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、側端面からの入射光を面状に出射する導光板３１０、及びその導光板の側端面に配置される発光体３０３を有する光学ユニット１０４と、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６が光学ユニット１０４内に設けられ、パッチ素子３０５が導光板３１０よりも後方に配置され、グランド素子３０６がパッチ素子３０５よりも後方に配置されたパッチアンテナ１０６とを備える。
【解決手段】交通信号灯器は、側端面からの入射光を面状に出射する導光板３１０、及びその導光板の側端面に配置される発光体３０３を有する光学ユニット１０４と、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６が光学ユニット１０４内に設けられ、パッチ素子３０５が導光板３１０よりも後方に配置され、グランド素子３０６がパッチ素子３０５よりも後方に配置されたパッチアンテナ１０６とを備える。
【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、側端面からの入射光を面状に出射する導光板、及び導光板の側端面に配置される発光体を有する光学ユニットと、パッチ素子及びグランド素子が光学ユニット内に設けられ、パッチ素子が導光板よりも後方に配置され、グランド素子がパッチ素子よりも後方に配置されたパッチアンテナとを備える。
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、特にパッチ素子が基板よりも前方に設けられているのが好ましい。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、導光板を用いてパッチ素子の前方で面状の灯光を形成している。パッチ素子よりも前方で面状の灯光を形成するので、パッチ素子が灯光を妨げず、所望の配光特性を得ることができる。さらに導光板の後方にパッチ素子を配置し、導光板の側端面に発光体を設けている。例えば光学ユニットの中央にパッチアンテナを配置し、光学ユニットの内縁に沿って発光体を配置する。これにより、パッチアンテナの前方を避けて発光体を配置するので、発光体の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ことができる。しかも、発光体の長さ等の構成により、パッチ素子とグランド素子との間隔が制限されないので、必要な間隔を設ける設計上の自由度を確保することができ、パッチアンテナに所望の性能を発揮させることが可能となる。
【００１２】
本発明の他の観点から提供される灯器は、発光体、前面に配置される可視光透過性のカバー部材、及び前記発光体の後方に配置され前記発光体からの灯光を前記カバー部材の方向へ反射する反射板を有する光学ユニットと、パッチ素子及びグランド素子が前記カバー部材と前記反射板との間に設けられ、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。
この灯器でも、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。さらに、この灯器でも、発光体の長さ等の構成により、パッチ素子とグランド素子との間隔が制限されないので、必要な間隔を設ける設計上の自由度を確保することができ、パッチアンテナに所望の性能を発揮させることが可能となる。また発光体と反射板との位置関係や反射板の形状等を適宜定めることで灯光の配光を調整することができ、その結果、所望の配光特性が得られる。
【００１３】
本発明のさらに他の観点では、側端面からの入射光を面状に出射する導光板、及び前記導光板の側端面に配置される発光体を有する光学ユニットと、パッチ素子及びグランド素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記パッチ素子が前記導光板よりも後方に配置され、前記グランド素子が前記パッチ素子よりも後方に配置されたパッチアンテナとを備える交通信号灯器を提供する。
【００１４】
この交通信号灯器では、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。しかも、上述のように交通信号灯器に要求される配光特性を実現しつつ、パッチアンテナに所望の性能を発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
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】
【００１６】
【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】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。
【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】光学ユニットの別の例に係る断面図である。
【図７】さらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。
【図８】さらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、光源として、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、各灯光色の光学ユニット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。
【００２０】
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１０４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。しかしながら、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。
【００２１】
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。
【００２２】
図３Ａ及びＢはアンテナを内蔵した光学ユニットの一例を説明する断面図である。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、パッチアンテナ１０６や、光源となるＬＥＤ３０３、そのＬＥＤを実装する基板３０４などを収容する。
【００２３】
パッチアンテナ１０６は、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６を有している。この実施の形態において、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６はいずれも、カバー部材３０１の底部に配置された支持板３０７に取り付けられている。支持板３０７は絶縁材（不導体）からなる合成樹脂材により形成された板材である。パッチ素子３０５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、その支持板３０７の後面に取り付けることができる。グランド素子３０６は、支持板３０７の後面に形成されたボス部にネジによって固定される。これによって、グランド素子３０６はパッチ素子３０５より灯器の後方に配置され、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間には所望の間隔が確保される。
【００２４】
パッチ素子３０５及びグランド素子３０６は円形平板状に形成することができ、ここではグランド素子３０６の輪郭形状がパッチ素子３０５よりも大きくなっている。グランド素子３０５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、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３０６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３０６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３０６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３０６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３０６の面積をパッチ素子３０５よりも（ある程度）大きくすることにより、グランド素子３０６（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３０５の平面形状も、矩形などの他の形状であってもよい。
【００２５】
パッチ素子３０５とグランド素子３０６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）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。パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間の全部又は一部に、誘電体を挿入してもよい。誘電体は、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に用いることができる。
【００２６】
パッチ素子３０５及びグランド素子３０６は網目構造やメッシュ構造にすることもできる。メッシュ構造の場合、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６を導線によって（導線を編んで）形成する。
【００２７】
複数のＬＥＤ３０３及び基板３０４は、このようなパッチアンテナ１０６の正面を避けて配置されている。この実施の形態において、各ＬＥＤ３０３及び基板３０４は、カバー部材３０１の内壁面（内縁）に沿って円環状に配置されている。その円環の内径は、パッチアンテナ１０６の径（グランド素子３０６の径）よりも大きくなっている。パッチアンテナ１０６からすれば、ＬＥＤ３０３の基板３０４は導体板となる。しかしながら、光学ユニット１０４の中央にあるパッチアンテナ１０６の正面を避けて基板３０４が配置されているので、パッチアンテナ１０６による電波の送受信が基板３０４により妨げられない。また、ＬＥＤ３０３及び基板３０４を円環状に配置することで、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間隔がＬＥＤ３０３や基板３０４により制限を受けない。したがって、光学ユニット１０４内においても、パッチアンテナ１０６が所望の性能を発揮するのに必要な間隔を容易に確保することができる。
【００２８】
パッチアンテナ１０６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１０６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、パッチ素子３０５とグランド素子３０６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３０５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パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間に設けると、パッチ素子３０５とグランド素子３０６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。このようにパッチ素子３０５とグランド素子３０５とを７００ＭＨｚ帯周波数で使用するには、前記間隔として比較的大きな値を確保する必要がある。しかしながら、上述のように複数のＬＥＤ３０３及び基板３０４を円環状に配置することによって、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間隔がＬＥＤ３０３及び基板３０４により制限されなくなる。このため、パッチアンテナ１０５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、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間隔に灯光上の制限がなくなり、パッチアンテナ１０６に所望の性能を発揮させることが容易になる。
【００２９】
図３Ｂに示すようにパッチアンテナ１０６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３０５に接続され、外導体１０８ｃがグランド素子３０６に接続される。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３０８を介して光学ユニット１０４内に引き込まれる。
【００３０】
光学ユニット１０４において、ＬＥＤ３０３は砲弾型のモールドを有しており、その光軸は、光学ユニット１０４の中心軸上に向けて基板３０４に取り付けられている。基板３０４は、カバー部材３０１の内壁面に沿って設けられた支持部材３０９に取り付けられている。支持部材３０９は、基板３０４の実装面の裏面と接する平面支持部３０９ａと、基板３０４の側端面と接する端面支持部３０９ｂとを一体的に形成したものである。基板３０４は、平面支持部３０９ａ及び端面支持部３０９ｂにネジや接着剤等により固定される。端面支持部３０９ｂはＬＥＤ３０３や基板３０４を前方から隠す庇にもなっている。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である。さらにＬＥＤ３０３を庇で隠すことで直接ＬＥＤ３０３に太陽光が当たらなくなるので、ＬＥＤ３０３の劣化を防止でき、その結果ＬＥＤ３０３を長寿命化することができる。
【００３１】
ＬＥＤ３０３の二本のリード線は基板３０４に挿通され、基板３０４背面に設けられた配線パターンに接続される。その配線パターン及び上述の灯器線を介してＬＥＤ３０３に駆動電流が供給され、ＬＥＤ３０３が発光する。ＬＥＤ３０３の砲弾型のモールドはレンズを形成しており、ＬＥＤ３０３は指向性の灯光を光学ユニット１０４の中心軸方向に向けて発する。なお、複数のＬＥＤ３０３は上述のように円環状に配置することができる。しかしながら、例えば多角形の輪郭のように配置してもよい。
【００３２】
各ＬＥＤ３０３の光軸方向には導光板３１０が配置されている。ＬＥＤ３０３からの灯光はこの導光板３１０に入射する。導光板３１０は側端面３１０ａからの入射光を信号灯器の前方へ面状に出射する。この実施の形態において導光板３１０はお椀状に形成されており、その凸面が前方に向けられている。しかしながら、導光板３１０の形状は円形平板状などその他の形状であってもよい。
【００３３】
導光板３１０は、パッチ素子３０５よりも前方に配置される。導光板３１０には絶縁部材（不導体）、例えばアクリル板が用いられる。このため、パッチアンテナ１０６による電波の送受信を導光板３１０は阻害しない。導光板３１０のパッチ素子３０５側の面には、例えば白色の反射シート３１０ｂが貼られる。ＬＥＤ３０３からの光は、導光板３１０の反射シート３１０ｂと出射面３１０ｃとの間で反射しながら導光板３１０内を進行する。反射シート３１０ｂはその光を散乱反射する。その結果、入射角が全反射角より小さくなった成分が出射面３１０ｃから出射する。これにより出射面３１０ｃから均一に灯光が放射される。出射面３１０ｃから出射した灯光は、カバー部材３０１を介して光学ユニット１０４外へ出る。この灯光が視認される。
【００３４】
以上のように導光板３１０よりも後方にパッチアンテナ１０６を配置しておけば、灯光の配光特性は、光学ユニット１０４に内蔵されるパッチアンテナ１０６の構成に制限されない。したがって、光学ユニット１０４にパッチアンテナ１０６を内蔵しても、信号灯器の配光特性に対して高い自由度が得られる。その結果、例えば図２に示したように、光学ユニット１０４の中心軸方向に比較的高い光度が求められると同時に、斜め下方向にも一定の光度が求められるような交通信号灯器に適した配光特性を実現することが可能となる。
【００３５】
さらに本実施の形態における信号灯器では、パッチ素子３０５とグランド素子３０６とを前後方向に対向して配置している。このため、信号灯器の前方へパッチアンテナ１０６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の中心軸とパッチアンテナ１０６の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。したがって、信号灯器の光学ユニット１０４に組み込んだパッチアンテナ１０６を、路車間で無線通信を行うＩＴＳに容易に活用することができる。
【００３６】
図４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、パッチ素子の中央上端から下方へ１ｍｍ下の位置としている。
【００３７】
図４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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図５は光学ユニットの別の例に係る断面図である。図３の例では、光学ユニット１０４において、支持板３０７の後方にパッチアンテナ１０６を設けていたが、パッチアンテナ１０６の配置はこれに限られるものではない。図５の例のように、支持板３０７を用いず、収容部材３０２の底面３０２ａにパッチアンテナ１０６を取り付けるようにしてもよい。この場合、導光板３１０に反射シートを設けず、導光板３１０のパッチアンテナ１０６側の面から漏れた光をパッチアンテナ１０６等で反射するようにしてもよいし、パッチ素子３０５を導光板３１０の裏面側に貼り付けておき、導光板３１０を進む光をパッチ素子３０５で反射させるようにしても良い。なお、この例では、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間に誘電体５０１を設けている。
【００４１】
図６はさらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。この例に係る光学ユニット１０４は、導光板を用いずに、反射板６０１を用いることでＬＥＤ３０３からの灯光を信号灯器の前方へ発する。この光学ユニット１０４において、ＬＥＤ３０３は、後方に向けられている。反射板６０１は、ＬＥＤ３０３よりも後方に配置されＬＥＤ３０３からの灯光をカバー部材３０１の方向へ反射する。ここでは、反射板６０１がお椀状に形成されており、その内面を信号灯器の前方に向けて配置されている。ＬＥＤ３０３と反射板６０１の位置関係や反射板６０１の形状等を適宜定めることで、灯光の配光を調整することができる。このため、光学ユニット１０４内にパッチアンテナ１０６を設けても、図２に示したような信号灯器に必要な配光特性を得ることができる。
【００４２】
この光学ユニット１０４において、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６は、カバー部材３０１と反射板６０１との間に配置されている。ここでは、グランド素子３０６の後方にＬＥＤ３０３を配置している。パッチ素子３０５及びグランド素子３０６の間隔はＬＥＤ３０３の全長等の構成により制限を受けないので、必要な間隔を設ける設計上の自由度を確保することができ、その結果、パッチアンテナ１０６に所望の性能を発揮させることが可能となる。しかも、反射板６０１を用いることで、パッチ素子３０５の前方を避けてＬＥＤ３０３を配置する構成を容易に採用することができ、ＬＥＤ３０３の基板がパッチアンテナ１０６による電波の送受信の妨げにならないようにすることができる。なお、パッチアンテナ１０６にある部分の光量を確保するために、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６は網目構造やメッシュ構造にすることができる。
【００４３】
図７はさらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。この例に係る光学ユニット１０４も、ＬＥＤ３０３からの灯光を反射することで灯器の前方へ出射する。この例に係る光学ユニット１０４は、ＬＥＤ３０３からの灯光を反射するのに専用の反射板を用いる代わりに、パッチアンテナ１０６のグランド素子３０６を反射板として利用する。さらに、この例では、ＬＥＤ３０３を後方に向けることで、ＬＥＤ３０３よりも後方の反射板に灯光を入射させず、前方に向けたＬＥＤ３０３からの光を後方へ反射させることで、反射板となるグランド素子３０６に灯光を入射させている。ここでは、パッチアンテナ１０６のパッチ素子３０５を使って、前方に向けたＬＥＤ３０３からの光を後方へ拡散反射している。このようにＬＥＤ３０３の前方で灯光を一旦拡散反射させることで、図５の例と較べて必要なＬＥＤ３０３の個数を減らすことができる。
【００４４】
図８はさらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。この例に係る光学ユニット１０４は、ＬＥＤ３０３からの灯光をパッチ素子３０５により反射することで灯器の前方へ出射する。パッチ素子３０５には、電波の送受信性能に影響を与えない範囲で灯光を散乱し易いように加工を行ってもよい。この場合も、ＬＥＤ３０３の全長等の構成に制限されず、パッチアンテナ１０６に所望の性能を発揮させることができ、またＬＥＤ３０３の基板がパッチアンテナ１０６による電波の送受信を妨げることがない。また、パッチアンテナ１０６の前方でＬＥＤ３０３の灯光を反射させて灯器の前方へ出射させるので、パッチアンテナ１０６により灯光が妨げられることがなく、所望の配光特性を得ることができる。
【００４５】
以上のような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、アンテナの前方を避けて基板が配置されるため、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。
【００４６】
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。このようなパッチアンテナを光学ユニットに格納する場合であっても、本実施の形態によれば、ＬＥＤからの灯光の配光を導光板や反射板により得ることができる。したがって、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。
【００４７】
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。
【００４８】
図３、図４等のようにパッチ素子とグランド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、光学ユニット内において傾いて配置されていてもよい。またパッチ素子とグランド素子の間にＬＥＤを設けてもよい。
【００４９】
また、上述の実施の形態では、各灯光色の光学ユニットにパッチアンテナを内蔵したが、一部の灯光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。
【００５０】
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】
【００５１】
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】
【００５２】
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
３０４ 基板
３０５ パッチ素子
３０６ グランド素子
３０７ 支持板
３０８ 取付部
３０９ ＬＥＤ基板の支持部材
３１０ 導光板
５０１ 誘電体
６０１ 反射板
【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、側端面からの入射光を面状に出射する導光板、及び導光板の側端面に配置される発光体を有する光学ユニットと、パッチ素子及びグランド素子が光学ユニット内に設けられ、パッチ素子が導光板よりも後方に配置され、グランド素子がパッチ素子よりも後方に配置されたパッチアンテナとを備える。
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、特にパッチ素子が基板よりも前方に設けられているのが好ましい。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、導光板を用いてパッチ素子の前方で面状の灯光を形成している。パッチ素子よりも前方で面状の灯光を形成するので、パッチ素子が灯光を妨げず、所望の配光特性を得ることができる。さらに導光板の後方にパッチ素子を配置し、導光板の側端面に発光体を設けている。例えば光学ユニットの中央にパッチアンテナを配置し、光学ユニットの内縁に沿って発光体を配置する。これにより、パッチアンテナの前方を避けて発光体を配置するので、発光体の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ことができる。しかも、発光体の長さ等の構成により、パッチ素子とグランド素子との間隔が制限されないので、必要な間隔を設ける設計上の自由度を確保することができ、パッチアンテナに所望の性能を発揮させることが可能となる。
【００１２】
本発明の他の観点から提供される灯器は、発光体、前面に配置される可視光透過性のカバー部材、及び前記発光体の後方に配置され前記発光体からの灯光を前記カバー部材の方向へ反射する反射板を有する光学ユニットと、パッチ素子及びグランド素子が前記カバー部材と前記反射板との間に設けられ、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。
この灯器でも、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。さらに、この灯器でも、発光体の長さ等の構成により、パッチ素子とグランド素子との間隔が制限されないので、必要な間隔を設ける設計上の自由度を確保することができ、パッチアンテナに所望の性能を発揮させることが可能となる。また発光体と反射板との位置関係や反射板の形状等を適宜定めることで灯光の配光を調整することができ、その結果、所望の配光特性が得られる。
【００１３】
本発明のさらに他の観点では、側端面からの入射光を面状に出射する導光板、及び前記導光板の側端面に配置される発光体を有する光学ユニットと、パッチ素子及びグランド素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記パッチ素子が前記導光板よりも後方に配置され、前記グランド素子が前記パッチ素子よりも後方に配置されたパッチアンテナとを備える交通信号灯器を提供する。
【００１４】
この交通信号灯器では、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。しかも、上述のように交通信号灯器に要求される配光特性を実現しつつ、パッチアンテナに所望の性能を発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
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】
【００１６】
【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】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。
【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】光学ユニットの別の例に係る断面図である。
【図７】さらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。
【図８】さらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、光源として、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、各灯光色の光学ユニット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。
【００２０】
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１０４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。しかしながら、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。
【００２１】
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。
【００２２】
図３Ａ及びＢはアンテナを内蔵した光学ユニットの一例を説明する断面図である。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、パッチアンテナ１０６や、光源となるＬＥＤ３０３、そのＬＥＤを実装する基板３０４などを収容する。
【００２３】
パッチアンテナ１０６は、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６を有している。この実施の形態において、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６はいずれも、カバー部材３０１の底部に配置された支持板３０７に取り付けられている。支持板３０７は絶縁材（不導体）からなる合成樹脂材により形成された板材である。パッチ素子３０５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、その支持板３０７の後面に取り付けることができる。グランド素子３０６は、支持板３０７の後面に形成されたボス部にネジによって固定される。これによって、グランド素子３０６はパッチ素子３０５より灯器の後方に配置され、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間には所望の間隔が確保される。
【００２４】
パッチ素子３０５及びグランド素子３０６は円形平板状に形成することができ、ここではグランド素子３０６の輪郭形状がパッチ素子３０５よりも大きくなっている。グランド素子３０５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、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３０６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３０６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３０６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３０６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３０６の面積をパッチ素子３０５よりも（ある程度）大きくすることにより、グランド素子３０６（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３０５の平面形状も、矩形などの他の形状であってもよい。
【００２５】
パッチ素子３０５とグランド素子３０６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）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。パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間の全部又は一部に、誘電体を挿入してもよい。誘電体は、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に用いることができる。
【００２６】
パッチ素子３０５及びグランド素子３０６は網目構造やメッシュ構造にすることもできる。メッシュ構造の場合、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６を導線によって（導線を編んで）形成する。
【００２７】
複数のＬＥＤ３０３及び基板３０４は、このようなパッチアンテナ１０６の正面を避けて配置されている。この実施の形態において、各ＬＥＤ３０３及び基板３０４は、カバー部材３０１の内壁面（内縁）に沿って円環状に配置されている。その円環の内径は、パッチアンテナ１０６の径（グランド素子３０６の径）よりも大きくなっている。パッチアンテナ１０６からすれば、ＬＥＤ３０３の基板３０４は導体板となる。しかしながら、光学ユニット１０４の中央にあるパッチアンテナ１０６の正面を避けて基板３０４が配置されているので、パッチアンテナ１０６による電波の送受信が基板３０４により妨げられない。また、ＬＥＤ３０３及び基板３０４を円環状に配置することで、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間隔がＬＥＤ３０３や基板３０４により制限を受けない。したがって、光学ユニット１０４内においても、パッチアンテナ１０６が所望の性能を発揮するのに必要な間隔を容易に確保することができる。
【００２８】
パッチアンテナ１０６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１０６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、パッチ素子３０５とグランド素子３０６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３０５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パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間に設けると、パッチ素子３０５とグランド素子３０６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。このようにパッチ素子３０５とグランド素子３０５とを７００ＭＨｚ帯周波数で使用するには、前記間隔として比較的大きな値を確保する必要がある。しかしながら、上述のように複数のＬＥＤ３０３及び基板３０４を円環状に配置することによって、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間隔がＬＥＤ３０３及び基板３０４により制限されなくなる。このため、パッチアンテナ１０５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、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間隔に灯光上の制限がなくなり、パッチアンテナ１０６に所望の性能を発揮させることが容易になる。
【００２９】
図３Ｂに示すようにパッチアンテナ１０６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３０５に接続され、外導体１０８ｃがグランド素子３０６に接続される。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３０８を介して光学ユニット１０４内に引き込まれる。
【００３０】
光学ユニット１０４において、ＬＥＤ３０３は砲弾型のモールドを有しており、その光軸は、光学ユニット１０４の中心軸上に向けて基板３０４に取り付けられている。基板３０４は、カバー部材３０１の内壁面に沿って設けられた支持部材３０９に取り付けられている。支持部材３０９は、基板３０４の実装面の裏面と接する平面支持部３０９ａと、基板３０４の側端面と接する端面支持部３０９ｂとを一体的に形成したものである。基板３０４は、平面支持部３０９ａ及び端面支持部３０９ｂにネジや接着剤等により固定される。端面支持部３０９ｂはＬＥＤ３０３や基板３０４を前方から隠す庇にもなっている。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である。さらにＬＥＤ３０３を庇で隠すことで直接ＬＥＤ３０３に太陽光が当たらなくなるので、ＬＥＤ３０３の劣化を防止でき、その結果ＬＥＤ３０３を長寿命化することができる。
【００３１】
ＬＥＤ３０３の二本のリード線は基板３０４に挿通され、基板３０４背面に設けられた配線パターンに接続される。その配線パターン及び上述の灯器線を介してＬＥＤ３０３に駆動電流が供給され、ＬＥＤ３０３が発光する。ＬＥＤ３０３の砲弾型のモールドはレンズを形成しており、ＬＥＤ３０３は指向性の灯光を光学ユニット１０４の中心軸方向に向けて発する。なお、複数のＬＥＤ３０３は上述のように円環状に配置することができる。しかしながら、例えば多角形の輪郭のように配置してもよい。
【００３２】
各ＬＥＤ３０３の光軸方向には導光板３１０が配置されている。ＬＥＤ３０３からの灯光はこの導光板３１０に入射する。導光板３１０は側端面３１０ａからの入射光を信号灯器の前方へ面状に出射する。この実施の形態において導光板３１０はお椀状に形成されており、その凸面が前方に向けられている。しかしながら、導光板３１０の形状は円形平板状などその他の形状であってもよい。
【００３３】
導光板３１０は、パッチ素子３０５よりも前方に配置される。導光板３１０には絶縁部材（不導体）、例えばアクリル板が用いられる。このため、パッチアンテナ１０６による電波の送受信を導光板３１０は阻害しない。導光板３１０のパッチ素子３０５側の面には、例えば白色の反射シート３１０ｂが貼られる。ＬＥＤ３０３からの光は、導光板３１０の反射シート３１０ｂと出射面３１０ｃとの間で反射しながら導光板３１０内を進行する。反射シート３１０ｂはその光を散乱反射する。その結果、入射角が全反射角より小さくなった成分が出射面３１０ｃから出射する。これにより出射面３１０ｃから均一に灯光が放射される。出射面３１０ｃから出射した灯光は、カバー部材３０１を介して光学ユニット１０４外へ出る。この灯光が視認される。
【００３４】
以上のように導光板３１０よりも後方にパッチアンテナ１０６を配置しておけば、灯光の配光特性は、光学ユニット１０４に内蔵されるパッチアンテナ１０６の構成に制限されない。したがって、光学ユニット１０４にパッチアンテナ１０６を内蔵しても、信号灯器の配光特性に対して高い自由度が得られる。その結果、例えば図２に示したように、光学ユニット１０４の中心軸方向に比較的高い光度が求められると同時に、斜め下方向にも一定の光度が求められるような交通信号灯器に適した配光特性を実現することが可能となる。
【００３５】
さらに本実施の形態における信号灯器では、パッチ素子３０５とグランド素子３０６とを前後方向に対向して配置している。このため、信号灯器の前方へパッチアンテナ１０６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の中心軸とパッチアンテナ１０６の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。したがって、信号灯器の光学ユニット１０４に組み込んだパッチアンテナ１０６を、路車間で無線通信を行うＩＴＳに容易に活用することができる。
【００３６】
図４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、パッチ素子の中央上端から下方へ１ｍｍ下の位置としている。
【００３７】
図４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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図５は光学ユニットの別の例に係る断面図である。図３の例では、光学ユニット１０４において、支持板３０７の後方にパッチアンテナ１０６を設けていたが、パッチアンテナ１０６の配置はこれに限られるものではない。図５の例のように、支持板３０７を用いず、収容部材３０２の底面３０２ａにパッチアンテナ１０６を取り付けるようにしてもよい。この場合、導光板３１０に反射シートを設けず、導光板３１０のパッチアンテナ１０６側の面から漏れた光をパッチアンテナ１０６等で反射するようにしてもよいし、パッチ素子３０５を導光板３１０の裏面側に貼り付けておき、導光板３１０を進む光をパッチ素子３０５で反射させるようにしても良い。なお、この例では、パッチ素子３０５とグランド素子３０６との間に誘電体５０１を設けている。
【００４１】
図６はさらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。この例に係る光学ユニット１０４は、導光板を用いずに、反射板６０１を用いることでＬＥＤ３０３からの灯光を信号灯器の前方へ発する。この光学ユニット１０４において、ＬＥＤ３０３は、後方に向けられている。反射板６０１は、ＬＥＤ３０３よりも後方に配置されＬＥＤ３０３からの灯光をカバー部材３０１の方向へ反射する。ここでは、反射板６０１がお椀状に形成されており、その内面を信号灯器の前方に向けて配置されている。ＬＥＤ３０３と反射板６０１の位置関係や反射板６０１の形状等を適宜定めることで、灯光の配光を調整することができる。このため、光学ユニット１０４内にパッチアンテナ１０６を設けても、図２に示したような信号灯器に必要な配光特性を得ることができる。
【００４２】
この光学ユニット１０４において、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６は、カバー部材３０１と反射板６０１との間に配置されている。ここでは、グランド素子３０６の後方にＬＥＤ３０３を配置している。パッチ素子３０５及びグランド素子３０６の間隔はＬＥＤ３０３の全長等の構成により制限を受けないので、必要な間隔を設ける設計上の自由度を確保することができ、その結果、パッチアンテナ１０６に所望の性能を発揮させることが可能となる。しかも、反射板６０１を用いることで、パッチ素子３０５の前方を避けてＬＥＤ３０３を配置する構成を容易に採用することができ、ＬＥＤ３０３の基板がパッチアンテナ１０６による電波の送受信の妨げにならないようにすることができる。なお、パッチアンテナ１０６にある部分の光量を確保するために、パッチ素子３０５及びグランド素子３０６は網目構造やメッシュ構造にすることができる。
【００４３】
図７はさらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。この例に係る光学ユニット１０４も、ＬＥＤ３０３からの灯光を反射することで灯器の前方へ出射する。この例に係る光学ユニット１０４は、ＬＥＤ３０３からの灯光を反射するのに専用の反射板を用いる代わりに、パッチアンテナ１０６のグランド素子３０６を反射板として利用する。さらに、この例では、ＬＥＤ３０３を後方に向けることで、ＬＥＤ３０３よりも後方の反射板に灯光を入射させず、前方に向けたＬＥＤ３０３からの光を後方へ反射させることで、反射板となるグランド素子３０６に灯光を入射させている。ここでは、パッチアンテナ１０６のパッチ素子３０５を使って、前方に向けたＬＥＤ３０３からの光を後方へ拡散反射している。このようにＬＥＤ３０３の前方で灯光を一旦拡散反射させることで、図５の例と較べて必要なＬＥＤ３０３の個数を減らすことができる。
【００４４】
図８はさらに別の例に係る光学ユニットの断面を模式的に示す図である。この例に係る光学ユニット１０４は、ＬＥＤ３０３からの灯光をパッチ素子３０５により反射することで灯器の前方へ出射する。パッチ素子３０５には、電波の送受信性能に影響を与えない範囲で灯光を散乱し易いように加工を行ってもよい。この場合も、ＬＥＤ３０３の全長等の構成に制限されず、パッチアンテナ１０６に所望の性能を発揮させることができ、またＬＥＤ３０３の基板がパッチアンテナ１０６による電波の送受信を妨げることがない。また、パッチアンテナ１０６の前方でＬＥＤ３０３の灯光を反射させて灯器の前方へ出射させるので、パッチアンテナ１０６により灯光が妨げられることがなく、所望の配光特性を得ることができる。
【００４５】
以上のような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、アンテナの前方を避けて基板が配置されるため、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。
【００４６】
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。このようなパッチアンテナを光学ユニットに格納する場合であっても、本実施の形態によれば、ＬＥＤからの灯光の配光を導光板や反射板により得ることができる。したがって、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。
【００４７】
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。
【００４８】
図３、図４等のようにパッチ素子とグランド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、光学ユニット内において傾いて配置されていてもよい。またパッチ素子とグランド素子の間にＬＥＤを設けてもよい。
【００４９】
また、上述の実施の形態では、各灯光色の光学ユニットにパッチアンテナを内蔵したが、一部の灯光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。
【００５０】
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】
【００５１】
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】
【００５２】
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
３０４ 基板
３０５ パッチ素子
３０６ グランド素子
３０７ 支持板
３０８ 取付部
３０９ ＬＥＤ基板の支持部材
３１０ 導光板
５０１ 誘電体
６０１ 反射板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側端面からの入射光を面状に出射する導光板、及び前記導光板の側端面に配置される発光体を有する光学ユニットと、
パッチ素子及びグランド素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記パッチ素子が前記導光板よりも後方に配置され、前記グランド素子が前記パッチ素子よりも後方に配置されたパッチアンテナと
を備える灯器。
【請求項２】
前記発光体が、前記光学ユニットの内縁に沿って配置され、
前記パッチアンテナが、前記光学ユニットの中央部に配置された請求項１記載の灯器。
【請求項３】
発光体、前面に配置される可視光透過性のカバー部材、及び前記発光体の後方に配置され前記発光体からの灯光を前記カバー部材の方向へ反射する反射板を有する光学ユニットと、
パッチ素子及びグランド素子が前記カバー部材と前記反射板との間に設けられ、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。
【請求項４】
側端面からの入射光を面状に出射する導光板、及び前記導光板の側端面に配置される発光体を有する光学ユニットと、
パッチ素子及びグランド素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記パッチ素子が前記導光板よりも後方に配置され、前記グランド素子が前記パッチ素子よりも後方に配置されたパッチアンテナと
を備える交通信号灯器。
【請求項１】
側端面からの入射光を面状に出射する導光板、及び前記導光板の側端面に配置される発光体を有する光学ユニットと、
パッチ素子及びグランド素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記パッチ素子が前記導光板よりも後方に配置され、前記グランド素子が前記パッチ素子よりも後方に配置されたパッチアンテナと
を備える灯器。
【請求項２】
前記発光体が、前記光学ユニットの内縁に沿って配置され、
前記パッチアンテナが、前記光学ユニットの中央部に配置された請求項１記載の灯器。
【請求項３】
発光体、前面に配置される可視光透過性のカバー部材、及び前記発光体の後方に配置され前記発光体からの灯光を前記カバー部材の方向へ反射する反射板を有する光学ユニットと、
パッチ素子及びグランド素子が前記カバー部材と前記反射板との間に設けられ、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。
【請求項４】
側端面からの入射光を面状に出射する導光板、及び前記導光板の側端面に配置される発光体を有する光学ユニットと、
パッチ素子及びグランド素子が前記光学ユニット内に設けられ、前記パッチ素子が前記導光板よりも後方に配置され、前記グランド素子が前記パッチ素子よりも後方に配置されたパッチアンテナと
を備える交通信号灯器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１７６２３３（Ｐ２０１０−１７６２３３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６０５６（Ｐ２００９−１６０５６）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【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１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【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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