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CN119556514A - 闪光灯装置 - Google Patents

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CN119556514A
CN119556514A CN202411493712.1A CN202411493712A CN119556514A CN 119556514 A CN119556514 A CN 119556514A CN 202411493712 A CN202411493712 A CN 202411493712A CN 119556514 A CN119556514 A CN 119556514A
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CN
China
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lens
light emitting
emitting diode
flash device
pixels
Prior art date
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Application number
CN202411493712.1A
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刘冠扬
刘怡纬
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Luxvisions Innovation Ltd
Original Assignee
Luxvisions Innovation Ltd
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Publication date
Application filed by Luxvisions Innovation Ltd filed Critical Luxvisions Innovation Ltd
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    • G03B15/02—Illuminating scene
    • G03B15/03—Combinations of cameras with lighting apparatus; Flash units
    • G03B15/05—Combinations of cameras with electronic flash apparatus; Electronic flash units
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/155—Coordinated control of two or more light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

本发明提供一种闪光灯装置，包括发光二极管阵列及光学透镜组。发光二极管阵列包括排成阵列且可被独立操作控制的多个发光二极管像素，其中这些发光二极管像素包括多种不同发光颜色的发光二极管像素。光学透镜组包括多个光学透镜，用以收集、会聚和发散来自发光二极管阵列的光束。

Description

闪光灯装置
技术领域
本发明涉及一种光源装置，尤其涉及一种闪光灯装置。
背景技术
智能手机、平板电脑的普及与对于拍摄质量的追求，需利用额外光源提升低照度场景下的环境亮度，使取像装置能获取足够的成像信息。其中，闪光灯模块为其不可获缺的装置，通过适当光学设计的闪光灯透镜组可调整发光角度，提升发光效率及改善均匀性。
目前移动装置上使用的单色温闪光灯多利用黄色荧光粉披覆于蓝光发光二极管(light-emitting diode,LED)上，通过蓝光激发黄色荧光粉后生成白光并产生范围补光的效果，但运用此种光源存在以下一些缺点：(1)激发光谱缺少绿光和红光波段致使演色性不佳；(2)成像颜色失真偏冷色调；(3)无法因应场景改变色温；(4)固定补光范围，无法根据所使用的镜头焦段或目标物体改变光束形状。因此，追求提升移动装置成像质量的同时，精进闪光灯模块是一项必然需要面对的挑战。
发明内容
本发明是针对一种闪光灯装置，其所提供的照明可达到提升演色性、色温可调整及补光范围可调整的优点。
本发明的一实施例提出一种闪光灯装置，包括发光二极管阵列及光学透镜组。发光二极管阵列包括排成阵列且可被独立操作控制的多个发光二极管像素，其中这些发光二极管像素包括多种不同发光颜色的发光二极管像素。光学透镜组包括多个光学透镜，用以收集、会聚和发散来自发光二极管阵列的光束。
在本发明的实施例的闪光灯装置中，采用了排成阵列且可被独立操作控制的多个发光二极管像素，且这些发光二极管像素包括多种不同发光颜色的发光二极管像素。因此，通过独立控制不同的发光二极管像素的发光或不发光，或通过独立控制不同的发光二极管像素的发光强度比例，本发明的实施例的闪光灯装置所提供的照明可达到提升演色性、色温可调整及补光范围可调整的优点。
附图说明
图1是本发明的一实施例的闪光灯装置的光路示意图；
图2是图1的闪光灯装置的剖面示意图；
图3A至图3D为发光二极管阵列的不同色温的发光二极管像素的排列方式的示意图；
图4为图1的照射目标面通过光学透镜组在发光二极管阵列上的成像的调制传递函数的曲线图；
图5为图1的照射目标面通过光学透镜组在发光二极管阵列上的成像的垂轴色差的曲线图；
图6为图1中的发光二极管阵列中的所有发光二极管像素全部开启，且皆设定为相同的发光强度时，距离闪光灯装置1米的照射目标面的照度均匀度相对于半视场角的曲线图；
图7为图1中的闪光灯装置相对于不搭配光学透镜组的发光二极管阵列的照度增益值相对于半视场角的曲线图；
图8是图1的闪光灯装置应用于照相机时的操作流程图。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是本发明的一实施例的闪光灯装置的光路示意图，而图2是图1的闪光灯装置的剖面示意图。请参照图1与图2，本实施例的闪光灯装置100包括发光二极管阵列110及光学透镜组120。发光二极管阵列110包括排成阵列且可被独立操作控制的多个发光二极管像素112，其中这些发光二极管像素112包括多种不同发光颜色的发光二极管像素(在图1中例如是包括发光二极管像素112a与发光二极管像素112b等两种不同发光颜色的发光二极管像素)。光学透镜组120包括多个光学透镜(在图1中例如是包括光学透镜L1、L2、L3及L4)，用以收集、会聚和发散来自发光二极管阵列110的光束111。
在本实施例的闪光灯装置100中，采用了排成阵列且可被独立操作控制的多个发光二极管像素112，且这些发光二极管像素112包括多种不同发光颜色的发光二极管像素112a、112b。因此，通过独立控制不同的发光二极管像素112的发光或不发光，或通过独立控制不同的发光二极管像素112的发光强度比例，本实施例的闪光灯装置100所提供的照明可达到提升演色性、色温可调整及补光范围可调整的优点。
具体而言，在本实施例中，这些发光二极管像素112包括多种不同色温的发光二极管像素112a及112b交错排列而成。在本实施例中，闪光灯装置100还包括控制器130，电性连接至发光二极管阵列110，且用以通过控制驱动这些发光二极管像素112的电流，来控制多种不同色温的发光二极管像素112a及112b的发光强弱比例和发光区域。举例而言，发光二极管像素112a所发出的光束111a的色温高于发光二极管像素112b所发出的光束111b的色温，因此通过控制发光二极管像素112a与112b所发出的光束111a与111b的强弱比例，或控制发光二极管像素112a与112b其中之一发光而另一不发光，可形成多种不同色温的光束111。也就是说，在本实施例中，发光二极管像素112a是高色温白光发光二极管，而发光二极管像素112b是低色温白光发光二极管。然而，在其他实施例中，发光二极管像素112也可以是其他颜色的发光二极管，例如包括了红光、绿光及蓝光发光二极管。此外，又例如若控制发光二极管阵列110的局部区域的发光二极管像素112，而其他区域的发光二极管像素112不发光，或控制整个发光二极管阵列110的发光二极管像素112都发光，则可以控制及调整发光二极管阵列110的发光区域，进而控制及调整闪光灯装置100所提供的照明范围。在一实施例中，控制器130用以根据设有闪光灯装置100的照相机(camera)的取像镜头的焦段或目标物体的形状来决定发光二极管阵列110的发光区域，进而决定闪光灯装置100的照明范围。在一实施例中，发光二极管像素112例如是微型发光二极管，但本发明不以此为限，在其他实施例中，发光二极管像素112也可以是其他尺寸的发光二极管。
在本实施例中，控制器130反应于闪光灯装置100处于低光源的环境下，依据不同环境色温、物品颜色、人像肤色深浅或特效所需，而调整发光二极管阵列110所发出的光束111的色温。
图3A至图3D为发光二极管阵列的不同色温的发光二极管像素的排列方式的示意图。请参照图1、图2及图3A至图3D，发光二极管阵列110的多种不同色温的发光二极管像素112a与112b的交错排列例如为国际象棋棋盘格式的交错排列(如图3A)、环状交错排列(如图3B)、列交错排列(如图3C)或行交错排列(如图3D)，但本发明不以此为限。
在本实施例中，光学透镜组120包括由照射目标面60沿光轴I往发光二极管阵列110依序排列的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4。在本实施例中，光学透镜组120还包括保护玻璃122，配置于第四透镜L4与发光二极管阵列110之间。在本实施例中，光学透镜组120还包括光阑124，位于第二透镜L2与第三透镜L3之间。在本实施例中，光学透镜组120的总厚度T1例如小于8.5毫米，其中总厚度T1为第一透镜L1的目标侧面S1至发光二极管阵列110的发光面在光轴I上的距离，其中目标侧面S1为第一透镜L1背对发光二极管阵列110的表面，也就是第一透镜L1朝向照射目标面60的表面。在一实施例中，总厚度T1例如为8.44毫米。此外，在本实施例中，光学透镜组120的光圈数(f-number)小于0.98。
在本实施例中，第一透镜L1为菲涅耳透镜，其具有同心环状的锯齿表面(例如是环绕光轴I的同心环状的锯齿表面)，且具有正光焦度，也就是具有正屈光力。在本实施例中，第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4的屈光力依序为负、正及正。此外，在本实施例中，第二透镜L2为双凹透镜，第三透镜L3为双凸透镜，且第四透镜L4为凸面朝向照射目标面60的正弯月透镜。
在本实施例中，第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4的每一个透镜的相对两表面皆为非球面，且此相对两表面分别朝向照射目标面60与发光二极管阵列110。此外，在本实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3及第四透镜L4中，透镜最大的直径不超过6.52毫米。
在本实施例中，第一透镜L1的目标侧面S1为菲涅耳面，且第一透镜L1的光源侧面S2为平面，其中光源侧面S2是指第一透镜L1朝向发光二极管阵列110的表面，也就是第一透镜L1背对照射目标面60的表面。由于便携式电子装置上的闪光灯装置100具有厚度的限制，因此利用菲涅耳透镜薄型化光学元件的特性以充分利用有限的空间，且锯齿状的菲涅耳透镜可避免使用者由外向内看到内部组件结构，增加美观性并通过塑料射出成型来大量制造。第二透镜的目标侧面S3与光源侧面S4都是凹面。第三透镜L3的目标侧面S6与光源侧面S7都是凸面，第三透镜L3主要为改变光路偏折角度。第四透镜L4的目标侧面S8为凸面，且第四透镜L4的光源侧面S9为凹面，第四透镜L4主要整形微发光二极管阵列110所发出的光束111。
发光二极管阵列110的光学元件的相关曲率半径、厚度(目标侧面S1所在该行的厚度数值为透镜L1在光轴I上的中心厚度，光源侧面S2所在该行的数值为透镜L1和透镜L2之间在光轴I上的空气间隔，以此类推)、各透镜所使用的材料折射率与阿贝参数如表一所示。
表一
除了保护玻璃122的表面S10为平面，且照射目标面60的表面S0例如为平面之外，其余第二透镜L2透镜的目标侧面S3与光源侧面S4、第三透镜L3的目标侧面S6与光源侧面S7及第四透镜L4的目标侧面S8与光源侧面S9皆为非球面设计，各非球面的面形可由以下式(1)加以描述：
其中，式(1)为偶次非球面公式，c为非球面近光轴处的曲率，k是圆锥系数，r是径向坐标，αi是第2i阶非球面系数(举例而言，α2是第4阶非球面系数，α3是第6阶非球面系数，以此类推)，z所代表的意义是以中心光轴为起点在高度半径为r的位置时，该坐标点距非球面顶点在光轴方向上的距离，非球面透镜相关圆锥与非球面系数值如表二所示。
S3 S4 S6 S7 S8 S9
k 0.000 0.000 -0.499 -586.307 -34.161 2575.171
α2 1.62E-02 0.482 -0.288 -5.41E-02 3.280 1.78E-02
α3 1.68E-03 0.973 -1.388 2.93E-02 9.331 4.99E-03
α4 4.18E-06 8.331 3.994 -1.15E-02 15.748 -1.53E-03
α5 -6.30E-05 38.916 -3.433 2.42E-03 -12.006 1.53E-04
α6 8.20E-06 -20.786 -3.603 -2.12E-04 -2.170 -3.00E-05
α7 -3.08E-07 21.135 7.924 2.03E-06 9.316
α8 -491.408 -1.104 -3.15E-08 -4.154
α9 1065.334 -5.270 -0.072
α10 -523.559 2.703 0.025
表二
图4为图1的照射目标面通过光学透镜组在发光二极管阵列上的成像的调制传递函数的曲线图，其中46.0度、23.0度与0.0度代表在这些视场角下的曲线，而切向方向(tangential direction)与矢状方向(sagittal direction)代表在这两个方向上的光所对应的曲线。请参照图1、图2及图4，在本实施例中，光学透镜组120的视场角大于90度，其中此视场角例如为图2的半视场角θF的两倍，且光学透镜组切向方向与矢状方向的平均调制传递函数在截止频率下小于0.3，如图4所示出，其中截止频率为这些发光二极管像素112任一个的发光面边长D1(如图1所示出)两倍的倒数。在一实施例中，边长D1小于75微米。调制传递函数小于0.3代表影像是模糊的，由于光具有可逆性，当照射目标面60通过光学透镜组120在发光二极管阵列110上的成像是模糊的时，发光二极管阵列110通过光学透镜组120在照射目标面60上也会是模糊的，因此发光二极管像素112a及112b分别在照射目标面60成像的照明区域62a与62b也会是模糊而互相至少部分重叠的，这会使得高色温的照明区域62a与低色温的照明区域62b互相混合成所需色温的照明。
图5为图1的照射目标面通过光学透镜组在发光二极管阵列上的成像的垂轴色差的曲线图，其中标示为R的曲线为红光(其波长为656.27纳米)的垂轴色差，标示为G的直线为绿光(其波长为587.56纳米)的垂轴色差，而标示为B的曲线为蓝光(其波长为486.13纳米)的垂轴色差。由图5可知，光学透镜组120在发光二极管阵列110上的垂轴色差C1小于这些发光二极管像素112的任一个的发光面的边长D1(如图1所示出)。
图6为图1中的发光二极管阵列中的所有发光二极管像素全部开启，且皆设定为相同的发光强度时，距离闪光灯装置1米的照射目标面的照度均匀度相对于半视场角的曲线图。请参照图1与图6，照度的均匀度可定义为区域照度/最大照度×100％。本实施例的闪光灯装置100最大可投射出对角线方向超过90度的光束，在最大视角处仍可保有最大照度的20％。在本实施例中，这些发光二极管像素112的电流强度由发光二极管阵列110的中心向周围递增，以补偿光学透镜组120所造成的光强度均匀性的落差。
图7为图1中的闪光灯装置相对于不搭配光学透镜组的发光二极管阵列的照度增益值相对于半视场角的曲线图，其中在图7中，发光二极管阵列中的所有发光二极管像素全部开启，且皆设定为相同的发光强度，而照度是指在距离闪光灯装置(或发光二极管阵列)1米的照射目标面上的照度。请参照图1与图7，闪光灯装置100所投射出的照射光束111的照射增益值大于发光二极管阵列110所发出的光束111未经过光学透镜组120的照射增益值，其中增益值可定义为待测装置的照度/不搭配光学透镜组的发光二极管阵列的照度。由图7可知，在使用所设计的光学透镜组120后，可以将中心光能量扩增至更大的视角，使闪光灯装置在大视角的照度的增益值能大于未使用光学透镜组120时的照度增益值。
图8是图1的闪光灯装置应用于照相机时的操作流程图。请参照图1与图8，闪光灯装置100应用于照相机时的操作流程可包括下列步骤。首先，执行步骤701，拍摄开始。接着，执行步骤702，设定拍照模式，调整拍摄焦距，选定使用镜头，此步骤可通过控制器130来执行。再来，执行步骤703，辨识场景，判断是否需补光并侦测环境色温与目标物体，其可通过控制器130来执行。若步骤703判断不需要采用闪光灯装置100来补光，则直接进行步骤706，其为拍摄，即照相机执行拍摄图像的动作。若步骤703判断需要采用闪光灯装置100来补光，则进行步骤704，其为依据环境色温、目标物体与拍摄焦距控制发光二极管阵列的开启区域、功率和作用秒数，其可通过控制器130来执行。然后，进行步骤705，其为曝光混和高低色温光源(即高色温的发光二极管像素112a与低色温的发光二极管像素112b)并生成特定色温补光光束111。接着，执行步骤706，控制器130命令照相机执行拍摄图像的动作。
在一实施例中，当拍摄场景处于照度不足需补光环境时，可通过当前所选取的镜头开启发光二极管阵列110中特定区域的光源。举例来说，使用广角镜头需开启发光二极管阵列110中所有的发光二极管像素112以满足大范围补光；切换至长焦镜头时，由于视野范围相对较小，可仅开启发光二极管阵列110的中心区域的发光二极管像素112以进行补光。此外，依据系统侦测环境、物品颜色或人像肤色深浅，通过调配发光二极管阵列110中高低色温光源比例并通过设计的光学透镜组，即可生成均匀且符合环境、物品或人像的适当色温的补光光束111，以满足各式低光源摄影所需。
综上所述，在本发明的实施例的闪光灯装置中，采用了排成阵列且可被独立操作控制的多个发光二极管像素，且这些发光二极管像素包括多种不同发光颜色的发光二极管像素。因此，通过独立控制不同的发光二极管像素的发光或不发光，或通过独立控制不同的发光二极管像素的发光强度比例，本发明的实施例的闪光灯装置所提供的照明可达到提升演色性、色温可调整及补光范围可调整的优点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (20)

1.一种闪光灯装置，其特征在于，包括：
发光二极管阵列，包括排成阵列且可被独立操作控制的多个发光二极管像素，其中所述多个发光二极管像素包括多种不同发光颜色的发光二极管像素；以及
光学透镜组，包括多个光学透镜，用以收集、会聚和发散来自所述发光二极管阵列的光束。
2.根据权利要求1所述的闪光灯装置，其特征在于，所述多个发光二极管像素包括多种不同色温的发光二极管像素交错排列而成。
3.根据权利要求2所述的闪光灯装置，其特征在于，还包括控制器，电性连接至所述发光二极管阵列，且用以通过控制驱动所述多个发光二极管像素的电流，来控制所述多种不同色温的发光二极管像素的发光强弱比例和发光区域。
4.根据权利要求2所述的闪光灯装置，其特征在于，还包括控制器，电性连接至所述发光二极管阵列，所述控制器反应于所述闪光灯装置处于低光源的环境下，依据不同环境色温、物品颜色、人像肤色深浅或特效所需，而调整所述发光二极管阵列所发出的光束的色温。
5.根据权利要求2所述的闪光灯装置，其特征在于，所述多种不同色温的发光二极管像素的交错排列为国际象棋棋盘格式的交错排列、环状交错排列、列交错排列或行交错排列。
6.根据权利要求1所述的闪光灯装置，其特征在于，还包括控制器，电性连接至所述发光二极管阵列，所述控制器用以根据取像镜头的焦段或目标物体的形状来决定所述发光二极管阵列的发光区域。
7.根据权利要求1所述的闪光灯装置，其特征在于，施加于所述多个发光二极管像素的电流强度由所述发光二极管阵列的中心向周围递增，以补偿所述光学透镜组所造成的光强度均匀性的落差。
8.根据权利要求1所述的闪光灯装置，其特征在于，所述光学透镜组包括由照射目标面沿光轴往所述发光二极管阵列依序排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜，其总厚度小于8.5毫米。
9.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述光学透镜组还包括保护玻璃，配置于所述第四透镜与所述发光二极管阵列之间。
10.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述光学透镜组还包括光阑，位于所述第二透镜与所述第三透镜之间。
11.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述光学透镜组的光圈数小于0.98。
12.根据权利要求11所述的闪光灯装置，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜及所述第四透镜中，透镜最大的直径不超过6.52毫米。
13.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述第一透镜为菲涅耳透镜，其具有同心环状的锯齿表面，且具有正光焦度。
14.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜为双凸透镜，且所述第四透镜为凸面朝向照射目标面的正弯月透镜。
15.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜及所述第四透镜的每一个透镜的相对两表面皆为非球面，且所述相对两表面分别朝向所述照射目标面与所述发光二极管阵列。
16.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述光学透镜组在所述发光二极管阵列上的垂轴色差小于所述多个发光二极管像素的任一个的发光面的边长。
17.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述光学透镜组的视场角大于90度，且所述光学透镜组的调制传递函数在截止频率下小于0.3。
18.根据权利要求17所述的闪光灯装置，其特征在于，所述截止频率为所述多个发光二极管像素任一个的发光面边长两倍的倒数。
19.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜及所述第四透镜的屈光力依序为负、正及正。
20.根据权利要求8所述的闪光灯装置，其特征在于，所述闪光灯装置所投射出的照射光束的照射增益值大于所述发光二极管阵列所发出的所述光束未经过所述光学透镜组的照射增益值。
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