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バスケットボールコート照明における外光投射角度の影響
ディレクトリ:
1. 屋外バスケットボールコートの照度測定
2. 照明設計とシミュレーション
スポーツ会場の照明は、空間照明のニーズを満たすだけでなく、快適性といった人々の主観的な体験も考慮する必要があります。テレビ中継されるスポーツイベントを開催する会場では、選手や観客のニーズ、そしてカメラの照明要件を満たすことが不可欠です。そのため、これらのスポーツ会場には、様々な仕様に合わせた専門的な光学設計が不可欠です。
現在、ほとんどのバスケットボールコートでは、高出力のハロゲンランプまたはメタルハライドランプが一般的に使用されており、設置構成には4タワー式、両面配置、ライトストリップレイアウト、混合配置などがあります。しかし、これらの構成の多くは、照明基準の遵守と均一性の実現に主眼を置いており、個人の主観的な感覚が軽視されているケースが少なくありません。特にバスケットボールなどのスポーツでは、選手がシュートを打ったり、見上げる動作をしたりする際に、光源に直接直面することがあります。高輝度照明はグレア（眩しさ）を引き起こし、選手に重大な影響を与え、パフォーマンスを低下させ、健康を害する可能性があります。
これらの問題に対処するため、既存のランプと器具を用いて、屋外バスケットボールコートの照明最適化設計を実施しました。ランプは非対称であるため、水平偏向角と垂直ピッチ角が照明効果に大きく影響し、従来のランプとは異なる設置要件が必要となります。
1. 屋外バスケットボールコートの照度測定
屋外バスケットボール練習コートにおいて、新設照明の照度を現地測定しました。コートは標準寸法です。測定点は長辺間2メートル、短辺間1.5メートル、測定高さ2メートルの地点に設置しました。各測定点における照度は、迷光の影響がない状態で記録されました。結果を表1に示します。
表1 屋外バスケットボールコートの水平照度lxの試験結果
データ分析の結果、コートの平均水平面照度は240ルクス、照度均一度は0.49でした。グレア試験は実施していませんが、測定地点では依然としてかなりのグレアが発生していました。この屋外バスケットボールコートは総合練習場として利用されており、平均照度240ルクスは十分な照度ですが、均一度0.49は要求基準を満たしていません。さらに、照明の投光角度が適切でないために、発光面が目に当たることが多く、不快感を引き起こしています。
中央のランプポール直下の照度は大きく変動しており、均一性に影響を与えています。屋外バスケットボールコートの照明均一性に関する国の基準と比較し、表1に示すデータを考慮すると、平均水平照度はアマチュアバスケットボールコートに必要な基準を満たしているものの、照度の均一性が不十分であることがわかります。会場全体で明るさに大きな差があり、ランプ直下の照度は高いものの、周辺部では照度が低く、明暗が目立っています。
この変動は、プレー中に光量の急激な変化を引き起こし、グレアを増加させ、選手に不快感を与える可能性があります。瞳孔が急速に収縮・拡張し、視覚疲労につながる可能性があり、グレアはめまいを引き起こす可能性があります。さらに、バスケットボールコートの屋外表面の反射率が高く、過剰な照明と相まって強い反射が生じる可能性があります。これらの要因は、特にシュートやジャンプなどの動作中、強い光が視力に直接影響を与える可能性があるため、選手のパフォーマンスを低下させる可能性があります。結論として、設置済みのバスケットボールコート照明の問題に対処するには、設置角度を調整することで均一性を高め、グレアを最小限に抑えることができます。
2. 照明デザインとシミュレーション
2.1 サイト照明シミュレーション
この施設には、100 lm/Wを超える光効率と80を超える演色評価数を誇るLED投光器が設置されています。LEDランプの出力は120Wで、図2に示すように非対称の配光特性を有しています。この非対称な配光特性は、照明設計基準を効果的に満たしています。資源利用を最適化するため、既存のランプと支持構造はそのままに、設置角度などのランプの細部のみを調整します。
図2 光の分布
DIAlux照明設計ソフトウェアを用いて、ランプの投影角度を調整することで、屋外バスケットボールコートの照明状況をシミュレートします。現地で収集したデータを用いて空間モデルを作成します。会場の両側には照明が設置されており、片側には高さ8メートル、間隔12メートルのランプポールが3本設置されています。中央のポールには3つのランプ、他の2本のポールにはそれぞれ2つのランプが設置され、合計14本のランプが設置されています。
この屋外バスケットボールコートのランプポールは高さ8メートル、間隔12メートルで設置されており、これらは固定値です。調整可能な要素はランプの投影角度のみです。DIAluxソフトウェアでは、この角度はランプの照射点（通常はランプから計算面までの最遠点）を操作することで設定しますが、状況によっては特別な設計が必要になる場合もあります。この記事で取り上げるランプは非対称に光を発します。
最適な結果を得るために、シミュレーション計算中に光の偏向角を考慮しながら、照明ポイントを複数回調整します。バスケットボールコートが主な照明エリアですが、コートの端にも注意が必要です。
2.2 照明シミュレーション
図2に示すように、ランプの照射角は約30°の非対称な角度です。最適な照射方向を決定するために、コート上に上下方向に30°ずつずれた補助線を複数本引くとともに、中央には照射点の位置を確定するためのグリッド線を引いています。照射点の配置は照明設計において重要な要素です。会場左右のランプが対称に配置され、偏光角が30°であることを踏まえ、まずコートの中心線に沿って均一な照射を確保し、すべての照射点をこの中心線上に配置します。
次に、会場の左右対称性を考慮し、エリアを4つのセクションに分割し、1つのエリアで照射点を調整することで均一な照明を実現します。最後に、このエリアで決定した照射点とグリッド線、補助線を用いて、会場全体の照射点を決定します。特に、会場周辺の特徴的なエリアでは、ランプの照射点を微調整します。このプロセス全体を通して、ランプの非対称な光出力特性を慎重に考慮します。数回の調整を経て、図4に示すように、満足のいく照射点データが得られます。
ランプの配光曲線をDIALuxソフトウェアにインポートし、それに応じてランプパラメータを設定します。図4の照射点を用いて、屋外バスケットボールコートの照明をシミュレーションしました。その結果を図5に示します。
図4 ランプの照射点
図5 シミュレーション場所の照度
図5に示す照度データをご覧ください。平均照度は229 lx、均一性評価は0.7、均一グレア値は10未満です。ランプの投影角度を調整した後、均一性は測定値0.49から0.7に改善され、グレアも最小限に抑えられました。3次元シーンでは、ランプが直接照射されていないことがわかります。そのため、ランプの角度を調整した後は、コートでのバスケットボールのプレー中、人々は発光面を向いていないことが多くなり、グレアの影響が軽減されます。
屋外バスケットボールコートの水平面照度を評価したところ、平均照度240ルクス、均一性0.49と、顕著なグレアが発生していました。照明を調整するためにランプの投影角度を変えることしかできなかったため、DIALuxソフトウェアを用いて現場の照明ポイントを調整し、各ランプの最適な投影角度を決定しました。これらの最適な角度を適用することで水平面照度をシミュレーションし、均一性0.7、グレア値10未満を達成しました。
この最適化戦略は、既存のランプの非対称な光出力特性を効果的に活用し、照射点を調整することで適切な投影角度を特定しました。シミュレーション環境では、人間の目が光源に向けられることはありませんでした。その結果、投影角度を調整することで照明の均一性が向上し、照明設計において重要な要素であるグレアが最小限に抑えられました。
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