アンテナユニット、灯器、交通信号灯器及び交通信号制御機
【課題】アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路の美観を損なうことのない新たな技術的手段として、アンテナを組み込んだ信号灯器を提供する。
【解決手段】信号灯器1は、光学ユニット2とアンテナ4とを備えている。光学ユニット2は、LED7が前面に実装されている基板8と、可視光透過性を有しLED7を前方で覆うカバー部材9とを有している。アンテナ4は、カバー部材9からLED7の前端までの範囲に設けられているパッチ素子11と、このパッチ素子11の後方にあるグランド素子12とを有している。パッチ素子11は可視光透過性を有している。
【解決手段】信号灯器1は、光学ユニット2とアンテナ4とを備えている。光学ユニット2は、LED7が前面に実装されている基板8と、可視光透過性を有しLED7を前方で覆うカバー部材9とを有している。アンテナ4は、カバー部材9からLED7の前端までの範囲に設けられているパッチ素子11と、このパッチ素子11の後方にあるグランド素子12とを有している。パッチ素子11は可視光透過性を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は灯器に関するものであり、特に道路に設置される交通信号灯器、交通信号制御機、及び、この灯器に設けられるアンテナユニットに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、交通安全の促進や交通事故の防止を目的として、高度道路交通システム(ITS:Intelligent Transport System)が提案されている。このITSでは、道路に通信装置(インフラ装置)が設置されており、この通信装置のアンテナから発せられた情報を、道路を走行する車両の車載機が受信し、この情報を活用することにより、車両の走行についての安全性を向上させることができる(特許文献1参照)。
このような路車間通信を無線によって行なう場合、無線通信の見通しを確保する観点から、歩道等に設置した支柱から車道側にアームを張り出し、このアーム上に通信装置のアンテナを取り付けている。また、前記アームを設けなくても見通しが確保できる場合、前記支柱にアンテナを取り付けることが可能となる。
【0003】
【特許文献1】特許第2806801号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記通信装置のアンテナを道路に設置するために、アンテナ専用の支柱を新たに設けることは経済的でなく、また、道路の美観の点でも好ましくない。
そこで、道路には車両感知器や光ビーコンのヘッド等が設置されているため、これらを取り付けている支柱やアームにアンテナを併設することが考えられる。しかし、この場合においても、美観の点で好ましくない。
【0005】
そこで、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路の美観を損なうことのない新たな技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記目的を達成するためのこの発明の灯器は、発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナとを備え、前記パッチ素子は可視光透過性を有しているものである。
【0007】
本発明によれば、パッチ素子及びグランド素子を有するアンテナを灯器の光学ユニットに組み込ませ、アンテナを目立たなくすることができる。さらに、アンテナを灯器の光学ユニットに組み込ませることで、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、パッチ素子は発光体の前端よりも前方に設けられているが、パッチ素子は可視光透過性を有しているため、発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
なお、ここにいうパッチ素子における可視光透過性とは、パッチ素子の導電体部分(導体部分)が透明又は半透明である場合のみならず、パッチ素子を構成する導電体部分は可視光を遮断するが、パッチ素子の導電体部分が設けられていない部分を可視光がすり抜けて、パッチ素子の後方において発光された可視光がパッチ素子の前方に到達する状態をも含む。
【0008】
また、前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記発光体の前端よりも前方に設けられており、可視光透過性を有している構成とすることができる。この場合、グランド素子は発光体の前端よりも前方に設けられているが、グランド素子は可視光透過性を有しているため、発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
【0009】
または、前記光学ユニットは、前記発光体が前面に実装された基板を有し、前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記基板の後方に設けられていてもよい。この場合、アンテナが所望の性能を有するように、パッチ素子とグランド素子との間に、前後方向の所定の間隔を設けることができる。
【0010】
または、前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前後方向について前記基板と前記発光体の前端との間に設けられていてもよい。この場合、グランド素子は発光体の前端よりも後方となるため、グランド素子が発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
また、この場合において、前記光学ユニットは、発光ダイオードからなる前記発光体を複数有し、前記グランド素子は、面状であって、前記発光ダイオードを挿通させる開口部を有しているのが好ましい。これにより、グランド素子が発光ダイオードに干渉することがないように、グランド素子の開口部に発光ダイオードを挿し入れ、グランド素子を所定の位置に設けることができる。
なお、前記開口部の構成としては、グランド素子に孔をあけてグランド素子と干渉しないように発光ダイオードを配置することもできるし、孔は設けていないが、例えばグランド素子の導電体部分(導体部分)を蛇行状に配置して(導電体部分を一筆書きになるように配置して)、グランド素子と干渉しないように発光ダイオードを配置することもできる。
【0011】
また、前記パッチ素子は、可視光透過用の開口を有する導電体からなる構成とすることができる。例えば、パッチ素子をメッシュ構造又は枠構造とすることで可視光透過性を有する。
また、前記パッチ素子は、可視光透過性を有する薄膜導電体からなる構成とすることができる。これにより、パッチ素子は可視光透過性を有する。
【0012】
また、前記カバー部材と前記発光体の前端との間に設けられた可視光透過性のある板部材を備え、前記パッチ素子はこの板部材に形成されているのが好ましい。この場合、パッチ素子を薄く、所定の形状に形成することが容易となる。
または、前記パッチ素子は、前記カバー部材に形成されているのが好ましい。この場合、パッチ素子を薄く、所定の形状に形成することが容易となる。また、パッチ素子を形成するための別部材が不要となる。
【0013】
また、本発明の交通信号灯器は、発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナとを備え、前記パッチ素子は可視光透過性を有しているものである。
【0014】
本発明によれば、パッチ素子及びグランド素子を有するアンテナを灯器の光学ユニットに組み込ませ、アンテナを目立たなくすることができる。さらに、アンテナを灯器の光学ユニットに組み込ませることで、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、パッチ素子は発光体の前端よりも前方に設けられているが、パッチ素子は可視光透過性を有しているため、発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
また、交通信号灯器は、車両のドライバによる視認性を考慮して道路に設置される。このため、この信号灯器を道路の所定の位置に設置すれば、前記アンテナと車両の車載機との間で無線通信を行なう上で、見通しが良好な状態が得られる。
【0015】
また、本発明は、前記交通信号灯器に接続され、前記交通信号灯器の点灯および消灯を行う交通信号制御機であって、前記アンテナを介して、前記交通信号灯器の設置された道路上を走行する車両に対して、現在及び将来の前記交通信号灯器の表示に関する信号情報を送信するように構成されているものである。
【0016】
また、本発明は、発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットに組み込まれる灯器用のアンテナユニットであって、前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられるパッチ素子と、このパッチ素子の後方に設けられるグランド素子とを有している。
本発明によれば、パッチ素子及びグランド素子を有するアンテナユニットを、灯器の光学ユニットに組み込ませることで、アンテナユニット(パッチ素子及びグランド素子)を目立たなくすることができる。さらに、アンテナを灯器の光学ユニットに組み込むため、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、アンテナを光学ユニットに組み込んだ際に、パッチ素子は発光体の前端よりも前方に設けられるが、パッチ素子は可視光透過性を有しているため、発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
【発明の効果】
【0017】
この発明によれば、アンテナは灯器の光学ユニットに組み込まれるため、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路の美観を損なうことがない。さらに、アンテナを光学ユニットに組み込んでも、発光体による発光の妨げとなることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1はこの発明の灯器の実施の一形態を示す正面図である。図1の灯器は道路に設置される交通信号灯器1(以下、単に信号灯器という)であり、車両用のものである。
歩道等の路側に支柱40が設置され、この支柱40から車道側にアーム41が張り出されて設けられており、このアーム41に信号灯器1が取り付けられている。
【0019】
信号灯器1は、複数(図例では三つ)の光学ユニット2と、これら光学ユニット2を組み込んでいる筐体3とを有している。三つの光学ユニット2は、赤、黄、青の灯光色を有している。各光学ユニット2にはひさし(図示せず)が取り付けられる。
また、支柱40には、信号灯器1を制御する制御装置5が取り付けられている。なお、信号灯器1の設置構造は図示しているもの以外であってもよく、図示しないが前記支柱40及び前記アーム41の形態が異なっていてもよく、また、信号灯器1が歩道橋に架設されたものであってもよい。また、制御装置5は、信号灯器1の筐体3内に設けられたものであってもよい。
なお、信号灯器1の点灯等を制御する制御装置5が、後述するアンテナ4を介した無線通信制御を行うように構成することができるが(あるいは無線通信制御を行う装置を同一筐体内に内蔵させることができるが)、別々の装置としても良い。別々とする場合、前記無線通信制御を行う装置は、信号灯器1の点灯等を制御する制御装置の近傍(同一の支柱40)に設置することが好ましい。
【0020】
図2、図3及び図4は、一つの光学ユニット2の斜視図、正面図及び断面図である。光学ユニット2は、発光体としての発光ダイオード7(以下LEDという)と、複数のLED7が前面8aに実装された基板8と、収容部材6と、カバー部材9とを有している。基板8は、その裏面に配線パターンが形成されており、LED7の端子37と繋がっている。基板8上には複数のLED7が面状に広がって配設されている。
LED7はレンズ部38を有し、このレンズ部38内にLED素子(図示せず)が設けられている。
【0021】
収容部材6は、底部(底壁)6aと、この底部6aの周縁から立設した側部(側壁)6bとを有している皿形状であり、前方に開口している。その開口側である前部に、カバー部材9が取り付けられている。これにより、収容部材6とカバー部材9との間に収容空間部Sが形成されており、この収容空間部SにLED7及び基板8が収容されている。そして、基板8は収容部材6に固定されている。収容空間部Sのうち、基板8よりも前方を前空間部S1とし、基板8よりも後方を後空間部S2としている。
【0022】
カバー部材9は可視光透過性を有しており(可視光に対して透明であり)複数のLED7を前方で覆っている。なお、この光学ユニット2において、前方とは光の投光側であり(カバー部材9側であり)、後方とは収容部材6の底部6a側である。
【0023】
そして、この光学ユニット2にアンテナ4が組み込まれている。アンテナ4はパッチアンテナであり、パッチ素子11とグランド素子12とを有している。すなわち、図4において、パッチ素子11とグランド素子12とが、前記光学ユニット2内に、つまり前記収容空間部Sに、格納(収容)されている。
【0024】
パッチ素子1は、円形の平面状に形成されており、基板8から前方へ立設した支持部材13によって支持されかつ固定されている。支持部材13は絶縁部材からなる。そして、パッチ素子11は、カバー部材9からLED7の前端39までの範囲Aに設けられている。また、図4において、カバー部材9は、その後面(背面)9aが凹曲面であって、前面9bが凸曲面であり、パッチ素子11はカバー部材9の後面9aから後方に離れて設けられている。なお、パッチ素子11の輪郭は円形以外に矩形であってもよい(図5参照)。
なお、ここではカバー部材9を凹凸の曲面としたが、信号灯器1がLED灯器であれば、平面とすることもできる。
【0025】
グランド素子12は、円形の平面状(平板状)に形成されており、基板8の前面8aにおいて当該基板8に取り付けられている。例えば、グランド素子12は、収容部材6に基板8と共にネジによって共締めされる。またはグランド素子12は、基板8に立設させた前記支持部材13によって支持されかつ固定されていてもよい。そして、このグランド素子12は、パッチ素子11の後方であって、前後方向について基板8とLED7の前端39との間に設けられている。また、グランド素子12の輪郭形状はパッチ素子11の輪郭形状よりも大きくなっている。
【0026】
これにより、グランド素子12とパッチ素子11とが、前空間部S1内に設けられ、パッチ素子11は、基板8の前面8aからLED7の前端39までの範囲Aに設けられ、グランド素子12はパッチ素子11の後方に設けられた状態となる。そして、グランド素子12とパッチ素子11とが、前後方向に対向した配置となり、このアンテナ4の指向性は信号灯器1から前方へ向かう方向となる。すなわち、光学ユニット2による投光方向と、アンテナ指向性とを略一致させることができ、信号灯器1は車両に対して見通しが良い位置に設置されることから、このアンテナ指向性によって、車両の車載機(図示せず)との間で、良好な通信状態が得られる。
【0027】
また、このアンテナ4が格納された信号灯器1を、路車間で無線通信を行なう高度道路交通システム(ITS)に利用するために、使用周波数を715MHz〜725MHzと設定する場合、グランド素子12とパッチ素子11との前後方向の間隔を10〜40mmに設定することができる。なお、これはグランド素子12とパッチ素子11との間に、空気が介在している場合である。
なお、グランド素子12とパッチ素子11との前後方向の間隔は、パッチ素子11の外周の直径が170mm〜230mm程度で、孔の大きさが10mm〜25mm程度である場合には、20〜30mm程度が好ましい。また、孔の大きさが25〜35mm程度であれば、10〜25mm程度が好ましい。すなわち、パッチ素子11の表面の面積が小さいほどグランド素子12との前後方向の間隔は狭くする方が良く、表面積が大きいほどグランド素子12との間隔を広げると良い。
【0028】
また、この図4の実施形態では、基板8の前面8aからLED7の前端39までの距離が小さくても、パッチ素子11をこの前端39よりも前方に配置することができるため、グランド素子12とパッチ素子11との前後方向の間隔を所望の値に設定しやすい。
グランド素子12とパッチ素子11との間が空気のみによって絶縁されている場合、両者の間隔は20〜30mm程度であるが、グランド素子12とパッチ素子11との間に絶縁部材として樹脂板が設けられていてもよく(図示せず)、この場合、両者間の誘電率が変化するため両者の間隔を前記値よりも小さくすることができる。この絶縁部材としては、例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、フッ素樹脂板、ガラスエポキシ、FRP又はポリアセタール板がある。
また、グランド素子12とパッチ素子11とは平行に配置されていてもよいが、アンテナ指向性を調整するために、パッチ素子11及びグランド素子12の一方又は双方が、基板8に対して傾いて配置されていてもよい。
なお、信号灯器1はドライバへの視認性に鑑みて、通常、基板8自体を少し下方に傾けて設置してある。そのため、パッチ素子11及びグランド素子を基板8に平行に取り付けることによって、アンテナ4の指向性も下方に向くが、路車間での無線通信領域を限定的としたり確実性を増したりすることを目的として、基板8よりもさらに下方に傾けるようにしても良い。
【0029】
また、グランド素子12とLED7とは前後方向の位置について重複していることから、グランド素子12には、LED7(LED7のリード線)を挿通させる開口部として複数の孔14が形成されている。この孔14の配置は、LED7の配置と一致させてあり、グランド素子12は網目構造となっている。
これにより、グランド素子12がLED7に干渉することがないように、グランド素子12の孔14にLED7を挿し入れ、グランド素子12を所定の位置に設置することができる。そして、この形態によれば、グランド素子12はLED7の前端39よりも後方となるため、グランド素子12がLED7による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
なお、グランド素子12に形成している前記開口部の構成としては、図示しているように、素子に孔14をあけて素子と干渉しないようにLED7を配置することができ、または、図示しないが、孔は設けていないが、例えば素子の導電体部分(導体部分)を蛇行状に配置して(導電体部分を一筆書きになるように配置して)、素子と干渉しないようにLED7を配置することもできる。
【0030】
収容部材6(底部6a)には、アンテナ4用の同軸ケーブル15を接続させる端子部19が取り付けられており、この端子部19に、図1の制御装置5から延びる同軸ケーブル15を接続することができる。そして、この端子部19から後空間部S2へ延びる同軸ケーブル15aが、アンテナ4と接続されている。同軸ケーブル15aは、内導体15b、絶縁体15c、外導体15d及び被覆部15eを有しており、この同軸ケーブル15aの内導体15bがパッチ素子11に接続されており、外導体15dがグランド素子12に接続されている。なお、内、外導体15b,15dと各素子11,12(各素子の導電体部分)とを半田によって接続し固定することができるが、半田以外の方法であってもよい。
なお、図1の制御装置5から延びるLED7用の電源ケーブル(図示せず)が、収容部材6の底部6aに取り付けた端子部(図示せず)を介して、LED用基板8と接続されている。
【0031】
以上の形態によれば、前記パッチ素子11、前記グランド素子11、及び、パッチ素子11をカバー部材9からLED7の前端39までの範囲に設けるための支持部材(取付部)13によって、アンテナユニットが構成されており、このアンテナユニットが、信号灯器1に組み込まれたものとなっている。
【0032】
図5はアンテナ4を内蔵した光学ユニット2の斜視図である。なお、説明を容易とするために、LED7を省略して図示している。このアンテナ4のパッチ素子11は、輪郭形状を矩形としている。
LED7の前端39よりも前方にあるパッチ素子11は、このLED7の前方への投光を阻害しないように、パッチ素子11の厚さ方向(前後方向)に、可視光透過性を有している(可視光に対して透明である)。具体的に説明すると、パッチ素子11は、可視光透過用の開口を有する導電体からなる。つまり、図5に示しているように、パッチ素子11をメッシュ構造による導電体とすることにより、パッチ素子11は可視光透過性を有している。このように、パッチ素子11をメッシュ構造とするために、導線によって(導線を編んで)形成することができる。
【0033】
このパッチ素子11を、例えば、径(幅)が1mmである導線によってメッシュ構造とする場合、この導線のピッチ(メッシュの間隔)を所定の値として(例えば20mmとして)上下方向及び左右方向に編み、網目状金属素子とすることができる。このピッチが20mmである場合、そのピッチは約1/20波長となり、使用する周波数を約720MHz、波長を約420mmとすることができる。
また、パッチ素子11のメッシュ数(メッシュ粗さ)は変更自在であり、粗くしたものが図6である。このパッチ素子11は、一面を四分割した網目状金属素子からなる。これ以外に、図示しないが、一面を二分割したもの、三分割したもの等であってもよい。
【0034】
メッシュの間隔は、特に限定されないが、1/5波長以下とするのが好ましく、特に1/10波長以下が好ましい。メッシュの間隔が小さい程高い周波数まで対応することができる。
なお、導線の強度を確保するため、導線の径(幅)は0.5mm以上が好ましく、一方で光の透過率を高めるために、2mm以下とすることが好ましい。ただし、導線を樹脂板の上に蒸着させる方法などによって製造する場合には、強度について考慮する必要性が乏しいため、その導線の幅は0.5mm以下であっても良い。
【0035】
また、図7に示しているように、パッチ素子11を外形枠構造(フレーム構造)による導電体とすることにより、可視光透過性を有するものとしてもよい。この外形枠構造は、面状とするパッチ素子11の輪郭部分にのみ導線が設けられて得た構造である。
【0036】
また、パッチ素子11をメッシュ構造乃至外形枠構造とする場合、前記のような導線を利用する以外に、板部材の表面に金属膜(金属薄膜)による網目を形成してもよい。この場合、図4の二点鎖線で示しているように、可視光透過性のある板部材16が、カバー部材9とLED7の前端39との間に設けられており、この板部材16の表面又は裏面(図例では表面)にメッシュ構造乃至外形枠構造であるパッチ素子11を形成してもよい。そして、この板部材16が前記支持部材13に取り付けられている。
【0037】
板部材16としては、例えば透明の樹脂板とすることができる。板部材16は可視光を充分に透過する材料であるのが好ましく、例えば、ポリカードネート、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ガラスなどによれば薄くても強度の面で優れ、また、安価で好ましい。
板部材16を利用する場合の具体例としては、板部材16の面に、例えば線幅10μmであってピッチ(メッシュの間隔)を100μmとする導線部からなる微細なメッシュを形成すればよい。このように板部材16に微細なメッシュを形成する場合、線幅が1μm以上で50μm以下であり、ピッチが50μm以上で1000μm以下とするのが好ましい。
なお、メッシュ形状は、図示したような四角形状に限らず、三角形状、ハニカム形状とすることができ、また、全体として放射形状(蜘蛛の巣形状)等とすることができる。
【0038】
また、パッチ素子11が可視光透過性を有しているものとするために、パッチ素子11を可視光透過性を有する薄膜導電体(薄膜金属)から形成することができる。そして、この薄膜導電体を前記板部材16に形成することでパッチ素子11を薄く、所定の形状に形成することができる。この場合、薄膜導電体の厚さを1μm以上であり100μm以下とするのが好ましく、これにより、可視光透過性を有するものとなる。
【0039】
パッチ素子11を板部材16に形成する方法として、以下のものがある。パッチ素子11を単独で形成し、これを板部材16に貼り付ける。この場合、パッチ素子11を板部材16に粘着部材(粘着テープ)によって接着する。または、板部材16に対して金属蒸着を行なうことでパッチ素子11を形成してもよい。または、板部材16に対して印刷によってパッチ素子11を形成してもよい。または、板部材16に対して金属メッキを施してパッチ素子11を形成してもよい。
【0040】
グランド素子12は金属板から形成されている。そして、パッチ素子11及びグランド素子12の材質としては、導電性があり、導電率の高い材料が好ましく、例えば、銅、真鍮などの銅合金、アルミが好ましく、鉄、ニッケル又はその他の金属とすることもできる。また、高周波は表面に電流が流れることから、板部材16に金属蒸着したものや、金属メッキ(金や銀のメッキ)を施したものでもよい(図示せず)。
なお、光学ユニット2の収容部材6は、鋼板、アルミ又は樹脂製である。カバー部材9は、レンズであり、ガラス又は樹脂製である。
なお、ここではカバー部材9を凹凸の曲面としたが、信号灯器1がLED灯器であれば、カバー部材9をレンズではなく、平面なガラス等の平板とすることもできる。
【0041】
アンテナ4を光学ユニット2に内蔵したアンテナ内蔵型信号灯器の他の実施形態を説明する。図8は、この信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。この信号灯器は前記実施形態と同様に、光学ユニット2と、アンテナ4とを備えており、光学ユニット2は、LED7が実装されている基板8と、可視光透過性を有しLED7を前方で覆うカバー部材9とを有している。そして、アンテナ4は、カバー部材9からLED7の前端39までの範囲Aに設けられているパッチ素子11と、このパッチ素子11の後方にあるグランド素子12とを有しており、パッチ素子11は可視光透過性を有している。
【0042】
図8の実施形態と前記実施形態(図4)との相違点は、パッチ素子11の取り付け構造であり、その他の構成は同様である。すなわち、カバー部材9の後面9aにパッチ素子11が形成されている。つまり、パッチ素子11はカバー部材9の後面9aに引っ付いて形成されている。この場合、パッチ素子11は、カバー部材9の凹曲面に沿った曲面形状のものである。
【0043】
さらに、アンテナ内蔵型信号灯器の別の実施形態について説明する。図9はこの信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。図9の実施形態と前記実施形態(図4)との相違点は、パッチ素子11の取り付け構造及びグランド素子12の位置である。パッチ素子11の取り付け構造は、図8と同じであり、カバー部材9の後面9aにパッチ素子11が形成されている。
そして、グランド素子12は、LED7の前端39よりも前方に設けられている。
【0044】
この場合、グランド素子12についても、可視光透過性を有している。グランド素子12をパッチ素子11と同じ構成とすることにより、可視光透過性を有するものとすることができる。すなわち、グランド素子12は、メッシュ構造乃至外形枠構造による導電体からなる。また、グランド素子12は、可視光透過性を有する薄膜導電体からなるものとすることができる。
さらに、図4のパッチ素子11を板部材16に形成している場合と同様に、図9において、光学ユニット2は、可視光透過性のある板部材17(図9の二点鎖線)を有しており、グランド素子12をこの板部材17の前面又は後面に形成することができる。なお、板部材17に対するグランド素子12の形成方法は、前記パッチ素子11の場合と同様である。
【0045】
この図9の実施形態では、グランド素子12がLED7の前端39よりも前方に設けられているが、グランド素子12は可視光透過性を有しているため、LED7の前端39から前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。なお、この場合、図4のグランド素子12に必要であった孔14は不要となる。
また、他の形態として、LED基板8に形成した回路配線(配線パターン部)を、前記グランド素子として使用(兼用)することもできる。
【0046】
アンテナ内蔵型信号灯器のさらに別の実施形態を説明する。図10は、この信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。
図10の実施形態と図4の前記実施形態との相違点は、カバー部材9の形態及びパッチ素子11の取り付け構造であり、その他の構成は同様である。すなわち、図10では、カバー部材9の前面9bは凸曲面であるが、その後面9aは平面である。そして、このカバー部材9の後面9aに、パッチ素子11が形成されている。つまり、パッチ素子11はカバー部材9の平坦な後面9aに引っ付いて形成されている。
また、図示しないが、図10のカバー部材9を、前方の前層部と、これの後方にある後層部との2層構造とし、前層部と後層部との間にパッチ素子11を設け、後層部の後面にグランド素子12を設けてもよい。
【0047】
以上の各実施形態では、パッチ素子11及びグランド素子12は、前記空間部Sのうちの前空間部S1に設けられている。
また、図8と図9と図10の実施形態では、パッチ素子11をカバー部材9の後面9aに設けているが、表面9bに設けてもよい(図示せず)。この場合、表面9bに形成したパッチ素子11の上にさらに保護用のカバーシート(図示せず)を被せて設けるのが好ましい。このカバーシートは可視光透過性を有するものである。
【0048】
以上のようにカバー部材9の後面9a(又は前面9b)にパッチ素子11を設ける場合、前記図4の実施形態において板部材16にパッチ素子11を形成したのと同様に、パッチ素子11を薄く所定の形状に形成することが容易となる。また、パッチ素子11を形成するための別部材が不要となる。また、パッチ素子11及びグランド素子12をカバー部材9の面に形成する方法は、パッチ素子11を板部材16に形成する方法と同様である。
【0049】
アンテナ内蔵型信号灯器のさらに別の実施形態を説明する。図11は、この信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。図11の実施形態と前記図4の実施形態との相違点は、グランド素子12の位置であり、その他の構成は同様である。このグランド素子12は、基板8の後方に設けられている。このグランド素子12は、基板8の後方に設けた第2の支持部材13bによって支持されかつ固定されている。
【0050】
パッチ素子11は、前空間部S1であって、LED7の前端39よりも前方に設けられているが、グランド素子12は、後空間部S2に設けられている。そして、この実施形態によれば、所望の性能となるパッチアンテナ4とするため、パッチ素子11とグランド素子12との間に、前後方向の所定の広い間隔を設けることができる。つまり、前記のとおり、使用周波数を715MHz〜725MHzとするために、グランド素子12とパッチ素子11との前後方向の間隔を所定の値(10〜40mm)に確保し易くなる。
【0051】
図12は、さらに別のアンテナ内蔵型信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している正面図である。図12では、パッチ素子11の輪郭形状を矩形としている。また、このパッチ素子11の対向する二辺が左右方向であり、別の対向する二辺を上下方向としている。そして、同軸ケーブル15aによるアンテナ4(パッチ素子11)への給電点を、その上縁でかつ左右方向の中央部(又は下縁でかつ左右方向の中央部:つまりX軸上)とすることで、電界の面を垂直偏波(X軸方向の偏波)としている。なお、図示しないが、同軸ケーブル15aによるアンテナ4(パッチ素子11)への給電点を、右側縁(又は左側縁)でかつ上下方向の中央部(Y軸上)とすることで、電界の面を水平偏波(Y軸方向の偏波)とすることができる。
【0052】
図13は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ4のパッチ素子11の輪郭形状は矩形であり、また、X軸上とY軸上との二つの給電点(同軸ケーブル15a)を有している。この場合、垂直偏波及び水平偏波のデュアル偏波のパッチアンテナとすることができる。さらに、この形態において、二つの同軸ケーブル15aに、同振幅で90°位相差の信号を入力することにより、円偏波のアンテナとして利用することができる。また、これらをスイッチ等によって動的に切り替えられるような構成としても良い。
【0053】
図14は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ4のパッチ素子11の輪郭形状は矩形であり、パッチ素子11は、対向する二辺及び別の対向する二辺がそれぞれ傾斜するように設けられている。そして、隣り合う二辺のそれぞれの中央部に給電点(同軸ケーブル15a)が設けられている。この場合、+45°偏波及び−45°偏波のデュアル偏波のパッチアンテナとすることができる。さらに、この形態において、二つの同軸ケーブル15aに、同振幅で90°位相差の信号を入力することにより、円偏波のアンテナとして利用することができる。
【0054】
図15は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ4のパッチ素子11の輪郭形状は矩形であり、このパッチ素子11の対向する二辺が左右方向であり、別の対向する二辺を上下方向としている。そして、このパッチ素子11の隅部(対角線上)に給電点(同軸ケーブル15a)が一つ設けられている。この場合、円偏波のアンテナとすることができる。
【0055】
図16は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ4のパッチ素子11の輪郭形状は、矩形から一対の対角部を直線的に切り取った形状(六角形状)である。そして、同軸ケーブル15aによるパッチ素子11への給電点を、Y軸上としている。これにより、円偏波のアンテナとすることができる。
【0056】
図17は、さらに別の形態であり光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。この図17の形態では、アンテナ4は、前記グランド素子12及び前記パッチ素子11(第1パッチ素子11)の他に、第2パッチ素子21をさらに有している。この第2パッチ素子21は、第1パッチ素子11とカバー部材9との間に配置されている。第2パッチ素子2は、支持部材13によって所定の位置に支持され、固定されている。または、第2パッチ素子2をカバー部材9の後面9a又は表面9bに設けてもよい(図示せず)。つまり、この第2パッチ素子21についても、光学ユニット2に組み込まれている。
【0057】
これにより、第1パッチ素子11と第2パッチ素子12とは前後方向に対面して設けられる。第1パッチ素子11は同軸ケーブル15aによって給電される給電素子であるが、第2パッチ素子21は、同軸ケーブル15aによって給電されない無給電素子である。このように、パッチ素子を二層とすることにより、広帯域な周波数特性を得ることができる。
また、他の形態として、LED7の基板8に形成した回路配線(配線パターン部)を、前記グランド素子としてもよい。つまり、基板8を、LED7用の配線部及びグランド素子10として兼用してもよい。
【0058】
以上の各実施形態によれば、パッチ素子11及びグランド素子12を有するアンテナ4は光学ユニット2に組み込まれたものとなる。なお、図1の信号灯器1は三つの光学ユニット2を有しており、それぞれの光学ユニット2にアンテナ4が組み込まれている。これにより、アンテナ4を目立たなくして信号灯器1に設置することができ、道路の美観を損なうことがない。
そして、アンテナ4が信号灯器1の光学ユニット2に組み込まれていることから、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、パッチ素子11はLED7の前端39よりも前方に設けられているが、パッチ素子11は可視光透過性を有しているため、LED7による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
さらに、アンテナ4が露出した状態(突出した状態)にないため、信号灯器1を取り付けるための支柱40及びアーム41(図1)の設計において、アンテナ4が受ける風荷重を追加的に考慮する必要がない。また、アンテナ4に対する防錆、防塵についても追加的に考慮する必要がない。
【0059】
また、交通用の信号灯器1は、車両のドライバによる視認性を考慮して道路に設置されているため、各実施形態の信号灯器を道路の所定位置に設置することで、アンテナ4と車両の車載機との間で無線通信を行なう上で、見通しが良好な状態が自然と得られる。これにより、この信号灯器1の光学ユニット2に組み込んだアンテナ4を、路車間で無線通信を行なう高度道路交通システム(ITS)に活用することができ、また、良好な通信状態が得られる。
【0060】
全体構成は図2〜4に示したものであって、パッチ素子11を矩形とした場合(図5)のアンテナ内蔵型光学ユニット2のモデルにおける、VSWR特性及び指向性について説明する。
図18は、このモデルにおいて、周波数を720MHzにチューニングした場合のVSWRを示したグラフである。なお、図18では、光学ユニット2のモデルとして、基板8にはLEDが設けられておらず、グランド素子12には前記孔14が形成されていないものとしている。しかし、このモデルによるVSWR特性と指向性とについては、グランド素子12に孔14を形成したアンテナ4による特性と同等である。
【0061】
図5を参考にして説明すると、この光学ユニット2において、パッチ素子11は左右方向の長さが201mm、上下方向の長さが173mmの矩形であり、メッシュ構造を有している。メッシュ構造は径(幅)が1mmである銅線によって構成され、ピッチ(メッシュの間隔)を左右方向に20mmとし、上下方向に21.5mmとして編んだ網目状金属素子によるものである。グランド素子12は円形(φ295mm)の銅板であり、正面視円形の光学ユニット2の中心線と同心状に配置されている。そして、同軸ケーブル15aの給電点を、上縁でかつ左右方向の中央部(前記中心線から上に85mm離れた位置)としている。グランド素子12は基板8上に設けられており、パッチ素子11とグランド素子12との前後方向の間隔が23.3mmである。また、基板8はガラスエポキシであり、カバー部材9は厚さが2mmのポリカーボネート製であり、半径500mmの球面形状を有するレンズである。
【0062】
図18に示しているように、このアンテナ内蔵型光学ユニット2において、周波数715MHz〜725MHzの間におけるVSWRは、1.4未満であり、良好なものとなっている。
また、図19及び図20は、このアンテナ内蔵型光学ユニット2における水平面の指向性及び垂直面の指向性を示している。指向性の最大点で約9dBのゲインとなっており、この最大点から3db低下する範囲は、水平面で76°(図19参照)、垂直面で60°(図20参照)の角度を有しており、高度道路交通システム(ITS)において車載機と無線通信するために充分なビーム幅を有している。
【0063】
また、参考として、図2〜図4に示した円形のパッチ素子11を有するアンテナ内蔵型光学ユニット2のモデルにおける、VSWR特性及び指向性について説明する。
図21は、このモデルにおいて、周波数を720MHzにチューニングした場合のVSWRを示したグラフである。なお、図21では、光学ユニット2のモデルとして、パッチ素子11は銅板(厚さ1mm)からなり可視光透過性を有していないものであり、また、基板8にはLEDが設けられておらず、グランド素子12には前記孔14が形成されていないものである。しかし、このモデルによるアンテナ4のVSWR特性と指向性とについては、パッチ素子11を可視光透過性としかつグランド素子12に孔14を形成したアンテナ4による特性と同等である。
【0064】
この光学ユニット2において、パッチ素子11は円形(φ215.5mm)の銅板であり、グランド素子12は円形(φ295mm)の銅板であり、これらを正面視円形の光学ユニット2の中心線と同心状に配置している。そして、同軸ケーブル15aの給電点を前記中心線から95.1mm離れた上縁部としている。グランド素子12は基板8上に設けられており、パッチ素子11とグランド素子12との前後方向の間隔が28.7mmである。また、基板8はガラスエポキシであり、カバー部材9は厚さが2mmのポリカーボネートであり、半径500mmの球面形状を有するレンズである。
【0065】
図21に示しているように、このアンテナ内蔵型光学ユニット2において、周波数715MHz〜725MHzの間におけるVSWRは、1.4未満であり、良好なものとなっている。
また、図22及び図23は、このアンテナ内蔵型光学ユニット2における水平面の指向性及び垂直面の指向性を示している。指向性の最大点で約9dBのゲインとなっており、この最大点から3db低下する範囲は、水平面で80°(図22参照)、垂直面で60°(図23参照)の角度を有している。
以上より、高度道路交通システム(ITS)において車載機と無線通信するために充分なビーム幅を有している。
【0066】
なお、本実施例に記載の交通信号灯器1を制御する制御装置5(交通信号制御機)は、アンテナ4を介して、交通信号灯器1を設置した道路もしくは近傍の道路等を走行する車両に対して、前記交通信号灯器1の現在及び将来の表示に関する信号情報を提供することができる。
信号情報としては、交通信号灯器1が表示する現在もしくは将来の信号灯色に関する情報を指し、各信号灯色の表示継続予定期間や表示する順序等に関する情報等を含むものである。
例えば、現在表示している灯色は青信号でその継続予定時間は5秒であり、その次に表示する灯色は黄信号でその継続予定時間は8秒であり、その次に表示する灯色は右折青矢印灯でその継続予定時間は5乃至10秒である、といった情報を所定の形式で表現して含ませると良い。なお、提供するのは現在表示している灯色とその継続時間だけとしても良いし、1サイクル分の情報をまとめて提供するようにしても良い。また、これらの情報に加えて、地点感応制御を実施している地点では、当該制御に関するパラメータ情報や制御を実施する時間帯の情報等を含ませても良い。
【0067】
そして、前記信号情報を受信した車両側の車載コンピュータは、停止線までの距離と車両の走行速度や加速度等から、停止線に到着するまでの所要時間を推定した上で、当該所要時間経過後の信号灯色を推定することができる。そして、例えば現時点で青信号を表示していたとしても、停止線に到着する時点で信号灯色が赤信号と予測されるような場合には、安全に停止線の手前で停止するように、車載コンピュータは制御すれば良い。逆に、減速しなければ安全に交差点を通過できると判断できるような場合には、速度を維持するように制御すれば良い。
また、車載コンピュータは、車載装置の主導による制御のみならず、ブレーキアシストなど、ドライバの運転動作を補助する動作をしても良い。
また、車載コンピュータは、前記判断の結果を車両の搭乗者に対して、音声や画像情報によって通知するようにしても良い。例えば、「間もなく信号が変わるので停止すべきである」といった内容の音声をドライバに向けて発したり、ヘッドアップディスプレイやナビゲーション装置の画面上に文字や図柄で表示しても良い。
【0068】
また、この発明の灯器は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、信号灯器は車両用以外にも、歩行者用のものであってもよい。また、信号灯器が有する発光体はLED以外に電球であってもよい。また、前記各実施形態ではグランド素子12を円形としたが、これ以外に矩形とすることもできる。また、この発明は、信号灯器以外に道路の照明用の照明灯器であってもよい。この場合、発光体として水銀灯やナトリウムランプがある。
【図面の簡単な説明】
【0069】
【図1】この発明の灯器の実施の一形態を示す正面図である。
【図2】光学ユニットの斜視図である。
【図3】光学ユニットの正面図である。
【図4】光学ユニットの断面図である。
【図5】アンテナを内蔵している光学ユニットの斜視図である。
【図6】メッシュを粗くしたアンテナを内蔵している光学ユニットの斜視図である。
【図7】パッチ素子を外形枠構造としたアンテナを内蔵している光学ユニットの斜視図である。
【図8】他の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。
【図9】別の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。
【図10】さらに別の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。
【図11】さらに別の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。
【図12】さらに別の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図13】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図14】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図15】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図16】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図17】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図18】パッチ素子をメッシュ構造とした場合のアンテナによるVSWRを示したグラフである。
【図19】水平面の指向性を示しているグラフである。
【図20】垂直面の指向性を示しているグラフである。
【図21】パッチ素子を円形とした場合のアンテナによるVSWRを示したグラフである。
【図22】水平面の指向性を示しているグラフである。
【図23】垂直面の指向性を示しているグラフである。
【符号の説明】
【0070】
1 信号灯器(灯器)
2 光学ユニット
3 筐体
4 アンテナ
5 制御装置(交通信号制御機)
6 収容部材
7 LED(発光体)
8 基板
9 カバー部材
11 パッチ素子
12 グランド素子
14 孔
15 同軸ケーブル
16 板部材
【技術分野】
【0001】
この発明は灯器に関するものであり、特に道路に設置される交通信号灯器、交通信号制御機、及び、この灯器に設けられるアンテナユニットに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、交通安全の促進や交通事故の防止を目的として、高度道路交通システム(ITS:Intelligent Transport System)が提案されている。このITSでは、道路に通信装置(インフラ装置)が設置されており、この通信装置のアンテナから発せられた情報を、道路を走行する車両の車載機が受信し、この情報を活用することにより、車両の走行についての安全性を向上させることができる(特許文献1参照)。
このような路車間通信を無線によって行なう場合、無線通信の見通しを確保する観点から、歩道等に設置した支柱から車道側にアームを張り出し、このアーム上に通信装置のアンテナを取り付けている。また、前記アームを設けなくても見通しが確保できる場合、前記支柱にアンテナを取り付けることが可能となる。
【0003】
【特許文献1】特許第2806801号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記通信装置のアンテナを道路に設置するために、アンテナ専用の支柱を新たに設けることは経済的でなく、また、道路の美観の点でも好ましくない。
そこで、道路には車両感知器や光ビーコンのヘッド等が設置されているため、これらを取り付けている支柱やアームにアンテナを併設することが考えられる。しかし、この場合においても、美観の点で好ましくない。
【0005】
そこで、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路の美観を損なうことのない新たな技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記目的を達成するためのこの発明の灯器は、発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナとを備え、前記パッチ素子は可視光透過性を有しているものである。
【0007】
本発明によれば、パッチ素子及びグランド素子を有するアンテナを灯器の光学ユニットに組み込ませ、アンテナを目立たなくすることができる。さらに、アンテナを灯器の光学ユニットに組み込ませることで、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、パッチ素子は発光体の前端よりも前方に設けられているが、パッチ素子は可視光透過性を有しているため、発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
なお、ここにいうパッチ素子における可視光透過性とは、パッチ素子の導電体部分(導体部分)が透明又は半透明である場合のみならず、パッチ素子を構成する導電体部分は可視光を遮断するが、パッチ素子の導電体部分が設けられていない部分を可視光がすり抜けて、パッチ素子の後方において発光された可視光がパッチ素子の前方に到達する状態をも含む。
【0008】
また、前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記発光体の前端よりも前方に設けられており、可視光透過性を有している構成とすることができる。この場合、グランド素子は発光体の前端よりも前方に設けられているが、グランド素子は可視光透過性を有しているため、発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
【0009】
または、前記光学ユニットは、前記発光体が前面に実装された基板を有し、前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記基板の後方に設けられていてもよい。この場合、アンテナが所望の性能を有するように、パッチ素子とグランド素子との間に、前後方向の所定の間隔を設けることができる。
【0010】
または、前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前後方向について前記基板と前記発光体の前端との間に設けられていてもよい。この場合、グランド素子は発光体の前端よりも後方となるため、グランド素子が発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
また、この場合において、前記光学ユニットは、発光ダイオードからなる前記発光体を複数有し、前記グランド素子は、面状であって、前記発光ダイオードを挿通させる開口部を有しているのが好ましい。これにより、グランド素子が発光ダイオードに干渉することがないように、グランド素子の開口部に発光ダイオードを挿し入れ、グランド素子を所定の位置に設けることができる。
なお、前記開口部の構成としては、グランド素子に孔をあけてグランド素子と干渉しないように発光ダイオードを配置することもできるし、孔は設けていないが、例えばグランド素子の導電体部分(導体部分)を蛇行状に配置して(導電体部分を一筆書きになるように配置して)、グランド素子と干渉しないように発光ダイオードを配置することもできる。
【0011】
また、前記パッチ素子は、可視光透過用の開口を有する導電体からなる構成とすることができる。例えば、パッチ素子をメッシュ構造又は枠構造とすることで可視光透過性を有する。
また、前記パッチ素子は、可視光透過性を有する薄膜導電体からなる構成とすることができる。これにより、パッチ素子は可視光透過性を有する。
【0012】
また、前記カバー部材と前記発光体の前端との間に設けられた可視光透過性のある板部材を備え、前記パッチ素子はこの板部材に形成されているのが好ましい。この場合、パッチ素子を薄く、所定の形状に形成することが容易となる。
または、前記パッチ素子は、前記カバー部材に形成されているのが好ましい。この場合、パッチ素子を薄く、所定の形状に形成することが容易となる。また、パッチ素子を形成するための別部材が不要となる。
【0013】
また、本発明の交通信号灯器は、発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナとを備え、前記パッチ素子は可視光透過性を有しているものである。
【0014】
本発明によれば、パッチ素子及びグランド素子を有するアンテナを灯器の光学ユニットに組み込ませ、アンテナを目立たなくすることができる。さらに、アンテナを灯器の光学ユニットに組み込ませることで、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、パッチ素子は発光体の前端よりも前方に設けられているが、パッチ素子は可視光透過性を有しているため、発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
また、交通信号灯器は、車両のドライバによる視認性を考慮して道路に設置される。このため、この信号灯器を道路の所定の位置に設置すれば、前記アンテナと車両の車載機との間で無線通信を行なう上で、見通しが良好な状態が得られる。
【0015】
また、本発明は、前記交通信号灯器に接続され、前記交通信号灯器の点灯および消灯を行う交通信号制御機であって、前記アンテナを介して、前記交通信号灯器の設置された道路上を走行する車両に対して、現在及び将来の前記交通信号灯器の表示に関する信号情報を送信するように構成されているものである。
【0016】
また、本発明は、発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットに組み込まれる灯器用のアンテナユニットであって、前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられるパッチ素子と、このパッチ素子の後方に設けられるグランド素子とを有している。
本発明によれば、パッチ素子及びグランド素子を有するアンテナユニットを、灯器の光学ユニットに組み込ませることで、アンテナユニット(パッチ素子及びグランド素子)を目立たなくすることができる。さらに、アンテナを灯器の光学ユニットに組み込むため、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、アンテナを光学ユニットに組み込んだ際に、パッチ素子は発光体の前端よりも前方に設けられるが、パッチ素子は可視光透過性を有しているため、発光体による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
【発明の効果】
【0017】
この発明によれば、アンテナは灯器の光学ユニットに組み込まれるため、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路の美観を損なうことがない。さらに、アンテナを光学ユニットに組み込んでも、発光体による発光の妨げとなることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1はこの発明の灯器の実施の一形態を示す正面図である。図1の灯器は道路に設置される交通信号灯器1(以下、単に信号灯器という)であり、車両用のものである。
歩道等の路側に支柱40が設置され、この支柱40から車道側にアーム41が張り出されて設けられており、このアーム41に信号灯器1が取り付けられている。
【0019】
信号灯器1は、複数(図例では三つ)の光学ユニット2と、これら光学ユニット2を組み込んでいる筐体3とを有している。三つの光学ユニット2は、赤、黄、青の灯光色を有している。各光学ユニット2にはひさし(図示せず)が取り付けられる。
また、支柱40には、信号灯器1を制御する制御装置5が取り付けられている。なお、信号灯器1の設置構造は図示しているもの以外であってもよく、図示しないが前記支柱40及び前記アーム41の形態が異なっていてもよく、また、信号灯器1が歩道橋に架設されたものであってもよい。また、制御装置5は、信号灯器1の筐体3内に設けられたものであってもよい。
なお、信号灯器1の点灯等を制御する制御装置5が、後述するアンテナ4を介した無線通信制御を行うように構成することができるが(あるいは無線通信制御を行う装置を同一筐体内に内蔵させることができるが)、別々の装置としても良い。別々とする場合、前記無線通信制御を行う装置は、信号灯器1の点灯等を制御する制御装置の近傍(同一の支柱40)に設置することが好ましい。
【0020】
図2、図3及び図4は、一つの光学ユニット2の斜視図、正面図及び断面図である。光学ユニット2は、発光体としての発光ダイオード7(以下LEDという)と、複数のLED7が前面8aに実装された基板8と、収容部材6と、カバー部材9とを有している。基板8は、その裏面に配線パターンが形成されており、LED7の端子37と繋がっている。基板8上には複数のLED7が面状に広がって配設されている。
LED7はレンズ部38を有し、このレンズ部38内にLED素子(図示せず)が設けられている。
【0021】
収容部材6は、底部(底壁)6aと、この底部6aの周縁から立設した側部(側壁)6bとを有している皿形状であり、前方に開口している。その開口側である前部に、カバー部材9が取り付けられている。これにより、収容部材6とカバー部材9との間に収容空間部Sが形成されており、この収容空間部SにLED7及び基板8が収容されている。そして、基板8は収容部材6に固定されている。収容空間部Sのうち、基板8よりも前方を前空間部S1とし、基板8よりも後方を後空間部S2としている。
【0022】
カバー部材9は可視光透過性を有しており(可視光に対して透明であり)複数のLED7を前方で覆っている。なお、この光学ユニット2において、前方とは光の投光側であり(カバー部材9側であり)、後方とは収容部材6の底部6a側である。
【0023】
そして、この光学ユニット2にアンテナ4が組み込まれている。アンテナ4はパッチアンテナであり、パッチ素子11とグランド素子12とを有している。すなわち、図4において、パッチ素子11とグランド素子12とが、前記光学ユニット2内に、つまり前記収容空間部Sに、格納(収容)されている。
【0024】
パッチ素子1は、円形の平面状に形成されており、基板8から前方へ立設した支持部材13によって支持されかつ固定されている。支持部材13は絶縁部材からなる。そして、パッチ素子11は、カバー部材9からLED7の前端39までの範囲Aに設けられている。また、図4において、カバー部材9は、その後面(背面)9aが凹曲面であって、前面9bが凸曲面であり、パッチ素子11はカバー部材9の後面9aから後方に離れて設けられている。なお、パッチ素子11の輪郭は円形以外に矩形であってもよい(図5参照)。
なお、ここではカバー部材9を凹凸の曲面としたが、信号灯器1がLED灯器であれば、平面とすることもできる。
【0025】
グランド素子12は、円形の平面状(平板状)に形成されており、基板8の前面8aにおいて当該基板8に取り付けられている。例えば、グランド素子12は、収容部材6に基板8と共にネジによって共締めされる。またはグランド素子12は、基板8に立設させた前記支持部材13によって支持されかつ固定されていてもよい。そして、このグランド素子12は、パッチ素子11の後方であって、前後方向について基板8とLED7の前端39との間に設けられている。また、グランド素子12の輪郭形状はパッチ素子11の輪郭形状よりも大きくなっている。
【0026】
これにより、グランド素子12とパッチ素子11とが、前空間部S1内に設けられ、パッチ素子11は、基板8の前面8aからLED7の前端39までの範囲Aに設けられ、グランド素子12はパッチ素子11の後方に設けられた状態となる。そして、グランド素子12とパッチ素子11とが、前後方向に対向した配置となり、このアンテナ4の指向性は信号灯器1から前方へ向かう方向となる。すなわち、光学ユニット2による投光方向と、アンテナ指向性とを略一致させることができ、信号灯器1は車両に対して見通しが良い位置に設置されることから、このアンテナ指向性によって、車両の車載機(図示せず)との間で、良好な通信状態が得られる。
【0027】
また、このアンテナ4が格納された信号灯器1を、路車間で無線通信を行なう高度道路交通システム(ITS)に利用するために、使用周波数を715MHz〜725MHzと設定する場合、グランド素子12とパッチ素子11との前後方向の間隔を10〜40mmに設定することができる。なお、これはグランド素子12とパッチ素子11との間に、空気が介在している場合である。
なお、グランド素子12とパッチ素子11との前後方向の間隔は、パッチ素子11の外周の直径が170mm〜230mm程度で、孔の大きさが10mm〜25mm程度である場合には、20〜30mm程度が好ましい。また、孔の大きさが25〜35mm程度であれば、10〜25mm程度が好ましい。すなわち、パッチ素子11の表面の面積が小さいほどグランド素子12との前後方向の間隔は狭くする方が良く、表面積が大きいほどグランド素子12との間隔を広げると良い。
【0028】
また、この図4の実施形態では、基板8の前面8aからLED7の前端39までの距離が小さくても、パッチ素子11をこの前端39よりも前方に配置することができるため、グランド素子12とパッチ素子11との前後方向の間隔を所望の値に設定しやすい。
グランド素子12とパッチ素子11との間が空気のみによって絶縁されている場合、両者の間隔は20〜30mm程度であるが、グランド素子12とパッチ素子11との間に絶縁部材として樹脂板が設けられていてもよく(図示せず)、この場合、両者間の誘電率が変化するため両者の間隔を前記値よりも小さくすることができる。この絶縁部材としては、例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、フッ素樹脂板、ガラスエポキシ、FRP又はポリアセタール板がある。
また、グランド素子12とパッチ素子11とは平行に配置されていてもよいが、アンテナ指向性を調整するために、パッチ素子11及びグランド素子12の一方又は双方が、基板8に対して傾いて配置されていてもよい。
なお、信号灯器1はドライバへの視認性に鑑みて、通常、基板8自体を少し下方に傾けて設置してある。そのため、パッチ素子11及びグランド素子を基板8に平行に取り付けることによって、アンテナ4の指向性も下方に向くが、路車間での無線通信領域を限定的としたり確実性を増したりすることを目的として、基板8よりもさらに下方に傾けるようにしても良い。
【0029】
また、グランド素子12とLED7とは前後方向の位置について重複していることから、グランド素子12には、LED7(LED7のリード線)を挿通させる開口部として複数の孔14が形成されている。この孔14の配置は、LED7の配置と一致させてあり、グランド素子12は網目構造となっている。
これにより、グランド素子12がLED7に干渉することがないように、グランド素子12の孔14にLED7を挿し入れ、グランド素子12を所定の位置に設置することができる。そして、この形態によれば、グランド素子12はLED7の前端39よりも後方となるため、グランド素子12がLED7による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
なお、グランド素子12に形成している前記開口部の構成としては、図示しているように、素子に孔14をあけて素子と干渉しないようにLED7を配置することができ、または、図示しないが、孔は設けていないが、例えば素子の導電体部分(導体部分)を蛇行状に配置して(導電体部分を一筆書きになるように配置して)、素子と干渉しないようにLED7を配置することもできる。
【0030】
収容部材6(底部6a)には、アンテナ4用の同軸ケーブル15を接続させる端子部19が取り付けられており、この端子部19に、図1の制御装置5から延びる同軸ケーブル15を接続することができる。そして、この端子部19から後空間部S2へ延びる同軸ケーブル15aが、アンテナ4と接続されている。同軸ケーブル15aは、内導体15b、絶縁体15c、外導体15d及び被覆部15eを有しており、この同軸ケーブル15aの内導体15bがパッチ素子11に接続されており、外導体15dがグランド素子12に接続されている。なお、内、外導体15b,15dと各素子11,12(各素子の導電体部分)とを半田によって接続し固定することができるが、半田以外の方法であってもよい。
なお、図1の制御装置5から延びるLED7用の電源ケーブル(図示せず)が、収容部材6の底部6aに取り付けた端子部(図示せず)を介して、LED用基板8と接続されている。
【0031】
以上の形態によれば、前記パッチ素子11、前記グランド素子11、及び、パッチ素子11をカバー部材9からLED7の前端39までの範囲に設けるための支持部材(取付部)13によって、アンテナユニットが構成されており、このアンテナユニットが、信号灯器1に組み込まれたものとなっている。
【0032】
図5はアンテナ4を内蔵した光学ユニット2の斜視図である。なお、説明を容易とするために、LED7を省略して図示している。このアンテナ4のパッチ素子11は、輪郭形状を矩形としている。
LED7の前端39よりも前方にあるパッチ素子11は、このLED7の前方への投光を阻害しないように、パッチ素子11の厚さ方向(前後方向)に、可視光透過性を有している(可視光に対して透明である)。具体的に説明すると、パッチ素子11は、可視光透過用の開口を有する導電体からなる。つまり、図5に示しているように、パッチ素子11をメッシュ構造による導電体とすることにより、パッチ素子11は可視光透過性を有している。このように、パッチ素子11をメッシュ構造とするために、導線によって(導線を編んで)形成することができる。
【0033】
このパッチ素子11を、例えば、径(幅)が1mmである導線によってメッシュ構造とする場合、この導線のピッチ(メッシュの間隔)を所定の値として(例えば20mmとして)上下方向及び左右方向に編み、網目状金属素子とすることができる。このピッチが20mmである場合、そのピッチは約1/20波長となり、使用する周波数を約720MHz、波長を約420mmとすることができる。
また、パッチ素子11のメッシュ数(メッシュ粗さ)は変更自在であり、粗くしたものが図6である。このパッチ素子11は、一面を四分割した網目状金属素子からなる。これ以外に、図示しないが、一面を二分割したもの、三分割したもの等であってもよい。
【0034】
メッシュの間隔は、特に限定されないが、1/5波長以下とするのが好ましく、特に1/10波長以下が好ましい。メッシュの間隔が小さい程高い周波数まで対応することができる。
なお、導線の強度を確保するため、導線の径(幅)は0.5mm以上が好ましく、一方で光の透過率を高めるために、2mm以下とすることが好ましい。ただし、導線を樹脂板の上に蒸着させる方法などによって製造する場合には、強度について考慮する必要性が乏しいため、その導線の幅は0.5mm以下であっても良い。
【0035】
また、図7に示しているように、パッチ素子11を外形枠構造(フレーム構造)による導電体とすることにより、可視光透過性を有するものとしてもよい。この外形枠構造は、面状とするパッチ素子11の輪郭部分にのみ導線が設けられて得た構造である。
【0036】
また、パッチ素子11をメッシュ構造乃至外形枠構造とする場合、前記のような導線を利用する以外に、板部材の表面に金属膜(金属薄膜)による網目を形成してもよい。この場合、図4の二点鎖線で示しているように、可視光透過性のある板部材16が、カバー部材9とLED7の前端39との間に設けられており、この板部材16の表面又は裏面(図例では表面)にメッシュ構造乃至外形枠構造であるパッチ素子11を形成してもよい。そして、この板部材16が前記支持部材13に取り付けられている。
【0037】
板部材16としては、例えば透明の樹脂板とすることができる。板部材16は可視光を充分に透過する材料であるのが好ましく、例えば、ポリカードネート、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ガラスなどによれば薄くても強度の面で優れ、また、安価で好ましい。
板部材16を利用する場合の具体例としては、板部材16の面に、例えば線幅10μmであってピッチ(メッシュの間隔)を100μmとする導線部からなる微細なメッシュを形成すればよい。このように板部材16に微細なメッシュを形成する場合、線幅が1μm以上で50μm以下であり、ピッチが50μm以上で1000μm以下とするのが好ましい。
なお、メッシュ形状は、図示したような四角形状に限らず、三角形状、ハニカム形状とすることができ、また、全体として放射形状(蜘蛛の巣形状)等とすることができる。
【0038】
また、パッチ素子11が可視光透過性を有しているものとするために、パッチ素子11を可視光透過性を有する薄膜導電体(薄膜金属)から形成することができる。そして、この薄膜導電体を前記板部材16に形成することでパッチ素子11を薄く、所定の形状に形成することができる。この場合、薄膜導電体の厚さを1μm以上であり100μm以下とするのが好ましく、これにより、可視光透過性を有するものとなる。
【0039】
パッチ素子11を板部材16に形成する方法として、以下のものがある。パッチ素子11を単独で形成し、これを板部材16に貼り付ける。この場合、パッチ素子11を板部材16に粘着部材(粘着テープ)によって接着する。または、板部材16に対して金属蒸着を行なうことでパッチ素子11を形成してもよい。または、板部材16に対して印刷によってパッチ素子11を形成してもよい。または、板部材16に対して金属メッキを施してパッチ素子11を形成してもよい。
【0040】
グランド素子12は金属板から形成されている。そして、パッチ素子11及びグランド素子12の材質としては、導電性があり、導電率の高い材料が好ましく、例えば、銅、真鍮などの銅合金、アルミが好ましく、鉄、ニッケル又はその他の金属とすることもできる。また、高周波は表面に電流が流れることから、板部材16に金属蒸着したものや、金属メッキ(金や銀のメッキ)を施したものでもよい(図示せず)。
なお、光学ユニット2の収容部材6は、鋼板、アルミ又は樹脂製である。カバー部材9は、レンズであり、ガラス又は樹脂製である。
なお、ここではカバー部材9を凹凸の曲面としたが、信号灯器1がLED灯器であれば、カバー部材9をレンズではなく、平面なガラス等の平板とすることもできる。
【0041】
アンテナ4を光学ユニット2に内蔵したアンテナ内蔵型信号灯器の他の実施形態を説明する。図8は、この信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。この信号灯器は前記実施形態と同様に、光学ユニット2と、アンテナ4とを備えており、光学ユニット2は、LED7が実装されている基板8と、可視光透過性を有しLED7を前方で覆うカバー部材9とを有している。そして、アンテナ4は、カバー部材9からLED7の前端39までの範囲Aに設けられているパッチ素子11と、このパッチ素子11の後方にあるグランド素子12とを有しており、パッチ素子11は可視光透過性を有している。
【0042】
図8の実施形態と前記実施形態(図4)との相違点は、パッチ素子11の取り付け構造であり、その他の構成は同様である。すなわち、カバー部材9の後面9aにパッチ素子11が形成されている。つまり、パッチ素子11はカバー部材9の後面9aに引っ付いて形成されている。この場合、パッチ素子11は、カバー部材9の凹曲面に沿った曲面形状のものである。
【0043】
さらに、アンテナ内蔵型信号灯器の別の実施形態について説明する。図9はこの信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。図9の実施形態と前記実施形態(図4)との相違点は、パッチ素子11の取り付け構造及びグランド素子12の位置である。パッチ素子11の取り付け構造は、図8と同じであり、カバー部材9の後面9aにパッチ素子11が形成されている。
そして、グランド素子12は、LED7の前端39よりも前方に設けられている。
【0044】
この場合、グランド素子12についても、可視光透過性を有している。グランド素子12をパッチ素子11と同じ構成とすることにより、可視光透過性を有するものとすることができる。すなわち、グランド素子12は、メッシュ構造乃至外形枠構造による導電体からなる。また、グランド素子12は、可視光透過性を有する薄膜導電体からなるものとすることができる。
さらに、図4のパッチ素子11を板部材16に形成している場合と同様に、図9において、光学ユニット2は、可視光透過性のある板部材17(図9の二点鎖線)を有しており、グランド素子12をこの板部材17の前面又は後面に形成することができる。なお、板部材17に対するグランド素子12の形成方法は、前記パッチ素子11の場合と同様である。
【0045】
この図9の実施形態では、グランド素子12がLED7の前端39よりも前方に設けられているが、グランド素子12は可視光透過性を有しているため、LED7の前端39から前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。なお、この場合、図4のグランド素子12に必要であった孔14は不要となる。
また、他の形態として、LED基板8に形成した回路配線(配線パターン部)を、前記グランド素子として使用(兼用)することもできる。
【0046】
アンテナ内蔵型信号灯器のさらに別の実施形態を説明する。図10は、この信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。
図10の実施形態と図4の前記実施形態との相違点は、カバー部材9の形態及びパッチ素子11の取り付け構造であり、その他の構成は同様である。すなわち、図10では、カバー部材9の前面9bは凸曲面であるが、その後面9aは平面である。そして、このカバー部材9の後面9aに、パッチ素子11が形成されている。つまり、パッチ素子11はカバー部材9の平坦な後面9aに引っ付いて形成されている。
また、図示しないが、図10のカバー部材9を、前方の前層部と、これの後方にある後層部との2層構造とし、前層部と後層部との間にパッチ素子11を設け、後層部の後面にグランド素子12を設けてもよい。
【0047】
以上の各実施形態では、パッチ素子11及びグランド素子12は、前記空間部Sのうちの前空間部S1に設けられている。
また、図8と図9と図10の実施形態では、パッチ素子11をカバー部材9の後面9aに設けているが、表面9bに設けてもよい(図示せず)。この場合、表面9bに形成したパッチ素子11の上にさらに保護用のカバーシート(図示せず)を被せて設けるのが好ましい。このカバーシートは可視光透過性を有するものである。
【0048】
以上のようにカバー部材9の後面9a(又は前面9b)にパッチ素子11を設ける場合、前記図4の実施形態において板部材16にパッチ素子11を形成したのと同様に、パッチ素子11を薄く所定の形状に形成することが容易となる。また、パッチ素子11を形成するための別部材が不要となる。また、パッチ素子11及びグランド素子12をカバー部材9の面に形成する方法は、パッチ素子11を板部材16に形成する方法と同様である。
【0049】
アンテナ内蔵型信号灯器のさらに別の実施形態を説明する。図11は、この信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。図11の実施形態と前記図4の実施形態との相違点は、グランド素子12の位置であり、その他の構成は同様である。このグランド素子12は、基板8の後方に設けられている。このグランド素子12は、基板8の後方に設けた第2の支持部材13bによって支持されかつ固定されている。
【0050】
パッチ素子11は、前空間部S1であって、LED7の前端39よりも前方に設けられているが、グランド素子12は、後空間部S2に設けられている。そして、この実施形態によれば、所望の性能となるパッチアンテナ4とするため、パッチ素子11とグランド素子12との間に、前後方向の所定の広い間隔を設けることができる。つまり、前記のとおり、使用周波数を715MHz〜725MHzとするために、グランド素子12とパッチ素子11との前後方向の間隔を所定の値(10〜40mm)に確保し易くなる。
【0051】
図12は、さらに別のアンテナ内蔵型信号灯器が備えている光学ユニット2及びアンテナ4を示している正面図である。図12では、パッチ素子11の輪郭形状を矩形としている。また、このパッチ素子11の対向する二辺が左右方向であり、別の対向する二辺を上下方向としている。そして、同軸ケーブル15aによるアンテナ4(パッチ素子11)への給電点を、その上縁でかつ左右方向の中央部(又は下縁でかつ左右方向の中央部:つまりX軸上)とすることで、電界の面を垂直偏波(X軸方向の偏波)としている。なお、図示しないが、同軸ケーブル15aによるアンテナ4(パッチ素子11)への給電点を、右側縁(又は左側縁)でかつ上下方向の中央部(Y軸上)とすることで、電界の面を水平偏波(Y軸方向の偏波)とすることができる。
【0052】
図13は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ4のパッチ素子11の輪郭形状は矩形であり、また、X軸上とY軸上との二つの給電点(同軸ケーブル15a)を有している。この場合、垂直偏波及び水平偏波のデュアル偏波のパッチアンテナとすることができる。さらに、この形態において、二つの同軸ケーブル15aに、同振幅で90°位相差の信号を入力することにより、円偏波のアンテナとして利用することができる。また、これらをスイッチ等によって動的に切り替えられるような構成としても良い。
【0053】
図14は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ4のパッチ素子11の輪郭形状は矩形であり、パッチ素子11は、対向する二辺及び別の対向する二辺がそれぞれ傾斜するように設けられている。そして、隣り合う二辺のそれぞれの中央部に給電点(同軸ケーブル15a)が設けられている。この場合、+45°偏波及び−45°偏波のデュアル偏波のパッチアンテナとすることができる。さらに、この形態において、二つの同軸ケーブル15aに、同振幅で90°位相差の信号を入力することにより、円偏波のアンテナとして利用することができる。
【0054】
図15は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ4のパッチ素子11の輪郭形状は矩形であり、このパッチ素子11の対向する二辺が左右方向であり、別の対向する二辺を上下方向としている。そして、このパッチ素子11の隅部(対角線上)に給電点(同軸ケーブル15a)が一つ設けられている。この場合、円偏波のアンテナとすることができる。
【0055】
図16は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ4のパッチ素子11の輪郭形状は、矩形から一対の対角部を直線的に切り取った形状(六角形状)である。そして、同軸ケーブル15aによるパッチ素子11への給電点を、Y軸上としている。これにより、円偏波のアンテナとすることができる。
【0056】
図17は、さらに別の形態であり光学ユニット2及びアンテナ4を示している断面図である。この図17の形態では、アンテナ4は、前記グランド素子12及び前記パッチ素子11(第1パッチ素子11)の他に、第2パッチ素子21をさらに有している。この第2パッチ素子21は、第1パッチ素子11とカバー部材9との間に配置されている。第2パッチ素子2は、支持部材13によって所定の位置に支持され、固定されている。または、第2パッチ素子2をカバー部材9の後面9a又は表面9bに設けてもよい(図示せず)。つまり、この第2パッチ素子21についても、光学ユニット2に組み込まれている。
【0057】
これにより、第1パッチ素子11と第2パッチ素子12とは前後方向に対面して設けられる。第1パッチ素子11は同軸ケーブル15aによって給電される給電素子であるが、第2パッチ素子21は、同軸ケーブル15aによって給電されない無給電素子である。このように、パッチ素子を二層とすることにより、広帯域な周波数特性を得ることができる。
また、他の形態として、LED7の基板8に形成した回路配線(配線パターン部)を、前記グランド素子としてもよい。つまり、基板8を、LED7用の配線部及びグランド素子10として兼用してもよい。
【0058】
以上の各実施形態によれば、パッチ素子11及びグランド素子12を有するアンテナ4は光学ユニット2に組み込まれたものとなる。なお、図1の信号灯器1は三つの光学ユニット2を有しており、それぞれの光学ユニット2にアンテナ4が組み込まれている。これにより、アンテナ4を目立たなくして信号灯器1に設置することができ、道路の美観を損なうことがない。
そして、アンテナ4が信号灯器1の光学ユニット2に組み込まれていることから、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、パッチ素子11はLED7の前端39よりも前方に設けられているが、パッチ素子11は可視光透過性を有しているため、LED7による前方への発光(灯光)の妨げになることを防止することができる。
さらに、アンテナ4が露出した状態(突出した状態)にないため、信号灯器1を取り付けるための支柱40及びアーム41(図1)の設計において、アンテナ4が受ける風荷重を追加的に考慮する必要がない。また、アンテナ4に対する防錆、防塵についても追加的に考慮する必要がない。
【0059】
また、交通用の信号灯器1は、車両のドライバによる視認性を考慮して道路に設置されているため、各実施形態の信号灯器を道路の所定位置に設置することで、アンテナ4と車両の車載機との間で無線通信を行なう上で、見通しが良好な状態が自然と得られる。これにより、この信号灯器1の光学ユニット2に組み込んだアンテナ4を、路車間で無線通信を行なう高度道路交通システム(ITS)に活用することができ、また、良好な通信状態が得られる。
【0060】
全体構成は図2〜4に示したものであって、パッチ素子11を矩形とした場合(図5)のアンテナ内蔵型光学ユニット2のモデルにおける、VSWR特性及び指向性について説明する。
図18は、このモデルにおいて、周波数を720MHzにチューニングした場合のVSWRを示したグラフである。なお、図18では、光学ユニット2のモデルとして、基板8にはLEDが設けられておらず、グランド素子12には前記孔14が形成されていないものとしている。しかし、このモデルによるVSWR特性と指向性とについては、グランド素子12に孔14を形成したアンテナ4による特性と同等である。
【0061】
図5を参考にして説明すると、この光学ユニット2において、パッチ素子11は左右方向の長さが201mm、上下方向の長さが173mmの矩形であり、メッシュ構造を有している。メッシュ構造は径(幅)が1mmである銅線によって構成され、ピッチ(メッシュの間隔)を左右方向に20mmとし、上下方向に21.5mmとして編んだ網目状金属素子によるものである。グランド素子12は円形(φ295mm)の銅板であり、正面視円形の光学ユニット2の中心線と同心状に配置されている。そして、同軸ケーブル15aの給電点を、上縁でかつ左右方向の中央部(前記中心線から上に85mm離れた位置)としている。グランド素子12は基板8上に設けられており、パッチ素子11とグランド素子12との前後方向の間隔が23.3mmである。また、基板8はガラスエポキシであり、カバー部材9は厚さが2mmのポリカーボネート製であり、半径500mmの球面形状を有するレンズである。
【0062】
図18に示しているように、このアンテナ内蔵型光学ユニット2において、周波数715MHz〜725MHzの間におけるVSWRは、1.4未満であり、良好なものとなっている。
また、図19及び図20は、このアンテナ内蔵型光学ユニット2における水平面の指向性及び垂直面の指向性を示している。指向性の最大点で約9dBのゲインとなっており、この最大点から3db低下する範囲は、水平面で76°(図19参照)、垂直面で60°(図20参照)の角度を有しており、高度道路交通システム(ITS)において車載機と無線通信するために充分なビーム幅を有している。
【0063】
また、参考として、図2〜図4に示した円形のパッチ素子11を有するアンテナ内蔵型光学ユニット2のモデルにおける、VSWR特性及び指向性について説明する。
図21は、このモデルにおいて、周波数を720MHzにチューニングした場合のVSWRを示したグラフである。なお、図21では、光学ユニット2のモデルとして、パッチ素子11は銅板(厚さ1mm)からなり可視光透過性を有していないものであり、また、基板8にはLEDが設けられておらず、グランド素子12には前記孔14が形成されていないものである。しかし、このモデルによるアンテナ4のVSWR特性と指向性とについては、パッチ素子11を可視光透過性としかつグランド素子12に孔14を形成したアンテナ4による特性と同等である。
【0064】
この光学ユニット2において、パッチ素子11は円形(φ215.5mm)の銅板であり、グランド素子12は円形(φ295mm)の銅板であり、これらを正面視円形の光学ユニット2の中心線と同心状に配置している。そして、同軸ケーブル15aの給電点を前記中心線から95.1mm離れた上縁部としている。グランド素子12は基板8上に設けられており、パッチ素子11とグランド素子12との前後方向の間隔が28.7mmである。また、基板8はガラスエポキシであり、カバー部材9は厚さが2mmのポリカーボネートであり、半径500mmの球面形状を有するレンズである。
【0065】
図21に示しているように、このアンテナ内蔵型光学ユニット2において、周波数715MHz〜725MHzの間におけるVSWRは、1.4未満であり、良好なものとなっている。
また、図22及び図23は、このアンテナ内蔵型光学ユニット2における水平面の指向性及び垂直面の指向性を示している。指向性の最大点で約9dBのゲインとなっており、この最大点から3db低下する範囲は、水平面で80°(図22参照)、垂直面で60°(図23参照)の角度を有している。
以上より、高度道路交通システム(ITS)において車載機と無線通信するために充分なビーム幅を有している。
【0066】
なお、本実施例に記載の交通信号灯器1を制御する制御装置5(交通信号制御機)は、アンテナ4を介して、交通信号灯器1を設置した道路もしくは近傍の道路等を走行する車両に対して、前記交通信号灯器1の現在及び将来の表示に関する信号情報を提供することができる。
信号情報としては、交通信号灯器1が表示する現在もしくは将来の信号灯色に関する情報を指し、各信号灯色の表示継続予定期間や表示する順序等に関する情報等を含むものである。
例えば、現在表示している灯色は青信号でその継続予定時間は5秒であり、その次に表示する灯色は黄信号でその継続予定時間は8秒であり、その次に表示する灯色は右折青矢印灯でその継続予定時間は5乃至10秒である、といった情報を所定の形式で表現して含ませると良い。なお、提供するのは現在表示している灯色とその継続時間だけとしても良いし、1サイクル分の情報をまとめて提供するようにしても良い。また、これらの情報に加えて、地点感応制御を実施している地点では、当該制御に関するパラメータ情報や制御を実施する時間帯の情報等を含ませても良い。
【0067】
そして、前記信号情報を受信した車両側の車載コンピュータは、停止線までの距離と車両の走行速度や加速度等から、停止線に到着するまでの所要時間を推定した上で、当該所要時間経過後の信号灯色を推定することができる。そして、例えば現時点で青信号を表示していたとしても、停止線に到着する時点で信号灯色が赤信号と予測されるような場合には、安全に停止線の手前で停止するように、車載コンピュータは制御すれば良い。逆に、減速しなければ安全に交差点を通過できると判断できるような場合には、速度を維持するように制御すれば良い。
また、車載コンピュータは、車載装置の主導による制御のみならず、ブレーキアシストなど、ドライバの運転動作を補助する動作をしても良い。
また、車載コンピュータは、前記判断の結果を車両の搭乗者に対して、音声や画像情報によって通知するようにしても良い。例えば、「間もなく信号が変わるので停止すべきである」といった内容の音声をドライバに向けて発したり、ヘッドアップディスプレイやナビゲーション装置の画面上に文字や図柄で表示しても良い。
【0068】
また、この発明の灯器は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、信号灯器は車両用以外にも、歩行者用のものであってもよい。また、信号灯器が有する発光体はLED以外に電球であってもよい。また、前記各実施形態ではグランド素子12を円形としたが、これ以外に矩形とすることもできる。また、この発明は、信号灯器以外に道路の照明用の照明灯器であってもよい。この場合、発光体として水銀灯やナトリウムランプがある。
【図面の簡単な説明】
【0069】
【図1】この発明の灯器の実施の一形態を示す正面図である。
【図2】光学ユニットの斜視図である。
【図3】光学ユニットの正面図である。
【図4】光学ユニットの断面図である。
【図5】アンテナを内蔵している光学ユニットの斜視図である。
【図6】メッシュを粗くしたアンテナを内蔵している光学ユニットの斜視図である。
【図7】パッチ素子を外形枠構造としたアンテナを内蔵している光学ユニットの斜視図である。
【図8】他の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。
【図9】別の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。
【図10】さらに別の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。
【図11】さらに別の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。
【図12】さらに別の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図13】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図14】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図15】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図16】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図17】さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。
【図18】パッチ素子をメッシュ構造とした場合のアンテナによるVSWRを示したグラフである。
【図19】水平面の指向性を示しているグラフである。
【図20】垂直面の指向性を示しているグラフである。
【図21】パッチ素子を円形とした場合のアンテナによるVSWRを示したグラフである。
【図22】水平面の指向性を示しているグラフである。
【図23】垂直面の指向性を示しているグラフである。
【符号の説明】
【0070】
1 信号灯器(灯器)
2 光学ユニット
3 筐体
4 アンテナ
5 制御装置(交通信号制御機)
6 収容部材
7 LED(発光体)
8 基板
9 カバー部材
11 パッチ素子
12 グランド素子
14 孔
15 同軸ケーブル
16 板部材
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、
前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナと、
を備え、
前記パッチ素子は可視光透過性を有していることを特徴とする灯器。
【請求項2】
前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記発光体の前端よりも前方に設けられており、可視光透過性を有している請求項1に記載の灯器。
【請求項3】
前記光学ユニットは、前記発光体が前面に実装された基板を有し、
前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記基板の後方に設けられている請求項1に記載の灯器。
【請求項4】
前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前後方向について前記基板と前記発光体の前端との間に設けられている請求項1に記載の灯器。
【請求項5】
前記光学ユニットは、発光ダイオードからなる前記発光体を複数有し、
前記グランド素子は、面状であって、前記発光ダイオードを挿通させる開口部を有している請求項4に記載の灯器。
【請求項6】
前記パッチ素子は、可視光透過用の開口を有する導電体からなる請求項1〜5のいずれか一項に記載の灯器。
【請求項7】
前記パッチ素子は、可視光透過性を有する薄膜導電体からなる請求項1〜6のいずれか一項に記載の灯器。
【請求項8】
前記カバー部材と前記発光体の前端との間に設けられた可視光透過性のある板部材を備え、前記パッチ素子はこの板部材に形成されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の灯器。
【請求項9】
前記パッチ素子は、前記カバー部材に形成されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の灯器。
【請求項10】
発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、
前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナと、
を備え、
前記パッチ素子は可視光透過性を有していることを特徴とする交通信号灯器。
【請求項11】
発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットに組み込まれる灯器用のアンテナユニットであって、
前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられるパッチ素子と、このパッチ素子の後方に設けられるグランド素子とを有していることを特徴とする灯器用のアンテナユニット。
【請求項12】
請求項10に記載の交通信号灯器に接続され、前記交通信号灯器の点灯および消灯を行う交通信号制御機であって、
前記アンテナを介して、前記交通信号灯器の設置された道路上を走行する車両に対して、現在及び将来の前記交通信号灯器の表示に関する信号情報を送信するように構成されていることを特徴とする交通信号制御機。
【請求項1】
発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、
前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナと、
を備え、
前記パッチ素子は可視光透過性を有していることを特徴とする灯器。
【請求項2】
前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記発光体の前端よりも前方に設けられており、可視光透過性を有している請求項1に記載の灯器。
【請求項3】
前記光学ユニットは、前記発光体が前面に実装された基板を有し、
前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記基板の後方に設けられている請求項1に記載の灯器。
【請求項4】
前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前後方向について前記基板と前記発光体の前端との間に設けられている請求項1に記載の灯器。
【請求項5】
前記光学ユニットは、発光ダイオードからなる前記発光体を複数有し、
前記グランド素子は、面状であって、前記発光ダイオードを挿通させる開口部を有している請求項4に記載の灯器。
【請求項6】
前記パッチ素子は、可視光透過用の開口を有する導電体からなる請求項1〜5のいずれか一項に記載の灯器。
【請求項7】
前記パッチ素子は、可視光透過性を有する薄膜導電体からなる請求項1〜6のいずれか一項に記載の灯器。
【請求項8】
前記カバー部材と前記発光体の前端との間に設けられた可視光透過性のある板部材を備え、前記パッチ素子はこの板部材に形成されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の灯器。
【請求項9】
前記パッチ素子は、前記カバー部材に形成されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の灯器。
【請求項10】
発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、
前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナと、
を備え、
前記パッチ素子は可視光透過性を有していることを特徴とする交通信号灯器。
【請求項11】
発光体と、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットに組み込まれる灯器用のアンテナユニットであって、
前記カバー部材から前記発光体の前端までの範囲に設けられるパッチ素子と、このパッチ素子の後方に設けられるグランド素子とを有していることを特徴とする灯器用のアンテナユニット。
【請求項12】
請求項10に記載の交通信号灯器に接続され、前記交通信号灯器の点灯および消灯を行う交通信号制御機であって、
前記アンテナを介して、前記交通信号灯器の設置された道路上を走行する車両に対して、現在及び将来の前記交通信号灯器の表示に関する信号情報を送信するように構成されていることを特徴とする交通信号制御機。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【公開番号】特開2009−27269(P2009−27269A)
【公開日】平成21年2月5日(2009.2.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−186019(P2007−186019)
【出願日】平成19年7月17日(2007.7.17)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年2月5日(2009.2.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年7月17日(2007.7.17)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【Fターム(参考)】
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