(57)【要約】      （修正有）【課題】照明装置の小型化を妨げず光学系に制約が増えることもなく安全性を確保する。【解決手段】半導体発光素子６を用いる照明装置であって発光回路１００と受光回路１０１を備え、発光回路１００は、第１データを出力する出力部２、３と、平均電力が一定となる方式により第１データを変調して第１信号を生成する変調部４と、第１信号に基づいて駆動電流を生成する駆動部５と、駆動部に駆動されるレーザ光を放出する半導体発光素子６を有する。受光回路１０１は、レーザ光によって生じる参照用光を受光して電気信号を発生させる受光部１０、１１と、電気信号から直流成分を除去して第２信号を生成するハイパスフィルタ１２と、第２信号を復調して第２データを生成する復調部１３と、第２データと第１データとが整合しない場合に、半導体発光素子６の動作を停止させるためのフォールト信号１５を発光回路へ出力するエラー検出部１４を有する。【選択図】図１
2020004492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光回路と受光回路を備える照明装置であって、
前記発光回路は、
第１データを出力する出力部と、
平均電力が一定となる方式により前記第１データを変調して第１信号を生成する変調部と、
前記第１信号に基づいて駆動電流を生成する駆動部と、
前記駆動部に駆動されるレーザ光を放出する半導体発光素子、
を有し、
前記受光回路は、
前記レーザ光によって生じる参照用光を受光して電気信号を発生させる受光部と、
前記電気信号から直流成分を除去して第２信号を生成するハイパスフィルタと、
前記第２信号を復調して第２データを生成する復調部と、
前記第２データと前記第１データとが整合しない場合に前記半導体発光素子の動作を停止させるためのフォールト信号を発光回路へ出力するエラー検出部と、
を有する、照明装置。
【請求項２】
前記出力部は、数列データに対して誤り検出可能な方式による符号化を行って得られる符号化データを前記第１データとして出力するものであり、
前記エラー検出部は、前記第２データに基づいて誤り検出処理を行って誤りが検出された場合に当該第２データと前記第１データとが整合しないものとして前記フォールト信号を出力する、
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記出力部は、前記数列データを乱数列に基づいて発生させる、
請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記出力部は、固定値の数列データを前記第１データとして出力するものであり、
前記エラー検出部は、前記第１データと前記復調部により復調される前記第２データとが同一ではない場合に当該第２データと前記第１データとが整合しないものとして前記フォールト信号を出力する、
請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
前記半導体発光素子から放出される前記レーザ光を当該レーザ光と波長の異なる光に変換して前記照明光を生成する光変換部を更に含み、
前記受光回路の前記受光部は、前記光変換部により生成される前記照明光の一部成分を前記参照用光として受光する、
請求項１〜４の何れか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を用いる照明装置における安全性を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第５１２２５４２号公報（特許文献１）には、コヒーレントなレーザ光を発振する半導体レーザ素子と、前記レーザ光をインコヒーレントな光に変換して出射する光変換部材と、前記半導体レーザ素子と前記光変換部材とを結ぶ線の前記光変換部材側の延長線上に配置されているとともに、前記レーザ光の強度を検知する光検出器と、前記光検知器の検知出力を基準値と比較し、前記レーザ光の外部への出射を判断する判定部と、前記光検出器を含み、前記レーザ光が外部に出射することを抑制するための安全装置を備える発光装置が記載されている。この従来技術によれば、光変換部材の欠損などの異常が生じた場合にもコヒーレントな光が外部に出射することを抑制することができるので、発光装置の安全性を高めることができる。
【０００３】
ところで、上記の従来技術は、光変換部材からの光の強度を光検出器によって検出し、その大きさに応じてレーザ光の外部への出射を抑制するものであるが、外部から入射する光（背景光）が比較的高い強度である場合にはその影響を受けるという不都合がある。この点について、特許文献１には、光変換部材からの光が入射しない位置で外光が入射する位置にモニターセンサを設けておき、この出力を用いることで外光の影響を相殺する技術も記載されている。
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術では光検出器に加えてモニターセンサも設けることになるので、より多くの設置スペースが必要となり装置の小型化を妨げるという不都合がある。また、光検出器が受ける光の強度とモニターセンサが受ける光の強度との差分を所定の閾値を比較することを動作原理としているが、実際には、光の入射角等に依存せずに当該差分を一定に保つには、光学系の設計において制約が増えるという不都合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１２２５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明に係る具体的態様は、照明装置の小型化を妨げず光学系に制約が増えることもなく安全性を確保することができる技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一態様の照明装置は、（ａ）発光回路と受光回路を備える照明装置であって、（ｂ）前記発光回路は、（ｂ１）第１データを出力する出力部と、（ｂ２）平均電力が一定となる方式により前記第１データを変調して第１信号を生成する変調部と、（ｂ３）前記第１信号に基づいて駆動電流を生成する駆動部と、（ｂ４）前記駆動部に駆動されるレーザ光を放出する半導体発光素子、を有し、（ｃ）前記受光回路は、（ｃ１）前記レーザ光によって生じる参照用光を受光して電気信号を発生させる受光部と、（ｃ２）前記電気信号から直流成分を除去して第２信号を生成するハイパスフィルタと、（ｃ３）前記第２信号を復調して第２データを生成する復調部と、（ｃ４）前記第２データと前記第１データとが整合しない場合に前記半導体発光素子の動作を停止させるためのフォールト信号を発光回路へ出力するエラー検出部と、を有する、照明装置である。
【０００８】
上記構成によれば、照明装置の小型化を妨げず光学系に制約が増えることもなく安全性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態の照明装置の構成を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は、駆動部によって発光素子へ供給される駆動電流を表す波形図であり、図２（Ｂ）は、受光素子から変換部およびハイパスフィルタを介して得られる電気信号（パルス信号）を表す波形図である。
【図３】図３は、照明装置における第１モードおよび第２モードでの動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、変形例の照明装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、一実施形態の照明装置の構成を示す図である。図示の照明装置は、例えば車両用灯具として用いられるものであり、発光回路１００、光ファイバ１０２、蛍光体（光変換部）１０３、受光回路１０１、レンズ１０４を含んで構成されている。この照明装置は、発光回路１００から出射する青色レーザ光を光ファイバ１０２によって蛍光体１０３へ導いて波長の異なる光（好適には白色光）に変換し、この光をレンズ１０４により集光して照明光として外部へ照射するものである。受光回路１０１は、蛍光体１０３から出射する光の一部成分を参照用光として受光することにより蛍光体１０３の脱落等の異常（すなわち照射光の異常）の有無を検出して、必要な際には発光回路１００の動作を停止させるためのものである。光ファイバ１０２は、一端側が発光素子６の出射面に対応して配置されており、発光素子６から出射するレーザ光を蛍光体１０３へ伝送する。蛍光体１０３は、光ファイバ１０２の他端側から出射する青色レーザ光が照射されると、この青色レーザ光を白色光に変換する。
【００１１】
発光回路１００は、制御部１、データ生成部２、符号化部３、変調部４、駆動部５および発光素子６を含んで構成されている。なお、本実施形態ではデータ生成部２と符号化部３が「出力部」に対応する。
【００１２】
制御部１は、発光回路１００の全体動作を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。
【００１３】
データ生成部２は、二進数による数列データを生成する。ここで生成される数列データは、毎回異なる任意の数列であることが好ましく、例えば乱数列を用いて生成される数列データであってもよい。
【００１４】
符号化部３は、データ生成部２によって生成される数列データに対して、誤り検出可能な方式による符号化を行う。誤り検出可能な方式とは、例えば巡回冗長検査（CRC:Cyclic  Redundancy  Check）方式を用いることができる。この場合に、符号化部３は、データ生成部２によって生成される数列データを予め定められた生成多項式で除算し、その余りを検査データとして付加する。符号化部３におって符号化された数列データを以後「符号化データ（第１データ）」という。
【００１５】
変調部４は、符号化部３によって生成された符号化データに対して変調を行って電気信号を生成する。本実施形態では、変調後に得られる電気信号の平均電力が符号化データのパターンに依存せずに一定となる変調方式が用いられる。このような変調方式としては、例えばパルス位置変調方式（PPM:Pulse  Position  Modulation）、周波数シフトキーイング方式（FSK:Frequency  Shift  Keying）などを用いることができる。例えば本実施形態では、パルス位置変調方式を用いるものとする。
【００１６】
駆動部５は、変調部４によって変調されて得られる電気信号に応じたパルスを有する駆動電力を生成して発光素子６へ供給する。
【００１７】
発光素子６は、半導体発光素子（レーザ素子）であり、駆動部５から駆動電力の供給を受けてレーザ光を放出する。例えば本実施形態では、発光素子６として青色レーザ光を放出するレーザダイオードが用いられている。
【００１８】
受光回路１０１は、制御部９、受光素子１０、変換部１１、ハイパスフィルタ１２、復調部１３およびエラー検出部１４を含んで構成されている。なお、本実施形態では受光素子１０と変換部１１が「受光部」に対応する。
【００１９】
制御部９は、受光回路１０１の全体動作を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。
【００２０】
受光素子１０は、蛍光体１０３によって変換されて出射する白色光の一部成分を参照用光として受光してその強度に応じた大きさの電圧または電流を発生する。本実施形態の受光素子１０としては、青色光よりも長波長側の光に感度を有するものが用いられる。受光素子１０は、蛍光体１０３の近傍に適宜配置される。蛍光体１０３に異常が生じた場合には受光素子１０へ入射する光の強度が低下する。
【００２１】
変換部１１は、受光素子１０が発生する電圧または電流を増幅する等により、蛍光体１０３から受光した光の強度を示す電気信号に変換する。
【００２２】
ハイパスフィルタ１２は、変換部１１によって生成される電気信号から低周波成分（特に直流成分）を除去した電気信号を生成する。
【００２３】
復調部１３は、ハイパスフィルタ１２を通して得られる電気信号（パルス信号）を変調部４で用いるものと同じ方式によって復調して符号化データ（第２データ）を生成（復元）する。
【００２４】
エラー検出部１４は、復調部１３によって生成（復元）された符号化データを取得し、この符号化データに含まれているエラーチェック用データを用いてデータ誤りの有無を検出する。本実施形態では符号化部３においてＣＲＣ方式が用いられているので、エラー検出部１４は、符号化部３で用いるものと同じ生成多項式を使用して数列データを除算し、その余りを比較照合することによって受信した符号化データの誤りや破損の有無を検出する。すなわち、符号化部３により生成される符号化データ（第１データ）と復調部によって生成される符号化データ（第２データ）とが整合していない場合にはその旨が検出される。
【００２５】
そして、エラー検出部１４によりデータ誤りのエラーが検出された場合には、制御部９により「停止」を指示するためのフォールト信号１５が発光回路１００へ出力される。このフォールト信号１５が入力された場合、発光回路１００の制御部１は、駆動部５へ命令を送り発光素子６への駆動電力の供給を停止させる。それにより発光素子６が消灯する。
【００２６】
このような構成によれば、発光回路１００と受光回路１０１の間での高速なデータ伝送を必要とせずに、１つの受光素子を用いて発光回路１００から離れた位置に設置されている受光回路１０１において蛍光体１０３の異常の有無を検出し、異常がある場合には速やかにレーザ光の出射を停止させることができる。また、背景光の影響を排除できる。
【００２７】
ところで、上記構成による動作は発光素子６の出力が安定している場合に特に有効であるが、当該出力が不安定な状態では受光素子１０での検出が不安定となる場合がある。このため、以下に説明するように点灯モードとして２つのモードを設けることがより好ましい。いずれの点灯モードでも２値の駆動電流を用いており、駆動電流が高い状態を「マーク状態」、低い状態を「非マーク状態」と呼ぶこととする。
【００２８】
図２（Ａ）は、駆動部によって発光素子へ供給される駆動電流を表す波形図であり、図２（Ｂ）は、受光素子から変換部およびハイパスフィルタを介して得られる電気信号（パルス信号）を表す波形図である。各図の左側に点灯モードが第１モードの場合の波形図が示されており、各図の右側に点灯モードが第２モードの場合の波形図が示されている。
【００２９】
第１モードでは、非マーク状態での駆動電流ＩＬＤ１は発光素子６の閾値電流ＩＬＤＴＨよりも低い値に設定され、マーク状態での駆動電流ＩＬＤ２は閾値電流ＩＬＤＴＨよりも高い値に設定される。この第１モードでは、非マーク状態において発光素子６が消灯し、マーク状態において発光素子が点灯する。このとき、非マーク状態の期間のデューティ比は、非常に低い値（例えば１／１００〜１／１０００）に設定される。また、マーク状態での駆動電流ＩＬＤ２も比較的に低い値に設定される。これらにより、安全性を十分に確保した状態で発光素子６を発光させることができる。
【００３０】
第２モードでは、非マーク状態での駆動電流ＩＬＤ３、マーク状態での駆動電流ＩＬＤ４ともに閾値電流ＩＬＤＴＨよりも高い値に設定される。さらに、各駆動電流ＩＬＤ３、駆動電流ＩＬＤ４ともに駆動電流ＩＬＤ２よりも高い値に設定される。この第２モードでは、照明装置として必要な照明光の強度を確保できるように各駆動電流ＩＬＤ３、駆動電流ＩＬＤ４の大きさが設定される。このとき、駆動電流の平均電力がデータのパターンに依存しないように変調が行われているので、照明光の強度はデータのパターンに依存せずに一定とすることができる。また、パルス位置変調方式により、符号化データが伝送されているので、受光素子１０から変換部１１およびハイパスフィルタ１２を介して得られる電気信号（パルス信号）における各フレーム内のパルス位置に基づいて符号化データを復元することができる。
【００３１】
図３は、照明装置における第１モードおよび第２モードでの動作の流れを示すフローチャートである。このフローチャートを参照しながら、照明装置の点灯開始後の動作を説明する。
【００３２】
発光回路１００は、第１モードで発光素子６を点灯（発光）させる（ステップＳ１１）。具体的には、制御部１の命令に基づいて駆動部５が第１モードに対応する駆動電流を発光素子６に供給することで当該第１モードの動作が開始される。
【００３３】
受光回路１０１は、発光回路１００との間での同期を確立する処理を行う（ステップＳ１２）。具体的には、受光素子１０、変換部１１、ハイパスフィルタ１２を介して得られる電気信号（パルス信号）に基づいて、復調部１３は、復調に必要なタイミングを検出し、それに基づいて復調に用いる再生クロックを生成し、この再生クロックを用いてパルス信号を復調する。復調に必要な再生クロックは、例えば、復調部１３に備わったＰＬＬ（Phase  Locked  Loop）回路によって生成される。
【００３４】
次に、受光回路１０１は、予め設定した時間内に同期が完了したか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、受光回路１０１の制御部９は、復調部１３により所期の再生クロックが時間内に生成された場合には同期が完了したと判定する。このとき、仮に蛍光体１０３の故障等により受光素子１０に光が入射しない状況であると受光素子１０からは直流の無信号時電圧（図２参照）が出力されることになるので同期が完了しない。また。外部から太陽光などが受光素子１０へ入射した場合もその光成分はハイパスフィルタ１２によって除去されるので、同様に直流の無信号時電圧が出力されるので同期が完了しない。
【００３５】
時間内に同期が完了した場合には（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、受光回路１０１の制御部９は、フォールト信号１５のステータスを「停止解除」に設定して発光回路１００へ出力する（ステップＳ１４）。なお、フォールト信号１５は初期状態では「停止」を指示するステータスに設定されているものとする。
【００３６】
ステータスが「停止解除」のフォールト信号１５が与えられると、発光回路１００は、第２モードで発光素子６を点灯（発光）させる（ステップＳ１５）。具体的には、制御部１の命令に基づいてデータ生成部２、符号化部３、変調部４および駆動部５が各々動作して第２モードに対応する駆動電流を発光素子６に供給することで当該第２モードの動作が行われる。
【００３７】
第２モードの動作が開始されると、受光回路１０１の制御部９は、エラー検出部１４によりエラーが検出されたか否かを判定する（ステップＳ１６）。エラーが検出されていない場合には（ステップＳ１６；ＮＯ）、フォールト信号１５のステータスが変更されることがないので、上記したステップＳ１５に戻り、発光回路による第２モードでの動作が継続される。
【００３８】
エラーが検出された場合には（ステップＳ１６;ＹＥＳ）、受光回路１０１の制御部９は、「停止」を指示するステータスのフォールト信号１５を発光回路１００へ出力する（ステップＳ１７）。この場合、上記したステップＳ１１へ戻り、第１モードでの動作および同期処理が再度実行される。
【００３９】
他方、上記したステップＳ１３において予め設定した時間内に同期が完了しなかった場合には（ステップＳ１３；ＮＯ）、受光回路１０１の制御部９によりフォールト信号１５のステータスが「停止」に設定され、これに応じて発光回路１００は発光素子６を消灯させる（ステップＳ１８）。この場合、蛍光体１０３に何らの異常、故障が生じていると考えられるので、発光回路１００、受光回路１０１ともに動作を停止する。
【００４０】
以上のような実施形態によれば、複数の受光素子を必要としないことから装置の小型化を妨げず、光学系の設計において制約が増えることもなく、安全性を確保することが可能となる。
【００４１】
なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では照明装置の一例として車両用灯具を挙げていたが本発明の適用範囲はこれに限定されない。
【００４２】
また、上記した実施形態では発光回路１００のデータ生成部２において毎回異なる数列データを生成するように構成していたが、毎回同じ数列を生成してもよい。この変形例の構成を図４に示す。なお、上記した実施形態と共通する構成については同符号を用いており、詳細な説明を省略する。この変形例の場合、固定値の数列データをデータ出力部２ａから変調部４へ入力させるようにすればよいため、上記した実施形態の発光回路１００におけるデータ生成部２と符号化部３を省略することができる。また、受光回路１０１のエラー検出部１４においては、数列データが予め設定された固定値であるため、エラー検出部１４においては単純なデータ比較によってエラーの有無を検出することができる。従って、回路構成をより簡素化することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１：制御部、２：データ生成部、３：符号化部、４：変調部、５：駆動部、６：発光素子、９：制御部、１０：受光素子、１１：変換部、１２：ハイパスフィルタ、１３：復調部、１４：エラー検出部、１５：フォールト信号、１００：発光回路、１０１：受光回路、１０２：光ファイバ、１０３：蛍光体、１０４：レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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