（Ｎｉｃｈｏｌ＠）明細書で は、レーデが完全に励起される前にあらかじめ決められ九間隔でフラッジ−ラン プに僅かに電流を流すととＫよって、光学的に結合されたＮｄ　：　ＹＡＧ　に オジワム：イットリワムーアルミニワムーガーネット）レーザの出力効率を高め る装置が記載されている。このニコラスの発明ではレーザ増幅媒体を刺激する丸 めに主要な放電エネルギーが与えられる直前にフラッシュランプに少量の励起エ ネルギーが与えられるにせのシマー概念が利用されている。ニコラスはこのよう に刺激を与えることによってフラッシュランプに主要なエネルギーが与えられる 時イオンパスの直径がよシ大きくなると述べている。主要なエネルギー源からフ ラッシュランプへの電流の流れはシリコン制御整流器によって制御されている。

このニコラスによルー／マーパルスネットワークは、流れが通じた時可飽和イン ダクタ、絶縁ダイオード及びフラッジ−ラン′７ｏｆ、通って直列に流れるエネ ルギを蓄積しておくキャパシタによって特徴づけられる。

米国特許第３，９６７．２１２号明細書において、発明者プレ（Ｄａｒｅ）らは 、ポンピングキャビティ、複屈折フィルタ及び複数の周波数二重化水晶を備えた フラッジ−ランプポンピングのダイレーデのための光学キャピテイを記載してい る。フラッフ−ランプは励起キャビティ内で強制空気対流によって冷却され直流 のシマー電流によりて動作される。この装置の発明者プレらは、直流のアーク電 流あるいはシマー電流金フラッシュランプに与えることによシフラッシュランプ の寿命を増加できると主張している。プレらは又この技術によってフラッシュラ ンプの耐える高エネルギーポンピングノ４ルスの物理的ショックを減少させて、 エンベロープからガラス質が除去されるのを抑え、電極のスフ９ツタリング及び 蒸発を最小にすると明言している。この米国特許第３，９６７．２１２号の明細 書でプレらはフラッシュランプの寿命を増加させるためにシマー電源を用いるこ とには言及しているが、本発明の請求の範囲に記載されているようなシマー電流 を生成する装置あるいは方法には触れていない。

米国特許第４．２６７．４９７号明細書には連続波アークランプのようなレーザ フラッシュ管あるいはラングが記載されている。この明細書で発明者パーペック （Ｂｕｒｂｅｃｋ）らは直流の電源からパルス列を得るための高周波スイッチを 開示している。フラッシュ管あるいはランプにパルス列が印加される前に、信号 のパルス幅が変調され、信号の高周波リップルの一部がフィルタによって除去さ れる。変調パルス列出力はフラッシュ管あるいはランプにシマー電流を与えるた めに直流電流レベルにまで上げても良い。高周波スイッチは生成しても良い。フ ィルタはインダクタ及びキャパシタで構成することもできる。

上記パーベックらによる発明ではフラッシュラングに制御電流を与えるスイッチ 型しギーンータが具備されている。そしてこの従来の装置では、フラッジ−ラン プの電圧を感知するのと対照的にランプの電流及び一定の低いリップルのランプ 電流の生成に関する感知技術が使用されている。パーベックらの発明によるこの フラッシュランプの伝導状態を維持するのに必要なシマー電流のレベルは、この シマー電流が比較的低いインピーダンス源から生成されるため、比較的高い。

上記米国特許に関す、る発明者はいずれもフラッジ島ランプの電圧の変化に素早 く応答し、単一コントロールループ内で直流／直流変圧器を用いてシマー電流を 調節し、フラッシュラングのシマー電流をららかじめ決められた望ましい上位レ ベル及び下位レベルの間に維持し、従来の装置に生じた飽和障害や同調障害を回 避することには言及していない。従来の方法あるいは装置はこのシマー電流の問 題の複雑なすべての特徴から来る問題の効果的で包括的な解決を示していない。

このような問題の解決方法は、レーザ産業が二十年にも渡って経験してきた必要 性を満比すものであろう。

レーザフラッジ−ランプの寿命を実質的に延ばすような効果的なシマー電流を生 成するための本当に実用的かつ信頼できる手段は、光エレクトロニクその分野を 大きく前進させるものであろう。レーザ装置の製造業者は、必要な時パワーが瞬 時に全開して点火できるようなレーザｆ、製造するこのような革新的な構成を導 入することもできる。そしてこのような発明は広い範囲のコヒーレント放射シス テムに協同して操作するのに理想的に適しており、広い範囲の操作状態及びシス テムの適用に調和し信頼性が高い。

〔発明の概要〕

本発明は、レーザのフラッシュラングおよび同様のガス放電装置の特性と動作寿 命を改善する適当なシマー電流の発生、調整および制御の問題の有効で、実際的 テ、コストが低く、コンパクトで、直接的な解決を与えるものである。本発明で は直流／直流変換器を利用して最低シマー電流においてフラッシュランプによシ 要求される最大電圧よりも高い出力電圧を発生させる。この変換器はインダクタ を介してフラッジ−ランプに接続されている。このインダクタを流れる電流は付 勢回路によって感知され、それは最小インダクタ電流が感知されたとき直流／直 流変換器をオンに切換え、最大電流がインダクタを流れるとき直流／直流変換器 をオフに切換える。シマー電流は自動的に、迅速に確実に予め選択された限界間 に維持される。この自動調整は変圧器飽和よシ発生される有害な電流スパイクを 生じることなしに行われる。連続的にシマー状態を維持することにより、ファル ンスワースフラツシーランプシマー電源はフラッシュラングが一定してフルパワ ー待機状態にあることを確保する。ランプはシマー状態がその内部電極間導電イ オンの細いフィラメントを保持するため長い期間にわたって維持される。フラッ シュランプの動作特性が長時間にわたり劣化した後でも、シマー回路はなお動作 することができる。それはフラッシュラングの電流を変化させるために一定の、 実質上瞬間的な調整が可能であるからである。この動作の大きなダイナミック・ レンジと安定性は本質的に相違する環境状態下の広範囲のレーザシステムでこの 新しい装置の使用を可能にする。本発明は、相互作用する制御ループデザインを 伴う従来の装置を悩ませる飽和および同期の問題なしにシマー電流を制御する。

従来、フラッジ−管を通る平均電流を感和し、インピーダンスの補正にゆっくり と応答することによシシマー電流を与えることが試みられているけれども、本発 明は瞬間的な救済手段を提供する。本発明はまた従来の複雑な電子装置の設計を 簡単化するものである。

本発明に使用されるスイッチング装置は多重スイッチングループおよび過去に使 用され友それらの附随的な問題を越えた発展を表わすものでちる。ファルンスワ ースシマー電流の発明はさらにフラッジ−ランプの性能を非常に低下させる雑音 およびジーール熱損失から実質上免除された回路設計を有する。

それ故、本発明の目的は、要求された瞬間的な、フルパワー容量を与えるために 連続的であるが若干付勢された、すなわちシマー状態にフラッシュラングまたは ガス放電装置を維持する自動的で、正確に制御されｆｃ、調整されたシマー電流 を与えることによってフラッシュランプまたはガス放電装置の動作寿命を実質上 。

増加させることでちる。完全放電アークの反復的な再開の必要性を排除すること により、連続的な低い電力のアークが完全に冷却された状態からフラッシュラン ｆｆ反復してスタートさせる必要性をなくしている。

本発明の別の目的は、非常に短い時間でフラッシュランプ電流の変化に応じるこ とのできるシマー電流システムを提供することである。

本発明の別の目的は、ラングの要求が電源のゼロと最大電圧の間にらる限シは、 フラッジ−ラング電流が予め定められた上限を越えることもなければ予め定めら れた下限以下に低下することもないことを確保することである。

本発明の別の目的は、従来の設計に関連する同期およびその他の困難が避けられ るように単一の制御ル−プからなる回路装置中の直流／直流変換器を使用するこ とによりシマー電流を制御することである。

本発明のさらに別の目的は、直流／直流変換器が飽和にさらされなければならな い場合にフラッシュランプ電流中の過渡的な電圧降下を避けることである。

本発明のさらに別の目的は、制御回路中の抵抗加熱損失を最小にすることによっ て従来の設計によるものよシもフラッジ−ランプによシ効率的にシマー電力を与 えることである。

本発明のさらに別の目的は、ランプ内の雑音または電圧変動の有害な結果に比較 的窓じないよく調整されたフラッシュランプシマー電流を供給することである。

本発明の・その他の目的の評価および本発明のより完全で広い理解は添附図面を 参照にした以下の実施例の説明を検討することによって得られるであろう。

〔図面の簡単な説明〕

第１図はフラッシュランプシマー電流電源と制御手段とを具備する本発明の基本 的な構成部分を表す概略的なダイヤグラムである。第２図は固定抵抗負荷を駆動 するためのファルンスワースシマー電流電源の調節曲線を示す。第３図は（、） 、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）として本発明の１つの調節サイクルの詳細を４０マイ クロ秒にわたって表す図である。第４図はシマー電流、シマー電圧及び電源電圧 のいろいろな限界値を表す、典型的なフラッジ−ラングにかかる電圧ｖ（１）対 フラッシュランプ圧（上部）とドレイン電流（下部）の典型的な例を示す二重オ シロスコープの図である。第６図は本発明によって得られるシマー電流の状態か ら生じるフラッシュランプ電流の周期的な上昇及び下降を示す別のオシロスコー プの図である。

〔実施例〕

第１図にはシマー電流電源１ｏのダイヤグラムが簡略化された形で示されている 。直流／直流電流変換器１２を構成する変圧器には１次巻線１４と２次巻線１６ 及び直流電流入力中央タラｆｘｓが備えられている。この望ましい実施例では１ 次巻線の２次巻線に対する比は３０対ｌであシ、中央タップ１８に導入される電 圧は２８Ｖである。１次巻線１４はオン／オフスイッチとして図示されている第 １のスイッチ２０と第２のスイッチ２２に接続している。望ましい実施例ではこ れら第１及び第２のスイッチは電界効果型トランジスタ（ＦＥＴａ）である。２ 次巻線１６の出力は４つのダイオード、２４＊、２４ｂ、２４ｃ１２４ｄ′ｆｒ 、備えた全波整流ブリッジ２４に並列に接続している。整流ブリッジ２４はフラ ッジ−ランプカップリングインダクタ２６を介してフラッシュランプ２８のアノ ードに直列に接続している。本発明の最上モードではインダクタに１２５マイク ロヘンリーのコイルが使用される。

インダクタ２６の電流はＩｓで示され、フラッジ−ランプ２８のカソーレ、す々 わち負の端子は接地されている。

ランプ電流感知回路３４がランプ電流感知回路結合インダクタ３０ｔｌ−介して 整流ブリッジ２４に接続さ　′れている。このインダクタ３０も又望ましい実施 例では１２５マイクロヘンリーのコイルである。インダクタ３０は抵抗がｌＯオ ームの電流感知回路結合抵抗３２によって接地されている。

シマートリガー回路３８も又インダクタ２６を介して整流ブリッジ２４の出力に 接続され、ランプ２８の電圧があらかじめセットされたレベルを越える時ランプ のトリガーを開始するためにシマートリガー電流結合抵抗３６に直列に接続して いる。結合抵抗３６の望ましい抵抗値は３０１キロオームである。結合抵抗４２ には１次電流感知回路４０が接続している。第１のスイッチ２０及び第２のスイ ッチ２２は抵抗値が０．１オームの結合抵抗４２によって接地されている。

本発明の基本的な特徴の１つは直流／直流電流変換器１２の動作でラシ、最低の シマー電流でフラッシュランプ２８が必要とする最大電圧よシも高い出力電圧を 生成することである。変換器の電圧はラングの電圧よシ高いため、結合インダク タ２６の電流は、電源と負荷電圧との差及びインダクタ２６と３０のインダクタ ンスの値の相異によって決まる割合で増加する。

４Ｌフラツシユランプ２８のシマー電流が低すぎるならば、スイッチ２０と２２ の内の１つが活性化され、変換器１２の出力電圧は増加し迅速に所要のフラッシ ュランプの電圧を越える。全波整流ブリッジ２４はこの過剰電圧″’ｔ２つのイ ンダクタ２６と３０に送る。この送られた電圧の極性は、インダクタ２６と３０ を流れる電流が時間とともに増加するようになっている。

フラッシュランｆ２８はとれらインダクタのコイルと直列に接続している友め、 フラッシュランプの電流！（、）もインダクタの電流に応じて増加する。電流工 （８）が大きすぎるかあるいは過大になるならば、スイッチ２０と２２が切られ 、インダクタ２６と３０の誘導作用によってのみフラッジ−ランプ２８を通る電 流は保持される。この結果インダクタ２６と３０を横切る電圧降下が生じ、その 間中フラッジ−ラングの電流が減少する。

ランプ電流感知回路３４は通常の論理回路であり、インダクタ３０と抵抗３２の 作用に助けられて負荷電流！（Ｓ）を監視する。この電流感知回路の部材及び構 成はエレクトロニクス分野の通常の技術者には良く知られている。電流Ｉ（８） があらかじめ選択された上限に到達してしまう時は、２つのスイッチ２ｏと２２ の内の１つを切ることでランプ電流感知回路３４が変換器１２全切る。変換器１ ２の出力のこの変化によって、すぐにフラッジ−ランプの電流がランプ電圧とイ ンダクタ２６と３０のインダクタンスの値によって決まる限まで下降する時は、 変換器１２が再び付勢され、ランプ電流Ｉ　（ｇ）がすぐに増加する。直流／直 流電流変換器１２が作動するたびに、スイッチ２ｏと２２も交互に作動するよう に切換えられる。スイッチのこの交互め動作によって、両方のスイッチはいずれ もいくつかの動作間隔の開切られるが、変換器１２はその動作域の範囲に保持さ れる。ランプ電流が上限に到達する前に直流／直流変換器１２が飽和状態に達す る場合は、変換器１２は遮断される。ランプ電流工（８）が下限に達するまで不 活性状態におかれ、それから変換器の反対のスイッチが入れられる。

変換器１２が飽和した時は、増加した１次電流が１次電流感知回路４０とスイッ チ２０と２２に接続している抵抗４２によって感知される。２つのスイッチ２０ と２２が電界効果型トランジスタならば、抵抗４２は°２つのスイッチの共通接 続されたソース電極と直列に接続している。１次電流感知信号が１次電流感知回 路４０内の電流感知比較器（図示されていない）のあるしきい値を越える場合は 、２つのスイッチ２０と２２をいずれも切るよりな信号が生成される。そしされ ていない）がスイッチ２０と２２のいずれをも、フラッジ−ランプ電流Ｉ　（ｍ ）がその下限に達するまでオフ状態に保持する。変換器１２の飽和は、スイッチ ２０と２２が、全７ラツシーランプ電流Ｉ　（ｓ）に達するのに必要な時間の間 オンである時に生じるだけであるため、２つのスイッチがオフ状態に保持される 時間は、はとんどスイッチの不活性状態があらかじめ選択された電流１　（ｍ） の上限に達することによって生じる時間と同じになる。飽和は通常、１次巻線の ２つの半分の巻線の抵抗のわずかなアンバランスと、スイッチがオン状態にある 時のスイッチの抵抗の相異のみが原因となって生じる。ランプ２８が開路状態に なってしまうと、変換器１２はその２つの飽和限界の間を安全に交替できるため 、１次感知回路４０はスイッチ２０と２２を比較的低い周波数で切換えるように 機能する。従って７マー状態においてはこのスイッチングの周波数は、おおよそ ２ング電流感知回路３４かあるいは１次電流感知回路４０の電流感知によるスイ ッチングのそれと同様である。スイッチング周波数は回路部品の値とフラッジ− ランプ２８のダイナミック特性によって決まる。スイッチング周波数はインダク タ２６と３０のインダクタンスの値を増加させることによって減少させることが できる。

スイッチ２０と２２を交互に操作する切換え動作は、１次電流感知回路４０内の フリップフロップ回路（図示されていない）によって制御される。２つのスイッ チ２０と２２が交互に付勢されるため、変換器１２の磁束はその不飽和域にわた って前後に変化する。

この磁束が循環するにつれて、交互に変化する極性の電圧が２次巻線１６に与え られる。

シマー電流電源１０が動作する最初の期間中、フラッシュランプ２８の導通はシ マートリガー回路３８によって開始される。この回路は単にフラッシュランプ２ ８の最初のイオン化を行って、フラッシュランプを継続的に点火準備状態に保持 するシマー電流が流れるようにしている。シマートリガー回路３８内の構成部品 とその構成及び動作はエレクトロニクス分野の通常の技術者には良く知られてい る。

第２図には固定抵抗負荷駆動用の調節曲線４４及び４６が示されている。レギュ レータ電圧Ｖ　（ｉ）はオームで表したランプの抵抗に対する曲線４４（ボルト ）で図示されている。曲線４６はラング電流ｒ　（ｇ）　ｔ−示している。

第３図には調節レギュレータ電圧Ｖ（ａ）の単一サイクル・フラッジ−ランプ負 荷電流Ｉ　（ｓ）　、ラング抵抗Ｒ（１）及びフラッシュランプシマー導通パス ｄの比較直径が示されている。本発明のこのデータを従来の装置の性能と比較し てみると、フラッジ−ランプの電流の変化を平らにならしこの変化をさらに非常 に小さな領域に限定するファルンスワース（Ｆａｒｎｓｗｏｒｔｂ）　回路の非 常に高い性能がわかる。本発明は従来の装置の悩みの種であった同期問題に閉じ 込められて悩ませられることは無いので、本発明の請求の範囲に記載されたフラ ッシュランプはダイナミック抵抗レベルで又従来の電源に見られた消火（ｓｎｕ ｆｆ−ｏｕｔ）問題を排除するアーク直径で動作する。

第４図はシマー電流電源のダイナミックレンジを示している。単一グラフは本発 明の動作の全体領域にわたるフラッシュランプの電流！（＠）に対するフラッジ −ランプの電圧Ｖ（１）ｔ−表している。変換器１２の出力電圧は水平の破線６ ０で指示されている。中間の水平の破線６２は最小の望ましいシマー電流におけ る最大ランプ電圧を表す。最も下にある水平の破線６４は望ましい最大のシマー 電流における最小のランプ電圧を示している。ある望ましい実施例のシマー電流 の領域は最小電流６６と最大電流６８によって指示されている◎電圧対電流のグ ラフの低電流領域５６においては、フ２ツシ：、２ング２８のインピータンス（ ２）は負の１０午ロオームかあるいはそれよシも大きい。低電流領域５６は垂直 破線６６で指示されているシマー電流領域の低い方の限度が限界である。フラッ ジ−ランプは動作が非直線的な負荷を示しておシ、低電流で動作されるときその 抵抗は負になっても良い。フラッジ−ランプの動作をこの負のインピーダンス領 域で安定させる九めに、フラッシュランプはラングの負のインピーダンスより大 きい正のインピーダンスで駆動される。電圧対電流曲線の高電流部分５８はシマ ー電流６８の領域の上限によって境界を与えられている。この動作領域において フラッジ−ランプのインピーダンス（６）はおおよそ１あるいは２オームの程度 である。

第５図は本発明の試験によって得られた実験データを示している。直流／直流電 流変換器１２の１次巻線１４の第１及び第２のスイッチ２０と２２として１対の 電界効果トランジスタが用いられる場合、ドレイン電圧とドレイン電流はそれぞ れ曲線７０と７２で示されている。電圧曲線７０は、座標軸に沿って２０デルト で分割されている格子線に対して計測されている。

電流曲線７２は５アンペアごとの垂直目盛で計測されている。グラフ７０及び７ ２とも２０マイクロ秒に分割された座標軸に沿った時間目盛りで示されている。

第６図にはファルンスワースのシマー電流電源の実験室試験で作成されたグラフ が示されている。フラッジ−ランプの電流はｙ軸に沿って２０ミリアンペアごと に分割された目盛シと、Ｘ軸に沿って２０マイクロ秒ごとに分割された時間目盛 シに対する曲線７４で示される。本発明にはフラッジ−ランプ電画を感知するた めの低い値の感知抵抗が具備されているため、ファルンスワースシマー電流の発 明はさらにフラッシュランプの性能を大きく低下させる雑音及びジュール熱の損 失を実質的に排除するような回路構成になっている。

望ましい実施例では、ランプを横切シカソードからアノード間で計測されるスト ライク電圧がトリガーが開始される瞬間に約最低８００ボルトである。ラングの 両端のかかる公称シマー出力電圧は通常はランプの特性が必要とする１００ボル トから２００ボルトの間のある不変の値である。又シマー電流は一般に短期間の 置火偏移サイクルが±３０％であるとき６０　ミ’）アンイア程度である。シマ ー電流はフラッジ−ランプがトリガーされてすぐに形成されうるのが適切である 。

ランプ電圧も又シマーアークが形成される期間にラン　−プ抵抗の急激な下降に 続くのが適切である。ランプ電圧はシマーアークが形成される間にラング抵抗の 急激な降下に続く電圧は変化しない動作期間シマー電源内部の発振によって生じ るランプ抵抗の短期間の変化に直接に感知され、変圧器の第１の巻線内の電界効 果トランジスタスイッチを開閉するのに用いられる。この実施例の１つの利点は 、電界効果トランジスタのスイッチは、Ｉ　（ａ）が高すぎて減少する時には両 方ともが開くか、あるいは工（８）が低すぎて増加する時は１つが閉じるかする ため、ＦＥＴ導通にオーバーラツプがないことである。回路は、電流が高くなる 必要がある時閉じられるＦＥＴ　ｆ、自動的に交互に操作するように構成されて いる。１つのＦＥＴが閉じてＩ　（ｓ）がそのあらかじめ選択された限界に到達 すると、そのＦＥＴは開く。■（８）がそのあらかじめ選択された最小限界にま で下降した後、もう１つのＦＥＴが閉じ、こうして必要なだけこのサイクルが繰 り返される。この望ましい実施例の別の利点は、もし１サイクルの間質圧器がス イッチ用ＦＥＴの組み合わせが釣シ合わなかったシ過剰に高いシマー電圧が必要 だったりして飽和するようなことがあるならば、変圧器の１次巻線での第２の感 知作用によって付勢されているあるいは導通しているＦＥＴ　ｉ遮断し、この巻 線の別の半分が励起されることである。この革新的な発明のこの反転作用のさら に別の重要な特徴は、シマー電流が流れ始める前にランプがシマー電流回路の構 成から言って例えば３０億オームという巨大な抵抗を持つようになることである 。シマー状態が導入される前のこの時に、実際に開いているこの回路に約８００ デルトの全電圧がかかる。これは２次巻線が１次巻線の各々の半分によって駆動 されるため本発明による構成では容易に達成される。この発明をレーデ放射装置 に導入することによシ得られるさらに別の利点は、ファルンスワースシマー電源 がフラッシュランプの両端間にフィルタキャパシタを必要としないため必要な構 成部品が経済的であることである。このため従来の装置に比べて２ング電流の変 化に非常により迅速に応答する。

本発明のシミー電流電源回路を適切に機能させるためには、入力端子Ｉ８におけ る変換器１２に対する入力電圧と変換器１２の昇圧巻数比との積が必要とされる フラッシュランプの電圧よシ大きくなければならない。エレクトロニクス分野の 通常の当業者ならばこのような構成の必要性を十分に理解し、本発明の請求の範 囲に記載されたファルンスワースの発明に用いる適切な変換器を与えることによ ってこのような動作状態を作シ出すことができるであろう。

ファルンスワースシマー電流電源はフラッシュランプの電流１　（＠）　’に継 続的にあらかじめ選択された上限及び下限の間に維持する。この電源によってフ ラッシュランプの特性に関係なく理想的なシマー操作が行われる。この重要な発 明はレーザとエレクトロオプトロニクスの分野に大きな前進を与える。

本発明は特に望ましい実施例を参照して詳細に説明したが、本発明の属する技術 分野の通常の当業者は本発明の技術範囲を逸脱することなくいろいろな変形が可 能であることを理解するであろう。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ｒＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス放電装置を常に全点火準備状態におくためにこのガス放電装置中にシ マー電流を連続的に維持する方法において、 前記ガス放電装置の最も低いシマー電流に相当すろガス放電装置の最大電圧より 大きな入力電圧を常にガス放電装置に生成し、 ガス放電装置の前記入力電圧をこのガス放電装置の前記シマー電流の大きさに直 接対応するように調節して、前記シマー電流サイクルがあらかじめ選択された正 確な範囲内になるようにするステップを含む方法。
2. （２）シマー電流をフラッシュランプに供給する方法において、 前記フラッシュランプ内のフラッシュランプ電流を、インダクタを介してこのフ ラッシュランプに直列に結合しているフラッシュランプ電流感知回路で感知し、 前記フラッシュランプ電流を、直流／直流変換器に結合した変圧器１次電流感知 回路に記憶された上限電流および下限電流と比較し、 もしフラッシュランプ電流が前記下限電流に等しければ、インダクタを介してフ ラッシュランプに結合している前記直流／直流変換器を励起し、この直流／直流 変換器が出力電圧を増加させ、それによってフラッシュランプの電流が増加され ることによってフラッシュランプの電流を増加させ、 もしフラッシュランプの電流が前記上限電流に等しければ、直流／直流変換器を 消勢し、それによってフラッシュランプの電流を正確に制御された範囲に維持す るためにフラッシュランプの電流を下げるステップを含む方法。
3. （３）ガス放電装置にシマー電流を与え制御するための装置において、 このガス放電装置中のガス放電装置電流を感知するための電流感知手段と、 ガス放電装置に結合した複数のインダクタと、ガス放電装置に結合し、前記シマ ー電流をガス放電装置に与える電源と、 前記電源に接続し、前記シマー電流をあらかじめ選択された範囲で与えるために 前記電源を選択的に付勢させる第１及び第２のスイッチ手段と、前記電源と前記 第１及び第２のスイッチ手段に結合し、前記第１及び第２のスイッチ手段の動作 を交互に調整する制御手段とを具備する装置。
4. （４）前記電流感知手段が複数のイソダクタを介してガス放電装置に結合してい る請求の範囲第３項記載の装置。
5. （５）前記電源が変圧器を具備する直流／直流変換器であり、この変圧器は１次 及び２次の巻線を備え、さらに全波ブリッジ整流器に結合している請求の範囲第 ３項に記載の装置。
6. （６）前記第１及び第２のスイッチ手段が電界効果トランジスタである請求の範 囲第３項に記載の装置。
7. （７）ガス放電装置がレーザ用フラッシュランプである請求の範囲第３項に記載 の装置。
8. （８）前記制御手段が前記第１及び第２のスイッチ手段に結合している変圧器１ 次電流感知回路である請求の範囲第３項に記載の装置。
9. （９）前記直流／直流変換器が、前記シマー電流のあらかじめ選択された下限電 流におけるガス放電装置が必要とする最大電圧より高い出力電圧を常に生成する 請求の範囲第５項に記載の装置。
10. （１０）ガス放電装置の電流があらかじめ選択された最大電流を越えるならば、 前記第１及び第２のスイッチ手段の１つを消勢することによってスイッチ手段を エネーブルにする時、前記電流感知手段が直流／直流変換器をオフに切換える請 求の範囲第５項に記載の装置。
11. （１１）ガス放電装置の電流があらかじめ選択された最小電流を下回るならば、 前記第１及び第２のスイッチ手段を交互に連続して付勢することによって、前記 電流感知回路が直流／直流変換器をオンに切換える請求の範囲第５項に記載の装 置。
12. （１２）前記第１及び第２のスイッチ手段が前記直流／直流変換器の変圧器の前 記１次巻線に結合している請求の範囲第５項に記載の装置。
13. （１３）１次巻線と、２次巻線と、中央入力端子と、前記１次巻線に結合する第 １の電界効果トランジスタスイッチ装置と、前記１次巻線に結合する第２の電界 効果トランジスタスイッチ装置と全波ブリッジ整流器とを具備し、変換フラッシ ュランプ結合インダクタを介してフラッシュランプに結合する直流／直流変換器 と、ランプ電流感知回路結合インダクタを介して前記直流／直流変換器に結合し ているフラッシュランプ電流感知回路と、 前記直流／直流変換器の前記１次巻線に結合している変圧器１次電流感知変換回 路と、 前記変圧器１次電流感知変換回路に結合し接地されている変圧器１次電流感知変 換回路結合抵抗と、シマートリガー回路結合抵抗を介して前記フラッシュランプ に結合しているシマートリガー回路とを具備するフラッシュランプ用シマー電源 。