JP2014022090A

JP2014022090A - 照明制御システム

Info

Publication number: JP2014022090A
Application number: JP2012157215A
Authority: JP
Inventors: Isato Ito; 勇人伊東; Seigo Mori; 星豪森; Keishi Hirakawa; 恵士平川
Original assignee: Panasonic Corp; West Nippon Expressway Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; West Nippon Expressway Co Ltd
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: JP6018823B2

Abstract

【課題】トンネルの入口照明に用いられる照明制御システムにおいて、トンネル条件のばらつきによらず、適切なトンネル内の路面輝度を実現する。
【解決手段】照明制御システム１は、トンネルＴ内に配されて調光レベルを任意に制御することができる複数の照明器具２と、照明器具２を調光制御する制御装置３と、トンネル坑口Ｔ０から所定の視距位置までの範囲において運転者の順応輝度を計測する計測装置４と、を備える。制御装置３は、計測装置４が計測した順応輝度から順応曲線を求め、順応曲線に対応した所要路面輝度が得られるように照明器具２を調光制御する。この構成によれば、制御装置３は、計測装置４が計測した順応輝度に基づき、順応曲線に対応した所要路面輝度が得られるように照明器具を調光制御するので、トンネル条件のばらつきによらず、適切なトンネル内の路面輝度を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車道路のトンネル入口照明に用いられる照明制御システムに関する。

昼間の明るい野外を自動車で走行している運転者が、走行方向前方にあるトンネル坑口を見たとき、トンネル内が暗黒に見え、トンネル内に進行した前走車を見失うことがある。このような現象はブラックホール現象と呼ばれ、高速道路等において事故や渋滞を引き起こす要因となる。このようなブラックホール現象を抑制するために、トンネル入口照明に用いられる照明制御システムでは、昼間のトンネルに接近する運転者の順応を考慮したトンネル内の所要路面輝度が決定されている。

従来の研究では、例えば、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、均一な輝度分布を有する周辺視野Ｓにおいて、視標Ｏを視認できる背景Ｂの輝度を所要路面輝度として定めていた。また、周辺視野Ｓの輝度が、順応輝度と考えられ、図１２に示すように、順応輝度と所要路面輝度との関係が求められている。図１２は、視標の提示時間が０．１秒、視標の視角寸法が７分、視認確率７５％である実験条件で計測されたものであり、図示された４種の曲線は、視標Ｏの輝度とその背景Ｂの路面輝度との輝度対比Ｃが異なっている。ここで、照明されているトンネル内の路面が背景Ｂに相当し、トンネル内の前走車といった路上障害物が視標Ｏに相当する。つまり、照明されているトンネル内の路面（背景Ｂ）と、トンネル内の路上障害物（視標Ｏ）との輝度差が大きいほど、視標Ｏを視認し易くなるので、順応輝度及び所要路面輝度は低くなる。なお、これら背景Ｂと視標Ｏとを識別し得る最小の輝度差を、輝度差弁別閾という。そして、トンネル入口照明では、図１３に示すように、トンネル坑口Ｔ０を含む２０度視野の平均輝度を順応輝度とし、この順応輝度に基づいて所要路面輝度が設定されてきた。

しかしながら、現実的には、トンネルに接近している運転者の視野内における輝度分布は不均一であり、その平均輝度と均一面視野の輝度が一致した場合に、両者の順応輝度が等しいとは言えない。そのため、図１２に示した関係図から、トンネル入口照明を設計するための所要路面輝度を設定した場合であっても、適切なトンネル照明を実現できるとは限らない。

そこで、不均一な輝度分布の視野における視認性の研究が行われている。この研究により、運転者の目の中心窩が順応している輝度（以下、中心窩順応輝度）と、運転者の目の眼球内散乱の程度を示す輝度（以下、等価光幕輝度）、及び視標Ｏの背景輝度が、視認性に影響することが明らかになった（例えば、非特許文献１参照）。図１４は、中心窩順応輝度に対する輝度差弁別閾と、等価光幕輝度及び背景輝度の和に対する輝度差弁別閾と、を夫々示す。なお、後者について、等価光幕輝度に比べて、背景輝度は比較的低いことから、図１４では等価光幕輝度に対する輝度差弁別閾を示している。

また、図１５に示すように、所定の中心窩順応輝度における輝度差弁別閾と一致する等価光幕輝度と、均一な輝度分布空間における順応輝度との関係が求められている（例えば、特許文献１参照）。この図１５に示す関係図と、上記図１２に示した関係図から、あらゆるトンネル坑口の条件においても容易にトンネル内の所要路面輝度を求めることができる。

Narisada, K. , Yoshimura, Y.：Luminance d’adaptation des yeux d’un conducteur à l’entrée d’un tunnel Une méthode objective de musure，Lux No．95(1977)．特開昭６１−２９０６９６号公報

ところで、一般的な高速道路のトンネル照明では、図１３に示したように、自動車の運転者がトンネル坑口の１５０ｍ前方からトンネル坑口の中央を注視し始めることを想定して照明制御が行われている。しかしながら、トンネル坑口からの距離に対する順応輝度は、例えば、トンネル坑口の大きさ、該当トンネルを含む道路の設定速度、又は周囲環境といったトンネルの様々な条件によって、ばらつきがある。従って、このようなばらつきを十分に考慮せずに順応輝度が定められ、この順応輝度に応じてトンネル内の所要路面輝度が求められると、トンネル内の路面輝度が必要以上となり、無駄な電力消費を発生させる、又は路面輝度が不十分となる虞がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、トンネル条件のばらつきによらず、適切なトンネル内の路面輝度を実現することができる照明制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る照明制御システムは、トンネル内に配されて調光レベルを任意に制御することができる複数の照明器具と、前記照明器具を調光制御する制御装置と、トンネル坑口からトンネル外の所定の視距位置までの範囲において前記トンネル坑口に接近する運転者の順応輝度を計測する計測装置と、を備えた照明制御システムであって、前記制御装置は、前記計測装置が計測した順応輝度から順応曲線を求め、前記順応曲線に対応した所要路面輝度が得られるように前記照明器具を調光制御することを特徴とする。

上記照明制御システムにおいて、前記計測装置は、前記トンネル坑口から前記視距位置までの間に複数設けられることが好ましい。

上記照明制御システムにおいて、前記計測装置は、前記トンネル坑口から所定の視距位置離れた位置に設けられて前記トンネル坑口周囲の画像を撮像する撮像器を有し、前記撮像器が撮像した画像における前記トンネル坑口周囲の輝度分布から等価光幕輝度及び路面輝度を算出することにより前記順応輝度を計測することが好ましい。

上記照明制御システムにおいて、前記所定の視距位置は、前記トンネルを含む道路の設定速度に応じて設定されることが好ましい。

本発明によれば、計測装置が計測した順応輝度に基づき、制御装置が順応曲線に対応した所要路面輝度が得られるように照明器具を調光制御するので、トンネル条件のばらつきによらず、適切なトンネル内の路面輝度を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明制御システムの概略構成図。同照明制御システムの動作フローを説明する図。（ａ）は等価光幕輝度と順応輝度との関係を示す図、（ｂ）は順応輝度と所要路面輝度との関係を示す図。同照明制御システムにおいて算出された順応輝度と、これに対応するトンネル内の所要路面輝度とを示す図。本発明の第２の実施形態に係る照明制御システムの概略構成図。（ａ）乃至（ｃ）は同照明制御システムにおける画像処理による輝度計測の手順を説明するための模式図。標準的なトンネル坑口までの距離と順応輝度との関係を示す図。等価光幕輝度の角度特性を説明するための図。計測装置の配置と測定軸を説明するための図。トンネル坑口までの距離と順応輝度との関係を示す図。（ａ）は順応輝度及び所要路面輝度を説明するための側面図、（ｂ）は同正面図。順応輝度と所要路面輝度との関係を示す図。従来の照明制御システムの概略図。中心窩順応輝度又は等価光幕輝度と輝度差弁別閾との関係を示す図。不均一な輝度分布空間における順応輝度を示す図。

本発明の第１の実施形態に係る照明制御システムについて、図１乃至図４を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の照明制御システム１は、トンネルＴ内に配された複数の照明器具２と、照明器具２を調光制御する制御装置３と、トンネル坑口Ｔ０に接近する運転者の順応輝度を計測する計測装置４と、を備える。この照明制御システム１は、昼光がトンネル内部にまで差し込まない、トンネル延長が１００ｍ以上であるトンネルＴの入口照明に好適に用いられる。照明器具２は、トンネルＴの天井部又は隅角部に、車両走行方向に沿って所定間隔で配置される。計測装置４は、トンネル坑口Ｔ０からトンネルＴ外の所定の視距位置までの範囲において、トンネル坑口Ｔ０に接近する運転者の順応輝度を計測する。

照明器具２は、制御装置３からの調光制御信号に基づき、各調光レベルを任意に制御することができる。照明器具２の光源には、例えば、制御装置３から出力された調光信号（例えばＰＷＭ信号ののオンデューティ比）に応じて、光出力を可変とすることができるＬＥＤが用いられる。照明器具２は、少なくともトンネルＴ内の路面を効果的に照明できるように配置されていればよく、その配光が、道路横軸に対して対称であっても、車両進行方向（プロビーム照明）であっても、それと逆の方向（カウンタービーム照明）であってもよい。

計測装置４は、トンネル坑口Ｔ０を含む所定視野の輝度を測定する輝度測定器４１と、輝度測定器４１の計測結果から等価光幕輝度等を計算する輝度計測部４２と、輝度計測部４２の計測結果から運転者Ｄの順応輝度を計測する順応輝度算出部４３と、を備える。輝度測定器４１は、トンネル坑口Ｔ０から所定の視距位置までの間に複数設けられている。輝度測定器４１は、受光部及びグレアレンズから構成され、グレアレンズを介して受光部が受光した所定の視野角の光束を測定する。輝度計測部４２は、複数の輝度測定器４１から送信された計測結果から、各々の地点における等価光幕輝度を計算する。なお、順応輝度は、上述したように、等価光幕輝度だけでなく、中心窩順応輝度にも依存する。しかし、トンネル接近中の運転者の中心窩順応輝度は、運転者が主に路面を走査しながら走行する傾向があるので、実質的に路面輝度に等しい。そこで、本実施形態の順応輝度算出部４３は、中心窩順応輝度に換えて、路面輝度に基づいて順応輝度を計測する。なお、路面輝度は、等価光幕輝度のように観測位置に依存しないので、例えば、トンネル坑口Ｔ０から最も離れた位置に設けられた計測装置４の全視野角の平均輝度から推定される。また、例えば、上記計測装置４との別途に設けられた水平面輝度測定器（不図示）により計測され輝度が用いられてもよい。順応輝度算出部４３は、各等価光幕輝度及び路面輝度から、トンネル坑口Ｔ０から離れた夫々の視距位置における順応輝度を計測し、その計測情報を制御装置３へ送信する。

制御装置３は、受信した計測情報に基づいて順応曲線を生成する順応曲線生成部３１と、この順応曲線に対応する所要路面輝度を算出する所要路面輝度算出部３２と、その所要路面輝度が得られるように各照明器具２を調光制御する照明制御部３３と、を備える。

図２に、本実施形態の照明制御システム１の動作フローを示す。照明制御システム１は、まず、計測装置４が、等価光幕輝度及び路面輝度を計測し（Ｓ１）、更に、トンネル坑口Ｔ０から離れた夫々の視距位置における順応輝度を計測する（Ｓ２）。次に、制御装置３が、順応曲線を作成し（Ｓ３）、更に所要路面輝度を計算する（Ｓ４）。そして、制御装置３の照明制御部３３は、上記所要路面輝度が得られる各照明器具２（入口照明）の調光率を計算し（Ｓ５）、照明器具２を点灯制御する調光率を設定する（Ｓ６）。また、照明制御部３３は、この設定がなされると、累積点灯時間をカウントし（Ｓ７）、その計時時間に応じて適宜に照明器具２の光束を減退させるか否かを判断する（Ｓ８）。

図３（ａ）（ｂ）は、上記Ｓ１において等価光幕輝度Ｌ_ｅｑが２００ｃｄ／ｍ^２として、路面輝度Ｌ_ａｆが５０００ｃｄ／ｍ^２として計測されたときの順応輝度Ｌ_１及び所要路面輝度Ｌ_２の算出する手順を示す。等価光幕輝度Ｌ_ｅｑ２００ｃｄ／ｍ^２、路面輝度Ｌ_ａｆ５０００ｃｄ／ｍ^２であるときの順応輝度Ｌ_１は、図３（ａ）に示すように、４７００ｃｄ／ｍ^２と算出される。そして、順応輝度Ｌ_１であるときの所要路面輝度Ｌ_２は、図３（ｂ）に示すように、２００ｃｄ／ｍ^２と算出される。なお、図３（ｂ）は、上述した図１２と同様の実験条件で計測されている。また、ここで示す計算例は、国際照明委員会が推奨する値であり、国内基準に比べて２倍程度高い値となっている。従って、本実施形態の照明制御システム１を国内道路のトンネル照明に採用する際には、トンネル坑口から０ｍにおける所要路面輝度を国内基準の値とし、以降は順応輝度の相対値に準じて所要路面輝度を漸減させればよい。

このようにして、トンネル坑口Ｔ０から離れた夫々の視距位置において、順応輝度Ｌ_１及び所要路面輝度Ｌ_２を測定することにより、図４に示すような順応曲線（左上）を得ることができる。また、順応輝度Ｌ_１と所要路面輝度Ｌ_２とは概ね比例するので、入口照明におけるトンネル坑口Ｔ０から離れた夫々の路面について、順応輝度Ｌ_１に対応する所要路面輝度が設定される。そして、照明制御部３３は、上記所要路面輝度が得られるように、各照明器具２の調光レベルを設定することで、ブラックホール現象を抑制するのに必要なトンネル内の路面輝度を得ることができる。従って、本実施形態によれば、制御装置３が、計測装置４が計測した順応輝度に基づき、順応曲線に対応した所要路面輝度が得られるように照明器具を調光制御するので、トンネル条件のばらつきによらず、適切なトンネル内の路面輝度を実現することができる。

また、従来の一般的なトンネル入口照明では、照明器具が、例えば４段階（１００、７５、５０、２５％）でしか調光されなかったので、必要以上の路面輝度となり、無駄な電力消費が発生することがあった。これに対して、本実施形態においては、制御装置３が各照明器具２を漸次調光するので、無駄な電力消費を発生させることなく、必要な路面輝度を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照明制御システムについて、図５乃至図１０を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態の照明制御システム１は、計測装置４の構成として、輝度測定器４１に換えて、トンネル坑口Ｔ０から所定の視距位置離れた位置に設けられてトンネル坑口Ｔ０周囲の画像を撮像する撮像器４４を有する。また、計測装置４は、上記実施形態の輝度計測部４２に換えて、撮像器４４が撮像した画像から等価光幕輝度及び路面輝度を算出する画像処理部４５を有する。他の構成は、上記第１の実施形態と同様である。

撮像器４４は、図６（ａ）に示すように、トンネル坑口Ｔ０周囲のデジタル画像を撮像する。画像処理部４５は、このデジタル画像におけるトンネル坑口Ｔ０周囲の輝度分布から等価光幕輝度及び路面輝度を算出する。そして、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、上記デジタル画像をズームし、撮像器４４とトンネル坑口Ｔ０との距離にズーム比率で除した値を視距位置に擬制して、トンネル坑口Ｔ０から離れた夫々の視距位置における等価光幕輝度及び順応輝度を算出する。

照明制御システム１が高速道路のトンネル入口照明に適用される場合、撮像器４４は、例えば、トンネル坑口から１５０ｍの地点に設けられる。ここで、図７に、過去の調査研究（K.Narisada et al：Adaptation luminance of driver’s eyes approaching a tunnel entrance in daytime，CIE，Kyoto（1979））における、標準的なトンネル坑口までの距離と順応輝度の相対値との関係を示す。同図から、トンネル坑口までの距離が１５０ｍ以上における順応輝度には、顕著な変化がないことが分かる。日本国内における車道の最高速度１００ｋ／ｍの条件における計測距離は１６０ｍなので、１６０ｍ以上の距離における順応輝度は実用的に必要ない。従って、トンネル坑口から１５０ｍの地点における等価光幕輝度を測定すれば、トンネル坑口とそこから１５０ｍ地点の間の運転者の順応輝度を推測することができる。なお、画像処理部４５は、画像データから、ソフトウェアを用いて所定の路面部分を抽出して、その平均輝度を算出することで路面輝度を算出し、等価光幕輝度と同時に測定される。

なお、等価光幕輝度は、図８に示すような角度特性を有している。視野中心に発光部を置いたときの等価光幕輝度に比べて、例えば、視線中心から２０°程度離れた位置に同一の輝度を有する発光部の等価光幕輝度は１０００分の１となる。従って、画像処理における等価光幕輝度の測定に際しては、運転者の全視野の輝度分布を考慮して測定する必要はなく、視線中心から２０〜３０度の範囲の輝度分布を測定すれば必要十分であると推測される。

一方、路面輝度は、俯角１°において測定するものとされていることから、図９に示すように、測定軸が俯角１°となるように、測定する車道の範囲を設定することが望ましい。また、等価光幕輝度と同じ地点から路面輝度を測定する場合、山岳部の影の影響を考慮して坑口の手前５０ｍより手前の路面に測定軸が交差するように測定するならば、撮像器４４は、俯角１°となるように、約１．７ｍより低い高さに配置することが望ましい。

このようにして、図１０に示すように、トンネル坑口までの夫々の距離における順応輝度が求められる。本実施形態においては、画像データのズームにより各輝度を算出するので、複数の輝度測定器を用いることなく、トンネル坑口と撮像器４４の設置位置との間の任意の位置における等価光幕輝度及び順応輝度を算出することができる。従って、各輝度を算出する視距位置を多数設定して、詳細な順応曲線を作成することができ、より適切なトンネル内の路面輝度を得ることができる。

なお、視距位置、つまり、トンネル坑口Ｔ０から撮像器４４の設置位置までの距離は、照明制御システム１が適用されるトンネルを含む道路の設定速度に応じて設定される。例えば、道路の設定速度が８０ｋｍ／ｈであれば視距位置は１１０ｍに、道路の設定速度が１００ｋｍ／ｈであれば視距位置は１６０ｍになる。

また、一般に、トンネル坑口に近づくほど、該当トンネルの条件により順応輝度がばらつき易いが、トンネル坑口から遠くなると、トンネルの条件によらず順応輝度はばらつき難くなる。順応距離は、各設計速度の視距に応じて求められることから、例えば、図７に示したような、標準的なトンネル坑口からの距離に対する順応輝度を相対値に対して、下記表１に示すような変換係数を乗ずることにより、任意の位置の等価光幕輝度を推定することができる。なお、表１は、等価光幕輝度の測定位置をトンネル坑口から１００ｍの位置としたときの、設計速度毎の等価光幕輝度の変換係数を示す。

トンネル坑口Ｔ０から遠い位置に配置した撮像器４４の画像データを、ズーム比率を高めて等価光幕輝度を算出した場合、トンネル坑口から近い位置に配置した撮像器４４の画像データを用いた場合に比べて、等価光幕輝度の算出精度が低下する。撮像器４４がトンネル坑口から遠いと、スモッグや粉塵等のノイズの影響が大きくなり、仮に撮像素子の解像レベルや撮像器４４のレンズ性能を向上させたとしても、その影響は排除できない。従って、一般的な設定速度に応じた視距を確保できる範囲で、撮像器４４の設置位置は、トンネル坑口から近いことが望ましい。

本実施形態によれば、トンネル坑口Ｔ０から遠い位置の等価光幕輝度を推定するので、比較的、撮像器４４をトンネル坑口Ｔ０の近くに配置し易くなり、等価光幕輝度の算出精度を向上させることができる。また、トンネル条件の影響を受け易いトンネル坑口Ｔ０の近くの等価光幕輝度を実測し、トンネル条件の影響を受け難いトンネル坑口Ｔ０の遠くの等価光幕輝度を推定するので、トンネルの条件によらず、いずれの視距においても適切な順応輝度を計測することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、上記第２の実施形態で説明したトンネル坑口Ｔ０から遠い位置における等価光幕輝度の推定方法は、上記第１の実施形態においても適用することができる。また、上記第１の実施形態で用いた輝度測定器４１と、上記第１の実施形態で用いた撮像器４４とを組み合わせて、等価光幕輝度及び順応輝度を計測してもよい。

１照明制御システム
２照明器具
３制御装置
４計測装置
４５画像処理部
Ｔトンネル
Ｔ０トンネル坑口

Claims

トンネル内に配されて調光レベルを任意に制御することができる複数の照明器具と、前記照明器具を調光制御する制御装置と、トンネル坑口からトンネル外の所定の視距位置までの範囲において前記トンネル坑口に接近する運転者の順応輝度を計測する計測装置と、を備えた照明制御システムであって、
前記制御装置は、前記計測装置が計測した順応輝度から順応曲線を求め、前記順応曲線に対応した所要路面輝度が得られるように前記照明器具を調光制御することを特徴とする照明制御システム。
前記計測装置は、前記トンネル坑口から前記視距位置までの間に複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の照明制御システム。
前記計測装置は、前記トンネル坑口から所定の視距位置離れた位置に設けられて前記トンネル坑口周囲の画像を撮像する撮像器を有し、前記撮像器が撮像した画像における前記トンネル坑口周囲の輝度分布から等価光幕輝度及び路面輝度を算出することにより前記順応輝度を計測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明制御システム。
前記所定の視距位置は、前記トンネルを含む道路の設定速度に応じて設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の照明制御システム。