(57)【要約】  本発明は、光透過率及び／又は透過光波長の違いによる模様を有する球殻２と、該球殻２の内部に設けられた、該球殻２の内面上で滑動する滑動手段５を有する滑動体４と、該滑動体４の上部に設けられた発光体６と、を備えた光模様投影装置１である。滑動体４は球殻２内で自由に滑動するため、重力によって常に球殻２の下部に存在することになる。発光体６が発光するとその光は球殻２の上部を照射するから、球殻２の模様が外部に放射され、例えば観察者が居る部屋の内壁面に投影される。このように、本発明の光模様投影装置は、簡単な構成で、天体を正確に投影することができる。なお、本発明の光模様投影装置で投影する模様は天体に限られない。
2010098362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の模様を壁面に投影するための光模様投影装置であって、
光透過率及び／又は透過光波長の違いによる模様を有する球殻と、
該球殻の内部に設けられた、該球殻の内面上で滑動する滑動手段を有する滑動体と、
該滑動体の上部に設けられた発光体と、
を備えることを特徴とする光模様投影装置。
【請求項２】
前記滑動体が、前記球殻の直径と等しい直径を有し且つ光非透過性である円表面部を備えており、
前記発光体が、該円表面部の中心に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の光模様投影装置。
【請求項３】
前記球殻に設けられた模様が天体の模様である請求項１又は２に記載の光模様投影装置。
【請求項４】
前記滑動体の内部に、前記光源に電源を供給するための電池が設けられ、該電池が該光模様投影装置の外部から非接触で以て充電可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光模様投影装置。
【請求項５】
前記球殻を回転可能に保持する載置台を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光模様投影装置。
【請求項６】
前記載置台は、前記球殻を回転させる回転機構を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光模様投影装置。
【請求項７】
前記載置台は、前記球殻を下方から受ける凹球面を有し、
前記回転機構は、前記凹球面に設けられ前記球殻の外周面と接触する回転部材と、前記回転部材を回転駆動するモータとを備えることを特徴とする請求項６に記載の光模様投影装置。
【請求項８】
前記回転部材は、前記凹球面上で互いに交わる３個の円の線分上にそれぞれ少なくとも１個ずつ設けられた３個以上のホイールから成り、
前記回転機構は、各ホイールを回転させることを特徴とする請求項７に記載の光模様投影装置。
【請求項９】
前記ホイールは、前記線分に垂直で且つ前記凹球面の接線方向に平行な軸を中心に回転することを特徴とする請求項８に記載の光模様投影装置。
【請求項１０】
前記ホイールは、オムニホイールであることを特徴とする請求項９に記載の光模様投影装置。
【請求項１１】
前記回転機構は、前記球殻の回転位置を検出する位置検出センサと、前記位置検出センサの検出結果に基づき前記モータの駆動を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の光模様投影装置。
【請求項１２】
請求項１〜４のいずれかに記載の光模様投影装置を回転可能に保持するための載置台。
【請求項１３】
球殻を回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項１２に記載の載置台。
【請求項１４】
球体を回転させる球体回転装置であって、
前記球体を下方から受ける凹球面を有する載置台と、
前記凹球面に設けられ、前記球体の外周面と接触する回転部材と、
前記回転部材を回転駆動するモータとを備えることを特徴とする球体回転装置。
【請求項１５】
前記回転部材は、前記凹球面上で互いに交わる３個の円の線分上にそれぞれ少なくとも１個ずつ設けられた３個以上のホイールから成ることを特徴とする請求項１４に記載の球体回転装置。
【請求項１６】
前記ホイールは、オムニホイールであることを特徴とする請求項１５に記載の球体回転装置。
【請求項１７】
前記オムニホイールは、２個の回転体を、各回転体の外周部の樽形ローラが互い違いにずれた配置となるように角度差を有して軸方向に連結されたものであることを特徴とする請求項１６に記載の球体回転装置。
【請求項１８】
前記球体の回転位置を検出する位置検出センサと、前記位置検出センサの検出結果に基づき前記モータの駆動を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の球体回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天体等の模様を壁面に投影する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天体の構成やその動きを学習するための装置として、天球儀が知られている。しかし、天球儀は球面上に天体上の星などを投影したものであり、天球の外から観察するという点で、実際に観察される天体の様子とは異なっている。よって、天体の様子を感覚的に理解しにくいという欠点がある。【０００３】
天体の様子を直観的に理解するためには、やはり天球の中から外に向かって見上げるように星等を観察するのが望ましいといえる。このような装置として、天体を光で以て壁面に映し出すプラネタリウムがある。しかしながら、プラネタリウムは一般に極めて精密に作られているものであり、価格も非常に高価である。また、サイズも大型であるため、十分なスペースが確保出来ない場所には設置できないという問題もある。また、複雑な装置である故に、操作も簡単ではない。従って、気軽に家庭で使用したり、学生が天体について学習するために学校で使用したりする用途には向かない。【０００４】
一方、天体の様子を投影するという目的ではないが、壁面に光の模様を映し出す光投影装置は以前から存在している（例えば特許文献１参照）。そこで、このような光投影装置を天体の模様を映し出す装置として改良することが考えられる。しかし、いずれも比較的複雑であって価格も安価ではないという問題があるとともに、360°全ての角度の天体を網羅するのが容易ではないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2004-147703号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、その解決しようとする課題は、従来のプラネタリウム装置と比較して格段に簡単な構造でありながら、また、非常に簡単な操作で以て、あらゆる角度の天体を壁面に投影することが可能な光模様投影装置及びその載置台を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明に係る光模様投影装置は、
光の模様を壁面に投影するための光模様投影装置であって、
光透過率及び／又は透過光波長の違いによる模様を有する球殻と、
該球殻の内部に設けられた、該球殻の内面上で滑動する滑動手段を有する滑動体と、
該滑動体の上部に設けられた発光体と、
を備えることを特徴とする。【０００８】
また、本発明の光模様投影装置は、さらに前記球殻を回転可能に保持する載置台を備えると良い。この場合、前記載置台は、前記球殻を回転させる回転機構を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る光模様投影装置によれば、球殻の内部で滑動体が自由に滑動する。従って、重力により、滑動体は常に球殻の下部に位置することになる。滑動体の上部に設けられた発光体が発光すると、その光は球殻の上部を照射し、球殻に設けられた模様が観察者が居る部屋の内壁面等に照射される。投影される模様は、観察者が球殻を回転させることにより、あるいは、球殻が載置される載置台が備える回転機構が前記球殻を回転させることにより、至極簡単に且つ自由に変化させることができる。【００１０】
本発明に係る光模様投影装置は構造が非常に簡単である。故に、容易に小型化を図ることができ、非常に低廉なコストで作成することができるという利点も兼ね備える。従って、従来は空間的又はコスト的に不可能であった場所や状況において、例えば学校の教育現場において本発明に係る光模様投影装置を利用することにより、天体の仕組みを能動的に学ぶことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る光模様投影装置の第１実施形態の断面図。
【図２】本発明に係る光模様投影装置の第２実施形態の断面図。
【図３】本発明に係る光模様投影装置の第２実施形態の模式図。
【図４】本発明に係る光模様投影装置の第３実施形態の断面図。
【図５】本発明に係る光模様投影装置の第４実施形態の断面図。
【図６】第４実施形態に係る載置台の平面図。
【図７】オムニホイールの斜視図。
【図８】本発明に係る光模様投影装置の第５実施形態の載置台の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る光模様投影装置のいくつかの実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発明に係る光模様投影装置１の第１実施形態の断面図である。光模様投影装置１は基本的に、球殻２、滑動体４、光源６、電池８とから成る。
【００１３】
本発明に係る光模様投影装置１は、光の模様を壁面に投影する。この壁面は通常、使用者（観察者）が居る部屋の内壁面（天井を含む）である。
【００１４】
球殻２は、内部に内部空洞３を有する球体である。その表面には光透過率及び／又は透過光波長の違いによる模様が付される。即ち、様々な明度や色彩から成る模様が投影可能である。
【００１５】
滑動体４は、球殻２の内部である内部空洞３に設けられている。滑動体４には滑動手段５が設けられている。滑動手段５は球殻２の内面と滑動体４との摩擦係数を小さくするものであれば、いかなるものでも構わない。例えば、球殻２をアクリルやポリプロピレン等の硬質プラスチック製とするとともに、滑動手段５としては球殻２内面との接触面積を小さくした同様の硬質プラスチックのチップとすることができる。また、滑動体４に球窩を設け、その中に自在に回転する球体を配したものでもよい。また、オムニホイールなどの、全方向に自在に回転するホイール体を採用することもできる。いずれの場合でも、球殻２の内面に摩擦低減剤をコーティングしておくとよい。これによって滑動体４は球殻２内で自由に滑動し、静置時には重力によって常に球殻２内の底部に位置することになる。
【００１６】
滑動体４の上部には高輝度LEDなどから成る光源６が設けられる。また、滑動体４の内部には、光源６に電力を供給するための電池８が設けられている。なお、電池８は、外部から非接触で以て充電可能な非接触充電池とするのが好ましい。
【００１７】
光源６が点灯されると、滑動体４の上部に存在している模様が壁面に投影される。使用者が球殻２を任意に回転させることにより、好みの模様を壁面に投影することができる。
【００１８】
滑動体４の内部には所定の衝撃センサなどを含めておき、使用者が光模様投影装置１に軽い衝撃を与えることで光源６が点灯又は消灯するようにすると良い。又は、滑動体４の内部に磁気センサを設けておき、光模様投影装置１に磁石を近づけることで光源６の点灯及び消灯を交互に（すなわちトグル式に）行うことができるようにしても良い。
【００１９】
本発明の光模様投影装置は、とりわけ天体の模様を投影するのに好適に用いることができる。以下に、この場合の実施形態（第２実施形態）を断面図である図２及び模式図である図３を参照しつつ述べる。
【００２０】
本実施形態においては、滑動体４は球殻２の直径と等しい直径を有し且つ光非透過性である円表面部７を備える。すなわち、円表面部７は、球殻２と滑動体４の相対位置に関わりなく、常に内部空洞３の中心、すなわち球殻２の中心を通る。ただし実際には、球殻２と滑動体４とが互いに相対移動できるように、円表面部７の直径は内部空洞３の直径に対して若干小さく形成する。
なお、図２及び図３では滑動体４は半球状として描かれているが、この形状は半球状には限られない。
【００２１】
本実施形態では、滑動体４が球殻２の下部に位置すると、常に円表面部７は水平となる。
【００２２】
光源６は円表面部７の中心に設けられる。つまり、光源６は球殻２自体の中心に設置される。これは、天体の模様を投影する際に、投影像が歪まないようにするためである。光源６は、点灯した際に、光が球殻２の内部空洞３側にのみ発せられ、滑動体４の側には進行しないように配置する。とりわけ、光源６は、内部空洞３の全方向に対して均一に光を放出するものが好ましい。このため、必要に応じて光源６には所定の凹レンズなどを被せても良い。
【００２３】
図３の例では、星が光不透過部であるかのように描かれている（この場合には、壁面に星が影として投影される）が、逆に星が光透過部となり、星以外の個所が光不透過部となるように模様を形成してもよい（この場合には、壁面に星が光として投影される）。もちろん、星に色を付したり、大きさを異ならせたりすることもできる。
【００２４】
光源６が点灯すると、上述したように、球殻２の内部空洞３側にのみ光が発せられるから、実際に地上で観察される角度の星のみが壁面に投影される。つまり、円表面部７は地面としての役割を果たすことになる。そして、使用者が球殻２を任意に回転させることにより、例えば地球上の様々な場所の様々な時刻の星空を投影することが可能となる。
【００２５】
本発明の光模様投影装置１の外表面は球殻２そのもの、つまり球体である。そこで、安定性を高めるために、図４に示す本発明の第３実施形態のように、光模様投影装置１を載置できる載置台９を用意し、その上に光模様投影装置１を載置すると良い。
【００２６】
この載置台９には、例えば任意の回転方向に所定の速度でもって光模様投影装置１を回転させる回転機構を備えることができる。回転機構は球殻２の外表面に接触しつつ回転する複数の回転手段１０と、回転手段１０を例えば電気的に駆動させる回転駆動機構１１とから構成することができる。回転手段１０は、球殻２を任意の方向に向かせる、即ち、任意の模様が投影されるようにすることができるものであればその形態はいかなるものであっても構わない。例えば、互いに直交する二方向にそれぞれ独立した速度で球殻２を回転させる二つの異なるホイールであっても良いし、載置台９の上面を凹球面とし、その凹球面上で互いに直交する三つの大円の線分の各中心に、各線分に垂直な方向に回転するホイールを設けた構成とすることもできる。この場合には、それぞれのホイールの回転速度を調整することで球殻２をより一層自在に回転させることが可能となる。回転手段１０としては、例えば通常の車輪の他、オムニホイールなどを利用することができる。いずれの場合でも球殻２を確実にそして安定して回転させるために、回転手段１０と球殻２の外面との摩擦はなるべく大きい方が好ましい（例えば、球殻２に接する部分はゴムタイヤとする等）。回転駆動機構１１としては、それら車輪、ホイールを駆動するモータとすることができる。
更に、回転駆動機構１１を制御する装置と、球殻２の回転位置を検出する装置を設けることにより、球殻２の模様の位置を制御して、例えば「2009年3月1日22時30分の京都市の夜空」のように、特定の時間における特定の場所の星空を投影することが可能となる。
【００２７】
載置台９には、電池８を非接触的に充電するための充電装置を内蔵しておくことができる。又は、載置台９に、使用者が任意にオン／オフを操作できる電力供給機構を設けてもよい。この場合には滑動体４の内部には電池ではなく、電力供給機構からの電力を非接触で受け取る電力受取機構を設けておけば良い。また、載置台９に磁石１２を含めておくとともに、滑動体４の内部に磁気センサ１３を含めておくことによって光模様投影装置１を載置台９に載置している間は光源６が点灯し、光模様投影装置１を載置台９から取り外すと光源６が消灯するようにすることもできる。
【００２８】
図５及び図６は載置台９の上面を凹球面１５とし、その凹球面１５上で互いに直交する三つの大円の線分Ｌ１〜Ｌ３の各中心に３個のオムニホイール１６ａ〜１６ｃを設け、これらオムニホイール１６ａ〜１６ｃで球殻２を回転させる第４実施形態を示す。図示しないが、凹球面１５には３個の軸受凹部が形成されており、これら軸受凹部にオムニホイール１６ａ〜１６ｃが回転可能に支持されている。各オムニホイール１６ａ〜１６ｃの回転軸１７ａ〜１７ｃは、各線分Ｌ１〜Ｌ３に垂直で且つ該オムニホール１６ａ〜１６ｃの取り付け位置における凹球面１５の接線方向に平行になっている。このような構成により、各オムニホイール１６ａ〜１６ｃは矢印Ａａ〜Ａｃ方向に回転する。
【００２９】
また、載置台９の内部には、前記回転軸１７ａ〜１７ｃを回転するモータ１８ａ〜１８ｃ、前記回転軸１７ａ〜１７ｃの回転量を検出するセンサ１９ａ〜１９ｃ、これらセンサ１９ａ〜１９ｃからの信号に基づき前記モータ１８ａ〜１８ｃの駆動を制御する制御装置２０が収容されている。制御装置２０には、モータ１８ａ〜１８ｃの制御プログラムが格納されており、センサ１９ａ〜１９ｃの検出信号及び制御プログラムに従い制御装置２０はモータ１８ａ〜１８ｃを駆動する。
【００３０】
図７に、用いたオムニホイールの一例を示す。オムニホイールは、回転体２１と、この回転体２１に回転自在に保持された８個の樽形ローラ２２とから成る。回転体２１は、同じ形状の２個のホイール２３から成る。各ホイール２３はその外周部に４個の凹部２４が９０度置きに形成されており、各凹部２４に樽形ローラ２２が回転自在に保持されている。２個のホイール２３は、凹部２４が４５度ずつずれた配置となるように組み合わされて１個の回転体２１を構成しており、この結果、回転体２１の外周には、８個の樽形ローラ２２が一方のホイール２３と他方のホイール２３に互い違いに４５度おきに位置することになる。なお、樽形ローラ２２は球殻２との摩擦力が、該樽形ローラ２２の回転方向よりも非回転方向の方が小さくなるように構成されており、モータによってオムニホイールが駆動されるとき、該オムニホイールの回転がその樽形ローラによって妨げられないようになっている。
【００３１】
また、各ホイール２３の両端面には回転軸の挿通孔２５の周囲を取り囲む４個の係合凸部２６が設けられており、一方のホイール２３の係合凸部２６を他方のホイール２３の係合凸部２６の間に嵌め込むことにより、両ホイール２３が着脱可能に連結されるようになっている。
【００３２】
上記構成により、オムニホイール１６ａ〜１６ｃの回転方向と直交する矢印Ｂａ〜Ｂｃ方向に樽形ローラ２２は回転する。従って、制御装置２０が３個のモータ１８ａ〜１８ｃのいずれかを駆動すると、当該モータによって所定のオムニホイールが回転し、この結果、球殻２が矢印Ａａ〜Ａｃのいずれかの方向に回転する。また、残りのオムニホイールの、球殻２と接触する樽形ローラ２２は、球殻２と共に回転する。
【００３３】
従って、適宜のタイミングでモータ１８ａ〜１８ｃを選択的に回転させることにより、任意の方向に球殻２を回転させることができる。さらに、センサ１９ａ〜１９ｃを設けたことにより、球殻２の回転位置を精度良く制御することができる。
【００３４】
図５及び図６の例では、三つの大円の線分Ｌ１〜Ｌ３の各中心に３個のオムニホイール１６ａ〜１６ｃを設けたが、図８に示す第５実施形態のように、線分Ｌ１〜Ｌ３にそれぞれ２個ずつオムニホイールを設けても良い。同じ線分に配置された２個のオムニホイールを同時に回転させる場合は、同じ速度で且つ同じ方向に同時に回転させる必要がある。
【００３５】
また、図５及び図６の例では互いに直交する三つの大円の線分上にオムニホイールを設けたが、互いに交わる三個の円の線分上にオムニホイールを設けても良い。このような構成でも、球殻２を３方向に回転させることができる。さらに、オムニホイールに代えて単なるホイールを設けても良い。
【００３６】
球殻を回転させて光模様投影装置から投影される模様の変化を楽しむだけの場合は、球殻の回転位置を制御する必要がないため、球殻の回転位置を検出するセンサは不要である。
【００３７】
以上、本発明に係る光模様投影装置について具体的に説明を行ったが、上記の実施例は例に過ぎないことは明らかであり、本発明の精神内で自由に追加や修正を行っても構わない。
【００３８】
例えば、球殻２の外部に半透明（例えば、乳白色）の殻体を更に設けることもできる。この構成では、光模様投影装置から照射される模様がこの半透明殻体に投影される。観察者は、この投影された模様を半透明殻体の外から観察する。
【００３９】
また、模様の変更を容易に行えるようにするために、球殻２を透明球体と、更にその外部に設けられる模様球体とから構成することもできる。取り替え可能な模様球体を用いることにより、様々な種類の光の模様を楽しむことが可能となる。また、星空に限らず、太陽や月を投影することも可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１…光模様投影装置
２…球殻
３…内部空洞
４…滑動体
５…滑動手段
６…光源
７…円表面部
８…電池
９…載置台
１０…回転手段
１１…回転駆動機構
１２…磁石
１３…磁気センサ
１５…凹球面
１６ａ〜１６ｃ…オムニホイール
１７ａ〜１７ｃ…回転軸
１８ａ〜１８ｃ…モータ
１９ａ〜１９ｃ…センサ
２０…制御装置
２１…回転体
２２…樽形ローラ
【図１】
2010098362.tif 000003
【図２】
2010098362.tif 000004
【図３】
2010098362.tif 000005
【図４】
2010098362.tif 000006
【図５】
2010098362.tif 000007
【図６】
2010098362.tif 000008
【図７】
2010098362.tif 000009
【図８】
2010098362.tif 000010
【国際調査報告】
2010098362.tif 000011
2010098362.tif 000012
2010098362.tif 000013
2010098362.tif 000014
2010098362.tif 000015
2010098362.tif 000016