JP7128823B2 - 発光ダイオードと可変レンズを有するアレイ - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードおよび可変レンズを有するアレイに関する。本発明はさらに、ＬＥＤアレイモジュールのうちの１つ以上を含むフラッシュライトに関する。

適応的フラッシュは、シーンの特定の領域に光束を向けるために、従来のフラッシュよりも高いビーム成形制御を必要とする。これを実現する１つの方法は、小型ＬＥＤと、ＬＥＤ毎に異なる光学系とをアレイ化（レンズのアレイ）することである。これにより厚さを小さく保つことができるが、すべてのレンズを収容するために、より大きな面積（ｌａｔｅｒａｌ ａｒｅａ）を必要とする。このように面積を大きくすることは、携帯電話のフラッシュシステムなどのスペースが制約された用途については一般的に受け入れられない。

本発明の目的は、携帯電話のフラッシュライトに特に適した横方向領域を小さくした発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイモジュールを提供することである。

本発明は独立請求項に規定されている。従属請求項は好ましい実施形態を含む。

第１の態様により、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイモジュールが提供される。ＬＥＤアレイモジュールは、少なくとも２つの発光ダイオードおよびレンズを有する。レンズは、１つの共通レンズセグメントを含む。前記共通レンズセグメントは、前記レンズに垂直な軸を少なくとも部分的に包含する複数のセクションを含む。セクションは前記レンズの不均一面を成形する。発光ダイオードは、基準面の少なくとも２つの重複しないターゲット領域を照明するように構成される。セクションは、少なくとも１つの発光ダイオードが前記ターゲット領域のそれぞれのターゲット領域を照明するように構成される。ターゲット領域はサイズが等しい。

共通のレンズセグメントは、異なるレンズセグメントがそれぞれのＬＥＤに割り当てられるレンズアレイと比較して、横方向のサイズを小さくすることを可能にする。レンズは、例えば、フレネルレンズまたは部分ＴＩＲレンズまたはこれらの組み合わせであってもよい。特に、フレネルレンズは反射屈折フレネルレンズであることが好ましい。これらのセクションは、軸の周囲に構成されたリング構造であってもよく、またはそのようなリング構造のセクタのみを含んでもよい。リング構造は、好ましくは、閉じたリング構造の場合には、回転対称（例えば、円形、または楕円形、二次形式などの任意の種類の離散的回転対称）であってもよい。共通セグメントのセクションは、シーンの均一な照明を可能にするために、ＬＥＤのうちの１つによって放射されるフラックスが各ターゲット領域に主としてイメージングされるように構成される。従って、各ターゲット領域は、各ターゲット領域を囲む複数のターゲット領域と比較して、各ＬＥＤのフラックスを実質的に多く受け取る。従って、レンズは、各ターゲット領域によってＬＥＤから受光される光が、同じＬＥＤから周囲のターゲット領域によって受光される光と比べて確実に増加するようにして、配光のコントラストが増加するように構成される。セクションは、変化するプロファイル（不均一な表面）を提供し、プロファイルは、そのセクションの軸との距離に依存し得る。

少なくとも２つのＬＥＤは、少なくとも２つのセグメントを含むセグメント化またはマルチジャンクションＬＥＤであってもよい。

１つのＬＥＤは、それぞれのターゲット領域にイメージングされてもよい。あるいは、２個、３個またはそれ以上のＬＥＤが同じターゲット領域にイメージングされてもよい。２つ、３つ、４つまたはそれ以上のターゲット領域があってもよい。基準面内のターゲット領域は、ＬＥＤによって放射される光がイメージングされる立体角を記述する。従って、ターゲット領域のサイズおよび基準面までの距離は、ＬＥＤアレイモジュールによって照明され得る視野に相当する。基準面は、例えば、レンズに対して１ｍの距離に配置されてもよく、ターゲット領域は、少なくとも４００ｍｍ×４００ｍｍのサイズを有してもよい。軸は、例えば、円形または回転対称レンズの場合の光学軸であり得る。

セクションの少なくとも一部は、ピークによって接合された内側面および外側面を含んでもよく、軸に対する内側面または外側面のうちの少なくとも１つの配向は、ピークと軸との間の距離に依存して、少なくとも軸に対して規定された距離内で変化する。

セクションの一部または全部の内側面および／または外側面の配向（例えば、共通平面における軸に対するそれぞれの側面の角度）を変えることにより、ＬＥＤによって放射される光の個別のイメージングが可能になる。規定された距離は、例えば、半径方向に対称なレンズの場合には、レンズ径の一部または全部にわたって延在し得る。

内側面、外側面及びピークは、ピークによって結合された内側面及び外側面を含むセクションの少なくとも一部の三角形断面を画定することができる。ピークから離れた内側面および外側面の端点は、例えば、軸を含む平面において直線によって仮想的に接続されてもよい。

前記三角形断面の内側面は、軸に垂直な面に対して角度をなしてもよい。前記角度は軸への距離が大きくなるにつれて小さくなってもよい。角度は、各セクションで減少する場合もあれば、２つのセクションで減少する場合もあり、３つ以上のセクションが軸に対して同じ角度をなす場合もある。

セクションは、軸を含む平面にのこぎり歯状断面を提供することができる。各歯は三角形断面により特徴付けられ、三角形の側面は直線状または曲線状であり得る。三角形断面は、例えば、３つの内角によって特徴付けられ、内角の和は１８０°である。この場合、仮想三角形の辺は直線状であってもよい。セクションの一部は、代替的または追加的に、軸を含む平面内の曲がった内側面または外側面を含んでもよい。

セクションは、上述したようにリング構造を形成するために、軸の周りで閉じていてもよい。

これらのセクションは、軸に対して回転対称であってもよい。セクションは、例えば、同心円リング構造または楕円リング構造であってもよく、軸は、楕円の両軸のセンター点に配置されてもよい。

前記少なくとも２つの発光ダイオードは、前記軸に垂直な平面に配置されてもよい。前記レンズは、前記第１の発光ダイオードの前記軸と第１の各ターゲット領域との距離に応じて、第１の発光ダイオードによって放射される光をイメージングするように構成されてもよい。第１のそれぞれのターゲット領域は、レンズのセンターに関して第１の発光ダイオードに対して点対称に配置されてもよい。

レンズ、特にセクションは、基準面内のすべてのターゲット領域によって受光され、少なくとも１つの発光ダイオードによって放射されるフラックスの少なくとも１５％、より好ましくは２０％が、それぞれのターゲット領域によって受光されるように構成されてもよい。それぞれのターゲット領域によって受け取られるフラックスは、少なくとも１つの発光ダイオードから、各ターゲット領域の隣接する等しいサイズのターゲット領域によって受け取られるフラックスの少なくとも１３０％、より好ましくは少なくとも１５０％である。

レンズ、特にセクションは、各ターゲット領域と、それぞれのターゲット領域の周囲に配置された少なくとも１つの発光ダイオード以外に割り当てられたそれぞれのターゲット領域との間のコントラストを高めることを可能にする。好ましくは、各ターゲット領域は、基準平面内のすべてのターゲット領域によって受け取られるフラックスの少なくとも３０％を受け取り、各ターゲット領域によって受け取られるフラックスは、周囲のまたは隣接するターゲット領域のいずれかによって受け取られるフラックスの少なくとも１７０％または２００％であってもよい。

前記発光ダイオードは、規則正しいアレイパターンで構成されてもよい。発光ダイオードは、例えば、矩形パターンで配列されてもよい。発光ダイオードのうちの１つの発光ダイオードのセンターが軸上に配置されてもよい。

センターが軸上に配置される発光ダイオードは、アレイのセンターに配置されてもよい。他のＬＥＤは、センターＬＥＤの周囲に矩形または六角形のパターンで配置されてもよい。軸上のＬＥＤは、代替的にまたは追加的に、円形状ＬＥＤによって囲まれてもよい。

さらに別の態様によれば、フラッシュライトが提供される。フラッシュライトは、上述のように、１個、２個、３個またはそれ以上の発光ダイオードアレイモジュールを含んでもよい。

言うまでもなく、本発明の好ましい実施形態は、従属項の、各独立項との任意の組合せであり得る。

さらに別の有利な実施形態は以下に記載する。

本発明の上記の態様その他を、以下に説明する実施形態を参照して明らかにし、説明する。

本発明を、添付した図面を参照して実施形態に基づき例示により説明する。

図中、
従来のＬＥＤアレイモジュールの断面の主要な概略図を示す。 従来のＬＥＤアレイモジュールのセンターＬＥＤによって放射される光の光線追跡シミュレーションを示す。 従来のＬＥＤアレイモジュールのコーナーＬＥＤによって放射される光の光線追跡シミュレーションを示す。 基準面内のコーナーＬＥＤのフラックスを示す。 第１の実施形態のＬＥＤアレイモジュールの断面の主要な概略図を示す。 第１の実施形態のＬＥＤアレイモジュールの上面の主要な概略図を示す。 基準面内における第１実施形態のセンターＬＥＤのフラックスを示す。 基準面内における第１実施形態のサイドＬＥＤのフラックスを示す。 基準面内における第１実施形態のコーナーＬＥＤのフラックスを示す。 第２の実施形態のＬＥＤアレイモジュールの断面の主要な概略図を示す。 図中、同じ数字は同じオブジェクトを指す。図中のオブジェクトは必ずしもスケール通りに描いたものではない。

ここで本発明の様々な実施形態を図により説明する。

図１は、従来のＬＥＤアレイモジュール４０の断面の主要な概略図を示す。従来のＬＥＤアレイモジュール４０は、標準的な円対称フレネルレンズ４１（図６も参照）に平行な平面内に規則的な矩形３×３パターンで構成された９個のＬＥＤ１０を有する。断面は、３×３アレイの第２列を通って取られる。列は、ｙ軸２上にまたはそれと平行に構成され、アレイの行は、ｘ軸１上にまたはそれと平行に構成される。断面はｙ軸２とｚ軸３の平面を示す。

図２は、従来のＬＥＤアレイモジュール４０のセンターＬＥＤによって放射される光の光線追跡シミュレーションを示す。センターＬＥＤは、図１に示した中央のＬＥＤ１０である。光線追跡シミュレーションが示すのは、（図７に図示し、図７を参照して説明するのと同様に）センターＬＥＤによって放射される光の大部分が、基準平面内の全ターゲット領域のセンターに構成されたターゲット領域に集束または画像化されることである。

図３は、従来のＬＥＤアレイモジュール４０の第３列および第１行に構成された、従来のＬＥＤアレイモジュール４０（図６に示すようなアレイ内のＬＥＤの構成）のコーナーＬＥＤ３１によって放射される光の光線追跡シミュレーションを示す。コーナーＬＥＤ３１は、３×３アレイの右上コーナーに構成される。コーナーＬＥＤ３１によって放射された光は、図４に示すように、基準平面の左下コーナーに構成されたコーナーＬＥＤ３１のターゲット領域１１３に、標準的フレネルレンズ４１によってイメージングされるべきである。図４は、この例では、標準的フレネルレンズ４１の表面に対して１ｍの距離に配置された基準平面におけるコーナーＬＥＤ３１の照度分布のシミュレーション画像２３１を示す。図４は、従来のＬＥＤアレイモジュール４０の意図された視野を示す。視野は、互いに隣接して配置される９つのターゲット領域を含み、各ターゲット領域はＬＥＤアレイの１つのＬＥＤに対応する（または各ＬＥＤがそれぞれのターゲット領域に割り当てられる）。シミュレーション画像２３１の右側に記載した数字は、基準平面のｙ軸２に沿ったターゲット領域１１３のサイズを示す。シミュレーション画像２３１の下に記載した数字は、基準平面のｘ軸１に沿ったターゲット領域１１３のサイズを示す。所定距離１ｍの基準平面内のターゲット領域のサイズは、アレイのセンターに対する立体角を画定する。画像またはパターンの明るさは、基準平面の各位置におけるフラックスの増加と伴に増加する。シミュレーションされた画像２３１は、コーナーＬＥＤ３１によって放射されるフラックスの大部分が、視野のセンター付近で、従って、コーナーＬＥＤ３１に割り当てられたターゲット領域１１３の外側で受光されることを示す。従って、従来のＬＥＤアレイモジュール４０によって提供されるフラックスは、基準平面内に不均一に分布する。

別の構成は、１つのフレネルレンズが１つのＬＥＤとアライメントされたフレネルレンズのアレイを提供するものであってもよい。このような構成は、意図されるシーンの照明を改善するが、同時に、従来のＬＥＤアレイモジュール４０の横方向に長くする。各ＬＥＤは適合されたイメージング特性を有する別個のレンズセグメントとアライメントされることが必要だからである。

図５は、第１の実施形態のＬＥＤアレイモジュール５０の断面の主要な概略図を示す。一般的な構成は、図１を参照して説明した構成と同様である。ＬＥＤアレイモジュール５０は、この場合、軸の周りに配置された多数の回転対称セクション５６（図６参照）を含むフレネルレンズであるレンズ５５を有し、この場合、この軸はｚ軸３と同一である。これらのセクションは、レンズ５５の不均一な表面を形成または提供し、この不均一な表面は、この実施形態では、ＬＥＤ１０の近くに構成される。（センターセクションの他の）各セクション５６は、軸により近く配置された内側面と、軸からより遠くに配置された外側面とを含む。内側面はピークで外側面と接合される。従って、不均一表面の断面は、のこぎり歯様構造を含む。軸に対するのこぎり歯の配向は、アレイの各ＬＥＤ１０をそれぞれのターゲット領域１１２、１１３、１２２にイメージングするために、軸から定められた範囲内で変化する。のこぎり歯の配向によって少なくとも部分的に決定されるセクションの屈折および反射（全内部反射）特性は、レンズ５５の各部分が最も多くの光を受けるＬＥＤとアライメントされる（図２および図３の光線追跡シミュレーションを参照）。

図６は、第１の実施形態のＬＥＤアレイモジュール５０の上面の主要な概略図を示し、ここで、９つのＬＥＤがレンズ５５の下の平面内に規則的な矩形アレイ状に構成されている。ＬＥＤ１１は、アレイの第１列および第１行（左上コーナー）に構成されている。ＬＥＤ３２は、アレイの第３列および第２行に構成されている。センターＬＥＤ２２は、アレイの第２列および第２行に構成されている。さらに、ＬＥＤ２２のセンターはＬＥＤアレイモジュール５０の軸上に配置され、この場合、この軸はレンズ５５の光軸でもある。

図７は、基準平面における第１実施形態のセンターＬＥＤ２２のシミュレーションされたフラックスを示す。画像またはパターンの明るさは、フラックスの増加に伴って増加する。３×３アレイのセンターＬＥＤ２２のイメージ２２２は、センターＬＥＤ２２のそれぞれの又は対応するターゲット領域１２２と完全にアライメントされ、センターＬＥＤ２２の対応するターゲット領域１２２は、ＬＥＤアレイモジュール５０の意図された視野のセンターに配置される。従って、レンズの修正は、シーンのそれぞれの立体角におけるセンターＬＥＤ２２によって放射される光の結像に基本的に影響を及ぼさない。

図８は、基準平面内における第１実施形態のサイドＬＥＤ３２のフラックスを示す。サイドＬＥＤ３２は、３×３アレイの第３列および第２行に配置されている。サイドＬＥＤ３２のイメージ２３２は、サイドＬＥＤ３２のそれぞれのターゲット領域１１２とアライメントされている。

図１に示される標準的フレネルレンズ４１は、ターゲット領域１２２が、サイドＬＥＤ３２に割り当てられたターゲット領域１１２と比較して、ずっと大きいフラックスを受け取るように、視野のセンターに近いフラックスの大部分をイメージングする。

図９は、基準平面内における第１実施形態のコーナーＬＥＤ３１のフラックスを示す。コーナーＬＥＤ３１は、従来のＬＥＤアレイモジュール４０および図３および図４を参照して説明したように、ＬＥＤアレイモジュール５０の第３列および第１行に配置される。図４を図９と比較すると、コーナーＬＥＤ３１によって放射されるずっと多くの光がコーナーＬＥＤ３１に割り当てられたターゲット領域１１３で受光されることを示している（ターゲット領域は、レンズ５５のセンターに対して割り当てられたＬＥＤに対して点対称に配置される）。従って、ＬＥＤアレイモジュール５０によって提供されるフラックスは、この場合も９つの等しいサイズのターゲット領域によって定められる視野において実質的に均一なフラックスを提供するように構成され、各ターゲット領域は、１つのＬＥＤ１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３に割り当てられるかまたは対応する。

この原理は、例えば、１×３個のＬＥＤ、４×４個のＬＥＤ、３×５個のＬＥＤ等のアレイを含む他の実施形態のＬＥＤアレイモジュール５０にも適用される。レンズ５５は、ＬＥＤアレイ内のＬＥＤの数および配置に応じて適合されてもよい。従って、例えば、ＬＥＤ１１、２１、３１のみがイメージングされる場合、図６に示されるレンズ５５の上半分のみを使用することが可能である。この場合、セクション５６は、レンズ５５に垂直な軸を部分的に（１８０°）包含するに過ぎない。

図１０は、第２の実施形態によるＬＥＤアレイモジュール５０の断面の主要な概略図を示す。ＬＥＤアレイモジュール５０は、３×５個のＬＥＤのアレイ１０を有し、その断面は、ＬＥＤのアレイ１０の第３行のところで取られる。セクション５６は、基準平面における均一な光分布、特に意図されたシーンの均一な照明を可能にするために、上面図（図示せず）においては閉じて、楕円形である。外側セクション５６（レンズ５５の中央またはセンターから数えてセクション５～１４）の内側面は、図５を参照して説明したように、直線状である。外側セクション５６の外側面は湾曲している。内側面、ピーク面及び外側面は、内角の和が１８０°より大きい三角形の断面（ピークから離れた内側面と外側面の端点を直線で結ぶ断面）を画定する。曲率は、意図された視野または基準平面内に設けられるべき意図された光パターンに従って適合されてもよい。曲率は、例えば、断面と軸との間の距離に応じて変化し得る。代替的な一実施形態では、内側面の断面を曲げてもよいし、内側面と外側面の断面を曲げてもよい。

図面と上記の説明に詳しく示し本発明を説明したが、かかる例示と説明は例であり限定ではない。

本開示を読めば、当業者にはその他の修正が明らかとなろう。かかる修正は、本技術分野ですでに知られ、本明細書で説明した特徴の替わりに又はそれに加えて使用され得る他の特徴を含んでもよい。

図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。請求項において、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（「ａ」又は「ａｎ」）」という表現は複数の要素やステップを排除するものではない。相異なる従属クレームに手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。

請求項に含まれるどの参照符号も、その請求項の範囲を限定するものと解してはならない。

１ ｘ軸
２ ｙ軸
３ ｚ軸
１０ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１１ 第１列第１行のＬＥＤ
１２ 第１列第２行のＬＥＤ
１３ 第１列第３行のＬＥＤ
２１ 第２列第１行のＬＥＤ
２２ 第２列第２行のＬＥＤ
２３ 第２列第３行のＬＥＤ
３１ 第３列第１行のＬＥＤ
３２ 第３列第２行のＬＥＤ
３３ 第３列第３行のＬＥＤ
４０ 従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイモジュール
４１ 標準的フレネルレンズ
５０ 発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイモジュール
５５ レンズ
５６ セクション
１１３ 第３列第１行のＬＥＤのターゲット領域
１１２ 第３列第２行のＬＥＤのターゲット領域
１２２ 第２列第２行のＬＥＤのターゲット領域
２３１ 第３列第１行のＬＥＤ
２３２ 第３列第２行のＬＥＤのイメージ
２２２ 第２列第２行のＬＥＤのイメージ

Claims (12)

1. 少なくとも２つの発光ダイオードと、レンズとを有する発光ダイオードアレイモジュールであって、前記レンズは、１つの共通レンズセグメントを含み、前記共通レンズセグメントは、前記レンズに垂直な軸を少なくとも部分的に包含する複数のセクションを含み、前記セクションは、前記レンズの不均一な表面を形成し、前記発光ダイオードは、基準平面において少なくとも２つの重複しないターゲット領域を照明するように構成され、前記セクションは、少なくとも１つの発光ダイオードが前記ターゲット領域のうちのそれぞれのターゲット領域を照明するように構成される、発光ダイオードアレイモジュールであって、
   前記セクションの少なくとも１つの部分は、ピークによって接合された外側面と、内側面とを有し、前記軸に対する前記内側面または外側面のうちの少なくとも１つの配向は、前記ピークと前記軸との間の距離に依存して、少なくとも前記軸に対する所定の距離内で変化し、
   前記少なくとも２つの発光ダイオードは、前記軸に垂直な平面に構成され、前記レンズは、第１の発光ダイオードの前記軸と第１の各ターゲット領域との距離に応じて、前記第１の発光ダイオードによって放射される光をイメージングするように構成され、前記第１の各ターゲット領域は、前記レンズのセンターに関して、前記第１の発光ダイオードに対して点対称に配置される、発光ダイオードアレイモジュール。
2. 前記少なくとも１つの発光ダイオードによって放射され、前記基準平面の重ならないすべてのターゲット領域によって受光されるフラックスの少なくとも１５％が、各ターゲット領域によって受光され、各ターゲット領域によって受光されるフラックスは、各ターゲット領域の近傍の等サイズのターゲット領域が前記少なくとも１つの発光ダイオードから受光するフラックスの少なくとも１３０％となるように、前記レンズが構成される、
   請求項１に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
3. 前記内側面、前記外側面及び前記ピークは、前記セクションの少なくとも１つの部分の三角形断面を画定する、請求項１に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
4. 前記三角形断面は、３つの内角によって特徴付けられ、前記内角の和は１８０°である、
   請求項３に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
5. 前記セクションの少なくとも１つの部分の少なくとも一部は、前記軸を含む平面内で曲がった内側面または外側面を含む、
   請求項１または３いずれか一項に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
6. 前記セクションは、前記軸の周りで閉じている、
   請求項１ないし５いずれか一項に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
7. 前記三角形断面の前記内側面は、前記軸に垂直な面に対して角度をなし、
   前記角度は前記軸への距離が大きくなるにつれて小さくなる、
   請求項４に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
8. 前記セクションは回転対称である、
   請求項６に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
9. 前記発光ダイオードは、規則正しいアレイパターンで配置される、
   請求項１ないし８いずれか一項に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
10. 前記発光ダイオードは、矩形パターンで配置される、
    請求項９に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
11. 前記発光ダイオードのうちの１つの発光ダイオードのセンターが前記軸上に配置される、
    請求項９または１０に記載の発光ダイオードアレイモジュール。
12. 少なくとも１つの、請求項１ないし１１いずれか一項に記載の発光ダイオードアレイモジュールを有するフラッシュライト。

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