JP2023138276A - 照明装置及び撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】広い照射範囲を均一に照射することができる照明装置及び撮像システムを提供する。【解決手段】撮像装置による撮像範囲を照明する照明装置であって、少なくとも２つの照明ユニットを有し、前記少なくとも２つの照明ユニットは、それぞれ、所定方向に並列に配置された複数の光源と、前記複数の光源の配列方向に延びるように配置された集光光学系と、を有し、前記複数の光源の光が前記集光光学系を通過してライン状に集光するように構成され、前記少なくとも２つの照明ユニットは、前記複数の光源の配列方向、前記集光光学系の延在方向、及び、前記複数の光源と前記集光光学系による光の集光方向が互いに外向きになるように角度をなして配置される、ことを特徴とする照明装置。【選択図】図１５

Description

本発明は、照明装置及び撮像システムに関する。

特許文献１には、所定方向に並設された複数の光源と、各光源の並設方向に延びるように設けられた集光レンズとを備え、各光源の光が集光レンズを通過して集光レンズから所定の距離だけ離れた位置に線状に集光するようにした照明装置が記載されている。この照明装置は、各光源から集光位置までの光の経路中に設けられ、光を主に各光源の並設方向に拡散させる拡散レンズを備えている。

特許文献２には、光源からの光を投光レンズによって読取対象に投射する投光系と、読取対象からの反射光を受光レンズによって撮像素子の受光面に結像させる受光系と、撮像素子からの出力信号を受けて読取対象の情報を読み取る信号処理系とを備えた光学情報読み取り装置が記載されている。投光系は、受光レンズの光軸に略直交する投光平面において所定方向に長く、この長手方向に略直交する幅方向には短い、帯状の範囲に光を投射するように構成されている。投光レンズは、光源から光が入射する入射面が、長手方向については一様に凹形状をなすとともに、幅方向については一様に凸形状をなす。入射面に入射した光が投光平面に向かって出射する投光レンズの出射面は、投光平面の長手方向について所定の光量分布が得られるような自由曲面とされている。

特開２００７－２２５５９１号公報 特開２０１６－０５１２０３号公報

しかしながら、特許文献１、２を含んだ従来技術は、広い照射範囲（例えば、配光角が大きく近距離から遠距離まで）を均一に照射するという観点において、改善の余地がある。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、広い照射範囲を均一に照射することができる照明装置及び撮像システムを提供することを目的の１つとする。

本実施形態の照明装置は、一態様では、撮像装置による撮像範囲を照明する照明装置であって、少なくとも２つの照明ユニットを有し、前記少なくとも２つの照明ユニットは、それぞれ、所定方向に並列に配置された複数の光源と、前記複数の光源の配列方向に延びるように配置された集光光学系と、を有し、前記複数の光源の光が前記集光光学系を通過してライン状に集光するように構成され、前記少なくとも２つの照明ユニットは、前記複数の光源の配列方向、前記集光光学系の延在方向、及び、前記複数の光源と前記集光光学系による光の集光方向が互いに外向きになるように角度をなして配置される、ことを特徴とする。

本実施形態の照明装置は、別態様では、撮像装置による撮像範囲を照明する照明装置であって、光源と、前記光源の光をライン状に集光するとともに、凸筒状面を持つ正シリンドリカルレンズと、凹筒状面を持つ負シリンドリカルレンズとを有する集光光学系と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、広い照射範囲を均一に照射することができる照明装置及び撮像システムを提供することができる。

本実施形態による照明装置及び撮像システムを搭載した移動体の一例を示す図である。 本実施形態の撮像システムのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態の撮像システムの照射範囲及び撮像範囲を示す第１の図である。 本実施形態の撮像システムの照射範囲及び撮像範囲を示す第２の図である。 従来の照明光学系の第１の例を示す図である。 従来の照明光学系の第２の例を示す図である。 第１実施形態の照明装置を示す図である。 比較例の照明装置を示す図である。 第２実施形態の照明装置を示す図である。 比較例の照明装置を示す図である。 第３実施形態の照明装置を示す図である。 第４実施形態の照明装置を示す図である。 第５実施形態の照明装置を示す図である。 第６実施形態の照明装置を示す図である。 第７実施形態の照明装置を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本実施形態による照明装置及び撮像システムについて詳細に説明する。

本実施形態による照明装置及び撮像システムは、例えば、トンネル等の構造物の壁面を撮影・点検する際に用いられる。トンネルの壁面を複数の照明装置で照射する際には、照明装置単体は照射範囲（例えば、４５°以上の広い配光角、３０ｃｍから１０ｍといった近距離から遠距離）を均一に照射することが要求される。本実施形態では、２つの照明装置を使用して照明することで、各照明装置で球面収差を補正するためのシリンドリカルレンズを使用せず、広い照射範囲を小型な構成で実現している。なお、トンネル点検で使用する撮像装置は、一般的なデジタルカメラのようなエリアセンサではなく、ラインセンサを用いており、これに合わせて、照明装置もライン照明を用いている。つまり、撮像装置による撮像範囲と照明装置による照明範囲がともにライン状となっている。

＜照明装置及び撮像システムを搭載した移動体＞
図１Ａ、図１Ｂは、本実施形態による照明装置及び撮像システムを搭載した移動体の一例を示す図である。図１Ａは移動方向から移動体の一例である車両５００を見た図であり、図１Ｂはトンネル６００の内部を車両５００が移動（進行）する様子を示す図である。撮像システム１００は、車両５００に設けられた状態で被写体の一例であるトンネル６００の内壁面を撮像する。

図１Ａでは、撮像システム１００は、車両５００のルーフの上に固定されている。撮像システム１００が取り付けられる車両の部分は、ルーフに限定されるものではない。車両の前方、又は後方のボンネット等であってもよいし、車両がトラックであれば荷台等であってもよい。また、車両への撮像システム１００の取り付けに関し、ルーフに取り付ける場合は、車両用のスキーキャリヤ等と同様に、フック部品等を用いて行えばよい。

図１Ｂでは、道路７００のセンターに対し、左側に車線７１０があり、右側に車線７２０がある。車両５００は車線７２０において、紙面に対し、手前の方向に移動している。この例では、車線７１０（車両５００の対向車線）側に歩道７３０がある。車線７２０側には歩道はないため、歩道がある場合と比較して、車両５００はトンネル６００の車両５００側の壁面に近い位置を移動している。

図１Ｂの破線１００Ａは、撮像システム１００による撮像範囲を表す。つまり、撮像システム１００は、トンネル６００の壁面のうち、破線１００Ａで示されている撮像範囲内の領域６００Ａ（太線で示されている領域）を撮像している。太線で示されているように、実施形態ではトンネル壁面（覆工部）と地面との境目までを撮像する。

車両５００を移動させながら撮像システム１００による撮像を行うことで、トンネル６００の入口から出口までにおいて、紙面に対して図１Ｂの右側半分の壁面が撮像される。そして、図１Ｂの場合とは反対側の車線７１０を逆方向に車両５００を移動させながら撮像システム１００による撮像を行うことで、トンネル６００の入口から出口までにおいて、紙面に対して図１Ｂの左側半分の壁面が撮像される。

図１Ｂの状態で撮像された壁面の画像と、図１Ｂの場合とは反対側の車線７１０を逆方向に車両５００を移動させながら撮像された壁面の画像とを繋ぎ合せることで、トンネル６００の入口から出口までの全壁面の撮像画像を取得することができる。画像を繋ぎ合せて１枚の展開図画像を作成するため、これらの壁面の画像は、天井部分がオーバーラップするように撮像することが望ましい。換言すると、往きと帰りでトンネル６００の壁面を撮像する場合、トンネル６００の壁面で撮像されていない領域が生じないように、往きの撮像領域と帰りの撮像領域を、車両５００の進行方向と交差する方向にオーバーラップさせて撮像することが望ましい。

なお、車両５００は、道路を走行する車両に限られず鉄道を走行する車両であってもよく、動力を有する車両に限られず台車や手押し車のように動力を有しない車両であってもよい。また、移動体は車両に限らずドローンのように空中を移動するものであってもよい。さらに、トンネルは交通用トンネルに限らず導水路等のトンネルであってもよい。

本実施形態では、車両は左側通行の規則に則っている。よって、進行方向左側を撮像するよう撮像装置は配置されている。右側通行をする国や場合については、進行方向右側を撮像するよう撮像装置を配置する。その場合は、後述するカメラユニット（撮像装置）３００と照明ユニット（照明装置）４００が向いている向きを１８０度回転して車両に取り付ける。

図２は、本実施形態の撮像システム１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。撮像システム１００は、カメラユニット３００と、照明ユニット４００と、撮像制御部１１０と、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサ１４１と、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）１６０と、車速計／移動距離計１７０とを有する。

図２では、カメラユニット３００を１つだけ描いているが、実際には、複数（例えば５つ）のカメラユニット３００が撮像システム１００に搭載されていてもよい。図２では、照明ユニット４００を１つだけ描いているが（１つのカメラユニット３００に対して１つの照明ユニット４００を描いているが）、後述する一実施形態のように、１つのカメラユニット３００に対して２つの照明ユニット４００を設けてもよい。例えば、中央のカメラユニット３００を挟むように互いに離間して２つの照明ユニット４００を設けてもよい。このような中央の１つのカメラユニット３００と両側の２つの照明ユニット４００のセットを複数（例えば５セット）設けてもよい。

図１で説明したように、カメラユニット３００は、トンネル内側の壁面を撮像し、照明ユニット４００は、カメラユニット３００による撮像のために、トンネル内側の壁面に向けて光を照明する。

ＴＯＦセンサ１４１は、トンネル６００の壁面からＴＯＦセンサ１４１までの距離を計測する。具体的にはトンネル６００の壁面にＴＯＦセンサ１４１から光を照射し、その反射光を受光するまでの時間に基づいてトンネル６００の壁面までの距離を計測する。受光素子にエリアセンサを用いたＴＯＦセンサ１４１であれば、距離に応じて表示色が異なる２次元の等高線画像を得ることができる。ＩＭＵ１６０は、車両５００の運動を司る３軸の角度／角速度と加速度を計測し、また車速計／移動距離計１７０は、車両５００の速度／移動距離を計測することができる。ＩＭＵ１６０及び車速計／移動距離計１７０で計測されたデータは、撮像制御部１１０を介してＨＤＤ１１４に出力されて記憶され、後に壁面の画像のサイズや傾き等を、画像処理で幾何補正するために使用される。

カメラユニット３００は、撮像部（撮像装置）の一例であり、レンズ３３１－１およびラインＣＣＤ３３１－２を備えている。ラインＣＣＤ３３１－２は、画素が一次元状（ライン状）に配列されているＣＣＤであり、カメラユニット３００は、ラインＣＣＤ３３１－２の画素の配列方向が車両５００の移動方向と交差するように車両５００に固定されている。レンズ３３１－１は、レンズ３３１－１の光軸方向にある被写体の像をラインＣＣＤ３３１－２の撮像面上に結像させる。ラインＣＣＤ３３１－２は、結像した被写体の像を撮像する。レンズ３３１－１は、「結像光学系」の一例である。またレンズ３３１－１は絞り３３１－１ａを内部に備えている。絞り３３１－１ａは、絞り羽根を有する虹彩絞りであり、直径が可変の開口である。絞り羽根にモータ等の駆動源を接続し、制御信号に基づいてモータを駆動させることで開口の直径を変化させることができる。これによりレンズ３３１－１を通過する光の光量を変化させ、レンズ３３１－１により結像される被写体の像の明るさを変化させることができる。

照明ユニット４００は、照明部（照明装置）の一例であり、レンズ４３１－１と、光源４３１－２とを備えている。光源４３１－２は、メタルハライドライトやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等を用いることができ、レンズ４３１－１を介して、レンズ４３１－１の光軸方向にある被写体を照明する。またレンズ４３１－１は絞り４３１－１ａを内部に備えている。絞り４３１－１ａは直径が可変の開口であり、開口の直径を変化させることで、レンズ４３１－１により照明される照明光の光量（明るさ）を変化させることができる。なお、レンズ４３１－１の絞り４３１－１ａを省略して、光源４３１－２のＬＥＤの出力を調整することで光量調整を行ってもよい。

図２では、照明ユニット４００が１つの光源４３１－２を備えるように描いているが、後述する一実施形態のように、照明ユニット４００が、所定方向に並列に配置された複数（多数）の光源を有していてもよい。複数（多数）の光源が所定方向に並列に配置される方向が「配列方向」に該当する。「配列方向」は「並列方向」と読み替えてもよい（同義であってもよい）。

撮像制御部１１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１１３と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）１１４と、外部Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒ／Ｆａｃｅ）１１５と、ブザー１１６とを有し、それぞれがシステムバス１１７で相互に電気的に接続されている。

ＲＯＭ１１２は各種プログラムやデータ、各種の設定情報等を格納し、ＲＡＭ１１３はプログラムやデータを一時保持する。ＣＰＵ１１１はＲＯＭ１１２等からプログラムやデータ、設定情報等をＲＡＭ１１３上に読み出し、処理を実行することで、撮像システム１００全体の制御や画像データの処理を実現する。ここで、画像データの処理とは、例えば、複数のカメラユニット３００がそれぞれ撮像したライン画像を繋ぎ合せる処理や、車両を移動させながら複数のカメラユニット３００が所定の時間間隔で連続的に撮像したライン画像を、車両の移動方向で繋ぎ合せる処理等である。またＣＰＵ１１１は、各種機能を実現することができる。

ＣＰＵ１１１の実現する制御、画像データの処理、及び各種機能の一部又は全部は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で実現されてもよい。

ＨＤＤ１１４は、カメラユニット３００から入力した画像データや、ＴＯＦセンサ１４ １、ＩＭＵ１６０及び車速計／移動距離計１７０から入力したセンサデータ等を記憶する。外部Ｉ／Ｆ１１５はユーザが撮像システム１００を操作するためのユーザインターフェースの機能や、撮像システム１００がＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の外部装置とデータや信号のやりとりを行うためのインターフェースの機能を実現する。ブザー１１６は、ユーザへの警告の通知等のためにビープ音を発生させるものである。

図３、図４は、本実施形態の撮像システム１００の照射範囲及び撮像範囲を示す第１、第２の図である。図３に示すように、中央のカメラユニット３００を挟むように互いに離間して２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂを設けている。また、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂは、互いに外向きになるように角度をなして配置されている。つまり、図３中の上側の照明ユニット４００Ａが左向きから若干時計回りに回転配置されており、図３中の下側の照明ユニット４００Ｂが左向きから若干反時計回りに回転配置されている。

図３、図４に示すように、照明ユニット４００Ａは、前方（図３の左方向）を照射方向として、上下方向を長手方向とする長方形状の照射範囲ＬＡを有する照射光を、被写体であるトンネル６００の壁面（領域６００Ａ）に照射する。また、照明ユニット４００Ｂは、前方（図３の左方向）を照射方向として、上下方向を長手方向とする長方形状の照射範囲ＬＢを有する照射光を、被写体であるトンネル６００の壁面（領域６００Ａ）に照射する。照明ユニット４００Ａによる照射範囲ＬＡの下方の一部と、照明ユニット４００Ｂによる照射範囲ＬＢの上方の一部とは、互いにオーバーラップしている。

図３、図４に示すように、カメラユニット３００は、照明ユニット４００Ａ、４００Ｂによる照射範囲ＬＡ、ＬＢに、上下方向を長手方向とするライン状の撮像範囲Ｐを有する。これにより、カメラユニット３００は、照明ユニット４００Ａ、４００Ｂによって照射光が照射された、被写体であるトンネル６００の壁面（領域６００Ａ）の画像を撮像することができる。なお、撮像範囲Ｐは、カメラユニット３００が備えるラインＣＣＤ３３１－２における複数の画素の並び方向の範囲である。このように、本実施形態の撮像システム１００では、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂから照射された照射光により、被写体であるトンネル６００の壁面（領域６００Ａ）の画像を撮像することができる。

＜本発明の背景・概要＞
社会インフラの老朽化が進むとともに、その維持管理の重要性が高まり、トンネル点検の効率化と安全性向上が重要な課題となっている。強力な照明装置と、シャッタースピードの速いラインカメラを車両に取り付けることで、走行しながらトンネル内壁面を撮影する技術があるが、一般的にはバッテリーや機材を搭載できるような大型車両を使う。そこで、被写界深度を拡大したカメラと、撮影箇所のみを効率よく照らすライン照明装置を使い、装置の数を抑えてコンパクトなシステム構成とすることで、一般車両にも搭載可能なトンネルモニタリングシステムが考えられる。これにより、一般車両で走行しながらトンネル壁面の画像を撮影することができる。

しかし、今までのトンネルモニタリングシステムでは、照明装置を小型化するため、照明ユニット１つに対して高出力の単色ＬＥＤを１つだけ使用する構成となっており、撮影画像はモノクロ画像のみとなっていた。これにより、撮影した写真が実際の見た目に近い画像とならないことに加え、錆や水漏れの検出、チョークの色を判定できないという問題があった。一方、光源を白色ＬＥＤに置き換えると、出力パワーが足りず、トンネル壁面の撮影ができなくなってしまうという問題があった。

また、上述した特許文献１は、ＬＥＤが並列されたライン長と同程度の長さを持つライン照明を、直下に照射するので、実質的な配光角は、非常に小さくなっており、主に近距離の検査で使用されている（近距離の検査にしか好適に使用できない）。一方、トンネルモニタリングシステムは大小さまざまなトンネルの壁面を撮影するため、照明装置から離れた壁面を照射する必要があり、必要な長さは数メートルになるため、広い配光角が必要になる。

また、上述した特許文献２は、配光角は広い反面、例えば、使用可能なＬＥＤが２個までと個数が足りない点、自由曲面レンズを使用していてコストパフォーマンスが悪い点が技術課題である。

本実施形態による照明装置及び撮像システムの主たる目的は、広い照射範囲（例えば、配光角が大きく近距離から遠距離まで）を均一に照射することである。本実施形態による照明装置及び撮像システムの副次的な目的は、例えば、一般車両に搭載可能なトンネルモニタリングシステムにおいて、トンネル壁面のカラー画像を撮影することである。

これらの目的のために、本実施形態による照明装置及び撮像システムは、ＬＥＤを一列に多数使用したライン照明装置とすることができる。また、ＬＥＤを多数使用した、広角のライン照明として効率よく撮影箇所を照射することができる。さらに、ＬＥＤが長手方向に並列（配列）された照明光学系が複数、互いに角度をなすように配置されることで、撮影箇所で照射光が重ね合わさり、配光角の広いライン照明を実現することができる。

＜従来の照明光学系＞
図５Ａ、図５Ｂは、従来の照明光学系の第１の例を示す図である。図５Ａ、図５Ｂに示すように、従来の照明光学系は、特殊なＬＥＤ光源、レンズ、一方向に負のパワーを持つシリンドリカルレンズ、一方向に正のパワーを持つシリンドリカルレンズを有している。図５Ａでは正のシリンドリカルレンズを有しており、図５Ｂでは負のシリンドリカルレンズを有している。一方向に正のパワーを持つシリンドリカルレンズは、ライン短手方向に光を集光する機能を持ち、一方向に負のパワーを持つシリンドリカルレンズは、ライン長手方向に球面収差を補正する機能を持つ。ライン照明とする場合は、ラインの短手方向は平行光に、長手方向は拡散光とするため、短手のみ正のシリンドリカルレンズでパワーを与え、長手方向はパワーを与えない。このように配光角が大きなライン照明とする場合は、後述する第１実施例のように、最低でも正負の２つのシリンドリカルレンズを使用する必要がある。

図６は、従来の照明光学系の第２の例を示す図である。例えば、トンネルモニタリングシステムをカラー化させるには高輝度な白色ライン照明が必要であり、単一光源の構成では撮影に十分な明るさを確保できないため、複数のＬＥＤ光源を使用する。照明光の出力パワーを上げるためにＬＥＤを一方向に並列させる構成とする場合、ラインの短手方向あるいは長手方向に並列させる構成が考えられる。しかし、ラインの短手方向にＬＥＤを並列させる場合は、短手方向に集光するシリンドリカルレンズ径がボトルネックとなり、ラインの長手方向にＬＥＤを並列させる場合は、長手方向に球面収差を補正するシリンドリカルレンズ径がボトルネックとなり、大型化が避けられなくなってしまう。図６は、ラインの長手方向にＬＥＤを並列させた場合を例示しているが、ラインの短手方向にＬＥＤを並列させた場合も、シリンドリカルレンズ径ごとの並列配置となるため、装置が大型化してしまう。本実施形態の照明装置及び撮像システムは、一般車両に搭載可能なトンネルモニタリングシステムに適用するため、小型化は重要な課題である。

＜第１実施形態＞
図７Ａ～図７Ｃは、第１実施形態の照明装置を示す図である。図７Ａは照明装置の構成を示す斜視図であり、図７Ｂはライン状の照明光の近距離投影面における照度分布を示す図であり、図７Ｃはライン状の照明光の遠距離投影面における照度分布を示す図である。図７Ｂの近距離投影面は１ｍであり、図７Ｃの遠距離投影面は８ｍであるが、近距離投影面から遠距離投影面は、例えば、３０ｃｍ～１０ｍであってもよい。

第１実施形態の照明装置は、光源（ＬＥＤ）４１０と、光源４１０の光をライン状に集光する集光光学系４２０とを有している。集光光学系４２０は、正レンズ４２１と、正レンズ４２２と、負シリンドリカルレンズ４２３と、正シリンドリカルレンズ４２４とを有している。

負シリンドリカルレンズ４２３と正シリンドリカルレンズ４２４の前段に配置されるレンズとして、図７Ａでは２枚の正レンズ４２１、４２２を描いているが、当該レンズの枚数や正負のパターンには自由度があり、種々の設計変更が可能である。例えば、１枚の正レンズ又は負レンズであってもよいし、各１枚の正負のレンズであってもよいし、正負のレンズを組み合わせた３枚以上のレンズであってもよい。

負シリンドリカルレンズ４２３は、凹筒状面４２３Ａを有しており、正シリンドリカルレンズ４２４は、凸筒状面４２４Ａを有している。負シリンドリカルレンズ４２３の凹筒状面４２３Ａの軸線と、正シリンドリカルレンズ４２４の凸筒状面４２４Ａの軸線とは、ライン状の集光面の長手方向と短手方向に対応して互いに直交している。図７Ａの例では、正シリンドリカルレンズ４２４の凸筒状面４２４Ａの軸線がライン状の集光面の長手方向に対応しており、負シリンドリカルレンズ４２３の凹筒状面４２３Ａの軸線がライン状の集光面の短手方向に対応しているが、この関係が逆になっていてもよい。

負シリンドリカルレンズ４２３の凹筒状面４２３Ａは、光源４１０の側に向いており、正シリンドリカルレンズ４２４の凸筒状面４２４Ａは、ライン状の集光面の側に向いており、負シリンドリカルレンズ４２３と正シリンドリカルレンズ４２４は、凹筒状面４２３Ａと凸筒状面４２４Ａが形成されていない平面部を背中合わせにして配置されている。これにより、集光光学系４２０ひいては照明装置のスペース効率を高めて小型化を図ることができる。

負シリンドリカルレンズ４２３と正シリンドリカルレンズ４２４の並び順は入れ替えてもよいし、凹筒状面４２３Ａと凸筒状面４２４Ａを形成する側の面にも自由度がある。例えば、負シリンドリカルレンズ４２３の凹筒状面４２３Ａをライン状の集光面の側に向けて形成し、正シリンドリカルレンズ４２４の凸筒状面４２４Ａを光源４１０の側に向けて形成してもよい。

図７Ｂ、図７Ｃに示すように、長手方向に負のパワーを持つシリンドリカルレンズ４２３で球面収差を補正することにより、奥行き方向に対して角度の大きな光線束も平行光として出射することが可能となる。このとき、投影面の距離によらず均一な照度分布を持つライン照明とすることができる。

図８Ａ～図８Ｃは、比較例の照明装置を示す図である。この比較例は、図７Ａ～図７Ｃの第１実施形態の照明装置において、負シリンドリカルレンズ４２３を省略して、代わりに、パワーを持たない平行平面板４２５を配置したものである。長手方向の球面収差を補正する負シリンドリカルレンズ４２３を使用しなかった場合、配光角２０°程度までは平行光線を出射できるが、それ以上の角度は球面収差の影響で収束光となってしまう。トンネルモニタリングシステムでは配光角４５°が必要なため、第１実施形態のような負シリンドリカルレンズ４２３が必要である。また、負シリンドリカルレンズ４２３を組み込まなかった場合、奥行き方向に対して平行に出射される光線束を平行光として出射するような正シリンドリカルレンズ４２４を組み込んだとき、奥行き方向に対して角度が大きな光線束は、正シリンドリカルレンズ４２４までの光路差が発生することによる球面収差により、収束光となってしまう。そのため投影面の距離によって強度が変化してしまい、均一なライン照明を得ることが出来なくなってしまう。

＜第２実施形態＞
図９Ａ～図９Ｄは、第２実施形態の照明装置を示す図である。図９Ａ、図９Ｂは照明装置の構成を示す図であり、図９Ｃはライン状の照明光の近距離投影面における照度分布を示す図であり、図９Ｄはライン状の照明光の遠距離投影面における照度分布を示す図である。図９Ｃの近距離投影面は１ｍであり、図９Ｄの遠距離投影面は８ｍであるが、近距離投影面から遠距離投影面は、例えば、３０ｃｍ～１０ｍであってもよい。

図９Ａ、図９Ｂは、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂ、及び、２つの照明ユニット４００Ａ／４００Ｂの集光光学系４４０Ａ／４４０Ｂについて、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂの配列方向に垂直な方向から見た図（図９Ａ）と、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂの配列方向から見た図（図９Ｂ）とを含んでいる。

第２実施形態の照明装置は、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂを組み合わせることで、配光角５０°を達成するような構成とすることで、１つの照明ユニットの配光角を２５°度程度としている。これにより、ＬＥＤを長手方向に並列（配列）させる際にボトルネックとなっていた、第１実施形態（図７Ａ）に示したような、球面収差を補正する長手方向に負のパワーを持つシリンドリカルレンズ４２３を使わない構成となり、ＬＥＤを長手方向に並列（配列）させることが可能となる。なお、カメラユニット（撮像装置）３００を複数（例えば５つ）設ける場合、カメラユニット３００の数に対応させて照明ユニット４００Ａ、４００Ｂを設けることになるので、照明ユニット４００Ａ、４００Ｂのセット数は、２セット以上であってもよい（照明ユニットは少なくとも２つ設けられていればよい）。

照明ユニット４００Ａは、所定方向に配置（配列）された複数（多数）の光源４３０Ａと、複数の光源４３０Ａの配列方向に延びるように配置された集光光学系４４０Ａとを有し、複数の光源４３０Ａの光が集光光学系４４０Ａを通過してライン状に集光するように構成されている。集光光学系４４０Ａは、正レンズ４４１Ａと、正レンズ４４２Ａと、正レンズ４４３Ａとから構成されている。図９Ａ、図９Ｂでは、正レンズ４４１Ａと正レンズ４４２Ａと正レンズ４４３Ａがそれぞれ平凸レンズで構成されているが、両面に曲率を持たせて構成されていてもよい。また、集光光学系４４０Ａの構成には自由度があり、１枚、２枚あるいは４枚以上のレンズで構成されていてもよい。

照明ユニット４００Ｂは、所定方向に配置（配列）された複数（多数）の光源４３０Ｂと、複数の光源４３０Ｂの配列方向に延びるように配置された集光光学系４４０Ｂとを有し、複数の光源４３０Ｂの光が集光光学系４４０Ｂを通過してライン状に集光するように構成されている。集光光学系４４０Ｂは、正レンズ４４１Ｂと、正レンズ４４２Ｂと、正レンズ４４３Ｂとから構成されている。図９Ａ、図９Ｂでは、正レンズ４４１Ｂと正レンズ４４２Ｂと正レンズ４４３Ｂがそれぞれ平凸レンズで構成されているが、両面に曲率を持たせて構成されていてもよい。また、集光光学系４４０Ｂの構成には自由度があり、１枚、２枚あるいは４枚以上のレンズで構成されていてもよい。

２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの集光光学系４４０Ａ、４４０Ｂは、シリンドリカルレンズを含み、複数の光源４３０Ａ、４３０Ｂの配列方向に対してはパワーを持たず、複数の光源４３０Ａ、４３０Ｂの配列方向に垂直な方向に対しては正のパワーを持っていてもよい。つまり、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの集光光学系４４０Ａ、４４０Ｂは、それぞれ複数の光源４３０Ａ、４３０Ｂの配列方向に対してはパワーを持たず、複数の光源４３０Ａ、４３０Ｂの配列方向に垂直な方向に対しては正のパワーを持つレンズとして、シリンドリカルレンズを含んでいてもよい。図９Ａ、図９Ｂにおいて、２つの照明ユニット４００Ａ／４００Ｂを構成している正レンズ４４１Ａ／４４１Ｂ、正レンズ４４２Ａ／４４２Ｂ、正レンズ４４３Ａ／４４３Ｂは、それぞれ複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂの配列方向に対してはパワーを持たず、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂの配列方向に垂直な方向に対しては正のパワーを持つレンズとしてのシリンドリカルレンズであってもよい。

第２実施形態の照明装置では、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂが、複数の光源４３０Ａ、４３０Ｂの配列方向、集光光学系４４０Ａ、４４０Ｂの延在方向、及び、複数の光源４３０Ａ、４３０Ｂと集光光学系４４０Ａ、４４０Ｂによる光の集光方向が互いに外向きになるように、角度をなして配置されている。これにより、広い照射範囲（例えば、４５°以上の配光角、３０ｃｍから１０ｍといった近距離から遠距離）を均一に照射することが可能になる。２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂは、投影面における各照明ユニット同士のライン状の照度分布が結合するような位置関係で配置されている。

第２実施形態の照明装置では、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂを互いに角度をなすように配置し、投影面で重ね合わせることによって配光角を約２倍とする構成としている。なお、このとき球面収差により、近距離投影面の照度分布と遠距離投影面の照度分布は異なる。照度分布の重ね合わせ部分に関しては、近距離投影面はユニット同士の距離と角度から、遠距離投影面はユニット同士の角度から調整することができる。なお、このとき照明ユニットの法線同士のなす角度は２５°程度となっており、照明ユニットに並列（配列）された光源（ＬＥＤ）の中心同士の中点を基準として画角を計測すると、近距離投影面では全角５０°以上となるが均一性は悪いライン状の照度分布となっている。遠距離投影面では全角５０°以上の均一なライン状の照度分布となっている。図９Ｃ、図９Ｄでは、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂのそれぞれの照度分布を破線で描いており、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの合成照度分布を実線で描いている。

図１０Ａ～図１０Ｄは、比較例の照明装置を示す図である。この比較例は、図９Ａ～図９Ｄの第２実施形態の照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの片方である照明ユニット４００Ｘを、角度を付けることなく配置したものである。図１０Ａ、図１０Ｂは、複数の光源４３０、及び、照明ユニット４００Ｘの集光光学系４４０について、複数の光源４３０の配列方向に垂直な方向から見た図（図１０Ａ）と、複数の光源４３０の配列方向から見た図（図１０Ｂ）とを含んでいる。比較例の照明ユニット４００Ｘも複数の光源４３０を並列させて小型化を実現するレンズ構成にはなっている。上述したように、光源（例えばＬＥＤ）をより密接に並列させる構成として、長手方向に球面収差を補正するシリンドリカルレンズを使わない構成が考えられる。この構成の場合、ＬＥＤをＬＥＤ基板の長さごとに並列させることができるため、装置を小型化としながらも多数のＬＥＤを配置することが出来る。

しかし、図１０Ａ～図１０Ｄの比較例は、球面収差を補正しないため投影面の距離によって照度分布が変化してしまい、また広角とすることができないというデメリットがある。なお、このとき、並列されたＬＥＤの中心から画角を計測すると、ライン状の照度分布の範囲は近距離投影面では全角約４５°、遠距離投影面では全角約２５°である。このように、小型化のために球面収差を補正するシリンドリカルレンズを使わない構成とすると、照明光学系の配光角が小さくなってしまう。

＜第３実施形態＞
図１１Ａ～図１１Ｄは、第３実施形態の照明装置を示す図である。図１１Ａ、図１１Ｂは照明装置の構成を示す図であり、図１１Ｃはライン状の照明光の近距離投影面における照度分布を示す図であり、図１１Ｄはライン状の照明光の遠距離投影面における照度分布を示す図である。図１１Ｃの近距離投影面は１ｍであり、図１１Ｄの遠距離投影面は８ｍであるが、近距離投影面から遠距離投影面は、例えば、３０ｃｍ～１０ｍであってもよい。

図１１Ａ、図１１Ｂは、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂ、及び、２つの照明ユニット４００Ａ／４００Ｂの集光光学系４４０Ａ／４４０Ｂについて、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂの配列方向に垂直な方向から見た図（図１１Ａ）と、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂの配列方向から見た図（図１１Ｂ）とを含んでいる。

図９Ａ～図９Ｄの第２実施形態では、照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの距離（上下方向の間隔）が小さすぎるため、近距離投影面の照度分布について、重ね合わせ部分が多くオーバーラップしたことで強くなりすぎてしまっている。従って、第３実施形態では、照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの距離（上下方向の間隔）を大きくすることで、近距離投影面の重ね合わせ部分を調整し、近距離投影面の照度分布を調整することができる。これにより、近距離から遠距離における投影面の照度分布が均一なライン照明とすることができる。なお、照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの法線同士のなす角度は２５°程度となっており、照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの距離（上下方向の間隔）は約４５０ｍｍとすることができる。照明ユニット４００Ａ、４００Ｂに並列（配列）された光源（ＬＥＤ）４３０Ａ、４４０Ｂの中心同士の中点を基準として画角を計測すると、近距離投影面、遠距離投影面ともに全角５０°以上の均一なライン状の照度分布となっている。

＜第４実施形態＞
図１２Ａ～図１２Ｅは、第４実施形態の照明装置を示す図である。図１２Ａ、図１２Ｂは照明装置の構成を示す図であり、図１２Ｃはライン状の照明光の近距離分布を示す図であり、図１２Ｄはライン状の照明光の遠距離分布を示す図であり、図１２Ｅはリフレクタによる光源の発散角の制限の様子を示す図である。図１２Ｃの近距離は１ｍであり、図１２Ｄの遠距離は８ｍであるが、近距離から遠距離は、例えば、３０ｃｍ～１０ｍであってもよい。

図１２Ａ、図１２Ｂは、複数の光源４３０、及び、照明ユニット４００の集光光学系４４０について、複数の光源４３０の配列方向に垂直な方向から見た図（図１２Ａ）と、複数の光源４３０の配列方向から見た図（図１２Ｂ）とを含んでいる。

第４実施形態の照明装置では、複数の光源４３０に、各光源４３０の発散角を制限するためのリフレクタ４５０を設けることで、輝度の向上を図っている。トンネルモニタリングシステムではライン照明の輝度が高いほど、大型のトンネルの撮影が可能になる。第４実施形態では、ＬＥＤから全方位に発散される光を高効率でライン照明に集光させるために、リフレクタ４５０を使用してＬＥＤの発散角を狭くし、より多くの光をライン照明に集光させている。なお、このとき、並列（配列）されたＬＥＤの中心から画角を計測すると、ライン状の照度分布の範囲は近距離投影面では全角約４５°、遠距離投影面では全角約２５°である。

＜第５実施形態＞
図１３Ａ～図１３Ｃは、第５実施形態の照明装置を示す図である。図１３Ａは照明装置の構成を示す図であり、図１３Ｂはライン状の照明光の近距離投影面における照度分布を示す図であり、図１３Ｃはライン状の照明光の遠距離投影面における照度分布を示す図である。図１３Ｂの近距離投影面は１ｍであり、図１３Ｃの遠距離投影面は８ｍであるが、近距離投影面から遠距離投影面は、例えば、３０ｃｍ～１０ｍであってもよい。

図１３Ａは、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂ、及び、２つの照明ユニット４００Ａ／４００Ｂの集光光学系４４０Ａ／４４０Ｂについて、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂの配列方向から見た図である。

第５実施形態の照明装置は、第２実施形態の照明装置の複数の光源４３０Ａ、４３０Ｂの各々にリフレクタ４５０Ａ、４５０Ｂを設けたものである。２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂを互いに角度をなすように配置し、投影面で重ね合わせることによって配光角を約２倍とする構成としている。なお、このとき２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの法線同士のなす角度は２５°となっており、照明ユニットに並列（配列）されたＬＥＤの中心同士の中点を基準として画角を計測すると、近距離投影面では全角６０°以上となり、遠距離投影面では全角５０°以上の均一なライン状の照度分布となっている。

＜第６実施形態＞
図１４Ａ～図１４Ｃは、第６実施形態の照明装置を示す図である。図１４Ａは照明装置の構成を示す図であり、図１４Ｂはライン状の照明光の近距離投影面における照度分布を示す図であり、図１４Ｃはライン状の照明光の遠距離投影面における照度分布を示す図である。図１４Ｂの近距離投影面は１ｍであり、図１４Ｃの遠距離投影面は８ｍであるが、近距離投影面から遠距離投影面は、例えば、３０ｃｍ～１０ｍであってもよい。

図１４Ａは、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂ、及び、２つの照明ユニット４００Ａ／４００Ｂの集光光学系４４０Ａ／４４０Ｂについて、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂの配列方向から見た図である。

第６実施形態の照明装置は、第３実施形態の照明装置の複数の光源４３０Ａ、４３０Ｂの各々にリフレクタ４５０Ａ、４５０Ｂを設けたものである。第６実施形態では、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの距離（上下方向の間隔）を多く確保することで、近距離投影面での重ね合わせを抑制することができる。このとき近距離、遠距離ともに均一なライン照明とすることができるため、大小さまざまなサイズのトンネル壁面を均一に照射するライン照明とすることができる。なお、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの法線同士のなす角度は２５°となっており、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの距離（上下方向の間隔）は約１１０ｍｍとすることができる。照明ユニットに並列（配列）されたＬＥＤの中心同士の中点を基準として画角を計測すると、近距離投影面、遠距離投影面ともに全角５０°以上の均一なライン状の照度分布となっている。

＜第７実施形態＞
図１５Ａ～図１５Ｃは、第７実施形態の照明装置を示す図である。図１５Ａは照明装置の構成を示す図であり、図１５Ｂはライン状の照明光の近距離投影面における照度分布を示す図であり、図１５Ｃはライン状の照明光の遠距離投影面における照度分布を示す図である。図１５Ｂの近距離投影面は１ｍであり、図１５Ｃの遠距離投影面は８ｍであるが、近距離投影面から遠距離投影面は、例えば、３０ｃｍ～１０ｍであってもよい。

図１５Ａは、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂ、及び、２つの照明ユニット４００Ａ／４００Ｂの集光光学系４４０Ａ／４４０Ｂについて、複数の光源４３０Ａ／４３０Ｂの配列方向から見た図である。

第７実施形態では、２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂが、カメラユニット３００を挟むようにして互いに離間して配置されている。別言すると、第６実施形態のように距離（上下方向の間隔）を確保して配置した２つの照明ユニット４００Ａ、４００Ｂの間のスペースを利用してカメラユニット３００を配置している。第７実施形態では、カメラユニット３００の上下（あるいは前後、左右）に照明光学系が対称に配置されるため、カメラユニット３００とライン照明の光軸が一致し、適切な撮影を行うことができる。このときラインカメラの撮影画角が全角４５°となっており、カメラの入射瞳を基準としたとき照明ユニットは近距離投影面、遠距離投影面ともに全角５０°以上の均一なライン照明となっている。そのため近距離から遠距離にかけて幅広い範囲でカメラの撮影範囲を照射することができる。

１００ 撮像システム
３００ カメラユニット（撮像装置）
４００ ４００Ａ ４００Ｂ 照明ユニット（照明装置）
４１０ 光源（ＬＥＤ）
４２０ 集光光学系
４２３ 負シリンドリカルレンズ
４２３Ａ 凹筒状面
４２４ 正シリンドリカルレンズ
４２４Ａ 凸筒状面
４３０Ａ ４３０Ｂ 光源
４４０Ａ ４４０Ｂ 集光光学系
４５０ ４５０Ａ ４５０Ｂ リフレクタ
５００ 車両（移動体）
６００ トンネル
７００ 道路

Claims (11)

1. 撮像装置による撮像範囲を照明する照明装置であって、
   少なくとも２つの照明ユニットを有し、
   前記少なくとも２つの照明ユニットは、それぞれ、
   所定方向に並列に配置された複数の光源と、
   前記複数の光源の配列方向に延びるように配置された集光光学系と、を有し、
   前記複数の光源の光が前記集光光学系を通過してライン状に集光するように構成され、
   前記少なくとも２つの照明ユニットは、
   前記複数の光源の配列方向、前記集光光学系の延在方向、及び、前記複数の光源と前記集光光学系による光の集光方向が互いに外向きになるように角度をなして配置される、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記少なくとも２つの照明ユニットは、前記撮像装置を挟むようにして互いに離間して配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記少なくとも２つの照明ユニットは、投影面における各照明ユニット同士のライン状の照度分布が結合するような位置関係で配置される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
4. 前記集光光学系は、シリンドリカルレンズを含み、前記複数の光源の配列方向に対してはパワーを持たず、前記複数の光源の配列方向に垂直な方向に対しては正のパワーを持つ、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記複数の光源には、各光源の発散角を制限するためのリフレクタが設けられる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明装置。
6. 撮像装置と、前記撮像装置による撮像範囲を照明する照明装置とを有する撮像システムであって、
   前記照明装置は、少なくとも２つの照明ユニットを有し、
   前記少なくとも２つの照明ユニットは、それぞれ、
   所定方向に並列に配置された複数の光源と、
   前記複数の光源の配列方向に延びるように配置された集光光学系と、を有し、
   前記複数の光源の光が前記集光光学系を通過してライン状に集光するように構成され、
   前記少なくとも２つの照明ユニットは、
   前記複数の光源の配列方向、前記集光光学系の延在方向、及び、前記複数の光源と前記集光光学系による光の集光方向が互いに外向きになるように角度をなして配置される、
   ことを特徴とする撮像システム。
7. 前記少なくとも２つの照明ユニットは、前記撮像装置を挟むようにして互いに離間して配置される、
   ことを特徴とする請求項６に記載の撮像システム。
8. 撮像装置による撮像範囲を照明する照明装置であって、
   光源と、
   前記光源の光をライン状に集光するとともに、凸筒状面を持つ正シリンドリカルレンズと、凹筒状面を持つ負シリンドリカルレンズとを有する集光光学系と、
   を有することを特徴とする照明装置。
9. 前記正シリンドリカルレンズの凸筒状面の軸線と、前記負シリンドリカルレンズの凹筒状面の軸線とは、前記ライン状の集光面の長手方向と短手方向に対応して互いに直交する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
10. 前記正シリンドリカルレンズは、前記凸筒状面を前記ライン状の集光面に向けており、前記負シリンドリカルレンズは、前記凹筒状面を前記光源に向けている、
    ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の照明装置。
11. 撮像装置と、前記撮像装置による撮像範囲を照明する照明装置とを有する撮像システムであって、
    前記照明装置は、
    光源と、
    前記光源の光をライン状に集光するとともに、凸筒状面を持つ正シリンドリカルレンズと、凹筒状面を持つ負シリンドリカルレンズとを有する集光光学系と、
    を有することを特徴とする撮像システム。

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