概要
マクロレンズ用のLED照明を作るにあたり、2種類のLED構成と、2種類の駆動回路を試してみた。要件としては以下を考えた。
- 単三または単四の乾電池 (NiMHまたはアルカリ) 2本。
- 撮影倍率が等倍～0.5倍程度のとき、撮影範囲が手持ちで撮れる程度に明るいこと。
- 電池のモチは、延べ30分間程度あればいい。
ふつうに撮影するならフラッシュをRCモードで使えばいいので、あまりLED照明の必要は感じないのだけど、フォーカスブラケットを使うときは１コマ目の前のピント合わせから連写中もずっと照らしていてくれないと困る。
LED照明の試作その１
当初は、以下のような高輝度白色LEDを円周状に8本並べた構成で大丈夫だろうと考えていた。プラ板を丸く切り抜いてドリルで穴をあけ、LEDを差し込んでセメダインで固定し、レンズ側に出ているLEDの脚をすべて並列に空中配線している。
このままレンズやフィルタの前に着けたのではピントリングを回すときに配線が指にあたるから、ねじ込み式のフードに仮留めした。工作には2時間もかからなかった。
白色LEDには、OptoSupply社の OSW54KB61Aというのを使っていて、照射半減角が60°と広角で、IF=30mAのとき10カンデラという光度をもつ。10カンデラはロウソク10本分と同等ということで頼りなげに感じるが、8本束ねて10cm程度先を照らすのであれば（人の目には）十分な明るさだろう。
残念ながらこの構成は近接撮影には使えなかった。それぞれのLEDの光束のうち、レンズの中心(光軸)側に1/2ずつ貢献してくれて中央から周辺まで均一に明るくなるだろうという目論見だったのだけど、照射面をほぼ均一の明るさにするためには、LED先端から11～12cmほど離す必要があった。上の写真から分かるように、レンズ先端からLEDの先までには更に30mmほどの距離があるので、等倍撮影にはとても使えない。
先日作った照度計測アプリケーションも使ってみた。TSL2561を光軸の中心におき、カメラを上下させてLx値が最大となる距離を測ってみたところ、やはりLED先端から11～12cmで約4200Lxだった。そのとき撮影したものを載せておく。
センサーが載っているブレイクアウトボードの縦方向の長さが約20mmなので、上の画像から計算すると倍率約0.5倍といったところ。レンズはMZD60mmマクロを使っており、上のような小さな基板やモジュールを写すには役に立ちそうである。
撮影時には、ルクス値の読み取り後にNikonの18%標準反射板を置いてスポット測光してAEロック。もう一度中央にセンサーが来るように置いてレリーズした。露出パラメータはISO200、絞りf/5.6、1/40秒だったから、手持ち撮影でも悪くはないだろう。
こういったLED構成でより近接撮影を可能にするためには、LEDをプラ板に垂直ではなく光軸に向けて取り付ければよいだろう。10個で250円のLEDと、プラ板くらいしか材料費はかからないから、時間があればまたトライしてみる予定。だけど、空中配線とLEDの足の始末をなんとかしないと怖くて外では使えない。
LED駆動回路
LED駆動用のICやモジュールはいろいろと出ているが、乾電池2本(2.4～3.2V)で駆動できて使いやすそうなものを物色してみると、CL0118BというICが見つかった。トランジスタのような形状(TO92パッケージ)でハンダ付けも容易そうである。データシート（のようなもの）によれば、このICに47μHのコイルを組み合わせるだけで、並列に7本接続した白色LEDを点灯できるとのことで、8本でも点灯しました。
また、データシートには電源電圧2.6V時に電源から370mA流れ、並列7本の白色LEDに対して185mA流れると書いてある。1本あたり平均26.4mA。LEDのVF=3.1Vとすれば、効率60%強ということなる。
コイルの起電力を利用したDC-DCコンバータ
CL-0118Bのデータシート（のようなもの）には、下図の(2)のような回路が載っているが、コイルを使った昇圧回路のよくあるモデル図は(1)である。動作の理屈については、TDK社の技術読み物(テクマグ)などに書いてあるように、(1)のSW1をオン／オフしてやることで、コイルに生じる起電力によって電源電圧よりも高い電圧を発生する。
(2)の回路にモデル回路のようにショットキーバリアダイオード (SBD) とコンデンサを追加したものが (3)の回路。モデル図でのSW1がオンでコイルが電流を邪魔している間、コンデンサの放電によって点灯状態を維持するようになっている。
上に掲げた試作1での撮影時には、(3)の回路を使い新品の単四アルカリ乾電池2本を電源とした。
HT7733Aを使った構成
CL0118Bと似たような動作をしていると思われる、HOLTEK社のHT7733Aには立派なデータシートが用意されており、内部構成も推奨アプリケーション回路も掲載されている。こちらは3.3V出力時に200mA程度の出力が見込める。
仕様によれば、200kHzでスイッチングしているようである。AC100V用の明るいLEDランプをたくさん使っている部屋(小ホールなど)でデジカメを使おうとすると、EVFに緑色のシマシマが見えたりして焦るのだけど、200kHzならば当然そういう心配もない。
このデバイスについては、周辺に必要なコイル、コンデンサ、ダイオードを8ピンDIPサイズにまとめた秋月電子の製品があるのでほとんど何もせずに利用することができる。
上に載せたLED8本の簡易照明をこのデバイスで駆動してみると、照度センサーの値は5200ルクスほどになった。つまり1000ルクス明るくなったことになる。標準反射板をおいてみると、カメラはf/5.6で1/50秒(ISO200) ですよ、と表示した。ルクスと露出パラメータ(EV値)の関係も導いてみたいところだが、それについて後日。
LED照明の試作その2
試作１により、高輝度白色LEDを使って近接撮影用の照明をこしらえるときは、LED単体の輝度もだが、照射角がとても重要という知見が得られたので、より明るくてより照射角の広いLEDとして、1Wクラスの白色パワーLEDを使うことにした。アルミ製の放熱基板にハンダ付けされた製品を使うことにし、この製品を組み付けるときに便利なリフレクターキットも同時に使ってみた。LEDとリフレクターあわせて450円。
駆動回路は、試作1のCL0118B の出力を平滑化する回路を用いて、LEDは並列2本構成とした。小抵抗をはさんで雑に測ってみたところ、おのおののLEDには100mA程度流れているようだった。LEDの実力の1/3でしかないのだけど。
フィルタ径を変換するための49mm-77mmのステップアップリングに、リフレクターを装着した2つのパワーLEDと駆動回路を装着。リフレクターの基部をリングのエッジを利用して傾けてあるので、光束は光軸方向を向いている。
対象とするレンズのフィルタ径は46mmだが、46-77mmなんていうステップアップリングは売っていなかったので46-49mmも同時に使う。スイッチの代わりに抜き差しするため、駆動回路からは2.1mmのDCジャックをぶら下げておいた。相方はDCプラグ付きのバッテリスナップを想定。
OM-D E-M5II + MZD60mmに着けたところ。単三電池2本用の電池ボックスは、アクセサリシューに載せられるようにした。
バッテリスナップ用単三3本の電池ボックスをちょっと改造し、ホットシューマウントアダプタを取り付けた。NiMH電池を2本いれた状態で、マウントアダプタやケーブル込みで95グラムだから、小さなフラッシュを載せるより軽いが、弱点は水だろう。
きょうのまとめ
試作その2をMZD60mmの先に装着して使ってみたが、等倍まで寄ったとき、中央部の明るさは約10,000～12,000ルクスに達した。標準反射板を置いたときの露出パラメータは、f/5.6で1/60秒 (ISO200) だった。等倍でデバイスを写すならば、これで十分である。
パワーLEDリフレクターキットはしっかりした製品なのだが、傾けて固定するような使い方は想定されていないから、ちょっとした衝撃やネジを締める強さなんかで破損してしまう。もうひと工夫必要なようである。
パワーLEDを2個使えば十分な明るさが得られることは分かったので、次の試作では、各LEDに専用の駆動回路を用意して余計に電流を流す構成を予定しており、LEDリフレクターの取り付けについても改善したい。
そういえば、前シーズンの冬の夜に強力LEDペンライトでフユシャクの♀を照らしたところ、そそくさと逃げ出したことを思い出した。強力LED照明が完成したとしても、交尾の動画や等倍での撮影なんて許してくれないんじゃなかろうか、と心配しているところ。