JP4280995B2 - 道路標識表示システム - Google Patents

Description

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に関する。

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。

図９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９（ａ）はトンネル２の断面図、図９（ｂ）はトンネル２の横断面図であり、トンネル２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。

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１が走行するためにトンネル２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２に必要とされる高さは5.7m以上となる。

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。

そこで、本願出願人は、特願２００２−３７４３６７号において、図１０に示すようなシステムを提案している。図１０（ａ）はトンネル２の断面図、図１０（ｂ）はトンネル２の横断面図である。このシステムでは、回折光学素子１１０がトンネル２の天井面から吊り下げるように設置されている。そして、回折光学素子１１０の高さを、従来の道路標識板より低くすることにより、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１１０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。このシステムでは、回折光学素子１１０に対してレーザ光を照射す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。

再生像の形成方法について図１１を用いて説明する。トンネル２の天井面からはレーザ照射装置１１１と凸レンズ１１２と回折光学素子１１０とが吊り下げられるようにして設けられている。

レーザ照射装置１１１から照射されたレーザ光は、凸レンズ１１２において一旦集光された後、光束が広げられて、回折光学素子１１０に照射される。これにより、空間上に再生像１２０として道路標識が形成されるのである。なお、再生像１２０は、回折光学素子１１０を作成するときの光学系と再生照明光との関係によって、実像あるいは虚像として形成される。たとえば、回折光学素子１１０を作成するときに使用する参照光と同じ波面の再生照明光を利用して再生像を形成すれば虚像が形成され、回折光学素子１１０を作成するときに使用する参照光に対して複素共役波を再生照明光として再生像を形成すれば実像が形成される。

このシステムによれば、回折光学素子１１０の面積よりも大きな再生像を形成することが可能である。したがって、図９で示した道路標識１００に比べて大きさの小さい回折光学素子１１０を利用しながら、道路標識１００と同じようなサイズの道路標識を再生像として表示させることが可能である。

図１１に示した回折光学素子を利用したシステムにおいて、自動車１が位置Ａの場所にいる場合には、視点３から回折光学素子１１０を観察する視野Ｖａの範囲の中に再生像１２０が含まれるため、道路標識としての再生像１２０を運転者が観察することが可能である。しかし、自動車１が移動し、図の位置Ｂの場所にいる場合には、視点３から回折光学素子１１０を観察する視野Ｖｂの範囲から再生像１２０が外れるため運転者は道路標識を観察することができない。このため、回折光学素子を利用したシステムであってもトンネル内を移動する自動車が長い時間にわたって道路標識を観察することはできない。

そこで、本発明は前記問題点に鑑み、トンネル内を移動する運転者がなるべく長い時間、道路標識としての再生像を観察可能とする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、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、前記トンネルの進行方向に並べられた複数の回折光学素子と、前記トンネル内において、前記複数の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、前記複数の回折光学素子は、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道路標識を再生像として表示させるものであり、前記複数の回折光学素子は、同一の空間位置に同一の道路標識を再生像として表示させるように作成されていることを特徴とする。

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、前記トンネル内を移動する視点に対して、前記複数の回折光学素子によって形成される再生像が最初に視野に入ってから最終的に視野から外れるまでの間、いずれの視点位置においても、前記複数の回折光学素子のうちいずれかの回折光学素子によって形成される再生像が視野に入るように前記複数の回折光学素子の位置関係が設定されることを特徴とする。

請求項３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、前記トンネル内を移動する視点に対して、前記複数の回折光学素子によって形成される再生像が最初に視野に入ってから最終的に視野から外れるまでの間、いずれの視点位置においても、前記複数の回折光学素子のうちいずれかの回折光学素子によって形成される再生像が視野に入るように再生像の表示位置が設定されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、前記複数の回折光学素子から前記再生像の形成位置までの距離と前記複数の回折光学素子間の距離との関係を、前記複数の回折光学素子から前記再生像の形成位置までの距離を同一の距離と近似できるとみなす所定の関係を満たすように設定することにより、前記複数の回折光学素子として同一の干渉縞が形成された回折光学素子を用いることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、前記トンネル内において再生像を観察可能とすべき道路幅方向の範囲（第１の範囲）が設定されており、再生像の道路幅方向の範囲（第２の範囲）が前記第１の範囲よりも狭い場合には、前記複数の回折光学素子のうち虚像の再生位置に近い回折光学素子ほど道路幅方向の幅が狭くなるように構成されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、前記トンネル内において再生像を観察可能とすべき道路幅方向の範囲（第１の範囲）が設定されており、再生像の道路幅方向の範囲（第２の範囲）が前記第１の範囲よりも広い場合には、前記複数の回折光学素子のうち虚像の再生位置に近い回折光学素子ほど道路幅方向の幅が広くなるように構成されていることを特徴とする道路標識表示システム。

請求項７記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、再生像として実像を形成させる場合には、前記トンネル内を移動する視点が、実像の形成位置と当該実像を形成する回折光学素子との間に位置するように、実像の表示位置が設定されることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、再生像として実像を形成させる場合には、前記トンネル内を移動する視点として想定される所定高さよりも低い位置に実像が形成されるように、実像の表示位置が設定されることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、トンネルの進行方向に並べられた複数の回折光学素子により同一の空間位置に同一の道路標識を再生像として表示させるので、トンネル進行方向において長い時間道路標識を表示させることが可能である。

請求項２または請求項３に記載の発明によれば、いずれの視点位置においても再生像が観察されるように構成されているので、継続的に道路標識を観察することが可能である。

請求項４に記載の発明によれば、複数の回折光学素子を同一のものとすることができるので、１枚の回折光学素子を原盤として複製により他の回折光学素子を作成することが可能である。また、計算機により回折光学素子を作成する場合には、複数の回折光学素子に対する計算を共通化できるので、計算コストを低減させることが可能である。

請求項５または請求項６に記載の発明によれば、回折光学素子を効率的に利用したシステムを構築することが可能である。

請求項７または請求項８に記載の発明によれば、実像を鮮明に観察することが可能となる。

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および図２は、本発明の実施の形態にかかる道路標識表示システムを示す図であり、図１はトンネル２内の横断面図、図２はトンネル２内の平面図である。トンネル２の天井面からは４個の回折光学素子１０ａ,１０ｂ,１０ｃ,１０ｄが吊り下げられるように設けられており、各回折光学素子１０ａ〜１０ｄに再生光を照射する４台のレーザ照射装置１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄがトンネル２の天井面から吊り下げられるように設けられている。また、各レーザ照射装置１１ａ〜１１ｄには、凸レンズ１２ａ,１２ｂ,１２ｃ,１２ｄが取り付けられている。

なお、凸レンズの代わりに各レーザ照射装置１１ａ〜１１ｄに凹レンズを取り付けるようにしても良い。また、各回折光学素子１０ａ〜１０ｄを照射する光源は必ずしも複数用意する必要はない。たとえば、１台のレーザ照射装置から出力されるレーザ光を、分岐をもったガラスファイバーで伝送させ、各回折光学素子１０ａ〜１０ｄに照射するようにしてもよい。

レーザ照射装置１１ａ〜１１ｄから照射されたレーザ光は、それぞれ凸レンズ１２ａ〜１２ｄを介して再生照明光１３ａ〜１３ｄとして回折光学素子１０ａ〜１０ｄに照射される。ここで、レーザ照射装置１１ａ〜１１ｄから照射されたレーザ光は、凸レンズ１２ａ〜１２ｄにおいて一旦集光された後、光束が広げられる。したがって、再生照明光１３ａ〜１３ｄは発散光となって回折光学素子１０ａ〜１０ｄに照射される。なお、凸レンズの代わりに凹レンズを採用した場合には、レーザ照射装置１１ａ〜１１ｄから照射されたレーザ光はそのまま発散光となって回折光学素子１０ａ〜１０ｄに照射される。これにより、図３および図４に示すように空間上に再生像２０（虚像２０ｖあるいは実像２０ｒ）として道路標識が形成される。

なお、再生像２０は、回折光学素子１０ａ〜１０ｄを作成するときの光学系によって、実像２０ｖあるいは虚像２０ｒとして形成される。具体的には、波面を発散球面波と収束球面波の２種に分類した場合において、回折光学素子１０ａ〜１０ｄを作成するときに使用する参照光と同じ種類の波面を再生照明光として使用すれば虚像２０ｖが形成され、回折光学素子１０ａ〜１０ｄを作成するときに使用する参照光と異なる種類の波面を再生照明光として使用すれば実像２０ｒが形成される。たとえば、回折光学素子１０ａ〜１０ｄを作成する際に、参照光として発散球面波を使用し、再生照明光として発散球面波を使用すれば虚像２０ｖが形成される。虚像２０ｖを形成するためには、参照光と再生照明光とは全く同じは波面である必要はない。ただし、同じ発散球面波であっても参照光とは異なる波面を再生照明光とした場合には、虚像の形成される位置が異なる。一方、参照光として集束球面波を使用し、再生照明光として発散球面波を使用すれば実像２０ｒが形成される。

次に、回折光学素子１０ａ〜１０ｄの作成方法について説明する。ここでは、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を説明する。ただし、回折光学素子を光学的に作成する方法を利用することも可能である。

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は、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。ここでは、図４に示すような位置関係で回折光学素子１０ａ,１０ｂ,１０ｃが配置されるシステムを構成する場合を例に説明する。なお、図１等では回折光学素子が４枚設置されているが、ここでは、説明を簡単にするため３枚の回折光学素子１０ａ〜１０ｃの作成方法について説明する。

図に示すように、回折光学素子１０ａと１０ｂとは距離Ｌ１の間隔を空けて設置され、回折光学素子１０ｂと１０ｃとは距離Ｌ２の間隔を空けて設置されている。そして、全ての回折光学素子１０ａ〜１０ｃによって同じ位置に再生像２０として虚像２０ｖが再生されるようなシステムを構築する。つまり、回折光学素子１０ａから距離Ｚ１だけ前方（自動車１から見て前方）に再生像２０として虚像２０ｖが再生され、回折光学素子１０ｂから距離Ｚ２だけ前方に虚像２０ｖが再生され、回折光学素子１０ｃから距離Ｚ３だけ前方に虚像２０ｖが再生され、さらに、Ｚ１−Ｚ２＝Ｌ１、Ｚ２−Ｚ３＝Ｌ２の関係が成り立っているようなシステムを構築する。また、各レーザ照射装置１２ａ,１２ｂ,１２ｃの光源から回折光学素子１０ａ,１０ｂ,１０ｃ上の各点までの距離は、それぞれｒ１,ｒ２,ｒ３である（つまり、ｒ１,ｒ２,ｒ３は回折光学素子上の座標によって決まる値である。）。

ここで、図５に示すようにx−y−z空間を考え、仮想的に道路標識３０と乾板３１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３０（物体）上の座標軸，xi−yi軸は乾板３１上の座標軸を表しており、道路標識３０は、z=0平面とする。そして、道路標識３０と乾板３１の間の距離をziとする。つまり、乾板面はz=zi平面と見なすこともできる。さらに、点光源３２が仮想的に配置され、この点光源３２からは参照光３３が乾板３１に照射されている。

このような条件下において、道路標識３０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３０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。

ここで、ｇ(x,y)は道路標識３０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３０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３０の平面上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。

一方、点光源３２から照射される参照光３３を発散球面波として考えると、この参照光３３の振幅は、数２式で表される。

ここで、ｒは点光源３２と乾板面上の点（xi,yi）との距離である。

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。

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を表現する式である。

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。

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。したがって、図４で示したようなシステムを構築するためには、数１式において、ｚｉにＺ１を代入し、数２式において、ｒにｒ１を代入することによって、回折光学素子１０ａの乾板面上の光強度Ｉ(xi,yi)が求められる。また、数１式において、ｚｉにＺ２を代入し、数２式において、ｒにｒ２を代入することによって、回折光学素子１０ｂの乾板面上の光強度Ｉ(xi,yi)が求められ、ｚｉにＺ３を、ｒにｒ３を代入することによって、回折光学素子１０ｃの乾板面上の光強度Ｉ(xi,yi)が求められる。

そして、計算結果に基づいて回折光学素子１０ａ〜１０ｃを作成し、コンピュータ上でモデリングした位置関係で回折光学素子１０ａ〜１０ｃを設置し、コンピュータ上で配置した光源と乾板面との距離と同じ距離を空けて光源を配置し、再生照明光を照射することにより、各回折光学素子１０ａ〜１０ｃが同じ位置に再生像２０を形成するシステムが構築されるのである。つまり、回折光学素子１０ａ〜１０ｃを作成する上記計算において、道路標識３０の情報として同一の画像情報g(x,y)を利用しているので、同一の道路標識を再生像２０として形成することが可能である。同様な方法で回折光学素子１０ｄについても、他の回折光学素子１０ａ〜１０ｃと同じ位置に再生像２０を形成するように作成することができる。なお、数２式で示したように、ここでは、参照光として発散球面波を採用しており、また、図１等で示したシステムでは凸レンズ１２ａ〜１２ｄによりレーザ光が発散球面波として照射されるので、形成される再生像２０は虚像２０ｖである。これに対して、数２式の指数部分の符号を負に変更し、参照光を集束球面波として回折光学素子を作成し、再生照明光として発散球面波を使用することにより、実像２０ｒを形成するシステムとすることができる。

さらに、本システムは以下のような条件を備えることにより、さらなる効果を奏する。自動車１の移動にともなって視点３から各回折光学素子１０ａ〜１０ｄを観察する視野が変化することとなるが、最初に再生像２０が視野に入った後、最終的に再生像２０が視野から外れるまでの間、常にいずれかの回折光学素子１０ａ〜１０ｄによって形成される再生像２０が視野の中に入っているようにシステムを構築することである。

たとえば、運転者の視野に回折光学素子１０ａにより再生される再生像２０が含まれているとする。次に、自動車１が移動するにつれて、視点３の位置が移動し、運転者の視野から回折光学素子１０ａにより再生される再生像２０が外れる地点が存在する。しかし、この位置において、回折光学素子１０ｂにより再生される再生像２０が運転者の視野に入るようにシステムが構築されていれば、運転者は継続的に道路標識としての再生像２０を観察することができるのである。さらに、自動車１が移動するにつれて、視点３の位置が移動し、運転者の視野から回折光学素子１０ｂにより再生される再生像２０が外れる際には、回折光学素子１０ｃにより再生される再生像２０が運転者の視野に入るようにシステムを構築すればよい。

このように、最初に再生像２０が視野に入った後、最終的に再生像２０が視野から外れるまでの間、常に再生像２０を観察可能なシステムを構築するためには、移動する視点３の高さをある範囲内で想定する必要がある。そして、想定された高さにある視点３が、最初に再生像２０が視野に入った後、最終的に再生像２０が視野から外れるまでの間、移動する軌跡において、常に再生像２０が視野に入るように、回折光学素子間の距離および再生像２０の表示位置を決定すればよい。

また、本実施の形態においては、図２に示すように、回折光学素子１０ａ〜１０ｄの水平方向の幅は、視点３に近い側の回折光学素子ほど狭くなるようにしている。具体的には、道路標識を観察するのに適しているある地点（図２ではそのような地点に自動車１が位置している状態を示している。）に視点３を固定した場合において、各回折光学素子１０ａ〜１０ｄを観察した際に、水平方向（横方向）の視野角が等しくなるように各回折光学素子１０ａ〜１０ｄの幅を決定しているのである。もちろん回折光学素子１０ａ〜１０ｄの水平方向の幅を全て同じ長さにすることも可能であるが、水平方向（横方向）の視野角が等しくなるように各回折光学素子１０ａ〜１０ｄの幅を決定することで効率がよい。

つまり、図１で示したように縦方向の視野各Ｖｃを広くとるためには、水平方向についても再生像が視野に入っている必要がある。そこで、図２に示すように、水平方向の視野各が等しくなるように各回折光学素子１０ａ〜１０ｄを配置することで、効率的に視点３から全ての回折光学素子１０ａ〜１０ｄを視野に入れることができるのである。なお、回折光学素子１０ａなどについては、乾板の両端に形成されている干渉縞が切り落とされる可能性があるが、この図においては、道路の略中央に位置している視点３からの観察を前提としているため、乾板の両端近辺に形成されている干渉縞（つまり、再生像を斜め方向から観察可能な干渉縞）については情報が欠落していても問題ない。

効率的な回折光学素子の配置について、さらに詳しく説明する。図６および図７は、自動車１が道路の左右端（道路幅方向を左右方向とする。）に位置する場合も考慮に入れた図である。なお、ここでは、説明を簡単にするために３枚の回折光学素子１０ａ〜１０ｃを用いて説明する。図６は、道路標識としての虚像２０ｖが小さい場合の実施例図である。

ここで、「道路標識が小さい」とは、具体的には、自動車１が左右両端に最も近づいた場合の視点３を想定し、この視点３と道路の左右端との距離をＡとすると、虚像２０ｖの再生領域が道路両端から距離Ａの範囲を除いた領域に収まっているような場合を言う。言い換えると、トンネル２内において再生像を観察可能とすべき領域Ｂ（図の斜線領域）が設定されており、この領域Ｂの道路幅方向の範囲、つまり、道路の両端から距離Ａを除いた範囲を第１の範囲とすれば、再生像の道路幅方向の範囲（第２の範囲）が第１の範囲よりも狭い場合を言う。

このような条件のもとで、自動車１が領域Ｂ内の全ての位置において、回折光学素子１０ａ〜１０ｃの全てを視野に入れるためには、図に示したように回折光学素子１０ａの道路幅方向の幅を最も広くし、虚像２０ｖに近づくにつれて回折光学素子の道路幅方向の幅を狭くする方が効率的である。言い換えると、道路標識を観察可能としたい領域Ｂについて、視点３を領域Ｂ内の全ての位置に移動させて、各地点における視点３からの視野を考えた場合、各地点において視点３と虚像２０ｖの道路幅方向の両端とを結ぶ領域に、常に回折光学素子１０ａ〜１０ｃの一部が納まっているように各回折光学素子１０ａ〜１０ｃを配置すれば、図６のような配置となるのである。

一方、図７は、道路標識としての虚像２０ｖが大きい場合の実施例図である。ここで、「道路標識が大きい」とは、虚像２０ｖの再生領域が道路両端から距離Ａの範囲に及んでいる場合を言う。言い換えると、トンネル２内において再生像を観察可能とすべき領域Ｂ（図の斜線領域）が設定されており、この領域Ｂの道路幅方向の範囲、つまり、道路の両端から距離Ａを除いた範囲を第１の範囲とすれば、再生像の道路幅方向の範囲（第２の範囲）が第１の範囲よりも広い場合を言う。

このような条件のもとで、自動車１が領域Ｂ内の全ての位置において、回折光学素子１０ａ〜１０ｃの全てを視野に入れるためには、図に示したように回折光学素子１０ｃの道路幅の幅を最も広くし、虚像２０ｖから遠ざかるにつれて回折光学素子の道路幅方向の幅を狭くする方が効率的である。言い換えると、道路標識を観察可能としたい領域Ｂについて、視点３を領域Ｂ内の全ての位置に移動させて、各地点における視点３からの視野を考えた場合、各地点において視点３と虚像２０ｖの道路幅方向の両端とを結ぶ領域に、常に回折光学素子１０ａ〜１０ｃの一部が納まっているように各回折光学素子１０ａ〜１０ｃを配置すれば、図７のような配置となるのである。

以上説明したように、本発明によれば、道路標識として再生像２０をトンネル２内で長い時間にわたって継続的に表示させることが可能であり、この効果は再生像２０が虚像２０ｖである場合と実像２０ｒである場合とで変わりない。ただし、再生像２０として虚像２０ｖを形成する場合には、自動車１が回折光学素子に近づくにつれて次第に像が大きく見えるという特徴がある。これに対して、自動車１が回折光学素子に近づくにつれて実像は次第に小さくなる。したがって、いずれを採用することも可能であるが、物体に近づくにつれて物体が大きく見えるという自然界の現象と一致させるという意味では虚像を形成するシステムを構築する方がよいと考えられる。

また、再生像２０として実像２０ｒを形成するシステムを構築する場合には、実像２０ｒの形成位置と、その実像２０ｒを形成している回折光学素子（回折光学素子１０ａ〜１０ｄのいずれか）の設置位置との間に観察者が位置する状態で、観察者が実像２０ｒを観察するシステムを構成することが好ましい。別の言い方をすると、観察者が実像２０ｒの前方（進行方向について前方）に位置する状態で、実像２０ｒを観察するシステムを構築することが好ましい。

図４では、実像２０ｒを観察している視点３が、実像２０ｒと、その実像２０ｒを形成している回折光学素子（回折光学素子１０ａ〜１０ｄのいずれか）との形成位置の間に位置していることを示している。このように、視点３が回折光学素子と実像２０ｒの形成位置との間に位置している場合には、視点３と回折光学素子との間に実像２０ｒが形成されている場合（例えば、図４における２０Ｐの位置に実像が形成されている場合）と比べて観察される実像が鮮明になるというメリットがある。このようなシステムを構築する具体的な条件は、自動車１の運転者の視点３高さを、所定の高さに想定した場合に、当該所定の高さよりも低い位置に実像２０ｒが形成されるようにシステムを構築することである。別の言い方をすると、実像２０ｒを形成する回折光学素子と視点３を結ぶ視野を考えた場合に、視点３よりも後方側（進行方向について後方側）に張る視野２０Ｑ（図における砂地の領域）の中に実像２０ｒが形成されるようなシステムを構築することである。

本発明の別の利点について説明する。図８に示すように、回折光学素子１０ａ〜１０ｃから虚像２０ｖまでの距離Ｈ１あるいは実像２０ｒまでの距離Ｈ２を回折光学素子間の距離Ｌ１,Ｌ２に比べて非常に大きくする場合を考える。たとえば、Ｌ１,Ｌ２を５ｍ〜１０ｍ程度の距離とし、Ｈ１,Ｈ２を１０００ｍや１０００ｋｍなどに設定する。

このような設定の場合、虚像２０ｖを形成するような回折光学素子１０ａ〜１０ｃを作成するためには、数１式において、ｚｉにそれぞれＨ１＋Ｌ１,Ｈ１,Ｈ１−Ｌ１を代入することになるが、Ｌ１,Ｌ２に比べてＨ１が非常に大きいので、いずれについてもＨ１で近似することが可能である。また、数２式のｒについても同じ値を設定するようにすればよい。これにより、各回折光学素子１０ａ〜１０ｃについて、数３式における乾板面上の各座標の光強度Ｉを同一とすることが可能である。

また、実像２０ｒを形成するシステムを構築する場合も同様である。各回折光学素子１０ａ〜１０ｃから実像２０ｒまでの距離は、Ｈ２−Ｌ１,Ｈ２,Ｈ２＋Ｌ２であるが、Ｈ２がＬ１,Ｌ２に比べて非常に大きいので、いずれについてもＨ２で近似することが可能である。

ここで、再生像２０から各回折光学素子までの距離と、各回折光学素子間の距離との関係がどの程度であれば、近似により各回折光学素子までの距離を同一と見なすことができるかについては、所定の条件を定めればよい。あるいは、実験等により所定の条件を決定するようにしてもよい。そして、所定の条件を満たすように、コンピュータ上で物体面、乾板面をモデリングすることにより、各回折光学素子に形成する干渉縞を同一のものとすることが可能である。

このように虚像２０ｖあるいは実像２０ｒの形成する位置を非常に遠方に設定することにより、自動車１が移動し、回折光学素子までの距離が変化した場合にも、再生像２０（２０ｖあるいは２０ｒ）の大きさが変化しないという利点がある。つまり、回折光学素子から遠い位置から虚像２０ｖを見た場合にも、大きな像として道路標識を観察できるので、判読性が良い。

また、上述したようにコンピュータを用いて回折光学素子を作成する工程においても、数１式から数３式で示したように光強度を計算する処理を共通の処理とすることができるので、計算コストを削減することが可能である。

さらに、共通処理によって計算された値から同一の回折光学素子を複数作成すればよいので、マスターの回折光学素子を１枚作成し、それを原盤として他の回折光学素子を複製すればよいので、システム構築費用を大幅に削減することが可能である。

本実施の形態にかかる道路標識表示システムを示すトンネル内の横断面図である。 本実施の形態にかかる道路標識表示システムを示すトンネル内の平面図である。 再生像として表示される道路標識のイメージ図である。 回折光学素子の位置関係を示す図である。 コンピュータ上で回折光学素子を作成する際に仮想的に配置された各要素を示す図である。 再生像が小さい場合に回折光学素子を効率的に配置する実施例を示す図である。 再生像が大きい場合に回折光学素子を効率的に配置する実施例を示す図である。 回折光学素子間の距離と再生像までの距離を表す図である。 物理的な道路標識をトンネル内に設置した従来技術を示す図である。 本出願人により提案されている回折光学素子を用いた道路標識表示システムを示す図である。 再生像と視野の関係を示す図である。

符号の説明

２ トンネル
１０ａ〜１０ｄ 回折光学素子
１１ａ〜１１ｄ レーザ照射装置
１２ａ〜１２ｄ 凸レンズ
１３ａ〜１３ｄ 再生照明光
２０ｖ 虚像
２０ｒ 実像

Claims (8)

1. 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、
   前記トンネルの進行方向に並べられた複数の回折光学素子と、
   前記トンネル内において、前記複数の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、
   前記複数の回折光学素子は、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道路標識を再生像として表示させるものであり、前記複数の回折光学素子は、同一の空間位置に同一の道路標識を再生像として表示させるように作成されていることを特徴とする道路標識表示システム。
2. 請求項１に記載の道路標識表示システムにおいて、
   前記トンネル内を移動する視点に対して、前記複数の回折光学素子によって形成される再生像が最初に視野に入ってから最終的に視野から外れるまでの間、いずれの視点位置においても、前記複数の回折光学素子のうちいずれかの回折光学素子によって形成される再生像が視野に入るように前記複数の回折光学素子の位置関係が設定されることを特徴とする道路標識表示システム。
3. 請求項１に記載の道路標識表示システムにおいて、
   前記トンネル内を移動する視点に対して、前記複数の回折光学素子によって形成される再生像が最初に視野に入ってから最終的に視野から外れるまでの間、いずれの視点位置においても、前記複数の回折光学素子のうちいずれかの回折光学素子によって形成される再生像が視野に入るように再生像の表示位置が設定されることを特徴とする道路標識表示システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、
   前記複数の回折光学素子から前記再生像の形成位置までの距離と前記複数の回折光学素子間の距離との関係を、前記複数の回折光学素子から前記再生像の形成位置までの距離を同一の距離と近似できるとみなす所定の関係を満たすように設定することにより、前記複数の回折光学素子として同一の干渉縞が形成された回折光学素子を用いることを特徴とする道路標識表示システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、
   前記トンネル内において再生像を観察可能とすべき道路幅方向の範囲（第１の範囲）が設定されており、再生像の道路幅方向の範囲（第２の範囲）が前記第１の範囲よりも狭い場合には、前記複数の回折光学素子のうち虚像の再生位置に近い回折光学素子ほど道路幅方向の幅が狭くなるように構成されていることを特徴とする道路標識表示システム。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、
   前記トンネル内において再生像を観察可能とすべき道路幅方向の範囲（第１の範囲）が設定されており、再生像の道路幅方向の範囲（第２の範囲）が前記第１の範囲よりも広い場合には、前記複数の回折光学素子のうち虚像の再生位置に近い回折光学素子ほど道路幅方向の幅が広くなるように構成されていることを特徴とする道路標識表示システム。
7. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、
   再生像として実像を形成させる場合には、前記トンネル内を移動する視点が、実像の形成位置と当該実像を形成する回折光学素子との間に位置するように、実像の表示位置が設定されることを特徴とする道路標識表示システム。
8. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の道路標識表示システムにおいて、
   再生像として実像を形成させる場合には、前記トンネル内を移動する視点として想定される所定高さよりも低い位置に実像が形成されるように、実像の表示位置が設定されることを特徴とする道路標識表示システム。
   

Images