JP2018084508A - 照明環境計測システムおよび照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】人手を掛けることなく、３次元空間における照明環境が計測できる照明環境計測システムおよび照明システムを提供する。【解決手段】照明環境計測システムは、３次元の空間を移動する機体を有する移動体１と移動体との無線通信が可能な制御装置とを有する。移動体は、制御装置から送信される計測位置を示す３次元の位置情報を受信する受信部１４と、機体に搭載された照明環境を計測するセンサ１８，１９と、機体を計測位置へ移動させた後に計測位置で待機させる推進部１６と、計測位置において照明環境を計測する方向を確認し、確認した方向を基準にセンサを用いて照明環境を計測する制御部１１と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、照明環境計測システムおよび照明システムに関する。

従来、夜間に競技が可能な大型の競技場などの施設には、複数の大型照明装置を配置した照明システムが設置されている。照明システムが導入された競技場における照明環境は、ＪＩＳ（例えば、ＪＩＳＺ９１２７「スポーツ照明基準」）などで推奨されている水平面照度と実測した水平面照度とを比較することにより調査される。このような照明環境の調査結果を元に、照明システムは、現状の設備の維持あるいは見直しなどが検討される。

特開平６−８４４０３号公報

しかしながら、従来の照明環境の調査では、計測者が、全ての計測位置にマーキングを行い、マーキングした各計測位置で計測を手作業で実行する。人手による測定作業では、１つの競技場における照明環境の計測に時間がかかる。また、競技場では、競技で視対象となる物（例えば、ボール）の見え方に影響を与える照明システムの発光面の輝度も調査する必要があるが、輝度の調査を照度等の調査に追加して実施すると、計測作業量が多くなり、人員を増加する等の対応が必要となる。さらに、競技場では、視対象の見え方に影響を与える高所での空間の照度（高い位置での水平面照度や鉛直面照度）も調べる必要があるが、従来は、人手による計測作業のため、高所での照度の計測が困難である。
本発明の目的は、人手を掛けることなく、３次元空間における照明環境が計測できる照明環境計測システムおよび照明システムを提供することである。

実施形態によれば、照明環境計測システムは、３次元の空間を移動する機体を有する移動体と前記移動体との無線通信が可能な制御装置とを有する。前記移動体は、前記制御装置から送信される計測位置を示す３次元の位置情報を受信する受信部と、前記機体に搭載された照明環境を計測するセンサと、前記機体を前記計測位置へ移動させた後に前記計測位置で待機させる推進部と、前記計測位置において照明環境を計測する方向を確認し、確認した方向を基準に前記センサを用いて照明環境を計測する制御部とを有する。

本発明は、人手を掛けることなく、３次元空間における照明環境が計測できる照明環境計測システムおよび照明システムを提供することである。

図１は、第１の実施形態に係る照明環境計測システムの構成例を示す図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１の実施形態に係る照明環境計測システムによる照明環境の計測位置の例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る照明環境計測システムにおける飛行体の構成例を示すブロック図である。 図４は、第１の実施形態に係る照明環境計測システムにおける制御装置の構成例を示すブロック図である。 図５は、第１の実施形態に係る照明環境計測システムにおける制御装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 図６は、第１の実施形態に係る照明環境計測システムにおける飛行体の動作例を説明するためのフローチャートである。 図７は、第２の実施形態に係る照明システムにおける投光器の構成例を示すブロック図である。 図８は、第２の実施形態に係る照明システムにおける飛行体の動作例を説明するためのフローチャートである。 図９は、第２の実施形態に係るボールの見え方と照度との関係に関する実験の実験環境を示す図である。 図１０は、実験に使用したボールの大きさと、ボールの大きさから想定する競技者と野球のボールとの距離を示す図である。 図１１は、図９に示す実験環境における照射面の構成例を示す図である。 図１２は、被験者がボールを見えるか見えないかの２択で評価した主観評価の結果をまとめた図である。 図１３は、被験者がボールの見えやすさを７段階で評価した主観評価の結果をまとめた図である。 図１４は、第３の実施形態に係る照明システムにおける投光器の構成例を示すブロック図である。 図１５は、第３の実施形態に係る照明システムにおける飛行体の動作例を説明するためのフローチャートである。

以下で説明する実施形態に係る照明環境計測システムは、３次元の空間を移動する機体を有する移動体（１）と前記移動体（１）との無線通信が可能な制御装置（２）とを有する。前記移動体（１）は、受信部（１４）とセンサ（１８，１９）と推進部（１６）と制御部（１１）とを有する。通信部（１４）は、前記制御装置（２）から送信される計測位置を示す３次元の位置情報を受信する。センサ（１８、１９）は、前記機体に搭載された照明環境を計測する。推進部（１６）は、前記機体を前記計測位置へ移動させた後に前記計測位置で待機させる。制御部（１１）は、前記計測位置において照明環境を計測する方向を確認し、確認した方向を基準に前記センサ（１８、１９）を用いて照明環境を計測する。

また、以下で説明する実施形態に係る照明システムは、３次元の空間を移動する機体を有する移動体（１´）と前記移動体（１´）との無線通信が可能な投光器（３０）とを有する。前記移動体（１´）は、推進部（１６）とセンサ（１８）と演算部（１１）と送信部（１４）とを有する。推進部（１６）は、前記機体を３次元の位置情報で示される計測位置へ移動させる。センサ（１８）は、前記機体に搭載され、前記計測位置において照明環境を計測する。演算部（１１）は、前記センサ（１８）が前記計測位置において計測した照明環境を示す情報に基づいて前記投光器（３０）が設定すべき調光率を演算する。送信部（１４）は、前記演算部（１１）が算出する調光率を示す情報を前記投光器（３０）へ送信する。前記投光器（３０）は、光源（３６）と受信部（３４）と調光制御部（３５ａ）とを有する。光源（３６）は、光を放射する。受信部（３４）は、前記移動体（１´）が計測した照明環境を示す情報に基づいて演算された前記調光率を受信する。調光制御部（３５ａ）は、前記受信部（３４）が受信した前記調光率に基づいて、前記光源（３６）が放射する光に対する調光率を制御する。

また、以下で説明する実施形態に係る照明システムは、３次元の空間を移動する機体を有する移動体（１´´）と前記移動体（１´´）との無線通信が可能な投光器（３０´）とを有する。前記移動体（１´´）は、推進部（１６）とセンサ（１８）と演算部（１１）と送信部（１４）とを有する。推進部（１６）は、前記機体を３次元の位置情報で示される計測位置へ移動させる。センサ（１８）は、前記機体に搭載され、前記計測位置において照明環境を計測する。演算部（１１）は、前記センサ（１８）が前記計測位置において計測した照明環境を示す情報に基づいて前記投光器（３０´）が設定すべき照射角度を演算する。送信部（１４）は、前記演算部（１１）が算出する照射角度を示す情報を前記投光器（３０´）へ送信する。前記投光器（３０´）は、光源（３６）と受信部（３４）と角度調整部（３８）とを有する。光源（３６）は、光を放射する。受信部（３４）は、前記移動体（１´´）が計測した照明環境を示す情報に基づいて演算された前記照射角度を示す情報を受信する。角度調整部（３８）は、前記受信部（３４）が受信した前記照射角度を示す情報に基づいて前記光源（３６）が光を照射する方向を制御する。

以下、図面を参照しながら、各実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る照明環境計測システムを概略的に説明するための図である。
照明環境計測システムは、競技場などの施設における照明環境を計測するシステムである。照明環境計測システムは、飛行体１および制御装置２を有する。飛行体１と制御装置２とは、無線による通信機能を有する。

飛行体１は、３次元空間を移動可能な移動体である。例えば、飛行体１は、無人の小型航空機であり、ドローン或はマルチコプターなどと称されるものである。飛行体１の機体には、飛行制御用の各種のセンサだけでなく、照明環境を計測するための計測用の各種センサが搭載される。飛行体１は、主な機能として、制御装置２と無線通信する機能、３次元座標で指定される位置へ飛行する機能、指定された位置で待機する機能、および、指定された位置で照明環境を示す情報を計測する機能を有する。例えば、飛行体１は、制御装置２から計測位置を示す３次元座標を受信し、制御装置２が指定する計測位置へ飛行し、計測位置で待機した状態で照明環境を示す各種の情報を計測する。

制御装置２は、飛行体１に対して計測位置を示す情報などを含む制御情報を送信する。例えば、制御装置２は、操作者が指定する照明環境の計測位置を３次元座標の情報として飛行体１に指示する。また、制御装置２は、飛行体１に搭載されたセンサが計測位置で計測したデータを飛行体１から無線通信によって取得するようにしても良い。制御装置２は、飛行体１から取得した計測データに対する統計的な演算などの処理を行うようにしても良い。

照明環境計測システムは、複数の大型照明装置（以下、照明柱とも称する）３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）が設置された施設（例えば、競技場）における照明環境を計測する。各照明柱３は、競技場内を照射するための発光面を有し、発光面が競技場内に向けて設置される。例えば、各照明柱３は、複数の投光器を配置した照明装置であり、複数の投光器により発光面が形成される。本実施形態において、照明環境計測システムは、複数の照明柱３が取り囲むように配置された競技場における照明環境を計測するものとする。例えば、複数の照明柱３が設置される競技場としては、競技中の視対象がボールである、野球、サッカー、ラグビー、テニスなどの競技を行う競技場を想定して説明する。ただし、照明環境を計測する施設は、球技などの特定の競技を行う競技場に限定されるものではないし、屋外の施設に限定されるものでもない。

次に、照明環境計測システムが照明環境を計測する計測位置について説明する。
図２（ａ）は、複数の照明柱３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ）が設置された競技場における照明環境の計測位置の例を示す平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す複数の照明柱３が設置された競技場における照明環境の計測位置の例を示す側面図である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、計測位置は、競技場における３次元の位置を示す情報で示される。例えば、計測位置は、図２（ａ）に示すようなｘ座標とｙ座標とで示される平面上の位置（水平面上の位置）と、図２（ｂ）に示すようなｚ座標で示される高さ（鉛直方向の位置）とを指定した３次元座標で示される。第１の実施形態に係る照明環境計測システムでは、飛行体１が飛行可能な範囲内であれば、複数の計測位置が設定でき、各測定位置が３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）で示されるものとする。

次に、飛行体１の構成について説明する。
図３は、飛行体１の構成例を示すブロック図である。
図３に示すように、飛行体１は、バッテリ１０、プロセッサ１１、制御用メモリ１２、データメモリ１３、通信部１４、センサ群１５、推進ユニット１６、プロペラ１７、照度センサ１８、および輝度カメラ１９などを有する。これらの構成要素は、飛行体１の機体に搭載され、バッテリ１０から電力供給を受けて動作する。

プロセッサ１１は、例えばＣＰＵであり、プログラムを実行することにより種々の処理機能を実現する。制御用メモリ１２は、プログラムを記憶する不揮発性のメモリ（ＲＯＭ等）、及び作業用のデータを一時的に記憶する揮発性メモリ（ＲＡＭ等）を含む。データメモリ１３は、データを記憶するための書き換え可能な不揮発性のメモリである。データメモリ１３は、例えば、ＨＤＤ或はＳＳＤなどである。プロセッサ１１は、制御用メモリ１２又はデータメモリ１３に記憶されたプログラムを実行することにより、飛行制御、計測制御、通信制御、演算処理などの処理機能を実現する。

通信部１４は、無線通信を行うための通信インターフェースである。プロセッサ１１は、通信部１４を用いた無線通信により制御装置２と通信する。また、通信部１４は、制御装置２以外の外部機器と無線通信するようにしても良い。

センサ群１５は、動作制御用の複数のセンサであり、飛行及び姿勢を制御するための各種のセンサを含む。例えば、センサ群１５としては、位置を計測するためのセンサ、飛行状態を検知するためのセンサ、および、姿勢を検知するためのセンサなどが含まれる。位置を計測するためのセンサは、３次元空間における位置を計測するセンサであれば良く、例えば、平面上の位置を計測するセンサ（ＧＰＳ等）及び高さを計測するセンサ（超音波センサ或はステレオカメラ等などの距離センサなど）などである。飛行状態を検知するためのセンサとしては、加速度センサ、気圧センサなどがある。また、姿勢を検知するためのセンサとしては、傾きセンサなどがある。

推進ユニット１６は、機体の飛行制御及び姿勢制御を行う推進部である。推進ユニット１６は、プロペラ１７を駆動する駆動部と飛行及び姿勢を制御する制御部（飛行制御部及び姿勢制御部）とを有する。プロペラ１７は、推進ユニット１６により回転することにより機体を飛行させる。プロペラ１７は、例えば、機体に複数設けられる。推進ユニット１６は、センサ群１５が計測する情報に基づいて各プロペラ１７の駆動を制御することにより、機体の飛行及び姿勢を制御する。

照度センサ１８と輝度カメラ１９とは、照明環境を示す情報を計測するためのセンサである。照度センサ１８と輝度カメラ１９とは、飛行体１の機体に搭載される。照度センサ１８は、照度を計測する。照度センサ１８は、特定の方向における照度を計測するセンサである。輝度カメラ１９は、輝度を計測する。輝度カメラ１９は、特定の方向における２次元の輝度画像を撮影する。例えば、輝度カメラ１９は、露光部を所定時間露光するため、機体が一定時間静止した状態において輝度画像の撮影を行う。

次に、制御装置２の構成について説明する。
図４は、制御装置２の構成例を示すブロック図である。
図４に示すように、制御装置２は、電源部２０、プロセッサ２１、制御用メモリ２２、データメモリ２３、通信部２４、表示部２５、および操作部２６などを有する。電源部２０は、各部に電力を供給する。電源部２０は、バッテリであっても良いし、外部電源からの電力を各部に供給する電源回路であっても良い。

プロセッサ２１は、例えばＣＰＵであり、プログラムを実行することにより種々の処理機能を実現する。制御用メモリ２２は、プログラムを記憶する不揮発性のメモリ（ＲＯＭ等）、及び作業用のデータを一時的に記憶する揮発性メモリ（ＲＡＭ等）を含む。データメモリ２３は、データを記憶するための書き換え可能な不揮発性のメモリである。データメモリ２３は、例えば、ＨＤＤ或はＳＳＤなどである。プロセッサ１１は、制御用メモリ１２又はデータメモリ１３に記憶されたプログラムを実行することにより、通信制御および演算処理などの処理機能を実現する。

通信部２４は、無線通信を行うための通信インターフェースである。プロセッサ１１は、通信部２４を用いた無線通信により飛行体１と通信する。また、通信部２４は、飛行体１以外の外部機器と通信するものであっても良い。

次に、第１の実施形態に係る照明環境計測システムが照明環境を計測するための動作について説明する。
第１の実施形態に係る照明環境計測システムは、飛行体１と制御装置２とが無線で通信することにより、飛行体１が制御装置２からの指示に従って指定された計測位置へ飛行し、計測位置における照明環境を示す情報を計測する。

まず、第１の実施形態に係る制御装置２の動作について説明する。
図５は、第１の実施形態に係る制御装置２の動作例を説明するためのフローチャートである。
制御装置２のプロセッサ２１は、競技場全体の座標情報を取得する（ＳＴ１１）。例えば、制御装置２は、３次元空間の位置情報を取得するシステムであるトータルシステムステーションなどを利用して競技場の座標情報を取得する。競技場全体の座標情報は、通信部２４又は図示しないインターフェースを介して外部機器から取得しても良いし、オペレータが操作部２６を操作することにより手入力する情報として入力するようにしても良い。また、制御装置２は、通信部２４以外のインターフェースを介して座標情報を取得するようにしても良いし、利用者が提示する記録媒体から座標情報を読み取るようにしても良い。

プロセッサ２１は、取得した座標情報に基づいて競技場における計測位置の指定を受付ける。例えば、プロセッサ２１は、表示部２５に表示した競技場のマップ上においてオペレータが操作部２６を用いて指定する位置を計測位置として受付ける。具体例としては、野球場であれば、計測位置としてレフト、センター、ライトの３箇所の座標情報を計測位置として指定することが想定される。

また、計測位置の高さ（Ｚ座標）については、計測間隔（高さの間隔）を指定するようにしても良いし、Ｚ座標を指定しても良い。ここでは、所定の高さで輝度を計測し、さらに、所定の間隔（例えば、５ｍ）で所定の高さ（例えば、６０ｍ）までの各計測位置で照度を計測するものとする。なお、計測位置は、飛行体１で計測できる範囲であれば良く、任意の数を任意の位置で設定できるようにして良い。

計測位置の指定を受付けると、プロセッサ２１は、指定された全ての計測位置をデータメモリ２３に記憶する（ＳＴ１２）。ここでは、Ｎ個の測定位置を記憶したものとする。計測位置を記憶した後、プロセッサ２１は、計測開始の指示に応じて飛行体１へＮ個の計測位置を示す情報を送信する（ＳＴ１３）。Ｎ個の計測位置を送信した後、プロセッサ２１は、飛行体１から各計測位置での計測データを取得する（ＳＴ１４）。また、プロセッサ２１は、順番に各計測位置での計測を飛行体１へ指示し、飛行体１から指定した計測位置での計測データを取得する毎に次の計測位置での計測を飛行体１へ指示するようにしても良い。

次に、第１の実施形態に係る飛行体１の動作について説明する。
図６は、第１の実施形態に係る飛行体１の動作例を説明するためのフローチャートである。
飛行体１のプロセッサ１１は、通信部１４を介して制御装置２と通信し、制御装置２から送信される計測位置を示す情報を取得する（ＳＴ２１）。計測位置を示す情報を取得すると、プロセッサ１１は、取得した計測位置を示す情報を記憶する。計測位置を記憶すると、プロセッサ１１は、制御装置２からの指示に従って計測を開始する。

計測を開始する場合、プロセッサ１１は、計測位置をカウントするための変数ｎを初期化（ｎ＝０）とし（ＳＴ２２）、変数ｎをインクリメント（ｎ＝ｎ＋１）する（ＳＴ２３）。ｎをインクリメントすると、プロセッサ１１は、ｎ番目の計測位置を飛行目標に設定し、推進ユニット１６等によりｎ番目の計測位置へ飛行するよう制御する（ＳＴ２４）。ｎ番目の計測位置に到達すると、プロセッサ１１は、機体を待機させて当該計測位置から各照明柱３の位置（方向）を確認する（ＳＴ２５）。６個の照明柱が設置されている競技場であれば、プロセッサ１１は、当該計測位置において機体を１回転させることにより６個の照明柱を確認する。例えば、プロセッサ１１は、機体を１回転させて照度を計測することにより各照明柱３が形成する発光面の位置を確認するようにして良い。

各照明柱３の位置（方向）を確認すると、プロセッサ１１は、各照明柱の中心に輝度カメラ１９を向けたときのｘｙ方向と輝度カメラ１９の鉛直角方向とを照明柱ごとの位置情報としてメモリ２２又はデータメモリ２３に記憶する。例えば、照明柱が６基ある場合、プロセッサ１１ｈ、６つの照明柱の中心を示す６組のｘｙ方向と鉛直角方向とを記憶する（ＳＴ２６）。

各照明柱に対するｘｙ方向と鉛直角方向とを記憶すると、プロセッサ１１は、記憶した各方向に輝度カメラ１９を向けて輝度を計測する（ＳＴ２７）。ここでは、プロセッサ１１は、機体（輝度カメラ１９）を静止した状態で照明柱の発光面を含む画像領域の輝度画像（輝度データ）を輝度カメラ１９で撮像する。機体を静止した状態とするのは、輝度カメラ１９が、発光面における輝度が判別できるようなレンジが広い輝度画像を撮像するためには露光部を一定時間露光させる必要があるためである。つまり、プロセッサ１１は、レンジが広い輝度画像を撮像するために輝度カメラ１９を静止させた状態で輝度画像の撮像を行う。各照明柱３の方向における輝度画像を撮影すると、プロセッサ１１は、撮影した輝度画像をデータメモリ２３に記憶する（ＳＴ２８）。また、プロセッサ１１は、撮影した輝度画像を制御装置２へ送信するようにしても良い。

輝度画像を撮影した後、プロセッサ１１は、当該計測位置における照度を計測する照度計測制御を行う（ＳＴ２９）。照度計測制御としては、例えば、水平面照度と鉛直面照度とを計測する。水平面照度としては、照度センサの受光面が上向きと下向きの水平面照度を計測し、鉛直面照度としては、各照明柱のｘｙ方向に受光面を向けたときの鉛直面照度を計測する。また、プロセッサ１１は、照度計測制御として、当該計測位置のｘｙ座標で指定される平面位置において競技面から所定間隔で設定される複数の高さで照度を計測するようにしても良い。例えば、高さ間隔を５ｍかつ最大高さを６０ｍとすれば、プロセッサ１１は、競技面（グラウンド面）から５ｍ間隔で高さ６０ｍまで水平面照度と鉛直面照度とを計測する。

上記のような照度計測制御により照度を計測すると、プロセッサ１１は、計測した照度データをデータメモリ２３に記憶する（ＳＴ３０）。また、プロセッサ１１は、計測した照度データを制御装置２へ送信するようにしても良い。ｎ番目の計測位置における照明環境を示す情報としての輝度及び照度の計測が終了すると、プロセッサ１１は、データメモリ２３に記憶しているｎ番目の計測位置において計測した輝度データ（輝度画像）と照度データとを制御装置２へ送信する（ＳＴ３１）。

なお、輝度データ及び照度データを制御装置２へ送信するタイミングは、上記ＳＴ３１で示す手順に限定されるものではない。輝度データ及び照度データは計測した直後に随時送信しても良いし、全ての計測位置における輝度データ及び照度データの計測が完了した後に制御装置２へ送信しても良い。また、輝度データ及び照度データは、データメモリ２３としての記憶媒体に保存し、通信部２４による無線通信では制御装置２へ送信しないようにしても良い。

ｎ番目の計測位置における輝度及び照度の計測を終了すると、プロセッサ２１は、ｎ＝Ｎでなければ（ＳＴ３０、ＮＯ）、ＳＴ２３へ進み、次の計測位置（ｎ＝ｎ＋１番目の計測位置）において輝度及び照度を計測する制御を行う。また、全ての計測位置における輝度及び照度を計測した場合、つまり、ｎ＝Ｎとなった場合（ＳＴ３１、ＹＥＳ）、プロセッサ１１は、輝度及び照度の計測制御を終了し、制御装置２が指定する着陸位置に機体を着陸させる。

上記のように、第１の実施形態に係る照明環境計測システムは、制御装置から指定される３次元の位置情報を元に飛行する飛行体が、輝度を計測するための撮像素子センサ（輝度カメラと照度を計測するための照度センサとを具備する。飛行体は、指定された位置に移動し、ｚ軸を中心として回転することにより照明装置が設置されている位置を確認し、確認した照明装置の位置に基づいて輝度及び照度を計測する。

このような第１の実施形態によれば、複数の大型照明装置を配置した照明システムが設置された施設において、指定位置での照度、および、指定位置からの各大型照明装置による発光面の輝度分布などを示すデータを短時間かつ少ない人員で計測することが可能となる。また、第１の実施形態によれば、計測位置として３次元の位置を指定できるため、高所などの空間における照度についても計測をすることが可能となる。
また、第１の実施形態に係る照明環境計測システムにおいて、飛行体は、３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）で指定された計測位置に移動した後、ｚ方向に移動して複数の高さにおける照度を計測するようにしても良い。これにより、複数の高さにおける照明環境を示す情報を簡単に計測することもできる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係る照明システムは、図１に示すような飛行体１´及び制御装置２´を有し、各大型照明装置３´などに搭載される複数の投光器（照明機器）３０を含むシステムである。例えば、第２の実施形態に係る照明システムの大型照明装置３´は、複数の投光器３０が配置され、競技場内に向けた発光面を形成する。大型照明装置３´は、複数の投光器３０が並べて取り付けられる架台と架台を支持する支持柱を有する。大型照明装置３´において、各投光器３０は、それぞれ設置角度等が調整された状態で架台に取り付けられる。

投光器３０は、１又は複数の光源からの光を放射する照明器具である。投光器３０は、例えば、光源にＬＥＤを用いたＬＥＤ投光器である。第２の実施形態に係る照明システムの各投光器３０は、飛行体１´（又は制御装置２´）と通信する機能と放射する光を調光する調光機能とを有する。

なお、第２の実施形態に係る照明システムにおいて、複数の投光器３０は、個数や配置などが特定の構成に限定されるものでは無く、飛行体１´（又は制御装置２´）と通信機能と調光機能とを有するものであれば良い。第２の実施形態に係る照明システムは、複数の投光器３０が大型照明装置に搭載される構成でなくても良く、例えば、競技面の周囲に複数の投光器３０を点在させて配置した構成であっても良い。

次に、第２の実施形態に係る照明システムにおける各装置の構成について説明する。
第２の実施形態に係る飛行体１´は、例えば、第１の実施形態で説明した図３に示す構成を有するもので実現できる。ただし、第２の実施形態において、飛行体１´は、後述する動作制御および演算処理を行うためのプログラムが制御用メモリ２２又はデータメモリ２３に記憶され、通信部１４が投光器３０と通信する機能を有するものとする。また、第２の実施形態に係る飛行体１´は、投光器３０の調光率を算出する演算処理において、輝度データの計測値が不要であれば、図３に示す構成から輝度カメラ１９を省略しても良い。

第２の実施形態に係る制御装置２´は、例えば、第１の実施形態で説明した図４に示す構成を有するもので実現できる。ただし、第２の実施形態に係る制御装置２´は、プロセッサ２１が後述する動作制御および演算処理を行うためのプログラムが制御用メモリ２２又はデータメモリ２３に記憶される。また、飛行体１´が照度を計測した計測データに基づく調光率の演算を制御装置２´が実施する形態とする場合、制御装置２´の通信部２４は投光器３０と通信するように構成される。

次に、第２の実施形態に係る投光器３０の構成について説明する。
図７は、第２の実施形態に係る投光器３０の構成例を示すブロック図である。
図７に示すように、投光器３０は、プロセッサ３１、メモリ３２、通信部３４、点灯制御部３５、光源３６、および、電源部３７などを有する。
プロセッサ３１は、例えばＣＰＵであり、プログラムを実行することにより種々の処理機能を実現する。メモリ３２は、プログラムを記憶する不揮発性のメモリ（ＲＯＭ等）、及び作業用のデータを一時的に記憶する揮発性メモリ（ＲＡＭ等）を含む。また、メモリ３２は、書き換え可能な不揮発性のメモリを含むものであっても良い。プロセッサ３１は、メモリ３２に記憶されたプログラムを実行することにより、通信制御および調光制御などの処理機能を実現する。通信部３４は、無線通信を行うための通信インターフェースである。プロセッサ３１は、通信部３４を用いた無線通信により飛行体１´と通信する。

点灯制御部３５は、光源３６が放射する光を制御する。点灯制御部３５は、光の点灯を制御するとともに、放射する光を調光する調光制御部３５ａを有する。光源３６は、点灯制御部３５及び調光制御部３５ａによって点灯及び調光が制御される。光源３６は、例えば、調光が可能なＬＥＤ或はハロゲンランプなどである。
電源部３７は、各部に電力を供給する。電源部３７は、バッテリであっても良いし、外部電源からの電力を各部に供給する電源回路であっても良い。

次に、第２の実施形態に係る照明システムの動作について説明する。
第２の実施形態に係る照明システムは、飛行体１´が計測位置へ移動し、計測位置における照度を実測し、実測する照度に基づいて投光器３０が放射する光の調光率を算出し、算出した調光率を投光器３０へ指示する。

ここで、第２の実施形態に係る飛行体１´の動作について説明する。
図７は、第２の実施形態に係る飛行体１´の動作例を説明するためのフローチャートである。
飛行体１´のプロセッサ１１は、通信部１４を介して制御装置２´が指定する計測位置を示す情報を取得する（ＳＴ５１）。例えば、制御装置２´では、第１の実施形態で説明したように、オペレータが計測位置を指定するようにしても良い。具体例としては、競技領域（グランド）の中央における複数の高さ（例えば、１０ｍ、２０ｍ、３０ｍ、４０ｍ、５０ｍ）の各位置を計測位置として指定することが考えられる。

計測位置を示す情報を取得すると、プロセッサ１１は、取得した計測位置を示す情報をメモリに記憶し、指定された計測位置を飛行目標として設定し、推進ユニット１６等により設定した計測位置へ飛行する（ＳＴ５２）。計測位置に到達すると、プロセッサ１１は、当該計測位置における照度を計測する照度計測制御を行う（ＳＴ５３）。照度計測制御では、例えば、照度として、鉛直面照度、及び、受光面が競技面（グランド面）を向いた水平面照度などを照度センサにより計測する。プロセッサ１１は、照度計測制御によって計測する測定位置における照度の情報を計測データとしてメモリ１２に記憶する（ＳＴ５４）。

計測位置における照度の計測が終了すると、プロセッサ１１は、メモリ１２に記憶した計測データ及び所定の基準値などに基づいて投光器３０が放射すべき光の調光率を演算する演算処理を行う（ＳＴ５５）。調光率の演算処理において、プロセッサ１１は、投光器３０の調光率は、測定位置における照度が基準値に近くなるような投光器３０の調光率を算出する。すなわち、プロセッサ１１は、実際に計測した照度、および、現在の投光器３０の調光率などを考慮して、計測位置での照度を基準値（照度の目標値）にするための投光器３０の調光率を算出する。

第２の実施形態において、プロセッサ１１は、単純に計測位置における照度を高くするのではなく、照度が基準値に近くなるような調光率を算出するものである。例えば、基準値が４０ｌｘである場合、ある計測位置で計測した照度が４０ｌｘ以上であれば、当該計測位置での照度が４０ｌｘになるように投光器３０の調光率を演算する。仮に、調光率が１００％のある投光器３０による照度が８０ｌｘである場合、当該投光器３０による照度を４０ｌｘにするためには調光率を５０％と計算すれば良い。

計測位置で計測した照度に応じた投光器３０の調光率を算出すると、プロセッサ１１は、通信部１４を介して投光器３０と通信し、算出した調光率を投光器３０へ送信する（ＳＴ５５）。このような処理によって飛行体１´が送信した調光率は、投光器３０の通信部３４により受信される。調光率を受信した投光器３０のプロセッサ３１は、受信した調光率に基づいて調光制御部３５ａを用いて光源３６が放射する光を調光制御する。この結果、計測位置における照度が基準値に近い値になるように制御（調整）される。

なお、調光率は、飛行体１´から制御装置２´を介して投光器３０へ送信するようにしても良い。また、調光率は、制御装置２´が演算するようにしても良い。調光率を制御装置２´で演算するようにする場合、飛行体１´は、計測位置で照度センサ１８が計測した照度の情報（計測データ）を制御装置２´へ送信し、制御装置２´のプロセッサ２１が上述したような調光率の演算処理を行い、算出した調光率を投光器３０へ送信するようにすればよい。

上記のように、第２の実施形態に係る照明システムは、飛行体が３次元の空間で指定される計測位置で照度を計測し、計測した照度が基準値となるような投光器に対する調光率を算出し、算出した調光率を投光器へ送信するようにしたものである。

これにより、上記のような第２の実施形態によれば、競技場における３次元空間の任意の位置で照度が基準値となるような投光器の調光率の設定を人手を介さずに実現でき、人の手が届かないような高所での照度についても基準値となるような投光器の調光率の制御が容易となる。この結果、投光器からの光を、過不足なく適切な照度に調整することができ、過剰な照度の光などによる光害を最小限におさえつつ、競技のし易い照明環境を提供できる。

次に、上述した調光率の演算処理において照度の目標値となる基準値について説明する。
上述した演算処理において投光器に設定する調光率を算出するための基準値は、過剰な照度となることなく、当該照明システムが照明する競技場で実施される競技がしやすい照度が設定される。このような基準値は、競技場が実施される競技内容に応じた実験等により決定される。ここで、競技場で実施される競技が野球である場合の基準値を決定するために実施した被験者実験の例について説明する。この被験者実験は、ボールの視認に必要なボール面の照度を複数の被験者による主観的な評価によって求めるための実験であり、ボールの見えやすさとボール面の照度の関係を求めることを目的とした実験である。

図９は、ボールの見え易さと照度とに関する被験者実験の実験環境を説明するための図である。
図９に示す実験環境は、照明からの光が照射される夜間のグランドにおいてボールを被験者が視認する環境を再現したものである。図９に示す実験環境において、照明は被験者の周辺のみとし、眼前照度を１０００ｌｘ程度となるよう点灯した。また、被験者の視線の延長上に黒のスチレンボードを配置し、ＮＤフィルターを装着したプロジェクタで、黒のスチレンボード面を照射した。黒のスチレンボード面が視対象としてのボールを見る領域となるものとしている。また、実施した実験において、被験者は、２２〜４７歳の視力が１．０以上の２０名とした。ボール面の照度は、１０、２０、４０、８０、１５０ ｌｘの５条件とした。照度は、黒のスチレンボードに投影したプロジェクタの出力を調整することで実現した。

図１０は、実験に使用したボールの大きさと、ボールの大きさから想定する競技者と野球のボールとの距離との関係を示す図である。
実験に使用したボールの大きさは、図１０に示すように、直径１０、１５、２０、３０ ｍｍの４条件とした。被験者から見たボールの大きさは、図１０に示すように、野球のボールの飛距離に相当するように設定されている。直径１０ｍｍのボールによる実験は、競技者が５０ｍ先にある野球のボールを見る状態に相当する。例えば、ドーム球場は、高さが５０ｍ程度であることが多いことから、ドーム球場内でのフライボールの最高到達点が５０ｍであると想定できる。また、直径１５ｍｍのボールによる実験は、競技者が３５ｍ先にある野球のボールを見る状態に相当する。例えば、一般的な照明柱の高さが３５ｍ程度であることが多いため、照明柱の高さに上がったフライボールをみる場合が想定される。また、直径２０ｍｍのボールは、競技者が２５ｍ先にある野球のボールを見る状態に相当し、直径３０ｍｍのボールは、競技者が２５ｍ先にある野球のボールを見る状態に相当する。なお、ボールは野球を想定しているため、反射率が８９．３％の白いボールとした。

図１１は、図９に示す実験環境における黒のスチレンボード面上の照射面の構成を示す図である。
実験手順としては、実験者が、図１１に示す照射面を背景としてボールを自由落下させ、被験者が図１１に示す照射面の固視点を固視してボールを観察し、被験者が主観評価を行うものとする。主観評価は、ボール面の照度が上述の５つの条件である場合とボールの直径が上述の４つの条件である場合とで計２０の条件で繰り返し実施した。なお、照度条件は、カウンターバランスを取り、被験者ごとに異なる順序とした。また、主観評価は、ボールが見えるか見えないかの２択で評価するものと、ボールの見えやすさを７段階で評価するものとの２種類とした。

図１２は、２０名の被験者がボールを見えるか見えないかの２択で評価した主観評価の結果をまとめた図である。図１３は、２０名の被験者がボールの見えやすさを７段階で評価した主観評価の結果をまとめた図である。
図１２に示す主観評価によれば、４０ｌｘで直径１０ｍｍのボールが見えなかった被験者が１名いただけで、それ以外は全てのボールを全員が見えている。つまり、４０ｌｘであれば、ほとんどの人物が５０ｍまでの距離で野球のボールが見えるという実験結果が得られた。この結果から想定すると、基準値（照度の目標値）は４０ｌｘとすることが妥当であると考えられる。

また、図１３に示す主観評価によれば、直径１０ｍｍのボールに対する見え易さの評価に着目すると、７段階評価で「どちらでもない」という中間的な評価となるのが５０ｌｘ程度であると推定できる。図１３に示す主観評価の結果に従ってボールの見えやすさを重視する場合、照度の目標値としての基準値は、５０ｌｘもしくはそれ以上の値とすることが妥当であると考えられる。

以上のような実験から設定される基準値（例えば、４０ｌｘ又は５０ｌｘ）を用いて投光器の調光率を演算することにより、第２の実施形態に係る照明システムでは、競技場内の任意の計測位置において、競技に影響が少なく、かつ、過不足のない照度となるように投光器の調光率を設定することが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態に係る照明システムは、図１に示すような飛行体１´´及び制御装置２´´を有し、各大型照明装置３などに搭載される複数の投光器（照明機器）３０´を含むシステムである。例えば、第３の実施形態に係る照明システムにおいて、大型照明装置３には、複数の投光器３０´が配置され、競技場内に向けた発光面を形成する。

投光器３０´は、１又は複数の光源からの光を放射する照明器具であり、例えば、光源にＬＥＤを用いたＬＥＤ投光器である。第３の実施形態に係る照明システムの投光器３０´は、飛行体１´´（又は制御装置２´´）と通信する機能と、光を照射する方向（角度）を調整する角度調整（エイミング）機能とを有する。

なお、第３の実施形態に係る照明システムにおいて、投光器３０´は、個数や配置などが特定の構成に限定されるものでは無く、飛行体１´´（又は制御装置２´´）と通信機能と角度調整機能とを有するものであれば良い。第３の実施形態に係る照明システムは、複数の投光器３０´が大型照明装置に搭載される構成でなくても良く、例えば、競技面の周囲に複数の投光器３０´を点在させて配置した構成であっても良い。

次に、第３の実施形態に係る照明システムにおける各装置の構成について説明する。
第３の実施形態に係る飛行体１´´は、例えば、第１の実施形態で説明した図３に示す構成を有するもので実現できる。ただし、第３の実施形態において、飛行体１´´は、後述する動作制御および演算処理を行うためのプログラムが制御用メモリ２２又はデータメモリ２３に記憶され、通信部１４が投光器３０´と通信する機能を有するものとする。また、第３の実施形態に係る飛行体１´´は、投光器３０´が光を照射する方向（角度）を算出する演算処理において、輝度データの計測値が不要であれば、図３に示す構成から輝度カメラ１９を省略しても良い。

第３の実施形態に係る制御装置２´´は、例えば、第１の実施形態で説明した図４に示す構成を有するもので実現できる。ただし、第３の実施形態に係る制御装置２´´は、プロセッサ２１が後述する動作制御および演算処理を行うためのプログラムが制御用メモリ２２又はデータメモリ２３に記憶される。また、制御装置２´の通信部２４は、投光器３０´と通信するように構成しても良い。

次に、第３の実施形態に係る投光器３０´の構成について説明する。
図１４は、第３の実施形態に係る投光器３０´の構成例を示すブロック図である。
図１４に示すように、投光器３０´は、プロセッサ３１、メモリ３２、通信部３４、点灯制御部３５、光源３６、電源部３７および角度調整部３８などを有する。
プロセッサ３１は、例えばＣＰＵであり、プログラムを実行することにより種々の処理機能を実現する。メモリ３２は、プログラムを記憶する不揮発性のメモリ（ＲＯＭ等）、及び作業用のデータを一時的に記憶する揮発性メモリ（ＲＡＭ等）を含む。また、メモリ３２は、書き換え可能な不揮発性のメモリを含むものであっても良い。プロセッサ３１は、メモリ３２に記憶されたプログラムを実行することにより、通信制御および照射角度制御などの処理機能を実現する。

通信部３４は、無線通信を行うための通信インターフェースである。プロセッサ３１は、通信部３４を用いた無線通信により飛行体１´´又は制御装置２´´と通信する。
点灯制御部３５は、光源３６が放射する光を制御する。点灯制御部３５は、光の点灯を制御する。点灯制御部３５は、放射する光を調光する調光機能を有するものであっても良い。光源３６は、点灯制御部３５によって点灯が制御される。光源３６は、例えば、調光が可能なＬＥＤ或はハロゲンランプなどである。
電源部３７は、各部に電力を供給する。電源部３７は、バッテリであっても良いし、外部電源からの電力を各部に供給する電源回路であっても良い。

角度調整部３８は、光源３６からの光を照射する方向（照射角度）を調整（変更）する。光源３６からの光を照射する方向の調整は、投光器のエイミングとも呼ばれ、投光器の角度調整する制御である。角度調整部３８は、光源３６からの光を照射する方向を変更するための駆動部を有する。角度調整部３８は、プロセッサ３１が指示する角度に従って駆動部により光源３６からの光が照射する方向（角度）を変更する。例えば、角度調整部３８の駆動部は、光源３６の向きを変更させるものあっても良いし、投光器３０´全体の向きを変更させるものであっても良い。また、角度調整部３８は、レンズやミラーなどの光学系を調整することにより光源３６からの光が照射する方向を変更するものであっても良い。

次に、第３の実施形態に係る照明システムの動作について説明する。
第３の実施形態に係る照明システムは、飛行体１´´が計測位置へ移動し、計測位置における照度を実測し、実測する照度に基づいて投光器３０´が照射すべき光の角度を算出し、算出した角度を示す情報を投光器３０´へ指示する。

ここで、第３の実施形態に係る飛行体１´´の動作について説明する。
図１５は、第３の実施形態に係る飛行体１´´の動作例を説明するためのフローチャートである。
飛行体１´´のプロセッサ１１は、通信部１４を介して制御装置２´´が指定する計測位置を示す情報を取得する（ＳＴ６１）。例えば、制御装置２では、第１又は第２の実施形態で説明したように、３次元の計測位置を指定する。

計測位置を示す情報を取得すると、プロセッサ１１は、取得した計測位置を示す情報をメモリに記憶し、指定された計測位置を飛行目標として設定し、推進ユニット１６等により設定した計測位置へ飛行する（ＳＴ６２）。計測位置に到達すると、プロセッサ１１は、当該計測位置における照度を計測する照度計測制御を行う（ＳＴ６３）。照度計測制御では、例えば、照度として、鉛直面照度、及び、受光面が競技面（グランド面）を向いた水平面照度などを照度センサにより計測する。プロセッサ１１は、照度計測制御によって測定位置で計測した照度を計測データとしてメモリ１２に記憶する（ＳＴ６４）。

計測位置における照度の計測が終了すると、プロセッサ１１は、メモリ１２に記憶した計測データ及び所定の基準値などに基づいて投光器３０´が照射する光の角度（照射角度）を演算する角度演算処理を行う（ＳＴ６５）。角度演算処理において、プロセッサ１１は、測定位置における照度が予め設定される基準値に近くなるような投光器３０´の照射角度を算出する。

すなわち、プロセッサ１１は、実際に計測した照度、および、現在の投光器３０´からの光の照射角度などを考慮して、計測位置での照度を基準値（照度の目標値）にするための投光器３０´からの光の照射角度を算出する。ここで、基準値は、第２の実施形態で説明した実験によって設定されるものである。第３の実施形態においても、プロセッサ１１は、単純に計測位置における照度を高くするのではなく、照度が基準値に近くなるような照射角度を算出するものである。例えば、基準値が４０ｌｘである場合、ある計測位置で計測した照度が４０ｌｘ以上であれば、当該計測位置での照度が４０ｌｘになるように投光器３０´からの光の照射角度を演算する。

計測位置で計測した照度に応じた投光器３０´の照射角度を算出すると、プロセッサ１１は、通信部１４を介して投光器３０´と通信し、算出した照射角度を示す情報を投光器３０へ送信する（ＳＴ６６）。このような処理によって飛行体１´´が演算した照射角度は、投光器３０´へ供給される。照射角度を受信した投光器３０´のプロセッサ３１は、受信した照射角度に基づいて光源３６からの光が照射する方向（角度）を調整する。この結果、計測位置における照度が基準値に近い値に制御（調整）される。

なお、照射角度は、飛行体１´´から制御装置２´´を介して投光器３０´へ送信するようにしても良い。また、照射角度は、制御装置２´´が演算するようにしても良い。照射角度を制御装置２´´で演算するようにする場合、飛行体１´´は、計測位置で照度センサ１８が計測した照度の情報（計測データ）を制御装置２´´へ送信し、制御装置２´´のプロセッサ２１が上述したような演算処理を行って投光器３０´の照射角度を算出するようにすればよい。

上記のように、第３の実施形態に係る照明システムは、飛行体が３次元の空間で指定される計測位置で照度を計測し、計測した照度が基準値となるような投光器からの光の照射角度を算出し、算出した照射角度を投光器へ送信するようにしたものである。

これにより、第３の実施形態によれば、競技場における３次元空間の任意の位置で照度が基準値となるように投光器からの光の照射角度を設定でき、人の手が届かないような高所での照度についても基準値となるような投光器における光の照射角度の調整が容易となる。この結果、投光器からの光を、過不足なく適切な照度に調整することができ、過剰な照度の光などによる光害を最小限におさえつつ、競技のし易い照明環境を提供できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…飛行体（移動体）、２…制御装置（ＰＣ）、３…大型照明装置（照明柱）、１１…プロセッサ（演算部、制御部）、１４…通信部（送信部、受信部）、１６…推進ユニット（推進部）、１８…照度センサ（センサ）、１９…輝度カメラ（センサ）、２１…プロセッサ、２４…通信部、３０、３０´…投光器（照明機器）、３１…プロセッサ、３４…通信部（受信部）、３５ａ…調光制御部、３６…光源、３８…角度調整部。

Claims (3)

1. ３次元の空間を移動する機体を有する移動体と前記移動体との無線通信が可能な制御装置とを有する照明環境計測システムであって、
   前記移動体は、
   前記制御装置から送信される計測位置を示す３次元の位置情報を受信する受信部と、
   前記機体に搭載された照明環境を計測するセンサと、
   前記機体を前記計測位置へ移動させた後に前記計測位置で待機させる推進部と、
   前記計測位置において照明環境を計測する方向を確認し、確認した方向を基準に前記センサを用いて照明環境を計測する制御部と、を有する、
   照明環境計測システム。
2. ３次元の空間を移動する機体を有する移動体と前記移動体との無線通信が可能な投光器とを有する照明システムであって、
   前記移動体は、
   前記機体を３次元の位置情報で示される計測位置へ移動させる推進部と、
   前記機体に搭載され、前記計測位置において照明環境を計測するセンサと、
   前記センサが前記計測位置において計測した照明環境を示す情報に基づいて前記投光器が設定すべき調光率を演算する演算部と、
   前記演算部が算出する調光率を示す情報を前記投光器へ送信する送信部と、を有し、
   前記投光器は、
   光を放射する光源と、
   前記移動体が計測した照明環境を示す情報に基づいて演算された前記調光率を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した前記調光率に基づいて、前記光源が放射する光に対する調光率を制御する調光制御部と、を有する、
   照明システム。
3. ３次元の空間を移動する機体を有する移動体と前記移動体との無線通信が可能な投光器とを有する照明システムであって、
   前記移動体は、
   前記機体を３次元の位置情報で示される計測位置へ移動させる推進部と、
   前記機体に搭載され、前記計測位置において照明環境を計測するセンサと、
   前記センサが前記計測位置において計測した照明環境を示す情報に基づいて前記投光器が設定すべき照射角度を演算する演算部と、
   前記演算部が算出する照射角度を示す情報を前記投光器へ送信する送信部と、を有し、
   前記投光器は、
   光を放射する光源と、
   前記移動体が計測した照明環境を示す情報に基づいて演算された前記照射角度を示す情報を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した前記照射角度を示す情報に基づいて前記光源が光を照射する方向を制御する角度調整部と、を有する、
   照明システム。