JP2021187394A - 車両用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバを利用した車両用照明装置において、故障を早期に検知し、照明装置を安定して利用し得る構成とする。【解決手段】レーザ光源１１と、該レーザ光源１１から出光した光を導光する導光部材１０と、前記導光部材１０の端面に設置された受光素子１２と、前記受光素子１２で受光した光量に基づいて前記レーザ光源を制御する制御装置とを含み、前記導光部材は、端面から入光した光を導光しながら、側面から発光する光ファイバ１０ａを少なくとも一本含む、車両用照明装置とする。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車両の内装や外装に配設される車両用照明装置に関する。

近年、自動車等の車両の内装や外装には、意匠性の向上や、車両の状態の表示などを目的として、各種の照明装置が組み込まれている。

光ファイバは、可撓性を有する細径の導光体であり、各種の形状でライン状の発光パターンを実現することができ、車両の内装や外装における照明部材として用いられている。例えば、特許文献１には、光ファイバからなる導光部材と、前記導光部材にレーザ光を入光する光源と、透光性の光透過部を有する基材とを備え、導光部材が基材の光透過部に埋設された車両用内装部材が記載されている。

光ファイバは、細径の線状部材であり、素材の特性上、可撓性には限界があるため、使用中に折損する可能性がある。例えば、特許文献２には、双方向光伝送用の光ファイバにおいて、受信した信号の周波数に基づき、相手局から送信された信号か、ファイバの断線に起因する反射信号かを検出する方法が記載されている。

特開２０１９−８１３９２号公報 特開平４−２５８０２８号公報

光ファイバの側面からの発光（漏光）を照明に利用する場合、光源からの距離が離れるに従い、出光する光量が次第に減少することが問題となる。特許文献１では、レーザ光源から細径の導光体に導光することにより、長距離の導光を実現し、これを用いて照明機能付の内装部材を提供し得ることを記載している。

特許文献１で利用されるような、側面発光型の光ファイバにおいては、光ファイバの折損が照明装置の意匠性を著しく損なうことになる。特許文献２は光ファイバの戻り光にもとづいて、光ファイバの破断を検出し得ることを記載しているが、長尺の側面発光型の光ファイバでは、導光される光の強度の減衰が大きいため、戻り光の信号を利用することは困難である。また照明装置の性能を安定して維持するためには、光ファイバの破断の検出だけではなく、照明光の強度を所望の範囲に維持し得るように、強度のモニタリングを伴う制御を行うことが好ましい。

本発明は、側面発光型の光ファイバを利用した車両用の照明装置において、光ファイバに導光される光の強度を測定しながら、照明光の制御を行い得る、照明装置を提供することを目的とする。

本発明の車両用照明装置は、レーザ光源と、該レーザ光源から出光した光を導光する導光部材と、前記導光部材の端面に設置された受光素子と、前記受光素子で受光した光量に基づいて前記レーザ光源を制御する制御装置とを含み、
前記導光部材は、端面から入光した光を導光しながら、側面から発光する光ファイバ（発光ファイバ）を少なくとも一本含む、照明装置である。

上記構成の照明装置によれば、導光部材端面から出光する光量を受光素子を用いて測定しながら照明装置を作動させることにより、側面発光型の光ファイバを用いた照明の輝度を所定範囲に制御し、装置に故障を検知した際には速やかに作動を停止させることができる。

前記照明装置は、温度センサを備え、該温度センサで測定される環境温度に基づいて、前記制御装置がレーザ光源の出力を増減し、前記受光素子で受光する光量を所定値に制御するものであってもよい。この構成の照明装置によれば、環境温度の変化による光ファイバの発光輝度の変化を抑制することができる。

前記照明装置において、前記受光素子に受光される光量が、上限の閾値以上、または下限の閾値以下となった場合に、前記制御装置が前記レーザ光源の作動を停止するものであってもよい。この構成の照明装置によれば、光ファイバやレーザ光源の故障を一定の閾値に基づいて検知して照明装置の維持管理を行い、装置寿命の短縮を防止することができる。

上記照明装置において、レーザ光源を使用する際に用いられる上限出力において、前記受光素子で受光される光量を１００％基準値とした場合に、１０５％を上限の閾値とし、０．２％を下限の閾値としてもよい。すなわち、上記照明装置は、受光素子に受光される光量が前記基準値の０．２％以下となった場合に、制御装置がレーザ光源の作動を停止するものであってもよく、かつ/または、受光素子に受光される光量が前記基準値の１０５％以上となった場合に、装置が前記レーザ光源の作動を停止するものであってもよい。

前記照明装置において、前記導光部材がループ状に配置されており、前記レーザ光源と、前記受光素子と、前記制御装置とが、一つの収納ボックス内に収納され、外部に対し、電磁的に遮蔽されていてもよい。これによって装置のスペースを節約するとともに、発生するノイズを低減することができる。

本発明によれば、車両の内装や外装に使用される発光ファイバを用いた照明装置において、所定範囲をはずれる輝度の変化を抑制し、故障時には速やかに照明装置の作動を停止させることができる。

本発明の車両用照明装置を配置した車両の室内を示す、模式図である。 本発明の一実施形態にかかる車両用照明装置の構成を示す、概略図である。 本発明の車両用照明装置を用いたレーザ出力制御を説明するための概念図である。 本発明の一実施形態にかかる車両用照明装置の制御装置における制御システムを説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の構成について説明する。なお、各図面は、発明の構成を説明するための概念図であり、実際の寸法比を表すものではない。異なる図において、対応する構成には、同一の符号を附して詳しい説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る照明装置１を備える自動車１００の車室内の様子を模式的に示す概略図である。この例では、ルーフライニング２０、ドアトリム３０、フロアマット４０等に、本発明の照明装置１が配置され、長手方向に光を導光しつつ、側面から発光する側面発光型の光ファイバ（以下発光ファイバという）１０ａにより、車室内の照明を行っている。

図２は、本発明の一実施形態に係る照明装置１の概略構成を説明するための模式図である。照明装置１は、発光ファイバ１０ａと、非照明領域において、光量の減衰を抑えながら長手方向に光を導光する、伝送用の光ファイバ（以下、伝送ファイバという）１０ｂとからなる、長尺の導光部材１０を備える。導光部材１０は一端がレーザ光源１１のレーザ発光素子１１ａ（例えばレーザダイオード）に、他端が受光素子１２（例えばフォトダイオード）に接続されている。

受光素子１２は、受光した光の光量を測定し、これに基づいてレーザ光源１１の出力の増減や、出力オフを行う制御装置１３に接続されている。導光部材１０はループ状に配置され、レーザ光源１１、受光素子１２、制御装置１３が一つの収納ボックス１４内に収納されている。

レーザ光源１１は、出力のＯＮ／ＯＦＦだけではなく、出力の増減を行う調光機能を備えたものであってもよい。また必要に応じ、導光部材１０が設置された環境の温度を測定する温度センサ１５が制御装置１３に接続されていてもよい。

レーザ発光素子１１ａと、受光素子１２と、導光部材１０の数は、各一つでもよく、２以上でもよい。例えば、図２では、一つの導光部材１０によりルーフ照明を行う場合を示しているが、例えば、同じ収納ボックス１４内に複数のレーザ発光素子１１ａを配置し、そこから他の部位（例えば図１に示すドアトリム３０、フロアマット４０など）に配置された導光部材１に導光するようにしてもよい。また、導光部材１０は、一または複数の伝送ファイバ１０ｂと一または複数の発光ファイバ１０ａがカップラ（図示せず）で接続されたものであってもよく、一本の発光ファイバ１０ａのみからなるものであってもよい。レーザ光源１１および制御装置１３は、ハーネス（不図示）を介して、車載バッテリ(不図示）等の電源に接続される。図２に示すように、導光部材１０をループ状に配置して、レーザ光源１１と、受光素子１２と、制御装置１３とを１つの収納ボックス１４に収納することにより、照明装置１を配置するスペースを節約するとともに、ノイズの発生を抑制することができる。なお、収納ボックス１４は、図２では車両１の後部に配置されているが、配置位置はこれに限定されるものではない。

収納ボックスは、ノイズおよび静電気からレーザ光源、受光素子、制御装置を保護する目的から、これら三要素を外界から電磁的に遮蔽出来るものが好ましい。また、おもにレーザ光源からの発熱を効率よく外部に放熱させる観点から熱伝導率が高いものが好ましい。自動車に搭載する観点から軽量且つ安価であることが要求されるため、例えば、アルミニウムなどの箱（閉空間）の中に該三要素を収納できるようにしておくとよい。なお、更に好ましくは、自動車に搭載する観点から、収納ボックスは防水性、防塵性を兼ね備えているとよい。

レーザ発光素子１１ａに特に限定はないが、光源の小型化が可能であり、価格が低く、安定な出力が得られ、消費電力も低い等の理由で、レーザダイオード（ＬＤ）を用いることが好ましい。レーザ発光素子１１ａは、単一の発光体（図示せず）から単色のレーザ光を発光するものでもよいが、例えば、複数の発光体を含み、赤色、緑色、青色の三色のレーザ光から適宜選択される、二色、または三色のレーザ光を用いた混合光とすることにより、所望の色合いのレーザ光を得るようにしてもよい

発光ファイバ１０ａは、可撓性を有する細径長尺の導光部材である。発光ファイバ１０ａは、導光部分のみからなるものであってもよいが、一つまたは複数のファイバからなる導光用の芯線と、保護用の被覆材からなる光ファイバであってもよい。例えば、導光部分となる樹脂またはガラス製のファイバ芯線と、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の樹脂性の被覆材からなる光ファイバを使用してもよい。光ファイバは、欠陥および／または散乱粒子などにより、側方への光拡散性が向上したもの（光拡散性ファイバ）であることが好ましい。また、発光ファイバ１０ａの被覆材中には、蛍光体が分散されていてもよい。例えば、被覆部分を含めても直径３ｍｍ未満、さらには１ｍｍ未満（例えば、０．９ｍｍ）、横断面円形の導光部位の直径が、例えば０．９ｍｍ未満の発光ファイバ１０ａを用い、細い線状発光を得ることができる。

使用する発光ファイバ１０ａの長さは特に限定されない。発光ファイバ１０ａでは、光の側方拡散により、導光するにつれて光量が減衰するが、本発明では細径の光ファイバ１０ａと光の直線性が高いレーザ光源１１の併用により、長尺の導光が可能となり、具体的には、１ｍ以上、さらには３ｍ以上、さらには１０ｍ以上の長さとすることも可能である。上述のような発光ファイバ１０ａとしては、市販の物を用いることができ、一例としてコーニング社からＦｉｂｒａｎｃｅとの登録商標名で販売されている発光ファイバ１０ａを用いてもよい。

なお、発光ファイバ１０ａにおいて、照明に用いる部分は、該発光ファイバ１０ａの入光側の端面１０ａ_１から所定距離離れた部位を始点とする一定部分とし、前記一定部分は、前記発光ファイバ１０ａの発光輝度が導光につれて単調減少する部分とすることが好ましい。この場合、発光１０ａファイバが導光する光の輝度の減衰が緩やかになった部分を照明に用いることにより、照明部位の始端部と終端部の輝度差を抑制することができる。

照明装置１の配置方法は、特に制限されない。例えば、上述の発光ファイバ１０ａをさらにポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などからなる可撓性および透光性を有する管状部材に挿通した上で適当な保持部材を用いて内装トリム上に取り廻してもよく、シート状またはプレート状の部材に溝を設けて発光ファイバ１０ａを配設し透光性のカバーで覆ってもよい。

図３は、照明装置１の出力制御について説明するための概念図である。受光素子１２を用いて測定される光量の最大値（ＭＡＸ）は、レーザ発光素子１１ａの定格出力等の装置構成に依存して定まるが、通常使用時の上限の基準値（ＲＥＦ）はこれより低い値に設定され、照明装置の発光量の増減等を調光する場合には、この基準値ＲＥＦ以下の範囲で行う。例えば、レーザ発光素子１１ａの出力を上限（装置仕様上の上限：定格出力）とした場合に、受光素子１２により受光される光量の上限値ＭＡＸに対し、レーザ発光素子１１ａ使用時の設定上の上限出力において、測定される基準値ＲＥＦは、ＲＥＦ＝０．０２ＭＡＸ〜０．６２ＭＡＸ程度、好ましくは０．０６ＭＡＸ〜０．１５ＭＡＸとしてもよい。

基準値ＲＥＦの数値範囲の上限側について、常温状態を基準とすると環境温度が低下した場合、レーザ出力は１．６倍程度となることから、常温状態での基準値ＲＥＦをレーザ定格出力使用時の０．６２倍とした。（常温は２５℃、低温は自動車の使用環境より−４０℃を想定）。数値範囲下限側について、レーザ光源を電力効率の良い範囲で用いようとするとＰＷＭ制御とする必要があるが、その場合のｄｕｔｙ比、ヒトの眼の時間分解能、レーザ光源の一般的な出力の比率を勘案すると、好ましくは０．０２以上、より好ましくは０．０６以上、となる。

本発明では、基準値ＲＥＦを１００％とした場合に、上下に閾値を設定し、閾値を超えた場合には、故障と判断してレーザの出力を停止する。閾値は任意に設定できるが、本実施形態では、受光量の検出に関与する後述の諸条件を検討した上で、上側の閾値（ＵＴ）を１０５％、下側の閾値（ＬＴ）を０．２％と設定している。レーザ光源１１が故障して発光出力が過剰となると、レーザ発光素子１１ａの装置寿命が短くなるので、検出される光量が１０５％以上となった場合には、制御装置１３がレーザ光源１１の作動を停止する。他方、発光ファイバ１０ａまたは伝送ファイバ１０ｂが折損した場合、受光素子１２で受光される光量が急減するので、光量が基準値の０．２％以下になった場合、導光部材１０の故障と判断してレーザ光源１１の作動を停止する。

ここで、上側の閾値を１０５％、下側の閾値を０．２％としたのは、下記の理由による。上側の閾値を小さくしすぎる（１００％近くにする）と、レーザ光源の出力の温度特性の個体差により誤検知するリスクが発生する。他方、上側の閾値を大きくしすぎると、暴走を正しく制御できない。そのため、上側の閾値は１０５％程度とすることが好ましい。下側の閾値を小さくしすぎる（０％に近くする）と、電気的ノイズによってマイコンの値が変動した場合に下限値をヒットするリスクが発生する。他方、下側の閾値を大きくしすぎると、ファイバが真に断線している場合を正しく判定できない。そのため、下側の閾値は０．２％程度とすることが好ましい。

照明装置１が調光機能を備える場合、レーザ発光素子１１ａの出力は、車両運転時の状態と連動したプログラムによって、制御されてもよく、運転者の指令によりコンソール(図示せず）から制御されてもよい。また、発光ファイバ１０ａからの発光量は、温度によっても変化し、その結果、受光素子１２に受光される光量も変化するので、図４に示すように、制御装置１３に温度センサ１５が接続されていてもよい。この場合、制御装置１３は、レーザ発光素子１１ａの出力のＯＮ／ＯＦＦのみを制御するだけではなく、出力の増減機能を備え、温度変化の影響を相殺して、受光量を所定の設定値（ＳＥＴ）に調整するものであってもよい。温度センサ１５は、例えばルーフライニング２０における、発光ファイバ１０ｂの近傍に配置される。

図４は、制御装置１３による、レーザ出力制御を行う構成の一実施形態の構成を示す概略図である。本実施形態では、レーザ光源１１は、レーザダイオードからなる発光素子１１ａを備え、その発光面１１ｂに、導光部材１０の入光端面１０ｃ、すなわち、導光部材１０を構成する伝送ファイバ１０ｂ（または発光ファイバ１０ａ）の端面が接続されている。導光部材１０の他方の端面（伝送ファイバ１０ｂまたは発光ファイバ１０ａの終端面）１０ｄは、受光素子（フォトダイオード）１２に接続される。受光素子１２から流れる電流は、抵抗１３ａで電圧に変換され、オペアンプ１３ｂで増幅された後、マイコン（マイクロコンピュータ）１３ｃに受信される。マイコン１３ｃは、電圧値にもとづき、受光素子１２が受光した光量を評価し、レーザ光源１１のオフ、または出力の増減を制御する。また、マイコン１３ｃには、車室内の温度を測定する温度センサ１５が接続されていてもよい。上記の装置構成において、マイコン１３ｃが受信する信号ＡＤは、下記の式により記述できる。

式中、Ｉｐｄは、導光部材１０の末端１０ｄに設置された受光素子１２の受光量の電流変換値、Ｒｖは、電流値から、マイコン１３ｃが認識できる電圧値を得るための抵抗１３ａの抵抗値、ＯＰは、オペアンプ１３ｂ等による電圧値の増幅倍率、Ｒｅｓは、電圧値に対するマイコン１３ｃの分解能、ｎは、導光部材１０における、接続箇所数であり、これらは、照明装置１の仕様により任意に設定される値である。η１〜η４、導光部材１０の接続損失に関する数値であり、η１は、接続再現性、η２は接続損失、η３は導光部材１０の終端面１０ｄから受光素子１２への入光効率、η４は、レーザ発光素子１１ａから導光部材１０の入光端面１０ｃへの入光効率である。マイコン１３ｃの分解能Ｒｅｓは、動作電圧をＶ、１デジットあたりの電圧値をＤｉｇとすると、Ｖ／Ｄｉｇとなる。

例えば、常温における、上述の基準値ＲＥＦにおいて、マイコンが受信する信号をＡＤ_ＲＥＦとすると、上下の閾値で受信する信号は、常温では１．０５ＡＤ_ＲＥＦおよび０．０２ＡＤ_ＲＥＦとなる。しかし、レーザ出力は環境温度に依存して変化するので、温度変化に起因する出力変動をδＰ（常温では１）とすると、受信される信号は、δＰ・ＡＤ_ＲＥＦとなる。これに対しては、温度センサで環境温度の測定を行い、測定された温度に基づいてレーザの出力を調整することにより、温度変化の影響を相殺してもよい。

上記の構成では、受光素子１２による受光量は、電圧値としてマイコン１３ｃにより測定される。この電圧値について適切な基準値ＲＥＦを設定し、上述のように個々のレーザ発光素子１１ａの出力を制御すればよい。

本発明によれば、側面発光型の光ファイバを利用し、意匠性および照明機能の安定性にすぐれた、車両用照明装置を提供することができる。

１ 照明装置
１０ 導光部材
１０ａ 発光ファイバ
１０ｂ 伝送ファイバ
１０ｃ 入光端面
１０ｄ 終端面
１１ レーザ光源
１１ａ レーザ発光素子
１１ｂ 発光端面
１２ 受光素子
１３ 制御装置
１３ａ 抵抗
１３ｂ オペアンプ
１３ｃ マイコン
１４ 収納ボックス
１５ 温度センサ
１００ 自動車

Claims (6)

1. レーザ光源と、
   該レーザ光源から出光した光を導光する導光部材と、
   前記導光部材の端面に設置された受光素子と、
   前記受光素子で受光した光量に基づき、前記レーザ光源を制御する制御装置を含み、
   前記導光部材は、端面から入光した光を導光しながら、側面から発光する光ファイバを少なくとも一本含む、車両用照明装置。
2. 請求項１に記載の車両用照明装置において、
   前記光ファイバが設置された環境の温度を測定する温度センサを備え、
   該温度センサで測定される環境温度に基づいて、前記制御装置がレーザ光源の出力を増減し、前記受光素子で受光する光量を所定値に制御する、照明装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用照明装置において、
   前記受光素子で受光される光量が、上限の閾値以上、または下限の閾値以下となった場合に、前記制御装置が前記レーザ光源の作動を停止する、照明装置。
4. 請求項３に記載の車両用照明装置において、
   前記レーザ光源を使用する際に用いられる上限出力において、前記受光素子で受光される光量を１００％基準値としたとき、前記受光素子に受光される光量が前記基準値の０．２％以下となった場合に、前記制御装置が前記レーザ光源の作動を停止する、照明装置。
5. 請求項３または４に記載の車両用照明装置において、
   前記レーザ光源を使用する際に用いられる上限出力において、前記受光素子で受光される光量を１００％基準値としたとき、前記受光素子に受光される光量が前記基準値の１０５％以上となった場合に、前記制御装置が前記レーザ光源の作動を停止する、照明装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の車両用照明装置において、
   前記導光部材がループ状に配置されており、前記レーザ光源と、前記受光素子と、前記制御装置とが、一つの収納ボックス内に収納され、外部に対し、電磁的に遮蔽されている、照明装置。

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