专利名称：用于放电灯的控制器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于放电灯的控制器，其适用于提供适合医疗和美容应用的宽 带非相干光源。
背景技术：
公知地，用于提供这种目的的非相干光源的放电灯相比传统的激光技术而言有几 种优势，包括它们的低成本，以及它们产生允许多种用途的多种波长和较少受严格规范控 制的事实。一种用于这种医疗和美容应用的典型放电灯包括位于反射器内的氙弧闪光灯，反 射器适合于将来自闪光灯的光学输出引导至治疗部位。附图的图1示出了包括放电管1的 这种灯，放电管1安装在具有孔3的反射器外壳2中，在孔3的上方设置合适的透明光导4， 透明光导4用于收集从闪光灯反射和直射的照明光束并将光束传送到治疗部位。这种闪光灯典型地由电容放电电路驱动，其中所需的电能一直存储在电容中，直 至IJ需要输出光脉冲为止；附图的图2示出了用于这种闪光灯的简单电路，其中放电管1由一 触发变压器5和一储能电容器6f供给能量。当需要光输出时，电能被传送到闪光灯，因此 将电能转化为光输出。在这种类型的放电电路中，流经闪光灯的电流在脉冲期间变化，其与 电容的放电特性成比例。由于输出波长由闪光灯内的等离子体温度确定，并且等离子体温 度由电流控制，所以在脉冲期间电流的这种变化生成不同的光能强度，并引起输出波长光 谱的改变。为了有益地确保输出波长保持恒定，已提出尝试在输出脉冲期间产生恒定电流的 方案。美国专利US6，888，319提出了一种以在光脉冲期间产生恒定电流为目的的方法。 这种方法提供一种用于脉冲闪光灯的驱动电路，该电路包括一通过灯的能量的传感器和一 串联调节器，该调节器可控制在储能电容器和闪光灯之间的开/关开关，开关频率由监测 电路中的电流或能量决定。该方法能够在整个电流脉冲期间提供相对恒定的电流输出，且 一般被称为如在美国专利4，513，360中描述的惯性同步电路。虽然提供恒定的电流脉冲有优势，但是这种方法不能提供恒定的光学输出，因为 输出光能取决于许多不表现为电流变化的外部因素。这些因素包括，但不局限于，气体充装 压力，气体纯度，工作温度，闪光灯表层老化，闪光灯表层涂覆(为了提高传导性闪光灯通 经常被涂覆)或闪光灯表层加添加剂(向表层加添加剂能够选择性地过滤特定波长)。在 使用时可以改变许多上述参数；例如，常见的是，因为污染物导致光学波动，在使用期间闪 光灯输出会降低。这些污染物能够导致光学性能减退，但可能不会影响流经闪光灯的电流。
发明内容
我们因此开发了一种在脉冲期间监测光输出并确保基本恒定输出的系统。本发明因此提供一种系统，组合地包括
至少一个电子放电灯，其能够在可见光谱的波长范围内产生非相干输出光脉冲， 该光脉冲有预定的脉冲时间间隔和预定的脉冲总电能输入，和一驱动电路，用于传送多个能量脉冲到所述电子放电灯，该驱动电路包括a) 一储能电容器，能存储输入到该电路的电能；b) 一充电器，用于对储能电容器反复充电；c) 一开关，用于将从储能电容器输入的电能传送到放电灯；和d)驱动装置，用于在预定的时间间隔内选择性地开启和关闭开关，以便允许发送 多个能量包给放电灯，每个包的持续时间小于预定的时间间隔；该组合进一步包括一光传感器，用于检测来自放电灯的光输出；和一控制器，用于操纵驱动装置，以响应由传感器检测到的光输出的变化。本发明进一步提供一种电子放电灯，其能够在可见光谱的波长范围内产生一宽带 输出脉冲，该输出脉冲有预定的脉冲时间间隔和预定的脉冲总电能输入；与其连接的有一 驱动电路，该驱动电路用于传送能量脉冲至电子放电灯，一传感器，用于检测来自放电灯的 光输出；以及一控制机构，用于操纵驱动电路，以响应由传感器检测到的参数。光脉冲的时间间隔典型地为1 100毫秒(例如10 100毫秒)，而单独的能量 包典型地有规律的数量级降低，例如5 25微秒的持续期间。优选地，该控制器包括处理器单元，设置其用来将传感器检测的光输出与存储在 存储器中的预先校准的值相比较。再优选地，该控制机构包括一用于每个传感器输出的高速模数转换器。优选的是，多个放电灯被使用；这能获得更均勻的光输出。这样多个灯典型地存在 于给这些灯提供一个光导的一个反射器单元里。当采用多个放电灯时，系统优选地包括用于在检测器显示其中一个灯不能产生输 出脉冲时关闭放电灯的装置。本发明进一步提供一种驱动诸如放电灯的脉冲辐射源的方法，该方法包括提供储 能电容器，以便于能存储需要传送到辐射源的电能，和选择性地向储能电容器充电，以便在 预定的时间间隔内以多个能量包的形式将能量脉冲传送到辐射源，其中来自辐射源的光输 出被检测，并且从储能电容器到辐射源的能量传送被控制，以响应由传感器检测到的光学参数。更进一步，本发明提供一种光学美容的治疗方法，其包括提供输入到放电灯的电 能，以便产生针对动物组织的光输出脉冲，该放电灯由上面描述的方法驱动。
现在将参照
本发明的优选特征，其中图1示意地示出了在根据本发明的系统中使用的典型的反射器与光导的结合；图2为示出了传统闪光灯系统中光输出随时间变化的图；图3示出了一种根据本发明使用的示范电路和光学反馈系统；以及图4示出了适合于图3系统中使用的示范的数字控制器。
具体实施例方式参见图3，电源11有AC交流电源12 (典型地为IlOV或240V，AC50/60Hz)，其被转 换成直流(DC)电压。这个DC电压用于向储能电容器Cl充电，通过从数字控制系统13发 给电源11的SET信号控制给电容器Cl充电的电压进行。电容电压Vc由数字控制系统13 监测；当Vc达到时，控制系统13关闭电源11。在此充电期间，半导体开关14和15在关闭 模式，抑制电流流经电路的其它部分。
闪光灯16和17 (典型地为氙弧放电灯)都在断路模式，也就是说，没有通过闪光 灯的导电通路。电容器Cl保持其存储电荷直到需要为止。当来自闪光灯16和17的光输出被需要时，首先闪光灯必须被“分解”或“触发”， 以便创建一条穿过闪光灯内气体的导电通路。为了触发闪光灯16和17，通过外部触发面18 和19将高尖峰电压施加到闪光灯玻璃壳外表面。当需要光输出时，控制系统13通过TRIG 信号发信号给触发电路20。触发电路20施加电压脉冲到每个触发变压器Tl和T2的初级 (Pri)绕组上。初级(Pri)绕组上的电压被放大，以便在触发变压器次级(Sec)绕组上感生 引发更高电压。由之生成的触发尖峰电压Vn和Vt2典型地为5 10kV，持续时间为10微秒，而原 始电压脉冲为大约200 400V。这个在闪光灯外部的尖峰高电压电离闪光灯内的氙气，导 致形成从闪光灯阳极到阴极的导电通路。为了提供一条导电通路，在TRIG信号施加到触发电路20的同时，经由来自控制系 统13的控制信号SW1和SW2,打开半导体开关14和15 (也就是说，闭合的)。假如触发尖峰 电压Vn和Vt2引起了闪光灯16和17内的必然电离，电流将会流经电感器Ll和L2，两个闪 光灯底部从闪光灯内电离氙气产生光输出。同时来自电容器Cl的电流流经开关14和15， 以及两个闪光灯，电感器Ll和L2存储自电容器Cl输送来的部分能量。当来自于闪光灯16或闪光灯17的光输出达到一预定的高电平时，为防止进一步 的电流从Cl流经相应的闪光灯，控制系统13相应打开开关14或15 ；所述高电平由控制电 路13限定，并由来自光传感器21和22的信号Sl和S2监测。例如，如果闪光灯16达到预 置的光输出值，来自控制系统13的信号SW1将开关14打开，由此阻止进一步的电流从电容 Cl流出。当开关15闭合时，电感器Ll内存储的能量引起电流经由二极管Dl (通常被称为 “续流二极管”)流过闪光灯16。光输出由控制系统13通过Sl监测，并且当该电流衰减到 预定的低点时，开关15闭合，从而允许电流从Cl重新开始流动，这既保持闪光灯的输出，又 在电感器内存储能量。闪光灯17也是同时并独立的运行这个过程。通过以100 500kHz的频率重复这一过程，来自闪光灯的光输出能够在所需光脉 冲持续期间(典型地有一个1 100毫秒的持续期间)保持在恒定的水平。为了在所需光 脉冲持续期间确保闪关灯的恒定输出，在脉冲期间两个开关14和15的开断次数之间的负 荷系数是变化的，以便补偿电容器Cl在储能释放期间的电压下降。参见图4，数字控制系统包含一含有合适的操作控制软件算法的处理器单元31。 由Vc信号监测的电容器Cl的充电电压反馈到模数转换器32，模数转换器32的数字输出由 处理器单元31读取。根据所需的充电电压\值，处理器单元经由SET信号控制电源，当达 到期望的Vc值时，切断电源输出。当光输出脉冲结束后储能消散时，电容器Cl通过电源再 充电，电源同样由处理器单元31控制。
装置的操作者通过用户界面33选择期望的能量输出光学参数，脉冲持续时间和 脉冲序列(单一脉冲或多脉冲)。处理器单元31参考包含在存储器单元34中的数据表，以 便获得预定的传感器读数，该读数对应于所需输出光能量的水平。来自光传感器21和22的信号由两个独立的模数转换器34，35转换成数字格式，以便被处理器单元31读取，并与存储在存储器单元34中的数据表中所限定的预定值相比 较。
权利要求
组合，其特征在于至少有一个能产生在可见光谱的波长范围内的输出脉冲的电子放电灯，所述输出脉冲具有预定的脉冲时间间隔和预定的脉冲总电能输入，和用于向所述电子放电灯传送多个能量脉冲的驱动电路，该驱动电路包括a)能存储输入到所述电路的电能的储能电容器装置；b)用于对所述储能电容器装置反复充电的充电装置；c)用于允许从所述储能电容器装置传送电能到所述放电灯的开关；和d)用于在所述预定的时间间隔内选择性地开启和关闭所述开关的驱动装置，以便从所述储能电容器装置传送多个能量包到所述放电灯，每个所述包的持续时间小于所述预定的时间间隔；该组合进一步包括用于检测来自放电灯的光输出的光传感器装置；和用于响应由所述传感器装置检测到的光输出中的变化来操纵所述驱动装置的控制器装置。
2.根据权利要求1所述的组合，其特征在于所述控制器装置包括设置用来将由传感 器装置检测的光输出与存储在存储器单元中的预校准值相比较的处理器单元。
3.根据权利要求1或2所述的组合，其特征在于该组合包括多个所述放电管。
4.根据权利要求3所述的组合，其特征在于该组合进一步包括当检测器显示其中一 个所述放电管不能产生所述输出脉冲时用于关闭所述放电管的装置。
5.一种电子放电灯，其特征在于其能产生在可见光谱的波长范围内的宽带输出脉 冲，该输出脉冲有预定的脉冲时间间隔和预定的脉冲总电能输入；与其连接的有一向该电 子放电灯传送能量脉冲的驱动电路，一用于检测来自该放电灯的光输出的传感器；和一控 制机构，用于响应由传感器检测的光参数以操纵该驱动电路。
6.根据权利要求5所述的灯，其特征在于该灯包括多个电子放电管。
7.根据权利要求5或6所述的灯，其特征在于其中控制机构包括一设置用来将由传 感器装置检测的光输出与存储在存储单元中的预校准值相比较的处理器单元。
8.—种驱动诸如放电灯的脉冲辐射源的方法，其特征在于该方法包括提供一储能电 容器，以便能存储需要传送到所述辐射源的电能，并且选择性地向所述储能电容器充电，以 便在预定的时间间隔内以多个能量包的形式将所述能量脉冲传送到所述辐射源，该方法进 一步包括检测来自该辐射源的光输出；和响应由传感器检测的参数，以控制从该储能电容 器到该辐射源的能量传送。
9.一种光学美容的治疗方法，包括为放电灯提供电能输入，以便产生针对动物组织的 光输出脉冲，其特征在于所述放电灯由根据权利要求8的方法驱动。
全文摘要
至少一个能产生在可见光谱的波长范围内的宽带输出脉冲的放电灯，该输出脉冲有预定的脉冲时间间隔和预定的脉冲总电能输入，放电灯有用于向放电灯传送能量脉冲的驱动电路，以及用于检测来自放电灯的光输出的传感器；和用于响应由传感器检测的光参数操纵驱动电路的控制机构。
文档编号H05B41/34GK101828431SQ200880107966
公开日2010年9月8日 申请日期2008年7月17日 优先权日2007年7月20日
发明者简·西蒙森(已死亡), 罗伯特·马克·克莱门特, 迈克尔·诺埃尔·基尔南 申请人:Cyden有限公司