JP4644868B2 - 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２の断面図、図１０（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１１に示すようなシステムを提案している。図１１（ａ）はトンネル２の断面図、図１１（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１２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１０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。

しかしながら、トンネル内の様々な位置から（つまり、トンネル内の幅方向（左右方向）における様々な位置から）道路標識としての再生像を観察できるようにするためには、その観察可能としたい領域の大きさに応じて回折光学素子を大きくする必要がある。図１３に示したように、トンネル２内を走行する自動車が、トンネル２内のどの位置においても道路標識を参照できるようにするためには、トンネル２内の幅方向の広い範囲において再生像１２０を観察可能とすること、つまり、回折光学素子１１０のサイズをトンネル２内の幅方向に関して大きくする必要がある。

そして、このような大きなサイズの回折光学素子を作成するためには、回折光学素子をコンピュータを用いて計算する際の計算コストが非常に高くなるという問題がある。また、回折光学素子に干渉縞を精密描画する際のコストも高くなるという問題がある。

そこで、本発明は前記問題点に鑑み、トンネル内の様々な位置から道路標識を観察可能なシステムを、回折光学素子を用いて、低コストで構築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、前記トンネルの断面平面内に並べられたＮ（Ｎは２以上の整数）枚の回折光学素子と、前記Ｎ枚の回折光学素子に対応して、それぞれ再生照明光を照射するためのＮ個の照射手段と、を備え、前記Ｎ枚の回折光学素子は、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Ｎ枚の回折光学素子は、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Ｎ枚の回折光学素子は、前記トンネルの断面平面内において、間隔を空けることなくタイリングされていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の道路標識表示システムにおいて、前記Ｎ枚の回折光学素子の設置位置から前記再生像の形成位置までの距離を所定の距離より長く設定することにより、前記Ｎ枚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、各照射手段は、それぞれ対応している回折光学素子に対してのみ再生照明光を照射するために照射範囲の一部領域を遮光する遮光手段、を含むことを特徴とする。

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システムであって、前記トンネルの断面平面内に並べられたＮ（Ｎは２以上の整数）枚の回折光学素子と、前記Ｎ枚の回折光学素子をＭ（ＭはＮより小さい整数）個の回折光学素子群の集合として区分し、前記Ｍ個の回折光学素子群に対応して、それぞれ再生照明光を照射するためのＭ個の照射手段と、を備え、前記Ｎ枚の回折光学素子は、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Ｎ枚の回折光学素子は、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６記載の発明は、請求項５に記載の道路標識表示システムにおいて、前記Ｎ枚の回折光学素子は、前記トンネルの断面平面内において、間隔を空けることなくタイリングされていることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の道路標識表示システムにおいて、前記Ｍ個の回折光学素子群に含まれる回折光学素子の中で、回折光学素子と各照射手段との位置関係が同じ回折光学素子の集合を共通回折光学素子群とし、前記Ｎ枚の回折光学素子の設置位置から前記再生像の形成位置までの距離を所定の距離より長く設定することにより、前記共通回折光学素子群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８記載の発明は、請求項７に記載の道路標識表示システムにおいて、各照射手段は、それぞれ対応する回折光学素子群に対してのみ再生照明光を照射するために照射範囲の一部領域を遮光する遮光手段、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、トンネル内の断面平面内に並べられた複数の回折光学素子によって、同一の再生像を道路標識として表示させるので、広い領域から再生像を観察可能なシステムを構築する場合であっても、回折光学素子を作成する際のコストを低減させることが可能である。

また、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には、遮光板が設けられているので、１枚の回折光学素子に対して複数の照射手段が照射した再生照明光が入射することを防止し、再生像をクリアに表示させることが可能である。

｛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表示システムを示す図である。トンネル２の天井面からは５個の回折光学素子１１Ａ,１１Ｂ,１１Ｃ,１１Ｄ,１１Ｅが吊り下げられるように設けられている。５個の回折光学素子１１Ａ〜１１Ｅは、トンネル２内の幅方向に間隔を空けることなく並べられている。このように、複数の回折光学素子をタイリングすることによって、自動車１がトンネル２内のどの位置においても、回折光学素子を参照できるようにしている。以下の説明において、回折光学素子１１Ａ〜１１Ｅを特に区別せずに共通の特徴を説明する場合には、適宜、回折光学素子１１として説明する。

また、図２に示すように、各回折光学素子１１Ａ,１１Ｂ,１１Ｃ,１１Ｄ,１１Ｅに再生照明光を照射する５台の照射手段１２Ａ,１２Ｂ,１２Ｃ,１２Ｄ,１２Ｅ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（図１においては、図示省略している。）。以下の説明において、照射手段１２Ａ〜１２Ｅを特に区別せずに共通の特徴を説明する場合には、適宜、照射手段１２として説明する。ここで、符号Ａ〜Ｅは、回折光学素子１１と照射手段１２の対応を示している。たとえば、レーザ照射装置１２Ｃが照射したレーザ光は、回折光学素子１１Ｃに照射される。つまり、第１の実施の形態においては、１つの回折光学素子１１に対して１対１に対応する照射手段１２が設けられている。

図３は、照射手段１２を示す図である。照射手段１２Ａ〜１２Ｅは、同様の構成であるので、同一の図面を用いて説明する。照射手段１２は、レーザ光を照射するレーザ照射装置１２１と、凸レンズ１２２と、遮光板１２３とを備えている。なお、凸レンズ１２２の代わりに凹レンズを使用してもよい。

レーザ照射装置１２１から照射されたレーザ光は、凸レンズ１２２および遮光板１２３を介して再生照明光１３として回折光学素子１１に照射される。ここで、レーザ照射装置１２１から照射されたレーザ光は、凸レンズ１２２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１３は発散光となって回折光学素子１１に照射される。ただし、再生照明光１３は、途中で遮光板１２３を通過した光のみが回折光学素子１１に達する。遮光板１２３は、レーザ照射装置１２１が照射するレーザ光を遮断するものであり、その中央部分に形成された貫通孔１２３ａを通過した光のみが回折光学素子１１に達するように構成されている。なお、遮光板１２３としては、少なくとも、照射手段１２から照射されるレーザ光と同じ波長の光を遮蔽するものを使用すればよい。また、再生照明光を通過させる部分は、貫通孔１２３ａに限らず、照射手段１２から照射されるレーザ光と同じ波長の光を通過させる素材を使用してもよい。そして、図にも示すように、貫通孔１２３ａを通過した光は、当該照射手段１２に１対１で対応している回折光学素子１１の乾板面のみに達し、１対１で対応している回折光学素子１１の乾板面の周囲には届かないように貫通孔１２３ａの大きさが調整されている。たとえば、照射手段１２Ａが照射した再生照明光は、貫通孔１２３ａを通過した後、回折光学素子１１Ａの乾板面に照射されるが、その隣に位置する回折光学素子１１Ｂに再生照明光が照射されることはない。また、照射手段１２Ｄが照射した再生照明光は、貫通孔１２３ａを通過した後、回折光学素子１１Ｄの乾板面に照射されるが、その両隣に位置する回折光学素子１１Ｃや回折光学素子１１Ｅに再生照明光が照射されることはない。

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１２１から照射されたレーザ光はそのまま発散光となり、遮光板１２３の貫通孔１２３ａを通過した後、対応している回折光学素子１１に照射される。

このようなシステムを構成することにより、図１および図２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、図１は、再生像２０の再生座標位置に再生像が実在するような全体イメージを表した図であるが、実際には、観察者は、回折光学素子１１を通してのみ（つまり、回折光学素子１１を望む視野の範囲内においてのみ）、再生像２０を観察することが可能である。また、再生像２０は、回折光学素子１１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１１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１１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１１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、参照光として収束球面波を使用し、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１１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表す数式を求める方法である。ここでは、図１および図２に示すような位置関係で回折光学素子１１Ａ〜１１Ｅが配置されるシステムを構成する場合を例に説明する。

ここで、図４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３１Ａ,３１Ｂ,３１Ｃ,３１Ｄ,３１Ｅ（以下、乾板３１Ａ〜３１Ｅに共通の特徴を説明する場合は、乾板３１として説明する。）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３２Ａ,３２Ｂ,３２Ｃ,３２Ｄ,３２Ｅが仮想的に配置され、この点光源３２Ａ〜３２Ｅからは参照光が乾板３１Ａ〜３１Ｅに照射されている。

そして、道路標識３０と乾板３１との間の距離ziは、乾板３１の幅に比べて非常に長い距離を設定する。たとえば、ziを１０００ｍや１０００ｋｍなどに設定する。このように、道路標識３０の位置を非常に遠方とするモデルを考えることにより、各乾板３１Ａ〜３１Ｅに対する道路標識３０の相対位置を同一の相対位置と近似することを可能としている。これにより、図５に示したように、各乾板３１Ａ〜３１Ｅを区別せずに、各乾板３１Ａ〜３１Ｅを同じ座標系に配置して計算を行うことが可能である。ここで、距離ziをどの程度の長さにすれば、上記のような近似を行うことができるかどうかは、実験などを通して適宜所定の距離を設定するようにすればよい。

また、本実施の形態においては、回折光学素子１１がトンネルの幅方向にタイリングされ、全体として幅方向の長さが長くなるシステムを考えているので、各乾板３１と道路標識３０との相対位置を同一と近似するためには、距離ziを乾板３１の幅に比べて非常に長くすると説明した。しかし、回折光学素子をタイリングする方向は任意である。したがって、タイリングされた回折光学素子の平面全体の中で、最も長い直線を引いた場合に、距離ziは、その直線長さに対して非常に長くなるように（つまり、各乾板３１と道路標識３０との相対位置を同一と近似できる程度に長く）設定すればよい。

このような条件下により、回折光学素子１１Ａ〜１１Ｅを作成する計算モデルは、図５のような共通のモデルに当てはめることができる。つまり、各回折光学素子１１Ａ〜１１Ｅそれぞれに対して同じ相対位置に道路標識３０を設定し、同じ相対位置に点光源３２を設定することができるのである。あるいは、図６に示すような座標系と考えても良い。つまり、各乾板１１Ａ〜１１Ｅについて、それぞれ図６で示すようなローカル座標系（xi(L),yi(L),z）を設定し、その座標系において同じ座標位置に参照光照射用の点光源３２を設定する。そして、再生システムにおいても、点光源３２と同じ座標位置に再生照明光の照射装置を設定するのである。

図５を参照しながら、干渉縞の計算方法について説明する。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１１が作成される。そして、計算結果に基づいて作成された回折光学素子１１を５枚分複製することにより、回折光学素子１１Ａ〜１１Ｅとして利用することができるのである。

そして、コンピュータ上でモデリングした乾板３１Ａ〜３１Ｅおよび点光源３２Ａ〜３２Ｅの位置関係と同じ位置関係で回折光学素子１１Ａ〜１１Ｅおよび照射手段１２Ａ〜１２Ｅを設置し、再生照明光を照射することにより、各回折光学素子１１Ａ〜１１Ｅ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１１Ａ〜１１Ｅ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。

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２等で示したシステムでは凸レンズ１２１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、参照光を収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。

このように、本実施の形態においては、トンネル２の断面平面内に複数の回折光学素子１１Ａ〜１１Ｅをタイリングし、同一位置に同一の再生像２０を道路標識として表示させるので、トンネル２内の広い領域から再生像を観察可能なシステムを構築する際にも、回折光学素子１１の作成コストを低減させることが可能である。

また、各照射手段１２は、遮光板１２３を備えることにより、１対１で対応している回折光学素子１１に対してのみ再生照明光を照射することが可能である。これにより、各回折光学素子１１が複数の照射手段１２からの再生照明光を入射することを防止することができ、再生像２０をクリアに表示させることが可能である。

｛第２の実施の形態｝
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態においては、回折光学素子１１に対して１対１に対応する照射手段１２を設け、１台の照射手段１２が対応する１枚の回折光学素子１１に対して再生照明光を照射するシステム構成とした。これに対して第２の実施の形態では、１台の照射手段１２が複数の回折光学素子１１に対して再生照明光を照射するシステムを構成する。なお、この実施の形態においても、各回折光学素子１１によって、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システムを構築する。

図７で示すシステムの例では、トンネル２内に、３台の照射手段１２ＡＢ₁,１２ＡＢ₂,１２ＡＢ₃と、６枚の回折光学素子１１Ａ₁,１１Ｂ₁,１１Ａ₂,１１Ｂ₂,１１Ａ₃,１１Ｂ₃が吊り下げられている。照射手段１２ＡＢ₁は、２枚の回折光学素子１１Ａ₁,１１Ｂ₁に再生照明光を照射し、照射手段１２ＡＢ₂は、２枚の回折光学素子１１Ａ₂,１１Ｂ₂に再生照明光を照射し、照射手段１２ＡＢ₃は、２枚の回折光学素子１１Ａ₃,１１Ｂ₃に再生照明光を照射する構成となっている。なお、照射手段１２ＡＢ₁,１２ＡＢ₂,１２ＡＢ₃の構成は、図３を参照して説明した照射手段１２の構成と同様であり、それぞれレーザ照射装置１２１と凸レンズ１２２と遮光板１２３とを備えている。

また、回折光学素子１１Ａ₁と照射手段１２ＡＢ₁の位置関係と、回折光学素子１１Ａ₂と照射手段１２ＡＢ₂の位置関係と、回折光学素子１１Ａ₃と照射手段１２ＡＢ₃の位置関係とは、同一の位置関係となるようにシステムが構築される。同様に、回折光学素子１１Ｂ₁と照射手段１２ＡＢ₁の位置関係と、回折光学素子１１Ｂ₂と照射手段１２ＡＢ₂の位置関係と、回折光学素子１１Ｂ₃と照射手段１２ＡＢ₃の位置関係とは、同一の位置関係となるようにシステムが構築される。

そして、第１の実施の形態と同様に、回折光学素子１１の設置位置から再生像２０の形成位置までの距離を非常に長く設定することにより、回折光学素子１１Ａ₁,１１Ａ₂,１１Ａ₃に対する再生像２０の相対位置を同一の相対位置と近似することが可能である。また、同様に、回折光学素子１１Ｂ₁,１１Ｂ₂,１１Ｂ₃に対する再生像２０の相対位置を同一の相対位置と近似することが可能である。これにより、回折光学素子１１Ａ₁,１１Ａ₂,１１Ａ₃として、同一の干渉縞が形成された回折光学素子を利用することが可能であり、回折光学素子１１Ｂ₁,１１Ｂ₂,１１Ｂ₃として、同一の干渉縞が形成された回折光学素子を利用することが可能となる。

このような６枚の回折光学素子１１を作成するためには、図８で示すような座標系を考え、乾板３１Ａ₁および乾板３１Ｂ₁を２枚セットとした計算モデルにおいて、干渉縞の計算を行う。このようなモデルにおいて第１の実施の形態と同様に、干渉縞の数式を計算する。そして、計算結果から乾板３１Ａ₁に干渉縞を書き込むことにより、回折光学素子１１Ａ₁が作成され、乾板３１Ｂ₁に干渉縞を書き込むことにより、回折光学素子１１Ｂ₁が作成される。そして、回折光学素子１１Ａ₁を原版として２枚の回折光学素子を複製することにより、回折光学素子１１Ａ₂,１１Ａ₃として利用することが可能であり、回折光学素子１１Ｂ₁を原版として２枚の回折光学素子を複製することにより、回折光学素子１１Ｂ₂,１１Ｂ₃として利用することが可能である。

また、第２の実施の形態においても、各照射手段１２ＡＢ₁,１２ＡＢ₂,１２ＡＢ₃は、それぞれ遮光板１２３を備えている。そして、各照射手段１２ＡＢ₁,１２ＡＢ₂,１２ＡＢ₃が照射する再生照明光は、遮光板１２３の貫通孔１２３を通過した後、対応する１セットの回折光学素子に対してのみ照射されるように構成されている。つまり、照射手段１２ＡＢ₁が照射する再生照明光は、回折光学素子１１Ａ₁,１１Ｂ₁に対してのみ照射され、照射手段１２ＡＢ₂が照射する再生照明光は、回折光学素子１１Ａ₂,１１Ｂ₂に対してのみ照射され、照射手段１２ＡＢ₃が照射する再生照明光は、回折光学素子１１Ａ₃,１１Ｂ₃に対してのみ照射されるようになっている。これにより、複数の照射手段１２から照射された再生照明光が、１つの回折光学素子１１に入射されることを防止することができ、道路標識としての再生像２０をクリアに表示させることが可能である。

第２の実施の形態によれば、１台のレーザ照射装置１２によって、複数の回折光学素子１１に再生照明光を照射するので、レーザ照射装置１２の台数を少なくすることができる。そして、同じ位置関係にある回折光学素子については、複製により同一の干渉縞が書き込まれたものを複製して利用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。

｛第３の実施の形態｝
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第２の実施の形態においては、１台の照射手段１２が１セットとなる２枚の回折光学素子１１に対して再生照明光を照射するシステムを構成した。第３の実施の形態においても、１台の照射手段１２が複数の回折光学素子１１に対して再生照明光を照射するシステムを構成する。なお、この実施の形態においても、各回折光学素子１１によって、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システムを構築する。

図９で示すシステムの例では、１０枚の回折光学素子１１Ａ〜１１Ｊが、トンネル２の断面平面内に縦２枚×横５枚の配列で２次元的に配置されている。そして、照射手段１２の配置位置としては、複数のパターンを考えることができる。

たとえば、上下２つの回折光学素子１１を１セットとして、この１セットの回折光学素子に対して、１台のレーザ照射装置１２により再生照明光を照射するシステムを構成することが可能である。具体的には、第１のレーザ照射装置１２（図示省略）により、回折光学素子１１Ａ,１１Ｆに再生照明光を照射し、第２のレーザ照射装置１２（図示省略）により、回折光学素子１１Ｂ,１１Ｇに再生照明光を照射し、同様に、第３のレーザ照射装置１２（図示省略）により、回折光学素子１１Ｃ,１１Ｈに対して、第４のレーザ照射装置１２（図示省略）により、回折光学素子１１Ｄ,１１Ｉに対して、第５のレーザ照射装置１２（図示省略）により、回折光学素子１１Ｅ,１１Ｊに対して再生照明光を照射するシステムを構築する。

このようなシステムを構築するためには、原版として２つの回折光学素子１１Ａ,１１Ｆを作成すればよい。図８を用いたモデルでは、左右に２枚の乾板を配置して干渉縞の計算を行ったが、この場合には、上下に２枚の乾板を配置した計算モデルにおいて干渉縞の計算を行うようにすればよい。また、道路標識（再生像）の形成位置は、上記各実施の形態と同様に、非常に遠方に設定し、各回折光学素子１１と再生像２０との相対位置を同一の相対位置と近似することが可能なモデルを設定する。このような方法により原版として回折光学素子１１Ａ,１１Ｆを作成する。そして、原版として作成された回折光学素子１１Ａを５枚複製することにより、回折光学素子１１Ｂ,１１Ｃ,１１Ｄ,１１Ｅとして利用することが可能である。また、原版として作成された回折光学素子１１Ｆを５枚複製することにより、回折光学素子１１Ｇ,１１Ｈ,１１Ｉ,１１Ｊとして利用することが可能である。

また、第３の実施の形態においても、各照射手段１２は、それぞれ遮光板１２３を備えている。そして、各照射手段１２が照射する再生照明光は、遮光板１２３の貫通孔１２３を通過した後、対応する１セットの回折光学素子に対してのみ照射されるように構成されている。つまり、第１の照射手段１２が照射する再生照明光は、回折光学素子１１Ａ,１１Ｆに対してのみ照射され、第２の照射手段１２が照射する再生照明光は、回折光学素子１１Ｂ,１１Ｇに対してのみ照射され、第３の照射手段１２が照射する再生照明光は、回折光学素子１１Ｃ,１１Ｈに対してのみ照射され、第４の照射手段１２が照射する再生照明光は、回折光学素子１１Ｄ,１１Ｉに対してのみ照射され、第５の照射手段１２が照射する再生照明光は、回折光学素子１１Ｅ,１１Ｊに対してのみ照射されるようになっている。これにより、１枚の回折光学素子１１が複数の照射手段１２から照射された再生照明光を入射することを防止することが可能であり、道路標識をクリアに表示させることが可能である。

あるいは、図９で示したシステムを構築するために、第２の実施の形態と同様に、左右２つの回折光学素子１１を１セットとし、この１セットの回折光学素子１１に対して１台のレーザ照射装置１２が再生照明光を照射するシステムを構築するようにしてもよい。

あるいは、４枚の回折光学素子１１を１セットとし、この１セットの回折光学素子１１に対して１台のレーザ照射装置１２が再生照明光を照射するシステムを構築するようにしてもよい。たとえば、回折光学素子１１Ａ,１１Ｂ,１１Ｆ,１１Ｇを１セットするモデルを考える。この場合には、縦２枚×横２枚で配列された乾板３１と、これら４つの乾板３１に参照光を照射する点光源３２と、非常に遠方に設定された道路標識３０を計算モデルとして干渉縞を計算すればよい。そして、原版として作成された回折光学素子１１Ａ,１１Ｂ,１１Ｆ,１１Ｇを複製することにより、それぞれ回折光学素子１１Ｃ,１１Ｄ,１１Ｈ,１１Ｉを作成することが可能である。また、回折光学素子１１Ａ,１１Ｂの複製を、それぞれ回折光学素子１１Ｅ,１１Ｆとして利用することも可能である。

このように、４枚の回折光学素子を１セットして、１台の照射手段１２により再生照明光を照射させるシステムを構築する場合にも、各照射手段１２が備える遮光板１２３の作用により、１枚の回折光学素子１１が複数の照射手段１２から照射された再生照明光を入射することを防止することが可能であり、再生像２０をクリアに表示させることが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、複数の回折光学素子をタイリングすることにより、広い領域から再生像を観察可能な道路標識システムを構築することが可能である。これにより、非常に大きな回折光学素子を作成する場合と比べ、計算コストの低減と、回折光学素子の作成コストを低減させることが可能である。

上記第１の実施の形態において、各回折光学素子はトンネル２内の幅方向に間隔を空けることなく並べられていると説明したが、この道路標識表示システムにおいては、観察者（運転者）は、数十ｍ離れた位置から回折光学素子を見ることになるので、わずかな隙間が空いていることは問題ない。たとえば、数ｍｍ程度の隙間があったとしても、肉眼では見分けることができないので問題はない。したがって、「間隔を空けることなく」とは、少なくとも肉眼で隙間が観察できない程度に各回折光学素子をつめてタイリングするという意味である。なお、これは上記第２および第３の実施の形態においても同様であり、これらの実施の形態においても、各回折光学素子をトンネル２内の断面平面内において間隔を空けることなくタイリングすることが好ましい。そして、この場合にも、わずかな隙間が空いていることは問題ではない。トンネル２の断面平面内において、少なくとも肉眼で隙間が観察できない程度に、各回折光学素子をつめてタイリングするようにすればよい。

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図である。 道路標識表示システムを示す図である。 レーザ照射装置の構成を示す図である。 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 各乾板と道路標識の位置関係を同一の関係と近似した場合における、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。 個々の乾板について使用する座標系を示す図である。 隣り合う２つの回折光学素子に同一のレーザ照射装置を利用する実施の形態を示す図である。 ２つの乾板について共通の参照光を利用する場合の座標系を示す図である。 上下左右方向に回折光学素子をタイリングした実施の形態図である。 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て道路標識表示システムを示す図である。 道路標識表示システムの基本構成を具体的に示す図である。 トンネル内の広い領域から再生像を観察可能とするシステムの概略図である。

符号の説明

２ トンネル
１１Ａ〜１１Ｅ 回折光学素子
１２Ａ〜１２Ｅ 照射手段
１２１ レーザ照射装置
１２２ 凸レンズ
１２３ 遮光板
１３ 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、
   前記トンネルの断面平面内に並べられたＮ（Ｎは２以上の整数）枚の回折光学素子と、
   前記Ｎ枚の回折光学素子に対応して、それぞれ再生照明光を照射するためのＮ個の照射手段と、
   を備え、
   前記Ｎ枚の回折光学素子は、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Ｎ枚の回折光学素子は、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Ｎ枚の回折光学素子は、前記トンネルの断面平面内において、間隔を空けることなくタイリングされていることを特徴とする道路標識表示システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の道路標識表示システムにおいて、
   前記Ｎ枚の回折光学素子の設置位置から前記再生像の形成位置までの距離を所定の距離より長く設定することにより、前記Ｎ枚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。
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、
   各照射手段は、
   それぞれ対応している回折光学素子に対してのみ再生照明光を照射するために照射範囲の一部領域を遮光する遮光手段、
   を含むことを特徴とする道路標識表示システム。
5. 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、
   前記トンネルの断面平面内に並べられたＮ（Ｎは２以上の整数）枚の回折光学素子と、
   前記Ｎ枚の回折光学素子をＭ（ＭはＮより小さい整数）個の回折光学素子群の集合として区分し、前記Ｍ個の回折光学素子群に対応して、それぞれ再生照明光を照射するためのＭ個の照射手段と、
   を備え、
   前記Ｎ枚の回折光学素子は、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Ｎ枚の回折光学素子は、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。
6. 請求項５に記載の道路標識表示システムにおいて、
   前記Ｎ枚の回折光学素子は、前記トンネルの断面平面内において、間隔を空けることなくタイリング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５または請求項６に記載の道路標識表示システムにおいて、
   前記Ｍ個の回折光学素子群に含まれる回折光学素子の中で、回折光学素子と各照射手段との位置関係が同じ回折光学素子の集合を共通回折光学素子群とし、
   前記Ｎ枚の回折光学素子の設置位置から前記再生像の形成位置までの距離を所定の距離より長く設定することにより、前記共通回折光学素子群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。
8. 請求項７に記載の道路標識表示システムにおいて、
   各照射手段は、
   それぞれ対応する回折光学素子群に対してのみ再生照明光を照射するために照射範囲の一部領域を遮光する遮光手段、
   を含むことを特徴とする道路標識表示システム。
   

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