(57)【要約】【課題】  撮像可能な携帯電話における撮像品質をよくすると共に、低コスト化を実現する。【解決手段】  携帯電話１に組込まれたフラッシュランプ８の陰極は、外周に粒状の複数の突起物が配置された基材と各突起物の表面にそれぞれ形成された花弁状の炭素薄片群とを備えている。このように構成することにより、低電圧の駆動で十分な輝度が得られる。また、圧電素子２０ｇを備えたフラッシュスタータ２０を携帯電話１に着脱自在とし、フラッシュスタータ２０を振ることにより、フラッシュランプ８の発光に同期してシャッタをオンするようにしたので、手ぶれのための撮像不良が防止される。【選択図】  図１
2005241991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の撮像を行うカメラ部と、
前記被写体に光を照射するフラッシュランプと、
を備える本体を有する撮像装置であって、
前記フラッシュランプは、
複数の突起箇所が設けられている基材と該各突起箇所の表面にそれぞれ形成された花弁状の炭素薄片群とを備える陰極を備えた電界放出型ランプである、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
与えられた力学的エネルギーを電気エネルギーに変換して前記フラッシュランプに出力する圧電素子を備えるフラッシュランプ駆動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記フラッシュランプ駆動手段は、前記本体に対して着脱自在に取付けられることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記圧電素子は、前記フラッシュランプ駆動手段が振られることにより得られる力学的エネルギーを前記電気エネルギーに変換することを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記フラッシュランプ駆動手段は、
筒状をなし、前記圧電素子が一端に取付けられた支持部材と、
前記支持部材の他端に一端が取付けられ、該支持部材の内側で伸縮するばねと、
前記ばねの他端に取付けられて前記支持部材の内面を滑動するハンマーと、
を備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記圧電素子の発生する電気エネルギーが所定値に達したタイミングを検出する手段を設け、該タイミングで前記カメラ部に撮像を行わせる構成にしたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数の突起箇所には、ダイヤモンド、モリブデン、ＳiＣ，ＳiＮのいずれかの材料から選択される微粒子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記フラッシュランプ駆動手段は片手で把持できる大きさであることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
無線通信をする通信部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
被写体の撮像を行うカメラ部と、
前記被写体に光を照射する電界放出型フラッシュランプと、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
複数の突起箇所が設けられている基材と該各突起箇所の表面にそれぞれ形成された花弁状の炭素薄片群とを有する陰極と、
前記陰極に対向する陽極と、
を備えることを特徴とするフラッシュランプ。
【請求項１２】
前記陽極の表面には、蛍光塗料が塗布されていることを特徴とする請求項１１に記載のフラッシュランプ。
【請求項１３】
前記陰極は、棒状に形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のフラッシュランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を発生するフラッシュランプを持つ撮像装置とそのフラッシュランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記、特許文献１には、ディスプレイとカメラとストロボとを備えた携帯電話が示されている。
この携帯電話では、ディスプレイにより、被写体を確認しながら撮影を行なうことができる。ストロボは閃光（フラッシュ）を発生するフラッシュランプであり、被写体にフラッシュを照射して夜間の撮影を可能にしている。
【特許文献１】特開２００３−８７３７６号公報
【０００３】
特許文献１のストロボのように、カメラの撮影タイミングに合わせて閃光を発生するフラッシュランプには、キセノンランプ（Ｘｅランプ）を用いるものと、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるものとが、主流になっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のフラッシュランプを搭載した撮像装置を備えた通信端末には、次のような課題がある。
キセノンランプは、高電圧（例えば３５０ボルト）で駆動する必要がある。そのため、トランス等の昇圧回路が必要になり、バッテリを組込んだ通信端末の小型化と低コスト化が困難であった。また、キセノンランプの消費電力は大きいので、バッテリに蓄積されたエネルギーの消耗が激しく、充電間隔が短くなるという問題もあった。さらに、スイッチを１回押して発光させると、再び高電圧を生成するための昇圧時間がかかるので、キセノンランプを使用する通信端末は、連写に向いていなかった。
これに対し、ＬＥＤは、消費電力は低くかつキセノンランプのような高電圧駆動の必要はないので、ＬＥＤを用いるフラッシュランプは、バッテリを内蔵する携帯電話等に広く組込まれるようになっている。しかしながら、ＬＥＤを駆動しても、その輝度は低い。そのため、撮影に必要な露光量が得られるまでに時間がかかり、手ぶれや露光量不良の画像になり、暗い環境下での撮影に不向きであった。
【０００５】
本発明の目的は、撮像装置において、高輝度でフラッシュランプを閃光させ、かつ消費電力を少なくすることを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る撮像装置は、
被写体の撮像を行うカメラ部と、
前記被写体に光を照射するフラッシュランプと、
を備える撮像装置であって、
前記フラッシュランプは、
複数の突起箇所が設けられている基材と該各突起箇所の表面にそれぞれ形成された花弁状の炭素薄片群とを備える陰極を備えた電界放出型ランプである、
ことを特徴とする。
【０００７】
このような構成を採用したことにより、フラッシュランプが高効率で発光することが可能となる。
また、与えられた力学的エネルギーを電気エネルギーに変換して前記フラッシュランプに出力する圧電素子を備えるフラッシュランプ駆動手段をさらに備えることが好ましい。
フラッシュランプは、フラッシュランプ駆動手段の圧電素子が発生する電気エネルギーによって駆動されるので、フラッシュランプによる電界放出を発生させる電源を撮像装置の本体に設ける必要がないので高輝度発光を可能とした撮像装置を小型、簡素化できる。
【０００８】
なお、前記フラッシュランプ駆動手段は、前記本体に対して着脱自在に取付けられてもよい。
【０００９】
この場合、前記圧電素子は、前記フラッシュランプ駆動手段が振られることにより得られる力学的エネルギーを前記電気エネルギーに変換してもよい。
また、前記フラッシュランプ駆動手段は、筒状をなし、前記圧電素子が一端に取付けられた支持部材と、前記支持部材の他端に一端が取付けられ、該支持部材の内側で伸縮するばねと、前記ばねの他端に取付けられて前記支持部材の内面を滑動するハンマーと、を備えてもよい。
【００１０】
このような構成を採用することにより、撮像装置自体のシャッタボタンを押下しなくても、フラッシュランプを駆動できるので、手ぶれ等を減少でき、写真の品質を向上できる。
【００１１】
さらに、前記圧電素子の発生する電気エネルギーが所定値に達したタイミングを検出する手段を設け、該タイミングで前記カメラ部に撮像を行わせる構成にしてもよい。
【００１２】
このようにすると、フラッシュランプの閃光に同期させてシャッタを切ることができる。
【００１３】
また、複数の突起箇所には、ダイヤモンド、モリブデン、ＳiＣ，ＳiＮのいずれかの材料から選択される微粒子が設けられていてもよい。
このような微粒子を用いることによって、花弁状の炭素薄片群の形成の際の高温に耐えうることが可能であり、良好な電界放出特性を得ることができる。
【００１４】
また、前記フラッシュランプ駆動手段は片手で把持できる大きさであってもよい。
また、無線通信をする通信部をさらに備えてもよい。
花弁状の炭素薄片群は電界放出特性に優れているため、手で把持できる程度の圧電素子でも十分起電力を得ることができ本発明の撮像装置を付属した通信端末を携帯電話にした場合、一方の手で携帯電話を持ち他方の手でフラッシュランプ駆動手段を持つことができるので、電気エネルギーを発生させるために、フラッシュランプ駆動手段を他の固体物質に叩きつける、又はフラッシュランプ駆動手段を振る際に撮像装置がぶれることを抑えることができる。
そして、本発明の他の撮像装置は、
被写体の撮像を行うカメラ部と、
前記被写体に光を照射する電界放出型フラッシュランプと、
を備えることを特徴とする。
このように、電界放出型フラッシュランプを採用することによりＬＥＤよりも明るく発光できるといった効果を得ることができる。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るフラッシュランプは、
複数の突起箇所が設けられている基材と該各突起箇所の表面にそれぞれ形成された花弁状の炭素薄片群とを有する陰極と、
前記陰極に対向する陽極と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
なお、前記陽極の表面には、蛍光塗料が塗布されてもよい。
また、前記陰極は、棒状に形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高輝度でフラッシュランプを閃光させ、かつ消費電力の少ない撮像装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る携帯電話を示す構成図である。
図２は、フラッシュランプの搭載状況を示す模式図である。
【００１９】
この携帯電話１は、外部と無線通信を行う図示しない通信部を内蔵すると共に、カメラを搭載し、無線での通信を行うばかりでなく、撮像も可能になっている。
【００２０】
携帯電話１は、折りたたみ式であり、上ケース２と下ケース３とを備えている。上ケース２と下ケース３とは、連結部４により回動自在に連結されている。上ケース２の表面側には、ディスプレイ５及び通話用のスピーカ６が組込まれている。
【００２１】
上ケース２の裏面側には、サブディスプレイ７と、フラッシュランプ８と、撮像を行うカメラ部を構成するＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子９と、が組込まれている。サブディスプレイ７及びフラッシュランプ８は、透明板１０で覆われている。
【００２２】
下ケース３の表面側に、ダイアル等の数値や文字等を入力するためのダイアルボタン１１や、各種機能を指示する複数の指示ボタンが配置されている。指示ボタンの１つがシャッタボタン１２として用いられる。下ケース３の表面側には、さらに通話用のマイク１３が組込まれている。
【００２３】
下ケース３の裏面側に、発振部１４が組込まれるとともに、バッテリ１５が挿入されている。発振部１４は、各種メロディー等を鳴動するものである。バッテリ１５は、カバー１６で覆われている。
【００２４】
下ケース３の連結部４とは反対側の端部に、バッテリ１５を充電するための充電端子１７が設けられている。充電端子１７の両側に、プラグ挿入孔１８，１９が配置されている。
【００２５】
携帯電話１には、フラッシュスタータ２０が着脱自在に取付けられており、携帯電話１でフラッシュランプ８を用いない場合は、携帯電話１からフラッシュスタータ２０を取り外していてもよい。
フラッシュスタータ２０は、図２に示すように、内部に空洞部を有し、空洞の側壁を覆うように設けられた、握りやすい円筒状の胴部２０aを備えている。胴部２０aの一端は、壁２０bで閉じられており、壁２０bにばね２０ｃの一端が取付けられている。ばね２０cの他端に、金属のハンマ２０ｄが取付けられている。
【００２６】
ハンマ２０ｄの外周には、互いに対向する位置に凸部２０ｅ、２０ｅが形成されている。胴部２０ａの内周面には、胴部２０ａの延在方向に沿った溝２０ｆ、２０ｆが形成され、凸部２０ｅ、２０ｅの両凸端を結ぶ直線は、溝２０ｆ、２０ｆの両凹端を結ぶ直線より短く、それ以外の内周径より長く設計されており、凸部２０ｅがその溝２０ｆにガイドされ、ハンマ２０ｄが移動するようになっている。なお、溝２０ｆの本数は、凸部２０ｅの数に合わせてあれば３本以上であってもよい。
【００２７】
一方、胴部２０ａの他端側には、圧電素子２０ｇが固定して取付けられている。圧電素子２０ｇのハンマー２０ｄ側には、球座２０ｈが取付けられている。圧電素子２０ｇの正極２０ｉ及び負極２０ｊには、対をなすリード線２１の各一端が取付けられている。リード線２１は絶縁材で周囲をコーティングされており、対をなすリード線２１の他端側に、プラグ２３，２４がそれぞれ取付けられている。プラグ２３，２４は、携帯電話１の下ケース３のプラグ挿入孔１８，１９に挿入されることが可能となっている。
【００２８】
プラグ挿入孔１８，１９の内部には、コンタクト２５，２６がそれぞれ組込まれている。プラグ２３，２４がプラグ挿入孔１８，１９に挿入されると、プラグ２３，２４がコンタクト２５，２６に接触する構成である。即ち、携帯電話１とフラッシュスタータ２０とが電気的接続されることによってフラッシュスタータ２０で生じるフラッシュランプ８を発光するための電力を供給することが可能となる。
。
【００２９】
フラッシュランプ８は、棒状の陰極８ａと、陰極８ａとの間隔を例えば０．１ｍｍ〜６ｍｍ空けて対向する陽極８ｂ、８ｂと、これらを１０−６Torr程度に真空封止する硝子チューブ８ｃとを備えている。陽極８ｂの陰極８ａとの対向面には、蛍光体が塗料されている。発光を均一化するように、陽極８ｂの陰極８ａとの距離が等間隔であることが望ましい。硝子チューブ８ｃの両端には、陰極８ａに導通する陰極導通配線８ｄと、陽極８ｂに導通する陽極導通配線８ｅとが、形成されている。
【００３０】
フラッシュランプ８の陰極導通配線８ｄとコンタクト２５とは、回路基板等を介して接続されている。陽極導通配線８ｅとコンタクト２６とは、回路基板等を介して接続されている。フラッシュランプ８の背面には両面に樹脂フィルムがコーティングされたアルミ膜で構成された可撓性の反射フィルム２２が設けられ、フラッシュランプ８からの光を反射して透明板１０を介して出射する構造になっている。
【００３１】
陰極８ａは、電子放出特性に優れた炭素薄膜を備えた電子放出型電極である。陰極８ａの構造を図３〜図５を用いて説明する。
図３は、陰極８ａの部分拡大断面図である。
図４（ａ）は、複数の花弁状炭素薄膜集合体のコロニーのＳＥＭ写真であり、図４（ｂ）は、花弁状炭素薄膜集合体単体を示す模式図であり、図４（ｃ）は、花弁状炭素薄膜集合体を拡大したＳＥＭ写真である。
図５は、花弁状炭素薄膜集合体を示す断面図である。
【００３２】
電子放出型電極においては、電子が放出される部分は、その先端部付近に電子を引き出す強い電界集中が生じるので、低い印加電圧で電子放出が可能になる。そのため、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴという）が発見されてより、ナノメートルオーダーのＣＮＴを電子放出型電極に採用する技術が多数開発されている。
【００３３】
しかしながら、ＣＮＴを用いる電子放出型電極の製法では、例えば、ＣＮＴを気相で成長させた場合に反応炉壁にＣＮＴを付着させると、付着したＣＮＴをかき集める際に破損する恐れがあった。また、線状の複数のＣＮＴを有機溶媒で分散させて電解質を加えた溶液に金属基板を浸漬し、電気泳動によりＣＮＴを金属基板に付着させると、ＣＮＴはナノメータレベルの直径のため、外的な応力に対する機械的強度が脆弱で、溶液中に分散させたり、電気泳動することによる液相中の流体抵抗により破損してしまう恐れがある。このようにＣＮＴを陰極となる金属基板とは別のところで生成したり、その後電気泳動を行ったり、導電体を溶解させてＣＮＴを固着させねばならず、ＣＮＴが生成されてからの工程が煩雑になり、ＣＮＴのチューブ構造が破壊されやすい要因が増えてしまうといった問題があった。
【００３４】
そこで、本実施形態の陰極８ａには、ＣＮＴを用いていない。
陰極８ａは、図３のように、導電性の基体３０と基体３０上の所定位置に固着された複数の粒状の突起物３１とから構成された基材３２と、粒状の突起物３１上に形成された花弁状の構造を有する花弁状炭素薄片集合体３３と、基体３０上に形成させた平面状炭素薄片集合膜３４と、から構成されている。
【００３５】
基材３２を構成する導電性の基体３０は、ニッケルやシリコン結晶等の約９５０℃以上の温度に耐えうる導電性材料から構成されている。
基材３２を構成する粒状の突起物３１は、グラファイトが成長可能で且つ約９５０℃以上の温度（製造時の熱処理温度）に耐えうるダイヤモンド、モリブデン、ＳiＣ，ＳiＮ等の材料の微粒子から構成されている。突起物３１の粒径は、５μｍ〜３０μｍ程度である。また、基体３０上の突起物３１の配置密度は、例えば、１０４個／ｃｍ２〜１０７個／ｃｍ２程度である。
【００３６】
典型的な花弁状炭素薄片集合体３３は、粒状の突起物３１の表面を核として成長し、曲面をなす花弁状の複数の炭素薄片３３ａが、突起物３１の表面に対して起立しながらも、互いにランダムな方向に繋がりあって構成されている。各炭素薄片３３ａは、格子間隔が０．３４ｎｍの数層〜数十層のグラフェンシートから構成され、高さ、長さがともに概ね１〜５μｍで、厚さが７ｎｍ以下であり、外辺開口部における薄片同士の間隔が例えば３μｍ以下である。
【００３７】
１つの花弁状炭素薄片集合体３３は、基体３０の表面又は基体３０上に形成された平面状炭素薄片集合膜３４に対して炭素薄片３３ａがより密集しており、突起物３１の高さに相当する５μｍ〜３０μｍの高さを有している。このため、陽極８ｂに対して基体３０表面よりも接近しており、突起物３１を内包する花弁状構造による電界集中がおこる。
【００３８】
前記構造をとることにより、各炭素薄片３３ａの形状による電界集中と、花弁状炭素薄片集合体３３の形状による電界集中の相乗効果が発生する。対して粒状の突起物３１が形成されていない基材の場合、突起物３１の表面に相当する位置に花弁状炭素薄片集合体３３が形成されず、基材の平滑な表面に平坦な平面状炭素薄片集合膜３４が形成されるだけである。突起物３１及び花弁状炭素薄片集合体３３を備えた電子放出型電極は、突起物３１及び花弁状炭素薄片集合体３３のない平面状炭素薄片集合膜３４で電子を放出する電子放出型電極に比べて凹凸に富み、容易に電子の放出が可能となり、所定値の電界放出電流に達するまでの閾値電圧を引き下げることができる。
【００３９】
このような構成の陰極８ａにおいては、各炭素薄片３３ａは、基材３２と接する部分が曲線状で、垂直配向したカーボンナノチューブにおける点状接触と比較して、大面積で接触しているので、基材３２との密着強度は点状接触のカーボンナノチューブよりも非常に高い。
【００４０】
ここで、上記構成を有する陰極８ａの製造方法を説明する。
まず、基体３０をエタノールとアセトンで、それぞれ１０分間超音波洗浄する。続いて、粒径１０μｍ〜３０μｍの窒化ケイ素等のセラミック粒子、ダイヤモンド、炭化珪素の少なくとも何れかを含む微粒子（砥粒）１ｇを有機溶剤（エタノール）２５ｍｌに加えた懸濁液を作成し、十分に攪拌する。
【００４１】
続いて、洗浄後の基体３０を、この混濁液に浸漬させ、４３ｋＨｚの超音波を１０分間印加する。
その後、基体３０を取り出し、エタノールとアセトンで、それぞれ１０分間超音波洗浄を施す。以上の工程により、基体３０の表面にダイヤモンドからなる粒状の突起物３１が固着した基材３２が形成される。
この基材３２を、ＤＣ（直流）プラズマＣＶＤ装置の処理容器内の下部電極上に載置する。
【００４２】
このＤＣプラズマＣＶＤ装置は、下部電極と上部電極を有する汎用的な処理装置でよい。基材３２の載置が完了すると、次に、処理容器内を1Ｐａ程度に減圧する。続いて、処理容器内に９２vol％の水素ガスと８vol％のメタン等の炭素含有ガスとを導き、５０ｃｍ離した上部電極と下部電極との間に７００Ｖの電圧を印加し、流れる電流を制御することにより、プラズマ状態及び基材３２の温度を制御する。基材３２の温度を９５０℃以上１２００℃以下に制御することが望ましい。この処理を４０〜１８０分程度継続する。
【００４３】
処理を一定時間実行したのち、電圧の印加を停止し、続いて、処理ガスの供給を停止し、処理容器内に窒素ガスを供給して常圧に復帰した後、基材３２を取り出す。このようにすると、比較的簡易な工程により、電子放出力特性に優れた電子放出型の陰極８ａを製造することができる。
【００４４】
この携帯電話１は、図６に示すシャッタ駆動回路４０を備えている。
図６は、フラッシュスタータ２０、フラッシュランプ８及びシャッタ駆動回路４０を示す回路図である。
【００４５】
前述のように、フラッシュスタータ２０の負極２０ｊ及び正極２０ｉは、プラグ２３，２４、コンタクト２５，２６を介してフラッシュランプ８の陰極８ａ及び陽極８ｂに接続される。フラッシュランプ８の陰極８ａ及び陽極８ｂ間には、陰極８ａ及び陽極８ｂ間の印加電圧を分圧する抵抗値の高い抵抗４１，４２が直列に接続されている。
【００４６】
抵抗４１及び抵抗４２の接続点には、ＮチャネルまたはＰチャネルのＭＯＳトランジスタ（以下、トランジスタという）４３のゲートに接続されている。トランジスタ４３のドレインは、バッテリ１５の正極に接続されている。トランジスタ４３のソースがシャッタ回路４４の一端に接続されている。シャッタ回路４４は、撮像素子９が撮像を開始するためのメカニカルシャッタや電子シャッタをオンする回路である。シャッタ回路４４の他端は、グランド（バッテリ１５の負極）に接続されている。コンタクト２６もグランドに接続されている。
【００４７】
トランジスタ４３のドレイン・ソース間に、スイッチ４５が接続されている。
スイッチ４５は、シャッタボタン１２が押下されたときにオンする。トランジスタ４３は、フラッシュスタータ２０の発生エネルギーが所定値を越えると、オンする。抵抗４１，４２、トランジスタ４３、スイッチ４５は、シャッタ駆動回路４０を構成し、スイッチ４５又はトランジスタ４３がオンすると、バッテリ１５がシャッタ回路に接続されてシャッタ回路４４が活性化する。
【００４８】
次に、携帯電話１の使用方法と動作を説明する。
無線通信により、音声通話やデータ通信を行う場合には、各種機能ボタンを押下して通信モードを設定し、ダイアルボタン１１を押下する。これにより、通話路が開設され、データ通信や音声通話が可能になる。データ通信や音声通信の電源には、バッテリ１５が使用される。
【００４９】
カメラにて撮影を行う場合には、フラッシュランプ８を使用する場合と使用しない場合とがある。
フラッシュランプ８を使用しないときには、プラグ挿入孔１８，１９に、リード線２１のプラグ２３，２４を挿入しないので自動的にフラッシュなし撮影モードに設定されている。そして、撮像素子９を被写体に向ける。このときディスプレイ５には、被写体の画像が表示される。即ち、ディスプレイ５がファインダになる。ディスプレイ５を参照しつつ、シャッタボタン１２を押下すると、スイッチ４５がオンし、バッテリ１５がシャッタ回路４４に接続され、撮像素子９を介した撮像が行われる。
【００５０】
フラッシュランプ８を使用するときには、プラグ挿入孔１８，１９に、リード線２１のプラグ２３，２４を挿入し、フラッシュスタータ２０を携帯電話１に取付け、フラッシュ撮影モードに設定する。そして、撮像素子９を被写体に向ける。ディスプレイ５には、被写体の画像が表示される。ディスプレイ５を参照しつつ、フラッシュスタータ２０の胴部２０ａを振ると、ハンマ２０ｄが球座２０ｈに当たり、ハンマ２０ｄのエネルギーは、圧電素子２０ｇによって電気エネルギーに変換される。圧電素子２０ｇの出力する電気エネルギーがフラッシュランプ８に与えられ、フラッシュランプ８が発光する。ここで、圧電素子２０ｇの出力する電気エネルギーが上昇し、トランジスタ４３のゲート電圧が所定値になると、トランジスタ４３がオンし、バッテリ１５がシャッタ回路４４に接続される。これにより、シャッタ回路４４が活性化し、シャッタが機能して撮像が行われる。即ち、フラッシュランプ８の発光と同期して撮像することができる。
【００５１】
以下に、本実施形態の携帯電話１の利点を説明する。
（１）  電界放出型フラッシュランプ８を採用したことによる利点。
キセノンランプをフラッシュランプとした場合には、３５０Ｖまで昇圧した上で大電流を導入する必要があるため、トランス等の昇圧回路が必要となる。フラッシュランプの陰極８ａを電子放出型電極で構成すれば、高電圧、微小電流でランプが駆動できる。このような電力は硬度の高い圧電素子を撃力によって駆動させることにより容易に得ることができる。低電圧の駆動が可能になり、小型化と低コスト化が可能になる。
【００５２】
（２）  陰極８ａを、導電性の基体３０と突起物３１と花弁状炭素薄片集合体３３とで構成することの利点。
花弁状炭素薄片集合体３３は、放射電流密度１μＡ／ｃｍ２の時の電界は１Ｖ／μｍ未満、１ｍＡ／ｃｍ２の時の電界は１．５Ｖ／μｍであり、電子放出特性が優れていると言われるカーボンナノチューブと同程度以上の電子放出特性を得ることができる。そのため、より低電圧で発光させることができるので機械的応力から電気エネルギーを発生する一般的な圧電素子からなるフラッシュスタータ２０で十分撮像素子９を発光することができる。
【００５３】
（３）  フラッシュランプ８を圧電素子２０ｇで駆動することの利点。
圧電素子２０ｇにおける圧電現象は、結晶の歪みによって圧電材料のイオンの相対位置が変化するために起こると考えられ、結晶の歪み量εに比例した電荷量Ｑ（分極Ｐ×面積Ｓ）を発生させることができる。
よって、開放系で電荷が逃げない状態であれば、フラッシュスタータ２０の胴部２０ａを振ってハンマ２０ｄが球座２０ｈに当たったときの撃力で圧電素子２０ｇが圧縮される過程にある微少時間Δｔの間の圧電素子２０ｇでの発生電荷量ΔＱ、電圧変化量ΔＶ及び歪み量Δεも比例関係にある（ΔＱ／Δｔ＝ＣΔＶ／Δｔ＝αΔε／Δｔ：αは比例定数）。
圧電素子２０ｇに光源を接続しない状態で、図示しない撃力発生装置で撃力を与えて、そのときの発生電圧を測定すると、例えば図７のようになり、その立ち上がりと圧電素子２０ｇ及び測定系の容量（４０ｐＦ）から、電荷発生速度（ΔＱ／Δｔ）は、約５０ｍＣ／ｓ＝５０ｍＡであることが判る。
図７は、撃力を与えたときの圧電素子２０ｇの発生電圧を示す図である。
【００５４】
本実施形態のフラッシュランプ８は、陰極８ａを用いた電界効果ランプである。以降、この撃力発生装置及び圧電素子２０ｇを用いて、電界効果ランプ（以下、ＦＥランプという）５０を発光させた場合とＬＥＤランプ６０を発光させた場合とを比較する。（図８〜図１５参照）
【００５５】
図８（ａ）〜（ｃ）は、電荷移動を示す模式図である。
図９は、ＦＥランプ５０の電極の電圧変化を示す図である。
図１０は、ＦＥランプ５０の電流−電圧特性を示す図である。
ＦＥランプ５０を、図８のように圧電素子２０ｇの両極の間に接続し、撃力発生装置で撃力を圧電素子２０ｇに与えると、撃力によって電荷発生し始める状態（図８（ａ））において、ＦＥランプ５０の電極にも電荷が誘起され始めて電圧が発生する。
ＦＥランプ５０の電流−電圧特性は、図１０に示すように、大きな非線形性をもつので、ＦＥランプ５０の電極間電圧の低い状態では、図９のようにほとんど電流が流れない。そのため、回路の抵抗と電気容量と決まる緩和時間に比べて、電荷発生速度が十分に大きいので、圧電素子が圧縮されるにしたがってＦＥランプ５０の両電極間の電圧は、上昇していく。そして、ＦＥランプ５０の両電極間の電圧が閾値電圧を越えると（図８（ｂ））、ＦＥランプ５０に電流が流れ始め、その後も流れる電流が圧電素子の電荷発生速度より小さいため、ＦＥランプ５０の両電極間の電圧は上昇し、８ｋＶに達する（図８（ｃ））。この状態での、ＦＥランプ５０に供給される電力は、図９及び図１０から、８Ｗであると評価できる。
【００５６】
ＦＥランプ５０は、トンネル効果で電子を放出するので、電子放出素子での電力消費は小さく、ほとんどの電気エネルギーは、陽極の蛍光体を励起するために消費される。
その後、印加応力が解放されるに従い、ＦＥランプ５０の両極間の電圧は減少する。しかし、ＦＥランプ５０は逆極性の電流を流さないので、圧電素子２０ｇの歪みが０に戻ったときにも、若干の負の電圧がＦＥランプ５０の両極間に残る。この残った電圧は、絶縁材料のリーク電流によって減少していく。
【００５７】
次に、同じ圧電素子２０ｇと撃力発生装置を使用して、ＬＥＤランプ６０を駆動させた場合、ＬＥＤランプ６０の見かけ上の抵抗がＦＥランプ５０に比べて非常に低い。そのため、圧電素子２０ｇに撃力を与えても、ＬＥＤランプ６０の両電極間に電気エネルギーを蓄積できない。また、ＦＥランプ５０の場合とは異なり、圧電素子２０ｇの圧縮時と膨張時とで逆向きの電流が流れることになる。ＬＥＤランプ６０に逆バイアスで電流を流すとＬＥＤランプ６０を傷めてしまうので、図１１のようにＬＥＤランプ６０を極性を逆向きにして圧電素子２０ｇの両電極間に並列に接続した。
図１１は、ＬＥＤランプ６０の接続を示す図である。
【００５８】
このように接続した場合、ＬＥＤランプ６０の両電極間に発生する電圧の変化は、図１２のように、最高で４Ｖ程度である。
図１２は、ＬＥＤランプ６０の電極の電圧変化を示す図である。
図１３は、ＦＥランプ５０及びＬＥＤランプ６０の輝度変化を示す図である。
図１４は、ＦＥランプ５０及びＬＥＤランプ６０のランプから放射される光束の変化を示す図である。
図１５は、ＦＥランプ５０及びＬＥＤランプ６０の特性を示す図である。
図１５の特性から、ＬＥＤランプ６０には、４Ｖで５０ｍＡの電流が流れる。この電流は、圧電素子２０ｇの電荷発生速度にほぼ一致する。そして、消費電力は、ＬＥＤランプ６０１個当たり、０．１６ｍＷである。この消費電力は、ＬＥＤランプ６０としては大きいが、その供給時間が５μｓとなるため、発光時間は、ＦＥランプ５０の半分程度となる。このため、撮像素子９が十分な光量を捕捉できずにより長い撮像時間を要し、手ぶれ等による画像のぼけを引き起こしやすい。
【００５９】
ＦＥランプ５０とＬＥＤランプ６０における１素子当たりの出力の違いは、次のように説明できる。
ＦＥランプ５０において、低電圧で見かけの抵抗の大きな期間には、ＦＥランプ５０の両電極間で、コンデンサのように１／２ＣＶ２のおおきさの電気エネルギーが蓄積される。撃力は、電極に発生する分極に逆らって仕事をしなくてはならない。そのため、圧電素子２０ｇではひずみ量の２乗に比例するエネルギーが蓄えられる普通の抵抗器ならば、抵抗値が高い場合には変換効率が高くても、電流が低いままなので効果的に電力を取り出すことができない。ＦＥランプ５０は、両電極間の電圧が閾値を超えると、圧電素子で発生する電荷が電流として流れるので、電極間に蓄えられたエネルギーにより、高い電力を発生することができる。
【００６０】
一方、ＬＥＤランプ６０では、見かけ上の抵抗がＦＥランプ５０よりも遙かに低いので、圧電素子２０ｇに発生した電荷は、すぐに回路を流れる束縛電荷によってキャンセルされてしまい、力学的に変動する部分に分極を発生できない。そのため、機械的なエネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することができない。よって、ＦＥランプ５０に比べて、ＬＥＤランプ６０に供給できる電力量が小さくなってしまい、撃力のエネルギーは、ほとんど圧電素子２０ｇの弾性エネルギーとなってしまう。
【００６１】
圧電素子２０ｇの両電極間に複数のＬＥＤランプ６０を直列に接続する構成にすると、圧電素子２０ｇから取り出させる電力をある程度増加させることができる。しかしながら、ＬＥＤランプ６０の一個当たりの電力は、一定かそれを下回るレベルになるので、素子１個当たりの輝度は低いままである。
【００６２】
一方、実験で用いたＦＥランプ５０の発光面積は、市販のＬＥＤ１個分の発光面積の４５倍であるにもかかわらず、ＦＥランプ５０はＬＥＤランプ６０に比べて３．８倍程度の輝度で発光した。輝度比（３．８）×発光面積比（４５）＝１７１は、最大電力比である４０を越えている。これは、蛍光体の特性及び電力印加時間に由来する。
ＦＥランプ５０の発光原理であるカソードルミネッセンスでは、電圧が十分高ければ、例えばＺｎＳ系発光体で、発光エネルギー効率は２０％以上である。これに対し、市販されているＬＥＤランプ６０の発光エネルギー効率は、１０％以下である。
【００６３】
また、ＦＥランプ５０では、蛍光体により残光時間を調整できる。
よって、圧電素子への撃力のように、一瞬の力が加わっただけでも、エネルギーを有効に光に変換することができる。例えば、ＺｎＳ系蛍光体での残光時間は、２５０μｓである。
【００６４】
これに対し、ＬＥＤランプ６０では、電力が印加される時間は単純計算でＦＥランプ５０の半分であり、すぐに逆方向の電圧が加わるため、素子内の電子・ホールが空乏層で再結合することなく、消滅する場合があり、素子の特性によっては電力に対する飽和輝度に達することができない場合もある。また、圧電素子の両電極間に直列に接続されるＬＥＤランプ６０数を増加させることにより、輝度を減少させることなく、光束、光量を増加させることも可能であるが、元々ＬＥＤランプ６０の輝度がＦＥランプ５０に比べて低いので、実用性に問題がある。
このように、突起状の花弁状炭素薄片集合体３３で構成された陰極８ａから電界放出できる程度の電気エネルギーを瞬時に生成することができるために、フラッシュスタータ２０を他の固体物質に叩きつける又は振り続けることでフラッシュランプ８を比較的短い時間中に連続して発光でき、暗い環境下でも十分明るい画像の撮像素子９の連写が可能となる。
【００６５】
（４）  フラッシュスタータ２０を携帯電話１に着脱自在にしたことの利点
フラッシュスタータ２０でフラッシュランプ８をオンできるので、携帯電話１のボタンを押下する必要がなくなり、手ぶれの防止が可能になる。
【００６６】
（５）  フラッシュスタータ２０の胴部２０ａを円筒状にした利点
胴部２０ａがにぎりやすくなる。
【００６７】
（６）  シャッタ駆動回路４０を設けたことによる利点
フラッシュスタータ２０を振るだけで、フラッシュランプ８が発光するタイミングでシャッタを動作させることができる。
【００６８】
（７）  蛍光塗料を塗布したことによる利点
発光を均一化できる。
【００６９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、撮像装置を有する携帯電話１にフラッシュランプ８を搭載した例を説明したが、他の通信端末や、音声通信機能のないデジカルスチルカメラ等の撮影手段にフラッシュランプ８を搭載してもよい。この場合にも、フラッシュスタータ２０をその通信端末や撮影手段に着脱自在にすると、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
また上記実施形態では、フラッシュランプ８を撮像用のフラッシュとして設けたが、撮像に関係なく携帯電話１を光源として利用することもできる。この場合、トランジスタ４３と抵抗４１，４２との間にスイッチを設け、指示ボタンやダイアルボタン１１やシャッタボタン１２の操作によってこのスイッチを切り替え、トランジスタ４３と抵抗４１，４２との間の短絡、断線を切り替えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る携帯電話を示す図である。
【図２】フラッシュランプの搭載状況を示す模式図である。
【図３】フラッシュランプの陰極の部分拡大断面図である。
【図４】複数の花弁状炭素薄膜集合体のコロニーのＳＥＭ写真、花弁状炭素薄膜集合体単体の模式、及び拡大された花弁状炭素薄膜集合体のＳＥＭ写真を示す図である。
【図５】花弁状炭素薄膜集合体を示す断面図である。
【図６】フラッシュスタータ、フラッシュランプ及びシャッタ駆動回路を示す回路図である。
【図７】撃力を与えたときの圧電素子の発生電圧を示す図である。
【図８】電荷移動を示す模式図である。
【図９】ＦＥランプの電極の電圧変化を示す図である。
【図１０】ＦＥランプの電流−電圧特性を示す図である。
【図１１】ＬＥＤランプの接続を示す図である。
【図１２】ＬＥＤランプの電極の電圧変化を示す図である。
【図１３】ＦＥランプ及びＬＥＤランプの輝度変化を示す図である。
【図１４】ＦＥランプ及びＬＥＤランプの光束の変化を示す図である。
【図１５】ＦＥランプ及びＬＥＤランプの特性を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・携帯電話、８・・・フラッシュランプ、８ａ・・・陰極、８ｂ・・・陽極、８ｃ・・・硝子チューブ、９・・・撮像素子、１５・・・バッテリ、２０・・・フラッシュスタータ、２０ａ・・・胴部、２０ｃ・・・ばね、２０ｄ・・・ハンマ、２０ｇ・・・圧電素子、３０・・・基体、３１・・・突起物、３３・・・炭素薄片集合体、４０・・・シャッタ駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図４】
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