JP2008261896A - 撮像装置、ストロボ装置、および充電制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ストロボ装置の充電回路において、スイッチング素子に異常電流が流れた場合の安全性を向上させる。
【解決手段】昇圧トランス23およびスイッチング素子Q1と直流電源21との間に、電力供給遮断回路24を設けておく。充電制御部31は、電力供給遮断回路24を導通状態とし、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を開始させて、メインコンデンサC1の充電動作を開始させた後、一定時間以内に、満充電検出部33によりメインコンデンサC1が満充電状態になったことが検出されなかった場合には、電力供給遮断回路24を遮断状態として、直流電源21からスイッチング素子Q1への電力の供給を遮断する。
【選択図】図2
【解決手段】昇圧トランス23およびスイッチング素子Q1と直流電源21との間に、電力供給遮断回路24を設けておく。充電制御部31は、電力供給遮断回路24を導通状態とし、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を開始させて、メインコンデンサC1の充電動作を開始させた後、一定時間以内に、満充電検出部33によりメインコンデンサC1が満充電状態になったことが検出されなかった場合には、電力供給遮断回路24を遮断状態として、直流電源21からスイッチング素子Q1への電力の供給を遮断する。
【選択図】図2
Description
本発明は、ストロボ装置を備えた撮像装置、ストロボ装置、およびストロボ装置における充電制御方法に関し、特に、他励発振式の充電回路を有するストロボ装置を備えた撮像装置、ストロボ装置、および充電制御方法に関する。
近年、ストロボ装置などのための充電回路には多くの種類があるが、最近では他励発振式、特にフライバックトランス方式と呼ばれるものが多く用いられるようになっている。図9は、フライバックトランス方式によるストロボ充電回路の構成例を示す図である。
図9に示すストロボ充電回路は、ストロボ発光部に電力を供給するメインコンデンサC1を充電するための回路であり、直流電源51、ヒューズ素子52、昇圧トランス53、スイッチング素子Q1、フィードバックコンデンサC2、整流ダイオードD1、およびメインコンデンサC1を備えている。また、このようなストロボ充電回路を制御するための機能として、充電制御部61、発振制御部62、および満充電検出部63が設けられている。
昇圧トランス53は、1次コイルに発生するフライバックパルスを昇圧して2次コイルに出力するフライバックトランスであり、その1次コイルは、直流電源51、ヒューズ素子52、およびスイッチング素子Q1と直列に接続されている。フィードバックコンデンサC2は、ヒューズ素子52と昇圧トランス53との間において直流電源51と並列に接続され、このフィードバックコンデンサC2と、昇圧トランス53の1次コイルと、スイッチング素子Q1とにより、スイッチングループが構成される。
スイッチング素子Q1は、発振制御部62からのスイッチング制御信号に応じてオン/オフの動作を行う。スイッチング素子Q1が導通状態とされると、昇圧トランス53の1次コイルに電流が流れ、その後にスイッチング素子Q1が遮断状態とされると、昇圧トランス53の2次コイルに逆起電力が発生する。従って、スイッチング素子Q1が連続的にオン/オフされることで、昇圧トランス53の2次コイル側にフライバックパルスが発生される。
整流ダイオードD1は、フライバックパルスを整流してメインコンデンサC1に供給し、メインコンデンサC1は、供給されたフライバックパルスにより充電動作を行う。そして、このメインコンデンサC1の充電電圧が、負荷であるストロボ発光部(図示せず)に対して電力供給端子54を通じて供給される。
充電制御部61は、このストロボ充電回路の全体を制御する処理部であり、発光部でのストロボ発光動作が実行された後、発振制御部62に対してスイッチング制御信号の発振開始を指示し、満充電検出部63によりメインコンデンサC1の満充電状態が検出されると、発振制御部62の発振動作を停止させる。満充電検出部63は、ここでは例としてメインコンデンサC1の端子間電圧を検出することで、満充電状態か否かを判別する。
なお、このような他励発振式のストロボ充電回路としては、メインコンデンサの充電電圧が発光電圧より高い所定電圧に達した場合に、発振制御部をリセットすることで、充電動作を停止させるようにしたものがあった(例えば、特許文献1参照)。また、発振トランスの1次側の電流値またはこれにより生じる電圧と、メインコンデンサの充電電圧とを、それぞれ正常動作時の電圧と比較し、それらの比較結果に応じて、電源およびヒューズの直列回路をスイッチング素子によりグランド側に短絡させ、ヒューズを溶断させることで、回路内の通電を遮断するようにしたものもあった(例えば、特許文献2参照)。
特開2000−275706号公報(段落番号〔0037〕〜〔0042〕、図1)
特開2007−48702号公報(段落番号〔0008〕〜〔0012〕、図4)
ところで、上記のようなフライバックトランス方式による充電回路では、昇圧トランス53の1次コイルに対して、直流電源51からの電源電圧がヒューズ素子52を介して直接供給されている。そして、そのような直流電源51から昇圧トランス53に対して電流を供給し、またその供給を制限するという行為を、スイッチング素子Q1が担っている。このスイッチング素子Q1は、フライバックパルスの高電圧が直接印加されることとなるため、高耐圧プロセスを使用した高耐圧素子構成を有している。
しかしながら、例えば、周辺回路の不具合などによる異常電圧がスイッチング素子Q1に印加された場合や、耐圧の低下したスイッチング素子Q1がスイッチング動作を行った場合などには、スイッチング素子Q1が破壊され、ドレイン・ソース間が短絡した状態になることもあり得る。このような場合には、直流電源51から昇圧トランス53への電力供給の制限を行うことができなくなり、この昇圧トランス53や、短絡状態となったスイッチング素子Q1には、異常電流が流れ続けてしまうことになる。
例えば、スイッチング素子Q1が破壊されて短絡状態となった場合、短絡時の抵抗値が十分大きければ流れる異常電流は小さくなり、スイッチング素子Q1での発熱は特に大きくはならない。一方、短絡時の抵抗値が十分小さければヒューズ素子52が溶断され、これによりスイッチング素子Q1に対する電力供給が停止される。
しかし、短絡時の抵抗値がこれらの状態に対して中間的な値となった場合には、ヒューズ素子52の溶断には至らない量であるものの、スイッチング素子Q1の発熱を引き起こすのに十分な電流が流れることも考えられる。このような場合には、スイッチング素子Q1への電力供給は停止されず、発熱量がさらに大きくなってしまう。また、半導体によるスイッチング素子Q1の場合では、発熱量が大きくなってジャンクション温度を超えてしまうと、抵抗値が急激に減少して、さらに過大な電流が流れることも考えられる。
また、一般的に、異常電流に対処するための安全装置としてヒューズ素子52が組み込まれている。しかし、最近では充電時間を短縮したいという要求が強く、このためにはヒューズ素子52の定格電流値をできるだけ高めて、通常使用時に流れる電流を大きくする必要がある。このため、上記のようなヒューズ素子52を溶断しない程度の異常電流が流れる事態に対処することは、困難になってきている。さらに、このような事態に対処可能なヒューズ素子52の定格値を算出できたとしても、その定格値を持つヒューズ素子52を必ずしも入手できるとは限らないという問題もあった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子に異常電流が流れた場合の安全性を向上させた充電回路を有するストロボ装置を備えた撮像装置、ストロボ装置、および充電制御方法を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、他励発振式の充電回路を有するストロボ装置を備えた撮像装置において、ストロボ発光部に供給する電力を蓄積するメインコンデンサと、少なくとも1次コイルおよび2次コイルを備えた昇圧トランスと、スイッチング制御信号に応じてスイッチング動作を行うことで、前記昇圧トランスの前記1次コイルに供給する電流のオン/オフを切り替えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング動作に応じて前記昇圧トランスの前記2次コイルに発生するフライバックパルスを整流して、前記メインコンデンサに充電電圧として供給する整流ダイオードと、前記昇圧トランスおよび前記スイッチング素子と電源との間に設けられて、前記電源から供給される電力を選択的に遮断する電力供給遮断回路と、前記メインコンデンサが満充電状態となったことを検出する満充電検出部と、前記電力供給遮断回路を導通状態とし、前記スイッチング素子のスイッチング動作を開始させた後、一定時間以内に前記満充電検出部により満充電状態が検出されなかった場合に、前記電力供給遮断回路を遮断状態とするように制御する電力供給制御部と、を有することを特徴とする撮像装置が提供される。
このような撮像装置では、電力供給遮断回路を導通状態とすることで、昇圧トランスの1次コイルおよびスイッチング素子に電源からの電力が供給され、スイッチング素子がスイッチング動作を行うことで、昇圧トランスの2次コイルにフライバックパルスが発生する。このフライバックパルスが整流ダイオードで整流されてメインコンデンサに供給されることで、メインコンデンサが充電される。また、電力供給制御部の制御により、電力供給遮断回路を導通状態とし、スイッチング素子のスイッチング動作を開始させた後、一定時間以内に満充電検出部によりメインコンデンサの満充電状態が検出されなかった場合には、電力供給遮断回路が遮断状態とされて、スイッチング素子への電力の供給が遮断される。
本発明の撮像装置によれば、電力供給遮断回路を導通状態とし、スイッチング素子のスイッチング動作を開始させた後、一定時間以内に満充電検出部によりメインコンデンサの満充電状態が検出されなかった場合には、電力供給遮断回路が遮断状態とされるので、メインコンデンサの充電時にスイッチング素子に異常が発生して電流が流れ続けた場合に、スイッチング素子に電流が流れないようにすることができ、発熱を防止して安全性を保つことができる。
以下、本発明を、デジタルスチルカメラなど、撮像画像をデジタルデータとして記録可能な撮像装置に適用した場合を例に挙げて、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。
図1に示す撮像装置は、光学ブロック11、撮像素子12、AFE(Analog Front End)回路13、カメラ信号処理回路14、画像エンコーダ15、記録装置16、ディスプレイ17、制御部18、およびストロボ装置19を具備する。
図1に示す撮像装置は、光学ブロック11、撮像素子12、AFE(Analog Front End)回路13、カメラ信号処理回路14、画像エンコーダ15、記録装置16、ディスプレイ17、制御部18、およびストロボ装置19を具備する。
光学ブロック11は、被写体からの光を撮像素子12に集光するためのレンズ、レンズを移動させてフォーカス合わせやズーミングを行うための駆動機構、シャッタ機構、アイリス機構などを具備しており、これらは制御部18からの制御信号に基づいて駆動される。撮像素子12は、CCD(Charge Coupled Devices)あるいはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型などの固体撮像素子であり、被写体から光学ブロック11を通じて入射した光を、電気信号に変換する。
AFE回路13は、撮像素子12から出力された画像信号に対して、CDS(Correlated Double Sampling)処理によりS/N(Signal/Noise)比を良好に保つようにサンプルホールドを行い、さらにAGC(Auto Gain Control)処理により利得を制御し、A/D変換を行ってデジタル画像信号を出力する。
カメラ信号処理回路14は、AFE回路13からの画像信号を基にAF(Auto Focus)処理、AE(Auto Exposure)処理などのための各種検波処理を行う。また、その画像信号に対して、ホワイトバランス調整処理や色補正処理などの信号処理を施す。画像エンコーダ15は、カメラ信号処理回路14からの画像信号に対して、JPEG(Joint Photographic Coding Experts Group)方式などの所定の画像データフォーマットで圧縮符号化処理を行う。ディスプレイ17は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)からなり、カメラ信号処理回路14からの画像信号に基づく撮像画像を表示する。
制御部18は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などから構成されるマイクロコンピュータであり、ROMなどに記憶されたプログラムを実行することにより、この撮像装置の各部を統括的に制御する。ストロボ装置19は、ストロボ発光部や後述する充電回路などを備え、これらの発光動作や充電動作は制御部18によって制御される。
次に、ストロボ装置19が備える充電回路と、その制御機能について説明する。図2は、ストロボ充電回路およびその制御機能の構成を示す図である。
図2に示すストロボ充電回路は、ストロボ発光部に電力を供給するメインコンデンサC1を充電するための回路である。このストロボ充電回路は、直流電源21、ヒューズ素子22、昇圧トランス23、スイッチング素子Q1、フィードバックコンデンサC2、電力供給遮断回路24、整流ダイオードD1、およびメインコンデンサC1を備えている。
図2に示すストロボ充電回路は、ストロボ発光部に電力を供給するメインコンデンサC1を充電するための回路である。このストロボ充電回路は、直流電源21、ヒューズ素子22、昇圧トランス23、スイッチング素子Q1、フィードバックコンデンサC2、電力供給遮断回路24、整流ダイオードD1、およびメインコンデンサC1を備えている。
また、このようなストロボ充電回路を制御するための機能として、充電制御部31、発振制御部32、満充電検出部33、および電力供給制御部34が設けられている。本実施の形態では例として、これらの機能のうちの充電制御部31および電力供給制御部34は、制御部18によりプログラムが実行されることで実現される。また、制御部18にはさらに、ストロボ発光動作を含む撮像動作を制御する撮像動作制御部40も設けられている。
直流電源21は、例えば2次電池として実現される。直流電源21から供給される電源電圧は、ヒューズ素子22および電力供給遮断回路24を介して、昇圧トランス23の1次コイルに供給される。なお、ヒューズ素子22は、所定値以上の電流が流れたときに溶断するように構成されている。
昇圧トランス23は、1次コイルに発生するフライバックパルスを昇圧して2次コイルに出力するフライバックトランスであり、その1次コイルは、直流電源21、ヒューズ素子22、電力供給遮断回路24、およびスイッチング素子Q1と直列に接続されている。スイッチング素子Q1は、例えばnチャネルのMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタからなり、発振制御部32からのスイッチング制御信号をゲート端子に受け、その制御信号に応じてオン/オフの動作を行う。フィードバックコンデンサC2は、ヒューズ素子22と昇圧トランス23との間において直流電源21と並列に接続され、このフィードバックコンデンサC2、昇圧トランス23の1次コイル、およびスイッチング素子Q1により、スイッチングループが構成される。
電力供給遮断回路24は、直流電源21から昇圧トランス23やスイッチング素子Q1に対して流れる電流を選択的に遮断するための回路であり、ここでは例として、pチャネルのMOSトランジスタQ2、抵抗R1、コンデンサC3、およびnチャネルのデジタルトランジスタQ3を備えている。MOSトランジスタQ2のソース端子はヒューズ素子22の一端に接続され、ソース端子とゲート端子とは抵抗R1を介して接続され、ゲート端子とドレイン端子との間には突入電流防止用のコンデンサC3が接続されている。デジタルトランジスタQ3は、電力供給制御部34から供給されるベース制御信号に応じてオン/オフの動作を行い、MOSトランジスタQ2のゲート端子とグランドとの間の導通/非導通を制御する。
この電力供給遮断回路24では、デジタルトランジスタQ3がオンのとき、MOSトランジスタQ2のゲート電位がグランド側に引かれて、MOSトランジスタQ2がオンになり、直流電源21からの電力が昇圧トランス23の側に供給される。また、デジタルトランジスタQ3がオフにされるとMOSトランジスタQ2もオフになり、直流電源21からの電力供給が遮断される。なお、電力供給遮断回路24の構成は上記構成に限らず、例えばリレースイッチにより実現されてもよい。
整流ダイオードD1は、昇圧トランス23の2次コイルに発生されるフライバックパルスを整流して、メインコンデンサC1に供給する。メインコンデンサC1は、整流ダイオードD1を介して供給されたフライバックパルスにより充電動作を行う。このメインコンデンサC1の充電電圧は、負荷であるストロボ発光部(図示せず)に対して電力供給端子25を通じて供給される。
充電制御部31は、このストロボ充電回路を統括的に制御する制御部であり、満充電検出部33からの満充電検出信号S1および撮像動作制御部40からのストロボ発光信号S2に応じて、スイッチング素子Q1および電力供給遮断回路24の各動作を制御して、これによりメインコンデンサC1への充電動作を制御する。
発振制御部32は、充電制御部31からの発振開始/終了制御信号S3に応じて、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御する。すなわち、発振制御部32は、発振開始/終了制御信号S3がハイレベルである期間のみ、スイッチング素子Q1のゲート端子に対してスイッチング制御信号を出力して、スイッチング素子Q1にスイッチング動作を実行させる。
満充電検出部33は、メインコンデンサC1の端子間電圧を検出し、この電圧が所定の電圧に達したときに満充電状態と判断し、充電制御部31に対して満充電の検出を通知する。
電力供給制御部34は、充電制御部31からの電力供給制御信号S4に応じて、電力供給遮断回路24のデジタルトランジスタQ3のベース端子に対してベース制御信号を出力し、これにより、直流電源21から昇圧トランス23への電力供給遮断回路24による電力供給のオン/オフ動作を制御する。すなわち、電力供給制御部34は、電力供給制御信号S4がハイレベルのとき、ベース制御信号をハイレベルにして、直流電源21からの電力を昇圧トランス23の側に供給させる。また、電力供給制御信号S4がローレベルになると、ベース制御信号をローレベルにして、直流電源21からの電源供給を遮断させる。
以上の構成のストロボ充電回路では、電力供給遮断回路24を設け、充電制御部31の制御により、直流電源21からスイッチング素子Q1への電力供給を遮断できる点が特徴となっている。特に、充電制御部31は、メインコンデンサC1への充電を開始させた後、所定の時間が経過しても満充電検出部33により満充電が検出されない場合には、スイッチング素子Q1に異常が発生と判断し、スイッチング素子Q1への電力供給を遮断する。この制御により、異常発生によりスイッチング素子Q1のドレイン・ソース間が短絡し、ヒューズ素子52が溶断しない程度の異常電流が流れ続けた場合に、スイッチング素子Q1が発熱することを防止できる。
ここで、図3は、ストロボ充電回路の別の構成例を示す図である。
上記の図2の構成において、満充電検出部33は、メインコンデンサC1の端子間電圧を検出していたが、これ以外の方法で満充電状態を検出することもできる。図3に示した満充電検出部33aは、昇圧トランス23の1次コイルの側のスイッチングループに生じるキックバック電圧を検出することで、満充電状態を検出している。なお、この満充電検出部33aが充電制御部31に対して出力する満充電検出信号S1は、図2の満充電検出部33と同じであるので、以下では図2に示した構成に基づいて説明する。
上記の図2の構成において、満充電検出部33は、メインコンデンサC1の端子間電圧を検出していたが、これ以外の方法で満充電状態を検出することもできる。図3に示した満充電検出部33aは、昇圧トランス23の1次コイルの側のスイッチングループに生じるキックバック電圧を検出することで、満充電状態を検出している。なお、この満充電検出部33aが充電制御部31に対して出力する満充電検出信号S1は、図2の満充電検出部33と同じであるので、以下では図2に示した構成に基づいて説明する。
ここでは、まず、スイッチング素子Q1が短絡した際の問題点について詳しく述べ、その後に上記のストロボ充電回路の詳細な動作について説明する。
スイッチング素子Q1に異常が生じて、そのドレイン・ソース間の抵抗が低下した場合、流れる電流量が十分に大きければ、ヒューズ素子22が溶断されてスイッチング素子Q1への電力供給が遮断されるので、発熱を即座に防止できる。しかし、短絡時のスイッチング素子Q1の抵抗値によっては、ヒューズ素子22の溶断には至らない量であるものの、スイッチング素子Q1の発熱を引き起こすのに十分な電流が流れることも考えられる。また、半導体によるスイッチング素子Q1の場合では、発熱量が大きくなってジャンクション温度を超えてしまうと、抵抗値が急激に減少して、さらに過大な電流が流れることも考えられる。
スイッチング素子Q1に異常が生じて、そのドレイン・ソース間の抵抗が低下した場合、流れる電流量が十分に大きければ、ヒューズ素子22が溶断されてスイッチング素子Q1への電力供給が遮断されるので、発熱を即座に防止できる。しかし、短絡時のスイッチング素子Q1の抵抗値によっては、ヒューズ素子22の溶断には至らない量であるものの、スイッチング素子Q1の発熱を引き起こすのに十分な電流が流れることも考えられる。また、半導体によるスイッチング素子Q1の場合では、発熱量が大きくなってジャンクション温度を超えてしまうと、抵抗値が急激に減少して、さらに過大な電流が流れることも考えられる。
スイッチング素子Q1の発熱量Tsは、その入力電力Pd、熱抵抗Rθ、環境温度Taとの関係から次の式(1)で表される。
Ts=Ta+Rθ*Pd ……(1)
この式(1)からわかる通り、発熱量Tsは入力電力Pdに比例して増加する。電源電圧を一定値(VBATT)とすると、スイッチング素子Q1が破壊された後の短絡抵抗値Rdsに対して、電源電圧VBATTを印加したときに流れる電流をIdsとすると、次の式(2)の関係が成立する。
Pd=VBATT*Ids=Rds*Ids2 ……(2)
従って、式(1)および式(2)より、スイッチング素子Q1の発熱量Tsは、次の式(3)で表されるような温度上昇を示す。
Ts=Ta+Rθ*Rds*Ids2 ……(3)
図4は、スイッチング素子の発熱量と他のパラメータとの関係を示すグラフの一例である。
Ts=Ta+Rθ*Pd ……(1)
この式(1)からわかる通り、発熱量Tsは入力電力Pdに比例して増加する。電源電圧を一定値(VBATT)とすると、スイッチング素子Q1が破壊された後の短絡抵抗値Rdsに対して、電源電圧VBATTを印加したときに流れる電流をIdsとすると、次の式(2)の関係が成立する。
Pd=VBATT*Ids=Rds*Ids2 ……(2)
従って、式(1)および式(2)より、スイッチング素子Q1の発熱量Tsは、次の式(3)で表されるような温度上昇を示す。
Ts=Ta+Rθ*Rds*Ids2 ……(3)
図4は、スイッチング素子の発熱量と他のパラメータとの関係を示すグラフの一例である。
この図4では、例として、電源電圧VBATTを4.2V、環境温度Taを60度としたときの、短絡抵抗値Rds、電流Ids、および発熱量(ここではスイッチング素子の表面温度)Tsの関係の例を示している。この図4によれば、例えば、定格値が1A(実際の許容値が2A)のヒューズ素子52が溶断されない程度の電流が流れた場合でも、スイッチング素子Q1の表面温度が400度程度になることがあり得ると考えられる。図2の構成では、このような事態に対処できるようにしている。
ところで、従来、異常電流に対処するための安全装置として、一般的に電流ヒューズ素子が組み込まれており、図2のヒューズ素子22がこれに対応する。このようなヒューズ素子の定格値を決定する要因の1つとして、異常電流値が挙げられるが、通常では、想定する異常電流値に対して2倍以上のマージンを持たせてヒューズ素子の仕様が決定される。従って、ヒューズ素子の定格電流値の上限を、異常電流値の最小値の1/2以下に設定する必要がある。
また、ヒューズ素子の定格値を決定する他の要因として、ヒューズ素子が搭載される装置における通常使用電流値の最大値と、ヒューズ素子が搭載される装置に電源が接続された場合や、電源スイッチをオンにした場合に流れる突入電流のジュール積分値という2つの要因が挙げられる。
通常使用電流値に対応する定格電流値については、ヒューズ素子が搭載される装置の寿命を鑑みた定常ディレーティングと、ヒューズ素子が使用される環境での環境温度に依存する温度ディレーティングという2つの補正値によって、通常使用電流値の最大値を補正することにより、定格電流値の下限が求められる。従って、通常使用電流値に対して装置の寿命および温度環境変化を考慮した条件下で、正常に使用しているときにヒューズ素子が予期せぬ溶断を起こさないようなマージンを持たせた定格電流値を設定する必要がある。
また、突入電流に対する定格電流値については、ヒューズ素子が搭載される装置において実際に測定された突入電流波形の積分値としてジュール積分値It2を求めたときに、ヒューズ素子のジュール積分値に対する耐性特性曲線を基準として十分なマージンを持たせた定格電流値を設定する必要がある。
ところが、ストロボ充電回路などの充電回路に対しては、急速に充電するために、通常使用電流値を可能な限り大きくしたいという要求がある。このため、場合によっては、異常電流値による定格電流値の上限より、通常使用時の定格電流値の下限の方が大きくなることがあり得る。この場合には、ヒューズ素子の定格電流値が設定できないことになる。
また、実際のヒューズ素子の定格電流値は離散的に設定されているので、異常電流値による定格電流値の上限より、通常使用時の定格電流値の下限の方が小さく、定格電流値を設定可能な条件となっていても、この条件に合致する定格電流値を持つヒューズ素子が入手できない場合もある。
従って、図2の構成では、通常電流値を比較的高く見積もって、その条件に合う既存のヒューズ素子22を用いた場合でも、上述したような異常電流による発熱を回避し、安全性を確保できるようにすることも、大きな目的の1つとなっている。
なお、前述した特許文献1および2に記載された技術のように、単にフライバックトランスの2次コイル側あるいは1次コイル側の検出電圧を基に、スイッチング動作や回路内の通電を制御する手法では、スイッチング素子Q1のスイッチング動作が異常であるのか、あるいは、正常なスイッチング動作時に異常電流に相当する電流が流れているのかを判別することはできず、上記のような問題点を解決することは不可能である。
次に、上記のストロボ充電回路を用いた制御動作について、具体的に説明する。まず、図5は、通常の撮像時における充電制御動作の第1の例を示すタイムチャートである。
この図5において、タイミングT20では、メインコンデンサC1が満充電の状態から、撮像動作制御部40の制御によりストロボ発光部の発光動作が行われる。このとき、撮像動作制御部40は、充電制御部31に対してストロボ発光信号S2を出力する。充電制御部31は、ストロボ発光信号S2を検出すると、即座に、あるいは所定時間後に、メインコンデンサC1の充電を開始させる。
この図5において、タイミングT20では、メインコンデンサC1が満充電の状態から、撮像動作制御部40の制御によりストロボ発光部の発光動作が行われる。このとき、撮像動作制御部40は、充電制御部31に対してストロボ発光信号S2を出力する。充電制御部31は、ストロボ発光信号S2を検出すると、即座に、あるいは所定時間後に、メインコンデンサC1の充電を開始させる。
図中のタイミングT21が充電開始のタイミングであり、充電制御部31は、まず、電力供給制御部34に対する電力供給制御信号S4をハイレベルにして、MOSトランジスタQ2をオンにし、直流電源21から昇圧トランス23の側への電力供給を開始させる。次に、所定の時間td1が経過したタイミングT22において、発振制御部32に対する発振開始・終了制御信号S3をハイレベルにして、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を開始させる。これにより、メインコンデンサC1の充電電圧が徐々に上昇していく。
次に、タイミングT23において、満充電検出部33は、メインコンデンサC1が満充電状態になったことを検出し、充電制御部31に対する満充電検出信号S1をローレベルにする。なお、ここでは例として、満充電が検出されたとき、満充電検出信号S1をローレベルとし、その一定時間後には満充電検出信号S1を自動的にハイレベルに戻すようにしている。充電制御部31は、満充電検出信号S1がローレベルになったことを検出すると、その直後のタイミングT24において、まず、発振開始・終了制御信号S3をローレベルにして、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を停止させる。次に、所定の時間td2が経過したタイミングT25において、電力供給制御信号S4をローレベルにし、昇圧トランス23の側への電力供給を停止させる。
このように、発振開始・終了制御信号S3がハイレベルとされて、スイッチング動作が実行されている期間を包含する期間で、電力供給制御信号S4をハイレベルとして、昇圧トランス23の側に電力供給を行うようにすることで、充電動作に対して特に影響を及ぼすことなく、電力供給/遮断の制御を行うことができる。
なお、この図4のタイミングT11〜T19の期間でも、昇圧トランス23の側に電力が供給されて、メインコンデンサC1の充電が行われている。また、タイミングT11で電力供給を開始させてから、時間td1経過後のタイミングT12でスイッチング動作を開始させ、さらに、タイミングT17で満充電が検出された後、タイミングT18でまずスイッチング動作を停止させ、その後のタイミングT18で電力供給を停止させている点については、上述したタイミングT21〜T25の動作と同様である。
ただし、タイミングT11〜T19の期間では、タイミングT13〜T14、タイミングT15〜T16の各期間において、発振開始・終了制御信号S3をローレベルとしてスイッチング動作を停止させている。これらの期間は、この撮像装置において比較的電力消費量の大きい他の動作が行われている期間であり、例えば、ズームレンズやフォーカスレンズの移動など、モータが駆動される期間などを適用できる。充電制御部31は、例えば、撮像動作制御部40から充電可/不可制御信号(図示せず)を受けて、この制御信号に基づき、充電可能とされている期間のみ、スイッチング動作を実行させる。
次に、図6は、通常の撮像時における充電制御動作の第2の例を示すタイムチャートである。
この図6では、タイミングT31〜T43の期間が、昇圧トランス23の側に電力が供給されて、メインコンデンサC1の充電が行われる期間となっている。また、図5の場合と同様に、充電動作全体の開始時には、まずタイミングT31で、昇圧トランス23の側への電力供給を開始させた後、時間td1経過後のタイミングT32においてスイッチング素子Q1のスイッチング動作を開始させており、また、タイミングT41で満充電が検出された際には、その直後のタイミングT42でまずスイッチング動作を停止させた後、時間td2経過後のタイミングT43で電力供給を停止させている。
この図6では、タイミングT31〜T43の期間が、昇圧トランス23の側に電力が供給されて、メインコンデンサC1の充電が行われる期間となっている。また、図5の場合と同様に、充電動作全体の開始時には、まずタイミングT31で、昇圧トランス23の側への電力供給を開始させた後、時間td1経過後のタイミングT32においてスイッチング素子Q1のスイッチング動作を開始させており、また、タイミングT41で満充電が検出された際には、その直後のタイミングT42でまずスイッチング動作を停止させた後、時間td2経過後のタイミングT43で電力供給を停止させている。
また、このタイミングT31〜T43の期間中には、タイミングT33およびT37のそれぞれにおいて、上述したレンズ移動動作などに応じて、スイッチング動作が停止されている。ここで、充電制御部31は、このような充電動作の途中の期間であっても、スイッチング動作を停止させた後、所定の時間td2が経過するまでに撮像動作制御部40から再び充電可能の通知が発信されない場合には、電力供給制御信号S4をローレベルに戻して電力供給を遮断するように制御している(タイミングT34およびT38に対応)。そして、このような電力供給の遮断後に、撮像動作制御部40からの充電可能の通知を受信した場合には、充電動作全体の開始時と同様に、まず、電力供給を開始させた後(タイミングT35およびT39に対応)、スイッチング動作を開始させている(タイミングT36およびT40に対応)。
このような制御により、例えば、レンズ移動動作などの比較的消費電力の高い動作の実行の影響により、スイッチング素子Q1に異常が発生して短絡状態となった場合に、このスイッチング素子Q1に異常電流が流れる時間を短縮し、発熱量を低減できるようになる。
次に、図7は、スイッチング素子の異常により異常電流が流れた場合の充電制御動作の例を示すタイムチャートである。
この図7では、タイミングT51において昇圧トランス23の側への電力供給が開始され、さらに時間td1経過後のタイミングT52においてスイッチング素子Q1のスイッチング動作を開始されて、メインコンデンサC1の充電が開始されている。ここで、タイミングT53において、スイッチング素子Q1が破壊されて短絡が発生したものとする。このとき、ヒューズ素子22が溶断されない程度の電流がスイッチング素子Q1に流れ続けるが、スイッチング動作が行われないので、メインコンデンサC1は充電されず、満充電は検出されない。
この図7では、タイミングT51において昇圧トランス23の側への電力供給が開始され、さらに時間td1経過後のタイミングT52においてスイッチング素子Q1のスイッチング動作を開始されて、メインコンデンサC1の充電が開始されている。ここで、タイミングT53において、スイッチング素子Q1が破壊されて短絡が発生したものとする。このとき、ヒューズ素子22が溶断されない程度の電流がスイッチング素子Q1に流れ続けるが、スイッチング動作が行われないので、メインコンデンサC1は充電されず、満充電は検出されない。
このような場合に対処するために、充電制御部31は、時間をカウントするカウンタを備えている。そして、タイミングT52でスイッチング動作を開始させたとき、カウント動作を開始して、あらかじめ決められた最大待ち時間tmaxが経過するまでに、満充電検出信号S1を基に満充電の検出を監視する。
最大待ち時間tmaxが経過するまでに満充電が検出された場合には、スイッチング素子Q1に特に異常がないと判断できるので、図5および図6に示した通り、スイッチング動作を停止させた後、昇圧トランス23の側への電力供給を停止させる。一方、図中のタイミングT54のように、最大待ち時間tmaxが経過するまでに満充電が検出されなかった場合には、スイッチング素子Q1に異常が発生したと判断して、スイッチング動作を停止させ、さらに時間td2経過後のタイミングT55において、電力供給も停止させる。
このような制御により、スイッチング素子Q1が破壊されて短絡状態となり、ヒューズ素子22が溶断されない程度の電流が流れている状態を推定でき、スイッチング素子Q1への電力供給を停止させて、発熱を防止することができる。また、充電時間短縮のためにヒューズ素子22の定格電流値を高めた場合でも、上記のような異常電流の発生を検出して、発熱を確実に防止できる。すなわち、充電時間が短く、かつ安全性の高いストロボ充電回路を実現することができる。さらに、ヒューズ素子22の定格電流値として、上記のような異常電流を考慮する必要がなくなるので、ヒューズ素子22の選択の幅が広がり、既存のヒューズ素子22を利用して製造コストを抑制することもできる。
ここで、充電制御部31は、最低限、スイッチング動作の開始時点(タイミングT52に対応)から、スイッチング素子Q1に対して電力が供給されている期間において、最大待ち時間tmaxのカウント動作を行うようにする。例えば、図5のタイミングT12を起点としてカウント動作を行う場合、スイッチング動作が一時的に停止される期間(タイミングT13〜T14、タイミングT15〜T16)でも、スイッチング素子Q1への電力供給が継続しているので、カウント動作を継続させる。
一方、図6のタイミングT32を起点としてカウント動作を行う場合、スイッチング動作が一時的に停止される期間(タイミングT13〜T14、タイミングT15〜T16)では、スイッチング素子Q1への電力供給が遮断されている期間(タイミングT34〜T35、タイミングT38〜T39)が存在する。このような電力供給が遮断された期間では、カウント動作を一時的に停止してもよく、このような制御でもスイッチング素子Q1の発熱を防止することが可能である。
なお、言うまでもなく、カウント動作の開始タイミングを、スイッチング動作の開始タイミング(例えば図7のタイミングT52)の代わりに、電力供給の開始タイミング(例えば図7のタイミングT51)としてもよい。
次に、図8は、ノイズ混入時の充電制御動作の例を示すタイムチャートである。
図8の例では、タイミングT61から充電動作が開始され、タイミングT62において満充電が検出されて、その直後のタイミングT63において、昇圧トランス23の側への電力供給が停止されている。そして、タイミングT64においてストロボ発光信号S2が出力され、ストロボ発光部の発光動作が行われている。
図8の例では、タイミングT61から充電動作が開始され、タイミングT62において満充電が検出されて、その直後のタイミングT63において、昇圧トランス23の側への電力供給が停止されている。そして、タイミングT64においてストロボ発光信号S2が出力され、ストロボ発光部の発光動作が行われている。
ここで、ストロボ発光動作により、充電制御部31から発振制御部32に対する発振開始・終了制御信号S3の信号線に、ノイズが混入したものとする。このとき、発振制御部32は、ノイズに応じてスイッチング素子Q1のスイッチング動作を開始させてしまうことがあり得る。
しかし、上記の制御により、満充電の状態では直流電源21からの電力供給を停止させておくことにより、スイッチング動作が誤って開始されてもスイッチング素子Q1に電流が流れることはない。従って、例えば、この誤動作によりスイッチング素子Q1が破壊される、あるいはメインコンデンサC1が過充電状態になるといった事態が防止され、ノイズ発生時の安全性を高めることも可能になる。また、発振開始・終了制御信号S3の信号線の回路内における引き回しの自由度を高めることもできる。
なお、以上の実施の形態において、直流電源21としては、2次電池の他に、例えば、商用交流電源からの供給電圧をAC/DCコンバータを介して受けるようにしてもよいし、あるいはこれらが併用されてもよい。複数の電源に対応する場合には、電力供給遮断回路24およびヒューズ素子22が、各電源からの電力供給線の分岐点よりも昇圧トランス23の側において、直列に接続されるようにする。
また、上記の実施の形態では、ストロボ装置が撮像装置と一体に構成されていた場合を示したが、これらが別体の装置として実現されてもよい。この場合、例えば、上記のストロボ充電回路やその制御機能(充電制御部31、発振制御部32、満充電検出部33、および電力供給制御部34)がストロボ装置内に搭載され、ストロボ発光信号などの撮像動作に関係する信号を撮像装置側から受けて動作するようにしてもよい。あるいは、上記制御機能の一部(例えば、充電制御部31、電力供給制御部34など)が撮像装置側に設けられてもよい。
また、電源が直接接続されている基板と、ストロボ発光部が搭載されている基板とが分離され、各基板がケーブルや接続端子などにより接続されている場合には、例えば、電力供給遮断回路24およびヒューズ素子22は、電源側の基板に搭載されてもよいし、あるいは、ストロボ発光部側の基板に搭載されていてもよい。
11……光学ブロック、12……撮像素子、13……AFE回路、14……カメラ信号処理回路、15……画像エンコーダ、16……記録装置、17……ディスプレイ、18……制御部、19……ストロボ装置、21……直流電源、22……ヒューズ素子、23……昇圧トランス、24……電力供給遮断回路、25……電力供給端子、31……充電制御部、32……発振制御部、33……満充電検出部、34……電力供給制御部、40……撮像動作制御部、C1……メインコンデンサ、C2……フィードバックコンデンサ、C3……コンデンサ、D1……整流ダイオード、Q1……スイッチング素子、Q2……MOSトランジスタ、Q3……デジタルトランジスタ、R1……抵抗
Claims (7)
- 他励発振式の充電回路を有するストロボ装置を備えた撮像装置において、
ストロボ発光部に供給する電力を蓄積するメインコンデンサと、
少なくとも1次コイルおよび2次コイルを備えた昇圧トランスと、
スイッチング制御信号に応じてスイッチング動作を行うことで、前記昇圧トランスの前記1次コイルに供給する電流のオン/オフを切り替えるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作に応じて前記昇圧トランスの前記2次コイルに発生するフライバックパルスを整流して、前記メインコンデンサに充電電圧として供給する整流ダイオードと、
前記昇圧トランスおよび前記スイッチング素子と電源との間に設けられて、前記電源から供給される電力を選択的に遮断する電力供給遮断回路と、
前記メインコンデンサが満充電状態となったことを検出する満充電検出部と、
前記電力供給遮断回路を導通状態とし、前記スイッチング素子のスイッチング動作を開始させた後、一定時間以内に前記満充電検出部により満充電状態が検出されなかった場合に、前記電力供給遮断回路を遮断状態とするように制御する電力供給制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記昇圧トランスおよび前記スイッチング素子と前記電源との間に直列に接続されて、過電流の発生時に溶断されるヒューズ素子をさらに有することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記電力供給制御部は、さらに、前記電力供給遮断回路を導通状態とし、前記スイッチング素子のスイッチング動作を開始させた後、前記一定時間以内に前記満充電検出部により満充電状態が検出されると、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、前記電力供給遮断回路を遮断状態とし、その後に前記ストロボ発光部の発光動作が行われ、さらに前記メインコンデンサの充電を開始させるまでの間、前記電力供給遮断回路を遮断状態に保持することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記電力供給制御部は、前記電力供給遮断回路を導通状態とするタイミングより後に、前記スイッチング素子のスイッチング動作を開始させ、その後、前記電力供給遮断回路を遮断状態とするタイミングより前に、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるように制御することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記電力供給制御部は、前記電力供給遮断回路を導通状態とし、前記スイッチング素子のスイッチング動作を開始させたタイミングから、前記スイッチング素子のスイッチング動作の制御に関係なく、前記電力供給遮断回路を導通状態としている期間において前記一定時間をカウントすることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 他励発振式の充電回路を備えたストロボ装置において、
ストロボ発光部に供給する電力を蓄積するメインコンデンサと、
少なくとも1次コイルおよび2次コイルを備えた昇圧トランスと、
スイッチング制御信号に応じてスイッチング動作を行うことで、前記昇圧トランスの前記1次コイルに供給する電流のオン/オフを切り替えるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作に応じて前記昇圧トランスの前記2次コイルに発生するフライバックパルスを整流して、前記メインコンデンサに充電電圧として供給する整流ダイオードと、
前記昇圧トランスおよび前記スイッチング素子と電源との間に設けられて、前記電源から供給される電力を選択的に遮断する電力供給遮断回路と、
前記メインコンデンサが満充電状態となったことを検出する満充電検出部と、
前記電力供給遮断回路を導通状態とし、前記スイッチング素子のスイッチング動作を開始させた後、一定時間以内に前記満充電検出部により満充電状態が検出されなかった場合に、前記電力供給遮断回路を遮断状態とするように制御する電力供給制御部と、
を有することを特徴とするストロボ装置。 - ストロボ発光部に供給する電力を蓄積するメインコンデンサと、少なくとも1次コイルおよび2次コイルを備えた昇圧トランスと、スイッチング制御信号に応じてスイッチング動作を行うことで、前記昇圧トランスの前記1次コイルに供給する電流のオン/オフを切り替えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング動作に応じて前記昇圧トランスの前記2次コイルに発生するフライバックパルスを整流して、前記メインコンデンサに充電電圧として供給する整流ダイオードとを有する他励発振式の充電回路を備えたストロボ装置における充電制御方法であって、
電力供給制御部が、前記昇圧トランスおよび前記スイッチング素子と電源との間に設けられて、前記電源から供給される電力を選択的に遮断する電力供給遮断回路を導通状態とし、前記スイッチング素子のスイッチング動作を開始させて、前記メインコンデンサの充電を開始させ、
満充電検出部が、前記メインコンデンサが満充電状態となったか否かを検出し、
前記電力供給制御部が、前記メインコンデンサの充電開始後、一定時間以内に前記満充電検出部により満充電状態が検出されなかった場合に、前記電力供給遮断回路を遮断状態とする、
ことを特徴とする充電制御方法。
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