TWI624622B

TWI624622B - Lighting device

Info

Publication number: TWI624622B
Application number: TW106113129A
Authority: TW
Inventors: Yoshifumi Sekiguchi; Hiroki Kaneko; Keiichi Fujimori; Kosuke Sumiyoshi; Takaaki Maruyama
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-05-21
Also published as: JP6678524B2; TW201800697A; CN107524988A; JP2017224462A

Abstract

本發明係一種照明裝置，其課題為提供：抑制局部不勻而擴散蓋板全體則均一地發光之照明裝置。

具有：加以配置為複數之環狀列的LED光源，和安裝前述LED光源的基板，和被覆前述LED光源之廣角透鏡，和被覆前述LED光源與前述廣角透鏡，具有曲面的擴散蓋板；前述廣角透鏡係具備：前述LED光源的列內，被覆加以配置於外側的列之LED光源的外廣角透鏡，和前述LED光源的列內，被覆加以配置於內側的列之LED光源的內廣角透鏡，和前述LED光源的列內，加以配置於對應於前述外廣角透鏡之LED光源的列與對應於前述內廣角透鏡之LED光源的列之間，被覆列的LED光源之中廣角透鏡；對於前述廣角透鏡的外形之寬度而言之高度的比係依前述內廣角透鏡，前述中廣角透鏡，前述外廣角透鏡的順序變小。

Description

照明裝置

本發明係有關照明裝置。

近年，作為照明裝置之光源，LED(Light Emmitting Diode、發光二極體)之使用則變多。作為安裝於天頂形式之室內照明裝置用的光源，亦取代於螢光管而加以開始使用LED。LED照明裝置係無汞者為特徵，而為關懷環境的光源。更且，作為LED照明裝置，對於來自LED之出射光賦予指向性。於專利文獻1至專利文獻4，關於對於來自LED之出射光賦予指向性之光學系統而加以揭示。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2014-154461號公報

[專利文獻2]日本特開2014-135233號公報

[專利文獻3]日本特開2011-204397號公報

[專利文獻4]日本特開2014-13744號公報

在散射自LED出射的光而擴散之擴散蓋板則呈被覆LED地加以具備之照明裝置中，在設計性的觀點，期望擴散蓋板則均一地發光。以往係將LED廣範圍地配置於擴散蓋板的下方，更且，由將來自LED的光，以對應於LED而加以配置之透鏡進行擴散者，使擴散蓋板均一地發光。但，在近年來，從LED之效率提升，作為照明裝置而必要的LED數量變少之情況，鄰接LED間的距離則變寬而將來自各個LED的光，更廣範圍地出射之透鏡則成為必要。另一方面，廣範圍地出射光的透鏡係有形成亮線等局部性發生之局部不勻於擴散蓋板上，而有損害設計性者。本發明係其目的為提供：抑制局部不勻而擴散蓋板全體則均一地發光之照明裝置。

為了解決上述課題，具有：加以配置為複數之環狀列的LED光源，和安裝前述LED光源的基板，和被覆前述LED光源之廣角透鏡，和被覆前述LED光源與前述廣角透鏡，具有曲面的擴散蓋板；前述廣角透鏡係具備：前述LED光源的列內，被覆加以配置於外側的列之LED光源的外廣角透鏡，和前述LED光源的列內，被覆加以配置於內側的列之LED光源的內廣角透鏡，和前述LED光源的列內，加以配置於對應於前述外廣角透鏡之 LED光源的列與對應於前述內廣角透鏡之LED光源的列之間，被覆列的LED光源之中廣角透鏡；對於前述廣角透鏡的外形之寬度而言之高度的比係依前述內廣角透鏡，前述中廣角透鏡，前述外廣角透鏡的順序變小。

如根據本發明，經由透鏡及其透鏡群的構成，可得到提供抑制局部性的不勻而照射光於擴散蓋板全體，設計性良好之照明裝置的效果。

1‧‧‧照明裝置

2‧‧‧基板

3‧‧‧LED光源

4‧‧‧內廣角透鏡

5‧‧‧中廣角透鏡

6‧‧‧外廣角透鏡

7‧‧‧平坦部

8‧‧‧擴散蓋板

9‧‧‧點燈電路

10‧‧‧中心蓋板

11‧‧‧框架

12‧‧‧透鏡蓋板

50‧‧‧天頂

51‧‧‧固定具

圖1係為了說明有關本發明之第1實施形態的照明裝置之構成的正面圖。

圖2係為了說明有關本發明之第1實施形態的照明裝置之構成的剖面圖。

圖3係顯示有關本發明之第1實施形態的照明裝置之透鏡的放射強度分布的圖。

圖4(a)係顯示有關本發明之第1實施形態的照明裝置之透鏡的放射強度比的圖，(b)係擴大放射強度的比為2以下的圖。

圖5(a)係(b)的點線之剖面圖，(b)係內廣角透鏡4的正面圖。

圖6(a)係(b)的點線之剖面圖，(b)係中廣角透鏡5的正面圖。

圖7(a)係(b)的點線之剖面圖，(b)係外廣角透鏡6的正面圖。

圖8(a)係顯示自將擴散蓋板近似性地作為平面情況的光源，出射為極角θ之光的圖，(b)係顯示自將擴散蓋板近似性地作為曲面情況的光源，出射為極角θ之光的圖。

<<第1實施形態>>

圖1係為了說明有關本發明之第1實施形態的照明裝置之構成的正面圖，自基板2之法線方向而視安裝LED光源3之基板2的圖。在本實施形態中，基板2係略環狀的版形狀的構件。在基板2中，作為將加以安裝有LED光源3的面，稱作安裝面者。LED光源3係加以配置為複數之環狀列，廣角透鏡(內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6)則被覆各LED光源3之構成。

LED光源3之環狀列內，將被覆加以配置於外側的列之LED光源3的廣角透鏡，作為外廣角透鏡6，而將被覆加以配置於內側的列之LED光源3的廣角透鏡，作為內廣角透鏡4，將被覆加以配置於此等(對應於外廣角透鏡6之LED光源3的列與對應於內廣角透鏡4之LED光源3的列之)之間的列之LED光源3的廣角透鏡，作為中廣角透鏡5。在本實施形態中，係為外廣角透鏡6則被覆最外列之LED光源3，而中廣角透鏡5則被覆自外側第2列(自內側第3列)之LED光源3，內廣角透鏡4則被覆最內列與依次位於內側的列(自內側第2列)之LED光源3的構成。自基板2之中心C至各廣角透鏡中心為止之距離係依內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6的順序變大。

圖2係有關第1實施形態之照明裝置的剖面圖。該剖面係在平行於加以安裝LED光源3之基板2的法線的面之剖面圖。如於圖2中以箭頭所示，將照明裝置1主要照射光的方向作為正面方向Z。照明裝置1主要照射光的方向係例如，如為設置於天頂而照明室內形式之照明裝置，天頂之法線方向，或自天頂朝向地板之方向(照明裝置1之正下方向)則為正面方向Z。將與正面方向Z略垂直之方向，作為側面方向。

照明裝置1係具有作為框體之框架11，而框架11係例如為鐵製。對於框架11之一部分的平面11A係以上螺絲等而加以安裝基板2。框架11係具有中空部，對於中空部係加以設置有驅動LED光源3的點燈電路9。在基板2之端部2E附近，框架11係折彎而傾斜，具有傾斜部11B。對於框架11係加以安裝有擴散蓋板8。在圖2所示之本實施形態中，框架11係由加以安裝有基板2之構件，和加以安裝有擴散蓋板8之構件的2構件加以構成，但並不侷限於此，而亦可以1構件或複數構件。

照明裝置1係經由固定具51而加以固定於天頂50。因有固定具51而對於照明裝置1之中心，係未設置LED光源3。對於固定具51之正面方向Z側係加以設置有中心蓋板10，而成為光呈未進入於加以配置固定具51的溝。朝向該溝而傳播過來的光係由中心蓋板10加以反射散射至正面方向Z。中心蓋板10係反射率為高之構件為佳。更且，基板2，或框架11的內側係使用白色塗裝，白色光阻劑，白色薄片等，因由白色的物質而被覆之故，中心蓋板10亦為作為白色散射反射的構件者為佳。

在本實施形態中，將對應於內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6之LED光源3，對於必要的情況而作區別，作為個稱為LED光源3A、LED光源3B、LED光源3C。此等LED光源3係為同種類或顏色的LED光源，或不同種類或顏色的LED光源亦可。作為LED光源3的例，係可舉出使用藍色發光之LED與黃色的螢光體之白色LED模組等。然而，在本實施形態中，將光源作為LED光源，但並不限定於LED光源。

內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6係以平坦部7而加以連接，形成透鏡蓋板12。在本實施形態中，透鏡蓋板12係加以一次成形。作為透鏡蓋板12之材料係將聚碳酸酯，聚苯乙烯，丙烯酸等之樹脂作為材料。

在本實施形態中，擴散蓋板8係呈被覆所有之LED光源3及透鏡蓋板12之形狀，使LED光源3所發光的光擴散反射．透過。為了說明，將擴散蓋板8，大致區分為擴散蓋板8之表面的法線則大約朝向於正面方向Z之正面部8A，和擴散蓋板8之表面的法線則大約朝向於側面方向之側面部8B。擴散蓋板8係在許多情況為樹脂，於樹脂內含有二氧化矽等之擴散材。擴散蓋板8之全光線透過率係可以擴散材之種類或濃度而加以控制。入射至擴散蓋板8的光係具有某散射角度分布而自擴散蓋板8出射至照明裝置1之外。然而，本發明係未限定擴散蓋板8之形狀，而亦可為未被覆所有LED光源3之形狀，而未賦予擴散性於擴散蓋板8之全域亦可。

接著，關於廣角透鏡而加以說明。一般而言，來自LED光源3之發光光的光度分布係將安裝面的法線方向作為最大之朗伯特(自法線之角度θ(作為稱為極角者)與光度(放射角度)I(θ)與法線方向的光度(放射強度)I(0)之關係則有以下的關係。I(θ)=I(0)cos θ)。然而，在此所示之光度[cd]係指意味在自LED光源3或透鏡充分遠離之位置所測定之光度。以下，將LED光源3之光度(或，放射強度)，表記為I(θ)。光度係對於分光放射強度乘上視感度而將波長作為變數進行積分的量，而在本發明中，因使用任何均未產生有誤解之故，作為同等之構成而進行處理。例如，兩者係因大致位於比例關係之故，角度θ則為80度之情況，有光度之峰值之情況係意味放射強度亦同樣地對於80度有峰值。對於郎伯特之情況係角度θ則對於0度之角度有著峰值。

廣角透鏡係在自LED光源3所發光的光則入射進來時，使其折射，呈成為更廣範圍(角度)地進行出射之透鏡。例如，對於將廣角透鏡的出射光之光度作成I_L(θ)(或，放射強度)之情況，對於在θ=0度之LED光源3而言之透鏡的光度(或，放射強度)的比R_I(0)=(I_L(0)/I(0))，則較乘為在某角度θ(θ>0)之光度(或，放射角度)的比R_I(θ)=(I_L(θ)/I(θ))為小之透鏡則為廣角透鏡。在本實施形態中，係至少以較45度為大的角度θ，將部分性地滿足R_I(0)<R_I(θ)之透鏡，作為廣角透鏡。

於圖3，關於本實施形態之內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6，顯示以模擬計算之放射強度方布。使用於計算的光學系統係以各廣角透鏡而被覆LED光源3之系統，而測定來自各廣角透鏡之出射光的放射強度。圖3之縱軸係顯示放射強度[W/sr]、而橫軸係顯示出射角度θ[deg]。虛線，鎖鏈線(一點鎖鏈線，二點鎖鏈線)，實線係各內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6之放射強度，而點線係LED光源3之放射強度。然而，在圖1中，將自中廣角透鏡5之正面而視的形狀，等向性地作為簡略化而描繪，但實際係為長圓，亦顯示短軸與長軸方向之放射強度(5a、5b)。任一之分布均有峰值，對應於內廣角透鏡4，中廣角透鏡5短軸5a與長軸5b，外廣角透鏡6之峰值Ip的角度θ p係61.5度、68.5度、69.5度、80.5度，而透鏡的位置則伴隨著成為外側，角度θ p亦變大。

圖4係顯示放射強度的比R_I(θ)的圖，而圖的縱軸係顯示放射強度的比R_I(θ)、橫軸係顯示出射角度θ[deg]。圖4(b)係擴大放射強度的比為2以下的圖。任一之透鏡均為廣角透鏡，而放射強度的比R_I(θ)則成為較R_I(0)為大之範圍則必定存在於45度以上，而在角度θ p之放射強度的比R_I(θ p)則必定成為較R_I(0)為大。

本實施形態之廣角透鏡的形狀與配置係擴散蓋板8則均一地發光之構成，而亦為在使用廣角透鏡的情況，於擴散蓋板上，抑制有著亮線等局部性地產生之虞之局部不勻的構成。對於此等而依序加以說明。

如圖2所示，擴散蓋板8係在中央，自LED光源3A之距離為最大，呈伴隨著朝向於照明裝置1的端部，接近於LED光源3C之剖面則為曲線形狀的構成。作為本實施形態的例，係自基板2至擴散蓋板8為止之垂直距離則在中心部的LED光源3附近約為80mm，而在端部2E約為60mm。來自廣角透鏡之出射光則形成於擴散蓋板8上之照度分布，係廣角透鏡與擴散蓋板8之距離則變越大，而成為擴散平順的分布。LED光源3C，係為LED光源3C之正上方係與擴散蓋板8之距離為小，並且照射在較LED光源3C位置為外側之擴散蓋板8的主要光源。因此，對應於LED光源3C之外廣角透鏡6係必須減少對於正上方之出射光，盡可能將多數的光出射為廣範圍之透鏡。隨之，外廣角透鏡6係與擴散蓋板8之距離為大，且必須較欲照射光之範圍為窄之內廣角透鏡4而擴散光。

中廣角透鏡5係內廣角透鏡4與外廣角透鏡6之光度分布則為大不同之情況，因於擴散蓋板8上產生有局部不勻之故，為了作為緩和光度分布之變化，而將擴散光的性能，作為內廣角透鏡4與外廣角透鏡5之間的性能，而緩衝性能變化者為佳。

另外，LED光源3係加以配置為環狀列，而比較於在環狀列內的LED光源3間的距離，因在安裝面內，因自器具中心朝向外側的動徑方向之LED光源3間的距離者為大之情況為多之故，動徑方向的光之擴散則為重要，以下，著眼於動徑方向的光之擴散，對於各廣角透鏡加以說明。

圖5係為了說明內廣角透鏡4的圖，而圖5(b)係顯示正面圖，圖5(a)係顯示圖5(b)之點線的剖面圖。在照明裝置1中，成為平行於該點線之方向則為動徑方向。

在本實施形態中，顯示外形為3×5mmLED光源的情況。對向於LED光源3A之透鏡內面4i係為橢圓面，而外側的透鏡外面4o係將來自透鏡內面4i的光，折射於特定方向的面。將內廣角透鏡4之形狀的尺寸，作為透鏡內面的高度4Hi與寬度4Wi、透鏡外面的高度4H與寬度4W，透鏡中心厚度(4H-4Hi)、透鏡端部厚度(4W-4Wi)。

圖6係為了說明中廣角透鏡5的圖，而圖6(b)係顯示正面圖，圖6(a)係顯示圖6(b)之點線的剖面圖。在照明裝置1中，成為平行於該點線之方向則為動徑方向。中廣角透鏡5係於自正面而視的情況，動徑方向為短軸，於與動徑方向垂直方向具有長軸之長圓形狀。長軸則較短軸長約1mm之構成。與內廣角透鏡同樣地，對向於LED光源3B之透鏡內面5i係為橢圓面，而外側的透鏡外面5o係將來自透鏡內面5i的光，折射於特定方向的面。將中廣角透鏡5之形狀的尺寸，作為透鏡內面的高度5Hi與寬度5Wi、透鏡外面的高度5H與寬度5W，透鏡中心厚度(5H-5Hi)、透鏡端部厚度(5W-5Wi)。

圖7係為了說明外廣角透鏡6的圖，而圖7(b)係顯示正面圖，圖7(a)係顯示圖7(b)之點線的剖面圖。在照明裝置1中，成為平行於該點線之方向則為動徑方向。與內廣角透鏡同樣地，對向於LED光源3C之透鏡內面6i係為橢圓面，而外側的透鏡外面6o係將來自透鏡內面6i的光，折射於特定方向的面。將外廣角透鏡6之形狀的尺寸，作為透鏡內面的高度6Hi與寬度6Wi、透鏡外面的高度6H與寬度6W，透鏡中心厚度(6H-6Hi)、透鏡端部厚度(6W-6Wi)。然而，如本實施形態，對於LED光源3之外形為長方形之情況，由作為呈LED光源3之短軸方向則與動徑方向略平行者，得到擴散來自動徑方向之透鏡的出射光之效果。原因為透鏡係光點則越接近點光源，越發輝本來的性能之故，而縮小動徑方向的光源大小者，則可在動徑方向容易得到擴散透鏡的光之性能之故。

將各透鏡的尺寸例，示於下述表。然而，對於中廣角透鏡5，係顯示短軸方向(動徑方向)之尺寸。對於中廣角透鏡5係著眼於動徑方向而加以說明。然而，在本實施形態中，廣角透鏡外面的中心係平的面。其理由係如以下。當將廣角透鏡外面的中心作為凹陷，亦使來自透鏡外面的中心附近的光出射成廣角時，LED光源3之中心與透鏡的中心則未一致成高精確度之情況，因應該中心位置偏移而產生有局部性的不勻。因此，對於廣角透鏡為複數之擴散蓋板12之情況，由將廣角透鏡外面的中心，作為對於該中心位置偏移最強的平坦面者，得到抑制局部性的不勻產生效果。

在任一之廣角透鏡中，透鏡內面係高度則較寬度為大，而剖面係對於基板2之法線方向成為長的橢圓面。透鏡中心附近的透鏡內面的傾斜為大者，則更可擴散光。使用圖6(a)而加以說明。在出射於某角度θ的光則到達至透鏡內面時，透鏡內面之切平面的傾斜則較透鏡內面為球面情況之切平面的傾斜為大情況，在透鏡內面，光係折射於自透鏡的中心遠離之方向。

對於透鏡內面為球面之情況，係切平面的法線係成為與光線平行，但對於本實施形態之廣角透鏡之情況，如圖示，因切平面的法線5Ni則較光線Ray5a之角度θ而傾斜於外側之故，透鏡內的光線之角度亦經由折射而成為較角度θ為大，擴散光。由將透鏡內面的高度，作為較寬度為大者，得到擴散光之效果。然而，此效果係透鏡內面則不限於橢圓面，而在曲線，折線，此等的組合等亦可加以得到。另外，對於對向於各透鏡的LED光源3之透鏡內面的寬度而言之高度的比，係外廣角較透鏡6的比則較內廣角透鏡4的比為大。此係外廣角透鏡6者則較內廣角透鏡4，大幅度地擴散光之故。

但，透鏡內面係橢圓面等之平順的曲面者為佳。作為平順度係在將透鏡內面的剖面形狀，以曲線或折線作為近似時，1階微分則為連續(將某點作為基準，自正側的微分值與自負側的微分值則為略相等)者為佳。原因為廣角透鏡係對於來自放置於中心之點光源的光而言，出射光於特定方向，但LED光源3之發光面係有3mm程度大小，而並非完全的點光源。因此，自發光面的中心偏移之位置發光的光係自特定的出射方向偏移。透鏡內面形狀(傾斜)則在某點變化成不連續時，於該不連續點的前後位置，自透鏡中心以外，入射有光之情況，來自所入射的光之透鏡的出射方向係因入射位置而與特定之出射方向係產生大的變化，通過該不連續點之前後的光線則自透鏡出射後產生交叉之故，而該出射光則有於擴散蓋板8上形成局部性的不勻情況之故。

對於透鏡外面的寬度而言之高度的比(高度/寬度)係透鏡的位置則伴隨著成為外側而變小。也就是，內，中，外廣角透鏡的順序地變小。此係在均一性的觀點，外側的透鏡係必須擴散光時，擴散光的透鏡係如後述，必須擴散透鏡的寬度，而將所有的透鏡作為寬度為寬之透鏡時，從透鏡則成為限制而必要數量的LED光源3則無法安裝於基板2的點，在均一性的觀點，即使縮小寬度，未有問題之內廣角透鏡4係亦縮小，而外廣角透鏡6係亦作為寬度為大之透鏡之故。

中廣角透鏡5係於內廣角透鏡4與外廣角透鏡6之性能差為大之情況，為了緩和其差而配置著。例如，在圖2中，自基板2的中心至端部2E為止之距離則為200mm，而自擴散蓋板之正面部8A的中心至端部為止之距離則為300mm的情況，外廣角透鏡6係因必須照射光於至擴散蓋板8的端部為止的約100mm之範圍之故，成為採取對應於光度(放射強度)的峰值Ip之角度θ p則較75度為大角度之廣角透鏡。另一方面，內廣角透鏡4係成為角度θ p則為60度程度之透鏡。此情況，當無中廣角透鏡5時，在內廣角透鏡4與外廣角透鏡6之邊界，各透鏡則形成於擴散蓋板8之照度分布為不同之故，而有產生局部性的不勻之虞。因此，為了緩和兩者形成於擴散蓋板8之照度分布的差，安裝中廣角透鏡5者為佳。此時，中廣角透鏡5之角度θ p則位於內廣角透鏡4與外廣角透鏡6之角度θ p之間者為佳，為此，對於透鏡外面的寬度而言之高度的比係伴隨著透鏡的位置則成為外側而變小，也就是，在使LED光源3點燈之狀態，呈可抑制對於擴散蓋板8產生不勻地，有著依內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6的順序變小之必要。經由此，成為呈可抑制對於擴散蓋板8產生不勻者。關於對於透鏡外面的寬度而言之高度的比與光的擴散之關係加以說明。圖5(a)及圖7(b)所示之光線Ray4及Ray6係顯示自LED之中心出射於極角θ為45度之方向，經由廣角透鏡而折射之光線。光線Ray6入射於外廣角透鏡6之外面的入射角度(法線6No與入射光線之角度)者則較光線Ray4入射於內廣角透鏡4之外面的入射角度(法線4No與入射光線之角度)為大。因此，外廣角透鏡6者則較內廣角透鏡4，自透鏡外面6出射之出射光線的極角則變大。也就是，將光出射為更寬的角度。

由增大出射為某極角θ的光，對於透鏡外面之入射角度者，可將光出射於更寬的範圍。比較於外面為球面的情況，擴散光的情況係由比較於球面為外面之情況而增大出射於某極角θ的光，對於透鏡外面的入射角度者，可較外面為球面之情況而擴散光。此係意味出射於某極角θ的光則入射至透鏡外面的位置之切平面和，與基板 2之法線垂直的面(安裝面)之角度，比較於外面為球面之情況為小者。因此，越是出射光為更廣角之透鏡，該切平面與基板2之安裝面的角度則變越小。在透鏡外面之各位置的切平面與基板2之安裝面的角度則比較於外面為球面的情況而為小之情況，係因透鏡外面之各面元件的橫方向之成分變大之故，透鏡外面則較球面之情況變長於橫方向，也就是，寬度變長。隨之，對於透鏡外面之寬度而言之高度的比(高度/寬度)則變越小，透鏡係可得到擴散光的效果。

另外，對於透鏡中心厚度而言之透鏡端部厚度的比(透鏡端部厚度/透鏡中心厚度)係伴隨著透鏡的位置變為外側而變大，也就是，依內，中，外廣角透鏡的順序變大。伴隨著擴散透鏡的光之性能變大，因透鏡的寬度變寬而引起，透鏡厚度比亦變大之故。

對於使用對應於峰值之角度θ p為10度以上不同之2個廣角透鏡的情況，由具有角度θ p放入於2個廣角透鏡之角度θ p之間的中廣角透鏡5，將對於透鏡外面的寬度而言之高度的比，作為呈伴隨著透鏡的位置成為外側而變小者，可得到將擴散蓋板8全體之照度作為均一，更且，抑制局部性的不勻之效果。

另外，由同樣地具有中廣角透鏡5，將對於透鏡中心厚度而言之透鏡端部厚度的比，作為呈伴隨著透鏡的位置成為外側而變小者，可得到將擴散蓋板8全體之照度作為均一，更且，抑制局部性的不勻之效果。

接著，關於透鏡單體則形成於擴散蓋板8上之局部性的不勻之抑制，加以詳細說明。經由LED間隔為寬之時，LED正上方則變亮而鄰接LED間則變暗的不勻係可由擴散來自透鏡的光而抑制，而關於擴散光的透鏡形狀係如上述，但著眼於與某一個LED光源3對應之透鏡的情況，有著其透鏡的出射光則對於擴散蓋板8上形成局部性的不勻情況。特別是有使明亮線狀(曲線狀)之不勻(亮線)產生之情況，而在對於光度分布具有峰值之廣角透鏡容易產生。作為抑制此等亮線的方法，係考慮於透鏡外面賦予凹凸形狀(所謂，折紋)，經由光散射而抑制之情況，但許多情況，當附上折紋時，擴散透鏡的光之性能則下降。更且，有著以折紋，朝向周邊的基板等而進行散射反射，光線則產生損失，而降低效率之課題。

如根據我們的實驗，如此之局部性的不勻係了解到自透鏡出射的光則形成於擴散蓋板8上之照度分布，則如伴隨著自LED光源3的正上方遠離進行單調減少而可抑制。理想係將LED光源3的正上方作為最大值而伴隨著遠離平順地降低者為佳。平順係指對於位置而言之照度分布的1次微分，如為略連續即可。另外，例如，照度分布則如為可以常態分布等單調減少之曲線而擬合之分布，依存於照度分布之非連續性的不勻係未產生。

隨之，透鏡則即使為廣角透鏡，由將透鏡單體則形成於擴散蓋板8上之照度分布，作為自LED光源3之正上方進行單調減少之構成，理想係將LED光源3之正上方作為最大值而連續性地使其降低之構成，或可以常態分布等平順之任意的函數而擬合之分布者，亦可得到抑制局部不勻之效果。更且，因賦予凹凸形狀於透鏡外面而未進行局部不勻抑制而完成之故，亦可得到降低損失之效果。

特別是外廣角透鏡6係在以單體而使LED光源3點燈之狀態中，擴散蓋板8上之照度則呈伴隨著自LED光源3遠離而平緩地衰減之形狀。

本實施形態之透鏡外面係均方根粗度則較LED光源3之主要的波長(例如，450nm)為小，光學性鏡面，而光則幾乎未被散射的面。

特別是外廣角透鏡6係當光度的峰值則過大時，如圖2所示，擴散蓋板8係越成為外側，呈越接近基板2之方向地彎曲之故，於出射於角度θ p方向的光所到達之擴散蓋板8之部位附近，有產生亮線。抑制亮線的放射強度分布係圖3所示之構成，外廣角透鏡6之峰值Ip係了解到較內廣角透鏡4或中廣角透鏡5之任一的峰值Ip為小者。雖上述過，但光度分布係因與放射強度分布成為大致比例關係(曲線為相似形狀)之故，外廣角透鏡6之光度分布的峰值亦成為較內廣角透鏡4或中廣角透鏡5之任一的光度分布之峰值為小。隨之，以下所述之特徵或效果亦不僅放射強度，在光度亦為成立。

外廣角透鏡6係雖為亦對於出射角度80度以上出射光之透鏡，但放射強度之出射角度依存性係比較於其他的分布，緩慢地增加，而峰值Ip係成為較配置於內側的透鏡為小之構成。由將外廣角透鏡6之放射強度分布，作為呈角度θ p則成為較其他所有的透鏡之分布為大，其峰值Ip係作為較其他透鏡之峰值Ip為小者，而得到擴散光，且抑制局部性的不勻之效果。更且，因賦予凹凸形狀於透鏡外面而未進行局部不勻抑制而完成之故，亦可得到降低損失之效果。以另外的觀點換言之，特別是在未賦予凹凸形狀於透鏡外面的鏡面之透鏡情況，在放射強度分布或光度分布中，外廣角透鏡6之角度θ p則由作為呈成為較其他所有的透鏡之分布為大，而其峰值係作為較其他透鏡之峰值為小者，而得到擴散光，且抑制局部性的不勻之效果。鏡面係指經由凹凸之散射少的面。作為經由凹凸之散射少的面之標準係可稱為均方根粗度則較LED光源3之主要的波長(例如，450nm)為小的面，更且，對於均方根粗度則不足200nm之情況，係因幾乎未產生有散射之故而可稱為鏡面，而對於不足100nm之情況係散射則顯著為小而可稱作完全的鏡面。

在此，關於擴散光的性能，再次進行說明。自圖4所示之放射強度比R_I(θ)，在角度θ p中，對於LED光源3而言，外廣角透鏡6係成為充分大之放射強度比，而在角度θ p之放射強度比係在3種的廣角透鏡之中成為最大的值。在此，作為LED光源之光度I_C(θ)、以廣角透鏡而被覆LED光源3時之光度I_CL(θ)，將其光度作成RI_C(θ)=(I_CL(θ)/I_C(θ))時，光度比RI_C(θ)係亦因與放射強度比成為大致相同之分布之故，可稱作與放射強度比相同者，對於LED光源3而言，外廣角透鏡6係成為充分大之光度比，在角度θ p之光度比係在3種的透鏡之中成為最大的值。也就是，由將外廣角透鏡6之光度分布(放射強度分布)，作為呈角度θ p與光度比(放射強度比)之峰值則成為較其他透鏡，理想係其他所有透鏡之分布為大，光度分布(放射強度分布)之峰值係作為較其他透鏡之峰值為小者，而得到擴散光，且抑制局部性的不勻之效果。更且，因賦予凹凸形狀於透鏡外面而未進行局部不勻抑制而完成之故，亦可得到降低損失之效果。也就是，在作成RI_C(θ)=(I_CL(θ)/I_C(θ))之情況，光度比之峰值則由依內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6之順序變大者而得到上述效果。更且，外廣角透鏡6之光度的峰值則由較內廣角透鏡4或中廣角透鏡5之光度的峰值為低者，更加得到效果。此時，外廣角透鏡6係大擴散光之形狀，而因為是對應於具有外側多數之LED光源3之環列狀的廣角透鏡之故，特別是由將外廣角透鏡的透鏡外面6o作為鏡面者，得到降低損失，使擴散光的性能提升之效果。

另外，將放射強度比作成RI(θ)=(I_L(θ)/I(θ))之情況，放射強度比之峰值則由依內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6之順序變大者而得到上述效果。更且，外廣角透鏡6之放射強度的峰值則由較內廣角透鏡4或中廣角透鏡5之放射強度的峰值為低者，更加得到效果。此時，外廣角透鏡6係大擴散光之形狀，而因為是對應於具有外側多數之LED光源3之環狀列的廣角透鏡之故，特別是由將外廣角透鏡的透鏡外面6o作為鏡面者，得到降低損失，使擴散光的性能提升之效果。

然而，具有如此之光度分布的透鏡則形成於擴散蓋板8之照度分布係基本上，成為自上述之LED光源之正上方進行單調減少之分布。

另外，在圖3中，對於極角為0度之放射強度而言之角度θ p之放射強度的比(角度θ p之放射強度/極角0度之放射強度)係依內廣角透鏡4，中廣角透鏡5，外廣角透鏡6之順序為2.11、4.27、2.80。中廣角透鏡的比4.27係接近於未產生有局部不勻之上限的值。隨之，對於極角為0度而言之角度θ p的放射強度比係作為成不足4.27者為佳。由將該放射強度比係作為成不足4.27者，得到抑制局部不勻之效果。雖再次敘述，但光度比與放射強度比係因大致為一致之故，由將光度比作為不足4.27者，同樣地，可得到抑制局部不勻之效果。

接著，作為廣角透鏡單體則形成於擴散蓋板8之照度分布，說明理想之曲線圖。如前述，擴散蓋板8之照度係伴隨著自LED光源之正上方遠離進行單調減少，理想係平順地照度降低者為佳。作為如此之分布，當使用常態分布時，可得到容易實現抑制局部不勻而照射光至擴散蓋板全體之效果。

使用圖8(a)而加以說明。將擴散蓋板8近似性地作為平面，將自LED光源3A至擴散蓋板8為止之距離作成tz、而將自內廣角透鏡4之中心軸Cax的距離作成ρ之情況，將擴散蓋板8上之照度分布，作為有關距離ρ之常態分布(Exp(-1/2*(ρ/σ)²、σ係表示擴散之常數)之情況，自光源出射至極角θ的光則擴散蓋板8之欲到達之距離ρ係由以下式1所賦予。

使用式1，如將透鏡內面設定為任意的形狀(在本實施形態中係橢圓面)，而透鏡外面係根本決定。將擴散蓋板8假定為平面，即使為以此方法而製作之透鏡，如擴散蓋板8之曲面的曲率為大時，局部不勻係亦未產生。隨之，假定為某平面，於此形成有單一的透鏡之照度分布則成為常態分布時，加以抑制局部不勻。形成該常態分布之透鏡係滿足式(1)的關係。然而，ρ與θ的關係係即使未必由式(1)所表示，亦決定ρ與θ之關係，經由此而決定透鏡出射光之光度分布(放射強度分布)，而如決定透鏡內面形狀時，根本決定透鏡外面。

另外，不僅平面，而對於曲面之情況亦可適用上述想法。使用圖8(b)而加以說明。自LED光源3A，光出射至極角θ方向，在平行於基板2方向，將來自內廣角透鏡4之中心軸Cax的光至光線到達位置為止之距離作為ρ，而將在基板2之法線方向的LED光源3A與光線到達位置為止之距離作為tz，將基板2之法線與來自透鏡外面4o的出射光線之角度作為δ之情況，tz與ρ係作為角度δ之函數所賦予，對應於式1之關係式係由反映曲面形狀的極角θ與角度δ之微分方程式所賦予。如設定該關係，和透鏡內面形狀時，透鏡外面形狀係根本決定。隨之，如決定照度分布時，透鏡的光度分布(距離ρ與極角θ之關係或角度δ與極角θ之關係)則決定，而如設定透鏡內面時，對應之透鏡形狀則決定。也就是，例如，設定將LED光源之正上方作為最大值而伴隨著遠離，平順地降低之照度分布之情況，如設定透鏡內面時，對應之透鏡形狀則決定者。

在圖8(a)(b)中，作為廣角透鏡單體則形成於擴散蓋板8之照度分布，將理想的曲線與實現此之透鏡的製作方法，在LED光源3A，和內廣角透鏡4，和擴散蓋板8及形成於此之照度分布的關係加以說明過，但自LED光源3B或LED光源3C，中廣角透鏡5或外廣角透鏡6，和擴散蓋板8及形成於此之照度分布的關係，亦可同樣地製作對應之透鏡形狀者。

雖上述過，但本實施形態之一部分的說明係使用自本實施形態之廣角透鏡出射的光之放射強度[W/sr]，說明過放射強度之特徵或經由此特徵之效果，但此等係在自本實施形態之廣角透鏡出射的光之光度[cd]亦同樣成立。

另外，本發明係未加以限定於LED光源，而例如，由顏色或種類不同之LED光源而加以構成某LED光源之環狀列亦可。

Claims

一種照明裝置，其特徵為具有：加以配置為複數之環狀列的LED光源，和安裝前述LED光源的基板，和被覆前述LED光源之廣角透鏡，和被覆前述LED光源與前述廣角透鏡，具有曲面的擴散蓋板；前述廣角透鏡係具備：前述LED光源的列內，被覆加以配置於外側的列之LED光源的外廣角透鏡，和前述LED光源的列內，被覆加以配置於內側的列之LED光源的內廣角透鏡，和前述LED光源的列內，加以配置於對應於前述外廣角透鏡之LED光源的列與對應於前述內廣角透鏡之LED光源的列之間，被覆列的LED光源之中廣角透鏡；對於前述廣角透鏡的外形之寬度而言之高度的比係依前述內廣角透鏡，前述中廣角透鏡，前述外廣角透鏡的順序變小；將自前述基板之法線的角度作為極角θ、作為前記LED光源之放射強度I(θ)、以前述廣角透鏡而被覆前述LED光源時之放射強度I_L(θ)，而將其放射強度比作成R_I(θ)=(I_L(θ)/I(θ))之情況，放射強度比的峰值則依前述內廣角透鏡，前述中廣角透鏡，前述外廣角透鏡的順序變大者。
如申請專利範圍第1項記載之照明裝置，其中，前述外廣角透鏡係在由單體而使前述LED光源點燈之狀態中，前述擴散蓋板上之照度則呈隨著自前述LED光源遠離而緩慢地衰減之形狀者。
如申請專利範圍第1項記載之照明裝置，其中，對於對向於前述廣角透鏡的前述LED光源之內面的寬度而言之高度的比係前述外廣角透鏡的比則較前述內廣角透鏡的比為大者。
如申請專利範圍第1項記載之照明裝置，其中，對應於前述強度比的峰值之角度則依前述內廣角透鏡，前述中廣角透鏡，前述外廣角透鏡的順序變大者。
如申請專利範圍第1項記載之照明裝置，其中，前述廣角透鏡的中心係為平坦的面者。
如申請專利範圍第1項記載之照明裝置，其中，在前述廣角透鏡中，對於中心部的厚度而言之端部之厚度的比則依前述內廣角透鏡，前述中廣角透鏡，前述外廣角透鏡的順序變大者。
如申請專利範圍第1項記載之照明裝置，其中，將自前述基板之法線的角度作為極角θ、作為前記LED光源之光度I_C(θ)、以前述廣角透鏡而被覆前述LED光源時之光度I_CL(θ)，而將其光度比作成RI_C(θ)=(I_CL(θ)/I_C(θ))之情況，光度比的峰值則依前述內廣角透鏡，前述中廣角透鏡，前述外廣角透鏡的順序變大者。
如申請專利範圍第1項或第7項記載之照明裝置，其中，前述外廣角透鏡的光度之峰值則較前述內廣角透鏡或前述中廣角透鏡的光度之峰值為低者。
如申請專利範圍第1項或第7項記載之照明裝置，其中，在前述廣角透鏡之光度分布中，將自前述基板之法線的角度作為極角θ，而將對應於光度之峰值的極角作為θ p之情況，對於極角為0度之光度而言之角度θ p之光度的比(極角θ p之光度/極角0度之光度)則較4.27為低者。
如申請專利範圍第1項記載之照明裝置，其中，將前述基板之法線的角度作為極角θ，在於前述基板，以平行，位置於前述廣角透鏡上的平面中，將在前述平面之前述廣角透鏡之中心正上方作為原點，自前述LED光源，光線出射至極角θ方向，將該光線到達至前述平面的位置與前述原點之距離作為ρ，將以最大值而規格化在前述平面之前述廣角透鏡所形成之照度分布的規格化照度分布，以接下式所表示之常態分布，使用常數σ而作成擬合之情況，[數1]高斯分布=exp(-1/2(ρ/σ) ² )具有極角θ與距離ρ則滿足以下式之關係的前述廣角透鏡者
如申請專利範圍第8項記載之照明裝置，其中，前述外廣角透鏡的透鏡外面則為鏡面者。