JP4130769B2

JP4130769B2 - Road sign display system and road sign display method in tunnel

Info

Publication number: JP4130769B2
Application number: JP2002374367A
Authority: JP
Inventors: 隆土谷; 住雄中原; 久治鳥取; 正彦北沢
Original assignee: MegaChips Corp; Kansai University
Current assignee: MegaChips Corp; Kansai University
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004204538A

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。
【００１０】
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２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。
【００１４】
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。
【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４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。
【００７５】
請求項１または請求項３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２または請求項４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]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a system configuration and a display method for displaying road signs in a tunnel.
[0002]
[Technical background and problems to be solved by the invention]
Various road signs are installed on general roads and highways. For example, at intersections, place names and road names in each direction are displayed. These road signs may be installed in tunnels.
[0003]
FIG. 10 is a diagram showing a conventional example in which road signs are installed in a tunnel. 10A is a cross-sectional view of the tunnel 102, and FIG. 10B is a cross-sectional view of the tunnel 102, and the road sign 100 is installed so as to be suspended from the ceiling surface of the tunnel 102.
[0004]
The size of the road sign 100 in the height direction varies, but even a small one is usually about 1.2 m. The height that the tunnel 102 needs to secure for the automobile 101 to travel is usually about 4.5 m. Therefore, the height required for the tunnel 102 is 5.7 m or more.
[0005]
Thus, conventionally, in the tunnel construction, the height has to be 5.7 m or more. This meant increasing the amount of tunnel excavation work in order to ensure the height of the road signs, and was an issue that should be improved. In particular, considering the fact that the location where road signs are installed in the tunnel is only a small part of the road width direction or the length direction, the height of the tunnel for the road sign It is inefficient to increase.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a road sign with good visibility while making it possible to reduce the tunnel height as compared with the conventional one.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention uses a small optical element in the height direction to optically display a road sign as a reproduced image in the space in the tunnel.
[0010]
The invention according to claim 1 is a system for displaying a road sign in a tunnel, and a diffractive optical element suspended from 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 reproducing illumination lights, and the diffractive optical element diffracts the plurality of reproducing illumination lights incident from the plurality of irradiating means by interference fringes recorded on a dry plate surface thereof. By doing so, a plurality of road signs are displayed as reproduced images.
[0011]
The invention according to claim 2 is a system for displaying a road sign in a tunnel, and an irradiation means for irradiating illumination light in the tunnel, and wavefront conversion for converting the incident illumination light into a plurality of reproduction illumination lights And a diffractive optical element that is suspended on the ceiling surface of the tunnel and receives a plurality of reproduction illumination lights irradiated from the wavefront converting means, and the diffractive optical element is recorded on the dry plate surface A plurality of road signs are displayed as reproduced images by diffracting the plurality of reproduced illumination lights incident from the wavefront converting means by interference fringes.
[0014]
The invention according to claim 3 is a method for displaying a road sign in a tunnel, the step of recording interference fringes on a photographic dry plate and creating a diffractive optical element, and the above-mentioned suspended from the ceiling surface of the tunnel A step of irradiating the diffractive optical element with a plurality of reproduction illumination lights at different angles of incidence; and a step of forming a plurality of road signs as a plurality of reproduction images by the diffractive optical element.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for displaying a road sign in a tunnel, the step of recording interference fringes on a first photographic plate and creating a diffractive optical element, and the interference fringes on a second photographic plate. And creating a wavefront converter, irradiating the wavefront converter provided in a tunnel with illumination light, and converting the illumination light into a plurality of reproduction illumination lights in the wavefront converter And a step of causing the plurality of reproduction illumination lights to enter the diffractive optical element suspended from the ceiling surface of the tunnel, and a step of forming a plurality of reproduction images by the diffractive optical element. It is characterized by.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
{First embodiment}
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are diagrams showing a road sign display system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view of a tunnel 2, and FIG. It is.
[0017]
As described above, the tunnel 2 needs a height of 4.5 m in order to ensure the traveling of the automobile 1. In the present embodiment, since the diffractive optical element 10 is installed so as to be suspended from the ceiling surface of the tunnel 2, the height of the tunnel 2 is diffracted to 4.5 m for ensuring the traveling of the automobile 1. The height including the height of the optical element 10 is required.
[0018]
Then, by making the height of the diffractive optical element 10 lower than that of a conventional road sign plate, in this embodiment, the tunnel height can be made lower than that of the conventional one. For example, in the example shown in the figure, since the diffractive optical element 10 has a height of 30 cm, the height of the tunnel 2 can be set to 4.8 m. The configuration of the road sign display system using the diffractive optical element 10 will be described in detail later. As a general rule, the road sign is reproduced by applying a laser beam to the diffractive optical element 10 (real image or virtual image). As a space.
[0019]
FIG. 2 shows an overall view of a road sign display system for creating a reproduced image. A laser irradiation device 11, a convex lens 12 (or a concave lens) and a diffractive optical element 10 are provided so as to be suspended from the ceiling surface of the tunnel 2. Although not shown, the convex lens 12 is also suspended from the ceiling surface of the tunnel 2 by a predetermined frame or the like.
[0020]
The laser beam irradiated from the laser irradiation device 11 is refracted by the convex lens 12, and then the light beam of the laser beam is spread and irradiated to the diffractive optical element 10. Thereby, a road sign is formed as a reproduced image in the space.
[0021]
Note that the reproduced image is formed as a real image or a virtual image by the optical system used to create the diffractive optical element 10. Specifically, if a reproduced image is formed using the same wavefront as the reference light used when creating the diffractive optical element 10, a laser irradiation device opposite to the diffractive optical element 10 (laser irradiation device with respect to the diffractive optical element 10 is used. 11), a virtual image 20i is formed, and if a reproduced image is formed with a complex conjugate wave, a real image 20r is formed on the front side of the diffractive optical element 10 (on the side opposite to the laser irradiation device 11 with respect to the diffractive optical element 10). That is, from the viewpoint 3 of the driver traveling in the automobile 1, the virtual image 20 i is formed on the back side of the diffractive optical element 10, and the real image 20 r is formed on the front side of the diffractive optical element 10.
[0022]
<Creation of diffractive optical element>
Two methods for producing the diffractive optical element 10 will be described. The two methods are a method of optically creating a diffractive optical element and a method of creating a diffractive optical element from a result obtained by calculation using a computer.
[0023]
First, an optical method will be described with reference to FIG. The laser beam irradiated from the laser irradiation device 31 is divided into two directions by the half mirror 32. Of the light divided in two directions by the half mirror, the transmitted light passes through the convex lens 33 and the reflected light passes through the convex lens 36, thereby spreading the light flux of each light.
[0024]
The transmitted light that has passed through the convex lens 33 directly illuminates the photographic plate 35. This light is referred to as reference light 34. The light reflected by the other convex lens 36 irradiates an object, here, an actual road sign board 38 (that is, a signboard). The scattered light of the light applied to the road sign board 38 is irradiated to the photographic dry plate 35. This scattered light is called object light 37. Then, the object beam 37 reflected by the object and the reference beam 34 irradiated from the laser irradiation device 31 interfere on the photographic plate 35 to record interference fringes. The dry plate is subjected to development, fixing, bleaching and the like.
[0025]
By such a method, it is possible to form a reconstructed image by irradiating the photographic dry plate 35 on which interference fringes are recorded with a reconstructed light, but this principle uses a light diffraction phenomenon. The element on which the interference fringes are recorded is usually called a diffractive optical element. In this way, the diffractive optical element 10 is created.
[0026]
Next, a method for 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 for obtaining interference fringes on a dry plate surface by calculating the wavefront of light with a computer.
[0027]
As shown in the figure, considering an xyz space, it is assumed that a road sign 38 and a dry plate 35 are virtually arranged on a plane perpendicular to the z axis. The x-y axis represents the coordinate axis on the road sign 38 (object), the xi-yi axis represents the coordinate axis on the dry plate 35, and the road sign 38 has a z = 0 plane. The distance between the road sign 38 and the dry plate 35 is zi. Further, a point light source 39 is virtually arranged, and the reference light 34 is irradiated on the dry plate 35 from the point light source 39.
[0028]
Under such conditions, when the road sign 38 is irradiated with a plane wave parallel to the z-axis, the plane wave hits the road sign 38 and reaches the dry plate surface as scattered light. The amplitude of light on the surface is expressed by the following equation (1).
[0029]
[Expression 1]

[0030]
Here, g (x, y) represents image information at the coordinates (x, y) of the road sign 38. That is, the road sign 38 having received the plane wave is image information on the plane of the road sign 38 obtained by reflecting the plane wave. In Equation 1, k = 2π / λ, and λ is the wavelength of light.
[0031]
On the other hand, when the reference light 34 emitted from the point light source 39 is considered as a convergent spherical wave, the amplitude of the reference light 34 is expressed by the following equation (2).
[0032]
[Expression 2]

[0033]
Here, r represents the distance between the point light source 39 and the dry plate surface.
[0034]
The light intensity on the dry plate surface is a sum of the light intensities of the object light and the reference light, so the light intensity on the dry plate surface is expressed by the following equation (3).
[0035]
[Equation 3]

0
[0036]
Expression 3 represents the light intensity on the coordinates (xi, yi) on the dry plate surface. That is, this I (xi, yi) is an expression of interference fringes appearing on the dry plate surface.
[0037]
The light intensity is calculated by a computer according to these equations 1 to 3, and the result is exposed on a transparent film or glass substrate with a high-precision printer (for example, an image setter for printing) or a laser direct drawing apparatus. In the laser direct writing apparatus, a photosensitive material such as a photoresist is coated on a glass substrate, and an interference fringe is directly drawn on the glass substrate with a laser beam narrowed down according to the previous calculation result.
[0038]
In this way, a diffraction optical element is created by calculating interference fringes by using a computer and drawing the interference fringes on a transparent film or glass substrate.
[0039]
<Formation of reconstructed image>
Next, a method for forming a reconstructed image using the diffractive optical element created by the above method will be described. As shown in FIG. 5, the laser beam irradiated from the laser irradiation device 11 passes through the convex lens 12 and then is irradiated to the diffractive optical element 10. Thereby, for example, a virtual image 20i or a real image 20r is formed at a position as shown in the figure. Here, when a reproduced image is formed with the same wavefront as the reference light when the diffractive optical element 10 is created, a virtual image 20 i is formed on the laser irradiation device side of the diffractive optical element 10. On the other hand, when a reproduced image is formed with a wavefront that is complex conjugate with respect to the reference light, a real image 20r is formed on the side of the diffractive optical element 10 opposite to the laser irradiation device.
[0040]
By creating a diffractive optical element by the method as described above and installing the diffractive optical element in the tunnel 2 as shown in FIG. 2, it is possible to display a road sign as a reproduced image. According to the present invention, a road sign can be marked using a diffractive optical element having a height smaller than that of a conventional road sign plate, and the tunnel height can be reduced.
[0041]
Here, if the size of the diffractive optical element is smaller than that of the actual road sign plate, the viewing angle of the image reproduced by the diffractive optical element is narrower than that when viewing the real road sign plate. However, as shown in FIG. 2, the real image 20r reproduced by the diffractive optical element is imaged at a location closer to the vehicle 1 side than the arrangement position of the diffractive optical element 10, so that the visibility is high. good. Accordingly, it is possible to display a road sign with excellent visibility while using a diffractive optical element that is smaller in size than a real road sign board.
[0042]
In 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 system configuration shown in FIG. 2, it is preferable to reproduce the real image 20r, but by adjusting the irradiation direction of the object light when creating the diffractive optical element 10, or by the laser irradiation device 11 By adjusting the irradiation angle of the reproduction illumination light, the arrangement angle of the diffractive optical element 10, and the like, the virtual image 20i can be formed at a position close to the viewpoint of the driver. Therefore, in principle, a method of reproducing either the real image 20r or the virtual image 20i is possible.
[0043]
<Modification>
In the first embodiment, when an optically diffractive optical element is formed, as shown in FIG. 3, the object plate 37 interferes with the photographic plate 35 using one object beam 37 and one reference beam 34. The stripes were recorded. It was possible to form one reproduced image (real image 20r or virtual image 20i) by irradiating reproduction illumination light to the diffractive optical element thus created.
[0044]
On the other hand, a plurality of object beams 37 and one reference beam 34 may be used to record interference fringes on the photographic plate 35 to create a diffractive optical element. When the diffractive optical element thus created is irradiated with reproduction illumination light, a plurality of reproduction images are formed.
[0045]
For example, two kinds of actual road sign boards are prepared, and two object lights are obtained by irradiating the two road sign boards with laser light. If a diffractive optical element is created by irradiating these two object lights, it is possible to display two types of road signs as reproduced images.
[0046]
Alternatively, two identical road sign boards are prepared, and two object lights are obtained by irradiating the two road sign boards with laser light. Then, the diffractive optical element is created by irradiating the two object lights at different angles. By irradiating reproduction illumination light to the diffractive optical element thus created, it is possible to display two road signs as the same reproduction image at different imaging positions. If this is utilized, it is possible to display the same road sign at a plurality of positions by using one diffractive optical element by appropriately adjusting the irradiation angle of the object light.
[0047]
{Second Embodiment}
Next, a second embodiment for forming a plurality of reproduced images will be described with reference to FIG.
[0048]
FIG. 6 shows a road sign display system that forms two reproduced images. As shown in the figure, two laser irradiation devices 11a and 11b and two convex lenses (or concave lenses) 12a and 12b are provided on the ceiling side of the tunnel 2 so as to be suspended. Here, the two laser irradiation devices 11a and 11b are arranged so as to be stacked in two stages in the vertical direction. The

convex lenses

12a and 12b are also arranged so as to be stacked in two upper and lower stages so as to match the positional relationship.
[0049]
The laser light emitted from the laser irradiation device 11a is magnified by the convex lens 12a and then illuminates the diffractive optical element 10 as the reproduction illumination light 13a. As a result, a real image 22r is formed on the line of sight of the driver of the automobile 1B. On the other hand, the laser light emitted from the laser irradiation device 11b is magnified by the convex lens 12b and then illuminates the diffractive optical element 10 as the reproduction illumination light 13b. Thus, a real image 21r is formed on the line of sight of the driver of the automobile 1A. Here, the case where both the

real images

21r and 22r are reproduced has been described as an example, but of course, the virtual image may be reproduced by irradiating the same reproduction illumination light as the reference light.
[0050]
In this manner, in this road sign display system, two reproduced images are formed by using the two laser irradiation devices 11a and 11b, the two

convex lenses

12a and 12b, and the one diffractive optical element 10. Is possible.
[0051]
In the example shown in the figure, the automobile 1B is traveling in front of the automobile 1A. The real image 21r can be seen from the position of the automobile 1A, but disappears when it moves to the position of the automobile 1B. However, in this system, since a plurality of

real images

21r and 22r are formed in space, the road sign real image 22r can be referred to even when the automobile 1A moves to the position of the automobile 1B. It is. Therefore, if the same real image (image) is formed by the two

images

21r and 22r, the same road sign can be displayed for a long period in the traveling direction of the tunnel using one diffractive optical element 10. Is possible.
[0052]
In such a system, the diffractive optical element 10 may be created by recording interference fringes from one object beam and one reference beam. Then, as shown in the figure, it is possible to form two reproduced images by irradiating the diffractive optical element 10 with reproduction light from different angles as shown in the figure.
[0053]
The embodiment shown in FIG. 6 is an example in which two reproduced images are formed vertically by arranging laser irradiation devices 11a and 11b and

convex lenses

12a and 12b above and below. It is possible to form a plurality of images in the longitudinal direction (depth direction) of the image or tunnel so that the road sign can be seen from any position.
[0054]
FIG. 7 is an image diagram in which a total of six reproduced

images

25, 25... Are displayed in two upper and lower rows and three in the horizontal direction. In order to form such a reconstructed image, it is only necessary to record interference fringes on the diffractive optical element 10 with one object beam and one reference beam, and the laser irradiation device 11 and the convex lens are moved up and down. What is necessary is just to make it arrange in two steps and three horizontal directions.
[0055]
{Third embodiment}
In the system shown in the second embodiment, a method of forming two reproduced images using two laser irradiation apparatuses has been described. Next, a method for forming two reproduced images with one laser irradiation device 11 and one convex lens 12 will be described.
[0056]
As shown in FIG. 8, a laser irradiation device 11 and a convex lens 12 are provided on the ceiling side of the tunnel 2 so as to be suspended. In this embodiment, a wavefront converter 15 is provided between the convex lens 12 and the diffractive optical element 10.
[0057]
In such a configuration, the laser light emitted from the laser irradiation device 11 enters the wavefront converter 15 via the convex lens 12. The wavefront converter 15 outputs two converted lights 16a and 16b. The two converted lights 16a and 16b are incident on the diffractive optical element 10 as reproduction illumination light, so that the diffractive optical element 10 forms two

real images

23r and 24r.
[0058]
The wavefront converter will be described with reference to FIG. The wavefront converter converts a light wavefront into a different light wavefront. For example, it is possible to convert a plane wave into a spherical wave, or to convert one spherical wave into a plurality of spherical waves.
[0059]
FIG. 8 shows a state in which two spherical waves are generated from the wavefront converter 15. When the diffractive optical element 10 is illuminated with the light output from the wavefront converter 15, a plurality of reproduced images can be formed as in the case shown in FIG.
[0060]
A method of creating a wavefront converter will be described. The method of creating the wavefront converter is basically the same as the method of creating the diffractive optical element 10. Here, a calculation method using a computer is shown. Instead of the road sign image g (x, y) in FIG. 4, the two point light sources 44 and 46 are regarded as two objects.
[0061]
In FIG. 9, there are two point light sources 44 and 46 on the y-axis. Further, the dry plate 43 is arranged at a distance zi from the y axis. Further, a point light source 41 is arranged, and the point light source 41 irradiates the reference light 42 on the dry plate surface. Here, the expression representing the amplitudes of the two point light sources is obtained by adding two spherical waves, as shown in Expression 4.
[0062]
[Expression 4]

[0063]
In Equation 4, r1 and r2 indicate the distances from the two point light sources 44 and 46 to the coordinates on the dry plate surface.
[0064]
Formula 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 the equations (4) and (5), and the result is exposed to a transparent film or glass substrate with a high-precision printer (for example, an image setter for printing) or a laser direct drawing device, thereby causing interference. A wavefront converter is created by drawing the stripes.
[0067]
In this way, by irradiating the created wavefront converter with the reproduction illumination light, the original point light source can be reproduced by the light diffraction phenomenon, and acts as a wavefront converter.
[0068]
By treating the converted light as reproduction illumination light, the same effect as irradiating the diffractive optical element 10 with a plurality of reproduction illumination lights can be obtained. Road signs can be formed.
[0069]
As described above, in the third embodiment, by using the wavefront converter 15, it is possible to form a plurality of reproduced images while reducing the number of laser irradiation devices 11 and convex lenses 12.
[0070]
In the embodiment shown in FIG. 8, two reconstructed images are shown at the top and bottom, but as in the case shown in FIG. 7, a plurality of images are reconstructed in the lateral direction of the tunnel, and a sign is displayed from any position. It is also possible to be able to see. In this case, when creating the wavefront converter, a point light source corresponding to the number of reproduced images to be displayed is prepared, and the arrangement position of the point light source may be adjusted according to the display position of the reproduced image.
[0071]
In the first to third embodiments described above, an embodiment in which a reconstructed image is formed using a single diffractive optical element is shown. It is also possible to install a plurality of diffractive optical elements and display a sign in a wider range.
[0072]
In the first to third embodiments, the diffractive optical element is provided so as to be suspended from the ceiling surface of the tunnel. However, the diffractive optical element does not necessarily have to be suspended from the ceiling surface. These members may be supported and arranged downward from the ceiling surface.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, in the invention according to claims 1 to 4 , since the road sign is displayed using the diffractive optical element suspended from the tunnel ceiling surface, rather than the arrangement 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 that is smaller in size than a conventional real road sign board is used, it is possible to display a road sign with good visibility and to reduce the height of the tunnel. .
[0075]
In the invention according to claim 1 or 3 , since a plurality of road signs are formed as a reproduced image using a plurality of reproduction illumination lights, a diffractive optical element created using a single object light is provided. While being used, it is possible to form road signs at a plurality of positions in the tunnel.
[0076]
In the invention according to claim 2 or 4 , since a plurality of reproduction illumination lights are generated using a wavefront converter, the reproduction apparatus is created using a single irradiation device and a single object light. It is possible to form road signs at a plurality of positions in the tunnel using a diffractive optical element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the position of a diffractive optical element installed in a tunnel.
FIG. 2 is an overall view of a road sign display system according to a first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a method of optically creating a diffractive optical element.
FIG. 4 is a spatial layout diagram when calculating interference fringes recorded on a diffractive optical element 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 vertically and horizontally.
FIG. 8 is an overall view of a road sign display system according to a third embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a method of creating a wavefront converter.
FIG. 10 is a diagram showing an arrangement state of a conventional real road sign.
[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 plate

Claims

A system for displaying road signs in a tunnel,
A diffractive optical element suspended on the ceiling surface 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 is
A road sign in a tunnel characterized in that a plurality of road signs are displayed as reproduced images by diffracting the plurality of reproduced illumination lights incident from the plurality of irradiation means by interference fringes recorded on the dry plate surface Display system.

A system for displaying road signs in a tunnel,
  In the tunnel, irradiation means for irradiating illumination light,
  Wavefront conversion means for converting the incident illumination light into a plurality of reproduction illumination lights;
  A diffractive optical element that is suspended from the ceiling surface of the tunnel and receives a plurality of reproduction illumination lights irradiated from the wavefront conversion unit;
With
  The diffractive optical element is
  A road sign display in a tunnel, characterized in that a plurality of road signs are displayed as reproduced images by diffracting the plurality of reproduced illumination lights incident from the wavefront converting means by interference fringes recorded on the dry plate surface system.

A method for displaying road signs in a tunnel,
  Recording interference fringes on a photographic plate and creating a diffractive optical element;
  Irradiating the diffractive optical element suspended on the ceiling surface of the tunnel with a plurality of reproduction illumination lights at different incident angles;
  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:

A method for displaying road signs in a tunnel,
  Recording interference fringes on the first photographic plate and creating a diffractive optical element;
  Recording interference fringes on the second photographic plate and creating a wavefront transducer;
  Irradiating illumination light to the wavefront converter provided in the tunnel;
  Converting the illumination light into a plurality of reproduction illumination lights in the wavefront converter;
  A step of causing the plurality of reproduction illumination lights to enter 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: