JP7162105B2

JP7162105B2 - カメラレンズを取り囲むｌｅｄフラッシュリング

Info

Publication number: JP7162105B2
Application number: JP2021123895A
Authority: JP
Inventors: リン，シュエチン
Original assignee: ルミレッズリミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: JP2021182147A; US20190265576A1; JP2019519803A; US10558107B2; TWI760955B; TW202122900A; US10845677B2; US20200133094A1

Description

本発明開示は、発光ダイオード（LED）を包含するカメラフラッシュに関する。そして、特定的には、カメラのレンズを取り囲むリング形状のカメラフラッシュに関する。

この特許申請は、２０１４年５月１３日に提出された米国仮特許出願第６２／３２７６２８号について優先権を主張する。これにより、その内容が、完全に明らかにされたかのように、ここにおいて参照により包含されている。

比較的にコンパクトなスマートフォンおよび他の電子機器では、カメラが普及している。カメラのためのフラッシュは、典型的には、１つまたは２つの蛍光体変換、白色光発光ダイオード（「LED」）で形成されている。LEDの総面積が、典型的には、所与の駆動電流パルスについてフラッシュの瞬時輝度（instantaneous brightness）を決定する。裸のLEDダイ（bare LED die）は、GaNベースであって、青色光を放射し、そして、蛍光体（典型的にはYAG）が黄色成分（または、赤色および緑色成分）を加えている。蛍光体を通じて漏れている青色光と、蛍光体自体によって提供される光との組み合わせが、フラッシュのための明るい白色光を生成する。

カメラのフラッシュは、典型的には、小さなフレネルレンズ（Fresnel lens）または他のタイプのモールドされたプラスチックレンズを使用しており、カメラの視野における被写体（subject）に大部分の光を方向付けるように光をコリメート（collimate）する。フラッシュレンズは、典型的には小さく、そして、LEDはカメラレンズの片側に離れて存在している。小さなフラッシュユニットをデザインすることが困難であるため、LEDフラッシュユニットによって生成される照明品質は、典型的には低い。小型カメラのためのLEDフラッシュについて改善が必要である。

一つの実施形態においては、白色光LEDが、LEDアセンブリにおける金属コアプリント回路基板（MCPCB）の端部の近くにマウントされている。そうした２つのLEDアセンブリは、リング状の光ガイド（light guide）の中へモールドされており、LEDアセンブリは、光ガイドにおいて１８０度離れている。光ガイド材料（例えば、透明なアクリル、ポリ（メタクリル酸メチル）（”PMMA”）など）がLEDおよびMCPCBを直接的にカプセル化するので、光ガイド材料に対してLEDの非常に良好な光学的結合（optical coupling）が存在している。スマートフォンの小さなカメラレンズは、光ガイドの中央開口部の中または後方に置かれている。光ガイドの上面は、粗面、プリズム、等といった、注入された光を抽出する光学的特徴（optical features）を有している。

２つのLEDから放射された光は、光が出て行くところである、光ガイドの上面に光が当たるまで、全内部反射（”TIR”）によって光ガイドの滑らかな側面および底面で反射される。反対側のLEDアセンブリの反射面に到達する一方のLEDアセンブリからの光は、光ガイドの中で拡散して反射されて戻る。光ガイドの表面上の光学的特徴は、光を均一に漏れ出させるように適合され得る。様々な実施形態において、LEDは、上面放射(top-emitting)LEDであり、または、側面放射(side-emitting)LEDである。光ガイドから突出するMCPCBの部分は、空冷式ヒートシンクとして動作する。ヒートシンクは、ビデオ用または懐中電灯（flash light）としての使用といった、LEDが絶え間なく電源オンされている場合に重要である。

開示されるLED光ガイドの利点は、所望の発光プロフィールの生成を含んでおり、光は、カメラレンズの周囲に対称的に放射され、カメラレンズの軸方向と整列されたピーク発光を有し、そして、カメラの視野のエッジに向かってロールオフ（roll off）する。

追加的な特徴および実施形態が、ここにおいて説明される。

図１は、一つの実施例に従った、PCB上にマウントされた上面放射LEDの断面図である。図２は、別の実施例に従った、PCB上にマウントされた側面放射LEDの断面図である。図３は、一つの実施例に従った、図１の前面放射(front-emitting)LEDを使用した、フラッシュモジュールの正面図であり、リング形状の光ガイド（light guide）の開口部の中または後方に配置されたカメラレンズを伴っている。図４は、別の実施例に従った、図２の側面放射LEDを使用した、フラッシュモジュールの正面図であり、リング形状の光ガイドの開口部の中または後方に配置されたカメラレンズを伴っている。図５は、一つの実施例に従った、所望の発光プロフィールを達成するように光を漏れ出させるための、パターン化された光排出面（light exit surface）を示している、リング形状の光ガイドの断面図である。図６は、一つの実施例に従った、フラッシュモジュールの開口部の中のフラッシュモジュールおよびカメラレンズを示しているスマートフォンの背面を示す。図７は、カメラレンズの焦点距離におけるフラッシュモジュールの例示的な発光プロフィールを示し、カメラレンズの軸方向と整列されたピーク放射と、カメラの視野のエッジに対して対称的なロールオフ（roll off）とを示している。

同一または類似の要素には、同じ数字がラベル付けされている。

図１は、LED10を示している。LED10としての使用のための市販されているLEDの一つの例は、Lumileds Holdings、B．Vによって販売されているモデルLXCL-PWF4フラッシュモジュールである。LED10は、YAG蛍光体層12を用いてコーティングされた、青色発光のGaNベースダイ（GaN-based die）を含んでいる。青色光および黄色光は、写真に適した白色光を生成する。LEDダイは、カソード金属接点14、アノード金属接点16、P型半導体層18、活性層20（量子井戸）、N型半導体層22、および、カソード金属接点14とN型半導体層22との間に電気的接続を形成するためにN型半導体層22まで延在している金属ビア（metal vias）23、を含む。

LED10は、メタルコアプリント回路基板（”MCPCB”）24といったプリント回路基板（”PCB”）上にマウントされており、絶縁層26、および、フラッシュ電源を接点14、16に接続するための金属パターン28を有している。MCPCB24は、反射層30によって形成された白色（拡散反射性）背面、いくつかの実施形態においては、ＴｉＯ_２といった白色拡散粒子を含んでいるもの、を有している。MCPCB24の前面（背面反射表面30の反対側）は、また、反射層を用いて被覆されてもよい。一つの実施形態において、LED10は、約１ｍｍ幅以下であり、かつ、MCPCB24は、約１－２ｍｍ幅であって、そうして、LED10を支持しているMCPCB24の部分が、薄い、アクリルのリング形状の光ガイドの中にカプセル化され得る。光がLED10の上部から（図１での「上（”up”）」方向に）放射されるので、LED10は「上面放射（”top-emitting”）」である。

図２は、MCPCB24上の側面放射白色光LED32示しており、ここで、LED32は、図１のものと同一であるが、全ての光がLED32の側面から放射されるように、反射層34（例えば、銀）を伴っている。反射層34は、また、側面放射レンズであってもよい。

図３は、カメラレンズ42のための中央開口部40を有しているリング形状の光ガイド38の上面図である。スマートフォンのための典型的なカメラレンズは、そのプラスチック支持部材を含めて、約３－７ｍｍの直径である。従って、開口部40は、約３－７ｍｍの直径であってよい。光ガイド38の外径は、５－１５ｍｍであってよい。

図１からの２つの前面放射LED10は、LED10をカプセル化し、かつ、光を光ガイド38へと光学的に結合するために、透明な光ガイド38の中へモールドされている。光ガイド38を形成しているアクリル材料の屈折率は、光学的結合を最適化するように選択され得る。光ガイド38の厚さは、LED10の幅よりもわずかに大きくてよい。

MCPCB24の一方の端部は、光ガイド38から延出しており、そして、その接点パッドが、フラッシュモジュールの一部を形成している、別の回路基板上のLEDフラッシュコントローラ52に対して電気的に接続されている。LEDフラッシュコントローラ52は、LED10の輝度および照明時間を様々な使用のためにコントロールするように構成されている。カメラフラッシュとしての使用のために短いパルスを生成する場合や、または、例えば懐中電灯として使用される場合のより長い持続時間、といったものである。光ガイド38を越えて延びるMCPCB24の端部も、また、LED10からの熱を逃がす。

図３に示されるように、LED10の一方からの光線46は、内部全反射により、光ガイド38の壁で内部反射し、そして、光線が光ガイド38の上面に当たり、そして、光ガイド38を出て行くまで、他方のMCPCB24の白色背面で反射する。上面は、粗面化され、または、他の光学的特徴を有しており、かなり均一な放射を生成するように光を上面から漏れ出させる。２つのLEDが示されているが、追加の光束のために、より多くが光ガイド38の中へモールドされてよい。各MCPC24の白色背面は、光ガイド38の上面に当たる光線の可能性を増加させるために、光を拡散反射している。

図３には、また、カメラコントロール回路50も示されている。カメラ写真が撮影されている間、LED10を活動させるためにMCPCB24の接点パッドに対して電流パルスを提供するようにLEDフラッシュコントローラ52を制御するものである。一つの例において、カメラコントロール回路50は、カメラレンズ42によって指し示めされている被写体の照明が不十分であると判断し、そして、それに応答してLED10を活動させる（energize）ようにLEDフラッシュコントローラ52を制御する。

図４は、図２の側面放射LED32をカプセル化している光ガイド38の上面図であり、ここで、MCPCB24の上面は、光ガイド38の光放射面に対して平行である。側面放射LED32を使用することは、LED32の上方の目に見える「ホットスポット（”hot spots”）」を低減し、そして、より均一な放射を生成する。光ガイド38から延びるMCPCB24の端部は、図３に示されるLEDフラッシュコントローラ52に対して電気的に接続された接点パッドを有している。

光ガイド38は、LEDおよびMCPCBをカプセル化し、かつ、光を十分に混合するために、１－３ｍｍの厚さであってよい。より大きな光ガイド38は、リングの周囲の発光の均一性を改善する。側面放射LEDの高さはMCPCBの幅よりも小さくてよいので、図４における光ガイド38の厚さは、図３における光ガイド38の厚さよりも小さくてよい。

図５は、光ガイド38の断面図であって、一つの例に従って、漏れ光のための上面における光抽出特徴56を非常に強調している。光抽出特徴56は、光ガイド38の表面の粗面化を含み、かつ／あるいは、光ガイド38の表面から延在するモールドされたプリズムを含み得る。光ガイドの中の光束は、一般的に、LEDの近く、および、光を反射しているMCPCBの白色背面の近くで最大であるので、光抽出特徴56は、一方のLEDの位置と他方のLEDを支持しているMCPCBとの間の中途でより高い割合の光を抽出するように適合され得る。いくつかの実施例において、光ガイド38の表面上の異なる位置での異なる光抽出特徴は、LEDから放射される異なる量の光を、異なる方向において、抽出するために、形状、サイズ、及び／又は、コンフィグレーションが変動している。実質的に均一な光の出現を提供するためである。２つの光線58が示されており、光ガイド38の上面を出て行くように光抽出特徴56によってリダイレクトされている。

図６は、本リング形状のフラッシュを使用している従来のスマートフォン60の背面を図示しており、そこでは、光ガイド38およびカメラレンズ42が示されている。スマートフォンにおいて示されているが、リング形状のフラッシュは、スマートフォンにおけるカメラ以外のカメラに使用されてもよい。カメラを組み込んでいる任意の電子機器は、本開示に係るフラッシュシステムを使用することができる。そうした電子機器は、電源を含むか又は電源に対して接続され、電源とカメラとの間での電気的結合を含み、そして、処理コンポーネント、ストレージ、またはメモリ、等といった他の電子コンポーネントを含んでいる。電子機器は、また、ハウジングまたはエンクロージャを含み、その中に電子機器のコンポーネントが配置されている。フラッシュ、カメラ、およびカメラレンズは、カメラがフラッシュによって照明された被写体の画像を獲得することができるように、ハウジングから突出するように配置されている。

リング形状のフラッシュの機能的な利点に加えて、白色LEDにおいて典型的に存在する非審美的な（unaesthetic）黄色蛍光体が、より少なく見える。LEDが光ガイド38において横向きに取り付けられており（図３）、または、反射層34によって蛍光体が隠されている（図４）ためである。リング形状のフラッシュは、従来の「点光源（”point source”）」LEDフラッシュよりも拡散された光を生成し、そして、人間の被写体の目からの点光源の反射は存在しない。モールドされたフラッシュモジュールは、製造するのが簡単であり、かつ、フラッシュレンズの中にLEDをカプセル化する別個の製造工程を必要としない。丸いフラッシュ（round flash）は、カメラの視野に類似した対称的な円形発光を生成する。LEDとレンズとの間に所定のギャップを必要とするであろう、フラッシュレンズが存在しないので、本発明のフラッシュモジュールのための製造公差（tolerances）は、フラッシュレンズとフラッシュレンズの両方を含むコンフィグレーションと比較して緩和されている。

図７は、フラッシュのシミュレーション結果を示しており、ここで、全体の光束は３６０ルクス（lux）である。測定は、カメラレンズの焦点距離において行われており、スマートフォンのモデルに応じて、約１０ｍｍであり得る。示されるように、発光プロフィールは、水平および垂直に実質的に対称であって、中心において７４ルクスであるピーク光束を伴い、カメラの視野のエッジにおいて約４０ルクスまでロールオフ（rolling off）していて、たいてい被写体がフレームの中央に居るスマートフォンカメラのためにフラッシュが役立つようにしている。対角線上の均一性は、７５度の視野については４０％より大きいが、光抽出特徴56（図５）を調整することによって改善することができる。

特定的な実施形態が示され、かつ、説明されてきたが、当業者にとっては、より広範な態様において、本開示から逸脱することなく変更および変形を行うことができること、そして、従って、添付の請求項は、本開示の真の精神および範囲内にあるそうした変更および変形の全てをその範囲内に包含すること、が明らかであろう。

Claims

照明システムであって、
リング形状の光ガイドと、
前記リング形状の光ガイドにおいてカプセル化されており、かつ、前記リング形状の光ガイドの中へ光を放射するように構成されている、第１発光ダイオード（ＬＥＤ）および第２ＬＥＤであって、
前記第１ＬＥＤで放射された光は、前記リング形状の光ガイドの周りを、第１円方向において伝搬し、
前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤは、それぞれに、前記光ガイドを通じて伝搬するように前記放射された光を反射するための反射性表面を有する第１プリント回路基板および第２プリント回路基板にマウントされており、
前記第２プリント回路基板の前記反射性表面で反射された光は、前記リング形状の光ガイドの周りを、前記第１円方向とは反対の、第２円方向において伝搬する、
第１ＬＥＤおよび第２ＬＥＤと、
前記リング形状の光ガイドから放射された光のうち少なくとも一部分を方向付けるように構成されている、光抽出特徴と、
を含む、照明システム。
前記リング形状の光ガイドは、前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤを直接的にカプセル化する光ガイド材料から形成されており、
前記光ガイド材料は、前記放射された光を前記リング形状の光ガイドの中へ導くように選択された屈折率を有している、
請求項１に記載の照明システム。
前記リング形状の光ガイドは、
前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤから放射された光が、ガス状媒体および真空を通過することなく、前記光ガイド材料へ直接的に進入するように、
前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤをカプセル化する、
請求項２に記載の照明システム。
前記光ガイド材料は、形成性アクリル材料である、
請求項２に記載の照明システム。
前記光抽出特徴は、前記リング形状の光ガイドの表面に配置されている、
請求項１に記載の照明システム。
前記光抽出特徴は、前記リング形状の光ガイドの出力表面のうち粗面化された部分を含み、
前記出力表面は、出力方向に直面しており、
前記出力方向は、前記リング形状の光ガイドの面に対して実質的に垂直である、
請求項１に記載の照明システム。
前記光抽出特徴は、前記リング形状の光ガイドの出力表面に配置されたプリズムを含み、
前記出力表面は、出力方向に直面しており、
前記出力方向は、前記リング形状の光ガイドの面に対して実質的に垂直である、
請求項１に記載の照明システム。
前記第２ＬＥＤは、
前記リング形状の光ガイドにおいてカプセル化され、かつ、前記リング形状の光ガイドの中へ光を放射するように構成されている、
請求項１に記載の照明システム。
前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤは、前記リング形状の光ガイドの実質的に正反対の側に配置されており、
前記リング形状の光ガイドは、前記リング形状の光ガイドの周りで第１円方向に光をガイドし、かつ、前記リング形状の光ガイドの周りで、前記第１円方向とは反対の、第２円方向に光をガイドするように形作られており、かつ、
前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤは、前記リング形状の光ガイドの周りで前記第１円方向に光を放射するように向けられている、
請求項８に記載の照明システム。
前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤは、上面放射ＬＥＤである、
請求項９に記載の照明システム。
前記第１ＬＥＤは、第１プリント回路基板の前面にマウントされ、前記第１プリント回路基板は、拡散反射性の背面を有しており、かつ、
前記第２ＬＥＤは、第２プリント回路基板の前面にマウントされ、前記第２プリント回路基板は、拡散反射性の背面を有している、
請求項１０に記載の照明システム。
前記照明システムは、さらに、
前記第１ＬＥＤへ電力供給するように構成されている回路を含む、
請求項１に記載の照明システム。
前記リング形状の光ガイドは、カメラレンズを収容するための中央開口部を含み、
前記照明システムは、さらに、
前記リング形状の光ガイドの前記中央開口部の中または後方に配置されたカメラレンズを含む、
請求項１に記載の照明システム。
前記照明システムは、さらに、スマートフォンを含み、
前記スマートフォンは、カメラを含み、
前記カメラは、前記カメラレンズを含み、
前記リング形状の光ガイドは、前記カメラのためのフラッシュとして構成されている、
請求項１３に記載の照明システム。
照明を提供する方法であって、前記方法は、
リング形状の光ガイドにカプセル化された第１発光ダイオード（ＬＥＤ）および第２ＬＥＤを用いて、前記リング形状の光ガイドの中へ光を放射するステップであり、
前記第１ＬＥＤで放射された光は、前記リング形状の光ガイドの周りを、第１円方向において伝搬し、
前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤは、それぞれに、前記光ガイドを通じて伝搬するように前記放射された光を反射するための反射性表面を有する第１プリント回路基板および第２プリント回路基板にマウントされており、
前記第２プリント回路基板の前記反射性表面で反射された光は、前記リング形状の光ガイドの周りを、前記第１円方向とは反対の、第２円方向において伝搬する、
ステップと、
前記リング形状の光ガイドに配置された光抽出特徴を用いて、前記リング形状の光ガイドから放射された光のうち少なくとも一部分を抽出するステップと、
を含む、方法。
前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤは、前記リング形状の光ガイドの実質的に正反対の側に配置されており、
前記リング形状の光ガイドは、前記リング形状の光ガイドの周りで第１円方向に光をガイドし、かつ、前記リング形状の光ガイドの周りで、前記第１円方向とは反対の、第２円方向に光をガイドするように形作られており、
前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤは、前記リング形状の光ガイドの周りで前記第１円方向に光を放射するように向けられている、
請求項１５に記載の方法。
前記第１ＬＥＤは、第１プリント回路基板の前面にマウントされた上面放射ＬＥＤであり、前記第１プリント回路基板は、拡散反射性の背面を有しており、
前記第２ＬＥＤは、第２プリント回路基板の前面にマウントされた上面放射ＬＥＤであり、前記第２プリント回路基板は、拡散反射性の背面を有している、
請求項１６に記載の方法。