JP5111819B2 - 許可信号生成回路及びそれを用いた閃光放電管用電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、例えばキセノンフラッシュランプのような閃光放電管の発光を許可するための許可信号生成回路、及びそれを用いた閃光放電管用電源回路に関する。

キセノンフラッシュランプに代表される閃光放電管は瞬間的に高出力の白色光が得られる特徴を有するため、分光分析用光源、カメラのフラッシュランプ、ストロボ用光源、高速シャッタカメラ用ランプ等に広く使われている。この閃光放電管用の電源回路には、閃光放電管発光用のコンデンサが内蔵され、閃光放電管の発光時にはこのコンデンサから閃光放電管に電荷が供給される。

このような電源回路は、従来から、閃光放電管を安定して発光させるために内蔵するコンデンサの充電状態を検出して発光を許容する機能を具備している。例えば、下記特許文献１及び２には、充電期間からの経過時間を監視して充電完了信号を生成してシャッタレリーズを許容する機能を有する電源回路が開示されている。また、下記特許文献３及び４には、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上であるかに応じて充電完了信号を出力するカメラ用の電源回路が開示されている。
特開平６−４００２号公報 特開平２−９９９３３号公報 特開昭６３−１３０７４２号公報 特開平７−２０５４３号公報

ところで、上記特許文献１及び２に記載のように充電期間からの経過時間を監視して充電完了信号を生成する場合には、コンデンサには特性のばらつきが生じうるので、充電状態の検出精度に限界がある。

一方、上記特許文献３及び４に記載のようにコンデンサの充電電圧を検出する場合には、充電完了信号の生成にマイクロコンピュータ等を用いたデジタル処理が用いられている。このため、高出力の閃光放電管用に用いた場合に、放電ノイズの影響により安定した発光許可の制御が困難である。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、簡易な回路構成で安定した発光許可の制御が可能な許可信号生成回路及び閃光放電管用電源回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の許可信号生成回路は、閃光放電管の発光用の放電コンデンサの充電電圧を検出することによって、外部機器に対して閃光放電管の発光を許可する許可信号を生成する許可信号生成回路であって、放電コンデンサの充電電圧に対応する電圧信号が入力され、充電電圧と第１基準電圧との比較結果に応じて、充電電圧が第１基準電圧以上の場合にオンレベルの第１比較信号を出力する第１のコンパレータと、放電コンデンサの充電電圧に対応する電圧信号が入力され、充電電圧と第１基準電圧より高い第２基準電圧との比較結果に応じて、充電電圧が第２基準電圧以上の場合に、放電コンデンサの充電のオン−オフを制御するための第２比較信号をオンレベルで出力する第２のコンパレータと、第１比較信号のオンレベル／オフレベルに応じてそれぞれオン／オフする第１の半導体素子、及び、第１の半導体素子に直列に接続され、第２比較信号のオンレベルに応じてオンし、第１の半導体素子のオフ状態への遷移に応じてオフする第２の半導体素子を有し、第１及び第２の半導体素子の双方がオン状態であることを検出して許可信号として出力する検出回路とを備える。

このような許可信号生成回路によれば、放電コンデンサの充電電圧と第２基準電圧とが比較された第２比較信号によって自然放電等による充電電圧の低下が検出され、この第２比較信号によって放電コンデンサの充電のオン／オフが制御される。これに対して、検出回路においては、放電コンデンサの充電開始後に充電電圧が第２基準電圧に達した場合には、第１及び第２の半導体素子がオン状態とされ、その後の放電により充電電圧が第２基準電圧より低い第１基準電圧以下に低下した場合には、第１及び第２の半導体素子が同時にオフされる。そして、検出回路から外部機器に対して、第１及び第２の半導体素子の双方がオン状態である場合に発光を許可する許可信号が出力される。従って、簡易な回路構成により、放電コンデンサの充電電圧を基準電圧付近に安定して保ちながら、放電コンデンサの充電状態に応じて安定した発光許可信号を出力することができる。

検出回路は、ベースが第１のコンパレータの出力に接続されたトランジスタと、ゲートが第２のコンパレータの出力に接続され、カソードがトランジスタのコレクタに接続され、アノードが許可信号の出力用の端子に接続されたサイリスタとを有することが好ましい。

この場合、トランジスタとサイリスタとからなる直列回路の端部から許可信号が出力される構成を採っているので、検出回路の回路構成がより単純化され、放電ノイズによる影響も低減される。

また、検出回路は、ベースが第１のコンパレータの出力に接続され、コレクタが許可信号の出力用の端子に接続されたトランジスタと、ゲートが第２のコンパレータの出力に接続され、アノードがトランジスタのエミッタに接続されたサイリスタとを有することも好ましい。

この場合、トランジスタとサイリスタとからなる直列回路の端部から許可信号が出力される構成を採っているので、検出回路の回路構成がより単純化され、放電ノイズによる影響も低減される。

さらに、第２のコンパレータは、ヒステリシス特性を有するヒステリシスコンパレータであることも好ましい。このような構成により、放電コンデンサの充電制御時の安定性が向上する。

或いは、本発明の閃光放電管用電源回路は、上述した許可信号生成回路と、放電コンデンサを含み、閃光放電管に電荷を供給する電源回路と、許可信号生成回路から第２比較信号に対応する信号が入力されて、第２比較信号に応じて電源回路における放電コンデンサの充電のオン−オフを制御する充電制御回路と、外部機器から入力される発光トリガ制御信号に応じて閃光放電管に発光トリガを印加することによって、放電コンデンサに蓄積された電荷を放電させる発光トリガ発生回路とを備える。

このような閃光放電管用電源回路においては、充電制御回路が、許可信号生成回路によって生成された第２比較信号に応じて、電源回路内の放電コンデンサの充電をオン／オフ制御する。これにより、放電コンデンサの充電電圧が基準電圧に安定して維持される。また、許可信号生成回路から外部機器に許可信号が出力されると、外部機器から発光トリガ発生回路に対して発光トリガ制御信号が入力され、発光トリガ生成回路によって閃光放電管に発光トリガが印加されることによって閃光放電管が発光される。従って、簡易な回路構成で安定した発光許可の制御が可能になる。

本発明による許可信号生成回路によれば、簡易な回路構成で安定した発光許可の制御が可能になる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る許可信号生成回路及び閃光放電管用電源回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の好適な一実施形態である閃光放電管用電源回路１の回路ブロック図である。閃光放電管用電源回路１は、キセノンフラッシュランプのような閃光放電管を発光させるための印加電圧を発生する回路であり、電源回路２と許可信号生成回路３と充電制御回路４と発光トリガ発生回路５とから構成されている。

電源回路２は、外部の直流電源６にその両端が接続されるコンデンサ７と、コンデンサ７に対して並列に接続された１次側コイル８ａを含むトランス８と、トランス８の２次側コイル８ｂの両端に接続された閃光放電管Ｌ発光用の放電コンデンサ９と、１次側コイル８ａに対して直列に接続されたＭＯＳ型ＦＥＴ１０とを備えている。

より具体的には、トランス８の１次側コイル８ａの一端は、直流電源６の正極に接続され、１次側コイル８ａの他端はＦＥＴ１０のドレインに接続され、ＦＥＴ１０のソースには、抵抗素子Ｒ_１を介して直流電源６の負極が接続されている。さらに、このＦＥＴ１０のゲートには、抵抗素子Ｒ_２を介して後述する充電制御回路４が接続されている。また、放電コンデンサ９の一端は、整流用のダイオード１１を介して２次側コイル８ｂの一端に接続され、放電コンデンサ９の他端が２次側コイル８ｂの他端に接続されると共に、放電コンデンサ９の両端は、コネクタ１２及びソケット１３を介して閃光放電管Ｌの陽極及び陰極にそれぞれ接続されている。

上記のような構成の電源回路２においては、充電制御回路４からのパルス信号Ｓ_１の入力に応じてトランス８の１次側コイル８ａにパルス電流が流されることにより、２次側コイル８ｂから放電コンデンサ９に１次側と２次側との巻数比に応じたパルス電流が供給されて放電コンデンサ９が充電される。放電コンデンサ９が充電された状態で、閃光放電管Ｌに発光トリガ発生回路５（詳細は、後述する。）から発光トリガＴＲが印加されると、閃光放電管Ｌ内で発光を伴う放電が始まり、放電コンデンサ９から閃光放電管Ｌに放電電流が流れる。

次に、許可信号生成回路３の構成について説明する。許可信号生成回路３は、電源回路２内の放電コンデンサ９の充電電圧を検出して、閃光放電管用電源回路１に接続された外部機器２１に対して閃光放電管Ｌの発光を許可する許可信号を生成する回路である。

許可信号生成回路３は、放電コンデンサ９の充電電圧に対応する電圧が入力される第１のコンパレータ１４及び第２のコンパレータ１５と、第１及び第２のコンパレータ１４，１５の出力に応じて、放電コンデンサ９の充電を制御する充電電圧検出信号Ｓ_２、及び閃光放電管Ｌの発光を許可する許可信号Ｓ_３を出力する検出回路１６とを含んでいる。

第１及び第２のコンパレータ１４，１５には、抵抗素子Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５によって構成される直列回路によって分圧された放電コンデンサ９の充電電圧が入力されるとともに、可変の基準電圧Ｖ_Ｒが入力される。これらの第１及び第２のコンパレータ１４，１５は、いわゆるオープンコレクタ出力のコンパレータである。第１のコンパレータ１４は、放電コンデンサ９の充電電圧をＶ_Ａとすると、基準電圧Ｖ_Ｒと電圧Ｖ_Ａ×（Ｒ_４＋Ｒ_５）／（Ｒ_３＋Ｒ_４＋Ｒ_５）とを比較することにより、その比較結果に応じた第１比較信号Ｖ_Ｃ１を出力する。結果的に、第１のコンパレータ１４は、充電電圧Ｖ_Ａが基準電圧Ｖ_Ｒ×（Ｒ_３＋Ｒ_４＋Ｒ_５）／（Ｒ_４＋Ｒ_５）以上の場合は、ハイレベルの第１比較信号Ｖ_Ｃ１を出力し、充電電圧Ｖ_Ａが基準電圧Ｖ_Ｒ×（Ｒ_３＋Ｒ_４＋Ｒ_５）／（Ｒ_４＋Ｒ_５）より小さい場合は、ローレベルの第１比較信号Ｖ_Ｃ１を出力する。

同様に、第２のコンパレータ１５は、基準電圧Ｖ_Ｒと電圧Ｖ_Ａ×Ｒ_５／（Ｒ_３＋Ｒ_４＋Ｒ_５）とを比較することにより、その比較結果に応じた第２比較信号Ｖ_Ｃ２を出力する。結果的に、第２のコンパレータ１５は、充電電圧をＶ_Ａが基準電圧Ｖ_Ｒ×（Ｒ_３＋Ｒ_４＋Ｒ_５）／Ｒ_５以上の場合は、ハイレベルの第２比較信号Ｖ_Ｃ２を出力し、充電電圧Ｖ_Ａが基準電圧Ｖ_Ｒ×（Ｒ_３＋Ｒ_４＋Ｒ_５）／Ｒ_５より小さい場合は、ローレベルの第２比較信号Ｖ_Ｃ２を出力する。よって、第２のコンパレータ１５の充電電圧Ｖ_Ａに対する基準電圧は、第１のコンパレータ１４よりも大きくなる。本実施形態においては、第１のコンパレータ１４の基準電圧が第２のコンパレータ１５の基準電圧よりも５〜１０パーセント程度低くなるように設定される。なお、第２のコンパレータ１５は、ヒステリシス特性を有するヒステリシスコンパレータであり、第２比較信号Ｖ_Ｃ２がハイレベルの状態で放電コンデンサ９の充電電圧Ｖ_Ａが自然放電により低下して、基準電圧の所定割合分（例えば、基準電圧の１パーセント程度）減少すると、第２比較信号Ｖ_Ｃ２をローレベルに設定する。第２のコンパレータ１５から出力される第２比較信号Ｖ_Ｃ２は、検出回路１６を経由して充電制御回路４に充電電圧検出信号Ｓ_２として入力される。

検出回路１６は、バイポーラトランジスタ１７と、バイポーラトランジスタ１７に直列に接続されたサイリスタ１８とを含み、バイポーラトランジスタ１７及びサイリスタ１８の切り換え状態を検出して出力する機能を持つ。

サイリスタ１８のアノードは、抵抗素子Ｒ_６を介して正電位にバイアスされ、そのゲートはダイオード１９を介して第２のコンパレータ１５の出力に接続され、そのカソードはバイポーラトランジスタ１７のコレクタに接続され、ゲート−カソード間には抵抗素子Ｒ_８が接続されている。さらに、第２のコンパレータ１５の出力には、プルアップ抵抗Ｒ_７が接続されている。

バイポーラトランジスタ１７のベースは、抵抗素子Ｒ_９を介して第１のコンパレータ１４の出力が接続され、そのエミッタはグランドに接続され、ベース−エミッタ間には抵抗素子Ｒ_１０が接続されている。さらに、第１のコンパレータ１４の出力には、プルアップ抵抗Ｒ_１１が接続されている。

検出回路１６のサイリスタ１８のアノードは、コネクタ２０の許可信号Ｓ_３出力用の端子を介して外部機器２１に接続され、サイリスタ１８のアノードの電位が許可信号Ｓ_３として外部機器２１に出力される。

上記構成の検出回路１６においては、第１比較信号Ｖ_Ｃ１のハイレベル／ローレベルの状態に応じて、バイポーラトランジスタ１７がオン／オフする。また、サイリスタ１８がオフ状態にある場合に第２比較信号Ｖ_Ｃ２がハイレベルへ遷移すると、第２のコンパレータ１５の出力トランジスタ（図示せず）がオフするので、プルアップ抵抗Ｒ_７からダイオード１９に向けた電流経路が形成される結果、サイリスタ１８がオンする。ここで、サイリスタ１８は、いったんオン状態に切り替わった後は、第２比較信号Ｖ_Ｃ２がローレベルに遷移してもバイポーラトランジスタ１７がオン状態にある限りはオン状態を持続する。すなわち、サイリスタ１８は、第１比較信号Ｖ_Ｃ１のローレベルへの遷移に応じて、バイポーラトランジスタ１７とほぼ同時にオフする。また、検出回路１６から外部機器２１に出力される許可信号Ｓ_３は、バイポーラトランジスタ１７及びサイリスタ１８の双方がオン状態にある場合にローレベルになり、それ以外の場合にはハイレベルになる。

充電制御回路４は、許可信号生成回路３から入力された充電電圧検出信号Ｓ_２に応じて、電源回路２における放電コンデンサ９の充電のオン／オフを制御する。具体的には、充電電圧検出信号Ｓ_２がローレベルの場合、すなわち、第２比較信号Ｖ_Ｃ２がローレベルの場合は、電源回路２にパルス信号Ｓ_１を供給して放電コンデンサ９を充電する。これにより、充電制御回路４は、許可信号生成回路３及び電源回路２との協働により、閃光放電管Ｌの発光前の放電コンデンサ９の充電電圧が、所定範囲（例えば、１パーセント以内）に収まるように制御する。

発光トリガ発生回路５は、許可信号Ｓ_３がローレベルである場合に外部機器２１から入力された発光トリガ制御信号Ｓ_４に応じて、閃光放電管Ｌに発光トリガＴＲを印加する。詳細には、発光トリガ発生回路５の入力は、コネクタ２０を介して外部機器２１に接続され、発光トリガ発生回路５の出力は、コネクタ１２及びソケット１３を介して閃光放電管Ｌのトリガ電極に接続されている。

次に、図２を参照しながら、閃光放電管用電源回路１の動作について説明する。図２において、（ａ）は、発光トリガＴＲのタイミングチャート、（ｂ）は、放電コンデンサ９の充電電圧のタイミングチャート、（ｃ）は、許可信号Ｓ_３のタイミングチャートである。

まず、閃光放電管Ｌの発光直後は放電コンデンサ９の充電電圧が低下しており、第１比較信号Ｖ_Ｃ１及び第２比較信号Ｖ_Ｃ２がローレベル状態になる（時刻Ｔ_１）。このような状態では、充電制御回路４の制御により放電コンデンサ９が充電されて徐々に充電電圧が上昇する。その後、充電電圧が第２のコンパレータ１５の基準電圧にまで達すると、検出回路１６から外部機器２１に対してローレベルの許可信号Ｓ_３が出力され、外部機器２１による閃光放電管Ｌの発光制御が許可される（時刻Ｔ_２）。許可信号Ｓ_３のローレベル状態は、放電コンデンサ９の充電電圧が第１のコンパレータ１４の基準電圧に低下するまで維持される。これに対して、外部機器２１から発光トリガ発生回路５に発光トリガ制御信号Ｓ_４が入力されると、閃光放電管Ｌのトリガ電極に発光トリガＴＲが印加される（時刻Ｔ_３）。その結果、閃光放電管Ｌの陽極−陰極間に絶縁破壊が起こり、放電コンデンサ９に蓄えられた電荷が閃光放電管Ｌにおいて放電される。この放電により、放電コンデンサ９の充電電圧が瞬時に低下し、許可信号Ｓ_３がハイレベル状態に遷移し、外部機器２１による発光制御が禁止される。閃光放電管用電源回路１では、以上のような発光トリガ入力から充電完了までの動作が繰り返し行われる。

以上説明した閃光放電管用電源回路１の作用効果について説明する。放電コンデンサ９の充電電圧と第２のコンパレータ１５の基準電圧とが比較された第２比較信号Ｖ_Ｃ２によって自然放電等による充電電圧の低下が検出され、この第２比較信号Ｖ_Ｃ２によって放電コンデンサ９の充電のオン／オフが制御される。これに対して、検出回路１６においては、放電コンデンサ９の充電開始後に充電電圧が第２のコンパレータ１５の基準電圧に達した場合には、バイポーラトランジスタ１７及びサイリスタ１８がオン状態とされ、その後の放電により充電電圧が第２のコンパレータ１５の基準電圧より低い第１のコンパレータ１４の基準電圧以下に低下した場合には、バイポーラトランジスタ１７及びサイリスタ１８が同時にオフされる。そして、検出回路１６から外部機器２１に対して、バイポーラトランジスタ１７及びサイリスタ１８の双方がオン状態である場合に発光を許可する許可信号Ｓ_３が出力される。従って、簡易な回路構成により、放電コンデンサ９の充電電圧を基準電圧付近に安定して保ちながら、放電コンデンサ９の充電状態に応じて安定した発光許可信号を出力することができる。その結果、閃光放電管Ｌの光量不足、発光不良等を防止することができる。

また、このように放電コンデンサ９の充電電圧を検出して発光許可信号を出力する方式を採ることで、発光開始時期と充電完了時期との間のタイムロスが減少するとともに、発光光量の調整のため放電コンデンサを切り替えたり放電コンデンサの充電電圧を変更した場合であっても正確に充電完了を検出して発光許可信号を生成することができる。

また、許可信号生成回路３はバイポーラトランジスタ１７とサイリスタ１８とからなる直列回路の端部から許可信号Ｓ_３が出力される構成を有しているので、検出回路の回路構成がより単純化され、高出力の閃光放電管Ｌを使用した場合の放電ノイズによる影響も低減される。

また、第２のコンパレータ１５としては、ヒステリシス特性を有するヒステリシスコンパレータを用いているので、放電コンデンサ９の充電電圧が自然放電等によって低下して再充電する際に、充電制御の安定性が向上する。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態において例示された回路構成は特定の構成に限定されるものではない。図３には、閃光放電管用電源回路１の許可信号生成回路３の変形例である許可信号生成回路３３の要部を示している。同図に示すように、バイポーラトランジスタ１７及びサイリスタ１８の接続順序を入れ替えて、バイポーラトランジスタ１７のコレクタをコネクタ２０の許可信号Ｓ_３の出力用端子に接続し、サイリスタ１８のアノードをバイポーラトランジスタ１７のエミッタに接続してもよい。

本発明の好適な一実施形態である閃光放電管用電源回路１の回路ブロック図である。 図１の閃光放電管用電源回路によって生成される各種信号のタイミングチャートを示す図であり、（ａ）は、発光トリガのタイミングチャート、（ｂ）は、図１の放電コンデンサの充電電圧のタイミングチャート、（ｃ）は、許可信号のタイミングチャートである。 本発明の変形である許可信号生成回路の要部を示す回路図である。

符号の説明

１…閃光放電管用電源回路、２…電源回路、３，３３…許可信号生成回路、３…許可信号生成回路、４…充電制御回路、５…発光トリガ発生回路、６…直流電源、９…放電コンデンサ、１４…第１のコンパレータ、１５…第２のコンパレータ、１６…検出回路、１７…バイポーラトランジスタ（第１の半導体素子）、１８…サイリスタ（第２の半導体素子）、２１…外部機器、Ｌ…閃光放電管、Ｓ_３…許可信号、ＴＲ…発光トリガ、Ｖ_Ｃ１，Ｖ_Ｃ２…比較信号、Ｖ_Ｒ…基準電圧。

Claims (5)

1. 閃光放電管の発光用の放電コンデンサの充電電圧を検出することによって、外部機器に対して前記閃光放電管の発光を許可する許可信号を生成する許可信号生成回路であって、
   前記放電コンデンサの充電電圧に対応する電圧信号が入力され、前記充電電圧と第１基準電圧との比較結果に応じて、前記充電電圧が前記第１基準電圧以上の場合にオンレベルの第１比較信号を出力する第１のコンパレータと、
   前記放電コンデンサの充電電圧に対応する電圧信号が入力され、前記充電電圧と前記第１基準電圧より高い第２基準電圧との比較結果に応じて、前記充電電圧が前記第２基準電圧以上の場合に、前記放電コンデンサの充電のオン−オフを制御するための第２比較信号をオンレベルで出力する第２のコンパレータと、
   前記第１比較信号のオンレベル／オフレベルに応じてそれぞれオン／オフする第１の半導体素子、及び、前記第１の半導体素子に直列に接続され、第２比較信号のオンレベルに応じてオンし、前記第１の半導体素子のオフ状態への遷移に応じてオフする第２の半導体素子を有し、前記第１及び第２の半導体素子の双方がオン状態であることを検出して前記許可信号として出力する検出回路と、
   を備えることを特徴とする許可信号生成回路。
2. 前記検出回路は、
   ベースが前記第１のコンパレータの出力に接続されたトランジスタと、
   ゲートが前記第２のコンパレータの出力に接続され、カソードが前記トランジスタのコレクタに接続され、アノードが前記許可信号の出力用の端子に接続されたサイリスタとを有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の許可信号生成回路。
3. 前記検出回路は、
   ベースが前記第１のコンパレータの出力に接続され、コレクタが前記許可信号の出力用の端子に接続されたトランジスタと、
   ゲートが前記第２のコンパレータの出力に接続され、アノードが前記トランジスタのエミッタに接続されたサイリスタとを有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の許可信号生成回路。
4. 前記第２のコンパレータは、ヒステリシス特性を有するヒステリシスコンパレータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の許可信号生成回路。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の許可信号生成回路と、
   前記放電コンデンサを含み、前記閃光放電管に電荷を供給する電源回路と、
   前記許可信号生成回路から前記第２比較信号に対応する信号が入力されて、前記第２比較信号に応じて前記電源回路における前記放電コンデンサの充電のオン−オフを制御する充電制御回路と、
   前記外部機器から入力される発光トリガ制御信号に応じて前記閃光放電管に発光トリガを印加することによって、前記放電コンデンサに蓄積された電荷を放電させる発光トリガ発生回路と、
   を備えることを特徴とする閃光放電管用電源回路。

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