(57)【要約】  セグメント化された発光又は光パワー放射デバイス、及び照明装置が記述される。セグメント化されたデバイスは、ｎ層とｐ層との間に配置された活性層を含んだ発光又は光パワー放射半導体構造を有するダイを含む。少なくとも半導体構造の中にトレンチが形成されて、ダイを個別指定可能なセグメントに分離する。活性層は、第１の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーを放射する。少なくとも１つの波長変換層が、ダイに隣接しており、上記光又は光パワーを、少なくとも１つの第２の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーへと変換するとともに、発光又は光パワー放射デバイスによって放射される全光又は全光パワーに対する、変換されずに当該少なくとも１つの波長変換層を通り抜けるポンプ光又は光パワーのエネルギー比を、１０％未満に制限する。
2020501343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメント化された半導体発光デバイス又は光パワー放射デバイスであって、
ダイであり、ｎ層とｐ層との間に配置されて第１の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーを放射するように構成された発光活性層又は光パワー放射活性層、を有する発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造と、少なくとも前記発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造の中に形成され、当該ダイを複数の個別指定可能なセグメントに分離する複数のトレンチと、を含むダイと、
前記ダイに隣接する少なくとも１つの波長変換層であり、前記活性層によって放射された前記光又は光パワーを、前記第１の色点又はスペクトルとは異なる少なくとも１つの第２の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーへと変換するとともに、当該セグメント化された半導体発光デバイス又は光パワー放射デバイスによって放射される全光又は全光パワーに対する、変換されずに前記少なくとも１つの波長変換層を通り抜ける前記活性層によって放射された前記光又は光パワーのエネルギー比を、１０％未満に制限する、ように構成された少なくとも１つの波長変換層と、
を有するデバイス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの波長変換層は更に、当該セグメント化された半導体発光デバイス又は光パワー放射デバイスによって放射される全光又は全光パワーに対する、変換されずに前記少なくとも１つの波長変換層を通り抜ける前記活性層によって放射された光又は光パワーのエネルギー比を、２％未満に制限するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の色点又はスペクトルは、青色光、紫色光又は紫外（ＵＶ）光に対応する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２の色点は、冷白色、温白色、橙色、赤色、青緑色、青色、又は緑色のうちの１つに対応する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
当該デバイスは更に、各セグメントの前記ｎ層と接触するそれぞれのコンタクトと、各セグメントの前記ｐ層と接触するそれぞれのコンタクトとを有し、前記セグメントの個別指定のために各コンタクトが回路基板上の少なくとも１つの配線に結合されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造は、基板上に配置されており、前記トレンチは、前記ｐ層と、前記活性層と、前記ｎ層の少なくとも一部とを貫いて形成されており、前記波長変換層は、前記基板と接触して配置されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記トレンチは、前記ｐ層と、前記活性層と、前記ｎ層の少なくとも一部とを貫いて形成されており、前記波長変換層は、前記ｎ層と接触して配置されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
当該デバイスは半導体レーザである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１のスペクトルはＵＶから赤色の範囲内にあり、前記第２のスペクトルは赤外である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記波長変換層は部分的にセグメント化されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
第１のダイを有する第１のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスであり、前記第１のダイは、第１のｎ層と第１のｐ層との間に配置されて第１の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーを放射するように構成された第１の発光活性層又は光パワー放射活性層、を有する第１の発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造を含んでおり、前記第１のダイを複数の第１の個別指定可能なセグメントに分離するように、少なくとも前記第１の発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造の中に複数の第１のトレンチが形成されており、前記複数の第１の個別指定可能なセグメントの全てが、第１の波長変換層によって覆われており、前記第１の波長変換層は、前記第１の活性層によって放射された前記光又は光パワーを、前記第１の色点又はスペクトルとは異なる第２の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーへと変換するとともに、当該第１のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスによって放射される全光又は全光パワーに対する、変換されずに前記第１の波長変換層を通り抜ける前記第１の活性層によって放射された前記光又は光パワーのエネルギー比を、１０％未満に制限するように構成されている、第１のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスと、
第２のダイを有する第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスであり、前記第２のダイは、第２のｎ層と第２のｐ層との間に配置されて前記第１の色点又はスペクトルと同じ又は異なる第３の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーを放射するように構成された第２の発光活性層又は光パワー放射活性層、を有する第２の発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造を含んでおり、前記第２のダイを複数の第２の個別指定可能なセグメントに分離するように、少なくとも前記第２の発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造の中に複数の第２のトレンチが形成されている、第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスと、
を有する照明装置。
【請求項１２】
当該照明装置は更に、前記複数の第２の個別指定可能なセグメントの全てを覆って配置された第２の波長変換層を有し、前記第２の波長変換層は、前記第２の活性層によって放射された前記光又は光パワーを、前記第２の色点又はスペクトルとも前記第３の色点又はスペクトルとも異なる少なくとも１つの第４の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーへと変換するとともに、前記第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスによって放射される全光又は全光パワーに対する、変換されずに前記第２の波長変換層を通り抜ける前記第２の活性層によって放射された前記光又は光パワーのエネルギー比を、１０％未満に制限するように構成されている、請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記第１の波長変換層及び前記第２の波長変換層は、それぞれ、前記第１のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイス及び前記第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスによって放射される全光又は全光パワーに対する、それぞれ、変換されずに前記第１の波長変換層及び前記第２の波長変換層を通り抜ける前記第１の活性層及び前記第２の活性層によって放射された前記光又は光パワーの前記エネルギー比を、２％未満に制限するように構成されている、請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記第２の色点は、温白色又は橙色のうちの一方であり且つ１８００Ｋと２５００Ｋとの間の色点に対応し、前記第４の色点は、冷白色、青色、又は青緑色である、請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記第２の色点は赤色光に対応し、前記第４の色点は青緑色光に対応する、請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記第１及び第３の色点又はスペクトルは、青色光又はＵＶ光のうちの少なくとも一方に対応する、請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１７】
当該照明装置は更に、第３のダイを有する第３のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスを有し、前記第３のダイは、第３のｎ層と第３のｐ層との間に配置されて青色、紫色、又は紫外（ＵＶ）の光又は光パワーを放射するように構成された第３の発光活性層又は光パワー放射活性層、を有する第３の発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造と、前記第３のダイを複数の第３の個別指定可能なセグメントに分離するように少なくとも前記第３の発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造の中に形成された複数のトレンチと、前記第３の発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造の第１の表面上に前記第３のｐ層及び前記第３のｎ層と接触して配置された複数のコンタクトと、前記第１の表面とは反対側の前記第３の発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造の第２の表面と直に接触した光散乱層と、を含んでいる、請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記第２の色点は、温白色又は橙色に対応し、前記第１の色点又はスペクトルは、青色光、紫色光又はＵＶ光に対応し、当該照明装置は更に、前記複数の第３の個別指定可能なセグメントを覆う光散乱層を有する、請求項１７に記載の照明装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスから出力された光を混合し、混合光を撮影されるシーン上に提供するように構成された少なくとも１つの光学素子と、
前記シーンに提供される前記混合光が、周囲照明に基づいて決まる色点を有するように、前記第１及び第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスの前記第１及び第２の個別指定可能なセグメントの複数の異なる組み合わせのうちのいずれかを指定するように構成されたコントローラと、
を更に有する請求項１１に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記第１及び第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスの像を、撮影されるシーン上に投影するように構成された少なくとも１つのフレネルレンズと、
前記第１及び第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスの前記第１及び第２の個別指定可能なセグメントの複数の異なる組み合わせのうちのいずれかを指定するように構成されたコントローラと、
を更に有する請求項１１に記載の照明装置。
【請求項２１】
前記コントローラは更に、撮影される前記シーンに対して決定された照明プロファイルに基づいて、前記指定された第１及び第２の個別指定可能なセグメントのうちの異なるセグメントに、少なくとも２つの異なるレベルを有する電流を印加するように構成される、請求項２０に記載の照明装置。
【請求項２２】
当該照明装置は２つのフレネルレンズを有し、前記第２の色点又はスペクトルを持つ前記光又は光パワーと前記第４の色点又はスペクトルを持つ前記光又は光パワーとが前記シーンで重なり合って、前記決定された照明プロファイルと、決定された、事前決定された、又は選択された色点又はスペクトルとに基づく所望の輝度分布を作り出すように、各フレネルレンズが、前記第１及び第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスのそれぞれの一方の像を、撮影されるシーン上に投影するように構成される、請求項１１に記載の照明装置。
【請求項２３】
前記第１及び第２のセグメント化された発光デバイス又は光パワー放射デバイスのうちの少なくとも一方はレーザである、請求項１１に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１６年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６２／４１８，４４７号、２０１７年１１月５日に出願された米国特許出願第１５／８０３，８０３号の利益を主張するものであり、それらをあたかも完全に記載されているかのように援用する。
【背景技術】
【０００２】
現在利用可能な最も効率的な光源の中に、発光ダイオード、共振器型発光ダイオード、垂直共振器レーザダイオード及び端面発光レーザを含む半導体発光デバイス又は光パワー放射デバイス（例えば紫外（ＵＶ）又は赤外（ＩＲ）光パワーを放つデバイスなど）がある。例えば小型及びより低電力の要求により、半導体発光デバイス又は光パワー放射デバイス（ここでは単純化のためＬＥＤとして参照する）は、例えばカメラ及び携帯電話などの手持ち式の電池駆動装置用の、例えばカメラフラッシュなどの光源にとって魅力的な候補である。それらはまた、ビデオ用のトーチ、並びに、例えば家庭、店舗、オフィス及びスタジオの照明、劇場／舞台の照明、及び建築照明など、照明全般にも使用され得る。単一のＬＥＤでは典型的な光源よりも明るさが低い光が提供されることが多く、従って、そのような用途にはＬＥＤのアレイが使用されることが多い。
【発明の概要】
【０００３】
セグメント化された発光又は光パワー放射デバイス、及び照明装置が記述される。セグメント化されたデバイスは、ｎ層とｐ層との間に配置された活性層を含んだ発光又は光パワー放射半導体構造を有するダイを含む。少なくとも半導体構造の中にトレンチが形成されて、ダイを個別指定（アドレス）可能なセグメントに分離する。活性層は、第１の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーを放射する。少なくとも１つの波長変換層が、ダイに隣接しており、上記光又は光パワーを、少なくとも１つの第２の色点又はスペクトルを持つ光又は光パワーへと変換するとともに、発光又は光パワー放射デバイスによって放射される全光又は全光パワーに対する、変換されずに当該少なくとも１つの波長変換層を通り抜けるポンプ光又はポンプ光パワーのエネルギー比を、１０％未満に制限する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】全てのセグメントを覆う単一の完全変換波長変換層を備えた、３つの指定可能セグメントにわたって取られた、セグメント化されたＬＥＤの一例の断面図を提供する図である。
【図１Ｂ】光学的に完全には封止されずに１つ以上のセグメントの上にそれぞれ配置された個別の完全変換波長変換層を備えた、３つの指定可能セグメントにわたって取られた、セグメント化されたＬＥＤの一例の断面図を提供する図である。
【図１Ｃ】全てのセグメントを覆って配置されて部分的にセグメント化された単一の完全変換波長変換層を備えた、３つの指定可能セグメントにわたって取られた、セグメント化されたＬＥＤの一例の断面図を提供する図である。
【図１Ｄ】散乱層又はオフ状態白色層オーバーレイを備えた、３つの指定可能セグメントにわたって取られた、セグメント化されたＬＥＤの一例の断面図を提供する図である。
【図１Ｅ】部分的にセグメント化された散乱層又はオフ状態白色層オーバーレイを備えた、３つの指定可能セグメントにわたって取られた、セグメント化されたＬＥＤの一例の断面図を提供する図である。
【図１Ｆ】３つの指定可能セグメントにわたって取られた、セグメント化された直接青色ＬＥＤの一例の断面図を提供する図である。
【図２】スマートフォンの一例の背面の図である。
【図３Ａ】２つのセグメント化されたＬＥＤを含むフラッシュモジュールの例の図である。
【図３Ｂ】２つのセグメント化されたＬＥＤを含むフラッシュモジュールの例の図である。
【図３Ｃ】３つのセグメント化されたＬＥＤを含むフラッシュモジュールの例の図である。
【図４】例えばスマートフォンカメラなどのカメラで使用される撮像システムの一例のブロック図である。
【図５】セグメントによって出力される光又は光パワーが１つ以上のＬＥＤから短い距離で混合される、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤを動作させる方法の一例のフロー図である。
【図６Ａ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄは、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤの１つ以上の像を撮影されるシーン上に投影するためのフレネルレンズの様々な構成を示す撮像システムの例の図である。
【図６Ｂ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄは、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤの１つ以上の像を撮影されるシーン上に投影するためのフレネルレンズの様々な構成を示す撮像システムの例の図である。
【図６Ｃ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄは、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤの１つ以上の像を撮影されるシーン上に投影するためのフレネルレンズの様々な構成を示す撮像システムの例の図である。
【図６Ｄ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄは、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤの１つ以上の像を撮影されるシーン上に投影するためのフレネルレンズの様々な構成を示す撮像システムの例の図である。
【図７Ａ】図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂは、シーン内の被写体を様々に照らすように単一の電流又は複数の異なる電流で１つ以上のセグメント化されたＬＥＤのセグメントが指定される様々な手法の例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂは、シーン内の被写体を様々に照らすように単一の電流又は複数の異なる電流で１つ以上のセグメント化されたＬＥＤのセグメントが指定される様々な手法の例を示す図である。
【図８Ａ】図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂは、シーン内の被写体を様々に照らすように単一の電流又は複数の異なる電流で１つ以上のセグメント化されたＬＥＤのセグメントが指定される様々な手法の例を示す図である。
【図８Ｂ】図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂは、シーン内の被写体を様々に照らすように単一の電流又は複数の異なる電流で１つ以上のセグメント化されたＬＥＤのセグメントが指定される様々な手法の例を示す図である。
【図９Ａ】図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂは、シーン内の被写体を様々に照らすように単一の電流又は複数の異なる電流で１つ以上のセグメント化されたＬＥＤのセグメントが指定される様々な手法の例を示す図である。
【図９Ｂ】図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂは、シーン内の被写体を様々に照らすように単一の電流又は複数の異なる電流で１つ以上のセグメント化されたＬＥＤのセグメントが指定される様々な手法の例を示す図である。
【図１０Ａ】図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂは、シーン内の被写体を様々に照らすように単一の電流又は複数の異なる電流で１つ以上のセグメント化されたＬＥＤのセグメントが指定される様々な手法の例を示す図である。
【図１０Ｂ】図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂは、シーン内の被写体を様々に照らすように単一の電流又は複数の異なる電流で１つ以上のセグメント化されたＬＥＤのセグメントが指定される様々な手法の例を示す図である。
【図１１】セグメントによって出力される光がシーン上に投影される、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤを動作させる方法の一例のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
ダイの個々のセグメントを互いから電気絶縁するトレンチが形成された単一の半導体ダイを含んだ、セグメント化された半導体発光デバイス又は光パワー放射デバイス（ここでは単純化のためＬＥＤとして参照する）がここに記述される。セグメントが個別に指定（アドレス）され得るように、各セグメントが個別に回路基板上の金属配線に接触及び結合され得る。個別の複数のＬＥＤのアレイと比較して、ここに記載されるようなセグメント化されたＬＥＤは、アセンブリにおけるいっそう容易な製造によって（例えば、精密な位置決めが必要とされ得るピックアンドプレース工程が少ない）、大幅に削減されたコストで生産され得る。さらに、セグメント化されたＬＥＤは、個別の複数のＬＥＤのアレイよりも縮小された体積（サイズ）を有し得る。
【０００６】
ここに記載される実施形態において、装置は、セグメント化されたＬＥＤの各々が特定の色点又はスペクトルの光を提供する２つ以上のセグメント化されたＬＥＤ（例えば、デュアルＬＥＤフラッシュモジュール）を組み込み得る。正確な色点又は目標スペクトル制御されたフラッシュ又は他の出力光（例えば、ビデオ用トーチ、スタジオ照明、劇場／舞台照明又は建築照明のためのものなど）を提供するために、他のセグメントがオフのまま、セグメント化されたＬＥＤの個々のセグメントが指定され得る。例えば、デュアルＬＥＤフラッシュモジュールにおいて、冷白色のセグメント化されたＬＥＤのセグメントと温白色のセグメント化されたＬＥＤのセグメントとが選択的に指定されて、周囲光に応じて温かめ又は冷ための合成出力光を提供し得る。微調整された色点又は目標スペクトルを生成するために、他の色又はスペクトルのＬＥＤ及び／又はセグメントも使用され得る。
【０００７】
フラッシュモジュール又は他の照明モジュールの全体的な輝度レベルは、同じ駆動電流であっても、セグメント化されたＬＥＤ内のいっそう多数又は少数のセグメントを指定することによって増加又は減少され得る。輝度は、駆動電流を変えることによって変化されることもできる。また、セグメント化されたＬＥＤの像を撮影されるシーンに投影し、シーンの異なる領域に投影されるフラッシュの輝度及び／又は色点若しくは目標スペクトルを変えることによって、様々な照明効果が達成され得る。
【０００８】
セグメント化されたＬＥＤ、又は狭い間隔で配置された複数のＬＥＤ若しくはセグメントを含む装置においては、１つのＬＥＤ又はセグメントによって放たれたポンプ光又はポンプ光パワーの少なくとも一部（すなわち、ＬＥＤの活性層によって放射された、変換されていない光又は光パワー）が、隣接するＬＥＤ又はセグメントを横切ることが起こり得る。これが起こると、隣接するＬＥＤ又はセグメント内の蛍光体の設定及びポンプ光の色点又はスペクトルに応じて、隣接するＬＥＤ又はセグメントを横切る光がその蛍光体を活性化することがある。従って、エネルギー供給されていない隣接するＬＥＤ又はセグメントが、純粋な蛍光体色又はスペクトルを発することがある。例えば、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）蛍光体層によって覆われた、青色ポンプ光を放射するＬＥＤ又はセグメントのアレイにおいて、エネルギー供給されていない隣接するＬＥＤ又はセグメントが、それを隣接するＬＥＤからの青色ポンプ光が横断するときに、黄色に点灯し得る。この現象は、例えば、光又は光出力が混ぜ合わされる用途においてＬＥＤ又はアレイによって出力される合成での光又は光出力の色点又はスペクトルを変化させてしまったり、あるいは個々のピクセルの色点又は目標スペクトルを変化させてしまったりすることを含め、幾つもの理由で望ましくないとし得る。
【０００９】
ここに記載される様々な実施形態は、所望の色点又は目標スペクトルを有する光出力を生成する完全変換波長変換層（例えば、蛍光体層）を使用しながら、ＬＥＤによって放射される全光又は全光パワーに対する、変換されずに波長変換層を通り抜けるポンプ光又はポンプ光パワー（例えば、青色ポンプ光）のエネルギー比を、一部の実施形態では１０％未満に、そして一部の実施形態では２％未満に制限する。
【００１０】
セグメントが狭い間隔であるセグメント化されたＬＥＤ上で使用されるとき、そのような完全変換波長変換層の使用は、隣接するセグメントが望ましくない色又はスペクトルで点灯する現象を抑制又は排除することになる。何故なら、完全変換波長変換層が、セグメントに入ってくる迷光又は迷光パワーを所望の色又はスペクトルに変換することになるからである。換言すれば、隣接するセグメントを横切る迷ポンプ光又は迷ポンプ光パワーは、隣接するＬＥＤに、エネルギー供給されたセグメントと同じ色点又は目標スペクトルを持つ低輝度の光又は光パワーを放射させることになる。さらに、蛍光体層は、エネルギー供給されたセグメントの上で直接的なリークポンプ光又はリークポンプ光パワー（例えば、青色）を混入させないように十分に厚く且つ／或いは高密度にされ得るので、エネルギー供給されたセグメントから遠ざかるように完全変換波長変換層内を進行する光は、なおも同じ純粋な蛍光体色又はスペクトルであることになる。これは、セグメント化されたＬＥＤについての非常に正確な色点又は目標スペクトルの選択を可能にする。何故なら、隣接するＬＥＤ又はセグメント間での光学クロストークが、ＬＥＤの全体的な色点又は目標スペクトルに影響を与えないからである。セグメント化されたＬＥＤの像がシーン上に投影される実施形態において、完全変換波長変換層の使用はまた、セグメント間での光学クロストークが、特にセグメントの縁で色又はスペクトルをシフトさせること（これは、シーンに目に見える色又はスペクトルの遷移を生み出し得る）を防止し得る。従って、シーンを照らす色又はスペクトルが、シーンの投影像の位置の関数として変化せずに一定にされ得る。
【００１１】
図１Ａは、３つの指定可能セグメントにわたって取られた、セグメント化されたＬＥＤ１００の断面図を提供する図である。図示したセグメント化されたＬＥＤ１００Ａは、その上に１つ以上のｎ型層１３０と、１つ以上のｐ型層１４０と、発光活性層又は光パワー放射活性層１３５とが成長された例えばサファイア成長基板などの基板１１０から形成された発光構造又は光パワー放射構造を含んだ半導体ダイを含んでいる。ダイ内にトレンチ１７０ａ及び１７０ｂが（例えば、エッチングによって）形成されて、ＬＥＤ１００Ａを、トレンチによって互いから電気絶縁されたセグメント１６０ａ、１６０ｂ及び１６０ｃにセグメント化している。各セグメント１６０に、それ自身のコンタクト１４５及び１５０が設けられている。各セグメントのコンタクト１４５及び１５０は、回路基板１６５上の金属配線（図示せず）と接触しており、それにより、セグメントが任意の組み合わせで同じ又は異なる電流レベルで個別に指定されてターンオンされ得るように、各セグメント１６０に個別に電流が印加されることを可能にしている。
【００１２】
発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造は、波長変換材料を介して（例えば、白色光又はより広いスペクトルに）変換され得る光又は光パワーを放射する任意の発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造とし得る。そのような半導体構造の例は、例えばガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元、三元、及び四元合金のうちの１つ以上から形成された半導体構造などの、青色光、紫色光又は紫外（ＵＶ）光を発するＩＩＩ族窒化物構造である。半導体構造の他の例は、ＩＩＩ−Ｖ族材料、ＩＩ族リン化物材料、ＩＩＩ族ヒ化物材料、ＩＩ−ＶＩ族材料、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又はシリコン（Ｓｉ）系材料から形成された半導体構造を含み得る。半導体レーザも使用され得る。
【００１３】
ｎ型領域１３０は、成長基板１１０上に成長されることができ、半導体材料の１つ以上の層を含み得る。そのような１つ以上の層は、例えば、バッファ層若しくは核生成層などのプリパレーション層、及び／又は成長基板の除去を容易にするように設計された層を含めて、異なる組成及びドーパント濃度を含み得る。これらの層は、ｎ型であってもよいし、意図的にはドープされていなくてもよいし、あるいは更にはｐ型のデバイス層であってもよい。これらの層は、発光領域又は光パワー放射領域が効率的に光又は光パワーを発するのに望ましい特定の光学特性、材料特性、又は電気特性に合わせて設計され得る。ｎ型領域１３０と同様に、ｐ型領域１４０は、異なる組成、厚さ、及びドーパント濃度の複数の層を含むことができ、該複数の層は、意図的にはドープされていない層又はｎ型層を含んでいてもよい。ここでは層１３０がｎ型領域として記述され、ここでは層１４０がｐ型領域として記述されるが、ｎ型及びｐ型の領域は、ここに記載される実施形態の範囲から逸脱することなく、入れ換えられることもできる。
【００１４】
活性領域１３５は、単一の厚い又は薄い発光層又は光パワー放射層を含み得る。それに代えて、活性領域１３５は、バリア層によって分離された複数の薄い又は厚い発光層又は光パワー放射層を含み得るものである多重量子井戸の発光領域又は光パワー放射領域であってもよい。
【００１５】
ｐ型領域１４０の表面上にｐコンタクト１４５が形成され得る。ｐコンタクト１４５は、しばしば、例えば反射メタル及びガードメタルなどの複数の導電層を含み得る。ガードメタルは、反射メタルのエレクトロマイグレーションを防止又は抑制し得る。反射メタルは、銀又は他の好適材料とし得る。ｎ型領域１３０の表面の少なくとも一部を露出させるように、活性領域１３５、ｐ型領域１４０、及びｐコンタクト１４５の一部が除去された領域で、ｎ型領域１３０の表面と接触させてｎコンタクト１５０が形成され得る。
【００１６】
ｎコンタクト１５０及びｐコンタクト１４５は、図１Ａに示した構成に限定されるものではなく、幾つもの様々なやり方で構成され得る。ｎコンタクト１５０とｎ型領域１３０との間の電気的接触をなすために、発光半導体構造又は光パワー放射半導体構造内に１つ以上のｎコンタクトビアが形成されてもよい。それに代えて、ｎコンタクト１５０及びｐコンタクト１４５は、技術的に知られているように、誘電体／金属スタックを有するボンドパッドを形成するように再配線されてもよい。
【００１７】
図１Ａに示した例では、セグメント化の後のダイ上に成長基板１１０が残されている。他の実施形態では、（例えば、レーザリフトオフを用いて）成長基板が除去されて、薄膜ＬＥＤセグメント１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃを形成してもよい。ダイの上に基板１１０又は薄膜セグメント１６０ａ、１６０ｂ及び１６０ｃのいずれかを直に接触させて完全変換波長変換層１２０ａが配置されている。上述のように、完全変換波長変換層１２０ａは、発光デバイスによって放射される全光又は全光パワーに対する、変換されずに当該波長変換層を通り抜けるポンプ光又はポンプ光パワー（例えば、青色ポンプ光）のエネルギー比を、一部の実施形態では１０％未満に、そして一部の実施形態では２％未満に制限しながら、所望の色点又は目標スペクトルを持つ光出力又は光パワー出力を生成する波長変換材料の層である。実施形態において、波長変換材料は、例えば、１つの波長の光又は光パワーを吸収して異なる波長の光又は光パワーを放つ、透明又は半透明のバインダ又はマトリックス中の蛍光体又は蛍光体粒子などの、任意のルミネセント材料とし得る。図１に示した例では、透明なバインダ又はマトリックス１２６の中に蛍光体粒子１２５が配されている。
【００１８】
完全変換波長変換層１２０ａを介して放射される光又は光パワーが、赤色、緑色、青緑色、温白色、冷白色又は他の所望の色若しくはスペクトルであるように見えるよう、蛍光体粒子の濃度、組成及びサイズ、並びに完全変換波長変換層１２０ａの厚さが調節され得る。実施形態において、完全変換波長変換層１２０ａは、２０μｍと１００μｍとの間の厚さを有し得る。最大の層厚さはセグメントサイズに関係することになる。エッジ効果を抑制するため、厚さはセグメント長の１／３以下であるべきである。バインダ又はマトリックス材料に対する蛍光体粒子の濃度は、堆積技術に依存し得るが、１０体積％から８０体積％近くまでの範囲とし得る。蛍光体グレインのサイズは、中央値で１μｍから５０μｍまでの範囲とし得る。ポンプ光又はポンプ光パワーが変換されずに層を通り抜けるのを抑止するために、より高い濃度の蛍光体グレイン、より小さい蛍光体グレイン、及びより厚い波長変換層（すなわち、記載した範囲の上端）が使用され得る。この層に含められる蛍光体の組成は、ポンプ光（例えば、青色光）又はポンプ光パワー（例えば、ＵＶ又はＩＲ）のうち少量のみが通り抜けることを考慮に入れて、この層を通して放射される光の所望の色点又は目標スペクトルを生成するように選択され得る。例えば、完全変換波長変換層１２０ａは、青色、赤色、及び緑色の成分を放ち得る。波長変換蛍光体層は、商業的に入手可能な蛍光体の組み合わせを有し得る。直接光の代わりに蛍光体変換放射を使用することは、例えば、より広いスペクトルが生成されること、並びに半導体ポンプを同じに選択することができ、例えば電流及び温度依存性に関して同様の挙動を有することにより、数多くの用途に有益である。
【００１９】
セグメント１６０のうち１つ以上が、回路基板１６５上の対応する配線を介してそれに電流を印加することによってエネルギー供給されると、セグメント１６０の該１つ以上が、第１の色又はスペクトル（色１）を持つ光又は光パワーを発する。図１Ａに示した例では、セグメント１６０ｂが、エネルギー供給されて第１の色又はスペクトル（色１）を持つ光又は光パワー（例えば光線１２７）を放ち、そして、波長変換層１２０ａ内の蛍光体１２５が、発光デバイス又は光パワー放射デバイス１００Ａによって放射される全光又は全光パワーに対する、変換されずに波長変換層１２０ａを通り抜ける第１の色又はスペクトル（色１）を持つポンプ光又はポンプ光パワーのエネルギー比が、一部の実施形態では１０％未満に、そして一部の実施形態では２％未満に制限されるように、第１の色又はスペクトル（色１）の光又は光パワーを完全に第２の色又はスペクトル（色２）の光へと変換する。
【００２０】
実施形態において、色又はスペクトル１は、例えば、青色、紫色又はＵＶのポンプとすることができ、色又はスペクトル２は、例えば、温白色、冷白色、赤色、青緑色、又は緑色のうちの１つとし得る。実施形態において、その温白色は１８００Ｋと２５００Ｋとの間の色点を有して色的に橙色に見え、その冷白色は色的に青色又は青緑色に見え得る。ここに記載される実施形態は目標とされる白色調整色に関して記述されるが、当業者が認識することには、第２の色又はスペクトル（色２）は用途に応じて、例えば赤色、緑色又は青色などの任意の色とし得る。
【００２１】
図１Ｂは、３つの指定可能セグメントにわたって取られた、他の一例のセグメント化されたＬＥＤ１００Ｂの断面図を提供する図である。図１Ｂに示す例では、全てのセグメント１６０を覆って配置された単一の完全変換波長変換層１２０ａを使用する代わりに、個別の完全変換波長変換層１８０、１８５及び１９０が、それぞれのセグメント又はそれぞれのセグメントのグループ（図示せず）の上に配置されている。これら個別の完全変換波長変換層は、光学的に完全には封止されずに、部分的にセグメント化された完全変換波長変換を提供し得る。
【００２２】
図１Ｃは、３つの指定可能セグメントにわたって取られた、他の一例のセグメント化されたＬＥＤ１００Ｃの断面図を提供する図である。図１Ｃに示す例では、全てのセグメント１６０を覆って単一の完全変換波長変換層１２０ｂが配置されている。しかしながら、図１Ｃでは、完全変換波長変換層１２０ｂは、隣接し合うセグメント１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃの間にそれぞれの分離部１８７ａ及び１８７ｂを形成することによって部分的にセグメント化されている。分離部１８７ａ及び１８７ｂは、部分的にセグメント化された完全変換波長変換層１２０ｂを供するように、例えば、層１２０ｂを完全に貫いては切断しないレーザカットを完全変換波長変換層１２０ｂ内に作製することによって形成され得る。
【００２３】
図１Ｄは、３つの指定可能セグメント１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃにわたって取られた、他の一例のセグメント化されたＬＥＤ１００Ｄの断面図を提供する図である。図１Ｄに示す例では、ＬＥＤ１００Ｄは、完全変換波長変換層１２０ｃを覆って配置された散乱層又はオフ状態白色層１９５ａを含んでいる。散乱層又はオフ状態白色層１９５ａは、光学的に透明な材料又はマトリックスの中に配された、ＴｉＯｘの粒子、他の散乱材料の粒子、又は例えばパラフィンなどの任意のオフ状態白色材料を含み得る。層１９５ａは、更に詳細に後述するように、個々のセグメントによって放射される光の散乱を提供するために、及び／又はセグメント化されたＬＥＤがオフにされているときにそれに白色の外観を提供するために使用され得る。
【００２４】
図１Ｅは、３つの指定可能セグメント１６０ａ、１６０ｂ、及び１６０ｃにわたって取られた、他の一例のセグメント化されたＬＥＤ１００Ｅの断面図を提供する図である。図１Ｅに示す例では、散乱層又はオフ状態白色層１９５ｂが、層１９５ｂ内に形成されたそれぞれの分離部１９７ａ及び１９７ｂによって部分的にセグメント化されている。図１Ｃの実施形態と同様に、散乱層又はオフ状態白色層１９５ｂは、部分的にセグメント化された散乱層又はオフ状態白色層１９５ｂを供するように、この層を完全に貫いては切断しないレーザカットをこの層内に作製することによって部分的にセグメント化され得る。
【００２５】
図１Ｆは、直接青色セグメント化ＬＥＤ１００Ｆの断面図を提供する図である。図１Ｆに示す例では、波長変換層は使用されておらず、ポンプ光又はポンプ光パワーがその元々の色又はスペクトル（例えば、青色）でＬＥＤから放出される。実施形態において、更に詳細に後述するように、セグメント１６０を覆って散乱層１９９が配置され得る。散乱層は、図１Ｆに示したようにセグメント化されなくてもよいし、図１Ｅに示したように部分的にセグメント化されてもよい。
【００２６】
部分的にセグメント化された完全変換波長変換層及び／又は部分的にセグメント化された散乱層若しくはオフ状態白色層が使用される実施形態では、完全変換が色シェーディングのリスクを低減又は排除しながら、望ましい場合に、部分的なセグメント化がセグメント間のコントラストを高める。
【００２７】
以下の実施形態において、説明されるセグメント化されたＬＥＤは、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ又は１Ｆに関して説明したセグメント化されたＬＥＤ、又は当業者によって理解される任意の変形形態のうちのいずれかとし得る。また、セグメント化されたＬＥＤという用語が使用されるが、セグメント化されたＬＥＤは、レーザを含め、任意のタイプのシリコン発光デバイス又は光パワー放射デバイスとすることができ、可視出力又は光パワーを放射し得る（例えば、目標とする放射がＩＲ域にあり、ポンプ光又はポンプ光パワーがＵＶから赤色に至るまでとすることができ且つＬＥＤベース若しくはレーザベースであるとし得るＩＲ分光法）。
【００２８】
図２は、スマートフォン２００の一例の背面の図である。図２に示すスマートフォン２００は、レンズ（２４０）を含み得るカメラモジュール２１０を有しており、このレンズを介してイメージセンサユニットがシーンの画像をキャプチャし得る。カメラモジュール２１０はまた、例えば複数のＬＥＤ１００などの１つ以上のＬＥＤを含み得るフラッシュモジュール２５０を含んでいる。図２に示す例では、フラッシュモジュール２５０は２つのＬＥＤ２２０及び２３０を含んでいる。しかしながら、当業者が理解するように、ここに記載される実施形態と一貫して１つ以上のＬＥＤが使用され得る。フラッシュモジュール２５０内の１つ以上のセグメント化されたＬＥＤについての異なる可能な構成の例を、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに提示する。
【００２９】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２においてのように２つのＬＥＤ２２０及び２３０を含むフラッシュモジュール２５０の例の図である。図３Ａに示す例において、フラッシュモジュール２５０ａは、冷白色のセグメント化されたＬＥＤ２２０ａと、温白色のセグメント化されたＬＥＤ２３０ａとを含んでいる。冷白色のセグメント化されたＬＥＤ２２０ａは、複数の指定可能なセグメントを含むことができ、それらの全てが、例えば青緑白色などの所望の色を持つ光を発するように調整された完全変換波長変換層によって覆われて、ＵＶ光によって励起されてもよいし、あるいは、直接青色又は直接青緑色発光ＬＥＤであってもよい。青緑白色波長変換層の例は、ＢＡＭ（Ｅｕ活性Ｂａ−Ｍｇ−アルミネート）、ＺｎＳ：Ａｇ、又はＳｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ（ＳＭＳ）を含む。なお、可視用途では、その用途がＵＶ光を検出しない場合、ＵＶ励起される青緑色波長変換層は必ずしも完全変換である必要はない。しかしながら、効率及び安全上の理由から、そうであることがなおも好まれる。
【００３０】
温白色のセグメント化されたＬＥＤ２３０ａは、同様に、複数の指定可能なセグメントを含むことができ、それらの全てが、温白色橙色域内の色点を持つ光を発するように調整された完全変換波長変換層によって覆われ得る。温白色完全変換波長変換層の例は、ＢＳＳＮ（（Ｂａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）、ＹＡＧ：Ｃｅ、及びＳｒ［ＬｉＡｌ３Ｎ４］：Ｅｕ２＋を含み得る。
【００３１】
図３Ｂに示す例において、フラッシュモジュール２５０ｂは、赤色のセグメント化されたＬＥＤ２２０ｂと、青緑色のセグメント化されたＬＥＤ２３０ｂとを含んでいる。赤色のセグメント化されたＬＥＤ２２０ｂは、複数の指定可能なセグメントを含むことができ、それらの全てが、赤色光を発するように調整された完全変換波長変換層によって覆われ得る。赤色完全変換波長変換層の例は、ＢＳＳＮ（（Ｂａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）又はＳｒ［ＬｉＡｌ３Ｎ４］：Ｅｕ２＋を含み得る。青緑色のセグメント化されたＬＥＤ２３０ｂは、同様に、複数の指定可能なセグメントを含むことができ、それらの全てが、青緑色光を発するように調整された完全変換波長変換層によって覆われ得る。青緑色完全変換波長変換層の例は、ＹＡＧ：Ｃｅ、及びＹ，ＬｕＡＧ：Ｃｅを含み得る。
【００３２】
図３Ｃは、３つのセグメント化されたＬＥＤ２２０ｃ、２３０ｃ、及び３１０を含むフラッシュモジュール２５０ｃの一例の図である。図３Ｃに示す例において、フラッシュモジュール２５０ｃは、赤色のセグメント化されたＬＥＤ２２０ｃと、緑色のセグメント化されたＬＥＤ２３０ｃと、青色のセグメント化されたＬＥＤ３１０とを含んでいる。赤色のセグメント化されたＬＥＤ２２０ｃは、図３Ｂの赤色のセグメント化されたＬＥＤ２２０ｂと同様とし得る。緑色のセグメント化されたＬＥＤ２３０ｃは、複数の指定可能なセグメントを含むことができ、それらの全てが、緑色光を発するように調整された完全変換波長変換層によって覆われ得る。緑色完全変換波長変換層の例は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体又はＹＬｕＡＧ−Ｃｅ蛍光体を含み得る。
【００３３】
青色のＬＥＤ３１０（又は青色域内の冷白色ＬＥＤ）は、ＬＥＤ３１０の活性層が直接的に青色光を発し得るので、波長変換層を必要としなくてもよい。実施形態において、例えば図３Ｃ又は図３Ａなどにおいて、直接青色ＬＥＤが使用され得る場合、ＬＥＤは、例えばＴｉＯｘ粒子が分散されたシリコーンの層などの光散乱層を含み得る。ＴｉＯｘ層は、蛍光体で覆われたＬＥＤ（例えば、赤色及び緑色のＬＥＤ２２０ｃ及び２３０ｃなど）に合わせて光源サイズを調整するために使用され得る。散乱層はまた、そのような一実施形態において、フラッシュモジュール内の全てのＬＥＤからの輝度分布及び放射パターンが同様となり、それにより、適切なシーン照明のために各ＬＥＤに対して同じ光学系を使用することを可能にし得るように、光又は光パワーを拡散させるために使用され得る。
【００３４】
更に詳細に後述する幾つもの異なる目的のために、カメラモジュール２１０のフラッシュモジュール２５０内で、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤ１００が使用され得る。実施形態において、フラッシュモジュール２５０の全体の光出力又は光パワー出力の色点又はスペクトルが、周囲照明と一致するように調整され得るように、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤによって出力された光又は光パワーが、それら１つ以上のＬＥＤから短い距離で混合され得る。更なる実施形態では、セグメントによって出力される光又は光パワーを混合するのではなく、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤの個々のセグメントからの光又は光パワーが、（例えば、フレネルレンズを用いて、）撮影されるシーン上に投影され得る。これは、例えば、撮影されるシーンにいっそう均等な照明を提供するため、撮影されるシーンの異なる領域を強調するため、又は撮影されるシーンの異なる領域を照らす光又は光パワーの色点又はスペクトルを変えるために行われ得る。
【００３５】
図４は、例えば図２のスマートフォンカメラモジュール２１０などのカメラで使用される撮像システム４００の一例のブロック図である。この撮像システム４００の例は、周囲照明に合わせて調整された色点又はスペクトルを持つフラッシュ出力を提供するため、又は周囲光の望ましくない特性を相殺するために使用され得る。この撮像システム４００の例はまた、異なるセグメントの明るさを変えて、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤの像を撮影されるシーン上に投影するために使用され得る。
【００３６】
図４に示す撮像システム４００の例は、２つのセグメント化されたＬＥＤ４２５及び４３０を含むフラッシュモジュール２５０を含んでいるが、当業者が理解することには、ここに記載される実施形態に従って１つの又は３つ以上のセグメント化されたＬＥＤが使用されてもよい。更に詳細に後述するように、これらセグメント化されたＬＥＤは、ドライバ４２０に結合されることができ、ドライバ４２０が、セグメント化された１つ以上のＬＥＤに電力を供給し得る。ドライバ４２０は、プロセッサ４１０（例えば、マイクロプロセッサ）に結合されることができ、プロセッサ４１０は、ユーザインタフェース４０５、イメージセンサユニット４１５、及びオプションで３Ｄセンサ４５０から入力を受信するように結合され得る。実施形態において、セグメント化されたＬＥＤ４２５−４３０を制御する例えばプロセッサ４１０及びドライバ４２０などの様々な回路をコントローラとして参照することがある。
【００３７】
イメージセンサユニット４２５は、周囲光を測定する目的及び／又はシーンのための照明プロファイルを作り出す目的で使用されるイメージセンサとし得る。それに代えて、イメージセンサユニット４２５は、カメラ用のメインイメージセンサを含んでもよい。実施形態において、別個のカメラコントローラが、イメージセンサユニット４２５の一部であって、イメージセンサの露出を制御してもよい。ユーザインタフェース４０５は、例えばユーザが写真を撮るために押すボタン又はタッチスクリーンデバイスなどの、ユーザ起動入力装置とし得る。実施形態においては、しかしながら、例えば写真が自動的に撮影され得る場合など、ユーザ入力が必要とされないこともある。
【００３８】
様々な目的のために光学素子４３５及び４４０が設けられる。光学素子４３５及び４４０は、それらが使用される用途に応じて様々とし得る。実施形態において、これらの光学素子はコリメートレンズとすることができ、これらが、対応するセグメント化されたＬＥＤからの光をそれらセグメント化されたＬＥＤから短い距離で混合し、組み合わされた光をシーン４４５上にフォーカシングし得る。実施形態において、これらの光学素子は、対応するセグメント化されたＬＥＤの像を撮影されるシーン４４５上に投影するために使用されるフレネルレンズであってもよい（更に詳細に後述する）。
【００３９】
３Ｄセンサ４５０は、含められる場合、シーンの最終的な画像をキャプチャすることに先立って、撮影されるシーンの３Ｄプロファイルを作成することができる如何なる好適センサであってもよい。実施形態において、３Ｄセンサ４５０は飛行時間（ＴｏＦ）カメラとすることができ、時間を用いて、撮影されるシーン内の各被写体までの距離を計算し得る。実施形態において、３Ｄセンサ４５０は、特別に設計されたパターンの光をシーン上に投影するプロジェクション装置を含み得るものであるストラクチャード光センサとし得る。シーン内の被写体から反射された光パターンの各部分の位置を測定し、それらの被写体までの距離を三角測量によって決定するために、ストラクチャード光センサにもカメラが含められてもよい。実施形態において、３Ｄセンサ４５０は、装置の本体内に互いから距離を置いて位置付けられた１つ以上の補助カメラであってもよい。これら１つ以上の補助カメラによって見られる被写体の位置を比較することにより、各被写体までの距離を三角測量によって決定し得る。実施形態において、３Ｄセンサ４５０は、装置内の主カメラ（例えば、イメージセンサユニット４１５）のオートフォーカス信号を使用し得る。カメラレンズの焦点位置を走査する間に、システムは、それらの位置でシーンのどの部分に焦点が合っているかを検出し得る。そして、対応するレンズ位置を、それらの位置で焦点が合っている被写体までの距離に変換することによって、シーンの３Ｄプロファイルが構築され得る。適切なオートフォーカス信号は、例えば、コントラストを測定することによって、又はカメラセンサ内の位相検出センサを使用することによってなど、従来の方法によって得ることができる。位相検出センサが使用される場合、一部の実施形態において、フラッシュモジュールが最適に機能するために、個々の位相検出センサの位置は、後述するように、１つ以上のセグメント化された発光デバイスの別々のセグメントによって照らされる領域に対応し得る。
【００４０】
光がシーン上にフォーカシングされる前にセグメント化された発光デバイス内の複数のセグメントからの光が混合される実施形態において、プロセッサ４１０は、周囲照明の色点を決定し、そして、周囲照明の色点と一致するように、又は周囲光の望ましくない特性を相殺するように、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤ４２５−４３０によって出力される混合光を調整するようドライバ４２０を制御し得る。これは、各色が光出力全体の特定の割合を表すように、複数のセグメント化されたＬＥＤの各々の、又は単一のＬＥＤの、特定のセグメントを指定するようにドライバ４２０を制御することによって行われ得る。例として、セグメント化された発光デバイス４２５が温（ウォーム）白色デバイスであり、セグメント化された発光デバイス４３０が冷（クール）白色デバイスであり、周囲照明の色点が、７５％クール及び２５％ウォームである色点を表す場合、冷白色デバイス４３０内のセグメントのうち７５％が指定され得るとともに、温白色デバイス４２５内のセグメントのうち２５％が指定され得る。そのような一実施形態において、正確な色点を維持するために、指定された各セグメントに同じ電流が印加され得る。他の実施形態において、それらがより明るい光を放射するように、指定された異なるセグメントに異なる電流が印加されてもよく、プロセッサ４１０は、セグメント化された発光デバイスの各々において指定するセグメント数を決定するときに輝度の差を考慮することになる。プロセッサ４１０は、異なる数のセグメント化されたＬＥＤが使用されるとき、及び異なる色のセグメント化されたＬＥＤが使用されるときに同様に振る舞い得る。
【００４１】
図５は、セグメントによって出力される光が混合される場合に、１つ以上のセグメント化された発光デバイスを動作させる方法の一例のフロー図５００である。図５に示す例において、この方法は、周囲照明の色点を測定すること（５１０）を含んでいる。これは、例えば、最初にイメージセンサユニット４１５を制御してシーン４４５を撮像し、その画像を分析して周囲光の色点を決定することによってなど、技術的に知られている何らかの方法に従って行われ得る。次いで、１つ以上のセグメント化された発光デバイスの各々について指定するセグメントが決定され得る（５２０）。これは、例えば、プロセッサ４１０がルックアップテーブルにアクセスすることによって行われ得る。ルックアップテーブルは、周囲光の決定された色点に基づいて、周囲光の色点と一致させるため又は光の特定の特性（例えば蛍光灯の緑がかった特性など）を相殺するためのいずれかのためにどのセグメントを指定すべきかをプロセッサ４１０に教え得る。次いで、プロセッサ４１０は、決定されたセグメントを指定するようにドライバ４２０を制御し得る（５３０）。
【００４２】
セグメント化された１つ以上のＬＥＤの像がシーン４４５上に投影される実施形態において、プロセッサ４１０は、シーン４４５のための最適照度プロファイルを決定し、そして、決定された最適照度プロファイルに基づいて、特定のセグメントを指定するとともにそれら特定のセグメントを特定の電流を用いて駆動するように、ドライバ４２０を制御し得る。セグメント化された発光デバイス各々の像を撮影されるシーン４４５上に投影するために、１つ以上のフレネルレンズが使用され得る。
【００４３】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄは、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤの１つ以上の像を撮影されるシーン４４５上に投影するための、セグメント化された発光デバイス及びフレネルレンズの様々な構成を示す撮像システムの例の図である。図６Ａ及び６Ｂにおいて、撮像システム６００Ａ及び６００Ｂは各々、シーン６１０Ａ／６１０Ｂを照らすために使用されるそれぞれの単一のセグメント化されたＬＥＤ６０５Ａ／６０５Ｂ及びそれぞれのフレネルレンズ６１５Ａ／６１５Ｂを含んでいる。これらの図で見て取れるように、セグメント化された発光デバイス６０５Ａ／６０５Ｂの特定のセグメントがアクティブにされ（Ｘで示している）、そして、セグメント化されたＬＥＤ６０５Ａ／６０５Ｂの像がフレネルレンズ６１５Ａ／６１５Ｂを用いて投影されることで、Ｘで示したセグメントをアクティブにすることによって生成されたパターンの鏡像がシーン６１０Ａ／６１０Ｂ上に投影される（シーン上に投影された光パターンを図中にＸで示している）。
【００４４】
図６Ｃ及び６Ｄでは、２つのセグメント化されたＬＥＤと、２つの対応するフレネルレンズとが使用されている。図６Ｃにおいて、撮像システム６００Ｃは、２つのセグメント化されたＬＥＤ６０５Ｃ及び６０６Ａと、２つのフレネルレンズ６１５Ｃ及び６１６Ａとを含んでいる。フレネルレンズ６１５Ｃ及び６１６Ａは各々、それぞれのセグメント化されたＬＥＤ６０５Ｃ及び６０６Ａの像を、シーン６１０Ｃの対応する領域上に投影するように構成されている。図６Ｃに示す例において、レンズ６１５Ｃは、セグメント化されたＬＥＤ６０５Ｃの像をシーン６１０Ｃの上部領域６２０に投影し、レンズ６１６Ａは、セグメント化されたＬＥＤ６０６Ａの像を、シーン６１０Ｃの下部領域６２５に投影している。更に詳細に後述するように、これは、例えばシーンの下部に温かめの光を投影するとともにシーンの上部に冷ための光を投射するなど、様々な照明効果をシステム６００Ｃが達成することを可能にし得る。一部の実施形態において、セグメント化されたＬＥＤ６０５Ｃ及び６０６Ａは、シーン６１０Ａのうち重複部分を、より多くの光をそれら重複部分に提供するように照らし得る。例えば、シーン上に投影されたこれらのアレイは、シーンの縁よりも多くの光を必要とすることが多いところであるシーンの中心で重なり合い得る。
【００４５】
図６Ｄにおいて、撮像システム６００Ｄは、２つのセグメント化されたＬＥＤ６０５Ｄ及び６０６Ｂと、２つのフレネルレンズ６１５Ｄ及び６１６Ｂとを含んでいる。図６Ｄに示す例において、システム６００Ｄは色調整可能とし得る。セグメント化された発光デバイス６０５Ｄ及び６０６Ｂは、シーン６１０Ｄを照らすときに重なり合うものであるそれぞれのビーム６３０及び６３５を放射する。これらのアレイからの光の足し合わせがシーンの各部分で所望の照度及び色点を有するように、プロセッサ４１０が、セグメント化されたＬＥＤ６０５Ｄ／６０６Ｂの各々に供給すべき適切な電流を計算し得る。更なる色を発する更なるセグメント化されたＬＥＤ（又は光エミッタ）が、ここに記載される実施形態と一貫して追加されてもよい。
【００４６】
図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂは、シーン７００内の被写体を様々に照らすように単一の電流又は複数の異なる電流で１つ以上のセグメント化されたＬＥＤのセグメントが指定され得る様々な手法の例を提示している。更なる詳細が、２０１６年１１月２日に出願された国際特許出願の国際公開ＷＯ２０１７／０８０８７５号で提供されており、それをあたかもここに完全に記載されているかのように援用する。実施形態において、図中で破線の円で特定されるターゲット７１０は、計算された照明プロファイルに従って、シーンの残りの部分よりも多くの光を必要とすることがある。
【００４７】
セグメント化されたＬＥＤの１つ以上のセグメントに印加される電流を分配する際に考慮すべき１つの事項は、例えばモバイル装置又はその他のバッテリを電源とする装置などの一部装置では、フラッシュモジュール２５０に利用可能な最大電流量が装置バッテリの能力によって制限されることである。全てのセグメントへの駆動電流レベルを定めるとき、セグメント間での正しい強度比が維持され且つ総光出力が最大化される一方で、総駆動電流が最大量を超えないように、システムは、最大利用可能電流を考慮に入れて、各セグメントの駆動電流レベルを定める。
【００４８】
図７Ａは、セグメント化されたＬＥＤ７５０Ａ（図７Ｂに示す）の全セグメント７２０Ａが指定されて同じ量の電流を供給されるときに、シーン７００Ａがどのように照らされるかを示している。図示のように、シーンの中心が端よりも多く照らされ、特に、シーンの中心の近くに位置するターゲット７１０Ａの部分が、シーンの端の近くに位置するターゲット７１０Ａの部分よりも多く照らされる。
【００４９】
図８Ａは、セグメント化されたＬＥＤ７５０Ｂ（図８Ｂに示す）のセグメント７２０Ｂのサブセット、具体的には中央及び左下の領域にある３つのセグメント７２２、７２４及び７２６が指定されて同じ電流を供給される一方で、セグメント７２０の残りの部分は指定されず、電流を供給されないときに、シーン７００Ｂがどのように照らされるかを示している。図８Ａに示すように、ターゲット７１０Ｂにおおよそ対応するシーン７００Ｂの右側が、シーン７００Ｂの残りの部分よりも明るく照らされている。指定セグメント７２２、７２４及び７２６の電流密度は、全セグメント７２０Ａに同じ電流が供給される図７Ｂでの指定セグメントよりも３倍高くし得る。従って、図８Ａでのターゲット７１０Ｂの照度は、図７Ａでのターゲット７１０Ａの照度よりも約１．６倍高くなり得る。もっと高い照度を得るために、もっと少ないセグメントが指定されてもよい。
【００５０】
図９Ａは、単一のセグメント７２０Ｃが指定されて最大電流を供給される一方で、他の８つのセグメント７２０Ｃが指定されず、電流を供給されないときに、シーン７００Ｃがどのように照らされるかを示している。図９Ｂに示す例では、左の列の中央にあるセグメント７２８が指定されて最大電流を供給されている。図９Ａに示すように、ターゲットにおおよそ対応するシーン７００Ｃの右側が、シーン７００Ｃの残りの部分よりも明るく照らされているが、強く照らされるスポットは、例えば図８Ａにおいてよりも小さい。しかしながら、図９Ａでのターゲットの照度は、例えば図８Ａのターゲットの照度よりも大きい。
【００５１】
実施形態において、ターゲット７１０全体にわたる照度の均一性を改善するために、プロセッサ４１０は、異なる指定セグメントに供給される電流を異ならせるようにドライバ４２０を制御し得る。
【００５２】
図１０Ａは、４つのセグメント７２０Ｄが指定されて異なるレベルの電流を供給され、５つのセグメント７２０Ｄが指定されず、電流を供給されないときに、シーン７００Ｄがどのように照らされるかを示している。図１０Ｂに示す例では、左の列の中央のセグメント７３０が、中央の列の下のセグメント７３６の４倍の多さであり且つ中央のセグメント７３２及び左の列の下のセグメント７３４の２倍の多さである電流を供給されている。図１０Ｂに示すように、上の行及び右の列のセグメント７２０Ｄは電流を受けていない。図１０Ａに示すように、ターゲット７１０Ｄにおおよそ対応するシーン７００Ｄの右側が、シーン７００Ｄの残りの部分よりも明るく照らされているとともに、ターゲット７１０Ｄの照度が、例えば図７Ａ、８Ａ、及び９Ａにおいてよりも均一である。
【００５３】
他の実施形態において、プロセッサ４１０が、例えばユーザインタフェース４０５から、カメラレンズをズームインする命令を受け取るとき、セグメント化されたＬＥＤの中心付近のセグメントがより多くの電流を受け取り得る。実施形態において、シーンの中心における照度が、図７Ａに示したシーンの中心の１．１５倍に増加され得る。他の実施形態において、シーンの中心における照度が、図７Ａに示したシーンの中心の２．２倍に増加され得る。対照的に、プロセッサ４１０が、例えばユーザインタフェース４０５から、カメラレンズをズームアウトする命令を受け取るとき、セグメント化されたＬＥＤの端近くのセグメントがより多くの電流を受け取り得る。広角用途では、セグメント化されたＬＥＤの端にあるセグメント群が等しい電流を受け取り得る一方で、中心のセグメントは電流を受け取らないことがある。実施形態において、シーンの中心における照度が、例えば図７Ａのシーンの中心における照度の０．８５倍まで減少され得る。
【００５４】
システム４００はまた、例えば、各ターゲットに対応するセグメントのみに電流を供給することによって、又は各ターゲットに対応するセグメントに多めの電流を供給することによって、複数のターゲットを照らすために使用され得る。さらに、システム４００は、カメラから遠い要素に対応するセグメントのみに電流を供給することによって、又はカメラから遠い要素に対応するセグメントに多めの電流を供給することによって、カメラに近い要素とカメラから遠い要素とを含むシーンにおける露出オーバーを抑制し得る。ここに記載される実施形態は、フラッシュの色点及び輝度分布を制御する自動化された方法を提供するが、フラッシュの色点及び輝度分布の個人的な制御をユーザに提供するために、ユーザインタフェース４０５も使用され得る。
【００５５】
例えば、図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂに関して上述した実施形態は、単一のセグメント化されたＬＥＤに関して説明されているが、当業者が認識することには、これらは、２つ以上のセグメント化されたＬＥＤがフラッシュモジュールに含められる実施形態にも等しく適用可能である。例えば、２つのセグメント化されたＬＥＤが異なる色点の白色光を発する場合、均一な照明色を確保するためにシーン上でのこれらＬＥＤの像の良好な重なり合いを保証するように各々内の同じセグメントを指定することができ、また、一部の実施形態において、これらＬＥＤのうちの１つへの電流を異ならせることによって、組み合わされた照明に対する各色点の相対量が調整され得る。
【００５６】
上で提示された例に関する照度値は、単一のフレネルレンズを備えた図示の３×３セグメント化ＬＥＤについて計算されている。しかしながら、これらは、上の実施形態で説明したようにして、異なる数のセグメントを有するセグメント化されたＬＥＤに対して、及び複数のフレネルレンズを備えた複数のセグメント化されたＬＥＤに対して適応されることができる。各セグメントの光出力は、セグメント化されたＬＥＤのドライバ電流によって、又は一定の電流でパルス時間によって制御され得る。
【００５７】
図１１は、セグメントによって出力される光がシーン上に投影される場合に、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤを動作させる方法１１００の一例のフロー図である。図１１に示す例において、方法は、撮影されるシーンを測定すること（１１１０）、及びシーンのための照明プロファイルを作成すること（１１２０）を含んでいる。そして、この照明プロファイルに基づいて、１つ以上のセグメント化されたＬＥＤの特定のセグメントを指定し、指定したセグメントに特定の電流を印加するように、ドライバ４２０が制御され得る（１１３０）。
【００５８】
実施形態において、シーンは、３Ｄセンサ４５０及びイメージセンサユニット４１５のうちの１つ以上を用いて測定され得る。一例において、ユーザインタフェース４０５が、写真が撮られることを指し示す命令をプロセッサ４１０に提供し得る。イメージセンサユニット４１５又は３Ｄセンサ４５０が、フラッシュモジュール２５０をオフにして、イメージセンサユニット４１５の視野に対応するシーン４４５の第１の予備画像をキャプチャし得る。次いで、フラッシュモジュール２５０が、低光出力モード（例えば、トーチモード）でオンにされ得る。このとき、フラッシュモジュールの照度プロファイルは均一に設定されることができ、これは、シーン４４５の全領域が既知の照明プロファイルで照らされることを意味する。次いで、フラッシュモジュール２５０が均一な照度プロファイル及び低い輝度を有してオンであり続けている間に、イメージセンサユニット４１５又は３Ｄセンサ４５０を用いて第２の予備画像がキャプチャされ得る。次いで、プロセッサ４１０が、シーンの全領域が最適露出を達成するための最適輝度を計算し得る。これは、例えば、第１の予備画像のピクセル輝度値を第２の予備画像のそれぞれのピクセル輝度値から減算し、その差を、最適露出レベルを達成するようにスケーリングすることによって行われ得る。そして、決定された照度プロファイルに従ってフラッシュモジュール２５０をアクティブにして、シーン４４５の最終的な画像がイメージセンサユニット４１５によってキャプチャされ得る。
【００５９】
他の一例では、プロセッサ４１０が、例えばユーザインタフェース４０５などから、写真が撮影されるべきことを指し示す入力を受信し得る。次いで、プロセッサ４１０が、イメージセンサユニット４１５又は３Ｄセンサ４５０を制御して、フラッシュモジュール２５０をオフにした状態で、イメージセンサユニット４１５の視野に対応するシーン４４５の第１の予備画像をキャプチャし得る。次いで、シーン４４５の３Ｄプロファイルが生成され得る。例えば、３Ｄセンサ４５０がシーンの３Ｄプロファイルを生成してもよいし、あるいは、３Ｄセンサ４５０がシーン４５０に関するデータを検知して該データをプロセッサ４１０に送信し、そして、プロセッサ４１０がシーンの３Ｄプロファイルを生成してもよい。次いで、プロセッサ４１０が、シーン４４５の全ての部分が最適露出を達成するための最適輝度を計算し得る。この計算に基づいて、プロセッサ４１０が、フラッシュモジュール２５０を用いてシーン４４５を照らすようにドライバ４２０を制御し得る。
【００６０】
更なる他の一例では、プロセッサ４１０が、例えばユーザインタフェース４０５などから、写真が撮影されるべきことを指し示す入力を受信し得る。次いで、プロセッサ４１０が、イメージセンサユニット４１５又は３Ｄセンサ４５０を制御して、フラッシュモジュールをオフにした状態で、イメージセンサユニット４１５の視野に対応するシーン４４５の第１の予備画像をキャプチャし得る。次いで、シーン４４５の３Ｄプロファイルが生成され得る。このとき、フラッシュモジュールの照度プロファイルは均一に維持されることができ、これは、シーン４４５の全ての部分が照らされることを意味する。次いで、フラッシュモジュール２５０をトーチモードにして、第２の予備画像がキャプチャされ得る。次いで、プロセッサ４１０が、キャプチャされた２つの予備画像と（上の２番目の例で説明したような）３Ｄプロファイルとに基づいて、シーン４４５の全ての部分が最適露出を達成するための最適輝度を計算し得る。そして、イメージセンサユニット４１５が、計算された照度プロファイルに従ってフラッシュモジュール２５０をアクティブにして、最終的な画像をキャプチャし得る。
【００６１】
ここに記載される実施形態について、１つ以上の照明モードを定めてもよい。例えば、第１グループの照明モードにて、非常に均一に照らされた有用な写真を達成するように、フラッシュモジュール２５０からの照明がシーンにわたって分配され得る。特に、一部の実施形態において、例えば前景が周囲光によってよく照らされていて、フラッシュモジュール２５０からの全ての光がシーン４４５の背景に向けられ得る場合などにおいて、露出オーバーが最小化され得る。一部の実施形態において、例えば背景が周囲光によってよく照らされていて、フラッシュモジュール２５０からの全ての光が前景に向けられる場合などにおいて、フラッシュモジュール２５０はフィルイン（fill  in）フラッシュとして機能し得る。一部の実施形態において、前景と背景が周囲照明によって均等に照らされている場合、フラッシュモジュール２５０からの光は大部分が背景に送られ得る。一部の実施形態において、前景が暗い場合、フラッシュモジュール２５０からの光は、良好な写真を生成するのに十分なだけ前景を照らし、フラッシュモジュールからの光の残りは背景に送られる。
【００６２】
実施形態において、第２グループの照明モードにて、選択された被写体が照らされ得る。特に、一部の実施形態において、顔認識と組み合わせて、顔（又は他の被写体）が、最良の照明のために最も高く重み付けられ得る。一部の実施形態において、顔認識と組み合わせて、顔（又は他の被写体）の周りの背景が少なめの光を受けることで、例えば、照らされた顔又は他の被写体と顔又は他の被写体に最も近い背景との間のコントラストを高め得る。一部の実施形態において、選択されたゾーンは、ズームインされる画像、又は別の方法で特定されるシーン４４５の部分を含む。一部の実施形態において、例えば名刺の写真では、フラッシュモジュール２５０からの光が、非常に高い均一さのプロファイルで放たれ得る。
【００６３】
ＬＥＤフラッシュに関しての特定の実施形態が上述されているが、上の実施形態のいずれかにおいてのような、完全変換波長変換層を備えた１つ以上のセグメント化されたＬＥＤは、例えばビデオ用のトーチ、スタジオ照明、劇場／舞台照明又は建築照明などの、他のタイプの照明全般で使用され得る。また、特定のポンプ光源が記載されているが、セグメント化されたＬＥＤには、非可視の光パワーを含め、如何なる好適なポンプ光が使用されてもよい。また、これらの実施形態は可視照明用途に対処しているが、例えば波長変換ステップを含むＩＲ照射及びＩＲ分光法などのその他のケースも、ポンプ光リークのない明確に定められた放射スペクトルから恩恵を受け得る。これらの非可視の光パワー用途では、完全変換波長変換層を用いて、光の色点を変換する代わりに、スペクトルが目標スペクトルに変換される。また、可視光の放射又は変換のみが記載されている例において、光パワーの放射又は変換がそれらの代わりとなり得ることが意図される。
【００６４】
実施形態を詳細に説明したが、当業者が理解することには、本説明を所与として、発明概念の精神から逸脱することなく、ここに記載された実施形態に変更が為され得る。従って、本発明の範囲が図示して説明した特定の実施形態に限定されることは意図されていない。また、ここに記載された方法は、コンピュータ又はプロセッサによる実行のためにコンピュータ読み取り可能媒体に組み込まれたコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにて実装され得る。コンピュータ読み取り可能媒体の例は、電子信号（有線接続又は無線接続の上で伝送される）及びコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含む。コンピュータ読み取り可能記憶媒体の例は、以下に限られないが、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、例えば内蔵ハードディスク及びリムーバブルディスクなどの磁気媒体、光磁気媒体、及び例えばＣＤ−ＲＯＭディスク及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体を含む。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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