JP7048434B2 - Lighting equipment - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子を用いる照明装置における安全性を向上させるための技術に関する。 The present invention relates to a technique for improving safety in a lighting device using a semiconductor light emitting device.
特許第5122542号公報(特許文献1)には、コヒーレントなレーザ光を発振する半導体レーザ素子と、前記レーザ光をインコヒーレントな光に変換して出射する光変換部材と、前記半導体レーザ素子と前記光変換部材とを結ぶ線の前記光変換部材側の延長線上に配置されているとともに、前記レーザ光の強度を検知する光検出器と、前記光検知器の検知出力を基準値と比較し、前記レーザ光の外部への出射を判断する判定部と、前記光検出器を含み、前記レーザ光が外部に出射することを抑制するための安全装置を備える発光装置が記載されている。この従来技術によれば、光変換部材の欠損などの異常が生じた場合にもコヒーレントな光が外部に出射することを抑制することができるので、発光装置の安全性を高めることができる。 Japanese Patent No. 5122542 (Patent Document 1) describes a semiconductor laser element that oscillates coherent laser light, an optical conversion member that converts the laser light into incoherent light and emits the light, and the semiconductor laser element and the above. It is arranged on an extension of the line connecting the light conversion member on the light conversion member side, and the light detector that detects the intensity of the laser light and the detection output of the light detector are compared with the reference value. Described is a light emitting device including a determination unit for determining the emission of the laser light to the outside, the light detector, and a safety device for suppressing the emission of the laser light to the outside. According to this conventional technique, it is possible to suppress the emission of coherent light to the outside even when an abnormality such as a defect of the light conversion member occurs, so that the safety of the light emitting device can be enhanced.
ところで、上記の従来技術は、光変換部材からの光の強度を光検出器によって検出し、その大きさに応じてレーザ光の外部への出射を抑制するものであるが、外部から入射する光(背景光)が比較的高い強度である場合にはその影響を受けるという不都合がある。この点について、特許文献1には、光変換部材からの光が入射しない位置で外光が入射する位置にモニターセンサを設けておき、この出力を用いることで外光の影響を相殺する技術も記載されている。
By the way, in the above-mentioned prior art, the intensity of light from the light conversion member is detected by a photodetector, and the emission of laser light to the outside is suppressed according to the magnitude of the light, but the light incident from the outside is suppressed. When (background light) has a relatively high intensity, there is a disadvantage that it is affected by it. Regarding this point,
しかしながら、上記の従来技術では光検出器に加えてモニターセンサも設けることになるので、より多くの設置スペースが必要となり装置の小型化を妨げるという不都合がある。また、光検出器が受ける光の強度とモニターセンサが受ける光の強度との差分を所定の閾値を比較することを動作原理としているが、実際には、光の入射角等に依存せずに当該差分を一定に保つには、光学系の設計において制約が増えるという不都合もある。 However, in the above-mentioned conventional technique, since a monitor sensor is provided in addition to the photodetector, there is a disadvantage that more installation space is required and the miniaturization of the device is hindered. In addition, the operating principle is to compare the difference between the light intensity received by the photodetector and the light intensity received by the monitor sensor with a predetermined threshold value, but in reality, it does not depend on the incident angle of the light or the like. In order to keep the difference constant, there is an inconvenience that restrictions increase in the design of the optical system.
本発明に係る具体的態様は、照明装置の小型化を妨げず光学系に制約が増えることもなく安全性を確保することができる技術を提供することを目的の1つとする。 One of the specific aspects of the present invention is to provide a technique capable of ensuring safety without hindering the miniaturization of the lighting device and without increasing the restrictions on the optical system.
本発明に係る一態様の照明装置は、(a)発光回路と受光回路を備える照明装置であって、(b)前記発光回路は、(b1)第1データを出力する出力部と、(b2)平均電力が一定となる方式により前記第1データを変調して第1信号を生成する変調部と、(b3)前記第1信号に基づいて駆動電流を生成する駆動部と、(b4)前記駆動部に駆動されるレーザ光を放出する半導体発光素子、を有し、(c)前記受光回路は、(c1)前記レーザ光によって生じる参照用光を受光して電気信号を発生させる受光部と、(c2)前記電気信号から直流成分を除去して第2信号を生成するハイパスフィルタと、(c3)前記第2信号を復調して第2データを生成する復調部と、(c4)前記第2データと前記第1データとが整合しない場合に前記半導体発光素子の動作を停止させるためのフォールト信号を発光回路へ出力するエラー検出部と、を有する、照明装置である。 One aspect of the lighting device according to the present invention is (a) a lighting device including a light emitting circuit and a light receiving circuit, and (b) the light emitting circuit has (b1) an output unit for outputting first data and (b2). ) A modulation unit that modulates the first data by a method in which the average power is constant to generate a first signal, (b3) a drive unit that generates a drive current based on the first signal, and (b4) the above. It has a semiconductor light emitting element that emits a laser beam driven by a drive unit, and (c) the light receiving circuit has (c1) a light receiving unit that receives reference light generated by the laser light and generates an electric signal. , (C2) a high-pass filter that removes a DC component from the electric signal to generate a second signal, (c3) a demodulator that demolishes the second signal to generate second data, and (c4) the first. The lighting device includes an error detection unit that outputs a fault signal for stopping the operation of the semiconductor light emitting element to a light emitting circuit when the data and the first data do not match.
上記構成によれば、照明装置の小型化を妨げず光学系に制約が増えることもなく安全性を確保することが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to ensure safety without hindering the miniaturization of the lighting device and without increasing restrictions on the optical system.
図1は、一実施形態の照明装置の構成を示す図である。図示の照明装置は、例えば車両用灯具として用いられるものであり、発光回路100、光ファイバ102、蛍光体(光変換部)103、受光回路101、レンズ104を含んで構成されている。この照明装置は、発光回路100から出射する青色レーザ光を光ファイバ102によって蛍光体103へ導いて波長の異なる光(好適には白色光)に変換し、この光をレンズ104により集光して照明光として外部へ照射するものである。受光回路101は、蛍光体103から出射する光の一部成分を参照用光として受光することにより蛍光体103の脱落等の異常(すなわち照射光の異常)の有無を検出して、必要な際には発光回路100の動作を停止させるためのものである。光ファイバ102は、一端側が発光素子6の出射面に対応して配置されており、発光素子6から出射するレーザ光を蛍光体103へ伝送する。蛍光体103は、光ファイバ102の他端側から出射する青色レーザ光が照射されると、この青色レーザ光を白色光に変換する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a lighting device according to an embodiment. The illustrated lighting device is used, for example, as a vehicle lamp, and includes a
発光回路100は、制御部1、データ生成部2、符号化部3、変調部4、駆動部5および発光素子6を含んで構成されている。なお、本実施形態ではデータ生成部2と符号化部3が「出力部」に対応する。
The
制御部1は、発光回路100の全体動作を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。
The
データ生成部2は、二進数による数列データを生成する。ここで生成される数列データは、毎回異なる任意の数列であることが好ましく、例えば乱数列を用いて生成される数列データであってもよい。
The
符号化部3は、データ生成部2によって生成される数列データに対して、誤り検出可能な方式による符号化を行う。誤り検出可能な方式とは、例えば巡回冗長検査(CRC:Cyclic Redundancy Check)方式を用いることができる。この場合に、符号化部3は、データ生成部2によって生成される数列データを予め定められた生成多項式で除算し、その余りを検査データとして付加する。符号化部3におって符号化された数列データを以後「符号化データ(第1データ)」という。
The
変調部4は、符号化部3によって生成された符号化データに対して変調を行って電気信号を生成する。本実施形態では、変調後に得られる電気信号の平均電力が符号化データのパターンに依存せずに一定となる変調方式が用いられる。このような変調方式としては、例えばパルス位置変調方式(PPM:Pulse Position Modulation)、周波数シフトキーイング方式(FSK:Frequency Shift Keying)などを用いることができる。例えば本実施形態では、パルス位置変調方式を用いるものとする。
The
駆動部5は、変調部4によって変調されて得られる電気信号に応じたパルスを有する駆動電力を生成して発光素子6へ供給する。
The
発光素子6は、半導体発光素子(レーザ素子)であり、駆動部5から駆動電力の供給を受けてレーザ光を放出する。例えば本実施形態では、発光素子6として青色レーザ光を放出するレーザダイオードが用いられている。
The
受光回路101は、制御部9、受光素子10、変換部11、ハイパスフィルタ12、復調部13およびエラー検出部14を含んで構成されている。なお、本実施形態では受光素子10と変換部11が「受光部」に対応する。
The
制御部9は、受光回路101の全体動作を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されている。
The
受光素子10は、蛍光体103によって変換されて出射する白色光の一部成分を参照用光として受光してその強度に応じた大きさの電圧または電流を発生する。本実施形態の受光素子10としては、青色光よりも長波長側の光に感度を有するものが用いられる。受光素子10は、蛍光体103の近傍に適宜配置される。蛍光体103に異常が生じた場合には受光素子10へ入射する光の強度が低下する。
The
変換部11は、受光素子10が発生する電圧または電流を増幅する等により、蛍光体103から受光した光の強度を示す電気信号に変換する。
The conversion unit 11 converts the voltage or current generated by the
ハイパスフィルタ12は、変換部11によって生成される電気信号から低周波成分(特に直流成分)を除去した電気信号を生成する。
The high-
復調部13は、ハイパスフィルタ12を通して得られる電気信号(パルス信号)を変調部4で用いるものと同じ方式によって復調して符号化データ(第2データ)を生成(復元)する。
The
エラー検出部14は、復調部13によって生成(復元)された符号化データを取得し、この符号化データに含まれているエラーチェック用データを用いてデータ誤りの有無を検出する。本実施形態では符号化部3においてCRC方式が用いられているので、エラー検出部14は、符号化部3で用いるものと同じ生成多項式を使用して数列データを除算し、その余りを比較照合することによって受信した符号化データの誤りや破損の有無を検出する。すなわち、符号化部3により生成される符号化データ(第1データ)と復調部によって生成される符号化データ(第2データ)とが整合していない場合にはその旨が検出される。
The
そして、エラー検出部14によりデータ誤りのエラーが検出された場合には、制御部9により「停止」を指示するためのフォールト信号15が発光回路100へ出力される。このフォールト信号15が入力された場合、発光回路100の制御部1は、駆動部5へ命令を送り発光素子6への駆動電力の供給を停止させる。それにより発光素子6が消灯する。
Then, when an error of a data error is detected by the
このような構成によれば、発光回路100と受光回路101の間での高速なデータ伝送を必要とせずに、1つの受光素子を用いて発光回路100から離れた位置に設置されている受光回路101において蛍光体103の異常の有無を検出し、異常がある場合には速やかにレーザ光の出射を停止させることができる。また、背景光の影響を排除できる。
According to such a configuration, a light receiving circuit installed at a position away from the
ところで、上記構成による動作は発光素子6の出力が安定している場合に特に有効であるが、当該出力が不安定な状態では受光素子10での検出が不安定となる場合がある。このため、以下に説明するように点灯モードとして2つのモードを設けることがより好ましい。いずれの点灯モードでも2値の駆動電流を用いており、駆動電流が高い状態を「マーク状態」、低い状態を「非マーク状態」と呼ぶこととする。
By the way, the operation according to the above configuration is particularly effective when the output of the
図2(A)は、駆動部によって発光素子へ供給される駆動電流を表す波形図であり、図2(B)は、受光素子から変換部およびハイパスフィルタを介して得られる電気信号(パルス信号)を表す波形図である。各図の左側に点灯モードが第1モードの場合の波形図が示されており、各図の右側に点灯モードが第2モードの場合の波形図が示されている。 FIG. 2A is a waveform diagram showing a drive current supplied to the light emitting element by the drive unit, and FIG. 2B is an electric signal (pulse signal) obtained from the light receiving element via the conversion unit and the high-pass filter. ) Is a waveform diagram. The waveform diagram when the lighting mode is the first mode is shown on the left side of each figure, and the waveform diagram when the lighting mode is the second mode is shown on the right side of each figure.
第1モードでは、非マーク状態での駆動電流ILD1は発光素子6の閾値電流ILDTHよりも低い値に設定され、マーク状態での駆動電流ILD2は閾値電流ILDTHよりも高い値に設定される。この第1モードでは、非マーク状態において発光素子6が消灯し、マーク状態において発光素子が点灯する。このとき、非マーク状態の期間のデューティ比は、非常に低い値(例えば1/100~1/1000)に設定される。また、マーク状態での駆動電流ILD2も比較的に低い値に設定される。これらにより、安全性を十分に確保した状態で発光素子6を発光させることができる。
In the first mode, the drive current ILD1 in the unmarked state is set to a value lower than the threshold current ILDTH of the
第2モードでは、非マーク状態での駆動電流ILD3、マーク状態での駆動電流ILD4ともに閾値電流ILDTHよりも高い値に設定される。さらに、各駆動電流ILD3、駆動電流ILD4ともに駆動電流ILD2よりも高い値に設定される。この第2モードでは、照明装置として必要な照明光の強度を確保できるように各駆動電流ILD3、駆動電流ILD4の大きさが設定される。このとき、駆動電流の平均電力がデータのパターンに依存しないように変調が行われているので、照明光の強度はデータのパターンに依存せずに一定とすることができる。また、パルス位置変調方式により、符号化データが伝送されているので、受光素子10から変換部11およびハイパスフィルタ12を介して得られる電気信号(パルス信号)における各フレーム内のパルス位置に基づいて符号化データを復元することができる。
In the second mode, both the drive current ILD3 in the unmarked state and the drive current ILD4 in the marked state are set to higher values than the threshold current ILDTH. Further, both the drive current ILD3 and the drive current ILD4 are set to higher values than the drive current ILD2. In this second mode, the magnitudes of the drive currents ILD3 and the drive currents ILD4 are set so as to secure the intensity of the illumination light required for the illumination device. At this time, since the modulation is performed so that the average power of the drive current does not depend on the data pattern, the intensity of the illumination light can be constant regardless of the data pattern. Further, since the coded data is transmitted by the pulse position modulation method, it is based on the pulse position in each frame in the electric signal (pulse signal) obtained from the
図3は、照明装置における第1モードおよび第2モードでの動作の流れを示すフローチャートである。このフローチャートを参照しながら、照明装置の点灯開始後の動作を説明する。 FIG. 3 is a flowchart showing the flow of operations in the first mode and the second mode in the lighting device. The operation of the lighting device after the start of lighting will be described with reference to this flowchart.
発光回路100は、第1モードで発光素子6を点灯(発光)させる(ステップS11)。具体的には、制御部1の命令に基づいて駆動部5が第1モードに対応する駆動電流を発光素子6に供給することで当該第1モードの動作が開始される。
The
受光回路101は、発光回路100との間での同期を確立する処理を行う(ステップS12)。具体的には、受光素子10、変換部11、ハイパスフィルタ12を介して得られる電気信号(パルス信号)に基づいて、復調部13は、復調に必要なタイミングを検出し、それに基づいて復調に用いる再生クロックを生成し、この再生クロックを用いてパルス信号を復調する。復調に必要な再生クロックは、例えば、復調部13に備わったPLL(Phase Locked Loop)回路によって生成される。
The
次に、受光回路101は、予め設定した時間内に同期が完了したか否かを判定する(ステップS13)。具体的には、受光回路101の制御部9は、復調部13により所期の再生クロックが時間内に生成された場合には同期が完了したと判定する。このとき、仮に蛍光体103の故障等により受光素子10に光が入射しない状況であると受光素子10からは直流の無信号時電圧(図2参照)が出力されることになるので同期が完了しない。また。外部から太陽光などが受光素子10へ入射した場合もその光成分はハイパスフィルタ12によって除去されるので、同様に直流の無信号時電圧が出力されるので同期が完了しない。
Next, the
時間内に同期が完了した場合には(ステップS13;YES)、受光回路101の制御部9は、フォールト信号15のステータスを「停止解除」に設定して発光回路100へ出力する(ステップS14)。なお、フォールト信号15は初期状態では「停止」を指示するステータスに設定されているものとする。
When the synchronization is completed within the time (step S13; YES), the
ステータスが「停止解除」のフォールト信号15が与えられると、発光回路100は、第2モードで発光素子6を点灯(発光)させる(ステップS15)。具体的には、制御部1の命令に基づいてデータ生成部2、符号化部3、変調部4および駆動部5が各々動作して第2モードに対応する駆動電流を発光素子6に供給することで当該第2モードの動作が行われる。
When the
第2モードの動作が開始されると、受光回路101の制御部9は、エラー検出部14によりエラーが検出されたか否かを判定する(ステップS16)。エラーが検出されていない場合には(ステップS16;NO)、フォールト信号15のステータスが変更されることがないので、上記したステップS15に戻り、発光回路による第2モードでの動作が継続される。
When the operation of the second mode is started, the
エラーが検出された場合には(ステップS16;YES)、受光回路101の制御部9は、「停止」を指示するステータスのフォールト信号15を発光回路100へ出力する(ステップS17)。この場合、上記したステップS11へ戻り、第1モードでの動作および同期処理が再度実行される。
When an error is detected (step S16; YES), the
他方、上記したステップS13において予め設定した時間内に同期が完了しなかった場合には(ステップS13;NO)、受光回路101の制御部9によりフォールト信号15のステータスが「停止」に設定され、これに応じて発光回路100は発光素子6を消灯させる(ステップS18)。この場合、蛍光体103に何らの異常、故障が生じていると考えられるので、発光回路100、受光回路101ともに動作を停止する。
On the other hand, if the synchronization is not completed within the preset time in step S13 described above (step S13; NO), the
以上のような実施形態によれば、複数の受光素子を必要としないことから装置の小型化を妨げず、光学系の設計において制約が増えることもなく、安全性を確保することが可能となる。 According to the above embodiment, since a plurality of light receiving elements are not required, the miniaturization of the device is not hindered, the restrictions on the design of the optical system are not increased, and the safety can be ensured. ..
なお、本発明は上記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、上記した実施形態では照明装置の一例として車両用灯具を挙げていたが本発明の適用範囲はこれに限定されない。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment, and can be variously modified and carried out within the scope of the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, a vehicle lamp is mentioned as an example of a lighting device, but the scope of application of the present invention is not limited to this.
また、上記した実施形態では発光回路100のデータ生成部2において毎回異なる数列データを生成するように構成していたが、毎回同じ数列を生成してもよい。この変形例の構成を図4に示す。なお、上記した実施形態と共通する構成については同符号を用いており、詳細な説明を省略する。この変形例の場合、固定値の数列データをデータ出力部2aから変調部4へ入力させるようにすればよいため、上記した実施形態の発光回路100におけるデータ生成部2と符号化部3を省略することができる。また、受光回路101のエラー検出部14においては、数列データが予め設定された固定値であるため、エラー検出部14においては単純なデータ比較によってエラーの有無を検出することができる。従って、回路構成をより簡素化することが可能となる。
Further, in the above-described embodiment, the
1:制御部、2:データ生成部、3:符号化部、4:変調部、5:駆動部、6:発光素子、9:制御部、10:受光素子、11:変換部、12:ハイパスフィルタ、13:復調部、14:エラー検出部、15:フォールト信号、100:発光回路、101:受光回路、102:光ファイバ、103:蛍光体、104:レンズ 1: Control unit 2: Data generation unit 3: Coding unit 4: Modulation unit 5: Drive unit, 6: Light emitting element, 9: Control unit, 10: Light receiving element, 11: Conversion unit, 12: High pass Filter, 13: demodulation unit, 14: error detection unit, 15: fault signal, 100: light emitting circuit, 101: light receiving circuit, 102: optical fiber, 103: phosphor, 104: lens
Claims (5)
前記発光回路は、
第1データを出力する出力部と、
平均電力が一定となる方式により前記第1データを変調して第1信号を生成する変調部と、
前記第1信号に基づいて駆動電流を生成する駆動部と、
前記駆動部に駆動されるレーザ光を放出する半導体発光素子、
を有し、
前記受光回路は、
前記レーザ光によって生じる参照用光を受光して電気信号を発生させる受光部と、
前記電気信号から直流成分を除去して第2信号を生成するハイパスフィルタと、
前記第2信号を復調して第2データを生成する復調部と、
前記第2データと前記第1データとが整合しない場合に前記半導体発光素子の動作を停止させるためのフォールト信号を発光回路へ出力するエラー検出部と、
を有する、照明装置。 A lighting device equipped with a light emitting circuit and a light receiving circuit.
The light emitting circuit
The output unit that outputs the first data and
A modulation unit that modulates the first data by a method in which the average power is constant to generate a first signal, and a modulation unit.
A drive unit that generates a drive current based on the first signal,
A semiconductor light emitting device that emits laser light driven by the driving unit,
Have,
The light receiving circuit is
A light receiving unit that receives the reference light generated by the laser beam and generates an electric signal,
A high-pass filter that removes a DC component from the electrical signal to generate a second signal,
A demodulation unit that demodulates the second signal to generate second data,
An error detection unit that outputs a fault signal for stopping the operation of the semiconductor light emitting element to the light emitting circuit when the second data and the first data do not match.
Has a lighting device.
前記エラー検出部は、前記第2データに基づいて誤り検出処理を行って誤りが検出された場合に当該第2データと前記第1データとが整合しないものとして前記フォールト信号を出力する、
請求項1に記載の照明装置。 The output unit outputs the coded data obtained by encoding the sequence data by an error-detectable method as the first data.
The error detection unit outputs the fault signal assuming that the second data and the first data do not match when an error is detected by performing an error detection process based on the second data.
The lighting device according to claim 1.
請求項2に記載の照明装置。 The output unit generates the sequence data based on a random number sequence.
The lighting device according to claim 2.
前記エラー検出部は、前記第1データと前記復調部により復調される前記第2データとが同一ではない場合に当該第2データと前記第1データとが整合しないものとして前記フォールト信号を出力する、
請求項1に記載の照明装置。 The output unit outputs fixed-value sequence data as the first data.
The error detection unit outputs the fault signal assuming that the second data and the first data do not match when the first data and the second data demodulated by the demodulation unit are not the same. ,
The lighting device according to claim 1.
前記受光回路の前記受光部は、前記光変換部により生成される前記照明光の一部成分を前記参照用光として受光する、
請求項1~4の何れか1項に記載の照明装置。 Further including an optical conversion unit that converts the laser light emitted from the semiconductor light emitting element into light having a wavelength different from that of the laser light to generate the illumination light.
The light receiving unit of the light receiving circuit receives a part of the illumination light generated by the light conversion unit as the reference light.
The lighting device according to any one of claims 1 to 4.
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