ＬＥＤマクロ照明　制作：2007-11-26〜2008-02-09

高輝度ＬＥＤを使用した照明を作ります。マクロ撮影用のレンズの周囲に取り付けるリング上のストロボは高価なのと動画用には使用できないので自作してみることにしました。

ＬＥＤは秋月電子で売っている物の中で一番高輝度な物を使ってみます。


５個入りだったので素子のばらつきを計測してみました。電源電圧３．９Ｖ、抵抗は１０Ω。点灯直後はあまり電流流れませんが、少しずつ流れる電流が増加していくので全て同じタイミングで計測しました。３６．９〜２８．２ｍＡまでだいぶばらつきました。直視できないので輝度の違いはわかりませんが、たぶん違うのでしょう。５個で￥３００でした。




５個直列に接続して点灯。


５個でもそれなりに使えます。


たくさん付ければ、ＭＯＶＩＥ撮影時の照明としても使えそうです。たくさん付けると近距離の時に真っ白けになるので調光機能も付けることにします。
５個での実験結果　＜−ＭＯＶＩＥ

切れるまで電流流してみました。流せば流すほど明るくなる物と思いましたが６０ｍＡあたりが一番明るく、そこから１００ｍＡあたりまでは殆ど同じ輝度。更に流すと逆にかなり暗くなり。２００ｍＡ付近で切れました。調光器は１ｍＡ〜５０ｍＡまで電流調整できる仕様にします。切れたあとのＬＥＤの順方向電圧を計測すると右の写真の通り。壊れるとショートするようです。直列につなぐと誘爆する可能性有りです。


回路図です。ＬＭ３１７で電流制限して、カレントミラー回路で各ＬＥＤに流れる電流を同じにする仕組みです。


調光器のボリュームを回したときの電流の変化をグラフにしました。横軸がボリュームの抵抗値、縦軸が電流[ｍＡ]です。電流がリニアに変化してくれません。Ａカーブの物を使えばもうちょっと改善されるかもしれませんが、何だかいまいちです。


回路を考えるよりソフトでコントロールした方が早そうなので、点灯、消灯を高速で切り替える方式に変更。撮影用なのでシャッタースピードよりも十分早く点滅するようにしないといけません。点灯している時間と消灯している時間の比率を３０段階くらいに調整可能にします。流れる電流とデジタルカメラのＣＣＤが感じる明るさがどのように対応しているのか不明なのでソフトで制御した方が融通が利きます。


２列に配列すると６０個近く並べることが出来そう。ＬＥＤは１個￥６０なので￥３６００にもなる。


カレントミラー回路の実験。２個直列のＬＥＤと３個直列のＬＥＤが同じ明るさになるか実験してみた。３個直列の方は５ｍｍ、と３ｍｍのＬＥＤの組み合わせ。３ｍｍのＬＥＤはだいぶ暗いが流れている電流は同じ。


輝度を７セグメントＬＥＤに表示するようにしようと思ったが複雑すぎるので没にした。


再度カレントミラー回路の実験。抵抗値は２２Ωと決定。電流は１経路あたり５０ｍＡ。輝度はロータリースイッチで変更する方式にする。ＰＩＣもＰＩＣ１２Ｆ６７５に変更。


頭の部分を削ると光が拡散してくれる。マクロ照明ならこの方がいい。


買い出しに行ったら小さなボリュームが手に入ったのでロータリースイッチ方式は止めた。電源をボリュームで分圧してそれをＡ／Ｄコンバータの入力にして明るさを調整することにする。


ボリュームで明るさを調整しているの図　＜−ＭＯＶＩＥ（点滅周波数３１０Ｈｚなのでちょっとチカチカしているのがわかる）

シャッタースピードを最大にして何枚か撮影し点滅速度が十分であるかの確認。点滅速度が十分速くなければシャッターを押すタイミングによって明るさの違う写真が撮れるはずだ。これは約１ｋＨｚで点滅している。シャッタースピードは１／４００秒。



６０個近いＬＥＤをひたすら並べる。


並べるのに１０時間近くかかった。ボリュームとＰＩＣなど一部の部品を別基板にした。


リングの中心を向くように部品を回転させるのが面倒なので、こんな使い捨てＵＬＰを書いて角度を付けた。殆どの場合、使い捨てのプログラムを書く手間のほうが手動でやっつける手間よりも大きかったりするが、やり直しが必要になったときはプログラムを書いておく方がずっと手間が小さくなる。

real genten_x = 50.0;
real genten_y = 40.0;

real rot_mirror;
real rot_normal;

output("led.scr", "wtD" )

board(B) {
  B.elements(E) {
    rot_mirror = atan((u2mm(E.y)-genten_y)/-(u2mm(E.x)-genten_x))*180/PI;
    rot_normal = atan((u2mm(E.y)-genten_y)/ (u2mm(E.x)-genten_x))*180/PI;
    if( u2mm(E.x) < genten_x ) {
      rot_mirror = rot_mirror + 180;
      rot_normal = rot_normal + 180;
    }
    if( (strsub(E.name,0,1) == "R") || (strsub(E.name,0,1) == "Q") || (strsub(E.name,0,2) == "IC") ) {
      printf("rotate =MR%f '%s'\n", rot_mirror + 90, E.name );
    } else {
      printf("rotate  =R%f '%s'\n", rot_normal + 90, E.name );
    }
  }
}

片面では配線できなかった。ＬＥＤのピン間を抜けば配線できるのだが流す電流を考えると配線をあまり細くできないのでジャンパー線でつなぐことにした。両面基板でもいいが片面基板＋ジャンパーの方が手っ取り早い。赤いのがジャンパー線。内側と外側を橋渡しするようにジャンパー線を配線する。


ホームセンターでこんな物を見つけた。肉厚の塩ビ管なので上水道用のものだろうか？この中に入れることにする。ちょっと小さいので更に密にレイアウトしないとこの中に収まってくれない。今のレイアウトの直径は７２ｍｍ、塩ビキャップの直径は７０ｍｍちょうど。ＬＥＤのサイズは６ｍｍよりちょっと小さいので、それも考慮に入れて徹底的に詰めないと入りそうにない。


年末なので電気工作のゴミを捨てた。レジ袋の一番小さい物にほぼ一杯になた。


また更に１０時間以上かけてレイアウトのやり直しをすることになった。ほぼ完成したパターン。２カ所変なところ（左下）に配線してあるがこれは不要な部分をべた塗りするために小細工。最終形は更にボリュームを取り付ける基板を扇型にレイアウトし直している。


感光剤が新しくなった基板。現像はうまくいっているように見えるが．．．


所々エッチング不良が発生。銅色に光っている部分がそれ。この部分はわずかに感光剤が残っていてエッチングされずに残っている。現像時点では銅色に見えているので現像できているように見えるため発見できない。微細パターンに対応できるように感光剤が変わったとのことだが、逆にかなり神経質になってしまったような気がする。


これはマスクパターンの写真ではなく、エッチング後の基板に光をかざして撮影した物。プリンターの紙送りの痕まできれいに再現されている。以前の感光基板より微細パターンに対応できるようになったのは確かなようだ。


外周部はギロチンで荒く切り落として旋盤でリング上に整形します。外周部は普通に削ればＯＫですが、内側は突っ切るようにして切断します。


チップ抵抗とトランジスターを半田付け


見えなくなってしまう部分なのですが、円弧部分の仕上げは捨て板に基板をネジ止めして旋盤で削ります。


ＬＥＤ半田付け開始


カメラが１台しかないので取り付けた状態を鏡に映して撮影


配線終了


点灯させてみた。至近距離だとリング状になってしまう。トイレットペーパー１枚を被せてやると暗くなるが光は拡散してくれる。


レンズに付けて近距離撮影してみた。


ＭＯＶＩＥでも使ってみた　＜−ＭＯＶＩＥ

調光器基板を旋盤で削る


部品を半田付け


プログラムを書き込み


アダプターは大きく邪魔になるコネクターを切断して直結


水道管のキャップからケースを削りだし。分厚いので内側をかなり削り込まないと入りません。


切り子が大量に出ます。最終的にはこれの倍の量になりました。


コントローラー回路はこんな収まり方です。


配線してつまみを付けて完成。


調光の様子　＜−ＭＯＶＩＥ

光を拡散させるためにコピー用紙を仮止め


ストロボと違って陰が殆ど出来ません。ちょっと色が青っぽいですが、ホームページ用なので形状がはっきり判れば問題なし。ＩＣの文字はレーザーマーキングなのできれいに撮影できないことが多いのですがきれいに写っています。


乳白色のリングを作成。


取り付けたところ。手前にあるＬＥＤが１個だけ暗いのは設計ミスによる物。上の実験の通り過負荷のためかえって暗くなっている。いずれ切れるかもしれない。直すの面倒なのでこのまま壊れるまで使います。リングは取り外すことを考慮してセロハンテープで固定しただけにしてある。


撮影が難しい光り物は、これを使っても難しい。ＬＥＤの写り込みがかなりある。


これも撮影が難しいプリント基板。左がＬＥＤライトを使った物。シャッタースピード１／８０秒。右は自然光（ＰＭ２：００頃）＋蛍光灯。シャッタースピードは１／４秒。ぶれなかったのはレンズを机に着けて撮影したため。


回路図　＜−ＧＩＦファイル（ＬＥＤ３４，４３，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｒ１５の部分は設計ミスなので参考にしないこと　このままだとＬＥＤに電圧かかりすぎです）

ＥＡＧＬＥ回路図＆プリント基板パターン

調光プログラム　＜−ＭｉｋｒｏＢＡＳＩＣソース＆ＨＥＸファイル

早くも壊れた　＜−ＭＯＶＩＥ　設計ミス部分が原因でＬＥＤ２個が、この後５分後に昇天した。

ＬＥＤの代わりにツェナーダイオードを入れました。ツェナーダイオードの定格は０．５Ｗなので６．８Ｖ×５０ｍＡ＝０．３４Ｗとなり、大丈夫なはず。そもそも、この列にダイオードを2個しか入れていなかったのはレイアウト上２個しか入らなかったというのと、２ＳＣ３３２５のＶｃｅＳＡＴ分の電圧降下があるので大丈夫なんじゃないの．．．とかいういい加減な設計だったのだ


念のため実験してから、修理完了。