JP2018055876A - 発光装置及びその制御方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電素子の状態に応じて発光までに必要な充電時間を短縮する。
【解決手段】ＣＰＵ１０３は、充電開始前のキャパシタ電圧Ｖａと、充電開始直後のキャパシタ電圧Ｖｂとを測定し、電圧差ΔＶ_chgを、ΔＶ_chg＝Ｖｂ−Ｖａにより算出し、電圧差ΔＶ_chgを充電電流で除すことで直流抵抗ＥＳＲを算出する（ＥＳＲ＝ΔＶ_chg／充電電流）。ＣＰＵ１０３は、ＬＥＤ１０７を発光させるための最大発光電流における降下電圧ΔＶ_ESRと最大降下電圧Ｖ_ESR(max)との差分をマージンＶ_marginとして算出し（Ｖ_margin＝Ｖ_ESR(max)−ΔＶ_ESR）、満充完電圧からマージンＶ_marginを差し引く（満充完電圧−Ｖ_margin）ことで、発光可能電圧値Ｖ_ＥＮを算出する。ＣＰＵ１０３は、キャパシタ電圧が発光可能電圧値Ｖ_ＥＮに達すると発光を許可するよう制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ストロボ装置などの発光装置の制御に関する。

従来、ストロボ装置などの発光装置は一般に、光源を発光させるための電荷エネルギを蓄えるメインコンデンサを有し、これを充放電することで発光が制御される。発光に必要なエネルギを蓄えるまでにかかるメインコンデンサの充電時間については多数の提案がされている。例えば、特許文献１では、予備発光と本発光の発光可能電圧レベルを変更可能とし、予備発光によりメインコンデンサの電圧が低下した場合も、確実な本発光を可能としている。この発光装置によれば、メインコンデンサを最大値まで充電しなくても発光が可能となり、従って発光までに必要な充電時間が短縮可能である。

特開平１０−４８７１３号公報

通常、発光装置においてキセノン管を光源とした場合、放電エネルギを蓄えるメインコンデンサとして、数百Ｖの高電圧の電気エネルギを蓄える電解コンデンサが使用される。これに対し、ＬＥＤを光源とした場合、数Ｖ程度で大容量の電荷を蓄電可能な電気二重層キャパシタが通常使用される。

電気二重層キャパシタにおいては、温度変化や劣化がキャパシタの直流抵抗に対して大きな影響を与えるため、素子の状態によって、発光可能な充電レベル（発光可能電圧値）が大きく変化する。従って、従来技術のように、予め設定される充電レベルを一律に変更するだけでは、状況に応じた最適な充電レベルを設定できず、発光までに必要な充電時間の短縮に関して改善の余地があった。

本発明は、蓄電素子の状態に応じて発光までに必要な充電時間を短縮することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、発光素子と、前記発光素子を発光させるための電荷を蓄積する蓄電素子と、前記蓄電素子のインピーダンスを取得する取得手段と、前記取得手段により取得されたインピーダンスに基づいて、前記蓄電素子の満充電電圧以下となる値を発光可能電圧値として設定し、前記蓄電素子に蓄積された電圧が前記発光可能電圧値に達すると発光を許可するよう制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、蓄電素子の状態に応じて発光までに必要な充電時間を短縮することができる。

発光装置のブロック図である。 満充電状態からＬＥＤが発光する場合のキャパシタ電圧波形を示すタイムチャートである。 発光可能電圧値まで充電した状態からＬＥＤが発光する場合のキャパシタ電圧波形を示すタイムチャートである。 充電・発光制御のフローチャートである。 順方向電圧の特性テーブルを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る発光装置のブロック図である。この発光装置は例えばストロボ装置１００として構成される。ストロボ装置１００はクリップオンタイプのストロボでもあってもよいし、撮像装置（図示せず）に内蔵されるものであってもよい。ストロボ装置１００は、その内部に、バッテリ１０１、電源部１０２、ＣＰＵ１０３、昇圧部１０４、キャパシタ１０５、定電流制御部１０６、ＬＥＤ１０７及びＡ／Ｄ変換部１０８を有している。

バッテリ１０１は電源部１０２や昇圧部１０４に電力を供給する。電源部１０２は定電圧を出力して各部に供給する。ＣＰＵ１０３は、昇圧部１０４や定電流制御部１０６およびＡ／Ｄ変換部１０８などへの各命令や演算を行う。昇圧部１０４はバッテリ１０１から供給される電圧を昇圧してキャパシタ１０５を充電する。キャパシタ１０５は、発光素子としてのＬＥＤ１０７を発光させるための電荷を蓄積する蓄電素子である。ＬＥＤ１０７を光源とするので、キャパシタ１０５には、数Ｖ程度で大容量の電荷を蓄電可能な電気二重層キャパシタが採用される。キャパシタ１０５は、ＬＥＤ１０７の順方向電圧よりも高い電圧まで充電された状態から、定電流制御部１０６を介して定電流でＬＥＤ１０７に電流を供給する。ＬＥＤ１０７は、被写体に対して発光し、撮像補助光として被写体を照射する。また、ＣＰＵ１０３は、Ａ／Ｄ変換部１０８によって、キャパシタ電圧やキャパシタ１０５の充放電電流、またはＬＥＤ１０７の順方向電圧などを、アナログ値からデジタル値に変換して取得する。

図２は、満充電（充電完了）までキャパシタ１０５を充電した状態からＬＥＤ１０７が発光する場合のキャパシタ電圧波形を示すタイムチャートである。同図において、縦軸にはキャパシタ電圧をとる。曲線Ｖ１はキャパシタ１０５の直流抵抗ＥＳＲ（インピーダンス）が比較的低い状態でのキャパシタ電圧波形を示す。直流抵抗ＥＳＲは、使用環境変化、劣化、使用環境温度変化などにより変化する。曲線Ｖ２は、直流抵抗ＥＳＲが、設計上想定される最大となった場合のキャパシタ電圧波形である。

時刻ｔ１まではキャパシタ１０５の充電が継続され、時刻ｔ１においてキャパシタ電圧が満充電電圧（充電完了電圧）に達すると、充電が完了する。時刻ｔ１から時刻ｔ２まではユーザによる撮影開始待ちの期間であり、その間、ストロボ装置１００は、キャパシタ１０５の再充電を行うことにより発光可能な電圧を保ちながら待機している。

時刻ｔ２において、撮影開始による発光処理が開始され、キャパシタ１０５の蓄電エネルギを使用して発光が行われる。キャパシタ１０５の直流抵抗ＥＳＲは、使用環境温度や劣化、部品公差によって変化する。曲線Ｖ１に示すように、ＬＥＤ１０７を発光させるための発光電流がキャパシタ１０５に流れると、瞬時に降下電圧ΔＶ_ESR（発光電流×ＥＳＲ)が生じる。そして時刻ｔ３において、キャパシタ１０５は電流出力を停止してＬＥＤ１０７の発光を終了するので、時刻ｔ１において生じた降下電圧ΔＶ_ESRの分が元に戻り、時刻ｔ３から再充電が開始される。

最大降下電圧Ｖ_ESR(max)は、想定される発光電流が最大で且つ直流抵抗ＥＳＲが最大の場合における降下電圧であり、固定値である。最大降下電圧Ｖ_ESR(max)が生じた場合に、時刻ｔ３における発光終了時に、キャパシタ電圧がＬＥＤ１０７の順方向電圧Ｖｆを下回らない様に、満充電電圧が設計されている。ここでいう順方向電圧Ｖｆは、想定される順方向電圧の最大値である。マージンＶ_marginは、Ｖ_ESR(max)と降下電圧ΔＶ_ESRとの差分であり、発光を行った場合のキャパシタ電圧の余裕になる。

本実施の形態では、直流抵抗ＥＳＲを考慮し、キャパシタ１０５の充電電圧が、ＬＥＤ１０７を発光させることが可能な値となれば、満充電とならなくても発光を許可、すなわち発光指示があることを条件に発光が開始されるよう制御する。これを図３、図４で説明する。

図３は、キャパシタ１０５を発光可能電圧値まで充電した状態からＬＥＤ１０７が発光する場合のキャパシタ電圧波形を示すタイムチャートである。同図において、縦軸にはキャパシタ電圧をとる。

図２の例で示したように、キャパシタ１０５の満充電完了後にＬＥＤ１０７が発光する場合、直流抵抗ＥＳＲの大きさに応じて、発光終了時のキャパシタ電圧はＬＥＤ１０７の順方向電圧Ｖｆに対して、マージンＶ_marginの値の電圧マージンを持つ。マージンＶ_marginは、Ｖ_margin＝Ｖ_ESR(max)−ΔＶ_ESRにより算出される。直流抵抗ＥＳＲが想定される最大値である場合は、降下電圧ΔＶ_ESRが最大となるので、マージンＶ_marginはほぼ０となる。そのため、この場合は、ＬＥＤ１０７が発光させるために必要なキャパシタ電圧である「発光可能電圧値Ｖ_ＥＮ」は、満充電電圧と同じとなる。しかし、直流抵抗ＥＳＲが想定される最大値よりも小さければ降下電圧ΔＶ_ESRも最大値より小さくなるので、マージンＶ_marginは０より大きくなる。従って、満充完電圧よりもマージンＶ_marginだけ低い発光可能電圧値Ｖ_ＥＮでＬＥＤ１０７を発光させることが可能となる。図３の例では、ＣＰＵ１０３は、発光可能電圧値Ｖ_ＥＮを算出し、状況によっては満充電となる前段階に発光を許可できるようにしている。この制御を、図３、図４を参照して説明する。

図４は、充電・発光制御のフローチャートである。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ１０３が備えるＲＯＭ等の記憶部に格納されたプログラムをＣＰＵ１０３が読み出して実行することにより実現される。

まず、ＣＰＵ１０３は、充電開始前にキャパシタ電圧Ｖａを測定する（ステップＳ４０１）。次に、ＣＰＵ１０３は、図３の時刻Ｔ０で充電を開始し（ステップＳ４０２)、充電開始直後のキャパシタ電圧Ｖｂを測定する（ステップＳ４０３）。キャパシタ電圧Ｖａは、キャパシタ１０５に電流が流れる前の第１の電圧値であり、キャパシタ電圧Ｖｂは、充電開始によりキャパシタ１０５に電流が流れた直後の第２の電圧値である。キャパシタ電圧Ｖａ、Ｖｂの測定の時間差はごく短い所定値としてもよい。

次に、ＣＰＵ１０３は、キャパシタ電圧Ｖａ、Ｖｂの差分、すなわち充電開始前後の電圧上昇である電圧差ΔＶ_chgを、ΔＶ_chg＝Ｖｂ−Ｖａにより算出する（ステップＳ４００４）。次に、ＣＰＵ１０３は、電圧差ΔＶ_chgを充電電流で除すことで直流抵抗ＥＳＲを算出する（ＥＳＲ＝ΔＶ_chg／充電電流）（ステップＳ４０５）。これによりキャパシタ１０５のインピーダンスが取得される。ＣＰＵ１０３は、本発明における取得手段に該当する。次に、ＣＰＵ１０３は、ＬＥＤ１０７を発光させるための発光電流が最大発光電流となる場合（ストロボがフル発光する際）における降下電圧ΔＶ_ESRを算出する（ステップＳ４０６)。次に、ＣＰＵ１０３は、設計値である最大降下電圧Ｖ_ESR(max)と上記算出した降下電圧ΔＶ_ESRとの差分をマージンＶ_marginとして算出する（Ｖ_margin＝Ｖ_ESR(max)−ΔＶ_ESR）(ステップＳ４０７)。次に、ＣＰＵ１０３は、満充完電圧からマージンＶ_marginを差し引く（満充完電圧−Ｖ_margin）ことで、発光可能電圧値Ｖ_ＥＮを算出し、その値を設定する（ステップＳ４０８）。

その後、ＣＰＵ１０３は、キャパシタ電圧が発光可能電圧値Ｖ_ＥＮ以上となるまで監視する（ステップＳ４０９）。図３の時刻Ｔ１において、キャパシタ電圧は発光可能電圧値Ｖ_ＥＮに到達すると発光動作が可能な状態となるので、ＣＰＵ１０３は、ユーザに対して発光許可表示を行う（ステップＳ４１０）。これにより、以降、発光指示があることを条件に発光が実行される。ＣＰＵ１０３は、本発明における制御手段に該当する。なお、発光許可表示としては例えば、ＣＰＵ１０３は不図示のランプを点灯させるが、これに限らず、例えば音声表示としてもよい。これ以降、発光が可能になるため、ＣＰＵ１０３は、発光指示が有ったか否かを判別する（ステップＳ４１１）。発光指示が有った場合は、ＣＰＵ１０３は、発光処理を開始し（ステップＳ４１２）（図３の時刻Ｔ２）、発光処理を終了させ（ステップＳ４１３）（図３の時刻Ｔ３）、再度、充電を開始する（ステップＳ４１４）。そして、処理はステップＳ４０９に戻る。

一方、ステップＳ４１１で発光指示がない場合は、ＣＰＵ１０３は、キャパシタ電圧が満充完電圧以上となったか否かを判別する（ステップＳ４１５）。図３の例では、時刻Ｔ２’で満充電状態となる。そして、キャパシタ電圧が満充完電圧以上となったら、ＣＰＵ１０３は、充電を停止させ（ステップＳ４１６）、処理をステップＳ４１１に戻す。一方、満充完状態に移行した後でもキャパシタ１０５は自己放電するため、キャパシタ電圧が満充完電圧よりも下回ったら、ＣＰＵ１０３は再び充電を開始し（ステップＳ４１７）、処理をステップＳ４１１へ戻す。従って、ＣＰＵ１０３は、キャパシタ電圧を満充完電圧付近に保持しながら発光指示の待機状態となる。

図４の処理により、現在の直流抵抗ＥＳＲによっては、直流抵抗ＥＳＲが最大となる場合を考慮して設計された満充完電圧よりも低い値に発光可能電圧値Ｖ_ＥＮを設定することが可能となる。従来であれば、満充電電圧となる図３の時刻Ｔ２’まで発光許可がされなかった。しかし本実施の形態では、図３の時刻Ｔ１で発光許可がされる。これにより、発光までに必要な充電時間を最大でＴ_margin（Ｔ２’−Ｔ１）だけ短くすることが可能となり、撮影の際にキャパシタ１０５が充電されるまでの待機時間を減らすことができるため、使い勝手が向上する。

本実施の形態によれば、ＣＰＵ１０３は、取得したインピーダンス（ＥＳＲ）に基づいて、キャパシタ１０５の満充電電圧以下となる値を発光可能電圧値Ｖ_ＥＮとして設定し、キャパシタ電圧が発光可能電圧値Ｖ_ＥＮに達すると発光を許可するよう制御する。これにより、キャパシタ１０５の状態に応じて発光までに必要な充電時間を短縮することができる。

ところで、上述のように、満充電電圧は、発光電流が最大で且つ最大降下電圧Ｖ_ESR(max)が生じた場合の発光終了時に、キャパシタ電圧が順方向電圧Ｖｆの最大値となるように設定されている。ところが、順方向電圧ＶｆはＬＥＤ１０７の温度および発光電流に応じて変化する。そのため、実際の順方向電圧Ｖｆが最大値よりも小さい場合にはマージンＶ_marginはより大きくなることから、これを考慮することにより発光可能電圧値Ｖ_ＥＮをさらに低い値に設定することが可能である。

図５は、ＬＥＤ１０７の温度および発光電流に応じて変化する順方向電圧Ｖｆの特性テーブルを示す図である。温度が低いほど、あるいは発光電流が大きいほど、順方向電圧Ｖｆは大きくなる。順方向電圧Ｖｆの最大値Ｖｆmaxは、製品仕様上の最低温度「−１０℃」で且つ発光電流が「１．５Ａ」に対応する値Ｖ_ｆ１３である。例えば、発光電流が１．０Ａで温度が２５℃の場合は、順方向電圧が最大値Ｖｆmaxである場合に比べ、マージンＶ_marginは「Ｖｆmax−Ｖ_ｆ３２」だけ大きくなる。そのため、ステップＳ４０７で算出されるマージンＶ_marginは（Ｖ_margin＝Ｖ_ESR(max)−ΔＶ_ESR＋Ｖｆmax−Ｖ_ｆ３２）となる。よって、ステップＳ４０８で算出される発光可能電圧値Ｖ_ＥＮがより低い値となるため、短縮可能な時間Ｔ_marginをより長くすることが可能になる。ＬＥＤ１０７の温度は、不図示の温度センサから取得される。なお、ＣＰＵ１０３が参照する情報は、ＬＥＤ１０７の温度または発光電流の少なくとも一方に順方向電圧Ｖｆが対応付けられた特性テーブルであってもよい。

なお、本実施の形態では、直流抵抗ＥＳＲを求めるのは充電時であったが、発光時に求めてもよい。例えばステップＳ４１２の発光処理で、ＣＰＵ１０３は、キャパシタ１０５に発光電流が流れる前と流れた直後とにキャパシタ電圧Ｖａ、Ｖｂを取得する。そしてＣＰＵ１０３は、電圧差ΔＶ_chg（ΔＶ_chg＝Ｖｂ−Ｖａ）を発光電流で除すことで直流抵抗ＥＳＲを算出してもよい（ＥＳＲ＝ΔＶ_chg／発光電流）。ＣＰＵ１０３は、この場合に算出した直流抵抗ＥＳＲを、ＣＰＵ１０３が有する記憶部または別途設ける記憶部に記憶しておく。そして、ＣＰＵ１０３は、記憶部に記憶された直流抵抗ＥＳＲ、すなわち、最後に記憶された最新の直流抵抗ＥＳＲを用いて発光可能電圧値Ｖ_ＥＮを算出する。この構成とした場合は、初回の発光時にはまだ直流抵抗ＥＳＲが取得できておらず発光可能電圧値Ｖ_ＥＮは算出されていない。従って、初回発光時のみは満充完電圧まで充電させ、２回目の発光時から上記構成を適用してもよい。

（他の実施形態）
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）をネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムコードを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

１０３ ＣＰＵ
１０５ キャパシタ
１０７ ＬＥＤ
Ｖａ、Ｖｂ キャパシタ電圧
ＥＳＲ 直流抵抗
Ｖ_ＥＮ 発光可能電圧値

Claims (15)

1. 発光素子と、
   前記発光素子を発光させるための電荷を蓄積する蓄電素子と、
   前記蓄電素子のインピーダンスを取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得されたインピーダンスに基づいて、前記蓄電素子の満充電電圧以下となる値を発光可能電圧値として設定し、前記蓄電素子に蓄積された電圧が前記発光可能電圧値に達すると発光を許可するよう制御する制御手段と、を有することを特徴とする発光装置。
2. 前記取得手段は、前記蓄電素子に電流が流れる前の第１の電圧値と前記蓄電素子に前記電流が流れた直後の第２の電圧値とに基づいて、前記蓄電素子のインピーダンスを取得することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記制御手段は、前記インピーダンスに基づいて所定の発光電流を流したときの降下電圧を算出し、前記満充電電圧よりも、最大降下電圧と前記算出した降下電圧との差分だけ低い電圧値を前記発光可能電圧値として設定することを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記最大降下電圧は固定値であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記所定の発光電流は、前記蓄電素子に流すことのできる最大の発光電流であることを特徴とする請求項３または４に記載の発光装置。
6. 前記蓄電素子の前記満充電電圧は、前記発光素子を発光させるための発光電流が最大で且つ最大降下電圧が生じた場合の発光終了時に、前記発光素子の順方向電圧の最大値を前記蓄電素子の電圧が下回らないように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
7. 前記制御手段は、
   温度または発光電流の少なくとも一方と順方向電圧との対応を示す情報を参照して、前記発光素子の順方向電圧を取得し、
   前記インピーダンスに基づいて前記蓄電素子に流すことのできる最大の発光電流を流したときの降下電圧を算出し、
   前記満充電電圧よりも、前記最大降下電圧と前記算出した降下電圧との差分だけ低い電圧値からさらに、前記順方向電圧の最大値と前記取得した順方向電圧との差分だけ低い電圧値を、前記発光可能電圧値として設定することを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記取得手段が前記インピーダンスを取得する際に前記蓄電素子に流れる前記電流は、前記蓄電素子を充電するための充電電流であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
9. 前記取得手段は、前記第１の電圧値と前記第２の電圧値との差分を前記充電電流で除すことで前記インピーダンスを取得することを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
10. 前記取得手段が前記インピーダンスを取得する際に前記蓄電素子に流れる前記電流は、前記発光素子を発光させるための発光電流であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
11. 前記取得手段は、前記第１の電圧値と前記第２の電圧値との差分を前記発光電流で除すことで前記インピーダンスを取得することを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
12. 前記取得手段により取得されたインピーダンスを記憶する記憶部を有し、
    前記制御手段は、前記発光可能電圧値を設定する際、前記記憶部に記憶されたインピーダンスを用いることを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
13. 前記蓄電素子は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の発光装置。
14. 発光素子と、前記発光素子を発光させるための電荷を蓄積する蓄電素子と、を有する発光装置の制御方法であって、
    前記蓄電素子のインピーダンスを取得する取得ステップと、
    前記取得ステップにより取得されたインピーダンスに基づいて、前記蓄電素子の満充電電圧以下となる値を発光可能電圧値として設定し、前記蓄電素子に蓄積された電圧が前記発光可能電圧値に達すると発光を許可するよう制御する制御ステップと、を有することを特徴とする発光装置の制御方法。
15. 請求項１４に記載の発光装置の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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