CN112074772B

CN112074772B - 用于供闪光装置使用的透镜

Info

Publication number: CN112074772B
Application number: CN201880079773.XA
Authority: CN
Inventors: X.林
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2024-01-30
Anticipated expiration: 2038-10-09
Also published as: US20200244850A1; US11553124B2; KR102452155B1; US10659668B2; WO2019074929A1; KR20200068704A; US20190109967A1; EP3695262B1; CN112074772A; TW201925857A; EP3695262A1; TWI760569B; JP7092874B2; JP2020537766A

Abstract

公开了一种设备，包括：光源；菲涅耳透镜和透镜阵列。菲涅耳透镜设置在光源的上游，以准直由光源输出的光。透镜阵列设置在菲涅耳透镜的上游，以混合从菲涅耳透镜输出的准直光。透镜阵列包括布置在基板上的多个光学元件。每个光学元件包括相应的第一平表面和第二凸表面，第一平表面被布置成面向菲涅耳透镜的不同相应部分，第二凸表面被布置成背离菲涅耳透镜。

Description

用于供闪光装置使用的透镜

技术领域

本公开总体上涉及发光装置，并且更具体地，涉及用于供闪光装置使用的透镜。

背景技术

发光二极管（“LED”）通常在各种应用中用作光源。例如，LED比传统光源更节能，比白炽灯和荧光灯提供更高得多的能量转换效率。此外，与传统光源相比，LED向被照射区域辐射的热量更少，并且给予对亮度、发射颜色和光谱的控制的更广幅度。这些特性使LED成为从室内光照到闪光摄影的范围的各种照明应用的绝佳选择。

闪光摄影应用要求LED与专用光学器件结合使用，以聚焦从LED输出的光。这种光学器件需要满足各种设计约束。例如，它需要足够小，以适配小形状因数的摄影装置，诸如智能电话和微型相机。此外，它需要在正被拍摄的对象的方向上很好地准直光，同时还在多个LED用作光源时提供高度均匀的光输出。

因此，存在对满足上面的设计约束的改进的光学设计的需要。

发明内容

本公开解决这一需要。根据本公开的方面，提供了一种设备，包括：光源；菲涅耳透镜和透镜阵列。菲涅耳透镜设置在光源的上游，以准直由光源输出的光。透镜阵列设置在菲涅耳透镜的上游，以混合从菲涅耳透镜输出的准直光。透镜阵列包括布置在基板上的多个光学元件。每个光学元件包括被布置成面向菲涅耳透镜的不同相应部分的相应第一平表面和布置成背离菲涅耳透镜的第二凸表面。

附图说明

下面描述的附图仅用于说明目的。附图不旨在限制本公开的范围。在各种实施例中，图中所示的相同附图标记表示相同的部分。

图1A是根据本公开的各方面的摄影系统的示例的示意图；

图1B是根据本公开的各方面的包含图1A的摄影系统的电子装置的示例的示意性俯视图；

图1C是根据本公开的各方面的图1B的电子装置的示意性截面侧视图；

图2是根据本公开的各方面的闪光装置的示例的示意图；

图3A是根据本公开的各方面的作为图2的闪光装置的一部分的菲涅耳透镜的示例的示意性侧视图；

图3B是根据本公开的各方面的图3A的菲涅耳透镜的示意性俯视图；

图4A是根据本公开的各方面的作为图2的闪光装置的一部分的透镜阵列的示例的示意性侧视图；

图4B是根据本公开的各方面的图4A的透镜阵列的示意性俯视图；

图5A是根据本公开的各方面的作为图4A的透镜阵列的一部分的光学元件的示例的示意性透视图；

图5B是根据本公开的各方面的当从顶部观察时的图4A的光学元件的示意性平面图；

图5C是根据本公开的各方面的当从底部观察时的图5A的光学元件的示意性平面图；

图5D是根据本公开的各方面的沿着光学元件的宽度截取的图5A的光学元件的示意性截面图；

图5E是根据本公开的各方面的沿着光学元件的长度截取的图5A的光学元件的示意性截面图；

图6是示出根据本公开的各方面的图2的闪光装置的操作的示意图；

图7是示出根据本公开的各方面的图2的闪光装置的操作的示意图；

图8是示出根据本公开的各方面的图2的闪光装置的操作的示意图；

图9是根据第一配置的图2的闪光装置的照度分布光栅图；

图10是根据第二配置的图2的闪光装置的照度分布光栅图；

图11A是根据本公开的各方面的另一闪光装置的示例的示意图；和

图11B是示出根据本公开的各方面的图11A的闪光装置的混色能力的图。

具体实施方式

根据本公开的方面，公开了一种用于供智能电话使用的摄影闪光装置。闪光装置可以包括光源、菲涅耳透镜和设置在菲涅耳透镜的发光表面上的透镜阵列。透镜阵列可以包括布置在基板上的多个光学元件，并且其可以可操作来调节从闪光装置输出的光。

根据本公开的方面，透镜阵列可以致使闪光装置输出具有高度均匀色温的光发射。为了实现这个结果，透镜阵列中的每个光学元件可以被配置成产生相应的光照点，该光照点基本上与由其余光学元件产生的光照点重叠。当光源包括产生不同颜色的光的多个LED时，叠加光学元件的光照点可以导致来自LED的发射变得混合。这进而可以导致具有高度均匀色温的组合光发射。

根据本公开的方面，透镜阵列可以使闪光装置产生光照点，该光照点具有与相机中的成像传感器的形状和纵横比紧密匹配的形状和纵横比。如下面进一步讨论的，透镜阵列中的每个光学元件可以被配置成通过操纵光学元件的形状和/或曲率来产生光照点，该光照点具有矩形形状和与成像传感器的纵横比匹配的纵横比。成像传感器的形状和纵横比与由闪光装置产生的光照点之间的对应关系可以导致增加的由相机捕获的图像质量。

根据本公开的各方面，透镜阵列可以使闪光装置在闪光装置被配对于的相机的视场中产生高度均匀的照度分布图案。如上面所讨论的，透镜阵列中的每个光学元件可以被配置成产生相应的光照点，该光照点与由其余光学元件产生的光照点基本重叠。在透镜阵列中叠加由不同光学元件产生的光照点可以使闪光装置具有高度均匀的照度分布图案。

根据本公开的各方面，公开了一种设备，包括：光源；菲涅耳透镜，设置在光源的上游，以准直由光源输出的光；以及透镜阵列，设置在菲涅尔透镜的上游，以混合从菲涅尔透镜输出的准直光，该透镜阵列包括布置在基板上的多个光学元件，每个光学元件包括布置成面向菲涅尔透镜的不同相应部分的相应第一平表面和布置成背离菲涅尔透镜的第二凸表面。

根据本公开的各方面，公开了一种设备，包括：外壳包封，具有形成于其中的孔；光源，设置在外壳包封内部；菲涅耳透镜，设置在孔中，以准直由光源输出的光；以及透镜阵列，设置在菲涅尔透镜上，以混合从菲涅尔透镜输出的准直光，该透镜阵列包括布置在基板上的多个光学元件，每个光学元件包括被布置成面向菲涅尔透镜的不同相应部分的相应第一平表面和被布置成背离菲涅尔透镜的第二凸表面。

根据本公开的各方面，公开了一种设备，包括：第一光源，用于产生具有第一色温的光；第二光源，用于产生具有比第一色温更冷的第二色温的光；第一透镜组件，包括设置在第一光源上游以准直由第一光源输出的光的第一菲涅耳透镜，以及设置在第一菲涅耳透镜上游以混合从第一菲涅耳透镜输出的准直光的第一透镜阵列，第一透镜阵列包括布置在第一基板上的多个第一光学元件；以及第二透镜组件，包括设置在第二光源上游以准直由第二光源输出的光的第二菲涅耳透镜，以及设置在第二菲涅耳透镜上游以混合从第二菲涅耳透镜输出的准直光的第二透镜阵列，第二透镜阵列包括布置在第二基板上的多个第二光学元件，其中每个第一光学元件被配置成产生相应光照点，该光照点与由任一第二光学元件产生的另一相应光照点在该光照点和其他相应光照点被投射在远场目标平面上时基本重叠。

下文将参照附图更全面地描述不同闪光装置的示例。这些示例并不相互排斥，并且在一个示例中找到的特征可以与在一个或多个其他示例中找到的特征相组合，以实现附加的实现。因此，应当理解，附图中所示的示例仅针对说明目的而提供，并且它们并不旨在以任何方式限制本公开。贯穿全文，相同的数字指代相同的元件。

应该理解，尽管术语第一、第二等可以在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应该被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任何及所有组合。

应当理解，当诸如层、区域或基板的元件被称为“在另一元件上”或“延伸到另一元件上”时，它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一元件被称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时，不存在中间元件。还将理解，当一元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。将理解，附加于图中所示的任何取向，这些术语旨在涵盖元件的不同取向。

诸如“下面”或“上面”或者“上”或“下”或者“水平”或“竖直”的相对术语在本文中可以用来描述如图所示的一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系。应当理解，附加于图中所示的取向，这些术语旨在涵盖装置的不同取向。

图1A是根据本公开的方面的摄影系统100的图。系统100可以包括闪光装置110、成像装置120和用于操作闪光装置110和成像装置120的控制电路130。闪光装置110可以包括光源112、设置在光源上游的菲涅耳透镜114和设置在菲涅耳透镜上游的透镜阵列116。下面参照图2-11B进一步讨论闪光装置。成像装置120可以包括成像传感器122和摄影透镜124。成像传感器122可以包括任何合适类型的成像传感器，诸如电荷耦合器件（CCD）传感器或互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器。摄影透镜124可以包括被配置成将场景的图像投射到成像传感器上的任何合适类型的透镜。

控制电路130可以可操作地耦合到成像装置120和闪光装置110。控制电路130可以可操作来触发闪光装置，同时对成像装置120进行采样，以获得作为触发闪光装置110的结果而被照射的场景的数字图像。控制电路130可以是通用处理器（例如，基于ARM的处理器）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）和/或任何其他合适类型的数字和/或模拟电路。尽管未示出，但是控制电路130可以包括一个或多个存储装置（例如，固态存储器、闪存、EEPROM等）。

图1B是根据本公开的各方面的包含摄影系统100的电子装置140的示例的平面图。图1C是根据本公开的各方面的沿着轴线A-A的电子装置的截面侧视图。如图所示，电子装置140可以包括包封142。设置在包封142内部的可以是闪光装置110、成像120和控制电路130。更特别地，如图所示，光源112、菲涅耳透镜114和透镜阵列116可以设置在形成于包封142中的凹槽144中。

在本示例中，电子装置140是智能电话。然而，可替代的实现是可能的，例如，其中装置140是任何其他合适类型的电子装置，诸如数字单透镜反射（DSLR）相机、自动对焦相机（point-and shoot camera）或手持导航装置。尽管未示出，但是电子装置140可以包括处理器（例如，基于ARM的处理器、专用处理、FPGA、ASIC等）、存储器（例如，随机存取存储器、固态驱动器、闪存、EEPROM存储器等）、显示器、输入装置（例如，触摸板、键盘等）和/或任何其他合适类型的部件。

图2是根据本公开的各方面的闪光装置110的示例的示意性截面图。如图所示，闪光装置110可以包括光源112、菲涅耳透镜114和透镜阵列116。菲涅耳透镜114可以设置在光源112的上游，并且透镜阵列116可以设置在菲涅耳透镜114的上游。当闪光装置110被激活时，从光源112发射的光在上游方向上传播，通过菲涅耳透镜114和透镜阵列116，以照射正在被拍摄的对象。

光源112可以包括一个或多个LED。更特别地，在一些实现中，光源112可以包括第一LED和第二LED。第一LED可以被配置为输出具有第一色温的光。并且第二LED可以被配置为输出具有比第一色温更冷的第二色温的光。如下面进一步讨论的，来自第一LED和第二LED的光可以被透镜阵列116混合，以产生具有选定色温（例如诸如白色）的光发射。

菲涅耳透镜114可以光学耦合到光源112，以准直由光源112输出的光，并控制闪光装置110的视场（FOV）。在一些实现中，菲涅耳透镜114可以可操作来在闪光装置110上施加40度的FOV。附加地或可替代地，在一些实现中，菲涅耳透镜114可以可操作来在闪光装置110上施加75度的视场。

图3A示出了菲涅耳透镜114的截面侧视图，而图3B示出了菲涅耳透镜114的俯视图。如图所示，菲涅尔透镜具有半径为R的圆形形状。菲涅尔透镜114包括多个同心环形部分322，其围绕凸形部分320定心。尽管在本示例中，菲涅耳透镜114包括五个环形部分322，但是菲涅耳透镜114包括任何数量的环形部分322（例如，10、50、100等）的替代实现是可能的。相邻环形部分之间的节距可以相同或不同。菲涅耳透镜114可以由玻璃、塑料和/或任何其他合适类型的材料形成。菲涅耳透镜114的尺寸可以根据设计规格而变化。举例来说，在一些实现中，菲涅耳透镜114的尺寸可以在直径为2 mm-100 mm的范围内。

透镜阵列116可以光学耦合到菲涅耳透镜114，以进一步调节从菲涅耳透镜114输出的光。透镜阵列116可以实现几种功能中的至少一种。例如，透镜阵列116可以混合由光源112输出的光，以实现高颜色均匀性。作为另一示例，透镜阵列116可以使由闪光装置110产生的光照点具有与成像传感器122的形状匹配的矩形形状。作为又一示例，透镜阵列116可以改进闪光装置110的照度分布。

图4A是透镜阵列116的示意性截面侧视图，并且图4B是透镜阵列116的示意性俯视图。如图所示，透镜阵列116可以包括设置在基板420上的多个光学元件410。基板420可以具有半径为R的圆形形状。每个光学元件410可以包括背离基板420（和菲涅耳透镜114）的顶表面410a和面向基板420（和菲涅耳透镜114）的底表面410b。在这点上，顶表面410a可以被称为发光表面，并且底表面410b可以被称为光接收表面。

在一些实现中，透镜阵列116可以是微透镜阵列，并且每个光学元件410可以是不同的微透镜。任一光学元件410和/或基板420可以由玻璃、塑料和/或任何其他合适类型的材料形成。光学元件410可以与基板420集成在一起或者与其分离。此外，尽管在本示例中每个光学元件410具有基本上矩形的截面，但是任一光学元件410具有圆形或椭圆形截面的替代实现是可能的。在这点上，本公开不限于光学元件410和/或基板420的任何特定几何形状。

此外，光学元件410可以以任何合适的图案布置在基板420上。在本示例中，光学元件410以直线布置在基板420上。然而，可替代实现是可能的，其中光学元件410被布置成圆形和/或任何其他合适的图案。在这点上，本公开不限于基板420上的光学元件410的任何特定布置。

在图4A-B的示例中，光学元件410彼此相同。然而，至少两个或更多个光学元件410不同的可替代的实现是可能的。例如，两个光学元件可以具有不同的宽度。附加地或可替代地，作为另一示例，两个光学元件可以具有不同的长度。附加地或可替代地，两个光学元件可以具有不同的厚度。附加地或可替代地，两个光学元件可以具有不同的水平曲率。附加地或可替代地，两个光学元件可以具有不同的竖直曲率。

在图4A-B的示例中，光学元件是间隔开的。然而，光学元件直接彼此邻接的替代实现是可能的。

在图4A-B的示例中，光学元件之间的竖直节距VP遍及整个透镜阵列116中是相同的。然而，竖直节距VP变化的替代实现是可能的。在这种情况下，透镜阵列116中的第一对邻近光学元件410的竖直节距VP可以不同于透镜阵列116中的第二对邻近光学元件410的竖直节距VP。根据本公开的各方面，一对光学元件410的竖直节距VP包括该对中的第一光学元件410的中心C和该对中的第二光学元件的中心C之间的水平距离。此外，根据本公开的各方面，如果两个光学元件410之间没有其他元件（即，如果两个光学元件彼此直接相邻等），则两个光学元件410被认为是邻近。

在图4A-B的示例中，光学元件之间的水平节距HP遍及整个透镜阵列116中是相同的。然而，水平节距变化的替代实现是可能的。在这种情况下，透镜阵列116中的第一对邻近光学元件410的水平节距HP可以不同于透镜阵列116中的第二对邻近光学元件410的水平节距HP。根据本公开的各方面，一对光学元件410的水平节距包括该对中的第一光学元件410的中心C和该对中的第二光学元件的中心C之间的竖直距离。

在图4A-B的示例中，每个光学元件410可以被配置成输出具有焦点F的束（例如，参见图6）。在这种情况下，每个光学元件410可以由描述束从该光学元件发射的方向的中心轴线C来表征。（例如，参见图5B和5D。）更特别地，在本示例中，给定光学元件410的中心轴线可以是在光学元件410的顶表面410a的中心开始并穿过光学元件410的焦点F的轴线。附加地或可替代地，在一些实现中，给定光学元件410的中心轴线可以是在光学元件410的顶表面410a的中心开始并垂直于光学元件的顶表面410a延伸的轴线。

在图4A-B的示例中，透镜阵列116中的光学元件410被配置成具有平行的光学轴线，使得每个光学元件410的中心轴线平行于透镜阵列116中的任何其他光学元件410的光学轴线。然而，在一些实现中，透镜阵列116中的至少两个光学元件的光学轴线可以被布置成发散的。附加地或可替代地，在一些实现中，至少两个光学元件的光学轴线可以被布置成在特定的目标平面中相交。

图5A是光学元件410的示例的透视图，并且图5B是从顶部观察时光学元件410的平面图。如图所示，光学元件410可以具有弯曲的顶表面410a。图5C是当从底部观察时光学元件410的平面图。如图所示，光学元件410的底表面410b可以是矩形形状，并且它可以具有宽度W和长度L。尽管在本示例中，光学元件410的底表面410b具有矩形形状，但是底表面410b具有圆形形状和/或任何其他合适类型的形状的替代实现是可能的。

图5D是沿着光学元件410的宽度W截取的光学元件410的截面侧视图。图5E是沿着光学元件410的长度L截取的光学元件410的截面图。如图所示，光学元件410的顶表面410a可以具有沿着光学元件410的宽度W的第一曲率和沿着光学元件410的长度L的第二曲率。在一些实现中，第一曲率可以与第二曲率相同。附加地或可替代地，在一些实现中，第一曲率可以不同于第二曲率。

根据本公开的各方面，光学元件410可以具有纵横比。光学元件的纵横比可以是以下之一：（i）宽度W和长度L之间的比，或者（ii）长度L和宽度W之间的比。在一些实现中，纵横比可以匹配成像传感器122的纵横比。例如，光学元件410的纵横比可以等于成像传感器122的纵横比。作为另一示例，光学元件410的纵横比可以基本上等于成像传感器122的纵横比，使得这两个比彼此相差在10%-15%之内。

根据本公开的各方面，光学元件410可以具有曲率比。光学元件410的曲率比可以是下列中的一个：（i）沿着光学元件410的长度的顶表面410a的曲率和沿着光学元件410（b）的宽度的顶表面410a的曲率之间的比以及沿着光学元件410的宽度的顶表面410a的曲率和沿着光学元件410（b）的长度的顶表面410a的曲率之间的比。在一些方面中，光学元件410的曲率比可以匹配成像传感器122的纵横比。例如，如果光学元件410的曲率比等于或基本上等于成像传感器122的纵横比（例如，彼此相差在10%-15%之内），则光学元件410的曲率比可以匹配成像传感器122的纵横比。作为另一示例，如果光学元件410的曲率比使得由光学元件产生的光照点具有等于或基本等于成像传感器122的纵横比的纵横比，则光学元件410的曲率比可以匹配成像传感器122的纵横比。

图6是示出根据本公开的各方面的透镜阵列116的操作的图。当闪光装置110被激活时，每个光学元件410可以接收来自菲涅耳透镜114的准直光，然后该准直光被折射并在上游方向上发射。结果，闪光装置110可以将光照点622投射到目标平面620上。如上面所讨论的，闪光装置110的光照点622可以包括由光学元件410中的不同光学元件410产生的光照点624。如下面关于图7进一步讨论的，每个光照点622可以与至少一个其他光照点622重叠。

目标平面620可以是位于距透镜阵列116距离D处的平面。在一些实现中，距离D可以等于透镜阵列116的直径的至少十倍（例如，10×2R），并且在目标平面620上执行的任何光照可以被称为“远场光照”。根据本公开的各方面，透镜阵列116可以被设计为考虑特定的应用。例如，如果闪光装置110旨在用于近距离摄影，则透镜阵列116可以被设计成将某个光照图案投射到位于距透镜阵列116大约1米远的目标平面上。

在一些实现中，光学元件410的中心轴线可以彼此平行，而由光学元件410产生的光照点624基本上重叠。如可以容易理解的，由于光学元件410的节距（例如，水平节距HP和/或竖直节距VP）与由闪光装置110产生的光照点622的尺寸相比是可忽略的，所以可以使得光照点624之间的基本上重叠是可能的。

在一些实现中，由各个光学元件410产生的任一光照点624可以具有矩形形状。这种形状可以通过优化每个光学元件410的相应的竖直和水平曲率来实现。使光照点624具有矩形形状可以进而导致光照点622也具有矩形形状，这是优选的，因为成像装置120的成像传感器122也是矩形的。

在一些实现中，光照点622可以至少部分地匹配成像装置120的视场（FOV）的形状。例如，光照点622可以具有基本上等于成像装置120的FOV的宽度的宽度。附加地或可替代地，光照点622可以具有基本上等于成像装置120的FOV的长度的长度。

将光照点622布置成具有与成像装置120的FOV相同和/或相似的尺寸可以导致更高的光照均匀性和更好的照片质量。此外，如果光照点622的尺寸和形状与成像装置120的FOV基本相同，则有效光学效率可以非常高。如上面所讨论的，光照点622的形状和光照均匀性可以通过改变光学元件410的水平和竖直曲率来优化。

图7是关于图6讨论的光照点622的示意图。如上所述，光照点622代表由闪光装置110发射的光的图案中的至少一些，并且它是由透镜阵列116中的各个光学元件410产生的光照点624的聚合。在本示例中，当投射到目标平面620上时，光照点622具有长度L1和宽度W2。如上所述，长度L1可以基本上等于成像装置120的FOV的长度和/或宽度W1可以基本上等于成像装置120的FOV的宽度。

在图7的示例中，光照点622包括由第一光学元件410产生的第一光照点624和由第二光学元件410产生的第二光照点624。第一光照点具有长度L2和宽度W2。在一些实现中，给定光照点的宽度W2与长度L2的比可以基本上等于成像传感器122的纵横比。附加地或可替代地，在一些实现中，给定光照点的长度L2与宽度W2的比可以基本上等于成像传感器122的纵横比。

如上所述，当投射在目标平面620上时，第一光照点624和第二光照点624可以基本上重叠。举例来说，在一些实现中，当光照点之间的竖直偏移VO不大于第一和第二光照点中任一个的宽度的15%时，光照点可以基本上重叠。附加地或可替代地，在一些实现中，当光照点624之间的水平偏移HO不大于第一和第二光照点中任一个的长度的15%时，光照点624可以基本上重叠。

如上所述，光照点622是由各个光学元件410产生的光照点的聚合。尽管图7中仅示出了两个光照点624，但是将理解，光照点622可以包括与透镜阵列116中的光学元件410一样多的光照点624。此外，尽管在关于图2-7讨论的示例中，所有光照点624彼此重叠，但是至少两个光照点624不重叠的替代实现是可能的。

图8是根据本公开的各方面的闪光装置800的示例的图。闪光装置800包括光源810、设置在光源810上游的菲涅耳透镜820和设置在菲涅耳透镜820上游的透镜阵列830。在一些实现中，光源810可以与光源112相同或相似。在一些实现中，菲涅耳透镜820可以与菲涅耳透镜114相同或相似。附加地或可替代地，在一些实现中，透镜阵列830可以与透镜阵列116相同或相似。在操作中，光源810发射光，然后该光被菲涅耳透镜820准直。准直光随后被耦合到透镜阵列830中，以在期望的方向上被发射。

图9示出了根据第一配置的闪光装置800的第一示例的性能。根据第一配置，光源810包括单个LED，该LED在1米的距离处在1 A的功率下具有250 lm的通量，并且其尺寸为1.4 mm×1.4 mm。菲涅耳透镜820具有75度的FOV和9 mm的直径，同时包括8个环形部分。透镜阵列830包括13个布置成直线的光学部件，如图4B所示。透镜阵列830的直径为9 mm，而每个光学元件的底表面的相应尺寸为0.67 mm×0.5 mm。每个光学元件的水平曲率为2.6，并且每个光学元件的竖直曲率为2.6。根据第一配置，透镜阵列830中的光学元件彼此直接邻接。当处于第一配置时，闪光装置800的各种操作参数在下面的表1中以及图910、920和930中示出。图910是光照光栅图，示出了由闪光装置800在位于距离闪光装置800一米远处的目标平面上产生的照度分布图案。图920示出了沿着图910的X轴的照度分布。并且图930示出了沿着图910的Y轴的照度分布。

值得注意的是，下表1包括标题分别为FOV75和0.7FOV的列。标题为FOV75的列涉及透镜820的整个75度的FOV，并且它与1228 mm乘921 mm的目标表面尺寸相关联。该列中的操作参数测量透镜820在跨整个75度的FOV上的性能。标题为0.7FOV的列涉及透镜820在75度的FOV的内部75%的性能，并且它与921 mm乘691 mm的目标表面尺寸相关联。该列中的操作参数测量透镜820在跨75度的FOV的内部75%的性能，并且它们不列入（account for）透镜820在在75度的FOV的边缘上的性能。如表1中所示，光学系统800的第一配置在75度的FOV下具有高光学效率，其轴上增益为1.4。此外，光学系统800的第一配置具有高的竖直和水平均匀性。

表1：闪光装置800在处于第一配置时的操作参数。

在一些实现中，只有由闪光装置800产生的照度分布图案的部分912可以对应于闪光装置800的光照点。在这种情况下，照度分布的剩余部分可能落在闪光装置800配对于的相机的FOV之外。如图所示，部分912具有基本上矩形的形状，并呈现高亮度均匀性。

图10示出了根据第二配置的闪光装置800的第二示例的性能。根据第二配置，光源810包括单个LED，该LED在1米的距离处在1 A的功率下具有250 lm的通量，并且其尺寸为1.4 mm×1.4 mm。菲涅耳透镜820具有40度的FOV和9 mm的直径，同时包括8个环形部分。透镜阵列830包括13个布置成直线的光学部件，如图4B所示。透镜阵列830的直径为9 mm，而每个光学元件的底表面的相应尺寸为0.67 mm×0.5 mm。每个光学元件的水平曲率为2.6，并且每个光学元件的竖直曲率为2.6。根据第二配置，透镜阵列830中的光学元件彼此直接邻接。

当在第二配置中时，闪光装置800的各种操作参数在下面的表2以及图1010、1020和1030中示出。图1010是光照光栅图，示出了由闪光装置800的第二配置在位于距离闪光装置800一米远处的目标平面上产生的照度分布图案。图1020示出了沿着图1010的X轴的照度分布。并且图1030示出了沿着图1010的Y轴的照度分布。

值得注意的是，下表2包括标题分别为FOV40和0.7FOV的列。标题为FOV40的列涉及透镜820的整个40度的FOV，并且它与582 mm乘437 mm的目标表面尺寸相关联。该列中的操作参数测量透镜820跨整个40度的FOV的性能。标题为0.7FOV的列涉及透镜820在40度的FOV的内部75%的性能，并且它与408 mm乘306 mm的目标表面尺寸相关联。该列中的操作参数测量透镜820跨40度的FOV的内部75%的性能，并且它们不列入透镜820在40度的FOV的边缘上的性能。

如图所示，光学系统800在40度FOV时具有高光学效率，其轴上透镜增益高达7.2。此外，光学系统800的第一配置具有高的竖直和水平均匀性。

表2：闪光装置800在处于第二配置时的操作参数。

在一些实现中，只有由闪光装置800产生的照度分布图案的部分1012可以对应于闪光装置800的光照点。如图所示，该部分具有基本上矩形的形状，并且呈现高亮度均匀性。

图11A是根据本公开的各方面的闪光装置1100的示例的图。闪光装置1100可以包括邻近第二闪光组件1120设置的第一闪光组件1110。闪光组件1110和1120中的每一个可以与关于图1A-7讨论的闪光装置110相同或相似。

更特别地，第一闪光组件1110可以包括光源1112、设置在光源1112上游的菲涅耳透镜1114和设置在菲涅耳透镜1114上游的透镜阵列1116。菲涅耳透镜1114可以被布置成准直由光源1112产生的光，并将准直光耦合到透镜阵列1116中。根据本示例，菲涅耳透镜1114可以与菲涅耳透镜114相同或相似。此外，透镜阵列1116可以与透镜阵列116相同或相似。

第二闪光组件1120可以包括光源1122、设置在光源1122上游的菲涅耳透镜1124和设置在菲涅耳透镜1124上游的透镜阵列1126。菲涅耳透镜1124可以被布置成准直由光源1122产生的光，并将准直光耦合到透镜阵列1126中。根据本示例，菲涅耳透镜1114可以与菲涅耳透镜114相同或相似。此外，透镜阵列1116可以与透镜阵列116相同或相似。

根据本公开的各方面，光源1112可以包括一个或多个第一LED。根据本公开的各方面，光源1122可以包括一个或多个第二LED。任一第一LED可以被布置成产生具有第一色温的光。任一第二LED可以被布置成产生具有第二色温的光。在一些实现中，第一色温可以比第二色温冷。

根据本公开的各方面，透镜阵列1116和1126可以被配置成将从光源1112输出的光与从第二光源1122输出的光混合。在这点上，图11A示出了第一闪光组件1110和第二闪光组件1120在近场中的颜色混合，而图11B示出了第一闪光组件1110和第二闪光组件1120在远场中的颜色混合。如图11A所示，第一闪光组件1110的光输出在近场中保持与第二闪光组件1120的光输出分离。然而，如图11B所示，第一闪光组件1110和第二闪光组件1120的光输出在远场中变得基本上混合。根据本示例，近场光混合可以发生在小于菲涅耳透镜1114（和/或菲涅耳透镜1114）的直径的十倍的距离处，而远场光混合可以发生在大于菲涅耳透镜1114（和/或菲涅耳透镜1124）的直径的十倍的距离处。

如上所述，透镜阵列1116和1126中的每一个可以与关于图1A-7讨论的透镜阵列116相同或相似。透镜阵列1116可以包括设置在基板上的多个第一光学元件1116a，并且透镜阵列1126可以包括设置在另一基板上的多个第二光学元件1126a。光学元件1116a和1126a中的每一个可以以关于光学元件410讨论的方式来配置。更特别地，每个第一光学元件1116a可以被配置成产生相应的第一光照点，并且每个第二光学元件1126a可以被配置成产生相应的第二光照点。在一些实现中，当两个光照点被投射在给定远场平面（诸如目标平面620）上时，由任一给定第一光学元件1116a产生的相应第一光照点可以与由给定第二光学元件1126a产生的相应第二光照点基本上重叠。如上面所讨论的，由于任一给定第一光学元件1116a和任一第二光学元件1126b之间的距离与它们产生的光照点的尺寸相比是可忽略的，所以可以使得光照点之间的基本上重叠是可能的。

图1A-11B仅作为示例提供。在这点上，应当注意，图6不符合比例，这导致光学元件410的中心轴线被布置成在目标平面620上相交的外观。虽然这当然是可能的，但是在关于图6讨论的示例中，光学元件410的中心轴线旨在彼此平行。

虽然本文公开的一些概念是在智能电话相机的背景下呈现的，但是将理解，本文公开的闪光装置可以与任何成像装置结合使用。关于这些附图讨论的元件中的至少一些可以以不同的顺序布置、组合和/或完全省略。将理解，本文描述的示例的提供以及措辞为“诸如”、“例如”、“包括”、“在一些方面”、“在一些实现中”等的语句不应被解释为将所公开的主题限制于具体示例。如在整个公开中所使用的，术语“相邻”及其变形形式可以被解释为“位于附近”、“直接位于旁边”和/或“位于相隔某个距离处”。

已经详细描述了本发明，本领域的技术人员将理解，给定本公开，在不脱离本文描述的发明概念的精神的情况下，可以对本发明进行修改。因此，并不旨在将本发明的范围限于图示和描述的具体实施例。

Claims

1.一种光照系统，包括：

基板，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

菲涅耳透镜，位于所述基板的所述第一表面上；和

透镜阵列，位于所述基板的所述第二表面上，

阵列中的每个透镜包括与所述基板的所述第二表面接触的相应平表面，

阵列中的每个透镜还包括与相应平表面相对的相应凸表面，

其中，所述透镜阵列中的至少一个透镜的凸表面具有沿着第一轴的第一曲率和沿着与所述第一轴正交的第二轴的第二曲率，所述第二曲率与所述第一曲率不同，

其中，所述透镜阵列中的至少两个透镜在宽度、长度、厚度、水平曲率、垂直曲率中的至少一项中不同，并且

其中，每个透镜被配置成产生相应光照点，当所述相应光照点和由至少一个其他透镜产生的另一个相应光照点被投射到目标平面上时，所述相应光照点与所述另一个相应光照点基本重叠，

所述光照系统还包括成像传感器，所述成像传感器具有围绕基本正交于所述基板的所述第二表面的轴而定中心的视场，

其中，所述第二曲率与所述第一曲率之比形成透镜纵横比，以及所述成像传感器具有与所述透镜纵横比基本相等的传感器纵横比。

2.根据权利要求1所述的光照系统，其中，所述菲涅耳透镜被配置为产生准直束并且将所述准直束朝向所述基板的所述第一表面引导。

3.根据权利要求2所述的光照系统，其中，所述菲涅耳透镜被配置为沿着与所述基板的所述第一表面大致正交的轴将所述准直束朝向所述基板的所述第一表面引导。

4.根据权利要求2所述的光照系统，其中，所述基板被配置为接收通过所述基板的所述第一表面的所述准直束，并且将通过所述基板的所述准直束引导至所述基板的所述第二表面。

5.根据权利要求4所述的光照系统，其中，所述透镜阵列被配置为接收来自所述基板的所述第二表面的所述准直束，并且从所述准直束形成发散束。

6.根据权利要求5所述的光照系统，其中，所述透镜阵列中的每个透镜被配置为聚焦来自所述基板的所述第二表面的所述准直束的相应部分，每个聚焦部分形成相应的会聚束，所述会聚束在空间上叠加以共同形成发散束。

7.根据权利要求1所述的光照系统，其中，所述透镜阵列中的至少一个透镜具有大致正交于所述基板的所述第二表面的中心轴。

8.根据权利要求1所述的光照系统，其中，所述透镜阵列中的至少两个透镜具有相应的中心轴，所述中心轴彼此基本平行。

9.根据权利要求1所述的光照系统，其中，所述基板的所述第二表面基本平行于所述基板的所述第一表面。

10.根据权利要求1所述的光照系统，还包括定位于所述菲涅耳透镜的焦平面处的光源。

11.根据权利要求10所述的光照系统，其中，所述光源包括被配置为发射具有第一色温的光的第一发光二极管和被配置为发射具有不同于所述第一色温的第二色温的光的第二发光二极管。

12.根据权利要求1所述的光照系统，其中，所述透镜阵列中的每个透镜的所述平表面基本上是矩形的。

13.一种产生光照的方法，所述方法包括：

用菲涅耳透镜准直第一光以形成准直的第二光；

通过基板的第一表面将第二光引导到基板中以形成准直的第三光，基板的第一表面与菲涅耳透镜接触；

将第三光引导出基板，穿过基板的第二表面，并进入透镜阵列以形成准直的第四光，阵列中的每个透镜包括与基板的第二表面接触的相应平表面，阵列中的每个透镜还包括与相应平表面相对的相应凸表面，其中，所述透镜阵列中的至少一个透镜的凸表面具有沿着第一轴的第一曲率和沿着与所述第一轴正交的第二轴的第二曲率，所述第二曲率与所述第一曲率不同，所述第二曲率与所述第一曲率之比形成透镜纵横比，并且其中，所述透镜阵列中的至少两个透镜在宽度、长度、厚度、水平曲率、垂直曲率中的至少一项中不同，并且其中，每个透镜被配置成产生相应光照点，当所述相应光照点和由至少一个其他透镜产生的另一个相应光照点被投射到目标平面上时，所述相应光照点与所述另一个相应光照点基本重叠；以及

利用阵列中的透镜的相应凸表面聚焦第四光的相应部分以形成会聚的第五光，会聚的第五光在空间上重叠以共同形成发散的第六光，

其中，所述透镜纵横比基本等于成像传感器的传感器纵横比。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

利用位于菲涅耳透镜的焦平面处的光源产生第一光。

15.一种光照系统，包括：

菲涅耳透镜，其配置为使发散光准直以形成准直光；

基板，具有第一表面和第二表面，所述第一表面与所述菲涅耳透镜接触，所述第二表面与所述第一表面相对，所述基板被配置为将所述准直光通过所述第一表面引导到所述基板中并且通过所述第二表面引导出所述基板；

透镜阵列，位于所述基板的所述第二表面上，阵列中的每个透镜包括与所述基板的所述第二表面接触的相应的平表面，阵列中的透镜的平表面配置成将所述准直光的相应部分引导到相应透镜中，阵列中的每个透镜还包括与相应平表面相对的相应凸表面，其中，所述透镜阵列中的至少一个透镜的凸表面具有沿着第一轴的第一曲率和沿着与所述第一轴正交的第二轴的第二曲率，所述第二曲率与所述第一曲率不同，并且其中，所述透镜阵列中的至少两个透镜在宽度、长度、厚度、水平曲率、垂直曲率中的至少一项中不同，并且其中，每个透镜被配置成产生相应光照点，当所述相应光照点和由至少一个其他透镜产生的另一个相应光照点被投射到目标平面上时，所述相应光照点与所述另一个相应光照点基本重叠，阵列中的透镜的凸表面配置成使所述准直光的相应部分聚焦以形成会聚束，所述会聚束在空间上叠加以共同形成发散的光照束，

16.根据权利要求15所述的光照系统，还包括位于所述菲涅耳透镜的焦平面处并被配置为产生发散光的光源。

17.根据权利要求15所述的光照系统，其中，所述透镜阵列中的所述透镜具有相应的中心轴，所述中心轴彼此基本平行。