JP5119776B2 - 交通信号灯器用のアンテナユニット、交通信号灯器及び交通信号制御機 - Google Patents

Description

この発明は灯器に関するものであり、特に道路に設置される交通信号灯器、交通信号制御機、及び、この灯器に設けられるアンテナユニットに関するものである。

近年、交通安全の促進や交通事故の防止を目的として、高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）が提案されている。このＩＴＳでは、道路に通信装置（インフラ装置）が設置されており、この通信装置のアンテナから発せられた情報を、道路を走行する車両の車載機が受信し、この情報を活用することにより、車両の走行についての安全性を向上させることができる（特許文献１参照）。
このような路車間通信を無線によって行なう場合、無線通信の見通しを確保する観点から、歩道等に設置した支柱から車道側にアームを張り出し、このアーム上に通信装置のアンテナを取り付けている。また、前記アームを設けなくても見通しが確保できる場合、前記支柱にアンテナを取り付けることが可能となる。

特許第２８０６８０１号公報

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。

そこで、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路の美観を損なうことのない新たな技術的手段を提供することを目的とする。

前記目的を達成するためのこの発明の交通信号灯器は、路側に設置される交通信号灯器であって、基板と、この基板の前面に実装されている複数の発光ダイオードと、可視光透過性を有し前記複数の発光ダイオードを前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、前記カバー部材から前記複数の発光ダイオードの前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナとを備え、前記パッチ素子と前記グランド素子とは、前記光学ユニットに格納されていると共に、前記グランド素子は前記複数の発光ダイオードの前端よりも前記基板側に設けられ、前記パッチ素子は可視光透過性を有しているものである。

本発明によれば、パッチ素子及びグランド素子を有するアンテナを交通信号灯器の光学ユニットに組み込ませ、アンテナを目立たなくすることができる。さらに、アンテナを交通信号灯器の光学ユニットに組み込ませることで、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、パッチ素子は複数の発光ダイオードの前端よりも前方に設けられているが、パッチ素子は可視光透過性を有しているため、複数の発光ダイオードによる前方への発光（灯光）の妨げになることを防止することができる。
なお、ここにいうパッチ素子における可視光透過性とは、パッチ素子の導電体部分（導体部分）が透明又は半透明である場合のみならず、パッチ素子を構成する導電体部分は可視光を遮断するが、パッチ素子の導電体部分が設けられていない部分を可視光がすり抜けて、パッチ素子の後方において発光された可視光がパッチ素子の前方に到達する状態をも含む。

または、前記光学ユニットは、前記発光体が前面に実装された基板を有し、前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記基板の後方に設けられていてもよい。この場合、アンテナが所望の性能を有するように、パッチ素子とグランド素子との間に、前後方向の所定の間隔を設けることができる。

または、前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前後方向について前記基板と前記発光体の前端との間に設けられていてもよい。この場合、グランド素子は発光体の前端よりも後方となるため、グランド素子が発光体による前方への発光（灯光）の妨げになることを防止することができる。
また、この場合において、前記光学ユニットは、発光ダイオードからなる前記発光体を複数有し、前記グランド素子は、面状であって、前記発光ダイオードを挿通させる開口部を有しているのが好ましい。これにより、グランド素子が発光ダイオードに干渉することがないように、グランド素子の開口部に発光ダイオードを挿し入れ、グランド素子を所定の位置に設けることができる。
なお、前記開口部の構成としては、グランド素子に孔をあけてグランド素子と干渉しないように発光ダイオードを配置することもできるし、孔は設けていないが、例えばグランド素子の導電体部分（導体部分）を蛇行状に配置して（導電体部分を一筆書きになるように配置して）、グランド素子と干渉しないように発光ダイオードを配置することもできる。

また、前記パッチ素子は、可視光透過用の開口を有する導電体からなる構成とすることができる。例えば、パッチ素子をメッシュ構造又は枠構造とすることで可視光透過性を有する。
また、前記パッチ素子は、可視光透過性を有する薄膜導電体からなる構成とすることができる。これにより、パッチ素子は可視光透過性を有する。

また、前記カバー部材と前記複数の発光ダイオードの前端との間に設けられた可視光透過性のある板部材を備え、前記パッチ素子はこの板部材に形成されているのが好ましい。この場合、パッチ素子を薄く、所定の形状に形成することが容易となる。
または、前記パッチ素子は、前記カバー部材に形成されているのが好ましい。この場合、パッチ素子を薄く、所定の形状に形成することが容易となる。また、パッチ素子を形成するための別部材が不要となる。

また、本発明は、前記交通信号灯器に接続され、前記交通信号灯器の点灯および消灯を行う交通信号制御機であって、前記アンテナを介して、前記交通信号灯器の設置された道路上を走行する車両に対して、現在及び将来の前記交通信号灯器の表示に関する信号情報を送信するように構成されているものである。

また、本発明は、基板の前面に実装されている複数の発光ダイオードと、可視光透過性を有し前記複数の発光ダイオードを前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットに組み込まれる交通信号灯器用のアンテナユニットであって、前記カバー部材から前記複数の発光ダイオードの前端までの範囲に設けられるパッチ素子と、このパッチ素子の後方であって前記複数の発光ダイオードの前端よりも前記基板側に設けられるグランド素子とを有している。
本発明によれば、パッチ素子及びグランド素子を有するアンテナユニットを、交通信号灯器の光学ユニットに組み込ませることで、アンテナユニット（パッチ素子及びグランド素子）を目立たなくすることができる。さらに、アンテナを交通信号灯器の光学ユニットに組み込むため、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、アンテナを光学ユニットに組み込んだ際に、パッチ素子は発光体の前端よりも前方に設けられるが、パッチ素子は可視光透過性を有しているため、発光体による前方への発光（灯光）の妨げになることを防止することができる。

この発明によれば、アンテナは交通信号灯器の光学ユニットに組み込まれるため、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、かつ、道路の美観を損なうことがない。さらに、アンテナを光学ユニットに組み込んでも、発光ダイオードによる発光の妨げとなることを防止することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明の灯器の実施の一形態を示す正面図である。図１の灯器は道路に設置される交通信号灯器１（以下、単に信号灯器という）であり、車両用のものである。
歩道等の路側に支柱４０が設置され、この支柱４０から車道側にアーム４１が張り出されて設けられており、このアーム４１に信号灯器１が取り付けられている。

信号灯器１は、複数（図例では三つ）の光学ユニット２と、これら光学ユニット２を組み込んでいる筐体３とを有している。三つの光学ユニット２は、赤、黄、青の灯光色を有している。各光学ユニット２にはひさし（図示せず）が取り付けられる。
また、支柱４０には、信号灯器１を制御する制御装置５が取り付けられている。なお、信号灯器１の設置構造は図示しているもの以外であってもよく、図示しないが前記支柱４０及び前記アーム４１の形態が異なっていてもよく、また、信号灯器１が歩道橋に架設されたものであってもよい。また、制御装置５は、信号灯器１の筐体３内に設けられたものであってもよい。
なお、信号灯器１の点灯等を制御する制御装置５が、後述するアンテナ４を介した無線通信制御を行うように構成することができるが（あるいは無線通信制御を行う装置を同一筐体内に内蔵させることができるが）、別々の装置としても良い。別々とする場合、前記無線通信制御を行う装置は、信号灯器１の点灯等を制御する制御装置の近傍（同一の支柱４０）に設置することが好ましい。

図２、図３及び図４は、一つの光学ユニット２の斜視図、正面図及び断面図である。光学ユニット２は、発光体としての発光ダイオード７（以下ＬＥＤという）と、複数のＬＥＤ７が前面８ａに実装された基板８と、収容部材６と、カバー部材９とを有している。基板８は、その裏面に配線パターンが形成されており、ＬＥＤ７の端子３７と繋がっている。基板８上には複数のＬＥＤ７が面状に広がって配設されている。
ＬＥＤ７はレンズ部３８を有し、このレンズ部３８内にＬＥＤ素子（図示せず）が設けられている。

収容部材６は、底部（底壁）６ａと、この底部６ａの周縁から立設した側部（側壁）６ｂとを有している皿形状であり、前方に開口している。その開口側である前部に、カバー部材９が取り付けられている。これにより、収容部材６とカバー部材９との間に収容空間部Ｓが形成されており、この収容空間部ＳにＬＥＤ７及び基板８が収容されている。そして、基板８は収容部材６に固定されている。収容空間部Ｓのうち、基板８よりも前方を前空間部Ｓ１とし、基板８よりも後方を後空間部Ｓ２としている。

カバー部材９は可視光透過性を有しており（可視光に対して透明であり）複数のＬＥＤ７を前方で覆っている。なお、この光学ユニット２において、前方とは光の投光側であり（カバー部材９側であり）、後方とは収容部材６の底部６ａ側である。

そして、この光学ユニット２にアンテナ４が組み込まれている。アンテナ４はパッチアンテナであり、パッチ素子１１とグランド素子１２とを有している。すなわち、図４において、パッチ素子１１とグランド素子１２とが、前記光学ユニット２内に、つまり前記収容空間部Ｓに、格納（収容）されている。

パッチ素子１は、円形の平面状に形成されており、基板８から前方へ立設した支持部材１３によって支持されかつ固定されている。支持部材１３は絶縁部材からなる。そして、パッチ素子１１は、カバー部材９からＬＥＤ７の前端３９までの範囲Ａに設けられている。また、図４において、カバー部材９は、その後面（背面）９ａが凹曲面であって、前面９ｂが凸曲面であり、パッチ素子１１はカバー部材９の後面９ａから後方に離れて設けられている。なお、パッチ素子１１の輪郭は円形以外に矩形であってもよい（図５参照）。
なお、ここではカバー部材９を凹凸の曲面としたが、信号灯器１がＬＥＤ灯器であれば、平面とすることもできる。

グランド素子１２は、円形の平面状（平板状）に形成されており、基板８の前面８ａにおいて当該基板８に取り付けられている。例えば、グランド素子１２は、収容部材６に基板８と共にネジによって共締めされる。またはグランド素子１２は、基板８に立設させた前記支持部材１３によって支持されかつ固定されていてもよい。そして、このグランド素子１２は、パッチ素子１１の後方であって、前後方向について基板８とＬＥＤ７の前端３９との間に設けられている。また、グランド素子１２の輪郭形状はパッチ素子１１の輪郭形状よりも大きくなっている。

これにより、グランド素子１２とパッチ素子１１とが、前空間部Ｓ１内に設けられ、パッチ素子１１は、基板８の前面８ａからＬＥＤ７の前端３９までの範囲Ａに設けられ、グランド素子１２はパッチ素子１１の後方に設けられた状態となる。そして、グランド素子１２とパッチ素子１１とが、前後方向に対向した配置となり、このアンテナ４の指向性は信号灯器１から前方へ向かう方向となる。すなわち、光学ユニット２による投光方向と、アンテナ指向性とを略一致させることができ、信号灯器１は車両に対して見通しが良い位置に設置されることから、このアンテナ指向性によって、車両の車載機（図示せず）との間で、良好な通信状態が得られる。

また、このアンテナ４が格納された信号灯器１を、路車間で無線通信を行なう高度道路交通システム（ＩＴＳ）に利用するために、使用周波数を７１５ＭＨｚ〜７２５ＭＨｚと設定する場合、グランド素子１２とパッチ素子１１との前後方向の間隔を１０〜４０ｍｍに設定することができる。なお、これはグランド素子１２とパッチ素子１１との間に、空気が介在している場合である。
なお、グランド素子１２とパッチ素子１１との前後方向の間隔は、パッチ素子１１の外周の直径が１７０ｍｍ〜２３０ｍｍ程度で、孔の大きさが１０ｍｍ〜２５ｍｍ程度である場合には、２０〜３０ｍｍ程度が好ましい。また、孔の大きさが２５〜３５ｍｍ程度であれば、１０〜２５ｍｍ程度が好ましい。すなわち、パッチ素子１１の表面の面積が小さいほどグランド素子１２との前後方向の間隔は狭くする方が良く、表面積が大きいほどグランド素子１２との間隔を広げると良い。

また、この図４の実施形態では、基板８の前面８ａからＬＥＤ７の前端３９までの距離が小さくても、パッチ素子１１をこの前端３９よりも前方に配置することができるため、グランド素子１２とパッチ素子１１との前後方向の間隔を所望の値に設定しやすい。
グランド素子１２とパッチ素子１１との間が空気のみによって絶縁されている場合、両者の間隔は２０〜３０ｍｍ程度であるが、グランド素子１２とパッチ素子１１との間に絶縁部材として樹脂板が設けられていてもよく（図示せず）、この場合、両者間の誘電率が変化するため両者の間隔を前記値よりも小さくすることができる。この絶縁部材としては、例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、フッ素樹脂板、ガラスエポキシ、ＦＲＰ又はポリアセタール板がある。
また、グランド素子１２とパッチ素子１１とは平行に配置されていてもよいが、アンテナ指向性を調整するために、パッチ素子１１及びグランド素子１２の一方又は双方が、基板８に対して傾いて配置されていてもよい。
なお、信号灯器１はドライバへの視認性に鑑みて、通常、基板８自体を少し下方に傾けて設置してある。そのため、パッチ素子１１及びグランド素子を基板８に平行に取り付けることによって、アンテナ４の指向性も下方に向くが、路車間での無線通信領域を限定的としたり確実性を増したりすることを目的として、基板８よりもさらに下方に傾けるようにしても良い。

また、グランド素子１２とＬＥＤ７とは前後方向の位置について重複していることから、グランド素子１２には、ＬＥＤ７（ＬＥＤ７のリード線）を挿通させる開口部として複数の孔１４が形成されている。この孔１４の配置は、ＬＥＤ７の配置と一致させてあり、グランド素子１２は網目構造となっている。
これにより、グランド素子１２がＬＥＤ７に干渉することがないように、グランド素子１２の孔１４にＬＥＤ７を挿し入れ、グランド素子１２を所定の位置に設置することができる。そして、この形態によれば、グランド素子１２はＬＥＤ７の前端３９よりも後方となるため、グランド素子１２がＬＥＤ７による前方への発光（灯光）の妨げになることを防止することができる。
なお、グランド素子１２に形成している前記開口部の構成としては、図示しているように、素子に孔１４をあけて素子と干渉しないようにＬＥＤ７を配置することができ、または、図示しないが、孔は設けていないが、例えば素子の導電体部分（導体部分）を蛇行状に配置して（導電体部分を一筆書きになるように配置して）、素子と干渉しないようにＬＥＤ７を配置することもできる。

収容部材６（底部６ａ）には、アンテナ４用の同軸ケーブル１５を接続させる端子部１９が取り付けられており、この端子部１９に、図１の制御装置５から延びる同軸ケーブル１５を接続することができる。そして、この端子部１９から後空間部Ｓ２へ延びる同軸ケーブル１５ａが、アンテナ４と接続されている。同軸ケーブル１５ａは、内導体１５ｂ、絶縁体１５ｃ、外導体１５ｄ及び被覆部１５ｅを有しており、この同軸ケーブル１５ａの内導体１５ｂがパッチ素子１１に接続されており、外導体１５ｄがグランド素子１２に接続されている。なお、内、外導体１５ｂ，１５ｄと各素子１１，１２（各素子の導電体部分）とを半田によって接続し固定することができるが、半田以外の方法であってもよい。
なお、図１の制御装置５から延びるＬＥＤ７用の電源ケーブル（図示せず）が、収容部材６の底部６ａに取り付けた端子部（図示せず）を介して、ＬＥＤ用基板８と接続されている。

以上の形態によれば、前記パッチ素子１１、前記グランド素子１１、及び、パッチ素子１１をカバー部材９からＬＥＤ７の前端３９までの範囲に設けるための支持部材（取付部）１３によって、アンテナユニットが構成されており、このアンテナユニットが、信号灯器１に組み込まれたものとなっている。

図５はアンテナ４を内蔵した光学ユニット２の斜視図である。なお、説明を容易とするために、ＬＥＤ７を省略して図示している。このアンテナ４のパッチ素子１１は、輪郭形状を矩形としている。
ＬＥＤ７の前端３９よりも前方にあるパッチ素子１１は、このＬＥＤ７の前方への投光を阻害しないように、パッチ素子１１の厚さ方向（前後方向）に、可視光透過性を有している（可視光に対して透明である）。具体的に説明すると、パッチ素子１１は、可視光透過用の開口を有する導電体からなる。つまり、図５に示しているように、パッチ素子１１をメッシュ構造による導電体とすることにより、パッチ素子１１は可視光透過性を有している。このように、パッチ素子１１をメッシュ構造とするために、導線によって（導線を編んで）形成することができる。

このパッチ素子１１を、例えば、径（幅）が１ｍｍである導線によってメッシュ構造とする場合、この導線のピッチ（メッシュの間隔）を所定の値として（例えば２０ｍｍとして）上下方向及び左右方向に編み、網目状金属素子とすることができる。このピッチが２０ｍｍである場合、そのピッチは約１／２０波長となり、使用する周波数を約７２０ＭＨｚ、波長を約４２０ｍｍとすることができる。
また、パッチ素子１１のメッシュ数（メッシュ粗さ）は変更自在であり、粗くしたものが図６である。このパッチ素子１１は、一面を四分割した網目状金属素子からなる。これ以外に、図示しないが、一面を二分割したもの、三分割したもの等であってもよい。

メッシュの間隔は、特に限定されないが、１／５波長以下とするのが好ましく、特に１／１０波長以下が好ましい。メッシュの間隔が小さい程高い周波数まで対応することができる。
なお、導線の強度を確保するため、導線の径（幅）は０．５ｍｍ以上が好ましく、一方で光の透過率を高めるために、２ｍｍ以下とすることが好ましい。ただし、導線を樹脂板の上に蒸着させる方法などによって製造する場合には、強度について考慮する必要性が乏しいため、その導線の幅は０．５ｍｍ以下であっても良い。

また、図７に示しているように、パッチ素子１１を外形枠構造（フレーム構造）による導電体とすることにより、可視光透過性を有するものとしてもよい。この外形枠構造は、面状とするパッチ素子１１の輪郭部分にのみ導線が設けられて得た構造である。

また、パッチ素子１１をメッシュ構造乃至外形枠構造とする場合、前記のような導線を利用する以外に、板部材の表面に金属膜（金属薄膜）による網目を形成してもよい。この場合、図４の二点鎖線で示しているように、可視光透過性のある板部材１６が、カバー部材９とＬＥＤ７の前端３９との間に設けられており、この板部材１６の表面又は裏面（図例では表面）にメッシュ構造乃至外形枠構造であるパッチ素子１１を形成してもよい。そして、この板部材１６が前記支持部材１３に取り付けられている。

板部材１６としては、例えば透明の樹脂板とすることができる。板部材１６は可視光を充分に透過する材料であるのが好ましく、例えば、ポリカードネート、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ガラスなどによれば薄くても強度の面で優れ、また、安価で好ましい。
板部材１６を利用する場合の具体例としては、板部材１６の面に、例えば線幅１０μｍであってピッチ（メッシュの間隔）を１００μｍとする導線部からなる微細なメッシュを形成すればよい。このように板部材１６に微細なメッシュを形成する場合、線幅が１μｍ以上で５０μｍ以下であり、ピッチが５０μｍ以上で１０００μｍ以下とするのが好ましい。
なお、メッシュ形状は、図示したような四角形状に限らず、三角形状、ハニカム形状とすることができ、また、全体として放射形状（蜘蛛の巣形状）等とすることができる。

また、パッチ素子１１が可視光透過性を有しているものとするために、パッチ素子１１を可視光透過性を有する薄膜導電体（薄膜金属）から形成することができる。そして、この薄膜導電体を前記板部材１６に形成することでパッチ素子１１を薄く、所定の形状に形成することができる。この場合、薄膜導電体の厚さを１μｍ以上であり１００μｍ以下とするのが好ましく、これにより、可視光透過性を有するものとなる。

パッチ素子１１を板部材１６に形成する方法として、以下のものがある。パッチ素子１１を単独で形成し、これを板部材１６に貼り付ける。この場合、パッチ素子１１を板部材１６に粘着部材（粘着テープ）によって接着する。または、板部材１６に対して金属蒸着を行なうことでパッチ素子１１を形成してもよい。または、板部材１６に対して印刷によってパッチ素子１１を形成してもよい。または、板部材１６に対して金属メッキを施してパッチ素子１１を形成してもよい。

グランド素子１２は金属板から形成されている。そして、パッチ素子１１及びグランド素子１２の材質としては、導電性があり、導電率の高い材料が好ましく、例えば、銅、真鍮などの銅合金、アルミが好ましく、鉄、ニッケル又はその他の金属とすることもできる。また、高周波は表面に電流が流れることから、板部材１６に金属蒸着したものや、金属メッキ（金や銀のメッキ）を施したものでもよい（図示せず）。
なお、光学ユニット２の収容部材６は、鋼板、アルミ又は樹脂製である。カバー部材９は、レンズであり、ガラス又は樹脂製である。
なお、ここではカバー部材９を凹凸の曲面としたが、信号灯器１がＬＥＤ灯器であれば、カバー部材９をレンズではなく、平面なガラス等の平板とすることもできる。

アンテナ４を光学ユニット２に内蔵したアンテナ内蔵型信号灯器の他の実施形態を説明する。図８は、この信号灯器が備えている光学ユニット２及びアンテナ４を示している断面図である。この信号灯器は前記実施形態と同様に、光学ユニット２と、アンテナ４とを備えており、光学ユニット２は、ＬＥＤ７が実装されている基板８と、可視光透過性を有しＬＥＤ７を前方で覆うカバー部材９とを有している。そして、アンテナ４は、カバー部材９からＬＥＤ７の前端３９までの範囲Ａに設けられているパッチ素子１１と、このパッチ素子１１の後方にあるグランド素子１２とを有しており、パッチ素子１１は可視光透過性を有している。

図８の実施形態と前記実施形態（図４）との相違点は、パッチ素子１１の取り付け構造であり、その他の構成は同様である。すなわち、カバー部材９の後面９ａにパッチ素子１１が形成されている。つまり、パッチ素子１１はカバー部材９の後面９ａに引っ付いて形成されている。この場合、パッチ素子１１は、カバー部材９の凹曲面に沿った曲面形状のものである。

さらに、アンテナ内蔵型信号灯器の別の実施形態について説明する。図９はこの信号灯器が備えている光学ユニット２及びアンテナ４を示している断面図である。図９の実施形態と前記実施形態（図４）との相違点は、パッチ素子１１の取り付け構造及びグランド素子１２の位置である。パッチ素子１１の取り付け構造は、図８と同じであり、カバー部材９の後面９ａにパッチ素子１１が形成されている。
そして、グランド素子１２は、ＬＥＤ７の前端３９よりも前方に設けられている。

この場合、グランド素子１２についても、可視光透過性を有している。グランド素子１２をパッチ素子１１と同じ構成とすることにより、可視光透過性を有するものとすることができる。すなわち、グランド素子１２は、メッシュ構造乃至外形枠構造による導電体からなる。また、グランド素子１２は、可視光透過性を有する薄膜導電体からなるものとすることができる。
さらに、図４のパッチ素子１１を板部材１６に形成している場合と同様に、図９において、光学ユニット２は、可視光透過性のある板部材１７（図９の二点鎖線）を有しており、グランド素子１２をこの板部材１７の前面又は後面に形成することができる。なお、板部材１７に対するグランド素子１２の形成方法は、前記パッチ素子１１の場合と同様である。

この図９の実施形態では、グランド素子１２がＬＥＤ７の前端３９よりも前方に設けられているが、グランド素子１２は可視光透過性を有しているため、ＬＥＤ７の前端３９から前方への発光（灯光）の妨げになることを防止することができる。なお、この場合、図４のグランド素子１２に必要であった孔１４は不要となる。
また、他の形態として、ＬＥＤ基板８に形成した回路配線（配線パターン部）を、前記グランド素子として使用（兼用）することもできる。

アンテナ内蔵型信号灯器のさらに別の実施形態を説明する。図１０は、この信号灯器が備えている光学ユニット２及びアンテナ４を示している断面図である。
図１０の実施形態と図４の前記実施形態との相違点は、カバー部材９の形態及びパッチ素子１１の取り付け構造であり、その他の構成は同様である。すなわち、図１０では、カバー部材９の前面９ｂは凸曲面であるが、その後面９ａは平面である。そして、このカバー部材９の後面９ａに、パッチ素子１１が形成されている。つまり、パッチ素子１１はカバー部材９の平坦な後面９ａに引っ付いて形成されている。
また、図示しないが、図１０のカバー部材９を、前方の前層部と、これの後方にある後層部との２層構造とし、前層部と後層部との間にパッチ素子１１を設け、後層部の後面にグランド素子１２を設けてもよい。

以上の各実施形態では、パッチ素子１１及びグランド素子１２は、前記空間部Ｓのうちの前空間部Ｓ１に設けられている。
また、図８と図９と図１０の実施形態では、パッチ素子１１をカバー部材９の後面９ａに設けているが、表面９ｂに設けてもよい（図示せず）。この場合、表面９ｂに形成したパッチ素子１１の上にさらに保護用のカバーシート（図示せず）を被せて設けるのが好ましい。このカバーシートは可視光透過性を有するものである。

以上のようにカバー部材９の後面９ａ（又は前面９ｂ）にパッチ素子１１を設ける場合、前記図４の実施形態において板部材１６にパッチ素子１１を形成したのと同様に、パッチ素子１１を薄く所定の形状に形成することが容易となる。また、パッチ素子１１を形成するための別部材が不要となる。また、パッチ素子１１及びグランド素子１２をカバー部材９の面に形成する方法は、パッチ素子１１を板部材１６に形成する方法と同様である。

アンテナ内蔵型信号灯器のさらに別の実施形態を説明する。図１１は、この信号灯器が備えている光学ユニット２及びアンテナ４を示している断面図である。図１１の実施形態と前記図４の実施形態との相違点は、グランド素子１２の位置であり、その他の構成は同様である。このグランド素子１２は、基板８の後方に設けられている。このグランド素子１２は、基板８の後方に設けた第２の支持部材１３ｂによって支持されかつ固定されている。

パッチ素子１１は、前空間部Ｓ１であって、ＬＥＤ７の前端３９よりも前方に設けられているが、グランド素子１２は、後空間部Ｓ２に設けられている。そして、この実施形態によれば、所望の性能となるパッチアンテナ４とするため、パッチ素子１１とグランド素子１２との間に、前後方向の所定の広い間隔を設けることができる。つまり、前記のとおり、使用周波数を７１５ＭＨｚ〜７２５ＭＨｚとするために、グランド素子１２とパッチ素子１１との前後方向の間隔を所定の値（１０〜４０ｍｍ）に確保し易くなる。

図１２は、さらに別のアンテナ内蔵型信号灯器が備えている光学ユニット２及びアンテナ４を示している正面図である。図１２では、パッチ素子１１の輪郭形状を矩形としている。また、このパッチ素子１１の対向する二辺が左右方向であり、別の対向する二辺を上下方向としている。そして、同軸ケーブル１５ａによるアンテナ４（パッチ素子１１）への給電点を、その上縁でかつ左右方向の中央部（又は下縁でかつ左右方向の中央部：つまりＸ軸上）とすることで、電界の面を垂直偏波（Ｘ軸方向の偏波）としている。なお、図示しないが、同軸ケーブル１５ａによるアンテナ４（パッチ素子１１）への給電点を、右側縁（又は左側縁）でかつ上下方向の中央部（Ｙ軸上）とすることで、電界の面を水平偏波（Ｙ軸方向の偏波）とすることができる。

図１３は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ４のパッチ素子１１の輪郭形状は矩形であり、また、Ｘ軸上とＹ軸上との二つの給電点（同軸ケーブル１５ａ）を有している。この場合、垂直偏波及び水平偏波のデュアル偏波のパッチアンテナとすることができる。さらに、この形態において、二つの同軸ケーブル１５ａに、同振幅で９０°位相差の信号を入力することにより、円偏波のアンテナとして利用することができる。また、これらをスイッチ等によって動的に切り替えられるような構成としても良い。

図１４は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ４のパッチ素子１１の輪郭形状は矩形であり、パッチ素子１１は、対向する二辺及び別の対向する二辺がそれぞれ傾斜するように設けられている。そして、隣り合う二辺のそれぞれの中央部に給電点（同軸ケーブル１５ａ）が設けられている。この場合、＋４５°偏波及び−４５°偏波のデュアル偏波のパッチアンテナとすることができる。さらに、この形態において、二つの同軸ケーブル１５ａに、同振幅で９０°位相差の信号を入力することにより、円偏波のアンテナとして利用することができる。

図１５は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ４のパッチ素子１１の輪郭形状は矩形であり、このパッチ素子１１の対向する二辺が左右方向であり、別の対向する二辺を上下方向としている。そして、このパッチ素子１１の隅部（対角線上）に給電点（同軸ケーブル１５ａ）が一つ設けられている。この場合、円偏波のアンテナとすることができる。

図１６は、さらに別の形態の正面図である。このアンテナ４のパッチ素子１１の輪郭形状は、矩形から一対の対角部を直線的に切り取った形状（六角形状）である。そして、同軸ケーブル１５ａによるパッチ素子１１への給電点を、Ｙ軸上としている。これにより、円偏波のアンテナとすることができる。

図１７は、さらに別の形態であり光学ユニット２及びアンテナ４を示している断面図である。この図１７の形態では、アンテナ４は、前記グランド素子１２及び前記パッチ素子１１（第１パッチ素子１１）の他に、第２パッチ素子２１をさらに有している。この第２パッチ素子２１は、第１パッチ素子１１とカバー部材９との間に配置されている。第２パッチ素子２は、支持部材１３によって所定の位置に支持され、固定されている。または、第２パッチ素子２をカバー部材９の後面９ａ又は表面９ｂに設けてもよい（図示せず）。つまり、この第２パッチ素子２１についても、光学ユニット２に組み込まれている。

これにより、第１パッチ素子１１と第２パッチ素子１２とは前後方向に対面して設けられる。第１パッチ素子１１は同軸ケーブル１５ａによって給電される給電素子であるが、第２パッチ素子２１は、同軸ケーブル１５ａによって給電されない無給電素子である。このように、パッチ素子を二層とすることにより、広帯域な周波数特性を得ることができる。
また、他の形態として、ＬＥＤ７の基板８に形成した回路配線（配線パターン部）を、前記グランド素子としてもよい。つまり、基板８を、ＬＥＤ７用の配線部及びグランド素子１０として兼用してもよい。

以上の各実施形態によれば、パッチ素子１１及びグランド素子１２を有するアンテナ４は光学ユニット２に組み込まれたものとなる。なお、図１の信号灯器１は三つの光学ユニット２を有しており、それぞれの光学ユニット２にアンテナ４が組み込まれている。これにより、アンテナ４を目立たなくして信号灯器１に設置することができ、道路の美観を損なうことがない。
そして、アンテナ４が信号灯器１の光学ユニット２に組み込まれていることから、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。また、パッチ素子１１はＬＥＤ７の前端３９よりも前方に設けられているが、パッチ素子１１は可視光透過性を有しているため、ＬＥＤ７による前方への発光（灯光）の妨げになることを防止することができる。
さらに、アンテナ４が露出した状態（突出した状態）にないため、信号灯器１を取り付けるための支柱４０及びアーム４１（図１）の設計において、アンテナ４が受ける風荷重を追加的に考慮する必要がない。また、アンテナ４に対する防錆、防塵についても追加的に考慮する必要がない。

また、交通用の信号灯器１は、車両のドライバによる視認性を考慮して道路に設置されているため、各実施形態の信号灯器を道路の所定位置に設置することで、アンテナ４と車両の車載機との間で無線通信を行なう上で、見通しが良好な状態が自然と得られる。これにより、この信号灯器１の光学ユニット２に組み込んだアンテナ４を、路車間で無線通信を行なう高度道路交通システム（ＩＴＳ）に活用することができ、また、良好な通信状態が得られる。

全体構成は図２〜４に示したものであって、パッチ素子１１を矩形とした場合（図５）のアンテナ内蔵型光学ユニット２のモデルにおける、ＶＳＷＲ特性及び指向性について説明する。
図１８は、このモデルにおいて、周波数を７２０ＭＨｚにチューニングした場合のＶＳＷＲを示したグラフである。なお、図１８では、光学ユニット２のモデルとして、基板８にはＬＥＤが設けられておらず、グランド素子１２には前記孔１４が形成されていないものとしている。しかし、このモデルによるＶＳＷＲ特性と指向性とについては、グランド素子１２に孔１４を形成したアンテナ４による特性と同等である。

図５を参考にして説明すると、この光学ユニット２において、パッチ素子１１は左右方向の長さが２０１ｍｍ、上下方向の長さが１７３ｍｍの矩形であり、メッシュ構造を有している。メッシュ構造は径（幅）が１ｍｍである銅線によって構成され、ピッチ（メッシュの間隔）を左右方向に２０ｍｍとし、上下方向に２１．５ｍｍとして編んだ網目状金属素子によるものである。グランド素子１２は円形（φ２９５ｍｍ）の銅板であり、正面視円形の光学ユニット２の中心線と同心状に配置されている。そして、同軸ケーブル１５ａの給電点を、上縁でかつ左右方向の中央部（前記中心線から上に８５ｍｍ離れた位置）としている。グランド素子１２は基板８上に設けられており、パッチ素子１１とグランド素子１２との前後方向の間隔が２３．３ｍｍである。また、基板８はガラスエポキシであり、カバー部材９は厚さが２ｍｍのポリカーボネート製であり、半径５００ｍｍの球面形状を有するレンズである。

図１８に示しているように、このアンテナ内蔵型光学ユニット２において、周波数７１５ＭＨｚ〜７２５ＭＨｚの間におけるＶＳＷＲは、１．４未満であり、良好なものとなっている。
また、図１９及び図２０は、このアンテナ内蔵型光学ユニット２における水平面の指向性及び垂直面の指向性を示している。指向性の最大点で約９ｄＢのゲインとなっており、この最大点から３ｄｂ低下する範囲は、水平面で７６°（図１９参照）、垂直面で６０°（図２０参照）の角度を有しており、高度道路交通システム（ＩＴＳ）において車載機と無線通信するために充分なビーム幅を有している。

また、参考として、図２〜図４に示した円形のパッチ素子１１を有するアンテナ内蔵型光学ユニット２のモデルにおける、ＶＳＷＲ特性及び指向性について説明する。
図２１は、このモデルにおいて、周波数を７２０ＭＨｚにチューニングした場合のＶＳＷＲを示したグラフである。なお、図２１では、光学ユニット２のモデルとして、パッチ素子１１は銅板（厚さ１ｍｍ）からなり可視光透過性を有していないものであり、また、基板８にはＬＥＤが設けられておらず、グランド素子１２には前記孔１４が形成されていないものである。しかし、このモデルによるアンテナ４のＶＳＷＲ特性と指向性とについては、パッチ素子１１を可視光透過性としかつグランド素子１２に孔１４を形成したアンテナ４による特性と同等である。

この光学ユニット２において、パッチ素子１１は円形（φ２１５．５ｍｍ）の銅板であり、グランド素子１２は円形（φ２９５ｍｍ）の銅板であり、これらを正面視円形の光学ユニット２の中心線と同心状に配置している。そして、同軸ケーブル１５ａの給電点を前記中心線から９５．１ｍｍ離れた上縁部としている。グランド素子１２は基板８上に設けられており、パッチ素子１１とグランド素子１２との前後方向の間隔が２８．７ｍｍである。また、基板８はガラスエポキシであり、カバー部材９は厚さが２ｍｍのポリカーボネートであり、半径５００ｍｍの球面形状を有するレンズである。

図２１に示しているように、このアンテナ内蔵型光学ユニット２において、周波数７１５ＭＨｚ〜７２５ＭＨｚの間におけるＶＳＷＲは、１．４未満であり、良好なものとなっている。
また、図２２及び図２３は、このアンテナ内蔵型光学ユニット２における水平面の指向性及び垂直面の指向性を示している。指向性の最大点で約９ｄＢのゲインとなっており、この最大点から３ｄｂ低下する範囲は、水平面で８０°（図２２参照）、垂直面で６０°（図２３参照）の角度を有している。
以上より、高度道路交通システム（ＩＴＳ）において車載機と無線通信するために充分なビーム幅を有している。

なお、本実施例に記載の交通信号灯器１を制御する制御装置５（交通信号制御機）は、アンテナ４を介して、交通信号灯器１を設置した道路もしくは近傍の道路等を走行する車両に対して、前記交通信号灯器１の現在及び将来の表示に関する信号情報を提供することができる。
信号情報としては、交通信号灯器１が表示する現在もしくは将来の信号灯色に関する情報を指し、各信号灯色の表示継続予定期間や表示する順序等に関する情報等を含むものである。
例えば、現在表示している灯色は青信号でその継続予定時間は５秒であり、その次に表示する灯色は黄信号でその継続予定時間は８秒であり、その次に表示する灯色は右折青矢印灯でその継続予定時間は５乃至１０秒である、といった情報を所定の形式で表現して含ませると良い。なお、提供するのは現在表示している灯色とその継続時間だけとしても良いし、１サイクル分の情報をまとめて提供するようにしても良い。また、これらの情報に加えて、地点感応制御を実施している地点では、当該制御に関するパラメータ情報や制御を実施する時間帯の情報等を含ませても良い。

そして、前記信号情報を受信した車両側の車載コンピュータは、停止線までの距離と車両の走行速度や加速度等から、停止線に到着するまでの所要時間を推定した上で、当該所要時間経過後の信号灯色を推定することができる。そして、例えば現時点で青信号を表示していたとしても、停止線に到着する時点で信号灯色が赤信号と予測されるような場合には、安全に停止線の手前で停止するように、車載コンピュータは制御すれば良い。逆に、減速しなければ安全に交差点を通過できると判断できるような場合には、速度を維持するように制御すれば良い。
また、車載コンピュータは、車載装置の主導による制御のみならず、ブレーキアシストなど、ドライバの運転動作を補助する動作をしても良い。
また、車載コンピュータは、前記判断の結果を車両の搭乗者に対して、音声や画像情報によって通知するようにしても良い。例えば、「間もなく信号が変わるので停止すべきである」といった内容の音声をドライバに向けて発したり、ヘッドアップディスプレイやナビゲーション装置の画面上に文字や図柄で表示しても良い。

また、この発明の灯器は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、信号灯器は車両用以外にも、歩行者用のものであってもよい。また、信号灯器が有する発光体はＬＥＤ以外に電球であってもよい。また、前記各実施形態ではグランド素子１２を円形としたが、これ以外に矩形とすることもできる。また、この発明は、信号灯器以外に道路の照明用の照明灯器であってもよい。この場合、発光体として水銀灯やナトリウムランプがある。

この発明の灯器の実施の一形態を示す正面図である。 光学ユニットの斜視図である。 光学ユニットの正面図である。 光学ユニットの断面図である。 アンテナを内蔵している光学ユニットの斜視図である。 メッシュを粗くしたアンテナを内蔵している光学ユニットの斜視図である。 パッチ素子を外形枠構造としたアンテナを内蔵している光学ユニットの斜視図である。 他の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。 別の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。 さらに別の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。 さらに別の実施形態の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している断面図である。 さらに別の灯器が備えている光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。 さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。 さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。 さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。 さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。 さらに別の形態であり光学ユニット及びアンテナを示している正面図である。 パッチ素子をメッシュ構造とした場合のアンテナによるＶＳＷＲを示したグラフである。 水平面の指向性を示しているグラフである。 垂直面の指向性を示しているグラフである。 パッチ素子を円形とした場合のアンテナによるＶＳＷＲを示したグラフである。 水平面の指向性を示しているグラフである。 垂直面の指向性を示しているグラフである。

符号の説明

１ 信号灯器（灯器）
２ 光学ユニット
３ 筐体
４ アンテナ
５ 制御装置（交通信号制御機）
６ 収容部材
７ ＬＥＤ（発光体）
８ 基板
９ カバー部材
１１ パッチ素子
１２ グランド素子
１４ 孔
１５ 同軸ケーブル
１６ 板部材

Claims (10)

1. 路側に設置される交通信号灯器であって、
   基板と、この基板の前面に実装されている複数の発光ダイオードと、可視光透過性を有し前記複数の発光ダイオードを前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットと、
   前記カバー部材から前記複数の発光ダイオードの前端までの範囲に設けられているパッチ素子と、このパッチ素子の後方にあるグランド素子とを有しているアンテナと、
   を備え、
   前記パッチ素子と前記グランド素子とは、前記光学ユニットに格納されていると共に、前記グランド素子は前記複数の発光ダイオードの前端よりも前記基板側に設けられ、前記パッチ素子は可視光透過性を有していることを特徴とする交通信号灯器。
2. 前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前記基板の後方に設けられている請求項１に記載の交通信号灯器。
3. 前記グランド素子は、前記パッチ素子の後方であって、前後方向について前記基板と前記発光体の前端との間に設けられている請求項１に記載の交通信号灯器。
4. 前記グランド素子は、面状であって、前記発光ダイオードを挿通させる開口部を有している請求項３に記載の交通信号灯器。
5. 前記パッチ素子は、可視光透過用の開口を有する導電体からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の交通信号灯器。
6. 前記パッチ素子は、可視光透過性を有する薄膜導電体からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の交通信号灯器。
7. 前記カバー部材と前記複数の発光ダイオードの前端との間に設けられた可視光透過性のある板部材を備え、前記パッチ素子はこの板部材に形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の交通信号灯器。
8. 前記パッチ素子は、前記カバー部材に形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の交通信号灯器。
9. 基板の前面に実装されている複数の発光ダイオードと、可視光透過性を有し前記複数の発光ダイオードを前方で覆うカバー部材とを有する光学ユニットに組み込まれる交通信号灯器用のアンテナユニットであって、
   前記カバー部材から前記複数の発光ダイオードの前端までの範囲に設けられるパッチ素子と、このパッチ素子の後方であって前記複数の発光ダイオードの前端よりも前記基板側に設けられるグランド素子とを有していることを特徴とする交通信号灯器用のアンテナユニット。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の交通信号灯器に接続され、前記交通信号灯器の点灯および消灯を行う交通信号制御機であって、
    前記アンテナを介して、前記交通信号灯器の設置された道路上を走行する車両に対して、現在及び将来の前記交通信号灯器の表示に関する信号情報を送信するように構成されていることを特徴とする交通信号制御機。

Images