TW201925857A - 用於閃光裝置的透鏡 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種設備，其包含：一光源；一菲涅耳透鏡；及一透鏡陣列。該菲涅耳透鏡經安置於該光源上游以準直由該光源輸出之光。該透鏡陣列經安置於該菲涅耳透鏡上游以混合自該菲涅耳透鏡輸出之經準直光。該透鏡陣列包含經配置於一基板上之複數個光學元件。各光學元件包含經配置以面向該菲涅耳透鏡之一不同各自部分之一各自第一平坦表面，及經配置以背向該菲涅耳透鏡之一第二凸表面。

Description

用於閃光裝置的透鏡

本發明大體上係關於發光裝置，且更特定而言係關於一種用於閃光裝置之透鏡。

在各種應用中，發光二極體(「LED」)通常用作光源。LED比傳統光源更節能，例如提供比白熾燈及熒光燈更高之能量轉換效率。此外，與傳統光源相比，LED將更少熱量輻射至照明區域中，且提供對亮度、發射色彩及光譜之一更大幅度之控制。此等特性使LED成為在室內照明至閃光攝影之範圍內之各種照明應用之一絕佳選擇。

閃光攝影應用需要LED與專用光學件結合使用以聚焦自LED輸出之光。此光學件需要滿足各種設計約束。例如，光學件需要足夠小以適應小外觀尺寸之攝影裝置，諸如智慧型電話及微型相機。此外，光學件需要沿正被拍攝之對象之方向很好地準直光，同時在使用多個LED作為一光源時亦提供一高度均勻光輸出。

因此，需要滿足上述設計約束之改良光學設計。

本發明解決此需求。根據本發明之態樣，提供一種設備，其包含：一光源；一菲涅耳透鏡；及一透鏡陣列。該菲涅耳透鏡安置於該光源上游以準直由該光源輸出之光。該透鏡陣列安置於該菲涅耳透鏡上游以混合自該菲涅耳透鏡輸出之經準直光。該透鏡陣列包含配置於一基板上之複數個光學元件。各光學元件包含經配置以面向該菲涅耳透鏡之一不同各自部分之一各自第一平坦表面及經配置以背向該菲涅耳透鏡之一第二凸表面。

根據本發明之態樣，揭示一種用於智慧型電話之攝影閃光裝置。該閃光裝置可包含一光源、一菲涅耳透鏡及安置於該菲涅耳透鏡之發光表面上之一透鏡陣列。該透鏡陣列可包含配置於一基板上之複數個光學元件且該透鏡陣列可操作以調節自該閃光裝置輸出之光。

根據本發明之態樣，該透鏡陣列可引起該閃光裝置輸出具有一高度均勻色溫之光發射。為達成此結果，該透鏡陣列中之各光學元件可經組態以產生一各自照明光點，該照明光點與由其余光學元件產生之照明光點實質上重疊。當該光源包含產生不同色彩之光之多個LED時，疊加該等光學元件之照明光點可引起來自該等LED之發射混合。此繼而可導致具有一高度均勻色溫之一組合光發射。

根據本發明之態樣，該透鏡陣列可引起該閃光裝置產生一照明光點，該照明光點具有緊密匹配一相機中之成像感測器之形狀及縱橫比之一形狀及縱橫比。如下文進一步論述，該透鏡陣列中之各光學元件可經組態以藉由操縱該光學元件之形狀及/或曲率來產生一照明光點，該照明光點具有一矩形形狀及匹配該成像感測器之縱橫比之一縱橫比。該成像感測器與由該閃光裝置產生之照明光點之形狀及縱橫比之間的對應關係可導致由該相機擷取之影像之增大品質。

根據本發明之態樣，該透鏡陣列可引起閃光裝置在與該閃光裝置配對之一相機之視場中產生一高度均勻照度分佈圖案。如上文所論述，該透鏡陣列中之各光學元件可經組態以產生一各自照明光點，該照明光點與由其余光學元件產生之照明光點實質上重疊。疊加由該透鏡陣列中之不同光學元件產生之照明光點可引起該閃光裝置具有一高度均勻照度分佈圖案。

根據本發明之態樣，揭示一種設備，其包括：一光源；一菲涅耳透鏡，其安置於該光源上游以準直由該光源輸出之光；及一透鏡陣列，其安置於該菲涅耳透鏡上游以混合自該菲涅耳透鏡輸出之經準直光，該透鏡陣列包括配置於一基板上之複數個光學元件，各光學元件包含經配置以面向該菲涅耳透鏡之一不同各自部分之一各自第一平坦表面及經配置以背向該菲涅耳透鏡之一第二凸表面。

根據本發明之態樣，揭示一種設備，其包括：一外殼護罩，其中形成有一孔徑；一光源，其安置於該外殼護罩內；一菲涅耳透鏡，其安置於該孔徑中以準直由該光源輸出之光；及一透鏡陣列，其安置於該菲涅耳透鏡上以混合自該菲涅耳透鏡輸出之經準直光，該透鏡陣列包括配置於一基板上之複數個光學元件，各光學元件包含經配置以面向該菲涅耳透鏡之一不同各自部分之一各自第一平坦表面及經配置以背向該菲涅耳透鏡之一第二凸表面。

根據本發明之態樣，揭示一種設備，其包括：一第一光源，其用於產生具有一第一色溫之光；一第二光源，其用於產生具有冷於該第一色溫之一第二色溫之光；一第一透鏡總成，其包含：一第一菲涅耳透鏡，其安置於該第一光源上游以準直由該第一光源輸出之光；及一第一透鏡陣列，其安置於該第一菲涅耳透鏡上游以混合自該第一菲涅耳透鏡輸出之經準直光，該第一透鏡陣列包括配置於一第一基板上之複數個第一光學元件；及一第二透鏡總成，其包含：一第二菲涅耳透鏡，其安置於該第二光源上游以準直由該第二光源輸出之光；及一第二透鏡陣列，其安置於該第二菲涅耳透鏡上游以混合自該第二菲涅耳透鏡輸出之經準直光，該第二透鏡陣列包括配置於一第二基板上之複數個第二光學元件，其中各第一光學元件經組態以產生一各自照明光點，當該照明光點及由該等第二光學元件之任一者產生之另一各自照明光點投射於一遠場目標平面上時，該照明光點與該另一各自照明光點實質上重疊。

後文中將參考隨附圖式更全面地描述不同閃光裝置之實例。此等實例不相互排斥，且在一個實例中找到之特徵可與在一或多個其他實例中找到之特徵組合以達成額外實施方案。據此，將理解，隨附圖式中所展示之實例僅出於闡釋性目的而提供且其等並非意欲於以任何方式限制本發明。貫穿全文，相似數字指代相似元件。

將理解，儘管術語第一、第二等可在本文中用來描述各種元件，但此等元件不應受限於此等術語。此等術語僅用來區分一個元件與另一元件。例如，在不脫離本發明之範疇之情況下，第一元件可稱為第二元件，且類似地，第二元件可稱為第一元件。如本文中所使用，術語「及/或」包含一或多個相關聯所列項目之任一及所有組合。

將理解，當一元件(諸如一層、區域或基板)稱為在「在另一元件上」或延伸「至另一元件上」時，其可直接在另一元件上或直接延伸至另一元件上，或亦可存在中介元件。相比之下，當一元件稱為「直接在另一元件上」或「直接延伸至另一元件上」時，不存在中介元件。亦將理解，當一元件稱為「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至另一元件，或可存在中介元件。相比之下，當一元件稱為「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在中介元件。將理解，除圖中所描繪之任何定向之外，此等術語亦意欲於涵蓋元件之不同定向。

相對術語(諸如「下方」或「上方」或「上」或「下」或「水平」或「垂直」)可在本文中用來描述一個元件、層或區域與另一元件、層或區域之一關係，如圖中所繪示。將理解，除圖中所描繪之定向之外，此等術語亦意欲於涵蓋裝置之不同定向。

圖1A係根據本發明之態樣之一攝影系統100之一圖。系統100可包含一閃光裝置110、一成像裝置120，以及用於操作閃光裝置110及成像裝置120之控制電路130。閃光裝置110可包含一光源112、經安置於該光源上游之一菲涅耳透鏡114，及經安置於該菲涅耳透鏡上游之一透鏡陣列116。下文就圖2至圖11B來進一步論述該閃光裝置。成像裝置120可包含一成像感測器122及一攝影透鏡124。成像感測器122可包含任何合適類型之成像感測器，諸如一電荷耦合裝置(CCD)感測器，或一互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器。攝影透鏡124可包含經組態以將一場景之一影像投射至該成像感測器上之任何合適類型的透鏡。

控制電路130可經操作地耦合至成像裝置120及閃光裝置110。控制電路130可操作以觸發該閃光裝置，同時對成像裝置120取樣以獲得由於觸發閃光裝置110而照明之一場景之一數位影像。控制電路130可為一通用處理器(例如，一基於ARM之處理器)、一特定應用積體電路(ASIC)、一場可程式化閘陣列(FPGA)，及/或任何其他合適類型之數位及/或類比電路。儘管未展示，然控制電路130可包含一或多個記憶體裝置(例如，一固態記憶體、一快閃記憶體、EEPROM等)。

圖1B係根據本發明之態樣之併入照相系統100之一電子裝置140之一實例之一平面視圖。圖1C係根據本發明之態樣之電子裝置沿一軸A-A之一橫截面側視圖。如所繪示，電子裝置140可包含一護罩142。閃光裝置110、成像裝置120及控制電路130可係安置於護罩142內。更特定言之，光源112、菲涅耳透鏡114及透鏡陣列116可係安置於經形成於護罩142中之一凹槽144中，如所展示。

在本實例中，電子裝置140係一智慧型電話。然而，替代實施方案係可能的，其中裝置140係任何其他合適類型之電子裝置，舉例而言諸如一數位單鏡反光(DSLR)相機、一傻瓜相機，或一手持型導航裝置。儘管未展示，然電子裝置140可包含一處理器(例如，一基於ARM之處理器、一專用程序、一FPGA、一ASIC等)、一記憶體(例如，一隨機存取記憶體、一固態硬碟機、一快閃記憶體、一EEPROM記憶體等)、一顯示器、一輸入裝置(例如，一觸控板、一鍵盤等)，及/或任何其他合適類型之組件。

圖2係根據本發明之態樣之閃光裝置110之一實例之一示意橫截面視圖。如所繪示，閃光裝置110可包含光源112、菲涅耳透鏡114及透鏡陣列116。菲涅耳透鏡114可係安置於光源112上游，且透鏡陣列116可係安置於菲涅耳透鏡114上游。當啟動閃光裝置110時，自光源112發射之光沿上游方向傳播，穿過菲涅耳透鏡114及透鏡陣列116以照明正被拍攝之一對象。

光源112可包含一或多個LED。更特定而言，在一些實施方案中，光源112可包含一第一LED及一第二LED。第一LED可經組態以輸出具有一第一色溫之光。且第二LED可經組態以輸出具有冷於第一色溫之一第二色溫之光。如下文進一步論述，來自第一LED及第二LED之光可藉由透鏡陣列116混合以產生具有一選定色溫之光發射，舉例而言諸如白色。

菲涅耳透鏡114可光學地耦合至光源112以準直由光源112輸出之光且控制閃光裝置110之視場(FOV)。在一些實施方案中，菲涅耳透鏡114可操作以將一40度FOV賦予閃光裝置110。另外或替代地，在一些實施方案中，菲涅耳透鏡114可操作以將一75度視場賦予閃光裝置110。

圖3A展示菲涅耳透鏡114之橫截面側視圖。圖3B展示菲涅耳透鏡114之一俯視圖。如所繪示，菲涅耳透鏡具有具一半徑R之一圓形形狀。菲涅耳透鏡114包含以一凸區段320為中心之複數個同心環形區段322。儘管在本實例中菲涅耳透鏡114包含五個環形區段322，但替代實施方案係可能的，其中菲涅耳透鏡114包含任意數目個環形區段322 (例如，10個、50個、100個等)。相鄰環形區段之間的節距可相同或不同。菲涅耳透鏡114可由玻璃、塑膠及/或任何其他合適類型之材料形成。菲涅耳透鏡114之大小可根據設計規格而變化。舉例而言，在一些實施方案中，菲涅耳透鏡114之大小可在直徑為2 mm至100 mm之範圍中。

透鏡陣列116可光學地耦合至菲涅耳透鏡114以進一步調節自菲涅耳透鏡114輸出之光。透鏡陣列116可實現若干功能之至少一者。例如，透鏡陣列116可混合由光源112輸出之光以達成高色彩均勻性。作為另一實例，透鏡陣列116可引起由閃光裝置110產生之照明光點具有匹配成像感測器122之形狀之一矩形形狀。作為又一實例，透鏡陣列116可改良閃光裝置110之照度分佈。

圖4A係透鏡陣列116之一示意橫截面側視圖且圖4B係透鏡陣列116之一示意俯視圖。如所繪示，透鏡陣列116可包含安置於一基板420上之複數個光學元件410。基板420可具有具一半徑R之一圓形形狀。光學元件410之各者可包含背向基板420 (及菲涅耳透鏡114)之一頂表面410a及面向基板420 (及菲涅耳透鏡114)之一底表面410b。在此方面，頂表面410a可稱為發光表面且底表面410b可稱為光接收表面。

在一些實施方案中，透鏡陣列116可為一微透鏡陣列且光學元件410之各者可為一不同微透鏡。光學元件410及/或基板420之任一者可由玻璃、塑膠及/或任何其他合適類型之材料形成。光學元件410可與基板420整合或與基板420分離。此外，儘管在本實例中光學元件410之各者具有一實質上矩形之橫截面，然替代實施方案係可能的，其中光學元件410之任一者具有一圓形或橢圓形橫截面。在此方面，本發明不限於光學元件410及/或基板420之任何特定幾何形狀。

此外，光學元件410可以任何合適圖案配置於基板420上。在本實例中，光學元件410以直線配置於基板420上。然而，替代實施方案係可能的，其中光學元件410以圓及/或任何其他合適圖案配置。在此方面，本發明不限於光學元件410在基板420上之任何特定配置。

在圖4A至圖4B之實例中，光學元件410彼此相同。然而，替代實施方案係可能的，其中光學元件410之至少兩者或更多者係不同的。例如，兩個光學元件可具有不同寬度。另外或替代地，作為另一實例，兩個光學元件可具有不同長度。另外或替代地，兩個光學元件可具有不同厚度。另外或替代地，兩個光學元件可具有不同水平曲率。另外或替代地，兩個光學元件可具有不同垂直曲率。

在圖4A至圖4B之實例中，光學元件間隔開。然而，替代實施方案係可能的，其中光學元件彼此直接鄰接。

在圖4A至圖4B之實例中，光學元件之間的垂直節距VP貫穿整個透鏡陣列116係相同的。然而，替代實施方案係可能的，其中垂直節距VP變化。在此等例項中，透鏡陣列116中之第一對鄰近光學元件410之垂直節距VP可不同於透鏡陣列116中之第二對鄰近光學元件410之垂直節距VP。根據本發明之態樣，一對光學元件410之垂直節距VP包含該對中之一第一光學元件410之中心C與該對中之一第二光學元件之中心C之間的水平距離。此外，根據本發明之態樣，若兩個光學元件410之間不存在其他元件(即，若彼此直接相鄰等)，則將兩個光學元件410視為鄰近。

在圖4A至圖4B之實例中，光學元件之間的水平節距HP貫穿整個透鏡陣列116係相同的。然而，替代實施方案係可能的，其中水平節距變化。在此等例項中，透鏡陣列116中之第一對鄰近光學元件410之水平節距HP可不同於透鏡陣列116中之第二對鄰近光學元件410之水平節距HP。根據本發明之態樣，一對光學元件410之水平節距包含該對中之一第一光學元件410之中心C與該對中之一第二光學元件之中心C之間的垂直距離。

在圖4A至圖4B之實例中，光學元件410之各者可經組態以輸出具有一焦點F之一光束(例如，參見圖6)。在此等例項中，光學元件410之各者可藉由一中心軸C特性化，中心軸C描述自彼光學元件發射光束之方向(例如，參見圖5B及圖5D)。更特定而言，在本實例中，一給定光學元件410之中心軸可為開始於光學元件410之頂表面410a之中心且通過光學元件410之焦點F之中心軸。另外或替代地，在一些實施方案中，一給定光學元件410之中心軸可為開始於光學元件410之頂表面410a之中心且垂直於該光學元件之頂表面410a延伸之中心軸。

在圖4A至圖4B之實例中，透鏡陣列116中之光學元件410經組態以具有平行光學軸，使得各光學元件410之中心軸平行於透鏡陣列116中之任何其他光學元件410之光學軸。然而，在一些實施方案中，透鏡陣列116中之至少兩個光學元件之光學軸可經配置以發散。另外或替代地，在一些實施方案中，至少兩個光學元件之光學軸可經配置以在一特定目標平面中相接。

圖5A係一光學元件410之一實例之一透視圖且圖5B係當自頂部觀看時光學元件410之一平面視圖。如所繪示，光學元件410可具有一彎曲頂表面410a。圖5C係當自底部觀看時光學元件410之一平面視圖。如所繪示，光學元件410之底表面410b可為矩形形狀，且其可具有一寬度W及一長度L。儘管在本實例中，光學元件410之底表面410b具有一矩形形狀，但替代實施方案係可能的，其中底表面410b具有一圓形形狀及/或任何其他合適類型之形狀。

圖5D係沿光學元件410之寬度W截取之光學元件410之橫截面側視圖。圖5E係沿光學元件410之長度L截取之光學元件410之一橫截面視圖。如所繪示，光學元件410之頂表面410a可具有沿光學元件410之寬度W之一第一曲率及沿光學元件410之長度L之一第二曲率。在一些實施方案中，第一曲率可相同於第二曲率。另外或替代地，在一些實施方案中，第一曲率可不同於第二曲率。

根據本發明之態樣，光學元件410可具有一縱橫比。該光學元件之縱橫比可為以下一者：(i)寬度W與長度L之間的比或(ii)長度L與寬度W之間的比。在一些實施方案中，該縱橫比可匹配成像感測器122之縱橫比。例如，光學元件410之縱橫比可等於成像感測器122之縱橫比。作為另一實例，光學元件410之縱橫比可實質上等於成像感測器122之縱橫比，使得兩個比彼此相差10%至15%。

根據本發明之態樣，光學元件410可具有一曲率比。光學元件410之曲率比可為以下一者：(i)沿光學元件410之長度之頂表面410a之曲率與沿光學元件410之寬度之頂表面410a之曲率之間的比；及(ii)沿光學元件410之寬度之頂表面410a之曲率與沿光學元件410之長度之頂表面410a之曲率之間的比。在一些態樣中，光學元件410之曲率比可匹配成像感測器122之縱橫比。例如，若光學元件410之曲率比及成像感測器122之縱橫比相等或實質上相等(例如，彼此相差10%至15%)，則該兩個比可匹配。作為另一實例，若光學元件410之曲率比引起由該光學元件產生之一照明光點具有等於或實質上等於成像感測器122之縱橫比之一縱橫比，則光學元件410之曲率比可匹配成像感測器122之縱橫比。

圖6係繪示根據本發明之態樣之透鏡陣列116之操作之一圖。當啟動閃光裝置110時，光學元件410之各者可自菲涅耳透鏡114接收經準直光，接著沿上游方向折射及發射經準直光。因此，閃光裝置110可將一照明光點622投射至一目標平面620上。如上文所論述，閃光裝置110之照明光點622可包含由光學元件410之不同者產生之照明光點624。如下文關於圖7進一步論述，照明斑點622之各者可與至少一個其他照明光點622重疊。

目標平面620可為定位於距透鏡陣列116一距離D處之一平面。在一些實施方案中，距離D可等於透鏡陣列116之直徑之至少十倍(例如，10x2R)且在目標平面620上執行之任何照明可稱為「遠場照明」。根據本發明之態樣，可考量一特定應用來設計透鏡陣列116。例如，若閃光裝置110意欲於用於近景攝影，則透鏡陣列116可經設計以將一特定照明圖案投射至定位成遠離透鏡陣列116近似1米之一目標平面上。

在一些實施方案中，光學元件410之中心軸可彼此平行，而由光學元件410產生之照明光點624實質上重疊。可容易明白，歸因於光學元件410之節距(例如，水平節距HP及/或垂直節距VP)與由閃光裝置110產生之照明光點622之大小相比可忽略不計，所以可使照明光點624之間的實質重疊成為可能。

在一些實施方案中，由個別光學元件410產生之照明光點624之任一者可具有一矩形形狀。此形狀可藉由最佳化各光學元件410之各自垂直及水平曲率來達成。引起照明光點624具有一矩形形狀可繼而導致照明光點622亦具有一矩形形狀，此係較佳的，因為成像裝置120之成像感測器122亦係矩形。

在一些實施方案中，照明光點622可至少部分匹配成像裝置120之視場(FOV)之形狀。舉例而言，照明光點622可具有實質上等於成像裝置120之FOV之寬度之一寬度。另外或可替代地，照明光點622可具有實質上等於成像裝置120之FOV之長度之一長度。

將照明光點622配置成具有相同及/或類似於成像裝置120之FOV之大小可導致更高照明均勻性、更佳照片品質。此外，若照明光點622之大小及形狀實質上相同於成像裝置120之FOV，則有效光學效率可非常高。如上文所論述，可藉由改變光學元件410之水平及垂直曲率來最佳化照明光點622之形狀及照明均勻性。

圖7係關於圖6所論述之照明光點622之一示意圖。如上所述，照明光點622表示由閃光裝置110發射之光之圖案的至少一些，且其係由透鏡陣列116中之個別光學元件410產生之照明光點624的聚集。在本實例中，照明光點622在投射至目標平面620上時具有一長度L1及寬度W1。如上所述，長度L1可實質上等於成像裝置120之FOV的長度，及/或寬度W1可實質上等於成像裝置120之FOV的寬度。

在圖7之實例中，照明光點622包含由一第一光學元件410產生之一第一照明光點624，及由一第二光學元件410產生之一第二照明光點624。第一照明光點具有一長度L2及一寬度W2。在一些實施方案中，一給定照明光點之寬度W2與長度L2的比可實質上等於成像感測器122的縱橫比。另外或替代地，在一些實施方案中，一給定照明光點之長度L2與寬度W2的比可實質上等於成像感測器122的縱橫比。

如上所述，第一照明光點624及第二照明光點624在投射於目標平面620上時可實質上重疊。舉例而言，在一些實施方案中，當照明光點之間的垂直偏移VO不大於第一照明光點及第二照明光點之任一者之寬度的15%時，照明光點可實質上重疊。另外或替代地，在一些實施方案中，當照明光點624之間的水平偏移HO不大於第一照明光點及第二照明光點之任一者之長度的15%時，照明光點624可實質上重疊。

如上所述，照明光點622係由個別光學元件410產生之照明光點的聚集。儘管圖7中僅展示兩個照明光點624，但將理解，照明光點622可包含與透鏡陣列116中之光學元件410一樣多的照明光點624。此外，儘管在就圖2至圖7所論述的實例中，所有照明光點624彼此重疊，然而替代實施方案係可能的，其中至少兩個照明光點624不重疊。

圖8係根據本發明之態樣之一閃光裝置800之一實例之一圖。閃光裝置800包含一光源810、經安置於光源810上游之一菲涅耳透鏡820，及經安置於菲涅耳透鏡820上游之一透鏡陣列830。在一些實施方案中，光源810可係相同或類似於光源112。在一些實施方案中，菲涅耳透鏡820可係相同或類似於菲涅耳透鏡114。另外或可替代地，在一些實施方案中，透鏡陣列830可係相同或類似於透鏡陣列116。在操作中，光源810發射接著由菲涅耳透鏡820準直之光。經準直光隨後被耦合至透鏡陣列830中，以沿一所要方向發射。

圖9繪示根據一第一組態之閃光裝置800之一第一實例之效能。根據第一組態，光源810包含具有在一1A功率下、在1米距離處具有一250 lm通量之單個LED，且其具有尺寸1.4 mm x 1.4 mm。菲涅耳透鏡820具有一75度FOV及一9 mm直徑，同時包含8個環形區段。透鏡陣列830包含以直線配置之13個光學組件，如圖4中所展示。透鏡陣列830之直徑係9 mm，而各光學元件之底表面之各自尺寸為0.67 mm*0.5 mm。各光學元件之水平曲率係2.6，且各光學元件之垂直曲率係2.6。根據第一組態，透鏡陣列830中之光學元件彼此直接鄰接。當處於第一組態時，在下表1以及曲線圖910、920及930中展示閃光裝置800之各種操作參數。曲線圖910係展示位於遠離閃光裝置800一米之一目標平面上由閃光裝置800產生之照度分佈圖案之一照明光柵圖表。曲線圖920展示沿曲線910之X軸之照度分佈。且曲線930展示沿曲線910之Y軸之照度分佈。

應注意，下表1包含標題分別為FOV75及0.7FOV之欄。標題為FOV75之欄與透鏡820之整個75度FOV相關，且其與一目標表面大小1228 mm x 921 mm相關聯。此欄中之操作參數量測透鏡820跨整個75度FOV之效能。標題為0.7FOV之欄與透鏡820在75度FOV之內部75%中之效能相關，且其與一目標表面大小921 mm x 691 mm相關聯。此欄中之操作參數量測透鏡820跨75度FOV之內部75%之效能，且其等不考量透鏡820在75度FOV之邊緣上之效能。如表1中所繪示，光學系統800之第一組態具有一高光學效率，其中在75度FOV下軸上增益為1.4。此外，光學系統800之第一組態具有一高垂直及水平均勻性。
表1：處於第一組態時閃光裝置800之操作參數

在一些實施方案中，僅由閃光裝置800產生之照度分佈圖案之部分912可對應於閃光裝置800之照明光點。在此等例項中，照度分佈之其餘部分可能落在與閃光裝置800配對之一相機之FOV之外。如所繪示，部分912具有一實質上矩形形狀且展現高亮度均勻性。

圖10繪示根據一第二組態之閃光裝置800之一第二實例之效能。根據第二組態，光源810包含在1A功率下、在1米距離處具有一250 lm通量之單個LED，且其具有尺寸1.4 mm x 1.4 mm。菲涅耳透鏡820具有一40度FOV及9 mm直徑，同時包含8個環形區段。透鏡陣列830包含以直線配置之13個光學元件，如圖4B中所展示。透鏡陣列830之直徑係9mm，而各光學元件之底表面之各自尺寸係0.67 mm x 0.5 mm。各光學元件之水平曲率係2.6，且各光學元件之垂直曲率係2.6。根據第二組態，透鏡陣列830中之光學元件彼此直接鄰接。

當處於第二組態時，下表2以及曲線圖1010、1020及1030中展示閃光裝置800之各種操作參數。曲線圖1010係展示位於遠離閃光裝置800一米之一目標平面上由閃光裝置800之第二組態產生之照度分佈圖案之一照明光柵圖表。曲線圖1020展示沿曲線圖1010之X軸之照度分佈。且曲線圖1030展示沿曲線圖1010之Y軸之照度分佈。

應注意，下表2包含標題分別為FOV40及0.7FOV之欄。標題為FOV40之欄與透鏡820之整個40度FOV相關，且其與一目標表面大小582 mm x 437 mm相關聯。此欄中之操作參數量測透鏡820跨整個40度FOV之效能。標題為0.7FOV之欄與透鏡820在40度FOV之內部75%中之效能相關，且其與一目標表面大小408 mm x 306 mm相關聯。此欄中之操作參數量測透鏡820跨40度FOV之內部75%之效能，且其等不考量透鏡820在40度FOV之邊緣上之效能。

如所繪示，光學系統800具有一高光學效率，其中在40度FOV下軸上增益高達7.2。此外，光學系統800之第二組態具有一高垂直及水平均勻性。
表2：處於第二組態時閃光裝置800之操作參數

在一些實施方案中，僅由閃光裝置800產生之照度分佈圖案之部分1012可對應於閃光裝置800之照明光點。如所繪示，此部分具有一實質上矩形形狀且展現高亮度均勻性。

圖11A係根據本發明之態樣之一閃光裝置1100之一實例之一圖。閃光裝置1100可包含安置成相鄰於一第二閃光總成1120之一第一閃光總成1110。閃光總成1110及1120之各者可相同或類似於關於圖1A至圖7所論述之閃光裝置110。

更特定而言，第一閃光總成1110可包含一光源1112、安置於光源1112上游之一菲涅耳透鏡1114及安置於菲涅耳透鏡1114上游之一透鏡陣列1116。菲涅耳透鏡1114可經配置以準直由光源1112產生之光且將經準直光耦合至透鏡陣列1116中。根據本實例，菲涅耳透鏡1114可相同或類似於菲涅耳透鏡114。此外，透鏡陣列1116可相同或類似於透鏡陣列116。

第二閃光總成1120可包含一光源1122、安置於光源1122上游之一菲涅耳透鏡1124及安置於菲涅耳透鏡1124上游之一透鏡陣列1126。菲涅耳透鏡1124可經配置以準直由光源1122產生之光且將經準直光耦合至透鏡陣列1126中。根據本實例，菲涅耳透鏡1124可相同或類似於菲涅耳透鏡114。此外，透鏡陣列1126可相同或類似於透鏡陣列116。

根據本發明之態樣，光源1112可包含一或多個第一LED。根據本發明之態樣，光源1122可包含一或多個第二LED。第一LED之任一者可經配置以產生具有一第一色溫之光。第二LED之任一者可經配置以產生具有一第二色溫之光。在一些實施方案中，第一色溫可冷於第二色溫。

根據本發明之態樣，透鏡陣列1116及1126可經組態以將自光源1112輸出之光與自第二光源1122輸出之光混合。在此方面，圖11A繪示第一閃光總成1110及第二閃光總成1120在近場中之色彩混合，而圖11B繪示第一閃光總成1110及第二閃光總成1120在遠場中之色彩混合。如圖11A中所繪示，第一閃光總成1110之光輸出在近場中保持與第二閃光總成1120之光輸出分離。然而，如圖11B中所繪示，第一閃光總成1110及第二閃光總成1120之光輸出在遠場中實質上混合。根據本實例，近場光混合可在比菲涅耳透鏡1114 (及/或菲涅耳透鏡1124)之直徑之小十倍之一距離處發生，而遠場光混合可在比菲涅耳透鏡1114 (及/或菲涅耳透鏡1124)之直徑之大十倍之一距離處發生。

如上所述，透鏡陣列1116及1126之各者可相同或类似於關於圖1A至圖7所論述之透鏡陣列116。透鏡陣列1116可包含安置於一基板上之複數個第一光學元件1116a，且透鏡陣列1126可包含安置於另一基板上之複數個第二光學元件1126a。光學元件1116a及1126a之各者可以關於光學元件410所論述之方式組態。更特定而言，第一光學元件1116a之各者可經組態以產生一各自第一照明光點且第二光學元件1126a之各者可經組態以產生一各自第二照明光點。在一些實施方案中，當由任何給定第一光學元件1116a產生之各自第一照明光點及由一給定第二光學元件1126a產生之各自第二照明光點投射於一給定遠場平面(諸如目標平面620)上時，兩個照明光點可實質上重疊。如上文所論述，歸因於任何給定第一光學元件1116a與第二光學元件1126b之任一者之間的距離相比於其等產生之照明光點之大小可忽略不計，所以可使照明光點之間的實質重疊成為可能。

圖1A至圖11B僅作為一實例提供。在此方面，應注意，圖6未按比例繪製，此導致光學元件410之中心軸經配置以在目標平面620上相接之外觀。雖然此肯定係可能的，但在關於圖6所論述之實例中，光學元件410之中心軸意欲於彼此平行。

儘管在智慧型電話相機之背景下呈現本文中所揭示之一些概念，但將理解，本文中所揭示之閃光裝置可與任何成像裝置結合使用。關於此等圖所論述之至少一些元件可按不同順序配置、組合及/或一起被省略。將理解，提供本文中所描述之實例以及表述為「諸如」、「例如」、「包含」、「在一些態樣中」、「在一些實施方案中」及類似者之子句不應被解釋為將所揭示標的物限於特定實例。如貫穿本發明所使用，術語「相鄰」及其變形形式可被解釋為「靠近」、「緊鄰」及/或「相隔一定距離」。

已詳細描述本發明，熟習此項技術者將明白，給定本發明，可在不脫離本文中所描述之發明概念之精神之情況下對本發明進行修改。因此，本發明之範疇並非意欲於限於所繪示及所描述之特定實施例。

100‧‧‧攝影系統

110‧‧‧閃光裝置

112‧‧‧光源

114‧‧‧菲涅耳透鏡

116‧‧‧透鏡陣列

120‧‧‧成像裝置

122‧‧‧成像感測器

124‧‧‧攝影透鏡

130‧‧‧控制電路

140‧‧‧電子裝置

142‧‧‧護罩

144‧‧‧凹槽

320‧‧‧凸區段

322‧‧‧環形區段

410‧‧‧光學元件

410a‧‧‧頂表面

410b‧‧‧底表面

420‧‧‧基板

620‧‧‧目標平面

622‧‧‧照明光點

624‧‧‧照明光點

800‧‧‧閃光裝置

810‧‧‧光源

820‧‧‧菲涅耳透鏡

830‧‧‧透鏡陣列

910‧‧‧曲線圖

912‧‧‧部分

920‧‧‧曲線圖

930‧‧‧曲線圖

1010‧‧‧曲線圖

1012‧‧‧部分

1020‧‧‧曲線圖

1030‧‧‧曲線圖

1100‧‧‧閃光裝置

1110‧‧‧第一閃光總成

1112‧‧‧光源

1114‧‧‧菲涅耳透鏡

1116‧‧‧透鏡陣列

1116a‧‧‧第一光學元件

1120‧‧‧第二閃光總成

1122‧‧‧光源

1124‧‧‧菲涅耳透鏡

1126‧‧‧透鏡陣列

1126a‧‧‧第二光學元件

C‧‧‧中心軸

D‧‧‧距離

HO‧‧‧水平偏移

HP‧‧‧水平節距

L‧‧‧長度

L1‧‧‧長度

L2‧‧‧長度

VO‧‧‧垂直偏移

VP‧‧‧垂直節距

W‧‧‧寬度

W1‧‧‧寬度

W2‧‧‧寬度

下文所描述之圖式僅用於圖解目的。圖式並非意欲於限制本發明之範疇。圖中所展示之相似元件符號指定各項實施例中之相同部件。

圖1A係根據本發明之態樣之一攝影系統之一實例之一示意圖；

圖1B係據本發明之態樣之併入圖1A之攝影系統之一電子裝置之一實例之一示意俯視圖；

圖1C係根據本發明之態樣之圖1B之電子裝置之一示意橫截面側視圖。

圖2係根據本發明之態樣之一閃光裝置之一實例之一示意圖；

圖3A係根據本發明之態樣之作為圖2之閃光裝置之部件之一菲涅耳透鏡之一實例之一示意側視圖；

圖3B係根據本發明之態樣之圖3A之菲涅耳透鏡之一示意俯視圖；

圖4A係根據本發明之態樣之作為圖2之閃光裝置之部件之一透鏡陣列之一實例之一示意側視圖；

圖4B係根據本發明之態樣之圖4A之透鏡陣列之一示意俯視圖；

圖5A係根據本發明之態樣之作為圖4A之透鏡陣列之部件之一光學元件之一實例之一示意透視圖；

圖5B係根據本發明之態樣之自頂部觀看時圖4A之光學元件之一示意平面視圖；

圖5C係根據本發明之態樣之自底部觀看時圖5A之光學元件之一示意平面視圖；

圖5D係根據本發明之態樣之沿光學元件之寬度截取之圖5A之光學元件之一示意橫截面視圖；

圖5E係根據本發明之態樣之沿光學元件之長度截取之圖5A之光學元件之一示意橫截面視圖；

圖6係繪示根據本發明之態樣之圖2之閃光裝置之操作之一示意圖；

圖7係繪示根據本發明之態樣之圖2之閃光裝置之操作之一示意圖；

圖8係繪示根據本發明之態樣之圖2之閃光裝置之操作之一示意圖；

圖9係根據一第一組態之圖2之閃光裝置之一照度分佈光柵圖表；

圖10係根據一第二組態之圖2之閃光裝置之一照度分佈光柵圖表；

圖11A係根據本發明之態樣之另一閃光裝置之一實例之一示意圖；及

圖11B係繪示根據本發明之態樣之圖11A之閃光裝置之色彩混合能力之一曲線圖。

Claims (20)

1. 一種設備，其包括： 一光源，該光源包含具有一第一色溫之一第一發光二極體(LED)，及具有暖於該第一色溫之一第二色溫之一第二LED； 一菲涅耳透鏡，其經安置於該光源上游以準直由該光源輸出之光；及 一透鏡陣列，其經安置於該菲涅耳透鏡上游以混合自該菲涅耳透鏡輸出之經準直光，該透鏡陣列包括經配置於一基板上之複數個光學元件，各光學元件包含經配置以面向該菲涅耳透鏡之一不同各自部分之一各自第一平坦表面，及經配置以背向該菲涅耳透鏡之一第二凸表面。
2. 如請求項1之設備，該透鏡陣列產生具有不同於該第一色溫及該第二色溫之一第三色溫之光。
3. 如請求項1之設備，其中各光學元件經組態以產生一各自照明光點，當該照明光點及由至少一個其他光學元件產生之另一各自照明光點投射於一目標平面上時，該照明光點與該另一各自照明光點實質上重疊。
4. 如請求項3之設備，其中該目標平面係定位於距該透鏡陣列一定距離處，該距離比該透鏡陣列之一尺寸大至少十倍。
5. 如請求項1之設備，進一步包括具有一成像感測器縱橫比之一成像感測器，其中各光學元件經組態以產生具有實質上相同於該成像感測器縱橫比之一縱橫比之一各自照明光點。
6. 如請求項1之設備，其中該等光學元件之任一者之該第二表面具有沿一第一軸之一第一曲率，及沿正交於該第一軸之一第二軸之一第二曲率，該第二曲率不同於該第一曲率。
7. 如請求項1之設備，進一步包括具有一成像感測器縱橫比之一成像感測器，其中該等光學元件之任一者之該第二表面具有沿一第一軸之一第一曲率，及沿正交於該第一軸之一第二軸之一第二曲率，使得該第一曲率及該第二曲率之一比匹配該成像感測器縱橫比。
8. 如請求項1之設備，其中該等光學元件之各者之該第一表面係實質上矩形。
9. 一種設備，其包括： 一外殼護罩，其中經形成有一孔徑； 一光源，其經安置於該外殼護罩內，該光源包含具有一第一色溫之一第一發光二極體(LED)，及具有暖於該第一色溫之一第二色溫之一第二LED； 一菲涅耳透鏡，其經安置於該孔徑中以準直由該光源輸出之光；及 一透鏡陣列，其經安置於該菲涅耳透鏡上以混合自該菲涅耳透鏡輸出之經準直光，該透鏡陣列包括經配置於一基板上之複數個光學元件，各光學元件包含經配置以面向該菲涅耳透鏡之一不同各自部分之一各自第一平坦表面，及經配置以背向該菲涅耳透鏡之一第二凸表面。
10. 如請求項9之設備，該透鏡陣列產生具有不同於該第一色溫及該第二色溫之一第三色溫之光。
11. 如請求項9之設備，其中各光學元件經組態以產生一各自照明光點，當該照明光點及由至少一個其他光學元件產生之另一各自照明光點投射於一目標平面上時，該照明光點與該另一各自照明光點實質上重疊。
12. 如請求項11之設備，其中該目標平面係定位於距該透鏡陣列一定距離處，該距離比該透鏡陣列之一尺寸大至少十倍。
13. 如請求項9之設備，進一步包括具有一成像感測器縱橫比之一成像感測器，其中各光學元件經組態以產生具有實質上相同於該成像感測器縱橫比之一縱橫比之一各自照明光點。
14. 如請求項9之設備，其中該等光學元件之任一者之該第二表面具有沿一第一軸之一第一曲率，及沿正交於該第一軸之一第二軸之一第二曲率，該第二曲率不同於該第一曲率。
15. 如請求項9之設備，進一步包括具有一成像感測器縱橫比之一成像感測器，其中該等光學元件之任一者之該第二表面具有沿一第一軸之一第一曲率，及沿正交於該第一軸之一第二軸之一第二曲率，使得該第一曲率及該第二曲率之一比匹配該成像感測器縱橫比。
16. 如請求項9之設備，其中該等光學元件之各者之該第一表面係實質上矩形。
17. 一種設備，其包括： 一第一光源，用於產生具有一第一色溫之光； 一第二光源，用於產生具有冷於該第一色溫之一第二色溫之光； 一第一透鏡總成，其包含：一第一菲涅耳透鏡，其經安置於該第一光源上游以準直由該第一光源輸出之光；及一第一透鏡陣列，其經安置於該第一菲涅耳透鏡上游以混合自該第一菲涅耳透鏡輸出之經準直光，該第一透鏡陣列包括經配置於一第一基板上之複數個第一光學元件；及 一第二透鏡總成，其包含：一第二菲涅耳透鏡，其經安置於該第二光源上游以準直由該第二光源輸出之光；及一第二透鏡陣列，其經安置於該第二菲涅耳透鏡上游以混合自該第二菲涅耳透鏡輸出之經準直光，該第二透鏡陣列包括經配置於一第二基板上之複數個第二光學元件， 其中各第一光學元件經組態以產生一各自照明光點，當該照明光點及由該等第二光學元件之任一者產生之另一各自照明光點投射於一目標平面上時，該照明光點與該另一各自照明光點實質上重疊。
18. 如請求項17之設備，其中該目標平面係定位於距該透鏡陣列一定距離處，該距離比該第一透鏡陣列及該第二透鏡陣列之一者之一尺寸大至少十倍。
19. 如請求項17之設備，其中： 各第一光學元件包含經配置以面向該第一菲涅耳透鏡之一不同各自部分之一各自平坦表面，及經配置以背向該第一菲涅耳透鏡之一各自凸表面，且 各第二光學元件包含經配置以面向該第二菲涅耳透鏡之一不同各自部分之一各自平坦表面，及經配置以背向該第二菲涅耳透鏡之一各自凸表面。
20. 如請求項17之設備，進一步包括具有一成像感測器縱橫比之一成像感測器，其中： 各第一光學元件經組態以產生具有實質上相同於該成像感測器縱橫比之一第一縱橫比之一各自第一照明光點，且 各第二光學元件經組態以產生具有實質上相同於該成像感測器縱橫比之一第二縱橫比之一各自第二照明光點。