JP4556489B2 - 閃光装置 - Google Patents

Description

本発明はフラット発光を行う閃光装置に関するものであり、特にフラット発光の発光波形の波高値を正確に制御するのに好適な閃光装置に関する。

従来の一眼レフカメラの閃光装置には、二つの方式がある。
第１の方式の閃光装置は、一眼レフカメラのシャッタが全開している期間、つまりフィルムやＣＣＤの露光エリア全体が露出している期間内に閃光発光を終了させるものである。シャッタが全開している期間内に閃光発光を終了させる理由は、前記期間内に閃光発光が終了しないと、フィルムやＣＣＤの位置に応じて、閃光照明に起因する照明ムラが生じてしまうからである。したがって、高級な一眼レフカメラではシャッタの走行速度を高速にすることで、短い露光時間（シャッタ時間）であっても前記シャッタ全開期間を長くとれるようにし、閃光撮影ができるように工夫をしてきた。しかし、この工夫にも限界があり、高級な一眼レフカメラでも１／２５０秒程度が、閃光撮影の可能な上限のシャッタ時間であった。

第２の方式の閃光装置は、フラット発光を行う閃光装置である。フラット発光を行う閃光装置は、第１の方式の閃光装置の問題点を解決するもので、シャッタ時間の制限なしに、閃光撮影を可能にするものである。すなわち、フラット発光を行う閃光装置は、シャッタの走行開始から走行完了までの期間、発光管の発光を高速にスイッチング制御して発光させ、発光期間を第１の方式による閃光装置のシャッタ全開期間発光より長くしつつ、発光期間中の発光量をおおよそ一定に保つものである。これにより、発光管による一定光量の照明と等価な発光を実現することができる。

図２は、第１の方式の閃光装置及び第２の方式の閃光装置の双方において用いられる、従来の閃光装置における制御回路の一例を示す図である。
図２において、１０は電池等の低圧電源、１１は昇圧回路、１２は整流ダイオード、１３はメインコンデンサ、１４はコイル、１５はトリガ回路、１６は発光管、１７はＩＧＢＴである。

図２において、昇圧回路１１は、低圧電源１０の出力電圧から閃光発光に必要な高圧電圧を生成する。昇圧回路１１は、メインコンデンサ１３が所定電圧になるまで充電する。一般には、メインコンデンサ１３の充電最終電圧は、３００Ｖ〜３３０Ｖ程度である。整流ダイオード１２は、昇圧回路１１からメインコンデンサ１３に電流を供給するとともに、一端充電された電荷が昇圧回路１１側へ流れないように阻止している。

発光管１６には、通常、キセノンガスが封止されている。発光管１６に通電して発光を開始させるには、発光管１６のゲートに瞬間的に高圧パルスを印加する必要がある。この高圧パルスを生成するのがトリガ回路１５である。
ＩＧＢＴ１７は、電力用スイッチング素子であり、ゲートに５Ｖ〜３０Ｖを印加するとオンし、ゲートを接地するとオフになる。通常、ＩＧＢＴはオン状態にあり、トリガ回路１５のＴＲＧ端子をＨにすると、トリガ回路１５が高圧パルスをゲートに出力し、発光管１６が発光を開始する。発光を途中で停止させるためには、ＩＧＢＴ１７のゲートに接続されているＳＴＯＰ端子にＬを印加し、ＩＧＢＴ１７をオフさせればよい。

第１の方式の閃光装置では、ＴＲＧ端子をＨにして発光起動し、ＳＴＯＰ端子をＬにして発光を停止させる。
図３は、第１の方式の閃光装置における発光制御の状態を示すタイムチャートである。図３において、ＴＲＧ端子の入力がＨになってから、実際に発光するまでには１５μｓｅｃ程度の遅延がある。また、ＳＴＯＰ端子をＬにした瞬間に発光が停止するわけではなく、図３に示すように、発光波形はＳＴＯＰ端子をＬにした後も徐々に減衰する。

図４は、第１の方式の一眼レフカメラのシャッタ走行の様子とストロボの発光タイミングを示す図である。シャッタは先幕シャッタと後幕シャッタの一組から構成され、撮影時にはまず先幕シャッタが走行を開始し、予定のシャッタ時間の経過後に後幕シャッタが走行を開始する。先幕シャッタと後幕シャッタの走行特性は、ほぼ同一になるように、製造および調整されている。

前記したように、もし先幕シャッタあるいは後幕シャッタの走行時に閃光発光が行われると、フィルムやＣＣＤの一部だけが閃光照射された被写体を撮影してしまうため、露光ムラ（照明ムラ）が発生する。
これを避けるため、第１の方式の閃光装置では、閃光撮影の際に、先幕シャッタ走行完了時にＴＲＧ端子をＨにして発光起動する。また、後膜シャッタは閃光発光期間が終了した後に走行を開始させる。したがって、シャッタの全開時間は、閃光装置が閃光発光するのに必要な時間以下にすることはできない。この結果、閃光撮影可能なシャッタ時間の限界は、（シャッタ走行時間＋閃光装置の発光所要時間）となる。この時間を「同調時間」あるいは「シンクロ時間」などと呼んでいる。発光量によって閃光装置の発光期間は異なり、最長はフル発光させる場合であるが、発光波形から判るように大部分の発光量は発光初期に集中する。したがって、閃光撮影の同調時間をなるべく高速とするため、通常、フル発光の８０％程度の発光量が出るまでの期間に基づいて、同調時間を決めている。実際のカメラの同調時間は、高級機で１／３５０秒、普及機では１／１００秒程度である。

これに対して、第２の方式（フラット発光）の閃光装置は、前記同調時間より短いシャッタ時間であっても、閃光撮影を可能とするものである。
図５は第２の方式の閃光装置における発光制御の状態を示すタイムチャートである。
フラット発光は、図２に示す発光管１６のオン／オフを高速で繰り返し、近似的に一定光量の発光を先幕シャッタの走行開始から後幕シャッタの走行完了まで維持させる技術である（特許文献１参照）。発光の開始はＴＲＧ端子にＨを入力することで行う。しかし、その後、ＴＲＧ端子を用いることなく、ＳＴＯＰ端子にＨ、Ｌを交互に入力し、ＩＧＢＴ１７をオン／オフさせ、発光波形を制御する。

図５に示すように、ＳＴＯＰ端子にＬを入力しても、しばらくは発光管１６の発光は続いており、この残留発光が所定値以下になると再度ＳＴＯＰ端子にをＨを入力し、ＩＧＢＴ１７をオンさせる。一旦発光が開始した後は、たとえ発光が停止しても、しばらくは発光管１６の内部は活性状態が続いており、ＩＧＢＴ１７をオンさせるだけで再度発光を開始する。したがって、フラット発光で発光しなくなる以前に、ＩＧＢＴ１７をオンさせるので、発光途中においてＴＲＧ端子からＨを入力することは不必要である。

フラット発光は一定光量に制御するのが理想であるが、図５に示すように、実際の波形はある程度脈動している。しかし、高速の脈動なので実用上は問題ない。
図６は、フラット発光制御を行うための制御回路の一例である。図示するように、発光管１６の発光をフォトダイオードＰＤで検出する。フォトダイオードＰＤから出力される検出波形は、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３及びトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５の２段から構成されるカレントミラー回路ＣＭに入力され、電流増幅及びインピーダンス変換が施され、負荷抵抗Ｒ１に出力して電圧に変換する（特許文献２参照）。

なお２段のカレントミラー回路ＣＭは、通常ＩＣ内の回路で実現されており、よく知られているように、トランジスタの面積比で電流増幅率が定められている。
負荷抵抗Ｒ１には、フォトダイオードＰＤが検出する電流に比例した電圧が発生する。コンパレータＣＭＰは負荷抵抗Ｒ１の電圧と比較電圧Ｖｒｅｆを比較し、負荷抵抗Ｒ１の電圧が比較電圧Ｖｒｅｆより高くなると出力をＬにする。コンパレータＣＭＰには、図示していないがヒステリシスが設けられている。したがって、コンパレータＣＭＰの出力を図２のＳＴＯＰ端子に入力することにより、図５に示すフラット発光が実現できる。

図７はフラット発光の発光タイミング及び先幕シャッタと後幕シャッタの動作タイミングを示す図である。
図７に示す（ａ）は、先幕シャッタ走行完了の後に後幕シャッタが走行を開始する場合を示し、図７に示す（ｂ）は高速シャッタ撮影の場合で、シャッタの全開時間が全く存在しない状態を示している。

前記した（ａ）（ｂ）いずれの場合においても、フィルムやＣＣＤの一部が露光状態にあるので、閃光照明をフラット（均一）にする必要がある。図７に、前記（ａ）（ｂ）の場合において、それぞれに必要なフラット発光の持続期間を示す。
通常フラット発光は全開時間がない高速シャッタの場合に用いられ、先幕シャッタの走行開始から後幕シャッタの走行完了までの期間、均一な発光をしなくてはならない。この期間を「発光維持時間」と呼び、フラット発光ではフィルムやＣＣＤの露光ムラを押さえるため、この期間での均一発光が最優先となる。閃光装置の発光量の制御は、波高値の制御で行い（図７参照）、この制御は図６に示すカレントミラー回路ＣＭの電流増幅率の変化、及び図６に示すコンパレータＣＭＰの比較値Ｖｒｅｆを変化させることで行う。
特開平９−２３６８５３号公報 特開２００２−１０７７８９号公報

従来技術において、フラット発光の発光量（波高値）を小さく制御しようとする場合、電流増幅率を上げ比較値Ｖｒｅｆを小さく設定することになる。しかし、フォトダイオードに電圧が印加されているため、暗電流（ダークカレント）が流れている。また、カレントミラー回路を内蔵しているＩＣから、カレントミラー回路に僅かではあるが電流が流入している。以後、前記暗電流と前記ＩＣに起因する電流をリーク電流と称する。

リーク電流は、フォトダイオードが検出すべき光電流に対する比率が小さいときは、その影響が僅かなため無視できる。しかし、フラット発光において波高値を小さく制御する場合には、フォトダイオードが検出すべき光電流が小さいので、僅かなリーク電流でも無視できなくなる。
例えば、最大波高値における検出電流が２００μＡであってリーク電流が１μＡの場合、１／６４の波高値に制御しようとすれば、目標光電流は約３μＡ（(２００／６４)μＡ）となる。この場合、リーク電流は１μＡのままであるから、リーク電流がゼロの場合と比較すると、結局、３／４＝７５％の精度で波高値制御されることになる。

この例から明らかなように、目標光電流に対する電流増幅率や比較値Ｖｒｅｆをリニアに計算したのでは、目標波高値が小さくなるほど、目標波高値より低い波高値になってしまう。そして、目標発光波形の波高値相当の光電流とリーク電流とが等しくなると、カレントミラー回路で電流増幅されたリーク電流のみにより、コンパレータの入力（−）は比較値Ｖｒｅｆ以上となってしまい、コンパレータがＨを出力して、ＳＴＯＰ端子からＨが出力されるため、発光管は発光しなくなってしまう（図６参照）。

ここで、目標波高値に対応する電流増幅率や比較値Ｖｒｅｆを計算する際に、このリーク電流に適当な固定値を推定すれば、ある程度の補正を行うことは可能である。しかし、暗電流を含むリーク電流には温度特性があり、通常、高温（例えば、５０℃程度）になると常温にくらべて一気に５倍程度増加することも珍しくない。
したがって、従来技術においては、目標とする波高値が低いと、高温では常温にくらべて波高値が小さくなったり、最悪の場合発光しなくなるという問題点があった。

本発明は前記した従来技術の問題点に鑑み為されたもので、目標波高値が低いフラット発光を行うとき、暗電流を含むリーク電流が温度等によって変動した場合でも、目標波高値のフラット発光を行うことが可能な閃光装置を提供することを目的とする。

一の態様の閃光装置は、発光管と、発光管による発光を含む光を光電流に変換する光センサと、制御手段と、測定手段と、リーク電流補正手段と、を有する。制御手段は、光センサから出力される前記光電流を設定された電流増幅率で増幅する増幅器を含む。また、制御手段は、当該光電流が該増幅器を介した後に変換される電圧と電圧閾値との比較結果に応じて、光電流の波高値が目標波高値になるように発光管のオン／オフを高速でスイッチング制御して、発光管をフラット発光させる。測定手段は、制御手段に流れるリーク電流を、電流増幅率をフラット発光時よりも大きな値に設定した状態で、フラット発光の開始直前に光センサを用いて測定する。リーク電流補正手段は、測定手段による測定後であってフラット発光の開始前に、電流増幅率と電圧閾値とを、目標波高値に対応する光電流と測定されたリーク電流との加算値に基づき定める。

上記の一の態様において、リーク電流は、暗電流であってもよい。
また、上記の一の態様において、リーク電流補正手段は、測定されたリーク電流に応じて、増幅器の電流増幅率を調整してもよい。なお、リーク電流補正手段は、測定されたリーク電流が小さいときには、増幅器の電流増幅率を大きく設定してもよい。

本発明によれば、フラット発光を行う閃光装置において、目標波高値が低いフラット発光を行うとき、暗電流を含むリーク電流が温度等によって変動した場合でも、目標波高値のフラット発光を行うことが可能になる。
特に、リーク電流の主な原因である光センサの暗電流の影響を除去することができる。また、閃光制御に用いる回路に起因して生じるリーク電流の影響を除去することができる。

以下、添付の図面に示す実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すブロック図である。図１において、図６に示す従来技術と同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。
図１に示すように、本実施形態において、リーク電流の補正演算などを行うのは、閃光装置に内蔵されたマイコン２である。また、図１に示すカレントミラー回路ＣＭはＩＣ化されているとして説明したが、この実施形態では、コンパレータＣＭＰもカスタムＩＣ１に内蔵されている。マイコン２は、リーク電流の補正演算の他に、カレントミラー回路ＣＭの電流増幅率の設定も行う。さらに、マイコン２は、一眼レフカメラ本体との間のデータ送受信や発光シーケンスの制御全体等も行う。また、本実施形態では、リーク電流の測定に用いるＡＤ変換器がマイコンに内蔵されている。さらに、マイコン２は、後述するように、コンパレータＣＭＰの比較値ＶｒｅｆをＤＡ値として演算出力する。請求項に記載する光センサはフォトダイオードＰＤに対応し、制御手段は主にカスタムＩＣ１に対応し、リーク電流補正手段は主にマイコン２に対応し、電圧閾値は比較値Ｖｒｅｆに対応する。

また、閃光装置は、製造時の調整によって、予め発光維持時間に応じた可能最大波高値に対応する「電流増幅率Ｉｇａｉｎ０」と「比較値Ｖｒｅｆ０」をＥＥＰＲＯＭ（図示せず）などの不揮発性メモリに、調整値として格納している。厳密には、前記調整値は、常温において暗電流等のリーク電流が存在する場合のものである。しかし、通常は最大波高値でのフラット発光では前記の暗電流を含むリーク電流の影響は極めて小さいので無視してよい。

さらに、一眼レフカメラにおいて、ＴＴＬモードで撮影を行う場合、フラット発光の波高値は一眼レフカメラ側から指示される。また、一眼レフカメラにおいて、マニュアル発光モードで撮影を行う場合、閃光装置が波高値を決定する。閃光装置は、ＴＴＬモードで撮影を行う場合でも、マニュアル発光モードで撮影を行う場合でも、目標波高値に対応するカレントミラー回路ＣＭの「電流増幅率」とコンパレータＣＭＰの「比較値Ｖｒｅｆ」を算出する。

ただし、この計算には暗電流を含むリーク電流の影響は考慮されていない。具体的には、目標の波高値を得るため、前記した可能最大波高値に対応する「電流増幅率Ｉｇａｉｎ０」と「比較値Ｖｒｅｆ０」を用いて、リニアに計算したものである。したがって、算出された「電流増幅率」と「比較値Ｖｒｅｆ」とを用いて逆算することにより、入力換算の目標波高値に対応する光電流Ｉｆｐ＿ｔａｒｇｅｔが求められる。ここで、光電流とは、図１に示すカレントミラー回路ＣＭから出力され、抵抗Ｒ１に流れる電流である。個々の閃光装置において、たとえ目標波高値が同一であっても、これに対応する光電流Ｉｆｐ＿ｔａｒｇｅｔはそれぞれの閃光装置によって異なる。その理由は、前記光電流の主な要素であるフォトダイオードＰＤに流れる電流に含まれる暗電流が、閃光装置ごとにそれぞれ異なるためである。そのため、前記したように、各閃光装置ごとに測定が行われ、不揮発メモリに調整値として記憶される。

以下、閃光装置を発光させる場合の手順について説明する。
まず、フラット発光を起動する前に、前記したように、「電流増幅率」と「比較値Ｖｒｅｆ」とを用いてリニア演算により、入力換算の目標波高値に対応する光電流Ｉｆｐ＿ｔａｒｇｅｔを求める。
次に、閃光装置のマイコン２は、図１に示す回路をアクティブにし、充分な測定精度が得られるように、かなり大きな電流増幅率をカレントミラー回路ＣＭに設定する。

次に、抵抗Ｒ１に発生する電圧を、マイコン２に内蔵されているＡＤ変換器でデジタル値に変換し、このデジタル値を前記設定された電流増幅率で除算することにより、入力換算のリーク電流Ｉｆｐ＿ｌｅａｋを算出する。ここで、リーク電流Ｉｆｐ＿ｌｅａｋが温度などで大きく変化する場合、前記電流増幅率を調整して、ＡＤ変換したデジタル値が適当なレベルの値になるようにすれば、さらに高い精度のリーク電流Ｉｆｐ＿ｌｅａｋを得ることができる。これは、例えばリーク電流Ｉｆｐ＿ｌｅａｋが小さいとき、電流増幅率を大きくすることにより、抵抗Ｒ１に発生する電圧が大きくなるため、高い精度でリーク電流Ｉｆｐ＿ｌｅａｋを測定できるということを意味する。

次に、目標波高値に対応する光電流Ｉｆｐ＿ｔａｒｇｅｔと、リーク電流Ｉｆｐ＿ｌｅａｋとを加算する。ここで、マイコン２は、前記加算値と電流増幅率とに基づいてＤＡ値（比較値Ｖｒｅｆの値）を定める。すなわち、マイコン２は、（Ｉｆｐ＿ｔａｒｇｅｔ＋Ｉｆｐ＿ｌｅａｋ）を入力換算における目標光電流とし、この目標値に対応する「電流増幅率」と「比較値」を算出して設定する。その後、フラット発光を起動する。

以上の説明では理解を容易にするため、目標波高値に相当する光センサの光電流Ｉｆｐ＿ｔａｒｇｅｔとリーク電流Ｉｆｐ＿ｌｅａｋを用いたが、図１に示す実施形態において、カレントミラー回路ＣＭから出力される電流は（Ｖｒｅｆ／電流増幅率）に比例する。したがって、実際には（Ｉｆｐ＿ｔａｒｇｅｔ＋Ｉｆｐ＿ｌｅａｋ）の代わりに、「電流増幅率Ｉｇａｉｎ０」と「比較値Ｖｒｅｆ０」とを用いて計算した（Ｖｒｅｆ／電流増幅率）と、前記リーク電流相当の（Ｖｒｅｆ／電流増幅率）とを加算し、これに基づいて、図１に示す回路の電流増幅率とＶｒｅｆ（ＤＡ値）を計算すればよい。

ここで、マイコン２は、電流増幅率及びＶｒｅｆとしてＤＡ値を出力するが、前記加算により求めた（Ｖｒｅｆ／電流増幅率）を実現する数値の組み合わせは一通りでない。例えば、電流増幅率が１０でＶｒｅｆ（ＤＡ値）が１Ｖということは、電流増幅率が５でＤＡ値（Ｖｒｅｆ）が２Ｖというものと原理的には等価である。マイコン２から出力されるＤＡ値は、言うまでもなく、比較値Ｖｒｅｆと同じ意味である。

実用的には、電気的に適切なＤＡ値（Ｖｒｅｆ）の目標値を設定して、電流増幅率を計算する。電流増幅率の計算結果は、通常整数にならないので四捨五入して整数に丸め、この整数を用いて再度ＤＡ値を計算するのが妥当である。この理由は、カレントミラー回路ＣＭの電流増幅率は、トランジスタの面積比で定められ、通常離散的な値（整数値が多い）に設定されていることが多いためである。なお、電流増幅率だけで調整が行えない場合には、抵抗Ｒ１だけでなく、値の異なる複数の抵抗を設けて切り替えるようにしてもよい。

なお、以上の説明においては、一眼レフカメラを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、フラット発光を行う閃光装置を用いたカメラであれば、適用することができる。
以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、波高値の低い少光量のフラット発光を行う場合に、フォトダイオードの暗電流を含むリーク電流が温度等によって変動した場合であっても、この影響を保証して正確な波高値のフラット発光を実現できる。

また、カスタムＩＣの内部で発生するリーク電流や実装上発生するリーク電流も、補正することができるので、この影響を補償して正確な波高値のフラット発光を実現できる。

本発明の閃光装置は、フィルムを用いるカメラ、及びＣＣＤ等の撮像素子を用いるデジタルカメラの閃光装置として、大いに産業上利用することができる。

本発明の一実施形態を示すブロック図である。 第１の方式の閃光装置及び第２の方式の閃光装置の双方において用いられる、従来の閃光装置における制御回路の一例を示す図である。 第１の方式の閃光装置における発光制御の状態を示すタイムチャートである。 第１の方式の一眼レフカメラのシャッタ走行の状態とストロボの発光タイミングを示す図である。 第２の方式の閃光装置における発光制御の状態を示すタイムチャートである。 フラット発光制御を行う制御回路の一例である。 フラット発光の発光タイミング及び先幕シャッタと後幕シャッタの動作タイミングを示す図である。

符号の説明

１ カスタムＩＣ
２ マイコン
１０ 低圧電源
１１ 昇圧回路
１２ 整流ダイオード
１３ メインコンデンサ
１４ コイル
１５ トリガ回路
１６ 発光管
１７ ＩＧＢＴ
ＣＭ カレントミラー回路
ＣＭＰ コンパレータ
ＰＤ フォトダイオード
Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５ トランジスタ
Ｖｒｅｆ 比較値

Claims (4)

1. 発光管と、
   前記発光管による発光を含む光を光電流に変換する光センサと、
   前記光センサから出力される前記光電流を設定された電流増幅率で増幅する増幅器を含み、且つ当該光電流が該増幅器を介した後に変換される電圧と電圧閾値との比較結果に応じて、前記光電流の波高値が目標波高値になるように前記発光管のオン／オフを高速でスイッチング制御して、前記発光管をフラット発光させる制御手段と、
   前記制御手段に流れるリーク電流を、前記電流増幅率を前記フラット発光時よりも大きな値に設定した状態で、前記フラット発光の開始直前に前記光センサを用いて測定する測定手段と、
   前記測定手段による測定後であって前記フラット発光の開始前に、前記電流増幅率と前記電圧閾値とを、前記目標波高値に対応する光電流と前記測定されたリーク電流との加算値に基づき定めるリーク電流補正手段と、を有することを特徴とする閃光装置。
2. 請求項１に記載の閃光装置において、
   前記リーク電流は、暗電流であることを特徴とする閃光装置。
3. 請求項１又は２に記載の閃光装置において、
   前記リーク電流補正手段は、前記測定されたリーク電流に応じて、前記増幅器の前記電流増幅率を調整することを特徴とする閃光装置。
4. 請求項３に記載の閃光装置において、
   前記リーク電流補正手段は、前記測定されたリーク電流が小さいときには、前記増幅器の前記電流増幅率を大きく設定することを特徴とする閃光装置。

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