JP7017433B2 - Ｌｅｄストロボ - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤを光源に用いたストロボに関する。
従来、ＬＥＤストロボとしては、例えば、電池等の電源の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ等の電圧変換装置で昇圧してＬＥＤドライバー回路に供給し、ＬＥＤドライバー回路を制御信号で駆動制御することによりＬＥＤドライバー回路の出力に接続された、ＬＥＤストロボの光源部を構成するＬＥＤモジュールに印加する電圧（昇圧電圧）をオン・オフ制御してＬＥＤストロボの発光・停止を促す方法がある。
そして、ＬＥＤストロボの光源部のＬＥＤモジュールを構成する光源のＬＥＤは、ストロボ光源として必要な急峻な発光に対応できるように駆動時（点灯時）の印加電圧に対して発光応答速度が極めて速いため、その電気的特性の特徴を生かすためにＬＥＤドライバー回路の駆動信号として立ち上がりが急峻な矩形パルス状の点灯制御信号が入力され、その出力によってＬＥＤストロボの光源部を構成するＬＥＤモジュールの発光・停止の制御（点灯制御）が行われる。
その場合、電圧変換装置による昇圧は、回路素子としてコイルを用いたＤＣ／ＤＣコンバータの動作によって得られるものであり、コイルにおける電力の蓄電及び放電の繰り返しによって電力の伝達が行われるものである
そして、コイルの出力側から得られた昇圧電圧がＬＥＤモジュールに印加されて電流が流れると、その電流を検知してコイルの入力側の蓄電動作が制限されて定電流制御が行われる。但し、電圧変換装置に対する入力電圧の急峻な立ち上がりに対応するＬＥＤモジュールの初期点灯時は、電圧変換装置の変換方式や回路構成に起因して安定電流よりも大きいラッシュ電流が過渡的に流れることがある。
そのため、過渡後の安定時の電流値を絶対最大定格の近傍に設定すると、過渡時のラッシュ電流は絶対最大定格を超えることになり、光源のＬＥＤの信頼性を損ねることになる。一方、過渡時のラッシュ電流が絶対最大定格の電流値を超えないような入力設定にすると、過渡後の安定状態における電流値が絶対最大定格の電流値よりも大きく下回ることになり、ＬＥＤストロボの安定点灯時の輝度が低く暗いものになってしまう。
また、電圧変換装置に対する入力電圧波形を緩やかな立ち上がりにすることでラッシュ電流の発生を抑えることができるが、ＬＥＤストロボに求められる急峻な発光が得られなくなる。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたものであり、その目的とするところは、ＬＥＤストロボの発光開始時に光源部を構成するＬＥＤモジュールに過渡的にラッシュ電流が流れるのを抑制すると共に発光安定時にＬＥＤモジュールに流れる電流がＬＥＤに流せる電流の絶対最大定格に近い値をとるように設定することにより、信頼性が高く高輝度のＬＥＤストロボを実現する。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、複数のＬＥＤで構成されたＬＥＤモジュールを有する光学系と、電源電圧を昇圧する電圧変換手段を有すると共に入力電圧に対応したＬＥＤ駆動電流を前記光学系の前記ＬＥＤモジュールに供給する電気系を備え、前記電気系において、第１電圧による第１ステップと前記第１ステップに続く、前記第１電圧よりも高い第２電圧による第２ステップからなる階段状の電圧を入力することにより、前記光学系において前記第１ステップに対応するＬＥＤ駆動電流が前記ＬＥＤの絶対最大定格値を超えないラッシュ電流を有すると共に、前記第２ステップに対応するＬＥＤ駆動電流がラッシュ電流を有することなく且つ前記ＬＥＤの絶対最大定格値に近い電流値で推移し、前記第１電圧は前記第２電圧の３～５％の範囲であり、前記第１ステップの時間は、少なくとも０．５ｍｓｅｃ以上であることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記電圧変換手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータを有することを特徴とするものである。
本発明によれば、入力電圧に対応する出力電流によって光源のＬＥＤを駆動すると共にその出力に過渡的にラッシュ電流が流れるＬＥＤストロボにおいて、第１ステップ及び第２ステップの２段階の階段状の電圧を入力することにより、第１ステップに対応するＬＥＤ駆動電流がＬＥＤの絶対最大定格値を超えないラッシュ電流を有すると共に、第２ステップに対応するＬＥＤ駆動電流がラッシュ電流を有することなく且つＬＥＤの絶対最大定格値に近い電流値で推移することとなった。
その結果、ＬＥＤの信頼性及び明るさが確保され、それにより信頼性が高く且つ高輝度で明るいＬＥＤストロボが実現した。
本発明のＬＥＤストロボに係る回路ブロック図である。 本発明のＬＥＤストロボの回路系の入力電圧と出力電流との関係を示す波形図である。 同じく、本発明のＬＥＤストロボの回路系の入力電圧と出力電流との関係を示す波形図である。
以下、この発明の好適な実施形態を図１～図３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図１に本発明のＬＥＤストロボに係る回路ブロック図を示している。
ＬＥＤストロボ１は、カメラのシャッターの操作に連動して被写体に対して照射光を出射する光学系１０と、光学系１０を電気的に駆動制御する電気系２０を備えている。
光学系１０は、例えば、複数のＬＥＤ１１が直列に接続されてなるＬＥＤ直列回路からなるＬＥＤモジュール１２と、ＬＥＤモジュール１２に直列に接続されて該ＬＥＤモジュール１２に流れる電流を検知する電流検知抵抗１３を備えている。
電気系（ＬＥＤドライバ）２０は、電池又はバッテリーからなる電源２の電圧（電源電圧）を、ＬＥＤモジュール１２を駆動して夫々のＬＥＤ１１を点灯させるに足る電圧まで昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータなどの電圧変換部２１や、電圧変換部２１で昇圧された電圧（昇圧電圧）をＬＥＤモジュール１２に印加する駆動制御部２２を備えている。
電気系２０は、電源２に接続されて電源電圧を取り込む電源入力端子２１ａ、ＬＥＤモジュール１２に印加する印加電圧を制御してＬＥＤモジュール１２に流れる電流を規定する出力制御電圧入力端子２１ｂ、電流検知抵抗１３を介してＬＥＤモジュール１２に供給することにより該ＬＥＤモジュール１２を駆動する一対の駆動電圧出力端子２２ａａ、２２ａｂ、電流検知抵抗１３で生じる電圧降下を検知してフィードバック制御することにより安定した電流（電圧）をＬＥＤモジュール１２に供給する一対のフィードバック信号入力端子２１ｃａ、２１ｃｂを有している。
光学系１０は、電流検知抵抗１３の両端から延びて電気系（ＬＥＤドライバ）２０の一対のフィードバック信号入力端子２１ｃａ、ｃｂの夫々に繋がる一対のフィードバック信号出力端子１０ａａ、１０ａｂ、及びＬＥＤモジュール１２と電流検知抵抗１３とが直列接続されてなる直列接続回路の両端から延びて電気系（ＬＥＤドライバ）２０の一対の駆動電圧出力端子２２ａａ、２２ａｂの夫々に繋がる一対の駆動電圧入力端子１０ｂａ、１０ｂｂを有している。
上記構成のＬＥＤストロボ１は、電気系（ＬＥＤドライバ）２０の出力制御電圧入力端子２１ｂから入力された出力制御電圧に応じた電流値が、電気系（ＬＥＤドライバ）２０の駆動電圧出力端子２２ａａ、２２ａｂから出力されて光学系１０の駆動電圧入力端子１０ｂａ、１０ｂｂを介してＬＥＤモジュール１２と電流検知抵抗１３とが直列接続されてなる直列接続回路の両端に印加され、その印加電圧に応じた電流値の電流が電流検知抵抗１３を通してＬＥＤモジュール１２に供給されて該ＬＥＤモジュール１２を構成する夫々のＬＥＤ１１が駆動（点灯）する。
そこで、出力制御電圧端子２１ｂに電圧Ｖｉｎ１の入力電圧を入力した場合、夫々のＬＥＤ１１には該ＬＥＤ１１に流せる電流の絶対最大定格値を超えない上限に近い電流ＩＯＵＴ１が流れるものとする。これにより、夫々のＬＥＤ１１からは大きな出射光量が得られて高輝度の明るいＬＥＤストロボが実現する。
但し、図２（ａ）に示すように、入力電圧がＶｉｎ１であっても入力波形Ｖ１が立ち上がりが急峻な矩形状を呈する場合、ＬＥＤ１１に流れる電流ＩＯＵＴ１は図２（ｂ）に示すように、入力電圧の立ち上がり時に大電流に係る駆動能力の大きい電気系２０の回路構成等に起因して安定電流ＩＯＵＴ１よりも大きいラッシュ電流が過渡的に流れ、このラッシュ電流が電流の絶対最大定格値ＩＭＡＸを超えてしまいＬＥＤストロボの信頼性を損なうことになる。
このように、入力が矩形波の場合、ＬＥＤ１１に流れる過渡後の安定時の電流値を絶対最大定格値の上限に近い値に対応する入力電圧とすると、過渡時にＬＥＤ１１に絶対最大定格値を超えて流れるラッシュ電流によってＬＥＤストロボの信頼性が損なわれる。
そこで、図２（ａ）に示すように、過渡時のラッシュ電流がＬＥＤ１１に流せる電流の絶対最大定格値を超えないような電圧ＶＩＮ２の矩形波Ｖ２を入力すると、図２（ｂ）に示すように、ラッシュ電流が流れる過渡時の後の安定時にはＬＥＤ１１に絶対最大定格を大きく下回る電流値ＩＯＵＴ２の電流が流れることになる。
したがってこの場合は、ＬＥＤ１１には絶対最大定格を超える電流が流れることがないためＬＥＤストロボの信頼性は確保されるが、安定時に流れる電流（安定電流）ＩＯＵＴ２は電圧Ｖｉｎ１を入力したときにＬＥＤ１１に流れる安定電流ＩＯＵＴ１よりも（ＩＯＵＴ１－ＩＯＵＴ２）だけ少なくなる。
ＬＥＤ１１に最大に流せる電流値（絶対最大定格値）に対する電流差も大きく、十分な電流が流れていないためにＬＥＤストロボとしては低輝度で暗くストロボの機能を十分に果たせるとは言い難い。
そこで、本発明によって、過渡時のラッシュ電流が夫々のＬＥＤ１１に流せる最大の電流値（絶対最大定格値）を超えることがなく且つ安定時の電流が絶対最大定格に近い電流値をとることにより信頼性が高く、且つ高輝度で明るいＬＥＤストロボを実現した。
具体的には、図３（ａ）に示すように、入力電圧を、ラッシュ電流の発生に対応する電圧ＶＩＮ３１からなる第１ステップ３１と、安定電流に対応する電圧ＶＩＮ３２からなる第２ステップ３２による階段状の電圧で構成した。
そこで、第１ステップ３１の電圧ＶＩＮ３１が入力されると、ＬＥＤモジュール１２には第１ステップ３１の入力の電圧値ＶＩＮ３１に対応するＬＥＤ駆動電流４１が流れる。
ＬＥＤ駆動電流４１は、過渡時のラッシュ電流ＩＲの後に安定電流ＩＯＵＴ４１が流れる。このときのラッシュ電流ＩＲは、ＬＥＤ１１の絶対最大定格値を超えることはない。なぜならば、上述したように、第１ステップの入力電圧ＶＩＮ３１によってラッシュ電流ＩＲのピーク値がＬＥＤ１１の絶対最大定格値を超えないように設定されているためである。
これによって、ＬＥＤモジュール１２を構成する夫々のＬＥＤ１１の電気的な信頼性が確保されている。
次に、第２ステップ３２の電圧ＶＩＮ３２が入力されると、ＬＥＤモジュール１２には第１ステップ３２の入力の電圧値ＶＩＮ３２に対応するＬＥＤ駆動電流４２が流れる。
この場合、第２ステップ３２の入力電圧ＶＩＮ３２は、第１ステップ３１の入力電圧ＶＩＮ３１を動作待機状態としてその電圧ＶＩＮ３１から立ち上がることになる。したがって、ＬＥＤ駆動電流４２は、ラッシュ電流の発生がほとんど見られず、安定電流ＩＯＵＴ４２が絶対最大定格に近い電流値をとる。なぜならば、上述したように、第２ステップの入力電圧ＶＩＮ３２によってラッシュ電流ＩＲが流れた後の安定電流ＩＯＵＴ４２が絶対最大定格に近い電流値をとるように設定されているためである。
なお、電圧入力のタイミングは、第２ステップ３２の立ち上がりをストロボ撮影の本来のストロボ発光のタイミングとし、第１ステップ３１は撮影前のＬＥＤストロボ自体の準備過程における先行点灯であるので省電力の観点から短時間とすることが好ましい。例えば、第１ステップ３１の時間ｔを最低０．５ｍｓｅｃ程度としてそれ以上の時間で上述の効果を得ることができる。
なお、第１ステップ３１の入力電圧ＶＩＮ３１は、実験的に第２ステップ３２の電圧ＶＩＮ３２の３～５％程度が効果的であることが確認されている。３％よりも低いと第２ステップ３２の電圧ＶＩＮ３２によるラッシュ電流の発生を抑制する抑制効果を得るのが難しく、５％よりも高いと第１ステップ３１の電圧ＶＩＮ３１によるラッシュ電流が大きくなるためである。
なお、第１ステップ３１の入力電圧ＶＩＮ３１によって生じるラッシュ電流ＩＲは、本来のストロボ発光に対して先行点灯を生じさせるものであるが、ラッシュ電流ＩＲの時間及び電流値より消費電力は極めて小さく、ストロボの本発光に対してほとんど影響がなく、十分な発光光量を得ることができる。
以上のように、本発明のＬＥＤストロボは、入力電圧に対応した出力電流によって光源のＬＥＤを発光させると共に、入力電圧が急峻な立ち上がりを有する場合には出力電流に過渡的なラッシュ電流を生じるＬＥＤストロボに対し、第１ステップ及び第２ステップの２段階の階段状の電圧を入力することにより、ストロボの本発光の前段階に対応する第１ステップで過電流とはならない比較的小さなラッシュ電流が生じ、ストロボの本発光に対応する第２ステップではラッシュ電流を有しない電流によってＬＥＤを駆動することによりＬＥＤの信頼性及び明るさを確保し、それにより信頼性が高く、且つ高輝度で明るいＬＥＤストロボが実現する。
１… ＬＥＤストロボ
２… 電源（電池又はバッテリー）
１０… 光学系
１０ａａ… フィードバック信号出力端子
１０ａｂ… フィードバック信号出力端子
１０ｂａ… 駆動電圧入力端子
１０ｂｂ… 駆動電圧入力端子
１１… ＬＥＤ
１２… ＬＥＤモジュール
１３… 電流検知抵抗
２０… 電気系
２１… 電圧変換部
２１ａ… 電源入力端子
２１ｂ… 出力制御電圧入力端子
２１ｃａ… フィードバック信号入力端子
２１ｃｂ… フィードバック信号入力端子
２２… 駆動制御部
２２ａａ… 駆動電圧出力端子
２２ａｂ… 駆動電圧出力端子
３１… 第１ステップ
３２… 第２ステップ
４１… ＬＥＤ駆動電流
４２… ＬＥＤ駆動電流

Claims (2)

  1. 複数のＬＥＤで構成されたＬＥＤモジュールを有する光学系と、
    電源電圧を昇圧する電圧変換手段を有すると共に入力電圧に対応したＬＥＤ駆動電流を前記光学系の前記ＬＥＤモジュールに供給する電気系を備え、
    前記電気系において、第１電圧による第１ステップと前記第１ステップに続く、前記第１電圧よりも高い第２電圧による第２ステップからなる階段状の電圧を入力することにより、前記光学系において前記第１ステップに対応するＬＥＤ駆動電流が前記ＬＥＤの絶対最大定格値を超えないラッシュ電流を有すると共に、前記第２ステップに対応するＬＥＤ駆動電流がラッシュ電流を有することなく且つ前記ＬＥＤの絶対最大定格値に近い電流値で推移し、
    前記第１電圧は前記第２電圧の３～５％の範囲であり、
    前記第１ステップの時間は、少なくとも０．５ｍｓｅｃ以上であることを特徴とするＬＥＤストロボ。
  2. 前記電圧変換手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータを有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤストロボ。
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