混色照明装置

【課題】複数方向に設けた光源光を高効率に混合し、放射角を制御して演色性の優れた照明装置を実現する。
【解決手段】水平面を基準面として、入射光と基準面のなす仰角をα、全反射面の傾斜角をβ、全反射面の高さをｈ、全反射面の基準面方向の幅をｄとする。混色数をｃとして三角柱頂稜付近を通過した光が隣接する三角柱傾斜面と基準面の境界に入射する状態を入射光で示している。全反射面による反射光が基準面の鉛直上方に反射するとき、入射光と基準面のなす仰角α、全反射面の傾斜角βとすると、
α＝ｔａｎ⁻¹（ｈ／（ｄ（ｃ−１）））
β＝ｔａｎ⁻¹（ｈ／ｄ）
α＋２β＝９０°
を満たす全反射面高さｈ、基準面方向幅ｄで三角柱溝を形成する。この構造のとき、基準面の仰角αの対称方向からの入射光を前記全反射面三角柱に照射して双方とも鉛直方向に全反射して同一方向に出射する

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導光板の底面に三角柱状の溝からなる全反射面を分散配置して構成し、複数方向からの入射光を混色する照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは小型で高効率などの特徴から液晶表示装置のバックライト、ＬＥＤ電球などの一般照明に使用されている。３原色光の混色として液晶プロジェクターなどに採用されているクロスダイクロイックプリズムは高価なため一般的でないので同一パッケージ内などで混色するか、青色発光ダイオードの青色光を蛍光体に照射して補色による蛍光白色発光ダイオードが用いられている。
【０００３】
白色発光ダイオードを用いてカラーフィルタで３色に分解するのはカラーフィルタで吸収されて効率が低下するのでカラーフィルタを使用せずに３原色発光素子を用いて加法混色する方法が多数提案されている。
導光板に４５°の溝を画素数設け、側面から入射した光を溝の界面で液晶パネル方向に全反射する導光板を３層重ね、楔形の導光板の厚い部分を交互に配置する提案がある（特許文献１、図２０）。液晶パネルの３辺に３色の光源を設置し、導光板に四角錐をマトリックス状に設けて四角錐の傾斜面で反射して液晶パネルの所定の画素に照射する液晶表示装置が提案されている（特許文献２、図２１）。
画素寸法の４５°の全反射面を導光板底面に設けて３枚重ね、マトリックス状に配置することによって４方からの光を垂直上方に出射する発光表示装置が提案されている（特許文献３）。この提案は特許文献１の４５°の全反射面を用い、特許文献２の四角錐によるマトリックス表示と同様な動作と考えられる。
【０００４】
直角プリズムを並べたシートの平面側に４方向からの光を入射し、バンドパスミラーを用いて出射する構造の混色装置が提案されている（特許文献４、図２２）。一方のプリズム面の入射光は屈折光を同一方向に混色して出射するが、もう一方のプリズム面の入射光は臨界角以上になって全反射して対向する光源に入射するのでバンドパスミラーを用いて全反射光を活用する構成である。
【０００５】
蛍光白色発光ダイオードは青色発光ダイオードの青色光を黄色蛍光体に照射して補色により白色に認識される発光ダイオードである。３原色発光素子を反射鏡内部に設ける混色に比べて色むらが出にくいので携帯電話などの液晶表示装置のバックライト、ＬＥＤ電球などとして利用されている。蛍光白色発光ダイオードのスペクトルは先鋭な青色となだらかな黄色域の２つのピークから成っている。このため、Ｃａ_１−ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋などの赤色域蛍光体を混合して演色性を改善する提案などがある（特許文献５）。
【０００６】
水平面上に短冊状反射面の長軸方向を光源からの平行光の進行方向に直交するように配置し、短冊状反射面の短軸方向を交互に±３０°の傾斜を持たせて三角波状に並べ、斜め上方３０°の方向に平行光光源を対称位置に設けた構造が提案されている（特許文献６）。夫々の平行光光源と三角波状格子の対をなす反射面が平行になっているので対をなす平行光光源側に配置された反射面には入射出来ず、水平面から３０°上方の平行光光源双方からの平行光は三角波状反射鏡の光源方向反射面に沿って入射し、双方から入射した光はいずれも鉛直上方に反射する。
【０００７】
特許文献６には屈折格子による混色装置も提案されている。構成物質の屈折率ｎ２、周囲媒体の屈折率ｎ１とし、屈折格子構成物質内から傾斜面に角度αで入射した光が角度βで屈折するとき、Ｖ字溝の傾斜面角度は中心線に対してγとして対向する屈折面に平行に入射するので右側光源光は右側傾斜面にしか入射せず、傾斜面と入射光は対称なので左側光源光も同様である。Ｖ字溝の傾斜面角度γをβとαの差で設定することにより双方の屈折光は中心線に平行に出射する。屈折格子と前項の反射格子を組み合わせて４方向の混色装置が示されている（図２３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許３１３１０３４号公報
【特許文献２】特開２００６−３２３２２１号公報
【特許文献３】特開２００７−２６４１４８号公報
【特許文献４】特開２００８−２１８１５４号公報
【特許文献５】特許４０４５２９８号公報
【特許文献６】特許４３９９６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の導光板に４５°の溝を画素数設け、溝の界面で液晶パネル方向に全反射する導光板を３層重ねた提案は４５°の全反射面でサブ画素を構成するため、導光板１枚の厚さは表示面長さの１/３が必要である。これを３枚積層するので楔形の交互配置を行なっても非常に厚く、重い表示装置になる。このため材料費が著しく増大する問題がある。特許文献３の表示装置も４５°の全反射面なので平坦部を間に設けてはいるが特許文献１以上に厚く、重くなる。薄型化のための平坦部があるので輝度むらを生じる問題もある。このように４５°の全反射面を単純に積層しただけでは厚さ・質量・コストなどの点で実用的でない問題がある。
【００１０】
導光板の底面に四角錐反射体を多数設け、３方向からの３原色光を画素に反射して混色する特許文献３の提案は、手前の四角錐に遮られて逆Ｖ型の反射光しか得られない。四角錐に斜めの平行光を照射すると側面にも当たるので図２１に示したように斜めに反射して散乱光になり他の画素に入射すると不鮮明になる。
【００１１】
青色発光ダイオードの青色光を黄色蛍光体に照射した補色による白色発光ダイオードは尖鋭なスペクトルの青色光となだらかな黄色光のスペクトルのため赤色域と青緑色域が不足し、平均演色評価数が７０前後の演色性が低い照明である。
蛍光体の配合比率を増大するに従って青色光のピークが低下して蛍光が増大するが、別の黄色蛍光体に当たると蛍光体が有色不透明で蛍光波長に対しては蛍光変換率が低いために吸収され、効率が低下する問題がある。
【００１２】
演色性を改善するには赤色など長波長蛍光体の量を増やす必要がある。赤色域は比視感度が低いので蛍光体を多量に混合する必要があるが、長波長蛍光体から発せられた光は短波長蛍光体では吸収だけで蛍光変換されず、黄色蛍光が黄色蛍光体に当たる確率と赤色蛍光が赤色蛍光体に当たる確率も増大して効率が低下する問題がある。
【００１３】
直角プリズムの一方の傾斜屈折面で屈折して鉛直方向に出射する特許文献４の提案は一方の屈折面への入射角が臨界角以上のため全反射して対向する光源側に入射する比率が半分を占めている。対向する光源側に入射する全反射光の損失を回避するためにバンドパスミラーで再反射して利用するが、複雑で高価である。
【００１４】
特許文献６の反射格子と屈折格子は２方向からの平行光を混色して平行光として出射する。４方向以上の光を混合するときは２色づつ混合する屈折格子あるいは反射格子２枚と４色を混合する屈折格子1枚の計３枚で三角形に組み合わせるので厚い構造が必要である。

【課題を解決するための手段】
【００１５】
基準面に対して４５°の傾斜反射面に基準面に平行な入射光を照射すると基準面に対して鉛直方向に反射するので、４５°の傾斜反射面を基準面の鉛直方向に対して対称に設ければ、基準面に平行で対称方向から入射する光は双方とも鉛直方向に反射する。傾斜４５°の三角柱状の低屈折率物質空間を高屈折率物質の内部に設ければ全反射を利用することが出来る。４５°の傾斜反射面を鉛直面に対称に配置すると直角三角柱になるので、これを全反射三角柱１と呼ぶことにする。
全反射三角柱を全反射面の高さｈ、全反射面の基準面方向の幅ｄで細分して他の全反射三角柱からの光の障害とならないようにずらした構造で階段状に分散配置する。基準面に平行で対称方向から入射する光は全反射三角柱の高さｈで細分された後に、双方の入射光は櫛歯状の配列で基準面方向の幅ｄだけずれて鉛直方向に全反射する。このため、対称方向から入射した光は全反射面の基準面方向の幅ｄで交互に配列して同一方向に出射する。この構造と作用を表した状態を図1、図３に示す。４５°傾斜面なのでｈとｄは同一値である。
高屈折率物質の屈折率ｎ１と低屈折率物質の屈折率ｎ２界面の臨界角θｃは数１で示される。
【数１】

低屈折率物質として屈折率がほぼ１の空気とし、高屈折率物質の屈折率は１．４１以上のときに臨界角は４５°以下の全反射条件を満たすことが出来る。ポリメチルメタクリレート、シクロオレフィン樹脂、ポリカーボネート、共重合ポリエステルの屈折率ｎ、臨界角θｃの例を表１に示す。
【表１】

【００１６】
全反射面の基準面方向の幅ｄを視覚的に認識出来ない幅以下にすれば併置加法混色される。特許文献１、３などは１方向入射成分の導光板を単純に積層しているので３色表示では３層になるが、本願発明は対称方向の入射光を１つの全反射三角柱で２色を混合出来るので２倍の密度で混色することが出来る。
【００１７】
図２は全反射面を構成する三角柱を基準面方向に１個おきに配置し、下側三角柱の列からの反射光を上側三角柱の列の間を通過させることによって４方向の光を混合する状態を示した断面図である。三角柱の列とは対称方向からの入射光を対にした三角柱が斜上する配置である。４色混合における三角柱の列は図２のように２列あるが、三角柱の列数は混色数の半分なので例えば６色混合の場合は３列、８色混合の場合は４列である。
【００１８】
三角柱状の低屈折率物質空間を高屈折率物質の内部に設けるには、三角柱状の低屈折率物質空間を設けた２枚の高屈折率物質を組み合わせることで実現出来る。三角柱の位置を階段状に差を持たせて配置しているので三角柱の列に沿った接合面を設ける必要がある。
図３は全反射三角柱を３段重ねて６色を混色する場合の断面図で、全反射面以外では入射光あるいは反射光に対して垂直の界面にした構造である。接合した界面に空気層が入っても全反射が生じないので組み立てが容易になる。垂直の界面なので図３のように凹凸の大きな形状である。垂直の界面に空気層が入っても全反射は生じないが、約４％の界面反射が生じるので接合剤を介在させることにより透過率を高めることが出来る。
【００１９】
界面を入出射光に垂直にした場合は図３のように凹凸が大きいので界面の形状を単純化した形状を図５に示す。図５の界面の一方は緩傾斜面と平面の繰り返し構造で、他方の界面は直角三角柱状の空間を設けた構造である。図５は６色を混合する場合だが、同様な構造で４色、８色などの混色することが出来る。この形状では界面に空気層が入ると逆方向に全反射するので接合剤層を界面に介在させる必要がある。光学用の接合剤としてバルサム樅樹脂、エポキシ接着剤、アクリル接着剤、紫外線硬化樹脂などが使用されている。接合剤を一方の透明物質の面に塗布した後に他方の透明物質側を貼り合わせて形成することが出来る。この構造は図３の凹凸の多い界面に比べ、一方の面が緩傾斜面と平面の繰り返し構造なので塗布や貼り合わせの工程が容易である。
【００２０】
図２を平坦な界面で切断すると基準面に対して界面が傾斜するので接合剤を用いても三角柱底面では反対方向に全反射するので光量損失を生じる。このため、下記構造によって一方の界面を平坦にする構造について図６〜図８で説明する。
図６の水平面を基準面として、入射光と基準面のなす仰角をα、全反射面の傾斜角をβ、全反射面の高さをｈ、全反射面の基準面方向の幅をｄとする。混色数をｃとして三角柱頂稜付近を通過した光が隣接する三角柱傾斜面と基準面の境界に入射する状態を示している。全反射三角柱列の間を別色の光を透過させることが出来る構造である。全反射面による反射光が基準面の鉛直上方に反射するとき、傾斜面と鉛直方向のなす角度をδとすると、数２に示すように入射角γと反射角γはともに傾斜角βに等しい。
【数２】

入射光と基準面のなす角度αは数３、全反射面の傾斜角βは数４、これらの関係は数５で表される。
数３の分母のＣ−１は頂稜と前記境界の間を伝播する光線の数である。
【数３】

【数４】

【数５】

数３〜数５を満たす全反射面高さｈ、基準面方向幅ｄから求めた混色数ｃとα、β、γの関係を表２に示す。
【表２】

【００２１】
これを６色混合に適用した構造を図７、８色混合に適用した構造を図８に示す。８色混合の場合は全反射面の傾斜角βと入射角γが４１．４°なので臨界角θｃ４１．４°未満になる屈折率の物質が必要である。これに適する透明高分子は表１のようにポリカーボネートなどの高屈折率物質である。
導光板の上面は図７、図８のように平坦で、底面は三角柱状の溝を有する構造なので接合が容易である。位置合わせ可能な固定具などを用いて図７、図８のように固定することが出来る。
【００２２】
発光素子チップを放物面鏡の焦点に設けると、発光素子チップ寸法の半径ｒと放物面鏡の焦点距離ｐの比で平行光との誤差を生じる状態を図９に示す。この誤差角度をεとすると数６で表される。
【数６】

焦点距離ｐを１０ｍｍ、半径ｒを０．２ｍｍとすると最大１．１°の誤差角度である。
全反射三角柱の傾斜は厳密な４５°だけでなく、実際には公差を持った範囲の傾斜角度である。この誤差角度をζとすると出射方向の誤差はεの誤差と加算されたものになる。
平行光として出射する装置の場合はεとζを小さく抑える必要があるが、一般照明装置では放射角度が大きいので放射角度に比べてεとζが小さければ影響を抑えることが出来る。
【００２３】
照明装置は被照射物の混色状態で演色性が評価される。完全な平行光のまま被照射物に照射されるとストライプ模様が発生するので光路差を視覚的に認識できない寸法で構成する必要がある。屋内用と屋外用では目から表示面までの距離が異なるため視覚的に認識できない寸法は大幅に異なるが、数十ｃｍから見る液晶ディスプレイでは約１００μｍである。これらのａｒｃｔａｎで角度換算すると約０．０１°である。平行光として利用する場合は目から屈折格子までの距離Ｌが長い場合の屈折格子ピッチPの目安は数７で示される。
【数７】

【００２４】
一般照明では放射角を広げて照射されるので、図１０は出射面にマイクロレンズアレイを設けて放射角を広げる作用を示している。図１０では平行光よりも放射角を拡げるための凹レンズアレイを設けている。凸レンズは焦点を通過した後に拡散するので凸レンズも可能である。
各色光とも同一方向に同一放射角で放射されれば方向によらず混色比率は一定である。マイクロレンズを構成する単体レンズの放射角θは単体球面レンズにおける光線高ｅと焦点距離ｆにより数８で示され、マイクロレンズ境界部分で放射角が最大になる。
【数８】

混合した平行光の放射方向が異なると一方だけの成分になって色斑を生じるので屈折格子ピッチより凹レンズピッチを狭くし、混合した平行光の放射角と方向を揃えて均一な混色光を照射することが出来る。
マイクロレンズアレイからの拡散光が重畳するとストライプは緩和されて認識出来なくなる。このため、平行光で出射する場合に比べて全反射面の基準面方向の幅ｄを認識出来ない寸法を大きくすることが出来る。
【００２５】
演色評価数は標準光と１５色の色票の反射光との色差からＣＩＥ１９６４等色関数により計算される。このため、色票を用いた実測によらなくとも光源のスペクトル特性により計算することが出来る。本発明の混色によるスペクトル特性を図１１〜図１４に示す。図中の個別発光素子のスペクトル特性を破線、混色による合成スペクトルを太実線、６５０４Ｋの標準光を細実線で示す。光源の演色性は色温度６５０４Ｋなどの標準光との色差から計算され、５０００Ｋ以下の光源では黒体放射との色差から計算される。
【００２６】
混色による合成曲線の包絡線を標準光のスペクトル曲線に近似させれば色差を小さくなり、演色評価数を高めることが出来る。図１１〜図１３の４色、６色、８色の混合による光源の演色評価数を表３に示す。Ｒ１〜Ｒ１５は各色票における演色評価数、ＲａはＲ１〜Ｒ８の平均演色評価数である。表中のYAGは青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体による従来の蛍光白色ＬＥＤの演色評価数を比較したもので、図１４の太破線のスペクトル特性で示したものである。表中の2PHOSは複数の蛍光白色ＬＥＤと全反射三角柱を用いて混色した図１４のスペクトル特性の演色評価数である。
【表３】

【００２７】
蛍光白色発光ダイオードにおいて、複数の蛍光体を多量に混合すると前記ＹＡＧの演色評価数よりも改善することが出来るが、複数の蛍光体を多量に混合すると変換された蛍光が他の蛍光体で吸収され易くなり効率が低下する。
波長特性の異なる複数の蛍光白色ＬＥＤと全反射三角柱を用いて混色することも出来る。蛍光体を混合して波長特性を広帯域に改善する場合と異なり、効率低下を伴わずに混色して広帯域化する。

【発明の効果】
【００２８】
ＲＧＢの３色を混色するために４５°全反射面の導光板を単純に３枚積層する方法は厚さ・質量・コストが著しく増大し、更に多数色の混色には実用的でない問題があるが、本願発明の全反射三角柱を分散配置すると容易かつ低コストで多数色の混色が可能である。
四角錐に斜めの平行光を照射する混色装置は側面にも当たって散乱光になり他の画素に入射すると不鮮明になるが、本願発明は全反射三角柱なので散乱光を生じることなく放射角を制御して高効率に混色可能である。
直角プリズムシートを用いた４方向光の混色装置はバンドパスミラーが必要になって複雑で高価だが、本願発明は全反射三角柱を分散配置した混色なのでこのような現象は発生せず、高効率で安価に混色可能である。
蛍光白色発光ダイオードの演色性を改善するには長波長蛍光体など蛍光体の量を増やす必要があり、変換した蛍光が赤色蛍光体に当たる確率も増大して効率が低下するが、本願発明は蛍光体の混合によらずに混色するので高効率である。
屈折格子あるいは反射格子は２色の混色のため４色以上を混合する場合、三角形に組み合わせるので厚い構造が必要だが、全反射三角柱による混色は全反射三角柱のピッチ間を複数の光が通過する構造なので多色混合が容易である。複数の光を容易に混色出来るため、演色性の良い連続スペクトルの白色光を出射出来る。
混色して同一方向に平行光として出射するので他の光学系と組み合わせて任意の放射角で出射出来る。
全反射を利用するため高効率に混色することが出来る。
導光板の上面は図７、図８のように平坦で、底面は三角柱状の溝を有する構造なので接合が容易である。

【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】全反射三角柱により２方向の光を混合する構造の原理図
【図２】全反射三角柱により４方向の光を混合する構造の原理図
【図３】２方向の光を混合する全反射三角柱を界面に垂直な構造で結合する構造の断面図
【図４】６方向の光を混合する全反射三角柱を界面に垂直な構造で結合する構造の断面図
【図５】緩傾斜面と平面から成る界面と、三角柱状構造を含む界面で接合した全反射三角柱の断面図
【図６】三角柱の上端を通過した光が隣の全反射三角柱と基準面の境界に入射する構造の断面図
【図７】図６の構造を６方向の混色に適用した構造の断面図
【図８】図６の構造を８方向の混色に適用した構造の断面図
【図９】放物面鏡に設けた発光素子チップ寸法による平行光からの誤差角度
【図１０】凹レンズによる放射角と光線高と焦点距離の関係を示す図
【図１１】全反射三角柱により４方向の光を混合したときのスペクトル特性図
【図１２】全反射三角柱により６方向の光を混合したときのスペクトル特性図
【図１３】全反射三角柱により８方向の光を混合したときのスペクトル特性図
【図１４】全反射三角柱により２種類の蛍光白色ＬＥＤの光を混合したときのスペクトル特性図
【図１５】全反射三角柱を用い、放物面鏡による平行光光源部を有する構造の平面図
【図１６】図５の構造の全反射三角柱を用い、出射面に凹マイクロレンズアレイを設けた断面図
【図１７】全反射三角柱により６方向の光を混色するＬＥＤ電球の断面図
【図１８】出射面の凹マイクロレンズアレイの曲率を変えて配置した車両用前照灯の正面斜視図
【図１９】図１８の車両用前照灯による走行ビームとすれ違いビームの照射範囲
【図２０】３枚の導光板に４５°の全反射用溝を設けて積層した従来の液晶表示装置の断面図
【図２１】導光板に設けた四角錐の傾斜面によって３色光を所定の画素に照射する従来例
【図２２】直角プリズムに４方向の光を入射し、バンドパスミラーを併用して混色する従来例
【図２３】反射・屈折格子による従来の４色混合装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
実施例１
図８に示した構造で８色を混合するスポットライトの実施例を示す。８色混合の場合は入射光が基準面と成す角度αは７．２°、全反射面の傾斜角βと入射角γが４１．４°なので臨界角θｃ４１．４°未満になる屈折率は１．５１以上である。これに適する透明高分子は表１のようにポリカーボネートｎ＝１．５９、共重合ポリエステルｎ＝１．６３などの高屈折率物質である。全反射面の傾斜角βが４１．４°なので形成される全反射面は頂角９７．２°の全反射三角柱である。
導光板底面に頂角９７．２°の三角柱状の溝を設け、これを４層で三角柱の幅でずらして配置し、αを７．２°で入射すれば鉛直上方に全反射して８色を混色する。この構造は導光板の上面が平坦で、底面は三角柱の溝なので容易に重ね合わせることが出来る。同一形状の導光板を使用し、三角柱の幅でずらすための枠で固定すれば混色部を形成することが出来る。
光源部は軸外放物面鏡の一方を放熱板にすれば放熱が良くなる利点があるが、回転放物面鏡の焦点に発光素子を設けることも出来る。入射角４１．４°に対してポリカーボネートで臨界角３９．０°なので平行性が±２．４°未満の光源が必要である。共重合ポリエステルｎ＝１．６３は臨界角３７．８°なので平行性は±３．６°未満の光源が可能である。放物面鏡の焦点距離と光源寸法による誤差角度εなどを考慮した平行性が要求される。
出射面にはスポットライトの放射角に合わせて凹マイクロレンズアレイを設けて拡散光を出射することが出来る。放射角を変更すればダウンライトにも応用出来、細長い形状にすれば線形照明に応用することも出来る。８色混合のとき、図１３の破線のような特性の個別発光ダイオードを用いれば合成スペクトル特性は太実線のようになり、平均演色評価数は１００が得られる。
【００３１】
実施例２
６色を混合するＬＥＤ電球の実施例の断面図を図１７に示す。全反射三角柱は図７の構造である。一方の透明物質の面に接合剤を塗布した後に他方の透明物質側を貼り合わせて形成することが出来る。
光源部は軸外放物面鏡として軸外側を放熱板にすれば放熱面積を広くとれるので放熱が良い。一般のＬＥＤ電球は中心付近に設けられるので熱抵抗を下げるために放熱フィンが大きくて重いが、この光源部は口金側の放熱板の最も広い部分かつ外周部に設けるので最良の放熱位置である。
出射面には放射角に合わせて凹マイクロレンズアレイを設けて拡散光を出射することが出来る。図１７では側面にも放射するための凹マイクロレンズアレイを示しているが、放射角が狭い場合は側面放射用凹マイクロレンズアレイを設けずに全面を中心部の凹マイクロレンズアレイのみの構成にすることも出来る。凹マイクロレンズによる放射角は数７で設定することが出来る。
側面凹マイクロレンズで出射するために側面方向に変換するための全反射面を設けている。
６色混合のとき、図１２の破線のような特性の個別発光ダイオードを用いれば合成スペクトル特性は太実線のようになり、平均演色評価数は９９が得られる。
【００３２】
実施例３
６色を混合する車両用前照灯の実施例の斜視図を図１８に示す。一方の界面の形状を緩傾斜面と平面で交互に配置し、他方の界面は三角柱状の空間として三角柱状の低屈折率物質空間を高屈折率物質の内部に設けた図５の構造などを採用することが出来る。一方の透明物質の面に接合剤を塗布した後に他方の透明物質側を貼り合わせて形成することが出来る。
光源部は軸外放物面鏡として軸外側を放熱板にすれば放熱面積を広くとれるので放熱が良く、信頼性を高めることが出来る。
出射面にはスポットライトの放射角に合わせて凹マイクロレンズアレイを設けて拡散光を出射することが出来る。車両用前照灯では走行ビーム照射範囲とすれ違いビーム照射範囲を切り替えて使用される。この実施例では上部を走行ビーム用、下部をすれ違いビーム用に設定した構造である。走行ビーム照射域は図１９のように上向きに照射するが、上下方向よりも水平方向に拡げて照射するために水平方向の曲率半径が短く、上下方向の曲率半径が長い楕円凹マイクロレンズである。
すれ違いビーム照射域は走行ビームよりも下向に照射するが、約１５°のカットオフラインで対向車への照射を避ける必要がある。走行車線前方を照射する領域、対向車線を照射する領域、対向車線側方を照射する領域の３つがあるので凹マイクロレンズの上下方向の曲率は３種類を設けている。図１８の右半分は走行車線正面を照射するので上部を照射するように曲率半径を短くし、対向車線の側方を照射する図１８の左側は曲率半径を長く設定する。対向車線照射域はカットオフラインに合わせて曲率半径を順次変えることにより設定する。
６色混合のとき、図１２の破線のような特性の個別発光ダイオードを用いれば合成スペクトル特性は太実線のようになり、平均演色評価数は９９が得られるので車両用前照灯として十分な演色性である。

【符号の説明】
【００３３】
１：全反射三角柱２：全反射面
３：高屈折率物質４：低屈折率物質
５：基準面６：放物面鏡
７：接合面８：発光素子
９：凹屈折面１０：凹面鏡
１１：光源１２：入射光
１３：拡散光１４：平行光
１５：反射光１６：界面
１７：放熱材１８：回路基板
１９：カバー２０：走行ビーム照射域
２１：すれ違いビーム照射域２２：カットオフライン
２３：センターライン２４：道路境界線
２５：全反射溝２６：導光板
２７：四角錐２８：バンドパスミラー
２９：屈折格子３０：反射格子

【特許請求の範囲】
【請求項１】
全反射三角柱の高さｈ、基準面方向幅ｄ、混色数ｃ、入射光の仰角α、全反射面の傾斜角βとしたとき、
α＝ｔａｎ⁻¹（ｈ／（ｄ（ｃ−１）））、
β＝ｔａｎ⁻¹（ｈ／ｄ）、
α＋２β＝９０°
を満たす全反射三角柱の高さｈ、基準面方向幅ｄで三角柱溝を形成し、
基準面の仰角αの対称方向からの入射光を前記全反射三角柱に照射して、
双方とも鉛直方向に全反射して同一方向に出射することを特徴とする混色照明装置。
【請求項２】
階段状に分散して列をなして配置した全反射三角柱の間を、
別の列をなして配置された全反射三角柱からの反射光を通過させることによって偶数方向の光を混合することを特徴とする請求項１に記載の混色照明装置。
【請求項３】
全反射面三角柱からなる混色照明装置の出射面にマイクロレンズアレイを設けた構造により放射角を拡大して出射することを特徴とする請求項１に記載の混色照明装置
【請求項４】
全反射三角柱からなる混色照明装置の出射面にすれ違いビーム照射域のマイクロレンズアレイを設けた構造から成り、前記マイクロレンズの曲率半径を段階的に変化させてカットオフラインに一致させることを特徴とする請求項１に記載の混色照明装置

【図１】