JP6803687B2 - 車両用灯具の点灯制御装置、車両用灯具システム - Google Patents

Description

本発明は、方向指示器などの用途で用いられる車両用灯具の点消灯を制御する技術に関する。

方向指示器（ウインカー）の用途として用いられる車両用灯具の従来例は、例えば特開２０１４−１３９９４１号公報（特許文献１）に開示されている。この従来例は、ＬＥＤを用いてヘッドライトやウィンカーなどを構成した場合において、それ以前のバルブランプを用いていた場合との輝度変化特性の相違によりユーザが感じる違和感を軽減することを意図したものである。具体的には、バルブランプを用いた灯具では、発光の立ち上がりに鈍りがあるとともに発光の立ち下がりでは穏やかな尾を引くという輝度変化特性を有するのに対して、ＬＥＤを用いた灯具はそのような輝度変化特性を有していないことから上記したユーザの違和感が発生する。このため、特許文献１に開示の従来例では、バルブランプの発光の立ち上がりおよび立ち下がりを模した光エネルギー変化で点滅を行うようにＬＥＤを制御している（特許文献１の段落００１４、００１５等参照）。

ところで、ＬＥＤなど半導体発光素子は、本来的に急峻な輝度変化特性を有しているのであるから、当該特性を上手く活用すれば、方向指示器等として用いる場合における視認性の向上に寄与し得ると考えられる。しかしながら、特許文献１に開示の従来例では、バルブランプを模した輝度変化特性を達成するに留まるため、視認性の向上という観点ではバルブランプを用いる場合と変わりがない。

特開２０１４−１３９９４１号公報

本発明に係る具体的態様は、ＬＥＤ等を用いて構成される車両用灯具の発光時における視認性の向上と違和感の軽減を両立し得る技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の点灯制御装置は、半導体発光素子を有しており車両用灯具として用いられる光源の点消灯状態を制御するための装置であって、（ａ）前記光源から出射される光の光度を指示する制御信号を生成し出力する制御部と、（ｂ）前記制御部から与えられる前記制御信号に基づいて前記光源を駆動する光源駆動部と、を含み、（ｃ）前記制御信号に基づいて前記光源駆動部により駆動されて前記光源から出射する光は、一定の光度変化パターンを一定の周期で繰り返すものであり、（ｄ）前記光度変化パターンは、第１区間では実質的に瞬時に前記光度が最低値から最高値へ変化し、前記第１区間に続く第２区間では前記光度が前記最高値の状態を保ち、前記第２区間に続く第３区間では前記光度が前記最高値から前記最低値へ向けて漸減し、前記第３区間に続く第４区間では前記光度が前記最低値の状態を保つものであり、（ｅ）前記第３区間の時間は、前記第１区間と前記第２区間の合計時間よりも長い、車両用灯具の点灯制御装置である。

上記構成によれば、ＬＥＤ等を用いて構成される車両用灯具の発光時における視認性の向上と違和感の軽減を両立し得る。

図１は、一実施形態の車両用灯具システムの構成を示す図である。 図２は、点消灯指示部による点消灯制御の方法について説明するための図である。 図３は、光源から出射する光の光度の時間変化を示す図である。 図４は、光度変化の各区間の長さの好適値についての官能評価結果を示す図である。

図１は、一実施形態の車両用灯具システムの構成を示す図である。図示の車両用灯具システムは、車両の方向指示器（ターンランプ）として用いられるものであり、点灯制御装置１と、この点灯制御装置１によって点灯制御される光源２を含んで構成されている。

点灯制御装置１は、制御部１０、ＬＥＤ駆動回路１３、レギュレータ１４、入力電圧検知部１５、保護回路１６、電圧変換部１７を含んで構成されている。また、光源２は、１つ以上のＬＥＤ（半導体発光素子）を含んで構成されている。

制御部１０は、例えばマイクロコンピュータに所定の動作プログラムを実行させることによって実現され、点灯制御装置１の全体動作を制御するものであり、機能ブロックとしての点消灯指示部１１、断線検知部１２を有する。

点消灯指示部１１は、ＬＥＤ駆動回路１３に対して、光源２の点消灯状態を制御するための制御信号を出力する。具体的には、例えばＬＥＤ駆動回路１３が光源２の光度を電流の大きさによって制御する場合であれば、点消灯指示部１１は、所望の光度に応じた電流を指示する制御信号を出力する。

断線検知部１２は、光源２の回路上に断線が生じた場合にそれを検知し、断線検知信号を点消灯指示部１１へ出力する。この断線検知信号を受けた場合に、点消灯指示部１１は、例えば光源２への電力供給を停止させるための制御信号をＬＥＤ駆動回路１３へ出力する。

ＬＥＤ駆動回路１３は、高電位端子３０および基準電位端子３１を介して供給される電圧（例えば車両バッテリから供給される電圧）を用い、点消灯指示部１１から出力される制御信号に基づいて光源２の各ＬＥＤを所望の光度で点消灯させるための駆動電力を光源２へ供給する。

レギュレータ１４は、高電位端子３０および基準電位端子３１を介して供給される電圧を制御部１０の動作に適した低電位電圧（例えば＋５Ｖ）に変換して制御部１０へ供給する。このレギュレータ１４には、制御部１０の異常動作を監視するためのウォッチドッグタイマが内蔵されている。

入力電圧検知部１５は、高電位端子３０および基準電位端子３１を介して供給される電圧が所定の大きさよりも低下した場合にそれを検知し、検知信号を制御部１０へ出力する。

保護回路１６は、高電位端子３０および基準電位端子３１と接続されており、光源２が逆接続された際の保護を行い、あるいは点灯制御装置１や光源２へサージ電圧が入力されることを防ぐ。

電圧変換部１７は、断線検知部１２から断線検知信号が出力された場合に、この断線検知信号の電圧を所定の大きさに変換して端子３２へ出力する。端子３２へ出力された断線検知信号は、例えば車両のインストルメントパネルに備わった警告灯を点灯させるために用いられる。

図２は、点消灯指示部による点消灯制御の方法について説明するための図である。例えば、ＬＥＤ駆動回路１３が光源２を電流制御可能なものであれば、点消灯指示部１１は、図２（Ａ）に示すように、ＬＥＤ駆動回路１３の電流制御端子に対して所望の光度に対応した電流値を示す可変電圧の制御信号を与える。それにより、ＬＥＤ駆動回路１３は、制御信号に応じた大きさの電流で光源２を駆動する。他方で、例えばＬＥＤ駆動回路１３が光源２をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御可能なものであれば、点消灯指示部１１は、図２（Ｂ）に示すように、ＬＥＤ駆動回路１３のＰＷＭ制御端子に対して所望の光度に対応した電流値を示す可変パルス幅の制御信号を与える。それにより、ＬＥＤ駆動回路１３は、制御信号に応じてＰＷＭ制御された電流で光源２を駆動する。

図３は、光源から出射する光の光度の時間変化を示す図である。本実施形態では、ＬＥＤ駆動回路１３によって光源２を駆動することにより、光源２から周期的に点滅を繰り返すように光を出射させている。そして、図３では周期的な点滅を繰り返す光の１周期分の光度変化を示している。図示のように、１周期の光度変化パターンは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの区間を含んで構成されている。

区間Ａは、１周期中の始点（０秒時）から実質的に瞬時に光度が０％から１００％へ変化する区間である。詳細には、区間Ａとは、回路動作上のタイムラグなどの要因で、光源２の出射光の光度が０％から１００％へ達するまでの間に必然的に発生する立ち上がり時間に対応している。

区間Ａに要する時間は、主に光源２に含まれるＬＥＤの発光時の立ち上がり時間に対応した時間であるため、１周期に対応する時間よりも極めて短い。具体的には、本実施形態では、例えば光の繰り返し周波数として１Ｈｚ〜２Ｈｚの範囲を想定しており、この場合における１周期は０．５秒間〜１秒間（５００ミリ秒間〜１０００ミリ秒間）となる。これに対して、区間Ａの時間は、例えば数百マイクロ秒間〜１ミリ秒間程度となる。すなわち、区間Ａの時間は、周期に対して少なくとも周期の１／５００以下の長さに設定される。

ここで、本明細書において「光度１００％」とは、光源２の通常の点消灯動作時において最大値と設定している光度が出射している状態をいい、例えば光源２の各ＬＥＤの定格における最大光度が出射している状態をいう。また、本明細書において「光度０％」とは、光源２の点消灯動作時において消灯している状態をいい、例えば光源２の各ＬＥＤの光度が０となっている状態をいうが、これ以外にも人間の目で点灯を感得できない程度に光度が低くなった状態であってもよい。

区間Ｂは、区間Ａに続く区間であり、光源の出射光の光度が１００％へ達した後、その状態（光度１００％の状態）が維持される区間である。区間Ｂは、１周期の始点である時刻０から始まり区間Ａを挟んで予め定めた終点である時刻ｔ１まで継続する。なお、光度については、実際には電源電圧の増減などの影響により光度が増減する場合も考えられるが、そのような本来意図していない光度の増減がある場合も含めて光度１００％の状態が維持されているものとみなす。具体的には、例えば、光源２の点消灯動作時において最大値と設定している光度を基準に±１０％の範囲内で光度が保たれている場合には、光度１００％の状態が維持されているものとする。

区間Ｃは、区間Ｂに続く期間であり、光源の出射光の光度が１００％から０％へ漸減する区間である。区間Ｃは、区間Ｂの終点である時刻ｔ１を始点とし、予め定めた終点である時刻ｔ２まで継続する。図示のように、この区間Ｃは区間Ａ，Ｂの合計時間よりも時間が長いことが好ましく、例えば区間Ａ，Ｂの合計時間よりも区間Ｃの時間を３倍以上とすることが好ましい。なお、図示の例では、区間Ｃにおける光度変化は、区間Ｃの始点からの光度の減少率が大きく、区間Ｃの終点に向かうにつれて光度の減少率が小さくなる曲線状の変化であるが、これに限定されない。例えば、区間Ｃの始点からの光度の減少率が小さく、区間Ｃの終点に向かうにつれて光度の減少率が大きくなる曲線状の変化であってもよいし、光度が一定割合で減少する直線状の変化であってもよい。

区間Ｄは、区間Ｃに続く期間であり、光源の出射光が０％に達した後、その状態（光度０％の状態）が維持される区間である。区間Ｄは、区間Ｃの終点である時刻ｔ２を始点とし、１周期の終わりまで継続する。この区間Ｄが終了した後は、次の１周期の区間Ａへ続く。

上記した本実施形態の車両用灯具システムにおける１周期の光度変化の特徴は以下の通りである。まず、区間Ａ〜Ｂでは、光源２に含まれる各ＬＥＤの本来的な特徴である発光の立ち上がりの急峻さを活かして、速やかに光度１００％の状態とし、その状態が維持される。それにより、従来の一般的なＬＥＤを用いたターンランプと同等の視認性を得られるようにすることができる。すなわち他者がターンランプにより早く気づくことができるようにすることができる。

ここで、単純な矩形波を用いた駆動方法によってＬＥＤを駆動するターンランプでは、光度１００％の状態が点灯時から消灯時まで継続するため、１周期内での全体的な光量（積分値としての光量）が大きくなり、観察者へ鋭い眩しさを感じさせてしまう。これに対して、区間Ｃでは、光度を１００％から０％へ漸減させているので、眩しさが低減される。さらに、区間Ｄとして光度を０％の状態で維持する期間を設けているので、次周期の区間Ａ（瞬時に点灯が開始される区間）がより際だち、点滅が分かりやすくなる。これらにより、観察者の目に優しい点滅状態を実現することができる。

また、区間Ａ〜Ｄの全体として見れば、光度が急峻に立ち上がった後、相対的に長い時間をかけて光度が漸減するので、従来の単純にＬＥＤを用いたターンランプの光度変化とは異なり、またバルブランプを用いたターンランプやそれを模したターンランプの光度変化とも異なる新規な点滅発光表現が実現される。

図４は、光度変化の各区間の長さの好適値についての官能評価結果を示す図である。ここでは、７人の被験者を対象として、各区間の長さの好適値を評価した。なお、評価においては１０ミリ秒間を最小単位として各区間の長さを可変に設定した。また、平均を求める際には、各被験者から得られたデータのうち最大値と最小値を除いた５つのデータを用いて計算した。また、光度変化における時刻ｔ１、ｔ２の基準値をそれぞれ１００ミリ秒、４６０ミリ秒に設定した。また、区間Ａに要する時間は約０．２ミリ秒間であった。また、以下の評価では１周期を６６７ミリ秒間（周波数１．５Ｈｚに対応）に設定した。

ｔ１ｍｉｎは、区間Ｂ（第２区間）の終点ｔ１の最小値として好適な値を評価した結果である。ここでは、時刻ｔ１を１００ミリ秒から１０ミリ秒ごとに減少し、７人の被験者による評価を行った。ここでの評価基準は、区間Ａ，Ｂでの光について各被験者が「明らかに暗い、あるいは気づき難い」と感じたことである。各被験者の評価結果を平均すると、ｔ１ｍｉｎ＝４０ミリ秒という値が得られた。この結果から、区間Ａ，Ｂの合計時間Ｔ１、すなわち時刻０から時刻ｔ１までの時間Ｔ１の最小値として好適な値は４０ミリ秒間であることが分かる。

ｔ２ｍａｘは、時刻ｔ１を１００ミリ秒で固定し、区間Ｃ（第３区間）の終点ｔ２の最大値として好適な値を評価した結果を示している。ここでは、時刻ｔ２を４６０ミリ秒から１０ミリ秒ごとに増加し、７人の被験者による評価を行った。ここでの評価基準は、区間Ｃでの光について各被験者が「明らかに点滅が分かりづらい」と感じたことである。各被験者の評価結果を平均すると、ｔ２ｍａｘ＝５９６ミリ秒という値が得られた。この結果から、区間Ｃの時間Ｔ２、すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔ２の最大値として好適な値は４９６ミリ秒間（＝５９６ミリ秒−１００ミリ秒）であることが分かる。

ｔ１ｍａｘは、時刻ｔ２を４６０ミリ秒で固定し、区間Ｂの終点ｔ１の最大値として好適な値を評価した結果である。ここでは、時刻ｔ１を１００ミリ秒から１０ミリ秒ごとに増加し、７人の被験者による評価を行った。ここでの評価基準は時刻ｔ１の増加に伴って相対的に短くなる区間Ｃでの光について各被験者が「徐々に消える（漸減する）ように見えない」と感じたことである。各被験者の評価結果を平均すると、ｔ１ｍａｘ＝３４０ミリ秒という値が得られた。この結果から、区間Ｃの時間Ｔ２、すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔ２の最小値として好適な値は１２０ミリ秒間（＝４６０ミリ秒−３４０ミリ秒）であることが分かる。別言すると、この結果からは、区間Ｃの時間Ｔ２の最小値は、区間Ａ，Ｂの合計時間Ｔ１の最小値の３倍以上であることが好ましいといえる。

ｔ２ｍｉｎは、時刻ｔ１を１００ミリ秒で固定し、区間Ｃの終点ｔ２の最小値として好適な値を評価した結果である。ここでは、時刻ｔ２を４６０ミリ秒から１０ミリ秒ごとに減少し、７人の被験者による評価を行った。ここでの評価基準は時刻ｔ２の減少に伴って相対的に短くなる区間Ｃでの光について各被験者が「徐々に消える（漸減する）ように見えない」と感じたことである。各被験者の評価結果を平均すると、ｔ２ｍｉｎ＝２６０ミリ秒という値が得られた。この結果から、区間Ｃの時間Ｔ２、すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔ２の最小値として好適な値は１６０ミリ秒間（＝２６０ミリ秒−１００ミリ秒）であることが分かる。別言すると、この結果からは、区間Ｃの時間Ｔ２の最小値は、区間Ａ，Ｂの合計時間Ｔ１の最小値の４倍以上であることが好ましいといえる。

なお、上記評価では１周期を６６７ミリ秒間（周波数１．５Ｈｚに対応）に設定したが、１周期の長さは、５００ミリ秒間（周波数２Ｈｚに対応）から１０００ミリ秒間（周波数１Ｈｚに対応）の間で設定することが可能であり、当該範囲においては上記した好適値が有効である。１周期の長さが変化しても、当該周期と区間Ａ〜Ｃの合計時間（Ｔ１＋Ｔ２）との差分に相当する時間を区間Ｄ（第４区間）の時間Ｔ３の長さとして設定することができるからである。

以上のような実施形態によれば、光度が急峻に立ち上がりその後の一定期間は最高値に保たれることで観測者による視認性の向上が図られ、かつ、その後は光度が一定期間で漸減してから最低値で保たれることで観測者による違和感の軽減が図られる。したがって、ＬＥＤ等を用いて構成される車両用灯具の発光時における視認性の向上と違和感の軽減を両立し得る。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば上記実施形態では、車両用灯具の一例として方向指示器として用いられるものを示していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。

１：点灯制御装置
２：光源
１０：制御部
１１：点消灯指示部
１２：断線検知部
１３：ＬＥＤ駆動回路
１４：レギュレータ
１５：入力電圧検知部
１６：保護回路
１７：電圧変換部

Claims (7)

1. 半導体発光素子を有しており車両用灯具として用いられる光源の点消灯状態を制御するための装置であって、
   前記光源から出射される光の光度を指示する制御信号を生成し出力する制御部と、
   前記制御部から与えられる前記制御信号に基づいて前記光源を駆動する光源駆動部と、
   を含み、
   前記制御信号に基づいて前記光源駆動部により駆動されて前記光源から出射する光は、一定の光度変化パターンを一定の周期で繰り返すものであり、
   前記光度変化パターンは、第１区間では実質的に瞬時に前記光度が最低値から最高値へ変化し、前記第１区間に続く第２区間では前記光度が前記最高値の状態を保ち、前記第２区間に続く第３区間では前記光度が前記最高値から前記最低値へ向けて漸減し、前記第３区間に続く第４区間では前記光度が前記最低値の状態を保つものであり、
   前記第３区間の時間は、前記第１区間と前記第２区間の合計時間よりも長い、
   車両用灯具の点灯制御装置。
2. 前記第４区間の時間は、前記第１区間と前記第２区間の合計時間よりも長く、かつ前記第３区間の時間よりも短い、
   請求項１に記載の車両用灯具の点灯制御装置。
3. 前記光度変化パターンは、前記第１区間において前記周期の長さの少なくとも１／５００以下の時間で前記光度が最低値から最高値へ変化する、
   請求項１又は２に記載の車両用灯具の点灯制御装置。
4. 前記光度変化パターンは、前記第１区間において１ミリ秒間以下の時間で前記光度が最低値から最高値へ変化する、
   請求項１又は２に記載の車両用灯具の点灯制御装置。
5. 前記第１区間と前記第２区間の合計時間を少なくとも４０ミリ秒間以上に設定する、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用灯具の点灯制御装置。
6. 前記第３区間の時間を少なくとも１２０ミリ秒間以上に設定する、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の車両用灯具の点灯制御装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の車両用灯具の点灯制御装置と、
   当該点灯制御装置によって制御される光源と、を備える
   車両用灯具システム。
   

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