JP2020100398A - 車両用灯具および灯具システム - Google Patents

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Abstract

【課題】安全性を高めた灯具を提供する。【解決手段】光源２０２は、レーザダイオード２０６を含む。点灯回路３００は、レーザダイオード２０６に駆動電流をＩＬＤ供給する。点灯回路３００は、レーザダイオード２０６に発振しきい値を超える駆動電流ＩＬＤを供給する通常モードと、レーザダイオード２０６に発振しきい値より小さい駆動電流ＩＬＤを定常的に供給するテストモードと、が切りかえ可能である。【選択図】図９

Description

本発明は、自動車などに用いられる車両用灯具に関する。
従来、車両用灯具、特に前照灯の光源としては、ハロゲンランプやＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプが主流であったが、近年それらに代えて、ＬＥＤ（発光ダイオード）やレーザダイオード（半導体レーザともいう）などの半導体光源を用いた車両用灯具の開発が進められている。
特開２００５−２９４１６６号公報
複数の光源をオーバーラップして照射し、所望の配光パターンを形成する技術が提案されている（特許文献１）。従来、このようなある領域をオーバーラップして照射する複数の光源は、共通の点消灯指示にもとづいて同時に点灯、消灯が制御されていた。これは、制御の簡略化の観点からは好ましいといえるが、灯具の美観、高級感の演出や、前方の視認性およびそれに関わる運転者の快適性、安全性の観点からは、改善の余地があった。
本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、美観、高級感を演出し、および／または、前方の視認性を改善可能な車両用灯具の提供にある。
（第１の態様）
本発明のある態様は、車両用灯具に関する。車両用灯具は、第１範囲を照射する第１光源と、第１光源より低い輝度を有し、第１範囲とオーバーラップしかつ第１範囲よりも広い第２範囲を照射する第２光源と、点灯指令に応じて第１光源および第２光源を駆動する点灯回路であって、点灯指示に応答して、第１光源と第２光源を異なる徐変時間で徐変点灯させる点灯回路と、を備える。
この態様によると、ある部分の光量が変化した後に、別の部分の光量が時間差で変化する。これにより、それらの光量を同時に変化させた場合と比べて、美観、高級感を演出し、および／または、前方の視認性を改善できる。
第１光源の徐変時間は、第２光源の徐変時間より長くてもよい。
これにより、広範囲を先に明るくして運転者が全体の状況をつかんだ後に、注視すべき走行軸上を集中的に明るくすることができ、運転しやすくなる。
第２光源の徐変時間は、第１光源の徐変時間より長い。
これにより、走行軸上の注視すべき点を先に明るくして運転者の注意を引いた後に、その周囲を広範囲に明るくすることで、安全性を高めることができる。
第１光源の徐変時間と第２光源の徐変時間の差は、０．２〜５秒であってもよい。
時間差が短すぎると、効果を認識しにくくなる反面、時間差が長すぎると、明るくなるまでの時間が長く、視認性確保まで時間がかかり、車両用灯具としての機能が損なわれる。時間差を０．２〜５秒の範囲で定めれば、これらを両立できる。
第１光源および第２光源は、追加ハイビーム用の光源であってもよい。
第１光源はレーザダイオードであり、第２光源は発光ダイオードであってもよい。
特性の異なる２種類の光源を組み合わせることで、レーザダイオードの高指向性により、遠方まで照射でき、発光ダイオードにより広範囲を明るく照射できる。
第１光源と第２光源は直列に接続されてもよい。点灯回路は、第１光源と第２光源の直列接続回路に調光信号に応じた駆動電流を供給する駆動回路と、第１光源と第２光源のうち、徐変時間が長い一方の光源と並列に設けられたバイパススイッチと、徐変点灯時に、徐変時間が短い他方の光源の徐変点消灯に対応する調光信号を生成するとともに、バイパススイッチの状態を制御することにより、一方の光源を徐変点消灯する徐変コントローラと、を含んでもよい。
これにより、共通の駆動回路により、２つの光源を異なる徐変時間で点灯させることができ、駆動回路を２系統設ける場合に比べてコストを下げることができる。
徐変コントローラは、バイパススイッチであるトランジスタと、他方の光源の徐変点灯の波形を指示する徐変信号を生成する信号生成部と、他方の光源に流れる駆動電流を示す信号と、徐変信号との誤差を増幅し、トランジスタの制御端子に出力するエラーアンプと、を含んでもよい。
徐変コントローラは、バイパススイッチであるトランジスタと、他方の光源の徐変点灯の波形を指示する徐変信号を生成する信号生成部と、トランジスタを徐変信号に応じてスイッチングするパルス変調器と、を含んでもよい。
（第２の態様）
本発明の別の態様もまた、車両用灯具である。この車両用灯具は、レーザダイオードを含む光源と、レーザダイオードに駆動電流を供給する点灯回路と、を備える。点灯回路は、レーザダイオードに発振しきい値を超える駆動電流を供給する通常モードと、レーザダイオードに発振しきい値より小さい駆動電流を定常的に供給するテストモードと、が切りかえ可能である。
メンテナンス時において車両は停止しており、周囲には作業者が存在する状況が想定される。この状態でレーザダイオードが走行時と同様に発光すると、灯具のすぐ近傍に人がいた場合、幻惑を与えてしまう。また灯具の不具合により、レーザダイオードの出射光が散乱されずに直接出射するケースも想定される。
この態様によれば、メンテナンス時には、レーザダイオードを発振させずに微発光させることができ、安全性を高めることができる。
車両用灯具は、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）からバスを介して光源の点消灯指示を受け、点灯回路を制御するプロセッサをさらに備えてもよい。プロセッサは、バスを介した制御に応じてテストモードにセットされてもよい。この場合、車両ＥＣＵにメンテナンスツールを接続し、車両ＥＣＵを介して車両灯具にテストモードでの発光を指示できる。
光源は、レーザダイオードに加えて、レーザダイオードからの励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体と、を含み、励起光と蛍光のスペクトルを含む白色の出力光を生成してもよい。
このような光源では、蛍光体に異常が生ずると、レーザダイオードの出射光が散乱されずに直接出射するため、特に用途として好適である。
（第３の態様）
本発明のさらに別の態様もまた、車両用灯具である。この車両用灯具は、半導体光源と、半導体光源に調光信号に応じた駆動電流を供給する駆動回路と、車両からの指示および走行状況を示す情報に応じて半導体光源の点消灯を指示する点消灯指示信号を生成するプロセッサと、点消灯指示信号に応答して、時間とともに徐変する調光信号を生成する徐変コントローラと、バッテリから駆動回路への電源供給経路上に設けられ、プロセッサによりオン、オフが制御されるスイッチと、を備える。プロセッサは、レーザダイオードを徐変消灯するとき、点消灯指示信号を消灯レベルとしてから所定時間経過後にスイッチをオフする。
これにより、徐変消灯の機能は生かしつつも、仮に駆動回路の電流パス上のスイッチング素子がショート故障していた場合にも、半導体光源が制御不能な電流により駆動されるのを防止できる。
プロセッサは、半導体光源を瞬時に消灯するとき、直ちにスイッチをオフしてもよい。
プロセッサは、点消灯指示信号を点灯レベルとするとき、それと同時もしくはそれに先だってスイッチをオンしてもよい。
本発明のある態様によれば、美観、高級感を演出し、および／または、前方の視認性を改善できる。
図１（ａ）は、灯具前方の所定位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービームおよびハイビーム用の配光パターンを示す図であり、図１（ｂ）は、追加ハイビームの配光パターンを示す図である。 第１の実施の形態に係る車両用灯具を備える灯具システムのブロック図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、図２の車両用灯具の動作波形図である。 第１の構成例に係る点灯回路のブロック図である。 図４の点灯回路の動作波形図である。 図４の徐変コントローラの具体的な構成例を示す回路図である。 図４の徐変コントローラの別の構成例を示す回路図である。 第２の構成例に係る点灯回路のブロック図である。 第２の実施の形態に係る車両用灯具を備える灯具システムのブロック図である。 レーザダイオードを備えるハイビーム用光源の断面図である。 第３の実施の形態に係る灯具システムのブロック図である。 駆動回路である定電流コンバータの回路図である。 図１１の車両用灯具の第１の動作波形図である。 図１１の車両用灯具の第２の動作波形図である。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、灯具前方の所定位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービームおよびハイビーム用の配光パターンを示す図である。ＰＬはロービームの照射領域を、ＰＨは、通常のハイビームの照射領域を示す。ＰＡＨは、通常のハイビームとは別に、より遠方を照射するために設けられた追加ハイビームの照射領域を示す。図１（ｂ）は、追加ハイビームの配光パターンＰＡＨを示す図である。追加ハイビームの配光パターンＰＡＨは、第１光源および第２光源によって形成される。第１光源は、中央の狭い第１範囲ＰＮを照射する。第１光源は、高指向性を有するレーザダイオードが好適である。第２光源は、第１範囲ＰＮとオーバーラップし、かつ第１領域ＰＮより広い第２範囲ＰＢを照射する。第２光源は、たとえばＬＥＤが用いられる。
図２は、第１の実施の形態に係る車両用灯具２００を備える灯具システム１００のブロック図である。
車両用灯具２００は、図１の追加ハイビーム用配光パターンを形成する。また実際の車両用灯具２００には、追加ハイビームに加えて、通常ハイビーム、ロービーム、クリアランスランプなどが搭載されるが、ここでは省略している。
車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０４は、車両用灯具２００とＣＡＮ（Controller Area Network）バス１０６などの制御ラインを介して接続されており、車両用灯具２００を統合的に制御する。
車両ＥＣＵ１０４からみると、車両用灯具２００の追加ハイビームは単一のランプであり、したがって車両ＥＣＵ１０４は、追加ハイビームの点消灯を指示する１個の点灯指令Ｓ１を生成する。この点灯指令Ｓ１は、ハイビームの点灯指令と兼用される場合もある。
また車両ＥＣＵ１０４から車両用灯具２００には、点灯指令Ｓ１に加えて走行状況を示す情報（走行情報）Ｓ２などが送信される。
続いて、車両用灯具２００の構成を説明する。車両用灯具２００は、第１光源２０２Ａ、第２光源２０２Ｂ、およびそれらの点灯回路３００、灯具ＥＣＵ４００を備える。第１光源２０２Ａはレーザダイオードであり、第２光源２０２ＢはＬＥＤである。実際の灯具システム１００には、左右１対の車両用灯具２００が設けられるがここでは片側のみを示す。
点灯回路３００は、灯具ＥＣＵ４００からの点消灯指示信号Ｓ４に応じて第１光源２０２Ａおよび第２光源２０２Ｂを駆動する。点消灯指示信号Ｓ４は、第１光源２０２Ａと第２光源２０２Ｂで共通である。この点灯回路３００は、点消灯指示信号Ｓ４に応答して、第１光源２０２Ａと第２光源２０２Ｂを異なる徐変時間τＡ，τＢで徐変点灯可能となっている。
詳しくは後述するが、点灯回路３００は、点消灯指示信号Ｓ４が点灯レベル（たとえばハイレベル）に遷移すると、第１光源２０２Ａへの駆動電流ＩＬＤを第１の遷移時間（徐変時間）τＡで増大させる。また点灯回路３００は、点消灯指示信号Ｓ４が点灯レベルに遷移すると、第２光源２０２Ｂへの駆動電流ＩＬＥＤを第２の遷移時間（徐変時間）τＢで増大させる。
人間の眼は、周囲の明るさに対して対数の特性を有しており、したがって周囲が暗いときほど明るさの変化に敏感となる。ランプの輝度を緩やかに増加させる場合（徐変点灯）、ランプの光量が小さいときは光量の変化の度合いを小さく、ランプの光量が大きくなるにしたがい光量の変化の度合いを大きくすると、人間の眼に対して自然な点灯が可能となる。同様に、ランプの輝度を緩やかに低下させる場合（徐変消灯）、ランプの光量が大きいときは光量の変化の度合いを大きく、ランプの光量が小さくなるにしたがい光量の変化の度合いを小さくすることが好ましい。
灯具ＥＣＵ４００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０２および半導体スイッチ４０４を備える。ＣＰＵ４０２は、車両ＥＣＵ１０４からの点灯指令Ｓ１および走行情報Ｓ２に応じて、追加ハイビーム用光源２０２の点消灯を指示する点消灯指示信号Ｓ４を生成する。
たとえば走行情報Ｓ２は、前方車の有無（Ｓ２ａ）、車速（Ｓ２ｂ）、蛇角（Ｓ２ｃ）を含む。灯具ＥＣＵ４００は、点灯指令Ｓ１が点灯を指示し、かつ前方車の有無、車速、蛇角が所定条件を満たすときに、点消灯指示信号Ｓ４を点灯レベルとする。
一例として、点消灯指示信号Ｓ４が点灯を指示しており、かつ（i）前方車が非検知、かつ（ii）車速が所定値（８０ｋｍ／ｈ）以上、かつ（iii）蛇角が所定値（たとえば５°）以下の条件が満たされると、点消灯指示信号Ｓ４を点灯レベルとする。
また点消灯指示信号Ｓ４が点灯レベルであるときに、（i）前方車が検知、（ii）車速が所定値（６０ｋｍ／ｈ）以下、（iii）蛇角が所定値（たとえば１０°）以上、の少なくともひとつの条件が満たされると、点消灯指示信号Ｓ４を点灯レベルとする。
半導体スイッチ４０４は、バッテリ１０２から駆動回路３０２への電源供給経路上に設けられ、プロセッサ４０２からの制御信号Ｓ５に応じてオン、オフが制御される。半導体スイッチ４０４は、追加ハイビーム用光源２０２の点灯状態ではオンとされる。
以上が灯具システム１００の構成である。続いてその動作を説明する。続いてその動作を説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、図２の車両用灯具２００の動作波形図である。
図３（ａ）は、第１徐変時間τＡが第２徐変時間τＢより長い場合である。この制御では、ＬＥＤによって遠方の比較的広い範囲を先に明るく照射し、運転者が全体の状況をつかんだ後に、徐々にレーザダイオードによって走行軸上の注視すべき点を明るくすることができ、運転しやすくなる。
図３（ｂ）は、第１徐変時間τＡが第２徐変時間τＢより短い場合である。この制御では、走行軸上の注視すべき点を先に明るくして運転者の注意を引いた後に、その周囲を広範囲に明るくすることで、安全性を高めることができる。
つまり車両用灯具２００によれば、２つの光源の光量が時間差で変化することにより、光量を同時に変化させた場合と比べて、前方の視認性を改善できる。図３（ａ）の制御と図３（ｂ）の制御は、車両用灯具２００にあらかじめ設定しておいてもよいし、ＣＰＵ４０２が適応的に選択してもよい。
また、それに加えて、美観、高級感を演出するという効果も生まれる。
第１徐変時間τＡと第２徐変時間τＢの差は、０．２〜５秒程度とすることが望ましい。また第１徐変時間τＡと第２徐変時間τＢそれぞれも、０．２〜５秒程度とすることが望ましい。
時間差が短すぎると、効果を認識しにくくなる反面、時間差が長すぎると、明るくなるまでの時間が長く、視認性確保まで時間がかかり、車両用灯具としての本来の機能が損なわれる。時間差を０．２〜５秒の範囲で定めれば、これらを両立できる。
続いて点灯回路３００の構成例を説明する。
（第１の構成例）
図４は、第１の構成例に係る点灯回路３００ａのブロック図である。ここでは、τＡ＜τＢとするための構成を示す。第１光源２０２Ａと第２光源２０２Ｂは、直列に接続される。点灯回路３００ａは、駆動回路３０２、徐変コントローラ３０４、バイパススイッチ３１０を備える。駆動回路３０２は、第１光源２０２Ａと第２光源２０２Ｂの直列接続回路２０２に調光信号Ｓ３Ａに応じた駆動電流ＩＬＤを供給する。
駆動回路３０２としては、駆動電流ＩＬＥＤを調光信号Ｓ３に応じた目標電流に安定化する定電流コンバータが好適に使用される。なお定電流コンバータのトポロジーは特に限定されない。駆動回路３０２は、駆動電流ＩＬＤの電流量を調節するアナログ調光と、駆動電流ＩＬＤを高速にスイッチングしてそのデューティ比を変化させるＰＷＭ（パルス幅変調）調光を併用してもよいし、それらの一方のみを行ってもよい。
バイパススイッチ３１０は、トランジスタで構成でき、第１光源２０２Ａと第２光源２０２Ｂのうち、徐変時間が長い一方の光源２０２Ｂと並列に設けられる。徐変コントローラ３０４は、徐変時間が短い他方の光源２０２Ａの徐変点消灯に対応する調光信号Ｓ３Ａを生成するとともに、バイパススイッチ３１０の状態を制御することにより、一方の光源２０２Ｂを徐変点消灯する。
図５は、図４の点灯回路３００ａの動作波形図である。時刻ｔ０に点消灯指示信号Ｓ４が点灯レベルとなると、徐変コントローラ３０４は調光信号Ｓ３Ａを第１徐変時間τＡで徐変させ、これにより駆動電流ＩＬＤが緩やかに増大する。その結果、第１光源２０２Ａの光量も、第１徐変時間τＡで増加する。
一方、第２光源２０２Ｂには、第１光源２０２Ａの電流ＩＬＤとバイパススイッチ３１０に流れる電流ＩＢＰとの差分に相当する電流ＩＬＥＤが流れる。
ＩＬＥＤ＝ＩＬＤ−ＩＢＰ
言い換えれば、駆動電流ＩＬＥＤに関して所望の徐変プロファイルが得られるように、ＩＢＰの波形を制御することで、第２光源２０２Ｂに関しても、調光信号Ｓ３Ａの波形とは独立して、任意の徐変時間τＢで緩やかに点灯させることができる。
徐変消灯は、点灯時と逆の制御を行うことで実現できる。時刻ｔ２に点消灯指示信号Ｓ４が消灯レベルに遷移すると、徐変コントローラ３０４がバイパススイッチ３１０に流れる電流ＩＬＤを増加させる。これによりはじめに第２光源２０２Ｂの電流ＩＬＥＤが減少し始める。そして時刻ｔ２に調光信号Ｓ３Ａにもとづいて駆動回路３０２の出力電流ＩＬＤが第１徐変時間τＡで減少し始める。バイパススイッチ３１０の電流ＩＢＰは、第２光源２０２Ｂの電流ＩＬＥＤが所望のプロファイルで減少するように生成される。
このように図４の点灯回路３００ａによれば、共通の駆動回路によって、２つの光源２０２Ａ，２０２Ｂを異なる徐変時間τＡ，τＢで点灯させることができ、駆動回路を２系統設ける場合に比べてコストを下げることができる。なお、図５に示される波形は一例に過ぎず、任意の波形を設定することができる。
図６は、図４の徐変コントローラ３０４の具体的な構成例を示す回路図である。バイパススイッチ３１０は、トランジスタである。ここではＮチャンネルＭＯＳＦＥＴを示すが、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタを用いてもよい。あるいはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴやＰＮＰ型バイポーラトランジスタも用いうる。
信号生成部３３０は、第２光源２０２Ｂの波形を指示する徐変信号Ｓ３Ｂを生成する。徐変信号Ｓ３Ｂは、図４のＳ３Ｂに相当するとも言える。信号生成部３３０はたとえばキャパシタ３３２および電流源３３４で構成できる。電流源３３４は、徐変点灯時にキャパシタ３３２に電流ＩＣを供給して充電し、反対に徐変消灯時にはキャパシタ３３２を放電可能に構成される。キャパシタ３３２の電圧が、徐変信号Ｓ３Ｂとなる。
人間の目の感度を考慮した場合、徐変点灯時には図５に示すように、駆動電流ＩＬＥＤの傾きは、時間が経過するほど大きくなることが望ましい。この場合、電流源３３４は、キャパシタ３３２の電圧に応じて充電電流ＩＣを変化させればよい。
信号生成部３３０は、デジタルの波形データを生成するプロセッサと、波形データをアナログの徐変信号Ｓ３Ｂに変換するＤ／Ａコンバータの組み合わせで構成してもよい。
エラーアンプ３２０は、第２光源２０２Ｂに流れる駆動電流ＩＬＥＤを示す電流検出信号ＶＩＳと、徐変信号Ｓ３Ｂとの誤差を増幅し、トランジスタ３１０の制御端子（ゲート）に出力する。電流検出信号ＶＩＳの生成方法は特に限定されないが、たとえば駆動電流ＩＬＥＤの経路上にセンス抵抗ＲＳを挿入し、その電圧降下を用いることができる。
図６の徐変コントローラ３０４によれば、駆動電流ＩＬＥＤの電流波形が徐変信号Ｓ３Ｂの波形と一致するようにトランジスタ３１０のオン抵抗（言い換えれば電流量ＩＢＰ）をフィードバック制御することができる。
図６の徐変コントローラ３０４は、バイパススイッチ３１０を、所望の駆動電流ＩＬＥＤの波形が得られるようにクローズドループでフィードバック制御したが、本発明はそれには限定されず、バイパススイッチ３１０をオープンループで制御してもよい。
図７は、図４の徐変コントローラ３０４の別の構成例を示す回路図である。この徐変コントローラ３０４は、パルス変調器３２２を備える。パルス変調器３２２は、トランジスタ３１０を徐変信号Ｓ３ｂに応じてスイッチングする。
電流検出信号ＶＩＳは、センス抵抗ＲＳの電圧降下をローパスフィルタ３２４により平滑化した信号であってもよい。図７の例では、パルス変調器３２２は、エラーアンプ３２０の出力ＶＥＲＲに応じたデューティ比を有するパルス信号ＳＰＷＭに変換する。パルス変調器３２２の構成は特に限定されず、公知技術を用いればよい。たとえはパルス幅変調（ＰＷＭ）の場合、三角波あるいはのこぎり波と、エラーアンプ３２０の出力ＶＥＲＲを比較することでパルス信号ＳＰＷＭを生成できる。
図７の徐変コントローラ３０４によれば、駆動電流ＩＬＥＤの時間平均波形が徐変信号Ｓ３Ｂの波形と一致するように、トランジスタ３１０のスイッチングのデューティ比をフィードバック制御することができる。
パルス変調を用いてバイパススイッチ３１０を制御することで、さらに以下の効果が得られる。第１に、定常点灯状態と減光状態とで、発光色の色度を揃えることができる。
またレーザダイオードではしきい値電流以下ではレーザ発振しないため、ＬＥＤとレーザダイオードを同じタイミングでゼロから上昇する徐変信号により制御すると、レーザダイオードの点灯タイミングが遅れるという問題がある。パルス変調を用いた制御では、ＬＥＤとレーザダイオードの点灯タイミングを揃えることができる。
なおバイパススイッチ３１０をＰＷＭ制御する際に、パルス信号ＳＰＷＭをオープンループで生成してもよい。またＰＷＭに代えて、パルス密度変調、パルス周波数変調など別の変調方式を用いてもよい。
（第２の構成例）
図８は、第２の構成例に係る点灯回路３００ｂのブロック図である。この点灯回路３００ｂは、第１光源２０２Ａ、第２光源２０２Ｂそれぞれに対して、個別の駆動回路３０２Ａ，３０２Ｂを備える。この構成では、駆動回路３０２が２系統必要であるため、図４の点灯回路３００ａより回路規模は大きいが、第１光源２０２Ａ、第２光源２０２Ｂそれぞれの徐変点灯、徐変消灯の波形を、個別に任意に定めることができる。また第１光源２０２Ａと第２光源２０２Ｂの定格電流が異なる場合にも、この構成は有効である。
（第２の実施の形態）
図９は、第２の実施の形態に係る車両用灯具２００ｂを備える灯具システム１００ｂのブロック図である。車両用灯具２００ｂは、レーザダイオード２０６を含む光源２０２と、レーザダイオード２０６に駆動電流ＩＬＤを供給する点灯回路３００と、を備える。点灯回路３００の前段には、灯具ＥＣＵ４００が設けられる。点灯回路３００は、ＬＤＤＭ（Laser Diode Driver Module）とも称される。
たとえば灯具システム１００ｂは、第１の実施の形態で説明した追加ハイビーム用の第１光源２０２Ａおよびその点灯回路に関連する回路である。
点灯回路３００は、レーザダイオード２０６に発振しきい値ＩＴＨを超える駆動電流ＩＬＤを供給する通常モードと、レーザダイオード２０６に発振しきい値ＩＴＨより小さい駆動電流ＩＬＤを定常的に供給するテストモード（メンテナンスモード、あるいは診断モードともいう）と、が切りかえ可能に構成される。
灯具ＥＣＵ４００は、図２等に示したようにＣＰＵ４０２を含む。ＣＰＵ４０２は、バス１０６を介した制御に応じてテストモードにセットされる。たとえば車両ＥＣＵ１０４は、灯具ＥＣＵ４００に対して、点灯指令Ｓ１、走行情報Ｓ２に加えて、モード制御信号Ｓ６を出力する。モード制御信号Ｓ６は、通常モードとテストモードの選択を指示するデータである。灯具ＥＣＵ４００は、モード制御信号Ｓ６が通常モードを指示するとき、レーザダイオード２０６を発振状態で発光させ、テストモードを指示するとき、レーザダイオード２０６を非発振状態で発光させる。
灯具ＥＣＵ４００から点灯回路３００へは、点消灯指示信号Ｓ４に加えて、駆動電流量を指示する電流制御データＳ７が出力されてもよい。点灯回路３００は、点消灯指示信号Ｓ４が点灯レベルとなると、電流制御データＳ７に応じた電流量の駆動電流ＩＬＤを生成する。
以上が灯具システム１００ｂの基本構成である。続いてその動作を説明する。
メンテナンス時において車両は停止しており、周囲には作業者がいる状況が想定される。この状態でレーザダイオード２０６が走行時と同様に発光すると、灯具のすぐ近傍に人がいた場合、幻惑を与えてしまう。
図９の灯具システム１００ｂでは、車両のメンテナンス時に、図９に破線で示すように車両ＥＣＵ１０４にメンテナンスツール１０８が接続される。そして車両ＥＣＵ１０４から灯具ＥＣＵ４００に、テストモードを指示するモード制御信号Ｓ６を送信させる。
これによりレーザダイオード２０６は非発振状態で動作するため微発光する。したがって車両の近傍に作業者がいた場合にも、幻惑を与えるのを防止できる。あるいはレーザダイオード２０６の光軸調整などを、微弱な光を利用して行うことができる。
灯具システム１００ｂの効果は、ハイビーム用光源２０２が以下のように構成される場合に特に顕著である。
図１０は、レーザダイオード２０６を備えるハイビーム用光源２０２の断面図である。この光源２０２は、主としてレーザダイオード２０６、蛍光体１４、光学系１６、ハウジング１８を備える。
図１０のレーザダイオード２０６は、青色の励起光２０を発生する。励起光２０は、光学系１６により蛍光体１４に集光される。光学系１６は、レンズ、反射鏡、光ファイバ、あるいはそれらの組み合わせで構成される。青色の励起光２０を受けた蛍光体１４は、励起光２０より長い波長領域（緑〜赤）にスペクトル分布を有する蛍光２２を発生する。蛍光体１４に照射された励起光２０は、蛍光体１４により散乱され、コヒーレンスが失われた状態で、蛍光体１４を通過する。蛍光体１４は、たとえばハウジング１８に設けられた開口部に嵌合して支持される。光源２０２の出力光２４は、蛍光体１４を通過した青色の励起光２０ａと、蛍光体１４が発する緑〜赤の蛍光２２を含んでおり、白色光のスペクトル分布を有する。
このようなハイビーム用光源２０２において、蛍光体１４が割れたり、蛍光体１４がハウジング１８から外れたりするなどの異常（以下、蛍光体異常という）が発生すると、レーザダイオード２０６が発生する励起光２０が、蛍光体１４によって散乱されることなく強いコヒーレンスを有した状態で直接出射して、車両前方に照射されることになる。
図１０のハイビーム用光源２０２を備える車両用灯具２００ｂを、メンテナンス時にテストモードで動作させることにより、上述の蛍光体異常により、レーザダイオード２０６の出射光が散乱されずに直接、出射する状況においても、出射光は微量となるため、安全性を飛躍的に高めることができる。
メンテナンスツール１０８を、灯具ＥＣＵ４００と車両ＥＣＵ１０４の間に割り込ませて、メンテナンスツール１０８から灯具ＥＣＵ４００に直接的に、テストモードを指示するモード制御信号Ｓ６を入力してもよい。
（第３の実施の形態）
図１１は、第３の実施の形態に係る灯具システム１００ｃのブロック図である。
灯具システム１００ｃは、バッテリ１０２、車両ＥＣＵ１０４、ＣＡＮバス１０６、車両用灯具２００ｃを備える。各ブロックの機能については第１、第２の実施の形態で説明した通りである。
車両用灯具２００ｃは、ハイビーム用光源２０２である半導体光源２０８を備える。半導体光源２０８は、レーザダイオード、発光ダイオード、有機ＥＬが例示されるが、本実施の形態では、レーザダイオードとする。またハイビーム用光源２０２は、通常のハイビームに追加して設けられた追加ハイビーム用の光源であってもよい。
点灯回路３００は、駆動回路３０２、徐変コントローラ３０４を備える。駆動回路３０２は、ハイビーム用光源２０２に調光信号Ｓ３に応じた駆動電流ＩＬＤを供給する。駆動回路３０２としては、電源電圧ＶＤＤを昇圧もしくは降圧してハイビーム用光源２０２に供給するとともに、ハイビーム用光源２０２に流れる駆動電流ＩＬＥＤを調光信号Ｓ３に応じた目標電流に安定化する定電流コンバータが好適に使用される。なお定電流コンバータのトポロジーは特に限定されない。駆動回路３０２は、駆動電流ＩＬＤの電流量を調節するアナログ調光と、駆動電流ＩＬＤを高速にスイッチングしてそのデューティ比を変化させるＰＷＭ（パルス幅変調）調光を併用してもよいし、それらの一方のみを行ってもよい。
徐変コントローラ３０４は、灯具ＥＣＵ４００からの点消灯指示信号Ｓ４に応答して、時間とともに徐変する調光信号Ｓ３を生成する。具体的には徐変コントローラ３０４は、点消灯指示信号Ｓ４が点灯レベル（たとえばハイレベル）に遷移すると、調光信号Ｓ３を、駆動電流ＩＬＤが大きくなる方向に時間とともに緩やかに変化させる（たとえば増大）。また徐変コントローラ３０４は、点消灯指示信号Ｓ４が消灯レベル（たとえばローレベル）に遷移すると、調光信号Ｓ３を、駆動電流ＩＬＤが小さくなる方向に時間とともに緩やかに変化させる（たとえば減少）。後述する第２モードにおいて調光信号Ｓ３が遷移に要する時間（徐変時間）τは、０．２〜５秒の範囲が好ましい。
また人間の眼は、周囲の明るさに対して対数の特性を有しており、したがって周囲が暗いときほど明るさの変化に敏感となる。ランプの輝度を緩やかに増加させる場合（徐変点灯）、ランプの光量が小さいときは光量の変化の度合いを小さく、ランプの光量が大きくなるにしたがい光量の変化の度合いを大きくすると、人間の眼に対して自然な点灯が可能となる。同様に、ランプの輝度を緩やかに低下させる場合（徐変消灯）、ランプの光量が大きいときは光量の変化の度合いを大きく、ランプの光量が小さくなるにしたがい光量の変化の度合いを小さくすることが好ましい。
徐変コントローラ３０４の構成も特に限定されない。駆動回路３０２が、調光信号Ｓ３として電圧信号を受ける場合、徐変コントローラ３０４は、キャパシタと、キャパシタを充電もしくは放電する充放電回路と、を含み、キャパシタの電圧を調光信号Ｓ３としてもよい。
灯具ＥＣＵ４００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０２および半導体スイッチ４０４を備える。ＣＰＵ４０２は、車両ＥＣＵ１０４からの点灯指令Ｓ１および走行情報Ｓ２に応じて、ハイビーム用光源２０２の点消灯を指示する点消灯指示信号Ｓ４を生成する。
たとえば走行情報Ｓ２は、前方車の有無（Ｓ２ａ）、車速（Ｓ２ｂ）、蛇角（Ｓ２ｃ）を含む。灯具ＥＣＵ４００は、点灯指令Ｓ１が点灯を指示し、かつ前方車の有無、車速、蛇角が所定条件を満たすときに、点消灯指示信号Ｓ４を点灯レベルとする。
一例として、点消灯指示信号Ｓ４が点灯を指示しており、かつ（i）前方車が非検知、かつ（ii）車速が所定値（８０ｋｍ／ｈ）以上、かつ（iii）蛇角が所定値（たとえば５°）以下の条件が満たされると、点消灯指示信号Ｓ４を点灯レベルとする。
また点消灯指示信号Ｓ４が点灯レベルであるときに、（i）前方車が検知、（ii）車速が所定値（６０ｋｍ／ｈ）以下、（iii）蛇角が所定値（たとえば１０°）以上、の少なくともひとつの条件が満たされると、点消灯指示信号Ｓ４を点灯レベルとする。
半導体スイッチ４０４は、バッテリ１０２から駆動回路３０２への電源供給経路上に設けられ、プロセッサ４０２からの制御信号Ｓ５に応じてオン、オフが制御される。半導体スイッチ４０４は、ハイビーム用光源２０２の点灯状態ではオンとされる。
半導体光源２０８として、レーザダイオードなどの輝度の高い半導体光源２０８を用いる灯具では、周囲の危険を最小限に抑えるフェイルセーフ機能が望まれる。
フェイルセーフに関連して、駆動回路３０２の構成を説明する。
図１２は、駆動回路３０２である定電流コンバータの回路図である。この定電流コンバータは、スイッチングトランジスタＭ１、整流素子Ｄ１、インダクタＬ１、キャパシタＣ１を含むＢｕｃｋコンバータである。コンバータコントローラ３１２は、駆動電流ＩＬＤの検出信号ＩＳが、所定の目標値と一致するように、スイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。コンバータコントローラ３１２は、ＰＷＭ方式やＢａｎｇＢａｎｇ方式（ヒステリシス制御）により、スイッチングトランジスタＭ１のデューティ比をフィードバック制御する。なおコンバータのトポロジーは一例に過ぎず、公知の別の構成であってもよい。
このようなコンバータにおいて、スイッチングトランジスタＭ１が短絡故障した場合を考える。この場合、ハイビーム用光源２０２へ供給される駆動電流ＩＬＤの制御が利かなくなり、ハイビーム用光源２０２に大電流が流れて照射すべきでないビームを照射したり、ハイビーム用光源２０２やその他の回路素子に悪影響を及ぼしたりするおそれがある。
車両用灯具２００の設計に際しては、このような故障に対するフェイルセーフについても注意を払うことが望ましい。この観点から、ＣＰＵ４０２は、以下のようにして半導体スイッチ４０４を制御する。
ＣＰＵ４０２は、半導体光源２０８を徐変消灯するとき、点消灯指示信号Ｓ４を消灯レベルとしてから所定時間ＴＯＦＦ経過後にスイッチをオフする。所定時間ＴＯＦＦは、調光信号Ｓ３の徐変時間τと実質的に同じか、それよりわずかに長く設定される。
図１３は、図１１の車両用灯具２００ｃの第１の動作波形図である。時刻ｔ０に点灯指令Ｓ１が点灯レベルに遷移する。この点灯指令Ｓ１は、通常ハイビームの点灯指示と共有されてもよい。また点灯指令Ｓ１は、運転者のマニュアル制御であってもよいし、車両が自動で点消灯を制御するオートハイビーム制御であってもよい。
点灯指令Ｓ１の遷移に応答してＣＰＵ４０２は、制御信号Ｓ５をハイレベルとして半導体スイッチ４０４をオンする。
この時点では、走行情報Ｓ２ｂが示す車速がしきい値（８０ｋｍ／ｈ）より低いため、点消灯指示信号Ｓ４はローレベルである。時刻ｔ１に走行情報Ｓ２ｂが示す車速がしきい値（８０ｋｍ／ｈ）を超えると、点消灯指示信号Ｓ４がハイレベルとなる。徐変コントローラ３０４はこれに応じて調光信号Ｓ３を時間とともに増加させる。その結果、駆動回路３０２は駆動電流ＩＬＤを時間とともに増大させて、ハイビーム用光源２０２を徐変点灯させる。
時刻ｔ２に減速し、車速が６０ｋｍ／ｈを下回る。ＣＰＵ４０２は半導体スイッチ４０４のオンを維持しつつ、点消灯指示信号Ｓ４を消灯レベルに変化させる。徐変コントローラ３０４はこれに応じて調光信号Ｓ３を時間とともに増加させる。その結果、駆動回路３０２は駆動電流ＩＬＤを時間とともに減少させて、ハイビーム用光源２０２を徐変消灯させる。そして時刻ｔ２から所定時間ＴＯＦＦ経過後の時刻ｔ３に、ＣＰＵ４０２は半導体スイッチ４０４をオフする。
なお半導体スイッチ４０４をオンするタイミングは特に限定されない。図１３では点灯指令Ｓ１のハイレベルへの遷移と同時に、制御信号Ｓ５がハイレベルとなったが、点消灯指示信号Ｓ４を点灯レベルとするときに、それと同時に、あるいはその直前に半導体スイッチ４０４をターンオンしてもよい。あるいは半導体スイッチ４０４は、点灯指令Ｓ１の点灯レベルへの遷移に先だってオンされてもよい。
以上が車両用灯具２００の動作である。続いてその利点を説明する。
比較技術として、ハイビーム用光源２０２が点灯、消灯状態いずれであるにかかわらず、半導体スイッチ４０４をノーマリオンとする制御を行ったとする。そうすると、スイッチングトランジスタＭ１がショート故障していた場合には、点灯指令Ｓ１もしくは点消灯指示信号Ｓ４が消灯レベルであってもハイビーム用光源２０２が点灯してしまう。
仮に比較技術において、スイッチングトランジスタＭ１の故障を検出し、故障時には点消灯指示信号Ｓ４を消灯レベルとして、ハイビーム用光源２０２を消灯制御する保護機能を実装したとしても、スイッチングトランジスタＭ１がショート故障していた場合には、電源電圧ＶＤＤが駆動回路３０２に供給されていると、ハイビーム用光源２０２に通電されてしまう。
さらにハイビーム用光源２０２は、図１０に示したように青色のレーザダイオードと、レーザダイオードにより励起される蛍光体の組み合わせで構成される場合がある。もし蛍光体異常が生じると、レーザダイオードの出射光が蛍光体により拡散されることなく直接出射して問題となる。比較技術において蛍光体異常を検出するとハイビーム用光源２０２を消灯する保護機能を実装したとしても、スイッチングトランジスタＭ１がショート故障していた場合には、電源電圧ＶＤＤが駆動回路３０２に供給されていると、ハイビーム用光源２０２に通電されてしまう。
これに対して第３の実施の形態に係る車両用灯具２００によれば、必要最低限の期間のみ半導体スイッチ４０４を導通させることとし、ハイビーム用光源２０２に消灯指示を送った後は、半導体スイッチ４０４をオフとしてハイビーム用光源２０２への通電を確実に停止することができる。したがって、比較技術で起こりうる問題を解決できる。
図１４は、図１１の車両用灯具２００ｃの第２の動作波形図である。時刻ｔ０に通常ハイビームの点灯が指示されると、ＣＰＵ４０２は制御信号Ｓ５をハイレベルとして半導体スイッチ４０４をオンする。時刻ｔ３に走行情報Ｓ２ａが前方車の検知を示す。この場合、ＣＰＵ４０２は、直ちに制御信号Ｓ５をローレベルに切りかえる。これにより半導体スイッチ４０４がオフし、駆動回路３０２への電源電圧ＶＤＤの供給が遮断され、駆動電流ＩＬＤが短時間でゼロとなり消灯する。ＣＰＵ４０２は、時刻ｔ３に点消灯指示信号Ｓ４を消灯レベルとするが、電源電圧ＶＤＤが遮断されている徐変コントローラ３０４による徐変消灯は無効である。
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
Ｓ１…点灯指令、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｄ１…整流素子、Ｌ１…インダクタ、Ｃ１…キャパシタ、Ｓ２…走行情報、Ｓ３…調光信号、Ｓ４…点消灯指示信号、Ｓ５…制御信号、Ｓ６…モード制御信号、Ｓ７…電流制御データ、１００…灯具システム、１０２…バッテリ、１０４…車両ＥＣＵ、１０６…ＣＡＮバス、１０８…メンテナンスツール、２００…車両用灯具、２０２…ハイビーム用光源、２０２Ａ…第１光源、２０２Ｂ…第２光源、２０６…レーザダイオード、２０８…半導体光源、３００…点灯回路、３０２…駆動回路、３０４…徐変コントローラ、３１０…バイパススイッチ、３２０…エラーアンプ、３２２…パルス変調器、３３０…信号生成部、３３２…キャパシタ、３３４…電流源、４００…灯具ＥＣＵ、４０２…ＣＰＵ、４０４…半導体スイッチ。

Claims (4)

  1. レーザダイオードを含む光源と、
    前記レーザダイオードに駆動電流を供給する点灯回路と、
    を備え、
    前記点灯回路は、前記レーザダイオードに発振しきい値を超える駆動電流を供給する通常モードと、前記レーザダイオードに発振しきい値より小さい駆動電流を定常的に供給するテストモードと、が切りかえ可能であることを特徴とする車両用灯具。
  2. 車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）からバスを介して前記光源の点消灯指示を受け、前記点灯回路を制御するプロセッサをさらに備え、
    前記プロセッサは、前記バスを介した制御に応じて前記テストモードにセットされることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 前記光源は、前記レーザダイオードに加えて、前記レーザダイオードからの励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体と、を含み、前記励起光と前記蛍光のスペクトルを含む白色の出力光を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
  4. レーザダイオードを含む光源と、前記レーザダイオードに駆動電流を供給する点灯回路と、を有する車両用灯具と、
    前記車両用灯具を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）と、
    を備え、
    前記車両用灯具は、前記車両ＥＣＵからの指示に応答して、前記レーザダイオードに発振しきい値より小さい駆動電流を定常的に供給して非発振状態で発光させることを特徴とする灯具システム。
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