JP2008261896A - 撮像装置、ストロボ装置、および充電制御方法 - Google Patents

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

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。

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。

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。

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。

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。

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ｔ_d1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ｔ_d2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ｔ_d1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ｔ_d1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ｔ_d2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ｔ_d2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ｔ_d1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ｔ_max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ｔ_max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ｔ_max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ｔ_d2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ｔ_max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。

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。

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。 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。 ストロボ充電回路の別の構成例を示す図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。

Images