JP2009258430A - 放電装置、放電装置の制御方法、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電状態の放電素子のインピーダンスの特性が変化しても、放電制御素子を破壊を防止して放電動作を行う放電装置を提供する。
【解決手段】環境温度が高くなるのに伴って放電状態におけるインピーダンスが低下する温度特性を有する放電管１１と、放電管１１を放電させるための電荷を蓄えるコンデンサ１２と、コンデンサ１２と放電管１１との電気的な接続と遮断を制御するトランジスタ１３３と、放電管１１、コンデンサ１２、及びトランジスタ１３３に直列に接続され、トランジスタ１３３がコンデンサ１２と放電管１１を電気的に接続したとき、トランジスタ１３３に流れる電流が所定の値を越えないように制限するサーミスタ１５とを備える放電回路１０であって、サーミスタ１５は、このサーミスタ１５の温度が高くなるのに伴って、抵抗値が上昇する特性を有する温度特性を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、放電素子を放電状態させるための放電装置、この放電装置の制御方法、及びこの放電装置を被写体を照光するための閃光発光装置として備える撮像装置に関するものである。

デジタルスチルカメラなどの撮像装置において、暗所撮像時などの補助光源として用いられる閃光発光装置は、例えば、キセノンガスを注入した放電管と、放電管を放電させるための電荷を蓄えるコンデンサと、コンデンサと放電管との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子とからなり、この放電管にて放電させることによって閃光を外部へ照射している。

このような閃光発光装置では、放電管が放電状態になるとインピーダンスが急激に低下するため、瞬間的に大きな放電電流が回路内に流れ、コンデンサと放電管との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子を破壊する虞がある。また、放電管の環境温度が上昇すると放電しやすくなるため、常温時に比べて放電動作時により大きい放電電流が回路内に流れ、コンデンサと放電管との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子を破壊する虞がある。

特許文献１には、発光素子の環境温度が異常に上昇してしまうのを防止するため、発光素子の環境温度をサーミスタで検出して、異常を検出した場合に発光素子への電源の供給を停止するカメラ機能付き携帯型電子機器が記載されている。

特開２００５―３１０５７１号公報

特許文献１に記載された発明では、発光素子の環境温度が高くなると、異常と判断して発光動作をすることができない。また、特許文献１に記載された発明を、放電管による放電動作により閃光を発光させる放電回路に適用した場合も、放電管の環境温度の上昇すると、サーミスタが異常と判断して放電動作を行うことができない。

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、放電状態の放電素子のインピーダンスの特性が変化しても、放電制御素子を破壊を防止して放電動作を行う放電装置、この放電装置の制御方法、及び、この放電装置を閃光発光装置として備える撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための手段として、本発明に係る放電装置は、環境温度が高くなるのに伴って放電状態におけるインピーダンスが低下する温度特性を有する放電素子と、放電素子を放電させるための電荷を蓄えるコンデンサと、コンデンサと放電素子との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子と、放電素子、コンデンサ、及び放電制御素子に直列に接続され、放電制御素子がコンデンサと放電素子を電気的に接続したとき、放電制御素子に流れる電流が所定の値を越えないように制限する電流制限素子とを備え、電流制限素子は、電流制限素子の温度が高くなるのに伴って、抵抗値が上昇する特性を有する温度特性を有するサーミスタである。

また、本発明に係る放電装置の制御方法は、環境温度が高くなるのに伴って放電状態におけるインピーダンスが低下する温度特性を有する放電素子と、放電素子を放電させるための電荷を蓄えるコンデンサと、コンデンサと放電素子との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子とを有する放電回路に直列に接続される抵抗素子であって、抵抗素子の温度が高くなるのに伴って抵抗値が上昇する特性を有する温度特性を有するサーミスタにより、放電制御素子がコンデンサと放電素子を電気的に接続したとき、放電制御素子に流れる電流が所定の値を越えないように制限する。

また、本発明に係る撮像装置は、被写体を照光するために用いられる閃光発光装置を備え、上記閃光発光装置は、環境温度が高くなるのに伴って放電状態におけるインピーダンスが低下する温度特性を有し、放電状態になると発光する放電素子と、放電素子を放電させるための電荷を蓄えるコンデンサと、コンデンサと放電素子との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子と、放電素子、コンデンサ、及び放電制御素子に直列に接続される抵抗素子であって、放電制御素子がコンデンサと該放電素子を電気的に接続したとき、放電制御素子に流れる電流が所定の値を越えないように制限する電流制限素子とを備え、電流制限素子は、電流制限素子の温度が高くなるのに伴って、抵抗値が上昇する特性を有する温度特性を有するサーミスタである。

本発明は、抵抗素子の温度が高くなるのに伴って抵抗値が上昇する特性を有する温度特性を有するサーミスタにより、放電制御素子がコンデンサと放電素子を電気的に接続したとき、放電制御素子に流れる電流が所定の値を越えないように制限するので、放電状態の放電素子のインピーダンスの特性が変化しても、放電制御素子を破壊を防止して放電動作を行うことができる。

本発明が適用された放電装置は、放電管などの放電素子を放電状態させるための装置である。以下では、図１に示すような、この放電装置を組み込んだストロボ装置１を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

ストロボ装置１は、デジタルスチルカメラなどの撮像装置２が撮像する被写体を照光する閃光を照射する装置である。

すなわち、ストロボ装置１は、撮像装置２と着脱可能に接続される閃光発光装置であり、放電動作を行う放電回路１０と、充電動作を行う充電回路２０とを備える。なお、ストロボ装置１は、撮像装置２の内部に組み込まれているようにしても良い。

放電回路１０は、図１に示すように、キセノンなどの放電時に発光する気体を封入した放電管１１と、放電管１１が放電するための電荷を蓄えるコンデンサ１２と、放電管１１による放電動作を制御する放電制御部１３とを備える。

充電回路２０は、放電回路１０のコンデンサ１２と電気的に接続されており、撮像装置２から供給される充電制御信号に従って、コンデンサ１２に電荷を蓄えさせるための充電動作を行う。例えば、充電回路２０には、撮像装置２から電源供給を受け、この供給電源を昇圧して、図示しない整流素子を介してコンデンサ１２に昇圧した電圧を印加することでコンデンサ１２の充電を行う。

なお、ストロボ装置１は、上述したように撮像装置２から電源供給を受ける代わりに、内部にバッテリなどを設けて、充電回路２０がコンデンサ１２を充電するようにしてもよい。

次に、図２を参照して、放電回路１０の具体的な回路構成について詳細に説明する。

放電回路１０は、上述した放電管１１とコンデンサ１２と放電制御部１３と、コンデンサ１２によって電圧が印加された状態で放電管１１に放電を開始させるためのトリガ回路１４と、放電動作中に放電管１１から放電制御部１３に流れる電流を制限するサーミスタ１５とから構成される。

放電回路１０では、コンデンサ１２が、分岐点Ｐ１を介して、放電管１１とトリガ回路１４とにそれぞれ接続されている。また、放電回路１０では、放電管１１のカソード側に接続されたサーミスタ１５とトリガ回路１４とが分岐点Ｐ２を介して互いに接続されている。

放電管１１は、キセノンなどの放電状態で発光する気体が封入されており、放電制御部１３によってコンデンサ１２から放電管１１に放電電圧が印加され、トリガ回路１４によって放電が開始される。このようにして、放電管１１は、放電によって発光状態となって、閃光を被写体に照射する放電発光素子として機能する。

コンデンサ１２は、上述した充電回路２０による充電動作によって電荷が蓄積された後に、放電制御部１３によって分岐点Ｐ２が接地側に短絡されることにより、放電管１１に放電電圧を印加する。

放電制御部１３は、直列接続された抵抗素子１３１、１３２と、スイッチ用のトランジスタ１３３とから構成される。

放電制御部１３では、トランジスタ１３３として、例えば絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）などが用いられる。このトランジスタ１３３は、コンデンサ１２と放電管１１との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子として機能するため、具体的には、コレクタが分岐点Ｐ２を介してサーミスタ１５とトリガ回路１４と接続され、ベースが抵抗素子１３１と接続され、エミッタが接地端に接続されている。

放電制御部１３は、放電制御信号がＨｉｇｈになると、トランジスタ１３３がＯＮになることにより、後述するトリガ回路１４が動作して、放電管１１の放電を開始させる。放電管１１が放電を開始して発光した後に放電制御信号がＬｏｗになると、放電制御部１３は、トランジスタ１３３がＯＦＦになることにより、コンデンサ１２から放電管１１への電流の流れを止めて放電を終了させる。

トリガ回路１４は、コンデンサ１２から放電電圧が印加された放電管１１に放電を開始させるための回路であって、抵抗素子１４１と、コンデンサ１４２と、トランス１４３とから構成される。

トリガ回路１４では、分岐点Ｐ１側から接地側に、抵抗素子１４１とコンデンサ１４２とが直列接続されている。また、トリガ回路１４では、トランス１４３を構成する一次側のコイルが、抵抗素子１４１とコンデンサ１４２との接続点Ｐ３と、分岐点Ｐ２とに接続され、トランス１４３を構成する二次側のコイルが、放電管１１と分岐点Ｐ２とに接続されている。

トリガ回路１４は、上述したトランジスタ１３３がＯＮになると、コンデンサ１４２からトランス１４３の一次側のコイルに電流を流してトランス１４３の二次側のコイルに発生する電圧を放電管１１に印加することによって、放電管１１の放電を開始させる。

サーミスタ１５は、トランジスタ１３３のコレクタ−エミッタ間に過剰な電流が流れることによって、トランジスタ１３３が破壊してしまうことを防止するため、放電管１１のカソード側と、分岐点Ｐ２を介してトランジスタ１３３のコレクタと接続された抵抗素子である。すなわち、サーミスタ１５は、トランジスタ１３３がＯＮになりコンデンサ１２と放電管１１を電気的に接続して放電動作を開始したとき、トランジスタ１３３のコレクタ−エミッタ間に流れる電流が所定の値を越えないように制限する。例えば、トランジスタ１３３の最大定格電流値が１５０［Ａ］の場合には、サーミスタ１５は、放電動作を開始したとき、トランジスタ１３３のコレクタ−エミッタ間に流れる電流が１５０［Ａ］を越えないように制限する。

サーミスタ１５は、例えば次のような指標に基づいて設計されたものが用いられる。

放電管１１のインピーダンスは、放電動作が開始されると放電管１１のインピーダンスが急激に低下するため、瞬間的に大きい放電電流が分岐点Ｐ２を介してトランジスタ１３３から接地側に流れる。

また、放電管が連続して放電を行っていない常温時と、放電管が連続して放電を行っている高温時とでは、常温時に比べて高温時の方が放電管に封入したガスが励起しやすい状態にある。すなわち、放電管１１は、常温時に比べて高温時の方が放電しやすい状態にあるため、より高温時の状態で放電動作を開始するとインピーダンスがより急激に低下するような特性を有している。

例えばサーミスタ１５を備えていない放電回路が、放電動作を開始した場合には、図３（Ａ）に示すように、常温時に比べて高温時の方が、放電開始直後の放電電流の立ち上がりが大きくなり、トランジスタ１３３に過大な電流を流してしまうこととなる。なお、図３（Ａ）では、高温時の管電流の時間応答を実線で示し、常温時の管電流の時間応答を破線で示している。

そこで、放電回路１０では、放電電流が流れる経路の総合インピーダンスが略一定となることを設計指標として、温度が高くなるのに伴って抵抗値が上昇するような正温度特性を有するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）のサーミスタ１５を、放電電流が流れる経路に接続している。

以上のような設計指標は、例えば次のような式で表すことができる。

ＩＣＭ ≧ Ｉｔｒｉｐ
ＲＰＴＣ（保持状態） ＜＜ Ｒｔｕｂｅ
ＲＰＴＣ（トリップ状態） ≒ Ｒｔｕｂｅ
ここで、ＩＣＭは、トランジスタ１３３の最大電流定格である。Ｉｔｒｉｐは、サーミスタ１５が発熱して抵抗値が急増したトリップ状態における遷移電流である。ＲＰＴＣ（保持状態）は、サーミスタ１５の低温時の抵抗値である。ＲＰＴＣ（トリップ状態）は、トリップ状態でのサーミスタ１５の抵抗値である。Ｒｔｕｂｅは、放電時の発光管１１における見かけ上の抵抗値である。

このような温度特性を有するサーミスタ１５を用いることで、放電回路１０では、放電動作が開始することで放電管１１のインピーダンスが低下しても、サーミスタ１５の通電電流による自己発熱によって抵抗値が増大して放電電流の増大が抑制されるので、トランジスタ１３３のコレクタ−エミッタ間に流れる電流が所定の値を越えないように制限して破壊を防止することができる。

例えば、連続した放電動作により放電管１１が高温状態になった場合にも、放電回路１０では、図３（Ｂ）に示すように、放電電流の電流値の過大な立ち上がりを抑制することができる。なお、図３（Ｂ）では、実線で、高温状態の放電管に対してサーミスタ１５を備えている放電回路１０が放電を開始したときの放電電流の時間応答を示し、破線で、高温状態の放電管に対してサーミスタ１５を備えていない放電回路が放電を開始したときの放電電流の時間応答を示している。

このように、放電回路１０では、放電管１１、コンデンサ１２、及びトランジスタ１３３に直列に接続されるサーミスタ１５により、トランジスタ１３３がコンデンサ１２と放電管１１を電気的に接続したとき、トランジスタ１３３に流れる電流が所定の値を越えないように制限するので、放電状態の放電管のインピーダンスの特性が変化しても、トランジスタ１３３を破壊を防止して放電動作を行うことができる。

また、サーミスタ１５は、コンデンサ１２、及びトランジスタ１３３に直列に接続される、すなわち、放電動作により放電管１１からトランジスタ１３３に電流が流れる経路に接続されれば、必ずしも、図２に示される位置に接続される場合に限定されない。しかし、放電管１１に近接する位置にサーミスタ１５を接続することによって、図４に示すように、放電管１１の環境温度の上昇によるインピーダンスの低下を相殺するように、サーミスタ１５の温度特性を設計して、トランジスタ１３３のコレクタ−エミッタ間に流れる電流が所定の値を越えないように制限することができる。

また、通常の温度計測に用いられるサーミスタは、環境温度に対して線形に抵抗値が変化する温度特性を有するものが一般的に用いられる。これに対して、本実施形態に係るサーミスタ１５は、このサーミスタ１５に流れる電流による自己発熱によって温度が高くなるのに伴って、の温度に対する抵抗値の上昇率が高くなる非線形の温度特性を有する。このようなサーミスタ１５に係る特性は、次の理由から望ましい。

まず第１の理由としては、図４に示すように、環境温度が高くなるのに伴って、放電状態でのインピーダンスの低下率が高くなる非線形の温度特性を放電管１１が有しており、この温度特性によるインピーダンスの低下を相殺して、放電電流が流れる経路の総合インピーダンスが略一定となるように、サーミスタ１５の温度特性を設計するためである。

また、第２の理由としては、仮に線形の温度特性を有するサーミスタを用いても上述した放電開始時における放電電流の立ち上がりを抑制することができるが、比較的放電電流が小さくなってもサーミスタの抵抗値が高い状態で維持され放電電流の値が速く０に収束してしまい、所望とする放電動作を行うことが困難になってしまうからである。

また、放電管の管長を短くするのに伴って放電状態での放電管のインピーダンスが小さくなるが、本実施形態に係る放電回路１０では、このような場合にも、サーミスタ１５により放電動作時に回路内に流れる放電電流を抑制することができる。このため、管長が比較的短い放電管を用いても、放電回路１０では、トランジスタ１３３の破壊を防止しつつ放電管１１の放電動作を行うことができ、結果として回路の小型化を図ることができる。

なお、本発明は、異常の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明が適用された放電装置が組み込まれたストロボ装置１の全体構成を示したブロック図である。 放電回路の具体的な回路構成を説明するための図である。 放電動作による放電電流の時間応答を示す図である。 放電回路の各部における温度特性を説明するための図である。

符号の説明

１ ストロボ装置、２ 撮像装置、１０ 放電回路、１１ 放電管、１２、１４２ コンデンサ、１３ 放電制御部、１４ トリガ回路、１５ サーミスタ、２０ 充電回路、１３１、１３２、１４１ 抵抗素子、１３３ トランジスタ、１４３ トランス

Claims (7)

1. 環境温度が高くなるのに伴って放電状態におけるインピーダンスが低下する温度特性を有する放電素子と、
   上記放電素子を放電させるための電荷を蓄えるコンデンサと、
   上記コンデンサと上記放電素子との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子と、
   上記放電素子、上記コンデンサ、及び上記放電制御素子に直列に接続され、該放電制御素子が該コンデンサと該放電素子を電気的に接続したとき、該放電制御素子に流れる電流が所定の値を越えないように制限する電流制限素子とを備え、
   上記電流制限素子は、該電流制限素子の温度が高くなるのに伴って、抵抗値が上昇する特性を有する温度特性を有するサーミスタである放電装置。
2. 上記電流制限素子は、該電流制限素子の温度が高くなるのに伴って、該電流制限素子の温度に対する抵抗値の上昇率が高くなる非線形の温度特性を有するサーミスタである請求項１記載の放電装置。
3. 上記電流制限素子は、該電流制限素子に流れる電流による自己発熱によって温度が高くなるのに伴って、該電流制限素子の温度に対する抵抗値の上昇率が高くなる非線形の温度特性を有するサーミスタである請求項２記載の放電装置。
4. 上記放電素子と上記電流制限素子とは、近接した位置に配置されており、
   上記電流制限素子は、上記放電素子の発熱により、該電流制限素子の環境温度が高くなるのに伴って、抵抗値が上昇する特性を有する温度特性を有するサーミスタである請求項１記載の放電装置。
5. 上記放電素子は、放電状態になると発光する放電発光素子である請求項１記載の放電装置。
6. 環境温度が高くなるのに伴って放電状態におけるインピーダンスが低下する温度特性を有する放電素子と、該放電素子を放電させるための電荷を蓄えるコンデンサと、該コンデンサと該放電素子との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子とを有する放電回路に直列に接続される抵抗素子であって、該抵抗素子の温度が高くなるのに伴って抵抗値が上昇する特性を有する温度特性を有するサーミスタにより、該放電制御素子が該コンデンサと該放電素子を電気的に接続したとき、該放電制御素子に流れる電流が所定の値を越えないように制限する放電装置の制御方法。
7. 被写体を照光するために用いられる閃光発光装置を備え、
   上記閃光発光装置は、
   環境温度が高くなるのに伴って放電状態におけるインピーダンスが低下する温度特性を有し、放電状態になると発光する放電素子と、
   上記放電素子を放電させるための電荷を蓄えるコンデンサと、
   上記コンデンサと上記放電素子との電気的な接続と遮断を制御する放電制御素子と、
   上記放電素子、上記コンデンサ、及び上記放電制御素子に直列に接続される抵抗素子であって、該放電制御素子が該コンデンサと該放電素子を電気的に接続したとき、該放電制御素子に流れる電流が所定の値を越えないように制限する電流制限素子とを備え、
   上記電流制限素子は、該電流制限素子の温度が高くなるのに伴って、抵抗値が上昇する特性を有する温度特性を有するサーミスタである撮像装置。

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