JP2010238837A

JP2010238837A - 光源モジュールおよび該モジュールを備えた電子機器

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Publication number: JP2010238837A
Application number: JP2009083933A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kurimoto; 英治栗本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP4604123B2; WO2010113504A1

Abstract

【課題】ＬＥＤ等の半導体光源を使用して、携帯電話機等小型で消費電力にも制限がある電子機器に搭載可能なフラッシュ光源用の光源モジュールを得る。
【解決手段】この光源モジュールは、基体２６の上に、発散性の放射特性を持つ半導体光源１２が設けられ、前記半導体光源１２を光の出射方向に広がる反射面で囲む形で、前記基体２６上に配置された反射枠体１４が配置される。前記反射枠体１４上に光出射方向を覆う形で集光部材２２と、前記反射枠体１４と前記集光部材２２に挟まれる形で光拡散部材２０が配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラ等電子機器のフラッシュ光源として利用される光源モジュールに関するものである。

従来、デジタルスチルカメラ等一般的なカメラに搭載されているフラッシュ光源にはキセノン管を使用しているものが一般的である。このキセノン管は、高い光量を得ることができる反面、サイズが比較的大きく消費電力も大きい。近年、携帯電話機にもカメラ機能が搭載されるのが普通であるが、キセノン管には、前記課題があり、小型化及び低消費電力化が要求される携帯電話機のような用途には不向きであり、携帯電話機へのフラッシュ光源の搭載は進んでいない。

このため、小型で実装が容易なＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）を応用したＬＥＤランプが提案されている。ＬＥＤはキセノンランプほどの出力が得られないため、回路基板上に複数ＬＥＤを実装し、必要な光量を得ているが、複数のＬＥＤを搭載するためフラッシュ光源の消費電力が大きくなる課題があった。

このため特許文献１に掲載されているＬＥＤランプは、以下の構成により対応を図っている。前記ＬＥＤランプは、電極パターンが形成された回路基板上に凹部を有する反射枠が形成され、前記凹部は、反射面である内周面が上面に向かって広がる形状をしており、その中央部には発光体であるＬＥＤが実装されている。また、前記発光体の上には空気層が設けられ、前記空気層を介して前記反射枠の上にレンズ体が設けられた構造となっている。

この技術では、ＬＥＤで構成された発光体の周囲を取り囲むようにして配設された反射用の凹部を備えた反射枠体を回路基板上に形成し、反射枠体にレンズ体を装着することで、ＬＥＤ数や消費電流を増加させることなく、カメラのフラッシュ光源として十分な光量を得ることができる。

しかしながら、上記従来のＬＥＤを利用したフラッシュ光源においては、特定の角度範囲で見た場合、光源に起因するムラが発生し、撮像用照明として課題があった。また、人に向けて光が出射されるものでありアイセーフの観点からも課題があった。

特開２００４−３２７９５５号公報

本発明は、ＬＥＤ等の小型の半導体光源をフラッシュ発光させて使用する光源モジュールに関して、上記課題を鑑みてなされたものである。本発明の目的は、光源に起因した出射光の輝度および照度のムラが生ずることなく均一であり、アイセーフの課題のない光源モジュールを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態の光源モジュールは、
半導体光源や光学部材を搭載するためのプリント基板等の基体上に、発散性の配光特性を持つ半導体光源が配置されている。前記半導体光源とは、主にＬＥＤを指すが、ＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）等でも発散性の配光特性を有する小型の光源で本発明の目的に合致するものであれば良い。ここで言う発散性とは、例えば配光角の半値全角が６０°以上と放射角が大きいこと、即ち光源から遠ざかるほど照射面積が広がることを言う。

また、前記基体上には、前記半導体光源を光の出射方向に広がる反射面で囲む形で反射枠体が設置される。前記反射枠体は、前記発散性の半導体光源からの出射光が眼に対して障害を与えない大きさまで広がる距離を確保するとともに、発散角の大きい半導体光源からの出射光が撮像領域外の利用されない角度範囲へ広がりすぎるのを防止する。

また、前記反射枠体上に光出射方向を覆う形で主にレンズである集光部材が配置されている。前記集光部材は、後記する光拡散部材で散乱された光線を撮影等に好適な領域内に集光する。

また、前記反射枠体と前記集光部材に挟まれる形で、光を散乱させる部材である光拡散部材が設けられている。光拡散部材とは、透光性の部材中に前記部材とはわずかに屈折率の異なる透光性の微小ビーズを分散させた部材や、透光性の部材の表裏若しくはその一方に光散乱性の微小な凹凸を有したコーティングが施された部材であり、拡散シートや拡散フィルムと呼ばれるものである。前記拡散部材は、前記反射枠体を介して到達した前記半導体光源からの出射光を散乱させ、観察者や被写体から見てアパーレント光源と呼ばれる一種の仮想光源を形成する。

サブミリオーダ以下に小型の光源は、例え発散性の配光特性を持つ光源であっても観察時に網膜上に小さい面積で結像しやすく、結像部のエネルギー密度が高くなる。その結果網膜が熱的に損傷を受ける確率も高くなる。

本第１実施形態の構成とすることで、半導体光源に起因した出射光の輝度および照度のムラが生ずることなく均一であり、網膜上の特定の部位に光が集光されることなく、眼に対する安全性も確保できる。

また、本発明の一実施形態の光源モジュールは、前記集光部材は光出射面３４の曲率が１／１００ｍｍ^−１以下で光を曲げるパワーの弱いほぼ平板に近い状態であり、光入射面は曲率が１／５０ｍｍ^−１以上のフレネルレンズであることを特徴とする。

以上の構成とすることで、光出射側は、携帯電話等フラッシュ光源を搭載する機器の筐体に倣わせやすい。また、平面に近く汚れ等が付着しても除去しやすい。光入射側は、光を集光する機能を有する凸面が設けられているが、前記凸面は、フレネルレンズ化され、前記光拡散部材と干渉しない配置ができ、フラッシュ光源の薄型化が実現できる。

また、本発明の一実施形態の光源モジュールは、前記半導体光源と、前記光拡散部材との距離に関して以下の値以上とする。

前記半導体光源が複数で使用される場合は、隣接する半導体光源間の最大ピッチ以上とする。

一方、前記半導体光源が１つで使用される場合は、前記半導体光源と、前記光拡散部材との距離は、以下の式（１）、（２）を満たすことを特徴とする。

Ｓ１≧４×ｓ・・・（１）
ｈ≧ｘ・・・（２）
但し、Ｓ１は反射枠体の光拡散部材側の開口部の面積、sは前記半導体光源の発光部の面積、ｘは前記半導体光源の発光部の代表長、ｈは前記半導体光源の光の出射面と前記光拡散部材との距離である。

発光部の代表長とは、発光部が、ほぼ正方形の場合は一辺の長さであり、長方形の場合は、長辺と短辺の長さの平均値であり、ほぼ円形の場合は直径である。

以上の構成とすることで、光拡散部材に光が結合する前に、反射枠体内で混ざり合い、光拡散部材が１００μm厚の薄い光拡散フィルム等でも光拡散効果が得られる。また、光拡散部材の導入が原因となり光源モジュールが厚くなることを防止できる。

また、本発明の一実施形態の電子機器は、本発明の光源モジュールを備えたことを特徴とする。

本発明の光源モジュールは、上記したように、半導体光源に起因した出射光の輝度および照度のムラが生ずることなく均一であり、網膜上の特定の部位に光が集光されることなく、眼に対する安全性も確保できる。ゆえに、カメラ等の電子機器、特に携帯電話や携帯情報端末に本発明の光源モジュールを搭載することで、低消費電力のフラッシュ光源の搭載が実現でき、暗いところでも高画質の撮影が可能となる。

この発明の光源モジュールによれば、光を集光する機能を集光部材が担い、サブミリオーダの半導体光源に起因する輝度や照度の不均一性を改善する機能を光拡散部材が担う。また、反射枠体により、半導体光源と光拡散部材間の距離を一定以上とることで光が大きい面積に拡散され、小さい光源面積を本光源モジュール相当の面積に拡大した効果が得られる。上記構成により、眼への安全性を確保しながらも、撮影領域等所定の領域に集光する機能が得られる。撮像用照明に必要な均一性と、眼への障害防止を同時に実現できる。

本発明の第１実施形態の光源モジュールを説明するための断面図である。本発明の第１実施形態の光源モジュールを説明するための斜視図と平面図である。光源の眼への安全性に関して説明するための図である。本発明の第１実施形態の光源モジュールの配光分布を説明するための断面図である。本発明の第２実施形態の光源モジュールを説明するための断面図と平面図である。本発明の第２実施形態の光源モジュールの反射枠体の作用に関して説明するための図である。本発明の第２実施形態の光源モジュールの反射枠体の作用に関して説明するための図である。

本発明の実施の形態について説明する。本発明は発散性の配光特性を持つ半導体光源に適用され、主にＬＥＤを対象とするが、ＬＤ等でも発散性の配光特性を有する小型の光源で本発明の目的に合致するものであれば良い。よって以下の説明では、光源としてＬＥＤを用いた場合について説明するが、ＬＤ等でも同様の効果を成すものであれば本発明の適用は可能であり、以下の実施の形態の構成に限定されるもではない。

なお、以下の実施の形態の説明においては、同一の機能および作用を示す部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。

(第１実施形態)
図１は第１実施形態の光源モジュール１０の説明用の断面図である。また、図２（ａ）、図２（ｂ）は、光源モジュール１０から、下記する光拡散部材２０と集光部材２２を取り除いた場合の斜視図と平面図である。

本第１実施形態においては、半導体光源１２は複数設けられる。半導体光源１２は、複数のＬＥＤチップであり、１チップあたりのサイズは、例えば縦０．２４ｍｍ、幅０．６ｍｍ、厚み０．１２ｍｍである。

カメラのフラッシュ光源等、カメラの撮像に係るような用途では、波長は可視域でブロードな白色光源が好適である。よって前記半導体光源１２であるＬＥＤチップは、波長が例えば４０５ｎｍ等の青色ＬＥＤとし、その周りや光の出射方向を覆う形で図示されない蛍光体が設けられている。前記蛍光体は、ＬＥＤチップからの青色の出射光を受けて黄色の光が励起され、前記青色の光と混ざり合うことで白色の光源として作用する仕組みとなっている。

本実施形態では半導体光源１２であるＬＥＤチップは、１つの光源モジュールに１０個が、電源やドライバ回路が形成された基体２６であるプリント基板上に配置される。配置形態は、均等に所定間隔で整列する形態でも良いが、図２に示すように出射光が他のＬＥＤチップと干渉しないよう千鳥配置とするのが良い。

基体２６は本実施形態においては、プリント基板であるが、シリコン基板等のサブマウント部材や、樹脂や金属若しくはセラミックスの基板でも良い。ただし、半導体光源１２への電源供給と半導体光源１２のｏｎ／ｏｆｆ制御を行う電気的配線が施されている必要がある。

前記基体２６の上には、光の出射方向である上方に向かって広がる反射面１８を持つ反射枠体１４が、前記反射面１８で形成された凹部１６内に前記半導体光源１２を取り囲む形で配置される。反射枠体１４の材料は樹脂等で良いが、凹部１６側の表面は反射面１８として作用させるためＡｌ等の高反射率の膜のコーティングを施すのが良い。

前記反射枠体１４の凹部１６の形状であるが、円錐台や角錐台等上方に向かって広がる形状であれば良いが、カメラのフラッシュ光源として撮影用途に使用する場合、撮影される領域は矩形状であり、照明領域も矩形領域であることが光の利用効率の観点から好ましい。よって、本図２では、凹部１６は正四角錐を切断したような形状であるが、撮像領域が後記する図４（ａ）で示すような、短辺方向と長辺方向で差がある場合は、前記角錘台の短辺と長辺の長さの比を、撮像領域の短辺と長辺の長さの比と一致させるのが良い。また、前記矩形形状であるが、角部分の面取りを行い、適度なＲが設けられていても特に構わない。

前記反射枠体１４の光出射方向である上面には、光拡散部材２０を挟むように、集光部材２２が設置されている。

前記光拡散部材２０は、透光性の樹脂中に、前記樹脂とはわずかに屈折率の異なる透光性の微小ビーズを分散させた部材や、透光性の部材の表裏若しくはその一方に光散乱性の微小な凹凸が設けられたコーティングが施された部材である。

光拡散部材２０の厚みは１００μｍのものを使用した。厚みが厚くなれば光拡散性は増すが、光源モジュール１０の厚みが増すことになり、カメラ付携帯電話等薄型化が望まれる部品には好ましくない。また、厚みを増すと吸収損失等も無視できなくなってくる。実験では１００μm厚のものが最も良い結果が得られた。

集光部材２２は、光出射面３４側が曲率１／１００ｍｍ^−１以下の光を曲げるパワーの弱いほぼ平板に近い状態であり、光入射面３２が曲率１／５０ｍｍ^−１以上の凸面とすることで、光出射面３４側は、携帯電話機等フラッシュ光源を搭載する機器の筐体に倣わせやすい。また、光出射面３４側は、平面に近く汚れ等が付着しても除去しやすい。一方、光入射面３２側は、光を集光する機能を有する凸面が設けられているが、前記凸面は、前記光拡散部材２０との間に空間２４が確保されているのが好ましい。前記空間２４が確保されていないと、光拡散部材と集光部材間に屈折率差が得にくい。そのため、集光部材２２の集光機能に支障が出る場合がある。前記空間２４を確保するためには、前記光入射面３２側に設けられた前記凸面はフレネルレンズ面とするのが良い。通常の凸面では、光拡散部材２０との間に空間を確保するのは難しいが、フレネルレンズ面とすることで、図１に示すごとく光拡散部材２０にテンションをかけても、前記集光部材２０とは干渉せず、屈折のための空間２４を確保できる。

カメラ用フラッシュ光源に使用される光源モジュールに要求される仕様は、必要な照度を低消費電力で得ることに加え、照度の均一性が上げられる。また、フラッシュ光源は人体に向けて強い可視光を発光するため、眼に対する安全性、即ちアイセーフに対する対策も要求される。

図３は分散光源のアイセーフに関して説明するための図である。図３（ａ）は、光源が大きい場合と小さい場合に関して網膜上の光エネルギーの分布を示す。図３（ａ）内の４０は分散光源、４４は眼球、４６は網膜、４８は網膜上の光源像である。

前記分散光源とは、発散性で、かつ照明される側からみて、一定以上の視角を持つ面光源である。光源の眼に対する安全性であるアイセーフを定義するＪＩＳＣ６８０２の規格では、前記視角は１．５ｍｒａｄと規定されている。下記するように、分散光源の大きさが大きいほど安全な光源となる。

点光源から放射された波長が約４００−１４００ｎｍの光は、角膜を透過し網膜４６上に集光されて密度増加が起こるため、放射角が大きくても目に対して危険度が高い。一方、点光源ではなくある面積以上の発光面積を持つ分散光源の場合は、網膜４６上に広がりを持った像として照射されるので、点光源より安全である。

Ｐ１は分散光源４０が大きいときの網膜上の光エネルギーの分布、Ｐ２は分散光源４０が小さいときの網膜上の光パワーの分布を示す。分散光源４０は、全光束を光源サイズ以下に集光することは困難で、光源サイズが大きくなるに伴い網膜４６上に結像される像も大きくなる。分散光源４０が出す光エネルギーが一定とすると、前記Ｐ１はエネルギー密度が低いが、Ｐ２はエネルギー密度が高い。分散光源４０が網膜４６上に結像することで、網膜４６を焼損する可能性は、エネルギー密度の高い分散光源４０のサイズが大きいほど小さくなる。即ち光源サイズが大きいほど、大きい光出力まで許容されるようになる。

表−１に、最大許容露光量ＭＰＥ（ｍａｘｉｍｕｍｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅｅｘｐｏｓｕｒｅ）の光源サイズ依存性を示す。表−１では、光源は正方形とした。

本実施形態はフラッシュ光源へ適用することから、表−１のＭＰＥは前記ＪＩＳＣ６８０２より、０．１秒間発光した場合を想定して算出している。人に向けて発光されても眼に障害を与えないためには、網膜上の露光量は表−１のＭＰＥ以下である必要がある。１光源あたり同一光量を発光する場合で換算すると、光源が小さいと光エネルギー密度が上がる。また、図３（ａ）を用いて説明したように、仮に同一光エネルギー密度の場合でも、光源が小さいと網膜上に結像した際のエネルギー密度が上がる。よって前記２つの作用で、光源が小さいとより許容露光量は小さくなる。

表−１の左列のｃｈｉｐは、代表的なＬＥＤの発光部の大きさを示し、簡略化のため正方形と仮定している。本実施形態の０．２４ｍｍ、幅０．６ｍｍのＬＥＤは、チップ全体で発光するタイプのため、光源は正方形と仮定して、前記長方形のＬＥＤチップと面積を整合させた。なお、光源サイズの単位はｍｍである。

図３（ｂ）は、ＪＩＳＣ６８０２に規定された放射露光・放射照度の測定条件であり、開口７ｍｍは瞳孔径より規定される。また、光源と瞳孔との距離１００ｍｍは、眼が焦点を結ぶ最も短い距離より規定される。１００ｍｍ未満では、光源との距離が近くても網膜４６上に結像しないためアイセーフの問題は小さくなる。１００ｍｍより大きいときは、φ７ｍｍの開口である瞳孔内に結合する光線は少なくなりアイセーフの問題は小さくなる。

分散光源４０としてＬＥＤを用いた場合に関して、図３（ｂ）に示す。分散光源４０の放射パターンはランバート分布であることが一般的である。分散光源４０から１００ｍｍ離れた、眼４４の瞳孔に相当するφ７ｍｍの開口への結合効率は、１−ｃｏｓαで求められる。αは約２°であり、約０．０６％の結合効率が得られる。一般にＬＥＤ光源は、図２のようなリフレクタが設けられるため、非遂次光線追跡法によるシミュレーションでは結合効率は約１０％上がり０．０６６％の結合効率が得られた。

図２のケースでは、発光部０．３８ｍｍ角、定格出力０．０２６ＷのＬＥＤを１０個使用しているが、前記約０．０６％の結合効率より、ＬＥＤ１個あたり０．０１７ｍＷの光出力が、前記φ７ｍｍの開口を介して網膜に結像する。また、実際の使用時にはＬＥＤの出力は変動するため、その変動分として約３３％見込む必要がある。よって、０．０２３ｍＷの光出力が前記φ７ｍｍの開口を介して網膜に結像する場合を考慮しておく必要がある。

表−１より０．３８ｍｍ角の光源のＭＰＥは０．０１２ｍＷであり、個々のＬＥＤでは光出力がＭＰＥを超えてしまうことになる。

さらに、将来的には、ＬＥＤの発光効率が上がり、１／４のチップサイズでもほぼ同じ出力が得られるようになる場合も想定する必要がある。即ち、発光部０．１９ｍｍ角のＬＥＤで、０．０２６Ｗの最大出力を見込んでおく必要がある。この場合も、０．０２３ｍＷの光出力が前記φ７ｍｍの開口を介して網膜に結像することに変わりは無いが、光源が小さくなった分、図３（ａ）で説明したように、網膜上での光エネルギーの密度は上がることになり、ＭＰＥは小さくなる。発光部０．１９ｍｍ角のＬＥＤのＭＰＥは０．００１５ｍＷであり、前記φ７ｍｍの開口を介して網膜に結像する光量０．０２３ｍＷはＭＰＥ値０．００１５ｍＷの１０倍以上の値となる。

また、今回フラッシュ光源として発光時間を０．１ｍｓｅｃとしたが、セーフティロックの設けられていないシステムでは、システムの故障等で０．１ｍｓｅｃでオフ状態にならないケースも想定する必要がある。対象となる波長域が可視光域であるため、「まばたき」などの嫌悪反応により眼の保護が行われるが、０．２５ｍｓｅｃまでは、被爆時間を考慮する必要がある。つまり被爆量として、２．５倍の網膜への結像光量を考慮する必要があり、前記０．００１５ｍＷのＭＰＥに対してさらに厳しい値となる。

本発明は、以上の課題に対応するものであり、前記半導体光源１２の光の出射面である上面と光拡散部材２０の光の入射面である下面間の距離ｈを一定以上とることで、半導体光源１２から発した発散光は大きい面積に拡大される。前記半導体光源１２を囲む形で光の出射方向である上方へ広がる反射面１８が設けられた反射枠体１４は、前記距離ｈを確保するためのスペーサとしての作用も成す。

前記発散光は、一般にランバート型の配光特性をもっている。図２（ｂ）に示すように、隣接する半導体光源１２間の最大距離をｄとすると、前記ランバート型の配光分布に起因してｈ≧ｄとなるとき、複数の半導体光源１２を発した光は混じり合う。

次に、光拡散部材２０に入射した光の一部は、光拡散部材２０の拡散効果により、あたかも１つの光源であるかのように均一に拡散される。以上の作用により、複数の小さい光源を、光源モジュール１０相当の均一な一つの仮想光源として拡大した効果が得られる。前記仮想光源は前記ＪＩＳＣ６０８２では、アパーレント光源と呼ばれる。

以上の光拡散作用においては、光拡散部材２０を出射する光は、指向性無くランバート型に近い拡散状態を示す。図４（ａ）は、照明領域の説明をするための図である。フラッシュ光源として使用するためには、図４（ａ）に示すフラッシュ光源１０の１ｍ先の１ｍ×１．４ｍの照明領域５０において、約１００ｌｍの光束が望まれるが、ランバート型に近い分布のまま前記照明領域５０に１００ルーメンの光束を得る場合無駄が多い。よって、集光部材２２により、光拡散部材２０を出射したランバート型に近い配光を示す光線を、照明領域５０に集光し、無駄に照明領域外を照明する光束を少なくする。

以上の作用により小さい光源面積を本光源モジュール相当の面積に拡大した効果が得られ、眼への安全性を確保するとともに、撮像領域内へ集光する機能が得られる。撮像用照明に必要な均一性と、眼への障害防止を同時に実現できる。

次に、前記光拡散部材２０の具体的な作用と効果に関して述べる。図４（ｂ）は図１の構造において、ヘーズ率と全光線透過率が異なる光拡散部材２０と、照明領域５０の照度分布の関係を示す図である。光拡散部材２０を使用しない場合、光拡散部材２０として、ヘーズ率８９．５％全線透過率８７％のタイプを使用した場合、ヘーズ率８４％全線透過率９８％のタイプを使用した場合、ヘーズ率２９％全線透過率９０％のタイプを使用した場合、で照度の比較実験を行った結果である。

光拡散部材２０を導入しない場合、照明領域５０の中央部分約８００ｍｍ幅の部分の照度が高い。その外周部では照度は急激に低下する。一方、光拡散部材２０の導入により、中央部と外周部の照度差を低減する作用を成すが、散乱やフレネル反射により全体の照度もある程度低下する。実験では、ヘーズ率８４％、全線透過率９８％のタイプが、照度の低下も低く、良好な照度均一性が得られた。

次に、光源モジュール１０から下記する光拡散部材２０と集光部材２２を取り除いた光学部材として反射枠体１４のみの構造、反射枠体１４と集光部材２２のみの構造、反射枠体１４と光拡散部材２０のみの構造、図１の構造である反射枠体１４と光拡散部材２０と集光部材２２全て設けた構造に関して、照明領域５０の照度を求める比較実験を行った結果を図４（ｃ）に示す。

図４（ｂ）を用いて説明したように、反射枠体１４と集光部材２２のみの組合せでは照明領域５０の中央部と外周部で照度の差が大きい。

反射枠体１４と光拡散部材２０のみの組合せでは、光が照明領域５０以外にも広がり、光の利用効率が良くない。低消費電力化が重要である携帯電話機等への搭載には適さない。

反射枠体１４のみでは、配光分布的には問題なく、優れた照度分布を示す。但し、各半導体光源１２が個々の小さい光源として網膜に結像し、アパーレント光源とはならない場合がある。その場合、網膜上での光のエネルギー密度がアパーレント光源と比べて高く、ＭＰＥ値は低くなり出力が制限され、フラッシュ光源として用いるのが困難となる。

反射枠体１４、光拡散部材２０および集光部材２２全てを設けた本発明の構造では、反射枠体１４と光拡散部材２０の拡散効果により、あたかも１つの光源であるかのように均一に拡散され、複数の小さい光源を、光源モジュール１０相当の均一な一つの仮想光源、いわゆるアパーレント光源と見なすことができる。また、集光部材２２の集光作用により、反射枠体１４のみの場合とほぼ同程度の配光分布即ち照度均一性も得られる。

上記の構成により、配光特性である遠視野像の強度分布均一性と、光源サイズとしてアイセーフに係る近視野像の拡大とその強度分布均一性が成された光源モジュールが得られる。本発明の光源モジュールは、光束を照明領域に有効に集光し活用できるため、ＬＥＤ等の発散性の半導体光源を用いて、少ない消費電力でフラッシュ光源を実現できる。よって、本発明の光源モジュールは、カメラ付き携帯電話機等、低消費電力化と小型薄型化が望まれる電子機器のフラッシュ光源として好適である。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と異なる点は、半導体光源１２が１つであることである。

図５（ａ）は、第２実施形態の光源モジュールを説明するための断面図であり、図５（ｂ）は、光源モジュール１０から集光部材２２を取り除いた平面図である。

各部材の作用は基本的に同じであるが、前記半導体光源１２の光の出射面である上面と光拡散部材２０の光の入射面である下面間の距離ｈの定義方法が、前記半導体光源１２が複数から１つになったことにより異なる。

第２実施形態である図５のケースでは、発光部１．２ｍｍ角、定格出力０．２６Ｗ、最大出力０．３５ＷのＬＥＤを１個使用することになる。図３（ｂ）のφ７ｍｍの開口を介して網膜に結像する光量は、定格出力時で０．１７ｍＷ、最大出力時で０．２３ｍＷとなる。１．２ｍｍ角の光源であるためＭＰＥは、表−１より０．３７ｍＷであり、１個のＬＥＤでは光出力がＭＰＥを超えることはない。

１．２ｍｍ角のＬＥＤでは、歩留まり等も悪くなり高コストになるため、将来的にＬＥＤの発光効率が上がり、１／４のチップサイズでもほぼ同じ出力が得られるようになる場合を想定する必要がある。即ち、発光部０．６ｍｍ角のＬＥＤで、最大０．３５Ｗの出力を見込んでおく必要がある。０．６ｍｍ角の光源のＭＰＥは、表−１より０．０４６ｍＷであり、前記最大出力時０．２３ｍＷの光出力はＭＰＥを超えてしまうことになる。

光源面積を約４倍、即ち１．２ｍｍのアパーレント光源とすると、表−１よりＭＰＥは０．３７ｍＷまで許容できて問題なくなる。ＬＥＤの発光部自体の面積を大きくすることは前述のようにコストアップとなるため、光学部材により、アパーレント光源として光源サイズを拡大することは眼の安全性の観点から重要となる。

光源面積をアパーレント光源として拡大する場合、光拡散部材２０が有効であることは、第１実施形態で述べたが、光拡散部材２０が厚いと光量の損失が大きくなる。１００μｍ程度の薄い光拡散部材では損失が少ない反面、図５（ｂ）に示す半導体光源１２の発光部の大きさｘに相当する領域が特に明るくなり照度むらとなる。本発明は、半導体光源１２を発した光を、光拡散部材２０に到達するまでに、半導体光源１２が発散性であることと反射枠体を利用して、図５（ｂ）に示す反射枠体の出口部のサイズであるｗ２で充分混合し、さらに光拡散部材２０により散乱させるものである。本発明により、１００μｍ程度の薄い光拡散部材でも、アパーレント光源のサイズを決める近視野像と、配光特性を決める遠視野像において均一化が成され、フラッシュ光源として好適なアパーレント光源が得られる。

図６と図７は、半導体光源１２が１つの場合、前記距離ｈ、即ち光拡散部材２０に光が入射するまでの距離により、半導体光源１２の近視野像の状態の変化を非遂次光線追跡法で解析した結果である。

図６は、反射枠体１４の下部のサイズｗ１が、半導体光源１２のサイズとほぼ同一の場合である。半導体光源１２の発光部のサイズｘは、０．６ｍｍ角の正方形であり、反射枠体１４により、反射枠体１４の出口部のサイズであるｗ２、即ち１．２ｍｍ角に拡大することを想定している。

図６（ａ）は、光拡散部材２０の入射面である前記１．２ｍｍ角の領域のスポットダイヤグラムで、光線即ち光束が多く集まった部分の濃度が濃くなる結果となっている。図６（ｂ）は、前記１．２ｍｍ角の領域の光線の集まり度合いのサーフェイスプロットであり、高さが高い程、光線即ち光束が集まることを示している。スポットダイヤグラムの濃度とサーフェイスプロットの高さはともに光束がたくさん集まることを示している。

図６（ａ）、（ｂ）ともに左から、前記ｈが発光部サイズｘの、０．５倍、０．７５倍、１倍、１．２５倍のときの光束の集まり度合いを示すことになる。図６の例では、ｈ＝０．７５倍では反射枠体１４の出口領域であるｗ２内で光束の集まり度合いに、中心部に偏りがみられるが、ｈ＝ｘ以上でほぼ光束は均一分布となっているのが判る。

図７（ａ）は反射枠体１４の下部サイズｗ１が、反射枠体１４の出口側サイズｗ２より約１０％小さい場合の、反射枠体１４の出口領域でのスポットダイヤグラムを示し、図７（ａ）は反射枠体１４の出口領域での光線の集まり度合いのサーフェイスプロットを示す。

図７（ａ）、（ｂ）ともに図６と同じく、左から、前記ｈが発光部サイズｘの、０．５倍、０．７５倍、１倍、１．２５倍のときの光束の集まり度合いを示すことになるが、本結果も図６と同じ傾向にあることが判明した。即ち、ｈ＝０．７５倍では反射枠体１４の出口領域であるｗ２内で光束の集まり度合いに、中心部に偏りがみられるが、ｈ＝ｘ以上でほぼ光束は均一となっている結果となった。

以上より、半導体光源１２が１つの場合では、半導体光源１２の光の出射面から、光拡散部材２０の入射面までの距離ｈは、半導体光源１２の発光部のサイズ以上とすることで、アイセーフ上問題のない、前記半導体光源１２の発光部の面積の４倍以上の面積に、均一な光束分布で拡大されることになる。

１０光源モジュール
１２半導体光源
１４反射枠体
１６凹部
１８反射面
２０光拡散部材
２２集光部材
２４空間
３２光入射面
３４光出射面

Claims

基体と、
前記基体上に配置された発散性の放射特性を持つ半導体光源と、
前記半導体光源を光の出射方向に広がる反射面で囲む形で、前記基体上に配置された反射枠体と、
前記反射枠体上に光出射方向を覆う形で配置された集光部材と、
前記反射枠体と前記集光部材に挟まれる形で配置された光拡散部材とで構成されていることを特徴とする光源モジュール。
前記集光部材は、光出射面の曲率が１／１００ｍｍ^−１以下であり、
光入射面は、曲率１／５０ｍｍ^−１以上のフレネルレンズで構成されていることを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。
前記半導体光源の個数は１つであり、
前記半導体光源と、前記光拡散部材との距離は、以下の式（１）、（２）を満たすことを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。
Ｓ１≧４×ｓ・・・（１）
ｈ≧ｘ・・・（２）
（但し、Ｓ１は前記反射枠体の光拡散部材側の開口面の面積、sは前記半導体光源の発光部の面積、ｘは前記半導体光源の発光部の代表長、ｈは前記半導体光源の光の出射面と前記光拡散部材との距離）
前記半導体光源の個数は複数であり、
前記半導体光源と前記光拡散部材との距離は、
隣接する半導体光源間の最大ピッチ以上であることを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。
請求項１から４のいずれかに記載の光源モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。