(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-15
(54)【発明の名称】高電力ＬＥＤストロボと連続ライトの組合せ
(51)【国際特許分類】
G03B 15/05 20210101AFI20220908BHJP
G03B 15/02 20210101ALI20220908BHJP
【ＦＩ】
G03B15/05
G03B15/02 V
G03B15/02 T
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022518697
(86)(22)【出願日】2020-09-24
(85)【翻訳文提出日】2022-05-17
(86)【国際出願番号】 US2020052563
(87)【国際公開番号】W WO2021062043
(87)【国際公開日】2021-04-01
(31)【優先権主張番号】16/581,576
(32)【優先日】2019-09-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】513016116
【氏名又は名称】ライト アンド モーション インダストリーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】トラン、デイヴィッド、ウィリアム
(72)【発明者】
【氏名】レイム、ブルックス、パトリック
(72)【発明者】
【氏名】コタ、アレハンドロ
(72)【発明者】
【氏名】エマーソン、ダニエル、ティー．
【テーマコード（参考）】
2H053
【Ｆターム（参考）】
2H053AD03
2H053AD07
2H053BA51
2H053BA77
2H053BA91
2H053CA01
2H053CA12
(57)【要約】
ＬＥＤライトは、連続して安定した出力と、必要に応じて、ＬＥＤをその定格出力を超えて短時間駆動する定期的な高電力の光のバーストの両方で動作させる。両方の種類の制御を行う単一のコスト効果の高い回路は、一次（連続）出力モードにおいて最大のフィードバック分解能を維持しながら、高電力バースト・モードと連続モードとの両方で高く調整された出力を送達する。能動素子は、従来の電流感知素子からの信号を、調整回路の残りと合流する前に、制御されたスケーリング・ネットワークを介して切り替えるために使用される。これにより、高効率で、十分に調整され、速い立ち上がり及び立ち下がり、矩形の平均ピーク値波形、単一のＬＥＤ又は複数のＬＥＤの組合せに高出力レベルまで電力供給する電流パルスを生成する能力をもたらし、写真及び動画捕捉のための、一定の照明レベルと、より高い出力のパルスの持続時間照明レベルとの間の移行をもたらす。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
調整回路を有するＬＥＤ又はＬＥＤアレイを備える自己完結型電力供給照明器具であって、前記回路内の切替手段により、前記ＬＥＤアレイは、連続モード最大入力電力までの一次連続モード、又はパルス・モードで動作することが可能であり、前記パルス・モードでは、同じＬＥＤ若しくはアレイ又は前記ＬＥＤアレイの一部は、一次連続照明モードで最大フィードバック制御分解能を維持しながら、前記回路を利用して、連続モード最大入力電力よりも高い入力電力でパルスの持続時間の、より高く調整された出力光レベルまでパルスが流される、自己完結型電力供給照明器具。
【請求項2】
前記連続モード最大電力は、少なくとも５０００ルーメンを生成する、請求項１に記載の照明器具。
【請求項3】
前記ＬＥＤはＣＯＢ ＬＥＤアレイを備える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項4】
前記パルスの持続時間の出力光レベルは、前記ＬＥＤアレイへの入力電力で、前記連続モード最大値の４倍以上である、請求項１に記載の照明器具。
【請求項5】
前記切替手段は、前記回路において１つ又は複数のセンサー素子から１つ又は複数のフィードバック信号を受信し、且つより低いフィードバック信号が前記パルスの持続時間、前記複数のＬＥＤの出力をより高い出力へ上昇させる前記調整回路の電力調整器へ送られるように前記フィードバック信号をより低い値に縮小する少なくとも１つのスケーリング・ネットワークを前記回路に備える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項6】
前記ＬＥＤ又はアレイにパルスを流すことが入力制御信号によって開始される、請求項１に記載の照明器具。
【請求項7】
前記入力制御信号はカメラ・シャッターの開放からのものである、請求項６に記載の照明器具。
【請求項8】
前記照明器具を保持するための取っ手を形成する電池ケーシングに収容された再充電可能な電池をさらに含み、前記ケーシングは、前記電池ケーシング及び照明器具がライトスタンド又は三脚に取り外し可能にされることを可能にする受容素子を有する、請求項１に記載の照明器具。
【請求項9】
前記電池ケーシングは充電ポートを有し、前記照明器具から外されたときに前記電池は遠隔で充電することができる、請求項８に記載の照明器具。
【請求項10】
天候に対して封止されている同一平面上のＬＥＤ及び駆動器アレイを備える前記複数のＬＥＤ及び前記回路を収容するライトヘッドであって、設置時に耐候性シールとなる前記ライトヘッドの外側に装着される光学素子を含むライトヘッドを備える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項11】
前記複数のＬＥＤ及び前記回路を収容するライトヘッドを備え、耐候性ケーシングに再充電可能な電池パックをさらに備える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項12】
前記ライトヘッドは、ＵＳＢ－Ｃケーブルを使用して前記電池に接続する、請求項１１に記載の照明器具。
【請求項13】
前記再充電可能な電池パックは、少なくとも３０ワット時間の容量を有する、請求項１１に記載の照明器具。
【請求項14】
前記ライトヘッドは、前記複数のＬＥＤからの光を集束又は拡散するために前記複数のＬＥＤに近接して光学系を取り付ける周囲バヨネット・マウントを有する、請求項１１に記載の照明器具。
【請求項15】
前記ライトヘッドは、前記複数のＬＥＤ及び前記回路を保持する熱伝導板の裏側へ、ろう付け又は他の方法で熱的に取り付けられた発泡金属マトリックスを有して、前記ヒート・シンクの空冷のための大きな表面積を提供する、請求項１１に記載の照明器具。
【請求項16】
前記ＬＥＤ又はアレイにパルスを流すことは、カメラ・シャッターの開放からの入力制御信号によって開始され、前記回路は無線通信を使用して前記カメラ・シャッターと同期する、請求項１に記載の照明器具。
【請求項17】
前記のより高く調整された出力レベルに対してより高い電力蓄積を可能にするコンデンサを前記調整回路にさらに備え、より高電力のパルス光のバーストを支える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項18】
前記切替手段は、従来の固定値感知素子から来る信号のレベルを伸縮するために、信号レベル能動スイッチ配置及び物理的により小さい信号レベルの受動構成要素のネットワークを含み、能動信号レベルの能動スイッチ配置が係合されるとき、フィードバック信号利得が変更され、変更される前記感知素子の特性値と同等になる、請求項１に記載の照明器具。
【請求項19】
前記切替手段は、複数の信号接続タップ位置を作成するための電気感知素子、又は複数のタップ接続位置を有する感知素子を含み、信号レベルのスイッチ回路が前記感知素子又は直列の部分に接続することを可能にし、可能でない場合に、前記感知素子又は配置全体からの信号に比例するフィードバック信号への迅速な変更を容易にする、請求項１に記載の照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０１８年９月２４日に出願された米国仮出願第６２／７３５,７９１号の優先権を主張するものである。
【0002】
本発明は、特に写真及びビデオ用のＬＥＤ照明に関する。
【背景技術】
【0003】
ロケーション撮影及びビデオ作業には、さまざまな種類の光が必要である。写真撮影者は、直射日光などの強い周囲光の下で動きを捕捉する又は補助光を追加するために、高電力ストロボを必要とすることがよくある。ビデオ撮影者は、場面を適切に照らすために連続的な光を必要とする。ストロボは、高電圧電荷へさらされると高電力のフラッシュを生成するガス充填管を使用する。ストロボは、次のフラッシュの前の充電に時間がかかる。ストロボからの光は制御し難く、ストロボが生成する光の多くは、カメラ・センサーで捕捉された画像の外側に落ちる。光を制御するために、ストロボは布箱又は他の光成形ツールを追加することがある。これらの光成形装置は、被写体に降りる光を大幅に低減する。
【0004】
連続ライトは、ストロボよりも劇的に大きく且つ重くならない限り、ストロボの出力をほぼ生成することができず実用的ではない。チップ・オン・ボード（ＣＯＢ：ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）ＬＥＤアレイの出現により、何百ものＬＥＤが直径１２ｍｍの小さなシリコーンの単一チップ上に緊密なグループに配置されることができる一方で、１０,０００ルーメンを超える光を送達する能力を有する。光学系の物理学により、これらの、より小さな光源では、ＣＯＢからの光を緊密なビームに集束させ、又はＣＯＢの真正面、ほとんどの場合、ＣＯＢへ非常に緊密に近接させて置かれた慎重に設計された光学素子を使用して、写真作業に対して他の種類のビームへと管理することが可能となる。
【0005】
ストロボは、その出力及び源により、ガスで満たされた半円形又は縦方向のガラス管が、ストロボの出力を取り且つそれを被写体に向ける大きな反射布箱及び紗幕でしばしば修正され、光を柔らかくし且つ光の広がりを制御する。「ソフト・ボックス」と呼ばれるこれらの装置は、ストロボで生成されたかなりの量の光力を排出する。
【0006】
ＣＯＢアレイの前に置かれた光学系は、光がどこに行くかを制御しながら、光透過で８０～９０％の効率を得ることができる。ＣＯＢアレイは、短いバーストで定格連続容量を超えて増速駆動することもできる。ＬＥＤにおける主な制限要因は冷却である。 短いバーストは、ＣＯＢ ＬＥＤアレイを管理することに関する熱的制限に違反することなく達成されることができる。このようにして、１０,０００ルーメンの連続的な光を生成することができるＣＯＢは、定常状態出力の２倍以上まで、短いバーストで押されてもよい。バースト出力は、バースト動作時にのみ係合される追加のＬＥＤで増加されて、バースト力をさらに増加させることができる可能性がある。この量の光又はルーメン力は、その光の焦点を被写体に効率的に合わせる光学系と組み合わされる。これは、パルスを流すＣＯＢ ＬＥＤアレイが、被写体に使用可能な光を送達するためのストロボの出力に一致させることができる可能性があることを意味する。
【0007】
デジタル・カメラ技術も進歩している。カメラ・センサーの光に対する感度が劇的に向上した。センサーの感度により、センサーは、はるかに少ない周囲光で効果的に動作することができる。この傾向は続くと予想される。
【0008】
次世代カメラは、センサーに当たる光を制御する機械式シャッターから離れて移動してセンサー自体又は「ローリング・シャッター」のオン／オフ制御へと移行しつつある。これは、センサーを横切って移動される窓用の日よけのように作動する。実際には、２つの日よけ、即ち、センサーを横切ってスクロールするにつれてセンサーの線を露出させる先行及び後続の日よけがある。高速写真撮影では、センサーの部分のみが、光のスロットが先行及び後続の日よけ速度で制御されたセンサーを横切って移動するにつれて、一度に露出される。このローリング・シャッターは、１／２５０秒を超えるカメラ露出速度を含む「高速同期」の典型である。高速同期では、ストロボは、ストロボ持続時間がわずか１／８０００秒のみであるため、センサー全体を光に露出するために複数回発射しなければならないという明確な欠点を有する。本発明のＬＥＤパルスは、ローリング・シャッター露光の間、オンのままでいることができるが、典型的なストロボ・パルスは、約１／８０００秒間のみ発射することができる。ストロボでローリング・シャッターを作動させるには、ストロボは、ストロボの力を低減し、ローリング・シャッターと同期して複数回発射して、センサーの各ラインが同じ量の光に露出されることを確実にしなければならない。ストロボが迅速に連続して複数回発射するには、ストロボ力は、これらの短い持続時間、フラッシュのために、ストロボがタップする単一の電荷しか有していないので、低減される。 ストロボは、発射後に充電するには１～２秒以上必要とする。より速く発射するには、ストロボは複数のバーストにまたがって蓄積された力の単一量を割り当てなければならない。
【0009】
記載された発明は、カメラ・センサーを制御する信号を検出し、電子シャッターと同期したＣＯＢアレイを発射して、センサーがオンである間に場面を光で満たす。センサーのオン時間が短く、ミリ秒で測定されると、ＣＯＢアレイＬＥＤは、ＣＯＢの熱劣化又は過熱なしで、連続動作レベルの３倍まで駆動されることができる。このようにして、自己完結型設計で電力供給される単一のＣＯＢ ＬＥＤアレイは、ストロボを置き換え且つビデオを撮影するときに連続ライトとして作動することができる単一のライトを可能とする。ほとんどのデジタル・カメラは写真を撮り、ビデオを撮影することができるので、写真及びビデオの両方の種類のカメラの使用を支える単一の高電力ライトの発明は、当業において、かなりの進歩を表す。ストロボと連続ライトを組み合わせた他の製品が、今日、市場に存在するが、ＬＥＤアレイと組み合わせたストロボ回路及びフラッシュ管を必要とする。これらのハイブリッド製品は、より多くの回路、より多くの費用を必要とし、本発明よりも大きく、より嵩張り、より高価である。
【0010】
本発明は、２つの制御入力を有する。１つは、ユーザーが連続ライトをオンにし且つ出力を最大連続ルーメン出力まで調節することを可能にするダイヤルである。第２の入力で、有線又は無線信号が、連続モードに優先して、カメラ又は画像センサーのシャッター開口部へ結びついた短いデューティ・サイクルで、はるかに高い電力レベルでＣＯＢ ＬＥＤにパルスを流す。
【0011】
本発明に先立ち、カメラ付き電話などの装置は、フラッシュを出すことができる又は懐中電灯として使用されることができる低出力ＬＥＤを実証してきた。懐中電灯モードはカメラと連携して作動しない。これらは、光が電話自体に統合された非常に低いルーメンの装置である。これらの装置は意図的にフラッシュを作成するためにＬＥＤに優先して、遠隔で制御されない。
【0012】
光源をカメラから遠ざけることには、画質に明確な利点がある。１つには、写真の品質は、フラッシュ又は照明源が被写体に対してまっすぐではないとき、常により優れている。市場には、両方の機能を支えるために同じ装置にフラッシュ管及びＬＥＤライトを有する組合せ装置があるが、これらのライトは嵩張り、ストロボ機能がフラッシュ間にリサイクル時間を必要とするという欠点を依然として有する。光学系で光を制御する能力は、半円形のフラッシュ管又は線状フラッシュ管及びＬＥＤアレイを光の面に隣接して収容する性質のために、非常に制約される。互いに隣接する異なる形状の２つの光源を１つにまとめて、次に、それらの光学系を最適化しようとすることは、ほとんど不可能である。このアプローチをさらに複雑にしているのは、ストロボ・パルスが、大きな高電力コンデンサを使用して得られる高電圧を必要とするのに対し、連続ライトは安定した電圧で電池電源を必要とするという事実である。
【0013】
デジタル・バースト・ライトとしての使用において優先されるＣＯＢ ＬＥＤアレイには、ストロボと比較して、最小限の再充電時間で１秒間に複数回発射するという追加の利点がある。上端ストロボは、次のフラッシュの前に再充電するのに１～２秒以上が依然として必要である。複数回のフラッシュの後、ストロボは、冷却するために停止する必要がある温度まで加熱される。ＬＥＤアレイが長時間にわたって１秒間に複数回発射する能力は、静止写真画像捕捉にとって大きな飛躍的進歩を表す。例えば、スポーツ・イベントで動きを捕捉する。本明細書の発明は、トラックの開始から終了までに沿って疾走する走者を追跡して１秒間に１０回、フラッシュを出すことができる可能性がある。ストロボは、おそらく１秒につき１つの画像しか捕捉できないであろう。しかし、カメラは容易に１秒間に１０のフレームを撮影することができる。ＬＥＤはまた、ストロボよりも効率的であり、同様の電源から、より長く動作することができます。
【0014】
１／２５０秒よりも速いシャッター速度で、ストロボはかなりの制限を有し、光フラッシュにおいて力の一部しか送達できない。フラッシュの有効範囲は、シャッター速度が増加されるにつれて劇的に低減される。 キヤノンの５８０ｅｘｉｉのような良い速度ライト（小さなストロボ）でも、写真の１／５００秒を超えるシャッター速度で昼間に撮影する有効範囲はおそらく１．５２４メートル（５フィート）以下、おそらくそれ未満になるであろう。単一モデルの頭部写真では受け入れ可能かもしれないが、スポーツや野生動物の写真では受け入れ可能ではない。本発明は、連続的な光の出力及び連続モードよりもバーストにおいて、より多くの電力を送達するデジタル・バーストの両方を可能にする。単一のライトからのこの二重機能は、写真及びビデオに対する飛躍的進歩である。デジタル・バーストは、１秒間に１０回以上、電力損失なしで発射でき、シャッター速度に関係なく過熱や出力損失なしにそのペースで発射し続けることができるという点において、ストロボよりも優れている。
【0015】
ＬＥＤ又はＬＥＤアレイのデジタル・バーストを作成するための回路の設計:
発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）装置に電力供給することが意図された従来の定電流又は制御電圧調整器回路は、通常、単一の制御及びフィードバック利得分解能（出力信号変化で割った入力制御信号変化）を用いて固定範囲内で動作することに限定される。主に、０から１ｘの出力駆動レベル内で動作したいが、時には２ｘ又は４ｘなどのはるかに高い駆動出力レベルまでパルスを流したい場合、最先端の回路及びチップは、装置が定常オン・モード又は光をパルスでオン／オフする高電力デューティ・サイクルで動作しているかどうかに応じて、２つの異なるピーク・ルーメン出力を支えるようには設計されていない。従来の調整器回路は、固定された最大出力範囲（例えば、4ｘ）用に設計される一方で、入力制御レベル指令信号は１ｘの一次レベルで動作するために４分の１まで低減される。これは典型的に、一次０～１ｘの動作範囲内で制御分解能の望ましくない損失をもたらす。
発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）装置に電力供給することが意図された従来の定電流又は制御電圧調整器回路は、通常、単一の制御及びフィードバック利得分解能（出力信号変化で割った入力制御信号変化）を用いて固定範囲内で動作することに限定される。主に、０から１ｘの出力駆動レベル内で動作したいが、時には２ｘ又は４ｘなどのはるかに高い駆動出力レベルまでパルスを流したい場合、最先端の回路及びチップは、装置が定常オン・モード又は光をパルスでオン／オフする高電力デューティ・サイクルで動作しているかどうかに応じて、２つの異なるピーク・ルーメン出力を支えるようには設計されていない。従来の調整器回路は、固定された最大出力範囲（例えば、4ｘ）用に設計される一方で、入力制御レベル指令信号は１ｘの一次レベルで動作するために４分の１まで低減される。これは典型的に、一次０～１ｘの動作範囲内で制御分解能の望ましくない損失をもたらす。
【0016】
調整回路の感知素子の値は、典型的に、調整回路の制御範囲を定義するために不可欠である。他のＬＥＤパルス駆動実装では、制御分解能の望ましくない低減を単に受け入れ、出力範囲を最大に設定されたままにする可能性がある。
【0017】
高電力パルス駆動を実現する１つの方法は、感知素子のフィードバック値を動的に変更して、調整器回路の出力範囲を（一例として）１ｘから４ｘまで動的に変更することを可能にして、より高い電力の十分に調整されたパルス出力を生成することであり得る。これには通常、適切な定格の電力切替構成要素を使用して、異なる値の感知素子の係合を切り替えて範囲を変更する必要がある。これは、電力切替構成要素のサイズ及びコストにより望ましくない。
【0018】
その代わりに、本発明は、高電力切替構成要素を追加する必要がないが、それでもなお、調整回路が、両方の出力範囲に対する最大制御分解能、並びに、その結果として一定の照明レベル及びより高いパルス照明レベルの両方の高い分解能制御を維持しながら、一方の出力範囲からより高い出力範囲へ迅速に切り替えることを可能にする方法を提供する。
【0019】
追加の電力切替素子を使用して異なる感知素子値を動的に切り替えるというよりもむしろ、別の方法は、複数の信号タップを備えた感知素子及び／又は調整回路への信号レベル結線のみが切り替えられる必要があるような配置における追加の感知素子を使用するということである。これは、より小さく、より低コストの信号レベル切替装置で行われることができる。この種の解決策では、調整回路の感知入力の観点からの感知素子の実効値は、これらの感知入力を回路の全体的な電力部分に存在する全有効感知素子の一部のみへ接続することによって変更される。
【0020】
しかしながら、パルス・システムはさらに最適化されることができる。特殊な複数信号タップの感知素子又は直列の複数の電流感知抵抗体などの複数の個別素子の配置を使用する代わりに、信号レベルの能動スイッチ配置、及び物理的に、より小さい信号レベルの受動構成要素のネットワークを適用して、従来の固定値感知素子から来る信号のレベルを伸縮することができる。調整回路の残りの観点からは、能動信号レベル・スイッチ（又は複数のスイッチ）が係合されるとき、フィードバック信号利得（又は複数の利得）が変更され、これは電気的には電力感知素子（又は複数の素子）の特性値を変更することと同等である。さらに、同様の信号レベルの切替技術を使用して、他の信号レベルの受動又は能動構成要素の係合を切り替えることによって、調整器回路のフィードバック補償ループ特性を動的に変更して、一次電力出力レベルと二次、又はパルス、電力出力レベルとの間のループ補償を調整することを調節又は最適化することができる。
【発明の概要】
【0021】
本発明の目的は、ＬＥＤライト電力回路を２つのモードで動作させることであり、これらのモードは、連続的に維持されることができるレベルでの連続ライトモード、及びはるかに高いレベルでのパルス・モードであり、高電力パルス駆動が、高電力切替を必要としない効率的な回路において、１秒につき１０のように迅速に連続して繰り返されることができる光のパルスを生成する。本発明のこれら及び他の目的、利点及び特徴は、添付の図面と共に考慮される、好ましい実施例の以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】取っ手として兼ねることができる電池筐体に装着される本発明のＬＥＤライトヘッドを示す斜視図である。
【図2】ヒート・シンクに取り付けられた駆動器回路及びＬＥＤの集合体の面を示す分解斜視図である。
【図3】ライトヘッドの面へ装着するバヨネット・マウント及び保持器を示す、分解立面図である。
【図3A】ライトヘッドの面へ装着するバヨネット・マウント及び保持器を示す、分解斜視図である。
【図4】ライトヘッドの一部として装着された光学系を通して見たＬＥＤアレイ及びパラメータ駆動器回路の面を示す斜視図である。
【図5】従来技術のＬＥＤ電力制御回路を例示するための概略回路図であり、本発明の特徴は示していない。
【図6】本発明によるＬＥＤ電力回路を示す概略回路図であり、フィードバック信号の値を変更するように制御されたスケーリング・ネットワークを示す。
【図7】ブースト切替調整器回路を備えた従来技術の回路の概略を示す。
【図8】ブースト切替調整器回路へ適用された本発明の特徴を示す同様の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１は、手で保持することができるライトの取っ手でもある管状の電池筐体１２上に装着された本発明のライトヘッド１０を示す。ライトの面上には、ＬＥＤライトからのネイティブ・ビームを集束させる光学系を保持するユーザー装着型光学系保持器１４がある。ヘッドは、電子機器及びＬＥＤアレイから熱を除去するヒート・シンクのフィン１６を示す。ライトヘッドの裏面上の電源ダイヤル１８は、ユーザーが、出力を、例えば、５００ルーメンから最大電力出力まで調節することを可能にする。また、ライトヘッドの裏側には、ライトヘッド１０及び円形の電池パック１２を接続するＵＳＢ－ｃケーブル２０が見える。電池パックに入るときにＵＳＢ－ｃコネクタへ隣接して、押されるとライトヘッドが電池から滑り落ちることを可能にする上げられたリリース・レバー２２がある。電池パックの底部上に、ライトヘッドの基部でのダブテール特徴２４と同一のダブテール特徴が見える。これらの装着特徴により、完全なライトと電池、又はライトヘッドのみのいずれかが三脚及びインターフェース片を備えるライトスタンドを含む典型的な写真スタンドへ装着されることを可能にする。ライトヘッドはまた、ソフト・ボックス又は他の光成形ツールの取り付けを支えるための装着特徴も含んでもよい。
【0024】
ポート２５が、デジタル・バースト動作のためのカメラ・シャッター信号を受信するために設けられている。
【0025】
図２は、ヒート・シンク３０の面に取り付けられる駆動器回路２６及びＬＥＤ２８の集合体の面を示す。駆動器回路２６は、ＬＥＤ２８と同一平面上に装着される。ＬＥＤは、ＬＥＤ全体の高さの約半分の深さであるヒート・シンク３０に機械加工されたわずかな空洞内へ落ちる。この集合体は、米国出願第１５／９７３,３８２号、現在の米国特許第１０,４４８,５０３号に示されているものと類似しており、その開示は、ＬＥＤアレイ及びライトヘッド構造に関して、参照により本明細書に組み込まれている。次に、駆動器回路基板の周辺がヒート・シンク３０へ下方にねじ込まれ、ＬＥＤをヒート・シンクに対して緊密に押し付ける。駆動器回路基板から延在する２つ以上のスプリング・アーム３２は、ＬＥＤを押し下げるとともにＬＥＤと電気的に接触するように延在して光出力を制御する電力を送達する。典型的な集合体は、ＬＥＤからヒート・シンク３０への熱経路を最適化する熱ペースト又はフィルムを含む。ヒート・シンクは、ヒート・シンクの下側に装着された構成要素のための空間となる空洞３４を示す。これらの構成要素は、高電力のパルスを送達するために電荷を蓄えるコンデンサ、並びに面上に装着された場合にＬＥＤのビーム・パターンと干渉するだろうインダクタなどの大きな構成要素を含んでもよい。ヒート・シンクの面は、周囲に円形の空洞３６を示しているが、この空洞は、４分の１回すと係合して装着され、且つ設置時に電子機器及びＬＥＤ用の防水シールを作成する光学系保持器を受ける。
【0026】
なお、小型のファンが、ヒート・シンクの放熱性を高めるために、集合体に含められることができる。さらに、交換可能なライトヘッドが、ユーザーがヘッド交換で光の色温度を変更することを可能にするように設けられることができる。
【0027】
図３及び３Ａは、ライトヘッドの面に装着されるバヨネット・マウント保持器１４及び光学系３８を示し、ビームが保持器に装着された光学系の種類に応じて集束される。ビームの焦点は、ユーザーが照らそうとしているものに応じて、９０度から緊密な１２度のビームまでの範囲であり得る。
【0028】
図４は、バヨネットの面に対してＯリングを使用して周辺シールを採用する装着された光学系を通して見たＬＥＤアレイ２８及び周辺駆動器回路２６の面を示す。また、ヘッドの裏側に冷却素子１６が見える。別の実施例では、ライトヘッドは、ドローン上での使用などのために、電池から遠隔で配線することができる。別の用途では、ライトユニットが同期化されてドローンに装着されたカメラでのフラッシュを出すことができる。
【0029】
さらなる実施例では、ライトユニットは、防水性を有し、潜水可能であり、水中写真で使用される。
【0030】
図５は、従来技術による、一般化された従来の切替電源調整器回路で制御されるＬＥＤ配置用の回路の一般化されたブロック図を示す。ＬＥＤは４０で示される。感知素子４６及び４８からの信号結線４２、４４並びにフィードバック補償５０は、回路の調整器機能ブロック部分５２に接続される。それにより、５４で示される電力出力は、調整される。
【0031】
図６は、ＬＥＤアレイ４０を制御する従来の切替調整器５２を利用する一般化されたブロック図／回路図を示すが、本発明による特徴、即ち、感知素子４６、４８と切替調整器機能ブロック５２との間に挿入された「制御されたスケーリング・ネットワーク」５６、５８、６０を示す。上記で論じたように、これらの制御されたスケーリング・ネットワークは、少なくとも１つの感知素子（ここでは３つ示されている）からの信号を伸縮して、図示されるように、縮小されたフィードバック信号（又は複数の信号）を切替調整器５２へ供給する。制御されたスケーリング・ネットワークは、６２で示される入力制御範囲スケール指令信号で制御され、これはカメラ・シャッターの開放であり得る。調整器５２による補償は６４で示され、補償はスケールされたフィードバック信号に基づく。なお、入力制御６２が高電力パルス・モードの伸縮を要求しないとき、正常な連続ライトモードは、入力制御レベル指令信号６６で示されているように調整可能なレベル制御で、能動的であり得る。
【0032】
なお、複数の感知ネットワークも示されているのは、調整セクションの複雑さに応じて、１つ又は複数の制御されたスケーリング・ネットワーク・ブロックである可能性があるためである。多くの場合、より高い電力の調整器回路は複数のフィードバック入力及び感知素子を使用し、最も正確且つ最速の応答を確保するためには、複数の信号を伸縮する必要がある。スケーリング・ネットワーク６０は、補償ネットワークが２つのモード間でスケール又は操作する必要がある可能性があるため、１）一次出力レベル及び２）より高い電力のパルス持続時間レベルの２つの異なるモードにおいて最良の調整性能を達成するために、フィードバック・ループ補償ネットワーク５０の有効な特性を調節するように使用されることができる。これは必要ではないが、補償ネットワークを操作しないと、より高い電力のパルス応答は、両方のモードにおいて最良の可能な矩形パルス電力形状及び最良の調整応答を提供するには、遅い又はあまり減衰しない場合がある。調整器機能ブロックの補償接続点は、従来の調整器機能ブロックの内部のフィードバック加算及び出力増幅器間の点へ接続される。
【0033】
図７は、従来技術のように従来のブースト回路トポロジー版のブロック回路図を示す。これは、図５と同じスタイルの切替調整器での実装である。一部のＬＥＤ電力制御では、このようなブースト回路を利用する。従来のブースト回路は、場合によっては、入力制御レベル指令信号上のパルスに応答して高電力パルスを提供し得る。しかしながら、より低い一定の出力レベル範囲では、制御分解能が低下する。電流システムは、動的範囲の迅速な切替を行い、より高い電力のパルス調整範囲で良好な応答及び制御を依然として提供しながら、低範囲において微細な制御分解能を達成する。フィードバック・ループ（又は複数のループ）に制御された１つ又は複数のスケーリング・ネットワークを適用する（又は、上記で記載した感知素子又は素子の配置上で異なる比例信号タップ接続へ切り替えることができる）方法により、１つの一次調整出力レベルから大幅により高い調整出力レベルへ移行させ、再び戻す目的で、調整電力範囲を迅速に変更することが可能となる一方で、一次レベル出力範囲で最大のフィードバック分解能を維持する。能動素子は、従来の電流感知素子からの信号を、調整回路の残りと合流する前に、スケール変更ネットワークを介して、切り替えるために使用する。この方法では、高効率で、十分に調整され、速い立ち上がり及び立ち下がり、矩形の平均ピーク値波形、単一のＬＥＤ又は複数のＬＥＤの組合せに高電力レベルまで電力供給する電流パルスを生成する能力をもたらし、一定の照明レベルと、より高い出力、パルス持続時間照明レベルとの間の移行をもたらす。
【0034】
【0035】
従来のＬＥＤ制御回路には、回路が、出力に影響を与えるように電流を調節している、又は出力に影響を与えるようにスイッチ及びインダクタ素子からの感知電圧若しくはフィードバックを調節している場合に、電流を感知する可能性のある感知素子がある。現在の技術革新では、制御されたスケーリング・ネットワークを採用して、信号が切替調整器によって受信される前に、感知素子からの信号を遮断且つ伸縮する。システムは、「入力制御範囲スケール指令信号」６２及び／又は「入力制御レベル指令信号」６６に基づいてネットワークを制御する。
【0036】
例えば、「入力制御範囲スケール指令信号」６２（図６又は図８）は、カメラ・シャッターが開いているという信号に応答して反応し得る。カメラからのそのような入力に基づいて、スケーリング・ネットワークは電流感知信号を遮断且つ伸縮し回路を「だまして」電流感知素子がそうでなければ要求している電力よりも数倍大きい電力のパルスを送達する。パルスの持続時間は、被写体から戻る光、プログラム可能な制御器からのクロック・タイマ若しくはプログラムされたインターバル信号、又はカメラ・シャッターの持続時間信号を検出することを含むが限定されない、いくつかの異なる方法のいずれでも制御することができる。
【0037】
上述した好ましい実施例は、本発明の原理を例示するためのものであるが、その範囲を限定するものではない。これらの好ましい実施例に対する他の実施例及び変形形態は、当業者には明らかであり、以下の特許請求の範囲に定義されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく作成され得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図3A】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2022-05-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０１８年９月２４日に出願された米国仮出願第６２／７３５,７９１号の優先権を主張するものである。
【0002】
本発明は、特に写真及びビデオ用のＬＥＤ照明に関する。
【背景技術】
【0003】
ロケーション撮影及びビデオ作業には、さまざまな種類の光が必要である。写真撮影者は、直射日光などの強い周囲光の下で動きを捕捉する又は補助光を追加するために、高電力ストロボを必要とすることがよくある。ビデオ撮影者は、場面を適切に照らすために連続的な光を必要とする。ストロボは、高電圧電荷へさらされると高電力のフラッシュを生成するガス充填管を使用する。ストロボは、次のフラッシュの前の充電に時間がかかる。ストロボからの光は制御し難く、ストロボが生成する光の多くは、カメラ・センサーで捕捉された画像の外側に落ちる。光を制御するために、ストロボは布箱又は他の光成形ツールを追加することがある。これらの光成形装置は、被写体に降りる光を大幅に低減する。
【0004】
連続ライトは、ストロボよりも劇的に大きく且つ重くならない限り、ストロボの出力をほぼ生成することができず実用的ではない。チップ・オン・ボード（ＣＯＢ：ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）ＬＥＤアレイの出現により、何百ものＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ）が直径１２ｍｍの小さなシリコーンの単一チップ上に緊密なグループに配置されることができる一方で、１０,０００ルーメンを超える光を送達する能力を有する。光学系の物理学により、これらの、より小さな光源では、ＣＯＢからの光を緊密なビームに集束させ、又はＣＯＢの真正面、ほとんどの場合、ＣＯＢへ非常に緊密に近接させて置かれた慎重に設計された光学素子を使用して、写真作業に対して他の種類のビームへと管理することが可能となる。
【0005】
ストロボは、その出力及び源により、ガスで満たされた半円形又は縦方向のガラス管が、ストロボの出力を取り且つそれを被写体に向ける大きな反射布箱及び紗幕でしばしば修正され、光を柔らかくし且つ光の広がりを制御する。「ソフト・ボックス」と呼ばれるこれらの装置は、ストロボで生成されたかなりの量の光力を排出する。
【0006】
ＣＯＢアレイの前に置かれた光学系は、光がどこに行くかを制御しながら、光透過で８０～９０％の効率を得ることができる。ＣＯＢアレイは、短いバーストで定格連続容量を超えて増速駆動することもできる。ＬＥＤにおける主な制限要因は冷却である。 短いバーストは、ＣＯＢ ＬＥＤアレイを管理することに関する熱的制限に違反することなく達成されることができる。このようにして、１０,０００ルーメンの連続的な光を生成することができるＣＯＢは、定常状態出力の２倍以上まで、短いバーストで押されてもよい。バースト出力は、バースト動作時にのみ係合される追加のＬＥＤで増加されて、バースト力をさらに増加させることができる可能性がある。この量の光又はルーメン力は、その光の焦点を被写体に効率的に合わせる光学系と組み合わされる。これは、パルスを流すＣＯＢ ＬＥＤアレイが、被写体に使用可能な光を送達するためのストロボの出力に一致させることができる可能性があることを意味する。
【0007】
デジタル・カメラ技術も進歩している。カメラ・センサーの光に対する感度が劇的に向上した。センサーの感度により、センサーは、はるかに少ない周囲光で効果的に動作することができる。この傾向は続くと予想される。
【0008】
次世代カメラは、センサーに当たる光を制御する機械式シャッターから離れて移動してセンサー自体又は「ローリング・シャッター」のオン／オフ制御へと移行しつつある。これは、センサーを横切って移動される窓用の日よけのように作動する。実際には、２つの日よけ、即ち、センサーを横切ってスクロールするにつれてセンサーの線を露出させる先行及び後続の日よけがある。高速写真撮影では、センサーの部分のみが、光のスロットが先行及び後続の日よけ速度で制御されたセンサーを横切って移動するにつれて、一度に露出される。このローリング・シャッターは、１／２５０秒を超えるカメラ露出速度を含む「高速同期」の典型である。高速同期では、ストロボは、ストロボ持続時間がわずか１／８０００秒のみであるため、センサー全体を光に露出するために複数回発射しなければならないという明確な欠点を有する。本発明のＬＥＤパルスは、ローリング・シャッター露光の間、オンのままでいることができるが、典型的なストロボ・パルスは、約１／８０００秒間のみ発射することができる。ストロボでローリング・シャッターを作動させるには、ストロボは、ストロボの力を低減し、ローリング・シャッターと同期して複数回発射して、センサーの各ラインが同じ量の光に露出されることを確実にしなければならない。ストロボが迅速に連続して複数回発射するには、ストロボ力は、これらの短い持続時間、フラッシュのために、ストロボがタップする単一の電荷しか有していないので、低減される。 ストロボは、発射後に充電するには１～２秒以上必要とする。より速く発射するには、ストロボは複数のバーストにまたがって蓄積された力の単一量を割り当てなければならない。
【0009】
記載された発明は、カメラ・センサーを制御する信号を検出し、電子シャッターと同期したＣＯＢアレイを発射して、センサーがオンである間に場面を光で満たす。センサーのオン時間が短く、ミリ秒で測定されると、ＣＯＢアレイＬＥＤは、ＣＯＢの熱劣化又は過熱なしで、連続動作レベルの３倍まで駆動されることができる。このようにして、自己完結型設計で電力供給される単一のＣＯＢ ＬＥＤアレイは、ストロボを置き換え且つビデオを撮影するときに連続ライトとして作動することができる単一のライトを可能とする。ほとんどのデジタル・カメラは写真を撮り、ビデオを撮影することができるので、写真及びビデオの両方の種類のカメラの使用を支える単一の高電力ライトの発明は、当業において、かなりの進歩を表す。ストロボと連続ライトを組み合わせた他の製品が、今日、市場に存在するが、ＬＥＤアレイと組み合わせたストロボ回路及びフラッシュ管を必要とする。これらのハイブリッド製品は、より多くの回路、より多くの費用を必要とし、本発明よりも大きく、より嵩張り、より高価である。
【0010】
本発明は、２つの制御入力を有する。１つは、ユーザーが連続ライトをオンにし且つ出力を最大連続ルーメン出力まで調節することを可能にするダイヤルである。第２の入力で、有線又は無線信号が、連続モードに優先して、カメラ又は画像センサーのシャッター開口部へ結びついた短いデューティ・サイクルで、はるかに高い電力レベルでＣＯＢ ＬＥＤにパルスを流す。
【0011】
本発明に先立ち、カメラ付き電話などの装置は、フラッシュを出すことができる又は懐中電灯として使用されることができる低出力ＬＥＤを実証してきた。懐中電灯モードはカメラと連携して作動しない。これらは、光が電話自体に統合された非常に低いルーメンの装置である。これらの装置は意図的にフラッシュを作成するためにＬＥＤに優先して、遠隔で制御されない。
【0012】
光源をカメラから遠ざけることには、画質に明確な利点がある。１つには、写真の品質は、フラッシュ又は照明源が被写体に対してまっすぐではないとき、常により優れている。市場には、両方の機能を支えるために同じ装置にフラッシュ管及びＬＥＤライトを有する組合せ装置があるが、これらのライトは嵩張り、ストロボ機能がフラッシュ間にリサイクル時間を必要とするという欠点を依然として有する。光学系で光を制御する能力は、半円形のフラッシュ管又は線状フラッシュ管及びＬＥＤアレイを光の面に隣接して収容する性質のために、非常に制約される。互いに隣接する異なる形状の２つの光源を１つにまとめて、次に、それらの光学系を最適化しようとすることは、ほとんど不可能である。このアプローチをさらに複雑にしているのは、ストロボ・パルスが、大きな高電力コンデンサを使用して得られる高電圧を必要とするのに対し、連続ライトは安定した電圧で電池電源を必要とするという事実である。
【0013】
デジタル・バースト・ライトとしての使用において優先されるＣＯＢ ＬＥＤアレイには、ストロボと比較して、最小限の再充電時間で１秒間に複数回発射するという追加の利点がある。上端ストロボは、次のフラッシュの前に再充電するのに１～２秒以上が依然として必要である。複数回のフラッシュの後、ストロボは、冷却するために停止する必要がある温度まで加熱される。ＬＥＤアレイが長時間にわたって１秒間に複数回発射する能力は、静止写真画像捕捉にとって大きな飛躍的進歩を表す。例えば、スポーツ・イベントで動きを捕捉する。本明細書の発明は、トラックの開始から終了までに沿って疾走する走者を追跡して１秒間に１０回、フラッシュを出すことができる可能性がある。ストロボは、おそらく１秒につき１つの画像しか捕捉できないであろう。しかし、カメラは容易に１秒間に１０のフレームを撮影することができる。ＬＥＤはまた、ストロボよりも効率的であり、同様の電源から、より長く動作することができます。
【0014】
１／２５０秒よりも速いシャッター速度で、ストロボはかなりの制限を有し、光フラッシュにおいて力の一部しか送達できない。フラッシュの有効範囲は、シャッター速度が増加されるにつれて劇的に低減される。 キヤノンの５８０ｅｘｉｉのような良い速度ライト（小さなストロボ）でも、写真の１／５００秒を超えるシャッター速度で昼間に撮影する有効範囲はおそらく１．５２４メートル（５フィート）以下、おそらくそれ未満になるであろう。単一モデルの頭部写真では受け入れ可能かもしれないが、スポーツや野生動物の写真では受け入れ可能ではない。本発明は、連続的な光の出力及び連続モードよりもバーストにおいて、より多くの電力を送達するデジタル・バーストの両方を可能にする。単一のライトからのこの二重機能は、写真及びビデオに対する飛躍的進歩である。デジタル・バーストは、１秒間に１０回以上、電力損失なしで発射でき、シャッター速度に関係なく過熱や出力損失なしにそのペースで発射し続けることができるという点において、ストロボよりも優れている。
【0015】
ＬＥＤ又はＬＥＤアレイのデジタル・バーストを作成するための回路の設計:
発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）装置に電力供給することが意図された従来の定電流又は制御電圧調整器回路は、通常、単一の制御及びフィードバック利得分解能（出力信号変化で割った入力制御信号変化）を用いて固定範囲内で動作することに限定される。主に、０から１ｘの出力駆動レベル内で動作したいが、時には２ｘ又は４ｘなどのはるかに高い駆動出力レベルまでパルスを流したい場合、最先端の回路及びチップは、装置が定常オン・モード又は光をパルスでオン／オフする高電力デューティ・サイクルで動作しているかどうかに応じて、２つの異なるピーク・ルーメン出力を支えるようには設計されていない。従来の調整器回路は、固定された最大出力範囲（例えば、4ｘ）用に設計される一方で、入力制御レベル指令信号は１ｘの一次レベルで動作するために４分の１まで低減される。これは典型的に、一次０～１ｘの動作範囲内で制御分解能の望ましくない損失をもたらす。
発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）装置に電力供給することが意図された従来の定電流又は制御電圧調整器回路は、通常、単一の制御及びフィードバック利得分解能（出力信号変化で割った入力制御信号変化）を用いて固定範囲内で動作することに限定される。主に、０から１ｘの出力駆動レベル内で動作したいが、時には２ｘ又は４ｘなどのはるかに高い駆動出力レベルまでパルスを流したい場合、最先端の回路及びチップは、装置が定常オン・モード又は光をパルスでオン／オフする高電力デューティ・サイクルで動作しているかどうかに応じて、２つの異なるピーク・ルーメン出力を支えるようには設計されていない。従来の調整器回路は、固定された最大出力範囲（例えば、4ｘ）用に設計される一方で、入力制御レベル指令信号は１ｘの一次レベルで動作するために４分の１まで低減される。これは典型的に、一次０～１ｘの動作範囲内で制御分解能の望ましくない損失をもたらす。
【0016】
調整回路の感知素子の値は、典型的に、調整回路の制御範囲を定義するために不可欠である。他のＬＥＤパルス駆動実装では、制御分解能の望ましくない低減を単に受け入れ、出力範囲を最大に設定されたままにする可能性がある。
【0017】
高電力パルス駆動を実現する１つの方法は、感知素子のフィードバック値を動的に変更して、調整器回路の出力範囲を（一例として）１ｘから４ｘまで動的に変更することを可能にして、より高い電力の十分に調整されたパルス出力を生成することであり得る。これには通常、適切な定格の電力切替構成要素を使用して、異なる値の感知素子の係合を切り替えて範囲を変更する必要がある。これは、電力切替構成要素のサイズ及びコストにより望ましくない。
【0018】
その代わりに、本発明は、高電力切替構成要素を追加する必要がないが、それでもなお、調整回路が、両方の出力範囲に対する最大制御分解能、並びに、その結果として一定の照明レベル及びより高いパルス照明レベルの両方の高い分解能制御を維持しながら、一方の出力範囲からより高い出力範囲へ、モード切替手段を介して迅速に切り替えることを可能にする方法を提供する。
【0019】
追加の電力切替素子を使用して異なる感知素子値を動的に切り替えるというよりもむしろ、別の方法は、複数の信号タップを備えた感知素子及び／又は調整回路への信号レベル結線のみが切り替えられる必要があるような配置における追加の感知素子を使用するということである。これは、より小さく、より低コストの信号レベル切替装置で行われることができる。この種の解決策では、調整回路の感知入力の観点からの感知素子の実効値は、これらの感知入力を回路の全体的な電力部分に存在する全有効感知素子の一部のみへ接続することによって変更される、即ち、伸縮される。このことは、フィードバック制御信号を縮小する効果を有する。
【0020】
しかしながら、パルス・システムはさらに最適化されることができる。特殊な複数信号タップの感知素子又は直列の複数の電流感知抵抗体などの複数の個別素子の配置を使用する代わりに、信号レベルの能動スイッチ配置、及び物理的に、より小さい信号レベルの受動構成要素のスケーリング・ネットワークを適用して、従来の固定値感知素子から来る信号のレベルを伸縮することができる。調整回路の残りの観点からは、能動信号レベル・スイッチ（又は複数のスイッチ）が係合されるとき、フィードバック信号利得（又は複数の利得）が変更され、これは電気的には電力感知素子（又は複数の素子）の特性値を変更することと同等である。さらに、同様の信号レベルの切替技術を使用して、他の信号レベルの受動又は能動構成要素の係合を切り替えることによって、調整器回路のフィードバック補償ループ特性を動的に変更して、一次電力出力レベルと二次、又はパルス、電力出力レベルとの間のループ補償を調整することを調節又は最適化することができる。
【発明の概要】
【0021】
本発明の目的は、ＬＥＤライト電力回路を２つのモードで動作させることであり、これらのモードは、連続的に維持されることができるレベルでの連続ライトモード、及びはるかに高いレベルでのパルス・モードであり、高電力パルス駆動が、高電力切替を必要としない効率的な回路において、１秒につき１０のように迅速に連続して繰り返されることができる光のパルスを生成し、本発明によるモードの変更は、モード切替手段によって行われる。本発明のこれら及び他の目的、利点及び特徴は、添付の図面と共に考慮される、好ましい実施例の以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】取っ手として兼ねることができる電池筐体に装着される本発明のＬＥＤライトヘッドを示す斜視図である。
【図2】ヒート・シンクに取り付けられた駆動器回路及びＬＥＤの集合体の面を示す分解斜視図である。
【図3】ライトヘッドの面へ装着するバヨネット・マウント及び保持器を示す、分解立面図である。
【図3A】ライトヘッドの面へ装着するバヨネット・マウント及び保持器を示す、分解斜視図である。
【図4】ライトヘッドの一部として装着された光学系を通して見たＬＥＤアレイ及びパラメータ駆動器回路の面を示す斜視図である。
【図5】従来技術のＬＥＤ電力制御回路を例示するための概略回路図であり、本発明の特徴は示していない。
【図6】本発明によるＬＥＤ電力回路を示す概略回路図であり、フィードバック信号の値を変更するように制御されたフィードバック・スケーリング・ネットワークを示す。
【図6A】
代替のフィードバック・スケーリング配置を示す概略図である。
【図7】ブースト切替調整器回路を備えた従来技術の回路の概略を示す。
【図8】ブースト切替調整器回路へ適用された本発明の特徴を示す同様の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１は、手で保持することができるライトの取っ手でもある管状の電池筐体１２上に装着された本発明のライトヘッド１０を示す。ライトの面上には、ＬＥＤライトからのネイティブ・ビームを集束させる光学系を保持するユーザー装着型光学系保持器１４がある。ヘッドは、電子機器及びＬＥＤアレイから熱を除去するヒート・シンクのフィン１６を示す。ライトヘッドの裏面上の電源ダイヤル１８は、ユーザーが、出力を、例えば、５００ルーメンから最大電力出力まで調節することを可能にする。また、ライトヘッドの裏側には、ライトヘッド１０及び円形の電池パック１２を接続するＵＳＢ－ｃケーブル２０が見える。電池パックに入るときにＵＳＢ－ｃコネクタへ隣接して、押されるとライトヘッドが電池から滑り落ちることを可能にする上げられたリリース・レバー２２がある。電池パックの底部上に、ライトヘッドの基部でのダブテール特徴２４と同一のダブテール特徴が見える。これらの装着特徴により、完全なライトと電池、又はライトヘッドのみのいずれかが三脚及びインターフェース片を備えるライトスタンドを含む典型的な写真スタンドへ装着されることを可能にする。ライトヘッドはまた、ソフト・ボックス又は他の光成形ツールの取り付けを支えるための装着特徴も含んでもよい。
【0024】
ポート２５が、デジタル・バースト動作のためのカメラ・シャッター信号を受信するために設けられている。
【0025】
図２は、ヒート・シンク３０の面に取り付けられる駆動器回路２６及びＬＥＤ２８の集合体の面を示す。駆動器回路２６は、ＬＥＤ２８と同一平面上に装着される。ＬＥＤは、ＬＥＤ全体の高さの約半分の深さであるヒート・シンク３０に機械加工されたわずかな空洞内へ落ちる。この集合体は、米国出願第１５／９７３,３８２号、現在の米国特許第１０,４４８,５０３号に示されているものと類似しており、その開示は、ＬＥＤアレイ及びライトヘッド構造に関して、参照により本明細書に組み込まれている。次に、駆動器回路基板の周辺がヒート・シンク３０へ下方にねじ込まれ、ＬＥＤをヒート・シンクに対して緊密に押し付ける。駆動器回路基板から延在する２つ以上のスプリング・アーム３２は、ＬＥＤを押し下げるとともにＬＥＤと電気的に接触するように延在して光出力を制御する電力を送達する。典型的な集合体は、ＬＥＤからヒート・シンク３０への熱経路を最適化する熱ペースト又はフィルムを含む。ヒート・シンクは、ヒート・シンクの下側に装着された構成要素のための空間となる空洞３４を示す。これらの構成要素は、高電力のパルスを送達するために電荷を蓄えるコンデンサ、並びに面上に装着された場合にＬＥＤのビーム・パターンと干渉するだろうインダクタなどの大きな構成要素を含んでもよい。ヒート・シンクの面は、周囲に円形の空洞３６を示しているが、この空洞は、４分の１回すと係合して装着され、且つ設置時に電子機器及びＬＥＤ用の防水シールを作成する光学系保持器を受ける。
【0026】
なお、小型のファンが、ヒート・シンクの放熱性を高めるために、集合体に含められることができる。さらに、交換可能なライトヘッドが、ユーザーがヘッド交換で光の色温度を変更することを可能にするように設けられることができる。
【0027】
図３及び３Ａは、ライトヘッドの面に装着されるバヨネット・マウント保持器１４及び光学系３８を示し、ビームが保持器に装着された光学系の種類に応じて集束される。ビームの焦点は、ユーザーが照らそうとしているものに応じて、９０度から緊密な１２度のビームまでの範囲であり得る。
【0028】
図４は、バヨネットの面に対してＯリングを使用して周辺シールを採用する装着された光学系を通して見たＬＥＤアレイ２８及び周辺駆動器回路２６の面を示す。また、ヘッドの裏側に冷却素子１６が見える。別の実施例では、ライトヘッドは、ドローン上での使用などのために、電池から遠隔で配線することができる。別の用途では、ライトユニットが同期化されてドローンに装着されたカメラでのフラッシュを出すことができる。
【0029】
さらなる実施例では、ライトユニットは、防水性を有し、潜水可能であり、水中写真で使用される。
【0030】
図５は、従来技術による、一般化された従来の切替電源調整器回路で制御されるＬＥＤ配置用の回路の一般化されたブロック図を示す。ＬＥＤは４０で示される。感知素子４６及び４８からの信号結線４２、４４並びにフィードバック補償５０は、回路の調整器機能ブロック部分５２に接続される。それにより、５４で示される電力出力は、調整される。
【0031】
図６は、ＬＥＤアレイ４０を制御する従来の切替調整器５２を利用する一般化されたブロック図／回路図を示すが、本発明による特徴、即ち、感知素子４６、４８と切替調整器機能ブロック５２との間に挿入された「制御されたスケーリング・ネットワーク」５６、５８、６０を示す。上記で論じたように、これらの制御されたスケーリング・ネットワークは、少なくとも１つの感知素子（ここでは３つ示されている）からの信号を伸縮して、図示されるように、縮小されたフィードバック信号（又は複数の信号）を切替調整器５２へ供給する。制御されたスケーリング・ネットワークは、６２で示される入力制御範囲スケール指令信号で制御され、これはカメラ・シャッターの開放であり得る。調整器５２による補償は６４で示され、補償はスケールされたフィードバック信号に基づく。なお、入力制御６２が高電力パルス・モードの伸縮を要求しないとき、正常な連続ライトモードは、入力制御レベル指令信号６６で示されているように調整可能なレベル制御で、能動的であり得る。
【0032】
なお、複数の感知ネットワークも示されているのは、調整セクションの複雑さに応じて、１つ又は複数の制御されたスケーリング・ネットワーク・ブロックである可能性があるためである。多くの場合、より高い電力の調整器回路は複数のフィードバック入力及び感知素子を使用し、最も正確且つ最速の応答を確保するためには、複数の信号を伸縮する必要がある。スケーリング・ネットワーク６０は、補償ネットワークが２つのモード間でスケール又は操作する必要がある可能性があるため、１）一次出力レベル及び２）より高い電力のパルス持続時間レベルの２つの異なるモードにおいて最良の調整性能を達成するために、フィードバック・ループ補償ネットワーク５０の有効な特性を調節するように使用されることができる。これは必要ではないが、補償ネットワークを操作しないと、より高い電力のパルス応答は、両方のモードにおいて最良の可能な矩形パルス電力形状及び最良の調整応答を提供するには、遅い又はあまり減衰しない場合がある。調整器機能ブロックの補償接続点は、従来の調整器機能ブロックの内部のフィードバック加算及び出力増幅器間の点へ接続される。
【0033】
図６Ａは、電流感知素子４８に複数の信号タップ６８を有する、上述の代替を概略的に示しており、また、複数のタップ間で、パルス・モードについてのＬＥＤに対する電力を増加するために、センサーからの信号が縮小されるべきか否かを制御することを選択する選択回路７２を有する複数の感知素子７０を示している。このスケーリング手段は、図６に示されたスケーリング・ネットワークの代替であり、上述されている。同様のマルチ・タップ・センサー又は複数のセンサーの配置は、電圧感知素子４６においても適用され得る。
【0034】
図７は、従来技術のように従来のブースト回路トポロジー版のブロック回路図を示す。これは、図５と同じスタイルの切替調整器での実装である。一部のＬＥＤ電力制御では、このようなブースト回路を利用する。従来のブースト回路は、場合によっては、入力制御レベル指令信号上のパルスに応答して高電力パルスを提供し得る。しかしながら、より低い一定の出力レベル範囲では、制御分解能が低下する。電流システムは、動的範囲の迅速な切替を行い、より高い電力のパルス調整範囲で良好な応答及び制御を依然として提供しながら、低範囲において微細な制御分解能を達成する。フィードバック・ループ（又は複数のループ）に制御された１つ又は複数のスケーリング・ネットワークを適用する（又は、上記で記載した感知素子又は素子の配置上で異なる比例信号タップ接続へ切り替えることができる）方法により、１つの一次調整出力レベルから大幅により高い調整出力レベルへ移行させ、再び戻す目的で、調整電力範囲を迅速に変更することが可能となる一方で、一次レベル出力範囲で最大のフィードバック分解能を維持する。能動素子は、従来の電流感知素子からの信号を、調整回路の残りと合流する前に、スケール変更ネットワークを介して、切り替えるために使用する。この方法では、高効率で、十分に調整され、速い立ち上がり及び立ち下がり、矩形の平均ピーク値波形、単一のＬＥＤ又は複数のＬＥＤの組合せに高電力レベルまで電力供給する電流パルスを生成する能力をもたらし、一定の照明レベルと、より高い出力、パルス持続時間照明レベルとの間の移行をもたらす。
【0035】
【0036】
従来のＬＥＤ制御回路には、回路が、出力に影響を与えるように電流を調節している、又は出力に影響を与えるようにスイッチ及びインダクタ素子からの感知電圧若しくはフィードバックを調節している場合に、電流を感知する可能性のある感知素子がある。現在の技術革新では、制御されたスケーリング・ネットワークを採用して、信号が切替調整器によって受信される前に、感知素子からの信号を遮断且つ伸縮する。システムは、「入力制御範囲スケール指令信号」６２及び／又は「入力制御レベル指令信号」６６に基づいてネットワークを制御する。
【0037】
例えば、「入力制御範囲スケール指令信号」６２（図６又は図８）は、カメラ・シャッターが開いているという信号に応答して反応し得る。カメラからのそのような入力に基づいて、スケーリング・ネットワークは電流感知信号を遮断且つ伸縮し回路を「だまして」電流感知素子がそうでなければ要求している電力よりも数倍大きい電力のパルスを送達する。パルスの持続時間は、被写体から戻る光、プログラム可能な制御器からのクロック・タイマ若しくはプログラムされたインターバル信号、又はカメラ・シャッターの持続時間信号を検出することを含むが限定されない、いくつかの異なる方法のいずれでも制御することができる。
【0038】
上述した好ましい実施例は、本発明の原理を例示するためのものであるが、その範囲を限定するものではない。これらの好ましい実施例に対する他の実施例及び変形形態は、当業者には明らかであり、以下の特許請求の範囲に定義されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく作成され得る。
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力調整器からの電力出力を感知し、前記電力調整器へのフィードバック制御信号を生成する電圧感知素子及び電流感知素子を含む調整回路を有するＬＥＤ又はＬＥＤアレイを備える自己完結型電力供給照明器具であって、前記回路内のモード切替手段により、前記ＬＥＤアレイは、前記フィードバック制御信号を変更することにより、前記ＬＥＤ又はアレイに対する連続モード最大入力電力までの一次連続モード、又はパルス・モードで動作することが可能であり、前記パルス・モードでは、同じＬＥＤ若しくはアレイ又は前記ＬＥＤアレイの一部は、一次連続照明モードで最大フィードバック制御分解能を維持しながら、前記回路を利用して、連続モード最大入力電力よりも高い入力電力でパルスの持続時間の、より高く調整された出力光レベルまでパルスが流され、前記モード切替手段は、前記モード切替手段が接続されると、フィードバック信号のゲインが前記感知素子が変更される値と同じになるように比例的に変更され、より低いフィードバック信号の値が、前記ＬＥＤ又はアレイへの入力電力が前記パルス・モードについて増加するように、前記電流感知素子、前記電圧感知素子、又は、前記電流感知素子及び前記電圧感知素子の両方からの縮小されたフィードバック制御信号を生成する信号フィードバック・スケーリング手段による範囲のスケーラを含む、自己完結型電力供給照明器具。
【請求項2】
前記連続モード最大電力は、少なくとも５０００ルーメンを生成する、請求項１に記載の照明器具。
【請求項3】
前記ＬＥＤはチップ・オン・ボード(ＣＯＢ：ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）ＬＥＤアレイを備える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項4】
前記パルスの持続時間の出力光レベルは、前記ＬＥＤアレイへの入力電力で、前記連続モード最大値の４倍以上である、請求項１に記載の照明器具。
【請求項5】
前記信号フィードバック・スケーリング手段は、前記回路において前記感知素子から１つ又は複数のフィードバック制御信号を受信し、且つより低いフィードバック信号が前記パルスの持続時間、前記複数のＬＥＤの出力をより高い出力へ上昇させる電力調整器へ送られるように前記フィードバック信号をより低い値に縮小する少なくとも１つのスケーリング・ネットワークを前記回路に備える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項6】
前記ＬＥＤ又はアレイにパルスを流すことが入力制御信号によって開始される、請求項１に記載の照明器具。
【請求項7】
前記入力制御信号はカメラ・シャッターの開放からのものである、請求項６に記載の照明器具。
【請求項8】
前記照明器具を保持するための取っ手を形成する電池ケーシングに収容された再充電可能な電池をさらに含み、前記ケーシングは、前記電池ケーシング及び照明器具がライトスタンド又は三脚に取り外し可能にされることを可能にする受容素子を有する、請求項１に記載の照明器具。
【請求項9】
前記電池ケーシングは充電ポートを有し、前記照明器具から外されたときに前記電池は遠隔で充電することができる、請求項８に記載の照明器具。
【請求項10】
天候に対して封止されている同一平面上のＬＥＤ及び駆動器アレイを備える前記複数のＬＥＤ及び前記回路を収容するライトヘッドであって、設置時に耐候性シールとなる前記ライトヘッドの外側に装着される光学素子を含むライトヘッドを備える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項11】
前記複数のＬＥＤ及び前記回路を収容するライトヘッドを備え、耐候性ケーシングに再充電可能な電池パックをさらに備える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項12】
前記ライトヘッドは、ユニバーサル・サービス・バス－Ｃ（ＵＳＢ－Ｃ）ケーブルを使用して前記電池に接続する、請求項１１に記載の照明器具。
【請求項13】
前記再充電可能な電池パックは、少なくとも３０ワット時間の容量を有する、請求項１１に記載の照明器具。
【請求項14】
前記ライトヘッドは、前記複数のＬＥＤからの光を集束又は拡散するために前記複数のＬＥＤに近接して光学系を取り付ける周囲バヨネット・マウントを有する、請求項１１に記載の照明器具。
【請求項15】
前記ライトヘッドは、前記複数のＬＥＤ及び前記回路を保持する熱伝導板の裏側へ、ろう付け又は他の方法で熱的に取り付けられた発泡金属マトリックスを有して、前記ヒート・シンクの空冷のための大きな表面積を提供する、請求項１１に記載の照明器具。
【請求項16】
前記ＬＥＤ又はアレイにパルスを流すことは、カメラ・シャッターの開放からの入力制御信号によって開始され、前記回路は無線通信を使用して前記カメラ・シャッターと同期する、請求項１に記載の照明器具。
【請求項17】
前記のより高く調整された出力レベルに対してより高い電力蓄積を可能にするコンデンサを前記調整回路にさらに備え、より高電力のパルス光のバーストを支える、請求項１に記載の照明器具。
【請求項18】
前記信号フィードバック・スケーリング手段は、従来の固定値感知素子から来る信号のレベルを伸縮するために、信号レベル能動スイッチ配置及び物理的により小さい信号レベルの受動構成要素のネットワークを含み、能動信号レベルの能動スイッチ配置が係合されるとき、フィードバック信号利得が変更され、変更される前記感知素子の特性値と同等になる、請求項１に記載の照明器具。
【請求項19】
前記信号フィードバック・スケーリング手段は、前記感知素子上に複数の信号接続タップ位置を含み、信号レベルのスイッチ回路が前記感知素子の選択されたタップ位置に接続することを可能にし、可能でない場合に、前記モード切替手段が接続される前に、フィードバック制御信号に比例するフィードバック信号を迅速に減少させることを容易にする、請求項１に記載の照明器具。【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６Ａ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図6A】
【国際調査報告】