专利名称：极光帘产生装置和极光帘产生方法
极光帘产生装置和极光帘产生方法本发明涉及一种通过在空气中人工引起放电而产生极光的技术， 尤其涉及一种产生大于成人尺寸的帘状极光的装置和方法。
技术背景已经有过对人工产生极光技术的研究。这些研究大致分成(0 通过对太阳发射的带电粒子和地磁之间的关系建模，来探 索极光产生机制的学术研究(例如，参见公开号为特开平9-44081的 曰本专利专利文献l);和(ii)为了展示目的，例如用于上演壮观的微观宇宙展示，而研 究产生极光帘的技术。上面条目(ii)中所述的为展示目的的极光产生技术，利用许多 漏光光纤，形成用人工光照亮(参见公开号为特开平5-274903的日 本专利公开专利文献2)或用激光束照亮(公开号为特开平6-203610 的曰本专利公开专利文献3)的帘子。然而，由于没有利用放电现象，所以这些模拟的极光展示缺少真 实性和感染力。为了展现具有真实性和感染力的人造极光，利用放电 现象是有效的。实验证明，放置在真空室中的两个电极，通过在两个 电极之间引起放电，可以观察到不规则形状的光辐射。本领域人造极 光产生装置中的问题在于如何通过放电产生象帘状的光辐射。在公开号为特开平10-63180的日本专利公开(专利文献4)中所公开的是一种通过放电而产生平面形状的光辐射的极光产生装置。作 为必要的组件，本发明包括调节额外光辐射的屏蔽板和引入放电的中 心玻璃。据报道，这个发明能产生带状极光。作为上述发明的改进发明， 一种进一步包括地电极以模仿陆地物体的极光产生装置被公开(公开号为2001-175163的日本专利专利 文献5)。专利文献1公开号为特开平09-44081的日本专利公开。专利文献2公开号为特开平05-274903的日本专利公开。专利文献3公开号为特开平06-203610的日本专利公开。专利文献4公开号为特开平10-63180的日本专利公开。专利文献5公开号为2001-175163的日本专利公开。 发明内容<本发明要解决的问题>因为能够以平面形状产生放电(光辐射)从而对于人造极光产生 技术的进步作出了贡献，所以在公开号为特开平10-63180的日本专 利中公开的极光产生装置是有价值的。然而，为了展出小型化的真实极光，期待进一步的改进。也就是 说，由于该发明必须包括调节额外光辐射的屏蔽板和引入放电的中心 玻璃，所以上述发明的极光产生装置只能产生平面形状的极光。真实的极光具有持续波动、闪烁和色彩变化的褶皱。〈发明目的〉本发明的第一目的是，提供一种不需要在电极的附近放置屏蔽板和中心玻璃的人工产生具有波动褶皱的帘状极光(真空放电)的装置 和方法。本发明的第二目的是，作为上述发明的改进发明，提供一种产生 具有动感和色彩的更加真实的帘状极光的装置和方法。 〈解决问题的手段〉下面参照图1并通过描述本发明的一实施例来阐述解决上述问 题的本发明的基本原理。已知的是，通过在真空室l中竖直方向上彼 此相对设置的两个电极2和3之间施加高压，可以产生不规则形状的光辐射5。在本发明中，如图1所示，放置整形线圈6以在平行于放 电方向的方向上产生磁场m。因此，平板形状的光辐射沿包括线电极 2的平面产生。由于没有被现有技术中采用的屏蔽板或中心玻璃所限制，所以 光辐射可以弯曲或波动。在上述基本原理的基础上，本发明的权利要求1提供了一种通过在真空室(1)中引起放电而产生极光的极光产生装置，包括 在由水平的X和Y轴和垂直的Z轴组成的正交坐标系中；,两个电极，其分别与电源(4)相连，并且沿Z轴方向彼此相对设置，所述电极(2)中的至少一个沿X轴方向线性延伸；若干线圈，其沿Z轴方向在所述的两个电极之间产生磁通量m(在 下文中称之为"整形线圈")(6)，由此通过放电产生平面形状的光辐 射。在此，正交坐标系X、 Y和Z是为解释目的而假设的，所以相对 于大地，Z轴不一定是垂直的，X和Y轴不一定是水平的。本发明的权利要求2提供了如权利要求1中阐述的极光产生装置，其中所述的线延伸电极(2)形成基本在X-Y平面(8)内的曲线 (见图3和图4)。本发明的权利要求3提供了前面权利要求1或2中所述的极光产 生装置，进一步包括若干偏转线圈(13)，其产生基本沿Y轴方向的 磁通量M和M'，从而沿朝向Y轴方向弯曲的那些平面产生光辐射(见 图5)。本发明的权利要求4提供了前面权利要求1到3中任意一项所述 的极光产生装置，进一步包括沿Z轴方向在所述的两个电极之间产生 磁通量的整形线圈(6)，所产生的磁通量(m)的强度通过调整所述 的整形线圈(6)的电流来调节(见图l)。本发明的权利要求5提供了如权利要求2中所述的极光产生装 置，其中所述在X-Y平面中弯曲的电极由具有沿Y方向在其不同位置 上工作的多个电极移动装置(9)的挠性线性部件(8)构成(见图3)。本发明的权利要求6提供了如权利要求2中所述的极光产生装 置，其中所述X-Y平面中的电极由许多电极部件(11)组成，每一个 所述的电极部件选择性地与电源相连，从而使得所述电极转换(见图 4)。本发明的权利要求7提供了如权利要求1到6中任意一项所述的 极光产生装置，其中改变施加到所述电极(4)上的电压以使得极光 的亮度发生变化到观众感觉到极光闪烁的程度(见图1)。本发明的权利要求8提供了如权利要求1到7中任意一项所述的极光产生装置，进一步包括置于所述真空室(l)中的抽真空装置(Vac) 和将气体(Gc)导入到所述真空室(1)内的装置(见图l)。本发明的权利要求9提供了一种用于通过在真空室(1)中引起放电产生极光的极光产生方法，包括步骤在由水平的X和Y轴和垂直的Z轴组成的正交坐标系中； 设置两个在Z轴方向上彼此相对的电极，每个电极都与电源(4)相连，至少所述电极(2)中的一个沿X轴方向直线延伸；使得所述两个电极在它们之间产生磁通量(m)，从而沿包括所述 线延伸电极(2)的平面产生呈现如帘状极光的光辐射(见图l)。
图1本发明第一实施例的典型透视图。图2作为比较实例所示的现有技术的真空放电装置的典型透 视图。图3与图1的实施例不同的一个实施例的主要部分的透视图。图4进一步不同的实施例的主要部分的透视图。图5典型地显示了通过在进一步不同的实施例中的偏转线圈 波动的光帘的透视图。
具体实施方式
图1是本发明第一实施例的典型透视图。图2是作为比较实例所 示的现有技术的真空放电装置的典型透视图。在这些图中假设了一个X-Y水平正交坐标和一个Z垂直坐标。然 而，在本发明的各实施例中，X、 Y和Z的正交坐标可以随意假设，并且它们不是必须垂直/平行于大地。如图2所示，实验证明，通过电源4向真空室1中彼此隔开一定距离相对设置的电极2和3施加几伏的高压，产生了不规则形状的光 辐射5。本实施例(图1所示)由于其使用了整形线圈6而与现有技术(图 2所示)不同。整形线圈6在电极2和3之间产生基本沿Z轴方向的 磁通量m。 一般的，通电线圈产生的磁通量形成闭环。因此，这里提 到的"沿Z轴方向的磁通量"指的是基本沿Z轴方向的磁通量。在本发明中，"线电极"不是以几何线的形式构成而是具有一定 的体积。因为两个电极中至少有一个是能够产生磁通量m的线电极， 所以放电沿包括至少一个线电极并与另一电极相交的平面产生。这使 得沿上述平面产生光辐射。因此，产生了帘状形式的人造极光(通过 放电的光辐射)7。通过增大施加到整形线圈6的电流，可以减小帘状光辐射的厚度。 通过减少施加到整形线圈6的电流，也可以增大帘状光辐射7的厚度。 考虑到通过将施加到整形线圈6的电流减小到零而产生诸如图2所示 的不规则形状的光辐射5的情况，可以理解帘状光辐射7的厚度通过 改变施加到整形线圈6上的电流而变化。通过调整施加到整形线圈6上的电流，可以产生具有期望厚度的 帘状光辐射7。进一步，通过控制施加到整形线圈6的电流，例如依 照音乐，将会产生改变帘状光辐射7的厚度的有效展示。真空室1通过抽真空装置(Vac)达到高程度(1托或以下)的真空。通过在基本上不改变真空室1内的真空度的情况下导入带颜色的 气体(GC)，可以给帘状光辐射添加色彩(见图1)。例如，氮气呈现 蓝色，氖气呈现粉色，氦气呈现蓝绿色。氧气在带电粒子具有高碰撞能量时呈现红色，在带电粒子具有低 碰撞能量时呈现绿色。通过技巧性地引入多种使其着色的气体以改变 极光帘的颜色，可以获得好的多的展示效果。尽管电源4典型地图示为电池，但是电源不一定是直流电流。通 过将交流电流叠加到引起真空放电所需的几千伏直流电流上而产生脉冲电流，通过这样提供的脉冲电流，帘状光辐射7闪烁，以给观众真实的感觉。在这种情况下，调整交流电流的周期以实现期望的帘状光辐射7的闪动。尽管图1中仅示出了一个着色气体引入部件，但是可以使用两个 或更多着色气体引入部件。图3到5分别示出了本发明的不同实施例。这些实施例的改进在 于使所述扁平的帘状光辐射7产生弯曲。本例子的线电极由基本沿X 轴方向设置的挠性线电极组成(见图3)。电极移动装置9置于挠性线电极8的纵向，以使其在多个位置上 与挠性线电极8相连。通过电极移动装置9的动作，挠性线电极8朝 Y轴方向弯曲成波动形状。当挠性线电极8弯曲成波动形状时，沿 Z轴方向引起同样的波动形状的放电，使得帘状光辐射具有褶皱。为了与后面提到的图5所示的实施例中的褶皱相比较，详细说明 (图3)所示本实施例中形成的褶皱极光的形状。本实施例中的褶当极光在任一水平横截面图中具有波动的截面形状，在任一垂直截面图 中具有直线的截面形状。波动形状类似于具有陡峭的上下山脊的山脉 和山谷。在图3中，波动的帘状光辐射10的褶皱可通过伸縮电极移动装 置9来随意运动。这意味着波形的波长和波高(幅度)可以变化，波 形可以向前和向后传播，且波的传播速度是可控的。当波动的帘状光辐射10是用于展示目的时，按照演奏的音乐来 移动褶皱的波可以有效地带给观众令人感动的印象。尽管在图3中示出的电极移动装置9为圆柱状部件，但是本发明 的电极移动装置不限于这样的圆柱状部件。作为电极移动装置，本发 明可以使用能机械地改变挠性线电极8的形状的任何部件或机构。例 如，可以使用步进电机、联杆接机构或凸轮机构。图4是另一个实施例的主要部分的透视图，其中波动电极是通过 电磁操作来移动的。沿X-Y平面，许多电极按矩阵(栅格状样式) 排列以形成XY阵列电极ll。例如，图4中黑色矩形所代表的电极连接到电源(未示出)时， XY阵列电极11基本作为波形电极运转。通过电性运转可以使得XY 阵列电极形成任何形状的电极。图5是另一实施例的透视图。本实施例是图1中所示实施例的改 进实施例。图5中所示的真空室1、电极2、电极3和整形线圈6与 图1中所示的那些部件类似(尽管电源4、抽真空装置(Vac)和着 色气体导入装置(Gc)未在图5中示出，但是本实施例中使用类似的组件或装置)。图5所示的本实施例不同于图1所示实施例之处在于其使用了偏转线圈13。设置偏转线圈13是为了产生磁通量(磁场)M和M，。 相比于以上描述的其他实施例，图5中所示的本实施例的特点是 (i)使扁平的光辐射产生弯曲的装置和(ii)扁平的光辐射的弯曲形 状。具体描述如下。(i) 作为使扁平的光辐射产生弯曲的装置，图5所示的本实施例 使用沿Y轴方向产生磁通量的线圈13，而图3和图4所示的实施例 使用以弯曲形状形成在X-Y平面的平面电极。(ii) 相比于图3和图4所示实施例中的扁平的光辐射的弯曲形 状由陡峭的波脊和多坡的波峰和波谷组成，图5所示本实施例的扁平 的光辐射的弯曲形状由平滑流畅的波脊、波峰和波谷组成。在图5所示的本实施例中，偏转线圈13按三纵排排列，以使波动 的帘状光辐射12弯曲，形成两个波峰和一个波谷。在本实施例中， 波动的帘状光辐射12的各种弯曲形状可通过设置偏转线圈13的位置 来获得。进一步，通过改变每个偏转线圈13的电流，可以使得极光 像跳舞似的移动，例如按照演奏的音乐。本发明的基本原理是，通过沿Z轴方向产生磁场以生成扁平的极 光帘，如图1所示。另一方面，通过调节所产生的磁场也可以改变扁 平的极光帘的厚度。进一步，如图3和图4所示，线电极可以在X-Y平面内弯曲，以 形成有褶皱的光帘。如图5所示，通过在Y轴方向产生磁场也可以在侧边形成褶皱。除以上提到的功能和效果之外，还可以通过调整施加的电压使极 光帘闪动，以及通过引入着色气体给极光帘上色。因此，通过广泛利 用和设置上述装置和功能，本发明能够有效获得卓越的展示效果。
权利要求
1.一种通过在真空室中引起放电而产生极光的极光产生装置，包括在由X、Y轴和Z轴组成的正交坐标系中；两个电极，每个都与电源相连并且二者在Z轴方向上彼此相对，所述电极中的至少一个沿X轴方向直线延伸；若干线圈，其在所述的两个电极之间产生沿Z轴方向的磁通量，由此通过放电产生扁平形状的光辐射。
2. 如权利要求1中所述的极光产生装置，其中所述的直线延伸 电极基本在X-Y平面内形成一曲线。
3. 如权利要求1或2中所述的极光产生装置，进一步包括在所 述的真空室中产生基本沿Y轴方向的磁通量的偏转线圈，由此沿平面 产生朝向Y轴方向弯曲的光辐射。
4. 如权利要求1到3任意一项中所述的极光产生装置，进一步 包括调整产生磁通量的线圈的电流的装置。
5. 如权利要求2中所述的极光产生装置，其中所述在X-Y平面 中的弯曲电极由挠性线性部件组成，该挠性部件具有沿Y轴方向在其 上不同位置工作的多个电极移动装置。
6. 如权利要求2中所述的极光产生装置，其中所述在X-Y平面 中的电极由多个设置于X-Y平面中的电极部件组成，所述的极光产生装置进一步包括将每个所述电极部件选择性地 连接到电源的装置和改变每个所述电极部件的操作装置。
7. 如权利要求1到6中任意一项所述的极光产生装置，进一步 包括改变施加到所述电极上的电压从而使观众感觉到极光的闪动的 操作装置。
8. 如权利要求1到7中任意一项所述的极光产生装置，进一步 包括在所述真空室中的抽真空装置和将气体导入到所述真空室中的 装置。
9. 一种通过在真空室中引起放电产生极光的极光产生方法，包括步骤在由水平的X和Y轴和垂直的Z轴组成的正交坐标系中；放置每个都与电源相连并且在z轴方向彼此相对的两个电极，所述电极中的至少一个沿X轴方向直线延伸；使得所述两个电极在它们之间产生磁通量，从而沿包括所述直线延伸电极的平面产生呈现如帘状极光的光 辐射。
全文摘要
技术领域：
用于人工产生和显示极光的方法和装置。问题通过利用一种简单的装置来产生并改变逼真的帘状放电光辐射。解决问题的方法如图1所示，在减压室(1)中，两个电极(2)置于X方向，一个电极(3)置于Z方向，所述电极(2)与电极(3)相对并且它们彼此分离。线圈(6)产生沿Z方向的磁力线(m)。主要应用公共展示。
文档编号G09B23/18GK101223567SQ200680025750
公开日2008年7月16日 申请日期2006年7月19日 优先权日2005年7月19日
发明者南繁行, 小野恭弘, 斋藤英之, 森和彦, 渡部布, 黑濑雄治 申请人:饭田产业株式会社;南繁行