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R&D背景

概要

なぜ発光標識が必要なのか。

  • 道路の流れは徐々に早く、複雑になるが運転者の知覚・判断・行動能力の限界
  • 技術と装置(仮想情報)が発達するほど現実の道路情報についての運転者の認識・対応レベルが不十分
  • 高齢化・女性・夜間・散漫運転・気象悪化などの道路環境、運転者、社会・気候条件の悪化

       夜間・悪天候などに視知覚力の弱い運転者まで明確に認知できる発光標識が必要

発光標識の条件

  • 気象条件にかかわらず遠距離からも明確に標識情報を伝達
  • 眩み、ハレーション、文字欠けなど視界の妨害や認知の過ちを誘発する要因があってはならない
  • 設置しやすく、耐久性に優れ、現場でのメンテナンスが容易

発光標識の設計時の中核問題

  • 光源への標識の表面露出(標識情報の直接発光)またはフレームの直接付着方式の回避
  • LED使用の最低化
  • 単純・最適化されたコンポーネントの組み合わせ

条件を満たすために製品で実現すべき中核技術は?

低電力駆動

設置性の解決
(電気引入問題を解決)

発光品質

標識の弁別力/注目性/視認性/
読取性の獲得、眩み/ハレーション問題
解決

耐久性/安定性

メンテナンスがなくても長期間にわたり
機能を誘致誤解のないパターン情報を提供

メンテナンス性

メンテナンス前の事故リスク、過度な費用、
臨時撤去時の標識空白の問題を解決

設計問題

発光標識設計時の問題‐耐久性/安全性/メンテナンス性の側面

中核課題

  • Separate LEDs from the frame
  • Reduce LEDs being used
  • Simple Assembly of components

目的

  • 外部環境からLED素子を保護
  • LEDの電気的保護・低電力駆動の実現
  • 耐久性/安全性向上、メンテナンス性の獲得

実現方向

  • 光源へ標識の表面露出またはフレーム直結の付着方式を回避
  • 適正の発光性能を満たしながらもLED使用量は最低化すべき
  • 単純化・最適化された部品の組み合わせ

Separate LEDs from the Frame

– 光源へ標識の表面露出またはフレーム直結の付着方式を回避

  • LEDは半導体素子であるため外気温度(55%)/湿度(20%)/振動(19%)に非常に脆弱
  • とくに太陽の直射光に露出する際の輻射熱による温度上昇からダメージをもたらし、紫外線によるLED素子の表面保護膜(レンズ)に硬化が発生→投光率の急低下
  • 部分的なLED故障による文陽情報の誤認/漏れ発生の可能性

<図1>電子素子の故障をもたらす要素

<図2>温度によるLEDパッケージの効率

Reduce LEDs being used

– LED使用の最低化

  • LEDは少しの電圧上昇でも急激に消費電流が増加する特徴をもつ
  • 接続されたLED素子の数が増えるとかなりの発熱が発生
  • 過電流と発熱による接合温度(Junction Temperature)の上昇により光速が低下及び寿命の急激な短縮
  • 並列アレーから一部のLEDに故障が生じた際、同じ配線内の隣接LEDへと故障が拡散

LEDの直流電圧と電流の関係

* 消費電流が増加すると光速維持率(素子の有効寿命)が急激に減少

過負荷となったPHOSPHORの白色信号向けLEDと高速維持率の関係

Simple Assembly

– 最適化した部品の組み合わせ

  • メンテナンスのため支柱から分離する際には代替標識の設置が現実的に難しい
  • 光源が本体のフレーム構成部と分離していないと故障時に標識全体を解体しなければならない
  • 統制が難しく危険な道路の環境を考慮し、メンテナンス対象の構成部が点検窓に集結する構造が必要

中核要件

標識の政策的効果

明確かつ一貫性のある標識の伝達

  • 道路標識は規制・指示・警戒に関する情報を運転者に明確に認識させることで運転者自らが減速・昭光・注意運転を充実に履行すべき.

高品質の標識品質/品位の維持

  • 夜間発光型の標識は通常の標識とは異なり、発光品質により運転者が認識する標識の意味と標識情報についての運転者の信頼及び尊重の程度が決まる

電気的発行による逆効果を最低化

  • 発光によるあらゆる逆機能を徹底遮断し、総合的な政策効果を極大化させる必要がある

GOOD

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BAD

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運転者の認識

差別化された標識の弁別力と注目性

  • 現在の道路には様々な形の多くの標識が設置されているが、標識情報の重要度に従って優先順位を判断できる差別的特性は表現できない
  • 標識より明るい商業用サイネージ(LED電光板または内部照明式サイネージ)の増加により、むしろ運転者にとって最も重要な情報である標識の注目性が落ちる現象が上昇
  • 一部の発光標識(LED標識または内部照明)は、周りの商業用サイネージと同じ発光方式になっているため、運転者が注目するには物足りない
  • 標識のほか、サインボードより高い弁別力と注目性をもつ発光技術は欠かせない

十分な標識の視認性と紋様の読取性

  • 発光角が大きいとハレーションも深化するため距離増加により視認性と読取性は徐々に低下し、霧の際には散乱によるホワイトアウトにさらに弱くなる
  • 視認性と読取性の向上は、運転者に十分な視認距離と読取距離を提供することで適切な判断と車両の操作を遂行できるようにするという、標識に求められる第1の条件
  • 発光角が大きいとハレーションも深化するため、距離増加により視認性と読取性は徐々に低下し、霧の際には散乱によるホワイトアウトにさらに弱くなる

過度な刺激(眩み)による運転視界妨害の抑制

  • 標識は運転者が十分時間をかけてその情報を読み取り、適切な判断ができるようにしなければならないため、運転者に対する安定的な視知覚的情報の伝達力が最も重要
  • 過度な照度と輝度による眩みは夜間運転時に視界を制限する最も代表的な問題であり、運転者は標識を見て雪道を回避したり陽性残像のため一時的な視力低下を経験
  • 例えばLED電光板は強力な各LED素子の光が表面から直接発散されるため、最も強力なグレア現象を誘発、内部照明式は標識表面全体が発光する場合に陽性残像による一時的な運転視力の低下をもたらす

インストールと管理

設置しやすさ

  • 道路施設の標準である地中埋設は高コストで、事故のリスクが高い道路はほとんどが電気引入が不可能な遠隔地に点在する
  • 電気引入の後も持続的な配線網の管理と電気料金における追加の作業・費用が発生
  • 太陽光発電による駆動が唯一な解決策で、十分に不照日数を考慮すれば極端な低電力発光という技術要件を必ず実現すべき

耐久性と安定性

  • 標識施設は劣悪な道路環境(紫外線・熱気・湿気・振動・風・粉塵)に露出された状態でも長らく特別な故障を起こさずに作動できる強力な耐久性が必要
  • 気象変化による誤作動や不要な点滅、発光素子の部分的な破損または性能低下による視認性、読取性の低下の問題なく安定的に駆動する必要がある
  • 発光標識は高価であるため最低5年から10年程度の長期耐久性があって初めて採算性が確保できる
  • LED使用量が多く、LEDの外部露出またはフレーム直結構造か電気消耗が多い上、内部配線網が複雑であるほど耐久性と安定性は低下する
  • LED電光板や内部照明は商業向けサイネージの製作技術を転用したもので、道路標識に求められる耐久性と安定性を満たすには限界がある

メンテナンスのしやすさ及び故障時の対策

  • 電気的な発光照明施設において電気的故障や定期的なLED光源の交換は欠かせないので、故障発生の際に速やかで簡単にメンテナンスできなければならない
  • 道路上における作業の困難と安全事故を最低限に抑え、メンテナンス目的の脱着による標識の空白を予防するには、現場ですぐ措置できる製品構造が必要
  • 光源の数が多く標識露出またはフレーム直結式であったり複雑な構造と配線方式の場合は、現場での修理が難しかったり不可能であるので光源の最低化及び分離独立、簡便なアセンブリーで製作
  • もしものときにも再帰反射機能を維持する必要があるが、LED電光板は故障または停電時にブラックアウトされるため、VMS以外の標識としては不適切