(57)【要約】【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１３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１３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透光性の集光部材２２が配置される。前記集光部材２２は、どちらか一方の面が同心円状にブレーズ形状を成し、前記半導体光源が配置された直上を含む内周部の高さが、前記内周部に対する外周部の高さより低い。【選択図】図１
2011054829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、光入射面と光出射面どちらか一方の面が同心円状にブレーズ形状を成す透光性の集光部材とで構成されている光源モジュールであって、
前記ブレーズは、前記半導体光源が配置された直上を含む内周部の高さが、前記内周部に対する外周部の高さより低いことを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記内周部でのブレーズ形状の成す頂角が、６５°から８５°の範囲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３】
前記内周部のうち、最内周部の高さが最も高い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４】
前記反射枠体と前記集光部材の間に光拡散部材を有す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５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
このため、小型で実装が容易なＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２７９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）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、半導体光源はサブミリオーダの小さい領域から高い光出力を出す光源であり、該半導体光源のサイズに起因する輝度や照度の不均一性が生じやすい。
【００１０】
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照明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。
【００１１】
また、前記反射枠体上に光出射方向を覆う形で透光性の集光部材が配置されている。前記集光部材は、光入射面と光出射面どちらか一方の面が同心円状にブレーズ形状を成し、前記ブレーズは、前記半導体光源が配置された直上を含む内周部の高さが、前記内周部に対する外周部の高さより低い。外周部はブレーズ高さが高い、即ち入射する光が大きく曲げられることになる。一方、内周部はブレーズ高さが低く、入射する光はあまり曲げられない。ブレーズ形状を最適化することで配光特性を制御できるが、配光特性だけを考えると光源モジュールを１つの仮想光源と考えたときの光源サイズが小さくなり、眼への安全性であるアイセーフの規制が厳しくなる。ブレーズの領域を二つに分けて内周部は配光特性が最適になる形状とし、外周部は前記仮想的な光源サイズを大きくする形状とすることで、アイセーフと照度の均一性を実現でき、光線を撮影等に好適な領域内に集光することができる。
【００１２】
ここで、前記透光性の集光部材の内周部とは、前記同心円状の中心点から少なくとも前記半導体光源が配置された直上を含む内周部分を指し、前記外周部とは、前記内周部の外側を指す。
【００１３】
さらに、前記内周部のブレーズの頂角を６５°から８５°の範囲とする。以上のようにすることで、撮像素子用の証明として重要な光源から１ｍ先での照度分布が均一となる。
【００１４】
さらに、前記内周部のうち、最内周部の高さを最も高くする。前記１ｍ先の配光特性は、内周部のうちで最内周部の高さを他の内周部より高くしたほうが、より照度の均一性を実現でき、光線を撮影等に好適な領域内に集光する。
【００１５】
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しやすくする。
【００１６】
サブミリオーダ以下の小型の光源は、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。
【００１７】
本発明の光拡散部材を用いることで、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より確保できる。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の光源モジュールによれば、光を集光する機能と、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集光部材単体と反射枠体の組み合わせで実現できる。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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】本発明の光源モジュールの原理を説明するための図である。
【図４】光源の眼への安全性に関して説明するための図である。
【図５】本発明に関わる照明領域を説明するための図である。
【図６】従来の光源モジュールの集光部材の作用に関して説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態の集光部材の作用に関して説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態の集光部材の作用に関して説明するための図である。
【図９】本発明の第３実施形態の拡散部材の作用に関して説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
(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、後で述べる集光部材２２を取り除いた場合の斜視図と平面図である。
【００２５】
本第１実施形態においては、半導体光源１２は複数設けられているが出力の大きい半導体光源を単数としても良い。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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１３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。
【００２８】
基体１３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。
【００２９】
前記基体１３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高反射率を有するポリカーボネート樹脂による反射面形成やＡｌ等の蒸着処理による高反射膜形成を行うのが良い。
【００３０】
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、照明領域が後記する図４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、照明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。
【００３１】
前記反射枠体１４の光出射方向である上面には、透光性の集光部材２２が設置されている。
【００３２】
図３は本発明の光源モジュールの原理を説明するための図である。
【００３３】
図３（ａ）は集光部材２２の中心線に対して片側の断面を示す図である。ブレーズ２５は、前記半導体光源１２が配置された直上を含む内周部２６の高さ２６ａが、前記内周部２６に対する外周部２８の高さ２８ａより低い。図３（ｂ）に示すように外周部２８はブレーズ２５の高さが高いことにより、集光部材２２への入射光は、ブレーズ面が相対的に入射光sに対して傾斜していることになり、入射光が大きく曲げられることになる。例えば本実施形態では、内周部２６に入射する光線は半導体光源の光軸に対して入射角αが約１０°傾斜して入射する量が多い。この領域の高さを外周部の０．１５ｍｍに対して、０．１０ｍｍとすることで頂角θはおよそ６０°→７０°と緩やかになる。頂角θが６０°の場合では、出射光ｔが前記半導体光源の光軸に対して傾斜する角度βは光軸に対して７°程度となるが、頂角θが７０°では前記βは約１５°となる。出射光βは１ｍ先に設定する撮像面において中心から１０００×ｔａｎθ（ｍｍ）の位置に到達するので、頂角θが６０°では中心から１３０ｍｍ、頂角７０°では中心から２７０ｍｍの位置に到達するため、中央付近の光量を外側に分散させることが、フレネル高さを低くすることで実現できる。光線追跡によるシミュレーションでは、撮像素子に対して好適に照明領域を照明する場合の内周部２６におけるブレーズ２５の頂角は、６５°から８５°の範囲であることが判明している。
【００３４】
本発明は、ブレーズ高さを変えることで、前記頂角θを変え、配光特性を変えることにある。なお、内周部２６における前記θの下限は光線追跡シミュレーションによると、約８０°となる。
【００３５】
ブレーズ形状を最適化することでも配光特性を制御できるが、配光特性だけを考えると、光源サイズが小さくなり、アイセーフの規制が厳しくなる。ブレーズ２５の領域を二つに分けて内周部２６は配光特性が最適になる形状とし、外周部２８は光源サイズを大きくする形状とすることで、アイセーフと照度の均一性を実現でき、光線を撮影等に好適な領域内に集光する。
【００３６】
ブレーズ２５は、光出射面３４側に設けても、光入射面３２側に設けてもどちらでも良く、また両方に設けても良い。光入射面３２側にブレーズ２５を設けることで、光出射面３４側は平面に近い面とすることができ、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く好ましい。また、平面に近いと汚れ等が付着しても除去しやすいという効果がある。一方、光出射面３４側にも設けることで、光集光の機能を入射面と出射面とで分散させることができ、より大きな集光性能を持たせる場合においてブレーズ形状を別段大きくすることなく形状を作製することができるという効果があり、さらに、出射面表面に一方向へのブレーズ形状を形成することは意匠上優位になるという効果がある。
【００３７】
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。
【００３８】
図４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４（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４（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。
【００３９】
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ＪＩＳ Ｃ ６８０２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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
表−１に、最大許容露光量ＭＰＥ（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ）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。
【００４３】
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ＪＩＳ Ｃ ６８０２より、０．１ｓｅｃ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４（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。
【００４４】
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。
【００４５】
図４（ｂ）は、ＪＩＳ Ｃ ６８０２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。
【００４６】
【表１】
2011054829.tif 000003
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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４（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。
【００５１】
また、今回フラッシュ光源として発光時間を０．１ｓｅｃ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０．１ｓｅｃ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、０．２５ｓｅｃ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、集光部材２２に入射した光の一部は、本発明のブレーズ２５を用いた場合その分散効果により、あたかも１つの光源であるかのように均一に分散される。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。
【００５５】
図５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５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、分散が大きい状態で前記照明領域５０に１００ｌｍの光束を得る場合、無駄に照明領域外を照明する光束が多くなり無駄が多い。また、分散が小さすぎても、局部的に多くの光束が集まり前記照明領域５０に１００ｌｍの光束を得る場合無駄が多い。また、照度にムラが生じることとなる。よって、集光部材２２により、照明領域５０に均一に集光し、無駄に照明領域外を照明する光束を少なくする。具体的な本発明の光線追跡によるシミュレーション結果を下記に示す。
【００５６】
図６（ａ）に本第一実施形態を用いない場合のブレーズ形状の組み合わせ例を、図６（ｂ）にそのときの配向特性を示す。
【００５７】
また、図７（ａ）に本第一実施形態の発明である、外周部２８のブレーズ高さを高く、内周部２６のブレーズ高さを低くした場合のブレーズ形状の組み合わせ例を示す。図の横軸は集光部材２２の中心軸からの距離で単位はｍｍであり、縦軸はブレーズ２５の高さを示す。本実施形態の場合、ブレーズ２５は、光入射面３２側に設けられているため、図面下方向が高さとなる。図７（ｂ）にそのときの配向特性を示す。縦軸は相対照度を示す。横軸は図５の照明領域５０内の横方向の位置を示し、単位はｍｍである。
【００５８】
本実施形態の構成とすることで、内周部２６では入射する光束はあまり曲げられないため、図７（ｂ）に示すように、本発明を用いない場合の配向特性である図６（ｂ）に対して、ブロードで均一な配向特性が得られ、その結果、撮像素子として重要な均一な照度分布が得られる。  
【００５９】
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、照明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。
【００６０】
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。
【００６１】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について図８を用いて説明する。
【００６２】
下記で説明する構成以外の部分に関しては、第１実施形態と同一であり説明を省略する。
【００６３】
図８（ａ）の横軸は集光部材２２の中心軸からの距離で単位はｍｍであり、縦軸はブレーズ２５の高さを示す。本実施形態の場合、ブレーズ２５は、光入射面３２側に設けられているため、図面下方向が高さとなる。
【００６４】
第１実施形態と異なる点は、第１実施形態のブレーズ形状に対して、内周部２６のうち、これは図８（ａ）に示すように最内周部２６ｘの高さを最も高くすることで、内周部２６から出射する光線が図５に示す照明領域を均一に分散し、図８（ｂ）の配向特性に示すように、より照度の均一性を実現しやすくなる。光線を撮影等に好適な領域内に集光することができる。図８（ｂ）の縦軸は相対照度を示す。横軸は図５の照明領域５０内の横方向の位置を示し、単位はｍｍである。
【００６５】
これは、光線追跡のシミュレーションによると、先の図３（ａ）において、内周部のうちあまり集光せず照明領域内に分散させた方が望ましい光束は２６ｙに集中しており、中心軸から約１．５ｍｍの範囲に相当する最内周部２６ｘは、比較的垂直に入射する光束が多く、２６ｙに対して入射する光束を屈折させた方が照明領域内で均一に分散するためである。
【００６６】
（第３実施形態）
図９は第３実施形態の光源モジュール１０の説明用の断面図である。
【００６７】
下記で説明する構成以外の部分に関しては、第１実施形態と同一であり説明を省略する。
【００６８】
本実施形態では、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が設置されている点が第１実施形態および第２実施形態と異なる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
集光部材２２は、光入射面３２は、第１実施形態および第２実施形態のブレーズ形状とする。一方、光出射面３４側には中心軸対称のブレーズ形状を設けている。ブレーズ形状は入射面のブレーズ高さに比較して低く形成しており、面の屈折力は入射面のブレーズ形状に比較して弱く設定している。携帯電話等においては特性と同様に外観の意匠性も求められており、図に示すブレーズ形状の形成は意匠上有利に働く。一方、光入射面３２側は、光を集光する機能を有するブレーズ２５が形成されたレンズ面が設けられているが、前記ブレーズ２５は、前記光拡散部材２０との間に空間２４を形成する。以上の構成とすることで、図９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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、第１実施形態や第２実施形態に比べてより均一に拡散される。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より得られる。
【００７４】
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、照明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。
【００７５】
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。光拡散部材２０を導入しない場合、照明領域５０の中央部分の照度が高い。その外周部では照度は低下する。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、ヘーズ値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。
【００７６】
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より均一に拡散され、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。
【００７７】
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。
【符号の説明】
【００７８】
１０  光源モジュール
１２  半導体光源
１３  基体
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
２６  内周部
２８  外周部
３２  光入射面
３４  光出射面
【図１】
2011054829.tif 000004
【図２】
2011054829.tif 000005
【図３】
2011054829.tif 000006
【図４】
2011054829.tif 000007
【図５】
2011054829.tif 000008
【図６】
2011054829.tif 000009
【図７】
2011054829.tif 000010
【図８】
2011054829.tif 000011
【図９】
2011054829.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月20日(2010.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、少なくとも光入射面と光出射面どちらか一方の面が同心円状にブレーズ形状を成す透光性の集光部材とで構成されている光源モジュールであって、
前記ブレーズは、前記半導体光源が配置された直上を含む内周部の高さが、前記内周部に対する外周部の高さより低いことを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記内周部でのブレーズ形状の成す頂角が、６５°から８５°の範囲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３】
前記内周部のうち、最内周部の高さが最も高い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４】
前記反射枠体と前記集光部材の間に光拡散部材を有す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５】
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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、前記反射枠体上に光出射方向を覆う形で透光性の集光部材が配置されている。前記集光部材は、少なくとも光入射面と光出射面どちらか一方の面が同心円状にブレーズ形状を成し、前記ブレーズは、前記半導体光源が配置された直上を含む内周部の高さが、前記内周部に対する外周部の高さより低い。外周部はブレーズ高さが高い、即ち入射する光が大きく曲げられることになる。一方、内周部はブレーズ高さが低く、入射する光はあまり曲げられない。ブレーズ形状を最適化することで配光特性を制御できるが、配光特性だけを考えると光源モジュールを１つの仮想光源と考えたときの光源サイズが小さくなり、眼への安全性であるアイセーフの規制が厳しくなる。ブレーズの領域を二つに分けて内周部は配光特性が最適になる形状とし、外周部は前記仮想的な光源サイズを大きくする形状とすることで、アイセーフと照度の均一性を実現でき、光線を撮影等に好適な領域内に集光することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
本発明は、ブレーズ高さを変えることで、前記頂角θを変え、配光特性を変えることにある。
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月6日(2010.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、光入射面および光出射面を有する透光性の集光部材とで構成されている光源モジュールであって、
前記集光部材の前記光入射面にはブレーズ形状が形成されており、当該ブレーズ形状は、同心円状に形成されており、前記半導体光源が配置された直上を含む内周部における該ブレーズ形状の頂角が、前記内周部に対する外周部における該ブレーズ形状の前記頂角よりも大きく、
前記集光部材の前記光出射面にはブレーズ形状が形成されており、当該ブレーズ形状は、中心軸対称に形成されており、その頂角は、前記光入射面に形成されている前記ブレーズ形状の前記頂角よりも大きいことを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記内周部でのブレーズ形状の成す頂角が、６５°から８５°の範囲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３】
前記内周部のうち、最内周部の頂角が最も大きいことを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記反射枠体と前記集光部材との間に光拡散部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光源モジュール。
【請求項５】
前記半導体光源の個数は複数であり、
前記複数の半導体光源が、千鳥配置となっており、
前記複数の半導体光源が配置されている領域の直上に、前記内周部が位置していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源モジュール。
【請求項６】
前記反射枠体の凹部は、矩形を有しており、その角部は面取りがされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源モジュール。
【請求項７】
前記集光部材の前記光入射面に形成されている前記ブレーズ形状と、前記光拡散部材の前記光出射面との間には、空間が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光源モジュール。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項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。