CN107524988A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制局部不均的漫射罩整体均匀发光的照明装置。照明装置包括配置成多个环状排的LED光源、安装所述LED光源的基板、覆盖所述LED光源的广角透镜和覆盖所述LED光源与所述广角透镜的具有曲面的漫射罩，所述广角透镜包括覆盖所述LED光源的排中的配置在外侧的排的LED光源的外广角透镜；覆盖所述LED光源的排中的配置在内侧的排的LED光源的内广角透镜；和覆盖所述LED光源的排中的配置在与所述外广角透镜对应的LED光源的排和与所述内广角透镜对应的LED光源的排之间的排的LED光源的中广角透镜，所述广角透镜的外形的高度与横向宽度的比按所述内广角透镜、所述中广角透镜、所述外广角透镜的顺序减小。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及照明装置。

背景技术

近年来，使用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)作为照明装置的光源的情况正在变多。作为安装在天花板的类型的室内照明装置用的光源，也开始使用LED代替荧光管。LED照明装置特征在于不含汞，是保护环境的光源。进而，LED照明装置有时使来自LED的出射光具有指向性。在专利文献1至专利文献4中，公开了使来自LED的出射光具有指向性的光学系统。

现有技术方向

专利文献

专利文献1：日本特开2014-154461号公报

专利文献2：日本特开2014-135233号公报

专利文献3：日本特开2011-204397号公报

专利文献4：日本特开2014-13744号公报

发明内容

发明要解决的课题

在以覆盖LED的方式具备使从LED出射的光散射扩散的漫射罩的照明装置中，在设计性的观点上优选漫射罩均匀地发光。以往，在漫射罩下广范围地配置LED，进而用与LED对应配置的透镜使来自LED的光扩散，由此使漫射罩均匀地发光。但是，近年来，因为LED的效率提高、照明装置所需的LED数量减少，所以相邻LED之间的距离增大，需要使来自各个LED的光更广范围地出射的透镜。另一方面，使光广范围地出射的透镜，可能在漫射罩上形成亮线等局部发生的局部不均，可能损害设计性。本发明目的在于提供一种抑制局部不均的漫射罩整体均匀发光的照明装置。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明是一种照明装置，其特征在于：包括配置成多个环状排的LED光源、安装所述LED光源的基板、覆盖所述LED光源的广角透镜和覆盖所述LED光源与所述广角透镜的具有曲面的漫射罩，所述广角透镜包括覆盖所述LED光源的排中的配置在外侧的排的LED光源的外广角透镜；覆盖所述LED光源的排中的配置在内侧的排的LED光源的内广角透镜；和覆盖所述LED光源的排中的配置在与所述外广角透镜对应的LED光源的排和与所述内广角透镜对应的LED光源的排之间的排的LED光源的中广角透镜，所述广角透镜的外形的高度与横向宽度的比按所述内广角透镜、所述中广角透镜、所述外广角透镜的顺序减小。

发明效果

根据本发明，通过透镜和该透镜组的结构，实现提供一种抑制局部不均地使光对漫射罩整体照射、设计性良好的照明装置的效果。

附图说明

图1是用于说明本发明的第一实施方式的照明装置的结构的正视图。

图2是用于说明本发明的第一实施方式的照明装置的结构的截面图。

图3是表示本发明的第一实施方式的照明装置的透镜的辐射强度分布的图。

图4(a)是表示本发明的第一实施方式的照明装置的透镜的辐射强度比的图，(b)是将辐射强度比为2以下放大的图。

图5(a)是(b)的点线的截面图，(b)是内广角透镜4的正视图。

图6(a)是(b)的点线的截面图，(b)是中广角透镜5的正视图。

图7(a)是(b)的点线的截面图，(b)是外广角透镜6的正视图。

图8(a)是表示使漫射罩近似为平面的情况下的从光源对极角θ出射的光的图，(b)是表示使漫射罩近似为曲面的情况下的从光源对极角θ出射的光的图。

具体实施方式

《第一实施方式》

图1是用于说明本发明的第一实施方式的照明装置的结构的正视图，是对安装LED光源3的基板2从基板2的法线方向观察的图。本实施方式中，基板2是大致环状的板形状的部件。在基板2中，将安装了LED光源3的面称为安装面。是LED光源3配置为多个环状排，广角透镜(内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6)覆盖各LED光源3的结构。

LED光源3的环状排中，将覆盖配置在外侧的排的LED光源3的广角透镜作为外广角透镜6，将覆盖配置在内侧的排的LED光源3的广角透镜作为内广角透镜4，将覆盖配置在它们(与外广角透镜6对应的LED光源3的排和与内广角透镜4对应的LED光源3的排)之间的排的LED光源3的广角透镜作为中广角透镜5。本实施方式中，是外广角透镜6覆盖最外排的LED光源3，中广角透镜5覆盖从外侧起第2排(从内侧起第3排)的LED光源3，内广角透镜4覆盖最内排和它的下一个位于内侧的排(从内侧起第2排)的LED光源3的结构。从基板2的中心C到各广角透镜中心的距离，按内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6的顺序增大。

图2是第一实施方式的照明装置的截面图。该截面是与安装LED光源3的基板2的法线平行的面上的截面图。如图2中用箭头所示，将照明装置1主要照射光的方向作为正面方向Z。照明装置1主要照射光的方向，例如如果是在天花板上设置的照明室内的类型的照明装置，则天花板的法线方向、或从天花板向地板的方向(照明装置1的正下方向)是正面方向Z。将与正面方向Z大致垂直的方向作为侧面方向。

照明装置1具有作为框体的框架11，框架11例如是铁制的。在框架11的一部分平面11A上用螺栓固定等安装了基板2。框架11具有中空部，在中空部中设置了驱动LED光源3的点亮电路9。框架11在基板2的端部2E附近弯折倾斜，具有倾斜部11B。在框架11上安装漫射罩8。图2所示的本实施方式中，框架11由安装基板2的部件和安装漫射罩8的部件这2个部件构成，但不限于此，可以是1个部件或多个部件。

照明装置1用固定件51固定在天花板50上。因为存在固定件51，所以在照明装置1的中心不能设置LED光源3。在固定件51的正面方向Z一侧设置了中心罩10，使光不会进入配置固定件51的槽。对于向该槽传播来的光，用中心罩10使其向正面方向Z反射散射。中心罩10优选反射率高的部件。进而，基板2和框架11的内侧使用白色涂装、白色抗蚀层、白色膜等用白色物质覆盖，所以中心罩10也优选白色散射反射的部件。

本实施方式中，对于与内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6对应的LED光源3，在必要的情况下进行区分，分别称为LED光源3A、LED光源3B、LED光源3C。这些LED光源3可以是相同种类和颜色的LED光源，也可以是不同种类和颜色的LED光源。作为LED光源3的例子，可以列举使用发蓝色光的LED和黄色的荧光体的白色LED模块等。其中，本实施方式中设光源为LED光源，但不限定于LED光源。

内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6用平坦部7连接，形成透镜罩12。本实施方式中，使透镜罩12一次成型。作为透镜罩12的材料，用聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯酸等树脂作为材料。

本实施方式中，漫射罩8是覆盖所有LED光源3和透镜罩12的形状，使LED光源3发出的光扩散反射、透过。为了说明，将漫射罩8大致分为漫射罩8的表面的法线大致朝向正面方向Z的正面部8A、和漫射罩8的表面的法线大致朝向侧面方向的侧面部8B。漫射罩8大多情况下是树脂，在树脂内含有二氧化硅等扩散材料。漫射罩8的总光线透过率能够用扩散材料的种类和浓度控制。对漫射罩8入射的光具有一定散射角分布地从漫射罩8向照明装置1外出射。其中，本发明不限定漫射罩8的形状，也可以是不覆盖所有LED光源3的形状，也可以不使漫射罩8全部区域具有扩散性。

接着说明广角透镜。一般而言，从LED光源3发出的光的光度分布，是以安装面的法线方向为最大的朗伯分布(与法线的角度θ(称为极角)和光度(辐射强度)I(θ)和法线方向的光度(辐射强度)I(0)的关系为以下关系：I(θ)＝I(0)cosθ)。其中，此处所示的光度[cd]表示在充分远离LED光源3和透镜的位置测定的光度(发光强度)。以下将LED光源3的光度(或辐射强度)记作I(θ)。光度是对分光辐射强度乘以视感度并以波长为变量积分得到的量，本发明中，无论使用哪一方都不会产生误解，所以视为等同的。例如，两者大致成比例关系，所以在角度θ是80度的情况下存在光度的峰值的情况，表示辐射强度也同样在80度存在峰值。朗伯分布的情况下，在角度θ是0度的角度存在峰值。

广角透镜是在从LED光源3发出的光入射时使其折射并以更广范围(角度)出射的透镜。例如，设从广角透镜出射的光的光度为I_L(θ)(或者辐射强度)的情况下，θ＝0度时的透镜与LED光源3的光度(或者辐射强度)的比R_I(0)＝(I_L(0)/I(0))小于某个角度θ(θ>0)时的光度(或者辐射强度)的比R_I(θ)＝(I_L(θ)/I(θ))的透镜是广角透镜。本实施方式中，将至少在大于45度的角度θ时部分满足R_I(0)<R_I(θ)的透镜作为广角透镜。

在图3中，示出对于本实施方式的内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6用模拟计算得到的辐射强度分布。计算中使用的光学系统是用各广角透镜覆盖LED光源3的系统，测定从各广角透镜出射的光的辐射强度。图3的纵轴表示辐射强度[W/sr]，横轴表示出射角度θ[deg]。虚线、划线(点划线、两点划线)、实线分别是内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6的辐射强度，点线是LED光源3的辐射强度。其中，在图1中，将中广角透镜5的从正面观察的形状简化画作各向同性的，但实际上是长圆，示出短轴和长轴方向的辐射强度(5a、5b)。这些分布都具有峰值，与内广角透镜4、中广角透镜短轴5a和长轴5b、外广角透镜6的峰值Ip对应的角度θp，是61.5度、68.5度、69.5度、80.5度，随着透镜位置成为外侧，角度θp也增大。

图4是表示辐射强度比R_I(θ)的图，图的纵轴表示辐射强度比R_I(θ)，横轴表示出射角度θ[deg]。图4(b)是将辐射强度比为2以下放大的图。这些透镜都是广角透镜，在45度以上必然存在辐射强度比R_I(θ)大于R_I(0)的区间，角度θp时的辐射强度比R_I(θp)也必然大于R_I(0)。

本实施方式的广角透镜的形状和配置，是漫射罩8均匀发光的结构，也是在使用广角透镜的情况下在漫射罩上抑制亮线等可能局部发生的局部不均的结构。对其顺次说明。

如图2所示，漫射罩8是在中央与LED光源3A的距离最大、随着向照明装置1的端部去而靠近LED光源3C的、截面是曲线形状的结构。作为本实施方式的例子，从基板2到漫射罩8的垂直距离在中心部的LED光源3附近是80mm，在端部3E是约60mm。广角透镜与漫射罩8的距离越大，则从广角透镜出射的光在漫射罩8上形成的照度分布是越广且平滑的分布。LED光源3C在LED光源3C的正上方与漫射罩8的距离小，并且是照射位于LED光源3C外侧的漫射罩8的主要光源。因此，与LED光源3C对应的外广角透镜6需要是减少向正上方出射的光、使尽可能多的光广范围地出射的透镜。从而，外广角透镜6需要比与漫射罩8的距离较大、并且要照射光的区域较窄的内广角透镜4更加能够使光扩散。

关于中广角透镜5，在内广角透镜4和外广角透镜6的光度分布较大地不同的情况下，可能在漫射罩8上发生局部不均，所以为了使光度分布的变化变得平缓，优选其使光扩散的性能是在内广角透镜4与外广角透镜5之间的性能，对性能变化进行缓冲。

另外，LED光源3配置为环状排，与环状排内的LED光源3之间的距离相比，安装面内从器具中心向外侧的矢径方向的LED光源3之间的距离通常更大，所以矢径方向的光扩散是重要的，以下着眼于矢径方向的光扩散对各广角透镜进行说明。

图5是用于说明内广角透镜4的图，图5(b)表示正视图，图5(a)表示图5(b)的点线的截面图。照明装置1中，与该点线平行的方式是矢径方向。

本实施方式中示出外形是3×5mm的LED光源的情况。与LED光源3A相对的透镜内表面4i是椭圆面，外侧的透镜外表面4o是使来自透镜内表面4i的光向规定方向折射的面。设内广角透镜4的形状尺寸为透镜内表面的高度4Hi和宽度4Wi、透镜外表面的高度4H和宽度4W、透镜中心厚度(4H-4Hi)、透镜端部厚度(4W-4Wi)。

图6是用于说明中广角透镜5的图，图6(b)表示正视图，图6(a)表示图6(b)的点线的截面图。照明装置1中，与该点线平行的方向是矢径方向。中广角透镜5在从正面观察的情况下，是矢径方向为短轴、在与矢径方向垂直的方向上具有长轴的长圆形状。是长轴比短轴长约1mm的结构。与内广角透镜同样，与LED光源3B相对的透镜内表面5i是椭圆面，外侧的透镜外表面5o是使来自透镜内表面5i的光向规定方向折射的面。设中广角透镜5的形状尺寸为透镜内表面的高度5Hi和宽度5Wi、透镜外表面的高度5H和宽度5W、透镜中心厚度(5H-5Hi)、透镜端部厚度(5W-5Wi)。

图7是用于说明外广角透镜6的图，图7(b)表示正视图，图7(a)表示图7(b)的点线的截面图。照明装置1中，与该点线平行的方向是矢径方向。与内广角透镜同样，与LED光源3C相对的透镜内表面6i是椭圆面，外侧的透镜外表面6o是使来自透镜内表面6i的光向规定方向折射的面。设外广角透镜6的形状尺寸为透镜内表面的高度6Hi和宽度6Wi、透镜外表面的高度6H和宽度6W、透镜中心厚度(6H-6Hi)、透镜端部厚度(6W-6Wi)。其中，如本实施方式所述，LED光源3的外形是长方形的情况下，通过使LED光源3的短轴方向与矢径方向大致平行，而实现使矢径方向的从透镜出射的光扩散的效果。这是因为光源越接近点光源，透镜越可以发挥本来的性能，减小矢径方向的光源大小，更易于得到在矢径方向上使透镜的光扩散的性能。

在下表中示出各透镜的尺寸例。其中，对于中广角透镜5，示出了短轴方向(矢径方向)的尺寸。对于中广角透镜5着眼于矢径方向进行说明。另外，本实施方式中，广角透镜外表面的中心是平坦的面。其理由如下所述。如果使广角透镜外表面的中心凹陷，要使来自透镜外表面中心附近的光也广角地出射，则LED光源3的中心与透镜的中心并非高精度地一致的情况下，与该中心位置偏差相应地发生局部不均。因此，在存在多个广角透镜的透镜罩12的情况下，通过使广角透镜外表面的中心成为最不受该中心位置偏差影响的平坦面，而实现抑制局部不均发生的效果。

这些广角透镜中，透镜内表面都是高度大于宽度、截面是在基板2的法线方向上较长的椭圆面。透镜中心附近的透镜内表面的倾斜较大则更能够使光扩散。用图6(a)进行说明。对某一角度θ出射的光到达透镜内表面时，透镜内表面的切平面的倾斜比透镜内表面是球面的情况下的切平面的倾斜更大的情况下，光在透镜内表面上向远离透镜中心的方向折射。

透镜内表面是球面的情况下切平面的法线与光线平行，但本实施方式的广角透镜的情况下如图所示切平面的法线5Ni与光线Ray5a的角度θ相比更向外侧倾斜，所以透镜内的光线的角度也因折射而大于角度θ，光扩散。通过使透镜内表面的高度大于宽度而实现使光扩散的效果。其中，该效果不限于透镜内表面是椭圆面，通过曲线、折线、其组合等也可以得到。另外，关于各透镜的与LED光源3相对的透镜内表面的高度与横向宽度的比，外广角透镜6的比大于内广角透镜4的比。这是因为外广角透镜6与内广角透镜4相比使光更大幅度地扩散。

但是，透镜内表面优选是椭圆面等平滑的曲面。对于平滑性，优选对透镜内表面的截面形状用曲线或折线进行近似时，一阶微分连续(以某一点为基准，正侧的微分值与负侧的微分值大致相等)。这是因为广角透镜对于来自设置在中心的点光源的光向规定方向出射光，但LED光源3的发光面具有3mm程度的大小，不完全是点光源。因此，从离开发光面中心的位置发出的光偏离规定的出射方向。透镜内表面形状(倾斜)在某一点不连续地变化时，光从透镜中心以外对该不连续点前后的位置入射的情况下，入射的光从透镜出射的方向与入射位置相应地与规定的出射方向相比较大地变化，通过该不连续点前后的光线从透镜出射后可能交叉，所以该出射光可能在漫射罩8上形成局部不均。

透镜外表面的高度与宽度的比(高度/宽度)随着透镜位置成为外侧而减小。即，按内、中、外广角透镜的顺序减小。这是因为在均匀性的观点上，外侧的透镜需要使光扩散，且使光扩散的透镜如后所述需要扩大透镜的宽度，使所有透镜都成为宽度大的透镜时，透镜成为制约而不能够在基板2上安装必要数量的LED光源3，因为这一点而使在均匀性的观点上即使减小宽度也没有问题的内广角透镜4缩小，使外广角透镜6成为宽度大的透镜。

中广角透镜5是在内广角透镜4与外广角透镜6的性能差异大的情况下，为了缓和该差异而配置的。例如，图2中，基板2的中心到端部2E的距离是200mm，漫射罩的正面部8A的中心到端部的距离是300mm的情况下，外广角透镜6需要使光对直到漫射罩8的端部的约100mm的范围照射，所以是与光度(辐射强度)的峰值Ip对应的角度θp取大于75的角度的广角透镜。另一方面，内广角透镜4是角度θp为60度程度的透镜。该情况下，不存在中广角透镜5时，在内广角透镜4与外广角透镜6的边界，因为各透镜在漫射罩8上形成的照度分布不同，而可能发生局部的不均。因此，为了缓和两者在漫射罩8上形成的照度分布的差异，而应当安装中广角透镜5。此时，中广角透镜5的角度θp应当处于内广角透镜4和外广角透镜6的角度θp之间。为此，透镜外表面的高度与横向宽度的比，随着透镜位置成为外侧而减小，即，在使LED光源3点亮的状态下，为了能够抑制漫射罩8上产生不均，需要按内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6的顺序减小。由此，能够抑制漫射罩8上产生不均。对于透镜外表面的高度与宽度的比与光的扩散的关系进行说明。图5(a)和图7(b)所示的光线Ray4和Ray6，表示了从LED的中心向极角θ为45度的方向出射、因广角透镜而折射的光线。与光线Ray4对内广角透镜4的外表面入射的入射角度(法线4No与入射光线的角度)相比，光线Ray6对外广角透镜6的外表面入射的入射角度(法线6No与入射光线的角度)更大。因此，外广角透镜6与内广角透镜4相比，从透镜外表面6出射的出射光线的极角更大。即，使光对更广的角度出射。

通过增大对某一极角θ出射的光向透镜外表面的入射角度，能够使光对更广的范围出射。使光比外表面是球面的情况更加扩散的情况下，通过使对某一极角θ出射的光向透镜外表面的入射角度比球面是外表面的情况更大，能够使光比外表面是球面的情况更加扩散。这表示对某一极角θ出射的光对透镜外表面入射的位置的切平面与垂直于基板2的法线的面(安装面)的角度比外表面是球面的情况更小。因此，使光更广角地出射的透镜，该切平面与基板2的安装面的角度更小。透镜外表面的各位置上的切平面与基板2的安装面的角度比外表面是球面的情况更小，即透镜外表面的各面元的横方向的成分较大，所以与透镜外表面是球面的情况相比横方向更长，即宽度较长。从而，透镜外表面的高度与宽度的比(高度/宽度)越小，透镜越可以实现使光扩散的效果。

另外，透镜端部厚度与透镜中心厚度的比(透镜端部厚度/透镜中心厚度)，随着透镜的位置成为外侧而增大，即，按内、中、外广角透镜的顺序增大。这是因为随着透镜的使光扩散的性能增大，透镜的宽度变宽，因此透镜厚度比也增大。

使用与峰值对应的角度θp相差10度以上的2个广角透镜的情况下，通过具有角度θp处于2个广角透镜的角度θp之间的中广角透镜5、使透镜外表面的高度与宽度的比随着透镜位置成为外侧而减小，可以实现使漫射罩8的整体照度均匀、进而抑制局部不均的效果。

另外，同样通过具有中广角透镜5、使透镜端部厚度与透镜中心厚度的比随着透镜位置成为外侧而增大，可以实现使漫射罩8的整体照度均匀、进而抑制局部不均的效果。

接着，对于抑制透镜单体在漫射罩8上形成的局部不均进行详细说明。因为LED间隔较大，所以LED正上方变亮、相邻LED之间变暗这样的不均，能够通过使来自透镜的光扩散而抑制，使光扩散的透镜形状如上所述，但着眼于与某一个LED光源3对应的透镜的情况下，存在该透镜的出射光在漫射罩8上形成局部不均的情况。特别是，可能产生明亮的线状(曲线状)的不均(亮线)，在光度分布具有峰值的广角透镜中易于产生。作为抑制这些亮线的方法，可以考虑使透镜外表面具有凹凸形状(所谓褶皱)而通过光散射进行抑制，但大多情况下，具有褶皱时透镜的使光扩散的性能降低。进而，存在光线因褶皱向周边的基板等散射反射而损失、效率降低的课题。

根据我们的实验，得知对于这样的局部不均，只要从透镜出射的光在漫射罩8上形成的照度分布随着远离LED光源3正上方地单调减少就能够抑制。优选以LED光源3正上方为最大值且随着远离平滑地减少。平滑地指的是相对于位置的照度分布的一次微分大致连续即可。另外，例如，如果照度分布是高斯分布等能够用单调减少的曲线拟合的分布，则不会发生依赖于照度分布的不连续性的不均。

从而，即使透镜是广角透镜，也通过采用使透镜单体在漫射罩8上形成的照度分布从LED光源3正上方起单调减少的结构、优选为以LED光源3正上方为最大值且连续减少的结构、或者高斯分布等能够用平滑的任意函数拟合的分布，而实现抑制局部不均的效果。进而，无需使透镜外表面具有凹凸形状而抑制局部不均，所以也实现减少损失的效果。

特别是，外广角透镜6是在单独点亮LED光源3的状态下，随着远离LED光源3，漫射罩8上的照度平缓地衰减的形状。

本实施方式的透镜外表面的方均根粗糙度小于LED光源3的主波长(例如450nm)，在光学上是镜面，是光几乎不散射的面。

特别是，外广角透镜6在光度的峰值过大时，如图2所示漫射罩8以越向外侧越接近基板2的方向的方式弯曲，所以可能在对角度θp方向出射的光到达的漫射罩8的部位附近产生亮线。抑制亮线的辐射强度分布是图3所示的结构，可知外广角透镜6的峰值Ip比内广角透镜4和中广角透镜5中任意一方的峰值Ip都更小。如上所述，光度分布与辐射强度分布大致成比例关系(曲线为相似形状)，所以外广角透镜6的光度分布的峰值也比内广角透镜4和中广角透镜5的任意一方的光度分布的峰值都更小。从而，以下叙述的特征和效果不仅对于辐射强度，对于光度也成立。

外广角透镜6是光也对出射角度80度以上出射的透镜，同时也是辐射强度的出射角度依赖性与其他分布相比平滑地增加、峰值Ip比配置在内侧的透镜更小的结构。对于外广角透镜6的辐射强度分布，使角度θp比其他所有透镜的分布更大，使其峰值Ip比其他透镜的峰值Ip更小，由此实现使光扩散、并且抑制局部不均的效果。进而，无需使透镜外表面具有凹凸形状而抑制局部不均，所以也实现减少损失的效果。在其他观点上换言之，特别是，不使透镜外表面具有凹凸形状的镜面透镜的情况下，在辐射强度分布或光度分布上，使外广角透镜6的角度θp比其他所有透镜的分布更大，使其峰值比其他透镜的峰值更小，由此实现使光扩散、并且抑制局部不均的效果。镜面是凹凸引起的散射较少的面。作为凹凸引起的散射较少的面的大致标准，可以认为是方均根粗糙度小于LED光源3的主波长(例如450nm)的面，进而，方均根粗糙度不足200nm的情况下几乎不发生散射所以可以称为镜面，不足100nm的情况下散射显著地小，可以称为完全镜面。

此处，对使光扩散的性能再次进行说明。根据图4所示的辐射强度比R_I(θ)，在角度θp时，相对于LED光源3，外广角透镜6成为充分大的辐射强度比，角度θp时的辐射强度比在3种广角透镜中是最大的值。此处，设LED光源的光度为I_C(θ)、用广角透镜覆盖LED光源3时的光度为I_CL(θ)，其光度比为RI_C(θ)＝(I_CL(θ)/I_C(θ))时，因为光度比RI_C(θ)与辐射强度比是大致相同的分布，所以情况与辐射强度比相同，相对于LED光源3，外广角透镜6成为充分大的光度比，角度θp时的光度比在3种透镜中是最大的值。即，对于外广角透镜6的光度分布(辐射强度分布)，使其角度θp和光度比(辐射强度比)的峰值比其他透镜的、优选为其他所有透镜的分布更大，使光度分布(辐射强度分布)的峰值比其他透镜的峰值更小，由此实现使光扩散、并且抑制局部不均的效果。进而，无需使透镜外表面具有凹凸形状而抑制局部不均，所以也实现减少损失的效果。即，设RI_C(θ)＝(I_CL(θ)/I_C(θ))的情况下，光度比的峰值按内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6的顺序增大，由此实现上述效果。进而，外广角透镜6的光度的峰值比内广角透镜4或中广角透镜5的光度的峰值更低，由此实现更佳的效果。此时，外广角透镜6是使光较大扩散的形状，是与具有外侧的大多LED光源3的环状排对应的广角透镜，所以特别使外广角透镜的透镜外表面6o成为镜面，由此实现减少损失、提高使光扩散的性能的效果。

另外，设辐射强度比为RI(θ)＝(I_L(θ)/I(θ))的情况下，辐射强度比的峰值按内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6的顺序增大，由此实现上述效果。进而，外广角透镜6的辐射强度的峰值比内广角透镜4或中广角透镜5的辐射强度的峰值更低，由此实现更佳的效果。此时，外广角透镜6是使光较大扩散的形状，是与具有外侧的大多LED光源3的环状排对应的广角透镜，所以特别使外广角透镜的透镜外表面6o成为镜面，由此实现减少损失、提高使光扩散的性能的效果。

另外，具有这样的光度分布的透镜在漫射罩8上形成的照度分布，基本上是上述从LED光源正上方起单调减少的分布。

另外，图3中，角度θp的辐射强度与极角为0度的辐射强度的比(角度θp的辐射强度/极角0度的辐射强度)，按内广角透镜4、中广角透镜5、外广角透镜6的顺序，是2.11、4.27、2.80。中广角透镜的比4.27是接近不发生局部不均的上限的值。从而，角度θp与极角为0度的辐射强度的比优选为不足4.27。通过使该辐射强度比为不足4.27，而实现抑制局部不均的效果。再次说明光度比与辐射强度大致一致，所以通过使光度比为不足4.27，而同样起到抑制局部不均的效果。

接着，说明优选作为广角透镜单体在漫射罩8上形成的照度分布的曲线。如上所述，漫射罩8的照度随着远离LED光源正上方而单调减少，优选照度平滑地降低。使用高斯分布作为这样的分布时，可以实现能够容易地实现抑制局部不均地对漫射罩整体照射光的效果。

用图8(a)进行说明。设漫射罩8近似为平面，设从LED光源3A到漫射罩8的距离为tz、从内广角透镜4的中心轴Cax起的距离为ρ的情况下，使漫射罩8上的照度分布成为关于距离ρ的高斯分布(Exp(-1/2*(ρ/σ)²，σ是表示扩散程度的常数)的情况下，从光源对极角θ出射的光到达漫射罩8的距离ρ可以用下式1求出。

使用式1，如果将透镜内表面设定为任意形状(本实施方式中为椭圆面)，则透镜外表面唯一地确定。将漫射罩8假设为平面，即使是用该方法制作的透镜，只要漫射罩8的曲面的曲率较大，也不会发生局部不均。从而，假设某一平面，单一透镜在此处形成的照度分布是高斯分布时，局部不均被抑制。形成该高斯分布的透镜满足式(1)的关系。其中，ρ与θ的关系不一定用式(1)表达，只要决定ρ与θ的关系，根据它决定透镜出射光的光度分布(辐射强度分布)，决定透镜内表面形状，则透镜外表面唯一地确定。

另外，不仅平面，在曲面的情况下也能够应用上述原理。用图8(b)进行说明。光从LED光源3A对极角θ方向出射，设与基板2平行方向上的从内广角透镜4的中心轴Cax到光线到达位置的距离为ρ，设基板2的法线方向上的LED光源3A与光线到达位置的距离为tz，设基板2的法线与从透镜外表面4o出射的光线的角度为δ的情况下，tz和ρ可以用角度δ的函数求出，与式1对应的关系式可以用反映曲面形状的极角θ和角度δ的微分方程求出。如果设定了该关系和透镜内表面形状，则透镜外表面形状唯一地确定。从而，只要决定照度分布，决定透镜的光度分布(距离ρ与极角θ的关系和角度δ与极角θ的关系)，设定透镜内表面，则对应的透镜形状是确定的。即，例如设定了以LED光源正上方为最大值且随着远离而平滑减少的照度分布的情况下，只要设定透镜内表面则对应的透镜形状确定。

图8(a)(b)中，对于作为广角透镜单体在漫射罩8上形成的照度分布优选的曲线和实现它的透镜的制作方法，用LED光源3A、内广角透镜4、漫射罩8和其上形成的照度分布的关系进行了说明，但根据LED光源3B和LED光源3C、中广角透镜5和外广角透镜6、漫射罩8和其上形成的照度分布的关系，也能够同样地制作对应的透镜形状。

如上所述，本实施方式的部分说明使用从本实施方式的广角透镜出射的光的辐射强度[W/sr]说明了辐射强度的特征和该特征的效果，但它们对于从本实施方式的广角透镜出射的光的光度[cd]也同样成立。

另外，本发明不限定于LED光源，例如，某个LED光源的环状排也可以由颜色和种类不同的LED光源构成。

符号说明

1……照明装置

2……基板

3……LED光源

4……内广角透镜

5……中广角透镜

6……外广角透镜

7……平坦部

8……漫射罩

9……点亮电路

10……中心罩

11……框架

12……透镜罩

50……天花板

51……固定件。

Claims (10)

1.一种照明装置，其特征在于：

包括配置成多个环状排的LED光源、安装所述LED光源的基板、覆盖所述LED光源的广角透镜和覆盖所述LED光源与所述广角透镜的具有曲面的漫射罩，

所述广角透镜包括：

覆盖所述LED光源的排中的配置在外侧的排的LED光源的外广角透镜；

覆盖所述LED光源的排中的配置在内侧的排的LED光源的内广角透镜；和

中广角透镜，其覆盖所述LED光源的排中的配置在与所述外广角透镜对应的LED光源的排和与所述内广角透镜对应的LED光源的排之间的排的LED光源，

所述广角透镜的外形的高度与横向宽度的比按所述内广角透镜、所述中广角透镜、所述外广角透镜的顺序减小。

2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

所述外广角透镜形状为，使得在单独点亮所述LED光源的状态下，随着远离所述LED光源，所述漫射罩上的照度平缓地衰减。

3.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

所述外广角透镜的与所述LED光源相对的内表面的高度与横向宽度的比，大于所述内广角透镜的与所述LED光源相对的内表面的高度与横向宽度的比。

4.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

设自所述基板的法线起的角度为极角θ、所述LED光源的辐射强度为I(θ)、用所述广角透镜覆盖着所述LED光源时的辐射强度为I_L(θ)，设其辐射强度比为RI(θ)＝(I_L(θ)/I(θ))时，辐射强度比的峰值按所述内广角透镜、所述中广角透镜、所述外广角透镜的顺序增大，

与所述辐射强度比的峰值对应的角度按所述内广角透镜、所述中广角透镜、所述外广角透镜的顺序增大。

5.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

所述广角透镜的中心是平坦的面。

6.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

所述广角透镜中，端部的厚度与中心部的厚度的比按所述内广角透镜、所述中广角透镜、所述外广角透镜的顺序增大。

7.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

设自所述基板的法线起的角度为极角θ、所述LED光源的光度为I_C(θ)、用所述广角透镜覆盖着所述LED光源时的光度为I_CL(θ)，设其光度比为RI_C(θ)＝(I_CL(θ)/I_C(θ))时，光度比的峰值按所述内广角透镜、所述中广角透镜、所述外广角透镜的顺序增大。

8.如权利要求1、4、7中任一项所述的照明装置，其特征在于：

所述外广角透镜的光度的峰值比所述内广角透镜或所述中广角透镜的光度的峰值低，

所述外广角透镜的透镜外表面是镜面。

9.如权利要求1、4、7中任一项所述的照明装置，其特征在于：

在所述广角透镜的光度分布中，设自所述基板的法线起的角度为极角θ、与光度的峰值对应的极角为θp时，

角度θp的光度与极角为0度的光度的比即极角θp的光度/极角0度的光度低于4.27。

10.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：

具有如下所述的所述广角透镜：

设自所述基板的法线起的角度为极角θ，

在与所述基板平行的、位于所述广角透镜上方的平面中，

以所述平面中的所述广角透镜的中心正上方为原点，

光线从所述LED光源出射至极角θ方向，

设该光线到达所述平面的位置与所述原点的距离为ρ，

对所述平面上的所述广角透镜所形成的照度分布用最大值进行归一化而得到以exp(-1/2(ρ/σ)²)表示的高斯分布的归一化照度分布，用常数σ进行拟合的情况下，极角θ与距离ρ满足下式的关系：

<mrow> <mi>&amp;rho;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>&amp;sigma;</mi> <msqrt> <mrow> <mn>2</mn> <mi>L</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>/</mo> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mn>2</mn> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </msqrt> <mo>.</mo> </mrow>