JP6667520B2 - Ｆｐ同期に適合されたストロボに電力を供給するための閃光発生器 - Google Patents

Description

本開示は、ストロボが、FP同期、フラットピーク(Flat Peak)に適合された光出力を迅速に供給するように、ストロボに電力を供給するための閃光発生器に関するものである。本開示は、ストロボおよび閃光発生器を備える閃光システムにも関するものである。

閃光発生器は、放電および閃光を発生させるようにストロボによって放電され得るエネルギー量を貯蔵するためのキャパシタバンクを採用する。放電中にストロボの内部でプラズマが形成され、プラズマの特性が閃光の特性も決定する。ストロボは、そのダイナミックレンジの全体にわたって可能な限り一定の光特性を示すように寸法設定される。ストロボの物理的寸法、ガス圧力、ガス混合物、および電極の組成などの一連のパラメータが、電子ストロボのダイナミックレンジの範囲内の一定の光特性のための最適条件をもたらすために、閃光装置の動作電圧および容量とともに適合される。

カメラでは、ストロボ同期は、ストロボの点火を、写真フィルムまたは画像センサに光を入れるシャッタの開放と同期させることと定義される。ストロボ同期のタイプの1つにはFP同期、フラットピークがある。FP同期は、特にフォーカルプレーンシャッタとともに使用するように設計されたストロボとともに使用される。フォーカルプレーンシャッタは、画像センサ面を横切って水平または垂直に走る2つのシャッタ幕を使用する。より遅いシャッタ速度のために、第1の幕が開き、シャッタが開いた状態での必要な時間の後、第2の幕が同じ向きで開口を閉じる。第1の幕が完全に開く前に第2の幕を閉じることによって、より高速のシャッタ速度が達成される。これは、画像センサを横切って移動するスリットをもたらす。シャッタ幕の走行速度が通常は変化されないので、より高速のシャッタ速度は、単純により狭いスリットを必要とする。この技術を使用して、最新式の一眼レフカメラは、1秒の1/2000、1/4000、さらには1/8000までのシャッタ速度が可能である。

フォーカルプレーンシャッタを使用するとき、画像センサのそれぞれの部分が指定の露光時間にわたって露光されるが、画像センサは、画像センサを横切ってX同期速度で移動するスリットによって、ある時間露光される。X同期速度は約1/250でよい。画像センサのそれぞれの部分の露光は1/2000でよいが、画像センサの最後の部分は、画像センサの最初の部分よりもX同期時間だけ遅れて露光される。ストロボの放電が、X同期速度よりも短い時間であると、画像センサの一部のみが照光されることになる。ストロボがX同期時間の全体を通じて放電すると、より速いシャッタ速度でさえ画像センサの全体が照光されることになる。

ストロボが、画像センサの全体を照光するのに必要な一定エネルギーを有して長時間にわたって放電するとき、ストロボは一定の光源と見なされ得る。はるかに大きいエネルギーおよびより短い持続時間で放電するように設計されているストロボに関する問題の1つには、ストロボが長時間放電するとき、ストロボ内に形成されるプラズマが一定にならないことがある。これによって、ストロボが放電するごとに、ストロボからのエネルギーが変化する。

図1は、ストロボが長時間放電するとき、別々の放電に関するエネルギーレベルを示す。図1から見られるように、1つの閃光の放電(a)から別の閃光の放電(b)へと、エネルギーが変化することになる。別々の閃光に関して、より高いエネルギーレベルを有する閃光の放電がより短い場合、その光のエネルギー変動は、別の閃光の放電と同程度まで変化しないはずである。

図2は、より低いエネルギーレベルでより長い時間にわたってストロボを放電させるときの別の問題を示す。図2に示されるように、時間に対してより大きい振幅を有する閃光と比較して、時間に対して一定の振幅を達成するのにより長い時間がかかる。

したがって、放電時間を長くしてストロボからのエネルギーを低減するとき、その放電によりストロボから光の質が低下する。これは、大きいエネルギー量を短時間で放電するように適合されているストロボは、小さいエネルギー量でより長い放電時間の安定した放電を繰り返すことができないためである。より長い時間で放電する場合のさらに別の問題には、エネルギーレベルの変動が、より大きいエネルギー量をより短い時間で放電するとき生じる変動よりもかなり大きいことがある。

それゆえ、前述の問題のうち少なくとも1つを解決するかまたは少なくとも緩和する、ストロボを放電させるための改善された解決策が必要である。

本発明の目的は、ストロボが、FP同期に適合した光出力を迅速に供給するように、ストロボに電力を供給することができるストロボ用の閃光発生器を提供することである。

この目的は、ストロボが、FP同期に適合された光出力を迅速に供給するように、ストロボに電力を供給する閃光発生器によって対処される。閃光発生器は、キャパシタバンクと、出力と、出力を介して可変電力を供給するためにキャパシタバンクから出力を通って流れる電流をスイッチングするように構成されたスイッチとを備える。

閃光発生器は、スイッチを制御するためのコントローラをさらに備えることにより、スイッチのオン時間を制御することによって、100〜2000μsの期間中、この100〜2000μsの期間内のピーク期間中に、この100〜2000μsの期間内の他の期間中に供給される平均電力よりも少なくとも4倍大きい平均電力を供給するように働き、それによって、ピーク期間中にストロボが完全に点火されるようになる。

ピーク期間中の閃光発生器は、他の期間中に供給される平均電力よりも少なくとも4倍大きい平均電力を供給するので、ストロボ内のガスが予熱される。ストロボ内のガスが予熱されると、ストロボ内の電流経路が定義される。これにより、別々の放電の間のエネルギーレベルの変動が、ガスが予熱されていない場合と比較して、はるかに小さくなる。

駆動回路のさらに別の利点には、ピーク期間中に、他の期間中に供給される平均電力よりも少なくとも4倍大きい平均電力を供給することにより、ストロボからの光が安定するまでの時間が短縮されることがある。したがって、閃光発生器に対して接続されたストロボが、FP同期に適合された光出力をより迅速に供給することができる。ストロボからの光出力は、遅くとも100〜2000μsの期間の後に安定する。

閃光発生器の別の利点には、閃光発生器が、放電の別々の部分の間に、平均電力を個々に制御するオプションを提供することがある。したがって、閃光発生器の例示的実施形態では、ピーク期間中の平均電力が他の期間中に供給される平均電力よりも4倍を超えて大きくなるように、平均電力を個々に制御することが可能である。これは、別々の特性を伴う別々のストロボが閃光発生器に接続される場合には利点となる。

本発明の例示的実施形態の以下の詳細な説明から、本発明の目的、利点および効果、ならびに特徴が、添付図面とともに読み取られたとき、より容易に理解されるであろう。

ストロボが長時間放電するとき、別々の放電に関するエネルギーレベルを示す図である。 より低いエネルギーレベルでより長い時間にわたってストロボを放電させるときの別の問題を示す図である。 本開示の一態様による閃光発生器の概略ブロック図である。 本開示の例示的実施形態による閃光発生器に接続されたストロボの放電の平均電力レベルを示す図である。 本開示の一態様による閃光発生器の概略ブロック図である。

本発明の好ましい実施形態が示されている添付図面を参照しながら、本発明を、以下でより完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形式で具現され得、本明細書で説明された実施形態に限定されるように解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、この開示が十分に完成するように提供されるものであり、当業者に対して本発明の範囲を十分に伝えるはずである。図面では、類似の参照符号は類似の要素を参照する。

図3に示された、本開示の例示的実施形態による閃光発生器10は、ストロボが、FP同期、フラットピークに適合された光出力を迅速に供給するように、ストロボに電力を供給するものである。閃光発生器10は、別々のタイプのストロボに給電するように使用され得る。給電するために閃光発生器10が使用され得るストロボのタイプの1つには、ストロボの大きさが10〜40立方センチメートル(立方cm)のストロボがある。本開示の一態様によれば、閃光発生器10は、高エネルギーを伴う閃光を短期間中に生成するように設計されているストロボに給電するのに特に有利である。

閃光発生器10は、キャパシタバンク13と、出力11と、出力11を介して可変電力を供給するためにキャパシタバンク13から出力11を通って流れる電流をスイッチングするように構成されたスイッチ15とを備える。スイッチ15はコントローラ17によって制御される。本開示による閃光発生器10の1つの例示的実施形態によれば、コントローラ17は、閃光発生器10が、100〜2000μsの期間中、この100〜2000μsの期間内のピーク期間中に、この100〜2000μsの期間内の他の期間中に供給される平均電力よりも少なくとも4倍大きい平均電力を供給することにより、ストロボがピーク期間中に完全に点火されるように、スイッチ15を制御するように適合されている。

ピーク期間中に、他の期間中に供給される平均電力よりも少なくとも4倍大きい平均電力を供給することにより、ストロボ内のガスが予熱される。ストロボ内のガスが予熱されると、ストロボ内の電流経路が定義される。これにより、別々の放電の間のエネルギーレベルの変動が、ガスが予熱されていない場合と比較して、はるかに小さくなる。

ピーク期間中に、他の期間中に供給される平均電力よりも少なくとも4倍大きい平均電力を供給することによる別の利点には、ストロボからの光が安定するまでの時間が短縮されることがある。したがって、閃光発生器10に対して接続されたストロボが、FP同期に適合された光出力をより迅速に供給することができる。ストロボからの光出力は、遅くとも100〜2000μsの期間の後に安定する。このことは、ワイヤレス閃光トリガシステムにおいて閃光発生器10を使用するとき特に重要である。ワイヤレス閃光トリガシステムでは、多くの場合、写真家が露光ボタンを押してからストロボが光を放射し始めるまでに遅延がある。これは、閃光発生器がワイヤレス閃光トリガ信号を受け取ってから正確な電力設定を得てストロボに電力を出力し始めるまでに、ある程度時間がかかるためである。

閃光発生器10に接続されたストロボからの光が、閃光電力のTTL設定をサポートする閃光発生器10において、レンズを通って安定することはさらに重要である。TTL閃光発生器システムでは、カメラ本体は、ストロボの予閃光中にストロボによって供給された閃光を測定する。この測定はカメラのレンズを通じて遂行される。次いで、カメラは、カメラにワイヤレスで接続された送信器を介して、閃光発生器10に、実画像収集プロシージャ中に主閃光によって印加される電力量を供給する。このプロシージャはある程度の時間がかかるものであり、したがって、ストロボが安定した光出力を迅速に供給するように、閃光発生器10がストロボに電力を供給することが重要である。

図4は、本開示による閃光発生器10に接続されたストロボからの光出力の一例を示す。この例では、この期間の最初にピーク期間があって、ピーク期間に続いて他の期間がある。図4に見られるように、閃光発生器10によってこの期間の最初のピーク期間中に供給される平均電力が、この期間内の他の期間中に供給される平均電力よりも少なくとも4倍大きいので、初期の光出力が大きい。このピーク期間中にストロボが予熱されて、ストロボ内の電流経路が定義される。したがって、この期間に続く後方期間において、ストロボは、別々の閃光の放電の間で変化しない安定した光出力を供給する。

1つの例示的実施形態によれば、ピーク期間は20〜500μsの間にある。ピーク期間は、閃光発生器10に接続されるストロボがどのタイプかに依拠して変化する必要があり得る。本開示の別の態様によれば、閃光発生器10の出力電力に依拠してピーク期間が変化される。

ピーク期間および他の期間を含む期間が100〜2000μsの間にあるので、この期間内の他の期間はピーク期間の長さに依拠する。1つの例示的実施形態によれば、他の期間は20〜1980μsの間にある。

前述のように、100〜2000μsの期間に続く後方期間において、閃光発生器は、連続した放電の間で変化しない光出力を供給する。本開示の1つの例示的実施形態では、閃光発生器は、少なくとも100μsの間、安定した光出力を供給する。本開示の別の例示的実施形態では、閃光発生器は、少なくとも200μsの間、安定した光出力を供給する。後方期間の持続時間は、シャッタ速度および/またはカメラ銘柄に依拠して変化し得る。

本開示による閃光発生器10の1つの例示的実施形態によれば、ピーク期間中のスイッチの平均オン時間は80〜100%の間にあり、他の期間中のスイッチの平均オン時間は10〜70%の間にある。

本開示による閃光発生器10の1つの例示的実施形態によれば、後方期間中のスイッチの期間時間(period time)は6.25μsよりも短い。

本開示による閃光発生器10のさらに別の例示的実施形態によれば、ピーク期間中に供給される平均電力は、他の期間中に供給される平均電力よりも少なくとも10〜50倍大きい。

本開示による閃光発生器10のさらに別の例示的実施形態によれば、後方期間中のスイッチのデューティサイクルは、キャパシタバンクの電圧降下に依拠して増加する。

本開示による閃光発生器10のさらに別の例示的実施形態によれば、ストロボの大きさは10〜40立方センチメートルである。

図5は、ストロボが、本開示の別の例示的実施形態によるFP同期に適合された光出力を迅速に供給するように、ストロボに電力を供給する閃光発生器10を示すものである。この例示的実施形態では、閃光発生器10はスイッチ15も備える。スイッチ15は、キャパシタバンク13にわたって、出力に対して直列に接続される。さらに、電流を一方向にしか流さない素子16が、出力およびインダクタ14にわたって、キャパシタバンク13から出力11へのエネルギー供給の方向に対して反対の極性で接続されている。キャパシタバンク13は様々なタイプであり得る。キャパシタバンク13は、フォイル型キャパシタまたは電解型キャパシタであり得る。様々なタイプのキャパシタバンク13が様々な内部抵抗を有する。フォイル型キャパシタは、電解型キャパシタと比較して内部抵抗が小さい。したがって、フォイル型キャパシタは、電解型キャパシタと比較して、より高速で放電し、したがってより高い電流密度およびより高いエネルギーレベルを発生させることができる。

図6は、ストロボが、本開示の別の例示的実施形態によるFP同期に適合された光出力を迅速に供給するように、ストロボに電力を供給する閃光発生器10を示す。この例示的実施形態では、閃光発生器10はスイッチ15も備える。スイッチ15はキャパシタバンク13に対して直列に接続されている。さらに、スイッチ15およびキャパシタバンク13にわたって、電流を一方向にしか流さない素子16が、エネルギー供給の方向に対して反対の極性で接続されている。インダクタ14が、電流を一方向にしか流さない素子16にわたって、出力に対して直列に接続されている。

図4、図5および図6に示された例示的実施形態では、1つのキャパシタバンクだけが示されている。本開示による閃光発生器10の他の例示的実施形態では、閃光発生器はいくつかのキャパシタバンク13を備える。これらの例示的実施形態では、互いに並列に接続されたキャパシタバンク13がある。いくつかのキャパシタバンク13が並列に接続されていると、キャパシタにバンク13はより大きいキャパシタンスを与えられ、キャパシタバンク13を1つだけ使用するのと比較して、より多くのエネルギーを貯蔵することができる。他の例示的実施形態において並列に接続されているキャパシタバンク13は、別々のタイプでもあり得る。第1のキャパシタバンク13はフォイル型キャパシタであり得、第2のタイプのキャパシタバンクは電解型キャパシタであり得る。別々のタイプのキャパシタバンクを混合することにより、たった1つのタイプのキャパシタバンクが使用される場合と比較して、閃光発生器10に接続されたストロボから、別の閃光エネルギーが達成され得る。並列に接続された別々のタイプのキャパシタバンク13を有するこれらの例示的実施形態では、キャパシタバンク13は個々にも使用され得る。たとえばフォイル型キャパシタのみを使用すると、同じサイズの電解型キャパシタを使用するのと比較して、より短い閃光時間をもたらす。

図5に示された実施形態以外の例示的実施形態も、いくつかのインダクタ14およびスイッチ15を備えることができる。これらの例示的実施形態では、インダクタ14は並列に接続される。いくつかのインダクタ14を並列で使用すると、閃光発生器10が、1つのインダクタ14だけを使用する場合と比較して、より大きい電流を扱うことができるという利点を持つ。いくつかのインダクタ14を並列にしても、インダクタンスが変化する。複数のスイッチ15を包含している例示的実施形態では、スイッチ15も並列に接続される。

本発明による閃光発生器10の1つの例示的実施形態では、素子はダイオード16である。次いで、ダイオード16は、キャパシタバンク13から出力11へのエネルギー供給の方向に対して反対の極性で接続される。閃光発生器10の別の例示的実施形態では、素子16はコントローラに接続されたMOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)であり、コントローラ17は、スイッチが電流を通すときにはMOSFETが電流を通さないようにMOSFETを制御するように構成されている。

コントローラ17は、所望の閃光エネルギーに関連したパラメータをこの期間に続く期間中に受け取るための受信手段および/または閃光発生器10に接続されたタイプのストロボを備えることができる。次いで、これらのパラメータは、コントローラ17によって、受信手段が受け取ったパラメータに応じて所望の特性を伴う閃光を生成するようにスイッチを制御する方法を決定するとき使用される。1つの例示的実施形態では、受信手段は所望の閃光エネルギーを受け取る。

さらに別の例示的実施形態では、受信手段は、閃光発生器に接続されているストロボがどのタイプかということに関する情報も受け取る。この例示的実施形態では、コントローラは、スイッチを制御する方法を決定するときこの情報を使用するようにさらに構成されている。

ストロボからのエネルギーレベルは、閃光発生器10に接続されたストロボを流れる電流に依拠する。電流がより大きければストロボからのエネルギーレベルがより高くなり、電流がより小さければストロボからのエネルギーレベルがより低くなる。したがって、エネルギーレベルは、ストロボを流れる電流の増減に応じて変化することになる。

本開示の態様によれば、コントローラ17は、デューティサイクルを増加させてストロボからのより大きい平均電力を達成し、デューティサイクルを減少させてストロボからのより小さい平均電力を達成するように構成されている。スイッチ15に対するデューティサイクルを増加させると、スイッチ15がデューティサイクルのより長い期間を通じて閉じることにより、閃光発生器10に接続されたストロボを流れる電流が増加することになる。ストロボを流れる電流がより大きければ、平均電力がより大きくなる。

本開示の態様によれば、コントローラ17は、ピーク期間、他の期間、および次の期間の範囲内でスイッチ15のデューティサイクルを変化さることにより、これら別々の期間の範囲内でストロボから別々の平均電力を得るようにさらに構成されている。コントローラ17は、ピーク期間の第1の部分および/または他の期間において第1のデューティサイクルを使用し、次いで、ピーク期間の残りおよび/または他の期間に向けて別のデューティサイクルへ変化させる。ピーク期間中および/または他の期間中に別々のデューティサイクルを使用すると、ストロボからの平均電力がピーク期間中および/または他の期間中に変化することになる。たとえばピーク期間および/または他の期間の最初に、ピーク期間および/または他の期間の最後よりも長いデューティサイクルが使用され得る。こうすると、ストロボからの平均電力が、ピーク期間および/または他の期間の終りに向かって減少することになる。

本開示のさらに別の態様によれば、閃光発生器10は別々のキャパシタ電圧を扱うように適合され、デューティサイクルを制御することによってストロボからの平均電力を一定に保つことができる。したがって、キャパシタに十分なエネルギーが貯蔵されている限り、中間のキャパシタ充電とは無関係に、同一の平均電力を伴ういくつかの閃光がストロボから発せられ得る。本開示のこの態様では、数回の放電のために閃光キャパシタの電圧が低下したとき、キャパシタに十分なエネルギーが貯蔵されている限りストロボから所望の平均電力を得るように、スイッチのデューティサイクルが増加される。

上記の説明は、本発明を実行するために現在企図される最善のモードである。この説明は、限定する意味に解釈されるようには意図されておらず、本発明の一般原則を説明するためのものでしかない。本発明の範囲は、発行された特許請求の範囲のみを参照しながら確認されるべきである。

10 閃光発生器
11 出力
13 キャパシタバンク
14 インダクタ
15 スイッチ
16 素子、ダイオード
17 コントローラ

Claims (11)

1. ストロボが、FP同期、フラットピークに適合された光出力を迅速に供給するように、前記ストロボに電力を供給するための閃光発生器(10)であって、
   キャパシタバンク(13)と、
   出力(11)と、
   前記出力を介して可変電力を供給するように、前記キャパシタバンクから前記出力を通って流れる電流をスイッチングするように構成されたスイッチ(15)と、
   前記スイッチを制御するためのコントローラ(17)であって、前記スイッチのオン時間を制御することにより、前記発生器が、100〜2000μsの期間中、前記100〜2000μsの期間内のピーク期間中に、前記100〜2000μsの期間内の他の期間中に供給される平均電力よりも少なくとも4倍大きい平均電力を供給するように働き、それによって、前記ピーク期間中に前記ストロボが完全に点火されるようになるコントローラ(17)とを備え、前記FP同期に適合された安定した光出力は、遅くとも前記100〜2000μsの期間の後に供給される閃光発生器(10)。
2. 前記100〜2000μsの期間の最初に前記ピーク期間があって、前記ピーク期間に続いて前記他の期間がある請求項1に記載の閃光発生器。
3. 前記100〜2000μsの期間に続く後方期間において、前記ストロボが少なくとも100μsの間、前記光出力を供給する請求項1または2に記載の閃光発生器。
4. 前記ピーク期間が20〜500μsの間にある請求項1から3のいずれか一項に記載の閃光発生器。
5. 前記他の期間が20〜1980μsの間にある請求項1から4のいずれか一項に記載の閃光発生器。
6. 前記後方期間中の前記スイッチのデューティサイクルが、前記キャパシタバンクの電圧降下に依拠して増加する請求項3に記載の閃光発生器。
7. 前記ストロボの大きさが10〜40立方cmの間にある請求項1から6のいずれか一項に記載の閃光発生器。
8. 前記ピーク期間中の前記スイッチの平均オン時間が80〜100%の間にあり、前記他の期間中の前記スイッチの前記平均オン時間が10〜70%の間にある請求項1から6のいずれか一項に記載の閃光発生器。
9. 前記後方期間中の前記スイッチの期間時間が6.25μsよりも短い請求項3に記載の閃光発生器。
10. 前記ピーク期間中に供給される前記平均電力が、前記他の期間中に供給される前記平均電力よりも少なくとも10〜50倍大きい請求項2から8のいずれか一項に記載の閃光発生器。
11. 請求項1から10のいずれか一項に記載の閃光発生器とストロボとを備える閃光システム。