JP2004204538A - Road-sign display system and road-sign display method in tunnel - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内において道路標識を表示するシステムの構成およびその表示方法に関する。
【0002】
【技術背景と発明が解決しようとする課題】
一般道路や高速道路などには、各種の道路標識が設置されている。たとえば、交差点においては各方面の地名や道路名などが表示される。そして、これら道路標識が、トンネル内に設置される場合がある。
【0003】
図10は、トンネル内に道路標識を設置する従来例を示す図である。図10(a)はトンネル102の断面図、図10(b)はトンネル102の横断面図であり、トンネル102の天井面からは、道路標識100が吊り下げられるように設置されている。
【0004】
道路標識100の高さ方向のサイズは様々であるが、小さいものでも通常1.2m程度はある。また、自動車101が走行するためにトンネル102が確保する必要のある高さは通常4.5m程度である。従ってトンネル102に必要とされる高さは5.7m以上となる。
【0005】
このように、従来、トンネル建設においては、その高さを5.7m以上にする必要があった。これは、道路標識の高さを確保するために、トンネルの掘削作業量を大きくすることを意味し、改善すべき課題であった。特に、トンネル内において道路標識が設置される場所が、道路幅方向をとってみても、長さ方向をとってみても、ごく一部であることを考慮すると、道路標識のためにトンネル高さが高くなるのは非効率である。
【0006】
そこで、本発明は、トンネル高さを従来と比較して低くすることを可能としながら、視認性のよい道路標識を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、高さ方向のサイズの小さな光学素子を使い、トンネル内の空間内に光学的に再生像として道路標識を表示させる。
【0008】
請求項1記載の発明は、トンネル内において道路標識を表示させるシステムであって、前記トンネルの天井面に吊り下げられた回折光学素子と、前記トンネル内において、前記回折光学素子に対して再生照明光を照射する照射手段と、を備え、前記回折光学素子は、その乾板面に記録された干渉縞によって入射した前記再生照明光を回折することにより、再生像としての道路標識を表示させることを特徴とする。
【0009】
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の道路標識表示システムにおいて、前記回折光学素子は、複数の物体光と1つの参照光とにより干渉縞が記録されたものであり、入射した前記再生照明光を回折することにより、再生像としての複数の道路標識を表示させることを特徴とする。
【0010】
請求項3記載の発明は、トンネル内において道路標識を表示させるシステムであって、前記トンネルの天井面に吊り下げられた回折光学素子と、前記トンネル内において、前記回折光学素子に対して異なる角度から複数の再生照明光を照射する複数の照射手段と、を備え、前記回折光学素子は、その乾板面に記録された干渉縞によって前記複数の照射手段から入射した前記複数の再生照明光を回折することにより、再生像として複数の道路標識を表示させることを特徴とする。
【0011】
請求項4記載の発明は、トンネル内において道路標識を表示させるシステムであって、トンネル内において、照明光を照射する照射手段と、入射した前記照明光を複数の再生照明光に変換する波面変換手段と、前記トンネルの天井面に吊り下げられ、前記波面変換手段から照射された複数の再生照明光を入射する回折光学素子と、を備え、前記回折光学素子は、その乾板面に記録された干渉縞によって前記波面変換手段から入射した前記複数の再生照明光を回折することにより、再生像として複数の道路標識を表示させることを特徴とする。
【0012】
請求項5記載の発明は、トンネル内において道路標識を表示させる方法であって、写真乾板上に干渉縞を記録し、回折光学素子を作成する工程と、トンネルの天井面に吊り下げられた前記回折光学素子に対して再生照明光を照射する工程と、前記回折光学素子により再生像としての道路標識を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【0013】
請求項6記載の発明は、トンネル内において道路標識を表示させる方法であって、複数の物体光と1つの参照光とにより写真乾板上に干渉縞を記録し、回折光学素子を作成する工程と、トンネルの天井面に吊り下げられた前記回折光学素子に対して再生照明光を照射する工程と、前記回折光学素子により複数の再生像としての複数の道路標識を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【0014】
請求項7記載の発明は、トンネル内において道路標識を表示させる方法であって、写真乾板上に干渉縞を記録し、回折光学素子を作成する工程と、トンネルの天井面に吊り下げられた前記回折光学素子に対して異なる入射角で複数の再生照明光を照射する工程と、前記回折光学素子により複数の再生像としての複数の道路標識を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【0015】
請求項8記載の発明は、トンネル内において道路標識を表示させる方法であって、第1写真乾板上に干渉縞を記録し、回折光学素子を作成する工程と、第2写真乾板上に干渉縞を記録し、波面変換器を作成する工程と、トンネル内に設けられた前記波面変換器に対して照明光を照射する工程と、前記照明光が前記波面変換器において複数の再生照明光に変換される工程と、前記複数の再生照明光が前記トンネルの天井面に吊り下げられた前記回折光学素子に入射する工程と、前記回折光学素子により複数の再生像を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
{第1の実施の形態}
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる道路標識の表示システムを示す図であり、図1(a)はトンネル2の断面図、図1(b)はトンネル2の横断面図である。
【0017】
先に述べたように、トンネル2は、自動車1の走行を確保するために4.5mの高さが必要である。そして、本実施の形態においては、回折光学素子10をトンネル2の天井面から吊り下げるように設置するので、トンネル2の高さとしては、自動車1の走行を確保するための4.5mに、回折光学素子10の高さを加えた高さが必要である。
【0018】
そして、回折光学素子10の高さを、従来の道路標識板より低くすることにより、本実施の形態では、従来よりもトンネル高さを低くすることを可能としている。たとえば、図で示した例であれば、回折光学素子10は、30cmの高さであるので、トンネル2の高さを4.8mとすることが可能である。回折光学素子10を利用した道路標識の表示システムの構成は、後で詳述するが、概略としては、回折光学素子10に対してレーザ光線を当てることにより道路標識を再生像(実像または虚像)として空間上に形成する。
【0019】
再生像を作る道路標識の表示システムの全体図を図2に示す。トンネル2の天井面からはレーザ照射装置11と凸レンズ12(凹レンズでも良い)と回折光学素子10とが吊り下げられるようにして設けられている。なお、図示省略しているが、凸レンズ12も、所定のフレーム等によりトンネル2の天井面から吊り下げられている。
【0020】
レーザ照射装置11から照射されたレーザ光線は、凸レンズ12において屈折した後、レーザ光線の光束が広げられて、回折光学素子10に照射される。これにより、空間上に再生像として道路標識が形成されるのである。
【0021】
なお、再生像は、回折光学素子10を作成するときの光学系によって、実像あるいは虚像として形成される。具体的には、回折光学素子10を作成するときに使用する参照光と同じ波面を利用して再生像を形成すれば、回折光学素子10の反対側(回折光学素子10に対してレーザ照射装置11側)に虚像20iが形成され、複素共役波で再生像を形成すれば回折光学素子10の表側(回折光学素子10に対してレーザ照射装置11と反対側)に実像20rが形成される。つまり、自動車1で走行している運転者の視点3からすると、回折光学素子10の裏側に虚像20iが結像され、回折光学素子10の表側に実像20rが結像される。
【0022】
<回折光学素子の作成>
回折光学素子10の作成方法について2つの方法を説明する。2つの方法とは、光学的に回折光学素子を作成する方法と、計算機を用いて演算で求めた結果から回折光学素子を作成する方法である。
【0023】
まず、図3を参照しながら、光学的な手法について説明する。レーザ照射装置31から照射したレーザ光線をハーフミラー32で2方向に分ける。ハーフミラーで2方向に分けられた光のうち透過光は凸レンズ33を通過させ、反射光は凸レンズ36を通過させることによって、各々の光の光束を広げる。
【0024】
そして、凸レンズ33を通過した透過光は、写真乾板35を直接照明する。この光を参照光34と呼ぶ。もう一方の凸レンズ36で反射された光は、物体、ここでは実体である道路標識板38(つまり看板)を照射する。そして、この道路標識板38に当てられた光の散乱光が写真乾板35に照射される。この散乱光を物体光37と呼ぶ。そして、物体で反射された物体光37とレーザ照射装置31から照射される参照光34とが写真乾板35上で干渉し干渉縞が記録される。この乾板に対して現像、定着、漂白処理などを施す。
【0025】
このような方法により、干渉縞の記録された写真乾板35に再生光を照射することにより、再生像を形成することが可能であるが、この原理は光の回折現象を利用しているので、干渉縞が記録された素子を通常回折光学素子と呼んでいるのである。このようにして、回折光学素子10が作成される。
【0026】
次に、図4を参照しながら、計算機による演算結果から回折光学素子を作成する方法について説明する。この方法は、光学的な方法ではなく、コンピュータで光の波面を計算することにより、乾板面での干渉縞を求める方法である。
【0027】
図に示すように、x−y−z空間を考え、仮想的に道路標識38と乾板35がz軸に垂直な平面上に配置されているものとする。また、x−y軸は道路標識38(物体)上の座標軸,xi−yi軸は乾板35上の座標軸を表しており、道路標識38は、z=0平面とする。そして、道路標識38と乾板35の間の距離をziとする。さらに、点光源39が仮想的に配置され、この点光源39からは参照光34が乾板35に照射されている。
【0028】
このような条件下において、道路標識38をz軸に平行な平面波で照射したときに、その平面波は、道路標識38に当たることにより、散乱光となって乾板面に達することになるが、この乾板面での光の振幅は数1式で表される。
【0029】
【数1】
【0030】
ここで、g(x,y)は道路標識38の座標(x,y)における画像情報を表している。つまり、平面波を受けた道路標識38が、その平面波を反射することによって得られる道路標識38の平面状における画像情報である。また、数1式において、k=2π/λであり、λは光の波長である。
【0031】
一方、点光源39から照射される参照光34を収束球面波として考えると、この参照光34の振幅は、数2式で表される。
【0032】
【数2】
【0033】
ここでrは点光源39と乾板面との間の距離をあらわしている。
【0034】
そして、乾板面の光強度は、物体光と参照光との光強度を加え合わせたものであるから、乾板面上の光強度は、数3式で表される。
【0035】
【数3】
0
【0036】
数3式は、乾板面上の座標(xi,yi)上での光強度を表している。つまり、このI(xi,yi)が、乾板面上に現れる干渉縞の式である。
【0037】
これら数1式から数3式に従ってコンピュータで光強度を計算し、その結果を高精度のプリンター(例えば印刷用のイメージセッター)やレーザ直接描画装置で透明フィルムやガラス基板に露光する。レーザ直接描画装置とはガラス基板に例えばフォトレジスト等の光感光性材料を塗り、その上に先ほどの計算結果に従って小さく絞ったレーザ光線で直接干渉縞を描画していくものである。
【0038】
このように、コンピュータを利用することによって干渉縞を算出し、透明フィルムやガラス基板に干渉縞を描画することにより、回折光学素子が作成されるのである。
【0039】
<再生像の形成>
次に、上記のような方法で作成された回折光学素子を利用して、再生像を形成する方法について説明する。図5に示すように、レーザ照射装置11から照射されたレーザ光線が凸レンズ12を経由したのち、回折光学素子10に照射される。これにより、例えば図に示すような位置に虚像20iあるいは実像20rが形成される。ここで、回折光学素子10を作成したときの参照光と同じ波面で再生像を形成した場合には、回折光学素子10のレーザ照射装置側に虚像20iが形成される。一方、参照光に対して複素共役である波面で再生像を形成すると回折光学素子10のレーザ照射装置と反対側に実像20rが形成される。
【0040】
以上のような方法により、回折光学素子を作成し、回折光学素子を図2で示したように、トンネル2内に設置することにより、再生像として道路標識を表示することが可能である。本発明によれば、従来の道路標識板よりも高さの小さな回折光学素子を利用して道路標識の標示を行なうことができ、トンネル高さを低くすることが可能である。
【0041】
ここで、回折光学素子の大きさが、実物の道路標識板と比較して小さくなると、回折光学素子によって再生される像の視野角は、実物の道路標識板を見る場合と比べて狭くなることになるが、回折光学素子によって再生される実像20rは、図2にも示したように、回折光学素子10の配置位置よりも、自動車1側に近い場所で結像されるので、視認性が良い。これにより、実物の道路標識板と比べてサイズの小さい回折光学素子を利用しながらも、視認性に優れた道路標識を表示することが可能である。
【0042】
なお、図2で示したようなシステム構成であれば、道路標識として虚像20iを再生させた場合には、虚像20iの結像位置が運転者から遠くなる。したがって、図2で示したシステム構成であれば、実像20rを再生することが好ましいが、回折光学素子10を作成する際の物体光の照射方向を調整することにより、あるいは、レーザ照射装置11による再生照明光の照射角度や、回折光学素子10の配置角度などを調整することによっては、虚像20iを運転者の視点に近い位置で結像させることも可能である。したがって、原理的には、実像20rおよび虚像20iのいずれを再生する方法でも可能である。
【0043】
<変形例>
上記第1の実施の形態において、光学的に回折光学素子を作成する際、図3に示したように、1つの物体光37と、1つの参照光34を利用して、写真乾板35に干渉縞を記録するようにした。このようにして作成された回折光学素子に再生照明光を照射することによって、1つの再生像(実像20rあるいは虚像20i)を形成することが可能であった。
【0044】
これに対して、複数の物体光37と、1つの参照光34を利用して、写真乾板35に干渉縞を記録し、回折光学素子を作成するようにしてもよい。このようにして作成された回折光学素子に、再生照明光を照射すれば、複数の再生像が形成されることになる。
【0045】
たとえば、2種類の実体の道路標識板を用意し、この2つの道路標識板にレーザ光を照射し、2つの物体光を得る。そして、この2つの物体光を照射して回折光学素子を作成すれば、再生像として2種類の道路標識を表示させることが可能である。
【0046】
あるいは、同じ道路標識板を2つ用意し、この2つの道路標識板にレーザ光を照射し、2つの物体光を得る。そして、この2つの物体光をそれぞれ異なる角度で照射して回折光学素子を作成する。このようにして作成された回折光学素子に再生照明光を照射することにより、異なる結像位置に、2つの同じ再生像としての道路標識を表示させることが可能である。これを利用すれば、物体光の照射角度を適宜調整することにより、1枚の回折光学素子を利用して、複数位置に同じ道路標識を表示させることが可能となるのである。
【0047】
{第2の実施の形態}
次に、複数の再生像を形成する第2の実施の形態について、図6を参照しながら説明する。
【0048】
図6は、2つの再生像を形成する道路標識の表示システムを示している。図に示すように、トンネル2の天井側には、2つのレーザ照射装置11a,11b、および2つの凸レンズ(凹レンズでも良い)12a,12bが吊り下げられるようにして設けられている。ここでは、2つのレーザ照射装置11a,11bが垂直方向に2段に積み重なるような配置となっている。そして、その位置関係に合わせるように、凸レンズ12a,12bも上下2段に積み重ねられるように配置されている。
【0049】
レーザ照射装置11aから照射されたレーザ光は、凸レンズ12aで拡大されたのち、再生照明光13aとして回折光学素子10を照明する。これによって、自動車1Bの運転者の視線上に実像22rを形成する。一方、レーザ照射装置11bから照射されたレーザ光は、凸レンズ12bで拡大されたのち、再生照明光13bとして回折光学素子10を照明する。これによって、自動車1Aの運転者の視線上に実像21rを形成する。なお、ここでは、いずれも実像21r,22rを再生する場合を例に説明しているが、もちろん、参照光と同じ再生照明光を照射することにより、虚像を再生するようにしてもよい。
【0050】
このようにして、この道路標識表示システムでは、2つのレーザ照射装置11a,11bと、2つの凸レンズ12a,12bと、1つの回折光学素子10を利用することにより、2つの再生像を形成することを可能としているのである。
【0051】
図に示した例において、自動車1Bは、自動車1Aの前方を走行している。そして、実像21rは自動車1Aの位置からは見ることができるが、自動車1Bの位置に移動すると見えなくなる。しかし、このシステムにおいては、複数の実像21r,22rを空間上に形成させているので、自動車1Aが移動して自動車1Bの位置に移動した場合でも、道路標識の実像22rを参照することができるのである。したがって、2つの像21r,22rで同じ実像(画像)が形成されるようにしておけば、1つの回折光学素子10を用いて、トンネルの進行方向において、同じ道路標識を長い期間にわたって表示させることが可能である。
【0052】
このようなシステムでは、1つの物体光と、1つの参照光とから、干渉縞を記録することにより、回折光学素子10を作成するようにすればよい。そして、この回折光学素子10に対して、図に示したように、異なる角度から再生光を照射することにより、2つの再生像を形成することが可能となるのである。
【0053】
図6で示した実施の形態では、上下にレーザ照射装置11a,11bおよび凸レンズ12a,12bを配置することにより、上下に2つの再生像を形成している例であるが、さらに上下に多くの像またはトンネルの長手方向(奥行き方向)にも複数の像を形成させてどの位置からでも道路標識が見えるようにすることが可能である。
【0054】
図7は、上下2段、横方向に3つ、計6個の再生像25,25・・・を表示させたイメージ図である。このような再生像を形成するためには、回折光学素子10には、同様に、1つの物体光と、1つの参照光とによって干渉縞を記録すればよく、レーザ照射装置11および凸レンズを上下2段、横方向に3つ配列するようにすればよい。
【0055】
{第3の実施の形態}
第2の実施の形態で示したシステムではレーザ照射装置を2台利用し、2つの再生像を形成する方法を説明した。次に、1台のレーザ照射装置11および1つの凸レンズ12によって、2つの再生像を形成する方法について説明する。
【0056】
図8に示すように、トンネル2の天井側には、レーザ照射装置11および凸レンズ12が吊り下げられるようにして設けられている。そして、この実施の形態では、凸レンズ12と回折光学素子10との間に波面変換器15が設けられている。
【0057】
このような構成において、レーザ照射装置11から照射されたレーザ光は、凸レンズ12を介して波面変換器15に入射する。そして、波面変換器15からは、2つの変換光16a,16bが出力される。そして、この2つの変換光16a,16bが再生照明光として回折光学素子10に入射されることによって、回折光学素子10は、2つの実像23r,24rを形成するのである。
【0058】
波面変換器については図9を参照しながら説明する。波面変換器は、光の波面を異なる光の波面に変換するものである。例えば平面波を球面波に変換することや、1つの球面波を複数の球面波に変換することが可能である。
【0059】
図8では波面変換器15から2つの球面波が生じている状態を示している。この波面変換器15により出力される光で回折光学素子10を照明すると、図6で示した場合と同様に複数の再生像を形成することが可能である。
【0060】
波面変換器の作成方法について説明する。波面変換器の作成方法は、基本的に、回折光学素子10を作成する方法と同じである。ここではコンピュータを使った計算による方法を示す。図4における道路標識の画像g(x,y)の変わりに、2つの点光源44,46を2つの物体とみなす。
【0061】
図9ではy軸上に2つの点光源44,46が存在している。また、y軸とは距離ziの間隔を空けて乾板43が配置されている。さらに、点光源41が配置され、点光源41は、乾板面に参照光42を照射している。ここで、2つの点光源の振幅を表す式は、数4式に示すように、2つの球面波を加えたものとなる。
【0062】
【数4】
【0063】
数4式において、r1およびr2は2つの点光源44,46から乾板面上の座標までの距離を示している。
【0064】
そして、数5式は、物体光と参照光を加え合わせた光強度をあらわしている。
【0065】
【数5】
【0066】
この数4式および数5式に従ってコンピュータで光強度を計算し、その結果を高精度のプリンター(例えば印刷用のイメージセッター)やレーザ直接描画装置で透明フィルムやガラス基板に露光することにより、干渉縞を描画することにより、波面変換器が作成されるのである。
【0067】
このようにして、作成された波面変換器に再生照明光を照射することにより、光の回折現象によって元の点光源を再生することが可能となり、波面の変換器として作用するのである。
【0068】
そして、この変換された光を再生照明光として扱うことにより、回折光学素子10に複数の再生照明光を照射することと同じ効果が得られるので、回折光学素子10によって、複数の再生像としての道路標識を形成することが可能となるのである。
【0069】
以上、第3の実施の形態では、波面変換器15を利用することにより、レーザ照射装置11および凸レンズ12の数を削減しつつ、複数の再生像を形成することが可能である。
【0070】
図8で示した実施の形態では、上下に2つの再生像を示しているが、図7で示した場合と同様に、トンネルの横方向にも複数の像を再生させてどの位置からでも標識を見ることができるようにすることも可能である。この場合、波面変換器を作成する際には、表示する再生像の数に合わせた点光源を用意し、再生像の表示位置に合わせて点光源の配置位置を調整するようにすればよい。
【0071】
また、上記第1から第3の実施の形態においては、1枚の回折光学素子を使って再生像を形成する実施の形態を示しているが、トンネルの横方向及び長手方向(自動車の進行方向)に複数の回折光学素子を設置し、さらに広い範囲で標識標識を表示させることも可能である。
【0072】
なお、上記第1から第3の実施の形態において、回折光学素子は、トンネルの天井面に吊り下げられるように設けられているが、必ずしも天井面から吊り下げられる必要はなく、トンネル側壁から所定の部材で支持し、天井面から下方に向けて配置されるようにしてもよい。
【0073】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1から請求項8に記載の発明では、トンネル天井面に吊り下げられた回折光学素子を利用して道路標識を表示させるので、回折光学素子の配置位置よりも、観察者に近い位置で道路標識を再生像として結像させることが可能である。したがって、従来の実物の道路標識板と比べてサイズの小さい回折光学素子を利用した場合でも、視認性のよい道路標識を表示することが可能であり、トンネル高さを低くすることが可能である。
【0074】
請求項2または請求項6に記載の発明では、1つの再生照明光を利用して複数の道路標識を再生像として形成することが可能であり、異なる種類の道路標識を複数形成させることや、同じ道路標識を複数の位置に形成させることが可能である。
【0075】
請求項3または請求項7に記載の発明では、複数の再生照明光を利用して複数の道路標識を再生像として形成するので、単一の物体光を利用して作成された回折光学素子を用いながらトンネル内の複数位置に道路標識を形成させることが可能である。
【0076】
請求項4または請求項8に記載の発明では、波面変換器を利用して、複数の再生照明光を生成するので、単一の照射装置と、単一の物体光を利用して作成された回折光学素子を用いながらトンネル内の複数位置に道路標識を形成させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】トンネル内に設置された回折光学素子の位置を示す図である。
【図2】第1の実施の形態にかかる道路標識表示システムの全体図である。
【図3】回折光学素子を光学的に作成する方法を示す図である。
【図4】回折光学素子に記録する干渉縞を計算機を用いて算出する場合の空間配置図である。
【図5】回折光学素子を利用して表示された道路標識の実像および虚像を示す図である。
【図6】第2の実施の形態にかかる道路標識表示システムの全体図である。
【図7】上下左右に複数の再生像として道路標識を表示させたイメージ図である。
【図8】第3の実施の形態にかかる道路標識表示システムの全体図である。
【図9】波面変換器の作成方法を示す図である。
【図10】従来の実物の道路標識の配置状態を示す図である。
【符号の説明】
2 トンネル
10 回折光学素子
11 レーザ照射装置
12 凸レンズ
13 再生照明光
20i 虚像
20r 実像
31 レーザ照射装置
32 ハーフミラー
33,36 凸レンズ
34 参照光
35 写真乾板
37 物体光
38 (実物)道路標識板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a configuration of a system for displaying a road sign in a tunnel and a display method thereof.
[0002]
[Technical background and problems to be solved by the invention]
Various road signs are installed on general roads and highways. For example, at an intersection, the names of places and roads in each direction are displayed. And these road signs may be installed in a tunnel.
[0003]
FIG. 10 is a diagram showing a conventional example in which a road sign is installed in a tunnel. FIG. 10A is a cross-sectional view of the
[0004]
The size of the
[0005]
As described above, conventionally, in tunnel construction, it was necessary to make the height 5.7 m or more. This means increasing the amount of tunnel excavation work to secure the height of the road sign, and was an issue to be improved. In particular, considering that the place where the road sign is installed in the tunnel is only a small part of the width of the road and the length of the road, taking into account Is inefficient.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a road sign with good visibility while making it possible to reduce the height of the tunnel as compared with the related art.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention uses a small optical element having a small size in the height direction and optically displays a road sign as a reproduced image in a space in a tunnel.
[0008]
The invention according to
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the road sign display system according to the first aspect, the diffractive optical element has interference fringes recorded by a plurality of object lights and one reference light, and the incident light is incident on the diffractive optical element. A plurality of road signs are displayed as a reproduced image by diffracting the reproduction illumination light.
[0010]
The invention according to claim 3 is a system for displaying a road sign in a tunnel, wherein the diffractive optical element suspended on a ceiling surface of the tunnel and a different angle with respect to the diffractive optical element in the tunnel. A plurality of irradiating means for irradiating a plurality of reproduction illumination light from the light source, wherein the diffractive optical element diffracts the plurality of reproduction illumination light incident from the plurality of irradiation means by interference fringes recorded on a dry plate surface thereof. Thus, a plurality of road signs are displayed as a reproduced image.
[0011]
The invention according to claim 4 is a system for displaying a road sign in a tunnel, comprising: an irradiating means for irradiating illumination light in the tunnel; and a wavefront conversion for converting the incident illumination light into a plurality of reproduction illumination lights. Means, and a diffractive optical element suspended from the ceiling surface of the tunnel and receiving a plurality of reproduction illumination lights emitted from the wavefront converting means, wherein the diffractive optical element is recorded on its dry plate surface. A plurality of road signs are displayed as a reproduced image by diffracting the plurality of reproduction illumination lights incident from the wavefront converting means by interference fringes.
[0012]
The invention according to claim 5 is a method for displaying a road sign in a tunnel, wherein a step of recording interference fringes on a photographic dry plate to form a diffractive optical element and the step of hanging the ceiling on a ceiling surface of the tunnel. The method includes a step of irradiating the diffractive optical element with reproduction illumination light and a step of forming a road sign as a reproduced image by the diffractive optical element.
[0013]
The invention according to claim 6 is a method for displaying a road sign in a tunnel, comprising recording interference fringes on a photographic plate with a plurality of object lights and one reference light to form a diffractive optical element. Irradiating the diffractive optical element suspended on the ceiling surface of the tunnel with reproduction illumination light; and forming a plurality of road signs as a plurality of reproduced images by the diffractive optical element. It is characterized by.
[0014]
The invention according to claim 7 is a method for displaying a road sign in a tunnel, wherein interference fringes are recorded on a photographic plate to form a diffractive optical element, and wherein the step is suspended on a ceiling surface of the tunnel. The method includes the steps of: irradiating a plurality of reproduction illumination lights to the diffractive optical element at different incident angles; and forming a plurality of road signs as a plurality of reproduced images by the diffractive optical element.
[0015]
The invention according to claim 8 is a method for displaying a road sign in a tunnel, wherein a step of recording interference fringes on a first photographic plate and forming a diffractive optical element, and a step of forming interference fringes on a second photographic plate. Recording a wavefront converter, irradiating the wavefront converter provided in the tunnel with illumination light, and converting the illumination light into a plurality of reproduction illumination lights in the wavefront converter. And a step in which the plurality of reconstructed illumination lights are incident on the diffractive optical element suspended on the ceiling surface of the tunnel, and a step of forming a plurality of reconstructed images by the diffractive optical element. It is characterized by.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<< 1st Embodiment >>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a road sign display system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view of a
[0017]
As described above, the
[0018]
By making the height of the diffractive
[0019]
FIG. 2 shows an overall view of a road sign display system for forming a reproduced image. A
[0020]
The laser beam emitted from the
[0021]
Note that the reproduced image is formed as a real image or a virtual image by an optical system when the diffractive
[0022]
<Creation of diffractive optical element>
Two methods for producing the diffractive
[0023]
First, an optical method will be described with reference to FIG. The laser beam irradiated from the
[0024]
The transmitted light passing through the
[0025]
By using such a method, a reproduced image can be formed by irradiating the photographic
[0026]
Next, a method of creating a diffractive optical element from a calculation result by a computer will be described with reference to FIG. This method is not an optical method, but a method of calculating an interference fringe on a dry plate surface by calculating a wavefront of light by a computer.
[0027]
As shown in the drawing, considering the xyz space, it is assumed that the
[0028]
Under such conditions, when the
[0029]
(Equation 1)
[0030]
Here, g (x, y) represents image information at the coordinates (x, y) of the
[0031]
On the other hand, assuming that the
[0032]
(Equation 2)
[0033]
Here, r represents the distance between the point
[0034]
Since the light intensity on the dry plate surface is the sum of the light intensity of the object light and the light intensity of the reference light, the light intensity on the dry plate surface is expressed by Expression 3.
[0035]
[Equation 3]
0
[0036]
Equation 3 represents the light intensity on the coordinates (xi, yi) on the surface of the dry plate. That is, I (xi, yi) is an expression of interference fringes appearing on the surface of the dry plate.
[0037]
The light intensity is calculated by a computer according to Equations (1) to (3), and the result is exposed on a transparent film or glass substrate by a high-precision printer (for example, an image setter for printing) or a laser direct drawing apparatus. The laser direct writing apparatus is an apparatus which applies a photosensitive material such as a photoresist on a glass substrate and directly draws interference fringes on the glass substrate with a laser beam narrowed down in accordance with the above calculation result.
[0038]
Thus, a diffraction optical element is created by calculating an interference fringe by using a computer and drawing the interference fringe on a transparent film or a glass substrate.
[0039]
<Formation of Reconstructed Image>
Next, a method of forming a reproduced image using the diffractive optical element created by the above method will be described. As shown in FIG. 5, the laser beam emitted from the
[0040]
By producing a diffractive optical element by the above-described method and installing the diffractive optical element in the
[0041]
Here, when the size of the diffractive optical element is smaller than that of a real road sign board, the viewing angle of an image reproduced by the diffractive optical element is smaller than that of a real road sign board. However, since the
[0042]
With the system configuration as shown in FIG. 2, when the virtual image 20i is reproduced as a road sign, the imaging position of the virtual image 20i is far from the driver. Therefore, in the case of the system configuration shown in FIG. 2, it is preferable to reproduce the
[0043]
<Modification>
In the first embodiment, when an optically diffractive optical element is formed, as shown in FIG. 3, one
[0044]
On the other hand, a plurality of object beams 37 and one
[0045]
For example, two types of actual road sign boards are prepared, and the two road sign boards are irradiated with laser light to obtain two object lights. By irradiating these two object lights to create a diffractive optical element, it is possible to display two types of road signs as reproduced images.
[0046]
Alternatively, two identical road sign boards are prepared, and the two road sign boards are irradiated with laser light to obtain two object lights. Then, the two object beams are irradiated at different angles to form a diffractive optical element. By irradiating reproduction illumination light to the diffractive optical element created in this way, it is possible to display road signs as two identical reproduction images at different imaging positions. If this is used, the same road sign can be displayed at a plurality of positions using one diffractive optical element by appropriately adjusting the irradiation angle of the object light.
[0047]
<< 2nd Embodiment >>
Next, a second embodiment for forming a plurality of reproduced images will be described with reference to FIG.
[0048]
FIG. 6 shows a display system for a road sign forming two reproduced images. As shown in the figure, on the ceiling side of the
[0049]
The laser light emitted from the laser irradiation device 11a is enlarged by the
[0050]
Thus, in this road sign display system, two reproduced images are formed by using two
[0051]
In the example shown in the figure, the automobile 1B is running ahead of the automobile 1A. Then, the
[0052]
In such a system, the diffractive
[0053]
The embodiment shown in FIG. 6 is an example in which two reproduced images are formed vertically by arranging the
[0054]
FIG. 7 is an image diagram in which a total of six reproduced
[0055]
<< 3rd Embodiment >>
In the system described in the second embodiment, a method of forming two reproduced images using two laser irradiation devices has been described. Next, a method of forming two reproduced images with one
[0056]
As shown in FIG. 8, on the ceiling side of the
[0057]
In such a configuration, laser light emitted from the
[0058]
The wavefront converter will be described with reference to FIG. The wavefront converter converts a wavefront of light into a wavefront of different light. For example, it is possible to convert a plane wave into a spherical wave or convert one spherical wave into a plurality of spherical waves.
[0059]
FIG. 8 shows a state where two spherical waves are generated from the
[0060]
A method for creating a wavefront converter will be described. The method of producing the wavefront converter is basically the same as the method of producing the diffractive
[0061]
In FIG. 9, two point
[0062]
(Equation 4)
[0063]
In Equation 4, r1 and r2 indicate the distance from the two point
[0064]
Expression 5 represents the light intensity obtained by adding the object light and the reference light.
[0065]
(Equation 5)
[0066]
The light intensity is calculated by a computer according to equations (4) and (5), and the result is exposed to a transparent film or a glass substrate by a high-precision printer (for example, an image setter for printing) or a laser direct drawing apparatus, thereby causing interference. By drawing the fringes, a wavefront converter is created.
[0067]
By irradiating the created wavefront converter with the reproduction illumination light in this manner, it becomes possible to reproduce the original point light source by the light diffraction phenomenon, and it functions as a wavefront converter.
[0068]
By treating the converted light as reproduction illumination light, the same effect as irradiating the diffractive
[0069]
As described above, in the third embodiment, by using the
[0070]
In the embodiment shown in FIG. 8, two reconstructed images are shown at the top and bottom. However, similar to the case shown in FIG. Can also be seen. In this case, when creating the wavefront converter, point light sources corresponding to the number of reproduced images to be displayed may be prepared, and the arrangement position of the point light sources may be adjusted according to the display position of the reproduced image.
[0071]
Further, in the first to third embodiments, the embodiment in which a reproduced image is formed by using one diffractive optical element is shown, but the lateral direction and the longitudinal direction of the tunnel (the traveling direction of the automobile) are used. It is also possible to install a plurality of diffractive optical elements in (1) and display the sign in a wider range.
[0072]
In the first to third embodiments, the diffractive optical element is provided so as to be hung on the ceiling surface of the tunnel. However, the diffractive optical element does not necessarily have to be hung from the ceiling surface. And may be arranged downward from the ceiling surface.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to eighth aspects of the present invention, the road sign is displayed using the diffractive optical element suspended from the tunnel ceiling surface, so that the position of the diffractive optical element is more than the position of the diffractive optical element. It is possible to form a road sign as a reproduced image at a position close to the observer. Therefore, even when a diffractive optical element having a smaller size than a conventional real road sign board is used, a road sign with good visibility can be displayed, and the tunnel height can be reduced. .
[0074]
According to the invention described in
[0075]
According to the third or seventh aspect of the present invention, since a plurality of road signs are formed as a reproduced image by using a plurality of reproduction illumination lights, a diffractive optical element created by using a single object light can be used. It is possible to form road signs at multiple locations in a tunnel while using.
[0076]
In the invention according to claim 4 or claim 8, since a plurality of reconstructed illumination lights are generated by using the wavefront converter, they are created by using a single irradiation device and a single object light. It is possible to form road signs at a plurality of positions in a tunnel while using a diffractive optical element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a position of a diffractive optical element installed in a tunnel.
FIG. 2 is an overall view of a road sign display system according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of optically forming a diffractive optical element.
FIG. 4 is a spatial arrangement diagram when an interference fringe to be recorded on a diffractive optical element is calculated using a computer.
FIG. 5 is a diagram showing a real image and a virtual image of a road sign displayed using a diffractive optical element.
FIG. 6 is an overall view of a road sign display system according to a second embodiment.
FIG. 7 is an image diagram in which road signs are displayed as a plurality of reproduced images in the upper, lower, left, and right directions.
FIG. 8 is an overall view of a road sign display system according to a third embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a method of creating a wavefront converter.
FIG. 10 is a diagram showing the arrangement of conventional real road signs.
[Explanation of symbols]
2 tunnel
10 Diffractive optical element
11 Laser irradiation device
12 convex lens
13 Reproduction illumination light
20i virtual image
20r real image
31 Laser irradiation device
32 half mirror
33, 36 convex lens
34 Reference light
35 Photo Dry Plate
37 Object Light
38 (real) road sign board
Claims (8)
前記トンネルの天井面に吊り下げられた回折光学素子と、
前記トンネル内において、前記回折光学素子に対して再生照明光を照射する照射手段と、
を備え、
前記回折光学素子は、
その乾板面に記録された干渉縞によって入射した前記再生照明光を回折することにより、再生像としての道路標識を表示させることを特徴とするトンネル内における道路標識表示システム。A system for displaying a road sign in a tunnel,
A diffractive optical element suspended from the ceiling of the tunnel,
In the tunnel, irradiation means for irradiating the diffraction optical element with reproduction illumination light,
With
The diffractive optical element,
A road sign display system in a tunnel, wherein a road sign as a reproduced image is displayed by diffracting the reproduction illumination light incident by the interference fringes recorded on the dry plate surface.
前記トンネルの天井面に吊り下げられた回折光学素子と、
前記トンネル内において、前記回折光学素子に対して異なる角度から複数の再生照明光を照射する複数の照射手段と、
を備え、
前記回折光学素子は、
その乾板面に記録された干渉縞によって前記複数の照射手段から入射した前記複数の再生照明光を回折することにより、再生像として複数の道路標識を表示させることを特徴とするトンネル内における道路標識表示システム。A system for displaying a road sign in a tunnel,
A diffractive optical element suspended from the ceiling of the tunnel,
In the tunnel, a plurality of irradiation means for irradiating a plurality of reproduction illumination light from different angles with respect to the diffractive optical element,
With
The diffractive optical element,
A road sign in a tunnel characterized by displaying a plurality of road signs as a reproduced image by diffracting the plurality of reproduction illumination lights incident from the plurality of irradiation means by interference fringes recorded on the dry plate surface. Display system.
トンネル内において、照明光を照射する照射手段と、
入射した前記照明光を複数の再生照明光に変換する波面変換手段と、
前記トンネルの天井面に吊り下げられ、前記波面変換手段から照射された複数の再生照明光を入射する回折光学素子と、
を備え、
前記回折光学素子は、
その乾板面に記録された干渉縞によって前記波面変換手段から入射した前記複数の再生照明光を回折することにより、再生像として複数の道路標識を表示させることを特徴とするトンネル内における道路標識表示システム。A system for displaying a road sign in a tunnel,
Irradiating means for irradiating illumination light in the tunnel,
Wavefront converting means for converting the incident illumination light into a plurality of reproduction illumination lights,
A diffractive optical element that is suspended from the ceiling of the tunnel and receives a plurality of reconstructed illumination light beams emitted from the wavefront conversion unit,
With
The diffractive optical element,
Road sign display in a tunnel characterized by displaying a plurality of road signs as a reproduced image by diffracting the plurality of reproduction illumination lights incident from the wavefront conversion means by interference fringes recorded on the dry plate surface. system.
写真乾板上に干渉縞を記録し、回折光学素子を作成する工程と、
トンネルの天井面に吊り下げられた前記回折光学素子に対して再生照明光を照射する工程と、
前記回折光学素子により再生像としての道路標識を形成する工程と、
を備えることを特徴とするトンネル内における道路標識表示方法。A method of displaying a road sign in a tunnel,
Recording interference fringes on a photographic plate to create a diffractive optical element;
Irradiating reproduction illumination light to the diffractive optical element suspended on the ceiling surface of the tunnel,
Forming a road sign as a reproduced image by the diffractive optical element,
A road sign display method in a tunnel, comprising:
複数の物体光と1つの参照光とにより写真乾板上に干渉縞を記録し、回折光学素子を作成する工程と、
トンネルの天井面に吊り下げられた前記回折光学素子に対して再生照明光を照射する工程と、
前記回折光学素子により複数の再生像としての複数の道路標識を形成する工程と、
を備えることを特徴とするトンネル内における道路標識表示方法。A method of displaying a road sign in a tunnel,
Recording interference fringes on a photographic plate with a plurality of object lights and one reference light to form a diffractive optical element;
Irradiating reproduction illumination light to the diffractive optical element suspended on the ceiling surface of the tunnel,
A step of forming a plurality of road signs as a plurality of reproduced images by the diffractive optical element,
A road sign display method in a tunnel, comprising:
写真乾板上に干渉縞を記録し、回折光学素子を作成する工程と、
トンネルの天井面に吊り下げられた前記回折光学素子に対して異なる入射角で複数の再生照明光を照射する工程と、
前記回折光学素子により複数の再生像としての複数の道路標識を形成する工程と、
を備えることを特徴とするトンネル内における道路標識表示方法。A method of displaying a road sign in a tunnel,
Recording interference fringes on a photographic plate to create a diffractive optical element;
Irradiating a plurality of reproduction illumination light at different angles of incidence on the diffractive optical element suspended on the ceiling surface of the tunnel,
A step of forming a plurality of road signs as a plurality of reproduced images by the diffractive optical element,
A road sign display method in a tunnel, comprising:
第1写真乾板上に干渉縞を記録し、回折光学素子を作成する工程と、
第2写真乾板上に干渉縞を記録し、波面変換器を作成する工程と、
トンネル内に設けられた前記波面変換器に対して照明光を照射する工程と、
前記照明光が前記波面変換器において複数の再生照明光に変換される工程と、
前記複数の再生照明光が前記トンネルの天井面に吊り下げられた前記回折光学素子に入射する工程と、
前記回折光学素子により複数の再生像を形成する工程と、
を備えることを特徴とするトンネル内における道路標識表示方法。A method of displaying a road sign in a tunnel,
Recording interference fringes on a first photographic plate to form a diffractive optical element;
Recording interference fringes on a second photographic dry plate to create a wavefront transducer;
Irradiating the wavefront converter provided in the tunnel with illumination light,
Converting the illumination light into a plurality of reproduction illumination lights in the wavefront converter;
The plurality of reproduction illumination light is incident on the diffractive optical element suspended on the ceiling surface of the tunnel,
Forming a plurality of reproduced images by the diffractive optical element,
A road sign display method in a tunnel, comprising:
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