JP2023104294A - 故障検出回路及びこれを含む点灯制御回路、並びに車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体の故障（例えば、欠損又は寿命）をより早く又はより簡素な回路構成で検出するニーズがある。【解決手段】故障検出回路は、レーザーダイオードＬＤ１から放射されるレーザー光に基づいてレーザー光とは異なる波長の光を生成して放出する蛍光体ＰＳ１を抵抗器Ｒ１として含み、抵抗器Ｒ１の抵抗値の変化に応じてレーザーダイオードＬＤ１を消灯させるための消灯信号を生成可能である。【選択図】図３

Description

本開示は、故障検出回路及びこれを含む点灯制御回路、並びに車両用灯具に関する。

高輝度化又は他の目的のため、半導体レーザー素子と蛍光体を組み合わせて光源とする車両用灯具（例えば、ハイビーム用灯具）が開発されている。半導体レーザー素子から放射されたレーザー光が蛍光体で波長変換されて白色光が放出される。半導体レーザー素子は、一般的に安全性の観点からクラス分けされている。高出力の半導体レーザー素子が採用される場合がある。

特許文献１，２には、波長変換部材の欠損を検出する回路が開示されており、波長変換部材からの放射光を光検出部で検出し、その検出値と閾値を比較する方法が開示されている。なお、特許文献３には、半導体光源のオープン異常を検出する回路が開示されている。

特開２０１５－１４６３９６号公報 特開２０１６－２２１９９５号公報 特開２０２０－６４８７７号公報

蛍光体の故障（例えば、欠損又は寿命）をより早く又はより簡素な回路構成で検出するニーズがある。

本開示の一態様に係る故障検出回路は、半導体レーザー素子から放射されるレーザー光に基づいて前記レーザー光とは異なる波長の光を生成して放出する蛍光体を抵抗器として含み、前記抵抗器の抵抗値の変化に応じて前記半導体レーザー素子を消灯させるための消灯信号を生成可能である。

幾つかの実施形態においては、故障検出回路は、前記抵抗器を介して入力電圧が電圧降下したサンプリング電圧と参照電圧を比較するように構成され得る。故障検出回路は、前記抵抗器の抵抗値の変化に応じて前記サンプリング電圧が低下して前記参照電圧未満になる時に前記消灯信号を生成可能である。

幾つかの実施形態においては、前記消灯信号は、前記消灯信号に応じて前記半導体レーザー素子を消灯させるスイッチに対して供給される。前記スイッチは、前記半導体レーザー素子に直列接続され得る。

幾つかの実施形態においては、故障検出回路は、前記サンプリング電圧と前記参照電圧を比較する第１比較器と、前記第１比較器の出力電圧を増幅する第１増幅器を含む。

幾つかの実施形態においては、故障検出回路は、前記第１比較器に対して並列に設けられ、前記サンプリング電圧と前記参照電圧を比較する第２比較器と、前記第２比較器の出力電圧を増幅する第２増幅器を更に含む。

幾つかの実施形態においては、前記サンプリング電圧は、前記蛍光体と前記蛍光体に直列に接続されたプルダウン抵抗の間の接点から供給される。

本開示の別態様に係る半導体レーザー素子の点灯制御回路は、半導体レーザー素子と、前記半導体レーザー素子を駆動するための駆動回路と、上述のいずれかの故障検出回路と、前記半導体レーザー素子に直列接続されたスイッチを含む。前記故障検出回路は、前記スイッチに対して前記消灯信号としてターンオフ信号を供給し得る。前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴであり得る。

本開示の更なる別態様に係る故障検出回路は、半導体レーザー素子から放射されるレーザー光に基づいて前記レーザー光とは異なる波長の光を生成して放出する蛍光体のための故障検出回路であって、前記故障検出回路に抵抗器として組み込まれた蛍光体と、前記抵抗器を介して入力電圧が電圧降下したサンプリング電圧と参照電圧を比較し、この比較に基づいて消灯信号を生成する消灯信号生成回路を含む。消灯信号生成回路は、前記抵抗器の抵抗値の変化に応じて前記サンプリング電圧が低下して前記参照電圧未満になる時に前記消灯信号を生成可能であり得る。

上述の故障検出回路（又は上述の点灯制御回路）を含む車両用灯具も開示されている。

本開示の一態様によれば、蛍光体の故障（例えば、欠損又は寿命）をより早く又はより簡素な回路構成で検出することが促進される。

本開示の一態様に係る車両の前部を示す概略的な前面図である。 車両用灯具に内蔵される光源モジュールの概略図である。 光源モジュールと周辺回路の接続関係を示す概略的な回路図である。 点灯制御回路の概略的な回路図であり、主にレーザーダイオード、蛍光体、消灯信号生成回路、及びスイッチの接続関係を示す。なお、故障検出回路は、（抵抗器としての）蛍光体と、消灯信号生成回路を含む。 蛍光体故障時の電圧又は電流の時間変化を示すタイムチャートであり、（ａ）は、サンプリング電圧の変化、（ｂ）は、比較器の出力電圧の変化、（ｃ）は、増幅器の出力電圧の変化、（ｄ）は、レーザーダイオードに流される電流の変化を示す。 消灯信号生成回路にバックアップ回路が設けられた変形例に係る点灯制御回路の概略的な回路図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の非限定の実施形態及び特徴について説明する。当業者は、過剰説明を要せず、各実施形態及び／又は各特徴を組み合わせることができ、この組み合わせによる相乗効果も理解可能である。実施形態間の重複説明は、原則的に省略する。参照図面は、発明の記述を主たる目的とするものであり、作図の便宜のために簡略化されている。各特徴は、本明細書に開示された故障検出回路のみに有効であるものではなく、本明細書に開示されていない他の様々な故障検出回路にも通用する普遍的な特徴として理解される。

図１に示すように、車両１には左右の前照灯２，３が設けられる。前照灯２，３は、ロービーム及びハイビームを投射可能であり、またターン信号に応じて点滅するターンランプを含む（更に他の種類のランプも含むこともできる）。前照灯２，３の構成について本分野において公知であり詳細な説明は省略する。

図２に示す光源モジュール４は、図１に示した前照灯２，３（例えば、ハイビーム用灯具）といった車両用灯具に内蔵され得る。図２に示すように、光源モジュール４は、（例えば、セラミックス製の）耐熱性パッケージ４１、配線基板４２、蛍光体ＰＳ１を保持する蛍光体ホルダー４３、遮光性樹脂４４、コンタクトＣ１～Ｃ４（図３参照）、レーザーダイオード（半導体レーザー素子）ＬＤ１、ダイ５１、及びリフレクタ５２を含む。配線基板４２は、プリントパターンといった配線Ｗ１，Ｗ２が一面に形成された透明部材であり、これらの配線Ｗ１，Ｗ２の間に蛍光体ＰＳ１が（例えば、導電性樹脂を用いて）電気的に接続されている。配線Ｗ１とコンタクトＣ１がワイヤーボンドを介して電気的に接続され、配線Ｗ２とコンタクトＣ２がワイヤーボンドを介して電気的に接続され、従って、コンタクトＣ１，Ｃ２の間に蛍光体ＰＳ１が電気的に接続される。レーザーダイオードＬＤ１も同様、周知の方法（ワイヤーボンド又はバンプ接続）によってコンタクトＣ３，Ｃ４の間に電気的に接続される。

図３に示す駆動回路６は、車両１又は前照灯２，３のＥＣＵ（Electronic Control Unit）から受信した点灯指令に応じてレーザーダイオードＬＤ１に所定の電流（例えば、目標電流値まで漸増する電流）を供給し、これによりレーザーダイオードＬＤ１が発振してレーザー光が放射される。なお、光源モジュール４のコンタクトＣ３とコンタクトＣ４が、各々、駆動回路６の電流出力端子と電流帰端子に接続される。従って、レーザーダイオードＬＤ１がこれらの端子間に接続される。

レーザーダイオードＬＤ１から放射されたレーザー光は、リフレクタ５２により反射されて蛍光体ＰＳ１に入射する。蛍光体ＰＳ１は、レーザー光を吸収してレーザー光とは異なる波長の光を生成して放出する。蛍光体ＰＳ１に複数種類の蛍光物質を含めることにより白色光を生成することができる。

本実施形態においては、蛍光体ＰＳ１が抵抗器として故障検出回路に組み込まれ、この抵抗器の抵抗値の変化に応じてレーザーダイオードを消灯させるための消灯信号を生成可能である。これにより蛍光体ＰＳ１からの放出光をフォトダイオードで受光することなく蛍光体ＰＳ１の故障を検出することができる。勿論、本開示の故障検出方法は、フォトダイオードによる光検出に基づく故障検出と併用可能である。

図３に示す形態では、光源モジュール４のコンタクトＣ１に入力電圧Ｖ_inが供給される。入力電圧Ｖ_inは、蛍光体ＰＳ１を介して電圧降下し、サンプリング電圧Ｖ_AとしてコンタクトＣ２を介して消灯信号生成回路７に入力する。消灯信号生成回路７は、サンプリング電圧Ｖ_Aの変化に基づいて蛍光体ＰＳ１の故障を検出して消灯信号を生成することができる。消灯信号生成回路７からレーザーダイオードＬＤ１に直列に接続されたスイッチＳＷに消灯信号が供給されて、スイッチＳＷがオン状態からオフ状態に切り替えられる。このようにして迅速かつ簡素な回路構成で蛍光体の故障を検出してレーザーダイオードＬＤ１を消灯させることができる。

図４は、点灯制御回路の模範例を示す。図４に示すように、駆動回路６の電流出力端子と電流帰端子間にレーザーダイオードＬＤ１とスイッチＳＷが直列接続される。スイッチＳＷは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、蛍光体ＰＳ１の故障が検出されない限り、オン状態にセットされる。即ち、蛍光体ＰＳ１の故障が検出されない限り、レーザーダイオードＬＤ１が駆動回路６により専ら制御される。後述の説明から分かるように、蛍光体ＰＳ１の故障が検出されると、駆動回路６の動作状態に関わらずスイッチＳＷがオフ状態にセットされ、レーザーダイオードＬＤ１が強制的に消灯する。なお、スイッチＳＷは、レーザーダイオードＬＤ１のカソードと駆動回路６の間に接続される。

蛍光体ＰＳ１の抵抗器Ｒ１とプルダウン抵抗器Ｒ２が電圧入力端子（入力電圧Ｖ_in）とグランドの間で直列接続される。蛍光体ＰＳ１が故障して抵抗器Ｒ１がオープンにならない限り、抵抗器Ｒ１とプルダウン抵抗器Ｒ２は、入力電圧Ｖ_inのために分圧回路を形成する。消灯信号生成回路７は、抵抗器Ｒ１を介して入力電圧が電圧降下したサンプリング電圧Ｖ_Aと参照電圧Ｖ_refを比較する。消灯信号生成回路７は、抵抗器Ｒ１の抵抗値の変化に応じてサンプリング電圧Ｖ_Aが低下して参照電圧Ｖ_ref未満になる時に消灯信号を生成する。サンプリング電圧Ｖ_Aは、蛍光体ＰＳ１と蛍光体ＰＳ１に直列に接続されたプルダウン抵抗器Ｒ２の間の接点から供給され得る。

有利には、消灯信号生成回路７は、比較器ＣＯＭ１と増幅器ＢＵＦ１を含む。比較器ＣＯＭ１は、サンプリング電圧Ｖ_Aと参照電圧Ｖ_refを比較し、サンプリング電圧Ｖ_Aが参照電圧Ｖ_ref未満になる時、その出力値をＨレベルからＬレベルに切り替える。増幅器ＢＵＦ１は、比較器ＣＯＭ１の出力電圧を増幅し、（ＭＯＳＦＥＴのゲート寄生容量に関わらず）スイッチＳＷのターンオフへの円滑な切換を可能にする。比較器ＣＯＭ１のＨレベルの出力電圧がスイッチＳＷのオンオフ間の切換に十分であれば増幅器ＢＵＦ１を省略可能である。なお、参照電圧Ｖ_refは、一定又は可変とすることができる。参照電圧Ｖ_refは、例えば、灯具の正の電源電圧を分圧して生成することもできるし、又は、コンデンサーを用いて生成することもでき、又は、灯具内の他の回路の接点から流用することができる。

図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、時刻ｔ１において蛍光体ＰＳ１が故障し、抵抗器Ｒ１がオープンになる（即ち、抵抗値がかなり大きくなる）と、プルダウン抵抗器Ｒ２を介した放電に伴ってサンプリング電圧Ｖ_Aが徐々に低下し、時刻ｔ２において参照電圧Ｖ_ref未満になる。図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ２において、比較器ＣＯＭ１の出力反転が開始し、即ち、その出力電圧Ｖ_BがＨレベルからＬレベルに推移する。時刻ｔ３において増幅器ＢＵＦ１がＨレベルからＬレベルに変化する閾値電圧未満まで出力電圧Ｖ_Bが低下する。図５（ｃ）に示すように、増幅器ＢＵＦ１の出力電圧Ｖ_Cは、時刻ｔ３から低下を開始し、時刻ｔ４においてスイッチＳＷ（ＭＯＳＦＥＴ）のターンオン閾値電圧Ｖ_TH未満となり（即ち、増幅器ＢＵＦ１から消灯（ターンオフ）信号が出力され）、スイッチＳＷがオフ状態になる。図５（ｄ）に示すように、時刻ｔ４からレーザーダイオードＬＤ１に流れる電流Ｉ_Dが漸減し、時刻ｔ５においてゼロになる。このようにして蛍光体ＰＳ１（抵抗器Ｒ１）の抵抗値の変化に応じてレーザーダイオードＬＤ１を強制的に消灯させることができる。時刻ｔ１から時刻ｔ５まで僅かな時間遅延があるものの、これは、許容範囲内である。参照電圧Ｖ_refは、蛍光体ＰＳ１が故障していない時の定常のサンプリング電圧Ｖ_Aの６０％～９０％（好適には、７０％～８０％）の範囲内に設定することができる。

図６の消灯信号生成回路７’に示すように、比較器ＣＯＭ１と増幅器ＢＵＦ１の直列回路に対して比較器ＣＯＭ２と増幅器ＢＵＦ２の直列回路を並列に接続することができる。比較器ＣＯＭ２と増幅器ＢＵＦ２は、比較器ＣＯＭ１と増幅器ＢＵＦ１のバックアップとして機能し、故障検出回路をより堅牢にすることができる。比較器ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の一方の出力が図５（ａ）に示したように反転すると、スイッチＳＷがオン状態からオフ状態に切り替えられる（即ち、この結果が得られるように、比較器ＣＯＭ１，ＣＯＭ２と増幅器ＢＵＦ１，ＢＵＦ２の出力が調整され得る）。従って、比較器ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の一方が上手く作動しないとしても、レーザーダイオードＬＤ１をより確実に消灯させることができる（増幅器についても同様である）。

上述の開示を踏まえ、当業者は、各実施形態及び各特徴に対して様々な変更を加えることができる。比較器を用いることなく消灯信号生成回路を構成することも可能である。レーザーダイオードＬＤ１に直列接続されるスイッチＳＷを駆動回路の内部に設けることもできる。故障検出回路と駆動回路をモノリシックチップに組み込むこともできる。レーザーダイオードの個数は一つに限られない。蛍光体の数は一つに限られない。

ＬＤ１ ：レーザーダイオード（半導体レーザー素子）
ＰＳ１ ：蛍光体
Ｒ１ ：抵抗器

Claims (11)

1. 半導体レーザー素子から放射されるレーザー光に基づいて前記レーザー光とは異なる波長の光を生成して放出する蛍光体を抵抗器として含み、前記抵抗器の抵抗値の変化に応じて前記半導体レーザー素子を消灯させるための消灯信号を生成可能である、故障検出回路。
2. 前記抵抗器を介して入力電圧が電圧降下したサンプリング電圧と参照電圧を比較するように構成され、前記抵抗器の抵抗値の変化に応じて前記サンプリング電圧が低下して前記参照電圧未満になる時に前記消灯信号を生成可能である、請求項１に記載の故障検出回路。
3. 前記消灯信号は、前記消灯信号に応じて前記半導体レーザー素子を消灯させるスイッチに対して供給される、請求項２に記載の故障検出回路。
4. 前記スイッチは、前記半導体レーザー素子に直列接続される、請求項３に記載の故障検出回路。
5. 前記サンプリング電圧と前記参照電圧を比較する第１比較器と、
   前記第１比較器の出力電圧を増幅する第１増幅器を含む、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の故障検出回路。
6. 前記第１比較器に対して並列に設けられ、前記サンプリング電圧と前記参照電圧を比較する第２比較器と、
   前記第２比較器の出力電圧を増幅する第２増幅器を更に含む、請求項５に記載の故障検出回路。
7. 前記サンプリング電圧は、前記蛍光体と前記蛍光体に直列に接続されたプルダウン抵抗器の間の接点から供給される、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の故障検出回路。
8. 半導体レーザー素子と、
   前記半導体レーザー素子を駆動するための駆動回路と、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の故障検出回路と、
   前記半導体レーザー素子に直列接続されたスイッチを備え、
   前記故障検出回路は、前記スイッチに対して前記消灯信号としてターンオフ信号を供給する、半導体レーザー素子の点灯制御回路。
9. 前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴである、請求項８に記載の点灯制御回路。
10. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の故障検出回路を含む車両用灯具。
11. 半導体レーザー素子から放射されるレーザー光に基づいて前記レーザー光とは異なる波長の光を生成して放出する蛍光体のための故障検出回路であって、
    前記故障検出回路に抵抗器として組み込まれた蛍光体と、
    前記抵抗器を介して入力電圧が電圧降下したサンプリング電圧と参照電圧を比較し、この比較に基づいて消灯信号を生成する消灯信号生成回路を含む、故障検出回路。