CN110168277A - 具有发光二极管和变化透镜的阵列 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种发光二极管阵列模块（50），其包括至少两个发光二极管（10）和透镜（55），其中透镜（55）包括一个公共透镜区段，其中该公共透镜区段包括至少部分地包围垂直于透镜（55）的轴的多个节段（56），其中该节段（56）成形透镜（55）的不均匀表面，其中发光二极管（10）被布置成照射参考平面中的至少两个非重叠的目标区域（112、113、122），并且其中节段（56）被布置成使得至少一个发光二极管（10）照射目标区域（112、113、122）中的一个相应目标区域（112、113、122）。本发明还描述了一种闪光灯，其包括至少一个发光二极管阵列模块（50）。

Description

具有发光二极管和变化透镜的阵列

技术领域

本发明涉及一种具有发光二极管和变化透镜的阵列。本发明还涉及一种包括LED阵列模块中的一个或多个的闪光灯。

背景技术

自适应闪光灯需要比常规闪光灯更高的束成形控制，以便将通量引导到场景的特定区域中。实现这一点的一种方法是具有小LED的阵列和每LED的不同光学器件（透镜阵列）。虽然这可能使厚度保持小，但是需要更大的横向面积来容纳所有透镜。对于空间受限的使用（诸如移动电话闪光系统），这个更大的面积通常不是可接受的。

发明内容

本发明的一目的是提供一种具有减小的横向面积的发光二极管（LED）阵列模块，其特别适用于移动电话的闪光灯。

在独立权利要求中描述了本发明。从属权利要求包括优选实施例。

根据第一方面，提供了一种发光二极管（LED）阵列模块。该LED阵列模块包括至少两个发光二极管和透镜。透镜包括一个公共透镜区段。公共透镜区段包括至少部分地包围垂直于透镜的轴的多个节段（section）。该节段成形透镜的不均匀表面。发光二极管被布置成照射参考平面中的至少两个非重叠的目标区域。该节段被布置成使得至少一个发光二极管照射目标区域中的一个相应目标区域。目标区域是相同大小的。

与其中将不同的透镜区段分配给相应的LED的透镜阵列相比，公共透镜区段能够实现横向尺寸的减小。透镜可以是例如菲涅耳透镜或部分TIR透镜或其组合。可以特别优选地是菲涅耳透镜是折反射（catadioptric）菲涅耳透镜。节段可以是围绕轴布置的环结构，或者可以仅包括这种环结构的扇区。在闭环结构的情况下，环结构可以优选地是旋转对称的（例如圆形，或者任何种类的离散旋转对称，比如椭圆形、二次形状等）。公共区段的节段被布置成使得由LED中的一个发射的通量被主要成像到相应目标区域，以便能够实现场景的均匀光照。因此，与围绕相应目标区域的目标区域相比，相应目标区域接收基本上相应LED的通量中的更多。因此，透镜被布置成使得通过确保与由周围目标区域从LED接收的光相比，由相应目标区域从同一LED接收的光被增加，来增加光分布的对比度。该节段提供变化的轮廓（不均匀的表面），其中轮廓可以取决于节段到轴的距离。

至少两个LED可以是包括至少两个区段的分段或多结LED。

可以将一个LED成像到一个相应目标区域。可替换地，可以将两个、三个或更多个LED成像到相同的目标区域。可以存在两个、三个、四个或更多个目标区域。参考平面中的目标区域描述了由LED发射的光被成像到的立体角。因此，目标区域的尺寸和到参考平面的距离描述了可以借助于LED阵列模块照射的视场。例如，参考平面可以被布置在距透镜1 m的距离处，并且目标区域可以具有至少400 mm乘400 mm的尺寸。例如，在圆形或旋转对称透镜的情况下，轴可以是光学轴。

该节段的至少一部分可以包括通过峰结合的内侧表面和外侧表面，其中内侧表面或外侧表面中的至少一个相对于轴的取向取决于峰和轴之间的距离而至少在到轴的限定距离内改变。

改变节段中的一部分节段或全部节段的内侧表面和/或外侧表面的取向（例如，相应侧表面相对于公共平面中的轴的角度）能够实现对于由LED发射的光的定制成像。在径向对称透镜的情况下，限定的距离可以例如跨透镜的一部分或整个直径延伸。

内侧表面、外侧表面和峰可以限定节段中的至少部分的三角形截面，该三角形截面包括通过峰结合的内侧表面和外侧表面。远离峰的外侧表面和内侧表面的端点可以例如通过包括轴的平面中的直线虚拟地连接。

三角形截面的内侧表面可以相对于垂直于轴的平面围成一角度。该角度可以随着到轴的距离的增加而减小。该角度可以随着每个节段而减小，或者节段中的两个、三个或更多个可以与轴围成相同的角度。

节段可以在包括轴的平面中提供类似锯齿的截面。每个齿被三角形截面表征，其中三角形的侧边可以是直的或弯曲的。三角形截面可以例如被三个内角表征，其中内角的总和是180°。在这种情况下，虚拟三角形的侧边可以是直的。可替换地或附加地，节段中的一部分可以包括在包括轴的平面中弯曲的内侧表面或外侧表面。

节段可以围绕轴闭合，以便成形如上面描述的环结构。

节段可以相对于轴旋转对称。节段可以是例如同心环结构或椭圆环结构，其中轴被布置在椭圆的两个轴的中心点处。

至少两个发光二极管可以被布置在垂直于轴的平面中。透镜可以被布置成取决于第一发光二极管到第一相应目标区域的轴的距离来对由第一发光二极管发射的光进行成像。第一相应目标区域可以被布置成相对于透镜的中心与第一发光二极管点对称。

透镜并且尤其是节段可以被布置成使得由参考平面中的所有目标区域接收并且由至少一个发光二极管发射的通量的至少15%、更优选地20%由相应目标区域接收。由相应目标区域接收的通量是由相应目标区域的相邻相同大小的目标区域从至少一个发光二极管接收的通量的至少130%，更优选地至少150%。

透镜并且尤其是节段能够实现相应目标区域和分配给除了至少一个发光二极管之外的、被布置在相应目标区域周围的目标区域之间的增加的对比度。可以优选的是，相应目标区域接收由参考平面中的所有目标区域接收的通量的至少30%，并且其中由相应目标区域接收的通量是由周围或邻近的目标区域中的任一个接收的通量的至少170%或甚至200%。

发光二极管可以以规则的阵列图案布置。发光二极管可以例如以矩形图案布置。发光二极管中的一个的中心可以被布置在轴上。

中心被布置在轴上的发光二极管可以被布置在阵列的中心处。其他LED可以围绕中心LED以矩形或六边形图案布置。轴上的LED可以可替换地或附加地由圆形LED围绕。

根据另一方面，提供了一种闪光灯。该闪光灯可以包括如上面描述的一个、两个、三个或更多个发光二极管阵列模块。

应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任何组合。

下面定义其他有利实施例。

本发明的这些和其他方面根据下文描述的实施例将是清楚明白的，并且将参考下文描述的实施例进行阐述。

附图说明

现在将参考附图基于实施例以示例的方式描述本发明。

在附图中：

图1示出了常规LED阵列模块的截面的主要简图

图2示出了由常规LED阵列模块的中心LED发射的光的光线跟踪模拟

图3示出了由常规LED阵列模块的角LED发射的光的光线跟踪模拟

图4示出了角LED在参考平面中的通量

图5示出了LED阵列模块的第一实施例的截面的主要简图

图6示出了LED阵列模块的第一实施例的俯视图的主要简图

图7示出了第一实施例的中心LED在参考平面中的通量

图8示出了第一实施例的侧LED在参考平面中的通量

图9示出了第一实施例的角LED在参考平面中的通量

图10示出了LED阵列模块的第二实施例的截面的主要简图

在附图中，相同的数字始终指代相同的对象。附图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

现在将借助于附图描述本发明的各种实施例。

图1示出了常规LED阵列模块40的截面的主要简图。常规LED阵列模块40包括九个LED 10，其以规则的矩形3×3图案布置在与标准圆对称的菲涅耳透镜41（另参见图6）平行的平面中。跨3×3阵列的第二列截取截面。列布置在y轴2上或与y轴2平行，并且阵列的行布置在x轴1上或与x轴1平行。该截面示出了y轴2和z轴3的平面。

图2示出了由常规LED阵列模块40的中心LED发射的光的光线跟踪模拟。中心LED是图1中示出的处于中间的LED 10。光线跟踪模拟示出由中心LED发射的光中的大部分被聚焦或成像到目标区域，该目标区域被布置在参考平面中的所有目标区域的中心处（与关于图7示出和讨论的相似）。

图3示出了由常规LED阵列模块40的角LED 31发射的光的光线跟踪模拟，该角LED31被布置在常规LED阵列模块40的第三列和第一行中（如图6中示出的阵列中的LED的布置）。角LED 31被布置在3×3阵列的右上角。由角LED 31发射的光应当借助于标准菲涅耳透镜41成像到角LED 31的目标区域113，目标区域113被布置在参考平面中的左下角处，如图4中示出的。图4示出了角LED 31在参考平面中的照度分布的模拟图像231，该参考平面在此示例中被布置在相对于标准菲涅耳透镜41的表面的1m的距离处。图4示出了常规LED阵列模块40的预期视场。该视场包括彼此相邻布置的九个目标区域，其中每个目标区域对应于LED阵列中的一个LED（或者每个LED被分配给一个相应目标区域）。在模拟图像231的右侧处提供的数字指示目标区域113沿参考平面中的y轴2的大小。在模拟图像231下方提供的数字指示目标区域113沿参考平面中的x轴1的大小。目标区域在1m的限定距离处的参考平面中的大小限定了相对于阵列中心的立体角。图像或图案的亮度随着参考平面中的相应位置处的通量的增加而增加。模拟图像231示出了由角LED 31发射的通量中的大部分在视场的中心附近被接收并且因此在分配给角LED 31的目标区域113之外。因此，由常规LED阵列模块40提供的通量在参考平面中不均匀地分布。

可替换的布置可以是提供菲涅耳透镜的阵列，其中一个菲涅耳透镜与一个LED对准。这样的布置将改善预期场景的光照，但是同时将增加常规LED阵列模块40的横向延伸，因为每个LED需要与具有适配的成像属性的单独透镜区段对准。

图5示出了LED阵列模块50的第一实施例的截面的主要简图。一般配置与关于图1所讨论的配置相似。在这种情况下，LED阵列模块50包括是菲涅耳型透镜的透镜55，其包括围绕轴布置的多个旋转对称节段56（参见图6），其中在这种情况下轴与z轴3相同。节段成形或提供透镜55的不均匀表面，其中在此实施例中，不均匀表面被布置在LED 10附近。每个节段56（除了中心节段之外）包括被布置在更靠近轴的内侧表面和被布置在更远离轴的外侧表面。内侧表面通过峰与外侧表面结合。因此，不均匀表面的截面包括类似锯齿的结构。锯齿相对于轴的取向在距轴的限定范围内改变，以便将阵列的每个LED 10成像到相应目标区域112、113、122。至少部分地由锯齿的取向确定的节段的折射和反射（全内反射）属性与LED对准，透镜55的相应部分从该LED接收大部分光（参见图2和图3中的光线跟踪模拟）。

图6示出了LED阵列模块50的第一实施例的俯视图的主要简图，其中9个LED以规则的矩形阵列布置在透镜55下方的平面中。LED 11被布置在阵列的第一列和第一行中（左上角）。LED 32被布置在阵列的第三列和第二行中。中心LED 22被布置在阵列的第二列和第二行中。LED 22的中心还被布置在LED阵列模块50的轴上，在这种情况下，LED阵列模块50的轴也是透镜55的光学轴。

图7示出了第一实施例的中心LED 22在参考平面中的模拟通量。图像或图案的亮度随着通量的增加而增加。3×3阵列的中心LED 22的图像222与中心LED 22的相应或对应的目标区域122完美对准，其中中心LED 22的对应目标区域122被布置在LED阵列模块50的预期视场的中心处。因此，透镜的修改基本上不影响由中心LED 22在场景的相应立体角中发射的光的成像。

图8示出了第一实施例的侧LED 32在参考平面中的通量。侧LED 32被布置在3×3阵列的第三列和第二行中。侧LED 32的图像232与侧LED 32的相应目标区域112对准。

图1中示出的标准菲涅耳透镜41将对靠近视场的中心的通量中的大部分进行成像，使得与分配给侧LED 32的目标区域112相比，目标区域122将接收多得多的通量。

图9示出了LED阵列模块50的第一实施例的角LED 31在参考平面中的通量。角LED31被布置在LED阵列模块50的第三列和第一行中，与上面关于常规LED阵列模块40以及图3和4所讨论的相似。图4与图9的比较示出了由角LED 31发射的多得多的光在分配给角LED31的目标区域113（目标区域被布置成相对于透镜55的中心与分配的LED点对称）中接收到。因此，由LED阵列模块50提供的通量被布置成在视场中提供基本上均匀的通量，在这种情况下该视场由九个相同大小的目标区域再次限定，其中每个目标区域被分配给或对应于一个LED 11、12、13、21、22、23、31、32、33。

此原理也适用于LED阵列模块50的其他实施例，包括例如1×3个LED、4×4个LED、3×5个LED等的阵列。可以取决于LED阵列中的LED的数量和布置来适配透镜55。因此，如果仅对LED 11、21、31成像，则可以有可能的是仅使用例如图6中示出的透镜55的上半部分。在这种情况下，节段56仅将部分地（180°）包围垂直于透镜55的轴。

图10示出了LED阵列模块50的第二实施例的截面的主要简图。LED阵列模块50包括3×5个LED 10的阵列，其中截面跨LED 10的阵列的第三行截取。节段56在俯视图（未示出）中是闭合的和椭圆形的，以便能够实现参考平面中的均匀的光分布，并且尤其是预期场景的均匀光照。外部节段56的内侧表面（从透镜55的中间或中心计数的节段5-14）是直的，与关于图5所讨论的相似。外部节段56的外侧表面是弯曲的。内侧表面、峰和外侧表面限定三角形截面（利用直线连接远离峰的外侧表面和内侧表面的端点），其中内角的总和比180°更大。可以依照应当在预期的视场或参考平面内提供的预期的光图案适配曲率。例如，曲率可以取决于节段和轴之间的距离而改变。在可替换的实施例中，内侧表面的截面可以是弯曲的，或者内侧表面和外侧表面的截面可以是弯曲的。

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的。

通过阅读本公开内容，其他修改对于本领域技术人员而言将是清楚明白的。这样的修改可以涉及本领域中已经已知的和可以代替或附加于本文已经描述的特征而被使用的其它特征。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员能够理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一（a或an）”不排除多个元件或步骤。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。

权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制其范围。

附图标记列表：

1 x轴

2 y轴

3 z轴

10 发光二极管（LED）

11 LED第一列和第一行

12 LED第一列和第二行

13 LED第一列和第三行

21 LED第二列和第一行

22 LED第二列和第二行

23 LED第二列和第三行

31 LED第三列和第一行

32 LED第三列和第二行

33 LED第三列和第三行

40 常规发光二极管（LED）阵列模块

41 标准菲涅耳透镜

50 发光二极管（LED）阵列模块

55 透镜

56 节段

113 LED第三列和第一行的目标区域

112 LED第三列和第二行的目标区域

122 LED第二列和第二行的目标区域

231 LED第三列和第一行的图像

232 LED第三列和第二行的图像

222 LED第二列和第二行的图像。

Claims (13)

1.一种发光二极管阵列模块（50），包括至少两个发光二极管（10）和透镜（55），其中所述透镜（55）包括一个公共透镜区段，其中所述公共透镜区段包括至少部分地包围垂直于所述透镜（55）的轴的多个节段（56），其中所述节段（56）成形所述透镜（55）的不均匀表面，其中所述发光二极管（10）被布置成照射参考平面中的至少两个非重叠的目标区域（112、113、122），并且其中所述节段（56）被布置成使得至少一个发光二极管（10）照射所述目标区域（112、113、122）中的一个相应目标区域（112、113、122），

其中所述节段（56）的至少一部分包括通过峰结合的内侧表面和外侧表面，其中所述内侧表面或外侧表面中的至少一个相对于所述轴的取向取决于所述峰与所述轴之间的距离而至少在到所述轴的限定距离内改变。

2.根据权利要求1所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述透镜（55）被布置成使得由所述参考平面中的全部目标区域（112、113、122）接收并且由所述至少一个发光二极管（10）发射的通量的至少15%由所述相应目标区域（112、113、122）接收，并且其中由所述相应目标区域（112、113、122）接收的所述通量是由所述相应目标区域（112、113、122）的相邻相同大小的目标区域（112、113、122）从所述至少一个发光二极管（10）接收的通量的至少130%。

3.根据权利要求1所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述内侧表面、所述外侧表面和所述峰限定所述节段（56）的至少部分的三角形截面（56）。

4.根据权利要求3所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述三角形截面被三个内角表征，其中所述内角的总和为180°。

5.根据权利要求1或3所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述节段（56）的所述至少部分的至少一部分包括在包括所述轴的平面中弯曲的内侧表面或外侧表面。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述节段（56）围绕所述轴闭合。

7.根据权利要求4所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述三角形截面的所述内侧表面相对于垂直于所述轴的平面围成一角度，并且其中所述角度随着到所述轴的距离的增加而减小。

8.根据权利要求6所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述节段（56）是旋转对称的。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述至少两个发光二极管（10）被布置在垂直于所述轴的平面中，其中所述透镜（55）被布置成取决于第一发光二极管（10）到第一相应目标区域（112、113、122）的轴的距离对由所述第一发光二极管（10）发射的光进行成像，并且其中所述第一相应目标区域（112、113、122）被布置成相对于所述透镜（55）的中心与所述第一发光二极管（10）点对称。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述发光二极管以规则阵列图案布置。

11.根据权利要求10所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述发光二极管（10）以矩形图案布置。

12.根据权利要求10或11所述的发光二极管阵列模块（50），其中所述发光二极管（10）中的一个的中心被布置在所述轴上。

13.一种闪光灯，包括至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的发光二极管阵列模块（50）。