JP2017146505A - 光源制御装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡略な構成で発光装置の被加熱部材の温度を推定する。【解決手段】カメラ１０のフラッシュ発光部１１に設けられるキセノン管１２の発光をフラッシュ制御回路１５により制御する。外気温に対応する温度を温度計１７により検出し、同温度とキセノン管１２の発光時の出力から、カメラ制御回路１６において、キセノン管１２の発光により加熱されるフレネルレンズ１４の温度を推定する。温度推定は、キセノン管１２の出力によるフレネルレンズ１４の発熱（加熱）と、フレネルレンズ１４からの放熱による冷却から逐次計算される。フラッシュ制御回路１５は、推定温度に基づいてキセノン管１２の発光間隔や出力を制御し、フレネルレンズ１４が過熱により融解し変形することを防止する。【選択図】図１

Description

本発明は、光を照射する光源の制御を行う光源制御装置、および当該発光制御装置を搭載する撮像装置に関する。

フラッシュは、閃光管などの光源から発せられる光をリフレクタで反射し、拡散板、光学フィルタ、フレネルレンズ等を介して照射する。拡散板や、光学フィルタ、フレネルレンズは、光源から発せられる熱や光エネルギーの一部を吸収しその温度が上昇する。また、フラッシュを連続発光させてカメラで連写を行う場合があるが、その場合、これらの部材に熱が蓄積し問題となることがある。特にフレネルレンズは、熱の蓄積が顕著であり、フレネルレンズの素材も熱可塑性樹脂から構成されることから、過度に温度が上昇すると様々な性能不良を起こす可能性も考えられる。

フレネルパネルの熱による性能劣化を抑制するため、ストロボ装置の筐体に、フレネルパネル側の空間と筐体外側の空間とをつなぐ通気口を複数設け、自然対流による通気で冷却する構成が提案されている（特許文献１参照）。また、反射笠（リフレクタ）を利用する代わりに、放電管の前面に近接してプリズムを配置するストロボ装置も知られているが、同構成においてプリズムと接する反射笠の温度を測定し、検出温度が所定温度以下である場合にはストロボ充電を行い、所定温度よりも高い場合には放熱タイマーで所定時間経過するのを待ち、放熱によりプリズムを冷却する構成も提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１２−０３２８２２号公報 特開２００１−１１７１４８号公報

しかし、特許文献１の構成では、放熱効果は高められるものの気温が高い場合や、連続発光が長く続く場合などには、必ずしも十分に放熱できるとは限らず、依然フレネルパネルが性能劣化する可能性がある。また、特許文献２の構成では、プリズム自身や光源近傍に新たに温度計を設ける必要があり、コストやスペースの面で不利であるとともに、温度計の過熱、あるいは発光ムラの原因ともなる。

本発明は、性能の良い発光装置を得ることを目的とする。

本発明の光源制御装置は、光源の発光量または出力を制御可能な光源制御手段と、外気温に対応する温度および前記光源の発光量または出力から、光源の発光動作により加熱される部材の温度を推定する温度推定手段とを備えることを特徴としている。

光源制御手段は、部材の推定温度に基づき、光源の発光量または出力を制御する。温度推定手段は、例えば光源の発光量または出力と部材からの放熱による冷却から推定温度を逐次計算する。光源制御装置は、例えば当該部材に対する光源の発光量および／または出力による温度情報特性および放熱による冷却特性をあらかじめ記録している。光源制御手段は、推定温度に基づき例えば光源の発光を禁止する期間を制御する。光源制御装置は、推定温度から部材の過熱をユーザに報知する過熱報知手段を更に備えてもよい。当該部材に、光源からの光を透過するフレネルレンズ、拡散板、光学フィルタの何れかが含まれる。光源は、例えば撮像装置のフラッシュに対応する。外気温に対応する温度を測定する温度計が、例えばＡＦセンサの温度測定および／またはＡＥセンサの温度測定に用いられる。

本発明の撮像装置は、上記光源制御装置を備えることを特徴としている。

また光源が自動ポップアップ式のフラッシュとして構成される場合、推定温度から部材の過熱が検知されるときにフラッシュの収納を禁止してもよい。

本発明によれば、性能の良い発光装置を得ることができる。

本発明の一実施形態である光源制御装置の構成を示すブロック図である。 物体が放熱により冷却されるときの温度変化を示すグラフである。 被加熱部材の冷却を考慮せずに、光源を短い時間間隔で連続して発光するときの被加熱部材の温度変化の様子を示すグラフである。 図３と同じ出力（発光量）で、発光間隔を相対的に長くすることで、最終温度を融解温度Ｔ_fより低くした場合を例示するグラフである。 連続発光中に発光量を倍にする必要が生じた場合に、発光間隔（発光禁止期間）を長くして被加熱部材の温度Ｔの上昇を抑制する様子を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である光源制御装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態の光源制御装置は、例えばカメラ１０のフラッシュの発光を制御する。フラッシュ発光部１１は、キセノン管（光源）１２と、キセノン管１２からの光を反射するリフレクタ１３と、キセノン管１２からの光とリフレクタ１３からの反射光を透過して被写体に向けて照射するフレネルレンズ１４とを備える。

キセノン管１２の発光のタイミングと、その発光量（出力）は、フラッシュ制御回路１５により制御され、フラッシュ制御回路１５は、カメラ全体の制御を行うカメラ制御回路１６からの指令に基づき制御される。カメラ１０は、外気温に略対応する温度を計測する温度計１７を備え、カメラ制御回路１６は、温度計１７からの信号に基づきＡＦセンサ（不図示）の補正やＡＥセンサ（不図示）の補正を行う。

また、本実施形態のカメラ制御回路１６は、温度計１７からの信号と、キセノン管１２の発光量（出力）に基づき、後述するようにフレネルレンズ１４の温度を推定し、推定温度に基づきフラッシュ制御回路１５の制御、すなわちキセノン管１２の発光および／または発光量（出力）および／または発光禁止期間および／または発光インターバルを制御する。

次に、図１〜図３を参照して、本実施形態の温度推定処理の原理および方法について説明する。なおこのフレネルレンズの温度推定処理は、本実施形態では例えばカメラ制御回路１６において実行される。

キセノン管１２が発光されると、キセノン管１２から発せられる閃光は、直接またはリフレクタ１３に反射された後、フレネルレンズ１４を透過して被写体に向けて外部へと照射される。このとき、キセノン管１２から発せられる熱とフレネルレンズ１４を透過する光のエネルギーの一部がフレネルレンズ１４に吸収され、フレネルレンズ１４の温度が上昇する。一方、フレネルレンズ１４は、外気に曝されているためその表面から熱が外気へと放出され冷却される。

図２は、物体が放熱により冷却されるときの温度変化を示すグラフである。フーリエの法則によれば、熱流束は熱流方向の温度勾配に比例するので、物体の温度は時間経過とともに指数関数的に漸減し、周辺の温度へと漸近する。図２において、横軸は時間、縦軸は温度であり、Ｔ∞は周辺温度（外気温）、Ｔ₀は物体（フレネルレンズ１４）の初期温度、Ｔは物体（フレネルレンズ１４）の温度変化を表わす。本実施形態では、カメラのフレネルレンズ１４の冷却時の温度変化を予め計測し、放熱によるフレネルレンズ１４の冷却特性を求めておき、その特性値は記録される。

図３は、フレネルレンズ１４の冷却を考慮せずに、キセノン管１２を短い時間間隔で連続して発光するときのフレネルレンズ１４の温度変化の様子を示すグラフである。図３において、横軸は時間、縦軸は温度であり、Ｔ₀はフレネルレンズ１４の初期温度、Ｔはフレネルレンズ１４の温度変化を表わす。図３に示されるように、キセノン管１２が発光されると、フレネルレンズ１４の温度Ｔは略一定の値上昇し、発光終了とともに図２の冷却特性（曲線）に沿って下降する。しかし、フレネルレンズ１４の温度Ｔが上昇した後冷却される前にキセノン管１２が発光されると、フレネルレンズ１４に蓄積された熱は放熱しきれず、温度Ｔはキセノン管１２の発光毎に漸次上昇する。

また、フレネルレンズ１４の温度上昇に伴い、フレネルレンズ１４表面と外気の間の温度差（温度勾配）は大きくなるため単位時間当たりの放熱量は増大し、温度上昇率は漸減する。出力一定（発光量一定）の下でのキセノン管１２の１回の発光によるフレネルレンズ１４の温度上昇は略一定であるため、放熱と蓄熱のバランスにより外気との温度差が一定値を超えるとキセノン管１２の発光を繰り返しても、フレネルレンズ１４の温度Ｔは、図３に示されるように略一定の温度に留まる。

温度上昇の仕方は、キセノン管１２の出力（発光量）と発光間隔により変動し、出力（発光量）が一定であれば、発光間隔が大きいほど温度上昇率は下がり、また発光の繰り返しにより到達する最終的な温度も低下する。図３は、発光間隔が相対的に短く、最終温度がフレネルレンズ１４の融解温度Ｔ_fを超える場合を例示している。なお、一定出力（発光量）下でのフレネルレンズ１４の温度上昇の様子は予め測定され、その特性値が記録される。

なお、フレネルレンズ１４の現在温度Ｔ_nは、例えば以下の（１）式をフレネルレンズ１４の初期温度から逐次計算することによりにより推定できる。
Ｔ_n = Ｔ_n-1 − ｈ_c（Ｔ_n-1 − Ｔ∞）Δｔ ＋ ｈ_fＷ （１）

ここで、右辺第２項はフレネルレンズ１４と外気との間の温度勾配に比例する冷却項（放熱項）であり、第３項はキセノン管１２の出力（発熱量）に比例する発熱項（加熱項）である。Ｔ_n-1は前回計算したフレネルレンズ１４の温度であり、Ｔ∞は外気温（周辺の温度）である。Ｔ∞は、温度計１７の測定値から直接的あるいは間接的に求められる。ｈ_cは熱伝達率を含む冷却の特性値であり、予め計測された測定値から得られ、カメラ１０のメモリ（不図示）に記録されている。ｈ_fはキセノン管１２の出力（発光量）からフレネルレンズ１４の発熱量を求めるための発熱の特性値であり、予め計測された測定値から得られ、カメラ１０のメモリ（不図示）に記録されている。またＷは実際に発光されたキセノン管１２の出力（発光量）、Δｔは前回と今回の計算の間の経過時間（本処理の繰り返し周期）であり、カメラ１０のメモリ（不図示）に記録されている。なお、フレネルレンズ１４の初期温度はカメラ１０の電源投入時などにおける温度計１７の温度であり、外気温Ｔ∞に略等しいと考えられる。また、（１）式において発光に必要な時間はΔｔに比べ十分に短いとしている。

本実施形態では、フレネルレンズ１４の温度Ｔを例えば（１）式を用いた推定処理により常時計算し、これをモニタすることで、連続発光時におけるフラッシュ制御回路１５によるキセノン管１２の発光の有無、または発光間隔、出力（発光量）を制御する。判定の仕方としては、例えば推定される最新の温度Ｔ_nが閾値Ｔ_meltよりも小さいか否か（Ｔ_n＜Ｔ_melt）で判定される。ここで閾値Ｔ_meltは、例えばフレネルレンズ１４の融解温度Ｔｆに安全率を見込んだ値である。なお、温度Ｔの計算は、カメラの設定が「連続発光撮影」の場合、最初の発光時から演算を開始しても良いが、最初の数ショット後から演算を開始しても構わない。また、連続発光撮影を停止したときは演算も休止してもよい。また演算結果の履歴を揮発／不揮発メモリーに記憶することで、一旦連続性が休止しても、短時間で再開した場合に、前回の演算結果を流用できるように構成してもよい。

図４は、図３と同じ出力（発光量）で、発光間隔を相対的に長くすることで、最終温度を融解温度Ｔ_fより低くした場合を例示する。例えば、上記判定から温度Ｔ_nが閾値Ｔ_meltよりも大きい（Ｔ_n＞Ｔ_melt）と判定される場合には、発光間隔を大きくし、フレネルレンズ１４の温度Ｔが融解温度Ｔ_fを超えることを防止する。なお、温度Ｔ_nが閾値Ｔ_meltよりも小さく（Ｔ_n＜Ｔ_melt）なった場合は、発光間隔を元に戻す、あるいは短くすることもできる。

また、図５には、例えば連続発光中に発光量を倍にする必要が生じた場合に、発光間隔（発光禁止期間）を長くし、冷却時間を長くすることでフレネルレンズ１４の温度Ｔの上昇を抑制する制御を例示する。すなわち、発光間隔を略倍にして発光量を倍にしても温度Ｔが融解温度Ｔ_fを超えることを防止する。

以上のように、本実施形態によれば、外気温に対応する温度と光源の出力（発光量）から発光装置を構成する部材の温度を推定することができる。また、外気温に対応する温度は、ＡＦセンサの補正等に用いられている温度計を流用することで取得できるため、新たなセンサの搭載を考慮する必要がなくその構成を簡略にすることができる。また、推定温度に基づきフラッシュの発光を制御することでフラッシュを構成する部材の過熱を防止することができる。

なお本実施形態では、（１）式を用いて被加熱部材の温度を推定したが、温度の推定式は（１）式に限定されるものではない。また、フラッシュが自動ポップアップ式の場合には、推定温度が所定値以上の場合に収納を禁止し、熱のこもりを防止する制御を行ってもよい。なお、光源には、キセノン管の他に、ＬＥＤなどの光源を用いることもできる。また本実施形態では、温度が推定される被加熱部材としてフレネルレンズを例に説明を行なったが、対象となる被加熱部材は、光源の発光により蓄熱されるとともに外気への放熱により冷却される部材であればよい。例えば、発光部が拡散板や光学フィルタを備える場合には、これらの光源からの光を透過する部材の温度を推定して、光源制御を行ってもよい。

本実施形態の温度計には、例えばサーミスタや熱電対などが用いられる。また、光源制御装置は、推定温度から被加熱部材の過熱をユーザに報知する過熱報知手段を更に備えてもよい。報知方法の例としては、文字情報やグラフィカル情報の表示器へ表示したり、ランプを点灯したりする視覚的な方法や、警告音のような聴覚的な方法が挙げられる。

なお、本実施形態ではカメラを例に説明を行なったが、本発明は、周囲環境温度に対応する温度が測定できる温度計と、その発光により部材を加熱する光源を備える装置であれば適用でき、例えばカメラ付き携帯やスマートホンにも適用できる。

１０ カメラ
１１ フラッシュ発光部
１２ キセノン管（光源）
１３ リフレクタ
１４ フレネルレンズ（被加熱部材）
１５ フラッシュ制御回路
１６ カメラ制御回路
１７ 温度計

Claims (11)

1. 光源の発光量または出力を制御可能な光源制御手段と、
   外気温に対応する温度および前記光源の発光量または出力から、前記光源の発光動作により加熱される部材の温度を推定する温度推定手段と
   を備えることを特徴とする光源制御装置。
2. 前記光源制御手段が、前記部材の推定温度に基づき、前記光源の発光量または出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の光源制御装置。
3. 前記温度推定手段が、前記光源の発光量または出力と前記部材からの放熱による冷却から前記推定温度を逐次計算することを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の光源制御装置。
4. 前記光源制御装置は、前記部材に対する光源の発光量および／または出力による温度情報特性および放熱による冷却特性をあらかじめ記録していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光源制御装置。
5. 前記光源制御手段が、前記推定温度に基づき前記光源の発光を禁止する期間を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光源制御装置。
6. 前記推定温度から前記部材の過熱をユーザに報知する過熱報知手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光源制御装置。
7. 前記部材に、前記光源からの光を透過するフレネルレンズ、拡散板、光学フィルタの何れかが含まれることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光源制御装置。
8. 前記光源が、撮像装置のフラッシュに対応することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の光源制御装置。
9. 前記外気温に対応する温度を測定する温度計が、ＡＦセンサの温度測定および／またはＡＥセンサの温度測定に用いられることを特徴とする請求項８に記載の光源制御装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の光源制御装置を備えることを特徴とする撮像装置。
11. 前記光源が自動ポップアップ式のフラッシュとして構成され、前記推定温度から前記部材の過熱が検知されると前記フラッシュの収納が禁止されること特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。

Images