灯器、交通信号灯器、及び灯器の反射防止ユニット
【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灯器、交通信号灯器及び反射防止ユニットを提供する。
【解決手段】交通信号灯器は、基板４０１、基板４０１上に配置された発光体３０３、及び前面に発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材３０１を有する光学ユニット１０４と、グランド素子４０３及びパッチ素子４０４が光学ユニット１０４内に設けられ、グランド素子４０３が基板４０１よりも前方に配置され、パッチ素子４０４がグランド素子４０３よりも前方に配置されたパッチアンテナ１０６と、光学ユニット１０４内に設けられ、発光体３０３からの灯光を拡散させる灯光拡散部材４０２とを備え、灯光拡散部材４０２の少なくとも一部がパッチ素子４０４よりも前方に配置される。
【解決手段】交通信号灯器は、基板４０１、基板４０１上に配置された発光体３０３、及び前面に発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材３０１を有する光学ユニット１０４と、グランド素子４０３及びパッチ素子４０４が光学ユニット１０４内に設けられ、グランド素子４０３が基板４０１よりも前方に配置され、パッチ素子４０４がグランド素子４０３よりも前方に配置されたパッチアンテナ１０６と、光学ユニット１０４内に設けられ、発光体３０３からの灯光を拡散させる灯光拡散部材４０２とを備え、灯光拡散部材４０２の少なくとも一部がパッチ素子４０４よりも前方に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、灯器、交通信号灯器、及び灯器の反射防止ユニットに関する。
【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）。
【０００３】
このような路車間通信を無線によって行う場合、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８０６８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
そこで、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路等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】
【０００７】
本発明の一観点から提供される灯器は、基板、前記基板上に配置された発光体、及び前面に前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、前記光学ユニット内に設けられ、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子より前方に配置される。
この灯器では、パッチアンテナが光学ユニット内に格納されているため、パッチアンテナを目立たなくすることができ、またアンテナ設置専用の支柱を不要とすることができる。
【０００８】
さらに、基板がパッチアンテナによる電波の送受信の妨げにならないようにするには、グランド素子及びパッチ素子が、基板よりも前方に設けられている必要がある。また、このパッチアンテナが所望の性能を発揮するには、パッチ素子とグランド素子との間に灯器の前後方向に所定の間隔を設ける必要がある。
【０００９】
しかし、基板上に配置される発光体は、前記間隔よりも、前後方向の長さが短いことから、発光体の前端よりもパッチ素子が前方に位置することとなる。この結果、パッチ素子が発光体からの灯光を妨げることになることがある。灯器の前方など特定方向では灯器外から灯光を良好に視認するようパッチ素子を設けても、他の方向でも灯光を妨げないように光路を設けることが難しい。
【００１０】
一方、パッチ素子が発光体からの灯光の妨げとならないように、パッチ素子を発光体の前端よりも後方に配置すると、発光体の前後方向の長さが短いために、基板よりも前方に設けられているグランド素子とパッチ素子との間の前後方向の間隔を小さい値でしか設定できず、パッチアンテナは所望の性能を発揮することができなくなる恐れがある。
【００１１】
そこで、この灯器では、グランド素子及びパッチ素子が発光体よりも前方に配置されると共に、灯光拡散部材の少なくとも一部がパッチ素子よりも前方に配置されている。このため、発光体からの灯光がグランド素子及びパッチ素子を通過するようにしておけば、その通過した灯光がパッチ素子よりも前方で灯光拡散部材により拡散される。灯光拡散部材により拡散された灯光はパッチ素子により妨げられない。すなわち、ＬＥＤから灯光拡散部材に至るまでの光路が灯器の前方に限られたとしても、灯光拡散部材により灯光を拡散することで、どの方向へも必要な光度を確保することができ、その結果、様々な方向から灯光を適当に視認することが可能となる。またパッチ素子よりも前方に発光体の前端を配置する必要がなくなるので、灯光を妨げないためにグランド素子とパッチ素子との間の間隔が制限されず、パッチアンテナに所望の性能を容易に発揮させることができる。
【００１２】
この灯器は、前記発光体からの灯光を前記灯光拡散部材へ導く灯光導光部材をさらに備えることができる。これにより、より多くの灯光を灯光拡散部材で拡散させることができ、所望の光度が得られ易くなる。
【００１３】
さらに、この灯器は、前記カバー部材と前記パッチ素子との間に配置され、前記光学ユニットへの入射光が前記光学ユニット内で反射するのを防止する板状の反射防止部材をさらに備え、前記反射防止部材が、前記発光体からの灯光を前方へ通過させる通過孔を有し、前記灯光拡散部材が、前記反射防止部材の前記通過孔前方に取り付けられるようにしてもよい。
【００１４】
この灯器の一実施態様において、前記灯光拡散部材は、前記発光体からの灯光の一部を斜め下方へ拡散させる。また、前記灯光拡散部材が、前記灯器の灯光が前記灯器の中心から４５度の範囲内で少なくとも１ｃｄ以上の光度を有するよう、前記発光体からの灯光を拡散するようにしてもよい。これによって、灯器が下方から視認される場合でも、所望の配光特性を得ることができる。
【００１５】
灯器は、前記灯光拡散部材の後端面に形成され、前記発光体からの灯光が前記後端面で反射するのを抑制する反射抑制被膜をさらに備えるようにしてもよい。これによって、発光体からの灯光をより多く灯光拡散部材に入射させることができ、所望の光度が得られ易くなる。
【００１６】
本発明の他の観点により提供される灯器は、基板、及び前記基板上に配置された発光体を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、前記光学ユニット内に設けられ、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される。
【００１７】
本発明のさらに他の観点により提供される交通信号灯器は、基板、前記基板上に配置された発光体、及び前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される。
【００１８】
本発明のさらに他の観点により提供される反射防止ユニットは、基板、前記基板上に配置された発光体、及び前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナとを備える灯器の反射防止ユニットであって、前記カバー部材と前記パッチ素子との間に配置され、前記光学ユニットへの入射光が前記光学ユニット内で反射するのを防止する板状の反射防止部材と、前記反射防止部材に形成された孔の前方に取り付けられ、前記孔を通過した前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路等の美観を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態に係る交通信号灯器の全体構成を示す図である。
【図２】交通信号灯器に求められる配光特性の一例を示す図である。
【図３】光学ユニットの外観の一例を示す斜視図である。
【図４】アンテナを内蔵した光学ユニットの一例の正面図である。
【図５】アンテナを内蔵した光学ユニットの一例の断面図である。
【図６】ＬＥＤ及び灯光拡散部材並びにその周辺部を示す断面拡大図である。
【図７】灯光拡散部材の変形例の一つを説明する図である。
【図８】灯光拡散部材の別の変形例を説明する図である。
【図９】誘電体の比誘電率と、パッチ素子の外形及びパッチ素子の位置等との関係を示した図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態では、本発明は発光体として複数の発光ダイオードを有する光学ユニットを備えた交通信号灯器として具体化されている。
【００２２】
図１は本実施の形態に係る交通信号灯器の全体構成を示す図である。この交通信号灯器１０１は、道路に設置される車両用の灯器である。この信号灯器１０１は、歩道等の路側に設けられた支柱１０２に取り付けられている。支柱１０２の上部には、アーム１０３が車道側に張り出されて設けられている。信号灯器１０１は、車道を走行する車両から視認されるよう、そのアーム１０３の先端部に取り付けられている。
【００２３】
信号灯器１０１は、複数（図例では三つ）の光学ユニット１０４と、これら光学ユニット１０４を組み込んでいる筐体１０５とを有している。三つの光学ユニット１０４は、複数の発光ダイオード（以下ＬＥＤという）をそれぞれ格納し、赤、黄、青の灯光色を有している。さらに本実施の形態においては、黄色の光学ユニット１０４が路車間通信用のパッチアンテナ１０６を格納する。光学ユニット１０４内にパッチアンテナ１０６を格納することで、アンテナ専用の支柱が必要なくなり、それによって道路の美観が損なわれない。なお、信号灯器１０１の設置構造は図示しているもの以外であってもよく、支柱１０２及びアーム１０３の形態が異なっていてもよい。また信号灯器１０１は歩道橋に架設されたものであってもよい。
【００２４】
支柱１０２には制御装置１０７も取り付けられている。この実施の形態において制御装置１０７は、各光学ユニット１０４の点灯等を制御するほか、パッチアンテナ１０６による無線通信の制御も行う。制御装置１０７は、同軸ケーブル１０８により光学ユニット１０４内のパッチアンテナ１０６と接続されている。また、制御装置１０７と光学ユニットとの間にはＬＥＤの駆動電流を流すための灯器線も敷設されている。しながら、信号灯器１０１の現示制御と無線通信制御との両方を制御装置１０７で行う必要はなく、両制御を別個の装置で行ってもよい。また制御装置は信号灯器１０１の筐体１０５に内蔵させてもよい。
【００２５】
図２は交通信号灯器に求められる配光特性の一例を示す図である。交通信号灯器の灯光は、遠方にある車両からだけでなく、交差点を通過しようとする直近の車両からも十分に視認される必要がある。このため交通信号灯器の光学ユニットには、正面方向へ比較的高い光度が求められるだけでなく、ある程度の光度が斜め下方へも求められる。この例では、中心線上で２８８ｃｄと比較的高い光度が求められているのに加えて、垂直下方３３°でも３．６ｃｄの光度が求められている。
【００２６】
図３は光学ユニットの外観の一例を示す斜視図である。本実施の形態において、光学ユニット１０４がパッチアンテナを内蔵するか否かによって外観上の相違はほとんどない。光学ユニット１０４は、カバー部材３０１及び収容部材３０２を備えている。カバー部材３０１は、可視光透過性を有するガラス又は樹脂製の部材であり、光学ユニット１０４の前面を覆う。光学ユニット１０４は、このカバー部材３０１を介して灯光を出射する。収容部材３０２は、鋼板、アルミ又は合成樹脂材により形成された皿状の部材であり、底部（底壁）３０２ａとその底壁３０２ａの周縁から立設した側部（側壁）３０２ｂとを有している。この収容部材３０２の開口内周にカバー部材３０１が着脱可能に取り付けられる。光学ユニット１０４は、カバー部材３０１及び収容部材３０２により囲まれた空間内にＬＥＤ３０３や、そのＬＥＤを実装する基板などを収容する。しかしながら、光学ユニット１０４の基板よりも前方に反射防止部材（遮光部材）３０４が設けられるため、基板は外部から視認されない。アンテナを内蔵しない光学ユニット１０４では、同心円状に配置された複数のＬＥＤ３０３のモールド前端が反射防止部材３０４よりも前方に配置される。
【００２７】
反射防止部材３０４は、ＬＥＤ３０３内の反射鏡や基板の前面に対して西日や朝日等の太陽光が入射するのを制限することにより、反射鏡や基板による反射で信号灯器がみづらくなったり、点灯していない信号灯器が点灯しているように見える「擬似点灯」が生じたりするのを防止するためのものである。反射防止部材３０４は、絶縁材（不導体）からなる合成樹脂材により板状として形成される。本実施の形態において、反射防止部材３０４は、円形の板状（面状）に形成された板状部３０４ａ、及び各ＬＥＤ３０３の上部を覆う庇部３０４ｂを有する。板状部３０４ａは、主に、基板に対して太陽光が直接当たるのを防止する。板状部３０４ａには、複数のＬＥＤ３０３の配置に対応して複数の貫通孔３０４ｃが形成される。アンテナを内蔵しない光学ユニット１０４では、それら貫通孔３０４ｃにＬＥＤ３０３が挿通される。庇部３０４ｂは、各貫通孔３０４ｃの上縁から突出するように設けられる。庇部３０４ｂは、西日や朝日などの斜め上方から照りつける太陽光がＬＥＤ３０３の反射鏡に入射するのを防止する。反射防止部材３０４は、このような反射防止のため、黒色の合成樹脂材により形成されるか、少なくとも板状部３０４ａの前面が黒色に塗装される。又は黒色のシートを貼り付けてもよい。
【００２８】
アンテナを内蔵しない光学ユニット１０４では、上述の通り、ＬＥＤ３０３のモールド前端が反射防止部材３０４よりも前方に配置されている。このため、ＬＥＤ３０３からの灯光は妨げられることなくカバー部材３０１から出射する。したがって、図２に示した配光特性を満たすようＬＥＤ３０３自体や、その数・配置などを選択すればよい。
しかしながら、光学ユニット１０４内の反射防止部材３０４よりも後方にパッチアンテナを収容しようとすると不都合が生じる。パッチアンテナからすれば、ＬＥＤ３０３の基板は導体板である。このため、ＬＥＤ基板により電波の送受信が妨げられないようにするには、パッチアンテナのパッチ素子及びグランド素子を基板よりも前方へ配置する必要がある。パッチ素子及びグランド素子を基板よりも前方に配置するためにＬＥＤ３０３の前端がパッチ素子よりも後方になってしまうと、パッチ素子がＬＥＤ３０３による前方への灯光の妨げになることがある。ＬＥＤ３０３の正面方向を避けてパッチ素子を設けたとしても、異なる方向、例えば斜め下方でも当該ＬＥＤ３０３の灯光を妨げないようにパッチ素子を設けることは難しい。したがって、図２に示した配光特性を十分に得られない恐れが生じる。
【００２９】
またパッチアンテナが所望の性能を発揮するには、パッチ素子とグランド素子との間に所定の間隔が必要になる。ＬＥＤ３０３前端の基板からの高さがその間隔よりも短い場合、ＬＥＤ３０３による灯光を妨げないようにＬＥＤ３０３前端をパッチ素子よりも前方へ配置しようとすると、その間隔を確保できず、パッチアンテナが所望の性能を発揮できなくなってしまう。
【００３０】
そこで、本実施の形態における信号灯器では、アンテナを内蔵する光学ユニット１０４において、ＬＥＤ３０３からの灯光を拡散させる灯光拡散部材の少なくとも一部をパッチ素子よりも前方に配置する。ここでは、灯光拡散部材がＬＥＤ３０３のモールドと同じ素材でほぼ同形状となっていることから、光学ユニット１０４がアンテナを内蔵するか否かによって外観上の相違はほとんど生じない。
【００３１】
図４及び図５はアンテナを内蔵した光学ユニットの一例の正面図及び断面図である。光学ユニット１０４は、カバー部材３０１、収容部材３０２、ＬＥＤ３０３及び反射防止部材３０４に加えて、ＬＥＤ基板４０１、パッチアンテナ１０６及び灯光拡散部材４０２を備える。
【００３２】
ＬＥＤ基板４０１は、円形の板状に形成され、収容部材３０２の底面３０２ａに最も近い位置に配置されている。複数のＬＥＤ３０３は、この基板４０１の前面４０１ａに面状に広がって設けられている。制御装置の制御に従ってＬＥＤ３０３に電流が与えられ、信号灯器が点灯する。
【００３３】
パッチアンテナ１０６は、カバー部材３０１及び収容部材３０２により囲まれる空間内に収容され、グランド素子４０３及びパッチ素子４０４を有している。光学ユニット１０４内においてグランド素子４０３は基板４０１よりも前方に設けられ、パッチ素子４０４はグランド素子４０３よりも前方に設けられている。このため、パッチアンテナ１０６による電波の送受信を基板４０１が妨げない。また光学ユニット１０４においてグランド素子４０３及びパッチ素子４０４は、反射防止部材３０４よりも後方に設けられているため、パッチアンテナ１０６は反射防止部材３０４によって隠される。このため、信号灯器の前方から見えなくすることができる。
【００３４】
パッチアンテナ１０６のグランド素子４０３は、ここでは円形平板状に形成されており、基板４０１の前面４０１ａ側において反射防止部材３０４に取り付けられている。グランド素子４０３は、光学ユニット１０４の前後方向について基板４０１と反射防止部材３０４との間の位置にあり、かつ、パッチ素子４０４の後方に設けられている。グランド素子４０３の輪郭形状はパッチ素子４０４よりも大きくなっている。なお、グランド素子４０３の平面形状は円形に限られるものではなく、矩形などの他の形状であってもよい。しかしながら、図４に示すように光学ユニット１０４が正面視において円形である場合、グランド素子４０３も円形とするのが好ましい。すなわち、光学ユニット１０４とグランド素子４０３とで輪郭形状を同じ（相似形）にするのが好ましい。これは、グランド素子４０３の輪郭形状を矩形とする場合よりも円形とする場合の方が、グランド素子４０３の面積を大きくする（最大とする）ことができるためである。また、グランド素子４０３の面積をパッチ素子４０４よりも（ある程度）大きくすることにより、グランド方向（バック方向）への電波の放射を少なくすることができる。すなわち、効率良く電波を前方へ発することができる。また、パッチ素子４０４は平面状（例えば、円形や矩形等）に形成されている。
【００３５】
パッチ素子４０４は、例えば図示しないがボルト及びナットよりなる締結具によって反射防止部材３０４の板状部３０４ａに取り付けられる。ここでは、パッチ素子４０４は、板状部３０４ａの後方側に設けられている。パッチ素子４０４は、基板４０１から前方へ離れて設けられており、ＬＥＤ３０３の前端よりも前方に位置している。
【００３６】
グランド素子４０３及びパッチ素子４０４は金属板から形成することができる。グランド素子４０３及びパッチ素子４０４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、高周波では表面に電流が流れることから、樹脂製等の不導体からなる板部材に、金属蒸着したものや、金属メッキ（金や銀のメッキ）を施したものであってもよい。
【００３７】
灯光拡散部材４０２は、反射防止部材３０４に取り付けられる。反射防止部材３０４には、複数の灯光拡散部材４０２が、複数のＬＥＤ３０３それぞれと中心線を合わせて、面状に広がって配置される。各灯光拡散部材４０２は、対応するＬＥＤ３０３から入射した光をパッチ素子４０４よりも前方で拡散して出射する。
【００３８】
図６はＬＥＤ及び灯光拡散部材並びにその周辺部を示す断面拡大図である。ＬＥＤ３０３は一般的な構成を有しており、発光本体３０３ａと、その発光本体３０３ａから後方へ伸びる二本のリード線３０３ｂ、３０３ｃとを備えている。リード線３０３ｂ、３０３ｃは、基板４０１に挿通され、基板４０１背面に設けられた配線パターンに接続される。発光本体３０３ａは、ＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ）３０３ｄ、反射鏡３０３ｅ、及びこれらを封入するモールド部３０３ｆを有している。このモールド部３０３ｆの前端がＬＥＤ３０３の前端となる。モールド部３０３ｆはレンズを形成しており、ＬＥＤ３０３は例えば狭指向性の灯光を光学ユニット１０４の中心線方向６０１に発する。
【００３９】
複数のＬＥＤ３０３は、グランド素子４０３が前後方向で基板４０１と近接することから、グランド素子４０３に形成された複数の孔４０３ａにそれぞれ挿通される。孔４０３ａの配置はＬＥＤ３０３と一致することになり、グランド素子４０３は網目構造となっている。
【００４０】
またパッチ素子４０４とＬＥＤ３０３とが前後方向の位置について重複していることから、パッチ素子４０４には、複数のＬＥＤ３０３からの灯光をそれぞれ通過させるための孔４０４ａが形成される。孔４０４ａの配置もＬＥＤ３０３と一致することになり、パッチ素子４０４は網目構造となっている。この網目構造には、例えば練炭のように平板に孔が幾つかあけられた構造が含まれる。
【００４１】
グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間には、比誘電率が空気よりも大きい誘電体（誘電部材）６０２が介在してもいてもよく、又は誘電体を省略して空気が介在していてもよい。グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間の全部又は一部に、誘電体６０２を挿入してもよい。誘電体６０２は、例えば樹脂製又はセラミックス製の板部材である。樹脂製の場合、フッ素樹脂、ポリエチレン、ガラスエポキシ、ＦＲＰ、ポリアセタール、ＡＢＳ樹脂、又はポリエチレンテレフタラートを誘電体６０２に用いることができる。
【００４２】
またグランド素子４０３及びパッチ素子４０４をメッシュ構造とすることもできる。この場合、グランド素子４０３及びパッチ素子４０４を導線によって（導線を編んで）形成する。グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間に誘電体６０２を介在させる場合には、複数のＬＥＤ３０３からの灯光をそれぞれ通過させるための孔６０２ａをその誘電体６０２にも設ける。
【００４３】
これらの孔４０３ａ、４０４ａ、６０２ａと反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃとはいずれもＬＥＤ３０３の配置に合わせて設けられるため、それらの孔４０３ａ、４０４ａ、６０２ａ及び貫通孔３０４ｃは同一軸線上に配置される。ＬＥＤ３０３からの灯光は、その孔４０３ａ、４０４ａ、６０２ａ及び貫通孔３０４ｃを通過して、反射防止部材３０４よりも前方へ放射されることになる。しかしながら、光学ユニット１０４の正面方向に光度を確保するだけでは、図２に示したような配光特性を得ることができない。
【００４４】
本実施の形態における光学ユニット１０４では、上述のように反射防止部材３０４に灯光拡散部材４０２が取り付けられており、その灯光拡散部材４０２でＬＥＤ３０３からの光をパッチ素子４０４よりも前方で拡散させることにより、その配光特性を得る。
【００４５】
この実施の形態において、灯光拡散部材４０２は、ＬＥＤ３０３のモールド部３０３ｆのように砲弾型の形状を有する樹脂製の透明部材でありレンズを形成する。ＬＥＤ３０３からの光は灯光拡散部材４０２の後端面４０２ａより入射する。灯光拡散部材４０２は、レンズ作用により、その入射光の指向角度を拡げて出射する。図２の配光特性を得ようとすると、灯光拡散部材４０２は、ＬＥＤ３０３からの前方への灯光を少なくとも斜め下方６０３へ拡散させる必要がある。ここでは、水平線より下方においては中心線から４５°の範囲内で少なくとも１ｃｄ以上の光度を有するよう、ＬＥＤ３０３からの灯光を拡散させる。パッチ素子４０４よりも前方にある反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃに灯光拡散部材４０２が取り付けられるので、灯光拡散部材４０２の少なくとも一部がパッチ素子４０４、さらには反射防止部材３０４よりも光学ユニット１０４の前方に配置される。したがって、灯光拡散部材４０２から出射される灯光はパッチ素子４０４や反射防止部材３０４により妨げられない。
【００４６】
しかも、信号灯器の配光特性は灯光拡散部材４０２から出射される灯光で定まるので、ＬＥＤ３０３の前端をパッチ素子４０４や反射防止部材３０４よりも前方へ配置する必要がなくなる。このパッチアンテナを格納した信号灯器を、路車間で無線通信を行う高度道路交通システム（ＩＴＳ）に利用する場合、パッチアンテナの使用周波数は７００ＭＨｚ帯周波数（７１５ＭＨｚ〜７２５ＭＨｚ）に設定される。このアンテナ性能（帯域特性、ＶＳＷＲ特性）をパッチアンテナに備えさせるためには、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との前後方向の間隔を広く設定する必要がある。例えば、パッチ素子４０４を正方形としその一辺を１７０ｍｍ程度とし、被誘電率が空気よりも大きい誘電体を設けると、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との前後方向の間隔は、およそ２０ｍｍ〜４０ｍｍに設定される。なお、この間隔は、誘電体の有無、及び、誘電体の種類に応じて設定される。このように、グランド素子４０３とパッチ素子４０４とを７００ＭＨｚ帯周波数で使用するには、基板４０１よりも前方のグランド素子４０３とパッチ素子４０４との前記間隔を大きな値とする必要がある。しかしながら、上述の通り、パッチ素子４０４よりも前方の反射防止部材３０４に灯光拡散部材４０２が取り付けられており、信号灯器の配光特性は灯光拡散部材４０２から出射される灯光で定まる。したがって、ＬＥＤ３０３の前端をパッチ素子４０４や反射防止部材３０４よりも前方へ配置する必要がない。したがって、パッチアンテナを光学ユニット１０４内に格納した信号灯器をＩＴＳに利用する場合でも、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間隔に灯光上の制限がなくなり、パッチアンテナに所望の性能を発揮させることが容易になる。
【００４７】
光学ユニット１０４において、パッチアンテナは同軸ケーブル１０８を介して制御装置と接続される。同軸ケーブル１０８は、内導体１０８ａ、絶縁体１０８ｂ、外導体１０８ｃ及び被覆部１０８ｄを有している。内導体１０８ａがパッチ素子４０４に接続され、外導体１０８ｃがグランド素子４０３に接続される。図５に示すように、同軸ケーブル１０８は、収容部材３０２の底面３０２ａに設けられた取付部５０１を介して光学ユニット１０４内に引き込まれる。
【００４８】
以上のように光学ユニット１０４内に格納されたパッチアンテナを用いて、制御装置の制御にしたがって無線通信をすることが可能となる。さらに、グランド素子４０３とパッチ素子４０４とを前後方向に対向して配置しているので、信号灯器の前方へパッチアンテナの指向性を与えることができる。これにより光学ユニット１０４の光軸とアンテナ指向性とが略一致する。信号灯器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、アンテナ指向性によって、車両の車載機等との間で良好な通信状態が得られる。
【００４９】
この実施の形態における信号灯器を製造するための、パッチアンテナを光学ユニット内に格納する組み立て工程について説明する。ＬＥＤを基板に半田によって実装させる。また、反射防止部材に灯光拡散部材、パッチ素子、誘電体及びグランド素子を取り付ける。そして、ＬＥＤが実装された基板と、パッチアンテナを有する反射防止部材とを一体とし、この一体品を収納部材に取り付ける。基板と反射防止部材とを一体とする際、パッチ素子等に設けた孔等にＬＥＤを挿通させる。そして、カバー部材を収容部材に取り付ける。これにより、パッチアンテナを光学ユニット内に格納することができる。なお、反射防止部材に灯光拡散部材を取り付けた反射防止ユニットを用いれば、通常の交通信号灯器に容易にパッチアンテナを内蔵し得る。
【００５０】
上述の光学ユニットでは、パッチアンテナが露出した状態（突出した状態）にないため、信号灯器を取り付けるための支柱及びアームの設計において、アンテナが受ける風荷重を追加的に考慮する必要がなくなる。また、アンテナに対する防錆、防塵についても追加的に考慮する必要がなくなる。
【００５１】
また、交通用の信号灯器は、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ているため、アンテナと車両の車載機との間で無線通信を行う上で、見通しが良好な状態が自然と得られる。これにより、信号灯器の光学ユニット２に組み込んだアンテナを、路車間で無線通信を行う高度道路交通システム（ＩＴＳ）へ活用することが容易となり、また、良好な通信状態が得られる。
【００５２】
なお、上述の光学ユニット１０４において、灯光拡散部材４０２の後端面４０２ａには、ＬＥＤ３０３からの灯光の反射を抑制するように、反射抑制被膜を形成するようにしてもよい。反射抑制被膜により灯光の反射を抑制することで、より多くの光を灯光拡散部材４０２内へ導くことができる。
【００５３】
図７は灯光拡散部材の変形例の一つを説明する図である。この例における灯光拡散部材７０１はＬＥＤ７０２と一体に形成されている。ＬＥＤ７０２は光軸方向に延長されたモールド部７０３を有している。樹脂性の透明部材であるモールド部７０３は、同一軸線上に配置されたグランド素子４０３の孔４０３ａ、誘電体６０２の孔６０２ａ、パッチ素子４０４の孔４０４ａ、及び反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃに挿通され、その先端が反射防止部材３０４から突出している。このようなモールド部７０３を有するＬＥＤ７０２は、発光本体部７０４、延長部７０５、及び灯光拡散部材７０１を構成する先端部７０６を有する。
【００５４】
発光本体部７０４は、図６のＬＥＤ３０３における発光本体３０３ａに相当し光を発する。発光本体部７０４は、発光本体３０３ａと変わらず、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間にあり、パッチ素子４０４よりも後方に設けられている。
【００５５】
延長部７０５は、発光本体部７０４からの灯光を先端部７０６に導く灯光導光部材を構成する。延長部７０５は、モールド部７０３の一部であり、空気よりも屈折率の高い樹脂製の透明部材であるので、パッチ素子４０４よりも後方に配置された発光本体部７０４からの灯光はほとんど損なわれずに灯光拡散部材７０１へ導かれる。
【００５６】
灯光拡散部材７０１を構成する先端部７０６は、ＬＥＤ３０３と同様に砲弾型の形状を有しており、少なくともその一部がパッチ素子４０４、さらには反射防止部材３０４よりも信号灯器の前方に配置される。先端部７０６は、延長部７０５により導かれた導光を反射防止部材３０４よりも前方で拡散し、図２の配光特性を得る。
【００５７】
このように灯光拡散部材をＬＥＤと一体に形成することもでき、またＬＥＤと灯光拡散部材の間に別部材の灯光導光部材を配置するようにしてもよい。ＬＥＤのモールドを延長することで灯光拡散部材をＬＥＤと一体に形成すれば、ＬＥＤからの光が灯光拡散部材の後面で反射されることがなくなる。また灯光導光部材により、ＬＥＤからの灯光をより効率的に灯光拡散部材に導くことができる。このため同一の光度を得るのに必要な電流量を抑えることができる。
【００５８】
さらにこの例では、より灯光を拡散するため、先端部７０６の周面に帯状に散乱部７０７が設けられている。散乱部７０７はモールド部７０３の表層を乳白色化したり表層に気泡を設けたり、金属粉を蒸着したりすることで構成することができる。この散乱部７０７により、延長部７０５により導かれた導光の一部が信号灯器の斜め下方等へ散乱される。ここでは、散乱部７０７が先端部７０６の尖頭７０８に設けられておらず、発光本体部７０４から光軸方向（信号灯器の正面方向）へ進む灯光は散乱されない。これによって、正面方向に比較的高い光度を確保しつつ、例えば斜め下方にも適当な光度を得ることがさらに容易になる。なお、散乱部７０７は帯状に設ける必要はなく、例えば先端部７０６の上面にだけ形成してもよい。
【００５９】
図８は灯光拡散部材の別の変形例を説明する図である。この例における灯光拡散部材８０１は、反射防止部材３０４の庇部８０２により構成される。庇部８０２はその下面８０３でＬＥＤ３０３からの灯光を拡散する。
【００６０】
ＬＥＤ３０３は、図６と同様の構成を有しており、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間に配置されている。ＬＥＤ３０３のモールド部３０３ｆはグランド素子４０３の孔４０３ａ及び誘電体６０２の孔６０２ａに挿入され、ＬＥＤ３０３の前端であるモールド部３０３ｆの前端はパッチ素子４０４よりも後方に位置している。ＬＥＤ３０３からの灯光は誘電体６０２の孔６０２ａ、パッチ素子４０４の孔４０４ａ、及び反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃを通って、パッチ素子４０４よりも前方へ進む。
【００６１】
反射防止部材３０４の庇部８０２は板状部３０４ａから突出して設けられているから、庇部８０２はパッチ素子４０４や板状部３０４ａよりも前方に位置する。庇部８０２は斜め下方へ若干傾けて設けられており、その下面８０３に、ＬＥＤ３０３からの灯光の一部が入射する。下面８０３には、多数の微小突起を設けるなどの散乱加工が施されており、その下面８０３に入射した灯光はパッチ素子４０３や板状部３０４ａよりも前方で散乱されることになる。ＬＥＤ３０３の光軸付近の光は庇部８０２の下面８０３に入射せず、信号灯器の正面方向に進行する。これによって、ＬＥＤ３０３から反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃに至る光路が正面方向に限られていても、図２の配光特性のように、正面方向には比較的高い光度を確保しつつ、例えば斜め下方にも適当な光度を得ることが可能となる。したがって、どの方向から見ても灯光を適当に確認することができる。
【００６２】
なお、ＬＥＤ３０３と灯光拡散部材８０１との間に灯光導光部材８０４を配置するようにしてもよい。灯光導光部材８０４は、空気より屈折率の高い透明性の部材で構成され、ＬＥＤ３０３からの灯光を灯光拡散部材へ導く。灯光導光部材８０４には、ガラス、透明樹脂、光ファイバその他の部材を用いることができる。灯光導光部材８０４を配置することにより、より多くの灯光を灯光拡散部材８０１に導くことが可能となる。灯光導光部材８０４の後端面には反射を抑制するための反射抑制被膜を形成するのが好ましい。さらに、前端面にも反射を抑制する反射抑制被膜を形成すると好ましい。また、灯光導光部材８０４の側面は、金属等の反射被膜でコーティングすることが好ましい。これにより、灯光導光部材８０４の側面から光が漏れるのを効果的に抑制することができる。また、本例のように反射防止部材３０４の庇部８０２に灯光の散乱構造を設ける場合だけでなく、図６の例のように反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃに灯光拡散部材を取り付ける場合にも、灯光拡散部材とは別部材の灯光導光部材を灯光拡散部材とＬＥＤとの間に配置するようにしてもよい。
【００６３】
図９はグランド素子とパッチ素子との間に配置される誘電体の比誘電率εｒと、パッチ素子の外形及びパッチ素子の位置等との関係を示した図表である。この表は、７２０ＭＨｚ帯で使用される信号灯器をモデル化してシミュレーションを行なった結果を示している。このモデル化にあたり、パッチ素子及びグランド素子を円形とし、ＬＥＤ、ＬＥＤ挿通用の孔及び反射防止部材は、素子外形及び素子の位置に関しての影響が小さいため、省略している。また、同軸ケーブルの入力部を、パッチ素子の上端から下方へ１ｍｍ下の位置としている。
【００６４】
図９において、素子外形は、正方形としたグランド素子及びパッチ素子の一辺の長さを示しており、素子高さは、グランド素子とパッチ素子との前後方向の間隔の値を示している。比誘電率εｒが１である場合、つまり、グランド素子とパッチ素子との間が空気である場合、素子外形は１７０．５ｍｍであり、素子高さは２５．０ｍｍであるのに対し、比誘電率εｒが空気よりも大きい誘電体が介在している場合、素子外形は小さくなり、素子高さは大きくなる。
【００６５】
このように、グランド素子とパッチ素子との間に、比誘電率εｒが空気よりも大きい誘電体が設けられていることにより、パッチ素子（パッチアンテナ）の大きさを小さくすることができる。これは、素子内の波長短縮率が大きくなるためであると考えられる。このように、パッチアンテナを小さくすることができるため、光学ユニット内に、別のアンテナを更に格納することができる。別のアンテナとしては、例えば、携帯電話やＩＴＳ路路間通信用の周波数帯（例えば２．４ＧＨｚ帯等）で使用されるものであってもよい。
【００６６】
また、灯器に格納するパッチアンテナ用の誘電体の比誘電率εｒは、下限が２（２以上）であるのが好ましい。また、比誘電率εｒは、上限が５（５以下）であるものが好ましい。具体的には、フッ素樹脂、ポリエチレン、ガラスエポキシ、ＦＲＰ、ポリアセタール、ＡＢＳ樹脂、又は、ポリエチレンテレフタラートとするのが、価格面、加工性の面で好ましい。
【００６７】
以上のように本実施の形態における信号灯器では、パッチアンテナは光学ユニット内に格納されたものとなる。これにより、アンテナを目立たなくして信号灯器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、アンテナが光学ユニット内に格納されることから、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、アンテナは基板よりも前方に設けられるため、基板がアンテナによる電波の送受信の妨げになるのを避けることができる。
【００６８】
また、パッチアンテナを７００ＭＨｚ帯周波数（７１５ＭＨｚ〜７２５ＭＨｚ）で使用するためには、パッチ素子とグランド素子との前後方向の間隔が、所定の値（例えば２０ｍｍ〜４０ｍｍ）に設定される。したがって、このパッチアンテナを基板よりも前方として光学ユニット内に格納すると、基板から前方に離れた位置にパッチ素子が存在することとなる。しかし、この場合であっても、本実施の形態によれば、ＬＥＤからの灯光をパッチ素子よりも前方で灯光拡散部材により拡散でき、ＬＥＤから灯光拡散部材に至るまでの灯光の光路が正面方向に限られていても、灯器から出射される灯光には他の方向についても所望の光度が得られる。その結果、特定の方向に限らず様々な角度から灯光を適当に視認することが可能となる。しかも、灯光を妨げないために、パッチ素子よりも前方にＬＥＤを配置する必要がなくなるので、グランド素子とパッチ素子との間の間隔が制限されない。このため、パッチアンテナを７００ＭＨｚ帯周波数で通信するためのアンテナとして容易に機能させることができる。
【００６９】
上述した実施の形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。
【００７０】
上述のようにグランド素子とパッチ素子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、グランド素子及びパッチ素子の一方又は双方が、基板に対して傾いて配置されていてもよい。
【００７１】
また、信号灯器はドライバへの視認性に鑑みて、通常、基板自体を少し下方に傾けて設置してある。そのため、グランド素子及びパッチ素子を基板に平行に取り付けることによって、アンテナの指向性も下方に向くが、例えばＩＴＳにおける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、基板よりもさらに下方に傾けるようにしても良い。
【００７２】
また上述の実施の形態では、パッチ素子を反射防止部材の後方に設けていたが、パッチ素子は反射防止部材の前方にあってもよい。この場合であっても、灯光拡散部材の少なくとも一部がパッチ素子よりも前方にあればよい。パッチ素子を反射防止部材の前面に設ける場合、パッチ素子を反射防止部材の前面に貼り付けたり、止めネジによって取り付けたりすることができる。この場合、パッチ素子を反射防止部材と同一色に塗装するのが好ましい。これにより、パッチ素子が目立たなくなる。さらに、反射防止部材の前面には、太陽光を乱反射させるため（太陽光を鏡のように一定の方向へ反射させないため）、梨地処理等の微細な凹凸を付けた表面処理を施している。パッチ素子を反射防止部材の前方に配置する場合には、パッチ素子にも、同じ表面処理（粗さが同じ処理）を施すのが好ましく、これにより、パッチ素子をより一層目立たなくすることができる。
【００７３】
また、上述の実施の形態では、黄色の光学ユニットにパッチアンテナを内蔵したが、他の灯色や、複数又は全ての灯色の光学ユニットにパッチアンテナを内蔵するようにしてもよい。複数又は全ての灯色の光学ユニットにパッチアンテナを内蔵する場合には、ダイバーシチアンテナとして利用してもよいし、ゲインを向上させたり指向性を変化させたりするためにアレーアンテナとして利用してもよい。
【００７４】
また、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以外に電球や有機ＥＬ素子であってもよい。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。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る灯器及び反射防止ユニットは、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く、車両用や歩行者用の信号灯器や照明用の照明灯器、その他の灯器、及びそれらに用いられる反射防止ユニットに有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１０１ 交通信号灯器
１０２ 支柱
１０３ アーム
１０４ 光学ユニット
１０５ 筐体
１０６ パッチアンテナ
１０７ 制御装置
１０８ 同軸ケーブル
３０１ カバー部材
３０２ 収容部材
３０２ａ 収容部材の底部
３０２ｂ 収容部材の側部
３０３ ＬＥＤ
３０３ａ ＬＥＤの発光本体
３０３ｂ、３０３ｃ ＬＥＤのリード線
３０３ｄ ＬＥＤ素子
３０３ｅ ＬＥＤの反射鏡
３０３ｆ ＬＥＤのモールド部
３０４ 反射防止部材
３０４ａ 反射防止部材の板状部
３０４ｂ 反射防止部材の庇部
３０４ｃ 反射防止部材の貫通孔
４０１ ＬＥＤ基板
４０２、７０１ 灯光拡散部材
４０３ グランド素子
４０４ パッチアンテナ
６０１ 光学ユニットの中心線方向
６０２ 誘電体
７０２ ＬＥＤ
７０３ ＬＥＤのモールド部
７０４ 発光本体部
７０５ 延長部
７０６ 先端部
８０１ 灯光拡散部材
８０２ 反射防止部材の庇部
８０３ 庇部の下面
８０４ 灯光導光部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、灯器、交通信号灯器、及び灯器の反射防止ユニットに関する。
【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）。
【０００３】
このような路車間通信を無線によって行う場合、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８０６８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
そこで、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路等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】
【０００７】
本発明の一観点から提供される灯器は、基板、前記基板上に配置された発光体、及び前面に前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、前記光学ユニット内に設けられ、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子より前方に配置される。
この灯器では、パッチアンテナが光学ユニット内に格納されているため、パッチアンテナを目立たなくすることができ、またアンテナ設置専用の支柱を不要とすることができる。
【０００８】
さらに、基板がパッチアンテナによる電波の送受信の妨げにならないようにするには、グランド素子及びパッチ素子が、基板よりも前方に設けられている必要がある。また、このパッチアンテナが所望の性能を発揮するには、パッチ素子とグランド素子との間に灯器の前後方向に所定の間隔を設ける必要がある。
【０００９】
しかし、基板上に配置される発光体は、前記間隔よりも、前後方向の長さが短いことから、発光体の前端よりもパッチ素子が前方に位置することとなる。この結果、パッチ素子が発光体からの灯光を妨げることになることがある。灯器の前方など特定方向では灯器外から灯光を良好に視認するようパッチ素子を設けても、他の方向でも灯光を妨げないように光路を設けることが難しい。
【００１０】
一方、パッチ素子が発光体からの灯光の妨げとならないように、パッチ素子を発光体の前端よりも後方に配置すると、発光体の前後方向の長さが短いために、基板よりも前方に設けられているグランド素子とパッチ素子との間の前後方向の間隔を小さい値でしか設定できず、パッチアンテナは所望の性能を発揮することができなくなる恐れがある。
【００１１】
そこで、この灯器では、グランド素子及びパッチ素子が発光体よりも前方に配置されると共に、灯光拡散部材の少なくとも一部がパッチ素子よりも前方に配置されている。このため、発光体からの灯光がグランド素子及びパッチ素子を通過するようにしておけば、その通過した灯光がパッチ素子よりも前方で灯光拡散部材により拡散される。灯光拡散部材により拡散された灯光はパッチ素子により妨げられない。すなわち、ＬＥＤから灯光拡散部材に至るまでの光路が灯器の前方に限られたとしても、灯光拡散部材により灯光を拡散することで、どの方向へも必要な光度を確保することができ、その結果、様々な方向から灯光を適当に視認することが可能となる。またパッチ素子よりも前方に発光体の前端を配置する必要がなくなるので、灯光を妨げないためにグランド素子とパッチ素子との間の間隔が制限されず、パッチアンテナに所望の性能を容易に発揮させることができる。
【００１２】
この灯器は、前記発光体からの灯光を前記灯光拡散部材へ導く灯光導光部材をさらに備えることができる。これにより、より多くの灯光を灯光拡散部材で拡散させることができ、所望の光度が得られ易くなる。
【００１３】
さらに、この灯器は、前記カバー部材と前記パッチ素子との間に配置され、前記光学ユニットへの入射光が前記光学ユニット内で反射するのを防止する板状の反射防止部材をさらに備え、前記反射防止部材が、前記発光体からの灯光を前方へ通過させる通過孔を有し、前記灯光拡散部材が、前記反射防止部材の前記通過孔前方に取り付けられるようにしてもよい。
【００１４】
この灯器の一実施態様において、前記灯光拡散部材は、前記発光体からの灯光の一部を斜め下方へ拡散させる。また、前記灯光拡散部材が、前記灯器の灯光が前記灯器の中心から４５度の範囲内で少なくとも１ｃｄ以上の光度を有するよう、前記発光体からの灯光を拡散するようにしてもよい。これによって、灯器が下方から視認される場合でも、所望の配光特性を得ることができる。
【００１５】
灯器は、前記灯光拡散部材の後端面に形成され、前記発光体からの灯光が前記後端面で反射するのを抑制する反射抑制被膜をさらに備えるようにしてもよい。これによって、発光体からの灯光をより多く灯光拡散部材に入射させることができ、所望の光度が得られ易くなる。
【００１６】
本発明の他の観点により提供される灯器は、基板、及び前記基板上に配置された発光体を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、前記光学ユニット内に設けられ、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される。
【００１７】
本発明のさらに他の観点により提供される交通信号灯器は、基板、前記基板上に配置された発光体、及び前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される。
【００１８】
本発明のさらに他の観点により提供される反射防止ユニットは、基板、前記基板上に配置された発光体、及び前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナとを備える灯器の反射防止ユニットであって、前記カバー部材と前記パッチ素子との間に配置され、前記光学ユニットへの入射光が前記光学ユニット内で反射するのを防止する板状の反射防止部材と、前記反射防止部材に形成された孔の前方に取り付けられ、前記孔を通過した前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路等の美観を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態に係る交通信号灯器の全体構成を示す図である。
【図２】交通信号灯器に求められる配光特性の一例を示す図である。
【図３】光学ユニットの外観の一例を示す斜視図である。
【図４】アンテナを内蔵した光学ユニットの一例の正面図である。
【図５】アンテナを内蔵した光学ユニットの一例の断面図である。
【図６】ＬＥＤ及び灯光拡散部材並びにその周辺部を示す断面拡大図である。
【図７】灯光拡散部材の変形例の一つを説明する図である。
【図８】灯光拡散部材の別の変形例を説明する図である。
【図９】誘電体の比誘電率と、パッチ素子の外形及びパッチ素子の位置等との関係を示した図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態では、本発明は発光体として複数の発光ダイオードを有する光学ユニットを備えた交通信号灯器として具体化されている。
【００２２】
図１は本実施の形態に係る交通信号灯器の全体構成を示す図である。この交通信号灯器１０１は、道路に設置される車両用の灯器である。この信号灯器１０１は、歩道等の路側に設けられた支柱１０２に取り付けられている。支柱１０２の上部には、アーム１０３が車道側に張り出されて設けられている。信号灯器１０１は、車道を走行する車両から視認されるよう、そのアーム１０３の先端部に取り付けられている。
【００２３】
信号灯器１０１は、複数（図例では三つ）の光学ユニット１０４と、これら光学ユニット１０４を組み込んでいる筐体１０５とを有している。三つの光学ユニット１０４は、複数の発光ダイオード（以下ＬＥＤという）をそれぞれ格納し、赤、黄、青の灯光色を有している。さらに本実施の形態においては、黄色の光学ユニット１０４が路車間通信用のパッチアンテナ１０６を格納する。光学ユニット１０４内にパッチアンテナ１０６を格納することで、アンテナ専用の支柱が必要なくなり、それによって道路の美観が損なわれない。なお、信号灯器１０１の設置構造は図示しているもの以外であってもよく、支柱１０２及びアーム１０３の形態が異なっていてもよい。また信号灯器１０１は歩道橋に架設されたものであってもよい。
【００２４】
支柱１０２には制御装置１０７も取り付けられている。この実施の形態において制御装置１０７は、各光学ユニット１０４の点灯等を制御するほか、パッチアンテナ１０６による無線通信の制御も行う。制御装置１０７は、同軸ケーブル１０８により光学ユニット１０４内のパッチアンテナ１０６と接続されている。また、制御装置１０７と光学ユニットとの間にはＬＥＤの駆動電流を流すための灯器線も敷設されている。しながら、信号灯器１０１の現示制御と無線通信制御との両方を制御装置１０７で行う必要はなく、両制御を別個の装置で行ってもよい。また制御装置は信号灯器１０１の筐体１０５に内蔵させてもよい。
【００２５】
図２は交通信号灯器に求められる配光特性の一例を示す図である。交通信号灯器の灯光は、遠方にある車両からだけでなく、交差点を通過しようとする直近の車両からも十分に視認される必要がある。このため交通信号灯器の光学ユニットには、正面方向へ比較的高い光度が求められるだけでなく、ある程度の光度が斜め下方へも求められる。この例では、中心線上で２８８ｃｄと比較的高い光度が求められているのに加えて、垂直下方３３°でも３．６ｃｄの光度が求められている。
【００２６】
図３は光学ユニットの外観の一例を示す斜視図である。本実施の形態において、光学ユニット１０４がパッチアンテナを内蔵するか否かによって外観上の相違はほとんどない。光学ユニット１０４は、カバー部材３０１及び収容部材３０２を備えている。カバー部材３０１は、可視光透過性を有するガラス又は樹脂製の部材であり、光学ユニット１０４の前面を覆う。光学ユニット１０４は、このカバー部材３０１を介して灯光を出射する。収容部材３０２は、鋼板、アルミ又は合成樹脂材により形成された皿状の部材であり、底部（底壁）３０２ａとその底壁３０２ａの周縁から立設した側部（側壁）３０２ｂとを有している。この収容部材３０２の開口内周にカバー部材３０１が着脱可能に取り付けられる。光学ユニット１０４は、カバー部材３０１及び収容部材３０２により囲まれた空間内にＬＥＤ３０３や、そのＬＥＤを実装する基板などを収容する。しかしながら、光学ユニット１０４の基板よりも前方に反射防止部材（遮光部材）３０４が設けられるため、基板は外部から視認されない。アンテナを内蔵しない光学ユニット１０４では、同心円状に配置された複数のＬＥＤ３０３のモールド前端が反射防止部材３０４よりも前方に配置される。
【００２７】
反射防止部材３０４は、ＬＥＤ３０３内の反射鏡や基板の前面に対して西日や朝日等の太陽光が入射するのを制限することにより、反射鏡や基板による反射で信号灯器がみづらくなったり、点灯していない信号灯器が点灯しているように見える「擬似点灯」が生じたりするのを防止するためのものである。反射防止部材３０４は、絶縁材（不導体）からなる合成樹脂材により板状として形成される。本実施の形態において、反射防止部材３０４は、円形の板状（面状）に形成された板状部３０４ａ、及び各ＬＥＤ３０３の上部を覆う庇部３０４ｂを有する。板状部３０４ａは、主に、基板に対して太陽光が直接当たるのを防止する。板状部３０４ａには、複数のＬＥＤ３０３の配置に対応して複数の貫通孔３０４ｃが形成される。アンテナを内蔵しない光学ユニット１０４では、それら貫通孔３０４ｃにＬＥＤ３０３が挿通される。庇部３０４ｂは、各貫通孔３０４ｃの上縁から突出するように設けられる。庇部３０４ｂは、西日や朝日などの斜め上方から照りつける太陽光がＬＥＤ３０３の反射鏡に入射するのを防止する。反射防止部材３０４は、このような反射防止のため、黒色の合成樹脂材により形成されるか、少なくとも板状部３０４ａの前面が黒色に塗装される。又は黒色のシートを貼り付けてもよい。
【００２８】
アンテナを内蔵しない光学ユニット１０４では、上述の通り、ＬＥＤ３０３のモールド前端が反射防止部材３０４よりも前方に配置されている。このため、ＬＥＤ３０３からの灯光は妨げられることなくカバー部材３０１から出射する。したがって、図２に示した配光特性を満たすようＬＥＤ３０３自体や、その数・配置などを選択すればよい。
しかしながら、光学ユニット１０４内の反射防止部材３０４よりも後方にパッチアンテナを収容しようとすると不都合が生じる。パッチアンテナからすれば、ＬＥＤ３０３の基板は導体板である。このため、ＬＥＤ基板により電波の送受信が妨げられないようにするには、パッチアンテナのパッチ素子及びグランド素子を基板よりも前方へ配置する必要がある。パッチ素子及びグランド素子を基板よりも前方に配置するためにＬＥＤ３０３の前端がパッチ素子よりも後方になってしまうと、パッチ素子がＬＥＤ３０３による前方への灯光の妨げになることがある。ＬＥＤ３０３の正面方向を避けてパッチ素子を設けたとしても、異なる方向、例えば斜め下方でも当該ＬＥＤ３０３の灯光を妨げないようにパッチ素子を設けることは難しい。したがって、図２に示した配光特性を十分に得られない恐れが生じる。
【００２９】
またパッチアンテナが所望の性能を発揮するには、パッチ素子とグランド素子との間に所定の間隔が必要になる。ＬＥＤ３０３前端の基板からの高さがその間隔よりも短い場合、ＬＥＤ３０３による灯光を妨げないようにＬＥＤ３０３前端をパッチ素子よりも前方へ配置しようとすると、その間隔を確保できず、パッチアンテナが所望の性能を発揮できなくなってしまう。
【００３０】
そこで、本実施の形態における信号灯器では、アンテナを内蔵する光学ユニット１０４において、ＬＥＤ３０３からの灯光を拡散させる灯光拡散部材の少なくとも一部をパッチ素子よりも前方に配置する。ここでは、灯光拡散部材がＬＥＤ３０３のモールドと同じ素材でほぼ同形状となっていることから、光学ユニット１０４がアンテナを内蔵するか否かによって外観上の相違はほとんど生じない。
【００３１】
図４及び図５はアンテナを内蔵した光学ユニットの一例の正面図及び断面図である。光学ユニット１０４は、カバー部材３０１、収容部材３０２、ＬＥＤ３０３及び反射防止部材３０４に加えて、ＬＥＤ基板４０１、パッチアンテナ１０６及び灯光拡散部材４０２を備える。
【００３２】
ＬＥＤ基板４０１は、円形の板状に形成され、収容部材３０２の底面３０２ａに最も近い位置に配置されている。複数のＬＥＤ３０３は、この基板４０１の前面４０１ａに面状に広がって設けられている。制御装置の制御に従ってＬＥＤ３０３に電流が与えられ、信号灯器が点灯する。
【００３３】
パッチアンテナ１０６は、カバー部材３０１及び収容部材３０２により囲まれる空間内に収容され、グランド素子４０３及びパッチ素子４０４を有している。光学ユニット１０４内においてグランド素子４０３は基板４０１よりも前方に設けられ、パッチ素子４０４はグランド素子４０３よりも前方に設けられている。このため、パッチアンテナ１０６による電波の送受信を基板４０１が妨げない。また光学ユニット１０４においてグランド素子４０３及びパッチ素子４０４は、反射防止部材３０４よりも後方に設けられているため、パッチアンテナ１０６は反射防止部材３０４によって隠される。このため、信号灯器の前方から見えなくすることができる。
【００３４】
パッチアンテナ１０６のグランド素子４０３は、ここでは円形平板状に形成されており、基板４０１の前面４０１ａ側において反射防止部材３０４に取り付けられている。グランド素子４０３は、光学ユニット１０４の前後方向について基板４０１と反射防止部材３０４との間の位置にあり、かつ、パッチ素子４０４の後方に設けられている。グランド素子４０３の輪郭形状はパッチ素子４０４よりも大きくなっている。なお、グランド素子４０３の平面形状は円形に限られるものではなく、矩形などの他の形状であってもよい。しかしながら、図４に示すように光学ユニット１０４が正面視において円形である場合、グランド素子４０３も円形とするのが好ましい。すなわち、光学ユニット１０４とグランド素子４０３とで輪郭形状を同じ（相似形）にするのが好ましい。これは、グランド素子４０３の輪郭形状を矩形とする場合よりも円形とする場合の方が、グランド素子４０３の面積を大きくする（最大とする）ことができるためである。また、グランド素子４０３の面積をパッチ素子４０４よりも（ある程度）大きくすることにより、グランド方向（バック方向）への電波の放射を少なくすることができる。すなわち、効率良く電波を前方へ発することができる。また、パッチ素子４０４は平面状（例えば、円形や矩形等）に形成されている。
【００３５】
パッチ素子４０４は、例えば図示しないがボルト及びナットよりなる締結具によって反射防止部材３０４の板状部３０４ａに取り付けられる。ここでは、パッチ素子４０４は、板状部３０４ａの後方側に設けられている。パッチ素子４０４は、基板４０１から前方へ離れて設けられており、ＬＥＤ３０３の前端よりも前方に位置している。
【００３６】
グランド素子４０３及びパッチ素子４０４は金属板から形成することができる。グランド素子４０３及びパッチ素子４０４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、高周波では表面に電流が流れることから、樹脂製等の不導体からなる板部材に、金属蒸着したものや、金属メッキ（金や銀のメッキ）を施したものであってもよい。
【００３７】
灯光拡散部材４０２は、反射防止部材３０４に取り付けられる。反射防止部材３０４には、複数の灯光拡散部材４０２が、複数のＬＥＤ３０３それぞれと中心線を合わせて、面状に広がって配置される。各灯光拡散部材４０２は、対応するＬＥＤ３０３から入射した光をパッチ素子４０４よりも前方で拡散して出射する。
【００３８】
図６はＬＥＤ及び灯光拡散部材並びにその周辺部を示す断面拡大図である。ＬＥＤ３０３は一般的な構成を有しており、発光本体３０３ａと、その発光本体３０３ａから後方へ伸びる二本のリード線３０３ｂ、３０３ｃとを備えている。リード線３０３ｂ、３０３ｃは、基板４０１に挿通され、基板４０１背面に設けられた配線パターンに接続される。発光本体３０３ａは、ＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ）３０３ｄ、反射鏡３０３ｅ、及びこれらを封入するモールド部３０３ｆを有している。このモールド部３０３ｆの前端がＬＥＤ３０３の前端となる。モールド部３０３ｆはレンズを形成しており、ＬＥＤ３０３は例えば狭指向性の灯光を光学ユニット１０４の中心線方向６０１に発する。
【００３９】
複数のＬＥＤ３０３は、グランド素子４０３が前後方向で基板４０１と近接することから、グランド素子４０３に形成された複数の孔４０３ａにそれぞれ挿通される。孔４０３ａの配置はＬＥＤ３０３と一致することになり、グランド素子４０３は網目構造となっている。
【００４０】
またパッチ素子４０４とＬＥＤ３０３とが前後方向の位置について重複していることから、パッチ素子４０４には、複数のＬＥＤ３０３からの灯光をそれぞれ通過させるための孔４０４ａが形成される。孔４０４ａの配置もＬＥＤ３０３と一致することになり、パッチ素子４０４は網目構造となっている。この網目構造には、例えば練炭のように平板に孔が幾つかあけられた構造が含まれる。
【００４１】
グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間には、比誘電率が空気よりも大きい誘電体（誘電部材）６０２が介在してもいてもよく、又は誘電体を省略して空気が介在していてもよい。グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間の全部又は一部に、誘電体６０２を挿入してもよい。誘電体６０２は、例えば樹脂製又はセラミックス製の板部材である。樹脂製の場合、フッ素樹脂、ポリエチレン、ガラスエポキシ、ＦＲＰ、ポリアセタール、ＡＢＳ樹脂、又はポリエチレンテレフタラートを誘電体６０２に用いることができる。
【００４２】
またグランド素子４０３及びパッチ素子４０４をメッシュ構造とすることもできる。この場合、グランド素子４０３及びパッチ素子４０４を導線によって（導線を編んで）形成する。グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間に誘電体６０２を介在させる場合には、複数のＬＥＤ３０３からの灯光をそれぞれ通過させるための孔６０２ａをその誘電体６０２にも設ける。
【００４３】
これらの孔４０３ａ、４０４ａ、６０２ａと反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃとはいずれもＬＥＤ３０３の配置に合わせて設けられるため、それらの孔４０３ａ、４０４ａ、６０２ａ及び貫通孔３０４ｃは同一軸線上に配置される。ＬＥＤ３０３からの灯光は、その孔４０３ａ、４０４ａ、６０２ａ及び貫通孔３０４ｃを通過して、反射防止部材３０４よりも前方へ放射されることになる。しかしながら、光学ユニット１０４の正面方向に光度を確保するだけでは、図２に示したような配光特性を得ることができない。
【００４４】
本実施の形態における光学ユニット１０４では、上述のように反射防止部材３０４に灯光拡散部材４０２が取り付けられており、その灯光拡散部材４０２でＬＥＤ３０３からの光をパッチ素子４０４よりも前方で拡散させることにより、その配光特性を得る。
【００４５】
この実施の形態において、灯光拡散部材４０２は、ＬＥＤ３０３のモールド部３０３ｆのように砲弾型の形状を有する樹脂製の透明部材でありレンズを形成する。ＬＥＤ３０３からの光は灯光拡散部材４０２の後端面４０２ａより入射する。灯光拡散部材４０２は、レンズ作用により、その入射光の指向角度を拡げて出射する。図２の配光特性を得ようとすると、灯光拡散部材４０２は、ＬＥＤ３０３からの前方への灯光を少なくとも斜め下方６０３へ拡散させる必要がある。ここでは、水平線より下方においては中心線から４５°の範囲内で少なくとも１ｃｄ以上の光度を有するよう、ＬＥＤ３０３からの灯光を拡散させる。パッチ素子４０４よりも前方にある反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃに灯光拡散部材４０２が取り付けられるので、灯光拡散部材４０２の少なくとも一部がパッチ素子４０４、さらには反射防止部材３０４よりも光学ユニット１０４の前方に配置される。したがって、灯光拡散部材４０２から出射される灯光はパッチ素子４０４や反射防止部材３０４により妨げられない。
【００４６】
しかも、信号灯器の配光特性は灯光拡散部材４０２から出射される灯光で定まるので、ＬＥＤ３０３の前端をパッチ素子４０４や反射防止部材３０４よりも前方へ配置する必要がなくなる。このパッチアンテナを格納した信号灯器を、路車間で無線通信を行う高度道路交通システム（ＩＴＳ）に利用する場合、パッチアンテナの使用周波数は７００ＭＨｚ帯周波数（７１５ＭＨｚ〜７２５ＭＨｚ）に設定される。このアンテナ性能（帯域特性、ＶＳＷＲ特性）をパッチアンテナに備えさせるためには、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との前後方向の間隔を広く設定する必要がある。例えば、パッチ素子４０４を正方形としその一辺を１７０ｍｍ程度とし、被誘電率が空気よりも大きい誘電体を設けると、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との前後方向の間隔は、およそ２０ｍｍ〜４０ｍｍに設定される。なお、この間隔は、誘電体の有無、及び、誘電体の種類に応じて設定される。このように、グランド素子４０３とパッチ素子４０４とを７００ＭＨｚ帯周波数で使用するには、基板４０１よりも前方のグランド素子４０３とパッチ素子４０４との前記間隔を大きな値とする必要がある。しかしながら、上述の通り、パッチ素子４０４よりも前方の反射防止部材３０４に灯光拡散部材４０２が取り付けられており、信号灯器の配光特性は灯光拡散部材４０２から出射される灯光で定まる。したがって、ＬＥＤ３０３の前端をパッチ素子４０４や反射防止部材３０４よりも前方へ配置する必要がない。したがって、パッチアンテナを光学ユニット１０４内に格納した信号灯器をＩＴＳに利用する場合でも、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間隔に灯光上の制限がなくなり、パッチアンテナに所望の性能を発揮させることが容易になる。
【００４７】
光学ユニット１０４において、パッチアンテナは同軸ケーブル１０８を介して制御装置と接続される。同軸ケーブル１０８は、内導体１０８ａ、絶縁体１０８ｂ、外導体１０８ｃ及び被覆部１０８ｄを有している。内導体１０８ａがパッチ素子４０４に接続され、外導体１０８ｃがグランド素子４０３に接続される。図５に示すように、同軸ケーブル１０８は、収容部材３０２の底面３０２ａに設けられた取付部５０１を介して光学ユニット１０４内に引き込まれる。
【００４８】
以上のように光学ユニット１０４内に格納されたパッチアンテナを用いて、制御装置の制御にしたがって無線通信をすることが可能となる。さらに、グランド素子４０３とパッチ素子４０４とを前後方向に対向して配置しているので、信号灯器の前方へパッチアンテナの指向性を与えることができる。これにより光学ユニット１０４の光軸とアンテナ指向性とが略一致する。信号灯器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、アンテナ指向性によって、車両の車載機等との間で良好な通信状態が得られる。
【００４９】
この実施の形態における信号灯器を製造するための、パッチアンテナを光学ユニット内に格納する組み立て工程について説明する。ＬＥＤを基板に半田によって実装させる。また、反射防止部材に灯光拡散部材、パッチ素子、誘電体及びグランド素子を取り付ける。そして、ＬＥＤが実装された基板と、パッチアンテナを有する反射防止部材とを一体とし、この一体品を収納部材に取り付ける。基板と反射防止部材とを一体とする際、パッチ素子等に設けた孔等にＬＥＤを挿通させる。そして、カバー部材を収容部材に取り付ける。これにより、パッチアンテナを光学ユニット内に格納することができる。なお、反射防止部材に灯光拡散部材を取り付けた反射防止ユニットを用いれば、通常の交通信号灯器に容易にパッチアンテナを内蔵し得る。
【００５０】
上述の光学ユニットでは、パッチアンテナが露出した状態（突出した状態）にないため、信号灯器を取り付けるための支柱及びアームの設計において、アンテナが受ける風荷重を追加的に考慮する必要がなくなる。また、アンテナに対する防錆、防塵についても追加的に考慮する必要がなくなる。
【００５１】
また、交通用の信号灯器は、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ているため、アンテナと車両の車載機との間で無線通信を行う上で、見通しが良好な状態が自然と得られる。これにより、信号灯器の光学ユニット２に組み込んだアンテナを、路車間で無線通信を行う高度道路交通システム（ＩＴＳ）へ活用することが容易となり、また、良好な通信状態が得られる。
【００５２】
なお、上述の光学ユニット１０４において、灯光拡散部材４０２の後端面４０２ａには、ＬＥＤ３０３からの灯光の反射を抑制するように、反射抑制被膜を形成するようにしてもよい。反射抑制被膜により灯光の反射を抑制することで、より多くの光を灯光拡散部材４０２内へ導くことができる。
【００５３】
図７は灯光拡散部材の変形例の一つを説明する図である。この例における灯光拡散部材７０１はＬＥＤ７０２と一体に形成されている。ＬＥＤ７０２は光軸方向に延長されたモールド部７０３を有している。樹脂性の透明部材であるモールド部７０３は、同一軸線上に配置されたグランド素子４０３の孔４０３ａ、誘電体６０２の孔６０２ａ、パッチ素子４０４の孔４０４ａ、及び反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃに挿通され、その先端が反射防止部材３０４から突出している。このようなモールド部７０３を有するＬＥＤ７０２は、発光本体部７０４、延長部７０５、及び灯光拡散部材７０１を構成する先端部７０６を有する。
【００５４】
発光本体部７０４は、図６のＬＥＤ３０３における発光本体３０３ａに相当し光を発する。発光本体部７０４は、発光本体３０３ａと変わらず、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間にあり、パッチ素子４０４よりも後方に設けられている。
【００５５】
延長部７０５は、発光本体部７０４からの灯光を先端部７０６に導く灯光導光部材を構成する。延長部７０５は、モールド部７０３の一部であり、空気よりも屈折率の高い樹脂製の透明部材であるので、パッチ素子４０４よりも後方に配置された発光本体部７０４からの灯光はほとんど損なわれずに灯光拡散部材７０１へ導かれる。
【００５６】
灯光拡散部材７０１を構成する先端部７０６は、ＬＥＤ３０３と同様に砲弾型の形状を有しており、少なくともその一部がパッチ素子４０４、さらには反射防止部材３０４よりも信号灯器の前方に配置される。先端部７０６は、延長部７０５により導かれた導光を反射防止部材３０４よりも前方で拡散し、図２の配光特性を得る。
【００５７】
このように灯光拡散部材をＬＥＤと一体に形成することもでき、またＬＥＤと灯光拡散部材の間に別部材の灯光導光部材を配置するようにしてもよい。ＬＥＤのモールドを延長することで灯光拡散部材をＬＥＤと一体に形成すれば、ＬＥＤからの光が灯光拡散部材の後面で反射されることがなくなる。また灯光導光部材により、ＬＥＤからの灯光をより効率的に灯光拡散部材に導くことができる。このため同一の光度を得るのに必要な電流量を抑えることができる。
【００５８】
さらにこの例では、より灯光を拡散するため、先端部７０６の周面に帯状に散乱部７０７が設けられている。散乱部７０７はモールド部７０３の表層を乳白色化したり表層に気泡を設けたり、金属粉を蒸着したりすることで構成することができる。この散乱部７０７により、延長部７０５により導かれた導光の一部が信号灯器の斜め下方等へ散乱される。ここでは、散乱部７０７が先端部７０６の尖頭７０８に設けられておらず、発光本体部７０４から光軸方向（信号灯器の正面方向）へ進む灯光は散乱されない。これによって、正面方向に比較的高い光度を確保しつつ、例えば斜め下方にも適当な光度を得ることがさらに容易になる。なお、散乱部７０７は帯状に設ける必要はなく、例えば先端部７０６の上面にだけ形成してもよい。
【００５９】
図８は灯光拡散部材の別の変形例を説明する図である。この例における灯光拡散部材８０１は、反射防止部材３０４の庇部８０２により構成される。庇部８０２はその下面８０３でＬＥＤ３０３からの灯光を拡散する。
【００６０】
ＬＥＤ３０３は、図６と同様の構成を有しており、グランド素子４０３とパッチ素子４０４との間に配置されている。ＬＥＤ３０３のモールド部３０３ｆはグランド素子４０３の孔４０３ａ及び誘電体６０２の孔６０２ａに挿入され、ＬＥＤ３０３の前端であるモールド部３０３ｆの前端はパッチ素子４０４よりも後方に位置している。ＬＥＤ３０３からの灯光は誘電体６０２の孔６０２ａ、パッチ素子４０４の孔４０４ａ、及び反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃを通って、パッチ素子４０４よりも前方へ進む。
【００６１】
反射防止部材３０４の庇部８０２は板状部３０４ａから突出して設けられているから、庇部８０２はパッチ素子４０４や板状部３０４ａよりも前方に位置する。庇部８０２は斜め下方へ若干傾けて設けられており、その下面８０３に、ＬＥＤ３０３からの灯光の一部が入射する。下面８０３には、多数の微小突起を設けるなどの散乱加工が施されており、その下面８０３に入射した灯光はパッチ素子４０３や板状部３０４ａよりも前方で散乱されることになる。ＬＥＤ３０３の光軸付近の光は庇部８０２の下面８０３に入射せず、信号灯器の正面方向に進行する。これによって、ＬＥＤ３０３から反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃに至る光路が正面方向に限られていても、図２の配光特性のように、正面方向には比較的高い光度を確保しつつ、例えば斜め下方にも適当な光度を得ることが可能となる。したがって、どの方向から見ても灯光を適当に確認することができる。
【００６２】
なお、ＬＥＤ３０３と灯光拡散部材８０１との間に灯光導光部材８０４を配置するようにしてもよい。灯光導光部材８０４は、空気より屈折率の高い透明性の部材で構成され、ＬＥＤ３０３からの灯光を灯光拡散部材へ導く。灯光導光部材８０４には、ガラス、透明樹脂、光ファイバその他の部材を用いることができる。灯光導光部材８０４を配置することにより、より多くの灯光を灯光拡散部材８０１に導くことが可能となる。灯光導光部材８０４の後端面には反射を抑制するための反射抑制被膜を形成するのが好ましい。さらに、前端面にも反射を抑制する反射抑制被膜を形成すると好ましい。また、灯光導光部材８０４の側面は、金属等の反射被膜でコーティングすることが好ましい。これにより、灯光導光部材８０４の側面から光が漏れるのを効果的に抑制することができる。また、本例のように反射防止部材３０４の庇部８０２に灯光の散乱構造を設ける場合だけでなく、図６の例のように反射防止部材３０４の貫通孔３０４ｃに灯光拡散部材を取り付ける場合にも、灯光拡散部材とは別部材の灯光導光部材を灯光拡散部材とＬＥＤとの間に配置するようにしてもよい。
【００６３】
図９はグランド素子とパッチ素子との間に配置される誘電体の比誘電率εｒと、パッチ素子の外形及びパッチ素子の位置等との関係を示した図表である。この表は、７２０ＭＨｚ帯で使用される信号灯器をモデル化してシミュレーションを行なった結果を示している。このモデル化にあたり、パッチ素子及びグランド素子を円形とし、ＬＥＤ、ＬＥＤ挿通用の孔及び反射防止部材は、素子外形及び素子の位置に関しての影響が小さいため、省略している。また、同軸ケーブルの入力部を、パッチ素子の上端から下方へ１ｍｍ下の位置としている。
【００６４】
図９において、素子外形は、正方形としたグランド素子及びパッチ素子の一辺の長さを示しており、素子高さは、グランド素子とパッチ素子との前後方向の間隔の値を示している。比誘電率εｒが１である場合、つまり、グランド素子とパッチ素子との間が空気である場合、素子外形は１７０．５ｍｍであり、素子高さは２５．０ｍｍであるのに対し、比誘電率εｒが空気よりも大きい誘電体が介在している場合、素子外形は小さくなり、素子高さは大きくなる。
【００６５】
このように、グランド素子とパッチ素子との間に、比誘電率εｒが空気よりも大きい誘電体が設けられていることにより、パッチ素子（パッチアンテナ）の大きさを小さくすることができる。これは、素子内の波長短縮率が大きくなるためであると考えられる。このように、パッチアンテナを小さくすることができるため、光学ユニット内に、別のアンテナを更に格納することができる。別のアンテナとしては、例えば、携帯電話やＩＴＳ路路間通信用の周波数帯（例えば２．４ＧＨｚ帯等）で使用されるものであってもよい。
【００６６】
また、灯器に格納するパッチアンテナ用の誘電体の比誘電率εｒは、下限が２（２以上）であるのが好ましい。また、比誘電率εｒは、上限が５（５以下）であるものが好ましい。具体的には、フッ素樹脂、ポリエチレン、ガラスエポキシ、ＦＲＰ、ポリアセタール、ＡＢＳ樹脂、又は、ポリエチレンテレフタラートとするのが、価格面、加工性の面で好ましい。
【００６７】
以上のように本実施の形態における信号灯器では、パッチアンテナは光学ユニット内に格納されたものとなる。これにより、アンテナを目立たなくして信号灯器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、アンテナが光学ユニット内に格納されることから、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、アンテナは基板よりも前方に設けられるため、基板がアンテナによる電波の送受信の妨げになるのを避けることができる。
【００６８】
また、パッチアンテナを７００ＭＨｚ帯周波数（７１５ＭＨｚ〜７２５ＭＨｚ）で使用するためには、パッチ素子とグランド素子との前後方向の間隔が、所定の値（例えば２０ｍｍ〜４０ｍｍ）に設定される。したがって、このパッチアンテナを基板よりも前方として光学ユニット内に格納すると、基板から前方に離れた位置にパッチ素子が存在することとなる。しかし、この場合であっても、本実施の形態によれば、ＬＥＤからの灯光をパッチ素子よりも前方で灯光拡散部材により拡散でき、ＬＥＤから灯光拡散部材に至るまでの灯光の光路が正面方向に限られていても、灯器から出射される灯光には他の方向についても所望の光度が得られる。その結果、特定の方向に限らず様々な角度から灯光を適当に視認することが可能となる。しかも、灯光を妨げないために、パッチ素子よりも前方にＬＥＤを配置する必要がなくなるので、グランド素子とパッチ素子との間の間隔が制限されない。このため、パッチアンテナを７００ＭＨｚ帯周波数で通信するためのアンテナとして容易に機能させることができる。
【００６９】
上述した実施の形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。
【００７０】
上述のようにグランド素子とパッチ素子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、グランド素子及びパッチ素子の一方又は双方が、基板に対して傾いて配置されていてもよい。
【００７１】
また、信号灯器はドライバへの視認性に鑑みて、通常、基板自体を少し下方に傾けて設置してある。そのため、グランド素子及びパッチ素子を基板に平行に取り付けることによって、アンテナの指向性も下方に向くが、例えばＩＴＳにおける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、基板よりもさらに下方に傾けるようにしても良い。
【００７２】
また上述の実施の形態では、パッチ素子を反射防止部材の後方に設けていたが、パッチ素子は反射防止部材の前方にあってもよい。この場合であっても、灯光拡散部材の少なくとも一部がパッチ素子よりも前方にあればよい。パッチ素子を反射防止部材の前面に設ける場合、パッチ素子を反射防止部材の前面に貼り付けたり、止めネジによって取り付けたりすることができる。この場合、パッチ素子を反射防止部材と同一色に塗装するのが好ましい。これにより、パッチ素子が目立たなくなる。さらに、反射防止部材の前面には、太陽光を乱反射させるため（太陽光を鏡のように一定の方向へ反射させないため）、梨地処理等の微細な凹凸を付けた表面処理を施している。パッチ素子を反射防止部材の前方に配置する場合には、パッチ素子にも、同じ表面処理（粗さが同じ処理）を施すのが好ましく、これにより、パッチ素子をより一層目立たなくすることができる。
【００７３】
また、上述の実施の形態では、黄色の光学ユニットにパッチアンテナを内蔵したが、他の灯色や、複数又は全ての灯色の光学ユニットにパッチアンテナを内蔵するようにしてもよい。複数又は全ての灯色の光学ユニットにパッチアンテナを内蔵する場合には、ダイバーシチアンテナとして利用してもよいし、ゲインを向上させたり指向性を変化させたりするためにアレーアンテナとして利用してもよい。
【００７４】
また、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以外に電球や有機ＥＬ素子であってもよい。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。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る灯器及び反射防止ユニットは、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く、車両用や歩行者用の信号灯器や照明用の照明灯器、その他の灯器、及びそれらに用いられる反射防止ユニットに有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１０１ 交通信号灯器
１０２ 支柱
１０３ アーム
１０４ 光学ユニット
１０５ 筐体
１０６ パッチアンテナ
１０７ 制御装置
１０８ 同軸ケーブル
３０１ カバー部材
３０２ 収容部材
３０２ａ 収容部材の底部
３０２ｂ 収容部材の側部
３０３ ＬＥＤ
３０３ａ ＬＥＤの発光本体
３０３ｂ、３０３ｃ ＬＥＤのリード線
３０３ｄ ＬＥＤ素子
３０３ｅ ＬＥＤの反射鏡
３０３ｆ ＬＥＤのモールド部
３０４ 反射防止部材
３０４ａ 反射防止部材の板状部
３０４ｂ 反射防止部材の庇部
３０４ｃ 反射防止部材の貫通孔
４０１ ＬＥＤ基板
４０２、７０１ 灯光拡散部材
４０３ グランド素子
４０４ パッチアンテナ
６０１ 光学ユニットの中心線方向
６０２ 誘電体
７０２ ＬＥＤ
７０３ ＬＥＤのモールド部
７０４ 発光本体部
７０５ 延長部
７０６ 先端部
８０１ 灯光拡散部材
８０２ 反射防止部材の庇部
８０３ 庇部の下面
８０４ 灯光導光部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、前記基板上に配置された発光体、及び前面に前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、
グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、
前記光学ユニット内に設けられ、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、
前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される灯器。
【請求項２】
前記発光体からの灯光を前記灯光拡散部材へ導く灯光導光部材をさらに備える請求項１記載の灯器。
【請求項３】
前記カバー部材と前記パッチ素子との間に配置され、前記光学ユニットへの入射光が前記光学ユニット内で反射するのを防止する板状の反射防止部材をさらに備え、
前記反射防止部材が、前記発光体からの灯光を前方へ通過させる通過孔を有し、
前記灯光拡散部材が、前記反射防止部材の前記通過孔前方に取り付けられた請求項１又は請求項２記載の灯器。
【請求項４】
前記灯光拡散部材が、前記発光体からの灯光の一部を斜め下方へ拡散させる請求項１から３のいずれか１項に記載の灯器。
【請求項５】
前記灯光拡散部材が、前記灯器の灯光が前記灯器の中心から４５度の範囲内で少なくとも１ｃｄ以上の光度を有するよう、前記発光体からの灯光を拡散する請求項１から４のいずれか１項に記載の灯器。
【請求項６】
前記灯光拡散部材の後端面に形成され、前記発光体からの灯光が前記後端面で反射するのを抑制する反射抑制被膜をさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の灯器。
【請求項７】
基板、及び前記基板上に配置された発光体を有する光学ユニットと、
グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、
前記光学ユニット内に設けられ、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、
前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される灯器。
【請求項８】
基板、前記基板上に配置された発光体、及び前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、
グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、
前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、
前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される交通信号灯器。
【請求項９】
基板、前記基板上に配置された発光体、及び前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナとを備える灯器の反射防止ユニットであって、
前記カバー部材と前記パッチ素子との間に配置され、前記光学ユニットへの入射光が前記光学ユニット内で反射するのを防止する板状の反射防止部材と、
前記反射防止部材に形成された孔の前方に取り付けられ、前記孔を通過した前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材と
を備える灯器の反射防止ユニット。
【請求項１】
基板、前記基板上に配置された発光体、及び前面に前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、
グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、
前記光学ユニット内に設けられ、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、
前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される灯器。
【請求項２】
前記発光体からの灯光を前記灯光拡散部材へ導く灯光導光部材をさらに備える請求項１記載の灯器。
【請求項３】
前記カバー部材と前記パッチ素子との間に配置され、前記光学ユニットへの入射光が前記光学ユニット内で反射するのを防止する板状の反射防止部材をさらに備え、
前記反射防止部材が、前記発光体からの灯光を前方へ通過させる通過孔を有し、
前記灯光拡散部材が、前記反射防止部材の前記通過孔前方に取り付けられた請求項１又は請求項２記載の灯器。
【請求項４】
前記灯光拡散部材が、前記発光体からの灯光の一部を斜め下方へ拡散させる請求項１から３のいずれか１項に記載の灯器。
【請求項５】
前記灯光拡散部材が、前記灯器の灯光が前記灯器の中心から４５度の範囲内で少なくとも１ｃｄ以上の光度を有するよう、前記発光体からの灯光を拡散する請求項１から４のいずれか１項に記載の灯器。
【請求項６】
前記灯光拡散部材の後端面に形成され、前記発光体からの灯光が前記後端面で反射するのを抑制する反射抑制被膜をさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の灯器。
【請求項７】
基板、及び前記基板上に配置された発光体を有する光学ユニットと、
グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、
前記光学ユニット内に設けられ、前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、
前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される灯器。
【請求項８】
基板、前記基板上に配置された発光体、及び前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、
グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナと、
前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材とを備え、
前記灯光拡散部材の少なくとも一部が前記パッチ素子よりも前方に配置される交通信号灯器。
【請求項９】
基板、前記基板上に配置された発光体、及び前記発光体を前方で覆う可視光透過性のカバー部材を有する光学ユニットと、グランド素子及びパッチ素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記グランド素子が前記基板よりも前方に配置され、前記パッチ素子が前記グランド素子よりも前方に配置されたパッチアンテナとを備える灯器の反射防止ユニットであって、
前記カバー部材と前記パッチ素子との間に配置され、前記光学ユニットへの入射光が前記光学ユニット内で反射するのを防止する板状の反射防止部材と、
前記反射防止部材に形成された孔の前方に取り付けられ、前記孔を通過した前記発光体からの灯光を拡散させる灯光拡散部材と
を備える灯器の反射防止ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１７０３７３（Ｐ２０１０−１７０３７３Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２７１２（Ｐ２００９−１２７１２）
【出願日】平成２１年１月２３日（２００９．１．２３）
【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２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２３日（２００９．１．２３）
【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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