專利名稱：發(fā)光器啟動的方法與發(fā)光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光器啟動的方法與發(fā)光設(shè)備，特別是指一種應用于冷陰極螢光燈的激活，運用冷陰極螢光燈不同頻率下的熱、光轉(zhuǎn)換效應的螢光燈啟動的方法與發(fā)光設(shè)備。
此外，由于掃描器的體積考慮，所以，掃描器的光源要盡量微小，于是，大部分的掃描器廠商均采用冷陰極螢光燈(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)。采用冷陰極螢光燈時，為了顧及光源品質(zhì)，必須在掃描器操作前等到冷陰極螢光燈到達一定的溫度，才讓掃描器開始運作，如此，螢光燈所發(fā)出的光源才會穩(wěn)定。所以，一般掃描器在開機時必須耗去一些讓冷陰極螢光燈足夠熱的溫熱時間，經(jīng)過溫熱后的冷陰極螢光燈才能穩(wěn)定地發(fā)光。
除了如此的考慮，還必須顧及冷陰極螢光燈的壽命問題。如果要讓冷陰極螢光燈的壽命較長，就必須讓其溫熱時間延長，這也是為何目前許多掃描器的冷陰極螢光燈的溫熱時間約在三分鐘左右的主要原因。不過，由于消費者對于掃描器溫熱時間太長多有抱怨，于是掃描器制作廠商就傾向降低溫熱時間，以消除消費者的不滿。
于是，惠普(HP)開發(fā)出一套冷陰極螢光燈的快速溫熱法，其專利為美國專利第5,907,742號專利，它采用雙輸入電壓的控制方式。在溫熱期間，采用較高的輸入電壓(12伏特)，在溫熱過后，再采用較低的輸入電壓(約8伏特)。HP的做法，可讓冷陰極螢光燈的溫熱時間降低到10～30秒左右。不過，HP的做法是通過一開始的較高電壓來達到快速溫熱的目的，亦即，讓冷陰極螢光燈在溫熱期間承受較高的電流以快速溫熱。此舉會導致冷陰極螢光燈的壽命降低，請參考下述說明。
請參考

圖1所示，它說明了在不同電流下的冷陰極螢光燈的壽命曲線，在較高電流下，其壽命顯然低了許多。以持續(xù)在5mA(毫安)與10mA(毫安)點亮15000小時為例，10mA下的燈管壽命比5mA的燈管壽命減少約10％。此為HP發(fā)明專利的第一項問題。其次，為了要達到兩種不同的輸入電壓(溫熱期與工作期)，HP采用脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，以下簡稱PWM)控制電路來控制輸入電壓，在電路設(shè)計上較為復雜。最后，HP運用點燈器(Inverter)內(nèi)建的頻率振蕩器，其振蕩頻率在不同電壓及溫度下會飄移不定，約在35～45千赫芝(kHz)之間，如此，將會有發(fā)光不穩(wěn)定的情形發(fā)生，進而影響掃描品質(zhì)。
另外一種快速溫熱的方法為在冷陰極螢光燈管外加裝電熱絲。此種將電熱絲纏繞于冷陰極螢光燈管外的做法，利用燈管外的電熱絲的熱度，強迫燈管溫度上升以達到快速溫熱的目的。此種做法，雖同樣可達到快速溫熱的目的，不過，由于必須在燈管外加裝電熱絲。所以，在制程上增加了一些步驟；其次，增加電熱絲也會增加額外的費用，包括設(shè)備費與耗電成本；其中，最嚴重的問題在于，位于燈管外的電熱絲，會造成光線的阻隔，進而讓冷陰極螢光燈的光度不均勻，影響掃描的品質(zhì)。
所以，目前的冷陰極螢光燈快速溫熱法均有其限制以及問題點。于是，如何能讓冷陰極螢光燈既能達到快速溫熱，又能延長達到壽命，最重要的，能夠發(fā)出穩(wěn)定的光源，成為冷陰極螢光燈在掃描器的應用上極為重要的研究課題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案在于它運用一固定電壓源以作為該發(fā)光器的電壓源，其特征在于它，包含下列步驟它運用掃描器中的特殊應用集成電路(ASIC，Application Specific Integraled Circuits)上的接腳a)測量該發(fā)光器的頻率與光效率響應曲線，以決定該發(fā)光器的一最佳發(fā)光頻率、一最佳溫熱頻率與一溫熱時間；b)提供一雙頻率控制單元，以控制該固定電壓源的輸出頻率，在操作該發(fā)光器時，供應該發(fā)光器最佳溫熱頻率的固定電壓源；及c)經(jīng)過該溫熱時間后，該雙頻率控制電路供應發(fā)光器該最佳發(fā)光頻率的固定電壓源。
此外，實現(xiàn)上述操作所使用的發(fā)光設(shè)備，它包括有一用以接收一輸出電壓以發(fā)送一光源的發(fā)光器；一用以產(chǎn)生一振蕩頻率的脈沖波的晶體振蕩單元；
一用以調(diào)整該振蕩頻率的脈沖波以產(chǎn)生一最佳溫熱頻率與一最佳發(fā)光頻率的脈沖波的脈沖波輸出單元；及一電源供應單元，它與該脈沖波輸出單元及該發(fā)光器相連接，用以接收該脈沖波輸出單元的該最佳溫熱頻率或該最佳發(fā)光頻率的脈沖波以產(chǎn)生一最佳溫熱頻率的供電電壓或一最佳發(fā)光頻率的供電電壓，以作為該發(fā)光器的輸出電壓。
本發(fā)明的優(yōu)點在于運用本發(fā)明發(fā)光器啟動的方法與發(fā)光設(shè)備，可在線路簡單且僅需一個固定的輸入電壓的條件下，只需通過控制脈沖波源的脈沖波頻率，即可達到發(fā)光器快速溫熱的效果，溫熱時間最快可達5秒鐘。
本發(fā)明發(fā)光器啟動方法與發(fā)光設(shè)備，由于線路簡單，可達到節(jié)省制造成本的效果；也由于其啟動電流較小(約8毫安(mA))，并且，正常工作時溫度較低，可增加發(fā)光器管的壽命。
此外，利用本發(fā)明發(fā)光器啟動的方法與發(fā)光設(shè)備，可與CCD的曝光時間完全同步(8毫秒，125Hz)，且不受頻率飄移的影響。
現(xiàn)在結(jié)合上述各附圖來進一步說明本發(fā)明的較佳具體實施例。本發(fā)明的實施例是采用長度250毫米、外徑長2.6毫米的冷陰極螢光燈作為發(fā)光器。圖2所示的是該冷陰極螢光燈在以60千赫芝(kHz)為參考頻率下的發(fā)光效率曲線圖，其中，η為發(fā)光效率。由圖2可發(fā)現(xiàn)，在供電頻率為60kHz時冷陰極螢光燈的發(fā)光效率最高，30kHz時只有60kHz時的百分的五十三(53％)。高于60kHz的頻率的脈沖波，同樣也讓冷陰極螢光燈的發(fā)光效率較低，頻率越高發(fā)光效率越低。
現(xiàn)假設(shè)冷陰極螢光燈的電阻為Rl，在額定電流的條件下，比方I毫安(mA)，其耗能為I*I*Rl。依據(jù)能量不滅定理，此I*I*Rl的耗能會轉(zhuǎn)換為兩種能量形式，一種為光，另一種為熱。所以，在不同供電頻率下的冷陰極螢光燈，其所消耗的能量不是光較多、熱較少，就是光較少、熱較多。
本發(fā)明運用掃描器的特殊集成電路(Application SpecificIntegrated Circuits，ASIC)上的接腳，即利用上述的供電頻率不同下所產(chǎn)生的不同的光熱轉(zhuǎn)換效應，來達到快速溫熱冷陰極螢光燈的目的。并且，可以在固定的額定電流下，例如，5毫安(mA)以下，即可快速溫熱燈管，而不需以大電流來快速溫熱，可增加燈管壽命。
所以，只要事先檢測固定燈管長度與外徑尺寸的冷陰極螢光燈，它在不同的供電頻率的光、熱效應曲線圖，即可找出一個最佳發(fā)光頻率與最佳溫熱頻率。在燈管溫熱期間，以最佳溫熱頻率下的供電，即可讓燈管在短時間內(nèi)溫熱；在最佳發(fā)光頻率下的供電，即可讓燈管達到最佳的發(fā)光效率，進而讓掃描器能夠獲得最佳的穩(wěn)定光源。至于溫熱的時間，則可依據(jù)能量轉(zhuǎn)換值來計算獲得。
從上述說明可知，本發(fā)明可通過控制燈管溫熱時間T的供電頻率在最佳溫熱頻率，并于燈管工作時期供給的供電頻率為最佳發(fā)光頻率，即可讓燈管于相當短的時間，利用燈管本身所發(fā)出的熱來自我溫熱。
以下，將說明本發(fā)明如何達到產(chǎn)生穩(wěn)定的供電電源，以及，如何控制供電電源于不同時段(溫熱時期與工作時期)的供電頻率。
首先，要獲得穩(wěn)定的供電電源，可通過控制輸入電源的輸出方式獲得。而供電電源所需的脈沖波源，可從掃描器上的ASIC的接腳獲得。由于ASIC的頻率產(chǎn)生是由一晶體振蕩器(crystal oscillator)提供，而非一般的RC或RL電路所產(chǎn)生，所以，其所產(chǎn)生的振蕩頻率相當穩(wěn)定，不會有頻率飄移的現(xiàn)象。于是，結(jié)合穩(wěn)定的電壓源(固定電壓)以及脈沖波源，即能達到產(chǎn)生供電電源的目的，亦即，可獲得一個最佳溫熱頻率的供電電源以及一個最佳發(fā)光頻率的供電電源。
其次，依據(jù)上述光、熱能轉(zhuǎn)換的計算結(jié)果，可得出在最佳溫熱頻率下的冷陰極螢光燈，需要的溫熱時間為T。只要在溫熱時間T中供給最佳溫熱頻率的脈沖波，T時間過后供應最佳發(fā)光頻率的脈沖波即可。在操作上，只要在驅(qū)動程序(driver)設(shè)定所需的溫熱時間T，以及控制ASIC的接腳輸出為溫熱時間T時為最佳溫熱頻率輸出，T時間后為最佳發(fā)光頻率輸出即可。
接著，請參考圖3所示，它為本發(fā)明的發(fā)光設(shè)備功能方塊圖，其依據(jù)上述的工作原理設(shè)計，包含了晶體振蕩器10、脈沖波輸出單元(ASIC)20、電源供應單元30以及冷陰極螢光燈40。其中，晶體振蕩器10提供一穩(wěn)定的振蕩頻率(MHz)，脈沖波輸出單元20則將該振蕩頻率降頻以產(chǎn)生本發(fā)明所需要的最佳溫熱脈沖波(kHz)與最佳工作脈沖波(kHz)；電源供應單元30則依據(jù)脈沖波輸出單元20所輸入的最佳溫熱脈沖波或最佳工作脈沖波，切換其中的電源輸出，以讓冷陰極螢光燈40于最佳溫熱頻率的供電電源的供給下快速地發(fā)熱(同時發(fā)出較少量的光)，于最佳發(fā)光頻率發(fā)光(同時發(fā)出較少量的熱)。
所以，電源供應單元30事實上包含了一個電壓供電單元、一個切換開關(guān)和一個變壓器。其中，電壓輸入單元為12伏特(V)交流電壓輸入。通過接收脈沖波輸出單元20所產(chǎn)生的脈沖波，來控制切換開關(guān)的切換，讓電壓供電單元與變壓器的連接或開或關(guān)，通過變壓器的輸出，即可形成一個具有與脈沖波源頻率同步的供電電壓；并且，經(jīng)過變壓器調(diào)升的電壓，可作為驅(qū)動冷陰極螢光燈40的激活電壓。
于是，只要使用者按下掃描器操作鍵時，也就是，送出一個掃描指令，脈沖波輸出單元20(ASIC)接收到此掃描指令時，即輸出事先設(shè)定的最佳溫熱頻率，并開始計時T；經(jīng)過T時間后，即輸出事先設(shè)定的最佳發(fā)光頻率。以圖2為例，曲線圖當中，60kHz時的發(fā)光效率最高，所以，可設(shè)定60kHz為最佳發(fā)光頻率，至于最佳溫熱頻率，則可以設(shè)定為30kHz，其為60kHz的一半?；蛘?，也可以設(shè)定最佳發(fā)光頻率為60kHz，而最佳溫熱頻率為90kHz，以下將進一步說明。
請參考圖4所示，它為本發(fā)明的供電頻率曲線圖。從此曲線圖可知，只要將脈沖波源，亦即，圖3中的脈沖波輸出單元20，在掃描器溫熱時間T時段，供應30kHz的脈沖波，的后，供應60kHz的脈沖波，即可達到快速溫熱的目的。
最后，請參考圖5所示，它為本發(fā)明電源供應單元30的電路圖，通過本圖將可清楚說明本發(fā)明如何產(chǎn)生供電電源。
如圖5所示，脈沖波源(也就是ASIC)50的輸出連接至H端點，并與電阻R1、晶體管Q1的基極連接的端點C相連接，并與線圈NB的一端相接；R1的另一端點A則與電源的輸入電壓Vin相接，此端并作為線圈NP1、NP2的共同輸入端點I，以及電阻R2的連接端點B。線圈NB的另一端則與第二晶體管Q2的基極以及電阻R2的另一端相接于端點D。晶體管Q1與晶體管Q2的射極則共同連接至端點E，并與接地端GND相連接。晶體管Q1的集電極則通過端點F連接至線圈NP1的另一端，晶體管Q2的集電極則通過端點G連接至線圈NP2的另一端，兩者與電容C1并聯(lián)于端點F與端點G。輸出端的線圈NS則串聯(lián)一個電容C2，冷陰極發(fā)光器則以電阻R1來代表。
從圖5可清楚地看出，脈沖波源50的脈沖波輸出至晶體管Q1的基極，端點C與端點E之間的電壓即隨著脈沖波源50的電壓而做改變，于是形成晶體管Q1隨著脈沖波源50的脈沖波變化而做導通與斷路的變化。由于晶體管Q1與晶體管Q2為對稱排列，且線圈NP1與線圈NP2的對稱排列，所以，當脈沖波源50的輸出為高電壓電平時，將會破壞此對稱性，于是讓端點F與端點G兩端的電壓不同，亦即工作電壓Vc將會經(jīng)過線圈NP1/NP2與線圈NS轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout；當脈沖波源50的輸出為低電壓電平時(通常為零)，由于此對稱結(jié)構(gòu)，工作電壓Vc即為零，此時，輸出電壓Vout為零。
換句話說，脈沖波源50的脈沖波輸入至端點C時，會讓晶體管Q1與晶體管Q2成為一個切換開關(guān)，讓輸入電壓Vin能轉(zhuǎn)換經(jīng)過開關(guān)的工作電壓Vc。于是，Vc經(jīng)過變壓器的轉(zhuǎn)換即可獲得與脈沖波源50同步的供電電壓的輸出電壓Vout。此外，電容C2的作用則可讓輸出電壓Vout穩(wěn)定。
雖然本發(fā)明的較佳實施例揭示如上所述，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉相關(guān)技藝的人士，在不脫離本發(fā)明精神和范圍內(nèi)，當可作少許的更動與潤飾，因此本發(fā)明保護范圍須視本發(fā)明說明書所附的權(quán)利要求書保護范圍所界定的為準。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器啟動的方法，它運用一固定電壓源以作為該發(fā)光器的電壓源，其特征在于它包含下列步驟a)測量該發(fā)光器的頻率與光效率響應曲線，以決定該發(fā)光器的一最佳發(fā)光頻率、一最佳溫熱頻率與一溫熱時間；b)提供一雙頻率控制單元，以控制該固定電壓源的輸出頻率，在操作該發(fā)光器時，供應該發(fā)光器該最佳溫熱頻率的該固定電壓源；及c)經(jīng)過該溫熱時間后，該雙頻率控制電路供應該發(fā)光器該最佳發(fā)光頻率的該固定電壓源。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器啟動的方法，其特征在于所述的發(fā)光器，它為一冷陰極螢光燈。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器啟動的方法，其特征在于所述的最佳發(fā)光頻率，它為在測定頻率下光效率為最高時的該電壓源的輸出頻率，該最佳溫熱頻率是依據(jù)在測定頻率下光效率較低時的該固定電壓源的輸出頻率。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光器啟動的方法，其特征在于所述的溫熱時間，它是依據(jù)該最佳溫熱頻率的光效率，計算出該固定電壓源所輸出的能量轉(zhuǎn)換為溫熱該發(fā)光器所需熱能的時間長。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器啟動的方法，其特征在于所述的最佳溫熱頻率，它為30千赫芝(kHz)，該最佳發(fā)光頻率為60千赫芝(kHz)。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器啟動的方法，其特征在于所述的固定電壓源所需的一脈沖波源是來自一ASIC接腳所輸出的脈沖波。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器啟動的方法，其特征在于所述的雙頻率控制單元，它是于接獲一激活指令后，送出一溫熱頻率控制指令至該固定電壓源，該固定電壓源即輸出該最佳溫熱頻率的電壓；經(jīng)計時該溫熱時間后，該雙頻率控制單元則送出一工作頻率控制指令至該固定電壓源，該電壓源即輸出該最佳發(fā)光頻率的固定電壓。
8.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1方法的發(fā)光設(shè)備，其特征在于它包含一用以接收一輸出電壓以發(fā)送一光源的發(fā)光器；一用以產(chǎn)生一振蕩頻率的脈沖波的晶體振蕩單元；一用以調(diào)整該振蕩頻率的脈沖波以產(chǎn)生一最佳溫熱頻率與一最佳發(fā)光頻率的脈沖波的脈沖波輸出單元；及一電源供應單元，與該脈沖波輸出單元及該發(fā)光器相連接。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述的發(fā)光器，它為一冷陰極螢光燈。
10.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述的最佳發(fā)光頻率，它為在測定頻率下光效率為最高時的該電源供應單元的輸出頻率，該最佳溫熱頻率是依據(jù)在測定頻率下光效率較低時的該電源供應單元的輸出頻率。
11.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述的最佳溫熱頻率為30kHz(千赫芝)，該最佳發(fā)光頻率為60kHz(千赫芝)。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述的脈沖波輸出單元，它為一特殊應用集成電路(ASIC)。
13.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述的脈沖波輸出單元，它于接獲一啟動指令后，輸出該最佳溫熱頻率至該電源供應單元；經(jīng)計時—溫熱時間后，該脈沖波輸出單元則輸出該最佳發(fā)光頻率至該電源供應單元。
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述的溫熱時間，它依據(jù)該最佳溫熱頻率的光效率，計算出該電壓源的能量轉(zhuǎn)換為溫熱該發(fā)光器所需熱能的時間長。
15.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述的電源供應單元，它包含一電壓輸入單元、一切換開關(guān)單元與一變壓器，該切換開關(guān)受控于該最佳溫熱頻率或該最佳發(fā)光頻率的脈沖波做開關(guān)切換，以切換該電壓輸入單元與該變壓器的連接，形成該工作電壓的輸出。
16.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光設(shè)備，其特征在于所述的電壓輸入單元，它為一12伏特(V)交流電壓輸入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光器啟動的方法與發(fā)光設(shè)備，它利用冷陰極發(fā)光器本身在不同的電壓輸出頻率下的不同光效率，利用光效率較差的電壓輸出頻率下發(fā)光器本身所產(chǎn)生的熱來達到燈管快速溫熱，經(jīng)溫熱后，再供應發(fā)光器一個光效率最高的電壓輸出頻率；其中，可運用掃描器當中的特殊應用集成電路(ASIC)上的接腳，輸出不同頻率的脈沖波；而發(fā)光設(shè)備則可依據(jù)啟動方法來設(shè)計，它包含一發(fā)光器、一脈沖波輸出單元、一驅(qū)動單元與一電源供應單元，通過驅(qū)動單元驅(qū)動脈沖波輸出單元的脈沖波輸出，即可讓電源供應單元輸出溫熱時期所需的頻率與工作時期所需的頻率至發(fā)光器。
文檔編號G03G15/043GK1429057SQ0114520
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月26日
發(fā)明者張慶崇 申請人:旭麗股份有限公司