JP2007047787A - フラッシュ及びオートフォーカスの用途の発光ダイオードモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】オートフォーカス用の補助光およびフラッシュとして機能するコンパクトなフラッシュモジュールの実現
【解決手段】フラッシュモジュール(200)は、第１の視角(220)を有する第１のレンズ(214)に光学的に結合された第１の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）(204)、及び第２の視角(218)を有する第２のレンズ(212)に光学的に結合された第２のＬＥＤ(202)を有する。第２の視角は、第１の視角より大きい。第１のＬＥＤに結合された第１の制御信号ライン(412)が、第１のＬＥＤを選択的に活性化することを可能にする。第２のＬＥＤに結合された第２の制御信号ライン(414)が、第２のＬＥＤを活性化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、フラッシュ及びオートフォーカスの用途の発光ダイオードモジュールに関する。

デジタルスチルカメラ（「ＤＳＣ」）、及び撮像装置を含む携帯電話（「カメラ付き携帯電話」）のようなデジタルスチル撮像装置は、暗い場所で写真を撮る際、フラッシュモジュールからのような補助照明を必要とすることが多い。ＤＳＣ及びカメラ付き携帯電話は、この目的のために内蔵フラッシュモジュールを有することが多い。フラッシュモジュールは、写真の被写体を均一に照明するためにカメラの視角内に光を生成することが一般に望ましい。

フラッシュの光を生成するために種々のタイプの光源が使用される。白色光は一般に、画像の良好な色を達成するために望ましい。ガス放電管は、フラッシュ用途に使用される光源の１つのタイプである。発光ダイオード（「ＬＥＤ」）は、フラッシュ用途に使用される光源の別のタイプである。ＬＥＤチップは本質的に、単一色（単一波長）の光を生成する。「白色ＬＥＤ」は、ＬＥＤチップからの光を種々の波長に変換する波長変換材料を用いることにより得られ、ＬＥＤチップに波長変換材料を加えたものからの光の組み合わせにより、白色光が生成される。

また、補助照明は、いくつかのＤＳＣにおいて、写真を撮る前に装置が被写体に自動的に焦点を合わせることを援助するためにも使用される。別個のＬＥＤは、この目的のために設けられ、一般に「オートフォーカス補助ＬＥＤ（「ＡＦＡ ＬＥＤ（auto focus auxiliary ＬＥＤ）」）と呼ばれる。ＡＦＡ ＬＥＤは一般に、比較的広い視角にわたって光を生成するフラッシュモジュールとは対照的に、狭い視角にわたって高輝度を生じさせ、フラッシュ源から分離している。

図１は、ＡＦＡ ＬＥＤ１０２及びフラッシュモジュール１０４を有する従来技術のＤＳＣ１００を示す。フラッシュモジュールは、ガス放電管のような非ＬＥＤ光源である。ＡＦＡ及びフラッシュ光源の双方を配置するための十分な領域がＤＳＣ１００の表面上に存在するが、より小さいＤＳＣ及びカメラ付き携帯電話のようなより小さいデジタル撮像装置上に双方の光源を収容することは困難である。ＡＦＡ ＬＥＤはカメラ付き携帯電話から省かれることが多く、それにより特に暗い場所でそれらのオートフォーカス機能に影響を受ける。

従って、上述した問題を回避するオートフォーカス補助光を提供することが望ましい。

フラッシュモジュールは、第１の視角を有する第１のレンズに光学的に結合された第１の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、及び第２の視角を有する第２のレンズに光学的に結合された第２のＬＥＤを有する。第２の視角は、第１の視角より大きい。第１のＬＥＤに結合された第１の制御信号ラインが、第１のＬＥＤを選択的に活性化することを可能にする。第２のＬＥＤに結合された第２の制御信号ラインが、第２のＬＥＤを活性化する。

本発明によれば、オートフォーカス用の補助光およびフラッシュとして機能するコンパクトなフラッシュモジュールを提供することが可能になる。

図２は、本発明の実施形態によるフラッシュモジュール２００の断面図である。フラッシュモジュール２００は、３つのＬＥＤチップ２０２、２０４、２０６を有する。特定の実施形態において、各ＬＥＤチップは青色光を発する。代案として、各ＬＥＤチップは、紫外線（「ＵＶ」）光を発する。さらに他の実施形態において、ＬＥＤチップは種々の波長の光を発する。例えば、第１のチップ２０２は、青色放出ＬＥＤであり、第２のチップ２０４は赤色放出ＬＥＤであり、第３のチップ２０６は緑色放出ＬＥＤである。オートフォーカスに使用されるＬＥＤは、オートフォーカスシステムと適合する任意の色とすることができる。ＬＥＤチップ２０２、２０４、２０６は、波長変換材料２０８で覆われる。波長変換材料は、ＬＥＤチップにより放出された光（一般に「一次放射線」と呼ばれる）を他の波長に変換する。従って、ＬＥＤチップにより放出された青色光は、フラッシュモジュール２００から白色光を生成するために組み合わせる、可視スペクトルの種々の色に変換される。

特定の実施形態において、波長変換材料２０８は、エポキシ樹脂の基材に分散した微細粒子の蛍光体材料を有する。ＬＥＤチップからの一次放射線により照射された場合、蛍光体粒子は、より長い波長を有する光（一般に「二次放射線」と呼ばれる）を発する。種々の蛍光体材料が、種々の波長（色）で二次放射線を放出し、従って、ＬＥＤチップの一次放射線から白色光を生成するために、蛍光体材料はエポキシ樹脂の基材に混ぜられる。

代案として、ＬＥＤチップが異なる一次放射線を放出する場合のように、種々の波長変換材料が、種々のＬＥＤチップと使用される。同様に、量子ドットが、蛍光体粒子と組み合わされて、又はそれらの代わりに使用され得る。さらに代替の実施形態において、蛍光体粒子および／または量子ドットのような波長変換材料は、シリコーンエラストマーのような基材に分散され、ＬＥＤチップの上面に付着される。

レンズ構造体２１０は、選択された放射パターン（「視角」）で光を分散するために、それぞれＬＥＤチップ２０２、２０４、２０６に光学的に結合された３つのレンズ（光学ドーム）２１２、２１４、２１６を有する。第１の光学ドーム２１２及び第３の光学ドーム２１６は、約５５度〜約７０度の視角２１８で光を分散する。第２の光学ドーム２１４は、約８度〜約１０度の視角２２０で光を分散する。代案として、レンズ構造体は、２つの光学ドームを有する。一実施形態において、レンズ構造体は、光学ポリマーの一体構造として形成される（例えば、鋳造または型成形）。

ＬＥＤチップ２０２、２０４、２０６は、一般に反射性カップ２２４、２２６、２２８内で、基板２２２に実装される。例えば、基板は、プラスチックパッケージ基板、プリント基板、又はリードフレーム基板である。波長変換材料は、液状でパッケージ基板上へ付着されて硬化され、レンズ構造体２１０がパッケージ基板２２２に固定される。特定の実施形態において、硬化される波長変換エポキシは、パッケージ基板にレンズ構造体を固定する。代案として、反射性カップ又は２つのコンポーネントの接触面を充てんする接着剤、又は熱ボンディングを用いて、レンズ構造体がパッケージ基板に固定される。従って、波長変換材料２０８は本質的に、ＬＥＤチップとレンズ構造体２１０との間の空間を埋める。ＬＥＤチップの反対側に位置するレンズ表面の曲率は、レンズの外面と相まって所望の放射パターンを提供するように選択される。波長変換材料は、ＬＥＤチップとレンズ構造体との間で一致する屈折率を提供し、フラッシュモジュールの効率を改善する。

ＬＥＤチップ２０２の放射面とレンズ構造体の対向する面２３０との間の距離は、過度に光強度を低減せずに所望の波長変換（単数または複数）を提供するように選択される。例えば、蛍光体材料を薄く加えられたエポキシ基材は、濃密に加えられたものよりも厚い。青色ＬＥＤを用いる場合のように、一次放射線がフラッシュモジュール（「合成放射線」）の色に寄与する場合、濃密に加えられた波長変換材料の厚い層は、フラッシュ光から一次放射線を非常に多く除去し、それによりカラーバランスが変化する。

第２のＬＥＤチップ２０４は、第１及び第３のＬＥＤチップ２０２、２０６から独立して制御可能である。撮像装置の動作中、第２のＬＥＤチップ２０４は、コントラストを強調し、薄暗い照明の環境でＤＳＣセンサがピントを合わせることを可能にするために、明るくて細い光ビームを提供するように活性化される。撮像装置は、第２のＬＥＤチップ及び第２の光学ドーム２１４により照明された被写体にピントを合わせる。次いで、被写体を照明するフラッシュを提供するために３つのＬＥＤチップ２０２、２０４、２０６の全てが活性化されて、画像取り込みの状態になる。フラッシュ動作中、被写体をより均一に照明するために、より広い放射パターンが望ましい。代案として、第２のＬＥＤチップ２０４は、フラッシュ動作中に活性化されない。

図３は、図２のフラッシュモジュールの、撮像装置（即ち、光源）から被写体までの距離における軸外角（即ち、ビーム拡がり）に対する相対照度のプロットを示す。第１のプロット３０２は、第２のＬＥＤチップ（図２の参照符号２０４を参照）が活性化されてオートフォーカス用の補助光を提供する場合の被写体における光の分散を示す。第２のプロット３０４は、第１、第２、及び第３のＬＥＤチップ（図２の参照符号２０２、２０４、２０６を参照）が活性化されてフラッシュ機能を提供する場合の被写体における光の分散を示す。特定の実施形態において、ＬＥＤチップ２０４は、オートフォーカス動作中に約３０ｍＡ〜約５０ｍＡで駆動され、フラッシュ動作中には３０ｍＡ未満で駆動される。

図４は、本発明の実施形態による撮像装置４００の一部の線図である。撮像装置４００は、複数のＬＥＤ４０４、４０６、４０８を有するフラッシュモジュール４０２を含む。ＬＥＤのそれぞれは、関連するレンズ（図示せず、図２の参照符号２１２、２１４、２１６を参照）を有する。ＬＥＤは、ＬＥＤチップ、又は波長変換層を備える代替のＬＥＤチップである。後者の事例では、追加の波長変換材料（図２の参照符号２０８を参照）は必要とされないが、材料は、ＬＥＤとレンズとの間で屈折率を一致させるために使用されてもよい。第１及び第３のＬＥＤ４０４、４０８からの放射パターンは、第２のＬＥＤ４０６からの放射パターンよりも広い。特定の実施形態において、ＬＥＤのそれぞれは、白色放出ＬＥＤである。

撮像装置は、制御信号ライン４１２、４１４で制御信号をフラッシュモジュール４０２に供給するフラッシュモジュール制御回路４１０を有する。第１の制御信号は、ＡＦＡ動作中に第２のＬＥＤ４０６のみを活性化する。第２の制御信号は、フラッシュ動作中に第１及び第３のＬＥＤ４０４、４０８を活性化する。一実施形態において、第２のＬＥＤ４０６も、フラッシュ動作中に第１の制御信号により活性化される。レンズ設計は、画像取り込み中に中央の「ホットスポット」（即ち、その周囲よりも多く照明された領域）の形成を回避する。代替の実施形態において、第２のＬＥＤ４０６は、フラッシュ動作中に第３の制御信号により活性化される。一実施形態において、第３の制御信号は、第２の制御信号よりも低い電流で第２のＬＥＤを付勢する。これは、フラッシュ動作中に十分な輝度を確保し、中央のホットスポットをさらに防ぐ。さらなる実施形態において、第２のＬＥＤ４０６は、フラッシュ動作中に、第１及び第３のＬＥＤ４０４、４０８を活性化するのと同じ制御信号により活性化される。

図５は、本発明の実施形態による撮像装置を動作させる方法のフローチャート５００である。第１の制御信号がフラッシュモジュールに供給され、ＡＦＡ光ビームを提供するためにフラッシュモジュールの第１のＬＥＤが活性化される（ステップ５０２）。撮像装置は被写体にピントを合わせ（ステップ５０４）、第２の制御信号がフラッシュモジュールに供給され、補助フラッシュビーム（「フラッシュ」）を提供するためにフラッシュモジュールの少なくとも第２のＬＥＤが活性化される（ステップ５０６）。特定の実施形態において、第２の制御信号も第１のＬＥＤを活性化する。さらなる実施形態において、第２の制御信号は、フラッシュ中に追加のＬＥＤを活性化する。特定の実施形態において、第１及び第２のＬＥＤは、白色放出ＬＥＤである。

本発明の好適な実施形態が詳細に説明されたが、これらの実施形態に対する修正および改変が特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱せずに行われ得ることは当業者には明らかであろう。

以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせから成る例示的な実施形態を示す。
１．第１の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）と、
前記第１のＬＥＤに光学的に結合され、第１の視角を有する第１のレンズと、
前記第１のＬＥＤを第１の制御信号で選択的に活性化するために、前記第１のＬＥＤに結合された第１の制御信号ラインと、
第２のＬＥＤと、
前記第２のＬＥＤに光学的に結合され、前記第１の視角より大きい第２の視角を有する第２のレンズと、
前記第２のＬＥＤを第２の制御信号で活性化するために前記第２のＬＥＤに結合された第２の制御信号ラインとを含む、フラッシュモジュール。
２．前記第２の制御信号ラインが、前記第１のＬＥＤにも結合され、前記第２のＬＥＤと同時に前記第１のＬＥＤが活性化される、上記１に記載のフラッシュモジュール。
３．前記第１の制御信号が、前記第１のＬＥＤに第１の電流を供給し、前記第２の制御信号が前記第１のＬＥＤに第２の電流を供給し、前記第１の電流が前記第２の電流よりも大きい、上記２に記載のフラッシュモジュール。
４．前記第１の電流が３０ｍＡ以上であり、前記第２の電流が３０ｍＡ未満である、上記３に記載のフラッシュモジュール。
５．第３のＬＥＤと、
前記第３のＬＥＤに光学的に結合され、第３の視角を有する第３のレンズとをさらに含み、
前記第２の制御信号が前記第３のＬＥＤにも結合され、前記第３のＬＥＤも前記第２の制御信号により同時に活性化される、上記１に記載のフラッシュモジュール。
６．前記第３の視角が、前記第２の視角と本質的に等しい、上記５に記載のフラッシュモジュール。
７．前記第１のＬＥＤが第１の白色ＬＥＤであり、前記第２のＬＥＤが第２の白色ＬＥＤであり、前記第３のＬＥＤが第３の白色ＬＥＤである、上記５に記載のフラッシュモジュール。
８．前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、及び前記第３のレンズが、レンズ構造体に組み込まれている、上記１に記載のフラッシュモジュール。
９．前記レンズ構造体と前記第１のＬＥＤ、前記第２のＬＥＤ、及び前記第３のＬＥＤとの間に配置された波長変換材料をさらに含む、上記８に記載のフラッシュモジュール。
１０．前記波長変換材料が、エポキシ基材に分散された蛍光体粒子からなる、上記９に記載のフラッシュモジュール。
１１．前記波長変換材料が、前記第２のＬＥＤから前記レンズ構造体の対向する面まで延在する、上記１０に記載のフラッシュモジュール。
１２．前記第１の視角が約８度〜約１０度であり、前記第２の視角が約５５度〜約７０度である、上記１に記載のフラッシュモジュール。

ＡＦＡ ＬＥＤ及びフラッシュモジュールを有する従来技術のＤＳＣを示す図である。 本発明の実施形態によるフラッシュモジュールの断面図である。 ＡＦモード及びフラッシュモードの双方における、図２の光源の軸外角に対する相対照度のプロットを示す図である。 本発明の実施形態による撮像装置の線図である。 本発明の実施形態による撮像装置を動作させる方法のフローチャートである。

符号の説明

200、402 フラッシュモジュール
202、204、206 ＬＥＤチップ
208 波長変換材料
210 レンズ構造体
212、214、216 レンズ
222 基板
224、226、228 反射性カップ
400 撮像装置
404、406、408 ＬＥＤ
410 フラッシュモジュール制御回路
412、414 制御信号ライン

Claims (10)

1. 第１の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）（204）と、
   前記第１のＬＥＤに光学的に結合され、第１の視角（220）を有する第１のレンズ（214）と、
   前記第１のＬＥＤを第１の制御信号で選択的に活性化するために、前記第１のＬＥＤに結合された第１の制御信号ライン（412）と、
   第２のＬＥＤ（202）と、
   前記第２のＬＥＤに光学的に結合され、前記第１の視角より大きい第２の視角（218）を有する第２のレンズ（212）と、
   前記第２のＬＥＤを第２の制御信号で活性化するために前記第２のＬＥＤに結合された第２の制御信号ライン（414）とを含む、フラッシュモジュール（200）。
2. 前記第２の制御信号ラインが、前記第１のＬＥＤにも結合され、前記第２のＬＥＤと同時に前記第１のＬＥＤが活性化される、請求項１に記載のフラッシュモジュール。
3. 前記第１の制御信号が、前記第１のＬＥＤに第１の電流を供給し、前記第２の制御信号が前記第１のＬＥＤに第２の電流を供給し、前記第１の電流が前記第２の電流よりも大きい、請求項２に記載のフラッシュモジュール。
4. 前記第１の電流が３０ｍＡ以上であり、前記第２の電流が３０ｍＡ未満である、請求項３に記載のフラッシュモジュール。
5. 第３のＬＥＤ（206）と、
   前記第３のＬＥＤに光学的に結合され、第３の視角を有する第３のレンズ（216）とをさらに含み、
   前記第２の制御信号が前記第３のＬＥＤにも結合され、前記第３のＬＥＤも前記第２の制御信号により同時に活性化される、請求項１に記載のフラッシュモジュール。
6. 前記第３の視角が、前記第２の視角と本質的に等しい、請求項５に記載のフラッシュモジュール。
7. 前記第１のＬＥＤが第１の白色ＬＥＤであり、前記第２のＬＥＤが第２の白色ＬＥＤであり、前記第３のＬＥＤが第３の白色ＬＥＤである、請求項５に記載のフラッシュモジュール。
8. レンズ構造体と前記第１のＬＥＤ、前記第２のＬＥＤ、及び前記第３のＬＥＤとの間に配置された波長変換材料（208）をさらに含む、請求項１に記載のフラッシュモジュール。
9. 前記波長変換材料（208）が、前記第２のＬＥＤから前記レンズ構造体の対向する面（230）まで延在する、請求項８に記載のフラッシュモジュール。
10. 前記第１の視角が約８度〜約１０度であり、前記第２の視角が約５５度〜約７０度である、請求項１に記載のフラッシュモジュール。

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