ITPR20080022A1 - Dispositivo di illuminazione per impiego con una macchina da presa - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione avente per TITOLO:

DISPOSITIVO DI ILLUMINAZIONE PER IMPIEGO CON UNA MACCHINA DA PRESA,

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di illuminazione per impiego con una macchina da presa. Il dispositivo trova applicazione nel settore dello spettacolo (cinema, teatro, televisione), dove è indispensabile una corretta illuminazione della scena da riprendere con una macchina da presa o telecamera. In particolare, il dispositivo viene impiegato per illuminare artificialmente ambienti interni, come studi televisivi professionali o palcoscenici.

Come è noto, esistono già in commercio dispositivi di illuminazione per le applicazioni sopra elencate, nei quali la sorgente luminosa è costituita da led, ovvero dispositivi a semiconduttore (diodi emettitori di luce).

Fino a pochi anni fa, i led potevano emettere luce sufficiente ad essere utilizzati quasi esclusivamente come spie in apparecchiature elettroniche. In seguito, con l’avvento di led ad alta efficienza, è stato possibile estenderne l’impiego anche ad apparecchiature di illuminazione più versatili. Infatti, i led ad alta efficienza sono dispositivi in grado di emettere luce (bianca o monocromatica) con una efficienza superiore (e dunque consumi inferiori) a quella delle lampade ad incandescenza.

I led ad alta efficienza sono comandati in corrente quindi, per variare la loro luminosità (ovvero la quantità di luce emessa), occorre modificare la corrente che li attraversa. In particolare, come raccomandato dai costruttori, tali led devono essere pilotati da impulsi di corrente massima ma di larghezza variabile. In tal modo, per ogni periodo, i led sono percorsi sempre dalla corrente massima ma la durata dell’impulso varia e dunque anche il relativo duty cycle.

Se la frequenza degli impulsi è superiore a 80-100 Hz (tipicamente si scelgono frequenze tra 200 e 600 Hz), l’occhio umano non percepisce variazioni di luminosità bensì il valor medio risultante. Ciò è dovuto alla persistenza dell’immagine sulla retina, la quale acquisisce 24 fotogrammi al secondo. Inoltre, dato che gli impulsi sono sempre alla massima corrente, non sono rilevate neppure le minime variazioni cromatiche che si avrebbero in funzione di una corrente variabile.

Tuttavia, le frequenze di comando normalmente scelte per adattarsi all’occhio umano non sono compatibili per l’uso associato a riprese con telecamere. Come è noto, infatti, per riprendere una immagine, la telecamera esegue una scansione della stessa tante volte quante ne richiede lo standard televisivo in uso (50 se PAL, 60 se NTSC).

Per avere una ripresa corretta (priva di fenomeni di sovra/sotto esposizione) occorre impostare adeguatamente i parametri “tempo” e “apertura diaframma” in funzione della luminosità del soggetto da riprendere. Le due impostazioni sono tra loro interdipendenti per cui è sempre possibile trovare una coppia di valori per “tempo” e “apertura diaframma” che permette una corretta esposizione. Ciò significa che, a parità di illuminazione del soggetto, si può avere una ripresa correttamente esposta sia con un tempo lungo ed apertura ridotta che viceversa. Tuttavia, mentre il parametro “tempo” influenza solo la qualità dell’esposizione, il parametro “apertura diaframma” influenza anche la profondità di campo, ovvero la distanza entro la quale l’immagine è ancora a fuoco. Si rende pertanto necessario impostare dapprima l’apertura del diaframma in base alla profondità di campo desiderata e, successivamente, il tempo di apertura.

All’interno di uno studio televisivo professionale, in cui le scene sono illuminate artificialmente, i tempi di apertura delle macchine da presa variano tipicamente tra 1 ms e 20 ms. In pratica, in standard PAL, la telecamera esegue sempre 50 scansioni al secondo ma ogni impulso ha una durata variabile corrispondente al tempo di apertura del diaframma, dunque il funzionamento è assimilabile ad una modulazione a 50 Hz.

Uno svantaggio evidente delle soluzioni note, impieganti led ad alta efficienza alla frequenza fissa di 80 Hz o superiore, è la notevole variabilità di luminosità dovuta ai battimenti tra la frequenza di emissione del led e quella di scansione della macchina da presa. Tale situazione è estremamente svantaggiosa nei casi in cui il periodo completo di funzionamento del led (ovvero la somma del tempo di accensione e del tempo di buio) è maggiore del tempo di apertura del diaframma della macchina da presa. Infatti, se il tempo di apertura del diaframma è interamente contenuto entro il tempo di accensione del led si hanno fotogrammi a luminosità massima. D’altra parte, se il tempo di apertura del diaframma è interamente contenuto entro il tempo di buio del led si hanno fotogrammi a luminosità nulla. Ovviamente, tra queste due situazioni estreme si collocano gli altri fotogrammi a luminosità variabile. A differenza dell’occhio umano, che effettua una operazione di media sui vari fotogrammi, la macchina da presa percepisce queste variazioni come “sfarfallamento” (comunemente noto anche col nome di “flicker”) ovvero variazione casuale e continua di luminosità dei led. In particolare per queste situazioni, potendosi verificare fotogrammi a luminosità massima o nulla, si parla di “sfarfallamento massimo”.

Un secondo svantaggio dell’arte nota è dato dal fatto che la frequenza del led è fissa mentre il tempo di apertura del diaframma è variabile entro un range predefinito a seconda della scena da riprendere (tipicamente tra 1 ms e 20 ms per riprese in studio televisivo illuminate da luce artificiale). Ciò comporta una ulteriore discontinuità nella luminosità, dato che non si può adattare la frequenza di emissione del led a quella di scansione della macchina da presa.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare i suddetti inconvenienti e di rendere disponibile un dispositivo di illuminazione per impiego con una macchina da presa in modo tale che lo sfarfallamento sia completamente eliminato oppure ridotto rispetto alla condizione di sfarfallamento massimo.

Altro scopo della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo di illuminazione per impiego con una macchina da presa in grado di adeguare la frequenza di emissione del led a quella di scansione della macchina da presa, che è variabile entro un range di valori.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dal dispositivo di illuminazione per impiego con una macchina da presa oggetto della presente invenzione, che comprende le caratteristiche contenute nella rivendicazione 1 e nelle successive.

Questi ed altri scopi risulteranno maggiormente evidenziati dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa, illustrata a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno in cui:

- la figura 1 illustra lo schema a blocchi di un dispositivo di illuminazione per impiego con una macchina da presa, in accordo con la presente invenzione;

- le figure 2 e 3 illustrano le forme d’onda di segnali relativi al dispositivo di figura 1;

- la figura 4 illustra le forme d’onda di segnali relativi ad un dispositivo noto secondo lo stato dell’arte.

Con riferimento alle figure, con 1 è stato indicato un dispositivo di illuminazione per impiego con una macchina 2 da presa, in particolare per illuminare artificialmente ambienti interni, come studi televisivi professionali o palcoscenici.

Il dispositivo 1 comprende una sorgente 3 luminosa, la quale è provvista di almeno un led 4 ad alta efficienza. La luminosità del led 4 può essere regolata modificando la corrente di attraversamento del led 4 stesso.

Il dispositivo 1 comprende inoltre un segnale 5 modulato necessario a pilotare la sorgente 3 luminosa. Il segnale 5 modulato si presenta come segnale di tipo digitale, ovvero a modulazione di larghezza di impulsi.

Dal momento che la luminosità del led 4 dipende dalla corrente, il segnale 5 modulato è preferibilmente un segnale di corrente ad impulsi di corrente massima e durata (quindi duty cycle) variabile.

Il dispositivo 1 comprende inoltre mezzi 6 di alimentazione e controllo atti ad alimentare la sorgente 3 luminosa e a generare il segnale 5 modulato. Vantaggiosamente, i mezzi 6 di alimentazione e controllo effettuano una regolazione del segnale 5 modulato in modo tale che il suo periodo sia sempre uguale o inferiore al tempo 7 di apertura del diaframma della macchina 2 da presa. Preferibilmente, il tempo 7 di apertura minimo del diaframma è pari al periodo del segnale 5 modulato moltiplicato per un coefficiente maggiore o uguale a 2. Preferibilmente, tale coefficiente è un numero intero.

La figura 4 illustra, secondo l’arte nota, la relazione tra il tempo 7 di apertura del diaframma ed il periodo del segnale 5 modulato per due fotogrammi. L’ area ombreggiata del segnale 5 modulato indica la porzione del tempo di accensione del led 4 contenuta entro il tempo 7 di apertura del diaframma della macchina 2 da presa. Nel secondo fotogramma, il tempo 7 di apertura del diaframma è interamente contenuto entro il tempo di buio del led 4 (condizione di sfarfallamento massimo).

La figura 2 si riferisce ad un rapporto tra il tempo 7 di apertura del diaframma ed il periodo del segnale 5 modulato pari ad 1.5. La posizione delle aree ombreggiate del segnale 5 modulato all’interno del tempo 7 di apertura del diaframma varia per i quattro fotogrammi consecutivi illustrati. Inoltre, anche la somma delle aree ombreggiate relative ad ogni fotogramma è variabile, indicando dunque una luminosità media variabile. In pratica, si crea un battimento (comunemente noto col nome di “aliasing”) tra le frequenze di funzionamento del led 4 e della macchina 2 da presa. Tale battimento è responsabile di una sensazione di sfarfallamento, ridotta tuttavia rispetto alla condizione di sfarfallamento massimo di figura 4.

La figura 3 è relativa ad un rapporto tra il tempo 7 di apertura del diaframma ed il periodo del segnale 5 modulato pari ad 4. Nonostante i segnali non siano sincronizzati, la somma delle aree ombreggiate del segnale 5 modulato all’interno del tempo 7 di apertura del diaframma è costante per ogni fotogramma, indicando una luminosità media costante (assenza di sfarfallamento).

Nelle situazioni descritte ed illustrate il led 4 presenta un livello di luminosità fisso del 40%. Ovviamente, se tale percentuale venisse modificata, la somma delle aree ombreggiate relative ai singoli fotogrammi varierebbe ed anche la percezione di sfarfallamento sarebbe più o meno intensa (con livello ideale di luminosità del 100% non si avrebbe mai sfarfallamento).

Il segnale 5 modulato può essere variato a passi discreti in frequenza, ovvero: 300-600-1000-1500-2000-2500-3000-3500-4000-4500-5000 Hz oppure linearmente da 300 a 5000 Hz.

Preferibilmente, i mezzi 6 di alimentazione e controllo comprendono un alimentatore 8 per fornire la tensione alla sorgente 3 luminosa. Inoltre, tali mezzi 6 comprendono un generatore 9 di segnale per produrre il segnale 5 modulato.

Il generatore 9 di segnale è comandato da un segnale 10 digitale, il quale è trasmesso via cavo o via etere ed è impostato da una centralina 11 di controllo remoto comprendente un canale 12 dedicato. Preferibilmente, sui controlli di nuova generazione viene utilizzato un canale 12 apposito. Tale segnale 10 digitale serve ad impostare il duty cycle del segnale 5 modulato, ovvero la durata dell’impulso di emissione del led 4.

Una prima forma realizzativa (non illustrata) prevede la regolazione diretta da parte di un utente del periodo del segnale 5 modulato (ovvero della sua frequenza). Tale regolazione avviene mediante un interruttore posto sulla sorgente 3 luminosa.

Una seconda forma realizzativa prevede che la centralina 11 sia accessibile all’ utente in modo tale che il segnale 10 digitale sia variato con comando manuale dall’utente stesso attraverso una manopola 13 di regolazione.

Una terza forma realizzativa presuppone invece un funzionamento automatico della centralina 11. Preferibilmente, il dispositivo 1 comprende un sensore 14 di rilevamento associato alla macchina 2 da presa e collegato alla centralina 11. Tale sensore 14 è in grado di rilevare il tempo 7 di apertura del diaframma della macchina 2 da presa. Sulla base di tale tempo 7 di apertura, la centralina 11 imposta il corretto valore del segnale 10 digitale.

Il funzionamento del dispositivo di illuminazione per impiego con una macchina da presa, secondo la presente invenzione, è sostanzialmente il seguente.

Nella prima forma realizzativa, l’utente, sulla base del tempo 7 di apertura minimo del diaframma, regola il periodo del segnale 5 modulato mediante un interruttore posto sulla sorgente 3 luminosa.

Nella seconda forma realizzativa, l’utente, sulla base del tempo 7 di apertura minimo del diaframma, imposta il segnale 10 digitale ruotando la manopola 13 della centralina 11 di controllo remoto.

Nella terza forma realizzativa, il sensore 14 rileva il tempo 7 di apertura minimo del diaframma della macchina 2 da presa e, sulla base di esso, la centralina 11 imposta il segnale 10 digitale.

Il segnale 10 digitale viene inviato in ingresso al generatore 9 di segnale che produce il segnale 5 modulato di tipo digitale.

Il segnale 5 modulato regola la corrente del led 4 in modo tale che il periodo del segnale 5 modulato sia sempre uguale o inferiore al tempo 7 di apertura del diaframma.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del dispositivo di illuminazione per impiego con una macchina da presa, secondo la presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

In particolare, grazie al fatto che il periodo del segnale modulato è sempre uguale o inferiore al tempo di apertura del diaframma, lo sfarfallamento è competamente eliminato oppure ridotto rispetto alla condizione di sfarfallamento massimo.

Inoltre, la frequenza di emissione del led è variabile in modo tale da adattarsi al tempo di apertura del diaframma, al fine di garantire una luminosità sostanzialmente costante anche in caso di variabilità del tempo di apertura.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) di illuminazione per impiego con una macchina (2) da presa comprendente: - una sorgente (3) luminosa; - un segnale (5) modulato di tipo digitale per pilotare la sorgente (3) luminosa; - mezzi (6) di alimentazione e controllo per alimentare la sorgente (3) luminosa e generare il segnale (5) modulato; caratterizzato dal fatto che detti mezzi (6) di alimentazione e controllo effettuano una regolazione del segnale (5) modulato in modo tale che il periodo del segnale (5) modulato sia sempre uguale o inferiore al tempo (7) di apertura del diaframma della macchina (2) da presa.
2. 2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la sorgente (3) luminosa comprende almeno un led (4) ad alta efficienza.
3. 3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che il segnale (5) modulato regola la luminosità del led (4) modificando la corrente di attraversamento del led (4) stesso.
4. 4. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i mezzi (6) di alimentazione e controllo comprendono un alimentatore (8) per fornire tensione alla sorgente (3) luminosa ed un generatore (9) di segnale per produrre il segnale (5) modulato.
5. 5. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che il generatore (9) di segnale riceve in ingresso un segnale (10) digitale di comando.
6. 6. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che il segnale (10) digitale è impostato da una centralina (11) di controllo remoto.
7. 7. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che la centralina (11) di controllo remoto è accessibile ad un utente in modo tale che il segnale (10) digitale sia variato con comando manuale dall’utente.
8. 8. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che comprende un sensore (14) di rilevamento del tempo (7) di apertura del diaframma della macchina (2) da presa, detto sensore (14) essendo collegato alla centralina (11) di controllo remoto per variare il segnale (10) digitale.
9. 9 Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che la centralina (11) di controllo remoto comprende un canale (12) dedicato per l’impostazione del segnale (10) digitale.
10. 10. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il tempo (7) di apertura minimo del diaframma della macchina (2) da presa è pari al periodo del segnale (5) modulato moltiplicato per un coefficiente maggiore o uguale a 2.
11. 11. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il tempo (7) di apertura minimo del diaframma della macchina (2) da presa è pari al periodo del segnale (5) modulato moltiplicato per un coefficiente intero.