JP2005331468A

JP2005331468A - 測距機能を備えた照明装置

Info

Publication number: JP2005331468A
Application number: JP2004151947A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Morioka; 達也森岡; Mototaka Tanetani; 元隆種谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】測距機能を備えた照明装置を提供する。
【解決手段】ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から放射される光のうちエポキシ樹脂７の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されずにＧａＮ系発光ダイオード１から放射される光を測距光１２として利用し、蛍光体８ａ〜８ｃに吸収され、放射された蛍光を照明光１３として利用することにより、測距機能を備えた照明装置を実現した。
【選択図】図２

Description

本発明は、測距機能を備えた照明装置に関する。

従来から、自動車の前照灯部、室内用照明装置、装飾用照明装置等の管球としては、ハロゲンランプ、水銀灯、電球、蛍光灯等が用いられている。近年、これら管球を用いた照明装置に替わり固体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いた照明装置が着目されている。発光ダイオードは、低電力で高輝度の光が得られ、電気を直接光に変えているので余分な熱が発生せず、寿命が長いので取替えの手間が省け、蛍光灯のように水銀等の有害物質を使用していない等の点で優れている。また、蛍光体との組み合わせにより白色光を放射する発光ダイオードも開発されており、この発光ダイオードの光出力の高出力化に伴い、次世代の照明光源としての発光ダイオードの利用がさらに広がると考えられる。

また、測定対象までの距離を測定する測距装置として、光源からパルス光が空間に放射され、放射されたパルス光が測定対象により反射され、反射されたパルス光が測距装置に戻ってくるまでの時間、いわゆる飛行時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）が測定され、この飛行時間と既知の光伝播速度を用いることにより測定対象までの距離を求めるものはあった。

この種の測距装置としては、パルス光を放射する複数の光源と、複数の光源からそれぞれ放射されたパルス光の光軸を一致させる光学部材とを設け、複数の光源をそれぞれ異なる時期に発光させることにより、パルス光の放射周期を短縮させ、測定の高速化を図るものはあった（たとえば、特許文献１）。
特開２０００−２６６８５１号公報

しかしながら、従来の発光ダイオードを用いた照明装置は照明として利用されているだけであり、また従来の測距装置は測定対象までの距離を測定する装置として利用されているだけであり、測距装置の機能が付加された照明装置は実現されていなかった。

本発明は、係る事情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、測距機能を備えた照明装置を提供することである。

本発明によれば、測距機能を備えた照明装置は、光を放射する光源と、変調信号を出力し、光源から放射させる光の光強度を変調する変調手段と、光源から放射させた光を吸収し、光源から放射させた光の波長とは異なる波長の蛍光を放射する蛍光体と、光源から放射させた光のうち測定対象により反射された光を受光して電気信号を出力する光検出手段と、光検出手段が出力する電気信号と変調手段が出力する変調信号とに基づいて測定対象までの距離を算出する信号処理手段とを含む。

好ましくは、測距機能を備えた照明装置は、複数の光源を含み、変調手段は、複数の光源から放射させる光の光強度を同じ位相で変調する。

好ましくは、測距機能を備えた照明装置は、複数の光源を含み、変調手段は、複数の光源のうちの一部の光源のみを対象として光強度を変調する。

好ましくは、変調手段は、蛍光体の蛍光寿命より短い間隔で変調信号を出力する。

好ましくは、信号処理手段は、光検出手段が出力する電気信号と変調手段が出力する変調信号との位相差を算出する位相差算出手段と、位相差算出手段により算出された位相差に応じた電気信号を出力する位相差信号出力手段とを含む。

好ましくは、信号処理手段は、光検出手段が出力する電気信号と変調手段が出力する変調信号との位相差に対応する位相信号を出力する位相信号出力手段と、一定幅のパルスを発生するパルス発生手段と、位相信号出力手段が出力する位相信号の時間長さで前記パルス発生手段が発生するパルスの数を計数する計数手段と、計数手段の計数値とパルス発生手段が発生するパルスのパルス幅とに基づいて位相信号の時間を算出する位相信号時間算出手段とを含む。

好ましくは、信号処理手段が算出した測定対象までの距離に応じた電気信号を外部へ出力する出力手段をさらに含む。

好ましくは、測距機能を備えた照明装置は、車両の前照灯部を構成している。

好ましくは、測距機能を備えた照明装置は、一般照明を構成している。

本発明によれば、光源から放射させる光を測距用の光として利用することができ、蛍光体により放射される蛍光を照明用の光として利用することができるため、測距機能を備えた照明装置を実現することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に従う測距機能を備えた照明装置の構成図である。測距機能を備えた照明装置は、ＧａＮ系発光ダイオード１、パルス発生回路９、受光素子１５、負荷抵抗１６、信号処理装置１７から構成されている。信号処理装置１７は、位相比較器１８、距離表示装置１９、外部Ｉ／Ｆ２０から構成されている。発光部であるＧａＮ系発光ダイオード１は、パルス発生回路９により駆動され、測距に用いる測距光１２および照明に用いる照明光１３を放射する。

次に、図２を参照してＧａＮ系発光ダイオード１からどのようにして測距光１２および照明光１３が放射されるかについて説明する。図２は、ＧａＮ系発光ダイオード１およびＧａＮ系発光ダイオード１から測距光１２および照明光１３を放射させるための駆動回路を示す図である。

図２（ａ）は、ＧａＮ系発光ダイオード１を示す図である。ＧａＮ系発光ダイオード１のリード電極３のリードフレーム上には光源であるＬＥＤチップ２が実装されている。ＬＥＤチップ２は、他のリード電極４とワイヤボンディングされている。これらを覆うようにエポキシ樹脂７が形成されている。

エポキシ樹脂７の先端は丸みをもった形状となっており、レンズ作用を持っている。その結果、ＧａＮ系発光ダイオード１からは、中心軸方向に光強度の強い光が放射されるようになっている。

図２（ｂ）は、ＧａＮ系発光ダイオード１から放射される測距光１２および照明光１３を示す図である。図２（ｂ）では、複数のＧａＮ系発光ダイオード１を配列したものを示している。１個のＧａＮ系発光ダイオード１から得られる光量が少なく、十分な光量を得たいときに、このように複数のＧａＮ系発光ダイオード１を配列する。

ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２からは、波長４１０ｎｍの光が放射される。エポキシ樹脂７の中には、たとえば４１０ｎｍの光が照射されると、その光を吸収し、励起状態に移り、吸収した４１０ｎｍとは異なる波長の蛍光を放射する蛍光体８ａ〜８ｃが分散されている。

エポキシ樹脂７の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃは、４１０ｎｍの光を吸収して６３５ｎｍの赤色の蛍光を放射する蛍光体（Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋）８ａ、４１０ｎｍの光を吸収して５２０ｎｍの緑色の蛍光を放射する蛍光体（ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ）８ｂ、そして４１０ｎｍの光を吸収して４８０ｎｍの青色の蛍光を放射する蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋）８ｃである。

このようにエポキシ樹脂７には、光の三原色である赤色、緑色、青色の蛍光を放射する蛍光体８ａ〜８ｃが分散されているため、ＧａＮ系発光ダイオード１から放射される光は、混色により白色となる。この白色の光が照明光１３として利用される。

また、エポキシ樹脂７の厚みやエポキシ樹脂７の中の蛍光体８ａ〜８ｃの分散状態を制御することによって、ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から放射される光の一部は、蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されずにＧａＮ系発光ダイオード１から放射される。この光が測距光１２として利用される。

次に、図２（ｃ）を参照して、ＧａＮ系発光ダイオード１から測距光１２および照明光１３を放射させるための駆動回路について説明する。図１に示したパルス発生回路９には、パルス発生部１０、バイアス部１１等が設けられている。複数のＧａＮ系発光ダイオード１は、全て同一のパルス発生部１０およびバイアス部１１に接続されている。

パルス発生部１０は、変調信号である所定幅のパルス信号を出力する。パルス発生部１０からパルス信号が出力されると、ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２からは、同じ位相で光強度が変調された光が放射される。

ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から放射される光が変調されているため、ＧａＮ系発光ダイオード１から放射される光も変調されている。その結果、照明光１３がちらつくという問題が生じる。この変調による照明光１３のちらつきを防止するには、たとえば変調速度を数十ｋＨｚに設定するようにすればよい。

このように変調速度を人間の光に対する応答速度以上とすることにより、人間は照明光１３の光強度の平均値しか感じることができず（たとえば、パルス信号のデューティー比が５０％のときには、蛍光の光量としては波高値の半分の光量として感じられる。）、照明光１３のちらつきを防止することができる。

また、複数のＧａＮ系発光ダイオード１は、全て同一のパルス発生部１０に接続されている。そのため、複数のＧａＮ系発光ダイオード１から放射される測距光１２は、すべて同じ位相で同期して変調されるので、後述する受光素子により検出される受光信号とパルス発生部１０から出力されるパルス信号が重なることを防止でき、測距を正確に行なうことができる。

実施の形態１では、白色の照明光１３を得るために蛍光体８ａ〜８ｃを用いているため、変調速度が遅いと以下のような問題も生じる。図３を用いてその問題と、問題の解消方法について説明する。図３は、パルス発生部１０からパルス信号が出力されるタイミングと蛍光体８ａ〜８ｃから放射される蛍光の光強度の時間変化との関係を示した図である。図３（ａ）は、変調速度が遅いときを示す図であり、図３（ｂ）は、変調速度が速いときを示す図である。

蛍光体８ａ〜８ｃは、光が照射されていないときは、蛍光を放射していない。前述したように、蛍光体８ａ〜８ｃには、ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から放射される光が照射される。蛍光体８ａ〜８ｃは、その光を吸収している間は光強度の高い蛍光を放射するが、ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から光が放射されなくなると、徐々に蛍光の光強度が減衰していき、蛍光を放射しない元の状態に戻る。このように蛍光体８ａ〜８ｃがＧａＮ系発光ダイオード１から放射された光を吸収して蛍光を放射し始めてから蛍光の光強度が１／ｅとなるまでの時間を蛍光寿命という。

図３（ａ）の（ｉ）は、パルス発生部１０からパルス信号が出力されるタイミングを示している。図３の（ａ）の（ii）は、蛍光体８ａ〜８ｃから放射される蛍光の光強度の時間変化を示している。前述したように、パルス発生部１０からパルス信号が出力されると、ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から光が放射される。

図３（ａ）では、変調速度が遅いため、蛍光体８ａ〜８ｃは、ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から放射される光を吸収して蛍光を放射し始めてから次にパルス発生部１０からパルス信号が出力されてＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から光が放射されるるまでの間に蛍光寿命を迎えてしまう。

このように、変調速度が遅いと、蛍光体８ａ〜８ｃが放射する蛍光の光強度が大きく変化してしまうため、ＧａＮ系発光ダイオード１から放射される照明光１３がちらつくという問題が生じる。この問題を解消する方法としては以下の方法が考えられる。

図３（ｂ）の（iii）は、パルス発生部１０からパルス信号が出力されるタイミングを示している。図３（ｂ）の（iv）は、蛍光体８ａ〜８ｃから放射される蛍光の光強度の時間変化を示している。図３（ｂ）では、変調速度が速い（具体的には、蛍光寿命よりパルス信号の間隔が短い）ため、蛍光体８ａ〜８ｃは、ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から放射される光を吸収して蛍光を放射し始めてから蛍光寿命を迎えるまでの間に次のパルス信号がパルス発生部１０から出力され、再び光強度の高い蛍光を放射する状態となる。

このように、変調速度を早くすることにより、蛍光体２ａ〜２ｃから放射される蛍光が蛍光寿命を迎える前に再び蛍光の光強度を高い状態にすることができるため、人間は蛍光の光強度の平均値しか感じることができず、照明光１３のちらつきを防止することができる。

再び図１を参照して、ＧａＮ系発光ダイオード１から放射された測距光１２の一部は、測定対象１４により拡散反射される。測定対象１４により反射された測距光１２は、たとえばシリコンからなる受光素子１５により受光される。

受光素子１５により受光される光の中には、雑音成分となる外乱光等も含まれている。この雑音成分となる外乱光等は、測定精度を低下させるため除去する必要がある。そのため、受光素子１５には、たとえば測距光１２として用いられている４１０ｎｍの波長の光のみを透過する光学特性を有する光学膜（フィルター）が設けられている。この光学膜の光学特性は、たとえば多層膜中での光の干渉原理に基づいた一般的な反射率、透過率の計算手法により設計できる。

受光素子１５から出力された受光信号は、負荷抵抗１６により電圧変換され、信号処理装置１７の位相比較器１８に入力される。また、位相比較器１８には、パルス発生回路９のパルス発生部１０から出力されたパルス信号が入力される。

位相比較器１８は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop：位相同期回路）を基本にしており、パルス発生部１０から出力されたパルス信号と、受光素子１５から出力された受光信号との位相差を検出し、その位相差に応じた電圧を出力する。

距離表示装置１９は、位相比較器１８から出力された電圧に応じて測定対象１４までの距離を算出し、算出した距離を表示する。外部Ｉ／Ｆ２０は、距離表示装置１９により算出された距離に応じた電気信号を外部に出力する。

このような構成により、受光素子１５から出力される受光信号とパルス発生部１０から出力されたパルス信号とに基づいて測定対象１４までの距離を算出する信号処理装置１７を実現することができる。

図４は、パルス発生部１０から出力されたパルス信号と受光素子１５から出力された受光信号との位相差および位相比較器１８から出力される電圧と測定対象１４までの距離との関係を示す図である。

図４（ａ）の（ｉ）は、パルス発生部１０から出力されたパルス信号を示す図である。図４（ａ）の（ii）は、受光素子１５から出力された受光信号を示す図である。受光素子１５から出力され受光信号は、パルス発生部１０から出力されたパルス信号に比べ、測定対象１４までの往復にかかる時間だけ位相が遅れている。

このパルス発生部１０から出力されたパルス信号と、受光素子１５から出力された受光信号との位相差と、ＧａＮ系発光ダイオード１（または受光素子１５）と測定対象１４までの距離とは比例関係にある。すなわちＧａＮ系発光ダイオード１（または受光素子１５）と測定対象との距離が近いときは位相差が小さくなり、ＧａＮ系発光ダイオード１（または受光素子１５）と測定対象との距離が遠いときは位相差が大きくなる。位相比較器１８は、この位相差を検出し、位相差に応じた電圧を出力する。

図４（ｂ）は、位相比較器１８から出力される電圧と測定対象までの距離との関係を示す図である。距離表示装置１９は、図４（ｂ）の関係に従い位相比較器１８から出力された電圧に基づいて測定対象１４までの距離を算出し、算出した距離を表示する。

このような構成によれば、ＧａＮ系発光ダイオード１から放射された光のうちエポキシ樹脂７の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されずに放射される光を測距光１２として利用することができ、エポキシ樹脂７の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃに吸収され、放射される蛍光を照明光１３として利用することができるため、測距機能を備えた照明装置を実現することができる。

なお、前述では測距光１２および照明光１３を放射する発光部としてＧａＮ系発光ダイオード１を用いる例を示したが、これに限られない。たとえば蛍光体を励起し得るＧａＮ系半導体レーザ素子などの半導体発光素子を用いてもよい。駆動電流パルスに対する周波数応答特性がよいという観点から、ＧａＮ系発光ダイオード１よりもＧａＮ系半導体レーザ素子を用いる方が好ましい。

図５は、測距機能を備えた照明装置が設けられている自動車３０を示す図である。図５（ａ）は、前照灯部３１および受光部３２を含む自動車３０の外観図であり、図５（ｂ）は、自動車３０の前照灯部３１の構造図である。

図５（ａ）を参照して、自動車３０の前照灯部３１から放射された光の一部は照明光１３として利用され、一部は測距光１２として利用される。測距光１２の一部は、たとえば前方を走っている自動車等により拡散反射され、反射された光が受光部３２により受光される。この受光部３２には、前述した受光素子１５が設けられている。

次に、図５（ｂ）を参照して、自動車３０の前照灯部３１について説明する。自動車３０の前照灯部３１の発光部には、たとえば前述したＧａＮ系半導体レーザ素子３３が用いられる。前照灯部３１は、ＧａＮ系半導体レーザ素子３３、凹面鏡３５、樹脂３４、レンズ３６から構成されている。

ＧａＮ系半導体レーザ素子３３は、光を放射する方向が、前方ではなく、後方を向くように透明アクリル板等の保持材によって取り付けられている。ＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射された光は、凹面鏡３５に反射されて外に放射される。

凹面鏡３５の表面には、前述した蛍光体８ａ〜８ｃが分散されている樹脂３４が塗布されている。そのため、前照灯部３１から放射される光は、混色により白色となる。この光が照明光１３として利用される。

また、樹脂３４の厚みや樹脂３４の中の蛍光体８ａ〜８ｃの分散状態を制御することによって、ＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射される光の一部は、蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されずに前照灯部３１から放射される。この光が測距光１２として利用される。これらの光がレンズ３６により所望とされる光強度分布となるよう変換され、自動車３０の前方方向に放射される。

このＧａＮ系半導体レーザ素子３３には、前述したのと同様の回路が接続されており、前照灯部３３から放射される光の光強度は変調されている。位相比較器１８は、入力された受光素子１５から出力された受光信号と、パルス発生部１０から出力されたパルス信号との位相差を検出し、位相差に応じた電圧を出力する。

距離表示装置１９は、位相比較器１８から出力された電圧に応じて前方の自動車等との距離を算出し、算出した距離を表示する。外部Ｉ／Ｆ２０は、たとえば自動車３０を制御するコンピュータ等と接続されており、自動車３０を制御するコンピュータ等は、前方の自動車等との距離が予め定められている距離よりも短くなったと判別したときに、たとえばブレーキを作動させる制御を行なう。

なお、ＧａＮ系半導体レーザ素子３３は、透明アクリル板等の保持材によって光を放射する方向が後方を向くように取り付けられている例を示したが、たとえばＧａＮ系半導体レーザ素子３３の向きを変える機構を設けて、光を放射する方向をレンズ側にできるようにしてもよい。

このようにすると、日中等の前照灯部３１の光が不要であるときは、ＧａＮ系半導体レーザ素子３３の光を放射する方向を前方に向け、測距機能は維持しつつ、前照灯部３１の消灯状態を実現することができる。また、樹脂３４として、たとえばエポキシ系の樹脂を用いたときには、エポキシ系の樹脂はＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射される紫外域の光に反応して黄色の変質が生じるが、日中等はＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射される光がエポキシ系の樹脂に照射されないので、エポキシ系の樹脂が黄色の変質を生じることを極力防止することができる。

また、測距機能を備えた照明装置が自動車３０の前照灯部３１に設けられている例を示したが、これに限られない。たとえば、測距機能を備えた照明装置が自動車３０のテールライトに用いられてもよい。そして、後方の自動車等との距離が予め定められている距離よりも短くなったときに、テールライトが光るように制御する。このようにすると、後方の運転手に車間距離が縮まったことを報知することができ、衝突事故等を未然に防止することができる。

このような構成によれば、ＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射された光のうち樹脂３４の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されずに前照灯部３１から放射される光を測距光１２として利用することができ、樹脂３４の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃに吸収され、放射される蛍光を照明光１３として利用することができるため、測距機能を備えた照明装置を実現することができる。

図６は、測距機能を備えた照明装置が設けられている室内用照明装置４０を示す図である。室内用照明装置４０は、ＧａＮ系半導体レーザ素子３３、導光体４１、金属膜４２、導光体４３、樹脂４４から構成されている。

ＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射された光は、導光体４１に入射する。この導光体４１の断面構造について図７を用いて説明する。図７は、導光体４１の断面図である。導光体４１は、たとえばポリメチルメタクリレートからなるコア４５、たとえばＴｉＯ粒子からなる散乱部４６、たとえばフッ素系樹脂からなるクラッド４７、たとえばアルミニウムからなる金属膜４８から構成されている。

導光体４１には、周囲を覆うように金属膜４８が設けられているが、導光体４１の先端部分と側面の１部分とには金属膜４８が設けられていない部分がある。ＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射された光の一部はコア４５に入射され、一部はクラッド４７に入射される。

コア４５にはＴｉＯ粒子が分散している散乱部４６が設けられており、コア４５に入射した光のうち散乱部４６に達した光はＴｉＯ粒子により乱反射される。導光体４１に入射した光は、金属膜４８により繰返し反射され、一部は先端部から放射され、一部は側面の１部分から放射される。

導光体４１の先端部分は、斜めにカットされており、端面が上方向を向くように取り付けられている。このため、導光体４１の先端部分に到達した光は端面部分で界面での屈折率差により反射され略下方向に放射される。この光が測距光１２として利用される。

導光体４１の側面の１部分から放射された光は、導光体４３の中を伝播し、金属膜４２により反射される。金属膜４２により反射された光は、蛍光体８ａ〜８ｃが分散されている樹脂４４に入射する。そのため、樹脂４４から放射される光は、混色により白色となる。この光が照明光１３として利用される。

このような構成によれば、ＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射された光のうち導光体４１の先端から放射される光を測距光１２として利用することができ、樹脂４４の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃに吸収され、放射される蛍光を照明光１３として利用することができるため、測距機能を備えた照明装置を実現することができる。

なお、前述では発光部としてＧａＮ系発光ダイオード１を用い、蛍光体として４１０ｎｍの光を吸収して赤色、緑色、青色の蛍光を放射する蛍光体８ａ〜８ｃを用いる例を示したがこれに限られない。たとえば、発光部として波長４７０ｎｍの青色の光を放射する固体発光素子を用い、蛍光体として黄色の蛍光を放射する蛍光体（ＹＡＧ（Ｙ、Ｇｄ）_３（Ａｌ、Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ）を用いてもよい。このようにすると、固体発光素子が放射する光は、光の補色の関係により白色となり、照明光１３として利用することができる。

また、前述では、測距光１２としてＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から放射された光のうち、エポキシ樹脂７の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されずにエポキシ樹脂７から放射された４１０ｎｍの波長の光を用いる例を示したが、これに限られない。たとえば受光素子１５に蛍光体８ａから放射される６３５ｎｍの波長の蛍光のみを透過する光学特性を有する光学膜を設けるようにしておき、この６３５ｎｍの蛍光を測距光１２として用いることも考えられる。しかしながら、蛍光体の蛍光寿命が短く、受光信号からきれいな矩形パルスを取り出すことが困難であり、測距の精度を向上させるためには、測距光１２としてはＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２から放射される４１０ｎｍの波長の光を用いることが好ましい。

また、ＧａＮ系発光ダイオード１を配列する個数、配置等は、配光特性等によって適切なものを採用することができる。また、受光素子１５に、測定対象１４により反射される測距光１２を効率よく集光するための集光レンズ等を設けるようにしてもよい。

［実施の形態１の変形例１］
図８は、実施の形態１の変形例に従うＧａＮ系発光ダイオード１を用いた発光部の構成を示す図である。図８に示すＧａＮ系発光ダイオード１を用いた発光部の構成と図２の（ｂ）に示すＧａＮ系発光ダイオード１を用いた発光部の構成の相違点は、図８に示すＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２を覆っているエポキシ樹脂７の中には、蛍光体８ａ〜８ｃが分散されていない点である。

図８（ａ）は、ＧａＮ系発光ダイオード１の上部に蛍光体８ａ〜８ｃが分散されている板状樹脂６０を設ける例を示した図である。ＧａＮ系発光ダイオード１のＬＥＤチップ２を覆っているエポキシ樹脂７の中には蛍光体８ａ〜８ｃが分散されていないため、ＧａＮ系発光ダイオード１からは波長４１０ｎｍの光のみが放射される。

ＧａＮ系発光ダイオード１から放射され、板状樹脂６０に照射された光の一部は、蛍光体８ａ〜８ｃにより吸収される。蛍光体８ａ〜８ｃからは赤色、緑色、青色の蛍光が放射され、板状樹脂６０からは光の混色によって白色となった光が放射される。この光が照明光１３として利用される。

一方、板状樹脂６０の板厚や蛍光体８ａ〜８ｃの分散状態を制御することにより、ＧａＮ系発光ダイオード１から放射され、板状樹脂６０に照射された光の一部は、蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されずに、板状樹脂６０を透過する。この光が測距光１２として利用される。

図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す板状樹脂６０に開口部６１を設ける例を示した図である。ＧａＮ系発光ダイオード１から放射された光の一部は、開口部６１を通り、蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されない。この光が測距光７として利用される。なお、開口部６１の場所や形状等は適切なものを採用することができる。

このような構成によれば、ＧａＮ系発光ダイオード１から放射された光のうち板状樹脂５０の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されずに放射される光を測距光１２として利用することができ、板状樹脂５０の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃに吸収され、放射される蛍光を照明光１３として利用することができるため、測距機能を備えた照明装置を実現することができる。

なお、板状樹脂６０の形態としては、平行平板に限られず、曲率を有するようなものであってもよい。

［実施の形態１の変形例２］
図９は、ＧａＮ系発光ダイオード１の駆動回路を示す図である。図９に示すＧａＮ系発光ダイオード１の駆動回路の構成と図２（ｃ）に示すＧａＮ系発光ダイオード１の駆動回路の構成との相違点は、図９に示す複数のＧａＮ系発光ダイオード１の一部のＧａＮ系発光ダイオード１のみパルス発生部１０およびバイアス部１１の両方が接続されているという点である。

図９では、３つのＧａＮ系発光ダイオード１には、パルス発生部１０およびバイアス部１１の両方が接続されているが、他の３つのＧａＮ系発光ダイオード１には、直流バイアスを与えるバイアス部１１のみが接続されている。

全てのＧａＮ系発光ダイオード１にパルス発生部１０およびバイアス部１１の両方が接続されていると、たとえばパルス発生部１０から出力されるパルスの波高値を大きくあるいは小さくする等して測距光１２の光条件を変えるようなときに、照明光１３の光強度（パルスの波高値の平均値）も変調され、照明光１３のちらつきが顕著に現れてしまうことがある。

一方、複数のＧａＮ系発光ダイオード１の一部のＧａＮ系発光ダイオード１にはパルス発生部１０およびバイアス部１１の両方を接続しておき、一部のＧａＮ系発光ダイオード１にはバイアス部１１のみを接続しておくと、パルス発生部１０が接続されているＧａＮ系発光ダイオード１によって測距光１２の光条件を変えることができるとともに、これに伴って発生する照明光１３のちらつきをバイアス部１１のみが接続されているＧａＮ系発光ダイオード１から放射される光強度を調整することにより、照明光１３のちらつきを補正することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１とは異なる構成の信号処理装置６０が設けられている測距機能を備えた照明装置について説明する。

図１０は、実施の形態２に従う測距機能を備えた照明装置の構成図である。図１０に示す測距機能を備えた照明装置と実施の形態１の図１に示す測距機能を備えた照明装置との相違点は、信号処理装置６０の構成が異なることであり、その他の部分の構成は実施の形態１と同じであるので、詳細な説明は繰り返さない。

信号処理装置６０は、位相信号発生回路６１、カウンタ回路６２、カウンタパルス発生回路６３、位相信号時間算出回路６４、距離表示装置６５、外部Ｉ／Ｆ６６から構成されている。以下に信号処理装置６０について説明する。

位相信号発生回路６１には、パルス発生回路９のパルス発生部１０から出力されたパルス信号と受光素子１５から出力された受光信号とが入力される。位相信号発生回路６１は、入力されたパルス発生部１０から出力されたパルス信号と受光素子１５から出力された受光信号との位相差に対応する位相信号を出力する。

位相信号発生回路６１から出力された位相信号は、カウンタ回路６２に入力される。また、カウンタ回路６２には、カウンタパルス発生回路６３から出力された一定幅のカウンタパルスが入力される。カウンタ回路６２は、位相信号発生回路６１から出力される位相信号の時間長さで、カウンタ回路６２に入力されるカウンタパルスの数を計数する。

位相信号時間算出回路６４は、カウンタ回路６２により計数されたカウンタパルスの数の計数値とカウンタパルス発生回路６３から出力されるカウンタパルスのパルス幅とに基づいて位相信号の時間を算出する。

距離表示装置６５は、位相信号時間算出回路６４により算出された位相信号の時間と、光の伝播速度とに基づいて測定対象までの距離を算出し、算出した距離を表示する。外部Ｉ／Ｆ６６は、距離表示装置６５により算出された距離に応じた電気信号を外部に出力する。

図１１は、パルス発生部１０から出力されるパルス信号、受光素子１５から出力される受光信号、位相信号発生回路６１から出力される位相信号およびカウンタ回路６２に入力されるカウンタパルスを示す図である。

図１１の（ｉ）は、パルス発生部１０から出力されたパルス信号を示している。図１１の（ii）は、受光素子１５から出力された受光信号を示している。受光素子１５から出力された受光信号は、パルス発生部１０から出力されたパルス信号に比べ、測定対象１４までの往復にかかる時間だけ位相がずれている。

図１１の（iii）は、位相信号発生回路６１から出力された位相信号を示している。位相信号発生回路６１は、パルス発生部１０から出力されたパルス信号を示す図１１の（ｉ）と受光素子１５から出力された受光信号を示す図１１の（ii）の信号の否定（ＮＯＴ）信号との論理積（ＡＮＤ）信号により位相信号を得る。

図１１の（iv）は、カウンタパルス発生回路６３から出力されるカウンタパルスを示している。カウンタパルスは図１１の（iv）に示すように予め定められたパルス幅である。カウンタ回路６２には、このカウンタパルスが位相信号の時間長さだけ入力され、カウンタ回路６２により計数されたカウンタパルスの数の計数値に基づいて位相信号時間算出回路６４は位相信号時間を算出する。

このような構成により、受光素子１５から出力される受光信号とパルス発生部１０から出力されたパルス信号とに基づいて測定対象１４までの距離を算出する信号処理装置６０を実現することができる。
［実施の形態３］
実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２とは異なる構成の測距機能を備えた照明装置について説明する。

図１２は、実施の形態３に従う測距機能を備えた照明装置の構成図である。実施の形態１の図１に示す測距機能を備えた照明装置および実施の形態２の図１０に示す測距機能を備えた照明装置と大きく相違する点は、ポリゴンミラー７０を用いてＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射された光を走査させている点である。その他の部分の構成は実施の形態１および実施の形態２と同じであるので詳細な説明は繰り返さない。

実施の形態３に従う測距機能を備えた照明装置は、実施の形態１の構成に加えポリゴンミラー７０、ポリゴンミラー駆動回路７１、形状位置検出回路７３から構成されている。ポリゴンミラー７０を用いた測距機能を備えた照明装置は、たとえば室内用照明や装飾用照明等の一般照明に利用される。図１３は、実施の形態３に従う測距機能を備えた照明装置が設けられている一般照明を示す図である。

ＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射された光は、レンズ７６を通り、ポリゴンミラー７０に照射される。ＧａＮ系発光ダイオード３３から放射される光は、所定の拡がり角で拡がっている。この拡がって放射される光をレンズ７６に通すことにより、ポリゴンミラー７０の反射面に無駄なく集光させることができる。

ポリゴンミラー７０は、ポリゴンミラー駆動回路７１によって一定方向に高速回転するように制御されている。そのため、ポリゴンミラー７０で反射された光は、蛍光体８ａ〜８ｃが分散された板状樹脂７７上を走査する。

板状樹脂７７上を走査する光は、板状樹脂７７の中に分散している蛍光体８ａ〜８ｃにより吸収される。そのため、板状樹脂７７から放射される光は、混色により白色となるこの光が照明光１３として利用される。

一方、板状樹脂７７の板厚や板状樹脂７７の中の蛍光体８ａ〜８ｃの分散状態を制御することによって、ＧａＮ系半導体レーザ素子３３から放射される光の一部は、蛍光体８ａ〜８ｃに吸収されずに、板状樹脂７７を透過する。この光が測距光１２として使用される。

実施の形態３では、ポリゴンミラー７０を用いているので、ポリゴンミラー７０を回転させることで、室内に放射される測距光１２および照明光１３の位置を走査させることができる。なお、走査速度は、照明光１３のちらつきが感じられない程度の速度に設定する必要がある。

しかしながら、蛍光体８ａ〜８ｃから放射される蛍光は、いわゆる自然放出光であるため四方に放射される。さらに、板状樹脂７７の中に分散されている蛍光体８ａ〜８ｃによる蛍光の内部散乱が発生するため、照明光１３の光強度は、比較的均一性が得られ易く、高速での走査は必要とされない。

また、ポリゴンミラー７０は等角速度運動をしているため、ポリゴンミラー７０で反射された光が板状樹脂７７上を走査するときは、板状樹脂７７の中心付近を光が移動する速度に比べ、端に行くほど早い速度で移動することになる。そのため、板状樹脂７７から放射される光の光強度が中心付近と端の方とでは異なるおそれがある。そこで、ポリゴンミラー７０で反射された光を等速度で板状樹脂７７上を走査させるために、ポリゴンミラー７０と板状部材７７の間に等角速度で移動する反射光を等速度で移動するように補正する所謂ｆθレンズを設けるようにしてもよい。このようにすると、板状樹脂７７から放射される光の光強度を中心付近と端の方とで極力同じにすることができる。また、距離の測定精度の低下を極力防止することができる。

室内に放射された測距光１２は、測定対象により反射され、受光素子１５により受光される。再び図１２を参照して、受光素子１５から出力される受光信号を処理する信号処理装置７２について説明する。信号処理装置７２は、位相比較器１８、距離表示装置１９、形状位置検出回路７３、外部Ｉ／Ｆ７４から構成されている。

位相比較器１８、距離表示装置１９については、実施の形態１で説明したものと同じであるので説明を省略する。形状位置検出回路７３には、距離表示装置１９により算出された測定対象１４までの距離を示す距離信号と、ポリゴンミラー駆動回路７１から出力されポリゴンミラー７０の走査位置信号とが入力される。

形状位置検出回路７３は、入力される距離信号および走査位置信号のデータを保存し、このデータの時間変化を処理することにより人等の形状や位置を検出する。外部Ｉ／Ｆ７４は、形状位置検出回路７３により検出された人等の形状や位置に応じた電気信号を空調装置等の外部装置７５に出力する。空調装置は、入力されたデータに基づいて、室内の人の有無や、人の存在する場所により動作状態制御や吹き出し口の方向についての制御を行なう。

このような構成により、外部装置７５に測定対象１４までの距離に応じた動作を行なわせることが可能となる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１に従う測距機能を備えた照明装置の構成図である。ＧａＮ系発光ダイオードおよびＧａＮ系発光ダイオードから測距光および照明光を放射させるための駆動回路を示す図である。パルス発生部からパルス信号が出力されるタイミングと蛍光体から放射される蛍光の光強度の時間変化との関係を示した図である。パルス発生部から出力されたパルス信号と受光素子から出力された受光信号との位相差および位相比較器から出力される電圧と測定対象までの距離との関係を示す図である。測距機能を備えた照明装置が設けられている自動車を示す図である。測距機能を備えた照明装置が設けられている室内用照明装置を示す図である。導光体の断面図である。実施の形態１の変形例に従うＧａＮ系発光ダイオードを用いた発光部の構成を示す図である。ＧａＮ系発光ダイオード１の駆動回路を示す図である。実施の形態２に従う測距機能を備えた照明装置の構成図である。パルス発生部から出力されるパルス信号、受光素子から出力される受光信号、位相信号発生回路から出力される位相信号およびカウンタ回路に入力されるカウンタパルスを示す図である。実施の形態３に従う測距機能を備えた照明装置の構成図である。実施の形態３に従う測距機能を備えた照明装置が設けられている一般照明を示す図である。

符号の説明

１ＧａＮ系発光ダイオード、２ＬＥＤチップ、３リード電極、４リード電極、７エポキシ樹脂、８ａ蛍光体、８ｂ蛍光体、８ｃ蛍光体、９パルス発生回路、１０パルス発生部、１１バイアス部、１２測距光、１３照明光、１４測定対象、１５受光素子、１６負荷抵抗、１７信号処理装置、１８位相比較器、１９距離表示装置、２０外部Ｉ／Ｆ、３０自動車、３１前照灯部、３２受光部、３３ＧａＮ系半導体レーザ素子、３４樹脂、３５凹面鏡、３６レンズ、４０室内照明装置、４１導光体、４２金属膜、４３導光体、４４樹脂、４５コア、４６散乱部、４７クラッド、４８金属膜、５０板状樹脂、５１開口部、６０信号処理装置、６１位相信号発生回路、６２カウンタ回路、６３カウンタパルス発生回路、６４位相信号時間算出回路、６５距離表示装置、６６外部Ｉ／Ｆ、７０ポリゴンミラー、７１ポリゴンミラー駆動回路、７２信号処理装置、７３形状位置検出回路、７４外部Ｉ／Ｆ、７５外部装置、７６レンズ、７７樹脂。

Claims

光を放射する光源と、
変調信号を出力し、前記光源から放射させる光の光強度を変調する変調手段と、
前記光源から放射させた光を吸収し、前記光源から放射させた光の波長とは異なる波長の蛍光を放射する蛍光体と、
前記光源から放射させた光のうち測定対象により反射された光を受光して電気信号を出力する光検出手段と、
該光検出手段が出力する電気信号と前記変調手段が出力する変調信号とに基づいて前記測定対象までの距離を算出する信号処理手段とを含むことを特徴とする、測距機能を備えた照明装置。
前記測距機能を備えた照明装置は、複数の前記光源を含み、
前記変調手段は、前記複数の光源から放射させる光の光強度を同じ位相で変調することを特徴とする、請求項１に記載の測距機能を備えた照明装置。
前記測距機能を備えた照明装置は、複数の前記光源を含み、
前記変調手段は、前記複数の光源のうちの一部の光源のみを対象として光強度を変調することを特徴とする、請求項１に記載の測距機能を備えた照明装置。
前記変調手段は、前記蛍光体の蛍光寿命より短い間隔で変調信号を出力することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の測距機能を備えた照明装置。
前記信号処理手段は、
前記光検出手段が出力する電気信号と前記変調手段が出力する変調信号との位相差を算出する位相差算出手段と、
該位相差算出手段により算出された位相差に応じた電気信号を出力する位相差信号出力手段とを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の測距機能を備えた照明装置。
前記信号処理手段は、
前記光検出手段が出力する電気信号と前記変調手段が出力する変調信号との位相差に対応する位相信号を出力する位相信号出力手段と、
一定幅のパルスを発生するパルス発生手段と、
前記位相信号出力手段が出力する位相信号の時間長さで前記パルス発生手段が発生するパルスの数を計数する計数手段と、
該計数手段の計数値と前記パルス発生手段が発生するパルスのパルス幅とに基づいて位相信号の時間を算出する位相信号時間算出手段とを含むことを特著とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の測距機能を備えた照明装置。
前記信号処理手段が算出した前記測定対象までの距離に応じた電気信号を外部へ出力する出力手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の測距機能を備えた照明装置。
前記測距機能を備えた照明装置は、車両の前照灯部を構成していることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の測距機能を備えた照明装置。
前記測距機能を備えた照明装置は、一般照明を構成していることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の測距機能を備えた照明装置。