照明システム
【課題】照明光の制御が容易で、安全性および信頼性が高い照明システムを提供する。
【解決手段】照明システムは、第１の発光素子と、第２の発光素子と、波長変換体と、第１の導光体と、第２の導光体と、駆動回路と、を有する。前記第１の発光素子は、紫外から可視光の波長範囲の第１の光を放出可能である。前記第２の発光素子は、赤外光を放出可能である。前記波長変換体は、前記第１の光を吸収し、前記第１の光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能である。前記第１の導光体は、前記第１の光を前記波長変換体へ向けて伝送可能である。前記第２の導光体は、前記赤外光を前記波長変換体へ向けて伝送可能である。前記駆動回路は、前記第１の光の出力を制御可能であり、かつ前記第２の発光素子を駆動可能である。前記第１の光と、前記変換光と、が混合され、照明光が放出される。また、前記赤外光が制御光信号として放出される。
【解決手段】照明システムは、第１の発光素子と、第２の発光素子と、波長変換体と、第１の導光体と、第２の導光体と、駆動回路と、を有する。前記第１の発光素子は、紫外から可視光の波長範囲の第１の光を放出可能である。前記第２の発光素子は、赤外光を放出可能である。前記波長変換体は、前記第１の光を吸収し、前記第１の光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能である。前記第１の導光体は、前記第１の光を前記波長変換体へ向けて伝送可能である。前記第２の導光体は、前記赤外光を前記波長変換体へ向けて伝送可能である。前記駆動回路は、前記第１の光の出力を制御可能であり、かつ前記第２の発光素子を駆動可能である。前記第１の光と、前記変換光と、が混合され、照明光が放出される。また、前記赤外光が制御光信号として放出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置に発光素子（ＬＤ：Laser Diode)を用いると、通信機能を持つ照明システムの構成が容易となる。
【０００３】
照明システムとして、照明光に信号を重畳する可視光通信方式、リモコンによる調光方式、無線機能を有する照明監視制御方式、などがある。
【０００４】
可視光や電波を空中伝搬し遠隔操作により照明装置を制御する場合、ノイズやＥＭＩ（Electromagnetic interference)による信号強度の制限のため、高い通信品質を保つことが困難である。このため、高い安全性が要求される空港や道路などの照明システムに用いるには問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、照明光の制御が容易で、安全性および信頼性が高い照明システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態にかかる照明システムは、第１の発光素子と、第２の発光素子と、波長変換体と、第１の導光体と、第２の導光体と、駆動回路と、を有する。前記第１の発光素子は、紫外から可視光の波長範囲の第１の光を放出可能である。前記第２の発光素子は、赤外光を放出可能である。前記波長変換体は、前記第１の光を吸収し、前記第１の光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能である。前記第１の導光体は、前記第１の光を前記波長変換体へ向けて伝送可能である。前記第２の導光体は、前記赤外光を前記波長変換体へ向けて伝送可能である。前記駆動回路は、前記第１の光の出力を制御可能であり、かつ前記第２の発光素子を駆動可能である。前記第１の光と、前記変換光と、が混合され、照明光が放出される。また、前記赤外光が制御光信号として放出される。
【０００８】
本発明の他の実施形態にかかる照明システムは、発光素子と、導光体と、波長変換体と、受光素子と、駆動回路と、を有する。前記発光素子は、紫外から可視光の波長範囲の光を放出可能である。前記導光体は、第１の端部と、第１の端部の反対側に設けられた第２の端部と、を有する。前記導光体は、前記発光素子から放出された前記光が前記第１の端部へ入射したのち前記第２の端部に向かって伝搬可能である。波長変換体は、前記第２の端部から出射した前記光を吸収し、前記光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能である。前記受光素子は、前記変換光を検出可能な受光素子であって、前記第２の端部へ入射し伝搬されたのち前記第１の端部から出射した前記変換光を検出する。前記駆動回路は、前記変換光が所定値よりも低下したことを前記受光素子が検出または、前記駆動回路の前記受光素子が前記変換光を予め設定した時間検出しなかった場合など通常と異なる検出結果を生じると、前記発光素子の駆動を停止可能である。前記発光素子から放出された前記光と、前記変換光と、が混合されて照明光として放出される。
【発明の効果】
【０００９】
照明光の制御が容易で、安全性および信頼性が高い照明システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態にかかる照明システムのブロック図である。
【図２】第１の実施形態にかかる照明装置の構成図である。
【図３】入射光波長に対する光ファイバーの伝送損失を示すグラフ図である。
【図４】第２の実施形態にかかる照明システムのブロック図である。
【図５】第２の実施形態の構成図である。
【図６】図６（ａ）は第２の実施形態の第１変形例、図６（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例、の構成図である。
【図７】図７（ａ）は第３の実施形態にかかる照明システム、図７（ｂ）はその第１変形例、図７（ｃ）はその第２変形例、の構成図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施形態にかかる照明システムのブロック図である。
第１の実施形態は、光ファイバーのような導光体を用いて紫外から可視光の波長範囲の光を伝送し光源から離れた空間の照明を行うとともに、照明には寄与しない波長の光を照明空間近傍に伝送する照明システムである。すなわち、第１の実施形態は、通信機能を有する照明システムと言える。
【００１２】
照明システム５は、照明装置１０を含む。照明装置１０は、第１の発光素子２０（２０ａ、２０ｂ）、第１の導光体４０（４０ａ、４０ｂ）、波長変換体６０、および第１の発光素子２０を駆動可能な駆動回路７０、を有している。本図において、第１の発光素子２０は、駆動回路７０からの駆動信号Ｓ１ａで駆動される発光素子２０ａと、駆動信号Ｓ１ｂで駆動される発光素子２０ｂと、を含む。
【００１３】
発光素子２０ａからの放出光は、導光体４０ａ内を伝搬し、波長変換体６０を照射する。また、発光素子２０ａからの放出光は、導光体４０ｂ内を伝搬し、波長変換体６０を照射する。波長変換体６０を照射した伝搬光ＬＢａ、ＬＢｂのそれぞれの一部は、波長変換体６０に吸収され、放出光の波長よりも長い波長を有する変換光ＬＹを放出する。
【００１４】
もし、並列に接続される第１の発光素子２０の数を増やすと、変換光ＬＹ、および波長変換されずに放出される伝搬光ＬＢａ、ＬＢｂが共に増加し、高い光出力とすることができる。伝搬光ＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）と、変換光ＬＹと、は混合され照明光ＬＷとなる。複数の発光素子２０を設けると、例えば、１万ルーメン（ｌｍ）という高光束を得ることができる。
【００１５】
導光体４０は、光ファイバー、透明樹脂、ガラスなどからなり、円や矩形などの断面を有する。光は、導光体４０の延在する方向へ伝搬される。
【００１６】
他方、照明システム５は、照明装置１０の他に、第２の発光素子３０と、第２の導光体５０と、を有している。第２の発光素子３０は、駆動回路７０からの駆動信号Ｓ２で駆動される。第２の発光素子３０からの放出光は、照明光には寄与しない制御光信号であり、第２の導光体５０内を伝搬したのち照明光ＬＷの照射空間内に放出される。その放出光は、波長変換体６０を照射し、透過または散乱する。
【００１７】
なお、第１の導光体２０、第２の導光体５０、および波長変換体６０、などを含む発光部は、光学部品で構成される。すなわち、発光素子やその駆動回路などの電気部品を含まないので発光部を給電する必要がない。このため、メンテナンスが容易であり、遠隔制御が容易である。
【００１８】
図２は、第１の実施形態にかかる照明システムの構成図である。
第１の発光素子２０および第２の発光素子３０は、ＬＤ（Laser Diode) とすることができる。図２では、第１の発光素子２０ａ、２０ｂは、ＩｎＧａＮ系材料等からなる青色ＬＤであるものとし、その発光波長は４５０ｎｍ近傍であるものとする。ＬＤの場合、半値全角が、垂直方向で約３０度、水平方向で約１５度などと狭くでき、発光点も約１０μｍ以下と小さくできる。このため、放出光を効率よく光ファイバーなどへ導入できるので好ましい。第２の発光素子３０からの放出光は、赤外光の波長範囲（例えば７８０ｎｍ以上）とする。
【００１９】
また、導光体４０は、光ファイバーからなるものとする。第１の発光素子２０ａからの放出光は、光コネクタ８０を介して第１の光ファイバー４０の一方の端部へ入射する。第１の発光素子２０ｂからの放出光は、光コネクタ８０を介して第１の光ファイバー４０の一方の端部入射する。第２の発光素子３０からの放出光は、光コネクタ８０を介して光ファイバー４０の一方の端部に入射する。光ファイバー４０の長さＤは、例えば、２０〜３０ｍとすることができる。
【００２０】
光ファイバー４０へ入射した光は、光ファイバー４０の他方の端部に設けられた光コネクタ８２を介して導光透明部材８４へ導かれる。導光透明部材８４の内部または外周部には、蛍光体などからなる波長変換体６０が設けられる。
【００２１】
なお、光ファイバー４０は、図１のように、独立の光ファイバー４０ａ、４０ｂ、５０からなるものであってもよい。または、図２のように、共通の１つの光ファイバーであってもよい。さらに、例えば、入力側において分割されたコア部が、融着などにより束ねられ１つのコア部とされたコンバイナ構造であってもよい。
【００２２】
青色の伝搬光ＬＢａ、ＬＢｂは、導光透明部材８４の内部を進行しつつ、外方へも放出される。この場合、波長変換体６０として、例えば珪酸塩系材料やＹＡＧ(Yttrium-Aluminum-Garnet)系材料を用いた黄色蛍光体を用いると、発光強度のピークが約５６０ｎｍ近傍の黄色光ＬＹを得ることができる。この結果、青色伝搬光ＬＢと、黄色光ＬＹと、が混合された（擬似）白色光ＬＷを得ることができる。伝搬光ＬＢａ、ＬＢｂの波長を、それぞれ波長変換体６０の励起スペクトル強度が最大となる波長近傍にすると、発光スペクトル強度を高めることが容易となる。
【００２３】
第２の発光素子３０が、例えばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料であると、波長が８６０ｎｍ近傍の赤外光を得ることができる。また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いると、９８０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ、近傍の赤外光を得ることができる。蛍光体のような波長変換体は、赤外光に対しては透明なので、赤外光ＬＩは波長変換体６０を透過するか散乱され、照明効果を損なうことなく外部に放出される。
【００２４】
なお、赤外光を駆動する電流に変調信号を重畳すると、照明光が照射される空間に設けられた赤外光検出器８９は、変調された赤外光ＬＩを光／電気変換し、伝送された信号を復調することができる。すなわち、人間や乗り物などの被照明体は、照明光ＬＷとともに放出された赤外光ＬＩから有用な情報を受け取ることできる。
【００２５】
また、照明装置において、３０ｍ以上の距離から照明システムを制御するには、光ファイバー内を伝送した赤外光を用いることが好ましい。赤外光の波長範囲は、霧などの悪天候でも可視光よりも遠くまで空中伝搬する。このため、赤外光検出器８９を用いることにより、乗り物の操縦者が、空港や道路などにおいて、障害物、人間、照明位置などを確認することが容易であり、安全性が高められる。
【００２６】
図３は、入射光の波長に対する光ファイバーの伝送損失を示すグラフ図である。
光ファイバーとしては、石英光ファイバー、ＰＣＦ（プラスチッククラッド光ファイバー）、ＰＯＦ（プラスチック光ファイバー）などがある。コアおよびクラッドが石英からなる石英光ファーバーの伝送損失は、ＰＣＦやＰＯＦの伝送損失よりもそれぞれ小さい。しかしながら、青色光は、光ファイバー内での散乱が大きく、伝送損失が大きい。このため、照明光としての伝送距離は、石英光ファイバーを用いても実用上では約３０ｍ程度となる。
【００２７】
他方、波長が７８０ｎｍ以上の赤外光は、石英光ファイバー内での伝送損失が約３．５ｄＢ／ｋｍ以下と小さい。このため、１０ｋｍまでの信号伝送が容易である。また、ＰＣＦでも６ｄＢ／ｋｍの伝送損失なので、１〜５ｋｍの信号伝送が可能である。さらに、検出器の感度以上であれば、制御光信号は低強度であってもよい。このため、伝送損失に対する許容範囲は広い。
【００２８】
図４は、第２の実施形態にかかる照明システムのブロック図である。
第２の実施形態は、第３の導光体５２と、光／電気変換部７２と、をさらに有する。第３の導光体５２は、照明光を生成するための第１の発光素子２０からの放出光を伝送する第１の導光体４０よりも長い。
【００２９】
第３の導光体５２には、波長変換体６０により散乱された赤外戻り光ＬＩＲが入射され、その出射光は光／電気変換部７２により、駆動制御信号ＳＣに変換される。例えば、波長変換体６０が劣化するか、導光体４０が破損するかなどして、赤外戻り光ＬＩＲの強度が変化した場合、駆動制御信号ＳＣに応じて、第１の発光素子２０をシャットダウンする。このようにすると、高エネルギーを有する青色光ＬＢが人間の目などを直接照射することを抑制できる。
【００３０】
図５は、第２の実施形態にかかる照明システムの構成図である。
第２の導光体（光ファイバー）３０の長さＤＲは、第１の導光体（光ファイバー）２０の長さＤよりも長く、例えば３０ｍ以上、１０ｋｍ以下、などとする。第２の光ファイバー５２に設けられた光／電気変換部７２により、長さＤＲを伝送されて減衰した赤外戻り光ＬＩＲ（制御光信号）が、赤外光受光素子７２ａで電気信号に変換され、増幅制御回路７２ｂにより増幅される。このようにして生成された駆動制御信号ＳＣを用いて駆動回路７０が駆動される。第３の光ファイバー５２の長さＤＲを第１の光ファイバー４０の長さＤよりも大きくし、駆動制御信号ＳＣを駆動回路７０まで伝送することは容易である。すなわち、分散して設けられた多数の照明装置を、遠距離において一括して監視や制御が可能である。
【００３１】
図６（ａ）は第２の実施形態の第１変形例、図６（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例、の構成図である。
図６（ａ）の第１変形例では、第２の光ファイバー５２の受光側と、駆動回路７０と、の間に、赤外光受光素子７２ａ、増幅制御回路７４、第３の発光素子７５、光ファイバー７６、光／電気変換部７３を設ける。また、第２の発光素子３０は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰからなる１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍ波長範囲のＬＤとする。このようにすると、第３の光ファイバー５２の長さＤＲを、例えば１０ｋｍのように大きくしても、照明システムの監視や制御が容易である。
【００３２】
このため、監視や通信をコントロールセンターに集約して、照明空間である白色発光部８７よりも遠い距離に設けることができる。すなわち、白色発光部８７、第１の発光素子２０、第１の光ファイバー４０、などにおける故障を、遠距離で監視できる。
【００３３】
赤外光受光素子７２ａによる受信信号は、増幅制御回路７４により判断され、第３の発光素子７５からシャットダウン信号などを光ファイバー７６を介して駆動回路７０に伝達可能となる。なお、光ファイバー７６を用いずに、光ファイバー５２を用いてもよい。この場合、光ファイバー５２の途中に駆動回路７０への分岐部や光スイッチなどを設ければよい。
【００３４】
光ファイバー通信は、電磁ノイズの影響を受けにくい。このため、光ファイバーを用いた照明システム遠方監視制御システムは、広域にわたって安全性および信頼性を保ちつつ、一括して監視制御できる。光ファイバーは、高速道路や空港では、既に埋設されているケースが多いため、そのまま、照明システムの監視および制御に活用できる。
【００３５】
図６（ｂ）の第２変形例では、照明空間の側にも発受光素子を設ける。被照明体９８からの光信号は、外部検出器としての赤外線受光素子９０により検出され、増幅制御回路９２を介して第４の発光素子９４を駆動する。第４の発光素子９４からの赤外光戻り光ＬＩＲは、光ファイバー５３を介して、第３の光ファイバー５２へ入射する。
【００３６】
被照明体９８からの光信号としては、例えば、自動車のヘッドランプやリアランプの発光や、赤外／可視光モニターカメラからの映像信号などを含む。このように、照明装置内部の故障信号以外の外部信号も、長距離である第３の光ファイバー５２を介して、照明システムの監視や制御を行うコントロールセンターへ伝送できる。
【００３７】
図７（ａ）は第３の実施形態にかかる照明システム、図７（ｂ）はその第１変形例、図７（ｃ）はその第２変形例、の構成図、である。
図７（ａ）の照明システムは、第１の発光素子２０と、第１の端部および第２の端部を第１の導光体（光ファイバー）４０と、波長変換体６０と、受光素子７１と、駆動回路７０と、を有している。第１の発光素子２０を青色ＬＤとし、第１の光ファイバー４０を石英ファイバーからなるものとするが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３８】
また、波長変換体６０は、例えば珪酸塩系材料やＹＡＧ系材料からなる黄色蛍光体からなるものとする。青色光は、第１の端部へ入射し、光ファイバー４０を伝搬する。こののち、青色光は、第１の端部の反対の側の第２の端部から出射し、導光透明部材８４へ入射する。導光透明部材８４の外縁に設けられた黄色蛍光体６０は、青色光ＬＢの一部を吸収し、黄色光を放出する。
【００３９】
黄色蛍光体６０に吸収されずに導光透明部材８４の外部に放出された青色光ＬＢと、黄色光、とが混合されて、（擬似）白色光ＬＷを生じ、照明光として用いることができる。本図では、第１の発光素子２０は、２つ（２０ａ、２０ｂ）を含むが、１つでもよい。発光素子の数を増やすと、出力を高めることができる。
【００４０】
青色光ＬＢの一部は、黄色蛍光体６０により散乱されて広がり、光ファイバー４０の第２の端部へ入射し、青色戻り光ＬＢＲとなり、第１の端部から出射する。また、放射角度が広い黄色光の一部は、第２の端部へ入射し、黄色戻り光ＬＹＲとなって伝搬し、第１の端部から出射する。すなわち、白色戻り光は、第２の端部から第１の端部へ向かって伝搬する。
【００４１】
黄色戻り光ＬＹＲは、黄色光波長範囲に受光感度を有する受光素子７１を用いて検出される。例えば、Ｓｉフォトダイオードの受光面に青色光を遮断するようなフィルタを設ける。このようにすると、光ファイバー４０の破損、または黄色蛍光体６０の破損などにより白色光が放出不能または出力低下が生じる故障モードを瞬時に察知し、速やかに照明装置をシャットダウンできる。この場合、破損部から離れた出力側で故障を検知できるので、検出および制御部の破損を抑制できる。このため、高出力青色レーザ光が人間の眼などへダメージを加えることが抑制でき、照明装置を高い信頼性で監視可能な照明システムとすることができる。
【００４２】
図７（ｂ）の第１変形例では、白色戻り光ＬＷＲは第２の光ファイバー５１内を発光素子の方向に向かって進み、受光素子７１へ入射する。また、図７（ｃ）の第２変形例では、第３の光ファイバー５２の長さＤＲは、第１の光ファイバー４０の長さＤよりも長くすることができる。図３に示すように、例えば青色光（例えば波長４５０ｎｍ）および黄色光（例えば波長５６０ｎｍ）は赤外光よりも伝送損失が大きい。しかし、白色戻り光ＬＷＲは、照明光として用いるのではなく、照明システムの制御に用いる。駆動回路７０を制御可能な信号であれば、低レベルでもよい。すなわち、照明光の伝送距離よりも遠くの距離にあるコントロールセンターまで信号を伝送できる。
【００４３】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明を構成する導光体、光ファイバー、発光素子、受光素子、波長変換体、駆動回路、などの材質、形状、サイズ、配置などに関して、当業者が各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４４】
５ 照明システム、２０ 第１の発光素子、３０ 第２の発光素子、４０ 第１の導光体（光ファイバー）、５０ 第２の導光体（光ファイバー）、５２ 第３の導光体（光ファイバー）、６０ 波長変換体、７０ 駆動回路、７２ 光電気変換部、７２ａ 赤外光受光素子、ＳＣ 駆動制御信号、ＬＷ 照明光、ＬＩ （赤外）制御光信号、ＬＩＲ （赤外）制御光信号、ＬＢ 伝搬光、ＬＹ 変換光
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置に発光素子（ＬＤ：Laser Diode)を用いると、通信機能を持つ照明システムの構成が容易となる。
【０００３】
照明システムとして、照明光に信号を重畳する可視光通信方式、リモコンによる調光方式、無線機能を有する照明監視制御方式、などがある。
【０００４】
可視光や電波を空中伝搬し遠隔操作により照明装置を制御する場合、ノイズやＥＭＩ（Electromagnetic interference)による信号強度の制限のため、高い通信品質を保つことが困難である。このため、高い安全性が要求される空港や道路などの照明システムに用いるには問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、照明光の制御が容易で、安全性および信頼性が高い照明システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態にかかる照明システムは、第１の発光素子と、第２の発光素子と、波長変換体と、第１の導光体と、第２の導光体と、駆動回路と、を有する。前記第１の発光素子は、紫外から可視光の波長範囲の第１の光を放出可能である。前記第２の発光素子は、赤外光を放出可能である。前記波長変換体は、前記第１の光を吸収し、前記第１の光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能である。前記第１の導光体は、前記第１の光を前記波長変換体へ向けて伝送可能である。前記第２の導光体は、前記赤外光を前記波長変換体へ向けて伝送可能である。前記駆動回路は、前記第１の光の出力を制御可能であり、かつ前記第２の発光素子を駆動可能である。前記第１の光と、前記変換光と、が混合され、照明光が放出される。また、前記赤外光が制御光信号として放出される。
【０００８】
本発明の他の実施形態にかかる照明システムは、発光素子と、導光体と、波長変換体と、受光素子と、駆動回路と、を有する。前記発光素子は、紫外から可視光の波長範囲の光を放出可能である。前記導光体は、第１の端部と、第１の端部の反対側に設けられた第２の端部と、を有する。前記導光体は、前記発光素子から放出された前記光が前記第１の端部へ入射したのち前記第２の端部に向かって伝搬可能である。波長変換体は、前記第２の端部から出射した前記光を吸収し、前記光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能である。前記受光素子は、前記変換光を検出可能な受光素子であって、前記第２の端部へ入射し伝搬されたのち前記第１の端部から出射した前記変換光を検出する。前記駆動回路は、前記変換光が所定値よりも低下したことを前記受光素子が検出または、前記駆動回路の前記受光素子が前記変換光を予め設定した時間検出しなかった場合など通常と異なる検出結果を生じると、前記発光素子の駆動を停止可能である。前記発光素子から放出された前記光と、前記変換光と、が混合されて照明光として放出される。
【発明の効果】
【０００９】
照明光の制御が容易で、安全性および信頼性が高い照明システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態にかかる照明システムのブロック図である。
【図２】第１の実施形態にかかる照明装置の構成図である。
【図３】入射光波長に対する光ファイバーの伝送損失を示すグラフ図である。
【図４】第２の実施形態にかかる照明システムのブロック図である。
【図５】第２の実施形態の構成図である。
【図６】図６（ａ）は第２の実施形態の第１変形例、図６（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例、の構成図である。
【図７】図７（ａ）は第３の実施形態にかかる照明システム、図７（ｂ）はその第１変形例、図７（ｃ）はその第２変形例、の構成図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施形態にかかる照明システムのブロック図である。
第１の実施形態は、光ファイバーのような導光体を用いて紫外から可視光の波長範囲の光を伝送し光源から離れた空間の照明を行うとともに、照明には寄与しない波長の光を照明空間近傍に伝送する照明システムである。すなわち、第１の実施形態は、通信機能を有する照明システムと言える。
【００１２】
照明システム５は、照明装置１０を含む。照明装置１０は、第１の発光素子２０（２０ａ、２０ｂ）、第１の導光体４０（４０ａ、４０ｂ）、波長変換体６０、および第１の発光素子２０を駆動可能な駆動回路７０、を有している。本図において、第１の発光素子２０は、駆動回路７０からの駆動信号Ｓ１ａで駆動される発光素子２０ａと、駆動信号Ｓ１ｂで駆動される発光素子２０ｂと、を含む。
【００１３】
発光素子２０ａからの放出光は、導光体４０ａ内を伝搬し、波長変換体６０を照射する。また、発光素子２０ａからの放出光は、導光体４０ｂ内を伝搬し、波長変換体６０を照射する。波長変換体６０を照射した伝搬光ＬＢａ、ＬＢｂのそれぞれの一部は、波長変換体６０に吸収され、放出光の波長よりも長い波長を有する変換光ＬＹを放出する。
【００１４】
もし、並列に接続される第１の発光素子２０の数を増やすと、変換光ＬＹ、および波長変換されずに放出される伝搬光ＬＢａ、ＬＢｂが共に増加し、高い光出力とすることができる。伝搬光ＬＢ（ＬＢａ、ＬＢｂ）と、変換光ＬＹと、は混合され照明光ＬＷとなる。複数の発光素子２０を設けると、例えば、１万ルーメン（ｌｍ）という高光束を得ることができる。
【００１５】
導光体４０は、光ファイバー、透明樹脂、ガラスなどからなり、円や矩形などの断面を有する。光は、導光体４０の延在する方向へ伝搬される。
【００１６】
他方、照明システム５は、照明装置１０の他に、第２の発光素子３０と、第２の導光体５０と、を有している。第２の発光素子３０は、駆動回路７０からの駆動信号Ｓ２で駆動される。第２の発光素子３０からの放出光は、照明光には寄与しない制御光信号であり、第２の導光体５０内を伝搬したのち照明光ＬＷの照射空間内に放出される。その放出光は、波長変換体６０を照射し、透過または散乱する。
【００１７】
なお、第１の導光体２０、第２の導光体５０、および波長変換体６０、などを含む発光部は、光学部品で構成される。すなわち、発光素子やその駆動回路などの電気部品を含まないので発光部を給電する必要がない。このため、メンテナンスが容易であり、遠隔制御が容易である。
【００１８】
図２は、第１の実施形態にかかる照明システムの構成図である。
第１の発光素子２０および第２の発光素子３０は、ＬＤ（Laser Diode) とすることができる。図２では、第１の発光素子２０ａ、２０ｂは、ＩｎＧａＮ系材料等からなる青色ＬＤであるものとし、その発光波長は４５０ｎｍ近傍であるものとする。ＬＤの場合、半値全角が、垂直方向で約３０度、水平方向で約１５度などと狭くでき、発光点も約１０μｍ以下と小さくできる。このため、放出光を効率よく光ファイバーなどへ導入できるので好ましい。第２の発光素子３０からの放出光は、赤外光の波長範囲（例えば７８０ｎｍ以上）とする。
【００１９】
また、導光体４０は、光ファイバーからなるものとする。第１の発光素子２０ａからの放出光は、光コネクタ８０を介して第１の光ファイバー４０の一方の端部へ入射する。第１の発光素子２０ｂからの放出光は、光コネクタ８０を介して第１の光ファイバー４０の一方の端部入射する。第２の発光素子３０からの放出光は、光コネクタ８０を介して光ファイバー４０の一方の端部に入射する。光ファイバー４０の長さＤは、例えば、２０〜３０ｍとすることができる。
【００２０】
光ファイバー４０へ入射した光は、光ファイバー４０の他方の端部に設けられた光コネクタ８２を介して導光透明部材８４へ導かれる。導光透明部材８４の内部または外周部には、蛍光体などからなる波長変換体６０が設けられる。
【００２１】
なお、光ファイバー４０は、図１のように、独立の光ファイバー４０ａ、４０ｂ、５０からなるものであってもよい。または、図２のように、共通の１つの光ファイバーであってもよい。さらに、例えば、入力側において分割されたコア部が、融着などにより束ねられ１つのコア部とされたコンバイナ構造であってもよい。
【００２２】
青色の伝搬光ＬＢａ、ＬＢｂは、導光透明部材８４の内部を進行しつつ、外方へも放出される。この場合、波長変換体６０として、例えば珪酸塩系材料やＹＡＧ(Yttrium-Aluminum-Garnet)系材料を用いた黄色蛍光体を用いると、発光強度のピークが約５６０ｎｍ近傍の黄色光ＬＹを得ることができる。この結果、青色伝搬光ＬＢと、黄色光ＬＹと、が混合された（擬似）白色光ＬＷを得ることができる。伝搬光ＬＢａ、ＬＢｂの波長を、それぞれ波長変換体６０の励起スペクトル強度が最大となる波長近傍にすると、発光スペクトル強度を高めることが容易となる。
【００２３】
第２の発光素子３０が、例えばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料であると、波長が８６０ｎｍ近傍の赤外光を得ることができる。また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いると、９８０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ、近傍の赤外光を得ることができる。蛍光体のような波長変換体は、赤外光に対しては透明なので、赤外光ＬＩは波長変換体６０を透過するか散乱され、照明効果を損なうことなく外部に放出される。
【００２４】
なお、赤外光を駆動する電流に変調信号を重畳すると、照明光が照射される空間に設けられた赤外光検出器８９は、変調された赤外光ＬＩを光／電気変換し、伝送された信号を復調することができる。すなわち、人間や乗り物などの被照明体は、照明光ＬＷとともに放出された赤外光ＬＩから有用な情報を受け取ることできる。
【００２５】
また、照明装置において、３０ｍ以上の距離から照明システムを制御するには、光ファイバー内を伝送した赤外光を用いることが好ましい。赤外光の波長範囲は、霧などの悪天候でも可視光よりも遠くまで空中伝搬する。このため、赤外光検出器８９を用いることにより、乗り物の操縦者が、空港や道路などにおいて、障害物、人間、照明位置などを確認することが容易であり、安全性が高められる。
【００２６】
図３は、入射光の波長に対する光ファイバーの伝送損失を示すグラフ図である。
光ファイバーとしては、石英光ファイバー、ＰＣＦ（プラスチッククラッド光ファイバー）、ＰＯＦ（プラスチック光ファイバー）などがある。コアおよびクラッドが石英からなる石英光ファーバーの伝送損失は、ＰＣＦやＰＯＦの伝送損失よりもそれぞれ小さい。しかしながら、青色光は、光ファイバー内での散乱が大きく、伝送損失が大きい。このため、照明光としての伝送距離は、石英光ファイバーを用いても実用上では約３０ｍ程度となる。
【００２７】
他方、波長が７８０ｎｍ以上の赤外光は、石英光ファイバー内での伝送損失が約３．５ｄＢ／ｋｍ以下と小さい。このため、１０ｋｍまでの信号伝送が容易である。また、ＰＣＦでも６ｄＢ／ｋｍの伝送損失なので、１〜５ｋｍの信号伝送が可能である。さらに、検出器の感度以上であれば、制御光信号は低強度であってもよい。このため、伝送損失に対する許容範囲は広い。
【００２８】
図４は、第２の実施形態にかかる照明システムのブロック図である。
第２の実施形態は、第３の導光体５２と、光／電気変換部７２と、をさらに有する。第３の導光体５２は、照明光を生成するための第１の発光素子２０からの放出光を伝送する第１の導光体４０よりも長い。
【００２９】
第３の導光体５２には、波長変換体６０により散乱された赤外戻り光ＬＩＲが入射され、その出射光は光／電気変換部７２により、駆動制御信号ＳＣに変換される。例えば、波長変換体６０が劣化するか、導光体４０が破損するかなどして、赤外戻り光ＬＩＲの強度が変化した場合、駆動制御信号ＳＣに応じて、第１の発光素子２０をシャットダウンする。このようにすると、高エネルギーを有する青色光ＬＢが人間の目などを直接照射することを抑制できる。
【００３０】
図５は、第２の実施形態にかかる照明システムの構成図である。
第２の導光体（光ファイバー）３０の長さＤＲは、第１の導光体（光ファイバー）２０の長さＤよりも長く、例えば３０ｍ以上、１０ｋｍ以下、などとする。第２の光ファイバー５２に設けられた光／電気変換部７２により、長さＤＲを伝送されて減衰した赤外戻り光ＬＩＲ（制御光信号）が、赤外光受光素子７２ａで電気信号に変換され、増幅制御回路７２ｂにより増幅される。このようにして生成された駆動制御信号ＳＣを用いて駆動回路７０が駆動される。第３の光ファイバー５２の長さＤＲを第１の光ファイバー４０の長さＤよりも大きくし、駆動制御信号ＳＣを駆動回路７０まで伝送することは容易である。すなわち、分散して設けられた多数の照明装置を、遠距離において一括して監視や制御が可能である。
【００３１】
図６（ａ）は第２の実施形態の第１変形例、図６（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例、の構成図である。
図６（ａ）の第１変形例では、第２の光ファイバー５２の受光側と、駆動回路７０と、の間に、赤外光受光素子７２ａ、増幅制御回路７４、第３の発光素子７５、光ファイバー７６、光／電気変換部７３を設ける。また、第２の発光素子３０は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰからなる１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍ波長範囲のＬＤとする。このようにすると、第３の光ファイバー５２の長さＤＲを、例えば１０ｋｍのように大きくしても、照明システムの監視や制御が容易である。
【００３２】
このため、監視や通信をコントロールセンターに集約して、照明空間である白色発光部８７よりも遠い距離に設けることができる。すなわち、白色発光部８７、第１の発光素子２０、第１の光ファイバー４０、などにおける故障を、遠距離で監視できる。
【００３３】
赤外光受光素子７２ａによる受信信号は、増幅制御回路７４により判断され、第３の発光素子７５からシャットダウン信号などを光ファイバー７６を介して駆動回路７０に伝達可能となる。なお、光ファイバー７６を用いずに、光ファイバー５２を用いてもよい。この場合、光ファイバー５２の途中に駆動回路７０への分岐部や光スイッチなどを設ければよい。
【００３４】
光ファイバー通信は、電磁ノイズの影響を受けにくい。このため、光ファイバーを用いた照明システム遠方監視制御システムは、広域にわたって安全性および信頼性を保ちつつ、一括して監視制御できる。光ファイバーは、高速道路や空港では、既に埋設されているケースが多いため、そのまま、照明システムの監視および制御に活用できる。
【００３５】
図６（ｂ）の第２変形例では、照明空間の側にも発受光素子を設ける。被照明体９８からの光信号は、外部検出器としての赤外線受光素子９０により検出され、増幅制御回路９２を介して第４の発光素子９４を駆動する。第４の発光素子９４からの赤外光戻り光ＬＩＲは、光ファイバー５３を介して、第３の光ファイバー５２へ入射する。
【００３６】
被照明体９８からの光信号としては、例えば、自動車のヘッドランプやリアランプの発光や、赤外／可視光モニターカメラからの映像信号などを含む。このように、照明装置内部の故障信号以外の外部信号も、長距離である第３の光ファイバー５２を介して、照明システムの監視や制御を行うコントロールセンターへ伝送できる。
【００３７】
図７（ａ）は第３の実施形態にかかる照明システム、図７（ｂ）はその第１変形例、図７（ｃ）はその第２変形例、の構成図、である。
図７（ａ）の照明システムは、第１の発光素子２０と、第１の端部および第２の端部を第１の導光体（光ファイバー）４０と、波長変換体６０と、受光素子７１と、駆動回路７０と、を有している。第１の発光素子２０を青色ＬＤとし、第１の光ファイバー４０を石英ファイバーからなるものとするが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３８】
また、波長変換体６０は、例えば珪酸塩系材料やＹＡＧ系材料からなる黄色蛍光体からなるものとする。青色光は、第１の端部へ入射し、光ファイバー４０を伝搬する。こののち、青色光は、第１の端部の反対の側の第２の端部から出射し、導光透明部材８４へ入射する。導光透明部材８４の外縁に設けられた黄色蛍光体６０は、青色光ＬＢの一部を吸収し、黄色光を放出する。
【００３９】
黄色蛍光体６０に吸収されずに導光透明部材８４の外部に放出された青色光ＬＢと、黄色光、とが混合されて、（擬似）白色光ＬＷを生じ、照明光として用いることができる。本図では、第１の発光素子２０は、２つ（２０ａ、２０ｂ）を含むが、１つでもよい。発光素子の数を増やすと、出力を高めることができる。
【００４０】
青色光ＬＢの一部は、黄色蛍光体６０により散乱されて広がり、光ファイバー４０の第２の端部へ入射し、青色戻り光ＬＢＲとなり、第１の端部から出射する。また、放射角度が広い黄色光の一部は、第２の端部へ入射し、黄色戻り光ＬＹＲとなって伝搬し、第１の端部から出射する。すなわち、白色戻り光は、第２の端部から第１の端部へ向かって伝搬する。
【００４１】
黄色戻り光ＬＹＲは、黄色光波長範囲に受光感度を有する受光素子７１を用いて検出される。例えば、Ｓｉフォトダイオードの受光面に青色光を遮断するようなフィルタを設ける。このようにすると、光ファイバー４０の破損、または黄色蛍光体６０の破損などにより白色光が放出不能または出力低下が生じる故障モードを瞬時に察知し、速やかに照明装置をシャットダウンできる。この場合、破損部から離れた出力側で故障を検知できるので、検出および制御部の破損を抑制できる。このため、高出力青色レーザ光が人間の眼などへダメージを加えることが抑制でき、照明装置を高い信頼性で監視可能な照明システムとすることができる。
【００４２】
図７（ｂ）の第１変形例では、白色戻り光ＬＷＲは第２の光ファイバー５１内を発光素子の方向に向かって進み、受光素子７１へ入射する。また、図７（ｃ）の第２変形例では、第３の光ファイバー５２の長さＤＲは、第１の光ファイバー４０の長さＤよりも長くすることができる。図３に示すように、例えば青色光（例えば波長４５０ｎｍ）および黄色光（例えば波長５６０ｎｍ）は赤外光よりも伝送損失が大きい。しかし、白色戻り光ＬＷＲは、照明光として用いるのではなく、照明システムの制御に用いる。駆動回路７０を制御可能な信号であれば、低レベルでもよい。すなわち、照明光の伝送距離よりも遠くの距離にあるコントロールセンターまで信号を伝送できる。
【００４３】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明を構成する導光体、光ファイバー、発光素子、受光素子、波長変換体、駆動回路、などの材質、形状、サイズ、配置などに関して、当業者が各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４４】
５ 照明システム、２０ 第１の発光素子、３０ 第２の発光素子、４０ 第１の導光体（光ファイバー）、５０ 第２の導光体（光ファイバー）、５２ 第３の導光体（光ファイバー）、６０ 波長変換体、７０ 駆動回路、７２ 光電気変換部、７２ａ 赤外光受光素子、ＳＣ 駆動制御信号、ＬＷ 照明光、ＬＩ （赤外）制御光信号、ＬＩＲ （赤外）制御光信号、ＬＢ 伝搬光、ＬＹ 変換光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外から可視光の波長範囲の第１の光を放出可能な第１の発光素子と、
赤外光を放出可能な第２の発光素子と、
前記第１の光を吸収し、前記第１の光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能な波長変換体と、
前記第１の光を前記波長変換体へ向けて伝送可能な第１の導光体と、
前記赤外光を前記波長変換体へ向けて伝送可能な第２の導光体と、
前記第１の光の出力を制御可能であり、かつ前記第２の発光素子を駆動可能な駆動回路と、
を備え、
前記第１の光と、前記変換光と、を混合して照明光を放出し、
前記赤外光を制御光信号として放出することを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記波長変換体により散乱された前記制御光信号を伝送可能な第３の導光体と、
前記第３の導光体から出射した前記制御光信号を出力電気信号に変換可能な光電気変換部と、
を備え、
前記駆動回路は、前記出力電気信号に応じて前記第１の光の前記出力を制御することを特徴とする請求項１記載の照明システム。
【請求項３】
前記第３の導光体へ入射する赤外光は、前記第２の発光素子からの前記赤外光以外の赤外光を含むことを特徴とする請求項２記載の照明システム。
【請求項４】
前記第３の導光体の長さは、前記第１および第２の導光体の長さよりもそれぞれ大きく、
前記第３の導光体からの出射光に応じた信号は、増幅されたのちに前記駆動回路へ入力されることを特徴とする請求項２または３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記第１、第２、第３の導光体は、それぞれ光ファイバーを含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の照明システム。
【請求項６】
前記第１の導光体と前記第２の導光体とは、共通であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の照明システム。
【請求項７】
紫外から可視光の波長範囲の光を放出可能な発光素子と、
第１の端部と、第１の端部の反対側に設けられた第２の端部と、を有する導光体であって、前記発光素子から放出された前記光が前記第１の端部へ入射したのち前記第２の端部に向かって伝搬可能な導光体と、
前記第２の端部から出射した前記光を吸収し、前記光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能な波長変換体と、
前記変換光を検出可能な受光素子であって、前記第２の端部へ入射し伝搬されたのち前記第１の端部から出射した前記変換光を検出する受光素子と、
前記変換光が所定値よりも低下したことを前記受光素子が検出すると、前記発光素子の駆動を停止可能な駆動回路と、
を備え、
前記発光素子から放出された前記光と、前記変換光と、を混合して照明光として放出することを特徴とする照明システム。
【請求項８】
前記導光体は、光ファイバーであることを特徴とする請求項７記載の照明システム。
【請求項１】
紫外から可視光の波長範囲の第１の光を放出可能な第１の発光素子と、
赤外光を放出可能な第２の発光素子と、
前記第１の光を吸収し、前記第１の光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能な波長変換体と、
前記第１の光を前記波長変換体へ向けて伝送可能な第１の導光体と、
前記赤外光を前記波長変換体へ向けて伝送可能な第２の導光体と、
前記第１の光の出力を制御可能であり、かつ前記第２の発光素子を駆動可能な駆動回路と、
を備え、
前記第１の光と、前記変換光と、を混合して照明光を放出し、
前記赤外光を制御光信号として放出することを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記波長変換体により散乱された前記制御光信号を伝送可能な第３の導光体と、
前記第３の導光体から出射した前記制御光信号を出力電気信号に変換可能な光電気変換部と、
を備え、
前記駆動回路は、前記出力電気信号に応じて前記第１の光の前記出力を制御することを特徴とする請求項１記載の照明システム。
【請求項３】
前記第３の導光体へ入射する赤外光は、前記第２の発光素子からの前記赤外光以外の赤外光を含むことを特徴とする請求項２記載の照明システム。
【請求項４】
前記第３の導光体の長さは、前記第１および第２の導光体の長さよりもそれぞれ大きく、
前記第３の導光体からの出射光に応じた信号は、増幅されたのちに前記駆動回路へ入力されることを特徴とする請求項２または３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記第１、第２、第３の導光体は、それぞれ光ファイバーを含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の照明システム。
【請求項６】
前記第１の導光体と前記第２の導光体とは、共通であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の照明システム。
【請求項７】
紫外から可視光の波長範囲の光を放出可能な発光素子と、
第１の端部と、第１の端部の反対側に設けられた第２の端部と、を有する導光体であって、前記発光素子から放出された前記光が前記第１の端部へ入射したのち前記第２の端部に向かって伝搬可能な導光体と、
前記第２の端部から出射した前記光を吸収し、前記光の波長よりも長い波長の変換光を放出可能な波長変換体と、
前記変換光を検出可能な受光素子であって、前記第２の端部へ入射し伝搬されたのち前記第１の端部から出射した前記変換光を検出する受光素子と、
前記変換光が所定値よりも低下したことを前記受光素子が検出すると、前記発光素子の駆動を停止可能な駆動回路と、
を備え、
前記発光素子から放出された前記光と、前記変換光と、を混合して照明光として放出することを特徴とする照明システム。
【請求項８】
前記導光体は、光ファイバーであることを特徴とする請求項７記載の照明システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２５６５３５（Ｐ２０１２−２５６５３５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９２９６（Ｐ２０１１−１２９２９６）
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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