KR20200068704A

KR20200068704A - 플래시 디바이스에서의 사용을 위한 렌즈

Info

Publication number: KR20200068704A
Application number: KR1020207013262A
Authority: KR
Inventors: 쉐친 린
Original assignee: 루미리즈 홀딩 비.브이.
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-06-15
Also published as: EP3695262B1; US11553124B2; US10659668B2; EP3695262A1; JP2020537766A; JP7092874B2; CN112074772A; US20190109967A1; KR102452155B1; WO2019074929A1; US20200244850A1; TW201925857A; CN112074772B; TWI760569B

Abstract

광원; 프레넬 렌즈 및 렌즈 어레이를 포함하는 장치가 개시된다. 프레넬 렌즈는 광원에 의해 출력된 광을 시준하기 위해 광원으로부터 상류에 배치된다. 렌즈 어레이는 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 프레넬 렌즈로부터 상류에 배치된다. 렌즈 어레이는 기판 상에 배열된 복수의 광학 요소들을 포함한다. 각각의 광학 요소는 프레넬 렌즈의 상이한 각각의 부분을 향하도록 배열된 각자의 제1 평면 표면 및 프레넬 렌즈의 반대 쪽을 향하도록 배열된 제2 볼록 표면을 포함한다.

Description

플래시 디바이스에서의 사용을 위한 렌즈

본 개시는 일반적으로 발광 디바이스들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 플래시 디바이스에서의 사용을 위한 렌즈에 관한 것이다.

발광 다이오드들("LED들")은 다양한 응용들에서 광원들로서 흔히 사용된다. LED들은 종래의 광원들보다 에너지 효율적이고, 예를 들어 백열 램프들 및 형광등보다 훨씬 더 높은 에너지 변환 효율을 제공한다. 또한, LED들은 더 적은 열을 조명된 영역들로 방사하고, 종래의 광원들보다 밝기, 방출 색 및 스펙트럼에 대한 더 큰 제어 폭을 제공한다. 이러한 특성들은 LED들을 실내 조명으로부터 플래시 사진까지의 범위의 다양한 조명 응용들을 위한 탁월한 선택으로 만든다.

플래시 사진 응용들은 LED들이 LED들로부터 출력되는 광을 포커싱하기 위한 특수 광학계들과 함께 사용될 것을 요구한다. 이러한 광학계들은 다양한 설계 제약들을 충족시킬 필요가 있다. 예를 들어, 스마트폰들 및 소형 카메라들과 같은 소형 폼팩터(form-factor) 사진 디바이스들에 맞도록 충분히 작을 필요가 있다. 또한, 촬영되고 있는 피사체의 방향으로 광을 잘 시준하는 것이 필요하며, 다수의 LED들이 광원으로 사용될 때 고도로 균일한 광 출력을 또한 제공해야 한다.

따라서, 위의 설계 제약들을 충족시키는 개선된 광학 설계들에 대한 필요성이 존재한다.

본 개시는 이러한 필요성을 해결한다. 본 개시의 양태들에 따르면, 광원; 프레넬 렌즈(Fresnel lens), 및 렌즈 어레이를 포함하는 장치가 제공된다. 프레넬 렌즈는 광원에 의해 출력된 광을 시준하기 위해 광원으로부터 상류에 배치된다. 렌즈 어레이는 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 프레넬 렌즈로부터 상류에 배치된다. 렌즈 어레이는 기판 상에 배열된 복수의 광학 요소들을 포함한다. 각각의 광학 요소는 프레넬 렌즈의 각각의 상이한 부분을 향하도록 배열된 각각의 제1 평면 표면 및 프레넬 렌즈의 반대 쪽을 향하도록 배열된 제2 볼록 표면을 포함한다.

아래에 설명되는 도면들은 단지 예시의 목적들을 위한 것이다. 도면들은 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 도면들에 도시된 유사한 참조 문자들은 다양한 실시예들에서 동일한 부분들을 지시한다.
도 1a는 본 개시의 양태들에 따른 사진 시스템의 예의 개략도이다;
도 1b는 본 개시의 양태들에 따른 도 1a의 사진 시스템을 포함하는 전자 디바이스의 예의 개략적인 평면도이다;
도 1c는 본 개시의 양태들에 따른 도 1b의 전자 디바이스의 개략적인 측단면도이다;
도 2는 본 개시의 양태들에 따른 플래시 디바이스의 예의 개략도이다;
도 3a는 본 개시의 양태들에 따른 도 2의 플래시 디바이스의 일부인 프레넬 렌즈의 예의 개략적인 측면도이다;
도 3b는 본 개시의 양태들에 따른 도 3a의 프레넬 렌즈의 개략적인 평면도이다;
도 4a는 본 개시의 양태들에 따른 도 2의 플래시 디바이스의 일부인 렌즈 어레이의 예의 개략적인 측면도이다;
도 4b는 본 개시의 양태들에 따른 도 4a의 렌즈 어레이의 개략적인 평면도이다;
도 5a는 본 개시의 양태들에 따른 도 4a의 렌즈 어레이의 일부인 광학 요소의 예의 개략적인 사시도이다;
도 5b는 본 개시의 양태들에 따른 상부에서 볼 때의 도 4a의 광학 요소의 개략적인 평면도이다;
도 5c는 본 개시의 양태들에 따른 하부에서 볼 때의 도 5a의 광학 요소의 개략적인 평면도이다;
도 5d는 본 개시의 양태들에 따른 광학 요소의 폭을 따라 취해진 도 5a의 광학 요소의 개략적인 단면도이다;
도 5e는 본 개시의 양태들에 따른 광학 요소의 길이를 따라 취해진 도 5a의 광학 요소의 개략적인 단면도이다;
도 6은 본 개시의 양태들에 따른 도 2의 플래시 디바이스의 동작을 예시하는 개략도이다;
도 7은 본 개시의 양태들에 따른 도 2의 플래시 디바이스의 동작을 예시하는 개략도이다;
도 8은 본 개시의 양태들에 따른 도 2의 플래시 디바이스의 동작을 예시하는 개략도이다;
도 9는 제1 구성에 따른 도 2의 플래시 디바이스의 조도 분포 래스터 차트(raster chart)이다;
도 10은 제2 구성에 따른 도 2의 플래시 디바이스의 조도 분포 래스터 차트이다;
도 11a는 본 개시의 양태들에 따른 다른 플래시 디바이스의 예의 개략도이다;
도 11b는 본 개시의 양태들에 따른 도 11a의 플래시 디바이스의 색 혼합 능력들을 예시하는 플롯(plot)이다.

본 개시의 양태들에 따르면, 스마트폰들에 사용하기 위한 사진 플래시 디바이스가 개시된다. 플래시 디바이스는 광원, 프레넬 렌즈, 및 프레넬 렌즈의 발광 표면 상에 배치된 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 렌즈 어레이는 기판 상에 배열되는 복수의 광학 요소들을 포함할 수 있고, 플래시 디바이스로부터 출력되는 광을 조절(condition)하도록 동작 가능할 수 있다.

본 개시의 양태들에 따르면, 렌즈 어레이는 플래시 디바이스가 고도로 균일한 색 온도를 갖는 광 방출들을 출력하게 할 수 있다. 이러한 결과를 달성하기 위해, 렌즈 어레이 내의 각각의 광학 요소는 나머지 광학 요소들에 의해 생성된 조명 스팟(spot)들과 실질적으로 중첩하는 각각의 조명 스팟을 생성하도록 구성될 수 있다. 광원이 상이한 색들의 광을 생성하는 다수의 LED들을 포함할 때, 광학 요소들의 조명들 스팟들을 중첩시키는 것은 LED들로부터의 방출들이 혼합되도록 할 수 있다. 이것은 결국 고도로 균일한 색 온도를 갖는 결합된 광 방출을 야기할 수 있다.

본 개시의 양태들에 따르면, 렌즈 어레이는 플래시 디바이스로 하여금 카메라에서 이미징 센서의 형상 및 종횡비에 근접하게 일치하는 형상 및 종횡비를 갖는 조명 스팟을 생성하도록 할 수 있다. 이하에서 더 논의되는 바와 같이, 렌즈 어레이 내의 각각의 광학 요소는 광학 요소의 형상 및/또는 곡률을 조작함으로써 직사각형 형상 및 이미징 센서의 종횡비와 일치하는 종횡비를 갖는 조명 스팟을 생성하도록 구성될 수 있다. 이미징 센서의 형상들 및 종횡비들과 플래시 디바이스에 의해 생성된 조명 스팟 사이의 대응은 카메라에 의해 캡처된 이미지들의 증가된 품질을 초래할 수 있다.

본 개시의 양태들에 따르면, 렌즈 어레이는 플래시 디바이스가 페어링되는 카메라의 시야(field-of-view) 내에서 플래시 디바이스가 고도로 균일한 조도 분포 패턴을 생성하게 할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 렌즈 어레이 내의 각각의 광학 요소는 나머지 광학 요소들에 의해 생성된 조명 스팟들과 실질적으로 중첩하는 각각의 조명 스팟을 생성하도록 구성될 수 있다. 렌즈 어레이 내에 상이한 광학 요소들에 의해 생성된 조명 스팟들을 중첩시키는 것은 플래시 디바이스가 고도로 균일한 조도 분포 패턴을 갖도록 할 수 있다.

본 개시의 양태들에 따르면, 광원; 광원에 의해 출력된 광을 시준하기 위해 광원으로부터 상류에 배치된 프레넬 렌즈; 및 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 프레넬 렌즈로부터 상류에 배치된 렌즈 어레이 -렌즈 어레이는 기판 상에 배열된 복수의 광학 요소들을 포함하고, 각각의 광학 요소는 프레넬 렌즈의 상이한 각각의 부분을 향하도록 배열된 각각의 제1 평면 표면 및 프레넬 렌즈의 반대 쪽을 향하도록 배열된 제2 볼록 표면을 포함함- 를 포함하는 장치가 개시된다.

본 개시의 양태들에 따르면, 내부에 형성된 개구를 갖는 하우징 인클로저(housing enclosure); 하우징 인클로저 내부에 배치된 광원; 광원에 의해 출력된 광을 시준하기 위해 개구 내에 배치된 프레넬 렌즈; 및 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 프레넬 렌즈 상에 배치된 렌즈 어레이 -렌즈 어레이는 기판 상에 배열된 복수의 광학 요소들을 포함하고, 각각의 광학 요소는 프레넬 렌즈의 상이한 각각의 부분을 향하도록 배열된 각각의 제1 평면 표면 및 프레넬 렌즈의 반대 쪽을 향하도록 배열된 제2 볼록 표면을 포함함- 를 포함하는 장치가 개시된다.

본 개시의 양태들에 따르면, 제1 색 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 제1 광원; 제1 색 온도보다 더 차가운 제2 색 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 제2 광원; 제1 광원에 의해 출력되는 광을 시준하기 위해 제1 광원으로부터 상류에 배치되는 제1 프레넬 렌즈, 및 제1 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 제1 프레넬 렌즈로부터 상류에 배치된 제1 렌즈 어레이를 포함하는 제1 렌즈 어셈블리 -제1 렌즈 어레이는 제1 기판 상에 배열된 복수의 제1 광학 요소들을 포함함-; 및 제2 광원에 의해 출력된 광을 시준하기 위해 제2 광원으로부터 상류에 배치된 제2 프레넬 렌즈, 및 제2 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 제2 프레넬 렌즈로부터 상류에 배치된 제2 렌즈 어레이를 포함하는 제2 렌즈 어셈블리 -제2 렌즈 어레이는 제2 기판 상에 배열된 복수의 제2 광학 요소들을 포함함- 를 포함하는 장치가 개시되고, 여기서 각각의 제1 광학 요소는 각각의 조명 스팟을 생성하도록 구성되고, 각각의 조명 스팟과 제2 광학 요소들 중 임의의 것에 의해 생성되는 다른 각각의 조명 스팟은 조명 스팟과 다른 각각의 조명 스팟이 원거리장(far-field) 타겟 평면 상에 투영될 때 실질적으로 중첩한다.

상이한 플래시 디바이스들의 예들이 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 이러한 예들은 상호 배타적이지 않고, 일례에서 발견되는 특징들은 추가적인 구현들을 달성하기 위해 하나 이상의 다른 예들에서 발견되는 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면들에 도시된 예들은 단지 예시의 목적들로 제공되며, 이들은 본 개시를 어떠한 방식으로든 제한하려는 의도는 아니라는 것을 이해할 것이다. 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 지칭한다.

제1, 제2 등의 용어들이 다양한 요소들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다. 이러한 용어들은 단지 하나의 요소를 다른 것과 구별하기 위해 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 제1 요소는 제2 요소로 지칭될 수 있고, 유사하게 제2 요소는 제1 요소로 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 열거 항목들 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다.

층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "위에(on)" 존재하거나, 다른 요소 "위로(onto)" 연장된다고 언급되는 경우, 다른 요소 위에 직접 존재하거나 다른 요소 위로 직접 연장될 수 있거나, 또는 개입 요소들(intervening elements)이 존재할 수도 있다는 점이 이해될 것이다. 반면에, 한 요소가 다른 요소 "바로 위에(directly on)" 있거나 "바로 위로(directly onto)" 연장된다고 언급될 때, 개입 요소들은 존재하지 않는다. 또한, 한 요소가 다른 요소에 "연결된(connected)" 또는 "결합된(coupled)" 것으로 언급될 때, 다른 요소에 직접 연결되거나 개입 요소들이 존재할 수 있다. 반면에, 한 요소가 다른 요소와 "직접 연결된(directly connected)" 또는 "직접 결합된(directly coupled)" 것으로 언급될 때, 개입 요소들은 존재하지 않는다. 이들 용어들은 도면들에 도시한 임의의 배향 외에 요소의 상이한 배향들을 포함하고자 한다는 것을 이해할 것이다.

"아래(below)" 또는 "위(above)" 또는 "상부(upper)" 또는 "하부(lower)" 또는 "수평(horizontal)" 또는 "수직(vertical)"과 같은 상대적 용어들은 도면들에 도시된 한 요소, 층 또는 영역과 다른 요소, 층 또는 영역의 관계를 기술하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 도시된 배향 외에 디바이스의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다는 점이 이해될 것이다.

도 1a는 본 개시의 양태에 따른 사진 시스템(100)의 도면이다. 시스템(100)은 플래시 디바이스(110), 이미징 디바이스(120), 및 플래시 디바이스(110)와 이미징 디바이스(120)를 동작시키기 위한 제어 회로(130)를 포함할 수 있다. 플래시 디바이스(110)는 광원(112), 광원으로부터 상류에 배치된 프레넬 렌즈(114), 및 프레넬 렌즈로부터 상류에 배치된 렌즈 어레이(116)를 포함할 수 있다. 플래시 디바이스는 도 2 내지 도 11b와 관련하여 이하에서 더 논의된다. 이미징 디바이스(120)는 이미징 센서(122)와 사진 렌즈(124)를 포함할 수 있다. 이미징 센서(122)는 전하 결합 디바이스(charge-coupled device)(CCD) 센서 또는 상보적 금속 산화물 반도체(complementary metal-oxide-semiconductor)(CMOS) 센서와 같은 임의의 적합한 유형의 이미징 센서를 포함할 수 있다. 사진 렌즈(124)는 장면의 이미지를 이미징 센서 상에 투영하도록 구성된 임의의 적합한 유형의 렌즈를 포함할 수 있다.

제어 회로(130)는 이미징 디바이스(120) 및 플래시 디바이스(110)에 동작 가능하도록 결합될 수 있다. 제어 회로(130)는 플래시 디바이스를 트리거(trigger)하는 한편, 플래시 디바이스(110)를 트리거하는 결과로서 조명되는 장면의 디지털 이미지를 획득하기 위해 이미징 디바이스(120)를 샘플링하도록 동작할 수 있다. 제어 회로(130)는 범용 프로세서(예를 들어, ARM 기반 프로세서), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field-Programmable Gate Array), 및/또는 다른 임의의 적합한 유형의 디지털 및/또는 아날로그 회로일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제어 회로(130)는 하나 이상의 메모리 디바이스들(예를 들어, 솔리드 스테이트 메모리(solid-state memory), 플래시 메모리(flash memory), EEPROM 등)을 포함할 수 있다.

도 1b는 본 개시의 양태들에 따른 사진 시스템(100)을 포함하는 전자 디바이스(140)의 예의 평면도이다. 도 1c는 본 개시의 양태들에 따른, 축 A-A에 따른 전자 디바이스의 측단면도이다. 예시된 바와 같이, 전자 디바이스(140)는 인클로저(142)를 포함할 수 있다. 인클로저(142) 내부에는 플래시 디바이스(110), 이미징(120) 및 제어 회로(130)가 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 도시된 바와 같이, 광원(112), 프레넬 렌즈(114), 및 렌즈 어레이(116)가 인클로저(142) 내에 형성되는 리세스(recess)(144) 내에 배치될 수 있다.

본 예에서, 전자 디바이스(140)는 스마트폰이다. 그러나, 디바이스(140)가 예를 들어 디지털 일안 반사식(digital single-lens reflex)(DSLR) 카메라, 포인트 앤 슛(point-and shoot) 카메라, 또는 파지형(handheld) 내비게이션 디바이스와 같은 임의의 다른 적합한 유형의 전자 디바이스인 대안적인 구현들이 가능하다. 도시되지 않았지만, 전자 디바이스(140)는 프로세서(예를 들어, ARM 기반 프로세서, 특수-목적 프로세스, FPGA, ASIC 등), 메모리(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(random access memory), 솔리드-스테이트 드라이브(solid-state drive), 플래시 메모리, EEPROM 메모리 등), 디스플레이, 입력 디바이스(예를 들어, 터치 패드, 키 패드 등), 및/또는 임의의 다른 적합한 유형의 컴포넌트를 포함할 수 있다.

도 2는 본 개시의 양태들에 따른 플래시 디바이스(110)의 예의 개략적인 단면도이다. 예시된 바와 같이, 플래시 디바이스(110)는 광원(112), 프레넬 렌즈(114), 및 렌즈 어레이(116)를 포함할 수 있다. 프레넬 렌즈(114)는 광원(112)으로부터 상류에 배치될 수 있고, 렌즈 어레이(116)는 프레넬 렌즈(114)로부터 상류에 배치될 수 있다. 플래시 디바이스(110)가 활성화되면, 광원(112)으로부터 방출된 광은 촬영 중인 피사체를 조명하기 위해 프레넬 렌즈(114) 및 렌즈 어레이(116)를 통해 상류 방향으로 전파된다.

광원(112)은 하나 이상의 LED들을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 일부 구현들에서, 광원(112)은 제1 LED 및 제2 LED를 포함할 수 있다. 제1 LED는 제1 색 온도를 갖는 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 그리고 제2 LED는 제1 색 온도보다 차가운 제2 색 온도를 갖는 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 아래에 더 논의되는 바와 같이, 제1 LED 및 제2 LED로부터의 광은 예를 들어 백색과 같은 선택된 색 온도를 갖는 광 방출들을 생성하기 위해 렌즈 어레이(116)에 의해 혼합될 수 있다.

프레넬 렌즈(114)는 광원(112)에 의해 출력되는 광을 시준하고 플래시 디바이스(110)의 시야(field-of-view)(FOV)를 제어하기 위해 광원(112)에 광학적으로 결합될 수 있다. 일부 구현들에서, 프레넬 렌즈(114)는 플래시 디바이스(110) 상에 40도 FOV를 부여하도록 동작 가능할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구현들에서, 프레넬 렌즈(114)는 플래시 디바이스(110) 상에 75도의 시야를 부여하도록 동작 가능할 수 있다.

도 3a는 프레넬 렌즈(114)의 측단면도를 도시하고, 도 3b는 프레넬 렌즈(114)의 평면도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 프레넬 렌즈는 반경 R을 갖는 원형 형상을 갖는다. 프레넬 렌즈(114)는 볼록 섹션(320) 주위에 중심을 둔 복수의 동심 환형 섹션들(322)을 포함한다. 본 예에서 프레넬 렌즈(114)가 5개의 환형 섹션들(322)을 포함하지만, 프레넬 렌즈(114)가 임의의 수(예를 들어, 10개, 50개, 100개 등)의 환형 섹션들(322)을 포함하는 대안적인 구현들이 가능하다. 인접한 환형 섹션들 사이의 피치(pitch)는 동일하거나 그렇지 않을 수 있다. 프레넬 렌즈(114)는 유리, 플라스틱, 및/또는 다른 임의의 적합한 유형의 재료로 형성될 수 있다. 프레넬 렌즈(114)의 크기는 설계 사양들에 따라 변할 수 있다. 예로서, 일부 구현들에서, 프레넬 렌즈(114)의 크기는 직경이 2mm-100mm의 범위에 있을 수 있다.

렌즈 어레이(116)는 프레넬 렌즈(114)로부터 출력된 광을 추가로 조절하기 위해 프레넬 렌즈(114)에 광학적으로 결합될 수 있다. 렌즈 어레이(116)는 여러 기능들 중 적어도 하나를 충족시킬 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이(116)는 높은 색 균일성을 달성하기 위해 광원(112)에 의해 출력되는 광을 혼합할 수 있다. 다른 예로서, 렌즈 어레이(116)는 플래시 디바이스(110)에 의해 생성된 조명 스팟이 이미징 센서(122)의 형상과 일치하는 직사각형의 형상을 갖도록 할 수 있다. 또 다른 예로서, 렌즈 어레이(116)는 플래시 디바이스(110)의 조도 분포를 개선할 수 있다.

도 4a는 렌즈 어레이(116)의 개략적인 측단면도이며, 도 4b는 렌즈 어레이(116)의 개략적인 평면도이다. 예시된 바와 같이, 렌즈 어레이(116)는 기판(420) 상에 배치된 복수의 광학 요소들(410)을 포함할 수 있다. 기판(420)은 반경 R을 갖는 원형 형상을 가질 수 있다. 각각의 광학 요소들(410)은 기판(420)(및 프레넬 렌즈(114))의 반대 쪽을 향하는 상부 표면(410a), 및 기판(420)(및 프레넬 렌즈(114)) 쪽으로 향하는 하부 표면(410b)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 상부 표면(410a)은 발광 표면으로 지칭될 수 있고, 하부 표면(410b)은 수광 표면으로 지칭될 수 있다.

일부 구현들에서, 렌즈 어레이(116)는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있고, 각각의 광학 요소들(410)은 상이한 마이크로 렌즈일 수 있다. 광학 요소들(410) 및/또는 기판(420) 중 임의의 것은 유리, 플라스틱, 및/또는 임의의 다른 적합한 유형의 재료로 형성될 수 있다. 광학 요소들(410)은 기판(420)과 일체형이거나 그로부터 분리될 수 있다. 또한, 본 예에서 각각의 광학 요소들(410)은 실질적으로 직사각형의 단면을 갖지만, 광학 요소들(410) 중 임의의 것이 원형 또는 타원형의 단면을 갖는 대안적인 구현들이 가능하다. 이와 관련하여, 본 개시는 광학 요소들(410) 및/또는 기판(420)의 임의의 특정한 기하학적 형상으로 제한되지 않는다.

더욱이, 광학 요소들(410)은 기판(420) 상에 임의의 적합한 패턴으로 배열될 수 있다. 본 예에서, 광학 요소들(410)은 기판(420) 상에 직선들로 배열된다. 그러나, 광학 요소들(410)이 원들로 및/또는 임의의 다른 적합한 패턴으로 배열되는 대안적인 구현들이 가능하다. 이와 관련하여, 본 개시는 기판(420) 상의 광학 요소들(410)의 임의의 특정 배열로 제한되지 않는다.

도 4a 및 도 4b의 예에서, 광학 요소들(410)은 서로 동일하다. 그러나, 적어도 2개 이상의 광학 요소들(410)이 상이한 대안적인 구현들이 가능하다. 예를 들어, 2개의 광학 요소는 상이한 폭들을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 예로서, 2개의 광학 요소는 상이한 길이들을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 2개의 광학 요소는 상이한 두께들을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 2개의 광학 요소들은 상이한 수평 곡률들을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 2개의 광학 요소들은 상이한 수직 곡률들을 가질 수 있다.

도 4a 및 도 4b의 예에서, 광학 요소들은 이격된다. 그러나, 광학 요소들이 서로 직접 맞닿는 대안적인 구현들이 가능하다.

도 4a 및 도 4b의 예에서, 광학 요소들 사이의 수직 피치(VP)는 렌즈 어레이(116) 전체에 걸쳐 동일하다. 그러나, 수직 피치(VP)가 변하는 대안적인 구현들이 가능하다. 이러한 경우들에서, 렌즈 어레이(116) 내의 제1의 이웃하는 광학 요소들(410)의 쌍의 수직 피치(VP)는 렌즈 어레이(116) 내의 제2의 이웃하는 광학 요소들(410)의 쌍의 수직 피치(VP)와 상이할 수 있다. 본 개시의 양태들에 따르면, 광학 요소들(410)의 쌍의 수직 피치(VP)는 쌍 내의 제1 광학 요소(410)의 중심(C)과 쌍 내의 제2 광학 요소의 중심(C) 사이의 수평 거리를 포함한다. 또한, 본 개시의 양태들에 따르면, 2개의 광학 요소들(410)은 그들 사이에 다른 요소들이 존재하지 않는 경우(즉, 서로에 직접 인접하는 경우 등) 이웃하는 것으로 간주된다.

도 4a 및 도 4b의 예에서, 광학 요소들 사이의 수평 피치(HP)는 렌즈 어레이(116) 전체에 걸쳐 동일하다. 그러나, 수평 피치가 변하는 대안적인 구현들이 가능하다. 이러한 경우들에서, 렌즈 어레이(116) 내의 이웃하는 광학 요소들(410)의 제1 쌍의 수평 피치(HP)는 렌즈 어레이(116) 내의 이웃하는 광학 요소들(410)의 제2 쌍의 수평 피치(HP)와 상이할 수 있다. 본 개시의 양태들에 따르면, 광학 요소들(410)의 쌍의 수평 피치는 쌍 내의 제1 광학 요소(410)의 중심(C)과 쌍 내의 제2 광학 요소의 중심(C) 사이의 수직 거리를 포함한다.

도 4a 및 도 4b의 예에서, 광학 요소들(410) 각각은 초점(F)을 갖는 광의 빔을 출력하도록 구성될 수 있다. (예를 들어, 도 6 참조.) 이러한 경우들에서, 광학 요소들(410) 각각은 빔이 그 광학 요소로부터 방출되는 방향을 기술하는 중심 축(C)에 의해 특징지어질 수 있다. (예를 들어, 도 5b 및 도 5d 참조.) 보다 구체적으로, 본 예에서, 주어진 광학 요소(410)의 중심 축은 광학 요소(410)의 상부 표면(410a)의 중심에서 시작하고 광학 요소(410)의 초점(F)을 통과하는 것일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구현들에서, 주어진 광학 요소(410)의 중심 축은 광학 요소(410)의 상부 표면(410a)의 중심에서 시작하고 광학 요소의 상부 표면(410a)에 수직으로 연장되는 것일 수 있다.

도 4a 및 도 4b의 예에서, 렌즈 어레이(116) 내의 광학 요소들(410)은 평행한 광학 축들을 갖도록 구성되며, 따라서 각각의 광학 요소(410)의 중심 축은 렌즈 어레이(116) 내의 임의의 다른 광학 요소(410)의 광학 축에 평행하다. 그러나, 일부 구현들에서, 렌즈 어레이(116) 내의 적어도 2개의 광학 요소들의 광학 축들은 발산하도록 배열될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구현들에서, 적어도 2개의 광학 요소들의 광학 축들은 특정 타겟 평면에서 만나도록 배열될 수 있다.

도 5a는 광학 요소(410)의 예의 사시도이고, 도 5b는 상부에서 볼 때의 광학 요소(410)의 평면도이다. 예시된 바와 같이, 광학 요소(410)는 만곡된 상부 표면(410a)을 가질 수 있다. 도 5c는 하부에서 볼 때의 광학 요소(410)의 평면도이다. 예시된 바와 같이, 광학 요소(410)의 하부 표면(410b)은 직사각형 형상일 수 있고, 그것은 폭(W) 및 길이(L)를 가질 수 있다. 본 예에서는 광학 요소(410)의 하부 표면(410b)이 직사각형 형상을 갖지만, 하부 표면(410b)이 원형의 형상, 및/또는 임의의 다른 적합한 유형의 형상을 갖는 대안적인 구현들이 가능하다.

도 5d는 광학 요소(410)의 폭(W)을 따라 취해진 광학 요소(410)의 측단면도이다. 도 5e는 광학 요소(410)의 길이(L)를 따라 취해진 광학 요소(410)의 단면도이다. 예시된 바와 같이, 광학 요소(410)의 상부 표면(410a)은 광학 요소(410)의 폭(W)을 따르는 제1 곡률 및 광학 요소(410)의 길이(L)를 따르는 제2 곡률을 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 곡률은 제2 곡률과 동일할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구현들에서, 제1 곡률은 제2 곡률과 상이할 수 있다.

본 개시의 양태들에 따르면, 광학 요소(410)는 종횡비를 가질 수 있다. 광학 요소의 종횡비는: (i) 폭(W)과 길이(L) 사이의 비율, 또는 (ⅱ) 길이(L)와 폭(W) 사이의 비율 중 하나일 수 있다. 일부 구현들에서, 종횡비는 이미징 센서(122)의 종횡비와 일치할 수 있다. 예를 들어, 광학 요소(410)의 종횡비는 이미징 센서(122)의 종횡비와 동일할 수 있다. 다른 예로서, 광학 요소(410)의 종횡비는 이미징 센서(122)의 종횡비와 실질적으로 동일할 수 있고, 이 때 두 비율은 서로 10%-15% 내에 있다.

본 개시의 양태들에 따르면, 광학 요소(410)는 곡률비(curvature ratio)를 가질 수 있다. 광학 요소(410)의 곡률비는 (i) 광학 요소(410)의 길이를 따른 상부 표면(410a)의 곡률과 광학 요소(410(b))의 폭을 따른 상부 표면(410a)의 곡률 사이의 비율, 및 광학 요소(410)의 폭을 따른 상부 표면(410a)의 곡률과 광학 요소(410(b))의 길이를 따른 상부 표면(410a)의 곡률 사이의 비율 중 하나일 수 있다. 일부 양태들에서, 광학 요소(410)의 곡률비는 이미징 센서(122)의 종횡비와 일치할 수 있다. 예를 들어, 만약 두 비율들이 동일하거나 실질적으로 동일(예를 들어 서로 10%-15% 이내)하다면 광학 요소(410)의 곡률비는 이미징 센서(122)의 종횡비와 일치할 수 있다. 다른 예로서, 광학 요소에 의해 생성된 조명 스팟이 이미징 센서(122)의 종횡비와 동일하거나 실질적으로 동일한 종횡비를 갖게 되는 경우, 광학 요소(410)의 곡률비는 이미징 센서(122)의 종횡비와 일치할 수 있다.

도 6은 본 개시의 양태들에 따른 렌즈 어레이(116)의 동작을 예시하는 도면이다. 플래시 디바이스(110)가 활성화되면, 각각의 광학 요소들(410)은 프레넬 렌즈(114)로부터 시준된 광을 수신할 수 있고, 이는 이후 굴절되고 상류 방향으로 방출된다. 결과적으로, 플래시 디바이스(110)는 타겟 평면(620) 상에 조명 스팟(622)을 투영할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 플래시 디바이스(110)의 조명 스팟(622)은 광학 요소들(410) 중 상이한 것들에 의해 생성된 조명 스팟들(624)을 포함할 수 있다. 도 7과 관련하여 이하에서 더 논의되는 바와 같이, 각각의 조명 스팟들(622)은 적어도 하나의 다른 조명 스팟(622)과 중첩할 수 있다.

타겟 평면(620)은 렌즈 어레이(116)로부터 거리(D)에 위치되는 평면일 수 있다. 일부 구현들에서, 거리(D)는 렌즈 어레이(116)의 직경의 적어도 10배(예를 들어, 10x2R)일 수 있고, 타겟 평면(620) 상에 수행되는 임의의 조명은 "원거리장 조명(far-field illumination)"으로 지칭될 수 있다. 본 개시의 양태들에 따르면, 렌즈 어레이(116)는 특정한 응용을 염두에 두고 설계될 수 있다. 예를 들어, 플래시 디바이스(110)가 근접 영역 사진에 사용되도록 의도되는 경우, 렌즈 어레이(116)는 특정 조명 패턴을 렌즈 어레이(116)로부터 대략 1 미터 떨어져 위치하는 타겟 평면 상으로 투영하도록 설계될 수 있다.

일부 구현들에서, 광학 요소들(410)의 중심 축들은 서로 평행할 수 있는 반면, 광학 요소들(410)에 의해 생성된 조명 스팟들(624)은 실질적으로 중첩된다. 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 조명 스팟들(624) 사이의 실질적인 중첩은 플래시 디바이스(110)에 의해 생성된 조명 스팟(622)의 크기와 비교하여 무시할 수 있는 광학 요소들(410)의 피치(예를 들어, 수평 피치(HP) 및/또는 수직 피치(VP))로 인해 가능하게 될 수 있다.

일부 구현들에서, 개별적인 광학 요소들(410)에 의해 생성된 임의의 조명 스팟들(624)은 직사각형 형상을 가질 수 있다. 이 형상은 각각의 광학 요소(410)의 각각의 수직 및 수평 곡률들을 최적화함으로써 달성될 수 있다. 조명 스팟들(624)이 직사각형 형상을 갖도록 하는 것은 결국 조명 스팟(622) 또한 직사각형 형상을 갖도록 하며, 이는 이미징 디바이스(120)의 이미징 센서(122) 또한 직사각형이기 때문에 바람직하다.

일부 구현들에서, 조명 스팟(622)은 적어도 부분적으로 이미징 디바이스(120)의 시야(FOV)의 형상과 일치한다. 예를 들어, 조명 스팟(622)은 이미징 디바이스(120)의 FOV의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 조명 스팟(622)은 이미징 디바이스(120)의 FOV의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있다.

조명 스팟(622)을 이미징 디바이스(120)의 FOV와 동일 및/또는 유사한 크기를 갖도록 배열하는 것은 더 양호한 사진 품질과 더 높은 조명 균일성을 야기할 수 있다. 게다가, 조명 스팟(622)의 크기와 형상이 이미징 디바이스(120)의 FOV와 실질적으로 동일하면, 유효 광학 효율은 매우 높을 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 조명 스팟(622)의 형상 및 조명 균일성은 광학 요소들(410)의 수평 및 수직 곡률들을 변화시킴으로써 최적화될 수 있다.

도 7은 도 6과 관련하여 논의된 조명 스팟(622)의 개략도이다. 전술한 바와 같이, 조명 스팟(622)은 플래시 디바이스(110)에 의해 방출되는 광의 패턴의 적어도 일부를 나타내고, 그것은 렌즈 어레이(116) 내의 개별 광학 요소들(410)에 의해 생성되는 조명 스팟들(624)의 집합체이다. 본 예에서, 조명 스팟(622)은 타겟 평면(620) 상으로 투영될 때 길이(L1) 및 폭(W2)을 갖는다. 위에서 언급된 바와 같이, 길이(L1)는 이미징 디바이스(120)의 FOV의 길이와 실질적으로 동일할 수 있고/있거나 폭(W1)은 이미징 디바이스(120)의 FOV의 폭과 실질적으로 동일할 수 있다.

도 7의 예에서, 조명 스팟(622)은 제1 광학 요소(410)에 의해 생성된 제1 조명 스팟(624) 및 제2 광학 요소(410)에 의해 생성된 제2 조명 스팟(624)을 포함한다. 제1 조명 스팟은 길이(L2) 및 폭(W2)을 갖는다. 일부 구현들에서, 주어진 조명 스팟의 길이(L2)에 대한 폭(W2)의 비는 이미징 센서(122)의 종횡비와 실질적으로 동일할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구현들에서, 주어진 조명 스팟의 폭(W2)에 대한 길이(L2)의 비는 이미징 센서(122)의 종횡비와 실질적으로 동일할 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 제1 조명 스팟(624) 및 제2 조명 스팟(624)은 타겟 평면(620) 상에 투영될 때 실질적으로 중첩될 수 있다. 예로서, 일부 구현들에서, 조명 스팟들은 그들 사이의 수직 오프셋(VO)이 제1 및 제2 조명 스팟들 중 임의의 것의 폭의 15%보다 크지 않을 때 실질적으로 중첩될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구현들에서, 조명 스팟들(624)은 그들 사이에서 수평 오프셋(HO)이 제1 및 제2 조명 스팟들 중 임의의 것들의 길이의 15%보다 크지 않을 때 실질적으로 중첩될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 조명 스팟(622)은 개별 광학 요소들(410)에 의해 생성된 조명 스팟들의 집합체이다. 도 7에는 2개의 조명 스팟들(624)만이 도시되어 있지만, 조명 스팟(622)은 렌즈 어레이(116) 내에 광학 요소들(410)이 존재하는 만큼 많은 조명 스팟들(624)을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 도 2 내지 도 7과 관련하여 논의된 예에서, 모든 조명 스팟들(624)이 서로 중첩되지만, 적어도 2개의 조명 스팟들(624)은 중첩되지 않는 대안적인 구현들이 가능하다.

도 8은 본 개시의 양태들에 따른 플래시 디바이스(800)의 예의 도면이다. 플래시 디바이스(800)는 광원(810), 광원(810)으로부터 상류에 배치된 프레넬 렌즈(820), 및 프레넬 렌즈(820)로부터 상류에 배치된 렌즈 어레이(830)를 포함한다. 일부 구현들에서, 광원(810)은 광원(112)과 동일하거나 유사할 수 있다. 일부 구현들에서, 프레넬 렌즈(820)는 프레넬 렌즈(114)와 동일하거나 유사할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구현들에서, 렌즈 어레이(830)는 렌즈 어레이(116)와 동일하거나 유사할 수 있다. 동작 시에, 다음으로, 광원(810)은 프레넬 렌즈(820)에 의해 시준되는 광을 방출한다. 시준된 광은 이어서 렌즈 어레이(830)에 결합되어 원하는 방향으로 방출된다.

도 9는 제1 구성에 따른 플래시 디바이스(800)의 제1 예의 성능을 도시한다. 제1 구성에 따르면, 광원(810)은 1A의 파워와 1 미터의 거리에서 250lm의 플럭스를 갖고, 1.4mm x 1.4mm의 치수를 갖는 단일 LED를 포함한다. 프레넬 렌즈(820)는 75도의 FOV와 9mm의 직경을 갖고, 8개의 환형 섹션들을 포함한다. 렌즈 어레이(830)는 도 4b에 도시된 바와 같이 직선들로 배열된 13개의 광학 컴포넌트들을 포함한다. 렌즈 어레이(830)의 직경은 9mm이고, 각각의 광학 요소의 하부 표면의 각각의 치수들은 0.67mm*0.5mm이다. 각각의 광학 요소의 수평 곡률은 2.6이고, 각각의 광학 요소의 수직 곡률은 2.6이다. 제1 구성에 따르면, 렌즈 어레이(830) 내의 광학 요소들은 서로 직접 접한다. 제1 구성에서의 플래시 디바이스(800)의 다양한 동작 파라미터들이 아래 표 1뿐만 아니라 플롯들(910, 920, 및 930)에도 도시되어 있다. 플롯(910)은 플래시 디바이스(800)로부터 1 미터 떨어져 위치한 타겟 평면 상에서 플래시 디바이스(800)에 의해 생성된 조도 분포 패턴을 도시하는 조명 래스터 차트이다. 플롯(920)은 플롯(910)의 X축에 따른 조도 분포를 도시한다. 그리고 플롯(930)은 플롯(910)의 Y축에 따른 조도 분포를 도시한다.

특히, 아래의 표 1은 FOV75 및 0.7FOV라는 제목의 열들을 각각 포함한다. FOV75라는 제목의 열은 렌즈(820)의 전체 75도 FOV에 관련되고, 그것은 1228mm x 921mm의 타겟 표면 크기와 연관된다. 이 열에서의 동작 파라미터들은 전체 75도 FOV에 걸쳐 렌즈(820)의 성능을 측정한다. 0.7FOV라는 제목의 열은 75도 FOV의 내부 75%에서 렌즈(820)의 성능과 관련되고, 이는 921mm x 691mm의 타겟 표면 크기와 연관된다. 이 열에서의 동작 파라미터들은 75도 FOV의 내부 75%에 걸쳐 렌즈(820)의 성능을 측정하고, 이들은 75도 FOV의 프린지(fringe)들 상의 렌즈(820)의 성능을 고려하지 않는다. 표 1에 예시된 바와 같이, 광학 시스템(800)의 제1 구성은 75도 FOV에서 1.4의 축 상 이득을 갖는 높은 광학 효율을 갖는다. 또한, 광학 시스템(800)의 제1 구성은 높은 수직 및 수평 균일성을 나타낸다.

일부 구현들에서, 플래시 디바이스(800)에 의해 생성된 조도 분포 패턴의 단지 일부(912)만이 플래시 디바이스(800)의 조명 스팟에 대응할 수 있다. 이러한 경우들에서, 조도 분포의 나머지는 플래시 디바이스(800)가 페어링되는 카메라의 FOV 외부에 있을 수 있다. 도시된 바와 같이, 일부(912)는 실질적으로 직사각형의 형상을 갖고 높은 밝기 균일성을 갖는다.

도 10은 제2 구성에 따른 플래시 디바이스(800)의 제2 예의 성능을 도시한다. 제2 구성에 따르면, 광원(810)은 1A의 파워와 1 미터의 거리에서 250lm의 플럭스를 갖고, 1.4mm x 1.4mm의 치수를 갖는 단일 LED를 포함한다. 프레넬 렌즈(820)는 40도 FOV와 9mm의 직경을 갖는 한편, 8개의 환형 섹션들을 포함한다. 렌즈 어레이(830)는 도 4b에 도시된 바와 같이 직선들로 배열된 13개의 광학 컴포넌트들을 포함한다. 렌즈 어레이(830)의 직경은 9mm인 한편, 각각의 광학 요소의 하부 표면의 각각의 치수들은 0.67mm x 0.5mm이다. 각각의 광학 요소의 수평 곡률은 2.6이고, 각각의 광학 요소의 수직 곡률은 2.6이다. 제2 구성에 따르면, 렌즈 어레이(830) 내의 광학 요소들은 서로 직접 맞닿는다.

제2 구성에 있을 때의 플래시 디바이스(800)의 다양한 동작 파라미터들이 아래 표 2뿐만 아니라 플롯들(1010, 1020, 및 1030)에 도시되어 있다. 플롯(1010)은 플래시 디바이스(800)로부터 1 미터 떨어져 위치한 타겟 평면 상에서 플래시 디바이스(800)의 제2 구성에 의해 생성된 조도 분포 패턴을 도시하는 조명 래스터 차트이다. 플롯(1020)은 플롯(1010)의 X축에 따른 조도 분포를 도시한다. 그리고 플롯(1030)은 플롯(1010)의 Y축에 따른 조도 분포를 도시한다.

특히, 아래의 표 2는 FOV40 및 0.7FOV라는 제목의 열들을 각각 포함한다. FOV40이라는 제목의 열은 렌즈(820)의 전체 40도 FOV에 관련되고, 그것은 582mm x 437mm의 타겟 표면 크기와 연관된다. 이 열에서의 동작 파라미터들은 전체 40도 FOV에 걸쳐 렌즈(820)의 성능을 측정한다. 0.7FOV라는 제목의 열은 40도 FOV의 내부 75%에서 렌즈(820)의 성능과 관련되고, 이는 408mm x 306mm의 타겟 표면 크기와 연관된다. 이 열에서의 동작 파라미터들은 40도 FOV의 내부 75%에 걸쳐 렌즈(820)의 성능을 측정하고, 이들은 40도 FOV의 프린지들 상의 렌즈(820)의 성능을 고려하지 않는다.

예시된 바와 같이, 광학 시스템(800)은 40도 FOV에서 7.2에 이르는 축 상 렌즈 이득에 의해 높은 광학 효율을 갖는다. 또한, 광학 시스템(800)의 제1 구성은 높은 수직 및 수평 균일성을 갖는다.

일부 구현들에서, 플래시 디바이스(800)에 의해 생성된 조도 분포 패턴의 일부(1012)만이 플래시 디바이스(800)의 조명 스팟에 대응할 수 있다. 예시된 바와 같이, 이 일부는 실질적으로 직사각형 형상을 갖고 높은 밝기 균일성을 나타낸다.

도 11a는 본 개시의 양태들에 따른 플래시 디바이스(1100)의 예의 도면이다. 플래시 디바이스(1100)는 제2 플래시 어셈블리(1120)에 인접하게 배치된 제1 플래시 어셈블리(1110)를 포함할 수 있다. 각각의 플래시 어셈블리들(1110 및 1120)은 도 1a 내지 도 7과 관련하여 논의된 플래시 디바이스(110)와 동일하거나 유사할 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 플래시 어셈블리(1110)는 광원(1112), 광원(1112)으로부터 상류에 배치된 프레넬 렌즈(1114), 및 프레넬 렌즈(1114)로부터 상류에 배치된 렌즈 어레이(1116)를 포함할 수 있다. 프레넬 렌즈(1114)는 광원(1112)에 의해 생성된 광을 시준하고 시준된 광을 렌즈 어레이(1116) 내로 결합하도록 배열될 수 있다. 본 예에 따르면, 프레넬 렌즈(1114)는 프레넬 렌즈(114)와 동일하거나 유사할 수 있다. 또한, 렌즈 어레이(1116)는 렌즈 어레이(116)와 동일하거나 유사할 수 있다.

제2 플래시 어셈블리(1120)는 광원(1122), 광원(1122)으로부터 상류에 배치된 프레넬 렌즈(1124), 및 프레넬 렌즈(1124)로부터 상류에 배치된 렌즈 어레이(1126)를 포함할 수 있다. 프레넬 렌즈(1124)는 광원(1122)에 의해 생성된 광을 시준하고 시준된 광을 렌즈 어레이(1126) 내로 결합하도록 배열될 수 있다. 본 예에 따르면, 프레넬 렌즈(1114)는 프레넬 렌즈(114)와 동일하거나 유사할 수 있다. 또한, 렌즈 어레이(1116)는 렌즈 어레이(116)와 동일하거나 유사할 수 있다.

본 개시의 양태들에 따르면, 광원(1112)은 하나 이상의 제1 LED들을 포함할 수 있다. 본 개시의 양태들에 따르면, 광원(1122)은 하나 이상의 제2 LED들을 포함할 수 있다. 제1 LED들 중 임의의 것은 제1 색 온도를 갖는 광을 생성하도록 배열될 수 있다. 제2 LED들 중 임의의 것은 제2 색 온도를 갖는 광을 생성하도록 배열될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 색 온도는 제2 색 온도보다 더 차가울 수 있다.

본 개시의 양태들에 따르면, 렌즈 어레이들(1116 및 1126)은 광원(1112)으로부터 출력된 광을 제2 광원(1122)으로부터 출력된 광과 혼합하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a는 근접장(near-field)에서의 제1 플래시 어셈블리(1110) 및 제2 플래시 어셈블리(1120)의 색 혼합을 예시하는 반면, 도 11b는 원거리장에서의 제1 플래시 어셈블리(1110) 및 제2 플래시 어셈블리(1120)의 색 혼합을 예시한다. 도 11a에 예시된 바와 같이, 제1 플래시 어셈블리(1110)의 광 출력은 근접장에서 제2 플래시 어셈블리(1120)의 광 출력으로부터 분리되어 유지된다. 그러나, 도 11b에 예시된 바와 같이, 제1 플래시 어셈블리(1110) 및 제2 플래시 어셈블리(1120)의 광 출력들은 원거리장에서 실질적으로 혼합된다. 본 예에 따르면, 근접장 광 혼합은 프레넬 렌즈(1114)(및/또는 프레넬 렌즈(1114))의 직경의 10배 보다 작은 거리에서 발생할 수 있는 반면, 원거리장 광 혼합은 프레넬 렌즈(1114)(및/또는 프레넬 렌즈(1124))의 직경의 10배보다 큰 거리에서 발생할 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 렌즈 어레이들(1116 및 1126) 각각은 도 1a 내지 도 7과 관련하여 논의된 렌즈 어레이(116)와 동일하거나 유사할 수 있다. 렌즈 어레이(1116)는 기판 상에 배치된 복수의 제1 광학 요소들(1116a)을 포함할 수 있고, 렌즈 어레이(1126)는 다른 기판 상에 배치된 복수의 제2 광학 요소들(1126a)을 포함할 수 있다. 각각의 광학 요소들(1116a 및 1126a)은 광학 요소들(410)과 관련하여 논의된 방식으로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 각각의 제1 광학 요소들(1116a)은 각각의 제1 조명 스팟을 생성하도록 구성될 수 있고, 각각의 제2 광학 요소들(1126a)은 각각의 제2 조명 스팟을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 임의의 주어진 제1 광학 요소(1116a)에 의해 생성된 각각의 제1 조명 스팟과 주어진 제2 광학 요소(1126a)에 의해 생성된 각각의 제2 조명 스팟은 그러한 2개의 조명 스팟이 타겟 평면(620)과 같이 주어진 원거리장 평면 상에 투영될 때 실질적으로 중첩될 수 있다. 전술한 바와 같이, 조명 스팟들 사이의 실질적인 중첩은 임의의 주어진 제1 광학 요소(1116a)와 임의의 제2 광학 요소들(1126b) 사이의 거리가 그들이 생성하는 조명 스팟들의 크기와 비교하여 무시할 수 있는 것으로 인해 가능하게 될 수 있다.

도 1a 내지 도 11b는 단지 예로서 제공된다. 이와 관련하여, 도 6은 일정한 비율로 되어 있지 않으며, 이는 광학 요소들(410)의 중심 축들이 타겟 평면(620) 상에서 만나도록 배열되는 외관을 야기한다는 점에 유의해야 한다. 이것이 확실히 가능하지만, 도 6과 관련하여 논의된 예에서, 광학 요소들(410)의 중심 축들은 서로 평행하도록 의도된다.

비록 본 명세서에 개시된 개념들 중 일부가 스마트폰 카메라들의 맥락에서 제안되지만, 본 명세서에 개시된 플래시 디바이스는 임의의 이미징 디바이스와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 도면들과 관련되어 논의된 요소들 중 적어도 일부는 상이한 순서로 배열될 수 있고, 결합되고, 및/또는 완전히 생략될 수 있다. 본 명세서에 설명된 예들의 제공뿐만 아니라, "~와 같은(such as)", "예를 들어(e.g.)", "포함하는(including)", "일부 양태들에서(in some aspects)", "일부 구현들에서(in some implementations)", 및 이와 유사한 구절들은 개시된 발명 대상을 특정 예들로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다. 본 개시의 전체에 걸쳐 사용되는, 용어 "인접한(adjacent)" 및 그것의 변형된 형태들은 "근처에 놓이는(lying near)", "직접적으로 옆에 놓이는(lying directly next to)", 및/또는 "약간 거리를 두고 놓이는(lying some distance apart)"으로 해석될 수 있다.

본 발명을 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본 개시가 주어지면, 본 명세서에 설명된 발명 개념들의 사상으로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 예시되고 설명된 특정 실시예들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims

장치로서,
제1 색 온도를 갖는 제1 발광 다이오드(LED) 및 상기 제1 색 온도보다 더 따뜻한 제2 색 온도를 갖는 제2 LED를 포함하는 광원;
상기 광원에 의해 출력된 광을 시준하기 위해 상기 광원으로부터 상류에 배치된 프레넬 렌즈; 및
상기 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 상기 프레넬 렌즈로부터 상류에 배치된 렌즈 어레이 -상기 렌즈 어레이는 기판 상에 배열된 복수의 광학 요소들을 포함하고, 각각의 광학 요소는 상기 프레넬 렌즈의 상이한 각각의 부분을 향하도록 배열된 각각의 제1 평면 표면 및 상기 프레넬 렌즈의 반대 쪽을 향하도록 배열된 제2 볼록 표면을 포함함-
를 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 제1 및 제2 색 온도들과 상이한 제3 색 온도를 갖는 광을 생성하는, 장치.
제1항에 있어서, 각각의 광학 요소는 각각의 조명 스팟을 생성하도록 구성되고, 상기 각각의 조명 스팟과 적어도 하나의 다른 광학 소자에 의해 생성되는 다른 각각의 조명 스팟은 상기 조명 스팟 및 상기 다른 각각의 조명 스팟이 타겟 평면 상에 투영될 때, 실질적으로 중첩하는, 장치.
제3항에 있어서, 상기 타겟 평면은 렌즈 어레이로부터 거리를 두고 위치되며, 상기 거리는 상기 렌즈 어레이의 치수보다 적어도 10배 더 큰, 장치.
제1항에 있어서, 이미징 센서 종횡비를 갖는 이미징 센서를 더 포함하고, 각각의 광학 요소는 상기 이미징 센서 종횡비와 실질적으로 동일한 종횡비를 갖는 각각의 조명 스팟을 생성하도록 구성되는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 요소들 중 임의의 것의 상기 제2 표면은 제1 축을 따르는 제1 곡률 및 상기 제1 축에 직교하는 제2 축을 따르는 제2 곡률을 갖고, 상기 제2 곡률은 상기 제1 곡률과 상이한, 장치.
제1항에 있어서, 이미징 센서 종횡비를 갖는 이미징 센서를 더 포함하고, 상기 광학 요소들 중 임의의 것의 상기 제2 표면은, 제1 축을 따르는 제1 곡률 및 상기 제1 축에 직교하는 제2 축을 따르는 제2 곡률을 가지며, 따라서 상기 제1 곡률과 상기 제2 곡률의 비율은 상기 이미징 센서의 종횡비와 일치하게 되는, 장치.
제1항에 있어서, 각각의 광학 요소들의 상기 제1 표면은 실질적으로 직사각형인, 장치.
장치로서,
내부에 형성된 개구를 갖는 하우징 인클로저;
상기 하우징 인클로저 내부에 배치된 광원 -상기 광원은 제1 색 온도를 갖는 제1 발광 다이오드(LED) 및 상기 제1 색 온도보다 더 따뜻한 제2 색 온도를 갖는 제2 LED를 포함함-;
상기 광원으로부터 출력된 광을 시준하기 위해 상기 개구 내에 배치된 프레넬 렌즈; 및
상기 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 상기 프레넬 렌즈 상에 배치된 렌즈 어레이 -상기 렌즈 어레이는 기판 상에 배열된 복수의 광학 요소들을 포함하고, 각각의 광학 요소는 상기 프레넬 렌즈의 상이한 각각의 부분을 향하도록 배열된 각각의 제1 평면 표면 및 상기 프레넬 렌즈의 반대 쪽을 향하도록 배열된 제2 볼록 표면을 포함함-
를 포함하는, 장치.
제9항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 제1 및 제2 색 온도들과 상이한 제3 색 온도를 갖는 광을 생성하는, 장치.
제9항에 있어서, 각각의 광학 요소는 각각의 조명 스팟을 생성하도록 구성되고, 상기 각각의 조명 스팟과 적어도 하나의 다른 광학 요소에 의해 생성되는 다른 각각의 조명 스팟은 상기 조명 스팟 및 상기 다른 각각의 조명 스팟이 타겟 평면 상에 투영될 때, 실질적으로 중첩하는, 장치.
제11항에 있어서, 상기 타겟 평면은 상기 렌즈 어레이로부터 거리를 두고 위치되며, 상기 거리는 상기 렌즈 어레이의 치수보다 적어도 10배 더 큰, 장치.
제9항에 있어서, 이미징 센서 종횡비를 갖는 이미징 센서를 더 포함하고, 각각의 광학 요소는 상기 이미징 센서 종횡비와 실질적으로 동일한 종횡비를 갖는 각각의 조명 스팟을 생성하도록 구성되는, 장치.
제9항에 있어서, 상기 광학 요소들 중 임의의 것의 상기 제2 표면은 제1 축을 따르는 제1 곡률 및 상기 제1 축에 직교하는 제2 축을 따르는 제2 곡률을 갖고, 상기 제2 곡률은 상기 제1 곡률과 상이한, 장치.
제9항에 있어서, 이미징 센서 종횡비를 갖는 이미징 센서를 더 포함하고, 상기 광학 요소들 중 임의의 것의 상기 제2 표면은, 제1 축을 따르는 제1 곡률 및 상기 제1 축에 직교하는 제2 축을 따르는 제2 곡률을 가지며, 따라서 상기 제1 곡률과 상기 제2 곡률의 비율은 상기 이미징 센서의 종횡비와 일치하게 되는, 장치.
제9항에 있어서, 각각의 광학 요소들의 상기 제1 표면은 실질적으로 직사각형인, 장치.
장치로서,
제1 색 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 제1 광원;
상기 제1 색 온도보다 더 차가운 제2 색 온도를 갖는 광을 생성하기 위한 제2 광원;
상기 제1 광원으로부터 출력된 광을 시준하기 위해 상기 제1 광원으로부터 상류에 배치된 제1 프레넬 렌즈 및 상기 제1 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 상기 제1 프레넬 렌즈로부터 상류에 배치된 제1 렌즈 어레이를 포함하는 제1 렌즈 어셈블리 -상기 제1 렌즈 어레이는 제1 기판 상에 배열된 복수의 제1 광학 요소들을 포함함-; 및
상기 제2 광원으로부터 출력된 광을 시준하기 위해 상기 제2 광원으로부터 상류에 배치된 제2 프레넬 렌즈 및 상기 제2 프레넬 렌즈로부터 출력된 시준된 광을 혼합하기 위해 상기 제2 프레넬 렌즈로부터 상류에 배치된 제2 렌즈 어레이를 포함하는 제2 렌즈 어셈블리 -상기 제2 렌즈 어레이는 제2 기판 상에 배열된 복수의 제2 광학 요소들을 포함함-
를 포함하고,
각각의 제1 광학 요소는 각각의 조명 스팟을 생성하도록 구성되고, 상기 각각의 조명 스팟은 상기 조명 스팟 및 상기 제2 광학 요소들 중 임의의 것에 의해 생성된 다른 각각의 조명 스팟이 타겟 평면 상에 투영될 때 상기 다른 각각의 조명 스팟과 실질적으로 중첩되는, 장치.
제17항에 있어서, 상기 타겟 평면은 상기 렌즈 어레이로부터 거리를 두고 위치되며, 상기 거리는 상기 제1 렌즈 어레이 및 상기 제2 렌즈 어레이의 치수보다 적어도 10배 더 큰, 장치.
제17항에 있어서, 각각의 제1 광학 요소는 상기 제1 프레넬 렌즈의 상이한 각각의 부분을 향하도록 배열된 각각의 평면 표면 및 상기 제1 프레넬 렌즈의 반대 쪽을 향하도록 배열된 각각의 볼록 표면을 포함하고,
각각의 제2 광학 요소는 상기 제2 프레넬 렌즈의 상이한 각각의 부분을 향하도록 배열된 각각의 평면 표면 및 상기 제2 프레넬 렌즈의 반대 쪽을 향하도록 배열된 각각의 볼록 표면을 포함하는, 장치.
제17항에 있어서, 이미징 센서 종횡비를 갖는 이미징 센서를 더 포함하고,
각각의 제1 광학 요소는 상기 이미징 센서 종횡비와 실질적으로 동일한 제1 종횡비를 갖는 각각의 제1 조명 스팟을 생성하도록 구성되고,
각각의 제2 광학 요소는 상기 이미징 센서 종횡비와 실질적으로 동일한 제2 종횡비를 갖는 각각의 제2 조명 스팟을 생성하도록 구성되는, 장치.