JP6436421B2 - レーザー光源を備えるヘッドランプ用安全装置及び安全に関わる危険な状況でのレーザー光源のカットオフ方法 - Google Patents

レーザー光源を備えるヘッドランプ用安全装置及び安全に関わる危険な状況でのレーザー光源のカットオフ方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーザー光源を備えるヘッドランプ用安全装置に関し、この安全装置は、安全に関わる危険な状況においてレーザー光源をカットオフするために設けられており、ヘッドランプユニットが、少なくとも１つのレーザー光源、光変換器及び光学素子を有している。
同様に本発明は、自動車の少なくとも１つのヘッドランプの少なくとも１つのレーザー光源のセーフティカットオフ方法にも関する。
自動車におけるレーザー光源の使用が、今日、重要視されている。というのも、レーザーダイオードは、通常の光ダイオードに比べて寸法が小さいことにより、よりフレキシブルかつ効率的な取付けが可能であり、光束の光密度も顕著に増加させることができるからである。
自動車のヘッドランプに使用するレーザーダイオードは、今日、１Ｗ規模の出力で作動するが、人間（及び動物）の目には、レーザーの出力が２ｍＷを超えるとすでに危険が生じる。周知の解決方法では、極度に集束した高出力のレーザービームによって人間及びその他の生物の目が危険に晒されるのを防ぐため、レーザービームは直接には放射されない。レーザービームは、蛍光体などを含む、中間に接続されたコンバータ上で、例えば青色光から白色光に変換される。
しかし、特定の状況において、例えば、とくに事故によって、あるいはヘッドランプが不法操作されることによって、照明システムに損傷の生じるおそれがある場合、レーザービーム又はその反射光が、乗員など人間の目の中に入ってしまう危険を排除することはできず、失明する可能性もある。
特許文献１から、問題になっている種類のヘッドランプにおいて、放射された光の一部を光検出器で記録し、そのスペクトル特性を調べ、異常がある場合にはレーザーをカットオフすることが知られている。
特許文献２では、構造及び機能に詳しく言及していないが、レーザーの照射光が、ヘッドランプの中で、旋回可能なマイクロミラーを介して発光性物質の方に方向転換され、この方向転換が起きない場合は、レーザーをカットオフすることが説明されている。カットオフは、ヘッドランプハウジングが開いている場合又はヘッドランプガラスが割れている場合にも行うことができる。
米国特許第２０１１／００６３１１５Ａ１号明細書 独国特許第１０２０１００２８９４９Ａ１号明細書 米国特許第７６１１６４２Ｂ２号明細書 米国特許第２０１１／０１４８２８０Ａ１号明細書
本発明の課題は、汎用使用できる安全装置を作ることにより、自動車照明システムが正常に作動していない場合に、レーザービームによって人間に危険が及ぶことをできる限り回避することにある。
この課題は、冒頭に述べた種類の装置によって解決され、本発明に基づき、この安全装置は、車両側のサブシステムならびにヘッドランプ側のサブシステムを有しており、これらの両方のサブシステムは、インターフェースを介して相互に接続している状態にあり、安全に関係する信号を交換するように設けられており、安全に関わる危険な状態が存在する場合、制御信号を発生するためにモニタシステムが設けられ、そのような制御信号が供給された場合に少なくとも１つのレーザー光源をカットオフする／カットオフしたままで維持するためにヘッドランプコントロールが設けられている。
同様に、この課題は、自動車の少なくとも１つのヘッドランプの少なくとも１つのレーザー光源のセーフティカットオフ方法によって解決され、本発明に基づき、車両側サブシステムとヘッドランプ側サブシステムとの間で、インターフェースを介して安全に関係する信号が交換され、モニタシステムに供給されて、ここから制御信号はヘッドランプコントロールに送られ、危険な状態が生じた場合は、安全に関係する信号に応じて、レーザー光源がカットオフされる／カットオフされたまま維持される。
その他の適切な特徴は請求項１および２に特徴づけられている。
以下に、図に示されている実施例を用いて、本発明を、その他の利点も含めてさらに詳しく説明する。
本発明による装置の概略を示すブロックダイヤグラムである。 ヘッドランプユニットへのサービス装置の接続図である。 本発明に基づく方法の、可能なフローダイヤグラムである。 本発明に基づく方法の、その他の可能なフローダイヤグラムである。
図１にはヘッドランプユニット１が示され、このユニットは、具体的には１つ以上のレーザーダイオードである少なくとも１つのレーザー光源２、さらに、ほとんどが短波長のレーザー光を白色光に変換する光変換器３、及び一般的には光学素子４（ほとんどがレンズ／ミラーシステム）を有している。光変換器３は、蛍光を発する物質、短縮して「蛍光体」（しばしばオキシ窒化物）を含み、この蛍光体は、レーザー光の波長に合わせて、可能な限り白色光を大量に発生させる（例えば、特許文献３）。このような種類のヘッドランプは、例えば、特許文献４から周知である。このレーザー又は複数のレーザーと、蛍光体との間には、さらに、冒頭の特許文献２で説明されているように、ミラー、ミラーシステム又は振動するミラーがあってもよい。本明細書の中でヘッドランプユニット又はヘッドランプについて言及する場合、自動車に応じて及び必要に応じて、少なくとも１つのヘッドランプが取り付けられていること（オートバイなど）、しかし、ほとんどの場合は少なくとも２つ以上のヘッドランプが取り付けられていることは明白である。ヘッドランプユニットは、ここでは示されていないその他のコンポーネント（調整可能なカバーなど）、ハイビームからロービームへの切換え手段などを有することができる。
レーザー光源２の電源供給は、車両バッテリー５から開始して、スイッチＳＡ、及びブレーカ７の制御を介して、適切な電流又は電圧を提供するための電源供給６（ここでは記号で表示）によって行われる。さらに、従来の補助ヘッドランプ８を設けることもでき、この補助ヘッドランプは、例えば照明手段としてハロゲンランプを有し、切換え手段９の制御によって補助ヘッドランプに電圧を供給することができる。
切換え手段７及び９の制御は、ヘッドランプコントロール１０によって行われ、このとき、切換え手段７及び９は、任意の箇所、例えばヘッドランプコントロール１０の内部に配置することができ、その目的に応じて、機械的スイッチ又は半導体スイッチとして形成できることは明らかである。
冒頭に述べたレーザー光源の問題を考慮して、安全に関わる危険な状況をモニタするセンサが設けられている。この例では、レーザーセンサＳＬが光変換器３に対するレーザー光源２の位置を検知して位置信号ｓＬを発信し、蛍光体センサＳＰが発光体３内の蛍光体の状態を検知して蛍光体状態信号ｓＰを発信し、ヘッドランプユニット１の主要部品が破損した場合は破損センサＳＢが破損信号ｓＢを発信し、ヘッドランプユニット１のカバーが開いた場合はカバーセンサ及び／又はカバーガラスセンサーＳＤが該当するカバー信号ｓＤを発信する。さらに、蛍光体が飽和状態になり、その結果、蛍光体が透光性になるほど（同時に、安全に関わる危険な状態となる）、レーザー側で蛍光体に供給されるエネルギーが大きくなっていないか点検することができる。これは、すべての電子がより高い軌道に引き上げられ、それ以上励起のために使用できなくなるからである。
言及した信号は、図１に示されているように、ヘッドランプセンサ評価１１に送られ、このセンサ評価は、危険と判断される状態が生じると、制御信号ｓｔｓをヘッドランプコントロール１０に送信する。そのような危険な状態とは、例えば次のような状態：ヘッドランプユニット１の作動中にカバーが開いた又はカバーガラスが取り外された状態、レーザー光源の位置が間違っており、レーザービームが蛍光体にではなく空中に照射される状態、蛍光体の損傷又はヘッドランプ部品の破損であり得る。もちろん、ここに挙げた例が全てではなく、安全性要求に応じて、又はヘッドランプのモデルに応じて、例えば過熱を表示する温度センサなど、その他のセンサも設けることができ、それらのセンサは、安全に関係する信号をヘッドランプセンサ評価１１に送信することができる。
ヘッドランプユニット１には、さらに、安全コードのためのコードメモリＳＣが設けられており、この安全性コードは、コード信号ｓＣとしてヘッドランプセンサ評価１１に供給されるか、又はこれによって読み取られることができる。他方で、車両にはメモリＳＮが設けられており、センサ評価１１の側でこのメモリにアクセスすることができ、このメモリ内には、車両固有のコード、例えば車両のシリアル番号などが含まれている。
図１には、さらに、周知の構造のエアバッグコントロールユニット１２が示されており、多数のクラッシュ信号ｓａ１、ｓａ２、ｓａ３が、通常は加速度センサであるクラッシュセンサＳａ１、Ｓａ２、Ｓａ３に対応してエアバッグコントロールユニットに供給され、このコントロールユニットは制御ライン１３を介して、例えばエアバッグＡＢ１、ＡＢ２、ＡＢ３及びシートベルトテンショナＧＳ１、ＧＳ２を制御し、必要に応じて作動させる。該当する作動信号の少なくとも１つは、制御信号ｓｔａとしてヘッドランプコントロール１０にも供給される。上述のことから、この制御信号ｓｔａを、極めて一般的に、エアバッグシステムとは無関係の加速度センサからも発生させられることは明白である。
従って、ヘッドランプセンサ評価１１及びエアバッグコントロールユニット１２はモニタシステム１４を形成し、制御信号ｓｔｓ及びｓｔａをヘッドランプコントロール１０に発信することができる。
オプションで、いずれにしてもほとんどすべてに取り付けられている速度センサＳＶの速度信号ｓＶを評価することもでき、このために、この実施例では、設定可能な速度ｖ０を上回っているか、又は下回っているかどうかを、コンパレータ１５において特定する。このインフォメーションは、さらなる制御信号ｓｔｖとして、ヘッドランプコントロール１０に供給される。
最後に、クロック発生器１６を設けることができ、このクロック発生器は、クロック信号ｓｔをヘッドランプコントロール１０に送信し、これによって、少なくとも特定の、安全に関係する信号が定期的に、例えば２０ミリ秒毎に点検されるようになる。
図１のブロックダイヤグラムの個々のコンポーネントは、第１に本発明を分かりやすくするために用いられるものであって、強制的な回路配列又はソフトウェア配列を示すものではないことを強調しておかなければならない。例えば、ブロック１０、１１、１２、１５及び１６は、統合回路内又はチップ上に一体化することができる。
上述の説明から、当業者には、実質的に車両側のサブシステムとヘッドランプ側のサブシステムとを有する安全装置があり、両方のサブシステムがインターフェース１７を介して相互に接続している状態にあることが自明である。
本実施例では、ヘッドランプ側のサブシステムが、センサＳＬ、ＳＰ、ＳＢ、ＳＤ及びメモリＳＣを備え、さらに、例えばセンサ評価１１など、その他のコンポーネントもヘッドランプ側のサブシステムに含むことができるかもしれないが、車両固有のコードのためのメモリＳＮはできない。
以下に、本発明の機能を、図２及び３のフローダイヤグラムを用いて詳しく説明する。
ノーマルモードでは、スイッチＳＡをオンにすることにより電源供給６が作動し、この電源供給は、電流又は電圧を、閉じられたスイッチ７を介してヘッドランプユニット１のレーザー光源２に供給する。比較的波長の短いレーザー光源２の光は、光変換器３の中で、蛍光を発する物質（短縮して「蛍光体」と呼ぶ）によって、好ましくは白色光に変換され、光学素子４により、望ましいビームに集束された状態で、一般的には前方の道路上に照射される。
しかし、レーザー光源２のレーザー光が光変換器３によって捕捉できなくなり、コントロール不能の状態で照射されると、人間がレーザービームによって目を損傷するか、又はそれによって失明するといった、さまざまな危険な状況が発生しかねない。このようなケースの１つは、他の車両との衝突であり、あるいは静止物体又は例えば野生動物といった動く物体との衝突である。そのようなケースでは、ヘッドランプユニット１が破損し、レーザー光がコントロール不能のまま照射されるおそれがある。
このようなケースのために、本発明では、エアバッグコントロールユニット１２から発せられるエアバッグ又はシートベルトテンショナ用制御信号（ライン１３）の少なくとも１つが、制御信号ＳＤａとして、レーザー光源２を直ちにカットオフするために用いられるようになっており、このことは、例えばスイッチ７によって実施することができる。安全性要求がさらに高い場合、有利には、より感度の高い事故センサ、具体的には加速度センサを設けることもできる。その理由は、エアバッグは比較的高い加速度値にならないと作動しないが、ヘッドランプは比較的軽い事故でも損傷する可能性があるためである。
しかし、事故に直接関係しないものの、レーザー光源２のレーザービーム放射を引き起こす可能性のあるその他の危険な状況も多数存在する。例えば、破壊行為などによってヘッドランプユニット１の内部に機械的な故障が生じ、レーザー光源２のレーザービームが光変換器３の該当する箇所に照射されなくなり、横を通り過ぎてしまう可能性もある。このような場合のために、位置センサＳＬが設けられており、このセンサは、調整に異常があると、信号ｓＬをヘッドランプセンサ評価１１に送信し、このことにより、結果的には、センサ評価のアウトプットでヘッドランプコントロール１０のための制御信号ｓｔｓが発信され、レーザー光源２がカットオフされる。詳細には、レーザー光源２のレーザービームが、光変換器３の蛍光体に対して所定の公差範囲内にあるかどうかも点検することができ、このとき、安全に関係する該当する信号がモニタシステム１４に発信されて、ヘッドランプコントロール１０を介してヘッドランプへのエネルギー供給を終了することができる。同様に、調整異常の危険が緊急ではない場合、サービス工場での修理を要求する警告信号を発信することもできる。
もう１つは、光変換器３の蛍光体の変化が危険を引き起こす可能性があり、この変化により、レーザー光が変換されることなく光変換器３を通過してしまうおそれがある。このケースでも、安全に関係する信号ＳＢが、センサ評価１１及びヘッドランプコントロール１０を介して、レーザー光源２のカットオフを発生させる。レーザー光源のビーム出力が高すぎると、同様に、蛍光体が飽和状態になるおそれがあるため、有利には、レーザー光源２の出力がモニタされ、所定の最高出力を超過するとレーザー光源がカットオフされる。例えば、ヘッドランプユニット１のハウジング及び／又はヘッドランプユニットのリフレクタ及び／又はカバーガラスに破損センサＳＢを取り付けることもでき、このセンサは、破損信号ｓＢを発信して、レーザー光源２のカットオフも発生させる。しかし、そのような破損センサは、有利には、必ずしも規定判断箇所に配置されなくてもよく、例えば貼り付けられたワイヤ又はプリント基板であってもよい。他方では、光センサなどの光学的破損センサを取り付けることもできる。破損センサは、ヘッドランプホルダ、調整メカニズム、又は支持フレームなどのヘッドランプ内部の固定部品にも配置することができる。カバー及び／又はカバーガラス、従ってヘッドランプユニット１のカバーが、許可なく、あるいは意図せずに開けられたことを表示するため、カバーセンサＳＤを取り付けることができ、このセンサは、該当する信号ｓＤの発信によって、同様にレーザー光源２のカットオフを発生させる。
ヘッドランプユニット１に故障が生じるいくつかのケースでは、ヘッドランプコントロール１０によって、スイッチ９を介して従来型の補助ヘッドランプ８をオンにすることが有利であり、これにより、暗がりでも車両での走行を障害なく続行することができる。１つ以上のそのような補助ヘッドランプ８がある場合、すでに説明した速度信号ｓＶを使用して、特定の、規定された速度ｖ０よりも大きな速度に達してからレーザー光源２がオンになるようにすることも有利である。というのも、低速の場合は、レーザーヘッドランプの光度をすべて使用する必要はなく、人間が眩惑されるおそれを回避できるからである。
適合しないヘッドランプが車両に取り付けられることによって、安全に関わる危険がヘッドランプに生じる可能性を回避するため、センサ評価１１において、ヘッドランプ側のサブシステムのコードメモリＳＣ内に保存されているコードを、メモリＳＮの車両固有のコードと比較することができる。コードが一致しない場合は、制御信号ｓｔｓが発信され、ヘッドランプユニット１へのエネルギー供給が継続的に中断される。
多くのケースでは、さらに、クロック発生器１６によって制御される形で、例えば２０〜５０ミリ秒間隔で、全センサの周期的な点検又は照会を実施することが有利である。
モニタシステム１４は、有利なバリエーションの場合、階層的に作動することもできる。例えばヘッドランプユニットに関係する信号は、優先的に取り扱われ、重要であると見なされる。従って、車両又は走行に関連している信号及びデータは、二次的安全データと見なされる。この例は、次のように説明される：エアバッグは作動するが、全ての信号がヘッドランプユニットの損傷を報告していない場合、サービス工場までの作動を可能にするため、レーザー光源の強制的なカットオフは行われない。
図２を使って、本発明に基づく装置が、特定の故障が生じた場合、レーザー光源２がオンになるのを防止するために用いられることも示されている。このケースでは、第１の点検段階において、カバーの開いたヘッドランプユニット１があるかどうか、又はヘッドランプユニットのコンポーネントに損傷がないかどうか、及び第２段階では、レーザー光源２及び光変換器３の蛍光体が正しい位置に調整されているかどうかが点検される。両方の段階において、故障がある場合は故障メッセージが発信され、故障がない場合はレーザー光源２をオンにすることができる。
図３の同類のフローダイヤグラムは、すでに説明した、故障が存在する場合のカットオフを示しており、さらなる説明の必要はないが、注意する点は、図３ではいくつかの故障状態だけが取り扱われており、例えばエアバッグコントロール１２のクラッシュセンサの応答によって生じるカットオフは取り扱われていないことである。
ヘッドランプユニット１の点検が、メーカー工場又は専門のサービス工場のいずれかにおいて可能になるように、車両側のサブシステムの代わりに、インターフェース１７を介し、ソフトウェアに従って車両をシミュレートするサービス装置１８を安全装置に接続することもできる。このことが図１ａに示されている。

Claims (2)

  1. 安全に関わる危険な状況においてレーザー光源をオフするために設けられた、レーザー光源を備えるヘッドランプ用の安全装置であって、
    前記安全装置は、ヘッドランプユニット（１）、モニターシステム（１４）、ヘッドランプコントローラ（１０）、および少なくとも一つの補助ヘッドランプ（８）とスイッチ（９）を備えており、
    前記ヘッドランプユニット（１）は少なくとも１つのレーザー光源（２）、光変換器（３）及び光学素子（４）を有し、
    前記モニターシステム（１４）は安全に関わる危険な状態が存在する場合、制御信号（ｓｔａ、ｓｔｓ、ｓｔｖ、ｓｔＰ）を発信し、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）は前記制御信号（ｓｔａ、ｓｔｓ、ｓｔｖ、ｓｔＰ）が供給された場合、前記レーザー光源（２）をオフする／オフしたままで維持し、
    前記補助ヘッドランプ（８）とスイッチ（９）は前記ヘッドランプコントローラ（１０）に制御され、前記レーザー光源（２）がオフされたときには前記スイッチ（９）が前記補助ヘッドランプ（８）をオンし、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）に、速度センサ（Ｓｖ）の信号（ｓｔｖ）が供給され、前記信号（ｓｔｖ）の示す車速が所定の車速（ｖ０）を下回った場合、前記ヘッドランプコントローラ（１０）は、前記レーザー光源（２）をオフにし、前記補助ヘッドランプ（８）をオンにし、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）に、前記光変換器（３）の蛍光体の飽和及び透光性を含む欠陥状態を検知する蛍光体センサ（ＳＰ）の蛍光体状態信号（ｓｔＰ）が供給され、前記蛍光体状態信号（ｓｔＰ）により蛍光体が欠陥状態にあることが検出された場合、前記ヘッドランプコントローラ（１０）は、前記レーザー光源（２）をオフにし、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）に、エアバッグ制御装置（１２）から少なくとも一つの制御信号が供給され、前記制御信号が供給された場合、前記ヘッドランプコントローラ（１０）は、前記レーザー光源（２）をオフにし、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）に、加速度センサ（Ｓａ）の信号（ｓｔａ）が供給され、前記信号（ｓｔａ）の示す加速度が所定の加速度を上回った場合、前記ヘッドランプコントローラ（１０）は、前記レーザー光源（２）をオフにし、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）が前記レーザー光源（２）をオフにする所定の加速度は、前記エアバッグ制御装置（１２）が前記少なくとも一つの制御信号を供給する加速度より小さい、ことを特徴とする、安全装置。
  2. 自動車の少なくとも１つのヘッドランプ（１）の少なくとも１つのレーザー光源（２）のセーフティカットオフ方法であって、
    車両側のサブシステムとヘッドランプ側のサブシステムとの間で、インターフェースを介して、安全に関係する信号（ｓａ１、ｓａ２、ｓａ３、ｓＬ、ｓＰ、ｓＢ、ｓＣ、ｓＤ）が交換され、モニタシステム（１４）に供給されて、前記モニタシステム（１４）から制御信号（ｓｔａ、ｓｔｓ、ｓｔｖ、ｓｔＰ）がヘッドランプコントローラ（１０）に送られ、危険な状態が生じた場合は、前記安全に関係する信号（ｓａ１、ｓａ２、ｓａ３、ｓＬ、ｓＰ、ｓＢ、ｓＣ、ｓＤ）に応じて、前記レーザー光源（２）がオフされる／オフされたまま維持され、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）に、速度センサ（Ｓｖ）の信号（ｓｖ）が供給され、前記信号（ｓｖ）の示す車速が所定の車速（ｖ０）を下回った場合、前記ヘッドランプコントローラ（１０）は、前記レーザー光源（２）をオフにし、補助ヘッドランプ（８）をオンにし、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）に、光変換器（３）の蛍光体の飽和及び透光性を含む欠陥状態を検知する蛍光体センサ（ＳＰ）の蛍光体状態信号（ｓｔＰ）が供給され、前記蛍光体状態信号（ｓｔＰ）により蛍光体が欠陥状態にあることが検出された場合、前記ヘッドランプコントローラ（１０）は、前記レーザー光源（２）をオフにし、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）に、エアバッグ制御装置（１２）から少なくとも一つの制御信号が供給され、前記制御信号が供給された場合、前記ヘッドランプコントローラ（１０）は、前記レーザー光源（２）をオフにし、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）に、加速度センサ（Ｓａ）の信号（ｓｔａ）が供給され、前記信号（ｓｔａ）の示す加速度が所定の加速度を上回った場合、前記ヘッドランプコントローラ（１０）は、前記レーザー光源（２）をオフにし、
    前記ヘッドランプコントローラ（１０）が前記レーザー光源（２）をオフにする所定の加速度は、前記エアバッグ制御装置（１２）が前記少なくとも一つの制御信号を供給する加速度より小さい、ことを特徴とする、方法。
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