| 【発明の名称】 |
信号灯 |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 隆二
【住所又は居所】東京都世田谷区玉川台二丁目１４番９号 京セラ株式会社東京用賀事業所内
【氏名】皆川 博幸
【住所又は居所】東京都世田谷区玉川台二丁目１４番９号 京セラ株式会社東京用賀事業所内
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| 【要約】 |
【課題】レンズ素子の光軸に対する入射角度の小さな外光に対しても十分な遮光効果を発揮することができ、疑似点灯現象を効果的に防止できる信号灯を提供する。
【解決手段】信号灯は、光源側に凸面２１ａを有し且つ外光側に該凸面口径よりも小さい凹面２１ｂを有する多数のアフォーカル系レンズ素子２１を配列してなる内側のレンズアレイ２０と、正の屈折力を有する多数の凸レンズ素子３１を配列してなる外側のレンズアレイ３０とを備え、外側のレンズアレイ３０における凸レンズ素子３１の光軸は、該凸レンズ素子３１の光源側焦点が内側のレンズアレイ２０における凹面２１ｂの口径外直下近傍に位置するように、内側のレンズアレイ２０におけるアフォーカル系レンズ素子２１の光軸に対し下方に変位せ、さらに、両レンズアレイ２０、３０間には凹面２１ｂの口径周囲において外光を遮光する遮光膜４１と遮光板４０を設けた構成としてある。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光源側に凸面を有し且つ外光側に該凸面口径よりも小さい凹面を有する多数のアフォ−カル系レンズ素子を配列してなる内側のレンズアレイと、正の屈折力を有する多数の凸レンズ素子を配列してなる外側のレンズアレイとを備え、外側のレンズアレイにおける凸レンズ素子の光軸は、該凸レンズ素子の光源側焦点が内側のレンズアレイにおける凹面の口径外直下近傍に位置するように、内側のレンズアレイにおけるアフォーカル系レンズ素子の光軸に対し下方に変位されており、両レンズアレイ間には上記した凹面の口径周囲において外光を遮光する遮光部材が設けられていることを特徴とする信号灯。
【請求項２】 請求項１に記載した信号灯において、凹面の口径をφとしたとき、外側レンズアレイのレンズ素子光軸が内側レンズアレイのレンズ素子光軸に対し、ｄ≧φ／２の関係を満足する変位量ｄだけ下方に変位させる構成としたことを特徴とする信号灯。
【請求項３】 請求項１または２に記載した信号灯において、上記外側レンズアレイにおける凸レンズ素子の凸面がトーリック面とされ、且つその垂直方向の焦点が内側レンズアレイにおけるアフォーカル系レンズ素子の凹面の口径外直下近傍に位置する構成としたことを特徴とする信号灯。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つの請求項に記載した信号灯において、上記遮光部材は、凹面が位置する上記内側レンズアレイ表面に、凹面以外を塗装した遮光膜として設けられることを特徴とする信号灯。
【請求項５】 請求項１〜３のいずれか１つの請求項に記載した信号灯において、上記遮光部材は、内側レンズアレイと外側レンズアレイとにより挟持されて両レンズアレイの間隔を規制するとともに、各凹面から射出する光束を透過させる多数の透過孔を設けた遮光板からなることを特徴とする信号灯。
【請求項６】 請求項１〜３のいずれか１つの請求項に記載した信号灯において、凹面が位置する上記内側レンズアレイ表面に、凹面以外を塗装した遮光膜と、内側レンズアレイと外側レンズアレイとにより挟持されて両レンズアレイの間隔を規制すると共に、各凹面から射出する光束を透過させる多数の透過孔を設けた遮光板とを備えることを特徴とする信号灯。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、交通用等の信号機に用いられる信号灯に関し、特に、西陽等の太陽光によって発生する疑似点灯現象を効果的に防止できる信号灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】屋外に設置される信号機に用いられる信号灯においては、太陽光などの外光が信号灯正面から灯体内に進入し、灯体内の放物面反射鏡により反射されて再び灯体外へ放射されることにより、点灯していない信号灯があたかも点灯しているかのように見える疑似点灯現象が生じ、視認性を著しく損なう原因となる。
【０００３】そこで、従来より種々の疑似点灯防止光学系が提案されている。例えば、特開平８−２１２４９２号公報においては、光源側及び外光側にそれぞれ凸面を有する多数の凸レンズ素子を配列してなる２枚のレンズアレイを配設し、両レンズアレイにおけるレンズ素子の光軸を一致させるとともに、両レンズアレイの間に両レンズ素子の焦点を共有させて配置した構成のものや、外側のレンズアレイにおけるレンズ素子の光源側を外光側凸面と同一口径を有する凹面に形成したものや、さらに、外側のレンズアレイにおけるレンズ素子の光源側凸面の頂部に小さな凹面を形成したものなどが提案されている。
【０００４】一方、特開平７−２００９９４号公報に示される信号灯は、図９に示すように、多数の凸レンズ素子１ａ、２ａを配列してなる２枚のレンズアレイ１、２を背向配置し、２枚のレンズアレイ１、２間において対応する両レンズ素子１ａ、２ａの光軸を一致させるとともに、対応する両レンズ素子１ａ、２ａの焦点を両レンズアレイ１、２間に共有させる。
【０００５】さらに、両レンズアレイ１、２間に透過孔３ａを有する遮光膜３を介装し、この透過膜３における透過孔３ａの中心は両レンズ素子１ａ、２ａの光軸に対し上方に変位量Ｄだけ変位させた構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平８−２１２４９２号公報に示される疑似点灯防止光学系は、何れも外光が灯体内に進入することを規制することができず、単に両レンズアレイのレンズ素子に通すことにより、内側レンズアレイのレンズ素子から灯体内へと射出する際に外光を広く拡散させるだけであるため、このような拡散方式のものでは灯体内の反射鏡で反射した外光が再び灯体外に放射されることを防止できず、疑似点灯防止効果は不十分なものとなる。
【０００７】一方、上記特開平７−２００９９４号公報に示される疑似点灯防止光学系においては、図９に示すように、外側レンズアレイ２のレンズ素子２ａを透過し傾斜しながら収束した外光（太陽光）の一部を遮光膜３により吸収遮光し、灯体内への入射を規制することができる。
【０００８】しかしながら、２枚のレンズアレイ１、２間における両レンズ素子１ａ、２ａの光軸が一致しているため、レンズ素子１ａ、２ａの光軸に対する太陽光の入射角度が増すにつれて太陽光を遮光する効率が高くなるが、水平に近い角度で入射する太陽光、すなわち、レンズ素子の光軸に対する入射角度が０°近傍の太陽光に対しては充分な遮光効率を発揮することができない。
【０００９】なぜなら、２枚のレンズアレイ１、２間における両レンズ素子１ａ、２ａの光軸が一致しているため、入射角度が０°近傍の太陽光を遮光しようとすると、灯体内の光源から射出される光線までもが遮光されてしまうことになるからである。
【００１０】そこで、本発明は上記した実情にかんがみ、レンズ素子の光軸に対する入射角度の小さな外光に対しても充分な遮光効果を発揮することができ、疑似点灯現象を効果的に防止することができる信号灯を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明は、光源側に凸面を有し且つ外光側に該凸面口径よりも小さい凹面を有する多数のアフォーカル系レンズ素子を配列してなる内側のレンズアレイと、正の屈折力を有する多数の凸レンズ素子を配列してなる外側のレンズアレイとを備え、外側のレンズアレイにおける凸レンズ素子の光軸は、該凸レンズ素子の光源側焦点が内側のレンズアレイにおける凹面の口径（面縁又は口縁）外直下近傍に位置するように、内側のレンズアレイにおけるアフォーカル系レンズ素子の光軸に対し下方に変位されており、両レンズアレイ間には上記した凹面の口径周囲において外光を遮光する遮光部材が設けられていることを特徴とする信号灯を提案する。
【００１２】上記構成を有する信号灯においては、外側のレンズアレイにおける凸レンズ素子の光軸とほぼ平行な太陽光等の外光が外側のレンズアレイに入射すると、各凸レンズ素子により集光されて、内側のレンズアレイにおける凹面の口径外直下近傍に集光し、その位置で遮光部材により吸収遮光されるので、内側のレンズアレイを経て灯体内に進入することを防止できる。
【００１３】そして、太陽光の入射角度が増すにつれて外側のレンズアレイによる集光点は下方に移動するので、光軸に対する入射角度が０°以上となる外光をすべて遮光することができる。
【００１４】したがって、外側のレンズアレイにおける凸レンズ素子の光軸を水平に設定した場合であっても、水平方向及びそれより上方からの太陽光による疑似点灯現象を効果的に防止することができる。
【００１５】一方、信号灯の灯体体内の光源から発せられた信号光の多くは放物面反射鏡により反射されて略平行光束とされ、内側レンズアレイの各アフォーカル系レンズ素子に入射すると、光束が細く絞られて凹面から略平行光束状態で射出し、遮光部材により遮られることなく外側レンズアレイの凸レンズ素子に入射し、各凸レンズ素子により収斂されて各凸レンズ素子から灯体外へと射出される。したがって、外側レンズアレイの凸レンズ素子から灯体外へと効率よく射出させることができる。
【００１６】しかも、内側レンズアレイの凹面からその光軸に沿って射出した略平行光束は外側レンズアレイにおける凸レンズ素子の光軸よりも上部で凸レンズ素子に入射するので、外側レンズアレイの凸レンズ素子内で収斂されて該凸レンズ素子から灯外に射出されるとき、凸レンズ素子の光軸に対し下方に傾斜して射出されることとなる。
【００１７】したがって、このような信号光の下傾射出特性は信号灯の利用上極めて有益である。なぜなら、車両等の運転者や歩行者などは信号灯よりも低い位置から見上げるように信号灯を視認するのが一般的であるからである。
【００１８】上記構成において、好ましくは、凹面の口径をφとしたとき、外側レンズアレイのレンズ素子光軸が内側レンズアレイのレンズ素子光軸に対し、ｄ≧φ／２の関係を満足する変位量ｄだけ下方に変位させる。
【００１９】また、好ましくは、上記外側レンズアレイにおける凸レンズ素子の凸面がトーリック面とされ、且つその垂直方向の焦点が内側レンズアレイにおけるアフォーカル系レンズ素子の凹面の口径外直下近傍に位置するものとされる。
【００２０】また、好ましくは、上記遮光部材は、凹面が位置する上記内側レンズアレイ表面に、凹面以外を塗装した遮光膜として設けられる。
【００２１】また、好ましくは、上記遮光部材が、内側レンズアレイと外側レンズアレイとにより挟持されて両レンズアレイの間隔を規制するとともに、各凹面から射出する光束を透過させる多数の透過孔を設けた遮光板を有する。このような遮光板は上記遮光膜と共に用いることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図１から図３までは本発明の一実施形態を示したものである。図１は信号灯の概略縦断面図、図２は図１に示す信号灯におけるレンズアレイの要部拡大縦断面図、図３は図１に示す信号灯におけるレンズアレイの要部拡大正面図である。
【００２３】はじめに図１を参照すると、信号灯１０は灯体１１の後部内面に放物面反射鏡１２を備えており、この放物面反射鏡１２の焦点Ｆの位置に光源である電球１３が配置されている。
【００２４】灯体１１の前端には青、橙、赤等の異なる色のフィルタ効果を有する透光性前面レンズ１４が取り付けられて所定の信号色を発色するように構成されている。
【００２５】前面レンズ１４の後方には本発明の特徴をなす２枚のレンズアレイ２０、３０が設けられており、両レンズアレイ２０、３０の間には遮光板４０が介装されている。
【００２６】図２及び図３に示すように、内側のレンズアレイ２０は、光源側に凸面２１ａを有し且つ外光側に該凸面２１ａの口径よりも小さい凹面２１ｂを有する多数のアフォーカル系レンズ素子２１を配列形成したものとなっている。このアフォーカル系レンズ素子２１は凸面２１ａ側に入射した平行光束を細く絞って凹面２１ｂから平行光束のまま射出することができるものである。
【００２７】一方、外側のレンズアレイ３０は、外光側に凸面３１ａを有し光源側が平面に形成されて正の屈折力を有する多数の凸レンズ素子（平凸レンズ素子）３１を配列形成したものとなっている。
【００２８】なお、この外側レンズアレイ３０における平面が外光側に位置していると、表面反射光が平行光となり疑似点灯に寄与する原因となるが、この図示実施形態のように凸面３１ａを外光側に位置させておけば、表面反射光を拡散させることができる。
【００２９】図２及び図３に示すように、外側のレンズアレイ３０における凸レンズ素子３１の光軸Ｃ２は、該凸レンズ素子３１の光源側集光点が内側のレンズアレイ２０における凹面２１ｂの口径（面縁又は口縁）外直下近傍に位置するように、内側のレンズアレイ２０におけるアフォーカル系レンズ素子２１の光軸Ｃ１に対し下方に変位量ｄだけ変位されている。
【００３０】この変位量ｄは、凹面２１ｂの口径をφとしたとき、ｄ≧φ／２の関係を満足するように設定される。
【００３１】この実施形態における外側レンズアレイ３０の各凸レンズ素子３１は、その光軸に対する入射角度が０°の平行光を十分小さく集光するように収差補正されている。
【００３２】その理由は、入射角度が０°の場合に、集光点が内側レンズアレイ２０における凹面２１ｂの口径に最も接近するため、集光度が不十分な場合に外光の一部が凹面２１ｂ内に入射する確率が最も高くなるからである。
【００３３】内側レンズアレイ２１における各凹面２１ｂの周囲の外光側表面は平面となっており、この平面部分に遮光性塗料からなる遮光膜４１が設けられている。したがって、外側レンズアレイ３０の各凸レンズ素子３１ａにより内側レンズアレイ２０における凹面２１ｂの口径外直下近傍に集光する外光を、この遮光膜４１により吸収し遮光することができる。
【００３４】一方、内側レンズアレイ２０の凹面２１ｂから射出する平行光束は遮光膜４１により遮られることなく外側レンズアレイ３０に入射することができる。
【００３５】上記遮光板４０は遮光膜４１と同様に遮光作用をなすが、遮光板４０はさらに内側レンズアレイ２０と外側レンズアレイ３０とにより挟持されて両レンズアレイ２０、３０の間隔を一定に保持する役割も果たす。
【００３６】図２に示すように、遮光板４０は内側レンズアレイ２０の凹面２１ｂから射出する平行光束を通すための多数の透過孔４０ａを有している。各透過孔４０ａは凹面２１ｂの口径と同一寸法の円形断面を有するものであってもよいが、図２に示すように、透過孔４０ａの下端が凹面２１ｂの口径下端部よりも下方に位置するように、凹面口径よりも大きな円形断面若しくは略長円形の断面形状を有するものとすることができる。
【００３７】なお、遮光膜４１が設けられているときは、遮光板４０の遮光機能を取り除き、単に両レンズアレイ２０、３０の間隔を一定に保つためのスペーサーとして両レンズアレイ２０、３０間に介装してもよい。
【００３８】次に上記構成を有する信号灯の作用を説明する。
（１）外光に対する遮光作用図４（ａ）は太陽光が外側レンズアレイ３０における凸レンズ素子３１の光軸に対し入射角度０°で外側レンズアレイ３０に入射する様子を示しており、図４（ｂ）は太陽光が入射角度１０°で外側レンズアレイ３０に入射する様子を示している。ここでは、凹面２１ｄの口径φに対し、光軸Ｃ１に対する光軸Ｃ２の下方変位量ｄは、ｄ＝φ／２ （図２参照）に設定されている。
【００３９】図４（ａ）に示すように、入射角度０°の場合、太陽光は外側レンズアレイ３０に入射すると、各凸レンズ素子３１により集光されて、内側のレンズアレイ２０における凹面２１ｂの口径外直下近傍に集光し、ほぼ全ての光束がその位置で遮光膜４１により吸収遮光されるので、内側のレンズアレイ２０を経て灯体１１内に進入することを防止できる。
【００４０】なお、ｄ＝φ／２の場合、入射角度０°の太陽光に対し、理論上はほぼ０％の通過率となるが、実際上は２５％の通過率となる。しかし、変位量ｄをさらに大きく設定することにより、通過率を理論値に近づけることができる。
【００４１】また、図４（ｂ）からわかるように、太陽光の入射角度が増すにつれて外側のレンズアレイ３０による集光点は下方に変位するので、光軸に対する入射角度が０°以上の外光をすべて遮光することができる。
【００４２】図７は本発明の実施形態及び従来技術における信号灯の太陽光入射角度と灯体内への通過率との関係を示す比較図である。この図から明らかなように、従来技術の信号灯においては、入射角度が０°〜４°の範囲において灯体内への太陽光通過率が緩やかに下降するのに対し、本実施形態の信号灯においては、入射角度が０°〜０．５°の範囲において灯体内への太陽光通過率が急峻に下降する。
【００４３】（２）信号光射出作用図５は図１に示す信号灯のレンズアレイから信号光が射出される様子を示すレンズアレイ要部の説明図であり、図６は図１に示す信号灯のレンズアレイから信号光が射出される様子を示す信号灯全体の説明図である。
【００４４】灯体内の電球１３から発せられた信号光の多くは放物面反射鏡１２により反射されて略平行光束とされ、内側レンズアレイ２０の各アフォ−カル系レンズ素子２１に入射すると、図５に示すように、光束が細く絞られて凹面２１ｂから略平行光束状態で射出し、遮光膜４１や遮光板４０により遮られることなく外側レンズアレイ３０の凸レンズ素子３１に入射し、各凸レンズ素子３１により収斂されて各凸レンズ素子３１から前面レンズ１４を透過して灯体外へと射出される。したがって、信号光を外側レンズアレイ３０の凸レンズ素子３１から灯体外へと効率よく射出させることができる。
【００４５】しかも、図５からわかるように、内側レンズアレイ２０の凹面２１ｂからその光軸Ｃ１に沿って射出した略平行光束は外側レンズアレイ３０における凸レンズ素子３１の光軸Ｃ２よりも上部で凸レンズ素子３１に入射するので、図６からもわかるように、外側レンズアレイ３０の凸レンズ素子３１内で収斂されて該凸レンズ素子３１から灯体外に射出されるとき、凸レンズ素子３１の光軸Ｃ２に対し下方に傾斜して射出されることとなる。
【００４６】図８は本発明の実施形態の信号灯及び従来技術における信号灯の上下方向輝度角度分布の比較図である。この図において、従来技術の信号灯における信号光の配向角度分布は、前面レンズ中心から下方に３°〜４°の角度において最大輝度を示しているが、本実施例の信号灯における信号光の配向角度分布は、前面レンズ中心から下方に７°〜８°の角度において最大輝度を示し、且つ、最大輝度値が従来技術の約２５％高いことを示している。
【００４７】このような本実施形態の構成による信号光の配向分布特性は信号灯の利用上極めて有益である。なぜなら、車両等の運転者や歩行者などは信号灯よりも低い位置から見上げるように信号灯を視認するのが一般的であるからである。
【００４８】なお、灯体１１内の電球１３のフィラメント（図示略）は有限の大きさを有しているので、放物面反射鏡で反射される反射光には有限の角度範囲があるが、図６においては、放物面焦点から射出した光線（放物面鏡反射平行光）を代表的に示している。
【００４９】また、図１に示すように、電球１３の略球状透光性外殻の内面にはその先端部の周りを取り囲むように反射膜１３ａが帯状に設けられている。したがって、この帯状反射膜１３ａで囲まれた先端部領域内においては電球１３のフィラメントから発せられた光が直接内側レンズアレイ２０に向かって射出し、内側レンズアレイ２０のアフォーカル系レンズ素子２１ａに入射する。
【００５０】そして、これら入射光束のうち、比較的入射角度の小さい光束は凹面２１ｂから射出し、外側レンズアレイ３０及び前面レンズ１４を経て灯体外に射出される。
【００５１】さらに、電球１３のフィラメントから直接放物面反射鏡１２に向かう光とともに、帯状反射膜１３ａで反射された光も同様に放物面反射鏡１２に向かい、放物面反射鏡１２で反射されて略平行光束となって内側レンズアレイ２０へと入射されるので、電球１３から発せられる信号光を効率よく灯外へ射出させることができる。
【００５２】以上、図時実施形態につき説明したが、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではない。例えば、外側レンズアレイ３０における各レンズ素子３１の凸面３１ａは、トーリック面とすることができる。この場合、垂直方向の曲率及び非球面係数は上記した実施形態と同じにすることができる。これは太陽光を集光したときに、集光形状が垂直方向に拡散しないようにするためである。
【００５３】また、内側レンズアレイ２０の凹面２１ｂの口径端近傍に太陽光を集光するために垂直方向に集光点が拡散すると、内側レンズアレイ２０の凹面２１ｂの口径内に太陽光が入射し疑似点灯の原因になるが、水平方向への集光点の広がりは、凹面２１ｂの口径内に入射する可能性がないので問題とならない。
【００５４】したがって、外側レンズアレイ３０における凸面３１ａの水平方向形状には自由度があり、ト−リック面にすることで水平方向の照射範囲を調整することができるという効果を奏するものとなる。
【００５５】また、上記実施形態においては両レンズアレイ２０、３０における凸面２１ａ、３１ａが矩形輪郭を有するものとなっているが、両レンズアレイ２０、３０におけるレンズ素子２１、３１は凸面２１ａ、３１ａが円形の輪郭を有するレンズであってもよい。
【００５６】さらに、上記実施形態においては、両レンズアレイ２０、３０間に設ける遮光部材として遮光膜４１と遮光板４０とを用いているが、遮光膜４１を省略し遮光板４０のみ配設してもよい。その場合、外側レンズアレイ３０から射出するより大きな角度の外光光線を確実に遮光することができるものとなる。
【００５７】
【発明の効果】以上した通り、本発明による信号灯は、入射角度０°近くの太陽光についても信号灯内に進入することを防ぐことにより、早朝、夕方、日昼すべての時間において疑似点灯を防止することが可能である。
【００５８】そして、図７に示したように、従来技術では太陽光の通過率が入射角０〜４°の範囲で緩やかに低下するのに対して、本発明では入射角０°〜０．５°近傍で急峻に低下させることができる。そして、０°〜０．５°の範囲においては疑似点灯に至るほどの太陽光が入射しないため、全ての時間において疑似点灯をほぼ確実に防止することができる。
【００５９】また、信号灯点灯時の射出光についても、図８に示したように、従来技術よりも高い輝度を有するものとなり、また、信号灯からの射出光を全体的に下傾させることができるので、視認性に優れた信号灯となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６３３
【氏名又は名称】京セラ株式会社
【住所又は居所】京都府京都市伏見区竹田鳥羽殿町６番地
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| 【出願日】 |
平成１３年９月２５日（２００１．９．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７６１９６
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 寛治
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１００１１８（Ｐ２００３−１００１１８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年４月４日（２００３．４．４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２９０４９０（Ｐ２００１−２９０４９０） |
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