專利名稱：電子閃光燈、成像裝置和產(chǎn)生具有矩形輻射圖案閃光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子閃光燈、成像裝置和產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光的方法。
背景技術(shù)：
電子閃光燈為攝影提供補充光，以改善由攝影機或者其它成像裝置攝取的圖像。傳統(tǒng)的電子閃光燈使用充滿諸如氬、氪、氖和氙之類的氣體和諸如汞蒸汽之類的蒸汽的燈泡。當(dāng)向燈泡施加高電壓時，氣體或者蒸汽被電離，允許電子通過氣體或者蒸汽流動。這些電子激發(fā)氣體或者蒸汽的原子，這些原子發(fā)出光。所發(fā)出的光的波長特征取決于燈泡中的氣體或者蒸汽。在汞蒸汽的情形中，所發(fā)出的光是紫外光，其通常通過使用熒光材料轉(zhuǎn)換成可見光，因為紫外光通常不是所期望的。
最近，發(fā)光二極管(LED)就工作效率方面被改進到了用LED替代常規(guī)的光源(甚至是電子閃光燈的燈泡)的程度。典型的LED閃光燈包括一個或者多個LED管芯和一個透鏡。LED被附接或者安裝到襯底上反射杯中，所述反射杯朝向所期望的方向反射從LED發(fā)出的光。透鏡被布置在反射杯上方，以將所發(fā)出的光引導(dǎo)成60度(60°)的視角，來匹配攝影機的視角。
如圖1所示，常規(guī)LED閃光燈的問題在于，由該LED閃光燈產(chǎn)生的光的閃光輻射圖案10是圓形的或者橢圓形的。但是，攝影機的成像視野12是矩形的。因為成像視野12需要處于輻射場10中，所以從常規(guī)的LED閃光燈發(fā)出的光中的大部分在攝取感興趣的場景時沒有被使用。因此，由LED閃光燈所產(chǎn)生的閃光在攝取矩形圖像時不能被高效利用。
鑒于該問題，需要一種LED閃光燈和用于產(chǎn)生閃光的方法，其允許閃光被諸如數(shù)碼攝影機之類的成像裝置高效使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了電子閃光燈、成像裝置和用于產(chǎn)生閃光的方法，其使用衍射光學(xué)元件產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光。衍射光學(xué)元件配置來衍射從光源發(fā)射出的光，使得從衍射光學(xué)元件發(fā)射出的光的輻射圖案是矩形的，以產(chǎn)生矩形閃光。閃光的矩形輻射圖案允許閃光被較具有圓形或者橢圓形輻射圖案的常規(guī)閃光更高效地用于攝取感興趣的場景的矩形圖像。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子閃光燈包括襯底；光滑和衍射光緒元件。所述光源附接到所述襯底。所述光源配置來發(fā)射光。所述衍射光學(xué)元件配置來衍射從所述光源發(fā)射出的所述光，使得從所述衍射光學(xué)元件發(fā)射出的所述光的輻射圖案成矩形，以產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像裝置包括襯底；光源、衍射光學(xué)元件和圖像傳感器。所述光源附接到所述襯底的光源。所述光源配置來發(fā)射光。所述衍射光學(xué)元件光學(xué)耦合到所述光源。所述衍射光學(xué)元件配置來衍射從所述光源發(fā)射出的所述光，使得從所述衍射光學(xué)元件發(fā)射出的所述光的輻射圖案成矩形，以產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光。所述圖像傳感器配置來利用具有所述矩形輻射圖案的所述閃光電子地攝取感興趣的場景的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于產(chǎn)生閃光的方法包括在電子閃光燈內(nèi)產(chǎn)生光；以及利用所述電子閃光燈的衍射光學(xué)元件衍射所述光，使得從所述衍射光學(xué)元件發(fā)射出的所述光的輻射圖案成矩形，以產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光。
結(jié)合由本發(fā)明的原理的示例說明的附圖，通過下面的詳細描述，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得清楚。


圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的由常規(guī)的LED閃光燈產(chǎn)生的閃光的圓形輻射圖案和攝影機的矩形成像視野。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子閃光燈，其可以被包括在數(shù)字攝影機、攝影電話機或者外部閃光燈單元中。
圖3是根據(jù)的本發(fā)明的實施例的具有電子閃光燈的數(shù)字成像裝置的視圖。
圖4示出了由根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子閃光燈產(chǎn)生的閃光的矩形輻射圖案。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的替換實施例的電子閃光燈的視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有多個光源的電子閃光燈的視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光的方法的流程圖。
具體實施例方式
參考圖2描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于攝影的電子閃光燈20。如圖2所示，電子閃光燈20可以被包括在數(shù)字攝影機22、攝影電話機24或任何其他成像裝置中。電子閃光燈20還可以被包括在外部閃光燈單元26中，該外部閃光燈單元26可以與成像裝置一同使用。如在下文中更詳細描述的，電子閃光燈20被設(shè)計來產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光，以更緊密地匹配成像裝置的成像視野，從而更高效地使用閃光。
現(xiàn)在回到圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有電子閃光燈20的數(shù)字成像裝置30。在此實施例中，電子閃光燈20被包含在數(shù)字成像裝置30中，該數(shù)字成像裝置30可以是數(shù)字攝影機或攝影電話機。如圖3所示，成像裝置30包括透鏡32、圖像傳感器34、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)36、處理器38、存儲裝置40、驅(qū)動電路42和電子閃光燈20。成像裝置30可以包括其它常用于常規(guī)的數(shù)字成像裝置中的部件，但是在此沒有被示出或者描述。透鏡32用于將感興趣的場景聚焦到圖像傳感器34，以攝取該場景的矩形圖像。圖像傳感器34通過響應(yīng)于在圖像傳感器的每一個像素處接收到的光在該像素處產(chǎn)生電荷，用于電子攝取規(guī)定矩形視野62中的聚焦場景，如圖4所示。例如，圖像傳感器34可以是電荷耦合器件(CCD)或者金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)圖像傳感器。由圖像傳感器34產(chǎn)生的電荷由ADC 36轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，用于信號處理。
成像裝置30的處理器38處理來自ADC 36的數(shù)字信號，以產(chǎn)生感興趣的攝取場景的矩形數(shù)字圖像。由處理器38執(zhí)行的處理可以包括去馬賽克(demosaicing)、圖像改善和壓縮。所得的矩形數(shù)字圖像被儲存在存儲裝置40中，存儲裝置40可以包括移動存儲卡。
成像裝置30的驅(qū)動電路42被連接到電子閃光燈20，以提供激活電子閃光燈所需的電功率。驅(qū)動電路42還被連接到控制該驅(qū)動電路的處理器38。在所示的實施例中，驅(qū)動電路42被示為處于電子閃光燈20的外部。但是，在其它實施例中，驅(qū)動電路42可以被包含在電子閃光燈20中。
如圖3所示，電子閃光燈20包括襯底44、光源46、密封劑48和衍射光學(xué)層50。襯底44為電子閃光燈20提供結(jié)構(gòu)支撐。襯底44包括形成反射杯的凹入部分52。光源46被安裝在襯底44上反射杯52中。因此，從光源46發(fā)出的光中的一部分將沿光源頂表面的法向被離開反射杯52的表面朝向衍射光學(xué)層50反射。在此實施例中，光源46是發(fā)光二極管(LED)管芯。例如，光源46可以是發(fā)射白光的基于ZnSe的LED管芯。但是，光源46可以是任何類型的發(fā)光裝置，諸如激光二極管。LED管芯46被電連接到驅(qū)動電路42，以接收電功率來產(chǎn)生光。
LED管芯46被密封在密封劑48中，密封劑48是用于傳播從LED管芯發(fā)出的光的介質(zhì)。因此，密封劑48被布置在襯底44上，并且填充襯底的反射杯52。密封劑48可以由任何透明物質(zhì)制成。例如，密封劑48可以由環(huán)氧、硅酮、硅酮和環(huán)氧的混雜物、無定型聚酰胺樹脂或者氟碳、玻璃和/或塑料材料制成。
在所示出的實施例中，密封劑48包括波長移動區(qū)域54，該波長移動區(qū)域54也是傳播光的介質(zhì)，由透明物質(zhì)和光致發(fā)光材料56制成。在波長移動區(qū)域54中的光致發(fā)光材料56用于將LED管芯46發(fā)射的原始光中的一部分轉(zhuǎn)換成較低能量(較長波長)的光，以便產(chǎn)生不同顏色的光，諸如白光。但是，如果LED管芯46是發(fā)白光的基于ZnSe的LED管芯，則可以不需要波長移動區(qū)域54。在波長移動區(qū)域54中的光致發(fā)光材料56可以由一種或者多種不同類型的無機磷光體、一種或者多種不同類型的有機磷光體、一種或者多種不同類型的熒光有機染料、一種或者多種不同類型的混雜磷光體、一種或者多種不同類型的納米磷光體、一種或者多種不同類型的量子點或者熒光有機染料、無機磷光體、有機磷光體、混雜磷光體、納米磷光體和量子點的任意組合組成?；祀s磷光體在此被定義為由無機磷光體和有機磷光體或染料的任意組合制成的磷光體。量子點(也被稱為半導(dǎo)體納米晶體)是限制電子和空穴的人造器件。與非量子磷光體相似，量子點具有光致發(fā)光性能，用于吸收光并再發(fā)射不同波長的光。但是，從量子點發(fā)出的光的顏色特性取決于量子點的尺寸和量子點的化學(xué)組成，而不是像非量子磷光體一樣僅僅取決于化學(xué)組成。納米磷光體具有與常規(guī)磷光體相似的光學(xué)性能。但是，納米磷光體的尺寸小于常規(guī)磷光體，但是大于量子點。常規(guī)磷光體的尺寸的范圍為1-50微米(典型地，1-20微米的范圍)。納米磷光體的尺寸小于1微米，但是大于量子點，量子點的尺寸可以為幾個納米。例如，光致發(fā)光材料56可以是常規(guī)的YAG磷光體，該YAG磷光體在用于發(fā)藍光的LED管芯時可以產(chǎn)生白光。
雖然密封劑48的波長移動區(qū)域54在圖3中被示出為矩形形狀，但是波長移動區(qū)域可以被構(gòu)造成其它形狀，諸如半圓形。在實施例中，整個密封劑48可以是波長移動區(qū)域。在此實施例中，光致發(fā)光材料56可以遍布整個密封劑48。在另一個實施例中，波長移動區(qū)域54可以是LED管芯46上的薄的涂層。在其它實施例中，波長移動區(qū)域54可以不是物理地耦合到LED管芯46，而是位于離開LED管芯一定距離處。在一個實施例中，波長移動區(qū)域54可以是位于密封劑48的表面上靠近衍射光學(xué)層50的薄層(沒有示出)。
電子閃光燈20的衍射光學(xué)層50緊鄰密封劑48布置。衍射光學(xué)層50使用透明粘接材料58附接到密封劑48。例如，光學(xué)級膠粘劑可以被用作粘接材料58，以使由于密封劑48和衍射光學(xué)層50之間的折射率變化導(dǎo)致的光損耗最小化。如圖4所示，衍射光學(xué)層50是衍射光學(xué)元件，其被配置來將從LED管芯46發(fā)出的光的圓形輻射圖案轉(zhuǎn)換成矩形輻射圖案60，該矩形輻射圖案對應(yīng)于圖像傳感器34的成像視野62。因此，從衍射光學(xué)層50發(fā)出的光是具有矩形輻射圖案的閃光。衍射光學(xué)層50可以是任何如下的光學(xué)元件，該光學(xué)元件利用衍射執(zhí)行任何類型的波前變換，以將圓形輻射圖案化的光轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦屋椛鋱D案化的光?；蛘?，衍射光學(xué)層50可以是衍射漫散器，其被設(shè)計使用離散傅立葉變換(DCT)算法來將圓形輻射圖案化的光轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦屋椛鋱D案化光。這樣的衍射漫射器可以使用作為誤差函數(shù)最小化的工藝的模擬退火法(也被稱為“IDO”法)，或者作為迭代投影工藝的“Ping-pong”或者投影法來制造。在一個實施例中，衍射光學(xué)層50可以是全息膜的形式。
當(dāng)入射圓形輻射圖案化光具有窄的視角時，衍射光學(xué)層50起到良好的作用。因此，如果來自LED管芯46的光在透射穿過衍射光學(xué)層50之前被聚焦，則電子閃光燈20可以被改善?，F(xiàn)在回到圖5，示出了根據(jù)本發(fā)明的替換實施例的電子閃光燈20。圖3中的相同標號將被用來表示圖5中的相似元件。與圖3的電子閃光燈20相似，電子閃光燈64包括襯底44、光源46、具有波長移動區(qū)域54的密封劑48以及衍射光學(xué)層50。但是，電子閃光燈64還包括具有光學(xué)圓頂罩形式的透鏡66。
透鏡66位于密封劑48內(nèi)LED管芯46和衍射光學(xué)層50之間，并且用于在從LED管芯發(fā)出的光透射穿過衍射光學(xué)層之前對其進行聚焦以縮窄光的視角。光學(xué)圓頂罩透鏡66具有面向LED管芯46的凹面68。光學(xué)圓頂罩透鏡66的凹面68會聚來自LED管芯46的光，以縮窄光的視角。光學(xué)圓頂罩透鏡66可以由任何光學(xué)透明材料(諸如玻璃或者塑料)制成。
當(dāng)輸入光具有窄的視角時，衍射光學(xué)層50就輻射圖案轉(zhuǎn)變而言光學(xué)性能被改善了。因為光學(xué)圓頂罩透鏡66縮窄了從LED管芯46發(fā)出的光的視角，所以光學(xué)圓頂罩透鏡的引入改善了衍射光學(xué)層50的光學(xué)性能，以產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的限定良好的閃光。
雖然圖3和圖5的電子閃光燈20和64已經(jīng)被示出和描述為僅包括一個光源，但是在其它實施例中，電子閃光燈可以包括多于一個的光源。在圖6中，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有多個光源的電子閃光燈70。在圖6中，圖3和圖5中的相同標號被用來表示相似的元件。與圖3和圖5的電子閃光燈20和64相似，電子閃光燈70包括襯底44、密封劑48以及衍射光學(xué)層50。但是，電子閃光燈70包括三個例如LED管芯的光源72，74和76，它們發(fā)射不同顏色的光以產(chǎn)生白光。例如，光源72，74和76可以分別是發(fā)射當(dāng)混合時產(chǎn)生白光的紅光、綠光和藍光的紅光、綠光和藍光LED管芯。
在工作時，光源72，74和76發(fā)射不同顏色的光(例如紅光、綠光和藍光)，以產(chǎn)生白色閃光。所發(fā)出的光的一部分被直接朝向衍射光學(xué)層50發(fā)射，而所發(fā)出的光的一部分被離開襯底44的反射杯52朝向衍射光學(xué)層反射。然后，所發(fā)出的光被衍射光學(xué)層50從圓形輻射圖案轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦屋椛鋱D案，于是由電子閃光燈70產(chǎn)生的合成白色閃光將具有矩形輻射圖案。
參考圖7描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的產(chǎn)生閃光的方法。在方框702中，在電子閃光燈中產(chǎn)生光。該光可以由諸如紅光、綠光、藍光或白光LED管芯之類的LED管芯產(chǎn)生。接著，在方框704中，使用電子閃光燈的衍射光學(xué)元件對光進行衍射，使得從衍射光學(xué)元件發(fā)出的光的輻射圖案成為矩形的，以產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光。
雖然已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明的具體實施例，但是本發(fā)明不限于如上描述和示出的部件的具體形式或布置。本發(fā)明的方法由所附權(quán)利要求和其等同物來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生閃光的電子閃光燈，所述電子閃光燈包括襯底；附接到所述襯底的光源，所述光源被配置來發(fā)射光；和光學(xué)耦合到所述光源的衍射光學(xué)元件，所述衍射光學(xué)元件被配置來衍射從所述光源發(fā)射出的所述光，使得從所述衍射光學(xué)元件發(fā)射出的所述光的輻射圖案成矩形，以產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光。
2.如權(quán)利要求1所述的閃光燈，其中，所述光源包括發(fā)光二極管管芯。
3.如權(quán)利要求1所述的閃光燈，其中，所述衍射光學(xué)元件包括衍射全息膜，以產(chǎn)生具有所述矩形輻射圖案的所述閃光。
4.如權(quán)利要求1所述的閃光燈，其中，所述衍射光學(xué)元件包括衍射漫射器，以產(chǎn)生具有所述矩形輻射圖案的所述閃光。
5.如權(quán)利要求1所述的閃光燈，還包括光學(xué)耦合到所述光源的波長移動區(qū)域，所述波長移動區(qū)域包括光致發(fā)光材料，以將所述光的一部分轉(zhuǎn)變成更長波長的光。
6.如權(quán)利要求5所述的閃光燈，其中，所述光致發(fā)光材料包括熒光有機染料、無機磷光體、有機磷光體、混雜磷光體、納米磷光體或者量子點中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述的閃光燈，還包括發(fā)射光的附加光源。
8.如權(quán)利要求7所述的閃光燈，其中，所述光源是發(fā)射紅光的發(fā)光二極管管芯，并且其中，每個所述附加光源都是發(fā)射綠光和藍光中的一種的發(fā)光二極管管芯。
9.如權(quán)利要求1所述的閃光燈，還包括位于所述光源和所述衍射光學(xué)元件之間的透鏡，所述透鏡被配置來聚焦來自所述光源的所述光，以縮窄所述光的視角。
10.如權(quán)利要求9所述的閃光燈，其中，所述透鏡具有面向所述光源的凹面。
11.一種成像裝置，包括襯底；附接到所述襯底的光源，所述光源被配置來發(fā)射光；光學(xué)耦合到所述光源的衍射光學(xué)元件，所述衍射光學(xué)元件被配置來衍射從所述光源發(fā)射出的所述光，使得從所述衍射光學(xué)元件發(fā)射出的所述光的輻射圖案成矩形，以產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光；和圖像傳感器，所述圖像傳感器被配置以利用具有所述矩形輻射圖案的所述閃光來電子地攝取感興趣的場景的圖像。
12.如權(quán)利要求11所述的成像裝置，其中，所述衍射光學(xué)元件是衍射全息膜，以產(chǎn)生具有所述矩形輻射圖案的所述閃光。
13.如權(quán)利要求11所述的成像裝置，其中，所述衍射光學(xué)元件是衍射漫射器，以產(chǎn)生具有所述矩形輻射圖案的所述閃光。
14.如權(quán)利要求11所述的成像裝置，還包括光學(xué)耦合到所述光源的波長移動區(qū)域，所述波長移動區(qū)域包括光致發(fā)光材料，以將所述光的一部分轉(zhuǎn)變成更長波長的光。
15.如權(quán)利要求14所述的成像裝置，其中，所述光致發(fā)光材料包括熒光有機染料、無機磷光體、有機磷光體、混雜磷光體、納米磷光體或者量子點中的至少一種。
16.如權(quán)利要求11所述的成像裝置，其中，所述光源包括發(fā)光二極管管芯。
17.如權(quán)利要求11所述的成像裝置，還包括位于所述光源和所述衍射光學(xué)元件之間的透鏡，所述透鏡被配置來聚焦來自所述光源的所述光，以縮窄所述光的視角。
18.一種用于產(chǎn)生閃光的方法，所述方法包括在電子閃光燈內(nèi)產(chǎn)生光；和利用所述電子閃光燈的衍射光學(xué)元件衍射所述光，使得從所述衍射光學(xué)元件發(fā)射出的所述光的輻射圖案成矩形，以產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括利用光致發(fā)光材料將所述光中的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楦L波長的光。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在由所述衍射光學(xué)元件衍射所述光之前，聚焦所述光以縮窄所述光的視角。
全文摘要
本發(fā)明公開了電子閃光燈、成像裝置和用于產(chǎn)生閃光的方法，其使用衍射光學(xué)元件產(chǎn)生具有矩形輻射圖案的閃光。衍射光學(xué)元件配置來衍射從光源發(fā)射出的光，使得從衍射光學(xué)元件發(fā)射出的光的輻射圖案是矩形的，以產(chǎn)生矩形閃光。
文檔編號H04N5/225GK1916751SQ20061011127
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月19日
發(fā)明者莫澤林, 古沃凱, 陳吉恩, 伍啟元, 蔡美鶯, 雷內(nèi)·P·海爾兵 申請人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司