JP2006071786A - 写真撮影用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時間の経過に伴って状態が変化する被写体の継続的な動画撮影と任意のタイミングによる精細な静止画撮影を併用する場合の照明等に適する写真撮影用照明装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオード群Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３と、発光ダイオード群に駆動電力を供給する電源１１とを備え、この電源１１は、発光ダイオード群で被写体を照射してカメラによりその被写体を写真撮影するとき、カメラの撮影動作中に、電圧Ｖ１で時間Ｔ１だけ発光ダイオード群を駆動した後、Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２で任意の時間Ｔ２だけ、発光ダイオード群を駆動するように動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードにより被写体を照明して静止画あるいは動画を撮影する等の用途に使用される写真撮影用照明装置に関する。

静止画や動画を写真撮影するために、被写体を発光ダイオード群により照射する照明装置がある。この装置には、多数の発光ダイオードが搭載されており、一括して所定の電気パルスを供給して駆動する（特許文献１）。
特開平６−７６０４９号公報

ところで、上記の技術には、次のような解決すべき課題があった。
発光ダイオードの耐用時間は駆動時間により定まる。従って、必要最小限の時間だけ点灯するように制御するとよい。しかし、あまり急峻なパルスでオンオフ駆動すると、耐用年数を縮める。
本発明は以上の点に着目してなされたもので、特に、時間の経過に伴って状態が変化する被写体の継続的な動画撮影と任意のタイミングによる精細な静止画撮影を併用する場合の照明等に適する写真撮影用照明装置を提供することを目的とする。

本発明の各実施例においては、それぞれ次のような構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
発光ダイオード群と、上記発光ダイオード群に駆動電力を供給する電源とを備え、上記電源は、上記発光ダイオード群で被写体を照射してカメラによりその被写体を写真撮影するとき、上記カメラの撮影動作中に、電圧Ｖ１で時間Ｔ１だけ上記発光ダイオード群を駆動した後、上記Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２で任意の時間Ｔ２だけ、上記発光ダイオード群を駆動するように動作することを特徴とする写真撮影用照明装置。

発光ダイオード群を用いて被写体を照射して写真撮影をするとき、被写体を明るく一定時間以上照射すれば、鮮明な画像が得られる。しかしながら、発光ダイオードを高い電圧で長時間駆動すると発光ダイオードの寿命が短くなる。また、発光ダイオードの駆動特性上、高い電圧を連続的に供給しても、高い輝度の発光を継続することができないから、無駄な電力を消費することがある。そこで、被写体の通常の撮影に必要な最小限に近い光エネルギを、ある程度高い電圧Ｖ１で時間Ｔ１の間供給し、その後に、やや低い電圧Ｖ２で前記Ｔ１と等しいかあるいは異なる任意の時間Ｔ２だけ発光ダイオードを駆動する。これで、全体として充分な解像度を得るための光エネルギを被写体に照射することができる。

〈構成２〉
発光ダイオード群と、上記発光ダイオード群に駆動電力を供給する電源とを備え、上記電源は、上記発光ダイオード群で被写体を照射して、一定の周期でカメラにより被写体を通常の解像度で写真撮影する定周期撮影モードと、任意のタイミングで被写体を高解像度で撮影する割り込み撮影モードで上記発光ダイオードを駆動し、上記定周期モードでは、電圧Ｖ１で時間Ｔ１だけ上記発光ダイオード群を駆動し、上記割り込み撮影モードでは、電圧Ｖ１で時間Ｔ１だけ上記発光ダイオード群を駆動した後、上記Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２で任意の時間Ｔ２だけ、上記発光ダイオード群を駆動するように動作することを特徴とする写真撮影用照明装置。

発光ダイオード群を、定周期撮影モードで発光させるとともに、任意のタイミングで割り込み撮影モードで発光させる。割り込み撮影モードでは、十分な光エネルギを要求されるから、構成１と同様の制御をする。

〈構成３〉
発光ダイオード群と、上記発光ダイオード群に駆動電力を供給する電源とを備え、上記電源は、上記発光ダイオード群で被写体を照射してカメラによりその被写体を写真撮影するとき、上記カメラの撮影動作中に、電圧Ｖ１で時間Ｔ１だけ上記発光ダイオード群を駆動した後、上記Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２で時間Ｔ２だけ、上記発光ダイオード群を駆動し、さらに、上記Ｖ２よりも低い電圧Ｖ３で時間Ｔ３だけ、上記発光ダイオード群を駆動するというように、時間の経過とともに段階的に低い駆動電圧で任意の時間発光ダイオード群を駆動する、階段状駆動制御をすることを特徴とする写真撮影用照明装置。

一定の電圧で発光ダイオード群を駆動し続けても、発光ダイオード群の発光輝度は時間とともに低下して、無駄に電力を消費する。そこで、その発光輝度の低下速度よりも速い速度で、段階的に駆動電圧を低下させる。これにより、駆動電力を有効に利用できる。また、発光ダイオードの寿命をのばすことに寄与する。

〈構成４〉
構成１乃至３に記載の写真撮影用照明装置において、上記発光ダイオード群は赤外線発光ダイオード群であることを特徴とする写真撮影用照明装置。

赤外線フラッシュ装置は、肉眼により認識できない赤外領域で高い光エネルギを発射して、被写体を照射する。こうした過酷な使用状態で、本発明の装置は威力を発揮する。

〈構成５〉
構成１乃至３に記載の写真撮影用照明装置において、上記発光ダイオード群は可視光発光ダイオード群であることを特徴とする写真撮影用照明装置。

一般写真用のフラッシュ装置についても、本発明の装置は威力を発揮する。

発光ダイオードを標準的な駆動電流で駆動するときは、その耐用時間は駆動時間にほぼ比例する。発光ダイオード群を動画撮影のためのフラッシュに使用するときには、連続点灯させるのではなく、例えば、繰り返し周期３０Ｈｚで、１コマ分の撮影に必要な時間だけ点灯させれば足りる。連続点灯よりも駆動電力が小さくなり、発光ダイオードの耐用時間を伸ばすことができる。

一方、発光ダイオードは、標準値を超える急峻な大電流で駆動すると劣化を加速する。従って、あまり急峻なパルスでオンオフ駆動すると、耐用年数を縮める。さらに、発光ダイオードは駆動電流を供給開始直後から、発光光量が漸減する。故に、一定幅の一定レベルの駆動パルスを供給しても、供給した電力に相当するたけの発光量が得られず、発熱によって劣化を加速する。以上のような、発光ダイオードの特性を考慮した上で、発光ダイオードを次のようなパタンの駆動電流で駆動する。以下、本発明の実施の形態を実施例ごとに詳細に説明する。

図１は、本発明の写真撮影用照明装置実施例を示す結線図である。
図において、被写体を照射する発光ダイオード群Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３には、これらを駆動するための電源１１が接続されている。発光ダイオード群は、例えば、この図に示すように複数のグループに分割され、それぞれ電源１１に並列に接続されている。この例では、８個の発光ダイオードを直列接続した発光ダイオード群を２０組設ける。１個の発光ダイオードはＤＣの約３ボルト付近で駆動される。電源１１は、例えば、４５ボルトの直流電源である。抵抗Ｒ１、Ｒ２、・・・Ｒ６は、各発光ダイオードの端子電圧を調整して、所定の駆動電流を供給するように、その抵抗値が選択された抵抗器である。

抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５・・・は、スイッチＳＷ１を通じて接地されている。抵抗Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６・・・は、スイッチＳＷ２を通じて接地されている。この二つのスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とは、スイッチ制御回路１０によって互いに独立にオンオフ制御される。例えば、スイッチＳＷ１がオンになると、全てのダイオード群Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・がそれぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５を通じて接地され、電源１１から駆動電流Ｍ［Ａ：アンペア］が供給されて点灯する。同様にスイッチＳＷ２がオンになると、ダイオード群Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は抵抗Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６を通じて接地され、電源１１から駆動電流Ｍ［Ａ］が供給されて点灯する。

図２は、スイッチＳＷ１とＳＷ２の制御信号説明図である。
スイッチＳＷ１は、図の（ａ）に示すように、周期Ｔ０で幅がＴ１の駆動パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４によってオンオフ制御される。図のパルスがハイレベルの時にスイッチＳＷ１がオンする。スイッチＳＷ２は、図の（ｂ）に示すように、周期Ｔ０で幅がＴ１の駆動パルスＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３や、やや幅の違う駆動パルスＰ１４によってオンオフ制御される。図のパルスがハイレベルの時にスイッチＳＷ２がオンする。駆動パルスＰ１４は、そのパルス幅がＴ１＋Ｔ２の幅になっている。

図の（ｃ）は、ダイオード群Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の各発光ダイオードに流れる駆動電流の大きさと時間を示したものである。スイッチＳＷ１だけをオンした時には、各ダイオード群Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３にＴ１時間だけＭ［Ａ］の駆動電流が流れる。スイッチＳＷ２だけをオンした場合にも全く同様に各発光ダイオードにそれぞれＴ１時間だけＭ［Ａ］の駆動電流が流れる。従って、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とを同時にＴ１時間だけオンすると、各発光ダイオードには、Ｍ［Ａ］の倍の駆動電流が流れる。図に示すパルスＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３は、このとき各発光ダイオードに加わる電流波形を示している。

ここで、時刻ｔ１では、スイッチＳＷ１がパルスＰ４で駆動され、スイッチＳＷ２がパルスＰ１４で駆動される。この時、各発光ダイオードは、Ｍ［Ａ］の２倍の駆動電流で時間Ｔ１だけ駆動され、その後、Ｍ［Ａ］の駆動電流で時間Ｔ２だけ駆動される。駆動パルス２４は、こうした変形したパルスである。

図３は、発光ダイオードの駆動電流制御方法説明図である。
上記のような駆動制御をするのは、次のような理由による。図の（ａ）の駆動電流パルスＰ３１に示すように、例えば、Ｎ［Ａ］の駆動電流で時間Ｔだけ１個の発光ダイオードを駆動したとする。この時、発光ダイオードは、図の（ｂ）の発光特性Ｌ１に示すように、最初に最も高い輝度で発光し、時間Ｔの間に次第に輝度を減少させるように動作する。すなわち、時間的にはレベルが不変のパルスＰ３１で駆動したとしても、実際に発光ダイオードの輝度は、時間の経過とともに低下するため、図の（ａ）に示したハッチング１２の部分の電力は、熱損失となる。

すなわち、図の（ａ）に示したような駆動電流パルスを供給しても、ハッチング１２の部分が損失になって発光効率を悪くする。しかも、この損失分により発光ダイオードを発熱させるから、発光ダイオードの寿命を縮める原因にもなる。ここで、駆動電流をＮ［Ａ］の２倍にする。同じ駆動電力を発光ダイオードに供給しようとすれば、図の（ｃ）に示すように、駆動電流パルスＰ３２の幅は２分のＴでよい。図の（ｄ）に示すように輝度の時間的な低下はあまり気にならない。エネルギー損失も無視できる。

発光ダイオードに供給される電力が（ａ）に示すものと等しければ、被写体から反射してくる光のエネルギーは変わらない。従って、被写体を発光ダイオードで照射して写真撮影をするような場合、図の（ａ）に示したようなパルスでも図の（ｃ）に示したようなパルスでも、良好な写真が撮影できる。しかしながら、発光ダイオードにあまり大きな駆動電流を供給すると、発光ダイオードの寿命を縮めることになる。

そこで、本発明では、図の（ｅ）に示すように、駆動電流パルスＰ３３の形状を、階段状の構成にした。駆動電流パルスＰ３３の全体の面積は、駆動電流パルスＰ３１やＰ３２とかわらない。従って、駆動電流パルスＰ３１やＰ３２と同一の光エネルギーで発光ダイオードを発光させることができる。図の（ｆ）に示す駆動電流パルスＰ３４は、発光ダイオードの輝度の低下が問題とならない程度の幅で最も大きな駆動電流を供給し、続いて同じ時間だけ１段低い駆動電流を供給し、さらに、同じ時間だけもう１段低い駆動電流を供給している。

いずれの場合にも、（ａ）や（ｂ）に示したようなエネルギー損失を最小にしながら、同等のエネルギーで駆動することができる。このようにすると、駆動電流の最大値も小さくできる。駆動電流パルスの面積によって、供給エネルギーを調整できる。駆動電流の大きい部分の幅と駆動電流の小さい部分の幅は、任意に設定して構わない。いずれにしても、駆動電流が一定値を保持する時間を、輝度の低下が無視できる程度に選定することが好ましい。

図４は、本発明による駆動電流パルスの生成方法を説明する説明図である。
エネルギー損失をできるだけ少なくするには、発光ダイオードの輝度の低下にあわせて駆動電流を低下させることが望ましいと考えられる。このことから、例えば、図の（ａ）や（ｂ）に示したように、途中から駆動電流が上昇するような駆動電流パルスＰ３５やＰ３６は，好ましくない。即ち、発光ダイオードの駆動電流は、立ち上がり時が最も大きく、次第に減少するように制御することが好ましい。

ここで、図１に示したスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２のオンオフ周期は、動画撮影のために３０Ｈｚ／秒の繰り返し周期に設定している。すなわち、図２（ｃ）に示すパルスＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３で発光ダイオード群を発光させることによって被写体を動画撮影に十分な明るさで照射し、デジタル記録することが可能になる。一方、スイッチＳＷ２を駆動するためのパルスＰ１４（図２（ｂ））は、被写体をより明るく照射し、被写体の細部まで鮮明な画像を得るためのものである。

図２（ｃ）に示したパルスＰ２４は、被写体をより明るく照らして静止画を撮影するために利用される。このように上記の実施例の写真撮影用照明装置は、通常は動画撮影のために一定の周期で被写体を照射し、任意のタイミングで割り込み制御信号が入力すると、そのタイミングで、幅Ｔ１＋Ｔ２のパルスＰ１４がＳＷ２をオンさせる。しかし、任意のタイミングで静止画撮影の割り込みを認めると、図４の（ａ）や（ｂ）に示したように、パルスの立ち上がり部分でなく中間部分でピークを示すような駆動電流パルスが生成されてしまう。

そこで、例えば、図４の（ｃ）に示すように、パルスＰ５０と重なり合うパルスＰ４３を、パルスＰ５０の立ち上がり部分までシフトさせてしまう。静止画撮影を行うための割り込み信号は、図１に示したスイッチ制御回路１０に対して、十分に時間的な余裕をもって入力する。パルスＰ４２の次に発生させるべきパルスＰ４３の立ち上げのタイミングを、パルスＰ５０の立ち上げのタイミングと一致させる演算処理を実行すればよい。従って、パルスＰ５０がどんなタイミングで発生しても、図２（ｃ）に示したパルスＰ２４を被写体撮影のための最適なタイミングで発生させることができる。

なお、このような制御を行っている場合に、パルスＰ４３をあまりパルスＰ４２に近づけ過ぎると、パルスＰ４２で発光させた発光ダイオードが十分に冷却される前に再び駆動されて、過熱する恐れがある。そこで、パルスＰ５０の立ち上がり時刻と、その前後にあるパルスＰ４２やパルスＰ４４の立ち上がり時刻とを比較し、いずれか一方があまりに近い場合には、近い方のパルスＰ４２あるいはパルスＰ４４の発生を抑制してしまう。

パルスＰ４２やパルスＰ４４は動画撮影用のパルスであるから、１枚分の画像の撮影に失敗するが、前後の撮影画像があるから、既知の画像処理方法によって補完することができる。図４の（ｄ）は、近い方のパルスＰ４２の発生を抑制した例を示す。以上の制御により、発光ダイオード群に対して、動画撮影用の制御と静止画撮影用の制御を組み合わせた駆動が可能になる。

図５は、上記のような装置の具体的な使用方法説明図である。
図３（ａ）に示すように、例えば、被写体２３が矢印２４の方向に移動しているとする。これを発光ダイオード群２１を搭載した写真撮影用照明装置２０で照射し、カメラ２５を用いて撮影する。照射タイミングと撮影のためのシャッタータイミングは同期させておくものとする。また、ここでは、被写体２３の移動状態を動画撮影するとともに、被写体２３が一定の場所に達したときに、静止画撮影をするものとする。動画は被写体２３の全体像が写ればよい。一方、静止画は細部まで十分に鮮明な画像を撮影するものとする。

図６は、撮影した動画と静止画の比較説明図である。
図のように、動画撮影した結果取得した画像は、シーンＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に示すように、時間の経過と共に被写体が近づき、最後に被写体が領域から消える、といった内容になる。一方、シーンＳ２とＳ３の撮影タイミングの中間で、既に説明したような静止画撮影用のパルスを発生して、発光ダイオード群２１を駆動する。これにより、静止画Ｇ１を撮影することができる。静止画Ｇ１は、動画撮影の際よりも十分に大きな光エネルギーで被写体２３を照射するので、精密な部分まで鮮明な画像を取得することが可能になる。上記のような写真撮影用照明装置は、例えば、スポーツの撮影やあるいは防犯上の対象物撮影などに広く利用することができる。

本発明の写真撮影用照明装置実施例を示す結線図である。 スイッチＳＷ１とＳＷ２の制御信号説明図である。 発光ダイオードの駆動電流制御方法説明図である。 本発明による駆動電流パルスの生成方法を説明する説明図である。 装置の具体的な使用方法説明図である。 撮影した動画と静止画の比較説明図である。

符号の説明

１０ スイッチ制御回路
１１ 電源
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 発光ダイオード群
Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５ 抵抗

Claims (5)

1. 発光ダイオード群と、
   前記発光ダイオード群に駆動電力を供給する電源とを備え、
   前記電源は、前記発光ダイオード群で被写体を照射してカメラによりその被写体を写真撮影するとき、前記カメラの撮影動作中に、
   電圧Ｖ１で時間Ｔ１だけ前記発光ダイオード群を駆動した後、前記Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２で任意の時間Ｔ２だけ、前記発光ダイオード群を駆動するように動作することを特徴とする写真撮影用照明装置。
2. 発光ダイオード群と、
   前記発光ダイオード群に駆動電力を供給する電源とを備え、
   前記電源は、前記発光ダイオード群で被写体を照射して、一定の周期でカメラにより被写体を通常の解像度で写真撮影する定周期撮影モードと、任意のタイミングで被写体を高解像度で撮影する割り込み撮影モードで前記発光ダイオードを駆動し、
   前記定周期モードでは、電圧Ｖ１で時間Ｔ１だけ前記発光ダイオード群を駆動し、
   前記割り込み撮影モードでは、電圧Ｖ１で時間Ｔ１だけ前記発光ダイオード群を駆動した後、前記Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２で任意の時間Ｔ２だけ、前記発光ダイオード群を駆動するように動作することを特徴とする写真撮影用照明装置。
3. 発光ダイオード群と、
   前記発光ダイオード群に駆動電力を供給する電源とを備え、
   前記電源は、前記発光ダイオード群で被写体を照射してカメラによりその被写体を写真撮影するとき、前記カメラの撮影動作中に、
   電圧Ｖ１で時間Ｔ１だけ前記発光ダイオード群を駆動した後、前記Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２で時間Ｔ２だけ、前記発光ダイオード群を駆動し、さらに、前記Ｖ２よりも低い電圧Ｖ３で時間Ｔ３だけ、前記発光ダイオード群を駆動するというように、時間の経過とともに段階的に低い駆動電圧で任意の時間発光ダイオード群を駆動する、階段状駆動制御をすることを特徴とする写真撮影用照明装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の写真撮影用照明装置において、
   前記発光ダイオード群は赤外線発光ダイオード群であることを特徴とする写真撮影用照明装置。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の写真撮影用照明装置において、
   前記発光ダイオード群は可視光発光ダイオード群であることを特徴とする写真撮影用照明装置。

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