信号機
【課題】信号機からの光を必要な方向にのみ配光し、光を有効利用して低消費電力かつ高輝度の交通用信号機および鉄道用信号機を提供する。
【解決手段】レーザ光を用いて指向性の高い信号機を実現するとともに、エッジライト導光板の偏向溝の形状を工夫することにより所望の配光とする。
【解決手段】レーザ光を用いて指向性の高い信号機を実現するとともに、エッジライト導光板の偏向溝の形状を工夫することにより所望の配光とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてレーザ光を使用した交通信号機および鉄道用信号機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路交通用信号機や鉄道用信号機としては、椀状の反射鏡内に白熱電球を内蔵し、反射鏡の投光開口端を閉じる投光性カバーを青色、黄色、赤色に着色したものが用いられてきた。近年、発光ダイオード（以下ＬＥＤ）の高輝度化に伴い、これらの信号機の光源には発光効率がよく、長寿命のＬＥＤが用いられるようになってきた。
【０００３】
このような信号機において、特に鉄道用信号機では、信号機から出射する光の指向性が求められる。これは、トンネル内などでは信号機の光が散乱すると、目的のレーン以外でも信号を現示しているように見える危険があるためである。
【０００４】
このような課題に対して、視野角を狭くした信号機が提案されている。例えば特許文献１には、ＬＥＤ光源の前に小さい穴径を有するブリンカー（目隠し）を設け、正面に出射した光のみを通過させる構成としている。
【０００５】
また、交通用信号機では消費電力を抑えるとともに、自動車の運転手からみて必要な輝度を確保するために、信号機の配光指向性が必要とされる。ただし、交通用信号機では正面方向の他、下方向へも配光する必要があり、信号機から見て上下非対称な配光特性とするのが望ましい。
【０００６】
このような課題に対して例えば特許文献２では、投光光学系の焦点位置から光源を上方向にずらすとともに光源位置を調整可能とし、やや下向きに光を照射する構成としている。
【特許文献１】特開２００６−１４２８５０号公報
【特許文献２】特開平６−３４９３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の構成では、正面以外に出射する光を遮光しているだけであるので、遮光された光は有効に利用されていない。また、特許文献２に記載の構成では、左右方向の配光特性について記載されていない。すなわち、左右方向の視野角を狭くすれば、信号機の下付近の道路脇からは信号が見えにくいという課題が生じ、逆に左右方向の視野角を広くすれば、信号機から遠方では道路から離れた所まで照明されるので、光の利用に無駄が生じるとともに、近隣の住民にとっても迷惑である。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、信号機からの光を必要な方向にのみ配光し、光を有効利用して低消費電力かつ高輝度の交通用信号機および鉄道用信号機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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の信号機は、レーザ光を出射する光源と、上記光源から出射した光を面状に広げて出射する面発光部と、上記光源からの光を上記面発光部に導く光ファイバと、上記光源の発光、消灯を制御する信号制御部とを備えた構成とする。
【００１０】
このように構成することにより、指向性が高く、高輝度で低消費電力の信号機が実現できる。また光源を発光部と離れた位置に配置できるため、光源の取替え等のメンテナンスが容易である。
【００１１】
このとき、面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光を線状に広げて出射する線状導光部と、上記線状導光部から出射したレーザ光を側面から入射させ一方の主面から出射する導光板とを備え、上記線状導光部は、略平行な光を出射するように構成され、上記導光板は、上記一方の主面の対向面に、入射光を前記一方の主面に向けて偏向する偏向溝を有し、上記偏向溝は光が入射する入射面に対して平行に形成する。このように構成することにより高い指向性が得られ、トンネル内等で誤認を防ぐ鉄道用信号機として有用である。
【００１２】
あるいは、面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光をリング状の光線に変換するリング状導光部と、上記リング状導光部から出射したレーザ光を外周側面から入射させ一方の主面から出射する円形の導光板とを備え、上記リング状導光部は、内周側面から中心に向かって光を出射するように構成する。このように構成しても高い指向性が得られ、鉄道用信号機として有用である。
【００１３】
また、面発光部は、導光板の上記一方の主面に隣接してシリンドリカルレンズアレイを備え、上記シリンドリカルレンズアレイで上記導光板から出射した光を１次元方向に拡散させる構成とする。このように構成すると交通用信号機として用いることができる。
【００１４】
あるいは、導光板の偏向溝は、偏向面が曲面で形成され、上記偏向面は上記一方の主面に対する傾斜角が０度から４５度の間で徐々に変化するように構成する。このように構成しても交通用信号機として用いることができる。
【００１５】
あるいは、導光板の偏向溝は、偏向面の上記一方の主面に対する傾斜角が異なる多種類の偏向溝から構成され、各偏向溝の偏向面は、上記一方の主面に対する傾斜角が０度から４５度の間で構成する。このように構成しても、交通用信号機として用いることができる。
【００１６】
さらに、偏向溝の偏向面に、上記偏向面が曲率を有する方向と直交する方向に光を拡散させる拡散溝を有し、上記拡散溝は、上記偏向面の上記一方の主面に対する傾斜角が小さくなるほど広く拡散するように構成する。このように構成すると、交通用信号機として用いる場合に、道路に沿った領域にのみ信号の光を配光できるので、信号から出射する光を有効に利用でき、さらに高輝度、低消費電力の信号機が実現できる。
【００１７】
あるいは、偏向溝の偏向面は、前記偏向面が上記一方の出射面に対して傾斜する方向と直交する方向に曲率を有し、上記偏向面の上記一方の主面に対する傾斜角が小さくなるほど広く拡散するように構成する。このように構成しても、交通用信号機として用いる場合に、道路に沿った領域にのみ信号の光を配光できるので、信号から出射する光を有効に利用でき、さらに高輝度、低消費電力の信号機が実現できる。
【００１８】
また、同じ波長のレーザ光を出射する少なくとも２つのレーザ光源と、上記少なくとも２つのレーザ光源の発光、消灯を独立に制御する信号制御部と、上記少なくとも２つのレーザ光源から出射したレーザ光をそれぞれ入射させ、面状に広げて出射する面発光部と、を有し、上記少なくとも２つのレーザ光源から出射したレーザ光は、上記面発光部からそれぞれ異なる角度で指向性を有して出射するように構成する。このように構成すると、通用信号機として用いる場合に、信号機と車の距離に応じて独立して信号の表示を行うことができ、交通の安全性あるいは円滑性を向上させることができる。
【００１９】
このとき、導光板は、両側の側面からレーザ光が入射するように構成され、上記導光板の偏向溝は、光が入射する方向に応じてそれぞれ異なる角度で偏向する、２つの偏向面を有するように構成する。このように構成すると、異なる別々の方向に独立して信号表示を行える信号機が実現できる。
【００２０】
また、出射する光が直線偏光、あるいは円偏光となるように構成する。このように構成すると、運転手が偏光フィルタを併せて用いれば、太陽の影響を低減して信号機の視認性を向上させることができる。
【００２１】
さらに、面発光部は、出射する光の偏光がその他の領域から出射する光の偏光と直交する領域を有し、上記領域は、上記面発光部から出射する光の色に応じた所定の記号の形状となるように構成する。このように構成すると、偏光眼鏡等を用いれば、色覚異常者にも信号の認識が容易になり、誤認を防ぐことができる。
【００２２】
また、面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光を均一に広げる発散素子と、上記発散素子から出射したレーザ光に所定の配光特性を持たせるコリメート素子を備えた構成とする。このように構成すると、高い指向性が得られるため、鉄道用信号機として用いることができる。
【００２３】
また、上記レーザ光源は、赤色と緑色のレーザ光を出射するレーザ光源を有し、黄色信号の面発光部には、上記赤色レーザ光と緑色レーザ光を導くように構成する。このように構成すると、黄色に発光する表示を実現することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高輝度で低消費電力の信号機が実現できる。また、指向性の高い鉄道用信号機が実現できるので、目的のレーン以外で信号を誤認する危険性を低減できる。さらに、併せて偏光フィルタを用いることにより、背景に太陽がある場合の視認性を向上させる、あるいは、色覚異常者の信号の誤認を防ぐ等、交通用信号機としても大きな効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、形状等については正確な表示ではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における信号機１０の概略構成を示しており、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は（ａ）の１Ｃ−１Ｃ線から見た断面図を示している。
【００２７】
図１（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態の信号機１０は、光源部１１と信号表示部１２から構成され、光源部１１から出射した光を光ファイバ１３で信号表示部１２に導くように構成している。光源部１１は、レーザ光源１４と、少なくともレーザ光源１４の発光／消灯を制御する信号制御部１５と、レーザ光源１４から出射するレーザ光１６を光ファイバ１３に導く集光レンズ１７を備えた構成であり、信号表示部１２は光ファイバ１３から出射した光をコリメートするコリメートレンズ１８と、入射端面１９ａから入射した光を側面１９ｂから出射させて線状の光に変換する導光棒１９と、入射端面２０ａから入射した光を一方の主面２０ｂから出射する導光板２０と、導光板２０に隣接して配置された反射シート２１を備えた構成である。図示は省略するが、同じ構造の構成が信号色ごとに用意され、同じ光源部１１、および同じ信号表示部１２の内部に配置され、それぞれ別々の光ファイバ１３で各信号色の光源と発光部がつながれている。
【００２８】
ここで、レーザ光源１４は信号色、あるいは、光の加法昆色により信号色を表示できる波長のレーザ光を出射するように構成されている。具体的には、赤信号には赤色レーザ光源、青信号には青または緑色レーザ光源が使用され、黄信号の場合は、赤色および緑色レーザ光源から出射するレーザ光が昆色されるように構成される。
【００２９】
また、導光棒１９の側面１９ｂの対向面には、入射光を全反射して略９０度偏向するように構成された偏向溝１９ｃが設けられており、略平行に入射した光を線状の平行光に変換して出射するように構成されている。さらに、導光棒１９から出射する光の光量分布が側面１９ｂの長手方向中央付近に多く集まるように、偏向溝１９ｃの間隔あるいは深さの分布が設定されている。
【００３０】
また、導光板２０の一方の主面２０ｂの対向面２０ｃには、入射光を全反射させて一方の主面２０ｂに向けて偏向する偏光溝２０ｄが設けられている。この偏向溝２０ｄは入射端面２０ａに対して平行に設けられており、略平行に入射した光を平行のまま偏向して出射するように構成されている。さらに、偏向溝２０ｄは発光させる領域に合わせて円形の領域に形成されている。
【００３１】
なお、偏向溝２０ｄが形成される領域は対向面２０ｃの全面でもよく、この場合は、導光棒１９から出射する光が均一となるように構成される。
【００３２】
このように構成された信号機１０において、レーザ光源１４から出射されるレーザ光１６は集光レンズ１７、光ファイバ１３、コリメートレンズ１８を経由して信号表示部１２内部の導光棒１９に平行光で入射し、偏向溝１９ｃで偏向されて側面１９ｂから略平行光で出射する。導光棒１９を出射したレーザ光１６は、同様に導光板２０に略平行光で入射し、偏向溝２０ｃで偏向されて一方の主面２０ｂから略平行光で出射する。この導光板２０から出射するレーザ光１６は略平行な光であり、極めて指向性の高い光となる。
【００３３】
以上、説明したように、本実施の形態ではレーザ光源を用いることにより、簡単な構成で極めて高い指向性を有する信号機を実現することができる。このような指向性の高い信号機は、例えばトンネルの内部に配置した場合に、信号機からの光がトンネルの壁面で反射して散乱するのを低減できるため、特に鉄道用信号機として用いれば、誤認の危険性の少ない信号機として有用である。
【００３４】
さらに、信号機から出射する不要な光を遮光して指向性を高める方式と異なり、出射する光をすべて有効に使えるため、高輝度あるいは低消費電力の信号機が実現できる。
【００３５】
また、レーザ光源を用いることにより、光ファイバを用いて効率よく光を導くことができるので、光源部１１を信号表示部１２と離れた位置に配置することができる。従来の信号機は高所に設置されることが多く、光源の交換などのメンテナンスが容易でないという課題があるが、本実施の形態の信号機は光源部１１を作業し易い場所に配置する、あるいは、複数の信号機の光源部を１カ所に集める等の構成が可能であり、メンテナンスが容易である。
【００３６】
なお、図１に示した本実施の形態では、光ファイバ１３から出射したレーザ光１６を導光棒１９および導光板２０を用いて面状に拡げる構成としたが、拡散素子を用いて均一にレーザ光を拡げる構成としてもよい。
【００３７】
図１３は拡散素子を用いた構成を示しており、光ファイバ１３から出射したレーザ光１６を拡散素子５１を用いて均一に拡げ、反射板５２で折り返してフレネルレンズ５３で略平行な光に変換するように構成している。このように構成しても簡単な構成で指向性の高い出射光が得られる。
【００３８】
また、本実施の形態では、信号機の正面方向に指向性の高い光が出射する構成としたが、導光板２０の偏向溝２０ｄの偏向面を曲面にする、あるいは、信号機の前面にシリンドリカルレンズアレイを配置することにより、配光範囲を正面方向から下方向までの範囲に広げることができ、交通用信号機としても有効に利用することができる。
【００３９】
図２は偏向面を曲面にした場合の偏向溝２０ｄの拡大図を示しており、この偏向溝２０ｄは一方の主面２０ｂに対する傾斜角が０度から４５度までの間で徐々に変化するように構成されている。このように構成すると、偏向溝２０ｄで偏向された光は信号機の正面方向と下方向の間の範囲に出射し、上方向および左右方向の不要な方向に光が出射しないので、光の利用効率の高い交通用信号機が実現できる。
【００４０】
あるいは、偏向面の一方の主面２０ｂに対する傾斜角が異なる多種類の偏向溝をランダムに高密度に配置しても同様な効果が得られる。
【００４１】
また、図３はシリンドリカルレンズアレイ２２を用いた信号表示部１２の断面図を示している。この図において、導光板２０はやや下向きに略平行な光が出射するように構成されており、シリンドリカルレンズアレイ２２により導光板２０から出射した光を上下方向に拡散するように構成している。このように構成しても、上方向および左右方向の不要な方向に光が出射しないので、光の利用効率の高い交通用信号機が実現できる。
【００４２】
なお、本実施の形態では導光板の形状を四角形としたが、導光板の形状が円形であってもよい。図４は円形の導光板を用いた信号機の概略構成図を示しており、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は（ａ）の４Ｃ−４Ｃ線から見た断面図を示している。
【００４３】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、この実施形態では、光源部１１および光ファイバ１３は図１に示した構成と同じであり、信号表示部１２はリング状導光体２４と、円形導光板２５を備えた構成となる。
【００４４】
ここでリング状導光体２４は、リング状の導光路の一部に設けられた入射端面２４ａから光を入射させ、リング状の導光体２４の内部を伝搬させながら外周部に設けられた偏光溝２４ｃにより偏向し、リングの中央に向かって光を出射するように構成されている。
【００４５】
また、円形導光板２５は、円錐形状に形成され外周の側面２５ａから光を入射させて一方の主面２５ｂから出射するように構成されている。一方の主面２５ｂの対向面には入射光を全反射により偏向する偏向溝２５ｄが同心円状に形成されている。
【００４６】
なお、円形導光板２５の断面が屈曲しているのは、出射光の指向性を保ったまま、偏向溝２５ｄにおける反射角を大きくするためである。これは、反射角を大きくし、余裕を持って全反射条件を満たすように構成することにより、光束のばらつき等により偏向溝２５ｄで全反射せずに背面に透過してしまう光を低減するためである。
【００４７】
以上のように構成しても、指向性が高く、光の利用効率も高い信号機が実現でき、鉄道用信号機として有用である。また、図２に示した構成のようにシリンドリカルレンズアレイ２２を併せて用いれば、交通用信号としても有用である。
【００４８】
（実施の形態２）
本実施の形態において、図１に示した実施の形態１と異なるのは導光板の偏向溝のみであるので、その他の構成要素については実施の形態１と同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
図５は本実施形態の信号表示部１２の概略構成図であり、（ａ）は信号表示部の断面図、（ｂ）は導光板の偏向溝の概略斜視図を示している。
【００５０】
図５（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態の導光板２０の偏向溝２０ｄは図中Ｙ方向に曲率を有する曲面で構成されており、図２に示した構成と同様に、一方の主面２０ｂに対する傾斜が０度から４５度の間で徐々に変化するように形成されている。
【００５１】
さらに偏向溝２０ｄには、偏向面にレーザ光１６を図中Ｘ方向に散乱させる細かい溝２０ｅが形成されており、この溝２０ｅは偏向面の一方の主面２０ｂに対する傾斜が小さくなるほど細かくなるように構成されている。
【００５２】
このように構成された偏向溝２０ｄに、図中Ｙ方向に進行する略平行なレーザ光１６が入射すると、偏向溝２０ｄの偏向面の傾斜角に応じてそれぞれＹＺ平面内の反射角が変わり、例えば、出射光２６ａ、２６ｂ、２６ｃとなる。このとき出射光２６ａ、２６ｂ、２６ｃは溝２０ｅによりさらにＸ方向に散乱され、その散乱度合いは出射光２６ａ、出射光２６ｂ、出射光２６ｃの順で大きくなる。
【００５３】
なお、このような出射光は、図６に示すようなＹ方向に傾斜し、Ｘ方向に曲率を有する複数種類の偏向溝を有する導光板を用いても実現できる。図６に示す偏向溝２０ｄは、一方の主面２０ｂに対する傾斜角が小さくなるほど、Ｘ方向の曲率半径が小さくなるように構成されており、個々の溝がそれぞれ異なる方向に偏向させるように構成しているが、このような溝を高密度に配置しても図５（ｂ）に示した構成と同様な出射光が得られる。
【００５４】
次に、図５あるいは図６のように構成された信号表示部１２から出射する出射光２６の届く範囲について説明する。図７は信号機からの出射光が届く範囲を示した説明図であり、（ａ）は信号機の概略斜視図、（ｂ）は出射光の照明範囲を説明する上面図である。
【００５５】
図７（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態の信号表示部１２を用いると、信号機１０の下方に向かう出射光２６ｃは左右方向への配光が大きく、信号機１０から遠方に向かう出射光２６ａは左右方向への配光が少ないので、道路周辺以外に向かう光が少なく、道路に沿って無駄なく配光することができる。
【００５６】
以上、説明したように、本実施の形態の信号機は、所望の出射角特性が得られるように導光板を構成することにより、道路に沿って無駄なく信号機からの光を配光できるので、非常に光利用効率の高い道路用信号機が実現でき、さらに高輝度、低消費電力を実現できる。
【００５７】
（実施の形態３）
図８は本実施の形態における信号機３０の概略構成を示しており、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は（ａ）の８Ｃ−８Ｃ線から見た断面図を示している。
【００５８】
図８（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態の信号機３０は、光源部３１と信号表示部３２から構成され、光源部３１から出射した光を２本の光ファイバ１３で信号表示部３２に導くように構成している。
【００５９】
光源部３１はレーザ光源３４ａ、３４ｂと、レーザ光源３４ａ、３４ｂの発光／消灯を独立に制御する信号制御部３５と、レーザ光源３４ａ、３４ｂから出射するレーザ光３６ａ、３６ｂを２本の光ファイバ１３にそれぞれ導く集光レンズ１７を備えた構成であり、信号表示部３２は２本の光ファイバ１３から出射した光をそれぞれコリメートするコリメートレンズ１８と、入射端面１９ａから入射した光を側面１９ｂから出射させて線状の光に変換する導光棒１９と、両側の入射端面３７ａから入射した光を一方の主面３７ｂから出射する導光板３７と、導光板３７に隣接して配置された反射シート２１を備えた構成である。
【００６０】
ここで、レーザ光源３４ａ、３４ｂは、それぞれ出射するレーザ光３６ａ、３６ｂが単体あるいは昆色によってほぼ同色となるように構成されている。
【００６１】
また、導光板３７の一方の主面３７ｂの対向面３７ｃには、入射光を全反射させて一方の主面３７ｂに向けて偏向する偏光溝３７ｄが設けられている。この偏向溝３７ｄは入射端面３７ａに対して平行に設けられており、略平行に入射した光を平行のまま偏向して出射するように構成されている。さらに偏向溝３７ｄは、両側の入射端面３７ａに対してそれぞれ異なる傾斜角の偏向面を有し、両側から入射した光をそれぞれ異なる方向に偏向するように構成されている。
【００６２】
また、導光板３７は図８（ｂ）に示すようにＶ字に屈曲したように構成されている。これは両側の入射端面３７ａから入射した光が反対側の入射端面３７ａに到達し、光が抜けてしまうのを防ぐためである。
【００６３】
このように構成された信号機３０において、レーザ光源３４ａ、３４ｂから出射されるレーザ光３６ａ、３６ｂは、それぞれ集光レンズ１７、光ファイバ１３、コリメートレンズ１８を経由して表示部３２内部の導光板３７の両側に配置された導光棒１９に平行光で入射し、偏向溝１９ｃで偏向されて側面１９ｂからそれぞれ略平行光で出射する。
【００６４】
導光棒１９を出射したレーザ光３６ａ、３６ｂは、導光板３７の両側の入射端面３７ａから略平行に入射し、偏向溝３７ｄで偏向されて、レーザ光３６ａは信号表示部３２の下方向に向かって出射し、レーザ光３６ｂは信号表示部３２の正面方向に向かって出射する。
【００６５】
図９は信号機３０の信号表示部３２から出射したレーザ光３６ａ、３６ｂが届く範囲を示しており、この図においてレーザ光３６ａは道路上の領域３８において視認できるように配光され、レーザ光３６ｂは道路上の領域３９において視認できるように配光される。
【００６６】
このように構成された本実施の形態の信号機３０は、レーザ光３６ａとレーザ光３６ｂをそれぞれ独立に制御できるので、信号機からの距離が異なる領域に異なる信号を表示することができる。
【００６７】
このような信号機は、例えば、信号が青から赤に変わる場合に、信号機の近くの領域３８では黄色信号を表示し、信号機から遠い領域３９では同じ瞬間に早めに赤信号の表示にすることができ、信号の変わり目であわてて交差点に突っ込んでくるような危険な事態を防ぐことができる。
【００６８】
以上、説明したように、本実施の形態の信号機は、信号機の近くと遠くで信号表示の切り換えに時間差を設ける等、車と信号機の距離に応じて適切な信号を表示することが可能であり、交通の安全性あるいは円滑性を向上させた交通用信号機を実現できる。
【００６９】
（実施の形態４）
図１０は本実施の形態における信号機４０の概略構成を示している。図１０に示すように本実施の形態の信号機４０は、光源部４１と信号表示部４２と光源部４１から出射した光を信号表示部４２に導く光ファイバ１３から構成される。ここで光源部４１は実施の形態１の光源部１１と同様の構成であるので説明を省略する。
【００７０】
本実施の形態において、信号表示部４２は光ファイバ１３から出射した光をコリメートするコリメートレンズ１８と、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するＰＢＳ面４３ａと反射面４３ｂを含む複合偏光プリズム４３と、複合偏光プリズム４３のＰＢＳ面４３ａを透過した光の偏光を９０度回転させるように配置された１／２波長板４４と、図１に示した第１の実施の形態と同様に構成された導光棒１９と導光板２０を備えた構成である。
【００７１】
このように構成された信号機４０において、光源部４１から出射されるレーザ光１６は、光ファイバ１３を通ることによりランダムな偏光となって出射し、コリメートレンズ１８を経由して信号表示部４２内部の複合偏光プリズム４３に入射する。複合偏光プリズム４３に入射したレーザ光１６のうち、Ｐ偏光成分（紙面に平行な方向の偏光）はＰＢＳ面４３ａを透過し、Ｓ偏光成分（紙面に垂直な方向の偏光）はＰＢＳ面４３ａで反射し、ＰＢＳ面４３ａで反射した光はさらに反射面４３ｂで反射して、それぞれ複合偏光プリズム４３を出射する。
【００７２】
複合偏光プリズム４３を出射したレーザ光１６のうち、ＰＢＳ面４３ａを透過してきた光は１／２波長板４４により偏光が９０度回転され、ＰＢＳ面４３ａで反射した光と同じ紙面に垂直な方向の偏光となって導光棒１９に入射する。
【００７３】
ここで、導光棒１９の偏向溝１９ｃの偏向面は、導光棒１９に入射したレーザ光１６の偏光に対して平行であるので、レーザ光１６は偏向溝１９ｃで偏光が乱れることなく全反射して、紙面に垂直な偏光のまま導光棒１９から出射し、導光板２０に入射する。
【００７４】
ここで、導光板２０の偏光溝２０ｄの偏向面は入射したレーザ光１６の偏光面に対して垂直であるので、レーザ光１６は偏光が乱れることなく全反射して、図中上下方向の偏光となって出射する。
【００７５】
図１１は信号機４０の利用場面を示した説明図であり、信号表示部４２の背後に太陽４６がある場合を示している。この図のような場合、信号表示部４２から出射したレーザ光１６と太陽光４７がほぼ同じ方向から視界に入ってくるために非常にまぶしく、信号を視認しにくい。
【００７６】
このとき、運転席の日除けの代わりに垂直方向の偏光成分のみを透過する偏光板４５を用いて、この偏光板４５を通して信号表示部４２を見ると、レーザ光１６の輝度は低下しないが、太陽光４７の明るさは半減するため信号の表示を視認し易くなる。
【００７７】
あるいは、図１２に示す信号表示部４２の表示面のように、信号色に対応した記号を表す領域４８ａ、４８ｂ、４８ｃの部分に１／２波長板の機能を有する位相差フィルムを配置してその他の領域と偏光が直交するように構成すると、偏光眼鏡等を通してみた場合に記号が浮かんで見えるため、色覚異常（色盲、色弱）者の誤認を防ぐことができる。
【００７８】
以上、説明したように、本実施の形態の信号機は、レーザ光源を用いることにより高い光利用効率で偏光の揃った出射光が得られるので、これを利用して、信号表示部と太陽が重なった場合の視認性を向上させることができる。さらに、色覚異常者の誤認を防ぐ信号機を実現できる。
【００７９】
なお、本実施の形態では直線偏光の光が出射する構成としたが、信号表示部の表示面にさらに１／４波長板を配置して円偏光を出射する構成としてもよい。この場合は１／４波長板と偏光板を通して信号機を見ることにより、本実施の形態と同様の効果が得られる。この場合、１／４波長板と偏光板からなる眼鏡を用いると、顔を傾けても信号の見え方が変わらない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の信号機は、レーザ光源を用いているので指向性が高く、低消費電力で高輝度の信号機が実現できる。鉄道用の信号機として用いれば、目的のレーン以外で信号を誤認する危険性を回避でき有用である。さらに、偏光のそろった光を効率よく出射させることができるので、偏光フィルタ等を併せて使うことにより、視認性の向上や色覚異常者の誤認を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における信号機の概略構成図で概略構成図（ｂ）（ａ）の１Ｃ−１Ｃ線から見た断面図
【図２】本発明の実施の形態１における偏向溝の別形態の拡大図
【図３】本発明の実施の形態１における信号表示部の別形態の断面図
【図４】（ａ）本発明の第１の実施の形態における信号機の別形態の概略構成図で概略構成図（ｂ）（ａ）の４Ｃ−４Ｃ線から見た断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２における信号表示部の概略構成図で断面図（ｂ）偏向溝の概略斜視図
【図６】本発明の実施の形態２における偏向溝の別形態の概略斜視図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態２の信号機からの出射光が届く範囲を示した説明図で、信号機の概略斜視図（ｂ）出射光の照明範囲を説明する上面図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３における信号機の概略構成図で概略構成図（ｂ）（ａ）の１Ｃ−１Ｃ線から見た断面図
【図９】本発明の第３の実施の形態の信号機からの出射光が届く範囲を示した説明図
【図１０】本発明の第４の実施の形態における信号機の概略構成図
【図１１】本発明の第４の実施の形態における信号機の利用場面を示した説明図
【図１２】本発明の第４の実施の形態における信号表示部の表示面の別形態を示した構成図
【図１３】本発明の第１の実施の形態における信号機の別形態の概略構成図
【符号の説明】
【００８２】
１０，３０，４０，５０ 信号機
１１，３１，４１ 光源部
１２，３２，４２ 信号表示部
１３ 光ファイバ
１４，３４ａ，３４ｂ レーザ光源
１５，３５ 信号制御部
１６，３６ａ，３６ｂ レーザ光
１７ 集光レンズ
１８ コリメートレンズ
１９ 導光棒
１９ａ 入射端面
１９ｂ 側面
１９ｃ 偏向溝
２０，３７ 導光板
２０ａ，３７ａ 入射端面
２０ｂ，３７ｂ 一方の主面
２０ｃ，３７ｃ 対向面
２０ｄ，３７ｄ 偏向溝
２０ｅ 溝
２１ 反射シート
２２ シリンドリカルレンズアレイ
２４ リング状導光体
２４ａ 入射端面
２４ｃ 偏向溝
２５ 円形導光体
２５ａ 側面
２５ｂ 一方の主面
２５ｄ 偏向溝
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 出射光
３８，３９ 領域
４３ 複合偏光プリズム
４３ａ ＰＢＳ面
４３ｂ 反射面
４４ １／２波長板
４５ 偏光板
４６ 太陽
４７ 太陽光
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ 位相差フィルム
５１ 拡散素子
５２ 反射板
５３ フレネルレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてレーザ光を使用した交通信号機および鉄道用信号機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路交通用信号機や鉄道用信号機としては、椀状の反射鏡内に白熱電球を内蔵し、反射鏡の投光開口端を閉じる投光性カバーを青色、黄色、赤色に着色したものが用いられてきた。近年、発光ダイオード（以下ＬＥＤ）の高輝度化に伴い、これらの信号機の光源には発光効率がよく、長寿命のＬＥＤが用いられるようになってきた。
【０００３】
このような信号機において、特に鉄道用信号機では、信号機から出射する光の指向性が求められる。これは、トンネル内などでは信号機の光が散乱すると、目的のレーン以外でも信号を現示しているように見える危険があるためである。
【０００４】
このような課題に対して、視野角を狭くした信号機が提案されている。例えば特許文献１には、ＬＥＤ光源の前に小さい穴径を有するブリンカー（目隠し）を設け、正面に出射した光のみを通過させる構成としている。
【０００５】
また、交通用信号機では消費電力を抑えるとともに、自動車の運転手からみて必要な輝度を確保するために、信号機の配光指向性が必要とされる。ただし、交通用信号機では正面方向の他、下方向へも配光する必要があり、信号機から見て上下非対称な配光特性とするのが望ましい。
【０００６】
このような課題に対して例えば特許文献２では、投光光学系の焦点位置から光源を上方向にずらすとともに光源位置を調整可能とし、やや下向きに光を照射する構成としている。
【特許文献１】特開２００６−１４２８５０号公報
【特許文献２】特開平６−３４９３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の構成では、正面以外に出射する光を遮光しているだけであるので、遮光された光は有効に利用されていない。また、特許文献２に記載の構成では、左右方向の配光特性について記載されていない。すなわち、左右方向の視野角を狭くすれば、信号機の下付近の道路脇からは信号が見えにくいという課題が生じ、逆に左右方向の視野角を広くすれば、信号機から遠方では道路から離れた所まで照明されるので、光の利用に無駄が生じるとともに、近隣の住民にとっても迷惑である。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、信号機からの光を必要な方向にのみ配光し、光を有効利用して低消費電力かつ高輝度の交通用信号機および鉄道用信号機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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の信号機は、レーザ光を出射する光源と、上記光源から出射した光を面状に広げて出射する面発光部と、上記光源からの光を上記面発光部に導く光ファイバと、上記光源の発光、消灯を制御する信号制御部とを備えた構成とする。
【００１０】
このように構成することにより、指向性が高く、高輝度で低消費電力の信号機が実現できる。また光源を発光部と離れた位置に配置できるため、光源の取替え等のメンテナンスが容易である。
【００１１】
このとき、面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光を線状に広げて出射する線状導光部と、上記線状導光部から出射したレーザ光を側面から入射させ一方の主面から出射する導光板とを備え、上記線状導光部は、略平行な光を出射するように構成され、上記導光板は、上記一方の主面の対向面に、入射光を前記一方の主面に向けて偏向する偏向溝を有し、上記偏向溝は光が入射する入射面に対して平行に形成する。このように構成することにより高い指向性が得られ、トンネル内等で誤認を防ぐ鉄道用信号機として有用である。
【００１２】
あるいは、面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光をリング状の光線に変換するリング状導光部と、上記リング状導光部から出射したレーザ光を外周側面から入射させ一方の主面から出射する円形の導光板とを備え、上記リング状導光部は、内周側面から中心に向かって光を出射するように構成する。このように構成しても高い指向性が得られ、鉄道用信号機として有用である。
【００１３】
また、面発光部は、導光板の上記一方の主面に隣接してシリンドリカルレンズアレイを備え、上記シリンドリカルレンズアレイで上記導光板から出射した光を１次元方向に拡散させる構成とする。このように構成すると交通用信号機として用いることができる。
【００１４】
あるいは、導光板の偏向溝は、偏向面が曲面で形成され、上記偏向面は上記一方の主面に対する傾斜角が０度から４５度の間で徐々に変化するように構成する。このように構成しても交通用信号機として用いることができる。
【００１５】
あるいは、導光板の偏向溝は、偏向面の上記一方の主面に対する傾斜角が異なる多種類の偏向溝から構成され、各偏向溝の偏向面は、上記一方の主面に対する傾斜角が０度から４５度の間で構成する。このように構成しても、交通用信号機として用いることができる。
【００１６】
さらに、偏向溝の偏向面に、上記偏向面が曲率を有する方向と直交する方向に光を拡散させる拡散溝を有し、上記拡散溝は、上記偏向面の上記一方の主面に対する傾斜角が小さくなるほど広く拡散するように構成する。このように構成すると、交通用信号機として用いる場合に、道路に沿った領域にのみ信号の光を配光できるので、信号から出射する光を有効に利用でき、さらに高輝度、低消費電力の信号機が実現できる。
【００１７】
あるいは、偏向溝の偏向面は、前記偏向面が上記一方の出射面に対して傾斜する方向と直交する方向に曲率を有し、上記偏向面の上記一方の主面に対する傾斜角が小さくなるほど広く拡散するように構成する。このように構成しても、交通用信号機として用いる場合に、道路に沿った領域にのみ信号の光を配光できるので、信号から出射する光を有効に利用でき、さらに高輝度、低消費電力の信号機が実現できる。
【００１８】
また、同じ波長のレーザ光を出射する少なくとも２つのレーザ光源と、上記少なくとも２つのレーザ光源の発光、消灯を独立に制御する信号制御部と、上記少なくとも２つのレーザ光源から出射したレーザ光をそれぞれ入射させ、面状に広げて出射する面発光部と、を有し、上記少なくとも２つのレーザ光源から出射したレーザ光は、上記面発光部からそれぞれ異なる角度で指向性を有して出射するように構成する。このように構成すると、通用信号機として用いる場合に、信号機と車の距離に応じて独立して信号の表示を行うことができ、交通の安全性あるいは円滑性を向上させることができる。
【００１９】
このとき、導光板は、両側の側面からレーザ光が入射するように構成され、上記導光板の偏向溝は、光が入射する方向に応じてそれぞれ異なる角度で偏向する、２つの偏向面を有するように構成する。このように構成すると、異なる別々の方向に独立して信号表示を行える信号機が実現できる。
【００２０】
また、出射する光が直線偏光、あるいは円偏光となるように構成する。このように構成すると、運転手が偏光フィルタを併せて用いれば、太陽の影響を低減して信号機の視認性を向上させることができる。
【００２１】
さらに、面発光部は、出射する光の偏光がその他の領域から出射する光の偏光と直交する領域を有し、上記領域は、上記面発光部から出射する光の色に応じた所定の記号の形状となるように構成する。このように構成すると、偏光眼鏡等を用いれば、色覚異常者にも信号の認識が容易になり、誤認を防ぐことができる。
【００２２】
また、面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光を均一に広げる発散素子と、上記発散素子から出射したレーザ光に所定の配光特性を持たせるコリメート素子を備えた構成とする。このように構成すると、高い指向性が得られるため、鉄道用信号機として用いることができる。
【００２３】
また、上記レーザ光源は、赤色と緑色のレーザ光を出射するレーザ光源を有し、黄色信号の面発光部には、上記赤色レーザ光と緑色レーザ光を導くように構成する。このように構成すると、黄色に発光する表示を実現することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高輝度で低消費電力の信号機が実現できる。また、指向性の高い鉄道用信号機が実現できるので、目的のレーン以外で信号を誤認する危険性を低減できる。さらに、併せて偏光フィルタを用いることにより、背景に太陽がある場合の視認性を向上させる、あるいは、色覚異常者の信号の誤認を防ぐ等、交通用信号機としても大きな効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、形状等については正確な表示ではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における信号機１０の概略構成を示しており、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は（ａ）の１Ｃ−１Ｃ線から見た断面図を示している。
【００２７】
図１（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態の信号機１０は、光源部１１と信号表示部１２から構成され、光源部１１から出射した光を光ファイバ１３で信号表示部１２に導くように構成している。光源部１１は、レーザ光源１４と、少なくともレーザ光源１４の発光／消灯を制御する信号制御部１５と、レーザ光源１４から出射するレーザ光１６を光ファイバ１３に導く集光レンズ１７を備えた構成であり、信号表示部１２は光ファイバ１３から出射した光をコリメートするコリメートレンズ１８と、入射端面１９ａから入射した光を側面１９ｂから出射させて線状の光に変換する導光棒１９と、入射端面２０ａから入射した光を一方の主面２０ｂから出射する導光板２０と、導光板２０に隣接して配置された反射シート２１を備えた構成である。図示は省略するが、同じ構造の構成が信号色ごとに用意され、同じ光源部１１、および同じ信号表示部１２の内部に配置され、それぞれ別々の光ファイバ１３で各信号色の光源と発光部がつながれている。
【００２８】
ここで、レーザ光源１４は信号色、あるいは、光の加法昆色により信号色を表示できる波長のレーザ光を出射するように構成されている。具体的には、赤信号には赤色レーザ光源、青信号には青または緑色レーザ光源が使用され、黄信号の場合は、赤色および緑色レーザ光源から出射するレーザ光が昆色されるように構成される。
【００２９】
また、導光棒１９の側面１９ｂの対向面には、入射光を全反射して略９０度偏向するように構成された偏向溝１９ｃが設けられており、略平行に入射した光を線状の平行光に変換して出射するように構成されている。さらに、導光棒１９から出射する光の光量分布が側面１９ｂの長手方向中央付近に多く集まるように、偏向溝１９ｃの間隔あるいは深さの分布が設定されている。
【００３０】
また、導光板２０の一方の主面２０ｂの対向面２０ｃには、入射光を全反射させて一方の主面２０ｂに向けて偏向する偏光溝２０ｄが設けられている。この偏向溝２０ｄは入射端面２０ａに対して平行に設けられており、略平行に入射した光を平行のまま偏向して出射するように構成されている。さらに、偏向溝２０ｄは発光させる領域に合わせて円形の領域に形成されている。
【００３１】
なお、偏向溝２０ｄが形成される領域は対向面２０ｃの全面でもよく、この場合は、導光棒１９から出射する光が均一となるように構成される。
【００３２】
このように構成された信号機１０において、レーザ光源１４から出射されるレーザ光１６は集光レンズ１７、光ファイバ１３、コリメートレンズ１８を経由して信号表示部１２内部の導光棒１９に平行光で入射し、偏向溝１９ｃで偏向されて側面１９ｂから略平行光で出射する。導光棒１９を出射したレーザ光１６は、同様に導光板２０に略平行光で入射し、偏向溝２０ｃで偏向されて一方の主面２０ｂから略平行光で出射する。この導光板２０から出射するレーザ光１６は略平行な光であり、極めて指向性の高い光となる。
【００３３】
以上、説明したように、本実施の形態ではレーザ光源を用いることにより、簡単な構成で極めて高い指向性を有する信号機を実現することができる。このような指向性の高い信号機は、例えばトンネルの内部に配置した場合に、信号機からの光がトンネルの壁面で反射して散乱するのを低減できるため、特に鉄道用信号機として用いれば、誤認の危険性の少ない信号機として有用である。
【００３４】
さらに、信号機から出射する不要な光を遮光して指向性を高める方式と異なり、出射する光をすべて有効に使えるため、高輝度あるいは低消費電力の信号機が実現できる。
【００３５】
また、レーザ光源を用いることにより、光ファイバを用いて効率よく光を導くことができるので、光源部１１を信号表示部１２と離れた位置に配置することができる。従来の信号機は高所に設置されることが多く、光源の交換などのメンテナンスが容易でないという課題があるが、本実施の形態の信号機は光源部１１を作業し易い場所に配置する、あるいは、複数の信号機の光源部を１カ所に集める等の構成が可能であり、メンテナンスが容易である。
【００３６】
なお、図１に示した本実施の形態では、光ファイバ１３から出射したレーザ光１６を導光棒１９および導光板２０を用いて面状に拡げる構成としたが、拡散素子を用いて均一にレーザ光を拡げる構成としてもよい。
【００３７】
図１３は拡散素子を用いた構成を示しており、光ファイバ１３から出射したレーザ光１６を拡散素子５１を用いて均一に拡げ、反射板５２で折り返してフレネルレンズ５３で略平行な光に変換するように構成している。このように構成しても簡単な構成で指向性の高い出射光が得られる。
【００３８】
また、本実施の形態では、信号機の正面方向に指向性の高い光が出射する構成としたが、導光板２０の偏向溝２０ｄの偏向面を曲面にする、あるいは、信号機の前面にシリンドリカルレンズアレイを配置することにより、配光範囲を正面方向から下方向までの範囲に広げることができ、交通用信号機としても有効に利用することができる。
【００３９】
図２は偏向面を曲面にした場合の偏向溝２０ｄの拡大図を示しており、この偏向溝２０ｄは一方の主面２０ｂに対する傾斜角が０度から４５度までの間で徐々に変化するように構成されている。このように構成すると、偏向溝２０ｄで偏向された光は信号機の正面方向と下方向の間の範囲に出射し、上方向および左右方向の不要な方向に光が出射しないので、光の利用効率の高い交通用信号機が実現できる。
【００４０】
あるいは、偏向面の一方の主面２０ｂに対する傾斜角が異なる多種類の偏向溝をランダムに高密度に配置しても同様な効果が得られる。
【００４１】
また、図３はシリンドリカルレンズアレイ２２を用いた信号表示部１２の断面図を示している。この図において、導光板２０はやや下向きに略平行な光が出射するように構成されており、シリンドリカルレンズアレイ２２により導光板２０から出射した光を上下方向に拡散するように構成している。このように構成しても、上方向および左右方向の不要な方向に光が出射しないので、光の利用効率の高い交通用信号機が実現できる。
【００４２】
なお、本実施の形態では導光板の形状を四角形としたが、導光板の形状が円形であってもよい。図４は円形の導光板を用いた信号機の概略構成図を示しており、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は（ａ）の４Ｃ−４Ｃ線から見た断面図を示している。
【００４３】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、この実施形態では、光源部１１および光ファイバ１３は図１に示した構成と同じであり、信号表示部１２はリング状導光体２４と、円形導光板２５を備えた構成となる。
【００４４】
ここでリング状導光体２４は、リング状の導光路の一部に設けられた入射端面２４ａから光を入射させ、リング状の導光体２４の内部を伝搬させながら外周部に設けられた偏光溝２４ｃにより偏向し、リングの中央に向かって光を出射するように構成されている。
【００４５】
また、円形導光板２５は、円錐形状に形成され外周の側面２５ａから光を入射させて一方の主面２５ｂから出射するように構成されている。一方の主面２５ｂの対向面には入射光を全反射により偏向する偏向溝２５ｄが同心円状に形成されている。
【００４６】
なお、円形導光板２５の断面が屈曲しているのは、出射光の指向性を保ったまま、偏向溝２５ｄにおける反射角を大きくするためである。これは、反射角を大きくし、余裕を持って全反射条件を満たすように構成することにより、光束のばらつき等により偏向溝２５ｄで全反射せずに背面に透過してしまう光を低減するためである。
【００４７】
以上のように構成しても、指向性が高く、光の利用効率も高い信号機が実現でき、鉄道用信号機として有用である。また、図２に示した構成のようにシリンドリカルレンズアレイ２２を併せて用いれば、交通用信号としても有用である。
【００４８】
（実施の形態２）
本実施の形態において、図１に示した実施の形態１と異なるのは導光板の偏向溝のみであるので、その他の構成要素については実施の形態１と同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
図５は本実施形態の信号表示部１２の概略構成図であり、（ａ）は信号表示部の断面図、（ｂ）は導光板の偏向溝の概略斜視図を示している。
【００５０】
図５（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態の導光板２０の偏向溝２０ｄは図中Ｙ方向に曲率を有する曲面で構成されており、図２に示した構成と同様に、一方の主面２０ｂに対する傾斜が０度から４５度の間で徐々に変化するように形成されている。
【００５１】
さらに偏向溝２０ｄには、偏向面にレーザ光１６を図中Ｘ方向に散乱させる細かい溝２０ｅが形成されており、この溝２０ｅは偏向面の一方の主面２０ｂに対する傾斜が小さくなるほど細かくなるように構成されている。
【００５２】
このように構成された偏向溝２０ｄに、図中Ｙ方向に進行する略平行なレーザ光１６が入射すると、偏向溝２０ｄの偏向面の傾斜角に応じてそれぞれＹＺ平面内の反射角が変わり、例えば、出射光２６ａ、２６ｂ、２６ｃとなる。このとき出射光２６ａ、２６ｂ、２６ｃは溝２０ｅによりさらにＸ方向に散乱され、その散乱度合いは出射光２６ａ、出射光２６ｂ、出射光２６ｃの順で大きくなる。
【００５３】
なお、このような出射光は、図６に示すようなＹ方向に傾斜し、Ｘ方向に曲率を有する複数種類の偏向溝を有する導光板を用いても実現できる。図６に示す偏向溝２０ｄは、一方の主面２０ｂに対する傾斜角が小さくなるほど、Ｘ方向の曲率半径が小さくなるように構成されており、個々の溝がそれぞれ異なる方向に偏向させるように構成しているが、このような溝を高密度に配置しても図５（ｂ）に示した構成と同様な出射光が得られる。
【００５４】
次に、図５あるいは図６のように構成された信号表示部１２から出射する出射光２６の届く範囲について説明する。図７は信号機からの出射光が届く範囲を示した説明図であり、（ａ）は信号機の概略斜視図、（ｂ）は出射光の照明範囲を説明する上面図である。
【００５５】
図７（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態の信号表示部１２を用いると、信号機１０の下方に向かう出射光２６ｃは左右方向への配光が大きく、信号機１０から遠方に向かう出射光２６ａは左右方向への配光が少ないので、道路周辺以外に向かう光が少なく、道路に沿って無駄なく配光することができる。
【００５６】
以上、説明したように、本実施の形態の信号機は、所望の出射角特性が得られるように導光板を構成することにより、道路に沿って無駄なく信号機からの光を配光できるので、非常に光利用効率の高い道路用信号機が実現でき、さらに高輝度、低消費電力を実現できる。
【００５７】
（実施の形態３）
図８は本実施の形態における信号機３０の概略構成を示しており、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は（ａ）の８Ｃ−８Ｃ線から見た断面図を示している。
【００５８】
図８（ａ）（ｂ）に示すように本実施の形態の信号機３０は、光源部３１と信号表示部３２から構成され、光源部３１から出射した光を２本の光ファイバ１３で信号表示部３２に導くように構成している。
【００５９】
光源部３１はレーザ光源３４ａ、３４ｂと、レーザ光源３４ａ、３４ｂの発光／消灯を独立に制御する信号制御部３５と、レーザ光源３４ａ、３４ｂから出射するレーザ光３６ａ、３６ｂを２本の光ファイバ１３にそれぞれ導く集光レンズ１７を備えた構成であり、信号表示部３２は２本の光ファイバ１３から出射した光をそれぞれコリメートするコリメートレンズ１８と、入射端面１９ａから入射した光を側面１９ｂから出射させて線状の光に変換する導光棒１９と、両側の入射端面３７ａから入射した光を一方の主面３７ｂから出射する導光板３７と、導光板３７に隣接して配置された反射シート２１を備えた構成である。
【００６０】
ここで、レーザ光源３４ａ、３４ｂは、それぞれ出射するレーザ光３６ａ、３６ｂが単体あるいは昆色によってほぼ同色となるように構成されている。
【００６１】
また、導光板３７の一方の主面３７ｂの対向面３７ｃには、入射光を全反射させて一方の主面３７ｂに向けて偏向する偏光溝３７ｄが設けられている。この偏向溝３７ｄは入射端面３７ａに対して平行に設けられており、略平行に入射した光を平行のまま偏向して出射するように構成されている。さらに偏向溝３７ｄは、両側の入射端面３７ａに対してそれぞれ異なる傾斜角の偏向面を有し、両側から入射した光をそれぞれ異なる方向に偏向するように構成されている。
【００６２】
また、導光板３７は図８（ｂ）に示すようにＶ字に屈曲したように構成されている。これは両側の入射端面３７ａから入射した光が反対側の入射端面３７ａに到達し、光が抜けてしまうのを防ぐためである。
【００６３】
このように構成された信号機３０において、レーザ光源３４ａ、３４ｂから出射されるレーザ光３６ａ、３６ｂは、それぞれ集光レンズ１７、光ファイバ１３、コリメートレンズ１８を経由して表示部３２内部の導光板３７の両側に配置された導光棒１９に平行光で入射し、偏向溝１９ｃで偏向されて側面１９ｂからそれぞれ略平行光で出射する。
【００６４】
導光棒１９を出射したレーザ光３６ａ、３６ｂは、導光板３７の両側の入射端面３７ａから略平行に入射し、偏向溝３７ｄで偏向されて、レーザ光３６ａは信号表示部３２の下方向に向かって出射し、レーザ光３６ｂは信号表示部３２の正面方向に向かって出射する。
【００６５】
図９は信号機３０の信号表示部３２から出射したレーザ光３６ａ、３６ｂが届く範囲を示しており、この図においてレーザ光３６ａは道路上の領域３８において視認できるように配光され、レーザ光３６ｂは道路上の領域３９において視認できるように配光される。
【００６６】
このように構成された本実施の形態の信号機３０は、レーザ光３６ａとレーザ光３６ｂをそれぞれ独立に制御できるので、信号機からの距離が異なる領域に異なる信号を表示することができる。
【００６７】
このような信号機は、例えば、信号が青から赤に変わる場合に、信号機の近くの領域３８では黄色信号を表示し、信号機から遠い領域３９では同じ瞬間に早めに赤信号の表示にすることができ、信号の変わり目であわてて交差点に突っ込んでくるような危険な事態を防ぐことができる。
【００６８】
以上、説明したように、本実施の形態の信号機は、信号機の近くと遠くで信号表示の切り換えに時間差を設ける等、車と信号機の距離に応じて適切な信号を表示することが可能であり、交通の安全性あるいは円滑性を向上させた交通用信号機を実現できる。
【００６９】
（実施の形態４）
図１０は本実施の形態における信号機４０の概略構成を示している。図１０に示すように本実施の形態の信号機４０は、光源部４１と信号表示部４２と光源部４１から出射した光を信号表示部４２に導く光ファイバ１３から構成される。ここで光源部４１は実施の形態１の光源部１１と同様の構成であるので説明を省略する。
【００７０】
本実施の形態において、信号表示部４２は光ファイバ１３から出射した光をコリメートするコリメートレンズ１８と、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するＰＢＳ面４３ａと反射面４３ｂを含む複合偏光プリズム４３と、複合偏光プリズム４３のＰＢＳ面４３ａを透過した光の偏光を９０度回転させるように配置された１／２波長板４４と、図１に示した第１の実施の形態と同様に構成された導光棒１９と導光板２０を備えた構成である。
【００７１】
このように構成された信号機４０において、光源部４１から出射されるレーザ光１６は、光ファイバ１３を通ることによりランダムな偏光となって出射し、コリメートレンズ１８を経由して信号表示部４２内部の複合偏光プリズム４３に入射する。複合偏光プリズム４３に入射したレーザ光１６のうち、Ｐ偏光成分（紙面に平行な方向の偏光）はＰＢＳ面４３ａを透過し、Ｓ偏光成分（紙面に垂直な方向の偏光）はＰＢＳ面４３ａで反射し、ＰＢＳ面４３ａで反射した光はさらに反射面４３ｂで反射して、それぞれ複合偏光プリズム４３を出射する。
【００７２】
複合偏光プリズム４３を出射したレーザ光１６のうち、ＰＢＳ面４３ａを透過してきた光は１／２波長板４４により偏光が９０度回転され、ＰＢＳ面４３ａで反射した光と同じ紙面に垂直な方向の偏光となって導光棒１９に入射する。
【００７３】
ここで、導光棒１９の偏向溝１９ｃの偏向面は、導光棒１９に入射したレーザ光１６の偏光に対して平行であるので、レーザ光１６は偏向溝１９ｃで偏光が乱れることなく全反射して、紙面に垂直な偏光のまま導光棒１９から出射し、導光板２０に入射する。
【００７４】
ここで、導光板２０の偏光溝２０ｄの偏向面は入射したレーザ光１６の偏光面に対して垂直であるので、レーザ光１６は偏光が乱れることなく全反射して、図中上下方向の偏光となって出射する。
【００７５】
図１１は信号機４０の利用場面を示した説明図であり、信号表示部４２の背後に太陽４６がある場合を示している。この図のような場合、信号表示部４２から出射したレーザ光１６と太陽光４７がほぼ同じ方向から視界に入ってくるために非常にまぶしく、信号を視認しにくい。
【００７６】
このとき、運転席の日除けの代わりに垂直方向の偏光成分のみを透過する偏光板４５を用いて、この偏光板４５を通して信号表示部４２を見ると、レーザ光１６の輝度は低下しないが、太陽光４７の明るさは半減するため信号の表示を視認し易くなる。
【００７７】
あるいは、図１２に示す信号表示部４２の表示面のように、信号色に対応した記号を表す領域４８ａ、４８ｂ、４８ｃの部分に１／２波長板の機能を有する位相差フィルムを配置してその他の領域と偏光が直交するように構成すると、偏光眼鏡等を通してみた場合に記号が浮かんで見えるため、色覚異常（色盲、色弱）者の誤認を防ぐことができる。
【００７８】
以上、説明したように、本実施の形態の信号機は、レーザ光源を用いることにより高い光利用効率で偏光の揃った出射光が得られるので、これを利用して、信号表示部と太陽が重なった場合の視認性を向上させることができる。さらに、色覚異常者の誤認を防ぐ信号機を実現できる。
【００７９】
なお、本実施の形態では直線偏光の光が出射する構成としたが、信号表示部の表示面にさらに１／４波長板を配置して円偏光を出射する構成としてもよい。この場合は１／４波長板と偏光板を通して信号機を見ることにより、本実施の形態と同様の効果が得られる。この場合、１／４波長板と偏光板からなる眼鏡を用いると、顔を傾けても信号の見え方が変わらない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の信号機は、レーザ光源を用いているので指向性が高く、低消費電力で高輝度の信号機が実現できる。鉄道用の信号機として用いれば、目的のレーン以外で信号を誤認する危険性を回避でき有用である。さらに、偏光のそろった光を効率よく出射させることができるので、偏光フィルタ等を併せて使うことにより、視認性の向上や色覚異常者の誤認を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における信号機の概略構成図で概略構成図（ｂ）（ａ）の１Ｃ−１Ｃ線から見た断面図
【図２】本発明の実施の形態１における偏向溝の別形態の拡大図
【図３】本発明の実施の形態１における信号表示部の別形態の断面図
【図４】（ａ）本発明の第１の実施の形態における信号機の別形態の概略構成図で概略構成図（ｂ）（ａ）の４Ｃ−４Ｃ線から見た断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２における信号表示部の概略構成図で断面図（ｂ）偏向溝の概略斜視図
【図６】本発明の実施の形態２における偏向溝の別形態の概略斜視図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態２の信号機からの出射光が届く範囲を示した説明図で、信号機の概略斜視図（ｂ）出射光の照明範囲を説明する上面図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３における信号機の概略構成図で概略構成図（ｂ）（ａ）の１Ｃ−１Ｃ線から見た断面図
【図９】本発明の第３の実施の形態の信号機からの出射光が届く範囲を示した説明図
【図１０】本発明の第４の実施の形態における信号機の概略構成図
【図１１】本発明の第４の実施の形態における信号機の利用場面を示した説明図
【図１２】本発明の第４の実施の形態における信号表示部の表示面の別形態を示した構成図
【図１３】本発明の第１の実施の形態における信号機の別形態の概略構成図
【符号の説明】
【００８２】
１０，３０，４０，５０ 信号機
１１，３１，４１ 光源部
１２，３２，４２ 信号表示部
１３ 光ファイバ
１４，３４ａ，３４ｂ レーザ光源
１５，３５ 信号制御部
１６，３６ａ，３６ｂ レーザ光
１７ 集光レンズ
１８ コリメートレンズ
１９ 導光棒
１９ａ 入射端面
１９ｂ 側面
１９ｃ 偏向溝
２０，３７ 導光板
２０ａ，３７ａ 入射端面
２０ｂ，３７ｂ 一方の主面
２０ｃ，３７ｃ 対向面
２０ｄ，３７ｄ 偏向溝
２０ｅ 溝
２１ 反射シート
２２ シリンドリカルレンズアレイ
２４ リング状導光体
２４ａ 入射端面
２４ｃ 偏向溝
２５ 円形導光体
２５ａ 側面
２５ｂ 一方の主面
２５ｄ 偏向溝
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 出射光
３８，３９ 領域
４３ 複合偏光プリズム
４３ａ ＰＢＳ面
４３ｂ 反射面
４４ １／２波長板
４５ 偏光板
４６ 太陽
４７ 太陽光
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ 位相差フィルム
５１ 拡散素子
５２ 反射板
５３ フレネルレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を面状に広げて出射する面発光部と、
前記光源からの光を前記面発光部に導く光ファイバと、
前記光源の発光、消灯を制御する信号制御部と、
を備えたことを特徴とする信号機。
【請求項２】
面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光を線状に広げて出射する線状導光部と、
前記線状導光部から出射したレーザ光を側面から入射させ一方の主面から出射する導光板と、
を備え、
前記線状導光部は、略平行な光を出射するように構成され、
前記導光板は、前記一方の主面の対向面に、入射光を前記一方の主面に向けて偏向する偏向溝を有し、前記偏向溝は光が入射する入射面に対して平行に形成されていることを特徴とする請求項１記載の信号機。
【請求項３】
面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光をリング状の光線に変換するリング状導光部と、
前記リング状導光部から出射したレーザ光を外周側面から入射させ一方の主面から出射する円形の導光板と、を備え、
前記リング状導光部は、内周側面から中心に向かって光を出射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の信号機。
【請求項４】
面発光部は、導光板の前記一方の主面に隣接してシリンドリカルレンズアレイを備え、
前記シリンドリカルレンズアレイで前記導光板から出射した光を１次元方向に拡散させることを特徴とする請求項２または請求項３記載の信号機。
【請求項５】
導光板の偏向溝は、偏向面が曲面で形成され、前記偏向面は前記一方の主面に対する傾斜角が０度から４５度の間で徐々に変化するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の信号機。
【請求項６】
導光板の偏向溝は、偏向面の前記一方の主面に対する傾斜角が異なる多種類の偏向溝から構成され、各偏向溝の偏向面は、前記一方の主面に対する傾斜角が０度から４５度の間で構成されていることを特徴とする請求項２記載の信号機。
【請求項７】
偏向溝の偏向面に、前記偏向面が曲率を有する方向と直交する方向に光を拡散させる拡散溝を有し、前記拡散溝は、前記偏向面の前記一方の主面に対する傾斜角が小さくなるほど広く拡散するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の信号機。
【請求項８】
偏向溝の偏向面は、前記偏向面が前記一方の主面に対して傾斜する方向と直交する方向に曲率を有し、前記偏向面の前記一方の主面に対する傾斜角が小さくなるほど広く拡散するように構成されていることを特徴とする請求項６記載の信号機。
【請求項９】
同じ波長のレーザ光を出射する少なくとも２つのレーザ光源と、
前記少なくとも２つのレーザ光源の発光、消灯を独立に制御する信号制御部と、
前記少なくとも２つのレーザ光源から出射したレーザ光をそれぞれ入射させ、面状に広げて出射する面発光部と、を有し、
前記少なくとも２つのレーザ光源から出射したレーザ光は、前記面発光部からそれぞれ異なる角度で指向性を有して出射することを特徴とする請求項２記載の信号機。
【請求項１０】
導光板は、両側の側面からレーザ光が入射するように構成され、
前記導光板の偏向溝は、光が入射する方向に応じてそれぞれ異なる角度で偏向する、２つの偏向面を有することを特徴とする請求項９記載の信号機。
【請求項１１】
出射する光が直線偏光、あるいは円偏光となるように構成したことを特徴とする請求項２記載の信号機。
【請求項１２】
面発光部は、出射する光の偏光がその他の領域から出射する光の偏光と直交する領域を有し、
前記領域は、前記面発光部から出射する光の色に応じた所定の記号の形状となるように構成されたことを特徴とする請求項１１記載の信号機。
【請求項１３】
面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光を均一に広げる発散素子と、前記発散素子から出射したレーザ光に所定の配光特性を持たせるコリメート素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の信号機。
【請求項１４】
前記レーザ光源は、赤色と緑色のレーザ光を出射するレーザ光源を有し、
黄色信号の面発光部には、前記赤色レーザ光と緑色レーザ光を導くように構成したことを特徴とする請求項１から請求項１３に記載の信号機。
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を面状に広げて出射する面発光部と、
前記光源からの光を前記面発光部に導く光ファイバと、
前記光源の発光、消灯を制御する信号制御部と、
を備えたことを特徴とする信号機。
【請求項２】
面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光を線状に広げて出射する線状導光部と、
前記線状導光部から出射したレーザ光を側面から入射させ一方の主面から出射する導光板と、
を備え、
前記線状導光部は、略平行な光を出射するように構成され、
前記導光板は、前記一方の主面の対向面に、入射光を前記一方の主面に向けて偏向する偏向溝を有し、前記偏向溝は光が入射する入射面に対して平行に形成されていることを特徴とする請求項１記載の信号機。
【請求項３】
面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光をリング状の光線に変換するリング状導光部と、
前記リング状導光部から出射したレーザ光を外周側面から入射させ一方の主面から出射する円形の導光板と、を備え、
前記リング状導光部は、内周側面から中心に向かって光を出射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の信号機。
【請求項４】
面発光部は、導光板の前記一方の主面に隣接してシリンドリカルレンズアレイを備え、
前記シリンドリカルレンズアレイで前記導光板から出射した光を１次元方向に拡散させることを特徴とする請求項２または請求項３記載の信号機。
【請求項５】
導光板の偏向溝は、偏向面が曲面で形成され、前記偏向面は前記一方の主面に対する傾斜角が０度から４５度の間で徐々に変化するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の信号機。
【請求項６】
導光板の偏向溝は、偏向面の前記一方の主面に対する傾斜角が異なる多種類の偏向溝から構成され、各偏向溝の偏向面は、前記一方の主面に対する傾斜角が０度から４５度の間で構成されていることを特徴とする請求項２記載の信号機。
【請求項７】
偏向溝の偏向面に、前記偏向面が曲率を有する方向と直交する方向に光を拡散させる拡散溝を有し、前記拡散溝は、前記偏向面の前記一方の主面に対する傾斜角が小さくなるほど広く拡散するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の信号機。
【請求項８】
偏向溝の偏向面は、前記偏向面が前記一方の主面に対して傾斜する方向と直交する方向に曲率を有し、前記偏向面の前記一方の主面に対する傾斜角が小さくなるほど広く拡散するように構成されていることを特徴とする請求項６記載の信号機。
【請求項９】
同じ波長のレーザ光を出射する少なくとも２つのレーザ光源と、
前記少なくとも２つのレーザ光源の発光、消灯を独立に制御する信号制御部と、
前記少なくとも２つのレーザ光源から出射したレーザ光をそれぞれ入射させ、面状に広げて出射する面発光部と、を有し、
前記少なくとも２つのレーザ光源から出射したレーザ光は、前記面発光部からそれぞれ異なる角度で指向性を有して出射することを特徴とする請求項２記載の信号機。
【請求項１０】
導光板は、両側の側面からレーザ光が入射するように構成され、
前記導光板の偏向溝は、光が入射する方向に応じてそれぞれ異なる角度で偏向する、２つの偏向面を有することを特徴とする請求項９記載の信号機。
【請求項１１】
出射する光が直線偏光、あるいは円偏光となるように構成したことを特徴とする請求項２記載の信号機。
【請求項１２】
面発光部は、出射する光の偏光がその他の領域から出射する光の偏光と直交する領域を有し、
前記領域は、前記面発光部から出射する光の色に応じた所定の記号の形状となるように構成されたことを特徴とする請求項１１記載の信号機。
【請求項１３】
面発光部は、光ファイバから出射したレーザ光を均一に広げる発散素子と、前記発散素子から出射したレーザ光に所定の配光特性を持たせるコリメート素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の信号機。
【請求項１４】
前記レーザ光源は、赤色と緑色のレーザ光を出射するレーザ光源を有し、
黄色信号の面発光部には、前記赤色レーザ光と緑色レーザ光を導くように構成したことを特徴とする請求項１から請求項１３に記載の信号機。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２６５９６０（Ｐ２００９−２６５９６０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１５０４８（Ｐ２００８−１１５０４８）
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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